WO2016013823A1 - 수경성 시멘트를 포함한 낮은 함수량의 가소성 조성물과 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수경성 시멘트를 포함한 낮은 함수량의 가소성 조성물과 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 수경성 시멘트와 물 및 발포성 폴리우레탄 형성 원료인 폴리올과 이소시아네이트 화합물의 유동성인 균일 혼합물 상태에서, 발포성 폴리우레탄의 형성과정에서의 발포에 의해 혼합물 중에 사용된 물의 일부가 분리 제거되어, 유동성을 상실하고 가소성을 갖는 것을 특징으로 하는 수경성 시멘트를 포함한 낮은 함수량의 가소성 조성물과 그 제조방법이 제공된다.

Description

수경성 시멘트를 포함한 낮은 함수량의 가소성 조성물과 그 제조방법

본 발명은 수경성 시멘트를 포함한 낮은 함수량의 가소성 조성물과 그 제조방법에 관한 것으로서, 발포성 폴리우레탄의 형성과정에서의 발포력을 이용하여 수경성 시멘트와 물을 혼합하여 제조되는 유동성의 시멘트풀로부터 물을 제거하여 얻어지는 낮은 함수량의 가소성 조성물과 그 제조방법에 관한 것이다.

'부순 돌'이라는 의미의 라틴어에 어원을 두고 있는 시멘트는 물질과 물질을 결합시키는 재료를 말하는 것이다.

수경성 시멘트는 내수성의 생성물을 형성하는 시멘트를 의미하는데, 석회암과 점토를 적정 배합비로 혼합한 후 로터리킬론을 이용하여 1,450℃ 내지 1,550℃ 사이의 온도로 가열하여 얻어지는 클링커를 수경화 반응의 조절을 위해 약 5wt% 내외의 석고(황산칼슘)와 함께 볼밀을 이용하여 75㎛ 이하의 크기로 분쇄시킨 포틀랜드 시멘트가 대표적이며, 포틀랜드 시멘트에 30wt% 내지 40wt% 사이의 고로슬래그가 혼합된 고로슬래그 시멘트, 포틀랜드 시멘트에 20~25wt%의 포졸란이 첨가된 포졸란 시멘트, 포틀랜드 시멘트에 팽창성 첨가제가 혼합된 팽창시멘트, 포틀랜드 시멘트와 칼슘 알루미네이트 시멘트의 혼합, 포틀랜드 시멘트와 석고플라스트의 혼합 또는 잔입자로 된 포틀랜드 시멘트 등의 급결/급경 시멘트, 포틀랜드 시멘트의 산화알루미늄 함량을 줄이고 거친 분쇄를 행하여 얻어지는 유정시멘트, 포틀랜드시멘트의 철 함유량을 줄여서 제조되는 백색시멘트 및 백색 시멘트에 산화철, 산화크롬, 코발트불루 등의 안료를 첨가하여 제조되는 착색 시멘트 등의 개량 포틀랜드 시멘트 및 한중 콘크리트와 내화물의 제조에 이용되는 칼슘알루미네이트 시멘트가 있다.

수경성 시멘트는 물과 혼합되어 수화물을 형성하는 화학반응을 일으키며 내수성의 단단한 경화물을 형성하는데, 이 과정은 (1) 물리적인 관점에서 유동성을 상실하는 굳음단계, (2) 가소성 시멘트풀의 고체화가 유발되는 응결단계, 및 (3) 경화단계로 구분될 수 있다.

포틀랜드 시멘트의 경우에는, 최초 1㎛ 내지 50㎛ 사이의 모난 입자로 이루어진 회색가루 형태의 물질에서 시작하여, 물에 분산되면 시멘트에 함유된 황산칼슘과 칼슘의 고온생성물은 쉽게 용해되어 여러 가지 이온을 형성한다. 이 이온들은 먼저 에트린가이트라는 침상 결정을 형성하고, 이후 수산화칼슘 프리즘상 결정과 칼슘실리케이트수화물의 가는 침상 결정이 물에 용해 중인 시멘트 입자가 차지하고 있던 공간을 채우므로 시멘트풀은 (1) 유동성을 잃고, (2)응결되며, 불안정한 에트린가이트가 분해되어 다시 안정한 육각판상 결정 형태의 칼슘알루미나실리케이트수화물을 형성하여, (3) 경화되는 것으로 알려져 있다.

이처럼 수경성 시멘트는 물을 부가하여 단순하게 혼합하는 것으로 유동성의 시멘트풀을 제조할 수 있으며, 여기에 모래가 부가된 모르타르, 모래와 골재가 부가된 콘크리트, 잔골재가 부가된 그라우트 및 뿜는 용도의 숏크리트 등 다양한 제품으로 용도에 맞게 적용되어 경화된 후, 복합재료의 형태로 건축, 토목 및 예술품의 제작에 이르기까지 광범위하게 이용되고 있다.

한편 시멘트풀 경화물은, (1) 다양한 크기와 불규칙적인 형태의 기공을 다량으로 함유하고 있을 뿐만 아니라, 수경성 시멘트의 (2) 수화로 인해 생성된 결정생성물 또한 매우 불규칙적인 것으로 알려져 있다. 일반적으로 수경성 시멘트를 이용하여 제조되는 경화물은 기공의 존재와 구조적인 불규칙성으로 인하여 인장강도는 압축강도의 7% 내지 11%에 지나지 않는다. 하지만, 자연환경에서는 기후변화에서 기인한 온도와 습도의 변동으로 온도에 의한 팽창과 수축 및 수분율 변화에 따른 팽창과 수축이 빈번하게 반복적으로 유발된다. 수축이 유발되는 상황에서 시멘트풀의 경화물은 인장력을 받으므로 균열이 발생하여 쉽게 열화하는 치명적인 단점이 있다. 이처럼 수경성 시멘트 경화물의 낮은 인장강도는 시멘트의 적용범위를 제한하는 주요 요인으로 작용하고 있다.

시멘트 경화물의 기공형성에는 공기연행, 양생기간과 조건 및 성형물의 크기 등의 인자가 영향을 미치지만, 시멘트풀의 제조과정에 부가되는 물의 양과 가장 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있으며, 다량의 물을 사용하여 제조한 시멘트풀 경화물은 소량의 물을 사용한 시멘트풀 경화물의 경우보다 기공의 함량이 많고, 강도가 현저히 떨어지는 것으로 알려져 있다.

수경성 시멘트의 위와 같은 문제점을 개선하기 위한 연구개발은 과거부터 현재까지도 활발하게 진행 중이며, 또한 이와 관련된 여러 기술들이 공개되고 있다. 이러한 연구개발은, 크게 (1) 석면, 유리섬유, 금속섬유, 세라믹섬유, 천연섬유, 합성섬유 등의 섬유형태의 보강재를 부가하는 방법, (2) 소량의 물이 부가된 시멘트풀을 제조하고, 경화되기 이전에 기계적인 압축 또는 진동을 가하여 다지는 방법과, (3) 시멘트 입자의 표면활성, 응결제어 등의 기능을 수행하는 혼화제를 개발하고 적용시키는 방법, 및 (4) 액상 또는 입자상의 플라스틱 첨가물을 첨가하는 방법으로 분류될 수 있다.

최근에는 액상 또는 입자상의 플라스틱 첨가물을 시멘트풀에 첨가하는 방법이 수경성 시멘트의 유동성을 향상시켜 혼합수의 사용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 경화된 이후에는 시멘트 경화물 내부에 플라스틱 첨가물이 균일하게 존재하며 시멘트 경화물/시멘트 경화물 또는 골재/시멘트 경화물 간의 접착성을 향상시키므로, 수경성 시멘트 경화물의 단점을 근본적으로 보완시킬 수 있는 방법으로 주목받고 있다.

예컨대 미합중국특허 제3,951,674호 공보에서는 작업성의 향상을 위해 시멘트에 과량의 물이 요구되며 이로 인해 시멘트 경화물의 강도저하가 유발된다고 지적하고, 이의 대안으로 수용성 셀룰로오스 아세테이트 설페이트(Cellulose Acetate Sulfate)를 포틀랜드시멘트 중량대비 0.3wt% 내지 2wt% 첨가함으로써 (1) 시멘트풀의 경화시간을 지연시키고, (2) 시멘트와 응집된 입자의 마찰을 줄여 적은 양의 물로 작업성을 향상시키고 강도가 우수한 경화물을 얻는 방법을 소개하고 있다.

또한, 미합중국특허 제4,880,467호 공보에서는 시멘트 경화물이 외부환경 변화에 견디는 충분한 내구성을 가지기 위해서는 적어도 경화물의 휨강도가 15MPa이상 되어야 하며, 바람직하게는 40MPa 이상의 강도를 가져야 한다고 주장하며, 크기 100㎛이내의 입자들이 부가된 경화되지 않은 시멘트성 입자 반죽으로, 하나 이상의 수경성 시멘트와 수경성 시멘트 100중량부 대비 1 내지 20중량부 사이로 스타이렌-부타디엔 공중합체, 아크릴에스테르 중합체, 비닐아세테이트 중합체, 염화비닐리덴 중합체, 에폭시수지, 페놀수지, 우레탄수지, 아크릴수지 중에서 선택된 합성수지가 부가되고, 수경성 시멘트 100중량부 대비 8 내지 20중량부 사이로 물이 혼합된 시멘트성 반죽으로 이를 달성할 수 있다고 소개하고 있다.

이처럼 액상 또는 입자상의 플라스틱 첨가물을 시멘트풀에 부가하는 방법에서 적용 가능한 플라스틱은 다양하며, 최근까지도 수많은 종류의 플라스틱 물질을 시멘트에 적용하는 기술들이 소개되고 있다. 그런데, 플라스틱 첨가물이 시멘트풀과 혼화되어 시멘트경화물의 공극을 감소시키고, 입자와 입자간 추가적인 접착력을 부여하여 경화물의 인장강도를 향상시키기 위해서는 우선적으로 플라스틱 첨가물과 시멘트경화물 사이의 친화력이 고려되어야 한다.

폴리우레탄은 분자 중에 우레탄결합을 가진 플라스틱으로 이소시아네이트화합물과 폴리올과의 반응에 의해서 제조되는 물질로 강인하고, 내마모성, 내유성 및 고무탄성이 있으며 특히 시멘트 경화물과는 강인한 접착력을 가지므로, 이를 시멘트경화물에 적용하기 위한 연구가 폭넓게 진행되고 있다.

예컨대, 대한민국특허 제0892247호 공보에서는 주제와 경화제를 1:1로 혼합한 수지혼합물 100중량부에 드라이모르타르 50 내지 1,000중량부가 혼합되어 제조되는 아스팔트/콘크리트 등의 기재 상에 도포되어 도막방수재, 도장재, 하지조정재의 용도로 적용될 수 있는 폴리우레탄계-시멘트 조성물을 소개하고 있다.

또한, 대한민국특허 제1135593호 공보에서는 시멘트분말 50 내지 70 중량부와 분말첨가제 10 내지 30 중량부를 혼합하여 시멘트혼합분말을 제조한 후 이소시아네이트와 폴리올 및 발포제를 혼합하고 앞서 제조된 혼합분말과 혼합한 후 가압발포과정을 통하여 제조되는 차음성과 단열성이 우수한 복합체를 소개하고 있다.

또 다른 예로, 대한민국특허 제1075260호 공보에서는 액상아크릴계 우레탄수지 100중량부에 대하여 시멘트 150~200 중량부, 무기안료 25~75 중량부, 침강방지제 25~75 중량부, 셀프레벨링제 25~75 중량부의 조성비로 혼합되어 제조되는 바닥포장용 우레탄수지 모르타르 조성물을 소개하고 있다.

하지만, 이들은 모두 시멘트와 우레탄, 시멘트와 우레탄 및 물 등의 물질구성을 조합하거나 새로운 적용법 및 시공방법에 대한 기술들로 균일한 액상의 형태로 얻어지는 혼합조성물의 제조방법이거나 균일한 액상의 상태로 얻어지는 액상조성물의 적용방법에 대한 내용뿐이며, 시멘트 입자를 균일 수화시키기에 충분한 배합수를 부가하더라도 시멘트풀 내부에서 폴리우레탄을 발포시키는 과정을 통하여 시멘트 입자 사이에 존재하는 자유수를 배출·분리시켜 결과적으로는 매우 소량의 수분을 함유하는 유동성의 폴리우레탄과 시멘트풀의 혼합 조성물을 제공하는 기술은 찾아볼 수 없다.

본 발명은 상술한 종래 수경성 시멘트와 이를 개선하기 위한 기술들의 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로서, 수경성 시멘트에 배합된 물을 분리해 냄으로써 수경성 시멘트의 수화 경화물을 얻기 위해 부가되는 물에 의해 유발되는 수경성 시멘트 경화물의 물성저하 문제를 효과적으로 해결하여, 내구성이 우수한 경화물을 얻을 수 있는 수경성 시멘트를 포함한 낮은 함수량의 가소성 조성물과 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수경성 시멘트를 이용하여 제조되는 낮은 함수량의 가소성 조성물의 구성은,

수경성 시멘트와 물 및 발포성 폴리우레탄 형성 원료인 폴리올과 이소시아네이트 화합물의 유동성인 균일 혼합물 상태에서, 발포성 폴리우레탄의 형성과정에서의 발포에 의해 혼합물 중에 사용된 물의 일부가 분리 제거되어, 유동성을 상실하고 가소성을 갖는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 균일 혼합물은 상기 수경성 시멘트 100중량부에 대해서, 물 2.5중량부 내지 150중량부 및 발포성 폴리우레탄 형성원료 10중량부 내지 100중량부가 혼합된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 수경성 시멘트를 포함한 낮은 함수량의 가소성 조성물을 제조하는 방법은,

수경성 시멘트와 물 및 발포성 폴리우레탄 형성 원료인 폴리올과 이소시아네이트 화합물을 혼합하여 얻어지는 유동성인 균일한 혼합물 상태에서 폴리우레탄을 중합, 발포시킴으로써, 시멘트 입자 사이에 존재하는 자유수를 발포력을 이용하여 배출시켜, 유동성을 상실한 발포성 폴리우레탄과 수경성 시멘트를 포함하는 가소성 조성물과 액상의 물로 상분리하고, 상분리된 물을 제거하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 매우 소량의 수분을 함유하고도 균일하게 젖어있는 시멘트입자와 폴리우레탄으로 조성된 가소성 조성물이 제공된다.

둘째, 폴리우레탄의 접착력을 저하시키는 시멘트 배합수가 혼합조성물의 제조과정에 효과적으로 제거되어 전체적인 우수한 접착력을 나타내므로 금속메쉬, 유리면, 유리면메쉬, 합성섬유, 합성섬유포 등의 보강재 적용이 용이하며, 펄프, 목분, 건사 등의 입자와 혼합되어 견고한 복합물을 형성할 수 있고, 높은 접착성이 요구되는 다양한 소재와의 코팅, 라미네이팅용 접착제 및 심재로 폭 넓게 사용될 수 있다.

셋째, 비교적 소량의 우레탄을 함유하면서도 전체적으로 우레탄의 표면특성을 보이는 조성물이 제공되어 일반적인 석유화학계 접착제보다 경제성이 뛰어나며 유해성 논란이 많은 화학물질의 사용을 저감할 수 있다.

넷째, 폴리우레탄의 빠른 경화특징으로 수경성 시멘트를 사용하는 산업현장에 적용되어 생산성을 향상시킬 수 있다.

다섯째, 균일하게 수분이 부가된 수경성 시멘트의 균일한 수화경화물 형성 및 폴리우레탄과 시멘트경화물 간의 치밀한 구조적 특징에서 기인한 높은 내마모성 및 뛰어난 강성을 나타내는 경화물이 제공된다.

여섯째, 폴리우레탄이 수경성 시멘트 입자를 안정적으로 포집하고 있어서 수중에서나 유중에서도 수경성 시멘트의 유실없이 내마모성 및 강성이 우수한 경화물을 형성할 수 있다.

이러한 효과를 가지는 본 발명에 따른 수경성 시멘트를 포함한 낮은 함수량의 가소성 조성물은, 내구성 구조재 및 복합재료용 구조재, 라미네이팅용 표면재와 심재, 코팅제 및 접착제로 사용될 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 폴리머릭MDI를 투입하고 교반한 후의 모습을 순차적으로 보여주는 사진;

도 2는 본 발명의 실시예 1에서 60초 동안의 저속교반 후 비이커 상부에서 관찰한 모습을 보여주는 사진;

도 3은 본 발명의 실시예 1에서 얻어진 조성물을 롤러를 이용하여 필름의 형태로 성형한 후 경화시킨 경화물의 치밀한 표면모습을 보여주는 사진;

도 4는 본 발명의 실시예 2에서 얻어진 조성물을 롤러를 이용하여 필름의 형태로 성형한 후 경화시킨 경화물의 표면모습을 보여주는 사진;

도 5는 본 발명의 실시예 3에서 얻어진 조성물을 롤러를 이용하여 필름의 형태로 성형한 후 경화시킨 경화물의 표면 모습을 보여주는 사진;

도 6은 본 발명의 실시예 40에서 얻어진 목분을 이용한 복합성형물의 표면모습을 보여주는 사진.

본 발명에 따른 폴리우레탄과 시멘트를 이용하여 제조되는 낮은 함수량의 가소성 조성물은, 포틀랜드 시멘트를 주축으로 하는 수경성 시멘트와 물 및 발포성 폴리우레탄을 형성하는 액상의 폴리올과 이소시아네이트화합물을 함께 혼합하여 얻어지는 유동성인 균일한 혼합물 상태에서 일정 시간 동안의 교반과정과 배출된 자유수의 분리과정을 통하여 얻어진다.

상술하면, 본 발명에서는 네 가지 물질 즉, 수경성 시멘트, 물 및 발포성 우레탄을 형성하는 액상의 이소시아네이트 화합물과 폴리올을 균일하게 혼합하여 유동성의 시멘트풀을 제조함으로써,

(1)시멘트입자가 균일한 수화과정을 이루기에 충분한 환경을 제공하고,

(2)폴리우레탄의 형성과 발포가 진행되는 시간 동안에는 젖은 시멘트입자가 폴리우레탄에 포집되게 하며,

(3)이소시아네이트 화합물과 물의 반응으로 발생한 이산화탄소의 배출과 함께 시멘트입자 사이에 존재하는 자유수의 선택적인 분리가 이루어지게 하여,

폴리우레탄의 중합반응 종결 및 경화가 이루어지는 시간까지는 시멘트풀과 균일하게 혼합되어 존재하고 있는 폴리우레탄의 우수한 접착력이 혼합 시멘트풀 전체적으로 나타나며, 혼합된 시멘트가 수화반응을 진행하여 응결되는 시간까지는 원하는 형태로의 변형이 가능한 가소성을 제공하며, 혼합된 시멘트가 수화반응을 완결하여 경화된 상태에서는 이상적인 균일성을 가진 시멘트 경화물에서 기인한 높은 경도, 수화 시멘트와 우레탄 간의 치밀한 구조적인 특징에서 기인한 높은 내마모성 및 뛰어난 강성을 나타내는 경화물이 제공된다.

본 발명에서 사용되는 발포성 폴리우레탄을 형성하는 폴리올은 분자구조에 2개 이상의 하이드록실기(-OH)가 존재하는 액상의 폴리에스테르, 폴리에테르, 파마자유가 유용하며 난연성을 강화시키는 것이 요구될 때에는 할로겐화 된 폴리올을 사용할 수 있으며, 이소시아네이트 화합물과의 반응속도를 증진시키기 위해 폴리올의 무게 중량 대비 0.5wt% 내지 5wt% 사이로 아민계 촉매를 혼합하여 사용할 수 있다.

또한 본 발명에서 사용되는 이소시아네이트화합물로는 분자구조에 2개 이상의 이소시아네이트기(-N=C=O)를 가진 것이 유용하며 비교적 독성과 휘발성이 작으며 액상인 폴리머릭 MDI가 권장된다.

본 발명에서 사용되는 수경성 시멘트는 포틀랜드시멘트와 이를 기초로 하는 고로슬래그 시멘트, 포졸란 시멘트, 팽창시멘트, 포틀랜드시멘트와 칼슘 알루미네이트 시멘트가 혼합된 급결/급경시멘트, 유정시멘트, 백색시멘트 및 안료가 첨가된 착색시멘트, 한중시멘트 및 칼슘알루미네이트 시멘트 중에서 임의 선택되어 사용될 수 있다.

시멘트 입자사이에 존재하는 자유수의 선택적인 분리와 균일한 경화물을 얻기 위해서는 먼저 입자상태의 수경성 시멘트에 물과 폴리올을 균일하게 혼합하는 것이 요구된다. 이를 위해서 물을 수경성 시멘트에 단독으로 부가한 후 폴리올을 부가 혼합하거나 폴리올과 물을 혼합하여 부가 후 혼합하는 방법, 폴리올을 먼저 부가하고 혼합한 후 물을 부가하는 방법이 모두 유효하며, 미수화 시멘트 입자의 발생을 막기 위해서는 수경성 시멘트에 물을 부가한 후 최소 30초 이상의 교반시간이 요구된다.

한편 수경성 시멘트 100중량부 대비 물의 첨가량은 2.5중량부 내지 150중량부 사이로 부가될 수 있는데, 물의 첨가량이 너무 작은 경우에는 혼합물의 높은 점도로 인해 교반, 이송 등의 작업성이 나빠지며, 반대로 물의 양이 너무 많은 경우에는 혼합물의 응집과정에서 시멘트입자의 유실이 발생할 수 있을 뿐만 아니라 폴리우레탄의 응집작용이 약화되므로, 바람직하기로는 수경성 시멘트 100중량부 대비 물이 5중량부 내지 65중량부 사이로 부가될 수 있다.

본 발명에서는 수경성 시멘트, 물, 폴리올이 균일하게 혼합된 상태에서 이소시아네이트 화합물을 부가하게 된다. 이소시아네이트 화합물과 기혼합된 폴리올은 발포성 우레탄을 형성하는 원료물질로서 혼합물 내에서 우레탄결합을 형성하며 거대분자로 성장해, 수경성 시멘트입자를 포집하고, 접착성을 발현한다. 또한, 수경성 시멘트가 경화된 이후에는 시멘트 경화물의 내마모성과 강성을 향상시키는 것으로 수경성 시멘트 100중량부에 대해 폴리올과 이소시아네이트화합물의 첨가량은 10중량부 내지 100중량부 사이로 부가될 수 있다. 이때, 우레탄 형성 원료의 첨가량이 너무 적은 경우에는 응집력이 작아 시멘트입자의 포집과정이 원활하지 않으며, 우레탄 형성 원료의 첨가량이 시멘트 첨가량과 비교하여 과다할 경우에는 혼합물의 유연성과 기밀성이 높아져서 내부에 존재하는 자유수의 배출이 원활하지 못한 문제가 있다.

한편, 첨가된 이소시아네이트 화합물은 폴리올과의 반응 외에도 물과의 반응을 통하여 이산화탄소를 생성하는 역할을 수행하여야 하므로, 본 발명에서는 폴리올과 이소시아네이트 각각 중량비로 2 : 7 내지 7 : 5 사이의 범위에서 조절하는 것이 중요하다.

이소시아네이트 화합물까지 균일하게 혼합된 상태에서는, 생성된 우레탄이 교반용기 내부에서 하나의 덩어리로 응집되도록 교반 임펠러의 속도를 줄여주어 혼합물에서 적절한 양의 물이 분리되어 나오는 시점까지 교반한 후, 상 분리된 물을 제거하면 본 발명의 발포성 폴리우레탄과 시멘트를 이용하여 제조되는 낮은 함수량의 가소성 조성물이 얻어진다. 혼합물로부터 분리되어 제거되는 물의 양은 첨가되는 물의 양이나 다른 성분의 혼합비에 따라 달라질 수 있으며, 대략 최초 첨가된 물의 5 ~ 85% 수준이다.

이때 얻어진 가소성 조성물은 접착성이 높고 유연한 상태의 것이지만, 상온에서 30분 내지 60분 사이의 시간 경과 후 1차적인 우레탄의 경화로 접착성을 상실하고 취급이 가능한 상태의 내구성과 벤딩가공, 절단가공이 가능한 정도의 굳기를 나타내며, 4시간 이상의 시간 경과 후 수경성 시멘트입자의 수화과정으로 인하여 경도와 강도가 높은 경화물이 얻어진다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 좀 더 상세하게 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명의 일부분을 보다 구체적으로 설명하고 있으나, 본 발명의 내용이 이에 국한된 것은 아니다.

실시예

실시예 1-5. 수경성 시멘트의 선택

200㎖용적의 비이커 5개에 하기 표 1과 같이 각각 포틀랜드시멘트, 석고, 백색시멘트, 고로슬래그 시멘트, 급결시멘트를 40g씩 넣은 다음, 물 16g을 넣어 30초간 교반한 후, 폴리에테르계 폴리올 8g을 추가하여 30초간 교반하고, 액상의 폴리머릭MDI 8g을 투입한 후 10초간 고속교반, 1분간 저속교반 한 후 배출된 물을 다른 용기에 덜어 무게를 측정하고, 가소성 조성물은 롤러를 이용 필름형태로 성형 후, 24시간 경화시킨 후 특징을 관찰하여, 하기 표 1에 나타내었다.

또한, 실시예 1에서 폴리머릭MDI를 투입한 직후의 모습과, 10초 동안의 고속교반 후의 모습, 30초 저속교반 후의 모습 및 60초 저속교반 후 모습을 각각 촬영하여, 도 1의 (가), (나), (다), (라)에 나타내었다. 교반에 의해 물이 가소성 조성물로부터 급속도로 분리되어 나오는 것을 확인할 수 있다.

한편, 도 2는 본 발명의 실시예 1에서 60초 동안의 저속교반 후에 비이커 상부에서 관찰한 모습을 보여주는 사진으로, 폴리우레탄과 시멘트풀의 혼합조성물과 이 혼합 조성물로부터 분리 배출되어 상분리된 액상의 자유수를 잘 보여주고 있으며, 도 3은 본 발명의 실시예 1에서 얻어진 조성물을 롤러를 이용하여 필름의 형태로 성형한 후 경화시킨 경화물을 촬영한 것으로, 치밀한 표면모습을 잘 보여준다.

또한, 도 4는 본 발명의 실시예 2에서 얻어진 조성물을 롤러를 이용하여 필름의 형태로 성형한 후 경화시킨 경화물의 표면모습을 보여주는 사진으로, 수경성 시멘트가 아닌 석고의 경우에는 우레탄과의 친화력이 부족하여 폴리우레탄이 경화물의 표면에 용출된 모습을 보여주고 있다.

도 5는 본 발명의 실시예 3에서 얻어진 조성물을 롤러를 이용하여 필름의 형태로 성형한 후 경화시킨 경화물의 표면 모습을 보여주는 사진으로서, 비교적 입자가 큰 백색시멘트의 경우에도 우레탄과의 친화력이 우수하여 폴리우레탄이 용출되지 않는다는 사실을 잘 보여주고 있다.

표 1과 도 1 내지 도 5에서 보는 것과 같이, 석고를 제외한 나머지는 모두 접착성과 가소성이 비교적 우수한 가소성 조성물이 얻어졌으며, 경화물도 강도와 경도의 어느 한 측면에서 우수하거나 보통 이상의 물성을 나타내어서, 좋은 성형 재료로 활용될 수 있음을 확인할 수 있었다.

그 중에서도, 포틀랜드시멘트는 가소성 조성물의 특성과 경화물의 특성에서 모두 우수한 특성을 나타내는 것으로 확인되었다.

실시예 6-11. 수경성 시멘트의 혼합 적용

실시예 1-5를 통하여 인지하게 된 경화물의 강도가 우수한 포틀랜드시멘트와 경화물의 강도가 떨어지는 석고 또는 백색시멘트를 표 2에 나타낸 것과 같은 비율로 각각 혼합하여 200㎖용적의 비이커에 각각 40g, 물 16g을 넣어 30초간 교반하였다. 여기에, 폴리에테르계 폴리올 8g을 추가하여 30초간 교반하고, 다시 액상의 폴리머릭MDI 8g을 투입한 후 10초간 고속교반, 1분간 저속교반 한 후 배출된 물을 다른 용기에 덜어 무게를 측정하였다. 물을 분리해 낸 후에 얻어진 가소성 조성물은 롤러를 이용하여 필름형태로 성형하고 24시간 경화시킨 후 특징을 관찰하였다.

결과를 나타낸 표 2에서 보는 것과 같이, 석고 또는 백색시멘트를 다량 혼합한 경우에는 가소성 조성물의 응집력이 다소 떨어지고 경화물의 강도나 경도도 보통 수준으로 나타났으나, 석고 또는 백색시멘트의 함량이 50% 이하에서는 비교적 우수한 물성의 경화물을 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

실시예 12-29. 수경성 시멘트와 발포우레탄 형성원료의 적절한 혼합비 검증

200㎖용적의 비이커에 포틀랜드시멘트 40g, 물 16g씩을 각각 넣고 30초간 교반한 후, 폴리에테르계 폴리올과 액상의 폴리머릭MDI의 양을 표 3에 나타낸 것과 같이 변화시키면서 순차로 투입하여 혼합한 후, 배출된 물을 다른 용기에 덜어 무게를 측정하였다. 또한, 물이 분리된 후 얻어진 가소성 조성물은 롤러를 이용 필름형태로 성형하고, 24시간 경화시킨 후 특징을 관찰하였다.

상기 표 3에서 보는 것과 같이, 발포성 폴리우레탄 형성원료인 폴리올과 MDI의 사용량이 많을수록 가소성 조성물의 접착성은 향상되었으나, 일정 수준 이상으로 높아질 경우에는 오히려 경화물의 강도와 경도를 저하시키는 결과로 나타났다.

가장 우수한 결과를 나타내는 발포성 폴리우레탄 형성원료의 배합비는 수경성 시멘트 100중량부에 대해 20~35중량부 수준인 것으로 확인되었다.

실시예 30-34. 폴리에스테르계 폴리올을 발포우레탄 형성원료로 적용

200㎖용적의 비이커에 포틀랜드시멘트를 각각 40g, 물 16g을 넣어 30초간 교반한 후, 순차적으로 폴리에스테르계 폴리올과 폴리머릭MDI를 하기 표 4의 양으로 각각 투입, 혼합한 후 배출된 물을 다른 용기에 덜어 무게를 측정하고, 가소성 조성물은 롤러를 이용 필름형태로 성형 후 24시간 경화시킨 후 특징을 관찰하였다.

폴리에스테르계 폴리올을 사용하는 경우에도 폴리에테르계 폴리올을 사용한 것과 마찬가지로 접착성이 우수한 가소성 조성물과 물성이 우수한 경화물을 얻을 수 있는 것으로 확인되었다.

실시예 35-39. 적절한 물 첨가량의 검토

200㎖용적의 비이커에 포틀랜드시멘트를 각각 40g씩 투입한 후, 표 5에서와 같이 물의 양을 변화시키면서 물과 폴리에테르계 폴리올을 함께 넣어 30초간 교반하였다. 다시, 폴리머릭MDI를 7g씩을 투입, 혼합하며 혼합특성을 관찰하고 혼합한 후, 배출된 물은 다른 용기에 덜어 무게를 측정하였다. 그리고, 물을 분리해 내고 얻어진 가소성 조성물의 상태를 관찰하고, 롤러를 이용 필름형태로 성형 후 24시간 경화시킨 후 경화물의 특징을 관찰하였다.

표 5에서 보는 것과 같이, 물의 투입량이 많을수록 유동성이 증가하여 작업성은 용이하지만, 가소성 조성물의 접착성이나 경화물의 물성은 물의 첨가량이 너무 높아지면 오히려 떨어질 수 있으므로, 용도에 맞추어 발포성 폴리우레탄 형성원료의 투입량과 함께 물의 첨가량을 조절하여야 하는 것으로 나타났다.

실시예 40-45. 복합 성형물의 제조

200㎖용적의 비이커에 포틀랜드시멘트를 각각 40g, 물 16g을 넣어 30초간 교반한 후, 순차적으로 폴리에테르계 폴리올과 MDI의 투입량을 표 6에 기재된 것과 같이 변화시키면서 각각 투입, 혼합한 후 배출된 물을 다른 용기에 덜어 무게를 측정하였다. 물을 분리하고 얻어진 가소성 조성물에 목분, 펄프, 건사, 분쇄 폐지, 왕겨, 수산화알루미늄, 유리섬유 분말을 각각 첨가하여 혼합한 후, 틀에 넣어 성형물을 제조하고, 24시간 경화시킨 후 특징을 관찰하였다.

표 6에서 보는 것과 같이, 본 발명에 따른 가소성 조성물을 이용하여 다양한 종류의 충전재와 함께 다양한 특성을 가지는 복합 성형물을 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.

한편, 도 6은 본 발명의 실시예 40에서 얻어진 목분을 이용한 복합성형물의 표면모습을 보여주는 사진이다.

Claims (5)

1. 수경성 시멘트와 물 및 발포성 폴리우레탄 형성 원료인 폴리올과 이소시아네이트 화합물의 유동성인 균일 혼합물 상태에서, 발포성 폴리우레탄의 형성과정에서의 발포에 의해 혼합물 중에 사용된 물의 일부가 분리 제거되어, 유동성을 상실하고 가소성을 갖는 것을 특징으로 하는 수경성 시멘트를 포함한 낮은 함수량의 가소성 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 수경성 시멘트가 포틀랜드 시멘트, 고로슬래그 시멘트, 포졸란 시멘트, 팽창시멘트, 급결/급경 시멘트, 유정시멘트, 백색시멘트, 착색시멘트, 칼슘알루미네이트 시멘트 단독 또는 둘 이상 임의 선택되어진 것의 혼합물, 또는 이들 중 어느 하나와 석고와의 혼합물인 것을 특징으로 하는 수경성 시멘트를 포함한 낮은 함수량의 가소성 조성물.
3. 제 1항에 있어서, 상기 균일 혼합물은 상기 수경성 시멘트 100중량부에 대해서, 물 2.5중량부 내지 150중량부 및 발포성 폴리우레탄 형성원료 10중량부 내지 100중량부가 혼합된 것을 특징으로 하는 수경성 시멘트를 포함한 낮은 함수량의 가소성 조성물.
4. 수경성 시멘트와 물 및 발포성 폴리우레탄 형성 원료인 폴리올과 이소시아네이트 화합물을 혼합하여 얻어지는 유동성인 균일한 혼합물 상태에서 폴리우레탄을 중합, 발포시킴으로써, 시멘트 입자 사이에 존재하는 자유수를 발포력을 이용하여 배출시켜, 유동성을 상실한 발포성 폴리우레탄과 수경성 시멘트를 포함하는 가소성 조성물과 액상의 물로 상분리하고, 상분리된 물을 제거하는 것을 특징으로 하는 수경성 시멘트를 포함한 낮은 함수량의 가소성 조성물 제조방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 수경성 시멘트에 물과 폴리올을 이소시아네이트 화합물보다 먼저 먼저 혼합하여 주는 것을 특징으로 하는 수경성 시멘트를 포함한 낮은 함수량의 가소성 조성물의 제조방법.

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