KR100868078B1 - 친환경적 시멘트 몰탈 혼화용 에멀젼 접착제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경적 시멘트 몰탈 혼화용 에멀젼 접착제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메타아크릴산 에스테르 단량체(A) 40~50 중량%; 아크릴산 에스테르단량체(B) 40~60중량; 카르복실기를 갖는 에틸렌성 단량체(C) 1~10 중량%; 폴리옥시알킬 페닐계 계면활성제 5~20 중량%; 및 미네랄 오일계 소포제 0.1~5 중량%를 포함하는 조성물을 수용액 중에 유화 중합에 의해 제조된 친환경적 시멘트 몰탈 혼화용 에멀젼 접착제 조성물에 관한 것이다.

이러한 수용성 아크릴계 에멀젼 조성물은 시멘트 개질제로 많이 이용되고 있는 일반 에멀젼 수지에 비해 접착력 및 부착강도, 몰탈 평활성 외 각종 무기질 분산성, 감수성 등이 특히 우수하고, 몰탈 내부의 기포를 감소시키고 강도를 증진시키는 특별한 효과가 있어 시멘트 콘크리트 몰탈 혼화용으로 적용시 우수한 물성을 나타낼 수 있다.

시멘트 몰탈, 친환경, 에멀젼 접착제

Description

친환경적 시멘트 몰탈 혼화용 에멀젼 접착제 조성물{ADHESION COMPOSITION OF EMULSION-TYPE FOR MIXING WITH CEMENT MORTAR HAVING ECO-FRIENDLY}

본 발명은 일반 에멀젼 수지에 비해 접착력 및 부착강도, 몰탈 평활성 외 각종 무기질 분산성, 감수성 등이 특히 우수하고, 몰탈 내부의 기포를 감소시키고 강도를 증진시키는 특별한 효과가 있어 시멘트 콘크리트 몰탈 혼화용으로 적용시 우수한 물성을 나타낼 수 있는 친환경적 시멘트 몰탈 혼화용 에멀젼 접착제 조성물에 관한 것이다.

종래 시멘트 몰탈에 사용되는 접착제로 액상의 에멀젼이 이용되고 있으며, 이들은 수경성 시멘트에 사용되어 시멘트의 강도, 접착력, 가요성 및 가공성을 향상시키는 것으로 알려져 있다.

상기 액상의 에멀젼의 경우 피도체에 시공하기 전에 시멘트 몰탈 조성물과 별도의 혼합공정을 거처야 하는 번거로움이 있다. 따라서 공정의 어려움과 별도로 포장하여 보관하여야 하는 단점이 있다. 이와 같은 액상 에멀젼의 단점을 보완하기 위해서 재분산이 가능한 분말을 일반적으로 사용하고 있다.

대한민국 특허공개 제2001-0017596호는 시멘트 몰탈의 성질을 향상시키기 위 한 시멘트 개질제로 이용되는 코어-쉘 형태의 에멀젼 수지를 제안하여, 이를 시멘트 개질제로 사용시 시멘트 몰탈의 부착강도와 평활성을 현저히 개선시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다고 제안하고 있다.

그러나 이 역시 시멘트 첨가제와 에멀젼 수지 첨가제가 트러블이 많아 여러 가지 문제점이 많았으며, 분말 형태의 소량의 첨가제를 분산을 완벽하게 하는 것 또한 어려워 품질이 일정하지 않은 문제점이 남아 있었다.

이에 시멘트 몰탈과 수지 에멀젼이 함께 혼합되어 있는 1액형 형태로 제조하고자 하는 시도가 있었다.

대한민국 특허공개 제2006-0128780호는 시멘트, 규사, 스테아린산, 슬래그, 탄산나트륨에 스티렌-아크릴계 폴리머 에멀젼과 에틸렌 비닐 아세테이트 에멀젼이 혼합된 폴리머 에멀젼을 첨가하여 콘크리트에 발생되는 균열을 따라 콘크리트 표면에 시공한 마감재가 같이 균열을 발생하던 기존의 마감재와는 달리 탄성 및 신축율이 우수한 기능에 의해 표면 마감 후에도 균열이 발생하지 않으며, 콘크리트 구체의 기공 내에서의 팽윤 특성으로 물이나 기름 성분의 침투를 차단하는 탁월한 방수 마감 및 내구성 증진의 효과가 있다고 언급하고 있다.

대한민국 특허공개 제2007-0092193호는 다공성 실리카와 이산화 티타늄 재료가 혼합된 조성물 10-30 중량부, 시멘트 20-40 중량부, 규사(250-325 메쉬) 20-40 중량부, 개질되어 팽윤 특성을 나타내는 스타이렌-아크릴레이트 폴리머 에멀젼과 탄성과 유연성이 우수한 스타이렌-아크릴 에스터 폴리머 에멀젼이 중량비로 2-5:3-6의 비율로 혼합된 수지 조성물이 10-30 중량부, 325 메쉬 95% 이상인 정선된 탄산 칼슘이 4-10 중량부, 스테아릭산 염이 4-8 중량부로 구성되며 구성된 조성물 100 중량부에 대하여 통상의 소포제, 증점제, 분산제 등의 첨가제가 3 중량부 이내 첨가된 것을 특징으로 하는 친환경 마감용 폴리머 시멘트 몰탈 조성물을 제안하고 있다.

그러나 이러한 조성 또한 만족할만한 접착력과 도색 특성을 나타내고 있지 못하다.

이에 본 발명자들은 수용성이면서도 접착력 및 분산능 및 감수성이 우수하여 시멘트 및 골재의 단순 첨가로 인해 시멘트 몰탈로서 용이하게 사용할 수 있는 조성물을 제조하고자 다각적으로 연구한 결과, 특정 단량체, 계면활성제, 소포제 등의 조성을 선별하고, 이의 함량을 제어하여 유화 중합을 통해 친환경적 시멘트 몰탈 혼화용 에멀젼 접착제로 사용가능함을 알아내어 본 발명을 완성하였다.

이에 본 발명은 수용성이며, 접착력 및 부착강도, 몰탈 평활성 외 각종 무기질 분산성과 감수성이 특히 우수하고, 몰탈 내부의 기포를 감소시키고 강도를 증진시키는 특별한 효과를 가져, 시멘트 및 골재의 단순 첨가로 인해 시멘트 몰탈로서 용이하게 사용할 수 있는 친환경적 시멘트 몰탈 혼화용 에멀젼 접착제 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은

메타아크릴산 에스테르 단량체(A) 40~50 중량%;

아크릴산 에스테르단량체(B) 40~60중량;

카르복실기를 갖는 에틸렌성 단량체(C) 1~10 중량%;

폴리옥시알킬 페닐계 계면활성제 5~20 중량%; 및

미네랄 오일계 소포제 0.1~5 중량%를 포함하는 조성물을 수용액 중에 유화 중합에 의해 제조된 친환경적 시멘트 몰탈 혼화용 에멀젼 접착제 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 조성물은 친환경적이면서 단순히 시멘트와 모래 또는 레미탈만 가지고 시멘트 몰탈 혼화용 고기능성 에멀젼 접착제를 혼합하여, 기능성 폴리머 수지 몰탈을 만들어 사용할 수 있다.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 명세서 전체에서 언급되는 '%'는 특별한 표시가 없는 한 '중량%'를 의미하고, 전체 조성은 물을 제외한 조성을 포함한다.

본 발명에 따른 친환경적 시멘트 몰탈 혼화용 에멀젼 접착제 조성물은 아크릴계 접착제를 제조하기 위한 단량체로 메타아크릴산 에스테르 단량체, 아크릴산 에스테르단량체, 및 카르복실기를 갖는 에틸렌성 단량체를 사용하고, 여기에 폴리옥시알킬 페닐계 계면활성제와 미네랄 오일계 소포제를 사용하여 수용액 내에서 유화 중합에 의해 제조된다.

이하 상기 각 조성에 대해 더욱 상세히 설명한다.

(ⅰ) 단량체

본 발명의 조성물에 사용하는 단량체는 메타아크릴산 에스테르 단량체(A), 아크릴산 에스테르단량체(B), 및 카르복실기를 갖는 에틸렌성 단량체(C)를 사용한다.

상기 메타크릴산 에스테르 단량체(A)는 메틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트, 프로필메타아크릴레이트, 부틸메타아크릴레이트, 헥실메타아크릴레이트, 2-에틸헥실메타아크릴레이트, 옥틸메타아크릴레이트, 노닐메타아크릴레이트, 데실메타아크릴레이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하 고, 바람직하기로 메틸메타크릴레이트를 사용한다.

상기 아크릴산 에스테르 단량체(B)는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 헥실아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 옥틸아크릴레이트, 노닐아크릴레이트, 데실아크릴레이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하며, 바람직하기로 2-에틸헥실아크릴레이트를 사용한다.

상기 카르복실레이트기를 갖는 에틸렌성 단량체로(B)는 메타크릴산, 아크릴산, 이타콘산, 푸마르산, 말레산, 카르복실기를 갖는 (메타)아크릴레이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.

이러한 단량체는 전체 조성물 내에서 메타아크릴산 에스테르 단량체(A) 40~50 중량%, 아크릴산 에스테르단량체(B) 40~60중량, 및 카르복실기를 갖는 에틸렌성 단량체(C) 1~10 중량%로 사용한다. 상기 단량체의 함량은 이들의 중합에 의해 얻어진 고분자의 물성을 고려하여 최적의 물성을 갖도록 설계된 함량이다. 이러한 함량은 본 발명에 따른 접착제 조성물의 접착력, 부착강도, 몰탈 평활성 및 강도를 고려하여 한정된 것으로, 만약 단량체의 함량이 상기 범위를 벗어나게 되면, 전술한 바의 물성이 저하되는 문제가 발생하므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.

(ⅱ) 폴리옥시알킬 페닐계 계면활성제

본 발명에 따른 조성물은 장시간 방치하더라도 침전이 발생하지 않고, 조성 물 내 각각의 조성이 균일하게 분산되어 피도체에 균일한 도막을 형성할 수 있도록 계면활성제를 사용한다.

상기 계면활성제로는 비이온성 계면활성제가 사용될 수 있으며, 바람직하기로 폴리옥시알킬 페닐계 계면활성제, 더욱 바람직하기로 폴리옥시메틸렌 노닐페닐에테르(Polyoxymethylene Nonylphenyl Ether), 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 에테르(Polyoxyethylene Nonylphenyl Ether), 폴리옥시프로필렌 노닐페닐 에테르(Polyoxypropylene Nonylphenyl Ether), 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 설포네이트((Polyoxyethylene Nonylphenyl sulfonate), 폴리옥시메틸렌 옥틸페닐에테르(Polyoxymethylene octylphenyl Ether), 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르(Polyoxyethylene octylphenyl Ether), 폴리옥시프로필렌 옥틸페닐 에테르(Polyoxypropylene octylphenyl Ether), 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 설포네이트(Polyoxyethylene octylphenyl sulfonate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하며, 가장 바람직하기로는 폴리옥시 에틸렌 노닐페닐에테르과 폴리옥시 에틸렌 옥틸페닐에테르를 사용한다.

이러한 계면활성제는 부가 몰수에 따라 3 몰부터 100 몰까지 있으나 적어도 40 몰 이상의 부가 몰수가 적용된다.

상기 폴리옥시알킬 페닐계 계면활성제는 전체 조성물 내에서 적어도 5 중량% 이상, 바람직하기로 5~10 중량%로 사용한다. 만약, 그 함량이 상기 범위 미만이면 전술한 바의 효과를 얻을 수 없고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하더라도 효과상의 큰 증가가 없어져 비경제적이다.

필요에 따라 분산성을 높이기 위해 음이온성 계면활성제를 추가로 사용할 수 있으며, 이러한 음이온성 계면활성제로는 소디엄 라우릴 설패이트(Sodium lauryl sulfate), 소디엄 라우릴에테르 설패이트(Sodium laurylether sulfate), 암모늄 라우릴 설패이트(Ammomium lauryl sulfate), 소디엄 리니어 도데실 벤젠 설패이트(Sodium linear dodecylbenzene sulfate), 트리에탄올아민 라우릴 설패이트(Triethanolamine lauryl sulfate) 등이 가능하다.

(ⅲ) 소포제

본 발명에 따른 접착제 조성물을 적용하기 위해 시멘트 몰탈과 혼합하는 과정을 거치는데, 이때 기포가 발생한다. 이러한 기포에 의해 시멘트 몰탈 조성의 점도가 저하되고 도막을 형성하는 경우 접착능이 저하되고, 기포에 의해 도막 표면에 틴트(tint) 등이 발생하여 물성이 저하되고, 강도가 저하되는 등의 문제를 야기한다.

이에 소포제를 발생하여 기포를 억제하고, 생성된 기포를 강제로 조성물 밖으로 분출한다. 소포제를 첨가하지 않고 기포를 적게 교반 방법을 제어하는 것 보다는 도막의 물성을 고려하여 소포제를 적정비율로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기 소포제로 미네랄 오일계 소포제를 사용한다. 이러한 실리콘계 소포제는 취급이 용이하고, 소량으로도 뛰어난 억포 및 소포력을 나타낸다.

상기 미네랄 오일계 소포제는 직접 제조하여 사용하거나, 시판되는 제품을 구입하여 사용 가능하다.

상기 미네랄 오일계 소포제를 전체 조성물 내 소포제를 0.1~5 중량%로 사용하여 전술한 바의 효과를 얻는다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 시멘트 몰탈의 물성 저하를 가져오고, 상기 범위를 초과하더라도 더 이상 효과상의 증가가 없어 비경제적이므로, 상기 범위 내에서 사용한다.

전술한 바의 조성을 포함하는 본 발명에 따른 조성물은 수용액 중에서 유화 중합에 의해 제조된다.

구체적으로, 반응기에 물과 계면활성제를 놓고 균일하게 혼합한 다음, 여기에 단량체와 소포제를 첨가하고 중합 반응을 거쳐 제조된다.

상기 반응은 단량체의 종류에 따라 달라지며, 바람직하기로 20~90℃에서 30~12 시간 동안 반응시켜 제조한다.

이때 중합을 위한 개시제가 사용될 수 있으며, 상기 개시제로는 벤조일 퍼옥사이드(benzoyl peroxide), 아세틸 퍼옥사이드(acetyl peroxide), 디라우릴 퍼옥사이드(dilauryl peroxide), 디-t-부틸 퍼옥사이드(di-tert-butyl peroxide), 큐밀 하이드로퍼옥사이드(cumyl hydroperoxide), 하이드로겐 퍼옥사이드(hydrogen peroxide), 포타슘 퍼설패이트(potassium persulfate), 암모늄 퍼설패이트(ammonium persulfate) 및 아조 화합물(azo compound) 등이 있으며, 바람직하기로는 암모늄 퍼설패이트를 사용한다.

이러한 개시제는 통상적으로 개시제로서 사용하는 함량이 첨가될 수 있으며, 바람직하기로 전체 조성물 내 1 중량% 이하로 사용한다.

또한 필요에 따라 아크릴 단량체들을 유화시키는 과정에서 중화제로서 수산화나트륨을 첨가하는 것이 바람직하다.

전술한 바의 조성 외에, 추가로 노화 방지제, 항산화제, 자외선 방지제, 방염제, 가소제, 점도 조절제, 등 이 분야에서 통상적으로 사용가능한 첨가제가 더욱 첨가될 수 있다. 상기 첨가제의 함량 및 선택은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 적절히 선택 및 변형될 수 있고, 적용하고자 하는 피도체의 종류에 따라 바람직하게 변경될 수 있다.

이렇게 제조된 접착제 조성물은 수용액 내 유화 중합에 의해 제조된 고분자가 균일하게 분산되어 있는 1액형 도료 타입을 갖는다. 이에 따라 상기 접착제 조성물은 시멘트와 규사 등과 곧바로 혼합하고, 필요한 경우 물에 희석하여 시멘트 몰탈로서 사용된다.

상기 시멘트 몰탈은 각종 콘크리트, 몰탈, 석재, 타일, 금속, 목재, 아스팔트, 합성 수지계 마감면에 시공되거나, 기존 마감재 위에 바로 시공을 한다.

그 결과 일반 에멀젼 수지에 비해 접착력 및 부착강도, 몰탈 평활성 외 각종 무기질 분산성, 감수성 등이 특히 우수하고, 몰탈 내부의 기포를 감소시키고 강도를 증진시키는 특별한 효과가 있어 시멘트 콘크리트 몰탈 혼화용으로 적용시 우수한 물성을 나타낼 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

( 실시예 1, 비교예 1 내지 3)

반응기에 물과 개시제, 및 계면활성제를 첨가하여 균일하게 혼합한 다음, 단량체를 첨가하여 80 ℃에서 4시간 동안 중합하여 수용성 아크릴계 바인더를 제조하였다.

조성			실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3
단량체	메타아크릴산 에스테르 단량체	메틸메타 아크릴레이트	200 ml	200 ml	200 ml	-
	아크릴산 에스테르 단량체	2-에틸헥실 아크릴레이트	220 ml	220 ml	-	400 ml
	카르복실계 단량체	메타아크릴산	30 ml	-	250 ml	50 ml
계면활성제	폴리옥시에틸렌 옥틸페닐에테르-40 (트리톤-엑스로 알려진 계면활성제 40중량%용액)		50 ml	50 ml	50 ml	50 ml
개시제	암모늄 퍼 설페이트 10 중량% 용액		50 ml	50 ml	50 ml	50 ml
소포제	미네랄 오일		10 ml	10 ml	10 ml	-
물			450 ml	450 ml	450 ml	450 ml

( 실험예 1) 접착제 조성물의 저온 도막 특성

상기 실시예 1과, 비교예 1 내지 4에서 제조된 조성물을 기판에 1 mm의 두께로 도포한 후 건조하고, 이를 -10℃에서 3일간 보관한 후 도막의 특성을 육안으로 관찰하였다.

그 결과, 본 발명에 따른 실시예 1 및 비교예 4의 조성물로 이루어진 도막의 경우 양호한 도막 특성을 나타내었으며, 비교예 2 및 3의 조성물로 제조된 도막의 경우 크랙이 발생하였다.

( 실험예 2) 접착제 조성물의 분산 안정성

상기에서 제조된 시멘트 몰탈 조성물을 -10℃ 및 40℃에서 각각 60일 동안 보관하고, 분산 안정성을 육안으로 확인하였다.

그 결과, 본 발명에 따른 실시예 1의 조성물과 시판되는 비교예 4의 조성물의 경우 양호한 분산 안정성을 나타내었으며, 비교예 1 내지 3의 조성물의 경우 응집이 발생함을 확인하였다.

( 실험예 3) 시멘트 몰탈 조성물의 제조 및 물성 측정

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 접착제 조성물을 이용하여 하기 표 2에 나타난 비율로 각 성분을 혼합하여 시멘트 몰탈 조성물을 얻었다. 이때 비교예 4로는 시판되는 에폭시 접착제 조성물을 사용하였다.

조성(중량부)	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
액상 접착 조성물	0.1 kg	0.1 kg	0.1 kg	0.1 kg	0.1 kg
포틀랜트 시멘트	1 kg	1 kg	1 kg	1 kg	1 kg
골재(모래)	0.5 kg	0.5 kg	0.5 kg	0.5 kg	0.5 kg

분산 안정성

상기에서 제조된 시멘트 몰탈 조성물을 -10℃ 및 40℃에서 각각 60일 동안 보관하고, 분산 안정성을 육안으로 확인하였다.

그 결과, 본 발명에 따른 실시예 1의 조성물과 시판되는 비교예 4의 조성물의 경우 양호한 분산 안정성을 나타내었으며, 비교예 1 내지 3의 조성물의 경우 응집이 발생함을 확인하였다.

도막 특성

상기 시멘트 몰탈 조성물을 콘크리트 바닥에 10 mm의 두께로 시공한 후, 물을 뿌려 하루 동안 양생한 후, 표면 상태를 육안으로 확인하였다.

그 결과, 실시예 1의 조성물을 사용한 시멘트 몰탈의 경우 표면에 기포가 발생하지 않았으나, 비교예 3의 시멘트 몰탈의 경우 소포제를 사용하지 않음에 따라 표면에 매우 많은 틴트가 발생함을 확인하였다.

Claims (5)

1. 메타아크릴산 에스테르 단량체로서 메틸메타아크릴레이트 200㎖;

   아크릴산 에스테르단량체로서 2-에틸헥실아크릴레이트 220㎖;

   카르복실기를 갖는 에틸렌성 단량체로서 메타아크릴산 30㎖;

   폴리옥시알킬 페닐렌 계면활성제로서 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐에테르 40중량%용액 50㎖;

   개시제로서 암모늄 퍼 설페이트 10중량% 50㎖; 및

   미네랄 오일계 소포제로서 미네랄 오일 10㎖를 포함하는 조성물을 수용액 중에 유화 중합에 의해 제조된 친환경적 시멘트 몰탈 혼화용 에멀젼 접착제 조성물.
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