KR100425786B1 - 습기경화형 반응성 핫멜트 폴리우레탄 접착제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지방족 계열의 이소시아네이트(Isocyanate)를 원료로 한 무황변 반응성 핫멜트에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 일반적인 핫멜트 제품의 단점인 내열성의 한계를 극복할 수 있는 대안으로 지방족 이소시아네이트를 이용하면서 고온다습한 조건하에서 전 처리를 수행하도록 하여 경화 반응을 촉진함으로서 접착 후의 내열성 및 접착력을 향상시켰다.

Description

습기경화형 반응성 핫멜트 폴리우레탄 접착제{Moisture curing polyurethane reactive hot melt adhesive}

본 발명은 지방족 계열의 이소시아네이트(Isocyanate)를 원료로 한 무황변 반응성 핫멜트에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 지방족 이소시아네이트를 사용하는 반응성 핫멜트에서 경화반응을 촉진하는 방법에 관한 것이다.

최근에 들어서 환경문제가 화학산업의 가장 큰 이슈중의 하나로 등장하고 있으며, 접착제 산업에서도 환경친화형 접착제의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 환경친화 접착제 중 100% 고형분으로 구성된 핫멜트(Hot Melt)형 접착제는 접착 후 단시간에 접착력을 발현하며, 건조 과정등이 필요하지 않으며 특히 자동화 작업이 가능하다는 등의 잇점이 있어서 많은 관심의 대상이 되고 있다. 이러한 핫멜트 접착제 중에서도 반응성 핫멜트는 일반적인 핫멜트 제품의 단점인 내열성의 한계를 극복할 수 있는 대안으로 제안되었으며 자동차, 건축, 목공등 여러 산업분야에서 적용되는 등 그 용도가 확대되고 있는 실정이다.

그러나 대부분의 반응성 핫멜트는 폴리우레탄계의 접착제로서 화학구조식에서 분자의 양말단에 이소시아네이트(NCO)기를 반응성 그룹으로 함유하고 있으며 이반응성기가 대기 중의 습기와 반응하여 경화반응이 시작되는 경화기구(Curing System)를 가지고 있다. 그래서 MDI를 원료로 한 반응성 핫멜트는 일광 또는 자외선등에 폭로되었을 때, 황변현상이 일어나 그 색상이 변하는 단점이 있어 밝은 색의 피착재를 접착하는 경우에는 제품의 외관이 나쁘게 보이고 따라서 사용상의 제약이 많은 형편이다. 이를 극복하고자 지방족 이소시아네이트를 사용한 반응성 핫멜트를 제조하는 시도가 있었으나, 지방족 이소시아네이트의 반응성은 매우 낮아서 제한된 시간안에 원하는 접착력과 내열성을 동시에 발현할 수 있는 제품을 상용화하기는 어려웠다.

미국특허 제3,505,283호에서는 경화제로서 카르복실산 무수물 존재하에서 50내지 200℃ 온도에서 히드록시 함유 에폭시 수지와 반응할 때 단순히 유기 디이소시아네이트 및 폴리이소시아네이트의 사용에 대해 기재하고 있다. 이 방법에 의해 제조된 물질은 가공성을 얻기 위해 요구되는 높은 도포온도가 열경화성 물질의 경화반응을 미리 유발할 수 있기 때문에 반응성 핫멜트 접착제로서는 부적합하다는 단점이 있다.

국내특허공개 제95-11581호는 핫멜트 접착제 조성물에 관한 것으로 디하이드록시 화합물과 디이소시아네이트 화합물이 일정비율로 함유되어 있어 피착재의 접착시 피착재를 전처리하지 않고 직접 접착할 수 있도록 한 접착제로서 접착강도가 우수하고 시간이 경과함에 따라 대기중의 수분과 반응하여 경화됨에 따라 점차 접착강도가 높아지는 것을 특징으로 한다. 그러나 경화반응이 지연되어 원하는 시간내에 접착력을 발현 할 수가 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 일반적인 핫멜트 접착제로써는 보여줄 수 없었던 내열성의 한계를 극복하고 지방족 이소시아네이트를 사용한 경우에 낮은 반응성으로 인한 경화문제를 해결하고자 하였다.

본 발명은 습기경화형 폴리우레탄 핫멜트 접착제에 관한 것으로 폴리올과 이소시아네이트가 0.90 내지 1.05가 되는 양으로 지방족 이소시아네이트를 반응시키고 말단이 디히드록시 폴리에스테르 형태로 얻어지는 분자량 10,000-50,000의 열가소성 폴리우레탄 수지를 합성함에 있어서 경화반응을 촉진시키는 수단으로 고온다습한 조건을 가해줌으로 해서 반응성을 향상시켰다.

이때의 고온다습한 조건으로서는 온도가 40-100℃ 이며 습도는 30-100RH(상대습도), 처리시간은 30초-1시간의 범위인 경우가 매우 적절하였다. 더 바람직하게는 온도 50-90℃이며 습도는 60-95%RH, 처리시간은 5-20분이다.

본 발명의 세부적인 설명은 다음 실시예에 의해 기술되며, 이러한 실시예는 본 발명을 예시하고자 하는 것이며, 본 발명을 이러한 실시예로 제한하고자 하는 것은 아니다.

먼저 접착제 샘플의 제조방법을 서술하면 다음과 같다.

참고예 1-4.

PD9413, 1.4-BG, N-980R을 반응기에 투입하고 100℃까지 가열한 후 감압하에서 4시간동안 반응계의 수분을 제거하여 수분함량이 0.05%이하가 되도록 한다. 그리고 나서 IPDI, IPDI Trimer 및 DBTDL을 즉시 투입하고 반응을 개시한다. 이때 반응온도는 120℃로 유지하며 6시간동안 반응한다. 반응후 적정 NCO%에 도달한 후 반응을 종결한다.

표1. 사용된 원료의 설명

표2. 참고예의 각 혼합성분 조성비

실시예1-4.

참고예1-4의 샘플을 가지고 고온다습한 조건하에서 경화반응을 진행한다.

비교예1-4.

참고예1-4의 샘플을 가지고 일반적인 조건에서 경화반응을 진행한다.

실시예 및 비교예의 샘플을 가지고 내열성을 테스트하였다.

(1) 시험편의 제조

시험편은 10cm X 2cm의 Rubber Sheet와 같은 규격의 Phylon(성형 EVA foam)을 표면처리한 후 상기에 방법에 의해 제조한 핫멜트 접착제를 80mm의 길이로 도포하고 즉시 압착하여 접착한다. 그리고 70℃, 95RH에서 5분간 처리한 후 표면을 80℃로 가열접착 한 후 상온에서 일정한 시간동안 경화하고 내열성 시험을 위한 시편을 제조한다.

(2) 내열성 시험

상기와 같이 제조한 시편에 500g의 추를 한쪽 재질에 매달고 반대편 재질을 80℃로 유지되는 오븐에 지지한 후 30분간 유지하면서 접착부위가 분리되는 시간 또는 박리거리를 측정함으로 해서 내열성을 비교하였다. 즉 박리시간의 길이가 길수록 또는 박리된 거리가 짧을수록 내열성이 우수한 것으로 평가된다.

표3. 실시예와 비교예의 내열성시험

실시예 5.

접착시 접착 직후의 내열성 (고온 고정성)을 측정하기 위한 실험으로 실시예 1의 배합으로 제조된 시험시편 (2cm x 8cm x 2mm)의 양면에 도포한 후 이를 항온 항습오븐(70℃ x 95%RH)에 0분, 5분, 10분, 15분간 각각 처리 한후 이의 표면을 100℃로 활성화 한 후 양면을 부착 후 10초간 압력을 가하고 즉시 60℃ 오븐에서 5분간 유지한 후 그 변화를 관찰하였다.

그림 1. 접착 후 초기 내열성 시험.

그림1에서 보이는 바와 같이 항온 항습 오븐에서 처리시간이 길수록 접착의 유지가 크게 향상되는 것을 알 수 있다. 이는 항온 항습 처리에 의하여 경화반응이 촉진되어 성능이 크게 향상되는 것을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기존의 지방족 이소시아네이트를 이용한 반응성 핫멜트 접착제의 내열성문제 및 경화촉진 개선방법으로 고온 다습한 조건을 이용했으며 따라서 항온항습의 처리기간이 길어질수록 접착의 유지가 크게 향상되었다.

Claims (3)

1. 지방족 이소시아네이트를 사용한 반응성 폴리우레탄 접착제 제조방법에 있어서, 폴리우레탄 접착제 합성단계 후 및 이를 피착재에 도포 후 온도 40-100℃, 상대습도 30-100RH, 처리시간 30초-1시간동안의 고온다습한 조건하 경화반응단계를 거치도록 하여 접착제의 내열성을 향상시키는 접착공정방법.
2. 제1항에 있어서, 고온다습한 조건이 온도 50-90℃이며 습도는 60-95%RH, 처리시간은 5-20분임을 특징으로 하여 접착제의 내열성을 향상시키는 접착공정방법.
3. 제1항 또는 제2항의 접착공정방법에 의하여 제조된 반응성 폴리우레탄 접착제.