KR101193623B1 - 목재용 접착제 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 목재용 접착제 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피혁 부산물인 셰이빙 스크랩(shaving scrap)을 재활용하여 얻은 젤라틴을 이용하여 제조된 목재용 접착제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 접착제는 높은 접착강도, 고형분 함량 및 점도를 갖기 때문에 목재용 접착제로 사용하기에 적합하다.
본 발명에 따른 접착제는 높은 접착강도, 고형분 함량 및 점도를 갖기 때문에 목재용 접착제로 사용하기에 적합하다.
Description
본 발명은 목재용 접착제 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피혁 부산물인 셰이빙 스크랩(shaving scrap)을 재활용하여 얻은 젤라틴을 이용하여 제조된 목재용 접착제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
젤라틴은 대부분 천연 단백질로 이루어져 있으므로 물에 대한 용해성이 좋고, 공기 중의 수분까지 흡수할 정도의 흡수성이 뛰어나며, 온도에 의하여 졸(sol)과 겔(gel) 상태로 변화하는 특성을 가지고 있다. 젤라틴의 이러한 본연의 특성을 이용하여 캡슐 재료 또는 코팅 재료로 사용되어, 내용물의 산화와 수분의 흡수를 억제하거나 약품의 복용을 용이하게 해준다. 또한 젤라틴은 색소와 향료를 첨가하여 착색 또는 착향 용도로, 또는 식품표면에 윤을 내게 하는 용도로 이용되고 있고, 그 이외에도 사진필름, 인쇄기의 유제, 접착제 등으로 이용되고 있다.
접착제로서의 젤라틴은 천연 화합물로서 우수한 특성을 지니고 있는 반면에, 천연물이라는 이유로 범용적으로 이용하기에는 원료수급에 한계가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자들은 피혁 제조과정에서 부산물로서 연간 10만톤 이상 다량으로 배출되는 셰이빙 스크랩(shaving scrap)을 재활용하는 연구를 다년간 수행해왔다. 셰이빙 스크랩으로부터 얻어진 젤라틴은 인위적인 합성으로는 만들 수 없는 천연물로서, 합성화학제품이 가질 수 없는 견고한 내구성을 지니고 있으며, 이러한 천연 원료를 이용하여 제조된 제품은 수용성이 우수하여 작업시 용제에 의한 냄새가 없으며, 폐기시 독성이 발생되지 않는 특성을 지니고 있다. 특히, 셰이빙 스크랩으로부터 얻어진 젤라틴을 이용하여 제조된 접착제는 목재 등 다공질재료의 접착에 탁월한 효과를 나타내므로, 향후 목재가구 제조분야에서의 수요가 급증될 것으로 예상되고 있다.
본 발명은 젤라틴을 이용한 목재용 접착제 제공을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 셰이빙 스크랩으로부터 얻은 젤라틴을 이용하여 목재용 접착제를 제조하는 방법을 제공하는 것을 발명의 다른 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 셰이빙 스크랩(shaving scrap)으로부터 추출한 동물성 단백질을 가수분해하여 제조한 것으로 고형분 함량이 50 ～ 70 중량%이고, 젤리강도가 10 ～ 50 Bloom이고, 크롬 함유량이 4,000 ㎎/㎏(US EPA 3050B로 측정) 이하인 젤라틴의 농축물을 포함하는 목재용 접착제를 그 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 셰이빙 스크랩(shaving scrap)으로부터 추출한 동물성 단백질을 가수분해하여 제조한 것으로 고형분 함량이 50 ～ 70 중량%이고, 젤리강도가 10 ～ 50 Bloom이고, 크롬 함유량이 4,000 ㎎/㎏(US EPA 3050B로 측정) 이하인 젤라틴의 농축물을 0℃ 내지 10℃ 저온 조건에서 방치하여 염을 석출 및 제거하는 단계; 및 상기 염이 제거된 젤라틴 농축물에 탄산염을 첨가하고 50℃ 내지 70℃ 온도에서 교반하여 접착제를 제조하는 단계; 를 포함하는 목재용 접착제의 제조방법을 그 특징으로 한다.
본 발명의 접착제는 건조시간이 짧고 내구성 및 접착력이 우수하여 목재용 접착제로서 특히 유용하다.
본 발명이 접착제 제조를 위해 사용하는 젤라틴 농축물은 고형분 함량 및 젤리강도가 높게 유지되기 때문에 접착제 원료로 사용하기에 적합하다.
본 발명이 사용하는 젤라틴의 농축물은 피혁 부산물로서 폐기되는 셰이빙 스크랩을 재활용한 것이므로, 본 발명은 친환경적이고, 경제성이 우수하다.
본 발명의 목재용 접착제는 피혁 제조시 부산물로 발생하는 셰이빙 스크랩(shaving scrap)으로부터 추출한 동물성 단백질을 가수분해하여 얻은 젤라틴의 농축물을 이용하여 제조한 것이다. 본 발명이 접착제 제조를 위해 사용하는 젤라틴 농축물은 고형분 함량이 50 ～ 70 중량%(바람직하기로는 55 ～ 60 중량%)이고, 젤리강도가 10 ～ 50 Bloom(바람직하기로는 15 ～ 25 Bloom)이고, US EPA 3050B로 측정한 크롬 함유량이 4,000 ㎎/㎏ 이하인 특성을 가지고 있다. 또한, 젤라틴은 중량평균분자량이 6,000 ～ 40,000 범위이고, 분자량분포도(PDI; 중량평균분자량/수평균분자량)가 1.0 ～ 6.0 범위이다.
상기한 젤라틴 농축물을 이용하여 제조된 접착제는 목재용 접착제로 요구되는 건조시간이 짧고 내구성 및 접착력 등의 물성이 우수하다.
본 발명에 따른 목재용 접착제의 제조방법에 대해 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
본 발명에 따른 목재용 접착제의 제조방법은, 젤라틴의 농축물을 0℃ 내지 10℃ 저온 조건에서 방치하여 염을 석출 및 제거하는 단계; 및 상기 염이 제거된 젤라틴 농축물에 탄산염을 첨가하고 50℃ 내지 70℃ 온도에서 교반하여 접착제를 제조하는 단계; 를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 제조방법에서 사용되는 젤라틴 농축물은 셰이빙 스크랩(shaving scrap)으로부터 추출한 동물성 단백질을 가수분해하여 제조한 것이며, 접착제로서 요구되는 건조시간이 짧으면서 내구성 및 접착력이 우수한 접착제 제조를 위해 고형분 함량, 젤리강도를 특정 범위로 제한하였고, 또한 젤라틴 농축물 중에 포함되는 중금속으로서 크롬 함유량을 제한하였다.
본 발명에서 사용되는 젤라틴 농축물의 대표적인 제조방법은 대한민국특허출원 제2009-00096854호에 상세히 기재되어 있기도 한다.
대한민국특허출원 제2009-00096854호에 기재된 젤라틴 농축물의 제조방법을 간략히 설명하면, 셰이빙 스크랩을 물과 알칼리약품의 혼합액에 침지시켜서 전처리하는 단계; 상기 전처리된 셰이빙 스크랩을 알칼리금속 산화물 또는 알칼리토금속 산화물과 혼합하여 가수분해반응을 수행한 후, 필터링하여 크롬이 제거된 액상 가수분해물을 얻는 단계; 및 상기 액상 가수분해물을 농축하여 고형분 함량이 50 ～ 70 중량%인 젤라틴 농축물을 얻는 단계;를 포함한다.
대한민국특허출원 제2009-00096854호에 기재된 젤라틴 농축물의 또 다른 제조방법을 간략히 설명하면, 셰이빙 스크랩을 수산화칼슘 수용액에서 팽윤한 후에 황산용액과 혼합하여 크롬을 용출시켜서 전처리하는 단계; 상기 전처리된 셰이빙 스크랩을 수산화나트륨 수용액과 혼합 교반한 후에 황산용액과 혼합하여 크롬을 재용출시키는 단계; 상기 탈크롬된 셰이빙 스크랩을 가수분해하고 여과하여 액상 가수분해물을 얻는 단계; 및 상기 액상 가수분해물을 농축하여 고형분 함량이 50 ～ 70 중량%인 젤라틴 농축물을 얻는 단계;를 포함한다.
본 발명에서는 목재용 접착제를 제조하기 위해, 먼저 상기한 젤라틴의 농축물을 저온 결정석출법을 이용하여 염을 석출시켜 제거한다. 젤라틴의 농축물은 세이빙 스크랩을 수산화나트륨 등이 알칼리로 가수분해하는 이유로 나트륨염 등의 알칼리금속염이 90,000 ～ 120,000 ㎎/㎏ 함량으로 비교적 많은 함량을 포함하고 있으며, 이러한 염의 존재로 인하여 젤라틴 함량이 떨어져 접착강도가 저하되는 일이 발생될 수 있다. 이에 본 발명에서는 염을 효율적으로 제거하기 위하여 저온 결정석출법을 이용하였다. 본 발명에서의 저온 결정석출법은 젤라틴 농축물을 0℃ 내지 10℃ 범위의 저온을 유지하면서 1 내지 4일 정도 방치하여 염을 석출한다. 염 석출온도가 5℃ 미만으로 유지되면 더 이상의 염의 석출효과를 기대할 수 없고, 10℃를 초과하는 온도에서는 염의 석출속도가 느리거나 석출량이 현저히 저하될 수 있으므로, 상기 온도범위 내에서 수행하는 것이 바람직하다. 그리고, 석출된 염은 여과하여 제거한다. 상기한 저온 석출방법을 수행한 결과, 젤라틴의 농축물 중의 나트륨염 함량이 1,000 ㎎/㎏ 이하로 낮출 수 있었다.
그런 다음, 상기 염이 제거된 젤라틴 농축물에 탄산염을 첨가하고 가온 조건에서 교반하여 접착제를 제조한다. 필요하다면, 상기 염이 제거된 젤라틴 농축물에 추가로 항균제를 포함시켜 부패를 방지하도록 할 수 있다. 즉, 본 발명이 천연 재료를 원료로 사용함으로써 쉽게 부패되는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 염이 제거된 젤라틴 농축물에 항균제를 혼합하여 사용할 수도 있다. 이때 사용되는 항균제의 종류 및 사용량은 당업계에서 통용되는 항균제 및 사용량으로, 본 발명은 특별한 제한을 두고 있지 않다.
상기한 염이 제거된 젤라틴 농축물과 반응하는 탄산염은 알칼리금속 탄산염, 알칼리토금속 탄산염을 비롯한 통상의 것으로, 탄산나트륨, 탄산칼슘이 대표적으로 사용될 수 있다.
탄산염의 첨가량은 젤라틴 농축물 100 중량부를 기준으로 1 내지 25 중량부 범위로 첨가한다. 상기 탄산염의 첨가량이 1 중량부 미만으로 적으면 접착력 증대효과 및 건조시간 단축 효과를 기대할 수 없고, 25 중량비를 초과하여 사용하면 점도 상승으로 인해 접착제로 사용할 수 없으므로, 상기 사용량 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
상기 젤라틴 농축물과 탄산염의 반응온도는 50℃ 내지 70℃ 온도범위를 유지하는 것이 좋다. 반응온도가 50℃ 미만으로 낮으면 탄산염이 금속산화물과 이산화탄소로 분해되기 어려워 금속산화물이 습기와 접촉하면서 금속수산화물로 되는 소화성질에 의해 접착강도가 보완을 기대할 수 없고, 70℃를 초과하는 온도에서 반응을 수행하면 더 이상의 접착강도 증대를 기대할 수 없으므로, 상기 반응온도범위 내에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 제조방법으로 제조된 본 발명의 접착제는 목재용 접착제로서 요구되는 건조시간을 단축시키고, 접착력이 증가되는 효과를 얻고 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 하기의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
제조예 1. 젤라틴 농축물의 제조
건조된 셰이빙 스크랩[단백질 38 중량%, 수분 60 중량%, 지방 2 중량%] 30 g을 물 200 g과 탄산나트륨 0.6 g의 혼합액에 침지시킨 후, 30℃로 승온시켜 4 시간동안 교반하면서 전처리하였다. 전처리된 셰이빙 스크랩 30 g과 산화마그네슘(MgO) 1.5 g을 혼합한 후 6 시간 동안 반응을 수행하여 크롬을 용출시키고, 여과하여 크롬을 제거하였다. 다음으로, 여과된 셰이빙 스크랩을 황산 수용액으로 중화한 후, 60℃에서 4 시간 동안 감압(700 mbar) 농축하였다.
그 결과 고형분 함량이 63 중량%이고, 중량평균분자량 24,402, 분자량분포도(PDI) 1.9, 젤리강도(BS 757 기준) 35 Bloom, 크롬함량(US EPA 3050B 기준) 5 ㎎/㎏인 젤라틴 농축물을 얻었다.
제조예 2. 젤라틴 농축물의 제조
건조된 셰이빙 스크랩[단백질 38 중량%, 수분 60 중량%, 지방 2 중량%] 30 g, 물 200 g 및 수산화칼슘 0.6 g을 혼합한 후, 30℃에서 24 시간 동안 침지시켜 팽윤시켰다. 다음으로 팽윤된 셰이빙 스크랩을 수세한 후, 이를 0.2% 농도의 황산용액 200 g에 침지시킨 후, 30℃에서 2 시간 동안 반응시켜서 크롬을 용출시켜 제거하였다. 크롬이 제거된 셰이빙 스크랩을 30℃에서 0.1% 농도의 수산화나트륨 용액 200g과 혼합하였다. 2 시간 동안 반응을 수행한 후, 이를 1.0% 농도의 황산용액 200 g에 침지시킨 다음 2 시간 동안 교반하여 탈크롬 공정을 거쳤다. 탈크롬된 셰이빙 스크랩을 산이나 알카리 물질 없이 60℃ 온도로 6시간 동안 가수분해한 다음, 여과하여 크롬 침전물을 제거하였다. 그런다음, 수산화나트륨용액으로 중화한 후 60℃에서 4 시간 동안 감압(750 mbar) 농축하였다.
그 결과 고형분 함량이 60 중량%이고, 중량평균분자량 18,939, 분자량분포도(PDI) 1.44, 젤리강도(BS 757 기준) 20 Bloom, 크롬함량(US EPA 3050B 기준) 3,100 ㎎/㎏ 인 젤라틴 농축물을 얻었다.
실시예 1. 접착제의 제조
상기 제조예 1에서 제조된 젤라틴 농축물을 5℃ 저온에서 3일 동안 방치하였다. 그런 다음 석출된 염을 여과하여 제거하였으며, 염 석출된 젤라틴 중의 나트륨 함량[USEPA 3050B(1996) 기준]을 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
상기 염 석출된 젤라틴 10 g에 항균제로 소듐 오르쏘페닐 페네이트(Sodium Orthophenyl Phenate) 0.05 g과 소듐 펜타 클로로페네이트(Sodium Penta Chlorophenate) 0.05 g을 혼합한 후 상온에서 200 RPM으로 교반하였다. 그런 다음, 젤라틴 10 g에 탄산칼슘을 2 g 혼합하고, 70℃ 온도에서 12,000 RPM 교반속도로 3시간 동안 교반하여 접착제를 제조하였다. 제조된 접착제의 나트륨 함량, 점도 및 접착강도를 각각 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2. 접착제의 제조
상기 실시예 1의 방법으로 접착제를 제조하되, 상기 제조예 2에서 제조된 젤라틴 농축물을 사용하였다. 제조된 접착제의 나트륨 함량, 점도 및 접착강도를 각각 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 1. 접착제의 제조
상기 실시예 1의 방법으로 접착제를 제조하되, 탄산칼슘을 첨가하지 않았다. 제조된 접착제의 나트륨 함량, 점도 및 접착강도를 각각 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 2. 접착제의 제조
상기 실시예 2의 방법으로 접착제를 제조하되, 탄산칼슘을 첨가하지 않았다. 제조된 접착제의 나트륨 함량, 점도 및 접착강도를 각각 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[물성 측정방법]
1) 나트륨 함량 측정
USEPA 3050B(1996)에 의거하여 반복적인 질산과 과산화수소의 첨가에 의해서 염화나트륨을 녹인 후 ICP-AES 분석하여 하기 수학식 1에 의해 계산하였다.
[수학식 1]
나트륨 함량(mg/kg) = V×F×(C-B)/M
상기 수학식 1에서, C는 AAS 또는 ICP로부터 읽은 값(mg/L)이고, B는 블랭크 시약의 용액 값(mg/L)이고, M은 샘플의 무게(g)이고, V는 최종 용액의 부피이고, F는 묽힘 상수이다.
2) 점도
KS M 3705에 의거하여 시료의 온도 25℃에서 브록필드 점도계(BROOKFIELD DIGITAL VISCOMETER MODEL DV-I+ 기기)를 이용하여 스핀들 번호 6, 5 RPM 교반속도에서 점도를 측정하였다.
3) 접착강도
KS M 3700에 의해 측정하였다. 즉, 미리 잘 혼합한 접착제를 접착면의 양면 각각에 약 100 g/㎡를 도포하여 맞붙이고서 49 ～ 98 N/㎠의 하중으로 10분간 이내 압축하여 20±2℃에서 그대로 24시간 방치하였다. 압력 제거 후, 48시간 방치한 다음 접착강도를 측정하였다.
| 구분 | 상용접착제 | 실시예 | 비교예 | 적합범위 | ||
| 1 | 2 | 1 | 2 | |||
| 나트륨 함량 (mg/kg) | - | 850 | 800 | 850 | 900 | - |
| 점도 (Pas) | 0.7 | 0.7 | 0.7 | 0.4 | 0.3 | 0.5 이상 |
| 접착강도 (N/㎠) | 985 | 990 | 995 | 750 | 668 | 981 이상 |
| * 상용 접착제: 폴리졸, 대영화학 제품 | ||||||
상기 표 1에서 확인되고 있듯이, 본 발명이 제안하고 있는 바대로 피혁 부산물인 셰이빙 스크랩(shaving scrap)을 재활용하여 얻은 젤라틴 농축물을 이용하여 제조된 실시예 1과 2의 접착제는 시중에서 판매되고 있는 목재용 접착제와 동등 또는 그 이상 수준의 물성을 가지고 있다. 이에 반하여, 탄산칼슘이 첨가되지 않은 비교예 1과 2의 접착제는 점도 및 접착강도에서 물성이 떨어짐을 확인하였다. 따라서 본 발명의 접착제는 목재용 접착제로 유용하다.
Claims (7)
- 셰이빙 스크랩(shaving scrap)으로부터 추출한 동물성 단백질을 가수분해하여 제조한 젤라틴의 농축물 100 중량부; 및
알칼리금속 또는 알칼리토금속의 탄산염 1 내지 25 중량부를 포함하며,
상기 젤라틴의 중량평균분자량이 6,000 ～ 40,000 범위이고, 상기 젤라틴의 농축물은 고형분 함량이 50 ～ 70 중량%이고, 젤리강도가 10 ～ 50 Bloom이고, 크롬 함유량이 4,000 ㎎/㎏(US EPA 3050B로 측정) 이하인 것을 특징으로 하는 목재용 접착제.
- 청구항 1에 있어서,
상기 젤라틴은 중량평균분자량이 6,000 ～ 40,000 범위인 것을 특징으로 하는 목재용 접착제.
- 청구항 1에 있어서,
상기 젤라틴의 농축물은 나트륨염 함량이 1,000 ㎎/㎏ 이하인 것을 특징으로 하는 목재용 접착제.
- 삭제
- 셰이빙 스크랩(shaving scrap)으로부터 추출한 동물성 단백질을 가수분해하여 제조한 것으로 고형분 함량이 50 ～ 70 중량%이고, 젤리강도가 10 ～ 50 Bloom이고, 크롬 함유량이 4,000 ㎎/㎏(US EPA 3050B로 측정) 이하인 젤라틴의 농축물을 0℃ 내지 10℃ 저온 조건에서 방치하여 염을 석출 및 제거하는 단계; 및
상기 염이 제거된 젤라틴 농축물에, 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 탄산염을 첨가하고 50℃ 내지 70℃ 온도에서 교반하여 접착제를 제조하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 목재용 접착제의 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 염이 제거된 젤라틴 농축물은 나트륨염 함량이 1,000 ㎎/㎏ 이하인 것을 특징으로 하는 목재용 접착제의 제조방법.
- 청구항 5에 있어서,
상기 탄산염은 젤라틴 농축물 100 중량부를 기준으로 1 내지 25 중량부 범위로 첨가하는 것을 특징으로 하는 목재용 접착제의 제조방법.
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