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KR102136558B1 - 아크릴 폴리머를 이용한 고성능 콘크리트 혼화제 조성물 및 그 혼화제 제조방법 - Google Patents

아크릴 폴리머를 이용한 고성능 콘크리트 혼화제 조성물 및 그 혼화제 제조방법 Download PDF

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KR102136558B1
KR102136558B1 KR1020200032242A KR20200032242A KR102136558B1 KR 102136558 B1 KR102136558 B1 KR 102136558B1 KR 1020200032242 A KR1020200032242 A KR 1020200032242A KR 20200032242 A KR20200032242 A KR 20200032242A KR 102136558 B1 KR102136558 B1 KR 102136558B1
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KR
South Korea
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polymer
enoate
polymerization
ammonium persulfate
Prior art date
Application number
KR1020200032242A
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English (en)
Inventor
배진숙
강창순
박남일
유주호
Original Assignee
배진숙
주식회사 유봉건설
유한회사 금영토건
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 배진숙, 주식회사 유봉건설, 유한회사 금영토건 filed Critical 배진숙
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Abstract

본 발명은 아크릴 폴리머를 이용한 고성능 콘크리트 혼화제 조성물 및 그 혼화제 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공 또는 밀폐형 고압 반응기를 사용하지 않고도 일반적인 중합반응기를 이용하여 폴리머 중합이 가능하도록 아크릴계 시드(seed) 폴리머를 사용하고, 특히 폴리머 입자의 상분리를 막아 시멘트의 혼화성, 소성크랙 방지, 방수성과 강도 및 내구성을 향상시키도록 개선된 아크릴 폴리머를 이용한 고성능 콘크리트 혼화제 조성물 및 그 혼화제 제조방법에 관한 것이다.

Description

아크릴 폴리머를 이용한 고성능 콘크리트 혼화제 조성물 및 그 혼화제 제조방법{High performance concrete admixture composition using acrylic polymer and method for manufacturing the same}
본 발명은 아크릴 폴리머를 이용한 고성능 콘크리트 혼화제 조성물 및 그 혼화제 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공 또는 밀폐형 고압 반응기를 사용하지 않고도 일반적인 중합반응기를 이용하여 폴리머 중합이 가능하도록 아크릴계 시드(seed) 폴리머를 사용하고, 특히 폴리머 입자의 상분리를 막아 시멘트의 혼화성, 소성크랙 방지, 방수성과 강도 및 내구성을 향상시키도록 개선된 아크릴 폴리머를 이용한 고성능 콘크리트 혼화제 조성물 및 그 혼화제 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 속경성 또는 조강성 시멘트계 조성물은 콘크리트계 도로, 교량, 구조물, 건축물, 항만 등의 포장, 보수용으로 주로 사용된다.
이때, 콘크리트의 경화 전,후의 성질을 개량하기 위해 시멘트, 물, 골재 이외에 첨가되는 재료로 혼화제가 사용된다.
이러한 혼화제로는 작업성능이나 동결융해저항성을 개선하거나 혹은 강력한 감수효과와 대폭적인 강도 증가 효과를 얻기 위한 것이거나 혹은 콘크리트의 유동성을 개선하기 위한 것이거나 혹은 염해저항성을 높이고 기포발생을 억제하거나 점성, 응집작용을 향상시켜 재료 분리를 막도록 하는 것 등 다양한 재료들이 사용되고 있으며, 폴리머가 대표적이다.
특히, 콘크리트 도로 및 교면 포장의 경우, 스티렌과 부타디엔을 주 모노머로 하여 진공 또는 밀폐형 고압반응기를 통해 가교결합시키는 유화중합 코폴리머 합성라텍스를 주로 사용하는데, 이 합성라텍스의 경우 시멘트와의 혼화성과 작업성이 떨어지기 때문에 이를 해결하기 위해 친수성 유화제를 다량 사용해야 한다.
그런데, 이로 인해 라텍스 자체의 분산 및 저장안정성이 떨어져 장기 저장 시 라텍스 입자의 상분리(phase separation) 현상이 일어나 불량처리되고, 이렇게 불량된 것을 사용하게 되면 시멘트 혼화성, 가사시간, 소성크랙(plastic crack), 및 포설된 부위별 방수성, 강도 및 내구성에 편차가 발생하는 문제가 생긴다.
뿐만 아니라, 중합된 폴리머의 최종 물성은 중합시 사용된 스티렌과 부타디엔의 제한된 중합비로 인해 다양한 성능을 부여하는데 한계가 있어 다기능 성능을 부여하기 위해서는 별도의 성능을 갖는 폴리머를 혼합 또는 후첨 등의 과정을 거치는 관계로 제조 및 사용상 추가비용 및 성능의 균일성을 담보하는데 많은 어려움이 있다.
국내 등록특허 제10-1355400호(2014.01.20.), '내구성이 개선된 초속경 시멘트 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 도로포장 유지보수공법' 미국 등록특허 제4710526호(1987.12.01.), 'Alkaline curing emulsions for use in cement admixtures'
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 진공 또는 밀폐형 고압 반응기를 사용하지 않고도 일반적인 중합반응기를 이용하여 폴리머 중합이 가능하도록 아크릴계 시드(seed) 폴리머를 사용하고, 특히 폴리머 입자의 상분리를 막아 시멘트의 혼화성, 소성크랙 방지, 방수성과 강도 및 내구성을 향상시키도록 개선된 아크릴 폴리머를 이용한 고성능 콘크리트 혼화제 조성물 및 그 혼화제 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 중심부(core)를 구성하는 시드(seed) 폴리머 혼합물과, 상기 중심부를 감싸도록 성형되는 외곽부(shell)를 구성하는 유화제 폴리머 혼합물로 이루어져 유화중합 후 중심부-외곽부로 된 이중구조의 폴리머를 제공하여 콘크리트에 혼화되었을 때 방수성, 내열성 및 내마모성을 증대시키도록 구성된 아크릴 폴리머를 이용한 고성능 콘크리트 혼화제 조성물에 있어서; 상기 시드 폴리머 혼합물은 부틸 프롭-2-에노에이트 20-40중량%, 암모니움 퍼설페이트(ammonium persulfate) 0.1-0.5중량%, 소디움 테트라피로포스페이트(sodium tetrapyrophosphate) 0.2-0.5중량% 및 나머지 에테닐 아세테이트로 조성되고; 상기 유화제 폴리머 혼합물은 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트 10-30중량%, 프롭-2-에노익산(prop-2-enoic acid) 1.0-5.0중량%, 암모니움 퍼설페이트(ammonium persulfate) 0.1-0.5중량%, 소디움 알킬 벤젠 설포네이트(sodium alkyl benzene sulfonate) 0.2-0.5중량%, 소디움 하이드록사이드(sodium hydroxide) 0.1-0.5중량%, 하이드로겐 퍼옥사이드(hydrogen peroxide) 0.1-0.3중량% 및 나머지 부틸 프롭-2-에노에이트로 조성된 것을 특징으로 하는 아크릴 폴리머를 이용한 고성능 콘크리트 혼화제 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 중합반응전 입자 크기가 500-1000Å의 폴리머 중심부를 만들기 위해 일반 중합반응기에 부틸 프롭-2-에노에이트 30중량%, 에테닐 아세테이트 69중량%, 암모니움 퍼설페이트 0.3중량%로 구성된 주 모노머 조성물을 반응기 내에 투입하는 제1단계; 반응기의 온도를 78℃로 승온하면서 암모니움 퍼설페이트 0.2중량%, 소디움 테트라피로포스페이트 0.5중량%를 동시에 투입하면서 4시간 동안 1차 시드 폴리머의 중합반응을 시작하는 제2단계; 1차 시드 폴리머 중합반응 4시간 후, 1차 폴리머의 외곽부 반응을 유도하도록 부틸 프롭-2-에노에이트 77중량%, 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트 20중량%로 구성된 주 모노머 조성물을 각각 5시간에 걸쳐 균일한 투입하고, 프롭-2-에노익산 2.0중량%는 반응 종료 2시간 전에 투입하는 제3단계; 2차 폴리머의 외곽부 반응을 유도하도록 암모니움 퍼설페이트 0.2중량% 및 소디움 알킬 벤젠 설포네이트 0.4중량%를 주 모노머 투입과 동시에 2차 중합시간 동안 병행 투입하는 제4단계; 반응 종료 30분 전 하이드로겐 퍼옥사이드 0.2중량%를 투입하여, 중합 반응을 종결하는 동시에, 상온으로의 냉각과정에서 소디움 하이드록사이드 0.2중량%를 투입하여 중합된 폴리머의 설계된 산도로 적정하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크릴 폴리머를 이용한 고성능 콘크리트 혼화제 제조방법을 제공한다.
본 발명은 진공 또는 밀폐형 고압 반응기를 사용하지 않고도 일반적인 중합반응기를 이용하여 폴리머 중합이 가능하도록 아크릴계 시드(seed) 폴리머를 사용하고, 특히 폴리머 입자의 상분리를 막아 시멘트의 혼화성, 소성크랙 방지, 방수성과 강도 및 내구성을 향상시키도록 개선된 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 기존처럼 진공 또는 밀폐형 고압중합 반응기를 사용하지 않고, 일반적인 중합반응기를 이용하여도 중합된 폴리머의 균일성과 품질안정성을 구현할 수 있는 특징을 가진다.
이를 위해, 부틸 프롭-2-에노에이트(butyl prop-2-enoate)와 에테닐 아세테이트(ethenyl acetate)로 폴리머의 중심부(core)를 우선 중합한 후, 목표한 폴리머의 내부 구조, 형상, 입자 크기 및 성능을 균일하게 조성함으로써 이어진 부틸 프롭-2-에노에이트, 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트(methyl 2-methyl prop-2-enoate), 프롭-2-에노익산(prop-2-enoic acid)을 순차적으로 중합하여 최종 폴리머의 다기능 성능을 부여하고, 이를 통해 한 개의 폴리머의 입자내 중심부와 외곽부의 서로 다른 성능을 동시에 얻을 수 있도록 구성된 것이 특징이다.
다시 말해, 본 발명은 부틸 프롭-2-에노에이트와 에테닐 아세테이트로 폴리머의 중심부를 구성하고; 부틸 프롭-2-에노에이트, 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트, 프롭-2-에노익산으로 폴리머의 외곽부를 구성하는 이중구조 폴리머를 제조하여 각 배치(batch)별 품질 편차를 최소화하고 중합된 합성폴리머의 품질균일성, 다기능성 및 이를 적용한 고성능 콘크리트의 품질안정성을 확보할 수 있도록 구성된다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 아크릴 폴리머를 이용한 고성능 콘크리트 혼화제 조성물은 중심부(core)를 구성하는 시드(seed) 폴리머 혼합물과, 상기 중심부를 감싸도록 성형되는 외곽부(shell)를 구성하는 유화제 폴리머 혼합물로 이루어져 유화중합 후 중심부-외곽부로 된 이중구조의 폴리머를 제공하여 콘크리트에 혼화되었을 때 방수성, 내열성 및 내마모성을 증대시키도록 구성된다.
이를 위해, 상기 시드 폴리머 혼합물은 부틸 프롭-2-에노에이트 20-40중량%, 암모니움 퍼설페이트(ammonium persulfate) 0.1-0.5중량%, 소디움 테트라피로포스페이트(sodium tetrapyrophosphate) 0.2-0.5중량% 및 나머지 에테닐 아세테이트로 조성된다.
또한, 상기 유화제 폴리머 혼합물은 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트 10-30중량%, 프롭-2-에노익산(prop-2-enoic acid) 1.0-5.0중량%, 암모니움 퍼설페이트(ammonium persulfate) 0.1-0.5중량%, 소디움 알킬 벤젠 설포네이트(sodium alkyl benzene sulfonate) 0.2-0.5중량%, 소디움 하이드록사이드(sodium hydroxide) 0.1-0.5중량%, 하이드로겐 퍼옥사이드(hydrogen peroxide) 0.1-0.3중량% 및 나머지 부틸 프롭-2-에노에이트로 조성된다.
여기에서, 중심부를 구성하는 프롭-2-에노에이트, 에테닐 아세테이트는 중합된 폴리머의 일정한 내부 입자크기 및 최종 폴리머의 방수성, 내열성 및 내마모성을 부여하는데 기여한다.
그리고, 소디움 테트라피로포스페이트와 암모니움 퍼설페이트는 유화제 및 반응개시제이다.
특히, 테트라피로포스페이트 투입량이 0.2중량% 미만이면 폴리머의 중심부 입자 크기가 목표한 기준 상한치를 초과하게 되고, 0.5중량%를 초과하면 중심부 입자 크기가 하한치 이하로 작아짐으로써 최종 중합된 폴리머의 입자 크기에 영향을 미치게 된다. 따라서, 본 발명에서 사용된 테트라피로포스페이트의 투입량은 0.2-0.5중량%가 바람직하다.
반면, 중합과정에서 시드제와 연화제 양쪽 모두에 사용된 부틸 프롭-2-에노에이트(CH2CHCOOC4H9, molecular weight 128.17, solubility 0.14g/100ml @20℃, Tg -54℃, boiling point 145℃)는 중심부 폴리머의 연성은 확보하되, 중합된 폴리머의 필름이 스티프(stiff)하게 변성되어 요구된 신장율과 이를 적용한 콘크리의 접착강도 및 부착강도가 감소하지 않도록 조절하는 기능을 수행한다.
이를 통해, 콘크리트의 압축강도, 내열 및 내마모성을 얻을 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 본 발명의 폴리머 외곽부를 구성하는 모노머 중 하나인 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트(CH2C(CH3)COOCH3, molecular weight 100.13, solubility 1.6g/100ml@20℃, Tg 105℃, boiling point 100.5℃)의 구성비가 10중량% 미만이면 중합된 외곽부 폴리머 필름이 연성화되고, 30중량%를 초과하면 강성화되어 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트의 구성비는 10-30중량%가 바람직하다.
아울러, 소디움 알킬 벤젠 설포네이트의 투입량이 0.2중량% 미만이면 합성폴리머 외곽부 입자크기가 목표한 물성치보다 커지게 되어 중합된 최종 폴리머의 입자크기에 영향을 미치며 입자 크기가 증대한 만큼 단위부피당 존재하는 폴리머의 입자수가 감소하여 종래에는 폴리머 필름의 비표면적이 감소하여 콘크리트 적용시 폴리머에 의한 방수성, 내열성 및 내마모성이 감소하게 된다.
반대로, 소디움 알킬 벤젠 설포네이트 투입량이 0.5중량%를 초과하면 합성폴리머의 외곽부 크기가 작아져 중합시 폴리머의 점도가 급상승하게 되고, 분산 및 저장안정성이 떨어지게 된다. 따라서, 2차 중합용 소디움 알킬 벤젠 설포네이트의 투입량은 0.2-0.5중량%가 바람직하다.
또한, 본 발명에서 2차 중합반응시 투입되는 프롭-2-에노익산(CH2CHCOOH, molecular weight 72.06, solubility 10g/100ml(25℃), boiling point 141℃, melting point 14℃)은 최종 폴리머 입자의 표면에 분포되어 입자간 응집방지와 분산안정성을 부여하는 역할을 하며, 그 투입량이 1중량% 미만이면 응집방지 및 분산안정성이 저하하고, 5중량%를 초과하면 입자간 반발력이 과도하게 증대되어 응집되어 최종 폴리머의 점도가 상승하게 된다. 따라서 프롭-2-에노익산의 투입량은 1.0-5.0중량%가 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 아크릴 폴리머를 이용한 고성능 콘크리트 혼화제 제조방법은 다음과 같다.
먼저, 중합반응전 입자 크기가 500-1000Å의 폴리머 중심부를 만들기 위해 일반 중합반응기에 부틸 프롭-2-에노에이트, 에테닐 아세테이트, 암모니움 퍼설페이트로 구성된 주 모노머 조성물을 반응기 내에 투입하는 제1단계가 수행된다.
그런 다음, 반응기의 온도를 70-80℃ 승온하면서 암모니움 퍼설페이트, 소디움 테트라피로포스페이트를 동시에 투입하면서 4시간 동안 1차 시드 폴리머의 중합반응을 시작하는 제2단계가 수행된다.
이후, 1차 시드 폴리머 중합반응 4시간 후, 1차 폴리머의 외곽부 반응을 유도하도록 부틸 프롭-2-에노에이트, 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트로 구성된 주 모노머 조성물을 각각 5시간에 걸쳐 균일한 투입하고, 프롭-2-에노익산은 반응 종료 2시간 전에 투입하는 제3단계가 수행된다.
이렇게 제3단계까지 수행이 완료되면, 2차 폴리머의 외곽부 반응을 유도하도록 암모니움 퍼설페이트 및 소디움 알킬 벤젠 설포네이트를 주 모노머 투입과 동시에 2차 중합시간 동안 병행 투입하는 제4단계가 수행된다.
이어, 반응 종료 30분 전 하이드로겐 퍼옥사이드를 투입하여, 중합 반응을 종결하는 동시에, 상온으로의 냉각과정에서 소디움 하이드록사이드를 투입하여 중합된 폴리머의 설계된 산도로 적정하는 제5단계가 수행된다.
이러한 단계를 거침으로써 이중구조를 갖는 콘크리트 혼화용 폴리머 혼화제를 완성할 수 있게 된다.
이렇게 완선된 혼화제는 콘크리트 조성물을 만들 때 2.5-3.5중량% 범위 내에서 첨가 혼합될 수 있다.
이에 더하여, 본 발명에서는 계면 분리를 억제하여 상분리가 일어나지 않도록 상기 시드 폴리머 혼합물 100중량부에 대해, 3-하이드록시톨루엔 20중량부, 디메틸올프로피온산 10중량부 및 삼불화붕소아민착염 15중량부를 더 첨가할 수 있다.
이때, 3-하이드록시톨루엔은 표면에 기능기를 부여하여 함으로써 표면 거칠기를 높이게 되며, 이를 통해 높아진 표면 거칠기는 일종의 앵커 혹은 쐐기 기능을 수행함으로써 층이 쉽게 분리되지 않도록 강고한 고정력을 제공하게 된다.
또한, 디메틸올프로피온산은 친수성 그룹을 도입하여 잘 섞이도록 하기 위한 것이고, 삼불화붕소아민착염은 안정적인 점착강도 유지 및 내화학성을 유지하기 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 상기 유화제 폴리머 혼합물 100중량부에 대해, 폴리아크릴산나트륨 20중량부, 메틸살리실레이트 15중량부, 아크릴산에틸에스테르 20중량부를 더 첨가할 수 있다.
이 경우, 폴리아크릴산나트륨은 젤화 특성 때문에 완충성이 매우 우수하고 분산성이 좋을 뿐만 아니라, 점조성이 우수하기 때문에 첨가된다.
그리고, 메틸살리실레이트(Methyl Salicylate)는 무색의 액체로서 비중은 1.18이고, 비점은 223℃이며, 융점은 -9℃로서 유화 및 연화성을 증대시키기 위해 첨가된다.
또한, 아크릴산 에틸에스테르는 점도를 조절하면서 응집성을 증대시키고, 블루밍 현상을 억제하기 위해 첨가된다.
이하, 실시예에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
일반 중합반응기에 부틸 프롭-2-에노에이트 30중량%, 에테닐 아세테이트 69중량%, 암모니움 퍼설페이트 0.3중량%로 구성된 주 모노머 조성물을 반응기 내에 투입하고; 반응기의 온도를 78℃로 승온하면서 암모니움 퍼설페이트 0.2중량%, 소디움 테트라피로포스페이트 0.5중량%를 동시에 투입하면서 4시간 동안 시드 폴리머의 중합반응을 시작하였다.
이후, 부틸 프롭-2-에노에이트 77중량%, 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트 20중량%로 구성된 주 모노머 조성물을 각각 5시간에 걸쳐 균일하게 투입하고, 프롭-2-에노익산 2.0중량%는 반응 종료 2시간 전에 투입하였으며, 동시에 암모니움 퍼설페이트 0.2중량%, 소디움 알킬 벤젠 설포네이트 0.4중량%를 중합시간 동안 병행 투입하였고, 이어 반응 종료 30분 전에 하이드로겐 퍼옥사이드 0.2중량%를 투입하여 중합 반응을 종결함과 동시에 상온으로의 냉각과정에서 소디움 하이드록사이드 0.2중량%를 투입하여 중합된 폴리머의 설계된 산도로 적정하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일하게 하되, 소디움 테트라피로포스페이트를 투입할 때 3-하이드록시톨루엔 20중량부, 디메틸올프로피온산 10중량부 및 삼불화붕소아민착염 15중량부를 함께 더 첨가하였다.
[실시예 3]
실시예 2와 동일하게 하되, 프롭-2-에노익산을 투입할 때 폴리아크릴산나트륨 20중량부, 메틸살리실레이트 15중량부, 아크릴산에틸에스테르 20중량부를 함께 더 첨가하였다.
그리고, 이들 합성 폴리머의 물성을 표 1에 나타내었는데, 비교를 위해 스티렌-부타디엔 폴리머의 경우를 비교예1로 하였다.
Figure 112020027719394-pat00001
상기 표1의 실시예 1에서 3과 비교예1의 폴리머 시료를 초속경성 시멘트와 혼합하여 폴리머 혼입 콘크리트를 제작하였으며 초속경시멘트의 기본물성(표 2)과 배합조건(표 3)은 다음과 같다.
Figure 112020027719394-pat00002
Figure 112020027719394-pat00003
상기 실시예 1에서 3과 비교예1을 분말도가 높은 속경성 시멘트에 적용한 경우, 비교예 1 대비 우수한 시멘트 혼화성 및 분산성을 얻을 수 있었으며, 이러한 결과는 음이온성 전하를 갖는 프롭-2-에노익산이 공중합된 실시예 1에서 3의 폴리머가 양이온성의 시멘트 입자표면의 전하를 중화하여 입자간 반발력을 높여 시멘트 분산성이 향상된 결과에 기인한 것으로 판단된다.
따라서, 실시예 1에서 3은 비교예 1 대비 동일 배합수 적용하에서 보다 높은 시멘트 분산성을 얻을 수 있었으며, 반대로 배합수량을 감량하여도 기존 비교예와 유수한 분산성을 갖을 수 있어, 폴리머 혼입 콘크리트의 내구성을 향상할 수 있다. 실험결과는 아래 표 4와 같다.
Figure 112020027719394-pat00004
또한, 실시예 1에서 3은 비교예 1보다 우수한 압축강도를 보여 주었다.
이러한 결과는 실시예 1에서 3이 비교예 1 대비, 콘크리트 양생 후 시멘트 입자와의 결합력이 높아 수직하중에 대한 파괴저항성이 개선된 것으로 해석되며, 실시예 3은 실시예 1 내지 2 대비 압축강도가 높은 것으로 나타났다.
즉, 실시예 3의 외곽부 폴리머를 구성하는 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트의 중합비가 증가함에 따라, 폴리머의 강직도(stiff)가 높아진 결과에 기인한 것으로 판단된다.
아울러, 실시예 1에서 3은 비교예 1 대비 높은 휨강도를 나타냈다.
특히, 실시예 1은 실시예 2내지 3 대비 다소 높은 휨강도를 나타냈다.
상기 결과는 실시예 1의 외곽부를 구성하는 부틸 프롭-2-에노에이트의 중합비가 높아진 결과에 기인한 것으로 보인다.
아래 표 5는 실시예 1에서 3과 비교예 1의 염화물침투저항성(KS F 2711)을 측정한 결과이다.
표 5에서 보는 바와 같이, 실시예 1과 3의 염화물침투저항성이 비교예 1 대비, 월등히 우수하였으며, 이러한 결과는 기존 스티렌-부타디엔 폴리머의 물에 대한 장기 침전 조간하에서 친수성을 갖는 폴리머의 습윤팽윤(wet swelling)하는 경향을 갖는데, 실시예 1 내지 3의 폴리머 필름이 비교예1 대비 소수성 필름을 갖는 것으로 사료된다.
Figure 112020027719394-pat00005
아울러, 마모저항성과 동해융결저항성 및 압축강도에 대해서도 평가하였으며, 그 결과는 아래 표 6,7,8과 같으며, 이를 통해 본 발명에 따른 폴리머 혼화제가 기존 대비 동등 이상의 우수한 특성을 제공하는 것으로 확인되었기에 충분한 대체성이 입증되었다고 판단된다.
Figure 112020027719394-pat00006
Figure 112020027719394-pat00007
Figure 112020027719394-pat00008
이때, 표 8은 상기 표 2와 동일한 콘크리트 배합 조건하에서 아래 표 9의 분말도를 갖는 시멘트에 적용하여 시멘트의 혼화성, 분산성 및 강도를 측정한 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 혼화제는 속경성, 조강성 시멘트 모두에 적용될 수 있음을 확인하였다.
Figure 112020027719394-pat00009

Claims (2)

  1. 중심부(core)를 구성하는 시드(seed) 폴리머 혼합물과, 상기 중심부를 감싸도록 성형되는 외곽부(shell)를 구성하는 유화제 폴리머 혼합물로 이루어져 유화중합 후 중심부-외곽부로 된 이중구조의 폴리머를 제공하여 콘크리트에 혼화되었을 때 방수성, 내열성 및 내마모성을 증대시키도록 구성된 아크릴 폴리머를 이용한 고성능 콘크리트 혼화제 조성물에 있어서;
    상기 시드 폴리머 혼합물은 부틸 프롭-2-에노에이트 20-40중량%, 암모니움 퍼설페이트(ammonium persulfate) 0.1-0.5중량%, 소디움 테트라피로포스페이트(sodium tetrapyrophosphate) 0.2-0.5중량% 및 나머지 에테닐 아세테이트로 조성되고;
    상기 유화제 폴리머 혼합물은 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트 10-30중량%, 프롭-2-에노익산(prop-2-enoic acid) 1.0-5.0중량%, 암모니움 퍼설페이트(ammonium persulfate) 0.1-0.5중량%, 소디움 알킬 벤젠 설포네이트(sodium alkyl benzene sulfonate) 0.2-0.5중량%, 소디움 하이드록사이드(sodium hydroxide) 0.1-0.5중량%, 하이드로겐 퍼옥사이드(hydrogen peroxide) 0.1-0.3중량% 및 나머지 부틸 프롭-2-에노에이트로 조성된 것을 특징으로 하는 아크릴 폴리머를 이용한 고성능 콘크리트 혼화제 조성물.
  2. 중합반응전 입자 크기가 500-1000Å의 폴리머 중심부를 만들기 위해 일반 중합반응기에 부틸 프롭-2-에노에이트 30중량%, 에테닐 아세테이트 69중량%, 암모니움 퍼설페이트 0.3중량%로 구성된 주 모노머 조성물을 반응기 내에 투입하는 제1단계;
    반응기의 온도를 78℃로 승온하면서 암모니움 퍼설페이트 0.2중량%, 소디움 테트라피로포스페이트 0.5중량%를 동시에 투입하면서 4시간 동안 1차 시드 폴리머의 중합반응을 시작하는 제2단계;
    1차 시드 폴리머 중합반응 4시간 후, 1차 폴리머의 외곽부 반응을 유도하도록 부틸 프롭-2-에노에이트 77중량%, 메틸 2-메틸프롭-2-에노에이트 20중량%로 구성된 주 모노머 조성물을 각각 5시간에 걸쳐 균일한 투입하고, 프롭-2-에노익산 2.0중량%는 반응 종료 2시간 전에 투입하는 제3단계;
    2차 폴리머의 외곽부 반응을 유도하도록 암모니움 퍼설페이트 0.2중량% 및 소디움 알킬 벤젠 설포네이트 0.4중량%를 주 모노머 투입과 동시에 2차 중합시간 동안 병행 투입하는 제4단계;
    반응 종료 30분 전 하이드로겐 퍼옥사이드 0.2중량%를 투입하여, 중합 반응을 종결하는 동시에, 상온으로의 냉각과정에서 소디움 하이드록사이드 0.2중량%를 투입하여 중합된 폴리머의 설계된 산도로 적정하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아크릴 폴리머를 이용한 고성능 콘크리트 혼화제 제조방법.
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