KR100984800B1

KR100984800B1 - 수지형 경화제

Info

Publication number: KR100984800B1
Application number: KR1020080134702A
Authority: KR
Inventors: 이시준; 우영도; 임용환
Original assignee: 동화그린켐 주식회사; 동화기업 주식회사
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-10-04
Also published as: KR20100076596A

Abstract

본 발명은 휨특성 등 수득되는 파티클 보드의 물리적 특성의 향상과 함께 포름알데히드 포획과 수지경화시간을 단축시킬 수 있는 수지형 경화제, 상기 수지형 경화제의 제조방법, 상기 수지형 경화제를 사용하는 파티클 보드의 제조방법 및 그로부터 수득되는 파티클 보드에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 수지형 경화제는 3.0 내지 5.0 : 1의 범위의 포름알데히드 : 우레아 몰비의 반응생성물(UF수지 중간체) 25 내지 75중량%, 산물질 5 내지 15 중량% 및 잔량으로서 물을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

포름알데히드, 우레아, 우레아 포름알데히드 접착조성물, 우레아 포름알데히드 응축물, 산물질, 수지형 경화제, 모노메틸올 우레아, 디메틸올 우레아, 트리메틸올 우레아

Description

수지형 경화제 {Urea formaldehyde resin type hardener}

본 발명은 파티클 보드의 제조에서 사용될 수 있는 수지형 경화제에 관한 것으로서, 특히 휨특성 등 수득되는 파티클 보드의 물리적 특성의 향상과 함께 포름알데히드 포획과 수지경화시간을 단축시킬 수 있는 수지형 경화제, 상기 수지형 경화제의 제조방법, 상기 수지형 경화제를 사용하는 파티클 보드의 제조방법 및 그로부터 수득되는 파티클 보드에 관한 것이다.

우레아-포름알데히드 수지(UF resin ; Urea-Formaldehyde resin ; 이하 ‘UF수지’라 함), 또는 우레아-멜라민-포름알데히드 수지는 전통적으로 셀룰로오스성 또는 리그노 셀룰로오스성 물질의 입자, 박편(flake), 섬유(fiber) 및 시트(sheet)와 혼합하고, 적당한 경우에는 매트(mat)로 만들어, 적층시켜 핫프레스의 가열 압반 사이에서 압착하면, 원하는 두께와 밀도의 보드 산물이 된다. 이러한 보드 산물은 종종 2차 핫프레싱 작업, 예컨대 라미네이션(lamination) 처리하여 특히 파티클 보드(PB ; Particle Board)나 중밀도 섬유판(MDF ; Middle Density Fiber Board) 등의 제조에서 접착제로 사용되어 왔다. 이 접착제(수지)의 특성은 가격이 저렴하고, 반응성이 좋으며, 구입이 용이한 장점도 있다. 그러나 최근에 판넬 제 조 후에 미반응의 포름알데히드 물질로 인해 이 판넬을 원료로 사용하는 각종 가구, 책상, 바닥재, 천정/벽장재 등의 제품에서 지속적으로 포름알데히드가 방출되고, 그 양의 지나침으로 인해 인체에 유해가능성이 아주 높아 새집증후군 같은 질병의 원인물질로 사회문제화 되고 있다.

따라서 국내는 물론 유럽이나 미국, 일본 등에서 우레아-포름알데히드 수지를 적용하여 제조된 목재판상제품에서 방출되는 포름알데히드 방출수준에 따라 제품의 등급을 분류하고 실내용가구나 벽장재, 마감재 등의 원료로 판상재가 사용되는 것을 제한하고 있다.

목재판상재에서 포름알데히드 방산량 수준을 측정하는 방법은 각국마다 다른 측정법을 사용하며, 포름알데히드 방출기준도 상이하지만 현재 추세로는 점점 포름알데히드 방출량이 낮은 수준으로 강화하고 있다. 국내 적용되는 방산량 측정법은 KS기준에 준하는 데시게이터법이고, 측정법을 통해 등급을 E1, E0, S-E0로 나누고 있다.

하지만 현재 목질 판상재 제조 및 유통현황은 대부분 E2급 목질판상재가 대부분이고, 일부 E1제품이 증가하고 있으며, 그 이하 등급은 차차 증가하는 추세이다.

이는 국내 MDF, PB 등 목질판상재의 제조사에서 E1급 이하의 제품의 생산 시 E2 등급 생산 시 보다 제조원가 상승하여 영업적으로 어려움을 격고 시장에서 요구대비 판가가 낮게 형성되기 때문이다.

이는 전통적인 우레아-포름알데히드 수지로 E1급 이하의 제품을 생산 시 수 지 내 포름알데히드 함량이 낮음으로 인해 목재섬유 또는 파티클 입자와 수지가 혼합되고 매트를 형성한 다음, 열압 시 E2급 수지대비 상대적으로 낮은 포름알데히드 함량으로 인해 수지경화속도가 낮아지고, 또한 경화된 수지의 결합력이 약해 더 많은 열압시간이 필요하며, 이로 인해 생산성이 낮아져 제조원가 상승되기 때문이다.

UF수지가 사용되는 이유는 결과적으로 수득되는 보드의 높은 물리적 강도 성질, 비교적 높은 생산 속도와 최소 에너지 소비에서의 보드 생산성 및 이에 따른 다른 결합제보다 더욱 뛰어난 비용 효과가 있기 때문이다.

또한 포름알데히드만을 포획(capture)할 수 있는 물질을 사용하는 방법이 대두되기도 하였다. 이러한 기존의 포름알데히드 포획은 아민기 또는 암모니아 등이 함유된 화학물질 즉 염화암모늄, 암모니아수, 우레아 등을 수지와 혼합사용하여 단순히 방산량만 줄일 수 있도록 설계되어 있으며, 이러한 스캐빈저는 수지의 최종몰비를 감소하게 하여 경화속도를 낮추고, 열압시간이 늘어나, 친환경보드 판상제품 생산 시 생산성이 떨어지고, 제조원가가 상승하는 원인이 된다.

이를 보완하기 위해 일부 기존논문이나 문헌이나 특허에서는 포름알데히드 포획 화학물질과 수지경화시간을 단축시킬 수 있는 경화제 즉 수용액 상에서 산성물질로 전환되는 화학물질을 도입하여 산물질+염기물질 또는 우레아등의 혼합물질을 만들어 보드 제조 시 수지와 혼합하여 화이버나 칩 등에 도포하고 매트를 형성시켜 보드를 제조하려는 시도가 있고, 일부 보드제조회사에서 적용하고 있다. 하지만 이런 경우, 혼합된 수지와 혼합물의 사전반응으로 인해 수지의 본래의 물성을 저하시켜 친환경보드 생산 시 방산량 저감효과는 있으나, 보드생산성 저하는 획기 적으로 개선할 수 가 없다는 단점이 있다.

특히 파티클 보드의 제조에서 친환경보드 판상제품의 요구와 생산이 많아짐에 따라 포름알데히드를 포획(capture)할 수 있는 물질 즉, 스케빈저의 사용이 증가하게 되었으나, 이러한 기존의 스케빈저는 수지의 최종 몰비를 감소하게 하여 경화속도를 낮추고, 열압시간이 늘어나, 친환경보드 판상제품 생산시 생산성이 떨어지고, 제조원가가 상승하게 되는 단점이 있었다.

따라서 파티클 보드의 물리적 특성의 향상과 함께 포름알데히드 포획과 수지경화시간을 단축시켜 생산성을 높이고, 제조원가를 줄일 수 있는 물질에 대한 개발의 대한 요구가 있어왔다.

본 발명은 휨특성 등 수득되는 파티클 보드의 물리적 특성의 향상과 함께 포름알데히드 포획과 수지경화시간을 단축시킬 수 있는 수지형 경화제, 상기 수지형 경화제의 제조방법, 상기 수지형 경화제를 사용하는 파티클 보드의 제조방법 및 그로부터 수득되는 파티클 보드에 관한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수지형 경화제는 3.0 내지 5.0 : 1의 범위의 포름알데히드 : 우레아 몰비의 반응생성물(UF수지 중간체) 25 내지 75중량%, 산물질 5 내지 15 중량% 및 잔량으로서 물을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 산물질은 탄산, 인산, 폴리인산, 포스핀산, 포스폰산, 아세트산, 구연산, 포름산, 벤조산, 페놀, 프탈산, 프로피온산, 숙신산, 신남산, 부탄산, 설폰산 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것이 될 수 있다.

본 발명에 따른 수지형 경화제의 제조방법은, (1) 30 내지 50%의 농도의 포름알데히드 수용액을 정량하고, 그 pH를 6.0 내지 9.0으로 조정하는 포름알데히드 준비단계; (2) 상기 (1)의 포름알데히드 준비단계에서 준비된 포름알데히드 수용액에 요소를 첨가하되, 3.0 내지 5.0 : 1의 범위의 포름알데히드 : 우레아 몰비가 되도록 첨가하여 반응혼합물을 수득하는 제1혼합단계; (3) 상기 (2)의 제1혼합단계에서 수득되는 반응혼합물을 50 내지 90℃의 온도범위에서 30 내지 180분간 반응시켜 UF수지 중간체를 수득하는 반응단계; 및 (4) 상기 (3)의 반응단계에서 수득되는 UF수지 중간체에 산물질을 첨가하되, 상기 UF수지 중간체가 25 내지 75중량%, 상기 산물질이 5 내지 15 중량% 그리고 잔량으로서 물을 포함하도록 조성하는 제2혼합단계;를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명의 우레아 포름알데히드 접착조성물을 사용하는 파티클보드의 제조방법은, (1) 3.0 내지 5.0 : 1의 범위의 포름알데히드 : 우레아 몰비의 반응생 성물(UF수지 중간체) 25 내지 75중량%, 산물질 5 내지 15 중량% 및 잔량으로서 물을 포함하여 이루어지는 수지형 경화제의 준비단계; (2) 열경화성 수지 100중량부에 대하여 상기 (1)의 준비단계에서 수득되는 수지형 경화제 10 내지 20중량부를 가하고 혼합하는 접착제 혼합단계; 및 (3) 상기 접착제 혼합단계에서 수득되는 접착제(열경화성수지와 수지형 경화제의 혼합물)를 셀룰로오스성 또는 리그노셀룰로오스성 물질의 입자, 박편, 섬유 또는 시트 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 파티클보드의 원료와 혼합하고, 20 내지 70bar의 범위의 압력, 200 내지 250℃의 범위의 온도 및 80 내지 150초의 범위의 시간 동안(프레스 후 보드의 목표 밀도 : 680 kg/m3, 프레스 후 목표두께 1.5 센티미터) 가열가압하는 성형단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따라 휨특성 등 수득되는 파티클보드의 물리적 특성의 향상과 함께 포름알데히드 포획을 하여 방산량을 저감시키는 효과를 이루고, 기존 수지경화시간을 단축시켜 기존의 생산성이 떨어지는 문제를 해결하는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 수지형 경화제는 3.0 내지 5.0 : 1의 범위의 포름알데히드 : 우레아 몰비의 반응생성물(UF수지 중간체) 25 내지 75중량%, 산물질 5 내지 15 중량% 및 잔량으로서 물을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 우레아-포름알데히드의 접착조성물은, 우레아-포름알데히드 수지(이하 UF 수지)와 혼합하여 사용한다. 상기 우레아-포름알데히드의 접착조성물에서의 상기 포름알데히드 : 우레아의 몰비가 상기한 범위를 벗어나는 경우, 수득되는 접착조성물의 물성(예를 들어 점도, 탁도, pH 등)이 첨가제로서 사용하기에 적절치 않게 되는 문제점이 있을 수 있다.

상기 우레아와 포름알데히드의 반응생성물인 UF수지 중간체의 제조는 30 내지 50%의 농도의 포름알데히드 수용액을 이용하며, 이 반응은 일반적으로 저분자 예비 응축물을 생성해야 하기 때문에 다음과 같은 온도와 시간을 유지하여야 한다. 50 내지 70℃ 사이의 온도에서는 60 내지 180분을 반응시켜야 하며, 70 내지 90℃ 사이의 온도에서는 30 내지 60분을 반응시켜야 본 발명에서 첨가제로서 사용하기에 적절한 반응생성물을 수득할 수 있다. 상기에서 반응온도가 50℃ 미만으로 되는 경우, 반응에 의하여 반응생성물을 수득하는 데 너무 많은 시간이 소요되어 생산성이 저하되거나 충분한 반응이 이루어지지 않게 되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 90℃를 초과하는 경우, pH에 대한 안정성이 떨어져 이것을 유지하기 위한 첨가물의 투입이 요구되거나 또는 수산화나트륨 등과 같은 염기성 물질이 지속적으로 첨가되어야만 할 것이다. 결과적으로 수득되는 UF수지 중간체의 물의 함량은 25 내지 75중량%가 되고, 점도가 낮아 기존의 상업용으로 쓰이는 응축물 보다 더욱 유동성이 높고 운반하기에 수월함을 보인다. 이때 상기 반응생성물의 pH는 수산화나트륨 등과 같은 염기성 물질의 첨가에 의해 6.0 내지 9.0이 되는 조건, 더 적절하게는 7.0 내지 9.0이 되도록 한다. 결과적으로 상기 반응생성물은 수용액에서 완 전히 녹은 채로 오랜 시간 동안 안정된 모습을 보인다. 상기 반응생성물은 수용액으로의 희석 시, 반응물이 적당한 비율이 되도록 하기에 효과적인 함량으로 반응물(또는 반응물 전구체)을 함유한다. 적당한 함량은 이하에 제시되는 안내에 따라 당업자라면 과도한 실험 없이 쉽게 결정할 수 있을 것이다. 다른 양태에 따르면, 응축물은 사용 중인 탱크 또는 적당한 혼합 탱크에서 경화성 UF수지에 직접 첨가하여 용해한다. 이 양태에 따르면, 응축물에 존재하는 반응물(또는 반응물 전구체)의 상대적 함량은 경화성 UF수지에 대한 반응물의 적당한 최종 농도를 제공하도록 조정하는 것이 바람직하다.

상기 수지형 경화제를 구성하는 상기 UF수지 중간체는 바람직하게는 먼저 30 내지 50%의 농도의 포름알데히드 수용액을 정량하고, 30℃에서 상기 포름알데히드 수용액을 가성소다와 같은 염기성물질을 이용하여 pH를 상기와 같이 맞추고, 요소를 정량 투입한 후, 다시 60℃까지 가열하고, 60 내지 65℃의 온도에서 60 내지 90분간 유지한 후, 40℃까지 냉각시키고, 이후 저장탱크로 이송하는 것에 의해 제조될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 수지형 경화제는 본 발명에서 접착제로서 사용되는 UF수지를 구성하는 중간체 혹은 유도체의 일종으로서, 본 발명에서는 포름알데히드 수용액과 우레아로 만들어지는 최종 생성물(열경화성 수지) 즉, UF수지와 별도로 첨가제로서 사용하며, 본 발명에서의 상기 UF수지 중간체의 포름알데히드 : 우레아의 몰비는 3.0 내지 5.0 : 1 의 범위로 사용할 수 있다. 몰비가 3.0 : 1 이하일 경우 투명하지 않고, 침전이 생기는 부반응이 생겨 파티클 보드를 제조하는 생산공정에 투입하기에 어려움을 나타낸다. 또한 몰비가 5.0 : 1 이상일 경우 포름알데히드 수용액이 많아 방산량이 상승하고, 물의 투입량도 많아지기 때문에 고형분이 낮아져 생산성이 떨어지는 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 상기 수지형 경화제는 포름알데히드를 포획(capture)하는 기능과 열경화성 수지의 반응성을 좋게 하는 효과를 갖는다. 상기 수지형 경화제는 파티클 보드의 생산 시 사용되는 UF수지 100중량부에 대하여 10 내지 20중량부의 범위의 양으로 사용될 수 있다. 상기 수지형 경화제가 10중량부 미만으로 사용되는 경우, 미반응의 포름알데히드를 충분히 포획할 수 없게 되고, 파티클 보드의 휨강도 및 기타 특성에 효과를 내지 못하게 되므로 본 발명이 의도하는 보드의 생산성에 적절치 않게 되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 20중량부를 초과하는 경우, UF수지의 조기경화와 과경화로 인한 파티클 보드형성에 문제점이 있을 수 있다.

상기 산물질은 수지 경화 향상물질로서 기능한다. 즉, 상기 산물질은 상기 UF수지의 경화를 향상시켜 물성을 개선시키는 역할을 한다. 구체적인 산은 UF수지의 중합을 효과적으로 증강시키는 것으로 선택한다. 본 명세서와 사용된 바와 같이, "증강"에는 반응 속도가 중합 증강 조성물의 부재 하에 동일한 반응의 반응 속도에 비해 증가된 것 및/또는 중합에 의해 생산된 산물의 개선이 포함된다. 또한 반응속도 뿐 만 아니라, 경화되는 반응속도를 향상시켜 기존 경화제를 대체하여 사용하기도 하여, 기존 사용하는 경화제, 예를 들어 염화암모늄, 황산암모늄 등의 사용을 최소화하여 원가를 절감시키고, 생산성을 향상하는 기능을 한다. 상기 산물질은 상기 수지형 경화제 총량을 기준으로 5 내지 15 중량%의 범위의 양으로 사용될 수 있다. 상기 산물질로는 탄산, 인산, 폴리인산, 포스핀산, 포스폰산, 아세트산, 구연산, 포름산, 벤조산, 페놀, 프탈산, 프로피온산, 숙신산, 신남산, 부탄산, 설폰산 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것이 될 수 있으나, 본 발명이 이들에 제한되는 것은 아니다. 상기 산물질로는 바람직하게는 구연산이 될 수 있다. 상기에서 구연산은 공업적으로 범용으로 생산이 가능하며, 타 유기산보다 가격이 저렴하고, 음료나 식품원료에 필수적으로 사용되는 물질로서 공급이 아주 안정적이라는 장점을 갖는다. 상기 산물질이 5중량% 미만으로 사용되는 경우, 경화 반응속도에 미미한 영향으로 열경화성 수지가 경화되는데 영향이 있을 수 있고, 반대로 15중량%를 초과하는 경우, 수지의 경화속도가 빠르게 진행되어 파티클 보드가 프레스 되기 이전에 미리 경화가 시작될 수도 있으며, 산성도가 높아 이송 및 운송 설비 혹은 제조하는 반응기에 부식이 있을 수 있다.

본 발명에 따른 수지형 경화제의 제조방법은, (1) 30 내지 50%의 농도의 포름알데히드 수용액을 정량하고, 그 pH를 6.0 내지 9.0으로 조정하는 포름알데히드 준비단계; (2) 상기 (1)의 포름알데히드 준비단계에서 준비된 포름알데히드 수용액에 요소를 첨가하되, 3.0 내지 5.0 : 1의 범위의 포름알데히드 : 우레아 몰비가 되도록 첨가하여 반응혼합물을 수득하는 제1혼합단계; (3) 상기 (2)의 제1혼합단계에 서 수득되는 반응혼합물을 50 내지 90℃의 온도범위에서 30 내지 180분간 반응시켜 UF수지 중간체를 수득하는 반응단계; 및 (4) 상기 (3)의 반응단계에서 수득되는 UF수지 중간체에 산물질을 첨가하되, 상기 UF수지 중간체가 25 내지 75중량%, 상기 산물질이 5 내지 15 중량% 그리고 잔량으로서 물을 포함하도록 조성하는 제2혼합단계;를 포함하여 이루어진다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 수지형 경화제는 통상 목재형 접착용으로 쓰이는 우레아-포름알데히드 수지(UF수지)의 첨가제로 사용되며, 기존 경화제의 역할은 수소이온농도(pH)를 조절하여 경화되는 시간만을 단축시켜 생산성을 올리고자 하였으나, 이런 물질들은 저장성이 떨어지고, 파티클보드 제작 시 물리적 특성에 큰 영향을 주지 못하는 한계성을 가진다. 그러나 본 발명에서 기술한 위와 같은 조건으로 반응을 시켜 메틸올화(Methylolation) 과정을 거쳐 수지의 중간체를 수득하여 모노메틸올-우레아(Monomethylol Urea ; 이하 ‘MMU’라 함), 디메틸올-우레아(Dimethylol Urea ; 이하 ‘DMU’라 함), 트리메틸올-우레아(Trimethylol Urea ; 이하 ‘TMU’라 함)를 포함하는 UF수지 중간체를 얻을 수 있다. 상기 UF수지 중간체는 20 내지 30중량%의 MMU, 50 내지 60중량%의 DMU, 10 내지 20중량%의 TMU, 기타 잔여 포름알데히드 물질을 10중량% 이하로 포함하며, 여기에 산물질을 첨가하면 본 발명이 의도하는 수지형 경화제를 얻을 수 있다. 이 수지형 경화제는 저장성이 뛰어나 최대 6개월까지 사용할 수 있으며, 첨가제로 사용 시 통상 파티클 보드 및 섬유판 보드에 사용되는 UF수지의 경화 시 그 반응에도 직접적으로 참가하여 보드물성에 우수한 영향을 미치는 것 뿐 만 아니라, 경화속도 또한 단축시켜 생산성의 향상에 기여할 수 있다. 그리고 파티클 보드를 생산하는 실시간으로 수지형 경화제의 투입량을 조절하여, 보드를 생산하는 수지의 최종 포름알데히드 : 우레아 몰비를 조절할 수 있는 큰 장점을 지니고 있기 때문에 생산성에 지대한 영향을 가져올 수 있는 것이다. 이는 파티클 보드 및 섬유판 보드업계에서 국내 최초로 사용되고 있기 때문에 더욱 의의가 있는 것이다.

또한, 본 발명의 우레아 포름알데히드 접착조성물을 사용하는 파티클보드의 제조방법은, (1) 3.0 내지 5.0 : 1의 범위의 포름알데히드 : 우레아 몰비의 반응생성물(UF수지 중간체) 25 내지 75중량%, 산물질 5 내지 15 중량% 및 잔량으로서 물을 포함하여 이루어지는 수지형 경화제의 준비단계; (2) 열경화성 수지 100중량부에 대하여 상기 (1)의 준비단계에서 수득되는 수지형 경화제 10 내지 20중량부를 가하고 혼합하는 접착제 혼합단계; 및 (3) 상기 접착제 혼합단계에서 수득되는 접착제(열경화성수지와 수지형 경화제의 혼합물)를 셀룰로오스성 또는 리그노셀룰로오스성 물질의 입자, 박편, 섬유 또는 시트 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 파티클보드의 원료와 혼합하고, 20 내지 70bar의 범위의 압력, 200 내지 250℃의 범위의 온도 및 80 내지 150초의 범위의 시간 동안(프레스 후 보드의 목표 밀도 : 680 kg/m3, 프레스 후 목표두께 1.5 센티미터) 가열가압하는 성 형단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 (1)의 수지형 경화제의 준비단계는 앞서 기술한 바와 같은 본 발명에 따른 수지형 경화제의 제조방법에 따라 3.0 내지 5.0 : 1의 범위의 포름알데히드 : 우레아 몰비의 반응생성물(UF수지 중간체) 25 내지 75중량%, 산물질 5 내지 15 중량% 및 잔량으로서 물을 포함하여 이루어지는 수지형 경화제를 준비하는 것으로 이루어진다. 상기에서 포름알데히드 : 우레아의 몰비의 범위 및 각 성분들의 혼합비들은 앞서 기술한 바와 동일한 이유로 제한되며, 이하 반복되는 설명은 명세서의 단순화를 위하여 생략한다.

상기 (2)의 접착제 혼합단계는 열경화성 수지 100중량부에 대하여 상기 (1)의 준비단계에서 수득되는 수지형 경화제 10 내지 20중량부를 가하고 혼합하는 것으로 이루어진다. 상기에서 열경화성 수지는 바람직하게는 경화성 UF수지가 될 수 있다. 통상적인 열경화성 수지는 우레아 포름알데히드 수지(UF수지), 멜라민 우레아 포름알데히드 수지(MUF), 페놀 수지(PF수지) 등이 있는데, 이 접착제와 경화제 , 왁스 등을 혼합시켜 생성되는 혼합 수지 100중량부에 대하여 상기 첨가제 10 내지 20중량부를 투입시켜 교반기를 통해 반응기 같은 교반할 수 있는 곳에 계량하여 교반을 실시한다. 상기 혼합 역시 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 용이하게 실시할 수 있을 정도의 단순한 단위공정으로 이해될 수 있는 것이다.

상기 (3)의 성형단계는 상기 접착제 혼합단계에서 수득되는 접착제(열경화성수지와 수지형 경화제의 혼합물)를 셀룰로오스성 또는 리그노셀룰로오스성 물질의 입자, 박편, 섬유 또는 시트 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택 되는 파티클보드의 원료와 혼합하고, 20 내지 70bar의 범위의 압력, 200 내지 250℃의 범위의 온도 및 80 내지 150초의 범위의 시간 동안(프레스 후 보드의 목표 밀도 : 680 kg/m3, 프레스 후 목표두께 1.5 센티미터) 가열가압하는 것으로 이루어지나, 본 발명이 상기한 범위에 제한되는 것은 아니며, 수득하고자 하는 파티클보드나 그 물성 등에 따라 가열가압 시의 압력, 온도 및 시간 등이 달라질 수 있으며, 당업자에게는 이는 적의 변경 내지는 변형하여 실시할 수 있을 정도의 것으로 이해될 수 있는 것이다. 상기 파티클 보드의 원료는 바람직하게는 건조된 것이 사용될 수 있다. 상기에서 건조는 임의의 공지된 건조방법들이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 열풍건조, 자연건조, 진공감압건조 등 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 용이하게 실시할 수 있을 정도로 공지된 건조방법에 의해 제한없이 건조될 수 있다. 상기 건조는 바람직하게는 상기 첨가제를 구성하는 구성요소들 중 물 성분이 제거되어 통상적으로 ‘마른’ 상태를 나타내도록 하는 정도로 충분한 것으로 이해될 수 있다. 여기서 건조가 잘 되지 않아 파티클 보드의 원재료인 칩의 함수율이 높으면, 열전달과 경화에 악영향을 미쳐, 보드가 미형성 되고, 프레스의 압력이 20bar 이하로 낮은 압력을 받게 되거나, 온도가 200℃ 이하로 떨어지면, 상기와 같은 형식으로 보드가 미형성 된다. 반대로 온도나 압력이 너무 높으면 보드가 타버리는 현상이 발생하므로 기준 조건에 맞는 조건으로 보드를 제작하여야 한다.

특히, 본 발명에서는 상기 (1)의 수지형 경화제의 준비단계 이전에 상기 파티클보드의 원료의 pH를 pH 6 내지 8의 범위 이내로 조절하는 pH조절단계가 더 포 함될 수 있다. 상기한 pH조절단계는 상기한 파티클보드의 원료의 pH를 조절함으로써 보드의 생산에 특히 적절하게 조절하는 것으로 이해될 수 있다. 특히, 상기 pH조절단계는 파티클보드의 원료로서 건축폐재를 분쇄한 것을 사용하는 경우에 적절할 수 있다. 건축폐재의 경우, 대부분 건물 건축시 사용되었던 거푸집이고, 사용특성상 강염기성 물질인 석회질 등의 잔존물로 인해 목재는 본연의 pH보다 높은 특성을 나타낸다. 이는 UF수지가 파티클보드의 원료에 도포되어 열압에 의해 경화될 때 경화시간이 지연되는 주된 원인이 된다. UF수지의 최적의 경화환경조건은 약산 즉, pH 4.0 내지 6.0인데, 대부분의 건폐재 pH는 7.0 내지 10.0을 나타낸다. 따라서 본 발명에서는 상기한 바와 같은 상기한 바와 같은 건축폐재를 파티클보드의 원료로 사용하는 경우에 pH조절단계를 거치는 것이 바람직하게 된다.

본 발명에서는 예시를 파티클 보드에 국한하였지만, 중밀도 섬유보드(MDF)와 고밀도 섬유보드(HDF) 등의 제조에도 동일하게 상기와 같은 방법으로 첨가제로 제조한 후, 수지에 혼합하여 적용이 가능함을 알린다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.

이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 3

수지형 경화제의 제조

하기 표 1에 나타낸 바와 같이 포름알데히드 : 우레아의 몰비를 달리하여 수지형 경화제를 제조하고, 이 수지형 경화제의 사용가능성을 확인하기 위하여 저장 성을 확인하였다. 경화제로써 사용가능하기 위해서는 침전물이 생기지 않아야 하며, 점도나 수소이온농도(pH)가 급격히 변동하는 일이 없이, 안정적인 모습을 최소 1개월간 유지하여야 한다. 표 1과 같이 실험 후 가장 안정적인 모습을 보이는 실시예로 표 2와 같이 온도별 시간별 실험을 아래와 같이 실시하였다. (단, pH의 조절을 고려하지 않고 실시하였으며, pH를 조절하면서 아래와 같은 실험을 할 경우 다른 결과가 나올 수 있음.)

	F : U 몰비	저장안정성	투명도(외관)	pH 변화	점도변화
실시예 1	3.0 : 1	△	△	○	○
실시예 2	4.0 : 1	○	○	○	○
실시예 3	5.0 : 1	○	○	○	○
비교예 1	1.0 : 1	×	×	×	×
비교예 2	2.0 : 1	×	×	×	×
비교예 3	6.0 : 1	×	△	○	○
○: 양호, △: 보통, ×: 나쁨

	온도조건	30분	60분	90분	120분
실시예 3	60℃	×	×	△	○
	70℃	×	△	△	○
	80℃	×	△	○	○
	90℃	×	○	○	○
○: 양호, △: 보통, ×: 나쁨

상기 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 3.0 내지 5.0 : 1의 범위의 포름알데히드 : 우레아 몰비의 반응생성물에 60℃와 90℃ 범위의 온도에서 60분에서 120분간 반응할 경우 안정된 모습의 수지형 경화제를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.

실시예 4 내지 5 및 비교예 4 내지 7

수지형 경화제의 조성(산물질)

위의 실시 예에서 얻은 조성물과 산 물질을 한가지 이상 혹은 혼합물을 다음 표 3과 같이 조성물 대비 10% 투입하여, UF수지의 접착제로서의 물성을 파티클보드의 제조를 통하여 확인하였다(이 실험에서는 E2 급 수지를 이용하였음). 상기 보드 성형단계에서는 파티클보드의 원료로서 셀룰로오스성 또는 리그노셀룰로오스성 물질의 입자, 박편, 섬유 또는 시트 또는 이들의 혼합물을 혼합하여 가로 30㎝ * 세로 45㎝ * 높이 1.5㎝ 규격의 판재로 성형하고, 목표 밀도를 고려하여 우드칩 1.2㎏을 기준으로 상기 실시예 1내지 3을 통해 수득된 물질과 아래 표 3과 산물질을 혼합한 수지형 경화제를 기존 UF 수지와 혼합하여 수지의 총량이 240g이 되도록 하였으며, 위의 수지가 20 bar의 범위의 압력, 200 ℃의 범위의 온도 및 100 초의 범위의 시간 동안(프레스 후 보드의 목표 밀도 : 680㎏/㎥) 가열/가압하여 공시재료로서의 파티클보드를 수득하였다.

	산물질	밀도(㎏/㎥)	휨강도 (㎏/㎠)	접착력 (㎏/㎠)	방산량 (㎖/100g)
실시예 4	구연산	0.729	16.72	0.49	38.32
실시예 5	포름산	0.713	14.97	0.44	37.49
비교예 4	젖산	0.718	13.82	0.33	39.22
비교예 5	말산	-	-	-	-
비교예 6	옥살산	-	-	-	-
비교예 7	아디프산	0.71	14.33	0.24	43.43
* HCHO방출량 = Perforate-법(유럽에서 사용하고 있는 EN 규정의 방산량 측정 방법이며, E1은 8에서 10, E0는 5이하를 가리킨다.)

상기 표 3에서와 같이 실시예 4 와 5를 통한 반응생성물을 접착제로 사용하는 경우, 파티클 보드 형성에 있어서 휨강도 및 접착력이 우수할 뿐만 아니라, 방산량 저감효과도 나타냄을 볼 수 있다(표 3에서 “-”라고 표시된 것은 과경화 및 조기경화로 인한 보드 제작이 불가함을 의미함).

실시예 6 내지 8 및 비교예 8 및 9

수지형 경화제의 조성(E2급)

상기 실시예에서 얻어진 수지형 경화제를 파티클 보드 및 섬유판 보드에 통상적으로 사용되는 UF 수지와 아래 표 4와 같이 혼합하여 UF수지의 접착제로서의 물성을 파티클보드의 제조를 통하여 확인하였다(이 실험에서는 E2 급 수지를 이용하였음).

상기 보드 성형단계에서는 파티클보드의 원료로서 셀룰로오스성 또는 리그노셀룰로오스성 물질의 입자, 박편, 섬유 또는 시트 또는 이들의 혼합물을 혼합하여 가로 30㎝ * 세로 45㎝ * 높이 1.5㎝ 규격의 판재로 성형하고, 목표 밀도를 고려하여 우드칩 1.2㎏을 기준으로 아래 표 4와 같이 비율을 조절하여 혼합한 수지형 경화제를 기존 UF 수지와 혼합하여 수지의 총량이 240g이 되도록 하였으며, 위의 수지가 20 bar의 범위의 압력, 200 ℃의 범위의 온도 및 100 초의 범위의 시간 동안(프레스 후 보드의 목표 밀도 : 680㎏/㎥) 가열가압하여 공시재료로서의 파티클보드를 수득하였다.

	수지 : 경화제	밀도(㎏/㎥)	휨강도 (㎏/㎠)	접착력 (㎏/㎠)	방산량 (㎖/100g)
실시예 6	95 : 5	0.732	14.25	0.71	14.38
실시예 7	90 : 10	0.728	15.19	0.79	22.78
실시예 8	85 : 15	0.728	15.23	0.78	25.32
비교예 8	100 : 0	0.727	14.56	0.58	39.88
비교예 9	80 : 20	0.726	14.76	0.75	42.43

상기 표 4 에서와 같이 실시예 6 내지 8에서 사용된 적정 비율로 파티클 보드를 형성하면, UF수지 경화 시 그 반응에도 직접적으로 참가하여 보드물성에 우수한 영향을 미치는 것 뿐 만 아니라 경화속도 또한 단축시켜 생산성에 기여함을 확인할 수 있었다. 그리고 비교예 8 내지 9에서 수득된 파티클 보드보다 접착력이 최대 36% 향상되었으며, 방산량 저감효과도 약 10%에서 최대 65% 까지 나타냄을 확인할 수 있었다.

실시예 9 내지 12 및 비교예 10 및 11

수지형 경화제의 조성( E1 / E0 급)

상기 실시예들에서 얻어진 결과로 E2 뿐만 아니라 친환경적인 보드에 적용가능한 여부를 확인하기 위하여 표 5 와 같이 E1급/E0급에도 위와 같은 방법으로 실험을 실시하였다. 수지형 경화제를 파티클 보드 및 섬유판 보드에 통상적으로 사용되는 UF 수지와 아래 표 5 와 같이 혼합하여 UF수지의 접착제로서의 물성을 파티클보드의 제조를 통하여 확인하였다(이 실험에서는 E1급/E0급 수지를 사용함).

상기 보드 성형단계에서는 파티클보드의 원료로서 셀룰로오스성 또는 리그노셀룰로오스성 물질의 입자, 박편, 섬유 또는 시트 또는 이들의 혼합물을 혼합하여 가로 30㎝ * 세로 45㎝ * 높이 1.5㎝ 규격의 판재로 성형하고, 목표 밀도를 고려하여 우드칩 1.2㎏을 기준으로 아래 표 5와 같이 비율을 조절하여 혼합한 수지형 경화제를 기존 UF수지와 혼합하여 수지의 총량이 240g이 되도록 하였으며, 위의 수지가 20 bar의 범위의 압력, 200 ℃의 범위의 온도 및 100 초의 범위의 시간 동안(프레스 후 보드의 목표 밀도 : 680㎏/㎥) 가열가압하여 공시재료로서의 파티클보드를 수득하였다.

	수지 : 경화제	밀도(㎏/㎥)	휨강도 (㎏/㎠)	접착력 (㎏/㎠)	방산량 (㎖/100g)
	E1급
비교예 10	100 : 0	0.730	10.64	0.64	8.82
실시예 9	95 : 5	0.742	11.88	0.68	6.42
실시예 10	90 : 10	0.733	12.60	0.72	6.35
	E0급
비교예 11	100 : 0	0.733	10.39	0.61	5.77
실시예 11	95 : 5	0.734	11.27	0.59	4.08
실시예 12	90 : 10	0.728	10.66	0.63	4.20

상기 표 5 에서와 같이 실시예 9 내지 12에서 사용된 적정 비율로 파티클 보드를 형성하면 E1 급 수지와 E0 급 UF수지 모두 경화 시 그 반응에도 직접적으로 참가하여 보드물성에 우수한 영향을 미치는 것 뿐 만 아니라 경화속도 또한 단축시켜 생산성에 기여함을 확인할 수 있었다. 그리고 비교예 10 내지 11에서 수득된 파티클 보드보다 접착력이 최대 13% 향상되었으며, 방산량 저감효과도 최대 30% 까지 나타냄을 확인할 수 있었다.

위와 같이 친환경보드에서도 수지형 경화제의 우수한 효과는 명백히 입증되었으며, 기존 경화제와 방산량 포착제(스케빈저)를 사용함에 따른 생산성의 한계를 극복하여, 파티클 보드의 보드물성에 우수한 영향과 방산량 저감효과를 가져올 뿐만 아니라 생산성에 큰 기여함을 확인할 수 있었다.

본 발명은 파티클 보드 및 섬유판 보드에 사용되는 UF 수지의 첨가제로 사용시 수지가 경화되는 그 반응에도 직접적으로 참가하여 파티클 보드의 보드물성에 우수한 영향과 방산량 저감효과를 가져올 뿐만 아니라 생산성에 큰 기여함을 확인할 수 있었다. 이는 파티클 보드 및 섬유판 보드업계에서 국내 최초로 사용되고 있기 때문에 더욱 의의가 있는 것이다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

3.0 내지 5.0 : 1의 범위의 포름알데히드 : 우레아 몰비의 반응생성물(UF수지 중간체) 25 내지 75중량%, 산물질 5 내지 15 중량% 및 잔량으로서 물을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수지형 경화제.
제 1 항에 있어서,

상기 산물질이 탄산, 인산, 폴리인산, 포스핀산, 포스폰산, 아세트산, 구연산, 포름산, 벤조산, 페놀, 프탈산, 프로피온산, 숙신산, 신남산, 부탄산, 설폰산 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 수지형 경화제.
(1) 30 내지 50%의 농도의 포름알데히드 수용액을 정량하고, 그 pH를 6.0 내지 9.0으로 조정하는 포름알데히드 준비단계;

(2) 상기 (1)의 포름알데히드 준비단계에서 준비된 포름알데히드 수용액에 요소를 첨가하되, 3.0 내지 5.0 : 1의 범위의 포름알데히드 : 우레아 몰비가 되도록 첨가하여 반응혼합물을 수득하는 제1혼합단계;

(3) 상기 (2)의 제1혼합단계에서 수득되는 반응혼합물을 50 내지 90℃의 온도범위에서 30 내지 180분간 반응시켜 UF수지 중간체를 수득하는 반응단계; 및

(4) 상기 (3)의 반응단계에서 수득되는 UF수지 중간체에 산물질을 첨가하되, 상기 UF수지 중간체가 25 내지 75중량%, 상기 산물질이 5 내지 15 중량% 그리고 잔량으로서 물을 포함하도록 조성하는 제2혼합단계;

를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수지형 경화제의 제조방법.
제 3 항에 있어서,

상기 산물질이 탄산, 인산, 폴리인산, 포스핀산, 포스폰산, 아세트산, 구연산, 포름산, 벤조산, 페놀, 프탈산, 프로피온산, 숙신산, 신남산, 부탄산, 설폰산 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 수지형 경화제의 제조방법.
(1) 3.0 내지 5.0 : 1의 범위의 포름알데히드 : 우레아 몰비의 반응생성물(UF수지 중간체) 25 내지 75중량%, 산물질 5 내지 15 중량% 및 잔량으로서 물을 포함하여 이루어지는 수지형 경화제의 준비단계;

(2) 열경화성 수지 100중량부에 대하여 상기 (1)의 준비단계에서 수득되는 수지형 경화제 10 내지 20중량부를 가하고 혼합하는 접착제 혼합단계; 및

(3) 상기 접착제 혼합단계에서 수득되는 접착제(열경화성수지와 수지형 경화제의 혼합물)를 셀룰로오스성 또는 리그노셀룰로오스성 물질의 입자, 박편, 섬유 또는 시트 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 파티클보드의 원료와 혼합하고, 20 내지 70bar의 범위의 압력, 200 내지 250℃의 범위의 온도 및 80 내지 150초의 범위의 시간 동안(프레스 후 보드의 목표 밀도 : 680 kg/m3, 프레 스 후 목표두께 1.5 센티미터) 가열가압하는 성형단계;

를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 파티클 보드의 제조방법.