KR100589918B1 - 전분을 함유하는 접착제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전분을 함유하는 접착제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비닐아세테이트계 화합물에 접착 능력을 갖는 천연물질인 전분을 일정량 첨가하여 공중합시켜 접착제를 제조함으로써, 내습성, 접착성 및 안정성이 향상되고 경제적이며 작업시 인체 유해성을 감소시킬 수 있는 접착제에 관한 것이다.

전분, 접착제

Description

전분을 함유하는 접착제{Adhesive containing starch}

본 발명은 전분을 함유하는 접착제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비닐아세테이트계 화합물에 접착 능력을 갖는 천연물질인 전분을 일정량 첨가하여 공중합시켜 접착제를 제조함으로써, 내습성, 접착성 및 안정성이 향상되고 경제적이며 작업시 인체 유해성을 감소시킬 수 있는 접착제에 관한 것이다.

비닐아세테이트 모노머의 중합에 의해 제조된 비닐아세테이트 레진 에멀젼은 가장 널리 사용되는 접착제이다. 이러한 비닐아세테이트계 접착제는 점도가 온도에 민감하여 온도가 낮은 경우 점성이 떨어져 사용하기 불편하며 습기에 대한 저항성이 떨어져 장시간 사용시 접착력이 매우 감소하게 된다.

한편, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 접착력을 갖는 수용성 전분을 단순히 혼합시킨 접착제가 개발되었으나 이러한 접착제는 접착성과 안정성 면에서 불리한 단점이 있다. 상기와 같은 전분을 혼합시킨 종래 기술로는 다음과 같은 문헌에 개시되어 있다.

미합중국 특허 제 2,102,937호에는 캐리어(carrier)부와 메인(main)부로 이 루어진 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 가하 여 접착제를 제조하였다. 이때, 전분액에 첨가된 붕산은 가성소다 일부를 중화하여 팽윤을 억제함과 동시에 중화시 붕사가 형성되게 된다.

이러한 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, 내구성이 떨어진다는 단점을 지니고 있었다.

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.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 비닐아세테이트계 화합물에 접착 능력을 갖는 천연물질인 전분을 일정량 첨가하여 공중합시켜 접착제를 제조하면 비닐아세테이트와 전분이 화학적으로 결합되어 안정한 에멜젼 상태의 접착제를 얻을 수 있으므로 접착성 및 안정성이 우수함을 알게되어 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 내습성, 접착성 및 안정성이 향상되고 경제적이며 작업시 인체 유해성을 감소시킬 수 있는 전분을 함유하는 접착제를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 비닐아세테이트계 접착제에 있어서, 비닐아세테이트 단독, 또는 비닐아세테이트와 아크릴산, 비닐프로피오네이트, 아크릴 에스테르 또는 메타아크릴 에스테르와의 공중합체 중에서 선택된 화합물 20 ∼ 50 중량부, 전분 7 ∼ 15 중량부, 물 50 ∼ 60 중량부, 폴리비닐알코올 1 ∼ 3 중량부 및 중합촉매 0.1 ∼ 3 중량부가 함유된 접착제를 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 우수한 작업능과 보관상의 안정성이 유지되는 비닐아세테이트계 접착제에 전분을 함유시켜 공중합 형태의 에멀젼인 전분 함유 접착제에 관한 것이다.

본 발명의 전분 함유 접착제의 구성성분을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 접착제의 주재로 비닐아세테이트 단독 또는 비닐아세테이트와 아크릴산, 비닐프로피오네이트, 아크릴 에스테르 또는 메타아크릴 에스테르와의 공중합체 중에서 선택된 화합물을 20 ∼ 50 중량부 함유한다.

상기 비닐아세테이트계 화합물의 함유량이 20 중량부 미만이면 접착력이 떨어지는 문제점이 있고, 50 중량부를 초과하면 비경제적이고 접착력은 증가하나 흐 름성이 적어 사용이 어려운 문제가 있다.

본 발명에서 접착력 향상을 위해 특징적으로 첨가하는 전분은 7 ∼ 15 중량부로 함유하는 것이 바람직하며, 만일 그 함유량이 1 중량부 미만이면 접착 효과를 발휘하지 못하고, 10 중량부를 초과하면 오히려 접착력이 저하되는 문제가 있다. 상기 전분으로는 감자, 고구마, 옥수수,소맥, 타피오카 등으로부터 유도된 소위 생전분, 산화된 전분, 양이온성 전분 또는 음이온성 전분과 같은 변성처리된 전분, 또는 그의 혼합물을 모두 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 접착제에는 물 50 ∼ 60 중량부를 함유하는 것이 바람직하며, 만일 그 함유량이 50 중량부 미만이면 전분이 호화되지 아니하는 문제가 있고, 60 중량부를 초과하면 수분 증발시 에너지 손실의 문제가 있다.

본 발명에서 일종의 콜로이드 보호제로 사용되는 폴리비닐알코올은 1 ∼ 3 중량부 함유하며, 만일 그 함유량이 1 중량부 미만이면 콜로이드 보호제 역할을 할수 없으며, 5 중량부를 초과하면 접착력이 다소 저하된다. 상기 폴리비닐알코올로는 700 ∼ 3000 중합도를 가진 것을 사용하는 것이 좋다.

본 발명에서 중합촉매는 전분과 비닐아세테이트계 화합물을 공중합시키기 위해 0.1 ∼ 3 중량부를 함유시키며, 만일 그 함유량이 0.1 중량부 미만이면 공중합률이 저하되어 접착효과가 떨어지며, 3 중량부를 초과하면 중합에 도움을 주지 못하므로 큰 의미가 없다. 이러한 중합촉매로는 Cerium ammonium, sodium persulfate, ammonium persulfate, sodium thiosulfate, Fe화합물(iron sulfate)- H₂O₂ 등을 사용할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 성분을 사용하여 전분 함유 접착제를 제조하는데, 비닐아세테이트계 화합물에 접착 능력을 갖는 천연물질인 전분을 공중합시킴으로써 내습성, 접착성 및 안정성이 향상된다.

한편, 본 발명에 따른 전분 함유 접착제의 제조를 위한 장치는 물, 비닐아세테이트계 화합물, 전분 그리고 폴리비닐알코올을 채울 수 있는 교반기가 부착된 반응기, 온도계, 적가장치, 환류 냉각기로 구성되어 있다. 이러한 구성 성분들을 가열 용해 후 중합 촉매를 적당한 온도에서 가한 후 2 ∼ 3 시간 교반 후에 목적물을 얻을 수 있다.

이와같은 본 발명에 따른 전분 함유 접착제는 비닐아세테이트계 화합물을 접착제로 사용하였을 경우 온도에 따른 점도 변화 및 습기에 대한 저항성이 떨어지는 문제점을 해결하여 접착성 및 안정성이 개선된 접착제이다. 또한, 전분을 사용하여 인체에 유해하지 않는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 실시 예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

물 55 ㎏에 88 mol%의 점화도와 1500 정도의 중합도를 갖는 폴리비닐알코올 4 ㎏, 전분 5.5 kg을 교반기, 온도계, 적가장치 그리고 환류장치가 장착된 반응기 에 채워 넣었다. 30분 교반 후에 반응기의 온도를 80 ℃로 높이고 세륨 암모늄염 0.5 ㎏과 비닐아세테이트 35 ㎏를 서서히 2 ∼ 3 시간에 걸쳐 적가시켰다. 온도를 실온으로 낮추어 30분 교반 후 90 ℃로 온도를 높이고 1시간 다시 교반하고 반응을 종결하여 전분 함유 접착제를 얻었다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 사용한 중합촉매인 Cerium ammonium 대신 sodium thiosulfate 0.3 kg을 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 전분 함유 접착제를 얻었다.

실시예 3

상기 실시예 1에서 사용한 중합촉매인 Cerium ammonium 대신 Fe화합물(iron sufate)-H₂O₂ 각 각 0.2 kg과 0.1 kg을 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 전분 함유 접착제를 얻었다.

실시예 4

상기 실시예 1에서 사용한 비닐아세테이트 대신 비닐아세테이트와 아크릴산의 공중합체를 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 전분 함유 접착제를 얻었다.

실시예 5

상기 실시예 1에서 사용한 비닐아세테이트 대신 비닐아세테이트와 비닐프로피오네이트의 공중합체를 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 전분 함유 접착제를 얻었다.

실시예 6

상기 실시예 1에서 사용한 비닐아세테이트 대신 비닐아세테이트와 아크릴 에스테르의 공중합체를 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 전분 함유 접착제를 얻었다.

시험예

상기 실시예 1 ∼ 6에서 제조한 접착제를 평량 220 g/m²의 라이너지의 가로 8mm × 세로 100mm 시편 1개당 0.03 g/cm²이 되도록 도포하고 150 ℃로 유지된 중량 1,140 g의 다리미를 사용하여 약 7초간 가열 접착한 다음 30 ⁰C 물에서 12 시간 방치시킨 후, 인장강도기(STROGRAPH M-50, Toyo Seiki, Japan)를 사용하여 접착력을 검사하였다.

그 결과, 본 발명에 의해 제조된 실시예 1 ∼ 6의 접착제는 접착력이 대조군인 일반 비닐아세테이트 접착제보다 우수한 결과를 나타내었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전분 함유 접착제는 비닐아세테이트계 접착제에 접착 능력을 갖는 천연물질인 전분을 일정량 첨가하여 내습성, 접착성 및 안정성이 향상되고 경제적이며 작업시 인체 유해성을 감소시켜 작업장에서 매우 유용하게 사용할 수 있다.

Claims (2)

1. 비닐아세테이트계 접착제에 있어서, 비닐아세테이트 단독, 또는 비닐아세테이트와 아크릴산, 비닐프로피오네이트, 아크릴 에스테르 또는 메타아크릴 에스테르와의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 비닐아세테이트계 화합물 20 ∼ 50 중량부, 전분 7 ∼ 15 중량부, 물 50 ∼ 60 중량부, 폴리비닐알코올 1 ∼ 3 중량부 및 중합촉매 0.1 ∼ 3 중량부가 함유되어 있고, 상기 비닐아세테이트계 화합물과 전분이 공중합되어 있는 것임을 특징으로 하는 전분을 함유하는 접착제.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 중합촉매는 세륨 암모늄(Cerium ammonium), 소듐 퍼설페이트(sodium persulfate), 암모늄 퍼설페이트(ammonium persulfate), 소듐 치오설페이트(sodium thiosulfate), Fe-H₂O₂ 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 전분을 함유하는 접착제.