KR19990036700A - 건재에 발수성을 부여하는 오르가노실리콘 화합물의 에멀젼 - Google Patents

건재에 발수성을 부여하는 오르가노실리콘 화합물의 에멀젼 Download PDF

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에리히 프란케
와커-헤미 게엠베하
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Abstract

수용성 에멀젼은 C1-C20-탄화수소~C1-C6-알콕시실란(A1)과 C1-C6-알콕시기함유 분기 오르가노폴리실록산(A2)에서 선택한 성분(A), 아미노알킬기함유 C1-C6-알콕시실란(B1)과, 아미노알킬기함유 분기오르가노실록산(B2)에서 선택한 성분(B)과, 유화제(C)를 포함한다.
그 수용성 에멀젼은 다공성무기질건재 및 빌딩코팅과, 목제에 발수성을 부여하는데 적합하다.

Description

건재에 발수성을 부여하는 오르가노실리콘화합물의 에멀젼
이 발명은 알콕시기 함유 오르가노실리콘화합물과 아미노알킬기함유 오르가노실리콘화합물의 수용성 에멀젼과, 다공성 무기질건재 및 빌딩코팅(building coating)과 목재에 발수성을 부여하는 방법에 관한 것이다.
오르가노실리콘화합물의 수용성 에멀젼은 특히 이들 에멀젼의 물 및 오염물질에 의한 함침방지작용이 현저하고, 이들 에멀젼의 환경 친화성 및 상대적 안정성이 있어 빌딩보호에 사용되었다.
특허문헌 US-A-4,757,106 에서는 암모늄기를 가진 폴리오르가노실록산과, 에톡시기를 가진 폴리오르가노실록산의 수용성 에멀젼을 사용한 중성무기질 건재의 함침에 대하여 기재되어 있다.
그 발수성효과는 그 암모늄기를 중성화시켜 그 에멀젼이 파괴되므로 알칼리성 건재에서 더 적어진다.
그리고 그 폴리오르가노실록산은 그 건재에 거의 침입되지 않는다.
활성성분으로, 알콕시기를 가진 수지상 폴리 오르가노실록산을 포함하는 에멀젼은 다공성건재에 용이하게 침입되어 그 건재에 우수한 표면살수성을 부여한다.
그러나, 조밀성 건재는 표면상에서 일시적으로 보호될뿐이다.
알킬알콕시 말단의 에멀젼이 건재에 용이하게 침입되어도 그 에멀젼은 긴 저장수명을 갖지 않는다.
특허문헌 US-A-4,877,654 에서는 알킬알콕시실란의 버퍼 에멀젼에 대하여 기재되어 있다.
그 버퍼에멀젼이 저장수명이 길더라도 그 버퍼에멀젼은 특히 중성건재에 너무 서서히 고착되어 특히 그 표면에 가까운 영역에서 빈약한 발수성을 부여한다.
특허문헌 US-A-5,039,724 에서는 활성성분으로 알콕시기와 저분자량의 알킬알콕시실란 또는 알킬알콕시실란을 가진 수지상 폴리오르가노실록산을 포함하는 에멀젼에 대하여 기재되어 있다.
이들의 에멀젼은 긴 저장안정성과 표면에서의 발수성 작용 사이에서의 절충 형성물(compromise)이다.
특허문헌 US-A-5,196,054 에서는 알킬 및 알콕시함유 실록산 및 실란이외에, 아미노 알킬기 함유실란과 α,ω-히드록시폴리디알킬실록산의 혼합물 또는 반응생성물을 포함하는 에멀젼에 대하여 기재되어 있다.
이들의 성분은 건재표면상에서 더 신속한 소수성 형성을 얻어도, 그 건재의 세공의 깊이가 깊은곳으로 다른 활성성분이 침입하는 것을 방해한다.
이 발명의 목적은 다공성 무기질 건재와 빌딩코팅에 발수성을 부여하는 오르가노실리콘화합물의 수용성 에멀젼에 있어서, 저장수명이 긴 에멀젼과, 다공성 무기질건재와 빌딩코팅에 발수성을 부여하는 방법에 있어서, 중성 및 염기성 건재 및 빌딩코팅의 경우 특히 효과적이며 위에서 설명한 에멀젼의 결점을 갖지 아니한 방법을 제공하는데 있다.
이 발명은 C1-C20-탄화수소-C1-C6-알콕시실란(A1)과 C1-C6-알콕시기 함유 분기 오르가노폴리실록산(A2)에서 선택한 성분(A)와, 아미노알킬기함유 C1-C6-알콕시실란(B1)과 아미노알킬기함유 분기오르가노실록산(B2)에서 선택한 성분(B)와, 유화제(C)를 포함하는 수용성 에멀젼에 관한 것이다.
C1-C20-탄화수소-C1-C6-알콕시실란(A1)은 SiC 에 결합한 1종 또는 2종의 같거나 다른 선택적으로 할로겐 치환시킨 1가의 C1-C20-탄화수소래디컬을 가지며, 다른 래디컬은 같거나 다른 C1-C6-알콕시래디컬인 것이 바람직하다.
C1-C20-탄화수소래디컬의 예로는 메틸,에틸,n-프로필,이소프로필,n-부틸,이소부틸,t-부틸,n-펜틸,이소펜틸,네오펜틸 및 t-펜틸 래디컬등 알킬래디컬; n-헥실래디컬등 헥실래디컬; n-헵틸 래디컬등 헵틸 래디컬; n-옥틸래디컬 및 2,2,4-트리메틸펜틸래디컬등의 이소옥틸 래디컬등 옥틸래디컬; n-노닐래디컬등 노닐래디컬; n-데실래디컬 및 n-도데실래디컬 등의 도데실래디컬등 데실래디컬; 시클로펜틸, 시클로헥실, 4-에틸 시클로헥실 및 시클로헵틸래디컬, 노르보르닐래디컬 및 메틸시클로헥실래디컬등 시클로알킬래디컬; 비닐,알릴, n-5-헥세닐, 4-비닐 시클로헥실 및 3- 노르보르네닐래디컬 등 알케닐래디컬; 페닐, 비페닐릴, 나프틸 및 안트릴 및 펜안트릴 래디컬등 알케닐 래디컬; o-, m- 및 p-톨릴래디컬, 키실릴래디컬 및 에틸페닐 래디컬등 알카릴래디컬; 벤질 래디컬 및 알파- 및 베타-페닐에틸래디컬 등 아랄킬래디컬이 있다.
비치환 C1-C12-알킬래디컬 및 페닐래디컬이 특히 바람직하다.
할로겐 치환 C1-C20-알킬 래디컬의 예로는 플루오린,클로린,브로민 및 요오드 원자에 의해 치환된 알킬래디컬, 예로서 3,3,3-트리플루오로-n-프로필 래디컬, 2,2,2,2',2',2'-헥사 플루오로 이소프로필 래디컬 및 헵타플루오로 이소프로필래디컬이 있다.
비치환 C1-C12-알킬래디컬 및 페닐래디컬이 특히 바람직하다.
C1-C6-알콕시래디컬의 예로는 메톡시,에톡시,n-프로톡시,이소프로폭시,n-부톡시,이소톡시, Sec-부톡시, t-부톡시 래디컬; n-펜틸옥시래디컬 등 펜틸옥시래디컬 및 n-헥실옥시래디컬 등 헥실옥시래디컬이 있다.
에톡시래디컬이 특히 바람직하다.
알콕시래디컬은 할로겐원자에 의해 치환시킬수 있으나 이것은 바람직하지 않다.
그 에멀젼은 C1-C6-알콕시기 함유 분기 오르가노폴리실록산(A2)또는 다종의 오르가노폴리실록산(A2)의 혼합물을 포함할 수 있다.
그 오르가노폴리실록산(A2)은 그 건재에 결합을 촉진하는 히드록시기를 추가로 포함할 수 있다.
그 오르가노폴리실록산 (A2)는 다음 일반식(I)의 단위로 이루어지는 것이 바람직하다.
(I)
위식에서,
R 은 SiC 에 결합한 같거나 다른 1가의 선택적으로 할로겐치환시킨 C1-C20-탄화수소래디컬이고, R1은 같거나 다른 1가의 C1-C6-알킬래디컬이며,
x 는 값 0,1,2 또는 3 이며, 평균 0.8~1.8 이고,
y 는 값 0,1,2 또는 3 이고, 평균 0.01~2.0이며,
z 는 값 0,1,2 또는 3 이고, 평균 0.0~0.5 이다.
단, x,y 및 z 의 합은 평균 3.5 이고, 오르가노폴리실록산(A2)는 x,y 및 z 의 합으로 값 0 또는 1을 가진 일반식(I)의 최소한 하나의 단위를 가짐.
그 오르가노폴리실록산(A2)는 250C 에서의 점도 5mm2/s ~ 50,000mm2/s, 특히 10mm2/s ~ 5000mm2/s를 갖는 것이 바람직하다.
C1-C20-탄화수소래디컬의 예로는 C1-C20-탄화수소-C1-C6-알콕시실란(A1)의 경우 위에서 설명한 C1-C20-탄화수소래디컬의 실예가 있다.
위식에서 나타낸바 없으나, 그 래디컬 R 의 일부는 실리콘원자에 직접 결합한 수소원자에 의해 치환할 수 있다.
그러나, 이것은 바람직하지 않다.
그 래디컬 OR1의 예로는 C1-C20-탄화수소-C1-C6-알콕시실란(A1)에 대하여 위에서 설명한 C1-C6-알콕시 래디컬이 있다.
x 는 평균치 0.9~1.1를 가지며, y 는 평균치 0.4-1.2를 가지며, z 는 평균치 0.0~0.2를 갖는 것이 바람직하다.
그 오르가노폴리실록산(A2)은 분기되므로, x,y 및 z 의 합이 값 0 또는 1을 가진 일반식(I)의 최소한 1개의 단위를 가진다.
그 오르가노폴리실록산(A2)는 x,y 및 z 의 합으로 값 0 또는 1을 가진 일반식(I)의 단위 최소한 10mol%, 특히 최소한 30mol%를 갖는 것이 바람직하다.
오르가노실록산(A2)의 예로는 다음 실험식의 오르가노폴리실록산 등, 메틸 트리클로로실란과 선택적으로 C1-C8-알킬트리클로로실란 또는 페닐 트리클로로실란을 수중에서 반응시켜 얻을수 있는 화합물의 예가 있다
CH3Si(OC2H5)0.8O1.1또는 C6H5Si(OC2H5)0.72O1.14또는 (CH3)0.7(iso Oct)0.3Si(OCH3)1.3O0.85아미노알킬기함유 C1-C6-알콕시실란(B1)은 다음일반식(II)을 갖는 것이 바람직하다.
R2 aR3 bSi(OR4)4-a-b(II)
위식에서,
R2는 같거나 다른 1가의 선택적으로 할로겐 치환시킨 SiC-결합 C1-C20-탄화수소래디컬이며,
R3는 탄소원자 1-30개를 가진 같거나 다른 1가의 선택적으로 할로겐 치환시킨 SiC-결합 아미노알킬 래디컬이고, R4는 같거나 다르며, 수소원자 또는 C1-C6-알킬래디컬이고, a 는 0,1 또는 2 이고, b 는 1,2 또는 3 이다.
단, a 와 b 의 합은 3 이하 또는 3 과 같음.
그 래디컬 R2의 예와 바람직한 예에는 위 래디컬 R 의 경우에서 설명한 바와 같다.
메틸 래디컬이 특히 바람직하다.
래디컬 R3는 다음 일반식(III)의 래디컬이 바람직하다.
R5 2NR6- (III)
위식에서,
R5는 같거나 다르며, 수소원자 또는 1가의 선택치환된 C1-C10-탄화수소래디컬 또는 C1-C10-아미노 탄화수소래디컬이고, R6은 2가의 C1-C15-탄화수소래디컬이다.
래디컬 R5의 예로는 래디컬 R 에 대하여 나타낸 탄화수소래디컬과, 아미노알킬래디컬등 아미노기에 의해 치환된 탄화수소래디컬의 예가 있으며, 아미노에틸래디컬이 특히 바람직하다.
최소한 하나의 수소원자가 일반식(III)의 래디컬에서 각각 질소원자에 결합하는 것이 바람직하다.
래디컬 R6은 탄소원자 1-10개 특히 바람직하게는 1-4개의 탄소원자를 가진 2가의 탄화수소래디컬, 특히 n-프로필렌 래디컬이 바람직하다.
래디컬 R6의 예로는 메틸렌,에틸렌,프로필렌,부틸렌,시클로헥실렌,옥타데실렌,페닐렌 및 부테닐렌 래디컬이 있다.
래디컬 R3의 바람직한 예는 다음과 같다.
H2N(CH2)3-,
H2N(CH2)2NH(CH2)2-,
H2N(CH2)2NH(CH2)3-,
H2N(CH2)2-,
H2CNH(CH2)3-,
C2H5NH(CH2)3-,
H3CNH(CH2)2-,
C2H5NH(CH2)2-,
H2N(CH2)4-,
H2N(CH2)5-,
H(NHCH2CH2)3-,
C4H9NH(CH2)2NH(CH2)2-,
cyc10-C6H11NH(CH2)3-,
cyc10-C6H11NH(CH2)2-,
(CH3)2N(CH2)3-,
(CH3)2N(CH2)3-,
(C2H5)2N(CH2)3-, 및
(C2H5)2N(CH2)2-.
알킬래디컬 R1의 예는 래디컬 R6에 모두 원용할 수도 있다.
그 래디컬 R4의 예와 바람직한 예는 래디컬 R1의 경우에서 설명한 것과 같으며, 메틸 및 에틸래디컬이 특히 바람직하다.
아미노알킬기 함유 분기 오르가노실록산(B2)은 다음 일반식(IV)의 단위로 이루어지는 것이 바람직하다.
(IV)
위식에서,
R7은 R 의 정의를 가지며,
R8은 R3의 정의를 가지며,
R9는 R1의 정의를 가지며,
c 는 값 0 또는 1 이며,
d 는 값 0,1,2 또는 3 이며,
e 는 값 0,1,2 또는 3 이다.
단, c,d 및 e 의 합은 3 이하이며, 오르가노폴리실록산(B2)는 c,d 및 e 의 합으로 값 0 또는 1을 가진 일반식(IV)의 최소한 1개의 단위를 가짐.
R7의 바람직한 정의는 R 에서와 같으며, 특히 R7은 메틸래디컬이고, R8의 바람직한 정의는 R3에서와 같으며, 특히 R8은 아미노프로필 또는(아미노에틸)아미노 프로필기이다.
바람직한 R9의 정의는 R1에서와 같으며, 특히 R9는 메틸 또는 에틸래디컬이다.
c 의 바람직한 평균치는 0 또는 1 이고, 특히 0.1~0.9이다.
d 는 값 0 또는 1 이 바람직하며, d 의 바람직한 평균치는 0.1~1, 특히 0.2~0.8이다.
e 는 값 0.1 또는 2 가 바람직하며, e 의 바람직한 평균치는 0.2~2, 특히 0.4~1.6 이다.
아미노알킬기 함유 분기 오르가노실록산(B2)는 250C에서 점도 5~5000, 특히 10-3000mm2/s를 갖는 것이 바람직하다.
오르가노실록산(B2)은 a,b 및 c 의 합이 값 0 또는 1 인 일반식(I)의 단위 최소한 10mol%, 특히 최소한 39mol%를 갖는 것이 바람직하다.
오르가노실록산(B2)은 공지의 방법으로, 예로서 아미노작용기를 가진 실란과, 알콕시기 및/또는 히드록시기를 포함하며 염기성 질소가 없는 오르가노폴리실록산의 평형 또는 축합에 의해 제조할 수 있다.
그 수용성 에멀젼에는 공지의 유화제(C)를 포함한다.
특히 적합한 아니온 유화제는 다음과 같다.
1. 알킬설페이트, 특히 탄소원자 8-18개의 사슬길이를 가진 알킬설페이트로서, 각각 그 수소성래디컬에서 8-18개를 가지며, 1-40개의 에틸렌옥사이드(EO)또는 프로필렌 옥사이드(PO)단위를 가진 알킬 에테르설페이트와 알카릴에테르 설페이트.
2. 설포네이트, 특히 탄소원자 8-18개를 가진 알킬설포네이트, 탄소원자 8-18개를 가진 알킬아릴설포네이트, 타우리드(taurides), 설포석신산과 1가알코올 또는 탄소원자 4-15개를 가진 알킬 페놀의 에스테르와 반에스테르(half-esters); 이들의 알코올류 또는 알킬페놀은 1-40개의 EO 단위와 선택적으로 에톡실화할 수 있음.
3. 알킬,아릴,알카릴 또는 아랄킬래디컬에서 탄소원자 8-20개를 가진 카르복실산의 알칼리금속 및 암모늄염.
4. 인산과 그 알칼리금속 및 암모늄염의 부분 에스테르, 특히 유기래디컬에서 탄소원자 8-20개를 가진 알킬 및 알카릴 포스페이트, 알킬 또는 알카릴 래디컬에서 탄소원자 8-20개와 1-40개의 EO 단위를 가진 알킬에테르 또는 알카릴 에테르 포스페이트.
특히 적합한 비이온유화제에는 다음과 같다.
5. 중합도 500~3000을 가진 비닐 아세테이트 단위 5-50%, 바람직하게는 8-20%를 가진 폴리비닐알코올.
6. 알킬 폴리글리콜에테르, 바람직하게는 8-40개의 EO 단위와 탄소원자 8-20개의 알킬래디컬을 가진 알킬폴리글리콜에테르.
7. 알킬아릴폴리글리콜에테르, 바람직하게는 8-40개의 EO 단위와 알킬 및 아릴래디컬에서 탄소원자 8-20개를 가진 알킬아릴폴리글리콜에테르.
8. 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드(EO/PO)블록 코폴리머, 바람직하게는 8-40개의 EO 및 PO 단위를 가진 블록코폴리머.
9. 탄소원자 8-22개의 알킬래디컬을 가진 알킬아민과 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드의 부가물.
10. 탄소원자 6-24개를 가진 지방산.
11. 일반식 R*-O-Zo 의 알킬 폴리글리코사이드.
위식에서, R*는 평균 8-24개의 탄소원자를 가진 선상 또는 분기상 포화 또는 불포화 알킬래디컬이며, Zo 는 평균 0=1-10개의 헥소오스 또는 펜토오스단위를 가진 올리고글리코사이드래디컬 또는 그 혼합물임.
12. 레시틴,라놀린,사포닌,셀룰로오스등 천연물질 및 그 유도체; 알킬기가 각각 탄소원자 4개까지 가진 셀룰로오스 알킬 에테르 및 카르복시알킬셀룰로오스.
13. 극성기 함유 선상 오르가노(폴리)실록산, 특히 24개까지의 탄소원자를 가진 알콕시기 및/또는 40개까지의 EO 기 및/또는 PO기를 가진 오르가노(폴리)실록산.
특히 적합한 카티온 유화제는 다음과 같다.
14. 탄소원자 8-24개를 가진 1급,2급 및 3급 지방산아민과 아세트산,황산,염산 및 인산의 염.
15. 4급 알킬- 및 알킬 벤젠 암모늄염, 특히 알킬기가 탄소원자 6-24개를 가진 염.
특히 할라이드, 설페이트, 포스페이트 및 아세테이트.
16. 알킬 피리디늄, 알킬이미다졸리늄 및 알킬옥사졸리늄염, 특히 알킬기의 탄소원자 18개까지를 가진 염, 특히 할라이드, 설페이트,포스페이트 및 아세테이트, 특히 적합한 양성 유화제는 다음과 같다.
17. N-알킬-디(아미노에틸)글리신 또는 N-알킬-2-아미노프로피온산염 등 긴사슬 래디컬에 의해 치환시킨 아미노산.
18. C8-C18-아실래디컬을 가진 N-(3-아실 아미도 프로필)-N,N-디메틸 암모늄염 및 알킬이미다졸륨 베타인 등 베타인류(bataines)
바람직한 유화제(C)에는 비이온유화제, 특히 위 6 항의 알킬 폴리글리콜에테르, 위 7 항의 알킬아릴 폴리글리콜에테르, 위 9 항의 알킬아민과 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드의 부가물, 위 11 항의 알킬 폴리글리코사이드 및 위 5 항의 폴리비닐알코올이 있으며, 비닐아세테이트 단위 5-20%, 특히 10-15%를 포함하며 바람직하게는 중합도 500-3000, 특히 1200~2000을 가진 폴리비닐알코올이 특히 바람직하다.
그 수용성 에멀젼중에서 성분(A) 및 (B)의 총량은 1-80wt%, 특히 5-75wt% 가 바람직하다.
수용성 에멀젼중에서 성분(A):(B)의 중량부 비는 200:1~5:1, 특히 100:1~10:1 의 바람직하다.
유화제(C)의 양은 성분(A)와(B)의 총량의 0.1~30wt%, 특히 0.5~10wt%가 바람직하다.
그 에멀젼은 단작용 R3SiO0.5단위와 SiO2단위로 이루어진 고형상 실리콘수지(MQ 수지라 함)(R3SiO0.5와 SiO2단위의 몰비는 0.4~1.2 임)를 더 포하할 수 있다.
여기서 R 은 비치환 알킬래디컬, 특히 메틸래디컬이 바람직하다.
이들의 MQ 래디컬은 특히 대단히 높은 흡수성 건재의 경우, 소수성 형성을 신속하게 얻는다.
이와같은 실리콘 수지를 에멀젼에서 사용할 경우 이들의 양은 성분(A) 및 (B)의 총량을 기준으로 하여 10wt% 이하, 특히 5wt% 이하가 바람직하다.
또, 그 에멀젼은 성분(A),(B) 및 (C)이외에, 예로서 플루오린함유 폴리머 및 폴리올레핀 왁스등 유기폴리머를 포함할수도 있다.
폴리올레핀 왁스대신, 실리콘왁스를 또 사용할 수 있다.
이들의 폴리머는 본 발명에 의한 에멀젼에 소정의 특성을 부여한다.
예로서 플루오리네이티드 아크릴레이트 등 플루오린함유 폴리머 또는 폴리우레탄으로, 그 에멀젼은 발수 효과만이 아니라 발유효과(oil repllent effect)를 가진다.
폴리올레핀과 실리콘왁스는 칼라를 일정하게 짙어지게 하거나(deepen)또는 소정의 표면광택을 발생하도록, 그 에멀젼으로 처리한 건재표면의 형상에 영향을 준다.
이와같은 유기폴리머 또는 왁스가 그 에멀젼에 사용될 경우 그 양은 성분(A) 및 (B)의 총량을 기준으로 하여 10wt% 이하, 특히 5wt% 이하가 바람직하다.
그 에멀젼은 통상의 필러와 점도부여제, 특히 보강필러, 즉 소성방법에 의해 제조한 실리카, 침전실리카 및 BET 표면적이 큰 혼합실리콘-알루미늄 옥사이드등 BET 표면적 50m2/g 이상을 가진 필러를 추가로 포함할 수 있다.
미세한 실리카가 특히 적합하다.
1종의 필러와 최소한 2종의 필러 혼합물을 사용할 수 있다.
필러의 양은 성분(A) 및 (B)의 총중량의 5wt%이하, 특히 2wt%이하가 바람직하다.
그 에멀젼은 pH 5~9를 안정화시키는 버퍼 물질을 포함할 수도 있으며, 그 물질중에서 알킬 트리알콕시실란은 가수분해에 대단히 안정성이 있다.
그 에멀젼의 다른 성분에 대하여 화학적으로 불활성인 모든 유기 및 무기산 및 염기, 특히 카르복실산 인산, 카르본산 및 황산의 알칼리금속, 알칼리토금속 및 암모늄염은 안정성이 있다.
소듐 카르보네이트, 소듐 비카르보네이트, 소듐 히드로겐 포스페이트 및 아세트산과 암모니아수용액의 혼합물이 특히 바람직하다.
버퍼물질의 양은 성분(A)및(B)의 총량의 3wt% 이하, 특히 1wt% 이하가 바람직하다.
위에서 설명한 성분 이외에, 그 에멀젼에는 첨가제로서, 방미제, 항박테리아제, 살조제, 살균제 , 방취물질, 부식억제제, 소포제를 포함한다.
바람직한 첨가제의 양은 성분(A)및(B)의 총량의 2wt%이하, 특히 0.5wt% 이다.
이 발명에 의한 수용성에멀젼은, 통상의 수용성에멀젼의 제조방법에 의해 제조한다.
우선 물 일부를 유화제(C)와 혼합시킨다음, 성분(B)를 첨가시키고, 최종적으로 성분(A)을, 점조성 오일상("경질상")이 형성될때까지 그 에멀젼에 혼합시키고 나머지물을 혼합시켜 덜점조성있는 에멀젼을 생성한다.
그 성분(A)및(B)을 혼합시켜 유화제와 물로 이루어진 에멀젼에 첨가할수도 있다.
그 혼합은 가압유화장치 또는 콜로이드밀(colloid mills) 및 특히 고속 스테이터-로터(stator-rotor)교반장치(prof. P. willems)에서 실시하는 것이 바람직하다.
이 발명은 또 상기 수용성에멀젼으로 처리한 다공성 무기질건재와 빌딩코팅 및 목재에 발수성을 부여하는 방법에 관한 것이다.
그 처리에는 또 처리시켜 건재 및 빌딩코팅을 얻을수 있는 재료의 첨가를 구성한다.
그 에멀젼은 자연 및 인조석, 콘크리트, 시멘트, 석회사암(lime sandstone) 및 다공질콘크리트 등 무기질건재, 벽돌 등 점토광물로 이루어진 건재 , 목재, 발수제로 작용하는 첨가제와 선택적으로 바인더로서 플라스터, 렌더(renders) 및 빌딩코팅(무기질 페인트, 실리콘 수지 에멀젼 페인트 및 렌더, 실리케이스 에멀젼 페인트, 에멀젼 페인트, 브러싱할 수 있는 필러, 보강재 및 프라이머(primers)등)에 발수성을 부여하는데 적합하다.
그 에멀젼은 퍼라이트(perlite), 버미큘라이트(vermiculite) 및 절연재등 미세한 무기물질에 발수성을 부여하는데 적합하다.
알콕시실란(A1) : 오르가노실록산(A2)의 비 0.5:1~20:1, 특히 1:1~10:1 의 알콕시실란(A1)과 오르가노실록산(A2)를 가진 에멀젼은 흡수성이 높은 무기질건재와 빌딩코팅에 발수성을 부여하는데 사용하는 것이 바람직하다.
그 에멀젼은 섬유가 천연섬유 또는 합성섬유로 이루어진 무기질결합, 바람직하게는 시멘트결합 섬유상건재에 발수성을 부여하는데 특히 적합하다.
적합한 천연섬유에는 암면(rock rool), 석영섬유 또는 세라믹섬유 등 무기질섬유 또는 셀룰로오스 등 식물성섬유가 있다.
적합한 합성 섬유는 예로서 글라스섬유, 플라스틱섬유 및 카본섬유가 있다.
시멘트결합셀룰로오스 섬유 성분에 발수성분을 부여하는 에멀젼의 사용이 특히 바람직하다.
그 셀룰로오스섬유는 예로서 황마섬유, 코코넛 또는 대마섬유가 있으며, 종이, 카아드보오드 또는 폐지에서 얻을수 있다.
그 에멀젼은 벌크재(bulk material)의 사용에 적합하다.
즉 그 에멀젼은 경화전 성분을 제조하거나 경화후 성분에 발수성을 부여하는 수경성 혼합물에 첨가한다.
이들을 발수제와 선택적으로 바인더로서 사용하기전에 이 발명에 의한 에멀젼을 물로 희석시킬수 있다.
경화후 건재의 표면함침을 할 경우 성분(A)및(B)의 총함량 1wt%까지의 희석이 효과적이다.
다음 실시예에서, 특별한 설명이 없으면 모든 부(parts)와 백분율은 중량을 부쳐 사용한 것으로 한다.
다음 실시예에서는 특별한 기재가 없으면 주위 대기압, 즉 약 0.10MPa 하에 실온, 즉 약 200C , 또는 추가가열 또는 냉각없이 실온에서 반응물질을 혼합할 때 설정된 온도에서 실시한다.
실시예에서 모든 점도데이타는 25℃ 의 온도이다.
그 에멀젼의 고형분함량은 물을 제외한 모든성분의 합으로 한다.
실시예
다음 물질을 성분(A)으로 사용하였다.
H1 : 이소옥틸 트리에톡시실란
H2 : 평균분자량 약 640g/mol, 점도 약 20mm2/s를 가진 실험식 CH3Si(OC2H5)0.8O1.1의 오르가노폴리실록산.
H3 : 점조성이 높은 액체로 존재하며, CH3SiO3/2단위로 이루어지고, (CH3)2SiO2/2단위 약 20mol% 와 C2H5OSiO3/2단위 약 10mol% 및 분자량 약 5000g/mol을 가진 메틸렌 실리콘수지
H4 : 분말형태로 존재하며, CH3SiO3/2단위로 이루어지며, (CH3)2SiO2/2단위 약 3mol%, C2H5OSiO3/2단위 약 4mol%, 분자당 약 5000g/mol 및 연화점 약 50℃를 가진 메틸실리콘.
H5 : 평균분자량 약 760g/mol 과 점도 약 17mm2/s를 가진 실험식(CH3)0.7(이소옥틸)0.3Si(OCH3)1.3O0.85의 오르가노 폴리실록산.
N1 : N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란
N2 : KOH 의 존재하에서 H2 와 N-(2-아미노에틸)-3-아미노 프로필 트리메톡시실란의 축합물로서, 그 N-(2-아미노에틸)-3-아미노 프로필 트리메톡시실란에서 초기에 존재한 메톡시기를 기재로 하여 잔류 메톡시함량 5mol% 이하, 점도(25℃)약 500mm2/s 및 아민가 약 3.0을 가진 축합물.
다음 물질을 성분(C)로 사용하였다.
E1 : 상품명 ArylponRIT 16(chemische Fabrik Grunau GmbH), 이소트리데실 알코올-(16)-폴리글리콜에테르
E2 : 상품명 polviol W 25/140(Wacker-chemie GmbH), 중합도 약 1600과 아세톡시에틸렌 단위 11-14%를 가진 폴리비닐알코올.
에멀젼의 제조
이 발명에 의한 수용성 에멀젼은 물약간을 유화제(성분(C))와 일차적으로 혼합시켜 아미노 작용기를 가진 실란 또는 실록산(성분 (B))을 유화시킨다음 실란 및/또는 폴리실록산(성분(A))에 의해 제조하였다.
그 1차 혼합 및 유화는 고속 로터-스테이터 교반장치(prot.p.willems)에서 실시하였다.
그 조성물을 다음 표I 에 나타낸다.
대비에멀젼을 동일한 방법으로 제조하였다.
그 조성물을 동일하게 표I에 나타낸다.
표 I
에멀젼 실란/실록산성분(A) 아미노실란/아미노실록산 성분(B) 유화제(C) 물
이 발명에 의한 에멀젼
EM1 66.5%H1 2%N1 2.6%E1 29.7%
EM2 34.1%H112.3%H2 2%N1 1.8%E1 49.8%
EM3 43.4%H1 6.8%N2 1.8%E1 48.0%
EM4 40.0%H110.0%H5 0.5%N1 2.2%E1 47.7%
EM5 39%H15.8%H23.78%H4 2.7%N1 1.8%E1 47.0%
EM6 40.2%H16.9%H22.0%MQ수지* 0.5%N1 2.2%E1 48.2%
EM7 9.2%H136.1%H3 4.9%N1 3.7%E2 46.1%
대비에멀젼
EM8 47.8%H1 - 2.2%E1 50.0%
EM9 36.1%H112.3%H2 - 1.8%E1 49.8%
EM10 39.2%H18.8%H20.9%필러** - 2.2%E1 48.9%
EM11 63.5%H1 5.0%아미노실록산*** 2.6%E1 28.9%
* MQ 수지 : 비 1:1 의 Me3SiO0.5단위와 SiO2단위로 이루어진 고형분
** 비표면적 약 150m2/g을 가진 미분상실리카
*** 점도 약 1500mm2/s (25℃)와 아민가 약 0.6을 가진, α,ω-디히드록시폴리디메틸실록산과 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란의 축합물
그 에멀젼은 어느것이나 50℃에서 14일간 저장후 또는 실온에서 6개월간 저장후에도 어떤 상분리도 나타낸바 없었다.
따라서, 이 에멀젼은 저장수명이 길다.
그 에멀젼에서 제조되고 활성성분 함량 25~5%를 가진 희석액에 동일하게 처리하였다.
더 낮은 농도에서도, 즉 예로서 1% 활성성분 함량에서, 근소한 크리밍(creaming)이 발생할 수 있으나, 적합한 상분리는 발생하지 않는다.
실시예 1
무기질코팅에 발수성 부여
이 발명에 의한 에멀젼과 이 발명에 의하지 않는 에멀젼을 물로 10% 활성성분함량이 될 때까지 희석시킨 다음, 브러시를 사용하여 무기질 페인트(실리케이트 페인트, 상품명 purkristallat, Keim-Farben GmbH 제조)로 코팅한 석회사암(lime stand stone)에 처리하였다(처리량 약 450g/m2). 실온에서 14일간 저장한후 발수성을 부여한 피복 석회사암의 탈색과 적하한(drippedon)물의 발수성(water repellency)은 접촉각을 측정하여 평가하였다.
접촉각 >900는 우수한 발수성을 나타내며, 접촉각 <900는 습윤(wetting)을 나타내어 발수성이 빈약하여 짐을 나타내는 경향이 있다.
그 결과를 다음표 II 에 나타낸다.
표 II
에멀젼 탈색 발수성 접촉각
EM 1 없음 좋음 1100
EM 2 없음 대단히 좋음 1300
EM 3 대단히 근소함 대단히 좋음 1250
EM 4 없음 대단히 좋음 1400
EM 5 근소함 대단히 좋음 1400
EM 6 근소함 대단히 좋음 1400
EM 8 없음 빈약 300
EM 9 없음 보통 700
EM 10 백색반점 대단히 좋음 1300
EM 11 현저함 대단히 좋음 1300
표 2에서 나타낸바와같이, 이 발명에 의한 에멀젼은 그 기재를 탈색하지 않으며 현저한 발수성을 나타낸다.
이 테스트에서 그 기재의 근소한 탈색은 그 관련제품의 침입행동이 양호한 것과 같다.
대비 에멀젼 EM 8~EM 10 은 잘 침입되나 백색반점이 EM 10 의 경우 암색 실리케이트 페인트상에서 발견되었다.
아민성분이 없으므로, 대비 에멀젼 EM8~EM9 의 발수성은 이 발명에 의한 에멀젼의 발수성보다 상당히 빈약하다.
EM 11 의 경우, 아미노실록산은 발수성이 양호하나, 피복한 석회사암에서의 흑화(darkening)가 현저하였다.
실시예 2
코팅하지 않은 석회사암에 발수성 부여
이 발명에 의한 에멀젼과 이 발명에 의하지 않은 에멀젼을 표 III 에 기재한 활성성분 함량으로 될 때까지 물로 희석시켰다.
그 다음 여기에 석회사암시트(약 10×10×2.5cm3)를 5분간 함침하였다(액체 커버 약 5cm). 실온에서 14일간 저장후 이 방법으로 처리한 테스트 샘플과 미처리 기준테스트 샘플을 수중에 설정하여(액체커버 5cm)흡수율을 24시간 후 상대중량증가량으로 측정하였다.
그 다음으로 테스트 샘플을 건조하고 파괴시켜 소수성 영역의 두께(발수성 부여, 활성성분의 침입길이와 동일)를, 파쇄표면상에 물을 적가시켜 측정하였다.
그 발수성의 특징은 실시예 1 에서와 같이 접촉각의 측정에 의해 얻어진다.
이 실험의 결과를 표 III 에 요약한다.
표 III
에멀젼 활성성분함량 흡수율 침입깊이 발수성 접촉각
EX 1 5%10% 2.5%1.2% 1.5~2.5mm2-4mm 좋음좋음 11001050
EX 2 5%10% 1.4%0.6% 1-2mm1.5-3mm 좋음대단히 좋음 11501250
EX 4 5%10% 1.1%0.5% 1-2mm2-3mm 대단히 좋음대단히 좋음 13001100
EX 6 5%10% 1.3%0.7% 1-2mm2.5-3mm 대단히 좋음대단히 좋음 13501400
EX 8 5%10% 7.5%6.1% 1-3mm2-4mm 빈약함빈약함 300250
EX 9 5%10% 6.7%3.5% 1-2mm2-3mm 빈약함보통임 600500
EX 10 5%10% 5.2%3.4% 0.5-1.5mm1.5-3mm 좋음대단히 좋음 12001400
EX 11 5%10% 2.7%0.9% 0-0.5mm0.5-1mm 좋음대단히 좋음 11501300
미처리 - 12.3% - - -
표 III에서, 이 발명에 의한 에멀젼이 대비 에멀젼 EM 8 및 EM 9 보다 발수성이 상당히 좋음을 알수 있다.
이와같이 아미노 작용기를 가진 성분은 예로서 EM 4 등 농도가 가장 낮아도 그 표면 또는 그 표면 가까이 있는 기재영역에 실리콘수지의 실질적인 접착효과를 가진다.
동일하게, 이 발명에 의한 에멀젼으로 처리한 석회사암의 흡수율이 효과적으로 행하여 진다.
즉 감소된다.
이 발명에 의한 대비 에멀젼 EM 8 ~ EM 10 의 경우, 그 흡수율은 처리 2주일후에도 높다.
EM 11 의 경우, 흡수율과 발수성은 이 발명에 의한 에멀젼과 대비할 수 있으나, 침입깊이는 작다.
작은 침입깊이는 장기간 에멀젼 내후성에 대한 발수성 처리의 안정성을 감소시키므로 바람직하지 않다.
EM 10 은 이 발명에 의한 에멀젼의 발수성과 대비할 수 있는 양호한 발수성을 나타내나, 적하한 물의 초기의 큰 접촉각은 습윤이 발생할때까지 신속하게 감소한다.
흡수율 테스트에서, 이 효과는 그 석회사암이 암색을 나타내며 수중에서 단시간 후에서만 습윤을 나타내는 사실에서 명백히 알수 있다.
이와같이 바람직하지 않은 효과는 이 발명에 의한 에멀젼의 경우 발생하지 않으며, 그 석회사암은 24시간동안 수중에서 저장한후에도 이들의 형상에 변화가 없었다.
실시예 3
점토벽돌에 발수성 부여
이 발명에 의한 에멀젼과 이 발명에 의하지 아니한 에멀젼을 10% 활성 성분함량으로 될 때까지 물로 회석한 다음, 점토벽돌(약 22×10×7cm3)을 1분간 함침하였다(액체커버 약 5cm).
14일간의 건조시간경과후, 흡수율, 발수성 또는 접촉각 및 침입깊이를 실시예 2 에서와 같이 측정하였다.
이 조사결과를 표 IV에서 요악하였다.
표 IV
에멀젼 흡수율 침입깊이 발수성 접촉각
EM 1 1.4% 15-20mm 보통임 750
EM 2 0.8% 12-17mm 좋음 1100
EM 4 0.3% 10-15mm 대단히 좋음 1250
EM 8 4.8% 14-20mm 없음 100
EM 9 3.5% 11-14mm 빈약함 300
EM 11 0.5% 8-12mm 좋음 1100
미처리 17.6% - - -
실란 이외에 실록산 성분을 포함하는 이 발명에 의한 에멀젼, 즉 예로서 EM 2 및 EM 4 만이 흡수성이 높은 점토벽돌에서 발수성이 가장 좋음을 나타내었다.
반면에, 순수 실란함유 에멀젼 EM 1 에서는 위와같이 나타내지 않았다.
그러나, EM 1 , EM 2 및 EM 4 와 EM 8 및 EM 9를 대비할 때, 그 아미노성분이 발수성 및 흡수성에 어떻게 효과적으로 영향을 주는가를 나타낸다.
특히 좋은 성능은 에톡시실란이외에 메톡시작용기를 가진 실록산을 포함하여, 에톡시 작용기를 가진 대비할 수 있는 성분보다 더 신속하게 작용하는 에멀젼 EM 4 에 의해 얻어졌다.
그 아미노실록산 함량으로 인하여 EM 11 은 좋은 결과를 나타내나 다른 에멀젼보다 더 빈약하게 침입되어 그 석회사암표면을 흑화하였다.
실시예 4
콘크리트에 발수성 부여
표면보호시스템(ZTV-SIB 90, Federal Germany Ministry for Traffic)의 테스트명세서에 따라 콘크리트 함침용으로 쓰이는 발수제의 품질평가를 실시하였다.
DIN EN 196 T1(물/시멘트 비 0.5)에 따라 제조한 모타르 디스크를 사용하여 알칼리 환경에서 흡수율과 안정성을 테스트하였다.
그 디스크는 직경 10cm, 높이 2cm을 가졌다.
그 테스트를 하기전에 그 테스트 샘플을 표준기후상태(DIN 50 014, 23℃/50% 상대습도)하에서 최소 90일간 저장하였다.
이 테스트를 다음의 기재내용에 따라 실시하였다:
10개의 모르타르 디스크의 제조
모르타르 디스크의 수명 최저 90 일; 테스트개시전 DIN 50014 23/50-2(표준기후 중량 I)에 의한 표준기후상태하에서의 저장
거친 세정브러시로 브러싱, 탈이온수중에서 28일간 저장, 흡수율(WA)측정
10개의 모르타르디스크의 흡수율의 평균치에 가장 가까운 5개의 모르타르 디스크의 선택
표준기후중량 I 에 도달될때까지 75℃의 건조오븐에서 저장
DIN 50014-23/50-2 에 의한 표준기후에서 3일간 저장
2분간 수중에서 저장
23/95에서 24시간 저장, DIN 50014-23/50-2 에 의한 표준기후에서
2시간동안 저장.
1분간 함침에 의한 발수성 부여 함침제의 흡수율 측정,
DIN 50014-23/50-2 에 의한 표준기후에서 14일간 저장
0.1M KOH 용액중에서 48시간 저장, 흡수액의 양의 측정,
표준 기후중량 I 에 도달될때까지 75℃의 건조오븐에서 저장.
DIN 50014-23/50-2 에 의한 표준기후에서 3일간 저장
흡수율(2일, 28일)의 측정 75℃에서 24시간 건조
침입깊이의 측정
발수제는 28일간 수중에서 저장할때의 흡수율이 최소한 5% 까지 감소될 경우 콘크리트에 발수성을 부여하는데 적합한 것으로 분류하였다.
또, 표면보호시스템(ZTV-SIB 90)의 기술테스트명세서에 의한 동결 및 해빙염에 대한 저항성 증가에 대하여 이 발명에 의한 효과를 조사하였다.
따라서, DIN 1045(물/시멘트비(0.6)에 의한 강도 분류 B 25 의 콘크리트 정육면제(모서리길이 10cm)를 테스트 샘플로 제조하였다.
그 테스트전에, 그 테스트샘플을 표준기후(DIN 50 014, 23℃/5% 상대습도)에서 최소한 90일간 저장하였다.
그 정육면체를 1분간 발수성에멀젼중에서 완전 침치시켜 함침하였다.
그다음, 그 테스트 샘플을 표준기후(DIN 50 014, 23℃/50% 상대습도)에서 14일간 저장하였다.
그 다음으로 그 콘크리트 정육면체를 3% 농도의 NaCl 용액중에서 24시간 침지시킨후 동결.해방주기로 처리하였다(1주기는 -15℃에서 16일간 저장하고, 8시간 동안 + 20℃로 해빙하는 것으로 구성함). 각각의 경우, 5주기(cycles)후, 테스트샘플의 질량을 측정하여 상대질량 손실을 계산하였다.
발수제는 손상없는 미처리 기준테스트 샘플보다 15주기이상으로 그 콘크리트 정육면체가 견디어 낼 경우(내성이 있을 경우)그 요건을 충족하였다.
실험에서 사용한 모든 에멀젼은 20% 의 활성성분함량까지 희석하였다.
흡수율과 알칼리 환경에서의 안정성에 대한 테스트결과를 다음표 V에서 요악하였으며, 동결해빙염의 저항성을 다음표 VI에서 요약하였다.
표 V
에멀젼 함침제 흡수량 흡수율 침입깊이
EM 1 129g/m2 2.3% 2-4mm
EM 2 121g/m2 2.7% 1.5-3mm
EM 11 103g/m2 3.9% 0.5-2mm
미처리 - 5.7% -
표 VI
에멀젼 함침제 흡수량 질량의 상대변화율
예비저장 1 주기 5 주기 10주기 15주기
EM 1 175g/m2 +0.5% +2.0% +4.2% +4.5% +2.1%
EM 2 161g/m2 +1.2% +3.1% +4.4% +2.7% +0.5%
EM11 148g/m2 +1.6% +2.2% +3.5% +0.9% -4.7%
미처리 - +2.7% +3.4% -1.1% -4.5% -17.5%
표 V 및 VI에서 명백한 바와같이, 이 발명에 의한 에멀젼 EM 1 및 EM 2 는 그 콘크리트의 침입이 현저함을 나타내며 이것은 흡수율(미처리 기준으로 50% 이하)과 교대하는 동결 및 해빙의 저항성(손상없이 최소한 15주기)에 대한 기준을 충족하는 예비조건에서 행한 것이다.
대비에멀젼 EM 11 의 경우, 아미노-작용 폴리디메틸실록산은 흡수율과 동결.해빙염에 대한 저항성의 기준을 충족하지 않을 정도까지 그 침입을 방해한다.
실시예 5
목제에 발수성 부여
가문비 나무목제판(15×7.5×0.5cm3)을 3분간 발수성에멀젼중에 침지하였다.
그 다음으로 테스트샘플을 실온에서 14일간 건조시켜 모세관 흡수율을 부동테스트(floating test)에서 측정하였다.
따라서, 그 판은 15분간 그 양평면 각각에 대하여 수상(on water)에서 부동시켜 그 중량 증가량을 기록하였다.
그 다음 테스트샘플은 가속 풍화장치(model QUV/S3, Q-Panel Lab products, cleveland, OH 4145, USA)에서 2000시간동안 풍화시켰다.
UV(B) 방사선 접촉을 8시간동안 실시하고, 그 다음 분무를 10분간 실시한다음 온도 50℃에서 수분포화공기중에서 4시간동안 응결(condensation)을 할수 있도록 그 풍화주기를 조정하였다.
그 다음으로 다시 분부를 10분간 실시하고 다음 주기를 방사선 접촉과 함께 개시하였다.
그 풍화처리후, 테스트샘플을 실온에서 1주일간 건조시키고, 다시 위와같이 부동테스트를 하였다.
그 외에, 그 목재의 발수성을 정량 평가하였다.
그 결과를 다음표 VII에서 요약하였다.
표 VII
에멀젼 활성성분함량 풍화처리전 풍화처리후
흡수율 발수성 흡수율 발수성
EM 4 5%10% 11%8% 보통임보통임 6%4% 좋음좋음
EM 4+왁스* 5%10% 7%4.5% 대단히 좋음대단히 좋음 3%1.5% 대단히 좋음대단히 좋음
EM 7 5%10% 4%2% 대단히 좋음대단히 좋음 2.5%1.5% 대단히 좋음대단히 좋음
EM 8 5%10% 17%13% 빈약함빈약함 14%9.5% 대단히 좋음보통임
미처리 - 21% 없음 27% 없음
* 에멀젼 EM 4 의 9중량부를 35%농도의 실리콘 왁스에멀젼 1중량부와 혼합하였음.
그 왁스의 활성성분함량은 표 VII 의 컬럼 2 의 활성성분 전체함량에서 알수 있음.
표 VII 의 결과에서, 특히 에멀젼 EM 4 및 EM 7 은 목재에 대하여 좋은 결과를 나타내나 대비에멀젼 EM 8 은 오히려 보통인 것으로 나타냄을 알수 있다.
그 이유는 중성 기재로서의 목재에 실란만으로 이루어진 에멀젼 EM 8 이 가장 서서히 반응하여 실제활성성분, 실리콘 수지를 얻기 때문이다.
그 결과, 일반적으로 휘발성있는 실란의 상당량이 증발되어, 흡수율의 감소가 빈약하게 된다.
EM 7 은 반응성이 덜한 수지 H3를 주로 구성하고 있어, 그 목재의 표면상에서 좋은 발수성을 신속하게 나타낸다.
EM 4 의 경우, 실록산 성분은 조기에 좋은 내수성을 얻으나, 적합한 실리콘왁스(EM 4 + 왁스)에 의해 상당히 향상시킬수 있다.
종래의 유기 폴리머 왁스와 대비하여, 사용한 실리콘 왁스는 내후성이 있고 수명이 길다.
실시예 6
무기질 건재의 무기코팅용 발수성 프라이머(water repellent primers)
a) 고형분함량 10wt% 로 희석한 에멀젼 EM 2를 석회사암에 400g/m2으로 처리하였다.
실온에서 14일간 저장한후, 발수성을 부여한 석회사암의 다음 특성을 측정하였다.
발수성 : 대단히 좋음
접촉각 : 1300
침입깊이 : 3mm
w값 : 0.073kg/m2s1/2
Sd 값 : 0.02m
그 흡수율은 DIN 52617 에 의해 흡수계수 W를 측정하여 평가하였다.
값 w<0.1kg/m2s1/2는 흡수율이 대단히 낮음을 나타낸다.
Sd 값은 DIN 52615 에 의해 측정하였다.
Sd 값 < 0.1m 는 수증기 투과도가 높음을 나타내며, Sd 값 > 0.1m 은 수증기 투과도가 낮음을 나타낸다.
14일간 저장한 석회사암은 DIN 8363(유기수지의 함량은 오르가노폴리실록산의 함량을 초과하지 아니함)에 의해 실리콘 수지에멀젼 페인트로 코팅하였다.
ISO 4624 에 의한 코팅의 접착강도는 2.8N/mm2로 측정되었다.
10% 농도의 에멀젼 EM 2 로 발수성 초벌칠(water repellent priming)을 행함이없이 석회사암에 이 실리콘 수지 페인트의 접착강도는 불과 1.5N/mm2로 측정되었다.
b) 고형분 함량 10wt% 로 되게 희석한 에멀젼 EM 3을 50℃에서 14일간 저장하였다.
그 다음에 이것은 육안변화가 없었다.
이어서 이와같이 희석한 에멀젼을 브러시로 위약한 석회시멘트렌더(render)에 의해 두께 2mm 로 코팅한 섬유시멘트 슬라브에 처리하였다.
그 다음에 실온에서 14일간 저장하였다.
미처리 석회시멘트렌더의 경우 w값 1.3kg/m2S1/2으로 측정되었다.
이와같이하여 발수성을 부여한 석회시멘트렌더의 다음특성을 측정하였다.
발수성 : 대단히 좋음
접촉각 : 1250
침입깊이 : 2mm
w 값 : 0.068kg/m2S1/2
10% 농도의 EM 3를 처리한후 석회-시멘트 렌더의 개량표면강도는 현저하였다.
이와같이하여 처리한 기재는 실리콘 수지에멀젼 페인트로 코팅할 수 있다.
이와같이하여 코팅한 모든 조제물은 1000시간동안 Q-UV 가속풍화처리후 플레이킹(flaking : 박편화)또는 변색이 없었으며, 발수성이 대단히 좋았다.
실시예 7
필러함량이 높은 수용성 메이슨리 페인트(masonry paint) 및 렌더(render)용 발수성 첨가제
에멀젼 실리케이트 페인트 및 렌더, 필터함량이 높은 에멀젼 기재코팅, 에멀젼 라임 페인트(lime paints), 브러싱할 수 있는 필러 및 보강재, 무기질 페인트, 무기질 렌더, 라임 페인트 등 필러함량이 높고, 모세관 흡수율이 높으며, 바인더 함량이 낮은 메이슨리 페인트를 여기서 냉각할 수 있다.
그 코팅의 안료용적농도(pigment volune concentration)(PVC)는 주로 50% 이상이었다.
통상적으로, 상기 코팅재의 흡수율은 위에서 설명한 그 가속테스트에 의해 측정하여 24시간후 최소한 3kg/m2이었다.
다음의 표 VIII 에 나타낸 코팅재에 발수성첨가제로서 이 발명에 의한 희석하지 않은 에멀젼 1%의 첨가는 이 모세관흡수율을 현저하게 감소시킨다.
그 흡수율은 아래에 설명한 가속테스트후에 측정하였다.
석회 사암의 흡인효과 또는 복합 석회사암/코팅계의 흡인효과를 측정하였다.
모세관 흡수율의 측정은 DIN 52617 에 기재되어 있다.
여기서 사용한 처리공정은 상기 방법을 기초로 한 가속테스트로 실시하였다.
페인트 기재는 석회사암 패널(표면적 0.008m2를 가진 115×70×20mm)을 사용하였다.
그 페인트기재를 코팅할 때, 6.5g을 1차 피복으로 그 표면상에 주입하여 평편한 브러시로 균일하게 분산시켰으며, 측면표면도 코팅하였다.
2차 피복은 24시간후에 처리하였다.
페인트 처리량은 4.5g 이었다.
코팅 테스트샘플을 실온에서 24시간동안 저장한후 24시간동안 50℃에서 저장하였다.
또 다른 조건으로, 실온에서 24시간 추가로 저장을 하였다.
이와같이하여 제조한 테스트 심플을, 폼으로 내장시켜 물로 충전시킨 디쉬에 넣어 그 코팅시킨 표면이 불포화폼 표면과 일정하게 접촉된 상태로 있도록 하였다.
그 중량증가를 시간의 함수로 하여(2,6 및 24시간후) 측정하여, 미처리 테스트 샘플과 대비하였다.
표 VIII
코팅재 흡수율[kg/m2] 각각 1wt% 첨가
에멀젼 실리케이트페인트 6.40.28 -EM 3
피티라임렌더(pitlime render) 7.40.35 -EM 4
필러함유에멀젼 페인트(PVC 70) 3.40.62 -EM 2
실시예8
모르타르 혼합물의 발수성 첨가제
모래 1350g 과 포오트랜드시멘트 450g 의 혼합물을, 물 225g 과 에멀젼(EM 1 과의 실험, EM 11 과의 실험)5.2g 의 혼합액과 교반시켜 모르타르를 얻었다.
그 다음 이것을 직경 10cm 와 높이 2cm 의 폴리테트라플루오로 에틸렌 링(rings)에 넣었다.
4주간의 건조시간후, 그 링을 후자의 샘플에서 제거시켜 28일간 수중에서 5cm 의 깊이에 설정하여 그 흡수율을 중량 측정하였다.
또, 그 모르타르 혼합물을 크기 15cm(길이)×4cm(폭)×4cm(높이)의 4각형상의 폴리테트라 플루오로에틸렌제몰드에 주입시켰다.
동일하게 4주간의 경화시간후, 그 테스트샘플을 몰드에서 탈형시켜 압축강도 및 굽힘강도의 측정에 사용하였다.
그 흡수율과 압축강도 및 굽힘강도의 결과를 다음의 표 IX 에 요약하였다.
표 IX
에멀젼 흡수율 압축강도 굽힘강도
EM 1 2.2% 41 N/mm2 7.8 N/mm2
EM 11 2.4% 28 N/mm2 6.0 N/mm2
미처리 5.5% 43 N/mm2 7.6 N/mm2
이 발명에 의한 에멀젼 EM 1 과 대비 에멀젼 11 은 모르타르샘플의 흡수율을 현저하게 감소시킴을 위 표 IX에서 알수 있다.
그러나, EM 1 과 대비하여 EM 11 은 그 폴리디메틸실록산 함량 때문에 압축강도 및 굽힘강도의 기계적 특정을 상당히 감소시키며, 반면에 EM 1 의 첨가 결과 거의 변화가 없었다.
본 발명에 의해 다공성 무기질 건재와 빌딩코팅에 발수성을 부여하는 오르가노실리콘 화합물의 저장수명이 긴 수용성 에멀젼으로 얻을수 있고, 이 수용성 에멀젼은 다공성 무기질 건재 및 빌딩코팅과 목제에 발수성을 부여하는데 적합하다.

Claims (8)

  1. C1-C20-탄화수소-C1-C6-알콕시실란(A1) 과 C1-C6-알콕시기를 포함하는 분기 오르가노폴리실록산(A2)에서 선택한 성분(A)과, 아미노알킬기를 포함하는 C1-C6-알콕시실란(B1)과 아미노알킬기를 포함하는 분기 오르가노실록산(B2)에서 선택한 성분(B)와, 유화제(C)를 포함한 수용성 에멀젼.
  2. 제 1 항에 있어서,
    C1-C20-탄화수소-C1-C6-알콕시실란(A1) 은 SiC 에 의해 결합한 1 또는 2개의 같거나 다르며 선택적으로 할로겐 치환시킨 1가의 C1-C20-탄화수소래디컬을 가지며, 그 다른 래디컬은 같거나 다른 C1-C6-알콕시래디컬임을 특징으로 하는 수용성 에멀젼.
  3. 제 1 항에 있어서,
    오르가노폴리실록산(A2)은 다음 일반식(I)의 단위로 이루어짐을 특징으로 하는 수용성 에멀젼.
    (I)
    위식에서,
    R 은 SiC 에 의해 결합한 같거나 다른 1가의 선택적으로 할로겐치환시킨 C1-C20-탄화수소래디컬이고, R1은 같거나 다른 1가의 C1-C6-알킬래디컬이며, x 는 값 0,1,2 또는 3이고 평균 0.8-1.8이며, y 는 값 0,1,2 또는 3 이고 평균 0.01~2.0이며, z 는 값 0,1,2 또는 3 이고, 평균 0.0~0.5 이다.
    단, x,y 및 z 의 합은 평균 3.5 이하이고, 오르가노폴리실록산(A2)은 x,y 및 z 의 합으로 값 0 또는 1을 가진 일반식(I)의 최소한 1개의 단위를 가짐.
  4. 제 1 항에 있어서,
    아미노 알킬기를 포함하는 C1-C6-알콕시실란(B1) 은 다음 일반식(III)를 가짐을 특징으로 하는 수용성 에멀젼.
    Ra 2Rb 3Si(OR4)4-a-b (III)
    위식에서,
    R2는 같거나 다른 1가의 선택적으로 할로겐 치환시킨 SiC-결합 C1-C20-탄화수소래디컬이고, R3은 탄소원자 1-30개를 가진 같거나 다른 1가의 선택적으로 할로겐 치환시킨 SiC-결합 아미노알킬래디컬이며,
    R4는 같거나 다르며, 수소원자 또는 C1-C6-알킬래디컬이고, a 는 0,1 또는 2 이고, b 는 1,2 또는 3 이다.
    단, a 와 b 의 합은 3미만 또는 3 과 같다.
  5. 제 1 항에 있어서,
    아미노알킬기를 포함하는 분기 오르가노실록산(B2)은 다음 일반식(IV)의 단위로 이루어짐을 특징으로 하는 수용성 에멀젼.
    (IV)
    위식에서,
    R7은 R 의 정의를 가지며,
    R8은 R3의 정의를 가지고,
    R9는 R1의 정의를 가진다.
    c 는 값 0 또는 1 이고,
    d 는 값 0,1,2 또는 3 이며,
    e 는 값 0,1,2 또는 3 이다.
    단, C , d 및 e 의 합은 3 이하이고,
    오르가노폴리실록산(B2)는 c,d 및 e 의 합으로 값 0 또는 1을 가진 일반식(IV)의 최소한 하나의 단위를 가짐.
  6. 제 4 항에 있어서,
    래디컬 R3는 다음일반식(III)의 래디컬임을 특징으로 하는 수용성에멀젼.
    R5 2NR6- (III)
    위식에서,
    R5는 같거나 다르며, 수소원자 또는 1 가의 선택치환시킨 C1-C10-탄화수소래디컬 또는 C1-C10-아미노탄화수소래디컬이고, R6은 2가의 C1-C15-탄화수소래디컬이다.
  7. 제 1 항에 있어서,
    성분(A)와(B)의 총량은 1-80wt% 임을 특징으로 하는 수용성 에멀젼.
  8. 다공성 무기질건재 및 빌딩코팅과 목제에 발수성을 부여하는 방법에 있어서,
    그 무기질건재 및 빌딩코팅과 목재를 제 1 항의 수용성 에멀젼으로 처리함을 특징으로 하는 발수성을 부여하는 방법.
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