KR100540796B1 - 글리세롤과 지방산을 이용한 폴리우레탄-아마이드 접착제 - Google Patents

글리세롤과 지방산을 이용한 폴리우레탄-아마이드 접착제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 글리세롤과 지방산을 이용한 폴리우레탄-아마이드 접착제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 식물성 기름, 식용유 또는 폐식용유로부터 얻은 지방산 및 글리세롤과, 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트를 반응시켜 제조한 접착제에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 식물성 기름류에서 얻을 수 있는 지방산 및 글리세롤과 우레탄계 접착제 원료인 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트를 이용하여 상업적으로 유용한 산업자재용 접착제를 제조함으로써, 종래의 포름알데히드계 접착제의 문제를 해결하여 환경 친화적인 열경화형 소재로 이용이 가능하며, 접착성과 내수성이 우수하여 목재용 접착제, 산업용 접착제 또는 전기·전자 재료의 접착제, 우레탄 폼 제조에 널리 사용될 수 있다.
폴리우레탄, 접착제, 지방산, 글리세롤, 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트, 접착력

Description

글리세롤과 지방산을 이용한 폴리우레탄-아마이드 접착제 {Polyurethane-amide Adhesive using Glycerol and Fatty acid}
본 발명은 글리세롤과 지방산을 이용한 폴리우레탄-아마이드 접착제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 식물성 기름, 식용유 또는 폐식용유로부터 얻은 지방산 및 글리세롤과, 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트를 반응시켜 제조한 접착제에 관한 것이다.
국내에서 신소재에 대한 관심이 고조되면서 연구소 및 학교에서 신소재 개발에 참여중이나 특수 전기, 전자 재료를 기초로 한 구조재료에 대한 연구는 아직 기초적인 단계에 있다. 특히, 우수한 특수 재료의 경우, 선진국이 독점적으로 생산 판매하면서 관련기술의 공개 및 이전을 꺼리고 대부분 노하우로 되어 있는 실정이므로 우수한 구조재료의 개발을 위해서는 국내기술의 축적은 필수적이다.
현재 목재 산업에서 목조주택 및 목재를 이용한 실내마루에 사용되고 있는 포름알데히드계 접착제는 발암물질에 대한 위험성으로 국외에서는 그 사용이 제한되고 있다. 상기 포름알데히드계 접착제에는 요소수지 접착제, 멜라민수지 접착제, 요소-멜라민수지 접착제 또는 페놀수지 접착제가 해당된다.
포름알데히드란 주로 목재공업에 사용되는 접착제의 원료로서, 휘발성유기화합물(VOC, Volatile Organic Compound)을 발생시키는 주요 원인물질이다. 이러한 VOC는 접착제나 그로부터 제조된 보드 등에서부터 방산된다. 따라서, 포름알데히드계 접착제에서는 포름알데히드 방산이 문제가 되기 때문에, 이에 따라 세계적으로 규제가 강화되고 있고 현재는 합판, 파티클보드 또는 섬유판 등이 포름알데히드의 방산량에 따라 등급이 매겨져 있다.
한편, 폴리우레탄 접착제는 기계적, 전기절연, 접착성, 성형 가공성 등이 우수한 재료로서 용도나 목적에 따라 여러 가지로 선택되어져 사용되고 있다. 이러한 기능성 수지를 얻기 위해서는 기존에 사용하고 있는 물질의 화학적 구조를 선택적으로 변화시켜 화학적, 열적, 전기적, 물리적 성질이 우수한 재료의 특징을 갖는다.
폴리우레탄은 일반적으로 고분자 사슬 내에 우레탄기와 우레아기를 동시에 포함하는 고분자 물질을 총칭한다. 상기 우레탄기는 이소시아네이트기(-NCO)와 히드록시기(-OH) 사이의 반응을 통하여 생성되며, 우레아기(-NH-CO-NH-)는 이소시아네이트기와 아민기(-NH2)의 반응을 통하여 생성된다. 통상적으로 폴리우레탄은 유연기(soft segment)인 폴리올과 경격한 분자쇄(hard segment)인 이소시아네이트를 출발물질로 하여 제조되고 있다. 이소시아네이트는 크게 방향족과 지방족, 그리고 선형과 비선형 구조로 나누어질 수 있는데, 상기 이소시아네이트가 방향족일 경우 지방족 이소시아네이트보다 상호간 응집에너지가 크며, 우레아기가 형성될 경우 우레탄기에 비하여 응집력과 수소결합세기가 커지므로 물리적 가교결합이 견고해지고 열적, 기계적 물성이 증가한다. 그러나, 종래의 미국특허 제6,221,978호에서와 같이 폴리우레탄 접착제를 제조하기 위하여 출발물질로서 폴리올을 사용하는 경우 그 가격이 비싸지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 포름알데히드계 접착제의 단점을 보완하고 폴리우레탄 접착제를 구성하는 폴리올의 경제적 단가를 낮추면서 접착물성을 개선하기 위하여, 지방산, 글리세롤 및 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트를 이용하여 접착제를 제조하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 식물성 기름, 식용유 또는 폐식용유를 가수분해하여 얻은 지방산 및 글리세롤과, 하기 화학식 1의 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트를 반응시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 접착제를 개시한다.
[화학식 1]
Figure 112005032826741-pat00001

상기 식에서, n은 0 내지 10으로부터 선택되는 정수인 것이 바람직하다.
상기 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 당량비율은 바람직하게는 1 : 1 : 1 내지 1 : 1 : 5이고, 가장 바람직하게는 1 : 1 : 4이다.
또한, 상기 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트는 이소시아네이트기를 1 내지 5당량 포함하는 단량체 또는 고분자인 것이 바람직하다.
이러한 본 발명에 따른 접착제는 목재용, 산업용, 전기·전자재료용 또는 우레탄 폼 제조에 사용되어 진다.
본 발명에서는 새로운 전기가 될 수 있는 획기적인 방법으로 첫째, 식물성 기름을 이용하여 새로운 환경친화형 접착제를 개발하는데 있으며, 둘째, 목재에 응용되고 있는 열경화형 접착제를 제조하는데 있다.
일반적으로, 대두유, 옥수수 또는 팜유 등과 같은 식용유로 이용되고 있는 식물성 기름은 트리아실글리세롤(triacylglycerol, glyceride)구조로 글리세롤구조를 주쇄로 하고 있으며 카르복실산으로 유도되는 각종 지방산을 측쇄로 하는 구조를 가지고 있다. 식물성 기름은 세 개의 지방산과 글리세롤이 에스테르결합을 하고 있다. 이를 가수분해되는 성질을 이용하여 화학적 구조를 변형시켜 고기능성을 갖는, 즉 발수성(hydrophobic) 성질을 갖게 함으로써 수분에 강한 소재 개발에 초점을 두었다. 본 발명은 기존에 사용하고 있는 포름알데히드를 전혀 사용하지 않기 때문에 인체에 해로운 강한 독성을 배제할 수 있고, 또한 경제적 단가를 낮출 수 있다.
본 발명의 구성은 식물성 기름이 지니고 있는 지방산내 카르복시산기와 글리세롤의 수산기를 이소시아네이트기와 반응시켜 폴리아마이드와 폴리우레탄기를 동시에 형성하여 새로운 성질의 접착제를 개발하는데 있다. 이러한 방법은 기존의 이소시아네이트와 폴리올을 이용한 우레탄 수지의 고가 문제를 해결할 수 있으며, 아마이드(-CO-NH-)기를 포함하여 우레탄기보다 수소결합을 잘 할 수 있는 장점이 있어 접착력과 내수력을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 실시예 및 비교예에 의거하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 단, 본 발명이 하기의 실시예에 의해 국한되는 것은 아니다.
먼저, 하기의 실시예 1 내지 실시예 7에서는 지방산, 글리세롤 및 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트에 대한 최적의 사용비율을 알아보기 위하여 지방산과 글리세롤의 사용량을 고정시킨 상태에서 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 사용량만을 변화시켜 본 발명에 따른 접착제를 제조하였다.
실시예 1.
하기의 표 1에 도시된 바와 같이, 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 당량비를 1 : 1 : 0으로 조절하기 위하여 500㎖의 비이커에 지방산 280.4g와 글리세롤 30.7g을 투하시키고 반응조에서 교반속도 2,500rpm으로 5분간 혼합하였다. 다음, 상기 혼합물을 유화기를 이용하여 20,000rpm의 교반속도로 10분 동안 교반하여 본 발명에 따른 접착제를 제조하였다. 이렇게 제조된 접착제는 접착력 테스트를 위해 즉시 사용하였다.
실시예 2.
하기의 표 1에 도시된 바와 같이, 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 당량비를 1 : 1 : 1로 조절하기 위하여 500㎖의 비이커에 지방산 280.4g와 글리세롤 30.7g을 투하시키고 반응조에서 교반속도 2,500rpm으로 5분간 혼합하였다. 다음, 상기 혼합물상에 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트를 130g 넣은 후, 유화기를 이용하여 20,000rpm의 교반속도로 10분 동안 교반하여 본 발명에 따른 접착제를 제조하였다. 이렇게 제조된 접착제는 접착력 테스트를 위해 즉시 사용하였다.
실시예 3.
하기의 표 1에 도시된 바와 같이, 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 당량비를 1 : 1 : 2로 조절하기 위하여 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트를 260g 사용하는 것 외에는 상시 실시예 2와 동일한 방법으로 본 발명에 따른 접착제를 제조하였다.
실시예 4.
하기의 표 1에 도시된 바와 같이, 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 당량비를 1 : 1 : 3으로 조절하기 위하여 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트를 390g 사용하는 것 외에는 상시 실시예 2와 동일한 방법으로 본 발명에 따른 접착제를 제조하였다.
실시예 5.
하기의 표 1에 도시된 바와 같이, 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 당량비를 1 : 1 : 4로 조절하기 위하여 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트를 520g 사용하는 것 외에는 상시 실시예 2와 동일한 방법으로 본 발명에 따른 접착제를 제조하였다.
실시예 6.
하기의 표 1에 도시된 바와 같이, 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 당량비를 1 : 1 : 5로 조절하기 위하여 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트를 650g 사용하는 것 외에는 상시 실시예 2와 동일한 방법으로 본 발명에 따른 접착제를 제조하였다.
실시예 7.
하기의 표 1에 도시된 바와 같이, 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 당량비를 1 : 1 : 6으로 조절하기 위하여 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트를 780g 사용하는 것 외에는 상시 실시예 2와 동일한 방법으로 본 발명에 따른 접착제를 제조하였다.
[표 1]
당량비 (지방산 : 글리세롤 : PMDI) 사용량(g)
지방산 글리세롤 PMDI
실시예 1 1 : 1 : 0 280.4 30.7 0
실시예 2 1 : 1 : 1 280.4 30.7 130
실시예 3 1 : 1 : 2 280.4 30.7 260
실시예 4 1 : 1 : 3 280.4 30.7 390
실시예 5 1 : 1 : 4 280.4 30.7 520
실시예 6 1 : 1 : 5 280.4 30.7 650
실시예 7 1 : 1 : 6 280.4 30.7 780

또한, 하기의 실시예 8 내지 실시예 12에서는 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 사용량을 고정시킨 상태에서 지방산과 글리세롤의 사용량을 변화시켜 본 발명에 따른 접착제를 제조하였다.
실시예 8.
하기의 표 2에 도시된 바와 같이, 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 당량비를 4 : 0 : 4로 조절하기 위하여 2000㎖의 비이커에 지방산 1121.6g를 투하시키고 반응조에서 교반속도 2,500rpm으로 5분간 교반하였다. 다음, 상기 지방산에 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트를 520g 넣은 후, 유화기를 이용하여 20,000rpm의 교반속도로 10분 동안 교반하여 본 발명에 따른 접착제를 제조하였다. 이렇게 제조된 접착제는 접착력 테스트를 위해 즉시 사용하였다.
실시예 9.
하기의 표 2에 도시된 바와 같이, 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 당량비를 3 : 0.3 : 4로 조절하기 위하여 2000㎖의 비이커에 지방산 841.2g와 글리세롤 10.23g을 투하시키고 반응조에서 교반속도 2,500rpm으로 5분간 혼합하였다. 다음, 상기 혼합물상에 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트를 520g 넣은 후, 유화기를 이용하여 20,000rpm의 교반속도로 10분 동안 교반하여 본 발명에 따른 접착제를 제조하였다. 이렇게 제조된 접착제는 접착력 테스트를 위해 즉시 사용하였다.
실시예 10.
하기의 표 2에 도시된 바와 같이, 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 당량비를 2 : 0.6 : 4로 조절하기 위하여 2000㎖의 비이커에 지방산 560.8g와 글리세롤 20.47g을 투하시키고 반응조에서 교반속도 2,500rpm으로 5분간 혼합하였다. 다음, 상기 혼합물상에 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트를 520g 넣은 후, 유화기를 이용하여 20,000rpm의 교반속도로 10분 동안 교반하여 본 발명에 따른 접착제를 제조하였다. 이렇게 제조된 접착제는 접착력 테스트를 위해 즉시 사용하였다.
실시예 11.
하기의 표 2에 도시된 바와 같이, 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 당량비를 1 : 1 : 4로 조절하기 위하여, 상시 실시예 5와 동일한 방법으로 본 발명에 따른 접착제를 제조하였다.
실시예 12.
하기의 표 2에 도시된 바와 같이, 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 당량비를 0 : 1.3 : 4로 조절하기 위하여 500㎖의 비이커에 글리세롤 40.93g을 투하시키고 반응조에서 교반속도 2,500rpm으로 5분간 교반하였다. 다음, 상기 글리세롤에 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트를 520g 넣은 후, 유화기를 이용하여 20,000rpm의 교반속도로 10분 동안 교반하여 본 발명에 따른 접착제를 제조하였다. 이렇게 제조된 접착제는 접착력 테스트를 위해 즉시 사용하였다.
[표 2]
당량비 (지방산 : 글리세롤 : PMDI) 사용량(g)
지방산 글리세롤 PMDI
실시예 8 4 : 0 : 4 1121.6 0 520
실시예 9 3 : 0.3 : 4 841.2 10.23 520
실시예 10 2 : 0.6 : 4 560.8 20.47 520
실시예 11 1 : 1 : 4 280.4 30.7 520
실시예 12 1 : 1.3 : 4 0 40.93 520

다음, 하기의 실험예에서는 상기 실시예 1 내지 실시예 12로부터 제조되어진 본 발명에 따른 접착제의 접착력을 알아보기 위하여 접착시험용 합판을 제조한 후 상태 접착력, 내수 접착력 및 반복끓임 접착력을 측정하였다.
실험예 1. 단판 준비
먼저, 접착 시험용 합판을 제조하기 위한 단판으로는 멜란티 (Dipterocarceae, 비중 : 0.5∼0.8, 함수율 : 표리판 6.27%, 심판 5.10%)를 사용하였다. 이때, 단판의 두께는 표리판이 1.0mm, 심판 2.4mm이 되도록 하였고, 합판 제조시험에 용이하도록 200mm×200mm로 재단하여 사용하였다. 또한, 상기 단판의 함수율은 표리판이 6.7%, 심판이 6.1%이었다. 여기서, 함수율은 KS F 3101의 규정에 따라 표리판 및 심판을 각각 100mm×100mm로 재단한 후 측정한 것으로, 105±2℃의 건조기 내에서 표리판 및 심판을 24시간 건조시킨 후 그 무게를 측정하여 하기의 식 1로 계산하였다.
[식 1]
Figure 112005032826741-pat00002

상기 식에서, Wo는 전건 시편의 중량(g)이고, Wa는 기건 시편의 중량(g)을 나타낸다.
실험예 2. 본 발명에 따른 접착제를 이용한 접착시험용 합판 제조
본 발명에 따른 접착제를 이용한 접착시험용 합판을 하기의 표 3에 따른 조건으로 제조하였다. 즉, 상기 실험예 1로부터 준비된 단판을 사용하고, 상기 실시예 1 내지 실시예 12로부터 제조되어진 접착제의 도포량은 기존의 사용량(120∼170g/㎡, 편면기준 도포)과 접착제 내 수분함량이 1%이하인 점을 고려하여 100g/㎡(편면기준 도포)으로 하여, 롤러로 도포하였다.
열압은 수동유압식 냉·열압기(Carver, model 2731, 2단식, 미국제, ram Φ 5.69cm)를 이용하였다. 이때 카울과 목질판상재의 금속부착현상을 고려하여 녹는점(melting point)이 170∼180℃인 폴리프로필렌(polypropylene)필름을 삽입시켰다.
[표 3]
크기(L ×W) 200㎜ ×200㎜
함수율 심판 : 6.1% 표리판 : 6.7%
수지형태 지방산 - 글리세롤 - PMDI
수지혼합비(당량비) - 실시예 1∼실시예 7 : PMDI의 사용량 변화 지방산 : 글리세롤 : PMDI = 1 : 1 : 1∼6 - 실시예 8∼실시예 12 : 지방산 및 글리세롤의 사용량 변화 지방산 : 글리세롤 : PMDI = 4∼0 : 0.3∼1.3 : 4
도포량 100g/㎠
열압조건
온도 150℃
압력 10㎏f/㎠
시간 30sec/㎜

실험예 3. 본 발명에 따른 접착제를 이용한 접착시험용 합판의 접착력 시험
상기 실험예 2에서 제조되어진 접착시험용 합판을 75mm×25mm의 크기로 절단하여 KS F 3101에 따른 시편 B형으로 준비하였다. 다음, 상기 준비된 시편의 접착력을 알아보기 위하여 각각 상태 접착력, 내수 접착력 및 반복끓임 접착력으로 구분하여 측정하였다.
상태 접착력은 상온상태에서의 접착력을 측정한 것이고, 내수 접착력은 시편을 60±3℃의 온수에 3시간을 담근 후 상온의 물 속에서 식혀서 젖은 상태의 접착력을 측정한 것이며, 반복끓임 접착력은 시편을 끓는 물에서 4시간 삶은 후 60±3℃의 건조기에서 20시간 건조하고 다시 끓는 물에서 4시간 삶은 후, 상온의 물 속에서 식히고 젖은 상태의 접착력을 측정한 것이다.
상기의 접착력 시험은 만능재료시험기(영국 Hounsfield H 50K-S)를 이용하였으며, 크로스헤드 상승속도는 2mm/min로 하여, 하기의 식 2에 따라 계산하였다.
[식 2]
Figure 112005032826741-pat00003

상기 식에서, Ps는 최대 하중(kgf)이고, L은 접착 단면의 길이(㎝)이며, W는 시편의 폭(㎝)을 나타낸다.
하기의 표 4는 상기 실험예 3으로부터 측정된 결과를 나타낸다.
[표 4]
접착제 종류 혼합비 (지방산 : 글리세롤 : PMDI) 접착력(㎏f/㎠)
상태 내수 반복끓임
실시예 1 1 : 1 : 0 0.00 0.00 0.00
실시예 2 1 : 1 : 1 9.16 4.96 3.15
실시예 3 1 : 1 : 2 11.55 6.78 5.01
실시예 4 1 : 1 : 3 13.65 8.47 6.99
실시예 5 1 : 1 : 4 13.94 8.93 7.42
실시예 6 1 : 1 : 5 13.38 7.32 4.61
실시예 7 1 : 1 : 6 8.98 5.06 3.93
실시예 8 4 : 0 : 4 1.84 0.00 0.00
실시예 9 3 : 0.3 : 4 6.40 4.30 1.44
실시예 10 2 : 0.6 : 4 8.84 6.65 6.00
실시예 11 1 : 1 : 4 13.94 8.93 7.42
실시예 12 0 : 1.3 : 4 9.46 6.55 5.18

이상의 결과로부터, 지방산과 글리세롤의 양을 고정시킨 경우에는 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 함량이 증가함에 따라 접착력이 증가하기는 하나, 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 혼합비가 1 : 1 : 4이상인 경우는 감소되는 경향이 나타남을 알 수 있다.
또한, 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 양을 고정시킨 경우에는 글리세롤의 양은 증가시키고 지방산의 양은 감소시킬 때 접착력이 우수한 것으로 나타났으며, 이 역시 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 혼합비가 1 : 1 : 4 일 때 가장 우수한 접착력이 나타남을 알 수 있다.
이는 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 이소시아네이트기와 글리세롤의 수산기가 먼저 반응하여 고분자화 된 후, 이때 미반응된 이소시아네이트기는 목재의 히드록시기와 반응하는 것이며 이때 적정 혼합비율에 의한 지방산의 카르복시산기는 이소시아네이트기와 반응하여 아마이드기를 형성하여 목재의 셀룰로오스의 히드록시기와 수소결합을 하여 접착력을 증진시킨다고 볼 수 있다.
다음, 하기의 비교예에서는 통상적으로 사용되어온 접착제의 접착력을 알아보기 위하여 상기 실험예에서의 실험을 동일하게 수행함으로써 상태 접착력, 내수 접착력 및 반복끓임 접착력을 측정하였다.
비교예 1. 종래의 접착제 준비
1) 요소수지 접착제 : 분양받은 요소수지 접착제상에 경화제로서 NH4Cl(염화암모늄)을 접착제 고형분의 10중량% 투입한 후, 교반기로 2,000rpm의 속도로 혼합하여 요소수지 접착제를 제조하였다.
2) 멜라민수지 접착제 : 분양받은 멜라민수지 접착제상에 경화제로서 NH4Cl(염화암모늄)을 접착제 고형분의 10중량% 투입한 후, 교반기로 2,000rpm의 속도로 혼합하여 멜라민수지 접착제를 제조하였다.
3) 요소-멜라민수지 접착제 : 분양받은 요소수지 접착제상에 멜라민 수지 접착제를 각각 1 : 1의 중량비로 투입한 후, 교반기를 이용하여 1,500rpm의 속도로 혼합하여 요소-멜라민 공축합수지 접착제를 제조하였다.
4) 페놀수지 접착제 : 분양받은 페놀수지 접착제에 경화제를 첨가하지 않고 그대로 준비하였다.
5) 폴리우레탄 접착제 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트와 폴리올을 합성하여 제조하였다.
이상에서 준비되어진 접착제의 고형분 함량, pH 및 점도는 하기의 표 5에 나타내어진 바와 같다. 표 5에서 볼 수 있는 바와 같이 폴리우레탄 접착제의 경우 pH가 나타나지 않았다.
[표 5]
접착제 종류 고형분(%) pH 점도(mPa·s, 25℃)
요소수지 접착제 53.27 9.5 106
멜라민수지 접착제 54.39 9 324
요소-멜라민수지 접착제 53.83 9.1 150
페놀수지 접착제 43.43 10.6 83
폴리우레탄 접착제 99 - 341

비교예 2. 종래의 접착제를 이용한 접착시험용 합판 제조
비교 실험을 위하여 통상적으로 사용되어온 접착제를 이용한 접착시험용 합판을 하기의 표 6에 따른 조건으로 제조하였다. 비교 실험을 위한 합판 제조에 사용된 접착제로는 상기 비교예 1에서 준비한 요소수지, 멜라민수지, 요소-멜라민수지 및 페놀수지 등의 포름알데히드계 접착제와 폴리우레탄 접착제를 사용하였다. 이때, 포름알데히드계 접착제의 도포량은 150g/㎡(편면기준 도포)로 하고 (120∼170g/㎡(편면기준 도포), 표준임업연구실시요령(임산) 제3장 제10절 2항 참조), 폴리우레탄 접착제의 도포량은 그 특성상 75g/㎡(편면기준 도포)로 하여, 롤러로 도포하였다.
열압은 수동유압식 냉·열압기(Carver, model 2731, 2단식, 미국제, ram Φ 5.69cm)를 이용하였다. 이때 카울과 목질판상재의 금속부착현상을 고려하여 녹는점(melting point)이 170∼180℃인 폴리프로필렌(polypropylene)필름을 삽입시켰다.
[표 6]
크기(L ×W) 200㎜ ×200㎜
함수율 심판 : 6.1% 표리판 : 6.7%
수지형태 요소수지 접착제 멜라민수지 접착제 요소-멜라민수지 접착제 페놀수지 접착제 폴리우레탄 접착제
도포량 포름알데히드계 접착제 : 150g/㎠ 폴리우레탄 접착제 : 75g/㎠
열압조건
온도 125℃
압력 10㎏f/㎠
시간 30sec/㎜

비교예 3. 종래의 접착제를 이용한 접착시험용 합판의 접착력 시험
비교예 2로부터 준비된 시편의 접착력을 알아보기 위하여 상기 실험예 3에서의 실험을 동일하게 수행함으로써, 상태 접착력, 내수 접착력 및 반복끓임 접착력을 측정하였다.
하기의 표 7는 상기 비교예 3으로부터 측정된 결과를 나타낸다.
[표 7]
접착제 종류 접착력(㎏f/㎠)
상태 내수 반복끓임
요소수지 접착제 10.93 10.45 1.64
멜라민수지 접착제 10.22 9.63 8.21
요소-멜라민수지 접착제 10.75 10.68 5.46
페놀수지 접착제 9.45 8.98 8.39
폴리우레탄 접착제 14.0 7.9 7.0

이상의 결과로부터, 본 발명에 따른 접착제의 접착력은 통상적으로 사용되어진 접착제와 비교하였을 때, 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 혼합비가 1 : 1 : 4인 경우에는 오히려 종래보다 우수함을 알 수 있다.
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이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 식물성 기름류에서 얻을 수 있는 지방산 및 글리세롤과 우레탄계 접착제 원료인 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트 (PMDI)를 이용하여 상업적으로 유용한 산업자재용 접착제를 제조함으로써, 환경 친화적인 열경화형 소재로 이용할 수 있게 되었다. 이렇게 얻어진 본 발명의 접착제는 목재용 접착제, 산업용 접착제 또는 전기·전자 재료의 접착제, 우레탄 폼 제조에 널리 사용된다.

Claims (7)

  1. 식물성 기름, 식용유 또는 폐식용유로부터 얻은 지방산 및 글리세롤과, 하기 화학식 1의 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트를 반응시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 접착제.
    [화학식 1]
    Figure 112003042496215-pat00004
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 당량비율은 1 : 1 : 1 내지 1 : 1 : 5인 것을 특징으로 하는 접착제.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지방산 : 글리세롤 : 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트의 당량비율은 1 : 1 : 4인 것을 특징으로 하는 접착제.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리메틸렌비스페닐이소시아네이트는 이소시아네이트기를 1 내지 5당량 포함하는 단량체 또는 고분자인 것을 특징으로 하는 접착제.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 n은 0 내지 10으로부터 선택되는 정수인 것을 특징으로 하는 접착제.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 지방산 및 글리세롤은 식물성 기름, 식용유 또는 폐식용유를 가수분해하여 얻는 것을 특징으로 하는 접착제.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제는 목재용, 산업용, 전기·전자재료용 또는 우레탄 폼 제조에 사용되는 것을 특징으로 접착제.
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