상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다층복합형 방수시트는 열가소성 엘라스토머계 방수시트/중심보강재/열가소성 엘라스토머계 방수시트 형태를 갖고 있음을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 상세히 설명한다.
본 발명에 사용되는 열가소성 엘라스토머는 연질의 재질로 성형성 및 시공성이 우수한 방수시트층을 형성하여 방수재에 우수한 기계적 물성 및 내후성, 내구성 및 열융착성을 제공하며, 유리섬유층은 방수재의 치수안정성과 내뚫림성을 향상시키는 역할을 하므로 별도의 보강처리 없이도 옥외노출형 방수공사가 가능하게 하여 시공시간 및 시공비용을 절감할 수 있다.
일반적으로 열가소성 엘라스토머계 방수시트는 엘라스토머가 갖는 탄성이 바탕체의 변형에 대해서는 신축적으로 대응하는 장점이 있으나, 시트 제조시 잔류 응력을 완벽하게 제거할 수 없기 때문에 시공시 바탕체에 펼쳐놓은 시트가 시간이 흐름에 따라 수축이 진행되는 단점이 있다. 또한, 계절변화 및 밤낮의 온도차에 따라 콘크리트 바탕체 및 방수시트가 수축, 팽창을 반복하게 되고, 특히 겨울철에 시트의 접합부위 및 벽체와의 마감부위 등에 수축율 차이에 의해 들뜸현상이나 터짐 현상이 발생할 수 있다. 이를 개선하기 위해 본 발명에서는 열가소성 엘라스토머 방수시트내에 치수안정성이 우수한 중심보강재를 넣어 문제점을 해결한다.
상기에서 사용되는 중심보강재로는 폴리에스터계나 유리섬유계 시트가 적합하며, 시트의 형태는 직포나 부직포 모두 사용 가능하다. 폴리에스터계 시트의 경우, 압출 시트 성형시 다이 내부의 고온에 의해 변형이 올 수 있으므로 시트 성형후에 별도의 접착공정을 통해 다층 시트를 성형하는 것이 바람직하다. 또한, 유리섬유계 시트의 경우는 주로 수용성 아크릴계 수지를 바인딩 수지로 사용하는 것이 일반적이며, 바인딩수지는 열경화성 수지로 열에 의해 녹지 않으므로 압출 시트 성형공정시 다이 내부로 공급하여 수지층과 접착이 가능하여 폴리에스터계와 달리 별도의 접착공정 없이도 다층시트를 생산할 수 있다.
그러나, 유리섬유계 시트를 중심보강재로 사용할 경우, 폴리올레핀계 엘라스토머와의 접착력이 떨어지고 치수안정성과 내뚫림성이 저하되게 된다. 따라서, 본 발명에서는 변성 폴리에틸렌을 이용하여 폴리올레핀계 엘라스토머의 유리섬유계 시트의 접착력을 향상시킨다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 3층 방수시트에 사용되는 엘라스토머는 (A)폴리올레핀계 열가소성 엘라스토머 50~90중량부, (B)에틸렌 알파 올레핀계 공중합체 5~30중량부, (C) 변성 폴리에틸렌 5~30중량부로 구성되며, 각각의 조성물은 시공시 작업의 용이성을 고려하여 경도가 Shore A 90을 넘지않도록 하여야 하고 KS F 4911에서 규정하는 가황고무계 방수시트 규격을 만족하도록 한다.
상기의 엘라스토머를 이루는 성분을 구체적으로 살펴보면,
(A) 폴리올레핀계 엘라스토머는 프로필렌 함량이 10~50중량%이고 100℃에서의 무니(MOONEY) 점도가 50~125ML1+4인 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 30~80중량부와 폴리프로필렌 수지 20~70중량부에 3~10중량부의 페놀수지계 가교제 및 2~10중량부의 가교조제를 부가하고, 니더, 밴뷰리 믹서, 일축압출기, 이축압출기 등을 이용하여 동적가교하여 부분가교 또는 완전가교된 가교고무형 엘라스토머가 바람직하다. 상기에서 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무의 함량이 80중량부를 넘으면 시트의 유연성은 커지나 시트 성형성 및 열융착성이 나빠지게 되고, 폴리프로필렌 수지의 함량이 70 중량부를 넘으면 시트의 기계적 물성 및 성형성은 좋아지나 시트의 유연성이 떨어져 바탕체에 대한 추종성이 나쁘게 되고, 굴곡면이나 부속물과의 접합면 시공이 어려워진다. 따라서, 방수재의 시공성과 열융착성을 고려할 때 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 함량이 50~80중량부, 폴리프로필렌수지 15~40중량부로 경도가 Shore A 90 이하인 엘라스토머가 더욱 바람직하다.
또한, 가교반응 속도를 높이기 위한 가교촉진제로는 Mg, Pb, Zn계 금속산화물 및 SnCl2 또는 이들의 혼합물을 사용한다. 상기의 가교촉진제는 금속산화물 및 SnCl2을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하며, 상기 SnCl2의 함량은 고무함량 대비 2중량%이하로 사용한다.
(B) 엘라스토머의 열융착성을 높이기 위하여 사용되는 에틸렌 알파 올레핀계 공중합체 수지로는 에틸렌 옥텐 고무, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐아세테이트 수지 등이 있으며, 압출 시트 성형성 및 기계적 물성을 동시에 향상시킬수 있는 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지가 가장 바람직하다. 상기의 에틸렌-부텐계 저밀도 폴리에틸렌은 가격이 저렴하고 가공성이 우수한 반면, 기계적 물성이 떨어지는 단점이 있으며, 메탈로센 촉매로 중합한 에틸렌-옥텐계 저밀도 폴리에틸렌은 기계적 물성이 가장 우수하나 상대적으로 가격이 비싸고 분자량 분포가 좁아 가공성이 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 기계적 물성, 가공성, 열융착성 및 충격강도가 우수하며, 밀도가 0.90~0.93인 에틸렌-부텐계 선형 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-헥센계 선형 저밀도 폴리에틸렌, 및 에틸렌-옥텐계 선형 저밀도 폴리에틸렌을 주로 사용한다.
(C) 엘라스토머와 중심보강재와의 접착성을 향상시키기 위해 사용되는 변성 폴리에틸렌은 에틸렌 단독 중합 또는 에틸렌 알파 올레핀 공중합된 폴리에틸렌에 불포화 카르본산 또는 그 유도체로부터 선택된 모노머를 그래프트 반응시켜 제조한다. 본 발명에서 주로 사용하는 변성 폴리에틸렌은 불포화 카르본산 또는 그 유도체로서, 그래프트율이 일반적으로 0.1~10wt%, 바람직하게는 0.4~5wt% 이고, 우수한 접착성을 위하여 겔함량이 10wt% 이하(135℃에서의 데카린 불용분)이며 용융지수 (ASTM D 1238: 온도 190℃, 하중 2.16kg에서 측정함)가 0.1~30g/10min인 변성 폴리에틸렌이 바람직하다. 상기에서 폴리에틸렌을 그래프트 변성시키는 데 사용되는 카르본산 또는 그 유도체로서는 아크릴산, 메타크릴산, 말레인산, 프말산, 이타콘산, 시트라콘산, 산무수물, 에스테르, 아미드, 이미드 등이 사용된다.
한편, 본 발명에서 사용된 유리섬유계 중심보강재는 장섬유계 유리섬유를 아크릴계 바인딩 수지로 코팅하여 제조한 직포 또는 부직포 형태의 시트로서 단위면적당 무게가 30~150g/㎡이며, 폴리에스터계 중심보강재는 폴리에스터 원사를 이용하여 제조한 직포 또는 부직포 시트로서 단위면적당 무게가 30~150g/㎡이다.
본 발명의 다층복합형 방수시트는 캘린더링 또는 압출다이성형기를 이용하여 시트성형을 한 후, 폴리에스터계 또는 유리섬유계 중심보강재용 시트와의 합지공정을 거치는 2단계 제조공정을 통해 제조하거나, 압출 라미네이션을 이용하여 제조할 수 있다. 바람직하게는 압출 라미네이션 공정을 통해 폴리올레핀계 엘라스토머를 상층부와 하층부에 위치하게 하고, 유리섬유계 중심보강재를 압출시트성형다이로 동시에 공급하여 별도의 접착공정없이 3층 복합 방수시트를 제조하는 것이다.
본 발명에서는 압출다이를 제작하여 압출기에서 공급되는 엘라스토머 수지의 흐름을 상부와 하부로 나누고, 중앙으로 미리 예열된 중심보강재를 연속으로 공급하여 압출시트 성형과 합지공정을 동시에 진행하도록 T-Die 시트성형기를 제작한다(하기 도 1참조). 이때, 수지의 성형온도는 180~230℃, 수지압력은 90~150 Kgf/cm2가 바람직하며, 시트의 두께 및 폭은 용도에 따라 각각 0.5~4.0mm, 1~6m로 다양하게 성형가능하다.
일반적으로 방수시트의 경우 접착제를 사용하거나 열융착을 하거나 접착부위가 많을수록 안정성이 떨어지므로, 가능한 광폭의 시트로 성형하여 접착회수를 줄이는 것이 바람직하다. 일반적인 열가소성 엘라스토머의 경우 용융되어 흐를수 있는 성분이 적은 특성으로 폭 2m이상의 압출시트 성형이 어려우나, 본 발명의 에틸렌 공중합체 수지로 개질된 엘라스토머의 경우는 용융성분의 함량이 높아 후처리시 열융착성외에도 시트 압출성형성이 우수하여 6m이상의 광폭의 압출 시트 성형도 가능하다.
한편, 방수 시공방법은 바탕체의 바닥면을 정리하고, 바탕면에 고무용 접착제를 도포한 후, 시트를 시공현장에 맞게 재단하여 펼친다. 접착면의 안쪽에는 부틸고무계 테이프를 이용하여 시트를 고정하고 기계식 열풍 융착기로 열융착하며, 코너부위나 굴절부위 등은 핸드 융착기나 실링재를 이용한다. 상기의 실링재의 경우 내후성이 떨어지고 기계적 물성이 낮아 바탕체와 시트의 수축 팽창에 따라 손상되기 쉬워 전체 방수시공의 취약부분이다. 따라서, 이를 보강하기 위해 방수시트 성형시 재단되어 버려지는 부위를 띠 타입의 용접봉으로 활용하면 높은 접착강도로 취약부분을 보강할 수 있다. 방수시트를 이용한 방수공사는 바탕체와 외부를 완벽히 차단하므로, 바탕체가 함유한 수분을 배출하기 어렵기 때문에 수분을 많이 함유한 건축물의 경우 바탕체와 시트 사이로 증발한 수분이 기포를 형성하여 시트 손상의 원인이 될 수 있다. 이를 방지하기 위해 건축물에 수분 방출을 위한 천공을 뚫거나, 시트 시공면에 내부 수분 배기관을 설치해야만 한다. 또한, 건물 구석에 위치하는 배수관에는 폴리올레핀계 성형물로 배수설비를 만들고 방수시트와 열융착하는 것이 방수안정성이 높은 마감공사 방법이다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 예로만 한정되는 것은 아니다.
[실시에 1~11 및 비교예 1~2]
하기 표 1의 조성으로 실시에 1~11 및 비교예 1~3을 제조하였다. 우선, TPE에 LLDPE, 변성 PE 등을 하기 표 1의 조성비에 따라 혼합하여 소재를 제조하였다. 이때, 압출온도는 190~220℃, 스크류 회전속도는 200~400RPM이며, 압출기는 L/D 32이상인 이축압출기(Twin Screw Extruder)를 사용하였다. 다음, 상기에서 제조된 소재를 시트성형기에 투입하여 압출하면서 하기 도 1의 다이속으로 중심보강재를 공급하여 다층 복합시트를 제조하였다. 이때, 시트 성형조건은 180~190℃의 압출기 온도, 185~210℃의 다이온도, 4m/min의 선속이며, 시트의 두께는 1.0~2.0㎜로 제조하였다.
성분 |
실시예 |
비교예 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
1 |
2 |
3 |
TPE1
|
- |
- |
- |
- |
- |
- |
50 |
70 |
90 |
70 |
70 |
100 |
75 |
75 |
TPE2
|
75 |
75 |
75 |
75 |
75 |
75 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
LLDPE |
25 |
- |
25 |
- |
25 |
- |
30 |
20 |
5 |
20 |
20 |
- |
25 |
- |
변성PE |
- |
25 |
- |
25 |
- |
25 |
20 |
10 |
5 |
10 |
10 |
- |
- |
25 |
유리섬유1
|
사용 |
사용 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
사용 |
- |
- |
- |
- |
유리섬유2
|
- |
- |
사용 |
사용 |
- |
- |
사용 |
사용 |
사용 |
- |
- |
- |
- |
- |
폴리에스터 |
- |
- |
- |
- |
사용 |
사용 |
- |
- |
- |
- |
사용 |
- |
- |
- |
상기 실시예 및 비교예에서 사용된 소재를 요약하면 하기와 같다.
ㆍ TPE1(Thermoplastic Elastomer) : 호남석유화학 Lottmer HX-064AN, 경도 64A, Oil extended 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 80%, 폴리프로필렌 20%, 페놀수지계 가교제 및 가교조제를 이용하여 동적가교시킨 완전가교형 엘라스토머.
ㆍ TPE2 : 호남석유화학 Lottmer HS-080AN, 경도 80A, Oil extended 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 70%, 폴리프로필렌 30%, 페놀수지계 가교제 및 가교조제를 이용하여 동적가교시킨 부분가교형 엘라스토머.
ㆍ LLDPE : 삼성종합화학 Super Strength LLDPE 8100S, 밀도 0.917, 에틸렌-헥센계 선형저밀도 폴리에틸렌.
ㆍ 변성PE : 호남석유화학 Adpoly EM-530, MAH(Maleic Anhydride)가 1 wt% 그래프트된 폴리에틸렌.
ㆍ 유리섬유1 : 변성 아크릴계 바인딩 수지로 코팅된 유리섬유 직포, 40g/m2.
ㆍ 유리섬유2 : 변성 아크릴계 바인딩 수지로 코팅된 유리섬유 부직포, 80g/m2.
ㆍ 폴리에스터 : PET 원사를 제직하여 만든 직포, 100g/m2.
[시험예 1]
상기 실시에 1~11 및 비교예 1~3의 물성을 확인하기 위해, 우선 Die 폭이 2.3m인 압출 시트성형기를 이용하여 시트 두께를 1.5mm로 균일하게 성형하였다. 다음, 하기의 방법으로 상기 실시예 및 비교예의 물성을 평가하였다.
① 인장강도, 신율 및 경도
상기 실시예 1~11 및 비교예 1~3의 인장강도, 신율 및 경도를 KS F 4911에 규정된 방법으로 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
② 열융착강도 및 치수안정성
열융착강도는 열풍융착기로 접착시킨 시트를 인장시험기로 박리할 때 걸리는 힘(Kgf/㎝)으로 평가하였다. 또한, 치수안정성은 성형된 시트를 100℃ 오븐에 48시간 방치하고 상온에서 2시간 이상 어닐링한 후, 치수 변화율(%)을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
③ 내뚫림성
내뚫림성은 한국합성수지 공업협동조합연합회 표준 KSS M1009 방법에 의거하여 측정하였다. 우선, 지름 100㎜이상의 시트를 바깥지름 100㎜, 안지름 45㎜인 램프에 고정하고 지름 0.8㎜인 금속봉을 300㎜/min의 속도로 눌러 시험편을 통과시켜 최대하중을 기록하였다. 다음, 최대하중을 시험편의 두께로 나누어 뚫림강도를 산출하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
성분 |
실시예 |
비교예 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
1 |
2 |
3 |
인장강도(Kgf/㎠) |
120 |
102 |
75 |
105 |
115 |
100 |
140 |
125 |
80 |
120 |
125 |
70 |
95 |
90 |
신율(%) |
750 |
700 |
500 |
650 |
750 |
750 |
800 |
750 |
600 |
700 |
750 |
500 |
700 |
650 |
경도(A) |
80 |
80 |
80 |
80 |
79 |
79 |
90 |
83 |
70 |
82 |
82 |
64 |
75 |
75 |
내뚫림성(Kgf/㎠) |
110 |
95 |
100 |
125 |
115 |
100 |
150 |
130 |
90 |
110 |
115 |
55 |
75 |
70 |
열융착성(Kgf/㎝) |
100 |
95 |
90 |
95 |
105 |
100 |
130 |
115 |
70 |
115 |
115 |
60 |
85 |
80 |
치수안정성 |
-0.8 |
-0.8 |
-2.0 |
-0.4 |
-1.1 |
-1.1 |
-0.3 |
-0.3 |
-0.5 |
-0.8 |
-1.1 |
-2.5 |
-2.2 |
-2.1 |
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1~6은 TPE2 75%와 LLDPE나 변성PE를 25%로 이루어진 소재에 유리섬유1, 유리섬유2, 폴리에스터 중심보강재를 넣어 제조한 다층 복합시트의 성능을 비교 평가한 것이다. 직포 형태의 유리섬유1과 폴리에스터 중심보강재는 접착성 성분인 변성PE가 첨가되지 않아도 중심보강재의 눈금사이로 상층부와 하층부의 소재가 용융된 상태에서 열융착되어 시트가 박리되지 않고, 시트의 치수안정성과 내뚫림성을 향상시키는 효과가 있음을 알 수 있었다. 또한, 유리섬유2는 부직포형태로 상하층부의 수지가 접촉할 수 없으므로 실시예 3과 같이 접착성 수지 성분이 없으면 3층 시트가 서로 박리되어 방수시트로 사용하기 곤란하고, 변성PE가 함유된 소재의 경우 유리섬유2와 접착이 가능하여 내뚫림성 및 치수안정성이 가장 우수함을 확인하였다.
또한, 실시예 7~9는 유리섬유2의 중심보강재에 TPE1, LLDPE, 변성PE의 함량비 변화에 따른 방수시트의 물성변화를 나타내었다. LLDPE와 변성PE의 함량이 높을수록 기계적물성, 내뚫림성 및 열융착성이 향상되며, TPE의 함량이 높을수록 시트의 탄성복원력이 우수하고 건축물의 변형에 대한 추종성이 좋아짐을 확인하였다.
또한, 실시예 10~11은 실시예 8과 동일한 조성의 수지에 중심보강재를 변화시켰을 때의 방수시트의 성능변화를 나타내었다. 유리섬유1, 유리섬유2 및 폴리에스터 중심보강재를 사용할 경우, 모두 기계적 물성 및 열융착성이 양호한 방수시트를 얻을 수 있으며, 특히 직포 형태의 유리섬유1, 폴리에스터에 비해 부직포형태의 유리섬유2 중심보강재를 사용할 경우 내뚫림성 및 치수안정성 개선효과가 더 향상될 수 있음을 알 수 있었다.
반면, 비교예 1은 TPE1를 이용하여 단층 시트 성형한 제품으로 인장 및 압축 변형시 복원력이 우수하고 바탕체의 추종성이 좋아 현재 건축물 옥외 방수용 재료로 사용되고 있다. 그러나, 낮은 경도(64A)로 인해 시트를 취급하기는 용이하나, 열융착 강도가 낮고 열융착온도 범위가 좁아 작업자의 숙련도에 따라 접착불량 문제가 발생할 가능성이 크며, 비교예 2, 3은 TPE1의 성분 중 25%를 LLDPE나 변성 PE로 대체하여 단층 시트 성형한 것으로, 비교예 1의 방수시트가 가진 문제점을 다소 개선하는 효과가 있지만, 본 발명의 실시예에 비해 물성이 떨어짐을 확인하였다.