KR20100008481A

KR20100008481A - 흡수성 아스팔트 방수접착제의 조성물과 제조방법

Info

Publication number: KR20100008481A
Application number: KR1020080068982A
Authority: KR
Inventors: 강호근; 장은종; 한경덕
Original assignee: 극동유화주식회사; 한경덕
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2010-01-26

Abstract

본 발명은 접착성, 지수성(방수성), 내구성, 내마모성, 영구 탄성 등 물리화학적 물성을 우수하게 개선한 흡수성 아스팔트 방수접착제 조성물과 그 제조방법에 관한 것이다. 상세하게는 5~60 중량%의 석유계 아스팔트, 1~20 중량%의 흡수성 고분자 수지, 5~20 중량%의 우레탄 고무, 20~50 중량%의 표면처리된 반응성 무기 충전제 및 1~20 중량%에 해당하는 이소시아네이트계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수성 아스팔트 방수 접착제의 조성물과 그 제조방법에 관한 것이다.

아스팔트, 우레탄고무, 무기충전제, 방수접착제

Description

흡수성 아스팔트 방수접착제의 조성물과 제조방법{Waterproof asphalt adhensive composition and producing method of the same}

본 발명은 접착성, 지수성(방수성), 내구성, 내마모성, 영구 탄성 등 물리화학적 물성을 우수하게 개선한 흡수성 아스팔트 방수접착제의 조성물과 그의 제조방법에 관한 것이다.

현재 생산되는 아스팔트 방수제는 아스팔트를 석유계 용제에 혼합 용해 후 수화팽윤성 벤토나이트를 물리적인 방법으로 혼합제조하거나, 미국특허 제2,277,286호 와 같이 수화팽윤성 벤토나이트를 수화팽윤시켜 방수제로 사용하고, 미국특허 제4,279,547호와 같이 유용성 고분자 개질제를 수화팽윤성 벤토나이트와 혼합 제조하거나, 대한민국 특허출원공개 제97-3956호와 같이 고팽윤성 벤토나이트에 수용성 고분자 수지를 혼합제조 하였다.

이러한 방법에 의해 제조된 방수제는 수화팽윤성 벤토나이트의 불안정한 분포와 벤토나이트의 비접착 성능 때문에 접착력 불량의 문제가 있고 장기간 저장시나 고온 저장시는 방수성능 불량현상이 발생한다.

이런 점을 개선하기 위해 대한민국 특허출원 10-2003-0084420에서는 아스팔트 화합물과 고무접착제, 천연광물질 섬유 등으로 이루어진 방수용 아스팔트 접착제 조성물에 대해 제시한다. 또한 대한민국 특허출원 10-2005-0097364에서는 아스팔트, 폴리우레탄수지, 무기충전제 등으로 이루어진 아스팔트-폴리우레탄 수지를 이용한 접착제 조성물을 제공한다. 그러나 이 경우에는 구성물들을 단순히 물리적으로 혼합되어 제조한 것으로, 접착력 불량과 방수성능의 한계는 여전히 존재한다.

본 발명의 목적은 석유계 아스팔트, 이소시아네이트계 화합물, 흡수성 고분자 수지 및 표면처리된 반응성 무기재료를 단순히 물리적으로 혼합하는 것이 아니라, 각 조성물의 기능성 분자구조와 디이소시아네이트 모노머를 우레탄반응으로 균일상의 폴리머메트릭스화하는 화학적 반응을 통해 접착성, 내마모성, 내구성, 내노화성, 영구 탄성 등 물리화학적 물성을 우수하게 개선한 흡수성 아스팔트 방수접착제용 조성물과 이의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 무기충전제의 표면처리로 무기충전제의 수지와의 상용성과 분산성을 개선해 궁극적으로 접착제의 물리적 특성을 보다 효율적으로 높인 흡수성 아스팔트 방수접착제용 조성물을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 흡수성 고분자 수지의 첨가로 한층 더 우수한 방수성을 갖는 흡수성 아스팔트 방수접착제용 조성물을 제공하고자 하는 것이다.

5~60 중량%의 석유계 아스팔트, 1~20 중량%의 흡수성 고분자 수지, 5~20 중량%의 우레탄 고무, 20~50 중량%의 표면처리된 반응성 무기 충전제 및 1~20 중 량%에 해당하는 이소시아네이트계 화합물를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수성 아스팔트 방수 접착제의 조성물을 제공한다.

또한, 다음 단계로 이루어지는 상기의 조성물의 제조방법을 제공한다.

5~60 중량%의 석유계 아스팔트와 석유계 용매 10~50 중량%, 흡수성 고분자 물질 1~20 중량%를 혼합해 용해 후, 1~20 중량%에 해당하는 이소시아네이트계 화합물을 첨가해 유리 이소시아네이트의 양이 이론값의 40~60 중량%가 되는 시점까지 25~40℃에서 반응을 진행하는 1차 반응 단계;

상기의 1차 반응 생성물에 표면 처리된 반응성 무기 충전제를 20~50 중량% 혼합하고 유리 이소시아네이트의 양이 이론값의 10~20 중량%가 되는 시점까지 실온 반응을 진행하는 2차 반응 단계;

상기의 2차 반응 생성물에 5~20 중량%의 우레탄 고무를 혼합 분산하여 25~55℃에서 가교 반응 진행 후 유리 이소시아네이트가 존재하지 않고 균일 용액화 될 때까지 반응을 진행하는 3차 단계.

본 발명에 의하면 아스팔트의 방수성과 흡수성 고분자 수지의 흡수팽창성, 우레탄고무의 탄력성 및 무기재료의 내열성, 내후성이 발휘된 방수접착제가 제조된다. 이 방수 접착제는 콘크리트,시멘트,철구조물에 도포시 방수, 지수, 방식, 방청성이 탁월하여 건물의 내구력을 보강하는 경제성 있는 토목건축 재료이다.

그리고 무기충전제의 표면처리로 무기충전제의 수지와의 상용성과 분산성을 개선해 궁극적으로 접착제의 물리적 특성을 보다 효율적으로 높이는 효과가 있다. 특히 건축물 표면에 도포 후 방수시트를 부착시 접착되는 접착제로 쓰일 수 있다. 이때 갈라진 내부(습윤면)에서 수분이 침투하면 흡수성 고분자 수지가 가지는 수분의 흡수 팽윤성으로 이 수분을 흡수하고 팽윤하므로 지수효과와 방수효과를 동시에 가지므로, 접착강도 향상 및 누수 방지 효과가 매우 우수하다.

5~60 중량%의 석유계 아스팔트, 1~20 중량%의 흡수성 고분자 수지, 5~20 중량%의 우레탄 고무, 20~50 중량%의 표면처리된 반응성 무기 충전제 및 1~20 중량%에 해당하는 이소시아네이트계 화합물을 포함에 해당하는 이소시아네이트계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수성 아스팔트 방수 접착제의 조성물을 제공한다.

본 발명에서의 석유계 아스팔트는 25℃의 침입도가 100~400이고, 60℃의 동점도가 0.001~1.0㎡/s의 범위를 갖는 아스팔트를 사용하는 것이 바람직하다. 이 아 스팔트는 석유제품의 최종 물질이므로 경제적인 측면에서 유리한 이점이 있고, 방수 기능을 한다. 단, 너무 많이 첨가할 경우 최종 물성에서 신율이 좋지 못한 결과를 초래할 수 있으므로, 5~60 중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서의 이소시아네이트계 화합물은 이소포론디이시아네이트(IPDI), 메칠렌디이소시아네이트(MDI), 핵사메칠렌디이소시아네이트(HMDI), 이소프론디이소시아네이트(IPDI) 등과 이들의 2종 이상의 혼합물이 가능하다.

이것은 경화제로써 역할을 하고, 1~20 중량%를 투입한다.

본 발명의 우레탄 고무는 네오프렌고무, 폴리부타디엔고무, 스틸렌부타디엔고무, 폴리아크릴로나이트릴고무, 폴리우레탄고무, 페놀변성로진 중 선택해서 첨가할 수 있다. 아스팔트에 탄성, 신축성을 부여하고 형상 유지 기능도 한다. 우레탄 고무의 첨가비율은 5~20 중량%가 바람직하다.

본 발명에서의 흡수성 고분자 수지는 전분-아크릴로나이트릴 그라프트 공중합체, 셀루로즈-아크로나이트릴의 그라프트 공중합체, 아크릴산과 폴리비닐 블록공중합체 중 선택해서 사용할 수 있다. 흡수성 고분자 수지란 물에 대한 흡수능이 매우 좋고, 동시에 외압을 가해도 흡수한 물을 거의 방출하지 않는 성질을 갖는 고분자 수지를 말한다. 이 흡수성 고분자 수지는 흡수한 물에 의해 순간적으로 팽윤되어 겔화 되는 성질을 갖기 때문에 본 발명에서 이것은 누수를 막는데 획기적인 보 완 작용을 한다. 1~20 중량% 범위를 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명에서의 무기 충전제는 실란계 커플링제로 표면처리된 것으로, 산화티타늄, 실리카, 탄산칼슘, 마이카, 탈크, 규회석, 벤토나이트 등에서 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 것을 첨가할 수 있다. 이 무기 충전제는 최종제품의 내구성 및 내열성을 개선하는 작용을 한다. 이것을 너무 적게 첨가하면 내구성 및 내열성 향상이 미미하고, 너무 많이 첨가하면, 접착제의 접착성이 떨어진다. 따라서 20~50 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.

이때 이 무기충전제들은 단순히 첨가, 혼합하면 충전제와 수지와의 상용성이 좋지 않은 문제가 있기 때문에 무기충전제의 수지와의 상용성과 고른 분산성을 위해 실란계 화합물인 커플링제로 표면 처리하는 것이 중요하다. 상기 실란 화합물은 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane; TMOS), 테트라에톡시실란

(tetraethoxysilane; TEOS), 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxy silane),메틸트리에톡시실란(methyltriethoxy silane), 아미노프로필트리메톡시실란(Aminopropyltrimethoxy silane)중 선택한 일종 또는 이종 이상의 것을 사용가능하다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 아래와 같은 제조방법을 제공한다.

(1차 반응단계)

석유계 아스팔트 5~60 중량%와 석유계 용매 10~50 중량%, 전분-아크릴로나이트릴, 셀루로즈-아크릴로나이트릴의 그라프트 공중합체, 아크릴산과 폴리비닐 블록공중합체 중 선택된 1종의 흡수성 고분자 물질 1~20 중량%를 혼합해 용해 후, 1~20중량%의 이소시아네이트를 첨가해 유리 이소시아네이트의 양이 이론값의 40~60 중량%가 되는 시점까지 25~40℃에서 반응을 진행한다.

상기의 석유계 용매는 등유, 경유, 솔벤트 미네랄 오일 등 일반적인 석유계 용매를 사용 가능하다. 이 석유계 용매는 아스팔트의 점도 조절의 기능을 하고, 분산성을 용이하게 한다.

디이소시아네이트의 R-NCO의 구조 중 NCO(이소시안산형 구조)는 습식 분석 방법으로 정량분석이 가능하고 이때 반응 초기의 NCO의 정량 분석값을 이소시아네이트의 이론값이라고 한다. 반응 중에 측정한 NCO의 정량 분석값을 초기의 NCO이론값에 대한 비율로 확인하여 반응의 단계를 결정한다. 이렇게 단계별로 반응을 진행함으로써 본 발명이 목적하는 우레탄 반응을 통한 아스팔트 접착제의 물성을 향상을 유도할 수 있다.

(2차 반응단계)

1차 반응 생성물에 표면 처리된 반응성 무기 충전제를 20~50 중량% 혼합하고 유리 이소시아네이트의 양이 이론값의 10~20 중량%가 되는 시점까지 실온 반응을 진행한다. 이때 무기 충전제는 실란계 커플링제로 표면처리를 한 산화티타늄, 실리카, 탄산칼슘, 마이카, 탈크, 규회석, 벤토나이트 등에서 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물을 사용한다.

(3차 반응 단계)

2차 반응 생성물에 네오프렌고무, 폴리부타디엔고무, 스틸렌부타디엔고무,폴리아크릴로나이트릴고무, 폴리우레탄고무, 페놀변성로진 중 선택된 일종 또는 이종 이상인 우레탄 고무를 5~20 중량%로 혼합 분산하여 25~55℃에서 가교 반응 진행 후 유리 이소시아네이트가 존재하지 않고 균일 용액화 될 때까지 반응을 진행한다.

본 발명의 접착제 조성물은 그 자체로도 사용 가능하고, 특히 내열성 및 내구성을 향상시키기 위해 시공시 폴리이소시아네이트 화합물을 첨가하여 사용할 수도 있다. 이로써 방수 접착제의 사용 용도나 시공 조건에 따라 적합한 물성으로 유연한 사용이 가능하다. 이때 이 폴리이소시아네이트 화합물의 배합량은 접착력의 관점에서 흡수성 아스팔트 접착제 100 중량부에 대해 폴리이소시아네이트 화합물 3~15 중량부, 더욱 바람직하게는 5~10 중량부로 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는 다음과 같다. 단, 이것은 발명의 구현을 위한 예시이고, 발명의 기술사상을 실시예로 한정하는 것은 아님은 당업자의 입장에서 자명하다.

실시예1. 흡수성 아스팔트 방수접착제 조성물의 제조

(1차 반응 단계)

도로포장용 아스팔트(아스팔트 시멘트) 500g, 미네랄오일 500g , 전분-아크릴로나이트릴의 그라프트 공중합체 100g을 3구 스텐레스 반응기에 넣고 50℃에서 서서히 용해, TDI(toluenediisocyanate) 50g을 넣고 아스팔트와 반응하도록 25~40℃에서 3시간 유지하여 유리 이소시아네이트의 양이 정량분석을 통해 이론값의 50% 로 될 때 반응 정지한다.

(2차 반응 단계)

별도의 스텐레스 반응기에 아미노프로필트리메톡시실란(Aminopropyltrimethoxy silane) 10g을 미네랄 오일 500g에 희석한 후 200mesh 유기 벤토나이트 분말 500g을 넣고 3시간 분산하며 표면 처리한 다음, 상기의 1차 반응 용액을 교반하면서 이 표면처리된 유기 벤토나이트를 서서히 혼합 후 유리이소시아네이트가 이론값의 15%가 존재하도록 반응을 진행한다.

(3차 반응 단계)

상기의 혼합용액에 폴리부타디엔 50g을 넣고 40~50℃에서 유리 이소시아네이트가 완전히 반응하도록 한 다음 페놀변성로진 5g을 넣고 균일상태로 하여 합성을 완료한다.

합성 완료된 본 발명 조성물의 특성은 다음과 같다.

외관은 흑색 점조액이고, 비중은 1.4 (25℃)이며, 점도는 16000~28000cps (25℃)이다. 솔벤트 나프타(solvent naphtha), 아로마틱(aromatic) 계 용매에 용해된다.

[비교예1] 기존 아스팔트 방수제의 도포시험

상기의 흡수성 아스팔트 방수접착제와 기존 사용되는 아스팔트 방수제의 비교시험 결과 흡수성 아스팔트 방수접착제가 부착성,내마모성 ,굴곡강도,탄성,내열성, 내노화성이 우수하였고, 갈라진 습윤면에 사용시 접착제의 흡수팽창성으로 인해 접착강도가 우수하였다.

[표 1] 본 발명과 기존의 방수접착제와의 효과 비교

Claims

5~60 중량%의 석유계 아스팔트, 1~20 중량%의 흡수성 고분자 수지, 5~20 중량%의 우레탄 고무, 20~50 중량%의 표면처리된 반응성 무기 충전제 및 1~20 중량%에 해당하는 이소시아네이트계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수성 아스팔트 방수 접착제의 조성물
제 1항 있어서, 흡수성 고분자 수지는 전분-아크릴로나이트릴의 그라프트 공중합체, 셀루로즈-아크로나이트릴의 그라프트 공중합체, 아크릴산과 폴리비닐 블록공중합체 중 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 흡수성 아스팔트 방수 접착제의 조성물.
제 1항에 있어서, 우레탄고무는 네오프렌고무, 폴리부타디엔고무, 스틸렌부타디엔고무, 폴리아크릴로나이트릴고무, 폴리우레탄고무, 페놀변성로진 중 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 흡수성 아스팔트 방수 접착제의 조성물.
제 1항에 있어서, 무기 충전제는 실란계 커플링제로 표면처리된 것으로, 산 화티타늄, 실리카, 탄산칼슘, 마이카, 탈크, 규회석, 벤토나이트 등에서 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 반응성 무기 충전제인 것을 특징으로 하는 흡수성 아스팔트 방수 접착제의 조성물.
제 1항 내지 4항 중 어느 하나의 항의 조성물에 관한 제조방법은:

5~60 중량%의 석유계 아스팔트와 석유계 용매 10~50 중량%, 흡수성 고분자 물질 1~20 중량%를 혼합해 용해 후, 1~20 중량%에 해당하는 이소시아네이트계 화합물을 첨가해 유리 이소시아네이트의 양이 이론값의 40~60%가 되는 시점까지 25~40℃에서 반응을 진행하는 1차 반응 단계;

상기의 1차 반응 생성물에 표면 처리된 반응성 무기 충전제 20~50 중량%를 혼합하고 유리 이소시아네이트의 양이 이론값의 10~20%가 되는 시점까지 실온 반응을 진행하는 2차 반응 단계;

상기의 2차 반응 생성물에 5~20 중량%의 우레탄 고무를 혼합 분산하여 25~55℃에서 가교 반응 진행 후 유리 이소시아네이트가 존재하지 않고 균일 용액화 될 때까지 반응을 진행하는 3차 반응 단계:를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡수성 아스팔트 방수 접착제의 조성물의 제조방법.