KR100789313B1 - 점성이 있고 아민에 의해 경화되는 화학 고정 접착제 - Google Patents

점성이 있고 아민에 의해 경화되는 화학 고정 접착제 Download PDF

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Abstract

화학 고정 접착제는 각각 고 점성의, 퍼티와 같은 농도를 갖는 제 1 부와 제 2 부를 포함한다. 제 1 부와 제 2 부는 경계면을 따라 서로 직접 연결되어 있다. 바람직하게, 제 1 부는 약 20 내지 약 45 중량%의 에폭시 수지와, 오일 흡수치(oil absorption value)가 약 30 이상인 약 10 내지 약 40 중량%의 제 1 미립자 충전제와, 충전제의 약 70 중량% 이상의 U.S. 시브 사이즈(U.S. Sieve size)가 16 내지 45인 약 40 내지 약 65 중량%의 제 2 미립자 충전제를 포함한다. 바람직하게, 제 2 부는 약 5 내지 약 20 중량%의 지방족 아민 화합물과, 약 0.1 내지 약 15 중량%의 3차 아민 화합물과, 오일 흡수치가 약 30 이상인 약 1 내지 약 23 중량%의 제 1 미립자 충전제와, 충전제의 약 70 중량% 이상의 U.S. 시브 사이즈가 16 내지 45인 약 52 내지 약 87 중량%의 제 2 미립자 충전제를 포함한다. 고정 접착제는 한 부분 또는 제 1 부 및 제 2 부의 개별 캡슐화를 필요로 하지 않으며, 보어홀에 삽입되기 전 임의 단계에서 형성되어, 바람직한 크기와 양으로 절단될 수 있다.

Description

점성이 있고 아민에 의해 경화되는 화학 고정 접착제{VISCOUS AND AMINE-CURED CHEMICAL ANCHORING ADHESIVE}
도 1은 보어홀에 삽입되기 전 고 점성, 본질적으로는 고체인 본 발명의 고정 접착제의 단편 또는 슬러그를 도시한 도면.
도 2는 슬러그로 절단되기 전, 로프 상태로 감긴 고 점성의 접착제 조성물을 도시한 도면.
도 3은 고 점성의 접착제 조성물을 사용하여 보어홀과, 이 보어홀 내에 고정되어 있는 앵커 핀(anchoring pin)을 도시한 도면.
도 4의 a 내지 i는 접착제 조성물의 제 1 부 및 제 2 부에 대해 다양한 압출 성형 구성을 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 슬러그(slug) 12 : 제 1 부(first part)
13 : 단부(end) 14 : 제 2 부
15 : 단부 16 : 포장 재료(wrapper)
17 : 경계면(interface) 18 : 혼합물
20 : 로프(rope) 30 : 구조물(structure)
32 : 보어홀(borehole) 34 : 앵커 핀(anchor pin)
35 : 전방 단부(forward end)
본 발명은 다리나, 공항, 고속도로, 마천루, 스타디움 및 터널과 같은 공업적 또는 상업적인 건축 공사 등에 유용한 고 점성(바람직하게는 아민에 의해 경화되는)의 화학 고정 접착제에 관한 것이다. 고정 접착제는 핀, 고리, 볼트, 로드 및 그 밖의 앵커 장치가 콘크리트, 벽돌(masonry), 금속(예를 들어, 강철), 세라믹, 유리 및 나무에 형성된 구조적인 개구부 내의 제자리에 견고하게 유지되도록 한다. 화학 고정 접착제는 작업 현장에 보내지기 전 또는 작업 현장에서 원하는 형태로 형성되고/되거나 원하는 길이로 절단될 수 있다. 화학 고정 접착제의 점성이 높기 때문에, 고정 접착제는 보어홀의 상하부가 반대로 된 수직 상태의 보어홀, 수평 상태의 보어홀 또는 임의의 각으로 기울어진 보어홀 내에 주입될 수 있고, 보어홀로부터 쏟아지거나 흘러나오지 않는다.
혼합하였을 때 서로 반응하고 경화되는 둘 이상의 성분으로 이루어진 화학 고정 접착제가 알려져 있다. 스쿠피안(Skupian) 등에게 허여된 미국 특허(제5,730,557호)에는 보어홀에 앵커(anchor)를 화학적으로 부착시키기 위한 모르타르 혼합물 캡슐 유닛(mortar mixture capsule unit)이 개시되어 있다. 캡슐은 충전 물질(filler material)과 충전 물질 내의 작은 캡슐에 함유된 화학 결합제 시스템(chemical binder system)을 포함한다. 카트리지(cartridge)가 보어홀에 삽입되고 드라이빙 공구(driving tool)는 앵커를 삽입하는데 사용된다. 드라이빙 공구가 앵커를 움직여서, 앵커가 하우징 캡슐(housing capsule)과 캡슐 내에 함유된 작은 캡슐을 파열하며, 이를 통해 화학 결합제 시스템이 충전제와 상호 작용하고 섞이게 된다. 상호 작용과 혼합으로 결합제 시스템/충전제 혼합물이 반응하고 경화하며, 이것에 의해 보어홀 내에 앵커를 고정시킨다. 유사한 접착제가 힐티 에이지(Hilti AG) 사에 의해 상품명 "HVU"로 판매되고 있다.
모엔치(Moench) 등에게 허여된 미국 특허(제5,731,366호)에는 자유 라디칼적으로 중합 가능한 수지(free-radically polymerizable resin)와 이 수지로부터 공간적으로 분리된 자유 라디칼 개시제(free-radical initiator)를 기초로 하는 화학 플러깅 화합물(chemical plugging compound)이 개시되어 있다. 개시제를 유리나, 젤라틴 또는 셀룰로즈 캡슐에 캡슐화해서 공간 분리를 이룰 수 있다. 상기 플러깅 화합물은 자체 독립적이고(self-supporting), 저장이 안정한(storage stable) 것으로 설명되고있다.
종래 기술의 화학 고정 접착제는 몇 가지 단점을 가지고 있다. 첫째 단점은 하나 또는 두 가지 성분 모두가 유체이기 때문에 사용 전에 둘러 싸여지거나, 캡슐화되고, 그렇지 않으면 패키지에 싸여야 한다. 그러므로, 작업 현장에 있을 때 보어홀에 사용되는 접착제 양이나 하우징 캡슐(housing capsule)의 크기를 변경하는 것이 쉽지 않다. 다시 말하면, 표준보다 크거나 작은 보어홀에도 표준 크기의 보어홀과 동일한 양의 미리 결정되고, 미리 포장된 접착제가 들어가게 될 것이다.
다른 단점은 사용 중에, 특히 앵커가 움직여 포장이 파열된 후 보어홀으로부터 유체인 접착제가 흐르거나 쏟아질 수 있다는 것이다. 이 문제는 보어홀의 상하부가 반대로 된 수직일 때 특히 심각하지만, 보어홀이 수평이거나 수평과 상하부가 반대로 된 수직 사이에서 일정각으로 경사진 상태일 때에도 존재한다. 심지어, 접착제가 완전히 유체가 아니어도 종래 기술의 카트리지(cartridges)는 대체로 자체 유지기능(self-retentive)이 없다. 즉, 상기 카트리지는 위쪽 보어홀에서 떨어질 것이다.
또 다른 단점은 두 성분인 결합제와 충전제가 미리 상호 작용하고 반응하는 것을 막기 위해 사용 전에 완전히 분리돼야 한다는 것이다. 이를 위해 사용되는 캡슐화 기술은 상당한 정밀도(precision)와 비용을 필요로 한다. 또한, 접착 캡슐이 사용될 때까지 결합제를 함유하는데 사용되는 작은 캡슐이 충전제 내에 균일하게 분산된 채로 유지되는지 확실치 않다. 결합제와 충전제가 균일하게 분산되지 않으면 앵커가 균일하지 않게 또는 부적절하게 접착될 수도 있다.
카트리지 접착제는 다른 형태의 종래 기술의 접착제이다. 카트리지 접착제는 분리된 제 1 부 및 제 2 부를 포함하는데, 주입 시점에 제 1 부 및 제 2 부를 결합시키는 2배럴 코킹건(two-barrel caulking gun)을 사용하여 상기 제 1 부 및 제 2 부가 보어홀에 동시 주입되고, 이 때문에 제 1 부 및 제 2 부는 보어홀에 들어가면서 반응하게 된다. 카트리지 접착제의 단점은 과다한 포장 폐기물, 코킹 배럴에 있는 혼합되지 않고 사용되지 않은 물질로 인한 과다한 접착제 폐기물, 그리고 물질이 수직의 위쪽 보어홀으로부터 흘러나오게 되고 수평한 보어홀에서는 기울게 되는 불충분한 점성을 포함한다.
본 발명은, 점성이 있고, 고체이며, 퍼티와 같은 농도(putty-like consistency)를 갖는 제 1 부 및 제 2 부를 포함하는 고정 접착제 조성물에 관한 것이다. 다른 한 부에 대해 한 부를 캡슐화하지 않고, 제 1 부 및 제 2 부 사이에 심각한 사전 반응(premature reaction)이 일어나지 않으면서, 제 1 부 및 제 2 부는 로프나 다른 기다란(elongated) 모양으로 나란히 연결될 수 있다. 제 1 부 및 제 2 부의 높은 점성 때문에, 접착제는 보어홀의 상하부가 반대로 된 수직 보어홀, 수평 보어홀 또는 수평과 상하부가 반대로 된 수직 사이에 일정각으로 경사진 보어홀에 사용될 수 있고, 보어홀로부터 쏟아지거나 흘러나오거나 보어홀 내에서 아래로 축 처지지 않게 된다.
접착제의 제 1 부는 수지(resin)를 포함한다. 제 1 부의 점성도는 25℃에서 브룩휠드 엔지니어링 사(Brookfield Engineering Co.)에서 제조한 모델(Model) DV-3이라는 브룩휠드 점성계를 이용하여 측정했을 때, 약 5백만 내지 5천만 cp의 값이다. 이 점성도 범위에서는 확실히 접착제가 생성되고, 모양이 만들어지고/만들어지거나 칼로 절단될 수 있으나, 흐르지는 않는다. 일 실시예에서 접착제의 제 1 부는 원하는 점성도를 얻는데 필요한 비율로 에폭시 수지(예를 들면, 액체 에폭시 수지)와 적어도 하나의 미립자 충전제를 포함한다.
바람직하게, 접착제 조성물의 제 1 부는 약 20 내지 약 45 중량%의 액체 에폭시 수지와, 바람직하게는 탈크를 포함하는 약 10 내지 약 40 중량%의 제 1 미립자 충전제와, 바람직하게는 실리카를 포함하는 약 40 내지 약 65 중량%의 제 2 미립자 충전제를 포함한다.
접착제의 제 2 부는 경화제를 포함한다. 제 2 부의 점성도는 같은 테스트 장비를 사용해서 측정했을 때 약 5백만 내지 5천만 cp의 값이다. 제 2 부의 점성도는 제 1 부 점성도의 70% ∼ 130% 범위 내에 들어야 한다. 일 실시예에서 접착제의 제 2 부는 원하는 점성도를 얻는데 필요한 비율로 경화 화합물(curing compound)과 경화 촉진제와 적어도 하나의 미립자 충전제를 포함한다.
바람직하게, 접착제 조성물의 제 2 부는 약 5 내지 약 20 중량%의 아민 또는 그 화학 유도체와, 약 0.1 내지 약 15 중량%의 3차 아민과, 바람직하게 탈크를 포함하는 약 1 내지 약 23 중량%의 제 1 미립자 충전제와, 바람직하게 실리카를 포함하는 약 52 내지 약 87 중량%의 제 2 미립자 충전제를 포함한다.
제 1 부와 제 2 부는 원통형, 직사각형, 정사각형, 삼각형 또는 이와 다른 적절한 모양을 갖는 로프 형태로 압출, 압착되거나 서로 결합될 수 있다. 로프는 임의의 적절한 횡단면 직경과 임의의 적절한 길이를 가질 수 있다. 로프의 주위는 플라스틱 필름, 금속 호일, 종이 등으로 제조된 적절한 포장 재료로 포장될 수 있다. 제 1 부와 제 2 부는 로프의 길이 방향으로 확장하는 적어도 하나의 경계면을 따라 직접 연결된다. "직접 연결된다"는 표현은 제 1 부 및 제 2 부 사이에 어떤 필름, 캡슐, 그 밖의 다른 차단물이 놓여 있지 않다는 것을 의미한다.
로프 형태의 고정 접착제는 보어홀의 깊이에 따라 적당한 크기로 절단되거나 전단될 수 있다. 일 실시예에서, 접착제의 적합한 양은 보어홀의 깊이로 측정될 수 있는데, 즉, 로프의 단부를 보어홀에 가능한 한 깊게 삽입하고, 보어홀의 상단에서 로프를 절단하면 된다. 보어홀의 깊이가 다양하다면, 접착제는 각 보어홀에 최적량의 접착제를 제공하도록 작업 현장에서 절단되거나 전단될 수 있다. 제 1 부 및 제 2 부가 나란히 압출되기 때문에, 다른 부분에 대한 한 부분의 양은 로프의 길이를 따라 대체로 일정하다. 사용 전에는 제 1 부 및 제 2 부 사이의 단일 경계면을 따라서만 직접적인 접촉이 있다. 이 때문에 다른 부분에 대하여 한 부분을 캡슐화하지 않더라도 제 1 부 및 제 2 부 사이의 사전 반응이 최소화된다.
상술한 바를 상기하면, 본 발명의 특징과 장점은 개구부(opening)가 아래로 향해 있거나 수평인 보어홀으로부터 쏟아지지 않고 사용될 수 있는 고 점성의, 제 1 부 및 제 2 부로 된 고정 접착제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 특징과 장점은 대형 건축 공사(heavy construction) 등에 일정한 고품질의 고정력(anchoring force)을 제공하며, 작업 현장에서 또는 작업 현장에 들어가기 전에 임의의 원하는 길이로 절단될 수 있으며, 접착제의 축 길이 방향에 따라 일정한 조성을 갖는 제 1 부 및 제 2 부로 된 고정 접착제 조성물을 제공하는 것이다.
상술한 그리고 그 외의 특징과 장점은 다음에 상술되는 현재로서는 바람직한 실시예와 그에 관련되어 수반되는 도면과 예로부터 더욱 명확해 질 것이다. 상세한 설명, 도면 및 예는 제한하는 것이 아니라 실 예가 되는 것이며, 본 발명의 범위는 첨부한 청구항과 그것의 동등물에 의해 규정됨을 유념하여야 한다.
도 1을 참조하면, 고점성, 실질적으로는 고체상인 고정 접착제가 콘크리트, 강철, 벽돌, 세라믹, 유리, 나무, 플라스틱 또는 다른 건축 재료에 형성된 보어홀 내에 삽입될 수 있도록 구성된 슬러그(10)의 형태로 도시되어 있다. 슬러그(10)는 원통형으로 도시되고 있으나, 보어홀의 모양과 크기에 따라 임의의 적절한 모양과 크기를 가질 수 있다. 접착제 슬러그(10)는 경계면(17)을 따라서 직접적으로 연속하여 연결된 제 1 부(12)와 제 2 부(14)를 포함하고, 이 경계면은 슬러그(10)의 길이 방향으로 뻗어있다. 접착제 슬러그(10)는 제 1 부(12)와 제 2 부(14)의 결합 중량을 기준으로, 제 1 부(12)와 제 2 부(14) 각각을 약 20 내지 약 80 중량% 함유하여야 한다. 바람직하게는, 슬러그(10)는 제 1 부(12)를 약 35 내지 약 75 중량% 함유하고 제 2 부(14)를 약 25 내지 약 65 중량% 함유하며, 더 바람직하게는, 제 1 부(12)를 약 52 내지 약 65 중량%, 제 2 부(14)를 약 35 내지 약 48 중량% 함유하며, 가장 바람직하게는 제 1 부(12)를 약 57 중량%, 제 2 부(14)를 약 43 중량% 함유한다. 슬러그(10)의 측면은 포장 재료(16)로 포장되는데, 이로써 슬러그(10)의 두 단부(13,15)를 감쌀 수 있으나 감쌀 필요는 없다.
접착제 슬러그(10)의 제 1 부(12)의 점성은 25℃에서 약 5백만 cp(centipoise) 내지 약 5천만 cp이고, 바람직하게는 약 2천만 cp 내지 약 4천5백만 cp이며, 더욱 바람직하게는 약 3천만 cp 내지 약 4천만 cp이다. 점성은 브룩휠드 엔지니어링 사에서 제작한, 모델 DV-3의, 브룩휠드 점성계로 제조업자에 의한 사용 지침서에 설명된 절차에 따라 측정할 수 있다. 접착제 슬러그(10)의 제 2 부(14)의 점성은 25℃에서 약 5백만 cp 내지 약 5천만 cp이고, 바람직하게는 약 2천만 cp 내지 약 4천5백만 cp이며, 더욱 바람직하게는 약 3천만 cp 내지 약 4천만 cp이다. 앞서 말한 점성은 제 1 부(12) 와 제 2 부(14)가 본질적으로 고체상(solid phase)이고, 퍼티 같은 농도를 가져서, 접착제 조성물이 절단, 압축되거나 마음대로 변형되지만, 흐르고, 쏟아지고, 그 밖의 임의적으로 변형되지 않도록 보장해 준다. 예를 들어, 수평의 보어홀에서, 접착제는 보어홀의 하부쪽으로 처지거나 흘러나오지 않으며, 보어홀의 위쪽으로 흘러나오지도 않는다.
제 1 부 및 제 2 부로 된 접착제 조성물의 제조와 나중에 보어홀에서 제 1 부 및 제 2 부의 혼합을 용이하게 하기 위해서, 제 1 부 및 제 2 부(12,14)의 점성은 서로 비슷하여야 하고, 바람직하게는 대체적으로 같아야 한다. 일반적으로, 제 2 부(14)의 점성은 제 1 부(12) 점성의 70%∼130% 범위에 들어야 한다. 바람직하게는, 제 2 부(14)의 점성은 제 1 부(12) 점성의 80%∼120% 범위에 들어야 한다. 더욱 바람직하게는, 제 2 부(14)의 점성은 제 1 부(12) 점성의 90% ∼ 110% 범위에 들어야 한다. 가장 바람직하게는, 제 1 부 및 제 2 부의 점성은 거의 같아야 한다.
일 실시예에서 접착제 조성물의 제 1 부(12)는 약 20 내지 약 45 중량%의 에폭시 수지(epoxy resin)와, 약 10 내지 약 40 중량%의 제 1 미립자(particulate) 충전제와, 약 40 내지 약 65 중량%의 제 2 미립자 충전제를 포함한다. 바람직하게는, 접착제 조성물의 제 1 부(12)는 약 25 내지 약 35 중량%의 에폭시 수지와, 약 12 내지 약 25 중량%의 제 1 미립자(particulate) 충전제와, 약 45 내지 약 60 중량%의 제 2 미립자 충전제를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 접착제 조성물의 제 1 부(12)는 약 26 내지 약 30 중량%의 에폭시 수지와, 약 16 내지 약 20 중량%의 제 1 미립자(particulate) 충전제와, 약 52 내지 약 58 중량%의 제 2 미립자 충전제를 포함한다.
에폭시 수지는 바람직하게는 액체 에폭시 유도체(derivative)이다. 노볼락(Novolac) 에폭시 수지가 특히 적합하고, 비스페놀(bisphenol) 에폭시 수지가 바람직하다. 한 가지 특히 적합한 비스페놀 에폭시 수지는 등록상표명 EPON(등록상표)828로 쉘 케미칼 사(Shell Chemical Co)로부터 구매 가능하다. EPON(등록상표)828은 액체 에폭시에서 유도된 이 작용성(difunctional) 비스페놀 A/에피클로로히드린(bisphenol A/epichlorohydrin)이다. 그 밖의 적절한 에폭시 수지는 시바 가이기(Ciba-Geigy) 사에서 만든 ARALDITE(등록상표)610, 다우 케미칼 사(Dow Chemical Co.)에서 만든 DER 331을 포함한다.
제 1 미립자 충전제는 ASTM D281-31를 이용하여 측정했을 때, 적어도 약 30의 오일 흡수치(oil absorption value)를 가져야 한다. 바람직하게는, 제 1 미립자 충전제는 적어도 약 40의 오일 흡수치를 가져야 하며, 더욱 바람직하게는, 적어도 약 50의 오일 흡수치를 가져야 한다. 한 가지 적절한 제 1 충전제는 탈크(talc)인데, 약 1μ내지 약 50μ의 입자 크기를 갖는다. 한가지 적절한 탈크 충전제는 휘태커, 클라크 & 다니엘스 사(Whitaker, Clark & Daniels Corporation)에서 판매되는 Talc 399이다. 그 밖의 적절한 탈크는 시프러스 미네랄스(Cyprus Minerals)의 Mistron ZSC와 화이자 케미칼 사(Pfizer Chemical Co.)의 MP12-50이다. 그 밖의 유사한 입자 크기 범위를 갖는 적절한 제 1 미립자 충전제는 칼슘 카보네이트, 유리 비드(glass beads), 실리카, 플라이 애쉬(fly ash), 점토(clay) 등을 포함한다. 이러한 충전제는 탈크보다는 덜 바람직하다.
제 2 미립자 충전제는 제 1 미립자 충전제와는 다르며, U.S. 시브(Sieve) 사이즈에 의해 규정될 수 있다. 충전제 입자의 적어도 약 70 중량%는 16과 45를 포함하여 16과 45 사이의 U.S. 시브 사이즈를 가져야 한다. 바람직하게는, 충전제 입자의 적어도 약 80 중량%, 더욱 바람직하게 약 90 중량%는 16과 45 사이의 U.S. 시브 사이즈를 갖는다. 미립자 충전제의 크기가 이 범위 내에 존재하면, 제조시 최적의 압출(extrusion)과, 사용시 드라이빙 공구의 작동에 의한 접착제의 우수한 혼합과, 혼합시 포장 재료(16)의 파열과, 경화된 접착제의 우수한 결합 강도(bond strength)가 용이하다. 충전제 상당량의 입자 크기가 더 크게 되면(더 낮은 U.S. 시브 사이즈) 구멍에서의 혼합과 포장 재료의 파열은 잘 되나, 접착제 조성물 제조시 압출 및/또는 성형(forming)이 어려워진다. 충전제의 상당량의 입자 크기가 더 작게 되면(더 높은 U.S. 시브 사이즈) 접착제 제조시 압출 및/또는 성형은 잘 되지만, 구멍에서의 혼합과 포장 재료의 파열과 접착제의 결합 강도는 불량하게 되기 쉽다.
A부와 B부의 구멍 내에서의 혼합에 도움이 되는 적절한 제 2 충전제는 실리카샌드(silica sand), 유리 비드(glass beads), 석영(quartz)을 포함한다. 한 가지 특히 적절한 충전제는 샌드로, 예를 들면 악스코 사(Agsco Company)에 의해 AGSCO(등록상표)Sand No.1으로 판매되는 실리카 샌드이다. 이 샌드는 입자의 약 89.4 중량%가 U.S. 시브 사이즈 16과 45 사이에 존재한다.
일 실시예에서, 접착제 조성물의 제 2 부(14)는 3차 아민이 아닌 아민 또는 그 화학 유도체를 의미하는 아민 화합물 약 5 내지 약 20 중량%, 3차 아민 또는 그 유도체인 3차 아민 화합물 약 0.1 내지 약 15 중량%, 제 1 미립자 충전제 약 1 내지 약 23 중량%, 제 2 미립자 충전제 약 52 내지 약 87 중량%를 포함한다. 바람직하게는, 제 2 부(14)는 아민 화합물 약 10 내지 약 18 중량%, 3차 아민 화합물 약 1 내지 약 10 중량%, 제 1 미립자 충전제 약 5 내지 약 18 중량%, 제 2 미립자 충전제 약 58 내지 약 72 중량%를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 제 2 부(14)는 아민 화합물 약 12 내지 약 16 중량%, 3차 아민 화합물 약 1 내지 5 중량%, 제 1 미립자 충전제 약 7 내지 약 12 중량%, 제 2 미립자 충전제 약 62 내지 약 68 중량%를 포함한다.
제 2 부(14)에서의 제 1 및 제 2 충전제는 접착제 조성물의 제 1 부(12)에서의 제 1 및 제 2 충전제와 같은 충전제 그룹에서 선택되며, 제 1 부(12)에서의 제 1 및 제 2 충전제와 같거나 다를 수 있다. 제 1 부(12)와 제 2 부(14)가 혼합되면 아민 화합물은 경화제로 작용한다. 3차 아민 화합물은 경화 반응의 촉진제(accelerator)로 작용한다.
적절한 아민 화합물은 아민, 지방족 아민(aliphatic amines), 아미노에틸피페라진(aminoethylpiperazine), 아미도 아민(amido amines), 시클로알리파틱 아민 (cycloaliphatic amines) 등을 포함한다. 바람직한 지방족 아민은 마니히 염기(Mannich bases)를 포함한다. 한가지 적절한 마니히 염기는 ANCAMINE(등록상표)1856이라는 명칭으로 에어 프로덕트 사(Air Products Co.)에 의해 판매되고 있다. 그 밖의 적절한 지방족 아민은 ANCAMINE(등록상표)1767과 ANCAMINE(등록상표)1768을 포함한다.
적절한 3차 아민 화합물은 에어 프로덕트 사에 의해 판매되는 ANCAMINE(등록상표)110, ANCAMINE(등록상표)K61B, ANCAMINE(등록상표)K54와 쉘 케미칼 사에 의해 판매되는 EPICURE(등록상표)3253을 포함한다. 바람직한 3차 아민은 ANCAMINE(등록상표)K54라는 상품명으로 에어 프로덕트 사에 의해 판매되고 있는 것과 트리스-(디메틸아미노메틸)페놀{tris-(dimethylaminomethyl)phenol}이다.
접착제 조성물을 제조하기 위해, 제 1 부(12)의 성분은 제 1 혼합기에 혼합되고, 제 2 부(14)의 성분은 제 2 혼합기에 혼합된다. 상기 독립된 혼합기는 드럼 텀블러(drum tumbler), 시그마 블레이드 혼합기(sigma blade mixer), 유성형 혼합기(planetary mixer), 압출 혼합기(extrusion mixer), 압착 혼합기(press mixer) 등이다. 제 1 부(12)와 제 2 부(14) 각각의 성분이 균일하게 분포되도록 하기 위해 열이 추가되지 않고 전단(shear)을 요하는 격렬한 혼합이 사용될 수 있다. 그런 후 도 1에서 도시된 바와 같이 제 1 부(12)와 제 2 부(14) 사이에 경계면(17)을 갖는 이성분(biconstituent) 접착제 조성물을 형성하기 위해 싱글 다이(die)로 모이는 분리된 압출기 및/또는 압착기를 사용하여 제 1 부(12)와 제 2 부(14)가 서로 인접되도록 압출 및/또는 압착될 수 있다.
접착제의 제 1 부(12)와 제 2 부(14)는 아주 다양한 모양으로 함께 압출 및/또는 압착될 수 있다. 도 4의 a에 예시된 바람직한 모양에서, 접착제는 원통형 또는 타원형 모양을 갖는데, 제 1 부 및 제 2 부(12,14) 각각은 원통의 절반씩을 차지한다. 그 밖의 가능한 모양으로는 씌우개-코어(sheath-core) 모양(도 4의 b), 4분 원통(quadrocylindrical) 모양(도 4의 c), 클로버 잎 모양(도 4의 d), 다양한 정사각형 및 직사각형 모양(도 4의 e, 4의 f 및 4의 g), 삼각형 모양(도 4의 h), 그리고 둥글게 감긴 모양(curled configuration)(도 4의 i)이 있다.
접착제 조성물이 압출되었다면, 플라스틱, 알루미늄 호일 등으로 만든 포장 재료(16)로 포장된다. 폴리올레핀 재료로 만든 포장 재료(16)가 바람직하고, 고밀도 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌이 가장 바람직하다. 그 후 접착제 조성물은 도 1에 도시된 바와 같은 각각의 슬러그(10)로 절단되거나, 도 2에 도시된 바와 같이 감겨진 로프(20)의 형태로 저장될 수 있다. 접착제 조성물이 로프(20) 형태로 저장된다면, 건축 현장에서나 건축 현장에 들어가기 전에 절단되어 임의의 원하는 크기를 갖는 각각의 슬러그(10)로 된다.
건축 현장에서, 슬러그(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 구조물(30)에 형성된 보어홀(32) 내에 삽입된다. 드라이빙 공구(driving tool)(도시되지 않음)는 앵커 핀(34)을 보어홀(32)에 밀어 넣을 때 사용된다. 대표적인 앵커 핀(34)에는 나사가 형성되고(threaded) 평평하거나 뾰족한 전방 단부(forward end)(35)가 있다. 일반적인 드라이빙 공구는 빠른 회전 운동을 이용하여 보어홀 내로 앵커 핀을 회전, 삽입시킨다. 어떤 드라이빙 공구는 두들기는 운동(축 방향 운동)과 회전 운동을 조합해서 사용하기도 한다.
접착제 로프가 보어홀의 직경과 핀의 직경에 대해 적절한 직경으로 제조되면, 적합한 양의 접착제는, 접착제 로프를 보어홀에 가능한 한 깊게 삽입하고, 보어홀의 상단에서 로프를 절단함으로써 측정할 수 있다. 사실상, 접착제 슬러그는 작업하는 현장 바로 그 위치에서 만들어질 수 있다.
드라이빙 공구가 작동하고, 이에 따라 앵커 핀(34)이 움직이면 보어홀 내에서 포장 재료(16)가 분해되고 접착제 슬러그(10)의 제 1 부(12)와 제 2 부(14)가 혼합된다. 앵커 핀(34)의 나사 산은 혼합에 도움이 된다. 앵커 핀(34)이 보어홀(32)에 밀려 들어가면 접착제 슬러그(10) 전체가 혼합되어 대체적으로 균일한 혼합물(18)이 되고, 보어홀(32)의 내측 벽과 앵커 핀(34) 사이 공간의 대부분을 채우게 된다. 이러한 혼합 작용은 또한 혼합물(18)의 실제적인 경화 작용을 일으켜 보어홀(32) 내에 앵커 핀(34)이 견고하게 결합되도록 한다.
<예>
도 1과 도 4의 a의 형태를 갖는 고 점성의, 본질적으로 고체상의 접착제 조성물이, 제 1 부와 제 2 부에 대한 다음의 조성과 제 1 부와 제 2 부에 대해 4:3의 중량비로 제조되었다. 제 2 부보다 제 1 부가 더 많은 이유는, 제 1 부의 수지에 대한 제 2 부의 경화제의 화학양론적(stoichiometric) 밸런스를 약 5% 미만으로 유지하기 위함이다. 반응하지 않은 경화제는 고정 접착제의 크리프(creep) 현상이 용이하게 발생하도록 할 수 있다. 반응하지 않은 경화제의 양은 이 방법으로 최소화된다. 제 1 부의 점성은 4천만 cp이고, 제 2 부의 점성도는 4천만 cp였다. 조성물은 직경이 1.27㎝(0.5인치)인 로프로 압출되었다. 압출된 로프는 두께가 0.0013㎝(0.5mil)인 고밀도 폴리에틸렌 필름으로 포장되었으며, 절단되어 길이가 11.43㎝(4.5인치)인 슬러그가 되었다.
제 1 부(수지)
재 료 중량%
EPON(등록상표)828 (비스페놀 A 에폭시 수지) 28.00
Talc 399 (휘태커, 클라크 & 다니엘스) 17.30
AGSCO(등록상표)Sand #1 (실리카 샌드) 54.70
합 계 : 100.00

제 2 부(경화제)
재 료 중량%
ANCAMINE(등록상표)1856 (변형된 지방족 아민) 14.67
ANCAMINE(등록상표)K54 (3차 아민) 1.73
Talc 399 9.33
AGSCO(등록상표)Sand #1 65.34
합 계 : 100.00

본 발명품의 EXP 220으로 명명된, 고 점성의 본질적으로 고체상인 접착제는 Granite 5와 Ceramic 6이라는 명칭으로 아이티더블유 람셋/레드헤드(ITW Ramset/Redhead)에 의해 판매되는 두 개의 종래 기술의 에폭시를 기초로 하는 액체 접착제와 비교 평가되었다. 상기 접착제들은 직경이 1.27㎝(0.5인치)인 강철 앵커 로드(steel anchor rod)와 압축 강도 27580㎪(4000psi)의 콘크리트에 형성된 1.43㎝ ×11.43㎝(0.563인치 ×4.5인치)의 보어홀을 사용하여 평가되었다. 앵커 로드에는 1.5도로 테이퍼되는(tapered) 나사 산이 형성되어 있다. 수동 작동하는 드라이빙 공구는 1600rpm에서 작동되었다.
상온에서 건조한 콘크리트로부터의 뽑힘 강도(pullout strength)는 앵커를 삽입한 후 최대 24시간까지 다양한 시간 간격으로 측정되었다. 앵커를 삽입하기 전과 후 24시간 동안 물 속에 있었던 콘크리트에 대해서도 뽑힘 강도가 측정되었다. 또한, 앵커를 삽입하기 전과 후 24시간 동안 43℃(110℉)에서 유지된 건조 콘크리트에 대해서도 뽑힘 강도가 측정되었다. ㎏(파운드 포스) 단위의 힘으로 기록된 뽑힘 강도는 인스트론 하중 시험기(Instron load tester)를 사용하여 측정되었다. 표 3은 이러한 시험에 의한 뽑힘 강도를 나타내고 있다.
뽑힘 강도{㎏(파운드)}
시험 번호 접착제 건조 콘크리트, 4시간 건조 콘크리트, 24시간 젖은 콘크리트, 24시간 건조 콘크리트, 43℃(110℉) 24시간
1 EXP220 (발명품) 7218.6 (15,900) 7264 (16,000) 5675 (12,500) 6560 (14,450)
2 Granite 5 (비교품) 2678.6 (5,900) 7127.8 (15,700) 5675 (12,500) 3859 (8,500)
3 Ceramic 6 (비교품) 7854 (17,300) 8126.6 (17,900) 6129 (13,500) 7400 (16,300)

위에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 고 점성 접착제 조성물은 종래 기술의 액체 에폭시 접착제 중 하나 보다 더 크고, 다른 하나와 동등한 고정력(anchoring force)을 나타내었다. 또한, 본 발명의 접착제 조성물은 사용 중 본질적으로 냄새가 없는 상태를 유지하였다.
다른 시간과 장소에서 비슷한 조건으로, 유사한 27580㎪(4000psi)의 콘크리트를 사용하여 행해진 제 2 세트의 실험에서, 동일한 본 발명의 접착제 조성물은, a) 데브콘 사(Devcon Co.)에서 제조되고 에이스 하드웨어 사(Ace Hardware Corp.) 등에 의해 판매되는 백색 에폭시 퍼티 스틱(white epoxy putty sticks)과, b) 독일 발트슈테틀렌(Waldstetlen)의 힐티 에이지(Hilti AG)에 의해 제조되고 판매되는 HVU 접착제와 동일한 과정으로 비교 테스트되었다. 백색 에폭시 퍼티 스틱은 일반적으로 수리용(repairs)으로 사용되고 고정 접착제로는 여겨지지 않는다. HVU 접착제는 정보와 믿음에 의하면, 모엔치 등에게 허여된 미국 특허 제 5,731,366호에 기술된 것과 유사한 것이다. HVU 접착제는 성긴 상태(loose)의 충전상(filler phase)과 이 충전상에 분산된 캡슐에 포함되어 있는 액체 화학상(liquid chemical phase)을 포함하고 있다. 두 상은 원통모양의 플라스틱 포장 재료에 포함된다.
표 4는 3 개의 접착제 각각에 대한 평균 유지 강도(average holding strength)를 나타내고 있는데, 건조된, 상온의 콘크리트에서 24시간 후에 측정한 것이다.
뽑힘 강도 {㎏(파운드)}
시험 번호 접착제 건조 콘크리트,24시간
4 EXP 220(발명품) 5580(12,291)
5 데브콘 퍼티 스틱(비교품) 2443(5,382)
6 힐티 HVU(비교품) 5692(12,538)

위에 나타난 바와 같이, 본 발명의 고 점성 접착제 조성물은 종래 기술의 퍼티 스틱보다 더 나은 유지력(holding force)을 나타내었고, 종래 기술의 유체/캡슐 접착제 시스템과는 유사한 유지력을 나타내었다.
여기에 기술된 본 발명의 실시예는 현재로서는 바람직하지만, 본 발명의 범위와 사상에 벗어나지 않는 다양한 변형과 개선이 있을 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해 나타내어지며, 동등물의 취지와 범위내에 들어가는 모든 변 형은 거기에 포함됨을 유념해야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 화학 고정 접착제 조성물을 제공함으로써, 그 성능은 종래 기술의 접착제보다 동등 또는 이상을 나타내면서 종래 기술의 단점 즉, 접착제 양 변경의 어려움, 접착제가 흐르거나 쏟아지는 문제, 비용의 문제, 폐기물 문제 등을 개선하는 효과가 있다.

Claims (26)

  1. 고정 접착제(anchoring adhesive)로서,
    a) 20 내지 45중량%의 에폭시 수지, 적어도 30의 오일 흡수치(oil absorption value)를 갖는 10 내지 40중량%의 제 1 미립자 충전제, 및 40 내지 65중량%의 제 2 미립자 충전제를 포함하는 제 1 부로서, 상기 제 2 미립자 충전제의 70 중량% 이상 100 중량% 미만은 16과 45를 포함하여 16과 45 사이의 U.S. 시브 사이즈를 갖는, 제 1 부와
    b) 5 내지 20중량%의 아민 화합물, 0.1 내지 15중량%의 3차 아민 화합물, 적어도 30의 오일 흡수치를 갖는 1 내지 23중량%의 제 1 미립자 충전제, 및 52 내지 87중량%의 제 2 미립자 충전제를 포함하는 제 2 부로서, 상기 제 2 미립자 충전제의 70 중량% 이상 100 중량% 미만은 16과 45 사이의 U.S. 시브 사이즈를 갖는, 제 2 부
    를 포함하는, 고정 접착제.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 부는 25 내지 35중량%의 에폭시 수지, 12 내 25중량%의 제 1 미립자 충전제, 및 45 내지 60중량%의 제 2 미립자 충전제를 포함하는, 고정 접착제.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 부는 26 내지 30중량%의 에폭시 수지, 16 내지 20중량%의 제 1 미립자 충전제, 및 52 내지 58중량%의 제 2 미립자 충전제를 포함하는, 고정 접착제.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 부는 10 내지 18중량%의 아민 화합물, 1 내지 10중량%의 3차 아민 화합물, 5 내지 18중량%의 제 1 미립자 충전제, 및 58 내지 72중량%의 제 2 미립자 충전제를 포함하는, 고정 접착제.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 부는 12 내지 16중량%의 아민 화합물, 1 내지 5중량%의 3차 아민 화합물, 7 내지 12중량%의 제 1 미립자 충전제, 및 62 내지 68중량%의 제 2 미립자 충전제를 포함하는, 고정 접착제.
  6. 제 1항에 있어서, 20 내지 80중량%의 제 1 부와 20 내지 80중량%의 제 2 부를 포함하는, 고정 접착제.
  7. 제 1항에 있어서, 35 내지 75중량%의 제 1 부와 25 내지 65중량%의 제 2 부를 포함하는, 고정 접착제.
  8. 제 1항에 있어서, 52 내지 65중량%의 제 1 부와 35 내지 48중량%의 제 2 부를 포함하는, 고정 접착제.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 액체 에폭시 수지를 포함하는, 고정 접착제.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 노볼락(novolac) 에폭시 수지를 포함하는, 고정 접착제.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 비스페놀(bisphenol) 에폭시 수지를 포함하는, 고정 접착제.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 이 작용성(difunctional) 비스페놀 A/에피클로로히드린(bisphenol A/epichlorohydrin)을 포함하는, 고정 접착제.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 부의 상기 제 1 미립자 충전제 및 상기 제 2 부의 제 1 미립자 충전제는 동일한 물질을 포함하는, 고정 접착제.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 부의 상기 제 2 미립자 충전제 및 상기 제 2 부의 제 2 미립자 충전제는 동일한 물질을 포함하는, 고정 접착제.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 미립자 충전제는 적어도 40의 오일 흡수치를 갖는, 고정 접착제.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 미립자 충전제는 적어도 50의 오일 흡수치를 갖는, 고정 접착제.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 미립자 충전제는 각각 칼슘 카보네이트, 유리 비드(glass beads), 실리카, 플라이 애쉬(fly ash), 점토 및 이들의 결합으로부터 선택된 물질을 포함하는, 고정 접착제.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 미립자 충전제는 탈크(talc)를 포함하는, 고정 접착제.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 미립자 충전제의 80 중량% 이상 100 중량% 미만은 16과 45 사이의 U.S. 시브 사이즈를 갖는, 고정 접착제.
  20. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 미립자 충전제의 90 중량% 이상 100 중량% 미만은 16과 45 사이의 U.S. 시브 사이즈를 갖는, 고정 접착제.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 미립자 충전제 각각은 석영, 실리카, 유리 비드, 및 이들의 결합으로부터 선택된 물질을 포함하는, 고정 접착제.
  22. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 미립자 충전제는 실리카 샌드를 포함하는, 고정 접착제.
  23. 제 1항에 있어서, 상기 아민 화합물은 아민, 지방족 아민, 아미노에틸피페라진(aminoethylpiperazine), 아미도 아민, 고리지방족 아민, 및 이들의 결합으로 이루어진 그룹의 화합물을 포함하는, 고정 접착제.
  24. 제 1항에 있어서, 상기 아민 화합물은 지방족 아민 화합물을 포함하는, 고정 접착제.
  25. 제 1항에 있어서, 상기 아민 화합물은 마니히 염기(Mannich base)를 포함하는, 고정 접착제.
  26. 제 1항에 있어서, 상기 3차 아민 화합물은 트리스-(디메틸아미노메틸)페놀을 포함하는, 고정 접착제.
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