폴리우레아 도막 방수재 특징

폴리우레아 도막 방수재: 원료, 제조 및 배합 설계

I. 폴리우레아 방수 기술 개요

A. 폴리우레아의 정의 및 주요 특성

폴리우레아는 이소시아네이트 성분과 아민을 포함하는 합성 수지 혼합 성분의 반응 생성물로부터 단계 성장 중합을 통해 파생된 고분자로 정의된다.1 이는 우레탄 결합을 형성하는 폴리우레탄과 달리 요소(urea) 결합을 형성한다는 점에서 차이가 있다.5

폴리우레아의 뛰어난 성능을 정의하는 주요 특성은 다음과 같다:

• 초고속 경화: 폴리우레아는 건조까지 단 몇 초(예: 건조까지 10초 6, 겔화 시간 5-15초 7, 3-5초 8) 만에 경화되어, 시공 후 즉시 보행(30초 이내 9, 1분 이내 10) 및 차량 통행(30분 이내 9)이 가능하여 작업 복귀 시간을 크게 단축시킨다.7 이러한 빠른 경화는 벽체 및 경사면에도 균일한 두께의 도막 시공을 가능하게 한다.6
• 탁월한 내구성과 기계적 물성: 높은 인장 강도(2000-5000 psi 7, 20 MPa 이상 16, 3000-4800 psi 8), 인열 강도(300-500 lbs/in 7), 그리고 뛰어난 내마모성 4을 나타낸다. 또한, 최대 1000%에 달하는 높은 신율 10 (일반적으로 200-600% 7, 800% 19, 350% 이상 16)은 우수한 균열 저항성 10을 제공하며, 구조물의 움직임이나 급격한 온도 변화에도 방수층을 유지한다.6
• 환경적 강건성: 시공 중 주변 습도 및 온도에 거의 영향을 받지 않아 9 광범위한 온도(-40℃ ~ +135℃ 9, -20℃ 10, -50℃ ~ +150℃ 14)에서도 시공이 가능하다.
• 친환경성: VOCs(휘발성 유기 화합물) 함량이 0 또는 매우 낮은 수준으로, 환경 규제에 부합하는 친환경적인 재료이다.6
• 내화학성: 다양한 화학 물질, 오일, 연료 등에 대한 뛰어난 내성을 가지고 있어 공장, 주차장, 수처리 시설 등 가혹한 환경에 적용 가능하다.6
• 접착성 및 무이음성: 콘크리트, 금속, 목재, 유리섬유 등 다양한 하지면에 강력한 접착력 4을 보이며, 경화 후 이음매 없는 단일 도막을 형성한다.10
• 다용도성: 고탄성에서 고경질까지 다양한 물성으로 배합 설계가 가능하며 7, 다양한 색상으로 착색이 가능하고 10 미끄럼 방지 기능도 부여할 수 있다.6
• 인증: 식용수 관련 시설에도 적용 가능한 KC 인증 6 및 NSF61(미국 위생 협회) 음용수 기준 용출 시험 적합성 8을 취득하여 저수조, 물탱크, 수영장 등에 시공이 가능하다.

B. 방수 적용 분야에서 폴리우레아의 장점

폴리우레아는 방수 분야에서 여러 가지 독특한 장점을 제공한다. 가장 두드러진 장점은 초고속 경화 시간으로, 이는 프로젝트 완료 시간을 크게 단축하고 가동 중단 시간을 최소화하는 데 결정적인 역할을 한다.7 특히 교량과 같은 핵심 인프라 시설이나 산업 시설에서는 이러한 빠른 복귀 시간이 매우 중요하다.7

또한, 폴리우레아는 수직면이나 경사면에서도 처짐 없이 균일한 두께의 도막을 형성할 수 있어, 시공 품질을 확보하고 기존의 느리게 경화되는 도료들이 가지는 한계를 극복한다.6 이러한 특성은 복잡한 건축 구조물이나 세부적인 부분의 방수에도 탁월한 적응력을 제공한다.14

폴리우레아의 뛰어난 탄성과 균열 저항성은 구조물의 움직임, 진동 또는 열팽창/수축으로 인한 균열 발생 시에도 방수층이 파손되지 않고 유지되도록 한다.6 이는 장기적인 방수 성능 유지에 필수적인 특성이다.

시공 중 습도에 대한 낮은 민감도는 작업 가능 기간을 연장하고, 환경 조건으로 인한 시공 실패 위험을 줄여준다.11 이는 특히 외부 시공이 많은 방수 공사에서 큰 이점으로 작용한다.

100% 고형분으로 VOC 배출이 없다는 점은 엄격한 환경 규제를 준수하며, 실내 및 식수 시설과 같이 오염에 민감한 환경에서도 안전하게 사용할 수 있음을 의미한다.6

궁극적으로, 폴리우레아의 뛰어난 내구성, 내화학성 및 긴 수명은 유지보수 및 교체 비용을 절감하여 장기적으로 우수한 경제적 이점을 제공한다.9

C. 기존 방수재(예: 폴리우레탄, 에폭시)와의 비교

폴리우레아는 기존의 방수재와 비교하여 여러 면에서 차별화된 성능을 보인다.

• 폴리우레아 vs. 폴리우레탄:

• 구성: 폴리우레아는 이소시아네이트와 아민의 반응으로 형성되는 반면, 폴리우레탄은 이소시아네이트와 알코올(폴리올)의 반응으로 생성된다.5
• 경화 속도: 폴리우레아는 수 초 내에 경화되는 반면, 폴리우레탄은 수 시간에서 수 일까지 소요될 수 있다.6
• 습도/온도 민감성: 폴리우레아는 시공 중 주변 습도와 온도에 훨씬 덜 민감하며, 폴리우레탄은 고습도에서 기포가 발생하거나 저온에서 경화가 어려울 수 있다.9
• 내구성 및 탄성: 폴리우레아는 일반적으로 더 높은 탄성과 내구성을 가지며, 극한의 온도 변화나 구조물의 움직임에 더 잘 적응한다.6
• 접착력: 폴리우레아가 일반적으로 더 높은 접착 강도를 보인다.6
• 비용: 폴리우레탄은 재료비가 낮고 특수 장비가 덜 필요하여 초기 시공 비용이 저렴할 수 있지만, 폴리우레아의 장기적인 내구성은 더 나은 경제적 가치를 제공할 수 있다.13
• UV 저항성: 지방족 폴리우레탄은 우수한 UV 저항성을 제공하는 반면, 방향족 폴리우레아는 색상 안정성을 위해 UV 안정제나 지방족 탑코트가 필요할 수 있다.21

• 폴리우레아 vs. 에폭시:

• 내마모성: 폴리우레아는 에폭시 수지보다 3~5배, 탄소강보다 10배 높은 내마모성을 자랑한다.4
• 유연성: 에폭시는 일반적으로 더 단단하고 취성이 있어, 폴리우레아의 높은 탄성과 균열 저항성이 부족하다.14
• 내화학성: 두 재료 모두 우수한 내화학성을 제공하지만, 폴리우레아는 더 광범위한 화학 물질에 대한 내성을 보인다.14
• 고형분 함량: 폴리우레아는 일반적으로 100% 고형분인 반면, 일부 에폭시 시스템은 용제를 포함할 수 있다.14

• 시공 비용: 순수 폴리우레아의 시공에는 고가의 고압, 고온 분사 장비와 숙련된 작업자가 필요하여 초기 시공 비용이 기존 도료보다 높을 수 있다.12

폴리우레아의 "초고속 경화" 특성은 단순한 속도 이점을 넘어선다. 이는 기존 재료의 한계를 해결하고 독특한 적용 시나리오와 성능 이점을 가능하게 하는 근본적인 요소이다. 빠른 경화는 단순히 공사 기간을 단축하는 것을 넘어 7, 수직면이나 경사면에서도 처짐 없이 균일한 두께를 형성할 수 있도록 한다.6 이는 폴리우레아가 수평면을 넘어 다양한 형태의 구조물에 적용될 수 있도록 확장성을 부여한다. 또한, 빠른 경화는 시공 중 주변 환경(습도, 온도 변화)에 노출되는 시간을 최소화하여 9 시공 실패 위험을 줄이고 작업 가능 계절을 확장한다. 이러한 빠른 반응은 분자 구조를 신속하게 형성하여 즉각적인 고강도와 내구성을 부여한다.20 따라서, 초고속 경화는 단순히 시공 속도 지표가 아니라, 적용 방법론, 환경 내성, 그리고 시공 직후의 성능을 결정하는 핵심 설계 변수로서, 기존의 느리게 경화되는 대안들에 비해 명확한 경쟁 우위를 제공한다.

표 1: 폴리우레아, 폴리우레탄, 에폭시 방수 특성 비교

 

특성	폴리우레아	폴리우레탄	에폭시
건조/경화 속도	초고속 (수 초~수 분) 6	상대적으로 느림 (수 시간~수 일) 6	느림 11
VOCs	0 또는 매우 낮음 (친환경) 6	일부 용제 포함 가능 21	일부 용제 포함 가능 18
시공 중 습도 민감성	거의 없음 (습도 무관) 9	높음 (기포 발생 우려) 19	높음 11
탄성/신율	매우 높음 (최대 1000%) 7	높음 (최대 1000%) 14	낮음 (취성) 14
내구성 (내마모성/내충격성)	탁월함 4	좋음 6	좋음 (내마모성 낮음) 4
내화학성	탁월함 6	좋음 6	매우 좋음 14
접착력	매우 우수함 4	좋음 (사전 처리 필요) 6	우수함 18
일반적인 시공 방법	스프레이 6	롤러, 레끼 6	롤러, 레끼 18
상대적 시공 비용	높음 (장비, 숙련공) 12	낮음 21	낮음 18
UV 안정성	방향족: 변색/백화 2 <br> 지방족: 100% 색상 안정 2	좋음 (UV 저항성) 21	변색/황변 25

II. 폴리우레아 화학: 2액형 시스템

A. 기본 반응: 이소시아네이트와 아민

폴리우레아는 기본적으로 이소시아네이트 그룹(-NCO)과 아민 그룹(-NH2 또는 -NRH)의 반응에 의해 형성된다.1 이 반응은 요소(urea) 결합(-NH-CO-NH-)을 형성한다.5 이는 단계 성장 중합 과정이다.2 폴리우레탄 합성과의 주요 차이점은 주 중합 반응에서 하이드록실 말단 수지(폴리올) 대신 아민 말단 수지를 사용한다는 점이다.5 순수 폴리우레아의 경우, 이 반응은 매우 빠르게 진행되며, 대부분의 폴리우레탄 시스템과 달리 외부 촉매나 열이 필요하지 않다.3

B. A-측(이소시아네이트 성분) 및 B-측(아민 혼합 성분) 개요

폴리우레아 시스템은 일반적으로 두 가지 별도의 구성 요소로 제공되며, 흔히 "A-측"과 "B-측"으로 불린다. 이들은 시공 현장에서 혼합된다.

• A-측 (이소시아네이트 성분): 이 구성 요소는 주로 이소시아네이트(ISO) 화합물로 구성된다.2 이는 종종 이소시아네이트와 소량의 폴리올을 반응시켜 형성된 준프리폴리머(quasi-prepolymer) 형태이다.4 A-측은 상업용 제품에서 문자 "A"로 표시되며 빨간색과 연관되는 경우가 많다.2
• B-측 (아민 혼합 성분): 이 구성 요소는 복합적인 수지 혼합물이다.2 일반적으로 아민 말단 고분자 수지(폴리에테르아민), 아민 말단 사슬 연장제, 그리고 다양한 성능 향상 첨가제를 포함한다.2 B-측은 문자 "B"로 표시되며 파란색과 연관되는 경우가 많다.2

폴리우레아 시스템은 일반적으로 100% 고형분으로, 경화 중 증발하는 용제나 희석제를 포함하지 않는다.9 이는 낮은 VOC 함량과 일관된 도막 두께에 기여한다. 스프레이 적용의 경우, 이 두 구성 요소는 일반적으로 1:1 부피비로 혼합된다.9

폴리우레아가 100% 고형분이라는 특성은 빠른 경화 속도와 결합하여 환경 영향과 시공 효율성을 근본적으로 재정의한다. 폴리우레아가 100% 고형분이라는 것은 용제(solvent)가 없다는 것을 의미한다.9 이는 곧 VOC(휘발성 유기 화합물) 배출이 없다는 것을 의미하며 6, 환경 친화적이고 식수 시설과 같은 민감한 응용 분야에 적합하게 만든다.6 용제 증발이 없으므로 경화 시 수축이 발생하지 않아 일관된 도막 두께를 유지할 수 있다.29 또한, 이는 도포된 두께가 곧 건조 도막 두께(DFT)가 됨을 의미한다. 용제 기반 코팅은 용제가 증발하면서 두께를 형성하기 위해 여러 번 도포해야 하는 반면, 100% 고형분 폴리우레아는 한 번의 도포로 상당한 두께(20-500 mils 13, 1.5-2.5mm 11)를 달성할 수 있다.13 이는 시공 시간과 인력을 크게 줄여 프로젝트 경제성과 회전율에 직접적인 영향을 미친다. 용제 증발을 기다릴 필요가 없으므로, 고유의 빠른 화학 반응이 방해받지 않고 신속하게 고체 필름을 형성할 수 있다. 이러한 시너지는 시공 속도와 효율성을 극대화한다. 따라서, 100% 고형분 구성은 단순히 규제 준수 사항이 아니라, 빠른 경화와 결합될 때 우수한 시공 효율성, 환경 안전성 및 즉각적인 기능적 성능을 가능하게 하는 핵심 설계 특징이다.

표 2: 폴리우레아의 일반적인 A-측 및 B-측 구성 요소

 

구성 요소	주요 성분	주요 하위 성분/첨가제	시스템 내 역할
A-측 (주제)	이소시아네이트 프리폴리머	MDI, TDI (방향족/지방족) 2 <br> 폴리올 (프리폴리머 제조용) 27	폴리우레아 반응의 주요 반응물; <br> 최종 제품의 경도, 강도, 내열성, UV 안정성 결정 2
B-측 (경화제)	아민 말단 폴리에테르 (폴리에테르아민)	폴리에테르 폴리올 (PEA 합성용) 33	폴리우레아 반응의 주요 반응물; <br> 최종 제품의 유연성, 신율, 인열 강도 결정 3
	아민 사슬 연장제	DETDA, MOCA (대체제 포함) 3	폴리우레아 사슬 확장 및 경질 세그먼트 형성; <br> 경도, 인장 강도, 경화 속도 조절 3
	기타 첨가제	안료 2 <br> 난연제 1 <br> 소포제/실리콘 계면활성제 2 <br> 수분 흡수제 28 <br> 정전기 방지제 4 <br> 희석제 (특수 목적) 4 <br> UV 안정제/흡수제 39 <br> 충전제 38	색상 부여, 내화성, 기포 방지, 수분 제어, <br> 정전기 방지, 점도 조절, UV 저항성, <br> 기계적 물성 및 비용 조절 2

III. A-측: 이소시아네이트 성분 – 원료 및 프리폴리머 제조

A. 주요 이소시아네이트 원료 (MDI, TDI, 지방족 vs. 방향족)

이소시아네이트는 반응성이 높은 이소시아네이트 그룹(-NCO)을 포함하는 유기 화합물이다.27 이는 폴리우레아 및 폴리우레탄의 주요 구성 요소 중 하나이다.27 폴리우레아 배합에 가장 일반적으로 사용되는 이소시아네이트는 다음과 같다:

• MDI (Methylene Diphenyl Diisocyanate): 순수 형태, 고분자 MDI(PAPI) 또는 변성 MDI(LMDI) 형태로 자주 사용된다.4 MDI 기반 우레탄 및 폴리우레아는 저온(최저 -40°C ~ -100°C)에서의 우수한 성능, 강한 반발력 및 우수한 열 분산으로 알려져 있다.30
• TDI (Toluene Diisocyanate): TDI 기반 시스템은 더 나은 고온 저항성과 압축 영구 변형률을 제공한다.30
• 지방족 이소시아네이트 (예: IPDI - Isophorone Diisocyanate, HDI - Hexamethylene Diisocyanate): 이들은 빛에 안정적이어서 UV 노출 시 100% 색상 안정성을 유지하고 황변하지 않는다.2 이는 미관 유지가 중요한 실외 적용에 이상적이다. 그러나 일반적으로 방향족 이소시아네이트보다 가공이 더 어렵고 비용이 훨씬 더 비싸다(보통 두 배).2
• 방향족 이소시아네이트 (예: MDI, TDI): 우수한 성능과 비용 효율성으로 인해 산업의 "주력"으로 불린다.2 주요 단점은 UV 방사선에 노출될 때 백화되거나 색상이 어두워지거나 황변하는 경향이 있다는 것이다. 그러나 이는 일반적으로 물리적 특성을 저하시키지는 않는다.2

방향족 이소시아네이트와 지방족 이소시아네이트의 선택은 비용, UV 안정성 및 특정 성능 특성 간의 중요한 균형을 나타내며, 이는 폴리우레아 제품의 목표 적용 분야 및 시장 포지셔닝에 직접적인 영향을 미친다. 방향족 폴리우레아는 UV에 노출되면 황변하거나 백화되는 경향이 있지만 더 저렴하고 2, 지방족 폴리우레아는 UV에 안정적이지만 더 비싸다.2 따라서, 외관이 중요하고 햇빛에 노출되는 응용 분야(예: 장식용 바닥재, 실외 구조물)의 경우, 높은 비용에도 불구하고 지방족 폴리우레아가 선호된다. 반면, 숨겨진 응용 분야나 UV 노출이 최소화되거나 무관한 경우(예: 탱크 라이닝, 2차 격납, 베이스 코트)에는 방향족 폴리우레아가 더 경제적이다.2

이 선택은 단순히 UV에 대한 고려를 넘어선다. MDI와 TDI(방향족)는 고유한 열적 및 기계적 특성을 가지고 있다.30 이는 이소시아네이트 선택이 UV뿐만 아니라 특정 환경 조건(예: MDI의 극한 저온 성능, TDI의 고온 성능) 및 기계적 요구 사항(압축 영구 변형률, 반발력)에 대한 최적화를 포함한다는 것을 의미한다. 이러한 차이점을 전략적으로 활용하여 제조업체는 다양한 제품 라인을 만들 수 있다. 예를 들어, 산업용 후방 시설에는 "주력" 방향족 폴리우레아를, 가시성이 높고 고사양을 요구하는 건축 또는 소비자용 응용 분야에는 프리미엄 지방족 버전을 제공할 수 있다. 이는 성능과 가격을 기반으로 한 시장 세분화를 가능하게 한다. 따라서, 이소시아네이트 유형의 선택은 단순한 재료 선택이 아니라 제품의 미적 수명, 특정 열/기계적 스트레스 하에서의 성능 범위, 그리고 궁극적으로 상업적 실현 가능성 및 목표 시장을 결정하는 다각적인 결정이다.

B. 프리폴리머 합성을 위한 폴리올

폴리우레아는 주로 이소시아네이트와 아민으로부터 형성되지만, A-측(이소시아네이트 성분)은 종종 이소시아네이트 말단 "프리폴리머" 또는 "준프리폴리머"로 공급된다.1 이러한 프리폴리머는 일반적으로 유기 폴리이소시아네이트의 화학량론적 과량을 유기 폴리올과 반응시켜 합성된다.31 폴리올은 두 개 이상의 하이드록실(-OH) 그룹을 포함하는 유기 화합물이다.27

일반적으로 사용되는 폴리올에는 폴리에테르 폴리올(예: 폴리옥시프로필렌 디올 및 트리올, 폴리(옥시에틸렌-옥시프로필렌)) 및 폴리에스터 폴리올이 포함된다.30 폴리올의 선택(예: 폴리에테르 vs. 폴리에스터, 디올 vs. 트리올)과 그 분자량은 생성되는 프리폴리머의 특성, 그리고 궁극적으로 최종 폴리우레아의 특성에 큰 영향을 미친다. 예를 들어, 글리세린이나 트리메틸올프로판과 같은 삼작용기 폴리올은 제어된 분지화를 도입하는 데 사용될 수 있으며, 이는 최종 고분자의 강도 및 저항 특성을 향상시킨다.32

폴리우레아는 이소시아네이트와 아민으로 형성되는 것이 특징이지만 1, 폴리올이 A-측 프리폴리머 합성에서 사용된다는 점은 중요하다.4 A-측은 단순히 원료 이소시아네이트가 아니라, 이소시아네이트 과량을 소량의 폴리올과 반응시켜 형성된 이소시아네이트 말단 프리폴리머이다.27 이러한 프리폴리머 형성 단계는 A-측의 반응성과 최종 폴리우레아의 기계적 특성을 미세 조정하는 데 필수적이다. 프리폴리머를 형성함으로써 자유 이소시아네이트 함량을 제어할 수 있으며, 이는 A-측의 전반적인 반응성과 점도에 영향을 미친다. 이는 폴리우레아의 초고속 반응 동역학을 관리하는 데 매우 중요하다.

또한, 프리폴리머에 사용되는 폴리올의 종류와 분자량은 최종 폴리우레아 고분자의 "연질 세그먼트" 특성에 영향을 미친다.3 예를 들어, 폴리에테르 폴리올은 유연성과 탄성에 기여할 수 있으며, 폴리에스터 폴리올은 다른 기계적 특성을 제공할 수 있다.30 삼작용기 폴리올은 분지화를 도입하여 강도와 저항성을 향상시킨다.32 이는 폴리우레아 배합이 단순히 최종 A+B 혼합에 관한 것이 아니라, 각 구성 요소의 내부 구성과 합성에 관한 것임을 보여준다. "프리폴리머" 단계는 A-측이 B-측과 반응하기 전에 특정 분자 구조와 특성을 미리 설계할 수 있도록 하여, 최종 제품의 특성에 대한 더 미세한 제어 수준을 제공한다. 이는 폴리우레아 화학의 정교한 측면이다.

C. 이소시아네이트 프리폴리머의 제조 공정

프리폴리머를 제조하는 전통적인 방법은 폴리올과 폴리이소시아네이트를 배치식으로 고온에서 반응시키는 것이다.31 반응은 발열성이지만, 허용 가능한 시간 내에 완전한 전환을 달성하기 위해 일반적으로 40-100°C 범위의 온도로 1시간 이상 반응 혼합물을 가열한다.31 연속적인 프리폴리머 제조 공정도 알려져 있다.31

프리폴리머 제조에서 중요한 측면은 잔류 자유 이소시아네이트 단량체의 제어 및 감소이다.4 MDI, LMDI 또는 PAPI와 같은 미반응 단량체는 독성이 있어 눈, 호흡기 및 피부에 손상을 줄 수 있다.4 잔류 단량체 수준을 줄이기 위해 진공 증류 또는 불활성 가스(예: 질소)를 이용한 스트리핑과 같은 기술이 사용된다.45 그러나 증류 중 고온은 신중하게 관리되어야 한다. 과도한 열(예: 재킷 온도를 255°C로 높이는 경우)은 프리폴리머의 열분해를 유발하여 자유 이소시아네이트를 재형성시킬 수 있다.45 단량체 제거의 효율성은 온도, 압력, 불활성 가스 도입 방법(예: 잔류물 라인으로 역류 스트리핑)과 같은 매개변수를 제어함으로써 최적화될 수 있다.45

제조 공정 전반에 걸쳐 엄격한 수분 제어는 필수적이다. 이소시아네이트는 물이나 공기 중의 수분과 쉽게 반응하여 아민과 이산화탄소 가스를 생성한다.4 시스템 내 수분 존재는 시공 중 도막에서 CO2 가스 방출로 이어져, 기포나 핀홀과 같은 결함을 유발하여 코팅 성능에 심각한 영향을 미칠 수 있다.4

이소시아네이트 프리폴리머의 제조는 반응 완료, 열 안정성 및 잔류 단량체 제어 사이의 미묘한 균형을 포함하며, 이는 제품 안전성, 성능 및 환경 규제 준수에 직접적인 영향을 미친다. 프리폴리머는 이소시아네이트와 폴리올의 반응으로 만들어지지만 31, 주요 과제는 잔류 자유 이소시아네이트 단량체를 제어하는 것이다.4 미반응 이소시아네이트 단량체(MDI, LMDI, PAPI 등)는 독성이 있어 눈, 호흡기, 피부에 손상을 줄 수 있으므로 4 작업자 안전과 제품 취급에 있어 이를 최소화하는 것이 매우 중요하다. 또한, 미반응 단량체는 원치 않는 부반응을 일으켜 4 최종 코팅의 특성(예: 수분 존재 시 기포 발생, 핀홀 19)에 영향을 미칠 수 있다.

반응 완료를 위한 고온이 필요하지만, 프리폴리머의 열분해 및 자유 TDI의 재형성을 방지하기 위한 신중한 온도 관리가 필요하다는 점 45은 제조 과정에서 복잡한 최적화 문제를 보여준다. 이는 정교한 장비와 정밀한 제어를 요구한다. 이러한 점은 A-측 구성 요소의 품질과 안전성이 의도된 반응뿐만 아니라 불순물 및 미반응 전구체의 엄격한 제어에 달려 있음을 강조한다. 이는 최종 폴리우레아 제품의 전반적인 신뢰성과 시장 수용성으로 직접 이어진다.

IV. B-측: 아민 혼합 성분 – 원료 및 제조

A. 아민 말단 폴리에테르: 합성 및 특성

아민 말단 폴리에테르(PEA), 즉 폴리에테르아민은 스프레이 폴리우레아 엘라스토머(SPUA)용 B-측 혼합물의 기본 원료이다.4 이들은 폴리우레아 고분자의 유연한 세그먼트에 크게 기여한다.3 PEA는 폴리에테르 폴리올(예: 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리프로필렌 글리콜(PPG))로부터 다양한 아민화 공정을 통해 합성된다.33

일반적인 아민화 경로는 친핵성 치환, 산화/환원 반응 및 촉매 아민화를 포함한다.33 촉매 아민화는 경제적이고 신뢰할 수 있는 공정으로 간주된다.33 촉매 아민화의 한 예는 수소 존재 하에 Al2O3 지지 코발트 촉매를 사용하여 삼작용기 아민 말단 폴리에테르를 연속적으로 합성하는 것이다.33 최적의 반응 매개변수에는 약 190°C의 온도, 4 MPa의 압력, 그리고 공급물에 15-20 v%의 수소 비율이 포함될 수 있다.33 또 다른 방법은 N,N-카르보닐 디이미다졸(CDI)을 사용하여 폴리에테르의 말단 하이드록실 그룹을 활성화한 다음 에틸렌디아민과 직접 반응시키는 것이다.34 PEA의 분자량, 작용기(예: 이작용기 또는 삼작용기) 및 1차 아민 함량은 매우 중요하며, 폴리에테르 폴리올 전구체의 선택과 반응 매개변수에 의해 제어될 수 있다.33 이러한 요소들은 최종 폴리우레아의 탄성, 신율 및 전반적인 기계적 특성에 직접적인 영향을 미친다.3

아민 말단 폴리에테르의 합성, 특히 촉매 아민화를 통한 합성은 폴리우레아의 "연질 세그먼트" 특성에 직접적인 영향을 미치는 정교한 화학 공정이며, 최종 제품에서 볼 수 있는 광범위한 유연성과 탄성을 가능하게 한다. 아민 말단 폴리에테르는 B-측의 핵심 구성 요소이다.4 이들의 합성은 촉매 아민화와 같은 복잡한 화학 공정을 통해 이루어진다.33 이러한 공정은 특정 촉매(예: Al2O3 지지 코발트), 고온(190°C), 고압(4 MPa), 그리고 제어된 분위기(수소)를 필요로 한다.33 이는 이러한 원료 물질의 제조가 자본 집약적이고 기술적으로 까다로운 과정임을 나타낸다.

폴리에테르 폴리올 전구체(예: PEG, PPG, 다양한 분자량)의 선택과 아민화 공정 매개변수는 PEA의 분자량, 작용기(이작용기 또는 삼작용기 아민), 그리고 1차 아민 함량을 결정한다.33 이러한 요소들은 최종 폴리우레아 고분자의 연질 세그먼트의 유연성, 신율 및 전반적인 기계적 특성을 직접적으로 좌우한다.3 이는 PEA 합성을 정밀하게 제어할 수 있는 능력이 폴리우레아 제조업체가 제품의 탄성과 강성을 미세 조정할 수 있도록 하여, 고유연성 방수 멤브레인부터 더 단단하고 충격에 강한 코팅에 이르기까지 다양한 응용 분야를 가능하게 한다는 것을 의미한다. 이러한 상류 화학 합성은 폴리우레아의 다용도성을 위한 기초가 된다.

B. 아민 사슬 연장제: 종류(예: DETDA) 및 역할

사슬 연장제는 폴리우레아 배합에서 중요한 구성 요소인 저분자량 아민 말단 화합물(작용기 f=2)이다.35 이들은 폴리우레아 구조의 경질 세그먼트에 기여하여 경도, 인장 강도 및 경화 속도와 같은 특성에 영향을 미친다.3

• 디에틸 톨루엔 디아민 (DETDA): 널리 사용되는 방향족 디아민 사슬 연장제이다.3 DETDA는 반응 사출 성형(RIM)에서 매우 짧은 탈형 시간을 제공하는 능력으로 가치가 있으며, 스프레이 폴리우레아 및 엘라스토머에 광범위하게 사용된다.35 이는 종종 MOCA와 같은 기존 경화제보다 독성이 적은 대안으로 판매된다.35 DETDA 기반 에폭시 배합물은 또한 우수한 고온 특성을 나타낸다.35
• MOCA (4,4'-Methylenebis(2-chloroaniline)): 폴리우레탄 및 에폭시의 경화제로 역사적으로 사용되었으며, 특히 고경도 엘라스토머 생산에 사용된다.36 그러나 MOCA는 인간 발암 물질(IARC 그룹 1)로 분류되며 심각한 건강 위험을 초래한다.36
• 안전한 대안: MOCA의 독성 문제로 인해 Primacure M-CDEA와 같은 덜 유해한 대안이 점점 더 선호되고 있다. Primacure M-CDEA는 유해하지 않으면서 유사하거나 향상된 성능(예: 향상된 내마모성, 탄성, 더 나은 고온 및 동적 특성)을 제공한다.36

아민 사슬 연장제의 선택은 원하는 기계적 특성(예: 경도, 경화 속도)을 달성하는 것과 심각한 건강 및 안전 문제를 해결하는 것 사이의 중요한 균형이며, 이는 산업을 더 안전하고 고성능의 대안으로 이끌고 있다. 사슬 연장제는 B-측에 사용되는 핵심 성분이며 2, DETDA가 일반적인 예이다.3 MOCA도 언급되지만 독성 경고가 따른다.36 사슬 연장제는 폴리우레아의 경질 세그먼트에 기여하는 저분자량 아민이며 3, 경도와 경화 속도와 같은 특성에 영향을 미친다.35

MOCA는 높은 경도를 제공하지만 36 인간 발암 물질로 알려져 있다.47 이는 성능과 안전성 사이에 직접적인 충돌을 야기한다. DETDA 35 및 Primacure M-CDEA 36와 같이 독성이 적은 대안으로의 전환은 성능을 저하시키지 않으면서 더 안전한 화학 물질을 향한 강력한 산업적 변화를 나타낸다. 예를 들어, Primacure M-CDEA는 MOCA보다 향상된 고온 및 동적 특성을 제공하면서도 유해하지 않다.36 이는 폴리머 화학에서 엄격한 성능 요구 사항을 충족하는 "더 친환경적"이고 안전한 재료를 개발하기 위한 지속적인 혁신을 강조한다. 배합 설계는 기술 사양뿐만 아니라 규제 준수, 작업자 안전 및 환경 책임도 고려해야 한다.

C. B-측 혼합물의 기타 필수 원료 (안료, 난연제, 소포제)

B-측 혼합물은 최종 폴리우레아 코팅에 특정 특성을 부여하도록 설계된 복합 혼합물이다. 주요 아민 말단 수지 및 사슬 연장제 외에도 다양한 첨가제가 포함되는 경우가 많다:

• 안료: 폴리우레아 코팅에 특정 색상을 부여하는 데 사용된다.2 미적 사용자 정의를 제공하지만, 안료만으로는 UV 노출 시 방향족 폴리우레아의 변색을 완전히 방지하지 못한다.25
• 난연제: 폴리우레아의 내화성을 향상시키기 위해 첨가된다. 여기에는 인 함유 아민 1 또는 할로겐 기반 화합물이 포함될 수 있다. 인 기반 난연제는 일반적으로 연소 시 탄화층을 형성하여 화재 진압에 도움을 준다.37
• 소포제/실리콘 계면활성제: 원료의 혼합을 개선하고 경화된 필름에 기포(핀홀)가 형성되는 것을 방지하는 데 필수적이다.28 이들은 시스템의 표면 장력을 낮춰 기포 방출을 돕고 폼 적용 시 균일한 셀 구조를 촉진한다.37
• 수분 흡수제: B-측 혼합물에 존재하는 미량의 수분을 제어하는 데 매우 중요하다.28 이는 A-측의 이소시아네이트가 물과 쉽게 반응하여 이산화탄소 가스를 생성하고, 최종 코팅에 기포나 핀홀과 같은 결함을 유발할 수 있기 때문에 필수적이다.4
• 정전기 방지제: 정전기 축적을 줄이기 위해 첨가된다.4
• 희석제: 순수 폴리우레아는 100% 고형분이지만, 특정 적용 방법을 위한 점도 조절이나 구성 요소의 호환성 향상을 위해 특정 배합에 희석제가 사용될 수 있다.4

B-측 혼합물의 다양한 첨가제는 폴리우레아의 고도로 공학적인 특성을 강조하며, 각 소량의 구성 요소가 주 중합 반응을 넘어 특정 성능 특성을 미세 조정하는 데 중요한 역할을 한다. B-측에는 안료, 난연제, 소포제, 수분 흡수제 등 다양한 첨가제가 포함되어 있다.2 이는 폴리우레아가 단순한 기본 고분자가 아니라, 복합적인 요구 사항을 충족하기 위해 정교하게 설계된 재료임을 의미한다.

각 첨가제는 특정 기능을 수행한다. 예를 들어, 수분 흡수제는 이소시아네이트와 수분의 반응으로 인한 CO2 가스 발생을 방지하여 4 코팅 결함을 최소화한다. 난연제는 화재 안전성을 높이고 1, 안료는 미적 요소를 제공한다.2 이러한 첨가제들은 최종 제품의 물리적, 화학적, 미적 특성을 정밀하게 제어할 수 있도록 한다. 이는 제조업체가 특정 응용 분야의 요구 사항에 맞춰 폴리우레아의 성능 프로필을 맞춤화할 수 있는 유연성을 제공한다. 즉, 첨가제는 폴리우레아가 단순한 방수재를 넘어, 다양한 산업 및 환경 조건에서 최적의 성능을 발휘하는 다기능성 고성능 코팅이 될 수 있도록 하는 핵심적인 요소이다.

V. 폴리우레아 배합 설계 원리

폴리우레아 도막 방수재의 배합 설계는 최종 제품의 성능 특성을 결정하는 핵심 단계이다. A-측과 B-측 구성 요소의 신중한 선택과 비율 조정, 그리고 다양한 첨가제의 통합을 통해 경화 속도, 경도, 인장 강도, 신율, 접착력 및 내후성과 같은 중요한 물성을 정밀하게 제어할 수 있다.

A. NCO:NH2 당량비의 중요성 및 영향

이소시아네이트 그룹(-NCO)과 아민 그룹(-NH2)의 당량비는 폴리우레아의 최종 특성에 결정적인 영향을 미친다. 이 비율은 종종 "이소시아네이트 지수(R 지수)"라고도 불린다.48

• 이상적인 비율: 일반적으로 폴리우레아는 NCO:NH2 당량비 0.9:1.0 ~ 1.1:1.0 범위에서 제조된다.49 가장 바람직한 비율은 1:1의 중량비 28 또는 몰비 50로, 이는 완전한 반응과 최적의 고분자 네트워크 형성을 목표로 한다.49
• 물성 영향:

• 1:1 비율 (화학량론적 균형): NCO:NH2 비율이 1:1일 경우, 무한히 가교된 고체 및 취성 고분자가 얻어지며, 이는 240°C 이상에서 분해되면서 녹고 용매에 불용성이다.49 이는 최대의 가교 밀도와 강도를 제공하여 높은 경도와 인장 강도를 부여한다.48
• 1.05:1 비율 (약간의 NCO 과량): 특정 연구에서는 R 지수가 1.05일 때 합성된 폴리우레아(PUa-1.05)가 약 75 MPa의 높은 인장 강도, 약 1100 MPa의 영률, 약 104 MJ·m⁻³의 인성, 그리고 우수한 재가공 능력을 보이는 등 최고의 전반적인 성능을 나타낸다고 보고되었다.48 이는 약간의 NCO 과량이 최적의 분자량과 구조를 형성하여 기계적 특성을 향상시킬 수 있음을 시사한다.48
• 비율 변화의 영향: NCO:NH2 비율의 변화는 폴리우레아의 구조와 분자량에 상당한 영향을 미치며, 이는 기계적 특성 및 열 안정성에 크게 영향을 미친다.48 비율 조정을 통해 최종 제품의 경도, 유연성, 인장 강도 및 경화 속도를 미세하게 조절할 수 있다.7 예를 들어, 더 높은 신율을 위해서는 특정 아민 말단 폴리에테르의 비율을 높이거나, 더 높은 경도를 위해서는 사슬 연장제의 비율을 조절할 수 있다.3

B. 첨가제의 역할 및 물성 영향

다양한 첨가제는 폴리우레아의 성능을 특정 응용 분야에 맞게 최적화하는 데 필수적이다.

1. 촉매:

• 순수 폴리우레아는 일반적으로 촉매 없이도 매우 빠르게 경화되지만 3, 특정 하이브리드 시스템이나 반응 속도 조절이 필요할 때 촉매가 사용될 수 있다.51
• 촉매는 폴리우레탄 시스템에서 경화 속도를 조절하고 가사 시간을 연장하는 데 사용된다.51 아민 촉매와 금속 촉매가 있으며, 금속 촉매는 수지화 반응을 촉진하는 반면 아민 촉매는 수지화 및 발포 반응을 모두 촉진한다.51
• 촉매 수준과 유형은 반응이 어떻게 진행되는지, 그리고 이소시아네이트와 수지 반응 또는 이소시아네이트와 물 반응 중 어떤 반응이 우선하는지에 영향을 미친다.52 너무 많은 촉매는 겔화 시간을 너무 짧게 하여 작업성을 저하시키고, 너무 적은 촉매는 경화 시간을 너무 길게 하여 표면이 통행 가능해지는 것을 지연시키고 원치 않는 부반응을 유발할 수 있다.52
• 경화 속도는 주변 온도에도 크게 영향을 받으며, 온도가 높으면 경화 속도가 증가하고 온도가 낮으면 감소한다.52

1. 안료:

• 안료는 폴리우레아 코팅에 색상을 부여하여 미적 요구 사항을 충족시킨다.2
• 그러나 방향족 폴리우레아의 경우, 안료를 사용하더라도 UV 노출 시 색상 안정성이 좋지 않아 황변하거나 변색될 수 있다.25 이는 안료 자체의 문제라기보다는 폴리우레아 기재의 UV 민감성 때문이다.25 색상 변화는 Lab* 좌표계를 사용하여 측정되며, ΔE* 값이 3.3을 초과하면 육안으로 감지 가능하고 미적으로 허용되지 않는 변화로 간주된다.26

1. 충전제:

• 충전제(필러)는 폴리우레아의 기계적 물성을 향상시키고 비용을 절감하는 데 사용된다.38
• 강도 및 강성 향상: 무기 입자 충전제(예: 실리카, 카본 블랙, 탄소 나노튜브)를 폴리우레아 매트릭스에 통합하면 낮은 강성 및 강도와 같은 한계를 극복하고 기계적, 열적, 광학적, 차단 특성을 향상시킬 수 있다.38 예를 들어, 철분말을 첨가하면 저장 및 손실 탄성률이 증가하여 보강 효과를 나타내고, 압축 강도 및 에너지 저장 능력이 향상된다.41
• 충격 저항성 및 에너지 흡수: 충전제는 폴리우레아의 충격 저항성과 에너지 흡수 능력을 크게 향상시킬 수 있다.42 예를 들어, 알루미늄 폼에 폴리우레아 충전재를 채우거나 코팅하면 충격 저항성이 향상되며, 특정 두께 비율에서 최적의 에너지 흡수 효과를 보인다.42 폴리우레아 코팅은 금속 재료의 충격 저항성에 상당한 영향을 미치며, 응력을 받는 면에 코팅할 경우 동적 하중 하에서 복합 재료의 항복 응력을 효과적으로 증가시킨다.42
• 음향 특성: 특정 충전제(예: 철분말)는 폴리우레아의 음향 흡수 계수를 증가시킬 수 있으며, 수중 차량의 음향 스텔스 코팅에 사용될 수 있다.41
• 분산 및 균질성: 원하는 물성을 얻기 위해서는 충전제의 효과적인 분산과 균질성이 중요하다.41 입자 크기(예: 100~200 마이크론)는 응집을 방지하고 최적의 분산을 위해 중요하다.41

1. UV 안정제 및 흡수제:

• UV 안정제와 UV 흡수제는 폴리우레아 코팅, 특히 방향족 폴리우레아의 UV 노출로 인한 색상 변화, 광택 손실, 균열 및 취성 발생을 완화하는 데 사용된다.25
• UV 흡수제: UV 방사선을 흡수하여 열로 변환함으로써 코팅의 주요 구성 요소가 UV에 노출되는 것을 방지한다.39 두껍고 밀도가 높은 화합물에서 가장 효과적이다.39
• UV 안정제 (HALS - Hindered Amine Light Stabilizers): UV 방사선에 의해 생성되는 반응성 분자인 자유 라디칼을 분해하여 고분자 분해를 완화한다.39 단량체 HALS는 표면 보호를 제공하고, 고분자 HALS는 재료의 핵심을 통해 기재 보호를 제공한다.39
• UV 퀀처 (Quenchers): 화합물 분자가 UV 에너지를 흡수할 때 반응하여 과도한 에너지를 전달하고 열로 방출한다.39
• UV 안정제를 첨가하면 색상 변화를 줄이는 데 도움이 되며 40, 이는 코팅의 심미적 수명을 연장하는 데 중요하다.53 일부 폴리우레아 코팅은 UV 억제제 또는 안정화 첨가제를 포함하여 UV 노출에 대한 민감도를 낮춘다.25 그러나 지방족 폴리우레아가 UV 안정성 측면에서 방향족 폴리우레아보다 본질적으로 우수하다.2

C. 배합이 경화 속도, 경도, 인장 강도, 신율, 접착력 및 내후성에 미치는 영향

폴리우레아 배합은 최종 코팅의 성능 특성을 정밀하게 제어할 수 있는 수단을 제공한다.

• 경화 속도: 폴리우레아는 본질적으로 매우 빠르게 경화되지만 (수 초 이내) 6, 배합 조정을 통해 겔화 시간을 3초에서 11초까지 조절할 수 있다.4 이는 시공 조건이나 요구되는 작업성에 따라 조절될 수 있다.
• 경도: 쇼어 D 경도 40-70 7 (제품에 따라 쇼어 A 65-90 8)의 범위로 조절 가능하다. 이는 주로 아민 사슬 연장제(예: DETDA)의 비율과 유형, 그리고 이소시아네이트의 선택에 의해 영향을 받는다.3 더 높은 경도는 내마모성 및 내충격성 향상에 기여한다.8
• 인장 강도: 2000-5000 psi 7 (제품에 따라 1650-6000 psi 19, 3000-4800 psi 8) 범위로 조절 가능하다. 이는 주로 이소시아네이트와 아민 말단 폴리에테르의 유형 및 비율, 그리고 가교 밀도에 의해 결정된다.3
• 신율: 200-600% 7 (제품에 따라 120-1000% 10) 범위로 조절 가능하다. 이는 주로 아민 말단 폴리에테르의 분자량 및 작용기, 그리고 연질 세그먼트의 함량에 의해 영향을 받는다.3 높은 신율은 균열 저항성 및 구조물 움직임에 대한 적응성을 향상시킨다.7
• 접착력: 폴리우레아는 다양한 기재에 우수한 접착력을 가지지만 4, 특정 배합 조정(예: Ultra BondTM 기술 22) 또는 프라이머 사용 7을 통해 접착 강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 기재 준비(청결, 건조, 표면 거칠기)는 최적의 접착력을 위해 매우 중요하다.7
• 내후성: 주로 이소시아네이트 유형에 따라 달라진다. 방향족 폴리우레아는 UV 노출 시 변색되거나 백화되는 경향이 있지만 2, 지방족 폴리우레아는 UV 안정성이 뛰어나 색상과 광택을 장기간 유지한다.2 UV 안정제 및 흡수제를 첨가하여 내후성을 더욱 향상시킬 수 있다.19

VI. 폴리우레아 도막 방수재의 적용 방법

폴리우레아 도막 방수재는 주로 두 가지 형태로 적용된다: 고온 스프레이 폴리우레아(순수 폴리우레아)와 저온 경화 폴리우레아(하이브리드 폴리우레아).

A. 고온/고압 스프레이 적용 (순수 폴리우레아)

순수 폴리우레아는 일반적으로 고온, 고압의 전용 스프레이 장비를 사용하여 적용된다.3

• 장비 요구 사항: A-측과 B-측 구성 요소를 각각 약 70-75°C로 가열하고 15, 200 bar(2900 psi)의 고압으로 혼합 챔버에서 혼합한 후 노즐을 통해 분사한다.16 이러한 장비는 고가이며(15,000달러에서 100,000달러 이상) 13 숙련된 작업자가 필요하다.12
• 장점: 초고속 경화(수 초) 6, 수직면 및 경사면 시공 가능 6, 무이음 도막 형성 10, 두꺼운 도막을 한 번에 형성 가능 (20-500 mils).13 이는 대형 공사를 단기간에 최소 인원으로 수행할 수 있게 하여 효율성을 높인다.9
• 단점: 고가의 장비와 숙련된 시공 기술이 요구된다.12

B. 저온 경화 및 하이브리드 폴리우레아 적용 (롤러/브러시)

저온 경화 폴리우레아 또는 하이브리드 폴리우레아는 순수 폴리우레아에 비해 적용이 더 용이하며, 롤러나 브러시와 같은 일반적인 장비로 적용할 수 있다.3

• 하이브리드 폴리우레아: 폴리우레탄과 폴리우레아의 혼합물로, 두 재료의 바람직한 특성(예: 신율, 균열 저항성, 강성, 내구성)을 결합하여 특정 성능 요구 사항을 충족한다.9
• 장점: 복잡한 장비 없이 시공 가능 3, 더 긴 작업 시간(pot life) 29, DIY 적용 가능성.54
• 단점: 순수 폴리우레아만큼 빠른 경화 속도나 극한의 물리적 특성을 제공하지 못할 수 있다.3

C. 표면 준비의 중요성

어떤 폴리우레아 시스템이든 최적의 성능을 위해서는 적절한 표면 준비가 필수적이다.7

• 청결 및 건조: 표면은 깨끗하고 건조하며 오일, 먼지, 수분과 같은 오염 물질이 없어야 한다.7
• 표면 거칠기: 접착력을 향상시키기 위해 연삭, 샌드블라스팅, 쇼트블라스팅과 같은 방법으로 표면을 거칠게 만드는 것이 중요하다.7 ICRI 권장 사항에 따라 최소 CSP 3~6의 균일한 거칠기를 달성하는 것이 권장된다.16
• 프라이머: 일부 경우, 특히 콘크리트나 금속 표면에 대한 접착력을 개선하기 위해 프라이머를 적용할 수 있다.7 프라이머는 접착력을 높이고, 기존 표면의 불규칙성을 채우며, 표면의 수분을 흡수하는 역할을 한다.16

VII. 결론 및 권장 사항

폴리우레아 도막 방수재는 초고속 경화, 탁월한 기계적 물성, 환경적 강건성 및 친환경성을 특징으로 하는 고성능 재료이다. 이 보고서는 폴리우레아의 근본적인 화학적 구성, A-측(이소시아네이트 프리폴리머) 및 B-측(아민 혼합물) 구성 요소의 원료 및 제조 방법, 그리고 최종 제품의 성능을 미세 조정하기 위한 배합 설계 원리를 심층적으로 탐구하였다.

폴리우레아의 100% 고형분 특성과 초고속 경화는 단순한 기술적 이점을 넘어선다. 이는 VOC 배출이 없는 친환경적인 시공을 가능하게 하며, 용제 증발로 인한 수축 없이 두꺼운 도막을 한 번에 형성할 수 있게 하여 시공 효율성을 극대화한다. 또한, 시공 중 환경 조건에 대한 민감도가 낮아 작업 가능 기간을 확장하고 시공 실패 위험을 줄인다. 이러한 특성들은 폴리우레아가 기존 방수재의 한계를 극복하고 다양한 산업 및 환경에서 최적의 성능을 발휘하는 핵심 동인이 된다.

A-측 이소시아네이트의 선택(방향족 대 지방족)은 비용, UV 안정성 및 특정 기계적/열적 특성 간의 중요한 균형을 반영한다. 프리폴리머 제조 시 폴리올의 사용은 A-측의 반응성을 제어하고 최종 폴리우레아의 유연성 및 강성과 같은 특정 기계적 특성을 미리 설계하는 데 필수적이다. 이소시아네이트 프리폴리머 제조 과정에서 잔류 단량체 및 수분 제어는 제품의 안전성과 성능에 직접적인 영향을 미치는 중요한 공정 관리 요소이다.

B-측 아민 혼합물의 경우, 아민 말단 폴리에테르의 합성은 폴리우레아의 유연한 세그먼트 특성을 결정하며, 사슬 연장제(예: DETDA)의 선택은 경도 및 경화 속도를 조절하는 동시에 MOCA와 같은 유해 물질을 대체하여 작업자 안전을 확보하는 데 중요하다. 안료, 난연제, 소포제, 수분 흡수제 등 다양한 첨가제는 폴리우레아가 다기능성 고성능 코팅으로 기능할 수 있도록 하는 핵심 요소이다.

권장 사항:

1. 용도에 따른 맞춤형 배합: 폴리우레아의 다양한 물성 조절 가능성을 최대한 활용하여, 특정 적용 환경(예: 실외 UV 노출, 극한 온도, 높은 화학적 노출, 구조물 움직임)에 최적화된 A-측 및 B-측 원료를 선택하고 첨가제를 배합해야 한다. 예를 들어, UV 안정성이 중요한 옥상 방수에는 지방족 폴리우레아를, 내화학성이 중요한 산업 시설에는 특정 내화학성 첨가제를 고려해야 한다.
2. 공정 제어 및 품질 관리 강화: 이소시아네이트 프리폴리머 제조 시 잔류 단량체 및 수분 함량에 대한 엄격한 공정 제어 및 품질 관리는 최종 제품의 일관된 성능과 안전성을 보장하는 데 필수적이다.
3. 안전하고 친환경적인 원료 개발 및 사용: MOCA와 같은 유해 물질을 대체하는 DETDA, Primacure M-CDEA와 같은 안전하면서도 고성능의 아민 사슬 연장제 사용을 적극 권장하며, 지속적으로 친환경적인 원료 개발 및 적용을 모색해야 한다.
4. 시공 전문성 확보: 고성능 폴리우레아 시스템의 잠재력을 최대한 발휘하기 위해서는 고가의 전용 스프레이 장비에 대한 투자뿐만 아니라, 균일한 도막 두께와 최적의 접착력을 보장할 수 있는 숙련된 시공 인력의 양성 및 확보가 중요하다.
5. 기재 준비의 철저함: 아무리 뛰어난 폴리우레아 재료라도 기재 표면 준비가 미흡하면 성능 저하로 이어질 수 있으므로, 시공 전 표면의 청결, 건조, 적절한 거칠기 확보에 대한 표준화된 절차를 철저히 준수해야 한다.

이러한 포괄적인 이해와 전략적 접근을 통해 폴리우레아 도막 방수재는 건축 및 산업 분야에서 지속적으로 혁신적인 솔루션을 제공할 수 있을 것이다.

참고 자료

1. Polyurea-coating technology - DRDO, 5월 23, 2025에 액세스, https://www.drdo.gov.in/drdo/sites/default/files/inline-files/Polyurea_0.pdf
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18. 분자 구조내 우레아 결합과 초속 경화의 특성을 가지는 친환경적인 탄성 코팅제로 - 인장강도, 신장율 등의 기계적 물성이 뛰어나고 내크랙성, 내충격성, 내화학성, 내약품성, 내마모성, 내염수성 및 소지에 대한 접착력이 우수하여 장기간의 내구 성능 발휘가 가능한 친환경 방수 - 새론테크, 5월 23, 2025에 액세스, http://www.saerontech.kr/?param=product_01_01
19. Polyurea- Advantages for Commercial and Industrial Coating Applications - Instacote, 5월 23, 2025에 액세스, http://instacote.com/InstacoteProductsAndServicesBrochure.pdf
20. What is Polyurea Waterproofing and How Does it Work? - Sunanda Global, 5월 23, 2025에 액세스, https://sunandaglobal.com/what-is-polyurea-waterproofing-and-how-does-it-work/
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23. 옥상 바닥 판넬 공장지붕 보호의 핵심: 폴리우레아방수 공사 솔루션, 5월 23, 2025에 액세스, https://www.amthane.com/businesse
24. Polyurea Vs Fiberglass - Coastal State Coatings, 5월 23, 2025에 액세스, https://coastalstatecoatings.com/polyureavsfiberglass.php
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