KR20240123900A - 수용성 에폭시 프라이머 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휘발성 유기성분이 거의 없으면서도 유기도막 및 무기물 표면에 부착성이 매우 우수한 수용성 에폭시 프라이머 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 복합주제 및 복합경화제를 포함하는 수용성 프라이머 조성물로서, 상기 복합주제는 수용성 에폭시수지, 다관능성 UV 경화형 아크릴레이트 올리고머, 고분자 유화안정제, 촉매, 친수성 용제 및 물을 포함하고, 상기 복합경화제는 변성 지방족 아민 혹은 변성 지방족 아마이드, 자기경화형 아크릴 에멀젼 수지, 유기 실란 및 물을 포함하며, 상기 다관능성 UV경화형 아크릴레이트 올리고머는 에틸렌옥사이드가 5몰 이상 부가된 폴리에틸렌옥사이드-변성 UV경화형 아크릴레이트 올리고머로서, 분자 내에 아크릴레이트, 히드록시, 아민, 아마이드, 실란올, 실란, 에폭시 관능기를 단독 혹은 2개 이상 함유하며, 상기 자기경화형 아크릴 에멀젼 수지는, 겔 침투 크로마토그래피에 의해 측정한 중량 평균 분자량이 100,000∼300,000이고, 아크릴 모노머와 스티렌 모노머의 공중합체 또는 아크릴 모노머 단독으로 합성된 공중합 수지로서, 적어도 1개 이상의 자기경화형 아크릴 모노머와 하이드록시 아크릴 모노머를 각각 0.5% 이상 함유한 것을 특징으로 한다.

Description

수용성 에폭시 프라이머 조성물{Water-soluble epoxy primer}
본 발명은 휘발성 유기성분이 거의 없으면서도 유기도막 및 무기물 표면에 부착성이 매우 우수한 수용성 에폭시 프라이머 조성물에 관한 것이다.
통상 건축 현장에서 2액형우레탄 도막 방수 공사나 1액형우레탄 도막 방수 시공시 시멘트콘크리트 표면에 서로 부착이 잘되고, 외관이 평탄한 도막을 얻기 위하여 다량의 유기 용제및 미반응된 톨루엔디이소시아네이트가 포함되어 있는 유성 우레탄 프라이머를 사용하고있다. 상기 유기계 프라이머는 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 초산부틸, 메칠에틸케톤, 셀로솔브아세테이트등의 유독성 유기용제를 사용함으로써 작업시 심한 약품 냄새로 인하여 작업자의 두통이나 호흡곤란을 일으켜 안전사고를 유발할뿐 아니라 작업자의 건강에 나쁜 영향을 끼친다.
한편으로는 VOC배출 및 이산화탄소를 발생시켜 독성물질 방출, 오존층 파괴, 대기 오염등의 환경 파괴적인 악영향을 야기시킬뿐만 아니라, 가연성 물질로써 화재와 폭발의 위험성이 상존하고 있는 실정이다.
이러한 점을 개선하기 위하여 프라이머의 수성화를 통하여 유기 용제의 사용을 줄이기 위한 시도가 계속되어 왔다.
건축현장에서 우레탄 방수 시공이나 프라이머 도포에 있어서의 프라이머는, 도포 직후의 건조성이 우수한 동시에 시멘트콘크리트 표면에 대한 부착성, 침투성,내용제성,차단성등의 성능이 뛰어나야 한다.
그러나, 유기용제를 주성분으로 제조된 프라이머는 이러한 성능이 뛰어나나, 수계에서는 이러한 성능을 만족시키기 위해서는 수성이나 수분산성 수지의 자기경화 혹은 구성성분들 상호간의 화학적, 물리적 경화를 통한 경화시스템이 필요하다.
예로서, 공개특허공보 제10-2007-0042916호에는 수성 또는 수분산성 수지와 같은 구성성분들 상호간의 화학적, 물리적 경화를 통한 경화시스템을 사용하는 수성 수지 조성물이 개시되어 있다. 상기 특허는 유기용제의 함량을 줄인 소수성 및 친수성 수분산성 폴이소시아네이트 수지를 포함하는 조성물과 활성수소 함유 수성아크릴로 된 조성물을 조합하여 만든 수성 수지 조성물의 사용을 제안하고 있다.
그러나 코팅물은 침투성, 강인성, 밀착성, 내용제성 등의 제반 물성은 우수하나, 두 조성물을 혼합할 때 이소시아네이트기가 물과 반응하여 카르밤산를 형성함과 동시에 이산화탄소를 발생시켜 기포가 발생할 수 있고, 수분산성 폴리이소시아네이트를 제조시 실제 적용할 수 있는 이소시아네이트는 물과의 반응성을 줄이기 위해 가격이 비싼 알리파틱 이소시아네이트를 적용할 수 밖에 없으므로 경제성 측면에서 비용부담이 있을 뿐 아니라 그로 인해 경제적이지 못하여 현실성이 그만큼 떨어진다.
또한, 공개특허공보 제10-2005-0067780호에는 1액형 친환경 수용성 조성물이 제안되어 있다. 상기 조성물은 환경친화적이고 작업성이 우수하지만. 경화도막이 아닌 건조도막을 형성하기 때문에, 부착성 및 밀착성이 나쁜 단점이 있을 뿐만 아니라, 상부에 도포되는 도막 조성물이 유성 우레탄이나 에폭시처럼 유기용제를 많이 포함하는 경우에는 도포한 조성물층에서 스웰링 현상이 발생하여 조성물층의 상부에 코팅한 도막이 박리가 되는 현상이 발생하고, 이에 의해 사용범위가 제한되는 단점이 있다.
공개특허공보 제10-2007-0042916호(2007.04.24. 수성 프라이머 조성물, 이를 이용한 하지 처리 방법 및적층 구조체) 공개특허공보 제10-2005-0067780호(2005.07.05. 일액형 에폭시 수성 도료 및 이의 제조 방법)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 복합주제(에멀젼 에폭시수지, UV경화형 아크릴레이트 및 고분자 유화제 함유)와 복합경화제(변성 지방족 아민 또는 아마이드, 유기 실란 및 촉매 함유)로 된 2액형 프라이머 조성물을 개발하여 휘발성 유기성분이 거의 없으면서도 유기용제 기반의 건조성을 유지하면서 우수한 부착성, 내용제성, 내유성, 강한 침투성을 갖는 수용성 에폭시 프라이머 조성물을 제공함에 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결 수단은, 복합주제 및 복합경화제를 포함하는 수용성 프라이머 조성물로서, 상기 복합주제는 수용성 에폭시수지, 다관능성 UV 경화형 아크릴레이트 올리고머, 고분자 유화안정제, 촉매, 친수성 용제 및 물을 포함하고, 상기 복합경화제는 변성 지방족 아민 혹은 변성 지방족 아마이드, 자기경화형 아크릴 에멀젼 수지, 유기 실란 및 물을 포함하며, 상기 다관능성 UV경화형 아크릴레이트 올리고머는 에틸렌옥사이드가 5몰 이상 부가된 폴리에틸렌옥사이드-변성 UV경화형 아크릴레이트 올리고머로서, 분자 내에 아크릴레이트, 히드록시, 아민, 아마이드, 실란올, 실란, 에폭시 관능기를 단독 혹은 2개 이상 함유하며, 상기 자기경화형 아크릴 에멀젼 수지는, 겔 침투 크로마토그래피에 의해 측정한 중량 평균 분자량이 100,000∼300,000이고, 아크릴 모노머와 스티렌 모노머의 공중합체 또는 아크릴 모노머 단독으로 합성된 공중합 수지로서, 적어도 1개 이상의 자기경화형 아크릴 모노머와 하이드록시 아크릴 모노머를 각각 0.5% 이상 함유한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 수용성 에폭시수지는, 폴리알킬렌폴리올 및 제1 비스페놀 에폭시 수지를 1:2 내지 1:4의 당량비로 반응시켜서 제1 에폭시 수지를 제조하고, 상기 제1 에폭시 수지에 비스페놀 A 및 제2 비스페놀 에폭시 수지를 반응시켜서 제2 에폭시 수지를 제조한 다음, 상기 제2 에폭시 수지 및 무수산 수지를 반응시켜서 에폭시 당량(EEW)이 400 내지 500 g/eq을 갖는 변성 에폭시 수지로 구성한 것이 바람직하다.
또한, 상기 복합주제는 징크 파우더를 더 포함한다.
상기의 조성물로 이루어진 본 발명의 수용성 에폭시 프라이머 조성물에 따르면, 콘크리트 표면과 같은 무기질 표면에 적용시 표면에서의 그물망 복합 경화를 형성함과 동시에 깊숙이 침투, 경화하여 차단성이 매우 뛰어나고 우수한 부착성, 내용제성을 나타낼 수 있어, 유성 또는 수성 코팅제, 페인트 혹은 유성 또는 수성 후막코트 등의 조성물에 모두 적용 가능하며, 유성 프라이머가 많이 사용되는 에폭시 바닥재 혹은 우레탄 바닥재, 방수재 시공작업에 사용되는 프라이머를 거의 대부분 대체 가능하다.
또한 유독한 유기용제를 포함하지 않는 수용성 프라이머로써 작업성이 우수하고, 사용방법이 까다롭지 않아 시공현장에서 쉽게 사용할 수 있으며, 유해한 유기용제를 배출하지 않아 친환경적인 특성도 지니고 있을 뿐만 아니라, 경제성 또한 우수하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수용성 에폭시 프라이머를 포함한 도장 시스템의 개요를 보여주는 구조도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수용성 에폭시 프라이머 조성물을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 수용성 에폭시 프라이머 조성물의 설명에 앞서, 프라이머가 도포되는 도장시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 도포대상 구조물(10)의 표면에 프라이머(20)가 1차 도포되는 것이고, 그 위로 미들코트(30)와 탑코트(40)가 도포되는 구조이다.
미들코트와 탑코트는 도포되는 구조물에 따라 성분이 달라질 수 있는 것이며, 극히 낮은 VOC를 방출하도록 주로 수용성 조성물이 도포되어 진다.
본 발명에서 프라이머는 수용성 에폭시 프라이머이며, 복합주제와 복합경화제를 서로 일정비율에 따라 혼합함으로써 조성되며, 혼합비율에 따라 성능이 조절될 수 있다.
상기 복합주제는 수용성 에폭시수지, 다관능성 UV 경화형 아크릴레이트 올리고머, 고분자 유화안정제, 촉매, 친수성 용제 및 물을 포함한다.
그리고 상기 복합경화제는 변성 지방족 아민 혹은 변성 지방족 아마이드, 자기경화형 아크릴 에멀젼 수지, 유기 실란 및 물을 포함한다.
상기 복합주제는 수용성 에폭시수지를 필수 핵심성분으로서 포함한다. 수용성 에폭시수지는 변성 에폭시 수지로 구성되며, 상기 복합경화제의 변성 아민 또는 아마이드와 반응하여 콘크리트면에 부착성, 내용제성, 내유성 등을 향상시키는 역할을 한다. 복합주제는 수용성 에폭시수지를 고형분으로 환산하여 45 ~ 70중량%의 양으로 함유할 수 있는데, 상기 함량이 45중량% 미만이면, 최종적인 수성 경화 조성물 도막의 부착성 및 내용제성에 문제점이 발생하고, 상기 함량이 70중량%를 초과하면, 복합주제의 유동성이 저하되어 프라이머로서의 작업성이 나빠지고, 경화제 혼입시에 프라이머 도막이 너무 두껍게 도포되어 프라이머로서의 침투성이 급격히 나빠지는 문제점이 발생한다.
상기 수용성 에폭시수지는, 폴리알킬렌폴리올 및 제1 비스페놀 에폭시 수지를 1:2 내지 1:4의 당량비로 반응시켜서 제1 에폭시 수지를 제조한 후 제조된 상기 제1 에폭시 수지와 비스페놀 A 및 제2 비스페놀 에폭시 수지를 반응시켜서 제2 에폭시 수지를 제조한 다음, 상기 제2 에폭시 수지 및 무수산 수지를 반응시켜서 제조한 에폭시 당량(EEW)이 400 내지 500 g/eq을 갖는 변성 에폭시 수지로 구성된다.
구체적으로, 제1 에폭시 수지의 제조는, 폴리알킬렌폴리올 및 제1 비스페놀 에폭시 수지를 반응시켜서 제조하게 된다.
상기 폴리알킬렌폴리올은 제1 에폭시 수지에 수용화성을 부여하여 자가 유화를 가능하게 하는 역할을 한다. 이때, 상기 폴리알킬렌폴리올은 중량평균분자량(Mw)이 1,500 내지 8,000 g/mol, 또는 2,000 내지 6,000 g/mol일 수 있다. 또한, 상기 폴리알킬렌폴리올은 필요에 따라 상이한 분자량을 갖는 2종 이상을 혼용하여 사용할 수 있다. 상기 폴리알킬렌폴리올의 중량평균분자량이 상기 범위 초과인 경우, 수용화 성능은 양호하나 고분자량으로 인한 결정성으로 인해 저온 저장시 결정화되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 폴리알킬렌폴리올의 중량평균분자량이 상기 범위 미만인 경우, 결정화되는 문제는 방지할 수 있으나 수용화 성능 열세로 인해 외관 및 방청성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 폴리알킬렌폴리올의 알킬렌은 탄소수가 2 내지 5, 2 내지 3일 수 있으며, 수산기(-OH)를 2 내지 4개, 또는 2 또는 3개 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리알킬렌폴리올은 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 및 폴리부틸렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 제1 비스페놀 에폭시 수지는 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지 및 비스페놀 S형 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 상기 제1 비스페놀 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지일 수 있으며, 시판품으로는 국도화학의 YD-128(에폭시 당량: 190 g/eq), YD-011(에폭시 당량: 475g/eq) 등이 이용될 수 있다.
또한, 상기 제1 비스페놀 에폭시 수지는 에폭시 당량(EEW)이 100 내지 600 g/eq, 또는 120 내지 500 g/eq일 수 있다. 상기 제1 비스페놀 에폭시 수지의 에폭시 당량이 상기 범위 내인 경우, 작업성 및 반응성이 우수한 효과가 있다.
폴리알킬렌폴리올과 제1 비스페놀 에폭시 수지는 1: 15 내지 45의 당량비, 또는 1: 2 내지 4의 당량비로 반응할 수 있다. 당량비가 상기 범위 미만인 경우, 반응 시간이 길어져 생산성이 낮아지고 부반응이 발생할 수 있고, 상기 범위 초과인 경우, 미반응 제1 비스페놀 에폭시 수지의 양이 많아 혼용성 및 저장성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 제1 에폭시 수지는 120 내지 160℃로 승온한 후 4 내지 8 시간 동안 반응시켜 제조될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 에폭시 수지는 130 내지 150℃로 승온한 후 5 내지 7 시간 동안 반응시켜 제조될 수 있다. 이때, 상기 제1 에폭시 수지는 제조시에 촉매를 사용할 수 있으며, 상기 촉매는 에폭시기와 수산기의 반응을 촉진할 수 있는 통상적인 촉매라면 특별히 제한하지 않으나, 예를 들어, 보론 트리플루오라이드(Borontrifluoride) 유도체일 수 있다.
상기 제1 에폭시 수지는 에폭시 당량(EEW)이 800 내지 1,500 g/eq, 또는 900 내지 1,200 g/eq일 수 있다. 상기 제1 에폭시 수지의 에폭시 당량이 상기 범위 내인 경우, 부착성 및 도막 강도가 우수한 효과가 있다.
그리고 제2 에폭시 수지의 제조는, 상기 제1 에폭시 수지, 비스페놀 A 및 제2 비스페놀 에폭시 수지를 반응시켜서 제2 에폭시 수지를 제조하게 된다. 또한, 본 단계에서는 상기 제1 에폭시 수지에 비스페놀 A와 제2 비스페놀 에폭시 수지를 반응시켜 분자량을 상향시킬 수 있다.
상기 제2 비스페놀 에폭시 수지는 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 비스페놀 A형 에폭시 수지,비스페놀 F형 에폭시 수지 및 비스페놀 S형 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 상기 제2 비스페놀 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지일 수 있으며, 시판품으로는 국도화학의 YD-128(에폭시 당량: 190 g/eq), YD-011(에폭시 당량: 475g/eq) 등이 이용될 수 있다.
상기 제2 에폭시 수지는 120 내지 160 ℃로 승온한 후 2 내지 6 시간 동안 반응시켜 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 에폭시 수지는 130 내지 150 ℃로 승온한 후 3 내지 5 시간 동안 반응시켜 제조될 수 있다. 이때, 상기 제2 에폭시 수지는 제조시에 촉매를 사용할 수 있으며, 상기 촉매는 에폭시 수지 제조에 적용할 수 있는 통상적으로 촉매라면 특별히 제한하지 않으나, 예를 들어, 상기 촉매는 에틸트리페닐포스포니움 브로마이드(Ethyltriphenylphosphonium bromide)일 수 있다.
상기 제2 에폭시 수지는 에폭시 당량(EEW)이 200 내지 500 g/eq, 또는 300 내지 400 g/eq일 수 있다. 상기 제2 에폭시 수지의 에폭시 당량이 상기 범위 내인 경우, 방청성 및 도막 강도가 우수한 효과가 있다.
그리고 최종 변성 에폭시 수지의 제조는, 제2 에폭시 수지 및 무수산 수지를 반응시켜서 변성 에폭시 수지를 제조한다.
상기 무수산 수지는 변성 에폭시 수지에 다리(Branch) 역할을 하여 변성 에폭시 수지에 유연성을 부여한다. 이때, 상기 무수산 수지는 알코올과 환형 무수산을 반응시켜 제조된 것일 수 있다. 또한, 상기 무수산 수지는 환형 무수산을 알코올과 반응시켜 환형 무수산의 고리 구조를 개환시켜 제조될 수 있다.
상기 환형 무수산은 지환족 또는 방향족 무수산일 수 있으며, 예를 들어, 프탈릭안하이드라이드, 테트라하이드로프탈릭안하이드라이드, 메틸테트라하이드로프탈릭안하이드라이드, 헥사하이드로프탈릭안하이드라이드, 메틸헥사하이드로프탈릭안하이드라이드, 말레익안하이드라이드, 숙시닉안하이드라이드, 트리멜리틱안하이드라이드 등 일 수 있다.
상기 알코올은 2개 이상의 수산기(-OH)를 포함하는 폴리올일 수 있고, 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜 및 메틸폴리프로필렌글리콜 등일 수 있다. 이때, 상기 알코올은 중량평균분자량(Mw)이 400 내지 10,000 g/mol, 500 내지 6,000 g/mol, 또는 600 내지 1,000 g/mol일 수 있다. 상기 알코올의 중량평균분자량이 상기 범위 미만인 경우, 제조된 수지 및 도막이 너무 부드러워져서(Soft) 내충격성이 열세해지며, 상기 범위 초과인 경우, 제조된 수지 및 도막이 너무 딱딱해져서(hard) 외관 특성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
상기 변성 에폭시 수지는 110 내지 150 ℃로 승온한 후 1 내지 5 시간 동안 반응시켜 제조될 수 있다. 구체적으로, 상기 변성 에폭시 수지는 120 내지 140 ℃로 승온한 후 2 내지 4 시간 동안 반응시켜 제조될 수 있다.
한편, 상기 복합주제에는 다관능성 UV경화형 아크릴레이트 올리고머가 혼합되는데, 다관능성 UV경화형 아크릴레이트 올리고머는 에틸렌옥사이드가 5몰 이상 부가된 폴리에틸렌옥사이드-변성 UV경화형 아크릴레이트 올리고머로서, 분자 내에 아크릴레이트, 히드록시, 아민, 아마이드, 실란올, 실란, 에폭시 관능기를 단독 혹은 2개 이상 함유한다. 이들은 광경화 촉매, 광경화 개시제에 의해 경화제 및 콘크리트기재와 복합적으로 빠르게 경화하면서 건조가 빠르고 차단성이 뛰어난 특징이 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 다관능 UV경화형 아크릴레이트로는 TMP(EO)9TAPEG-200DA, PEG600DA (Polyethylene glycol 600 diacrylate), PEG400DA (Polyethylene glycol 400 diacrylate), TMP(EO)6TAPEG-200DA, TMP(EO)15TAPEG-200DA, PEG400MDA (Polyethylene glycol 400 dimethacrylate), PEG600MDA (Polyethylene glycol 600 dimethacrylate), 2-하이드록시에틸 디메타크릴레이트, 2-하이드록시 프로필 메타크릴레이트, BPA(EO)30MDA (Bisphenol A(EO)30 Dimethacrylate), BPA(EO)10MDA (Bisphenol A(EO)10 Dimethacrylate) 등이 언급될 수 있으며, 바람직하게는 TMP(EO)9TA, PEG-200DA를 언급할 수 있다.
상기한 다관능 UV경화형 아크릴레이트 올리고머는 UV에 의해 경화되면서, 다른 성분들과 동시에 반응하게 되는 것이며, 대상 구조물로서 시멘트 콘크리트의 경우에는 콘크리트 내부에서 고분자 성분 및 콘크리트 성분과의 그물망 경화 구조를 형성하여 경화 밀도를 증가시키고 건조를 빠르게 하는 역할을 할 수 있다. 또한 자체적으로도 경화하는 기능이 있어 시공 현장에서 약간의 믹싱 불량이나 배합비의 실수가 일어나더라도 시공 불량이 발생할 소지가 훨씬 적어 쉽고 편하게 사용할 수 있다.
다관능 UV경화형 아크릴레이트는 20 ~ 80중량%의 양으로 사용될 수 있는데, 80중량%를 초과하면 복합경화제의 점도가 높아져 침투성이 나빠지고, 20% 미만이면 그물망 구조가 느슨해져 부착성 혹은 차단성이 나빠진다.
경화촉매로는 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 에틸 에테르, 벤질디메틸케탈, 2,2-에톡시-1,2-디페닐 에타논(Irgacure 651), 1-히드록시시클로헥실 페닐 케톤(HCPK), 알파-하이드록시알킬페논, Irgacure-907, Darocur-4043, 6-비스(2-메틸-2-모르폴리노프로파노닐)-9-부틸 카르바졸, 페닐트리브로모메틸술폰, 메틸 α-옥소벤젠아세테이트, 4-페닐벤조페논, 4,4-비스(디메틸아미노)벤조페논, 메틸 2-벤조일벤조에이트 등이 있으며, 바람직하게는 IGACURE-907을 언급할 수 있다.
고분자 유화안정제는 전체적인 수성 분산액의 입자안정성을 높이고, 도막의 형성을 도와주는 보호콜로이드의 역할을 하는데, 예를들면, 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스, 잔탄검, 폴리아크릴릭산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알콜, 친유성하이드록시복합셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 카르복실메틸셀룰로스 등이 언급될 수 있으며, 제품명으로는 KH-17, KH-15, PVP-K-9, PVP-K-11, CMC7H4X, Natrosol330, Natrosol-250, SS-1025(고형분25%), SS-1046(고형분46%) 등이 있다.
복합경화제는 에틸렌옥사이드가 5몰 이상 부가된 수분산성 폴리아민 또는 폴리아마이드를 주요성분으로 포함하는데, 복합주제를 경화시키고 부착성을 향상시키는 역할을 하며, 내용제성 및 내화학적 성질을 증가시키는 데 큰 영향을 미친다. 전술한 폴리아민 또는 폴리아마이드는 200~400mg KOH/g, 바람직하게는 250~350mg KOH/g의 아민값을 가질 수 있으며, 복합경화제를 기준으로 14 ~ 25중량%, 바람직하게는 16 ~ 22중량%의 양으로 사용될 수 있다. 상기 사용량이 10% 미만이면 에폭시수지의 경화가 제대로 일어나지 않아 부착성, 내용제성 등이 떨어지고, 25% 이상이면 지나치게 딱딱한 도막이 형성되어 상부에 도포되는 도막재의 침투가 어려워 상부에 도포될 도막재와 층간부착이 나빠지게 되거나 아민 브러슁이 발생하게 된다.
본 발명에 있어서, THA-450, THA-460, JEFFAMINE SD2001, KH-701, H4121, MXDA, KCA-7740 등에서 하나 또는 둘 이상 선택하여 사용할 수 있으며, 언급되지 않았지만 유사한 종류의 제품을 선택하여 사용하는 것도 가능하다.
유기 실란은 커플링 에이전트로서 유연한 분자구조와 저분자량의 고침투성 성질을 지니고 있어, 도료나 방수재 등 유기화합물과 시멘트콘크리트 등의 무기성 기재층 표면에 침투하여 층간 부착을 증진시키다. 본 발명에서 유기 실란은 에폭시수지와 폴리아민 수지 성분이 침투하지 못하는 곳까지 침투하여 가수분해반응을 일으켜 실라놀 결합을 형성하는 역할을 할 수 있다. 이렇게 형성된 실라놀 결합은 다관능 UV경화형 아크릴레이트의 히드록실기 및 콘크리트 표면의 수산화물이나 금속 화합물과 반응하여 그물망 형태의 경화구조를 생성하면서 강력한 부착력을 나타내고, 차단기능을 더욱 증가시킨다. 유기 실란은 복합주제에서 고형분으로 환산하여 05~50중량%, 바람직하게는 10~40중량%의 양으로 함유될 수 있다. 상기 함량이 5% 이상이면 복합주제의 유화분산성이 불안정하여 층분리가 생기고 복합경화제와의 혼합시 점증 현상이 심하게 일어나 올바른 경화반응 조성물을 얻을 수 없다. 또한 경제성 측면에서도 조성물의 가격이 높아지게 되어, 산업적용성 측면에서 현실성이 낮아진다.
유기실란의 함량이 05% 이하이면 프라이머층과 시멘트콘크리트 표면의 층간 부착력이 나빠지게 된다.
상기 유기 실란의 예로서, 비닐트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 아미노프로필메틸디메톡시실란, 메타크릴로일옥시 프로필트리메톡시시실란, 비닐메틸디메톡시실란, 메틸트리이소프로폭시실란, 메틸트리아세톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 글리시독시프로필트리에톡시실란, 플루오르프로필트리에톡시실란 등을 1종 혹은 2종 이상 병용하여 사용할 수 있다. 이중 친환경 수용성에 적용이 쉬운 메틸트리아 세톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란 등을 사용하는 것이 바람직할 수 있으며, 본 발명에서는 메타크릴로일옥시 프로필트리메톡시실란 및 아미노프로필트리메톡시실란을 사용할 수 있다.
복합주제는 에폭시 당량이 300 ~ 450g/eq인 비스페놀-A, 비스페놀-[0044] S, 혹은 비스페놀-F 구조의 수용성 에폭시수지 45 ~ 70중량부 (고형분환산, 이하동일); 에틸렌옥사이드가 5몰 이상 부가된 다관능 UV경화아크릴레이트 올리고머 20~80중량부 (고형분환산, 이하동일); 및 고분자 유화안정제 및 촉매를 물에 첨가하고 고속디졸바로써 균일하게 혼합하여 제조할 수 있다. 결과된 복합주제 혼합액의 점도는 50cps(25℃) 이하일 수 있다.
또, 복합경화제는 에틸렌옥사이드가 5몰이상 부가되고, 활성수소 아민값이 200~400mg KOH/g인 수분산 폴리아민 또는 폴리아마이드로; 분자량 120~600인 유기 실란 05 ~ 50중량부(고형분환산, 이하 동일)을 물에 첨가하고 고속디졸바로써, 균일하게 혼합하여 제조될 수 있다. 결과된 복합경화제 혼합액의 점도는 50cps(25℃)이하일 수 있다.
상기 자기경화형 아크릴 에멀젼 수지는, 도막의 건조성과 차단성을 위해 겔 침투 크로마토그래피에 의해 측정한 중량 평균 분자량이 100,000∼300,000인 것을 사용한다.
자기경화형 아크릴은 경화하면서 분자량이 증가하므로 다른 아크릴 에멀젼 수지에 비해 분자량이 낮아도 건조가 빠르고 차단성이 뛰어난 특징이 있다. 자기경화형 아크릴 에멀젼은 스스로 에폭시 수지와 반응함과 동시에, 가수분해된 유기실란과도 일부 반응하여 시멘트 콘크리트 내부에서 고분자 성분 및 콘크리트 성분과의 그물망 경화 구조를 형성하여 경화 밀도를 증가시키고 건조를 빠르게 한다.
또한 자체적으로도 경화하는 기능이 있어 시공 현장에서 약간의 믹싱 불량이나 배합비의 실수가 일어나더라도 시공불량이 발생할 소지가 훨씬 적어 쉽고 편하게 사용할 수 있다.
이때, 아크릴 모노머와 스티렌 모노머의 공중합체 또는 아크릴 모노머 단독으로 합성된 공중합 수지로서, 적어도 1개 이상의 자기경화형 아크릴 모노머와 하이드록시 아크릴 모노머를 각각 0.5% 이상 함유하고 있는 자기경화형 아크릴 에멀젼 수지를 3 ~ 10중량%를 사용하는것이 바람직하다.
자기경화형 아크릴 에멀젼이 10중량%를 초과할 경우, 복합B액의 점도가 높아져 침투성이 나빠지며, 3% 미만 사용시는 그물망 구조가 느슨해져 부착성 혹은 차단성이 나빠진다.
복합주제와 복합경화제의 혼합방법 및 시간은 특별히 제한되지 않으며, 당업계 기술인에 의해 적절히 선택될 수 있다.
여기서, 상기 복합주제와 복합경화제의 프라이머 적용시 당량비율은 복합주제의 에폭시 당량수에 대한 복합경화제의 활성수소 아민 당량수의 당량비는 0.7 ∼0.99 사이가 적합하다. 아민경화제의 비율이 0.7 미만이면 경화밀도가 낮아 건조성이나 경화성, 부착성, 차단성이 나빠지고 유성우레탄 도포시 프라이머 도포면의 대부분이 녹아 도막이 박리되는 현상이 나타난다. 또한, 0.9를 초과하면 아민의 미반응 활성수소가 많이 남아있어 도막의 내후성과 내수성에 문제를 일으킬 가능성이 높고, 나중에 도포되는 우레탄의 이소시아네이트기와 반응하여 미세기포를 형성함으로써 부착력에 나쁜 영향을 끼치게 된다.
본 발명에서는 경화 반응의 비율을 조절하여 완전한 반응으로 인하여 발생하는 입체장애를 줄임으로써 후경화의 효과를 극대화하고, 강력한 수소결합을 형성할 수 있는 반응구조를 남겨서 층간 부착력을 향상시키는 것이다. 이와 같이 프라이머 도막을 형성한 다음, 첫번째 복합 경화 및 잠재적 후경화의 과정은 에폭시 수지의 수산기와 우레탄 방수재가 후속으로 도포될 경우에 후속 도포되는 우레탄방수재의 잉여 이소시아네이트와의 우레탄 결합이 형성되어 층간 부착성이 매우 증진되고, 두번째로는 오르가노실란 화합물의 가수분해에 의해 실라놀이 형성된후 후속 도포 되는 우레탄 방수재의 잉여 이소시아네이트와의 우레탄 결합이 형성됨과 동시에 시멘트 콘크리트 깊숙이 침투하여 유기 실란과 실록산 결합을 형성한다.
한편으로는 수용성 복합 경화형 프라이머 조성물 내의 유기 실란이 시멘트 콘크리트 내부로 침투하여 시멘트 속의 Ca(OH)2와 반응하여 경화가 일어나므로 인해 콘크리트, 프라이머, 그리고 프라이머 위에 도포되는 유,수성 도막 방수재 혹은 바닥재가 화학적으로 서로가 하나의 네트워크로 결합되는 구조를 형성하게 되므로 차단성이 매우 뛰어나고 우수한 부착성, 내용제성을 나타내어 유기도막 및 무기물 표면에 부착성이 매우 우수한 프라이머 조성물로써의 기능을 나타내는 것이다.
친수성 용제는 수용성 에폭시 수지의 점도를 조절하는 역할을 한다. 상기 친수성 용제는 에폭시 수지를 희석할 수 있는 통상적인 용제라면 특별히 제한하지 않으나, 물과의 상용성이 양호한 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 친수성 용제는 부틸 셀루솔브, 1-메톡시-2-프로판올, 이소프로필알코올 등을 들 수 있다.
그리고 본 발명의 복합주제에는 징크 파우더가 포함될 수 있으며, 수성 도료에 적용 가능한 것이라면 특별히 제한하지 않는다.
징크파우더는 수용성 에폭시 수지 대비 1:4~6의 중량비율로 혼합될 수 있다.
상기와 같이 조성된 본 발명의 프라미머는 토목 건축현장에서 방수시공을 위해 사용되는 친환경 수용성 방수재 혹은 수성 바닥재로서 적용가능하며, 그 효과 또한 매우 우수하다. 또, 현재 유성 우레탄 방수재 시공이나 바닥재 시공 및 에폭시 바닥재의 시공에 보편적으로 사용되고 있는 유기용제-함유 유성조성물을 대신하여 본 발명에 따른 프라이머 조성물을 사용할 수 있는데, 이 경우에도 물성적 측면에서 동등 이상이면서도 환경친화적인 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 기술을 적용하면, 유성 조성물의 사용으로 인해 발생하는 유기용제의 양을 연간 수천톤 가량 줄일 수 있을 뿐만 아니라 지구온난화의 주범이 되는 이산화탄소의 발생도 방지할 수 있다. 그리고 화재나 유기용제 흡입으로 인한 위험이나 사고를 없앨 수 있으며, 또한 경제성 측면에서도 비교우위를 지니고 있어 향후 그 적용범위가 확대될 수 있는 잠재성 또한 크다할 수 있다.
10: 구조물 20: 프라이머
30: 미들코트 40: 탑코트

Claims (3)

  1. 복합주제 및 복합경화제를 포함하는 수용성 프라이머 조성물로서,
    상기 복합주제는 수용성 에폭시수지, 다관능성 UV 경화형 아크릴레이트 올리고머, 고분자 유화안정제, 촉매, 친수성 용제 및 물을 포함하고,
    상기 복합경화제는 변성 지방족 아민 혹은 변성 지방족 아마이드, 자기경화형 아크릴 에멀젼 수지, 유기 실란 및 물을 포함하며,
    상기 다관능성 UV경화형 아크릴레이트 올리고머는 에틸렌옥사이드가 5몰 이상 부가된 폴리에틸렌옥사이드-변성 UV경화형 아크릴레이트 올리고머로서, 분자 내에 아크릴레이트, 히드록시, 아민, 아마이드, 실란올, 실란, 에폭시 관능기를 단독 혹은 2개 이상 함유하며,
    상기 자기경화형 아크릴 에멀젼 수지는, 겔 침투 크로마토그래피에 의해 측정한 중량 평균 분자량이 100,000∼300,000이고, 아크릴 모노머와 스티렌 모노머의 공중합체 또는 아크릴 모노머 단독으로 합성된 공중합 수지로서, 적어도 1개 이상의 자기경화형 아크릴 모노머와 하이드록시 아크릴 모노머를 각각 0.5% 이상 함유한 것을 특징으로 하는 수용성 에폭시 프라이머 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 에폭시수지는, 폴리알킬렌폴리올 및 제1 비스페놀 에폭시 수지를 1:2 내지 1:4의 당량비로 반응시켜서 제1 에폭시 수지를 제조한 후 제조된 상기 제1 에폭시 수지와 비스페놀 A 및 제2 비스페놀 에폭시 수지를 반응시켜서 제2 에폭시 수지를 제조한 다음, 상기 제2 에폭시 수지 및 무수산 수지를 반응시켜서 제조한 에폭시 당량(EEW)이 400 내지 500 g/eq을 갖는 변성 에폭시 수지로 구성되며,
    상기 복합주제에 45 ~ 70중량%의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 수용성 에폭시 프라이머 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복합주제에는 수용성 에폭시 수지 대비 징크 파우더가 1: 4~6의 중량비율로 포함되는 것을 특징으로 하는 수용성 에폭시 프라이머 조성물.
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