KR102629682B1 - 상온 경화형 폴리우레아 수지 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상온 경화형 폴리우레아 수지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 말단기가 디아민기로 형성되는 주제인 A액과 말단기가 디이소시아네이트기로 형성되는 경화제인 B액의 이액형으로, 디아민과 알데히드의 블록화 반응을 통한 1차 반응물 디아민을 주제 A액의 제조에 일부 사용함으로써, 폴리우레아 수지의 경화시간을 늦춰 방수 및 방청 작업 시, 수작업으로 시공이 가능하도록 하는 상온 경화형 폴리우레아 수지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 상온 경화형 폴리우레아 수지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 폴리우레아 수지의 경화시간을 늦춰 수작업 시공이 가능하도록 하는 상온 경화형 폴리우레아 수지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 건축물의 옥상이나, 주차장, 지하실 등의 방수재 및 바닥재로 폴리우레탄이 주로 사용된다. 폴리우레탄(Polyurethane)은 알코올기와 아이소사이안기의 결합으로 만들어진 우레탄 결합으로 결합된 고분자 화합물로, 내열성, 내마모성, 내용제성, 내약품성이 뛰어나며, 탄성 섬유, 도료, 접착제 등으로 사용된다. 그러나 폴리우레탄(Polyurethane)은 도막의 내구성이 떨어져 외부 요인에 의해 도막의 찢김이나 파열이 비교적 쉽게 발생되는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 폴리우레아(Polyurea)가 많이 사용되고 있는 추세이다. 폴리우레아(polyurea)는 윤활유, 기름 및 용매에 대한 적절한 내성을 지닌 것으로, 트럭의 베드 라이너, 균열 메꾸기 및 장식 디자인에 사용되며, 주로 에어리스 장비를 사용하여 이액형의 에어리스 스프레이 방식으로 사용된다. 그러나 폴리우레아는 경화시간이 빨라 소재와의 기밀성 및 접착력이 떨어지는 문제가 있으며, 스프레이 작업시 강한 압력에 의해 분진 발생이 많아 스모그 현상 등의 환경오염이 심각해지는 문제가 있다. 이에 현재 시장에서는 스프레이 작업을 제한하고 있는 실정이며, 환경문제가 발생하지 않는 대체물질과 작업을 요구하고 있어, 특허문헌 1, 2와 같이 친환경적이고, 수작업이 가능하도록 하는 폴리우레아 도료에 대한 개발이 진행되고 있으나, 아직 제품에 미치지는 못하고 있는 상황이다.
특허문헌 1은 수작업이 가능한 폴리우레아 도료에 관한 것으로, 주제부의 이소시아네이트기와 경화제부의 아민기의 몰비가 1:0.8~1로 배합하여 폴리우레아 도료를 제조함으로써, 가사시간이 길어 레기 또는 로라 등으로 도장 작업을 가능하도록 한 것이다.
특허문헌 2는 친환경 하이브리드 폴리우레아수지계 도료조성물 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 휘발성 유기화합물인 용제와 촉매를 포함하지 않으며, 과량의 필러를 사용하지 않아 친환경적인 폴리우레아수지계 도료조성물의 제조가 가능하도록 한 것이다.
본 발명은 상온 경화형 폴리우레아 수지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 디아민과 알데히드를 반응시켜 블록화한 반응물을 사용한 주제 A액과, 경화제인 B액을 각각 제조하여, 현장에서 전문가의 도움 없이도 누구나 쉽게 수작업이 가능한 상온 경화형 폴리우레아 수지 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 에어리스 스프레이 분사로 인한 환경오염을 줄일 수 있는 상온 경화형 폴리우레아 수지 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 에어리스 스프레이 분사로 인한 환경오염을 줄일 수 있는 상온 경화형 폴리우레아 수지 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상온 경화형 폴리우레아 수지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 상온 경화형 폴리우레아 수지는 디아민 100중량부에 대하여 글리콜류 5~10중량부, 안료 2~15중량부, 필러10~30중량부, 증점제 1~10중량부, 소포제 0.2~0.5중량부, 분산제 0.5~1.0중량부, 촉진제 0.2~1.0중량부를 혼합되는 주제 A액, 글리콜류 100중량부에 디이소시아네이트 100 중량부를 반응시켜 제조한 경화제 B액을 혼합하여 제조되되, 상기 A액의 디아민 100중량부에는 디아민과 알데히드를 반응시켜 제조한 1차 반응물 디아민이 일부 포함되며, 상기 주제 A액의 디아민은 디에틸톨루엔디아민, 에틸렌디아민, 디메틸피오톨루엔디아민, 이소포론디아민, 폴리옥시프로필렌 디아민 중 어느 1종 또는 2종 이상이 사용되고, 상기 1차 반응물 디아민의 알데히드는 부틸알데히드, 이소부틸알데히드, 신남알데히드 중 어느 1종 또는 2종 이상이 사용되고, 상기 주제 A액과 경화제 B액의 글리콜류는 폴리옥시프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 1.4부틸렌글리콜 중 어느 1종 또는 2종 이상 사용되며, 상기 경화제 B액의 디이소시아네이트는 TDI, MDI, IPDI, HDI, XMDI 중 어느 1종 또는 2종 이상 사용되는 것을 특징으로 한다.
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또한, 본 발명은 디아민 100중량부에 대하여 글리콜류 5~10중량부, 안료 2~15중량부, 필러10~30중량부, 증점제 1~10중량부, 소포제 0.2~0.5중량부, 분산제 0.5~1.0중량부, 촉진제 0.2~1.0중량부를 혼합하여주제 A액을 제조하는 A액 제조단계, 글리콜류 100중량부에 디이소시아네이트 100 중량부를 반응시켜 NC0기의 함량이 14.5~15.5 중량%내에 포함되도록 경화제 B액을 제조하는 B액 제조단계, 상기 A액 제조단계 및 B액 제조단계에서 제조된 주제 A액과 경화제 B액을 A액 100중량부에 B액 70중량부를 혼합하여 시공표면에 도포하여 시공하는 혼합 및 시공단계;를 포함하며, 상기 A액 제조단계는 디아민을 반응기에 투입하고, 알데히드를 개량하여 드랍핑 탱크(dropping tank)에 투입한 후, 반응기 내부 온도를 서서히 승온하여 알데히드를 드랍핑(dropping)하여 반응시킨 후, 진공 탈수시켜 제조하는 1차 반응물 디아민 제조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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본 발명은 상온 경화형 폴리우레아 수지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 아민과 알데히드를 반응시켜 블록화한 1차 반응물을 주제에 사용함으로써, 경화시간을 늦춰 수작업이 가능하도록 하는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 누구나 손쉽게 수작업으로 시공이 가능하고, 아주 작은 면적의 시공에도 손쉽게 마무리 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 수작업으로 시공이 가능하여 에어리스 스프레이 분사로 인한 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 상온 경화형 폴레우레아 수지 및 이의 제조방법의 전체 제조단계를 도시한 도면.
본 발명은 상온 경화형 폴리우레아 수지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 말단기가 디아민기로 형성되는 주제 A액과 말단기가 디이소시아네이트기로 형성되는 경화제 B액의 이액형으로, 주제인 A액 제조단계와 경화제인 B액 제조단계 및 혼합 및 시공단계로 나뉜다. 본 발명에서는 각 단계의 설명 및 실시 예를 통해 상세한 내용을 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 전체 제조단계를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 주제인 A액과 경화제인 B액이 각각 제조되는 것으로, A액 제조단계→ B액 제조단계→ 혼합 및 시공단계를 포함한다.
먼저, A액 제조단계이다. A액 제조단계는 1차 반응물 디아민 제조단계→ 기타 첨가물 혼합 및 포장 단계를 포함한다. 상세한 설명은 다음과 같다.
1차 반응물 디아민 제조단계이다.
주제인 A액의 디아민은 디아민과 알데히드를 반응시켜 1차 반응물을 제조한다. 디아민을 반응기에 투입 후, 알데히드를 개량하여 드랍핑 탱크(dropping tank)에 투입한다. 이후, 반응 활성화를 위해 반응기 내부 온도를 서서히 승온하여 알데히드를 드랍핑(dropping) 시킨다. 이후, 반응이 종결되면 서서히 승온시켜 진공탈수를 통해 반응생성 수분을 제거하고, 수분이 완전히 제거되면 1차 반응물의 반응을 종결한다.
디아민(diamine)은 분자 속에 2개의 아미노기(-NH₂)를 가지고 있는 화합물로, 아미노기의 수소원자가 알킬기 또는 아릴기 등으로 치환된 화합물도 포함한다. 디아민은 니켈, 코발트, 철, 금 등의 금속과 결합하여 착염을 만들고, 또 지방족 디아민은 다이카복실산 등과 축합반응을 일으켜 고분자 화합물을 만들기로 하여, 합성섬유, 색소의 원료로 사용되는 것이다. 본 발명에서는 디에틸톨루엔디아민, 에틸렌디아민, 디메틸피오톨루엔디아민, 이소포론디아민, 폴리옥시프로필렌 디아민 등이 사용되며, 이 중 어느 1종 또는 2종 이상이 사용될 수 있다.
알데히드는 포르밀기(-CHO)를 가지고 있는 탄소 화합물을 말하는 것으로, 탄소수가 적은 알데히드는 물과 잘 섞이며, 환원성을 갖는 것이다. 본 발명에서 알데히드는 부틸알데히드, 이소부틸알데히드, 신남알데히드 등이 사용되며, 이 중 어느 1종 또는 2종 이상이 사용될 수 있다.
이때, 1차 반응물 제조단계에서는 디아민과 알데히드를 반응시켜 블록화한 것으로, 수작업에 사용할 수 있도록 경화시간을 늦추는 것이 가능하도록 한다.
다음, 기타첨가물 혼합 단계이다.
디아민 100중량부에 대하여 안정제 5~10중량부, 안료 2~15중량부, 필러 10~30중량부, 증점제1~10중량부, 소포제0.2~0.5중량부, 분산제0.5~1.0중량부, 촉진제0.2~1.0중량부를 혼합하여 디졸버 믹서기에 균일하게 분산시켜 필러 분산상태를 확인하여 제조한 후, 제조된 A액을 포장한다.
이때, 디아민 100중량부에는 상기 1차 반응물 디아민 제조단계에서 제조된 디아민이 일부 포함된다. 또한, 이때, 분산 속도는 RPM 800이 가장 바람직하다.
또한, 이때, 필러 분산상태는 입자가 고르게 분산되어 흐름이 일정할 때의 상태가 가장 바람직하다.
또한, 이때, 필러는 10~30 중량부임이 바람직하며, 이는 필러가 30중량부보다 많이 첨가되면, 인장강도 및 연신율 등의 기능이 저하되는 문제가 발생할 수 있어, 이를 방지하기 위함이다.
글리콜류는 안정제로, 안정제는 물질을 방치 또는 보존할 때 자연히 생기는 화학 변화나 상태의 변화를 방지하기 위해 첨가되는 물질이다. 본 발명에서는 폴리옥시프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 1.4부틸렌글리콜 등이 사용되며, 이 중 어느 1종 또는 2종 이상이 사용될 수 있다.
안료는 물 및 대부분의 유기용제에 녹지 않는 분말상의 착색제로, 백색 또는 유색이며, 아마인유니스, 합성수지액, 아라비아고무 등 전색제에 섞어서 도료, 인쇄잉크, 그림물감 등을 만들어 물체 표면에 착색하거나, 고무, 합성수지 등에 직접 섞어서 착색하는 것이다. 본 발명에서는 안료로 산화철의 무기안료나 유기안료 등이 사용되며, 이 중 어느 1종 또는 2종 이상이 사용될 수 있다.
필러(filler)는 증량, 물성 개선 및 성형 가공성을 향상할 목적으로 고분자 재료 중에서 분산시켜 첨가되는 입자상, 섬유상, 플레이트상의 물질이다. 본 발명에서는 중탄, 실리카, 경탄 등이 사용되며, 이 중 어느 1종 또는 2종 이상이 사용될 수 있다.
증점제는 콜로이드 용액, 고분자 용액 등에 가하여 이들의 것의 점도를 증진시켜, 틱소트로피성을 부여하는 것으로, 접착제, 시멘트, 라텍스, 도료, 화장품 등에 사용된다. 본 발명에서는 실리카나 벤토네이트 등이 사용되며, 이 중 어느 1종 또는 2종 이상이 사용될 수 있다.
소포제는 생겨난 거품에 뿌려서 거품을 지우는 작용을 하는 물질이다.
분산제는 큰 입자와 응집한 입자를 분쇄하여 보다 작은 입자와 콜로이드 입자로 만들 때 생성된 미소 입자의 응집을 방지하기 위해 가하는 물질이다.
촉진제는 반응계 내 혹은 고체 촉매 제조시 첨가함으로써 화학반응 속도에 변화를 주는 물질을 말하는 것으로, 본 발명에서는 비스무트 용액이 사용될 수 있다.
다음, 경화제인 B액 제조단계이다. 상세한 설명은 다음과 같다.
글리콜류 100중량부에 대하여 디이소사이네이트 100중량부를 반응기에 투입후, 반응 활성화를 위해 서서히 승온시켜 반응 후, 종결하여 B액을 제조하고, 제조된 B액을 포장한다.
이때, B액은 말단기 디이소시아네이트를 제조하는 것으로, NCO기(이소시아네이트기) 함량은 14.5~15.5 중량%인 것이 바람직하다. 이는 주제 A액과 혼합 시, NCO기 함량이 너무 15.5 중량%보다 많으면, 경화가 되지 않고, 공기 중의 수분과 반응하므로, 물성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있으며, NCO기 함량이 14.5 중량%보다 적으면 점도가 높아지는 문제가 발생하게 되어, 이를 방지하기 위함이다.
이때, 디이소시아네이트로서 TDI(Toluene diisocyanate), MDI(Methylene Diphenyl diisocyanate), IPDI(Isophorone diisocyanate), HDI(Hexamethylene diisocyanate), XMDI(Xylyene diiscocyanate) 등이 사용될 수 있으며, 이 중 어느 1종 또는 2종 이상이 사용될 수 있다.
또한, 이때, 글리콜류는 폴리옥시 플로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 1.4부틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 등이 사용될 수 있으며, 이 중 어느 1종 또는 2종 이상이 사용될 수 있다.
다음, 혼합 및 시공단계이다.
시공 시, 상기의 단계에서 제조된 주제 A액 100중량부에 대하여, 경화제 B액 70 중량부를 믹서기로 균일하게 혼합하여, 시공표면에 균일하게 시공 마무리한다.
이때, 주제 A액과 B액은 A액 100중량부에 B액 70중량부를 혼합하는 것이 가장 바람직하며, 이는 아민 당량과 NCO 당량이 1:1인 것이 가장 바람직하며, 이에 해당하는 것이 주제 A액 100중량부, B액 70중량부 이기 때문이다.
이하, 아래에서는 본 발명의 하나의 구체적인 실시 예로, 상세한 설명은 다음과 같다.
먼저, A액 제조단계로, 1차 반응물 디아민 제조단계이다.
이소포론디아민 53.97 중량%를 반응기에 투입한다. 여기에 이소부틸알데히드 46.03 중량%를 개량하여 드랍핑 탱크(dropping tank)에 투입한다. 다음, 반응기 내부 온도를 서서히 60℃까지 승온하여 이소부틸알데히드를 8시간에 걸쳐 드랍핑(dropping)한다. 이후, 반응 종결 후 서서히 승온시켜 100℃를 유지하며 진공탈수 시켜 반응생성 수분을 제거한다. 수분이 완전히 제거되면 1차 반응물의 반응을 종결한다.
이때, 분자의 구조식은 다음과 같이 형성된다.
이때, 반응기 내에서는 이소포론디아민과 이소부틸알데히드의 반응에 의해 발열이 진행되므로, 65℃이상 온도 상승을 억제하면서 반응을 진행하는 것이 가장 바람직하다. 이는 이소부틸알데히드의 비점이 63~64℃이므로, 이소부틸알데히드의 비점 보다 너무 높은 온도로 상승되지 않도록 억제해줌으로써, 내부팽창이 발생하는 것을 제어하기 위함이다.
이때, 반응 종결 후, 반응 생성물인 수분을 제거해 주는 것이 바람직하다. 이는 수분이 존재할 경우 NCO와 반응하여 요소 결합 형성을 하므로, 이를 방지하기 위함이다.
또한, 디아민과 알데히드를 반응시켜 블록화한 1차 반응물을 주제 A액 제조에 일부 사용함으로써, 폴리우레아 수지의 경화시간을 늦춰 수작업의 시공이 가능하도록 한다.
다음, 기타첨가물 혼합 및 포장단계이다.
상기 1차 반응물 디아민 제조단계를 통해 제조된 1차 반응물 디아민 38중량부, 디에틸톨루엔디아민 2중량부, 폴리옥시프로필렌디아민 60중량부를 혼합한 디아민 100 중량부에 대하여, TiO₂(이산화타이타늄) 9중량부, 철흑 1중량부, 중탄 25중량부, 실리카 3중량부, 소포제 0.2중량부, 폴리옥시프로필렌글리콜 10중량부, 분산제 0.5 중량부, 비스무트 9%용액 0.3중량부를 혼합하여 디졸버 믹서기에서 RPM 800의 속도로 균일하게 분산시켜 필러의 분산상태를 확인하여 제조한다. 이후, 제조된 주제 A액을 포장한다.
이때, TiO₂(이산화타이타늄) 및 철흑은 안료, 중탄은 필러(filler), 실리카는 증점제, 폴리옥시프로필렌글리콜은 안정제, 비스무트 9% 용액은 촉진제로 사용된 것이다.
다음, B액 제조단계이다.
폴리옥시프로필렌글리콜 100중량부에 이소포린디이소시아네이트 100중량부를 반응기에 투입 후, 서서히 승온시켜 50~60℃를 유지하면서 반응으로 인해 90℃까지 자체 발열하는 것을 확인 후, 90~100℃에서 4시간 반응 후, NCO기의 함량이 14.5~15.5 중량%내에 포함되면 반응을 종결하여 제조완료 후, 포장한다.
다음, 혼합 및 시공단계이다.
상기의 제조단계를 통해 제조된 A액과 B액을 시공 시, A액 100중량부에 B액 70중량부를 믹서기로 균일하게 혼합한 후, 시공표면에 균일하게 도포하여 시공한다.
이와 같이, 본 발명에서는 주제인 A액과 경화제인 B액을 각각 제조 및 포장하여 시공 현장에서 A액과 B액을 혼합하여 사용 가능한 것으로, 주제인 A액의 제조 시, 디아민과 알데히드를 반응시켜 블록화한 것을 일부 사용함으로써, 폴리우레아의 경화시간을 늦춰 수작업이 가능하도록 한다.
Claims (4)
- 상온 경화형 폴리우레아 수지에 있어서,
상기 폴리우레아 수지는 디아민 100중량부에 대하여 글리콜류 5~10중량부, 안료 2~15중량부, 필러10~30중량부, 증점제 1~10중량부, 소포제 0.2~0.5중량부, 분산제 0.5~1.0중량부, 촉진제 0.2~1.0중량부를 혼합되는 주제 A액;
글리콜류 100중량부에 디이소시아네이트 100 중량부를 반응시켜 제조한 경화제 B액;으로 이루어지되,
상기 A액의 디아민 100중량부에는 디아민과 알데히드를 반응시켜 제조한 1차 반응물 디아민이 일부 포함되고,
상기 주제 A액의 디아민은 디에틸톨루엔디아민, 에틸렌디아민, 디메틸피오톨루엔디아민, 이소포론디아민, 폴리옥시프로필렌 디아민 중 어느 1종 또는 2종 이상이 사용되고,
상기 1차 반응물 디아민의 알데히드는 부틸알데히드, 이소부틸알데히드, 신남알데히드 중 어느 1종 또는 2종 이상이 사용되고,
상기 주제 A액과 경화제 B액의 글리콜류는 폴리옥시프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 1.4부틸렌글리콜 중 어느 1종 또는 2종 이상 사용되며,
상기 경화제 B액의 디이소시아네이트는 TDI, MDI, IPDI, HDI, XMDI 중 어느 1종 또는 2종 이상 사용됨을 특징으로 하는 상온 경화형 폴리우레아 수지. - 삭제
- 디아민 100중량부에 대하여 글리콜류 5~10중량부, 안료 2~15중량부, 필러10~30중량부, 증점제 1~10중량부, 소포제 0.2~0.5중량부, 분산제 0.5~1.0중량부, 촉진제 0.2~1.0중량부를 혼합하여주제 A액을 제조하는 A액 제조단계;
글리콜류 100중량부에 디이소시아네이트 100 중량부를 반응시켜 NC0기의 함량이 14.5~15.5 중량%내에 포함되도록 경화제 B액을 제조하는 B액 제조단계;
상기 A액 제조단계 및 B액 제조단계에서 제조된 주제 A액과 경화제 B액을 A액 100중량부에 B액 70중량부를 혼합하여 시공표면에 도포하여 시공하는 혼합 및 시공단계;를 포함하며,
상기 A액 제조단계는 디아민을 반응기에 투입하고, 알데히드를 개량하여 드랍핑 탱크(dropping tank)에 투입한 후, 반응기 내부 온도를 서서히 승온하여 알데히드를 드랍핑(dropping)하여 반응시킨 후, 진공 탈수시켜 제조하는 1차 반응물 디아민 제조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상온 경화형 폴리우레아 수지 제조방법. - 삭제
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