KR0137156B1 - 골판지용 접착제의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 골판지용 접착제의 제조방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 전분의 제호시 전분 변성화제를 가하여 전분을 변성화하는 동시에 호액을 제조함으로써, 접착력 및 내수성이 향상된 골판지용 접착제의 경제적으로 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 골판지용 접착제는 물에 가성소다 및 전분을 가하여 전분 현탁액을 제조하는 공정 전기 공정으로 부터 제조된 전분 현탁액에 전분 변성화제 및 가성소다 수용액을 가하여 전분을 변성화 및 제호시키는 공정 및, 전기 공정으로 부터 수득한 호액에 붕산을 가하는 공정에 의해 제조되며, 본 발명의 제조방법에 의해 우수한 초기 접착력 및 내수 접착력을 지닌 골판지용 접착제를 경제적으로 간편하게 제조할 수 있으므로, 골판지 제조시 유용하게 사용될수 있다는 것이 확인되었다.

Description

골판지용 접착제의 제조방법

본 발명은 골판지용 접착제의 제조방법에 관한 것이다.

좀 더 구체적으로, 본 발명은 전분이 제호시 전분 변성화제를 가하여 전분을 변성화하는 동시에 호액을 제조함으로써, 접착력 및 내수성이 향상된 골판지용 접착제를 경제적으로 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

골판지용 접착제는 골판지 원지인 라이너(liner)와 골심지의 접착에 사용되는 접착제로서, 골판지 제조시 접착제는 골심지로 전이되어 코러게이터(corrugator)에서 열 및 압력을 받아 접착제 중 전분성분이 완전호화(湖化)되고 점도가 급격히 상승함으로써, 초기접착력을 발휘하게 되며, 후속공정인 건조공정에서 접착제의 건조와 함께 접착이 완료되게 된다.

종래의 일반적인 골판지용 접착제는 옥수수, 타피오카 및 소맥 등의 전분을 3 내지 4배 중량의 물에 현탁시키고, 접착제의 호화온도를 조절하기 위하여 전호액에 대하여 0.4 내지 0.6wt%의 가성소다를 가한 다음, 접착제의 점도안정성, 보수성 및 초기접착력을 향상시키기 위하여 전분에 대하여 1 내지 4wt%의 봉사를 가하고 전분을 일부 호화시키거나 부분적으로 팽윤시켜 원지에 묻을 수 있을 정도의 점도를 부여함으로써 제조되었다.

이와 같은 골판지용 접착제의 제조방법에 대한 종래의 기술에 대하여는 다음과 같은 문헌에 개시되어 있다.

미합중국 특허 제 2,102,937호에는 캐리어(carrier)부와 메인(main)부로 이루어진 전분액을 사용하여 골판지용 접착제를 제조하는 방법이 개시되어 있다.

전기 문헌에 개시된 방법은 스타인홀(Stein Hall)법으로 골판지용 접착제 제조시 가장 널리 사용되어 왔으며, 현재에는 전기 방법을 일부 개량하여 사용하고 있다.

이러한 방법에서는 캐리어부는 전분 현탁액에 가성소다 용액을 가하고 가열하여 충분히 호화시켜 제조되고, 메인부는 전분 현탁액에 붕사를 가하여 제조되어, 전기 캐리어부를 메인부에 혼합함으로써, 메인부의 생전분이 완전호화된 호액(糊液)상태의 캐리어부의 전분과 분산 및 혼합되어 전분 고유의 침전현상을 방지할 수 있었다.

또한, 전기 방법에 의해 제조된 접착제는 캐리어부의 완전호화된 호액의 점성에 의해 골판지 제조시 접착제가 골심지로 용이하게 전이될 수 있으며, 접착제의 보수성 및 호화 온도를 조절할 수 있다는 장점을 지니고 있었다.

그러나, 상기한 스타인홀법은 캐리어부 및 메인부의 두 부분으로 이루어진 전분액을 사용하기 때문에, 접착제 제조시 제조공정이 복잡하고, 전분액을 제조하기 위한 별도의 장치가 요구되어 접착제의 생산단가가 높아진다는 단점을 지니고 있었다.

한편, 상기한 스타인홀법의 문제점을 해결한 골판지용 접착제의 제조방법이 미합중국 특허 제 3,355,307호에 개시되어 있으며, 이 방법에서는 별도의 캐리어부를 사용치 않고 전분에 물을 가하여 전분 현탁액을 제조하고, 가온하면서 가성소다 용액을 가하여 전분의 균일한 팽윤 및 점도의 상승을 일으킨 다음, 전분의 계속적인 팽윤에 의한 완전호화를 방지하기 위하여 소정의 점도에 도달하면 붕산을 가하여 접착제를 제조하였다.

이때, 전분액에 첨가된 붕산은 가성소다 일부를 중화하여 팽윤을 억제함과 동시에 중화시 붕사가 형성되게 된다.

전기 방법은 통상 노캐리어(No Carrier)법으로 알려져 있으며, 캐리어부를 제조할 필요가 없기 때문에 공정이 간단해지고 설비의 자동화를 이룰 수 있는 동시에, 짧은 제호(製糊)시간에 양질의 호액을 수득할 수 있으므로, 골판지 제조시 당업계에서 널리 사용되어 왔다.

그러나, 상기한 방법은 전분을 주재로 하기 때문에, 제조된 접착제는 초기 접착력 및 내수성이 약하여 고속 골판지 제조시 골판지에 가해지는 전단응력을 견디지 못하며, 본 방법에 의해 제조된 골판지는 내구성이 떨어진다는 단점을 지니고 있었다.

골판지 제조장치의 고속화에 따른 접착제의 요구특성이 높아지는 가운데 전분 변성화기술의 발전에 힘입어 최근에는 상기한 종래기술이 지닌 문제점을 해결하기 위한 일련의 시도가 행하여져 왔으며, 이러한 시도로는 주로 제호시 사용되는 전분을 사전에 변성화제로 변성화시킨 변성전분을 사용하는 방법 및 접착제의 내수접착력 향상을 위하여 전분을 제호시킨 후 요소수지 등의 내수화 수지를 첨가하는 방법으로 대별할 수 있으며, 이러한 종래기술은 다음과 같은 문헌에 개시되어 있다.

일본 특허공개 소 58-141268호에는 스타인홀법을 사용하여 접착제의 제호시 전분을 에스테르화, 에테르화 및 가교화시키거나 이를 조합한 변성화 기법을 사용하여 변성화한 변성전분을 캐리어부 및 메인부에 사용하여 접착제의 초기 접착력 및 내수성을 증대하는 방법에 대하여 개시되어 있다.

또한, 유럽 특허공개 제 467,568호에는 가교전분을 메인부에 사용하여 접착제의 내수 접착력을 향상시키는 방법에 대하여 개시되어 있다.

아울러, 미합중국 특허 제 4,240,841호는 에스테르 변성전분을 사용하여 노캐리어법으로 접착제를 제조하는 방법을 개시하고 있다.

그러나, 상기한 변성전분을 채용한 종래의 기술은 전분의 변성화에 의해 호화시 고점도를 얻을 수 있어 접착제의 초기 접착력을 향상시켜 골판지용 접착제의 요구특성을 만족시킴과 동시에 변성전분에 포함된 치환기에 의해 내수 접착력 및 사용시 내마찰성을 증대시킬 수 있으나, 원료로 사용되는 변성전분의 가격이 높기 때문에 접착제를 경제적으로 제조할 수 없다는 결정적인 문제점을 지니고 있어 산업상 실제로 사용하는 데에는 한계가 있었다.

한편, 일본 특허공개 평 5-239,422호에는 접착제의 내수 접착력의 향상을 위하여 내수화 수지를 원료에 첩가하는 방법이 개시되어 있으나, 이 또한 내수화수지가 고가인 이유로 접착제를 경제적으로 제조할 수 없었으며, 초기 접착력의 증대에는 아무런 효과가 없는 것으로 밝혀졌다.

따라서, 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 우수한 초기 접착력 및 내수 접착력을 지닌 골판지용 접착제를 경제적이면서도 간편하게 제조할 수 있는 방법을 개발해야 할 필요성이 끊임없이 대두되어 왔다.

결국, 본 발명은 목적은 경제적이면서도 간편하게 우수한 초기 접착력 및 내수 접착력을 지닌 골판지용 접착제를 제조하는 방법을 제공함에 있다.

본 발명자들은 노캐리어법을 채용하면서 전분의 제호과정 중에 전분 변성화제를 가하여 전분의 제호와 동시에 전분의 변성화를 이룸으로써, 전분 현탄액에 변성화재를 투입하고 중화, 탈수 및 건조과정 등의 복잡한 제조공정에 의해 제조된 고가의 변성전분을 원료로 사용하지 않고도 경제적이 면서도 간단한 공정에 의해 초기 접착력 및 내수 접착력이 우수한 골판지용 접착제를 제조할 수 있는 방법을 알아내고 예의 연구를 거듭한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이하, 본 발명의 골판지용 접착제의 제조방법을 공정별로 구체적으로 설명하고자 한다.

제1공정 : 전분 현탄액의 제조

35 내지 40℃로 유지된 물에 대하여 0.2 내지 0.5wt%의 가성소다를 가하여 용해한 다음, 물에 대하여 25 내지 40wt%의 전분을 가하여 전분액을 제조한다.

이때, 가성소다는 본 공정에서 전량을 일괄투입하여도 되나, 전분과의 원활한 반응을 위하여 본 공정과 후술하는 제2공정으로 나누어, 즉 전분 변성화제의 투입 전후로 나누어 투입하는 것이 바람직하다.

제2공정 : 전분의 변성화 및 제호

전기 공정으로 부터 제조된 전분 현탁액에 전분 변성화제를 가하고 2 내지 5wt% 농도의 가성소다 수용액을 전분액 대비 10 내지 20wt%를 5 내지 10분간 가하여 적정점도에 도달할 때까지 10 내지 15분간 교반하여 전분을 변성화 및 제호시킨다.

이때, 전분 변성화제로는 에피클로로하이드린(epichlorohydrin) 및 포스포러스 옥시클로라이드(phosphorus oxychloride)등 전분을 에스테르화, 에테르화, 가교화 및 양성화 등의 전분을 변성화할 수 있는 변성화제는 모두 사용할 수 있으며, 변성화제의 종류 및 접착제의 요구특성에 따라 전분 대비 0.01 내지 1wt%를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 전분으로는 옥수수, 감자, 타피오카, 고구마 및 소맥 등의 종래의 모든 전분이 사용가능하다.

제3공정 : 접착제의 제조

전기 공정으로 부터 수득한 용액에 붕산을 전분 대비 1 내지 3wt%가 되도록 가하고 중화하여 점도의 상승을 억제한 다음, 약 5 내지 10분간 교반하여 본 발명의 골판지용 접착제를 제조한다.

상기한 공정으로 부터 제조된 접착제는 변성전분을 원료로 사용하여 제조된 종래의 골판지용 접착제에 필적한 초지접착력 및 내수접착력을 보유한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1

5,000ml의 비이커에 물 3,000ml를 가하고 항 온조에 넣어 온도를 38℃로 유지시킨 다음, 가성소다 14g을 가하고 교반하여 용해하고 옥수수 전분 1,000g을 가하여 전분 현탁액을 제조하였다.

전기 전분 현탁액에 에피클로로하이드린 0.20g을 가하고 4wt% 농도의 가성소다 수용액 400ml를 약 5분간에 걸쳐 가한 다음, 약 15분간 교반하여 전분을 변성화 및 제호시켰다.

여기에, 붕산 13.6g을 가하여 중화 및 점도상승을 억제한 다음, 약 10분간 교반하여 골판지용 접착제를 제조하였다.

실시예 2

실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 제조한 전분 현탁액에 포스포러스 옥시클로라이드 0.36g을 가하고 4wt% 농도의 가성소다 수용액 400ml를 약 5분간에 걸쳐 가한 다음, 실시예 1과 동일한 방법으로 골판지용 접착제를 제조하였다.

비교예 1

전분 현탁액에 전분 변성화제를 가하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 골판지용 접착제를 제조하였다.

비교예 2

옥수수 전분 2kg을 물 5,000ml에 가하여 전분유를 제조하고 항온조내에서 온도 38℃로 유지한 다음, 4wt% 농도의 가성소다 수용액 600ml를 가하고 에피클로하이드린 0.7g을 투입하여 교반하에 약 2시간 동안 반응 시키고 염산을 가하여 pH6.5로 중화하고 탈수, 정제 및 건조하여 가교전분을 제조하였다.

전기 가교전분을 사용하여 비교예 1과 동일한 방법을 사용하여 골판지용 접착제를 제조하였다.

접착제의 성능시험

전기 실시예 및 비교예에서 제조된 접착제를 각 166g을 취하여 0.3wt% 가성소다 수용액 294g과 혼합한 다음, 점도분석시(Brabender Amylograph, Brabender Co., Germany)를 사용하여 75rpm 및 700cm·g의 torque 조건하에서 접착제의 호화 개시온도, 피크(peak) 점도 및 95℃에서의 점도를 분석하여, 그 결과치를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 접착제의 호화개시 온도의 종래의 방법에 의해 제조된 접착제와 유사하며, 본 발명의 접착제는 가교전분을 원료로 사용하여 제조한 종래의 접착제와 유사한 고점도를 나타낸다는 것을 확인하였다.

전기 실시예 및 비교예에서 제조된 접착제를 평량 220g/m2의 라이너지의 가로 8mm × 세로 100mm 시편 1개당 0.03g/cm2이 되도록 도포하고 150℃로 유지된 중량 1,140g의 다리미를 사용하여 약 7초간 가열 접착한 다음, 20℃ 및 65%RH로 유지된 항온항습기에서 24시간 조습하고 20℃의 물에 10분간 담근 후 인장강도기(STROGRAPH M-50, Toyo Seiki, Japan)를 사용하여 내수접착력을 분석한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 접착제는 내수 접착력이 변성전분을 사용하지 않은 경우와 비교할 때, 휠씬 우수한 결과를 나타내었으며, 가교전분을 원료로 사용하여 제조한 종래의 접착제와 유사한 내수 접착력을 나타낸다는 것을 확인하였다.

이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명의 제조방법에 의해 우수한 초기 접착력 및 내수 접착력을 지닌 골판지용 접착제를 경제적으로 간편하게 제조할 수 있으므로, 골판지 제조시 유용하게 사용될 수 있다는 것이 확인되었다.

Claims (3)

1. ⅰ) 물에 가성소다 및 전분을 가하여 전분 현탁액을 제조하는 공정 ⅱ) 전기 공정으로 부터 제조된 전분 현탁액에 전분 변성화제를 전분에 대하여 0.01 내지 1wt% 가하고, 가성소다 수용액을 가하여 전분을 변성화 및 제호시키는 공정 및, ⅲ) 전기 공정으로 부터 수득한 호액에 붕산을 전분에 대하여 1 내지 3wt% 가하는 공정을 포함하는 골판지용 접착제의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 전분은 옥수수, 감자, 타피오카, 고구마 및 소맥으로 구성된 그룹으로 부터 선택된 1종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 골판지용 접착제의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 전분 변성화제로는 전분을 에스테르화, 에테르화, 가교화 및 양성화할 수 있는 변성화제인 것을 특징으로 하는 골판지용 접착제의 제조방법.