KR20020009404A - 로프 형태의 화학 고정 접착제 - Google Patents

로프 형태의 화학 고정 접착제 Download PDF

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Abstract

대형 건축 공사(heavy construction)에 적용했을 때 유용한 화학 고정 접착제(chemical anchoring adhesive)로 로프(rope)의 길이 방향으로 확장하는 경계면을 따라서 연속적으로 접촉하는 제 1 부와 제 2 부를 포함한다. 제 1 부는 레진(resin)을 포함하고, 고점도의 퍼티와 같은 농도(putty-like consistency)를 갖는다. 제 2 부는 경화제를 포함하고, 고점도의 퍼티와 같은 농도를 갖는다. 건축 현장에서 상기 로프는 앵커 핀(anchor pin)이 밀려 들어가는 보링 구멍(borehole)의 깊이에 맞춰 절단되어 슬러그(slug)로 될 수 있다.

Description

로프 형태의 화학 고정 접착제{ROPE OF CHEMICAL ANCHORING ADHESIVE}
본 발명은 완비되어 있고(self-contained), 절단이 가능하며, 길게 늘어진 구부릴 수 있는 로프 형태의 화학 고정 접착제에 관한 것이다. 상기 로프는 작업 현장에서 어떠한 적절한 슬러그(slug) 길이로도 절단되거나 전단될 수 있어서, 현장에서 다양한 깊이와 크기의 보링 구멍(bore hole)에 사용되는 고정 접착제 양의 최적화를 가능하게 한다. 횡단면의 조성(cross-sectional composition)은 로프의 축방향 길이를 따라 대체적으로 균일하다.
혼합하였을 때 서로 반응하고 경화되는 둘 이상의 성분으로 이루어진 화학 고정 접착제가 알려져 있다. 스쿠피안(Skupian) 등에게 허여된 미국 특허(제5,730,557호)는 보링 구멍에 고정물(anchor)을 화학적으로 부착시키기 위한 모르타르 혼합물 캡슐 단위체(mortar mixture capsule unit)를 개시하고 있다. 캡슐은 충전 물질(filler material)과 충전 물질 내에 더 작은 캡슐로 함유된 화학적 결합제 시스템(chemical binder system)을 포함한다. 카트리지(cartridge)가 보링 구멍에 삽입되고 추진기(driving tool)는 고정물을 삽입하는 데 사용된다. 추진기가 고정물을 움직이게 하여, 고정물이 상기의 하우징 캡슐(housing capsule)과 캡슐 내에 함유된 더 작은 캡슐을 파열하는데, 이렇게 되면 화학적 결합제 시스템이 충전제와 서로 상호 작용하고 섞이게 된다. 상호 작용과 혼합으로 결합제 시스템/충전제의 혼합물이 반응하고 경화하는데, 이것에 의해 보링 구멍 내에 고정물을 고정시킨다. 유사한 접착제가 상품명 "HVU"로 힐티 에이지(Hilti AG)에 의해 판매된다.
모엔치(Moench) 등에게 허여된 미국 특허(제5,731,366호)는 자유 라디칼적 중합 반응이 가능한 수지(free-radically polymerizable resin)와 수지와 공간적으로 분리돼있는 자유 라디칼 개시제(free-radical initiator)를 베이스로 하는 화학적 플러깅 화합물(chemical plugging compound)을 개시하고 있다. 상기 공간적 분리는 개시제를 유리나, 젤라틴 또는 셀룰로즈 캡슐에 캡슐화 함으로써 만들어질 수 있다. 상기 플러깅 화합물은 자체로 독립적(self-supporting)이고 저장이 안정한(storage stable)것으로 설명된다.
여러 가지 종래 기술의 화학 고정 접착제는 확실한 단점을 가지고 있다. 첫째 단점은 하나 또는 양 성분 모두 유체이기 때문에 사용 전에 둘러 싸지거나, 캡슐화되거나 그렇지 않으면 포장지에 넣어져야 한다. 그러므로, 작업 현장에 있을 때 보링 구멍에 사용되는 접착제 양이나 하우징 캡슐(housing capsule)의 크기를 변경하는 것이 쉽지 않게 된다. 다시 말하면, 종종 표준보다 크거나 작은 보링 구멍에도 표준 크기의 보링 구멍과 동일한 양의 미리 결정되고, 미리 포장된 접착제가 들어가게 된다.
또 다른 단점은 사용 중에, 특히 고정물이 움직여져 포장이 파열된 후 보링 구멍으로부터 유체인 접착제가 흐르거나 엎질러질 수 있다는 것이다. 이 문제는 보링 구멍의 상부가 아래쪽을 향하고 수직일 때 특히 심각하지만, 보링 구멍이 수평이거나 수평과 상부가 아래쪽인 수직 사이의 각을 이룰 때도 존재한다. 심지어, 접착제가 완전히 유체가 아니어도 종래 기술의 카트리지(cartridges)는 대체로 자기 유지능(self-retentive)이 없다. 즉, 상기 카트리지는 위쪽 보링 구멍에서 떨어질 것이다.
또 다른 단점은 두 성분인 결합제와 충전제가 미리 상호 작용하고 반응하는 것을 막기 위해 사용 전에 완전히 분리돼야 한다는 것이다. 이를 위해 사용된 캡슐화 기술은 상당한 정밀도(precision)와 비용을 필요로 한다. 또한, 결합제를 함유하는데 사용된 더 작은 캡슐이 접착 캡슐이 사용될 때까지 충전제 내에서 균일하게 분산된 채로 있을 것인지에 대한 확신이 없다. 결합제와 충전제가 균일하게 분산되지 않으면 고정물이 균일하지 않게 또는 부적절하게 접착될 수도 있다.
카트리지 접착제는 다른 형태의 종래 기술의 접착제이다. 카트리지 접착제는 분리된 두 부분을 포함하는데, 두 부분은 주입점에 두 부분을 함께 전달하는 2배럴 코킹건(two-barrel caulking gun)을 사용하여 보링 구멍에 동시에 주입되고, 그 때문에 두 부분은 보링 구멍에 들어갈 때 반응을 하게 된다. 카트리지 접착제의 단점은 과다한 포장 폐기물, 코킹 배럴에 남아있는 혼합되지 않고 사용하지 않은 물질로 인한 과다한 접착제 폐기물, 그리고 물질이 수직의 위쪽 보링 구멍으로부터 흘러나오게 되고 수평한 보링 구멍에서는 기울게 되는 불충분한 점도를 포함한다.
본 발명은 완비된 로프 형태인 두 부분으로 된 화학 고정 접착제에 관한 것이다. "로프(rope)"라는 용어는 평균 길이와 평균 직경의 비가 적어도 10:1인 길게 늘어난 어떤 구부릴 수 있는 형태(flexible form)를 말한다. "완비된(self-contained)"이라는 용어는 화학 고정 접착제가 충분히 고점도여서 외부의 힘에 영향을 받지 않는 한 흐르지 않고, 일반적으로 변형되지 않음을 의미한다. 일반적으로, 이것은 접착제가 두꺼운 퍼티와 같은 농도(thick putty-like consistency)와 약 5백만cp(centipoise) 내지 약 5천만cp의 점도를 가질 것을 필요로 한다. 로프는 플라스틱 필름에 포장될 수 있으나, 포장지가 있거나 없이 완비될 것이다.
화학 고정 접착제의 두 부분은 나란히 또는 한 부분이 다른 한 부분을 둘러싸도록 형성되기 때문에 그들 사이에는 경계면이 존재한다. 로프는 축 방향으로 대체로 균일한 조성을 갖는다. 이것은 로프의 길이 방향을 따라 축의 임의의 위치에서 로프의 횡단면을 통해 측정된 제 2 부에 대한 제 1 부의 조성비가 로프의 다른 어떤 축 방향 위치에서의 상기 조성비와 대략 같다는 것을 의미한다. 이는 로프에서 절단된 어떠한 접착제 슬러그도 같은 로프에서 절단된 다른 어떠한 슬러그와 전체적으로 대략 같은 조성을 갖게 될 것을 보장해준다.
접착제의 제 1 부는 수지(resin)를 포함한다. 제 1 부의 점도는 25℃에서 브룩휠드 엔지니어링 사(Brookfield Engineering Co.)에서 제조한 모델(Model) DV-3이라는 브룩휠드 점도계를 이용하여 측정했을 때, 약 5백만 내지 5천만cp 사이의 값이다. 이 점도 범위에서는 확실히 접착제 로프가 생성되고, 모양이 만들어지고, 및/또는 칼로 절단될 수 있으나 흐르지는 않는다. 일 실시예에서 접착제의 제 1 부는 원하는 점도를 얻는데 필요한 비율로 에폭시 레진(예를 들면, 액체 에폭시 레진)과 적어도 하나의 미립자 충전제를 포함한다.
접착제의 제 2 부는 경화제를 포함한다. 제 2 부의 점도는 같은 테스트 장비를 사용해서 측정했을 때 약 5백만 내지 5천만cp 사이의 값이다. 제 2 부의 점도는 제 1 부 점도의 70% ∼ 130% 범위에 들어야 한다. 일 실시예에서 접착제의 제 2 부는 원하는 점도를 얻는데 필요한 비율로 경화제 화합물(curing compound)과 경화 촉진제와 적어도 하나의 미립자 충전제를 포함한다.
두 부분은 두 부분 사이의 심각한 사전 반응(premature reaction)을 일으키지 않고, 하나가 다른 하나에 대해 캡슐화하지 않으며 경계면을 따라 직접적으로 결합되어 있다. 접착제는 접착제의 높은 점도로 인해 두 부분으로 된 접착제는 보링 구멍의 상부가 아래쪽을 향한 수직 보링 구멍, 수평 보링 구멍 또는 수평과 상부가 아래쪽인 수직 사이의 각을 갖는 보링 구멍에서 사용될 수 있고, 보링 구멍으로부터 엎질지거나 흘러나오지 않을 것이다.
제 1 부와 제 2 부는 압출되거나, 압착되거나, 그렇지 않으면 직접적으로 결합된다. 로프는 원통형 또는 직사각형 또는 정사각형 또는 삼각형 또는 다른 적절한 형태일 수 있다. 로프의 길이가 직경에 비해 적어도 10배이면 로프는 적절한 횡단면 직경과 적절한 길이를 가질 수 있다. 포장지가 사용된다면, 플라스틱 필름 또는 금속 호일 또는 종이 등일 수 있다.
로프 형태의 고정 접착제는 보링 구멍의 깊이에 따라 적당한 크기로 절단되거나 전단될 수 있다. 접착제의 적합한 양은 보링 구멍의 깊이로 측정될 수 있는데, 로프의 단부를 보링 구멍에 가능한 한 깊게 삽입하고, 보링 구멍의 상단부에서 로프를 절단하여 보링 구멍의 깊이와 같은 길이를 갖는 슬러그(slug)를 형성한다. 보링 구멍의 깊이가 다양하다면, 접착제는 각 보링 구멍에 대한 최적의 접착제슬러그 양을 제공하도록 작업 현장에서 절단되거나 전단될 수 있다. 그러므로, 상기 접착제 조성물은 모양, 점도, 축 방향의 균일성(axial homogeneity)으로 인해 자기 측정력(self-measuring)과 자기 유지력(self-retaining)을 갖는다. 추진기로부터 전해지는 고정 핀의 회전 및/또는 축 방향 운동으로 인해 보링 구멍에서 두 접착제 부분의 혼합과, 고정 핀과 보링 구멍의 벽 사이에서의 경화가 일어난다.
상술한 바를 상기하건대, 개구부(opening)가 아래로 향해 있거나 수평인 보링 구멍으로부터 엎질러지지 않고 사용될 수 있는 고점도이고, 두 부분으로 된 로프 형태의 고정 접착제를 제공하는 것이 본 발명의 특징이며 장점이다.
대형 건축 공사(heavy construction)에 적용했을 때 일관된 고품질의 고정력(anchoring force)을 제공하며, 작업 현장이나 작업 현장에 들어가기 전에 임의의 원하는 길이로 절단될 수 있는, 접착제의 축 길이 방향에 따라 일관된 조성을 갖는 두 부분으로 된 고정 접착제를 제공하는 것도 본 발명의 특징이며 장점이다.
상술한 그리고 그 외의 특징과 장점은 다음에 상술되는 현재로서는 바람직한 실시예와 그에 관련되어 수반되는 도면과 예로부터 더욱 명확해 질 것이다. 상기 상세한 설명, 도면 및 예는 제한하는 것이 아니라 실 예가 되는 것이며, 본 발명의 범위는 첨부한 청구항과 그것의 동등물에 의해 규정됨을 유념하여야 한다.
도 1은 보링 구멍에 삽입되기 전의 고점도, 본질적으로는 고체인 본 발명의고정 접착제의 단편 또는 슬러그를 도시한 도면.
도 2는 슬러그로 절단되기 전, 감겨진 로프 상태로 되어 있는 고점도의 접착제 조성물을 도시한 도면.
도 3은 고점도의 접착제 조성물을 사용한 후의, 보링 구멍과 보링 구멍내에 고정되어 있는 고정 핀과 보링 구멍을 도시한 도면.
도 4의a 내지 도 4의i는 접착제 조성물의 두 부분에 대해 다양한 압출 성형구성을 단면으로 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 슬러그(slug) 12 : 제 1 부(first part)
13 : 단부(end) 14 : 제 2 부
15 : 단부 16 : 포장지(wrapper)
17 : 경계면(interface) 18 : 혼합물
20 : 로프(rope) 30 : 구조물(structure)
32 : 보링 구멍(borehole) 34 : 앵커 핀(anchor pin)
35 : 전방 단부(forward end)
본 발명은 로프 형태의 화학 고정 접착제에 관한 것이다. 도 2를 보면, 로프(20)는 보관시에 코일의 형태로 감겨 있다가, 사용시에는 풀어서 사용될 수 있다. 접착제 로프(20)는 수지 성분(resin component)을 포함하는 제 1 부(12)와 경화제를 포함하는 제 2 부(14)를 포함하는데, 이들은 경계면(17)을 따라 서로 결합되고 접촉한다. 로프(20)의 주위는 필름(film)(16)으로 포장될 수 있다.
로프(20)가 풀어져 있거나 곧게 펴져 있을 때는 직경에 대한 길이의 비가 적어도 약 4 이어야 하고, 바람직하게는 적어도 약 10 이어야 하며, 더욱 바람직하게는 적어도 약 15 이어야 한다. 로프(20)는 도 4의a 내지 도 4의c(도 4의a의 로프가 바람직함)에 도시된 것과 같이 원통 모양 또는 타원 모양의 횡단면을 가질 수 있고, 도 4의d에 도시된 것과 같이 서로 인접한 다수의 필라멘트(filament)를 포함하는 가는 선 모양(threaded)의 횡단면을 가질 수 있고, 도 4의e 내지 도 4의g에 도시된 바와 같이 정사각형 또는 직사각형 횡단면을 가질 수 있고, 도 4의h에 도시된 바와 같이 삼각형의 횡단면을 가질 수 있고, 도 4의i에 도시된 바와 같이 둥글게 감긴 모양(curled)의 횡단면을 가질 수도 있으며, 그 외에 적절한 모양의 횡단면을 가질 수 있다. 바람직한 로프(20)의 모양은, 어느 정도까지는, 로프(20)가 삽입되는 보링 구멍의 모양에 달려있다. 혼합을 시작할 때 보링 구멍의 벽에 접하기 위해 대략 같은 양의 성분(12,14)이 표면에 노출되도록 로프(20)가 배열되는 것이 바람직하다. 바람직한 구성의 예가 도 4의a에 도시되어 있다. 만약 한 성분만 벽에 접하면 그 성분의 불균형한 양이 벽 근처에 남아 있게 되어 혼합이 균일하게 되지 않는다.
로프(20)는 로프(20) 전체의 길이 방향을 따라서 대체적으로 일관되고 균일한 모양과 조성을 갖는다. 이는 도 4의a 내지 4의i에 도시된 로프(20)의 횡단면 모양과 제 1 부(12)와 제 2 부(14)의 중량비(weight ratio)가 로프(20)의 길이 방향을 따라 대체적으로 일관되고 변하지 않는다는 것을 나타낸다. 경계면(17)은 제 1 부(12)와 제 2 부(14) 사이의 로프(20)의 길이 방향으로 연장한다. 접착제 로프(20){포장지(16)는 제외}는 제 1 부(12)와 제 2 부(14)의 결합 중량을 기준으로, 제 1 부(12)와 제 2 부(14)를 각각 약 20 내지 약 80중량%를 함유하여야 한다. 바람직하게는, 로프(20)는 제 1 부(12)를 약 35 내지 약 75중량% 함유하고 제 2 부(14)를 약 25 내지 약 65중량% 함유하며, 더 바람직하게는, 제 1 부(12)를 약 52 내지 약 65중량%, 제 2 부(14)를 약 35 내지 약 48중량% 함유하며, 가장 바람직하게는 제 1 부(12)를 약 57중량%, 제 2 부(14)를 약 43중량% 함유한다. 로프(20)의 측면은 플라스틱 필름, 알루미늄 호일(aluminum foil), 종이 등일 수 있고 바람직하게는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 필름인 포장지(16)로 포장된다.
접착제 조성물의 로프(20)는 원하는 어떤 길이로도 절단되어 슬러그(10)를 형성할 수 있으며, 각 슬러그(10)는 도 1에 도시된 것과 같이 단부(13,15)를 갖는다. 절단작업은 건축 현장(construction site)에서 행해질 수 있으며, 이렇게 하여 보링 구멍의 다양한 깊이에 따라 다양한 길이의 슬러그(10)가 만들어진다. 도 3 에서 예를 들어, 로프(20)는 가능한 한 깊이 구조물(structure)(30)에 있는 보링 구멍(32)에 삽입되고 그런 후 보링 구멍의 입구에서 절단되어 대체로 보링 구멍의 깊이와 같은 길이의 슬러그(10)를 남길 수가 있다. 추진기(driving tool)(도시되지 않음)는 고정 핀(34)을 보링 구멍(32)에 밀어 넣을 때 사용된다. 대표적인 고정 핀(34)은 나사홈이 있고(threaded) 평평하거나 뾰족한 전방 단부(forward end)(35)를 가질 수 있다. 일반적인 추진기는 빠른 회전 운동을 이용하여 보링 구멍 내로 앵커 핀이 회전하도록 한다. 어떤 추진기는 두들기는 운동(축 방향 운동)과 회전 운동을 조합해서 사용하기도 한다.
추진기의 작동과 그에 따라 고정 핀(34)이 움직임으로 보링 구멍 내에서 포장지(16)가 분해되고 접착제 슬러그(10)의 제 1 부(12)와 제 2 부(14)가 혼합된다. 포장지(16)는 조각조각 찢어지고 접착제 부분과 혼합되어, 어느 정도는, 혼합에 도움이 될 수 있다. 고정 핀(34)의 나선 줄은 혼합에 도움이 된다. 고정 핀(34)이 보링 구멍(32)에 밀려들어감에 따라 접착제 슬러그(10) 전체는 혼합되어 대체적으로 균일한 혼합물(18)이 되고 보링 구멍(32)의 내부 벽과 고정 핀(34) 사이의 공간 대부분을 채우게 된다. 이러한 혼합 작용은 또한 혼합물(18)의 실제적인 경화 작용을 일으켜 보링 구멍(32) 내에 고정 핀(34)이 견고하게 결합되도록 한다.
접착제 로프(20)의 제 1 부(12)의 점도는 25℃에서 약 5백만cp(centipoise) 내지 약 5천만cp 이고, 바람직하게는 약 2천만cp 내지 약 4천5백만cp 이며, 더욱 바람직하게는 약 3천만cp 내지 약 4천만cp이다. 점도는 브룩휠드 엔지니어링 사에서 제작한, 모델 DV-3의, 브룩휠드 점도계로 제조업자가 설명한 지침에 있는 절차에 따라 측정할 수 있다. 접착제 로프(20)의 제 2 부(14)의 점도는 25℃에서 약 5백만cp 내지 약 5천만cp 이고, 바람직하게는 약 2천만cp 내지 약 4천5백만cp이며, 더욱 바람직하게는 약 3천만cp 내지 약 4천만cp이다. 앞서 말한 점도는 제 1 부(12) 와 제 2 부(14)가 본질적으로 고체상(solid phase)이고, 퍼티 같은 농도를 가져서, 접착제 로프(20)가 절단, 압축되며, 그렇지 않으면 마음대로 변형되지만,접착제 조성물이 흐르고, 엎질러지고, 그 밖의 임의적으로 변형되지 않도록 보장해 준다.
두 부분의 접착제 로프(20)의 제조와 나중에 보링 구멍에서 두 부분의 혼합을 용이하게 하기 위해서, 두 부분(12,14)의 점도는 서로 비슷하여야 하고, 바람직하게는 대체적으로 같아야 한다. 일반적으로, 제 2 부(14)의 점도는 제 1 부(12) 점도의 70% ∼ 130% 범위에 들어야 한다. 바람직하게는, 제 2 부(14)의 점도는 제 1 부(12) 점도의 80% ∼ 120% 범위에 들어야 한다. 더욱 바람직하게는, 제 2 부(14)의 점도는 제 1 부(12) 점도의 90% ∼ 110% 범위에 들어야 한다. 가장 바람직하게는, 두 부분의 점도는 대체로 같아야 한다.
일 실시예에서 접착제 로프의 제 1 부(12)는 약 20 내지 약 45중량%의 에폭시 수지(epoxy resin)와 약 10 내지 약 40 중량%의 제 1 미립자(particulate) 충전제와 약 40 내지 약 65중량%의 제 2 미립자 충전제를 포함한다. 바람직하게는, 접착제 로프의 제 1 부(12)는 약 25 내지 약 35중량%의 에폭시 레진과 약 12 내지 약 25중량%의 제 1 미립자(particulate) 충전제와 약 45 내지 약 60중량%의 제 2 미립자 충전제를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 접착제 로프의 제 1 부(12)는 약 26 내지 약 30중량%의 에폭시 레진과 약 16 내지 약 20중량%의 제 1 미립자(particulate) 충전제와 약 52 내지 약 58중량%의 제 2 미립자 충전제를 포함한다.
에폭시 수지는 바람직하게는 액체 에폭시 유도체(derivative)이다. 노볼락(Novolac) 에폭시 수지가 특히 적당하고 비스페놀(bisphenol) 에폭시 수지가바람직하다. 한 가지 특히 바람직한 비스페놀 에폭시 수지는 상품명 EPON(등록상표)828로 쉘 케미칼 사(Shell Chemical Co.)에서 나온 것이다. EPON(등록상표)828은 액체 에폭시에서 유도된 이 작용성(bifunctional) 비스페놀 A/에피클로로히드린(bisphenol A/epichlorohydrin)이다. 그 밖의 적절한 에폭시 수지는 시바-가이기(Ciba-Geigy)에서 만든 ARALDITE(등록상표)610, 다우 케미칼 사(Dow Chemical Co.)에서 만든 DER 331을 포함한다.
제 1 미립자 충전제는 ASTM D281-31를 이용하여 측정했을 때, 적어도 약 30의 오일 흡수치(oil absorption value)를 가져야 한다. 바람직하게는, 제 1 미립자 충전제는 적어도 약 40의 오일 흡수치를 가져야 하며, 더욱 바람직하게는, 적어도 약 50의 오일 흡수치를 가져야 한다. 한 가지 적절한 제 1 충전제는 탈크(talc)인데, 약 1μ내지 약 50μ의 입자 크기를 갖는다. 한가지 적절한 탈크 충전제는 휘태커, 클라크 & 다니엘스 사(Whitaker, Clark & Daniels Corporation)에서 판매되는 Talc 399이다. 그 밖의 적절한 탈크는 시프러스 미네랄스(Cyprus Minerals)에서 나오는 Mistron ZSC와 화이자 케미칼 사(Pfizer Chemical Co.)에서 나오는 MP12-50이다. 그 밖의 유사한 입자 크기 범위를 갖고 있는 적절한 제 1 미립자 충전제는 칼슘 카보네이트, 유리 비드(glass beads), 실리카, 플라이 애쉬(fly ash), 점토(clay) 등을 포함한다. 이러한 충전제는 탈크보다는 덜 바람직하다.
제 2 미립자 충전제는 제 1 미립자 충전제와는 다르며, U.S. 시브(Sieve) 사이즈에 의해 규정될 수 있다. 적어도 충전제 입자의 약 70중량%가 16과 45도 포함하여 16과 45 사이의 U.S. 시브 사이즈여야 한다. 바람직하게는, 적어도 충전제 입자의 약 80중량%, 더욱 바람직하게는, 약 90중량%가 16과 45사이의 U.S. 시브 사이즈여야 한다. 미립자 충전제의 크기가 이 범위 내에 존재하면 제조시 최적의 압출(extrusion)과, 사용시 추진기 작동에 의한 접착제의 우수한 혼합과, 혼합시 포장지(16)의 파열과, 경화된 접착제의 우수한 결합 강도(bond strength)가 용이하다. 충전제 상당량의 입자 크기가 더 크게 되면(더 낮은 U.S. 시브 사이즈) 구멍에서의 혼합과 포장지 파열은 잘 되나, 접착제 로프 제조시 압출 및/또는 성형(forming)이 어려워진다. 충전제의 상당량의 입자 크기가 더 작게 되면(더 높은 U.S. 시브 사이즈) 접착제 제조시 압출 및/또는 성형이 잘 되나, 구멍에서의 혼합과 포장지 파열과 접착제의 결합 강도가 불충분하게 되기 쉽다.
A부와 B부의 구멍 내에서의 혼합에 도움이 되는 적절한 제 2 충전제는 실리카샌드(silica sand), 유리 비드(glass beads), 석영(quartz)을 포함한다. 한가지 특히 적절한 충전제는 예를 들어, 악스코 사(Agsco Company)에 의해 AGSCO(등록상표)Sand No.1으로 판매되는 실리카 샌드와 같은 샌드(sand)이다. 이 샌드는 입자의 약89.4중량%가 U.S. 시브 사이즈 16과 45사이에 존재한다.
일 실시예에서, 접착제 로프(20)의 제 2 부(14)는 3차 아민이 아닌 아민 또는 그 화학 유도체를 의미하는 아민 화합물 약 5 내지 약 20중량%, 3차 아민 또는 그 유도체인 3차 아민 화합물 약 0.1 내지 약 15중량%, 제 1 미립자 충전제 약 1 내지 약 23중량%, 제 2 미립자 충전제 약 52 내지 약 87중량%를 포함한다. 바람직하게는, 제 2 부(14)는 아민 화합물 약 10 내지 약 18중량%, 3차 아민 화합물 약 1 내지 약 10중량%, 제 1 미립자 충전제 약 5 내지 약 18중량%, 제 2 미립자 충전제약 58 내지 약 72중량%를 포함한다. 더욱 바람직하게는, 제 2 부(14)는 아민 화합물 약 12 내지 약 16중량%, 3차 아민 화합물 약 1 내지 5중량%, 제 1 미립자 충전제 약 7 내지 약 12중량%, 제 2 미립자 충전제 약 62 내지 약 68중량%를 포함한다.
제 2 부(14)에서의 제 1, 2 충전제는 접착제 조성물의 제 1 부(12)에서의 제 1, 2 충전제와 같은 충전제 그룹에서 선택되며, 제 1 부(12)에서의 제 1, 2 충전제와 같거나 다를 수 있다. 제 1 부(12)와 제 2 부(14)가 혼합되면 아민 화합물은 경화제로 작용한다. 3차 아민 화합물은 경화 반응의 촉진제(accelerator)로 작용한다.
적절한 아민 화합물은 아민, 지방족 아민(aliphatic amines), 아미노에틸피페라진(aminoethylpiperazine), 아미도 아민(amido amines), 시클로알리파틱 아민 (cycloaliphatic amines) 등을 포함한다. 바람직한 지방족 아민은 마니히 염기(Mannich bases)를 포함한다. 한가지 적절한 마니히 염기는 ANCAMINE(등록상표)1856의 상품명으로 에어 프로덕트 사(Air Products Co.)에 의해 판매되고 있다. 그 밖의 적절한 지방족 아민은 ANCAMINE(등록상표)1767과 ANCAMINE(등록상표)1768을 포함한다.
적절한 3차 아민 화합물은 에어 프로덕트 사에 의해 판매되는 ANCAMINE(등록상표)110, ANCAMINE(등록상표)K61B, ANCAMINE(등록상표)K54와 쉘 케미칼 사에 의해 판매되는 EPICURE(등록상표)3253을 포함한다. 바람직한 3차 아민은 ANCAMINE(등록상표)K54라는 상품명으로 에어 프로덕트 사에 의해 판매되고 있는 것과 트리스-(디메틸아미노메틸)페놀{tris-(dimethylaminomethyl)phenol}이다.
접착제 로프(20)를 제조하기 위해, 제 1 부(12)의 성분은 제 1 혼합기에 혼합되고, 제 2 부(14)의 성분은 제 2 혼합기에 혼합된다. 상기 독립된 혼합기는 드럼 텀블러(drum tumbler), 시그마 블레이드 혼합기(sigma blade mixer), 유성형 혼합기(planetary mixer), 압출 혼합기(extrusion mixer), 프레스 혼합기(press mixer) 등이다. 제 1 부(12)와 제 2 부(14) 각각의 성분이 균일하게 분포되도록 하기 위해 열이 추가되지 않고 전단(shear)을 요하는 격렬한 혼합이 사용될 수 있다. 그런 후 도 2에서 도시된 바와 같이 제 1 부(12)와 제 2 부(14) 사이에 경계면(17)을 갖는 이성분(biconstituent) 접착제 로프를 형성하기 위해 싱글 다이(die)로 모이는 분리된 압출기 및/또는 압착기를 사용하여 제 1 부(12)와 제 2 부(14)가 서로 인접되도록 압출 및/또는 압착될 수 있다. 일단 접착제 로프가 만들어지면, 상기에 설명되었듯이 플라스틱, 알루미늄 호일, 종이 등으로 제조될 수 있는 포장지(16)로 포장될 수 있지만 바람직하게는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀으로 만들어지는 포장지(16)로 포장된다. 도 2에 도시된 바와 같이 접착제 로프는 감겨진 로프로 저장된 후에 건축 현장에서나 건축 현장에 들어가기 전에 원하는 크기로 절단되어 각각의 슬러그(10)가 된다.
<실시예>
도 2와 도 4의a의 형태를 갖는 고점도, 본질적으로는 고체상의 접착제 로프가 제 1 부와 제 2 부에 대한 다음의 조성과 제 1 부와 제 2 부에 대해 4:3의 중량비로 제조되었다. 제 2 부보다 제 1 부가 더 많은 이유는 제 1 부의 수지에 대한 제 2 부의 경화제의 화학양론적(stoichiometric) 밸런스를 약 5%미만으로 유지하기위함이다. 반응되지 않은 경화제는 고정 접착제의 크리프(creep) 현상이 용이하게 발생되도록 할 수 있다. 반응되지 않은 경화제의 양은 이 방법으로 최소화된다. 제 1 부의 점도는 4천만cp 이었고, 제 2 부의 점도도 4천만cp 였다. 조성물은 직경이 1.27㎝(0.5인치)인 로프로 압출되었다. 압출된 로프는 두께가 0.0013㎝(0.5mil)인 고밀도 폴리에틸렌 필름에 포장되었으며, 절단되어 길이가 11.43㎝(4.5인치)인 슬러그가 되었다.
제 1 부(수지)
재 료 중량%
EPON(등록상표)828 (비스페놀 A 에폭시 수지) 28.00
Talc 399 (휘태커, 클라크 & 다니엘스) 17.30
AGSCO(등록상표)Sand #1 (실리카 샌드) 54.70
합 계 : 100.00
제 2 부(경화제)
재 료 중량%
ANCAMINE(등록상표)1856 (변형된 지방족 아민) 14.67
ANCAMINE(등록상표)K54 (3차 아민) 1.73
Talc 399 9.33
AGSCO(등록상표)Sand #1 65.34
합 계 : 100.00
EXP 220으로 명명된, 고점도, 실제적으로는 고체상의 로프 접착제인 본 발명품이 Granite 5와 Ceramic 6이라는 명칭으로 아이티더블유 람셋/레드헤드(ITW Ramset/Redhead)에 의해 판매된 종래 기술의 에폭시를 베이스로 하는(epoxy-based) 액체 접착제와 비교 평가되었다. 상기 접착제들은 직경이 1.27㎝(0.5인치)인 강철 고정 막대(steel anchor rod)와 압축 강도 27580㎪(4000psi)의 콘크리트에 형성된1.43㎝ ×11.43㎝(0.563인치 ×4.5인치)의 보링 구멍을 사용하여 평가되었다. 고정 막대에는 1.5도로 테이퍼되는(tapered) 나사홈이 있다. 추진기는 수동으로 1600rpm에서 작동되었다.
건조한 콘크리트의 뽑힘 강도(pullout strength)는 고정물을 삽입한 후 24시간까지 다양한 시간 간격으로 상온에서 측정되었고, 고정물을 삽입하기 전과 후 24시간 동안 물 속에 있었던 콘크리트에 대해서도 측정되었으며, 고정물을 삽입하기 전과 후 24시간 동안 43℃(110℉)에서 유지된 건조 콘크리트에 대해서도 측정되었다. ㎏(파운드 포스)단위의 힘으로 기록된 뽑힘 강도는 인스트론 하중 시험기(Instron load tester)를 사용하여 측정되었다. 표 3은 이러한 시험들에 의한 뽑힘 강도를 나타내고 있다.
뽑힘 강도{㎏(파운드)}
시험번호 접착제 건조 콘크리트,4시간 건조 콘크리트,24시간 젖은 콘크리트,24시간 건조 콘크리트,43℃(110℉)24시간
1 EXP220(발명품) 7218.6(15,900) 7264(16,000) 5675(12,500) 6560(14,450)
2 Granite 5(비교품) 2678.6(5,900) 7127.8(15,700) 5675(12,500) 3859(8,500)
3 Ceramic 6(비교품) 7854(17,300) 8126.6(17,900) 6129(13,500) 7400(16,300)
위에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 고 점도 로프 접착제는 종래 기술의 액체 에폭시 접착제 중 하나 보다는 더 높고, 다른 하나와는 맞먹는 고정력(anchoring force)을 나타내었다.
다른 시간과 장소에서 동일한 조건으로, 유사한27580㎪(4000psi)의 콘크리트를 사용하여 행해진 제 2 세트의 실험에서, 동일의 본 발명 로프 접착제는 a) 데브콘 사(Devcon Co.)에서 제조되고 에이스 하드웨어 사(Ace Hardware Corp.) 등에 의해 판매되는 백색 에폭시 퍼티 스틱(white epoxy putty sticks)과 b) 독일 발트슈테틀렌(Waldstetlen)의 힐티 에이지(Hilti AG)에 의해 제조되고 판매되는 HVU 접착제와 동일한 과정으로 비교 테스트 되었다. 백색 에폭시 퍼티 스틱은 일반적으로 수리용(repairs)으로 사용되고 고정 접착제로는 여겨지지 않는다. HVU 접착제는 정보와 믿음에 의하면, 모엔치 등에게 허여된 미국 특허 5,731,366에 기술된 것과 동일한 것이다. HVU 접착제는 성긴 상태(loose)의 충전상(filler phase)과 충전상에 분산된 캡슐에 포함되어 있는 액체 화학상(liquid chemical phase)을 포함하고 있다. 두 상은 원통모양의 플라스틱 포장지에 담겨져 있다.
표 4는 각 3 개의 접착제에 대한 평균 유지 강도(average holding strength)를 나타내고 있는데, 건조된, 상온의 콘크리트에서 24시간 후에 측정한 것이다.
뽑힘 강도 {㎏(파운드)}
시험 번호 접착제 건조 콘크리트,24시간
4 EXP 220(발명품) 5580(12,291)
5 데브콘 퍼티 스틱(비교품) 2443(5,382)
6 힐티 HVU(비교품) 5692(12,538)
위에 나타난 바와 같이, 본 발명의 고점도 로프 접착제는 종래 기술의 퍼티 스틱보다 더 나은 유지력(holding force)을 나타내었고, 종래 기술의 유체/캡슐 접착제 시스템과는 유사한 유지력을 나타내었다.
여기에 기술된 본 발명의 실시예는 현재로서는 바람직하지만, 본 발명의 범위와 사상에 벗어나지 않는 다양한 변형과 개선이 있을 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해 나타내어지며, 동등물의 취지와 범위내에 들어가는 모든 변형은 거기에 포함됨을 유념해야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 로프 형태의 화학 고정 접착제를 제공함으로써, 그 성능은 종래 기술의 접착제보다 동등 또는 이상을 나타내면서 종래 기술의 단점 즉, 접착제 양 변경의 어려움, 접착제가 흐르거나 엎질러지는 문제, 비용의 문제, 폐기물 문제 등을 개선하는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 로프 형태의 화학 고정 접착제(A rope of chemical anchoring adhesive)로서,
    수지(resin)를 포함하는 제 1 부와;
    경화제를 포함하는 제 2 부를 포함하고,
    상기 제 1 부와 제 2 부는 상기 로프의 길이 방향으로 확장하는 경계면을 따라 나란히 연결되어있고;
    상기 로프는 대략 4 이상의 직경에 대한 길이의 비를 갖는 로프 형태의 화학 고정 접착제.
  2. 제 1 항에 있어서, 대략 10이상의 직경에 대한 길이의 비를 가지는, 로프 형태의 화학 고정 접착제.
  3. 제 1 항에 있어서, 약 20 내지 약 80중량%의 상기 제 1 부와 약 20 내지 약 80중량%의 상기 제 2 부를 포함하는, 로프 형태의 화학 고정 접착제.
  4. 로프 형태의 화학 고정 접착제로서,
    수지를 포함하는 제 1 부와;
    경화제를 포함하는 제 2 부를 포함하고,
    상기 로프의 길이 방향으로 확장하는 경계면을 따라서 상기 제 1 부와 제 2 부가 연결되어 있고;
    상기 제 1 부와 제 2 부는 각각 약 5백만 내지 약 5천만cp(centipoise)의 점도를 갖는, 로프 형태의 화학 고정 접착제.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 수지는 에폭시 수지를 포함하는, 로프 형태의 화학 고정 접착제.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 부는 미립자 충전제(particulate filler)를 더 포함하는, 로프 형태의 화학 고정 접착제.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 경화제는 아민 화합물(amine compound)을 포함하는, 로프 형태의 화학 고정 접착제.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 부는 3차 아민 화합물(tertiary amine compound)을 더 포함하는, 로프 형태의 화학 고정 접착제.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 부는 미립자 충전제를 더 포함하는, 로프 형태의 화학 고정 접착제.
  10. 로프 형태의 화학 고정 접착제로서,
    a) 약 20 내지 약 45중량%의 에폭시 수지와, 오일 흡수치(oil absorption value)가 대략 30이상인 약 10 내지 약40중량%의 제 1 미립자 충전제와, 약 40 내지 약 65중량%의 제 2 미립자 충전제와, 16과 45를 포함하여 16과 45 사이의 U.S. 시브 사이즈(U.S. Sieve size)를 갖는 대략 70중량%이상의 상기 제 2 미립자 충전제를 포함하는 제 1 부와;
    b) 약 5 내지 약 20 중량%의 아민 화합물과, 약 0.1 내지 약 15중량%의 3차 아민 화합물과, 대략 30이상의 오일 흡수치를 갖는 약 1 내지 약 23중량%의 제 1 미립자 충전제와, 약 52 내지 약 87중량%의 제 2 미립자 충전제와, 약 16 과 45 사이의 U.S. 시브 사이즈를 갖는 대략 70중량%이상의 상기 제 2 미립자 충전제를 포함하는 제 2 부를 포함하는, 로프 형태의 화학 고정 접착제.
  11. 로프 형태의 화학 고정 접착제로서,
    a) 약 20 내지 약 45중량%의 에폭시 수지와, 오일 흡수치가 대략 30이상인 약 10 내지 약 40중량%의 제 1 미립자 충전제와, 약 40 내지 약 65중량%의 제 2 미립자 충전제와, 16과 45를 포함하여 16과 45사이의 U.S. 시브 사이즈를 갖는 대략 70중량%이상의 상기 제 2 미립자 충전제를 포함하는 52 내지 65중량%의 제 1 부와,
    b) 약 10 내지 약 18중량%의 아민 화합물과, 약 1 내지 약 10중량%의 3차 아민 화합물과, 대략 30이상의 오일 흡수치를 갖는 약 5 내지 약 18중량%의 제 1 미립자 충전제와, 약 58 내지 약 72중량%의 제 2 미립자 충전제와, 약 16 과 약 45사이의 U.S. 시브 사이즈를 갖는 대략 70중량%이상의, 상기 제 2 미립자 충전제를 포함하는 35 내지 48wt%의 제 2 부를 포함하는, 로프 형태의 화학 고정 접착제.
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