기 술 자 료 초속경 폴리우레아 수지 (POLYDO KPU-300A/B) 국도화학주식회사 http://www.kukdo.com polydo@kukdo.com Tel:02)3282-1566 Fax:02-3282-1588
초속경 폴리우레아 수지 1. 폴리우레아 스프레이 탄성체란 무엇인가? (1) 말단에 1 급 아민을 갖고 있는 폴리에테르와 이소시아네이트와의 반응생성물이다. (2) 상업화된 고압, 고온의 충돌혼합 스프레이 기계로 탄성도막( 스프레이 탄성체) 을 만들 수 있다. (3) 폴리에테르아민(Polyetheramine) 을 원료로 사용한다. (4) 이 수지는 100% 고형분으로 휘발분이 전혀 없다. 2. 폴리우레아 스프레이 탄성체의 이론 및 개념 가. 이 론 (1) 수년 전에 폴리우레아 스프레이 탄성체 기술에 대한 이론이 처음 소개되었다. 그 소개 이후로 많은 연구개발을 통해 이 기술에 대한 적용성을 다양화시켜 왔다. 폴리우레아 스프레이 탄성체 수지는 말단에 아민기가 붙은 폴리에테르를 원료로 사용하여 제조하며, 폴리우레탄의 불편요 소인 촉매 사용 없이 반응성과 경화속도가 매우 빠르다. 이 수지는 반응성이 균일하고 습도와 온도의 변화에 큰 영향을 받지 않는다. (2) 제조기술에 변화를 줌으로서 100% 고형분의 방향족 및 지방족 폴리우레아 스프레이 탄성체 수지를 다양하게 제조할 수 있다. 이 수지는 3초의 짧은 겔타임 이내에 혼합되어 경화될 수 있 도록, 빠르고 효과적인 경화 시스템을 필요로 한다. 그래서 2액 혼합 스프레이 기계를 사용하 여 스프레이하며, 폴리우레아 스프레이 탄성체의 원료들을 혼합하고 도장하는 데에는 이와 같 은 특수 스프레이 기계를 필히 사용하여야 한다. (3) 이 수지는 악조건 하에서도 우수한 기계적 물성과 장기간에 걸친 내구성을 갖고 있다. 이 수지 를 코팅재로서 샌드블라스트 또는 프라이머로 처리된 철판, 알루미늄, 콘크리트 등의 다양한 피착물에 시공할 경우 우수한 접착력을 보여준다. 철판에 코팅된 폴리우레아수지를 염수분무 에 노출시키거나, 염수에 침적시켰을 때 양호한 방식성을 보여주며, 또한 이 수지의 수증기 투 과율도 우수하다. (4) 폴리우레아 수지에 대한 새로운 기술개발로 방향족 및 지방족 폴리우레아 스프레이 탄성체를 여러 가지 상업적 응용분야에 폭넓게 적용할 수 있으며, 콘크리트, 섬유, 금속, 목재 그리고 폼 재코팅 등이 이 응용분야에 속한다. 나. 개 념 (1) POLYDO KPU series 의 원료는 이소시아네이트 프리폴리머와 특수혼합 아민이며, 혼합아민은 말단에 아민기가 붙은 수지와 말단에 아민기가 붙은 쇄연장제(chain extender) 로 제조된다. 그래서 이 수지의 반응성은 매우 빠르며 초속경화형이다. 이 수지에 사용되는 혼합아민은 경화 2쪽
후 낮은 수준의 수증기 투과율(moisture vapor transmission rates) 을 갖도록 하는 고분자 골 격을 갖고 있다. 1 급 아민을 사용하므로 촉매가 필요 없고, 이 아민은 이소시아네이트와 빠르 고 균일하게 반응한다. (2) 폴리우레아 스프레이 기술의 성패 여부는 시공방법과 스프레이 기계에 달려있다. 2액을 적절 하게 혼합하고 도장하기 위해 고압, 고온의 충돌혼합 스프레이 기계가 필요하다. 최상의 스프 레이 성능을 발휘하는 기계는 미국 GUSMER 사의 뿜칠기(proportioner) 와 스프레이 건( 스프레 이 gun) 이다. 폴리우레아 수지를 스프레이 하는 과정에서 스프레이 건 혼합실 내의 초기 혼합 점도와 각 액의 점도를 알맞게 조절하는 것이 중요하며, 고온 고압을 사용함으로서 수지의 초 기 점도를 감소시키고, 일정한 스프레이 형태로 혼합된 원료를 도장하는데 도움을 준다. 3. 폴리우레아 스프레이 탄성체의 역사 (1) 1981년 - Texaco Chemical Co. 에서 폴리우레아 RIM이 탄생 (2) 1983년 - Hybrid 폴리우레아 스프레이 System이 평가받음 (3) 1986년 - 최초로 폴리우레아 스프레이 system 이 생산 : 폴리우레아 스프레이 foam의 코팅재 (4) 1987년 - 최초로 폴리우레아 스프레이 formulation을 발표 (5) 1988년 ~ 1989년 - 최초로 폴리우레아 스프레이 system을 상업화 (6) 1989년 - 지방족 폴리우레아 스프레이 기술을 개발 (7) 폴리우레아 스프레이에 대한 13가지 기술자료 발간 및 15개 US특허 획득 4. 폴리우레아 스프레이 탄성체의 장점 (1) 무촉매의 초속경화형이다. 스프레이 후 3~5초 내의 겔타임을 가지므로 경사면과 수직면에서 도 흘러내림 없이 스프레이할 수 있으며 지촉건조 시간이 30 초 이내이다. (2) 시공하는 동안에 물과 온도의 영향을 거의 받지 않으며, 기후변화, 습기, 열, 냉기 등의 영향을 적게 받는다( 시공 가능 온도 : -40 ~ +135 ). (3) 2액형의 100% 고형분이다. 용제 또는 희석제 사용 없이 1:1 부피비로 스프레이 시공을 할 수 있다. (4) 다양한 물성을 갖는 탄성체와 연질형에서 경질형의 탄성체까지 제조할 수 있다. (5) 인장강도, 신율, 내마모성, 접착력 등을 포함한 우수한 물리적 성질을 갖고 있다. (6) 177 까지의 온도에서도 높은 열안정성을 보여 준다( 주로 방향족 폴리우레아 수지). (7) 색상과 광안정성(light stability) 을 향상시킬 수 있는 안료 배합을 할 수 있다. 특히 지방족 폴 리우레아 수지는 옥외에 적용할 수 있도록 (8) 촉매를 사용하지 않기 때문에 반응성이 균일하다. UV 에 대한 장기간의 안정성을 갖고 있다. (9) 스프레이공법, Pour 공법, RIM(Reaction Injection Mould) 공법 등으로 시공할 수 있다. (10) 스프레이 기계를 사용하여 손쉽게 시공할 수 있다. (11) 유리섬유와 병용하여 강화플라스틱 제품을 만들 수 있다. 3쪽
위와 같은 장점들 때문에 폴리우레아 수지를 산업분야에 적용시 작업자 안전 공정 단축, 생산성 향상, 수익성 제고, 경쟁력 강화 등 여러 가지 측면에서 많은 이점을 창출할 수 있다. 5. POLYDO KPU series의 응용분야 (1) 하수관/ 맨홀 갱생용 코팅재 (2) 공동구(secondary containment) 코팅재 : 콘크리트/geotextile 멤브런스 (3) 파이프 코팅재 : 금속 또는 콘크리트 파이프 (4) Open-Mold 스프레이작업 : 자동차 부품 (5) 목재 씰링재 (6) OSB edge-seal / 외부벽널(exterior siding) (7) 합판코팅 / 농업건축분야 (8) 플라스틱 운반용기(plastic tote) 의 외부코팅재 (9) 지붕방수(roofing) : 금속, 폼재(foam), 목재, 콘크리트 (10)바닥재(floor coating) : 산업시설, 냉동창고, 일반창고 (11)스틸탱크 코팅재 (12)접착제 : 원유저장탱크 등 (13)자동차 내부장식(automotive interior trim) : 계기 및 도어 판넬, 에어백 도어 (14)도로표시용(road marking) 코팅재 : 교통량이 많은 곳 (15)산업구조물 방식 및 보수용 코팅재 (16)해양구조물 방식 및 보수용 코팅재 (17)전자부품 폿팅재(potting) 및 봉지재(encapsulation) (18)덱크(Deck) 코팅재 / 주차장 (19)스치로폴(Expanded Polystylene) 코팅재 (20) Rail Hopper Car( 開 底 式 화차) 라이닝재 (21) Truck Bed( 트럭砲 床 = 토대) 라이닝재 (22)죠인트 실란트 시스템 등 폴리우레아의 다양한 응용성과 시공상의 장점 때문에 상당히 많은 응용분야에 시공할 수 있다. 폴 리우레아 수지를 폴리우레탄, 에폭시, 폴리에스터, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 쉬트 제품 등이 적용되 는 분야를 대신하여 사용할 수 있다. 폴리우레탄, 에폭시 그리고 아크릴계 수지는 최초 코팅 작업 후 재 작업을 하기까지 대개 12 시간 이상, 어떤 경우에는 24 시간이상 요구된다. 그러나 폴리우레아 수지는 빠르고 균일한 반응성을 갖고 있기 때문에 최초 스프레이 코팅 작업 후 1시간에서 3시간이내에 재작업 을 할 수 있다. 또한 -20 의 온도에서도 시공할 수 있다. 폴리우레아 수지의 또 다른 매우 중요한 기술상 특징은 휘발분이 전혀 없는( 無 VOC) 100% 고형분 이다. 시공 중이거나 후에도 증발 또는 증기의 발생 현상이 없고 원료가 표면으로 침출하는 현상도 없 다. 이러한 특징은 폴리우레아 수지를 식품제조 및 그 취급분야에도 제한적으로나마 적용할 수 있다는 것을 의미한다. 4쪽
6. 폴리우레아 수지의 일반 물성 도막 물성 용도 포장 단위 비 고 KPU-100A/B KPU-300A/B KPU-600A/B 경 도 65±5(D Type) 90±10(A Type) 80±10(A Type) 인장강도(kgf/ cm2) 신 장 율 ( % ) 인열강도(kgf/ cm) 200이상 150이상 100이상 50 이하 300±100 600±100 50이상 45이상 40이상 내 후 성(QUV) 6000 시간 노출 후에도 도막의 갈라짐이 없고, 양호한 색상 유지성능 발휘 방 수 - 방 식 상 하수도용 Steel Pipe 바 닥 재 보 수 및 보 강 산업시설, 냉동창고, 일반창고 등 콘크리트, 토목 구조물 지붕 및 옥상방수( 노출 및 비노출) 콘크리트 구조물(PC 관 파이프 등) 중방식용의 선박 코팅제 해양환경하의 철구조물 내산, 내화학성 등이 요구되는 바닥코팅재 ( 원자력 발전소 등) 콘크리트 및 기타 구조물( 진동과 균열이 있는 구조물) 포장단위 (Drum) A/B 액 =216/200kgs 색 상 좌 동 중방식용의 선박 코팅재 유류탱크 및 각종배관 코팅재 기본: 회색, 진녹색, 하늘색 ( 일정량 이상을 주문할 경우 고객이 요구하는 색상을 제조할 수 있음) 좌 좌 동 동 7. 폴리우레아 수지의 일반적인 특성 가. 접착성(adhesion) 폴리우레아 수지는 여러 가지 피착물에 대한 접착력이 우수하다. 이 수지들의 빠른 반응성을 이 용하면 우수한 접착력을 갖는 탄성체를 제조할 수 있다. 폴리우레아수지의 접착력에 영향을 주 는 요인들로는 피착물의 표면조건( 처리), 수지의 처방기술 및 그 반응성 등이 있으며, 시공할 때 이러한 요인들을 참고해야 한다. 지방족 및 방향족 폴리우레아 수지를 피착물에 도장한 다음 ASTM D-4541 방법에 따라 접착력을 측정하였으며 그 결과를 아래 표에 나타내었다. 이 방법을 일명 돌리(dolly) 실험이라 하며, 접착력은 피착물로부터 폴리우레아 코팅재를 제거하는데 필요한 수직의 힘(kgf/ cm2) 으로 표시한다. 코팅재에 힘을 가하는 도중에 가끔 먼저 피착물이 떨어져 나가 거나 코팅재와 돌리를 접착시키는 접착제가 떨어져 나가기도 한다. 피 착 물 건조한 콘크리트 프라이머가 처리된 콘크리트 2mil 블라스트로 처리된 철판 표면이 깨끗한 알루미늄 목 재 접착력, kgf/cm2 27, 피착재 탈락 68, 피착재 탈락 > 136 > 136 17, 피착재 탈락 나. 폴리우레탄, 에폭시와의 물성 비교표 5쪽
특 성 POLYDO 폴리우레탄 에폭시 물성강도 (physical strength) ~ ~ 신 축 율 ( e l o n g a t i o n ) 충격저항 (impact resistance) ~ 내마모성 (abrasion resistance) ~ ~ 접착성 (adhesion to concrete) ~ ~ 양생수축 (cure shrinkage) 투 수 율 ( p e r m e a b i l i t y ) ~ 내자외선 (UV resistance) ~ ~ 크 리 이 프 ( c r e e p ) ~ 내열성 (temperature limit) ~ ~ : 보통 : 좋음 : 우수함 다. 방식성(corrosion protection) 폴리우레아 수지를 금속재에 적용하였을 때 우수한 방식성을 발휘한다. 일반 철판에 폴리우레아 수지를 도장하여 염수분무실험(ASTM B-117) 을 실시하였으며, 또한 2mil블라스트로 처리한 철 판( 프라이머 처리, 무처리) 에도 도장한 후 1,000시간 동안 염수분무에 노출시킨 결과 우수한 방 식성을 발휘하였다. 폴리우레아 수지를 프라이머를 처리하지 않은 일반 철판에 직접 도장하였을 때 더 우수한 방식성을 발휘하였으며, 프라이머 처리가 안된 폴리우레아 코팅 철판을 3,000시간 동안 염수분무에 노출시켜도 방식성은 유지되었다. 기포 (blistering) 부식 (corrosion), mm 접착력, kgf/cm2 시스템의 반응성( 초) 2.5 3.5 프라이머 처리가 않된 철판 발생 안함 발생 안함 우레탄 프라이머 발생 안함 발생 안함 에폭시 프라이머 발생함 발생함 프라이머 처리가 않된 철판 4.0 7.0 우레탄 프라이머 >10 >10 에폭시 프라이머 9.5 8.0 프라이머 처리가 않된 철판 >136 >136 우레탄 프라이머 34 54 에폭시 프라이머 82 75 ASTM B-117 염수분무 실험에서 폴리우레아 수지의 우수한 접착력으로 부식을 막아주었으며, 또한 침적실험에서도 비슷한 결과를 얻었다. 라. 내후성(ultraviolet resistance) 방향족 폴리우레탄은 대개 자외선(UV) 에 노출될 경우 황변 현상이 발생하며, 그 표면이 부수러 지거나 갈라지는 현상이 발생한다. 그러나 방향족 폴리우레아 수지를 UV에 장시간 노출시켰을 때 그 표면이 부스러지거나 갈라지는 현상은 발생하지 않는다. 물론 지방족 폴리우레아 수지를 6쪽
UV 에 장시간 노출시켜도 부스러지거나 갈라지는 현상이 발생하지 않으며, 색상유지 성능도 우 수하다. 실례로 미국에서는 특수한 지방족 폴리우레아 스프레이 탄성체 수지를 자동차 인테리어 용(interior trim) 으로 적용하여 엄격한 자동차 규격테스트를 통과하였으며, 현재 사용중인 PVC 재료는 황변 현상 때문에 이 규격테스트를 통과하지 못하고 있다. 지방족 폴리우레아 수지에 대 한 3 가지의 내후성 실험을 실시해 본 결과는 다음과 같다. (1) QUV 내후성 검사기 : UVB-313전구로 6, 000시간 동안 노출시킨 후에도 도막의 갈라짐이 없 고 양호한 색상 유지 성능을 발휘하였다. (2) 크세논 아크-Heraeus SUNTEST CPS 765w/ m2 : 1, 000시간 동안 노출시킨 후에도 도막의 갈라짐이 없고 양호한 색상 유지 성능을 발휘하였다. (3) 크세논아크 SAE J-1885 1993KJ/ m2 : 도막의 갈라짐이 없고 우수한 색상 유지 성능을 발휘하 였다. 마. 내약품성(chemical resistance) 폴리우레아 수지는 여러 가지 화학약품들에 대해 우수한 내약품성을 갖고 있다. 폴리우레아 스 프레이 탄성체의 내약품성에 영향을 주는 요인들은 수지의 제조처방, 시공방법, 실험실의 온도, 약품에 존재할 수 있는 불순물의 종류와 양 등이며, 시공시나 실험시 이 요인들을 참고해야 한 다. 내약품성 실험에 사용된 수지는 방향족 및 지방족 폴리우레아 수지이며, 실험 목적상 ASTM D-1308 및 ASTM D-3912 방법을 사용하였다. 이 실험은 25 에서 실시되었으며, 실험 종료 단계에서 그 결과를 육안으로 관찰하였다. 이 실험 결과는 폴리우레아 수지를 여러 분야에 시공 할 때 하나의 참고사항으로 이용될 수 있으며, 특수한 분야에 이 수지를 시공할 때는 시공 전에 실제 시공자가 그 적합성을 판단해야 한다. 일단 코팅된 폴리우레아수지가 강산 또는 강용제에 접촉되지 않도록 주의해야 한다. ASTM D-1308 실험방법에 따라 화학약품들을 코팅재 표면 위 에 몇 방울 떨어뜨려 7 일 동안 코팅재 표면과 접촉한 상태로 방치시켰다. 코팅재 표면의 변화를 육안으로 매일 관찰하였으며, 약품의 오염과 증발을 방지하기 위해 시계접시로 덮어두었다. 실험 결과와 사용된 화학약품들을 아래 표에서 알아 볼 수 있다. 7쪽
실 험 약 품 방향족 폴리우레아 지방족 폴리우레아 아 세 톤 브 레 이 크 유 Clorox, 10% 1 Dimethyl formamide 무 연 휘 발 유 헥 산 온 탕 수 2 유 압 유 Jeffamine D-400 메 탄 올 5% 메탄올 / 휘발유 모 타 오 일 1 1 Propylene carbonate 수산화나트륨 황산 5% 10% 25% 50% 1 1 5% 10% 50% Conc. 3 3 5% 아세트산 물 탄성체 표면에 대한 약품의 영향 - (No visible damage) - 약간 표면변화 (Little visible damage) - 다소 변화(Some effect) : 부풀음, 변색, 균열 - 사용 불원(Not recommended) 1 단지 약간의 변색 2 브롬첨가 온탕수 3 24시간 미만 노출 ASTM D-3912 실험은 코팅재를 화학약품 속에 침적시키는 방법이며, 검정색 안료를 배합한 방 향족 폴리우레아 수지를 사용하였다. 이 수지를 2mil 블라스트로 처리된 철판에 도장한 다음, 그 시편의 반 정도를 각각의 약품 속에서 1 년 동안(25 ) 침적시켰다. 그런 다음 이 시편을 약품 속에서 끄집어내어 육안으로 관찰하였다. 실험결과와 사용된 화학약품들을 < 표-8> 에서 알아 볼 수 있다. 8쪽
실 험 약 품 12 개월 浸 漬 노출 메 탄 올 48시간내 약간 부풀음 휘 발 유 약간 표면 변화, 디 젤 유 톨 루 엔 24시간내 약간 부풀음 MTBE 약간 표면 변화 % MTBE/ 휘발유 약간 표면 변화 모 타 오 일 약간 표면 변화, 유 압 유 약간 표면 변화, 물 10% NaCl/물 2-Methylbutane 황산(Sulfuric Acid) 염산(Hydrochloric Acid) 실온 82, 14 日 실온 50, 14 日 5% 10% 3%, 50, 14 日 5% 10% 인산(Phosphoric Acid) 10% 수산화암모늄(Ammonium Hydroxide) 수산화나트륨(Sodium Hydroxide) 수산화칼륨(Potassium Hydroxide) 10% 20% 10% 20% 50% 약간 표면 변색, 1%, 50, 14 日 약간 표면 변색, 10% 20% 약간 표면 변색, 바. 내방사능성 폴리우레아 수지는 원자력 발전소 등의 내방사능 코팅재로 적합하다. 8. 작업 조건 가. 현장 조건 (1) 방수재에서 발생되는 분진 및 가스가 쌓이는 것을 방지하고 도막이 완전하게 건조될 때까지 적 당한 환기를 해야 한다. (2) 대기( 분위기) 온도는 작업에 크게 영향을 미치지 않는다. -20~40 (3) 바탕면의 온도는 0 이상을 유지한다. (4) 바탕면의 함수율을 측정하여 규정된 함수율(8% 이하) 에 적합한지 확인한다. (5) 바탕면의 모든 먼지와 오물, 쓰레기를 제거한다. 9쪽
나. 기계 조건 폴리우레아 수지를 알맞게 혼합, 시공하기 위해서 고압 뿜칠기(proportioner) 와 스프레이 건 또 는 푸어 건(pour gun) 이 필요하다. 다음과 같은 Gusmer사의 장비를 사용하여 우수한 결과를 얻 었다 (1) Gusmer Model H-3500 또는 INTERGUN의 HD-245 (2) Gusmer Model GX-7 고압 스프레이 건 (3) Gusmer Model AR-C 고압 푸어 건 (4) 토출량 : 2 kg/min ~ 10 kg/min (5) 유 압 : 27 ~ 37kgf/cm2 (6) 토출압 : 136 ~ 204kgf/cm2 (7) 원액온도 : 20 이상 (8) 배합비( 부피비) : 1:1 이송펌프 이송펌프 2 액 충돌혼합 스프레이 건 주제(이소시아네이트 성분) 경화제(특수혼합 수지) 충돌혼합 스프레이 기계 예비히터 충돌혼합 스프레이 개념도 10쪽
9. 사용할 때 주의사항 (1) A 액은 공기중의 수분하고 반응하여 경화되므로 사용 후 질소 충진 후 보관해야 한다. (2) 제품과 함께 제공되는 MSDS 를 참고하십시오. (3) 밀폐된 공간에서 작업할 때는 신선한 공기 공급장치를 사용하고 보호구를 필히 착용해야 한다. 10.저장 방법 (1) 밀봉하여 25 이하의 냉암소에 보관하여야 하며, 제품을 0 이하에서 보관했다면 사용 전에 충분히 상온 하에 보관 후 사용해야 한다. 제품 용기 내에 습기가 차지 않도록 주의해야 한다. 11.제품의 유효 보관 기간 (1) 생산일로부터 1년 11쪽