KR101793194B1 - 기능성 세라믹 방수·방식제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 친환경 방수·방식공법 - Google Patents

기능성 세라믹 방수·방식제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 친환경 방수·방식공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강도, 접착력, 내약품성, 내열성, 내오존성, UV 저항성 및 내구성이 우수한 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 친환경 방수·방식공법에 관한 것으로서, 발수, 방수성이 우수한 실리콘 수지과, 연성, 부착성, 내약품성이 우수한 폴리비닐 클로라이드와 내약품성, 내오존성, 내열성, 절연성이 우수한 폴리비닐리덴 플루오라이드와 연성 및 내구성이 우수한 라우릴 아크릴레이트 및 강도, 내마모성, 내열성, 내약품성, 내구성이 우수한 무기질 충전재 혼합물과 알콕시 실란을 일액형 형태로 가수분해하여 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 포함하여 이루어짐으로써, 상온 경화되기 때문에 도막 형성을 위해 고온 처리 등이 요구되지 않고 경화 후에는 우수한 내수성, 내오존성, UV 저항성, 내구성 및 통기성을 나타내며, 콘크리트 구조물과 유사한 열팽창계수를 가지고 부착력이 우수하여 바탕면에서 쉽게 박리되거나 도장된 표면에서 쉽게 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 종래 에폭시 수지계 방수·방식제에 비해 표면에 도장되어 부식을 방지하는 효과가 더욱 향상된다.

Description

기능성 세라믹 방수·방식제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 친환경 방수·방식공법 {FUNCTIONAL CERAMIC COMPOSITION WITH WATERPROOF AND ANTI-CORROSIVENESS AND PROTECTING METHOD OF CONCRETE STRUCTURE WITH ECO-FRIENDLY WATERPROOF AND ANTI-CORROSIVENESS THEREWITH}
본 발명은 강도, 접착력, 내산성, 내열성, 내오존성 및 내구성이 우수한 기능성 세라믹 방수·방식제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 친환경 방수·방식공법에 관한 것이다.
콘크리트 구조물에 균열이 발생하면 방수 성능 저하, 철근 부식, 내구성 저하, 강도 저하 등으로 치명적인 결함을 초래할 수 있다. 콘크리트의 균열은 염해, 열화와 같은 외적 환경의 원인, 설계 하중, 소성 수축 또는 건조 수축과 같은 재료 특성, 배합 조건, 시공적인 요인 등의 여러 가지 요인에 의하여 많이 발생한다. 이와 같은 여러 가지 요인에 의해 콘크리트 구조물에 균열이 발생하게 되면 콘크리트 구조물은 하중을 견디지 못하고 붕괴될 수도 있다. 균열이 발생된 콘크리트 구조물에 대하여는 방수성, 내구성을 회복하기 위하여 또는 구조물의 안정성, 미관성 등을 고려하여 보수해야할 필요성이 있다.
또한, 콘크리트의 표면온도는 여름철 직사광선을 받을 경우 60℃ 이상이 되는 경우도 많기 때문에 기존 콘크리트의 열팽창계수(약 11 Strain, 1℃ 당 11×10-6의 변화가 있음)와 가능한 가까운 재료로서 일체화 거동을 할 수 있는 방수·방식제가 필요하다.
한편, 철근콘크리트 구조물이나 화학시설물, 하수관거, 폐수처리장등의 시설물은 산성 가스나 직접적인 산성폐수에 접촉됨으로써 구조물의 노후화가 더 빨리 진행되고 있다. 또한 외부로 확인할 수 있는 시설물뿐만 아니라 지하매설 시설물이나 수중구조물에 있어서도 노후화가 진행되고 있다. 이러한 산성 환경 하에 노출된 콘크리트 구조물의 열화단면을 보수하기 위한 여러 가지 재료 및 공법이 개발 적용되어지고 있으나 현재까지도 산성 환경에 대한 내구성능이 부족한 상황이다. 더욱이, 정수장이나 배수지의 콘크리트 구조물은 염소, 오존 등으로 물을 정수하기 때문에 이러한 물질에 노출되어 열화가 촉진된다.
정수장이나 배수지의 콘크리트 구조물의 방수·방식공법에는 크게 도막공법이나 부착공법으로 나누어진다.
도막공법에는 일반적으로 에폭시계, 우레탄계 및 아크릴계 수지 도료 등과 같은 유기계 성분으로 이루어진 도료가 주로 사용되는데, 유기계 성분으로 이루어진 도료의 경우는 가공성이 좋고 접착성 및 유연성이 우수하다는 장점이 있으나, 도막을 형성하는 유기물이 자외선, 오존이나 수분에 의한 열화가 쉽게 발생하여 내구성이 저하되며, 내열성이 낮고 기름과 같은 유기물질이 혼입되어 오염되기 쉬운 문제점이 있다.
또한, 부착공법에 사용되고 있는 FRP 판넬은 폴리에스테르(PE), 초산비닐(PVAC), 페놀수지(PF), 멜라민수지(MF), 에폭시수지 등 열경화성 수지(thermosetting resin)를 사용하는 게 일반적이다. 그러나 상기와 같은 소재들은 열, 자외선, 산성 및 알카리성 화학물질, 유기용제, 내식성 등에 취약하다.
또한, 타일 부착 공법에 사용되고 있는 도기질 타일은 방수성이 좋고 큰 외압이 제공되지 않는 벽에 주로 시공되고, 자기질 타일은 방수성이 좋으면서 고온에서 높은 밀도로 단단하게 구워져 높은 강도를 가지고 있어 보통 바닥에 시공된다. 그러나, 도자기 타일에 체중 등의 높은 순간 외력이 자주 가해지게 되면 파손되는 경우가 종종 발생하는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-0504213호 (2005년08월01일 공고) 대한민국 등록특허 제10-1353918호 (2014년01월22일 공고)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 강도, 자기 세정성, 접착력, 내산성, 내오존성, UV 저항성, 내후성, 내열성 및 내구성이 우수한 기능성 세라믹 방수·방식제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 친환경 방수·방식공법을 제공함에 있다.
본 발명은 인체나 환경에 유해한 중금속이 용출되지 않는 고내구성을 가지는 기능성 세라믹 방수·방식제 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 친환경 방수·방식공법을 제공하려는 것이다.
본 발명의 UV 저항성, 내오존성, 내염소이온 저항성, 내오염성, 불연성 등을 개선하기 위한 기능성 세라믹 방수·방식제 조성물을 사용한다.
상기 기능성 세라믹 방수·방식제 조성물은 발수, 방수성이 우수한 실리콘 수지와, 연성, 부착성, 내약품성이 우수한 폴리비닐 클로라이드와 내약품성, 내오존성, 내열성, 절연성이 우수한 폴리비닐리덴 플루오라이드와 연성 및 내구성이 우수한 라우릴 아크릴레이트 및 강도, 내마모성, 내열성, 내약품성, 내구성이 우수한 무기질 충전재 혼합물과 알콕시 실란을 일액형 형태로 가수분해하여 기능성 세라믹 방수·방식제 조성물을 제조하는 것을 포함한다.
상기 실리콘 수지, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 라우릴 아크릴레이트 및 무기질 충전재로 이루어진 혼합물에 알콕시 실란을 가수분해 및 축중합 반응에 의해 일액형 타입을 수용성 기능성 세라믹 방수·방식제 조성물을 제조한다.
알콕시 실란 가수분해물은 물의 존재 하에 알콕시 실란 간의 가수분해와 축합반응을 통해 제조된다. 하기 반응식 1 내기 반응식 2은 물과 촉매의 존재 하에 알콕시 실란의 가수분해와 축합 반응을 개략적으로 나타낸 것이다.
Figure 112017095187743-pat00001
(반응식 1)
Figure 112017095187743-pat00002
(반응식 2)
상기 반응식 1 내지 반응식 2에서, R 및 R' 각각은 선형 또는 분지형의 C1 ∼ C20 알킬기, C3 ∼ C20 사이클로알킬기, C2 ∼ C20 알케닐기, C2 ∼ C20 알키닐기, C6 ∼ C20 아릴기, 아크릴기, 메타크릴기, 할로겐기, 아미노기, 머캅토기, 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기, 카르복실기, 비닐기, 나이트로기, 술폰기, 알키드기 등으로 이루어진 군에서 1종 이상의 작용기를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 반응식 1은 출발 물질인 알콕시 실란의 알콕시기가 물에 의해 가수분해되어 수산화기를 형성하는 것을 나타낸 것이다. 이를 통해 형성된 수산화기는 반응식 2에서 볼 수 있듯이 다른 실란의 수산화기 또는 알콕시 간의 축합반응을 통해서 실록산 결합을 형성한다.
상기 반응식1 및 반응식2를 이용하여 실록산 화합물을 제조할 시 반응속도를 조절하기 위해 촉매를 사용하게 되는데, 사용 가능한 촉매로는, 예를 들어, 염산, 아세트산, 질산, 황산, 클로로술폰산, 요오드산, 필로인산 등의 산 촉매; 암모니아, 수산화칼륨, 수산화바륨, 이미다졸 등의 염기 촉매가 있으며, 또한 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되어 사용될 수 있다. 촉매의 양은 특별히 제한되지 않으나, 산 촉매 및 염기 촉매의 경우 알콕시 실란 약 100 중량부에 대하여 약 0.0001 내지 약 0.01 중량부를 첨가할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 가수분해 및 축합반응은 상온에서 약 2 ~ 24시간 정도 교반에 의해 진행될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 알콕시 실란은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리프로폭시실란, 다이메틸다이메톡시실란, 다이메틸다이에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 다이페닐다이메톡시실란, 다이페닐다이에톡시실란, 트리페닐메톡시실란, 트리페닐에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 프로필에틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리프로폭시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리프로폭시실란, 3-아크릴옥시프로필메틸비스(트리메톡시)실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, N-(아미놀에틸-3-아미노프로필)트리메톡시실란, N-(아미놀에틸-3-아미노프로필)트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 클로로프로필트리메톡시실란, 크롤로프로필트리에톡시실란, 헵타데카플루오르데실트리메톡시실란 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 기능성 세라믹계 방수·방식제의 경화속도를 높이기 위해 알콕시 실란 가수분해물을 경화제로 사용하는 것이 가능하다.
상기 무기질 충전재로는 실리카 분말, 알루미늄 분말, 산화 마그네슘, 황산바륨, 산화티탄, 안료 및 하이드록시탄산마그네슘을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 콘크리트의 표면에 있는 레이탄스, 불순물 등을 워터젯, 그라인더 등으로 표면 처리하는 단계와, 표면처리된 콘크리트 부위에 균열, 홈 등은 폴리머 시멘트 모르타르 및 퍼티재로 도포하여 바탕면 처리하는 단계와 처리된 바탕면에 프라이머를 도포하는 단계와, 프라이머가 도포된 상부에 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 1차 도포하여 경화된 후 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 2차 도포하여 양생하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 방수·방식공법을 제공한다.
상기 프라이머는 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물과 콘크리트 구조물에 고착되기 용이하게 하는 아크릴, 아크릴-우레탄, 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA) 및 스티렌-부타디엔, 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 의하면, 내구성, 부착성, 내오존성, UV 저항성, 내염소저항성, 내오염성, 불연성 및 내마모성 등이 우수한 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
또한, 나노 기술 및 졸-겔 과정을 접목한 기능성 세라믹계 방수·방식제로서 고순도 공정 부산물을 활용한 녹색 기술과 상온 경화되기 때문에 도막 형성을 위해 고온 처리 등이 요구되지 않아 에너지 절감형 친환경 소재로, 경화 후에는 우수한 내수성, 내오존성, UV 저항성, 내구성 및 통기성을 나타내는 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
또한, 종래의 열경화성 수지계 (예를 들어, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 메틸메타크릴레이트 수지 등) 방수·방식제의 열팽창 계수는 4.5∼10×10-5/℃으로 콘크리트 구조물 및 강구조물의 열팽창계수와 상이하여 시간경과에 따라 부착계면에서의 박리·박락이 발생되기 쉬우며, 자외선에 약하여 황변현상 등이 발생되나, 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제는 유사한 열팽창계수를 가지고 부착력이 우수하여 부착계면에서 쉽게 박리되거나 도장된 표면에서 쉽게 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 자외선에 의한 황변현상이 발생되지 않으며, 종래 에폭시 수지계 방수·방식제에 비해 표면에 도장되어 부식을 방지하는 효과가 더욱 향상된다.
또한, 구조물의 부식 및 기타 열화인자를 차단하여 내구성을 증진시키며, 화염이나 고온에서도 유해가스 및 연기가 발생되지 않은 불연성 및 방청 도장재의 기능을 함께 발현할 수 있음은 물론 지구 온난화의 원인인 석유계 자원의 사용을 줄이고, 유기 용제 대신 물, 알코올 등을 용매로 사용하여 유해 중금속의 용출이 없어 인체에 안전한 친환경적인 콘크리트 구조물의 방수·방식공법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 수지, 폴리비닐 클로라이드 및 무기질 충전재로 이루어진 혼합물에 알콕시 실란을 가수분해 및 축중합 반응에 의해 강도 및 내구성이 우수한 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 제조한다.
상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물은 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물 100중량부에 대하여 실리콘 수지 1~30중량부, 폴리비닐 클로라이드 1~30중량부, 폴리비닐리덴 플루오라이드 1~30중량부, 라우릴 아크릴레이트 0.1~20중량부, 무기질 충전재 1~45중량부 및 알콕시 실란 1~40중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실리콘 수지는 실리콘 오일 에멀젼, 수용성 알칼리 실리콘 수지, 아크릴실란 코폴리머 에멀젼의 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 실리콘 수지는 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물 100중량부에 대하여 1~30중량부 함유되는 것이 바람직하다. 상기 실리콘 수지의 함량이 30중량부를 초과하면 발수, 방수 성능은 개선되나 작업성이 저하되고, 그 함량이 1중량부 미만인 경우 발수, 방수 성능 개선 효과가 미흡하게 된다.
상기 폴리비닐 클로라이드는 연성, 부착력 및 내약품성 개선을 위해 사용한다. 상기 폴리비닐 클로라이드 대신으로 에틸렌초산비닐, 염화비닐, 초산비닐 비닐바세테이트를 사용할 수 있다. 상기 폴리비닐 클로라이드는 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물 100중량부에 대하여 1~30중량부 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리비닐 클로라이드의 함량이 30중량부를 초과하면 부착력 및 내구성능은 개선되나 작업성이 저하되고, 그 함량이 1중량부 미만인 경우 부착력 및 내구성능 개선 효과가 미흡하게 된다.
상기 폴리비닐리덴 플루오라이드는 내약품성, 내오존성, 내열성, 절연성 개선을 위해 사용한다. 상기 폴리비닐리덴 플루오라이드는 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물 100중량부에 대하여 1~30중량부 함유되는 것이 바람직하다. 상기 폴리비닐리덴 플루오라이드의 함량이 30중량부를 초과하면 내약품성, 내오존성, 내열성 및 절연성능은 개선되나 경제성이 떨어지고, 그 함량이 1중량부 미만인 경우 성능 개선 효과가 미흡하게 된다.
상기 라우릴 아크릴레이트는 연성 및 내구성 개선을 위해 사용한다. 상기 라우릴 아크릴레이트는 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물 100중량부에 대하여 0.1~20중량부 함유되는 것이 바람직하다. 상기 라우릴 아크릴레이트의 함량이 20중량부를 초과하면 성능은 개선되나 재료분리가 발생하기 쉽고, 그 함량이 0.1중량부 미만인 경우 성능 개선 효과가 미흡하게 된다.
상기 무기질 충전재는 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물 100중량부에 대하여 1~45중량부 함유되는 것이 바람직하다. 상기 무기질 충전재의 함량이 45중량부를 초과하면 강도, 내마모성, 내열성, 내약품성, 내구성은 개선되나 작업성이 저하되고, 그 함량이 1중량부 미만인 경우 강도, 내마모성, 내열성, 내약품성, 내구성 개선 효과가 미흡하게 된다.
상기 무기질 충전재는 강도, 내마모성, 내열성, 내약품성, 내구성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 무기질 충전재 100중량부에 대하여 실리카 분말 1~40중량부, 알루미늄 분말 1~40중량부, 산화 마그네슘 1~20중량부, 황산바륨 1~20중량부, 산화티탄 1~20중량부, 안료 1~20중량부 및 하이드록시탄산마그네슘 0.01~10중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 실리카 분말은 강도 및 내마모성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 실리카 분말은 상기 무기질 충전재 100중량부에 대하여 1~40중량부를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 실리카 분말의 함량이 40중량부를 초과하면 강도 및 내마모성을 개선되나 작업성이 저하되고, 그 함량이 1중량부 미만인 경우 성능 개선효과가 미흡하게 된다.
상기 알루미늄 분말은 강도, 내열성 및 내약품성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 알루미늄 분말은 상기 무기질 충전재 100중량부에 대하여 1~40중량부를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 알루미늄 분말의 함량이 40중량부를 초과하면 강도, 내열성 및 내약품성은 개선되나 작업성이 저하되고, 그 함량이 1중량부 미만인 경우 성능 개선효과가 미흡하게 된다.
상기 산화 마그네슘은 강도, 내열성 및 내구성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 산화 마그네슘은 상기 무기질 충전재 100중량부에 대하여 1~20중량부를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 산화 마그네슘의 함량이 20중량부를 초과하면 강도, 내열성 및 내구성은 개선되나 작업성이 저하되고, 그 함량이 1중량부 미만인 경우 성능 개선효과가 미흡하게 된다.
상기 황산바륨은 강도 및 내구성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 황산바륨은 상기 무기질 충전재 100중량부에 대하여 1~20중량부를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 황산바륨의 함량이 20중량부를 초과하면 강도 및 내구성은 개선되나 작업성이 저하되고, 그 함량이 1중량부 미만인 경우 성능 개선효과가 미흡하게 된다.
상기 산화티탄은 강도, 방오성 및 내구성을 개선하기 위해 사용한다. 상기 산화티탄은 상기 무기질 충전재 100중량부에 대하여 1~20중량부를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 산화티탄의 함량이 20중량부를 초과하면 강도, 방오성 및 내구성은 개선되나 작업성이 저하되고, 그 함량이 1중량부 미만인 경우 성능 개선효과가 미흡하게 된다.
상기 안료는 다양한 칼라발현과 미관을 개선하기 위해 사용한다. 상기 안료는 산화티탄, 적색 산화철, 황색 산화철, 산화크롬(Cr2O3), 자색 산화철, 흑색 산화철 및 카본블랙 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 상기 무기질 충전재 100중량부에 대하여 1~20중량부를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 안료의 함량이 20중량부를 초과하면 더 이상의 칼라발현 및 미관 개선효과가 기대하기 어렵고, 그 함량이 1중량부 미만인 경우 칼라발현 및 미관개선효과가 미흡하게 된다.
상기 하이드록시탄산마그네슘은 강도, 내열성 및 내구성을 개선하기 위해 사용한다ㅏ. 상기 하이ㄷ록시탄산마그네슘은 상기 무기질 충전재 100중량부에 대하여 0.01~10중량부를 함유되는 것이 바람직하다. 상기 하이드록시탄산마그네슘의 함량이 10중량부를 초과하면 강도, 내열성 및 내구성은 개선되나 작업성이 저하되고, 그함량이 0.01중량부 미만인 경우 성능 개선효과가 미흡하게 된다.
상기 실리콘 수지, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 라우릴 아크릴레이트 및 무기질 충전재로 이루어진 혼합물에 상기 알콕시 실란을 가수분해 및 축중합 반응에 의해 일액형 타입을 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 제조한다.
상기 알콕시 실란 가수분해물은 물의 존재 하에 알콕시 실란 간의 가수분해와 축합반응을 통해 제조된다. 하기 반응식 1 내지 반응식 2은 물과 촉매의 존재 하에 알콕시 실란의 가수분해와 축합 반응을 개략적으로 나타낸 것이다.
Figure 112017095187743-pat00003
(반응식 1)
Figure 112017095187743-pat00004
(반응식 2)
상기 반응식 1 내지 반응식 2에서, R 및 R' 각각은 선형 또는 분지형의 C1 ∼ C20 알킬기, C3 ∼ C20 사이클로알킬기, C2 ∼ C20 알케닐기, C2 ∼ C20 알키닐기, C6 ∼ C20 아릴기, 아크릴기, 메타크릴기, 할로겐기, 아미노기, 머캅토기, 에테르기, 에스테르기, 카르보닐기, 카르복실기, 비닐기, 나이트로기, 술폰기, 알키드기 등으로 이루어진 군에서 1종 이상의 작용기를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 반응식 1은 출발 물질인 알콕시 실란의 알콕시기가 물에 의해 가수분해되어 수산화기를 형성하는 것을 나타낸 것이다. 이를 통해 형성된 수산화기는 반응식 2에서 볼 수 있듯이 다른 실란의 수산화기 또는 알콕시 간의 축합반응을 통해서 실록산 결합을 형성한다.
상기 반응식 1 및 반응식 2를 이용하여 실록산 화합물을 제조할 시 반응속도를 조절하기 위해 촉매를 사용하게 되는데, 사용 가능한 촉매로는, 예를 들어, 염산, 아세트산, 질산, 황산, 클로로술폰산, 요오드산, 필로인산 등의 산 촉매; 암모니아, 수산화칼륨, 수산화바륨, 이미다졸 등의 염기 촉매가 있으며, 또한 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되어 사용될 수 있다. 촉매의 양은 특별히 제한되지 않으나, 산 촉매 및 염기 촉매의 경우 알콕시 실란 약 100 중량부에 대하여 약 0.0001 내지 약 0.01 중량부를 첨가할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 가수분해 및 축합반응은 상온에서 약 2 ~ 24시간 정도 교반에 의해 진행될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 알콕시 실란은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리프로폭시실란, 다이메틸다이메톡시실란, 다이메틸다이에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 다이페닐다이메톡시실란, 다이페닐다이에톡시실란, 트리페닐메톡시실란, 트리페닐에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 프로필에틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리프로폭시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리프로폭시실란, 3-아크릴옥시프로필메틸비스(트리메톡시)실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, N-(아미놀에틸-3-아미노프로필)트리메톡시실란, N-(아미놀에틸-3-아미노프로필)트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 클로로프로필트리메톡시실란, 크롤로프로필트리에톡시실란, 헵타데카플루오르데실트리메톡시실란 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이하에서, 본 발명의 따른 콘크리트 구조물의 친환경 방수·방식 공법을 설명하기로 한다.
콘크리트 구조물의 표면에 있는 레이탄스, 불순물 등을 워터젯, 그라인더 등으로 표면 처리하는 단계와, 표면처리된 콘크리트 부위에 균열, 홈 등을 폴리머 시멘트 모르타르 또는 퍼티재로 도포하여 바탕면을 처리하는 단계와, 처리된 바탕면에 프라이머를 도포하는 단계와, 프라이머가 도포된 상부에 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 1차 도포하여 경화된 후 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 2차 도포하여 양생하는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물의 친환경 방수·방식공법을 제공한다.
상기 프라이머는 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물과 콘크리트 구조물에 고착되기 용이하게 하는 아크릴, 아크릴-우레탄, 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA), 스티렌-부타디엔 및 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
냉각수 자켓이 장착된 20L 반응기에 기 제조한 실리콘 수지 30중량부를 투입하여 교반하면서 폴리비닐 클로라이드 10중량부를 10ml/min 속도로 투입하여 교반하면서 폴리비닐리덴 플루오라이드 5중량부를 10ml/min 속도로 투입하여 교반하면서 라우릴 아크릴레이트 5중량부를 10ml/min 속도로 투입하여 3시간동안 교반한 후에 상기 무기질 충전재 30중량부를 5ml/min 속도로 투입하여 2시간 동안 교반한다. 이 혼합물을 냉각수를 순환하여 반응물의 온도를 20℃로 유지하면서 메틸트리메톡시실란 8중량부와 에탄올 12중량부 혼합용액을 20ml/min 속도로 천천히 투입하여 2시간 동안 반응하여 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 제조한다. 이 때, 무기질 충전재는 실리카 분말 40중량부, 알루미늄 분말 20중량부, 산화 마그네슘 10중량부, 황산바륨 10중량부, 산화티탄 10중량부, 안료 5중량부 및 하이드록시탄산마그네슘 5중량부를 혼합하여 사용하였다.
<실시예 2>
냉각수 자켓이 장착된 20L 반응기에 기 제조된 실리콘 수지 25중량부를 투입하여 교반하면서 폴리비닐 클로라이드 15중량부를 10ml/min 속도로 투입하여 교반하면서 폴리비닐리덴 플루오라이드 5중량부를 10ml/min 속도로 투입하여 교반하면서 라우릴 아크릴레이트 5중량부를 10ml/min 속도로 투입하여 3시간동안 교반한 후에 상기 무기질 충전재 30중량부를 5ml/min 속도로 투입하여 2시간 동안 교반한다. 이 혼합물을 냉각수를 순환하여 반응물의 온도를 20℃로 유지하면서 메틸트리메톡시실란 8중량부와 에탄올 12중량부 혼합용액을 20ml/min 속도로 천천히 투입하여 2시간 동안 반응하여 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 제조한다. 이 때, 무기질 충전재는 실리카 분말 40중량부, 알루미늄 분말 20중량부, 산화 마그네슘 10중량부, 황산바륨 10중량부, 산화티탄 10중량부, 안료 5중량부 및 하이드록시탄산마그네슘 5중량부를 혼합하여 사용하였다.
<실시예 3>
냉각수 자켓이 장착된 20L 반응기에 기 제조한 실리콘 수지 20중량부를 투입하여 교반하면서 폴리비닐 클로라이드 15중량부를 10ml/min 속도로 투입하여 교반하면서 폴리비닐리덴 플루오라이드 7.5중량부를 10ml/min 속도로 투입하여 교반하면서 라우릴 아크릴레이트 7.5중량부를 10ml/min 속도로 투입하여 3시간동안 교반한 후에 상기 무기질 충전재 30중량부를 5ml/min 속도로 투입하여 2시간 동안 교반한다. 이 혼합물을 냉각수를 순환하여 반응물의 온도를 20℃로 유지하면서 메틸트리메톡시실란 8중량부와 에탄올 12중량부 혼합용액을 20ml/min 속도로 천천히 투입하여 2시간 동안 반응하여 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 제조한다. 이 때, 무기질 충전재는 실리카 분말 40중량부, 알루미늄 분말 20중량부, 산화 마그네슘 10중량부, 황산바륨 10중량부, 산화티탄 10중량부, 안료 5중량부 및 하이드록시탄산마그네슘 5중량부를 혼합하여 사용하였다.
아래의 시험예들은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 3의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 실험한 결과들을 나타낸 것이다.
<시험예 1>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물의 물리적 특성을 확인하기 위하여, 상기에서 설명한 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 KS M 5000에 의한 용기 내 상태, 건조시간시험을 수행하였고, KS M 5037에 의한 도포 작업성을 실시하였으며,KS F 4936에 의한 중성화촉진시험을 수행하였고, KS M 2274에 의하여 촉진내후성 시험을 수행하였으며, KS F 4936에 의하여 부착강도, 도막형성 겉모양, 내투수성, 염화물 이온 침투 저항성 및 투습도 시험을 수행하였고, KS M ISO 2812에 의하여 내약품성(황산, 염산, 수산화 나트륨) 시험을 수행하였으며, KS D 6711에 의하여 내충격성 시험을 수행하였으며, 주택공사 전문시방-2006에 의하여 내오염성 시험을 수행하였고, 먹는 물 수질공정 시험법에 의하여 음용수용출 46개 항목 시험을 수행하여 각각의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
용기 내 상태 이상없음 이상없음 이상없음
도포 작업성 이상없음 이상없음 이상없음
건조시간 4시간 이내 4시간 이내 4시간이내
중성화촉진 (mm) 0 0 0
촉진내후성 이상없음 이상없음 이상없음
부착강도
(kgf/cm2)		 표준양생 후 16 16.4 17.1
촉진내후성 후 15 16 17
온냉반복 후 15.8 16.1 16.7
내알칼리성 후 15.9 16.2 16.5
내염수성 후 15.1 16 16.3
도막형성
겉모양		 표준양생 후 이상없음 이상없음 이상없음
촉진내후성 후 이상없음 이상없음 이상없음
온냉반복 후 이상없음 이상없음 이상없음
내알칼리성 후 이상없음 이상없음 이상없음
내염수성 후 이상없음 이상없음 이상없음
내투수성 투수되지않음 투수되지않음 투수되지않음
염화물이온침투저항성(Coulombs) 28 23 20
투습도(g/m2·day) 1.2 1.0 1
내약품성 황산 이상없음 이상없음 이상없음
염산 이상없음 이상없음 이상없음
수산화나트륨 이상없음 이상없음 이상없음
내충격성 이상없음 이상없음 이상없음
내오염성 이상없음 이상없음 이상없음
음용수용출46개항목 이상없음 이상없음 이상없음
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물은 우수한 성능을 보였다.
<시험예 2>
실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물의 물리적 특성을 확인하기 위하여, 상기에서 설명한 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 국토교통부고시 제 2015-744호에 의하여 불연성 및 가스유해성 시험을 수행하였고, KS F 2813에 의하여 내마모성 시험을 수행하였고, AASHTO TP 60에 의하여 열팽창계수 시험을 수행하였으며, SPS KWWA M211 : 6246 (방수·방식재의 내오존성능 시험방법 및 성능기준)에 의하여 내오존성 시험을 수행하였고, 수도용 자재 및 제품의 위생 안전기준 공정시험방법(환경부 고시 제 2015-103)에 의하여 중금속 용출시험을 실시하여 각각의 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
불연재료(불연성, 가스유해성) 적합 적합 적합
내마모성 (500g, 500회) (%) 0.23 0.22 0.21
열팽창계수 (×10-6/℃) 7.8 8.0 8.1
내오존성능 겉모양 이상없음 이상없음 이상없음
질량감소량 (g/m2) 2.1 2.0 1.8
내투수성능 투수되지않음 투수되지않음 투수되지않음
부착강도(MPa) 1.7 1.8 1.9
중금속용출
(mg/L)		 맛 이상없음 이상없음 이상없음
냄새 이상없음 이상없음 이상없음
색도 (도) 0.1 0.09 0.09
탁도 (NTU) 0.02 0.019 0.018
1,2-디클로로에탄 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
1,1-디클로로에틸렌 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
1,1,2-트리클로로에탄 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
트리클로로에틸렌 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
벤젠 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
1,1,1-트리클로로에탄 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
디클로로메탄 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
시스-1,2-디클로로에틸렌 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
에피클로로히드린 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
아세트산비닐 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
스티렌 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
1,2-부타디엔 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
1,3-부타디엔 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
N,N-디메틸아닐린 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
Hg 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
사염화탄소 검출되지 않음 검출되지 않음 검출되지 않음
과망간칼륨소비량 0.4 0.38 0.37
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물은 우수한 성능을 보였다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (5)

  1. 콘크리트 구조물의 표면 보호 및 강화를 위한 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물로서,
    실리콘 수지, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 라우릴 아크릴레이트 및 무기질 충전재로 이루어진 혼합물에 알콕시 실란을 첨가하여 가수분해 및 축중합 반응에 의해 일액형 타입의 수용성 조성물로서 제조되며,
    상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물 100중량부에 대하여 실리콘 수지 1~30중량부, 폴리비닐 클로라이드 1~30중량부, 폴리비닐리덴 플루오라이드 1~30중량부, 라우릴 아크릴레이트 0.1~20중량부, 무기충전재 1~45중량부 및 알콕시 실란 1~40중량부를 포함하는
    것을 특징으로 하는 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알콕시 실란은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메틸트리프로폭시실란, 다이메틸다이메톡시실란, 다이메틸다이에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 다이페닐다이메톡시실란, 다이페닐다이에톡시실란, 트리페닐메톡시실란, 트리페닐에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 프로필에틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리프로폭시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리프로폭시실란, 3-아크릴옥시프로필메틸비스(트리메톡시)실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, N-(아미놀에틸-3-아미노프로필)트리메톡시실란, N-(아미놀에틸-3-아미노프로필)트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 클로로프로필트리메톡시실란, 클로로프로필트리에톡시실란, 헵타데카플루오르데실트리메톡시실란으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무기질 충전재는 실리카 분말, 알루미늄 분말, 산화 마그네슘, 황산바륨, 산화티탄, 안료 및 하이드록시탄산마그네슘를 포함하며,
    상기 무기질 충전재 100중량부에 대하여 실리카 분말 1~40중량부, 알루미늄 분말 1~40중량부, 산화 마그네슘 1~20중량부, 황산바륨 1~20중량부, 산화티탄 1~20중량부, 안료 1~20중량부 및 하이드록시탄산마그네슘 0.01~10중량부 함유하는
    것을 특징으로 하는 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 이용한 콘크리트 구조물의 친환경 방수·방식공법으로서,
    콘크리트의 표면에 있는 레이탄스 또는 불순물을 제거하여 표면 처리하는 단계;
    표면 처리된 콘크리트 부위에 균열 또는 홈을 폴리머 시멘트 모르타르 또는 퍼티재로 도포하여 바탕면 처리하는 단계;
    처리된 바탕면에 프라이머를 도포하는 단계;
    프라이머가 도포된 상부에 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 1차 도포하는 단계;
    상기 1차 도포된 것이 경화된 후 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물을 2차 도포하여 양생하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 친환경 방수·방식공법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프라이머는, 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물과 콘크리트 구조물에 고착되기 용이하게 하기 위한 것으로서, 아크릴, 아크릴-우레탄, 에틸 비닐 아세테이트(Ethyl Vinyl Acetate; EVA) 및 스티렌-부타디엔, 상기 기능성 세라믹계 방수·방식제 조성물 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 친환경 방수·방식공법.
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