KR20150124194A - 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물에 관한 것으로, 구체적으로는 일반 소수성 아크릴 단량체와 퍼플루오로알킬 아크릴레이트로 이루어진 아크릴 아크릴 단량체에 물, 계면활성제, pH 조절제 및 개시제를 혼합하여 아크릴 에멀젼을 구성하고, 여기에 우레탄을 혼합하여 분자 내 불소기를 포함하는 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물을 제조함으로써, 콘크리트, 대리석, 석재 등과 같은 건축자재로 사용되는 무기 재료표면에서 내부로 침투하여 그 공극을 채우고 동시에 표면에 막을 형성하여 발수와 방수기능을 동시에 갖도록 하는 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 콘크리트, 대리석, 석재 등과 같은 건축자재로 사용되는 무기 재료표면에서 내부로 침투하여 그 공극을 채우고 동시에 표면에 막을 형성하여 발·방수 특성을 갖도록 하는, 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 콘크리트, 대리석, 석재 등과 같은 건축자재로 사용되는 무기 재료표면은 무수히 많은 모세기공을 보유한 다공성 물질인바 수분이나 습기가 모세관을 통하여 침투하게 되는데 빙점이하 온도에서 빙결이 되면서 빙결팽창으로 균열이 발생하게 되고 이러한 현상이 지속 반복되면서 균열 또한 진행되며 철근이 부식되고 아울러 구조물에 치명적인 현상이 일어나게 된다.
한편, 상기와 같은 건축자재 중 콘크리트를 일 예로 들면, 콘크리트의 경우 지속적으로 산성비 등에 적셔지는데 이렇게 적정시일이 지나면 강알칼리성 물질이 콘크리트가 중성화로 유도되며, 중성화가 발전되는 현상을 열화라 한다.
상기 열화는 표면에서 내부로 진행을 하고 인장재인 철근에 도달하면 부식이 되고 철근이 부식이 되면 콘크리트는 팽창이 진행되면서 더욱 많은 크랙이 성장하게 되고 콘크리트의 박리와 철근의 부착과 인장강도 저하 등 종래에는 구조물이 붕괴되는 위기를 초래한다.
따라서 콘크리트의 방수성능 등을 개선시키기 위한 방수재에 대한 개발이 활발히 진행되고 있으며, 관련 선행기술로써 특허문헌 1 및 2가 있다.
특허문헌 1의 경우, 실리콘류 중에서 실란단량체 등을 유기용제나 알콜류 등에 희석하거나 친수계면활성제 등을 포함하여 점도가 높은 크림형태로 제조 후 콘크리트에 깊숙이 침투시킬 목적으로 흐르지 않고 정체시켜 이용하고 있으나 이와 같은 것은 단량체는 저분자량이고 또한 표면장력이 낮아서 고강도 콘크리트의 작은 기공으로 침투해 들어가는데 문제가 없다. 그러나 근본적으로 소수성이고 단량체임으로 결집력이 전혀 없다. 콘크리트에 도포 후 표면과 절단 후 단면을 확인해보면 깊숙이 침투된 것과 물방울이 튕겨져나가는 발수기능을 확인할 수 있다. 그러한 성능은 실리콘 특유의 소수기가 있기 때문이다. 따라서 결집력이 없는 실리콘 단량체의 한계점이라고 할 수 있다. 발수기능은 어느 정도 기간 동안 소수성을 발휘하다가 태양광선에 의해 산화 소실되고 만다. 이러한 기능은 수압이 전혀 없는 구조물의 벽체에 흐르는 물이 벽체 안으로 모세관을 타고 들어오는 것을 일부 막아주는 역할을 일시적으로 한다. 침투깊이가 깊다고 해서 방수기능이 확보되는 것과는 전혀 무관하다. 약간의 수압이라도 저항할 수 있는 방수기능은 전혀 없는 것이다. 그 이유는 실리콘 단량체는 결집력이 없어서 고형화를 이룰 수 없기 때문이다.
또한 특허문헌 2의 경우, 규산을 이용한 방수제를 들 수 있는데 이것은 제조되면서 과량의 친수성인 나트륨과 같이하기 때문에 물이 증발함에 따라 고강도의 피막을 형성할 수 있으나 잔류된 나트륨 성분이 친수성인 관계로 용해되어 석출되어 방수기능이 없음이 확인되어 거의 사용되지않고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일반 소수성 아크릴 단량체와 퍼플루오로알킬 아크릴레이트로 이루어진 아크릴 아크릴 단량체에 물, 계면활성제, pH 조절제 및 개시제를 혼합하여 아크릴 에멀젼을 구성하고, 여기에 우레탄을 혼합하여 분자 내 불소기를 포함하는 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물을 제조함으로써, 콘크리트, 대리석, 석재 등과 같은 건축자재로 사용되는 무기 재료표면에서 내부로 침투하여 그 공극을 채우고 동시에 표면에 막을 형성하여 발수와 방수기능을 동시에 갖도록 함을 과제로 한다.
본 발명은 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물에 있어서,
아크릴 에멀젼과 수성 우레탄 수지를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물을 과제의 해결 수단으로 한다.
구체적으로는 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 수성 우레탄 수지 50 ~ 500 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물을 과제의 해결 수단으로 한다.
이때, 상기 아크릴 에멀젼은, 아크릴 단량체 100 중량부에 대하여, 물 100 중량부, 계면활성제 0.1 ~ 20 중량부, pH 조절제 0.1 ~ 10 중량부 및 개시제 0.1 ~ 10 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 아크릴 단량체는, 소수성 아크릴 단량체 80 ~ 99 중량% 및 퍼플루오로알킬 아크릴레이트(perfluoroalkyl acrylate) 1 ~ 20 중량%로 이루어지는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 계면활성제는, 양이온 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 음이온 계면활성제 또는 반응성 계면활성제 중에서 단독 혹은 2종 이상 병용하여 사용하되, 양이온성 계면활성제로는 알킬피리디늄클로라이드, 비이온성 계면활성제로는 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌지방산에스테르 또는 폴리옥시솔비탄지방산에스테르, 음이온성 계면활성제로는 도데실벤젠설폰산나트륨염, 폴리옥시에틸렌알킬에스테르황산염 또는 알킬벤젠설폰산나트륨염, 반응성 계면활성제로는 노닐 페놀 프리 타입(nonyl pHenol free type)으로 분자 내에 페놀기를 함유하지 않는 아래 화학식 1과 같은 구조를 가지는 계면활성제인 것이 바람직하다.
(화학식 1)
상기 pH 조절제는, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 오르토인산수소나트륨, 티오황산나트륨 또는 테트라붕산나트륨을 포함하는 무기염기, 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 디메틸에탄올아민 또는 디에틸에탄올아민을 포함하는 유기아민류 및 소듐 카보네이트(sodium carbonate) 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 개시제는, 라디칼 개시제로써 암모늄 퍼설페이트(ammonium persulfate), 소듐 퍼설페이트(sodium persulfate) 또는 포타슘 퍼설페이트(potassium persulfate)인 것이 바람직하다.
본 발명은 일반 소수성 아크릴 단량체와 퍼플루오로알킬 아크릴레이트로 이루어진 아크릴 아크릴 단량체에 물, 계면활성제, pH 조절제 및 개시제를 혼합하여 아크릴 에멀젼을 구성하고, 여기에 우레탄을 혼합하여 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물을 제조함으로써, 콘크리트, 대리석, 석재 등과 같은 건축자재로 사용되는 무기 재료표면에서 내부로 침투하여 그 공극을 채우고 동시에 표면에 막을 형성하여 발수와 방수기능을 동시에 갖는 장점이 있다.
상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물에 관한 것으로서, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하, 본 발명에 따른 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 아크릴 에멀젼과 수성 우레탄 수지를 혼합하여 이루어지는 것으로, 구체적으로는 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 수성 우레탄 수지 50 ~ 500 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 아크릴 에멀젼은, 아크릴 단량체 100 중량부에 대하여, 물 100 중량부, 계면활성제 0.1 ~ 20 중량부, pH 조절제 0.1 ~ 10 중량부 및 개시제 0.1 ~ 10 중량부로 이루어진다.
상기 아크릴 단량체는, 일반 소수성 아크릴 단량체와 퍼플루오로알킬 아크릴레이트(perfluoroalkyl acrylate)의 혼합물로써, 구체적으로는 소수성 아크릴 단량체 80 ~ 99 중량% 및 퍼플루오로알킬 아크릴레이트(perfluoroalkyl acrylate) 1 ~ 20 중량%로 이루어진다.
이때, 상기 일반 소수성 아크릴 단량체와 퍼플루오로알킬 아크릴레이트(perfluoroalkyl acrylate)의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우, 특히 퍼플루오로알킬 아크릴레이트의 함량이 1 중량% 미만일 경우, 발수 특성이 발현되기 어렵고 20 중량%를 초과할 경우 발수 성능이 저하될 수 있거나 최종 제품의 제조 비용이 과다하게 높게 책정되는 문제점이 있다.
한편, 상기 소수성 아크릴 단량체는, 메틸메타크릴산(methyl (meth)acrylate), 에틸메타크릴산(ethyl (meth)acrylate), 부틸메타크릴산(butyl (meth)acrylate), 아크릴로니트릴(acrylonitirle), 아크릴아미드(acrylamide), 비닐아세테이트(vinylacetate)류 등을 사용할 수 있으며, 상기 퍼플루오로알킬 아크릴레이트(perfluoroalkyl acrylate)는, 2-(퍼플루오로헥실) 부틸 메타크릴레이트(2-(Perfluorobutyl) Ethyl Methacrylate), 2-(퍼플루오로헥실) 에틸 메타크릴레이트(2-(Perfluorohexyl) Ethyl Methacrylate), 2-(퍼플루오로옥틸) 에틸 메타크릴레이트(2-(Perfluorooctyl) Ethyl Methacrylate) 또는 2-(퍼플루오로부틸) 에틸 메타크릴레이트(2-(Perfluorobutyl) Ethyl Methacrylate)류 등을 사용할 수 있다.
상기 계면활성제는, 각 조성물의 혼합 시 분산성을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 양이온 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 음이온 계면활성제 또는 반응성 계면활성제 중에서 단독 혹은 2종 이상 병용하여 사용하되, 양이온성 계면활성제로는 알킬피리디늄클로라이드 등을 예로 들수 있으며, 비이온성 계면활성제로는 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌지방산에스테르 또는 폴리옥시솔비탄지방산에스테르 등을 예로 들수 있으며, 음이온성 계면활성제로는 도데실벤젠설폰산나트륨염, 폴리옥시에틸렌알킬에스테르황산염 또는 알킬벤젠설폰산나트륨염 등을 예로 들수 있으며, 반응성 계면활성제로는 노닐 페놀 프리 타입(nonyl pHenol free type)으로 분자 내에 페놀기를 함유하지 않는 아래 화학식 1과 같은 구조를 가지는 계면활성제를 사용한다.
이때, 상기 계면활성제의 함량이 0.1 중량부 미만일 경우 분산성이 저하될 우려가 있으며, 20 중량부를 초과할 경우, 발수성이 저하될 우려가 있다.
(화학식 1)
상기 pH 조절제는, 유화물의 pH를 조절할 목적으로 사용되며 탄산나트륨, 탄산칼륨, 오르토인산수소나트륨, 티오황산나트륨, 테트라붕산나트륨 등의 무기염기, 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 디메틸에탄올아민, 디에틸에탄올아민 등의 유기아민류 및 소듐 카보네이트(sodium carbonate)등이 사용된다.
이때, pH 조절제의 함량이 0.1 중량부 미만일 경우, pH 조절 효과가 발현되지 않고, 10 중량부를 초과할 경우, pH가 높아져 중합속도가 빨라져 분산 안정성이 떨어질 우려가 있다.
상기 개시제는, 라디칼 개시제로써 일반적으로 유화중합에 사용되는 것으로 주로 암모늄 퍼설페이트(ammonium persulfate), 소듐 퍼설페이트(sodium persulfate), 포타슘 퍼설페이트(potassium persulfate)등의 수용성 중합 개시제를 사용하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 개시제 함량이 0.1 중량부 미만일 경우, 유화중합이 제대로 이루어지지 않을 우려가 있으며, 10 중량부를 초과할 경우, 발수성이 저하될 우려가 있다.
한편, 이들 상기 개시제는 일괄첨가 또는 필요에 따라 분할 첨가 가능하다. 중합온도는 특별히 한정되지 않지만, 70 ~ 90℃가 바람직하다.
또, 얻어지는 아크릴 에멀젼의 유리전이 온도는 -10 ~ 50℃의 범위에 있는 것이 바람직하며, 유리전이온도가 너무 낮으면 택(tack)이 존재하고 너무 높으면 필름이 형성 되지 않고 크랙(crack)이 발생할 우려가 있다.
상기 수성 우레탄 수지는 아크릴 에멀젼에 혼합되어 발·방수제를 이루는 기재로써, 상기 우레탄의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우, 본 발명에 따른 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제가 제대로 제조되지 못할 우려가 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것을 아니다.
1. 발·방수제 조성물의 제조
(실시예 1)
메틸메타크릴산(methyl (meth)acrylate) 80 중량% 및 2-(퍼플루오로헥실) 부틸 메타크릴레이트(2-(Perfluorobutyl) Ethyl Methacrylate) 20 중량%를 혼합하여 아크릴 단량체를 제조하고, 상기 제조된 아크릴 단량체 100 중량부에 대하여 물 100 중량부, 반응성 계면활성제 0.1 중량부, 소듐 카보네이트(sodium carbonate) 0.1 중량부 및 암모늄 퍼설페이트(ammonium persulfate) 0.1 중량부를 혼합하여 유화시킨 후, 유화액을 70℃에서 천천히 4시간 동안 반응기에 적하하고 적하가 끝난 후, 3시간 동안 추가 반응시키고 종결하여 아크릴 에멀젼을 구성한 후, 이 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 수성 우레탄 수지 50 중량부를 혼합하여, 발·방수제 조성물을 제조하였다.
(실시예 2)
에틸메타크릴산(ethyl (meth)acrylate) 99 중량% 및 2-(퍼플루오로헥실) 에틸 메타크릴레이트(2-(Perfluorohexyl) Ethyl Methacrylate) 1 중량%를 혼합하여 아크릴 단량체를 제조하고, 상기 제조된 아크릴 단량체 100 중량부에 대하여 물 100 중량부, 반응성 계면활성제 20 중량부, 탄산나트륨 10 중량부 및 소듐 퍼설페이트(sodium persulfate) 10 중량부를 혼합하여 유화시킨 후, 유화액을 70℃에서 천천히 4시간 동안 반응기에 적하하고 적하가 끝난 후, 3시간 동안 추가 반응시키고 종결하여 아크릴 에멀젼을 구성한 후, 이 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 수성 우레탄 수지 500 중량부를 혼합하여, 발·방수제 조성물을 제조하였다.
(비교예 1)
부틸 아크릴레이트(butyl acrylate) 30 중량%, 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate) 70 중량%로 이루어지는 아크릴 단량체 조성물 100 중량부에 대하여, 반응성 계면활성제인 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르(polyoxyethylene alkyl ether) 1 중량부, pH 조절제인 소듐 카보네이트(sodium carbonate) 0.5 중량부 및 아크릴레이트 개시제인 포타슘 퍼설페이트(potassium persulfate) 0.5 중량부를 유화시킨 후, 유화액을 70℃에서 천천히 4시간 동안 반응기에 적하하고 적하가 끝난 후 3시간 동안 추가 반응한 후 종결하여 아크릴 에멀젼으로 이루어진 발·방수제 조성물을 제조하였다.
(비교예 2)
부틸 아크릴레이트(butyl acrylate) 30 중량%, 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate) 67 중량% 및 아크릴릭 에시드(acrylic acid) 3 중량%로 이루어지는 아크릴 단량체 조성물 100 중량부에 대하여, 반응성 계면활성제인 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르(polyoxyethylene alkyl ether) 1 중량부, pH 조절제인 소듐 카보네이트(sodium carbonate) 0.5 중량부 및 아크릴레이트 개시제인 포타슘 퍼설페이트(potassium persulfate) 0.5 중량부를 유화시킨 후, 유화액을 70℃에서 천천히 4시간 동안 반응기에 적하하고 적하가 끝난 후 3시간 동안 추가 반응한 후 종결하여 아크릴 에멀젼으로 이루어진 발·방수제 조성물을 제조하였다.
2. 발·방수제 조성물의 평가
공중합 반응에 따른 단량체에서 중합체로의 전환율, 물과의 접촉각 및 건축자재 중 일 예로 콘크리트 침투깊이를 통해 발수 및 방수성능을 평가하였다.
이때, 상기 전환율, 접촉각 및 콘크리트 침투깊이는 아래와 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 [표 1]에 나타내었다.
(1) 전환율
전환율은 샘플을 채취하여 건조 전 후의 무게 차이를 측정하여 계산하였다.
(2) 접촉각
콘크리트 공시체에 실시예와 비교예에 따른 발·방수제 조성물을 도포하고 24시간 동안 상온에서 건조한 후, 공시체의 표면에 스포이드를 이용하여 물방울을 떨어뜨리고, 접촉각 측정기(Phoenix 300, S대)를 이용하여 물 접촉각을 측정하였다.
(3)콘크리트 침투깊이
공시체의 일면에 실시예와 비교예에 따른 발·방수제 조성물을 도포하고, 24시간 동안 상온에서 건조한 후, 공시체를 반으로 나누었다. 반으로 나누어진 공시체 단면에 물을 뿌려 물을 흡수하지 않은 층의 깊이를 측정하여 침투깊이를 측정하였다.
구분 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교예1 | 비교예2 |
전환율(%) | 99 | 100 | 99 | 99 | 100 |
접촉각(도) | 105 | 103 | 100 | 50 | 40 |
콘크리트 침투깊이(mm) |
2 | 1.8 | 1.6 | 5 | 5 |
상기 [표 1]에서와 같이, 본원발명의 실시예에 따른 발·방수제 조성물이 접촉각이 크고, 콘크리트 침투성능이 있음을 고려할 때, 발수와 방수기능을 동시에 가지면서도 그 성능 또한 우수함을 알 수 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명에 따른 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물을 바람직한 실시예를 들어 설명하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
Claims (7)
- 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물에 있어서,
아크릴 에멀젼과 수성 우레탄 수지를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물은,
아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 수성 우레탄 수지 50 ~ 500 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 아크릴 에멀젼은,
아크릴 단량체 100 중량부에 대하여, 물 100 중량부, 계면활성제 0.1 ~ 20 중량부, pH 조절제 0.1 ~ 10 중량부 및 개시제 0.1 ~ 10 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물.
- 제 3항에 있어서,
상기 아크릴 단량체는,
소수성 아크릴 단량체 80 ~ 99 중량% 및 퍼플루오로알킬 아크릴레이트(perfluoroalkyl acrylate) 1 ~ 20 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물.
- 제 3항에 있어서,
상기 계면활성제는,
양이온 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 음이온 계면활성제 또는 반응성 계면활성제 중에서 단독 혹은 2종 이상 병용하여 사용하되,
양이온성 계면활성제로는 알킬피리디늄클로라이드,
비이온성 계면활성제로는 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌지방산에스테르 또는 폴리옥시솔비탄지방산에스테르,
음이온성 계면활성제로는 도데실벤젠설폰산나트륨염, 폴리옥시에틸렌알킬에스테르황산염 또는 알킬벤젠설폰산나트륨염,
반응성 계면활성제로는 노닐 페놀 프리 타입(nonyl pHenol free type)으로 분자 내에 페놀기를 함유하지 않는 아래 화학식 1과 같은 구조를 가지는 계면활성제인 것을 특징으로 하는 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물.
(화학식 1)
- 제 3항에 있어서,
상기 pH 조절제는,
탄산나트륨, 탄산칼륨, 오르토인산수소나트륨, 티오황산나트륨 또는 테트라붕산나트륨을 포함하는 무기염기, 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 디메틸에탄올아민 또는 디에틸에탄올아민을 포함하는 유기아민류 및 소듐 카보네이트(sodium carbonate) 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용하는 것을 특징으로 하는 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물.
- 제 3항에 있어서,
상기 개시제는,
라디칼 개시제로써 암모늄 퍼설페이트(ammonium persulfate), 소듐 퍼설페이트(sodium persulfate) 또는 포타슘 퍼설페이트(potassium persulfate)인 것을 특징으로 하는 불소 우레탄/아크릴계 발·방수제 조성물.
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KR20110060193A (ko) | 2009-11-30 | 2011-06-08 | 한국생산기술연구원 | 침투형 콘크리트 흡수방지재와 표면 방수제를 이용한 콘크리트 시방법 |
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2014
- 2014-04-28 KR KR1020140050705A patent/KR101585979B1/ko active IP Right Grant
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