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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 정포제의 종류에 따라서 폴리우레탄폼 지수제를 제조 후 전개 방사형 주사 전자 현미경(FE-SEM)를 이용하여 cell 구조를 분석하고 흡수량을 측정하여 내수성이 향상시키기 Close cell 시스템의 비중 높인 우레탄 폼 지수제를 제조하여 건축 및 토목 구조물의 누수 현장에 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. Fig.
제안 방법
- 본 연구는 내수성이 향상된 폴리우레탄 폼 지수제를 제조하기 위하여 Table 1과 같은 특성을 가지고 있는 Air Products사의 실리콘계 정포제 6종과 Fig. 3의 화학구조를 갖는 폴리이서폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 메틸렌디이소시아네이트, 이소프론디이소시아네이트 등의 원료를 사용하여 폴리우레탄 폼 프리폴리머를 합성하고, 발포제로는 물을 사용하여 발포 시킨후 전개 방사형 주사 전자 현미경(FE-SEM) 측정으로 open cell 및 close cell 구조를 확인한다. 또한, 30일간 수중 침지 후 물의 흡수량을 측정하여 cell 구조 변화에 따른 내수성을 확인하여 가장 우수한 지수제를 선정한다.
- 3의 화학구조를 갖는 폴리이서폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 메틸렌디이소시아네이트, 이소프론디이소시아네이트 등의 원료를 사용하여 폴리우레탄 폼 프리폴리머를 합성하고, 발포제로는 물을 사용하여 발포 시킨후 전개 방사형 주사 전자 현미경(FE-SEM) 측정으로 open cell 및 close cell 구조를 확인한다. 또한, 30일간 수중 침지 후 물의 흡수량을 측정하여 cell 구조 변화에 따른 내수성을 확인하여 가장 우수한 지수제를 선정한다. 이들 cell의 내수성능검증을 위해 콘크리트 구조물을 모사한 300 × 300 × 55 ㎜ 의 콘크리트 블록을 활용하여 방수성능을 확인하였다.
- 본고에서 합성된 우레탄 폼 지수제 중에서 물과 프리폴리머의 배합비율이 1:10인 DC-193의 시료를 대상으로 방수성능을 확인하기 위하여, Fig. 7과 같이 현장을 대체한 300 × 300 × 55 ㎜의 콘크리트 블록 단면에 우레탄 폼을 발포한 시험체 2기와 콘크리트 구조물의 균열을 모사하여, Fig. 8과 같이 동일한 콘크리트 블록 2기의 간격을 15 ㎜로 하고, 15 ㎜ 사이에 우레탄 폼을 발포하여 2기의 콘크리트 블록을 접합하였다.
- 실리콘계 정포제의 특성에 따른 폴리우레탄 폼 지수제의 cell 구조와 흡수량 변화를 알아보기 위하여 6종의 정포제를 사용하여 폴리우레탄 폼 지수제를 제조하여 실험한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 정포제의 종류에 따라 폴리우레탄 폼 지수제의 FE-SEM를 측정하기 위하여 Fig. 6과 같이 폴리우레탄 폼 프리폴리머를 물을 사용하는 수화 발포 방법으로 샘플을 제작하여 JEOL사의 JSM-7600 FE-SEM으로 진공상태에서 수행하였다.
대상 데이터
- 2.1.2에서 합성한 폴리우레탄 프리폴리머를 Air Products사의 실리콘계 소포제인 DC-193, -198, -2585, -5043, -5125, -5598의 정포제를 사용하였고, 물을 넣어 물리적/화학적 발포를 유도하였다. Table 3과 같은 배합비율로 혼합/교반하여 기포가 형성된 폼을 제조하였다.
- 본 연구는 내수성이 향상된 폴리우레탄 폼 지수제를 제조하기 위하여 Table 1과 같은 특성을 가지고 있는 Air Products사의 실리콘계 정포제 6종과 Fig. 3의 화학구조를 갖는 폴리이서폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 메틸렌디이소시아네이트, 이소프론디이소시아네이트 등의 원료를 사용하여 폴리우레탄 폼 프리폴리머를 합성하고, 발포제로는 물을 사용하여 발포 시킨후 전개 방사형 주사 전자 현미경(FE-SEM) 측정으로 open cell 및 close cell 구조를 확인한다.
- 정포제로는 산업현장에서 사용이 가장 많은 Air Products사의 실리콘계 소포제인 DC series 6종을 사용하였다.
- 폴리우레탄 프리폴리머 합성에 사용된 폴리올은 평균 분자량이 1,000～3,000, 산가(mgKOH/g) 0.03이하인 한국포리올(주)의 polyetherpolyol로 폴리우레탄 폼 지수제에 일반적으로 사용하는 것을 그대로 사용하였으며, 사용하기 전에 수분을 측정하여 0.05%이상인 경우는 100°C에서 진공 탈수하여 수산기가를 측정하여 정량적으로 당량비를 계산하여 사용하였으며, Isocyanate는 isopronediisocyanate, tolene diisocyanate(TDI-80/바스프), Methylene diphenyl diisocyanate(M-200/금호미쓰이)를 상온에서 보관하여 사용하였다.
이론/모형
- 발포율은 발포 전 액상의 높이를 측정하고, 발포 후 품 증의 높이의 차이를 계산하였고, 기계적 물성을 확인하기 위해 KSF 6518의 시험방법을 인용하여 표준상태에서 1시간 이상 방치한 후 만능재료시험기에 물림 간격이 60 ㎜가 되도록 시험체를 설치하고, 1 ㎜/min의 인장 속도로 시험체가 파단 될 때가지 인장하였다. 동일한 시험체를 대상으로 168시간 수중에 침치 후 인장강도 비(%)를 측정하였다.
- 수화 발포 방법으로 제작한 샘플을 각각 30일간 수중 침지 후 물의 흡수량을 측정하여 cell 구조 변화에 따른 내수성 비교를 KS F 2622의 규격을 인용하여 시행하였다.
성능/효과
- 1) 실리콘 정포제의 실록산 주사슬 말단에 PO = n개가 결합되어 있는 DC-193, DC-2585, DC-5125, DC-198의 cell 구조는 close cell로 확인이 되었고, 실리콘 정포제의 실록산 주사슬 말단에 EO = n개가 결합 되어 있는 DC-5043과 DC-5598은 open cell 구조로 나타났다.
- 2) Cell 구조 변화에 따른 흡수량 에서는 close cell의 크기가 가장 세밀하고 균일한 DC-193의 흡수량이 작은 결과를 나타내었고, 내수성도 가장 우수한 것으로 나타났으며, open cell의 크기가 상대적으로 크게 형성된 DC-5043의 흡수량이 높은 것으로 나타났다.
- 3) 콘크리트 블록의 단면을 절단하여 관찰한 결과 우레탄 폼을 단면에 도포한 시험체와 토양을 덮어 간접적으로 물에 노출한 시험체의 블록 내부에서는 수분 침투 흔적이 없음을 확인하였다.
- 5) 따라서, 본 연구에서 개발 중인 우레탄 폼 지수제의 방수성능이 양호한 것으로 판단된다.
- Fig. 20과 같이 30일간 수중 침지 후 물의 흡수량을 측정하여 cell 구조 변화에 따른 내수성 변화를 분석한 결과는 Table 4와 같이 FE-SEM측정 결과 close cell의 크기가 가장 세밀하고 균일한 DC-193의 흡수량이 작은 결과를 나타내어 내수성이 가장 우수한 것으로 나타났으며, open cell의 크기가 가장 크게 형성된 DC-5043의 흡수량이 가장 많은 것으로 나타났다.
- 4 kgf/㎠과 신장률은 각각 32, 11, 33, 13%이며, 발포율은 각각 3000, 1800, 300, 1900으로 나타났으며, 168 hr 수중침지 후 인장강도는 75, 34, 80, 39%로 close cell과 open cell의 특징을 알 수 있는 물성결과를 확인하였다. 기존 제품인 DC-2585와 전체적인 물성이 우수한 DC-193과 비교한 결과 발포율이 300% 낮은 것으로 단단한 미세기포가 다수 존재하는 것으로 판단되며, 이들이 인장강도와 신장률, 내수성능의 물성을 향상시킨 것으로 판단된다.
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