KR100220188B1 - 규산소다를 이용한 수용성 접착제의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

규산소다를 이용한 수용성 접착제의 제조방법

[발명의 상세한 설명]

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 규산소다를 이용한 접착제 및 그 제조방법에 관한 것으로. 보다 상세하게는 규산소다에 폴리비닐아세테이트 및 비닐아세테이트 단량체를 가하여서된 규산소다를 이용한 접착제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일명 물유리라고 불리우는 규산소다(Sodium silicate)는 규산염화합물의 일종으로서 자연계에는 Na₂O·3.75SiO₂로부터 2Na₂O·SiO₂까지 다양한 형태로 존재하며, 일반적으로 탄산소다와 석영가루를 용융하는 방법 등으로 얻을 수 있는 백색무취의 물질이다.

상기 설명한 규산소다는 고유의 점착력을 지니고 있어 종래에 종이류의 접착제 및 주물사용 결합제로서 널리 사용되어왔으며, 특히 기타의 유기 접착제와 비교하여 생산비가 저렴할 뿐만 아니라 제조과정이나 제조후에 공해를 유발시키지 않는 등의 장점을 가지고 있다.

그러나 접착제로서 규산소다를 단독으로 사용하는 경우 대기중의 수분이나 물기에 노출되면 접착력이 현저하게 저하되는 등 내수성이 약한 단점을 가지고 있으며, 경화된 상태의 규산소다는 취성이 강하므로 일정한 정도 이상으로 구부리면 쉽게 절파(折破)되는 특성을 가지고 있어 유연성 측면에서도 큰 문제점을 나타내고 있다.

또한, 규산소다를 펄프 등의 종이재료와 혼합하여 판지(板紙)등을 제조할 경우 규산소다 분자에 구성된 Na₂O는 대기중의 이산화탄소와 반응하여 탄산나트륨으로 변환됨으로서 판지표면이 부분적으로 횐색으로 변화되는 백화현상이 나타나게 되는데. 이러한 백화현상은 판지의 외관을 크게 손상시킬 뿐만 아니라 판지를 구성하는 종이재료 입자간의 접착력을 약화시켜 결국 판지의 수명을 단축시키게 되는 문제점이 있다.

상기한 바와 같이 접착제로서 규산소다를 단독으로 사용하였을 때의 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 규산소다에 점착성 유기 화합물을 혼합하여 유연성 및 내수성 등의 물성을 향상시키고자 하는 방법이 고려되어 왔으나, 대부분의 점착성 유기 화합물은 친수성을 나타내지 못하므로 이를 수가용성인 규산소다와 함께 혼합하여 접착제를 제조할 경우 이를 희석시키기 위한 용제의 선택이 매우 어려운 문제점이 있다.

즉, 물 등의 무기용제를 사용할 경우 점착성 유기화합물이 용해되기 어려우며, 벤젠 등의 유기용제를 사용할 경우에는 규산소다의 용해가 곤란한 문제점이 있는 것이다.

이와 관런하여, 일본국 특개소 61-252395호 및 일본국 특개평 5-32931호에서는 규산소다와 함께 수가용성 폴리비닐알콜 등의 점착성 유기화합물을 혼합하여 지력강화제 또는 코팅제 등을 제조하는 기술을 소개하고 있다.

상기 기술에서 점착성 유기 화합물로서 사용하는 폴리비닐알콜은 분자내에 친수기로서 하이드록실기를 가지로 있어 우수한 수용성을 나타냄으로서 이를 규산소다와 혼합할 경우에도 물을 용제로서 사용할 수 있는 장점이 있으나, 상기 기술은 자체적으로 친수기를 갖는 폴리비닐알콜 등의 점착성 유기 화합물의 이용에 한정된 것으로 그 이외에 수용성을 나타내지 못하는 기타 점착성 유기학합물에 관하여는 언급하고 있지 않다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

본 발명은 상기한 바와 같이 종래에 접착제로서 규산소다를 단독으로 사용하였을 경우 나타나는 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로. 규산소다를 주재료로서 사용하여 수불용성을 나타내는 점착성 유기 화합물을 적절히 혼합함으로서 우수한 수가용성을 나타낼 수 있고 내수성 및 유연성이 우수할 뿐만 아니라 경화 후 백화현상이 발생하는 것을 방지하여 궁극적으로 접착력을 크게 향상시길 수 있는 규산소다를 이용한 접착제 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

[발명의 구성 및 작용]

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 규산소다 80 내지 100중량부와 폴리비닐아세테이트 25 내지 35중량부와 비닐아세테이트 단량체 6 내지 9 중량부를 혼합하여 교반하는 방법의 규산소다를 이용한 접착제의 제조방법을 제공한다.

기 설명한 바와 같이 본 발명에서 주재료로서 사용하는 규산소다는 분자를 구성하는 Na₂O와 SiO₂의 몰비에 따라 다양한 형태로 존재하나 이중 가장 우수한 접착력을 나타내는 분자구성으로서 Na₂O:SiO₂가 1 : 3.2 내지 3.4의 몰비로 구성되는 규산소다가 일반적으로 사용되며. 이는 한국공업규격 KS M 1415에서 규정하는 규산소다의 분류 중 20℃에서의 비중이 1,260이상이고 물불용분이 O.2%이하이며 Na₂O 6내지 7%, SiO₂23내지 25%를 포함하는 4종의 규산소다에 부합하는 성분조성을 갖는 것이다.

상기한 규산소다와 함께 혼합되는 폴리비닐아세테이트는 무색 무취의 수불용성 화합물로서 내수성 및 내후성이 뛰어나고 종이, 목재, 유리, 금속등 다양한 물질의 접착제로서 사용될 수 있으며, 경화시 연성을 나타내므로 상기 규산소다에 혼합하여 사용할 경우 규산소다를 단독으로 사용하였을 때 나타나는 내수성 및 유연성 측면에서의 많은 문제점들에 대한 현저한 개선 효과를 나타낼 수 있다.

이러한 폴리비닐아세테이트의 혼합량을 증가시킬수록 위에서 설명한 개선효과를 더욱 증대시킬 수 있는 것이나 규산소다 80내지 100중량부에 대한 혼합비율이 35중량부를 초과하여 혼합될 경우에는 폴리비닐아세테이트의 가격이 비교적 고가인 관계로 인하여 전체적인 제조 원가의 상승요인으로 작용하게 됨으로서 상대적으로 값이 저렴한 규산소다를 이용함에 따른 경제성 측면에서의 장점을 충분히 고려할 수 없는 문제점이 있으며 25중량부 미만일 경우에는 상기 설명한 개선효과를 얻기 어려우므로 25내지 35중량부의 범위내에서 혼합하여 주는 것이 바람직한 것이다.

본 발명에서 규산소다와 함께 혼합하는 비닐아세테이트 단량체는 하기한 반응식 1의 메카니즘을 통해 규산소다와 반응하여 수용성인 소디움아세테이트 및 비닐-실리케이트 화합물로 변환되는데, 이러한 비닐-실리케이트 화합물은 비닐기의 말단에 친수성을 갖는 실리케이트기를 갖게되며. 따라서 상기한 제 반응에 의하여 궁극적으로 규산소다와 혼합되는 비닐아세테이트는 수용성을 나타낼 수 있는 것이다.

[반응식 1]

2CH₂=CH-O-CO-CH₃+Na₂O·nSiO₂→2CH₂=CH-O·nSiO₂+2Na-O-CO-CH₃

또한 상기한 반응에 의하여 규산소다에 구성된 나트륨원자는 비닐아세테이트 단량체에 구성된 아세테이트기와 반응하여 소디움아세테이트 화합물로 생성됨으로서 이산화탄소에 대한 안정성을 나타낼 수 있는 것이다.

이러한 반응에 의한 백화현상 방지 효과는 특히 본발명의 접착제를 종이류 등에 응용할 경우 더욱 현저하게 나타나며, 이때 비닐아세테이트 단량체 및 이와 함께 혼합되는 폴리비널아세테이트에 구성된 아세테이트기가 규산소다에 구성된 나트륨을 양면에서 캡핑(Capping)한 후 종이입자내부로 이동됨으로서, 대기중의 이산화탄소와의 접촉에 의한 백화현상(The phenomenon of air-slaked lime)이 방지되는 것이다.

상기한 반응식 1에서와 같은 규산소다와 아세테이트기와의 반응은 규산소다와 비닐아세테이트단량체와의 반응에서만 발생하는 것이 아니며, 규산소다에 구성된 나트륨원자는 폴리비닐아세테이트에 구성된 아세테이트기와도 일부 반응하여 소디움아세테이트 및 비닐-실리케이트 화합물로 안정화되는 반응이 진행됨으로서 폴리비닐아세테이트 또한 수용성을 나타낼 수 있는 것이다.

본 발명에서 사용하는 비닐아세테이트는 인화성이 강하고 연소될 경우독성가스를 배출하는 위험 물질로서 이를 접착제의 제조시 과량첨가할 경우에는 규산소다와 반응하지 않은 상태의 미반응물로 잔존하게 되므로 사용자의 부주의로 인한 재해를 초래할 우려가 있을 뿐만 아니라, 결국 접착제내에 잔존하는 비닐아세테이트 미반응물에 의하여 접착력이 저하될 수밖에 없는 문제점이 있다.

즉, 규산소다 80 내지 100중량부를 기준으로 비닐아세테이트 단량체의 혼합비율이 6중량부 미만일 경우 백화현상을 효과적으로 방지할 수 없고 혼합비율이 9중량부를 초과할 경우에는 비닐아세테이트 단량체가 미반응물로서 잔존하게되는 문제점이 있으므로 비닐아세테이트 단량체의 가장 적절한 혼합비율을 6내지 9중량부로함이 바람직한 것이다.

상기한 바의 규산소다, 폴리비닐아세테이트 및 비닐아세테이트 단량체 화합물을 기 설명한 바의 적절한 혼합비율범위로 혼합한 후 용제로서 적당량의 물을 가하여 상온(바람직하기로는 20내지 30℃)에서 통상적인 방법의 알맞은 속도로 교반 혼합하여 주면 본 발명의 접착제가 제조될 수 있는 것이다.

이하 본 발명을 하기한 실시예, 비교예 및 실험예를 통하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

실시예 1

한국 공업규격 KS M 1415에서 규정하는 4종의 규산소다 9kg과 폴리비닐아세테이트 3kg과 비닐아세테이트 750g 및 적당량의 물을 가경식 믹서에 넣고 25±5℃에서 35분간 교반 혼합하여 접착제를 제조하였다.

실시 예 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 규산소다의 혼합량을 8kg으로하고 폴리비닐아세테이트의 혼합량은 2.5kg으로 하였으며 비닐아세테이트의 혼합량은 600g으로 하였다.

실시예 3

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되. 규산소다의 혼합량을 1Okg으로 하고 폴리비닐아세테이트의 혼합량은 3.5kg으로 하였으며 비닐아세테이트의 혼합량은 900g으로 하였다.

비교예

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 폴리비닐아세테이트 및 비닐아세테이트를 첨가하지 않았다.

실험예

-내수성시험-

상기 실시예 1내지 3 및 비교예로부터 제조된 각각의 접착제를 펄프재와 혼합하여 나비×길이×두께의 크기가 50×200×10mm인 종이재 파티클 보드를 제작하였으며, 이렇게 제조된 각각의 종이재 파티클보드를 30℃의 물에 3시간동안 함침시킨 후 20℃에시 10분간 건조하여 시험편으로 제조하였다.

상기 제조된 각각의 시험편을 일본 S사의 U.T.M.(모델 UEH-20OA)시험기를 이용하여 3등분점 재하법(스팬길이 : 150mm)으로 평균변형속도를 약 10mm/min으로하여 하중을 가하였으며 시험기가 나타내는 최대하중을 측정하고 이를 하기 수학식 1에 대입하여 굽힘강도를 측정한 후 하기 표 1에 나타내었다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서, P:최대하중(N) L:스팬(cm) b:시험편의 나비(cm) t:시험편의 두께(cm)

[표 1]

상기 표 1에 나타난 결과로부터 알 수 있는 바와 같이. 본 발명에 의한 실시예 1내지 3의 경우 규산소다와 함께 혼합되는 폴리비닐아세테이트 및 비닐아세테이트 단량체의 혼합비율이 번화함에 따라 굽힘강도에 있어 다소 차이가 나타났으나, 전반적으로 1O9×1O^-2내지 116×1O^-2N/cm²의 높은 굽힘강도로 나타나고 있으며, 이는 비교예에서 나타난 95×1O^-2N/cm²보다 최대 21×1O^-2N/cm²의 차이를 나타내는 것으로 본 발명에 의한 접착제가 종래의 규산소다만으로된 접착제보다 내수성에 있어서 현저한 개선효과를 나타내고 있음을 입증하는 것이다.

-백화현상시험-

상기 내수성시험예에서와 마찬기지로 상기 실시예 1내지 3 및 비교예로부터 제조된 각각의 접착제를 펄프재와 혼합하여 시험편을 제조하되, 나비×길이×두께의 크기를 1OO×1OO×1cm로 하여 제조한 후, 통풍이 잘되는 장소에서 1개월간 방치한 후 시험편의 외표면을 육안으로 관찰한 결과, 본 발명에 의하 실시예 1내지 3의 접착제로 제조된 시험편의 경우 1개월 전의 원상태를 유지하고 있음을 확인하였으나, 비교예의 경우 시험편 전체면적의 약 35내지 40%정도의 부위에서 횐색의 얼룩을 확인할 수 있었다.

[발명의효과]

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 규산소다를 주재료로서 사용하여 폴리비닐아세테이트 및 비닐아세테이트 단량체를 적절한 비율로 혼합함으로서 종래에 규산소다를 단독으로 사용하였을 경우 나타나는 내수성, 유연성 경화 후 백화현상이 발생하는 등의 제반 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 규산소다와 함께 혼합되는 점착성 유기 화합물의 수용화를 가능케하여 궁극적으로 접착제로서 규산소다의 이용효율성을 향상시킬 수 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims (1)

1. 규산소다와 수지를 이용하여 수용성의 접착제를 제조하는 방법에 있어서, 규산소다 80 내지 100중량부와 폴리비닐아세테이트 25 내지 35중량부와 비닐아세테이트 단량체 6 내지 9 중량부를 물 존재하에 25±5℃에서 혼합 교반함을 특징으로하는 규산소다를 이용한 수용성 접착제의 제조방법.