KR101294132B1 - 유리접합용 접착필름 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 접합안전유리용 접착시트로 사용하기 위한 폴리 알킬렌 카보네이트(Poly Alkylene Carbonate)를 기반으로 하는 수지 조성물에 관한 것이다.
구체적으로는 폴리 알킬렌 카보네이트로서 폴리 프로필렌 카보네이트 또는 폴리 에틸렌 카보네이트 수지에 가소제와 이소시아네이트(Isocyanate)를 첨가하여 우레탄 그룹을 도입한 수지 조성물로서, 이소시아네이트를 결합시킴으로써 접착력을 향상시키고 가소제를 사용해 저온 유연성을 확보하는 수지 조성물에 관한 것이다. 특히 폴리 알킬렌 카보네이트 기반 접착시트는 유리의 접합 불량 발생 시, 간단한 열처리로 고분자 접합 층을 분해시켜 유리를 온전히 회수할 수 있어 가공 불량에 의한 유리의 손실을 줄일 수 있고, 수분에 안정해 운송, 보관 및 사용 조건의 제약이 없으며, 보다 낮은 가공 온도에서도 접합이 가능한 이점이 있다.

Description

유리접합용 접착필름 조성물{Composition of the interlayer for laminated glass}
본 발명은 폴리알킬렌 카보네이트 수지를 유리재생이 가능한 접합안전유리용 접착시트 또는 필름으로 이용할 수 있는 접착력과 저온 유연성이 우수한 유리접합용 접착필름 조성물에 관한 것이다.
유리가 충격을 받아 깨질 경우 날카로운 파편에 의해 인체가 상해를 입게 되는데 이를 방지하기 위해 가공 처리한 유리를 넓은 의미로 안전유리라고 부른다. 안전유리에는 접합유리, 강화유리, 망입판유리 등이 있으며, 이 중 우리가 일상생활에서 부르는 좁은 의미의 안전유리라고 하면 일반적으로 접합유리를 말하며, 이를 통상 접합안전유리라고 부르기도 한다. 접합안전유리의 가장 간단한 구조는 2장의 일반 또는 강화유리 사이에 접합시트를 붙여 놓은 것으로, 요구되는 성능에 따라 3중, 4중 등의 다중접합 안전유리도 사용되고 있다.
접합안전유리는 고층아파트의 베란다 창문유리나 샤워실 파티션 유리, 문으로 사용되는 유리 등의 주거 분야, 스카이라이트(skylights) 등의 건축 분야, 자동차나 기차의 앞유리 등의 차량 분야, 총알이 통과하지 못하도록 한 방탄유리나 귀중품을 취급하는 상점 등의 절도방지용 유리, 교도소 등의 폭동진압용 유리 등의 안전 또는 보안이 필요한 분야 등의 응용범위가 넓다.
접합안전유리용 접착필름 또는 시트로 사용되기 위하여 유리에 대한 높은 접착력, 투명성, 햇빛 및 자외선에 대한 안정성, 높은 인열 강도, 충격흡수성 등의 조건을 만족해야 한다.
접착시트로 사용되는 물질로는 여러 가지가 있을 수 있으나, 물성, 성능 또는 제조 측면에서 가장 일반적으로 사용되는 것은 폴리비닐부티랄(Polyvinyl Butyral, PVB)이 있으며, 이 밖에도, 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene-vinyl Acatate, EVA)나 열가소성 폴리우레탄 수지(Thermoplastic Polyurethane, TPU) 등이 일부 사용되고 있다.
폴리비닐부티랄(PVB) 수지는 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol)을 부틸화(Butylation)하여 제조되는 것으로, 유리와 접착 시 부틸화도를 조절하여 요구되는 접착력 수준이 가능하도록 할 수 있다. 하지만, PVB 수지는 매우 질기고 경도가 높아 판상으로 제조하더라도 접합유리제조 시 사용이 용이하지 않고, 유리와 접합하여 접합유리를 만들었을 때 충격물체가 유리를 관통하지 않도록 하는 관통성능(penetration resistance)을 확보하기가 어렵게 된다. 이를 위해 적정 수준의 가소제를 첨가하여 유연성을 가진 필름형태로 가공하는 것이 필요하며, 적용 분야, 요구 성능 및 접합유리 제조방법에 따라 각종 첨가제를 포함하게 되며, 이에 따라 두께, 접착력, 색상, 표면 거칠기 등이 다르게 나타난다.
접합안전유리는 접착필름을 세척 및·건조 후 판유리 사이에 끼우고 유압 또는 수증기압이 가해지는 오토클레이브에 넣어 120~130℃, 약 15kg/cm2로 압착하여 제품을 얻게 된다.
자동차 앞유리용은 보통 HPR(High Penetration Resistance)로 불리며, 0.76mm 두께의 필름이 주로 쓰인다. 이때, 접착필름은 유리와의 접착력 수준을 적정 수준에서 유지하여 내관통성을 갖도록 하는 것이 중요하다.
건축용 접착필름은 최소 0.38mm가 사용되며, 성능 및 접합유리제조상의 필요에 따라 그 이상의 두께가 사용되고 있다.
PVB 필름은 현재 기계적 강도 및 접착력이 좋아 널리 사용되고 있지만, 수분을 좋아하는(hydrophilic) 성질이 있어 매우 수분에 민감하고, 수분을 흡수할 경우 접착력이 떨어지거나 변색 또는 기포 발생 등의 문제가 발생한다. 따라서 PVB 필름이나 시트는 보관 및 운송 시 저온에서 일정한 습도를 유지하여야 하므로 별도의 방수 포장이 필요하며, 포장 개봉 후에는 적정의 온도·습도 하에서 보관, 취급해야 하는 단점이 있다. 또한, 작업 중 기포발생이나 접합불량 같은 문제가 발생할 경우 접착시트와 유리의 분리가 용이하지 않아 전체 유리를 폐기해야 하는 문제점이 있다. 또한 PVB를 사용한 접합유리는 사용 중에서 수분에 지나친 수분에 노출되면 유리 접합 부위의 일부가 박리되는 현상이 있어, 욕실 파티션 등으로 사용하는 데에 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 수분에 안정하고, 투명성과 유리에 대한 접착력이 우수한 폴리알킬렌 카보네이트를 사용하여 저온에서의 유연성을 확보하면서도 유리에 대한 접착력을 증진시킨 유리접합용 접착필름 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 운송, 보관, 사용 시 온도 및 습도에 안정하고 제품의 불량 발생 시 유리재생이 가능하여 회수할 수 있는 유리접합용 접착필름 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리알킬렌 카보네이트 수지를 기반으로 이소시아네이트 화합물 및 가소제를 포함하는 유리접합용 접착필름 조성물을 제공한다.
상기 폴리알킬렌 카보네이트 수지는 중량평균분자량이 50,000 내지300,00g/mol인 것으로, 폴리프로필렌 카보네이트 또는 폴리에틸렌 카보네이트를 포함한다.
상기 폴리알킬렌 카보네이트 수지는 수분에 안정하고, 투명성 및 유리에 대한 접착력이 우수하지만, 저온에서의 유연성이 낮기 때문에 저온에서 기계적 안전성을 확보하는데 어려움이 있다. 이를 위해 접착력의 감소를 최소화하면서 저온에서의 유연성을 확보할 수 있는 가소제를 첨가한다.
상기 가소제는 폴리알킬렌 카보네이트 수지와 상용성이 우수한 것으로 사용 용도, 두께 및 접착력 등 필요에 따라 함량을 조절할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 가소제는 하기 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112010083037523-pat00001
Figure 112010083037523-pat00002
본 발명에서 사용되는 가소제로 상기 화학식 1의 글리세릴 카보네이트 및 이의 유도체 화합물을 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기 화학식 1에서, R은 수소원자; 직쇄의 (C1-C18)알킬기; 및 직쇄의 (C1-C18)알킬기, (C6-C18)알킬시클로헥실기 또는 (C7-C20)알킬(C6-C18)아릴기가 치환된 카르보닐기;이며, 보다 바람직하게는 수소원자, 옥타노일기, 데카노일기, 도데카노일기, 테트라데카노일기, 옥틸기, 데실기, 도데실기 또는 테트라데실기로부터 선택되는 것이 좋다.
본 발명에서 사용되는 또 다른 가소제로서 상기 화학식 2 와 같이 표시되는 Di-acid backbone에 에틸렌 글리콜 올리고머(Ethylene Glycol Oligomer)를 붙인 구조를 갖는 화합물을 사용하는 것을 특징으로 한다. 이때, 화학식 2의 n은 0-4의 정수이고, m은 1-5의 정수이다.
본 발명에 따른 가소제는 폴리알킬렌 수지 100중량부에 대하여 2 내지 40 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 가소제의 함량이 2 중량부 미만이면 가소제에 의하여 발현될 수 있는 유연성이나 가공성을 달성할 수 없으며, 40 중량부를 초과하면 기계적 물성의 확보가 어렵고, 점성이 낮아지거나 접착력이 감소되는 문제가 발생한다.
본 발명에서는 또 다른 가소제로 300 내지 5000g/mol의 저분자량의 폴리프로필렌 카보네이트 또는 폴리에틸렌 카보네이트를 각각 폴리플필렌 카보네이트와 폴리에틸렌 카보네이트에 대한 가소제로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가소제는 종래 폴리프로필렌 카보네이트 또는 폴리에틸렌 카보네이트의 가소제로 알려져 있는 싸이클릭 프로필렌 카보네이트(Cyclic Propylene Carbonate), 디옥틸 프탈레이트(Di-octyl Phthlate), 디에틸렌 글리콜 디벤조에이트(Di-ethylene Glycol di-benzoate), 디프로필렌 글리콜 디벤조에이트(Di-propylene Glycol di-benzoate), 아세틸 트리노말 부틸씨트레이트(Acetyl tri-n-butyl Citrate) 등이 증발속도가 빠르거나 상용성이 충분하지 않는 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 저온에서 유연성이 우수하며, 기계적 물성이 안정적이기 때문에 바람직하다.
본 발명에서 따른 가소제로 하기 화학식 3과 같이 표시되는 기존 프탈릭산(Phthalic acid) 및 테레프탈릭산(Terephthalic acid) backbone에 에틸렌 글리콜 올리고머를 붙인 구조를 가진 것도 폴리프로필렌 카보네이트 또는 폴리에틸렌 카보네이트의 가소제로 알려져 있으나 본 발명에서 요구하는 수준인 기존의 가소화된PVB 시트 수준 이상의 접착력과 유연성을 부과하는데 어려움이 있다.
Figure 112010083037523-pat00003
(상기 화학식 3에서 n은 1-7의 정수이다.)
본 발명의 접착필름 조성물에 있어서, 상기 폴리알킬렌 카보네이트 수지는 특정화된 가소제를 이용하여 가소화 반응을 실시하여 수지 자체의 시트나 필름에 비하여 유리에 대한 접착력이 낮아질 수 있으므로 이를 보완하기 위해 이소시아네이트 화합물을 이용하여 수지 주쇄의 말단에 반응시켜 수소 결합이 가능한 극성기를 추가함으로써 접착력을 높일 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 이소시아네이트 화합물은 이소시아네이트 화합물은 2,4-톨루엔 디이소시아네이트(2,4-Toluene Diisocyanate, TDI), 4.4-디페닐메탄 디이소시아네이트(4.4'-Diphenyl Methane Diisocyanate, MDI), 크실렌 디이소시아네이트(Xylene Diisocyanate, XDI), 메타크실렌 디이소시아네이트(Methaxylene Diisocyanate, MXDI), 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(1,6-Hexamethylene Diisocyanate, HDI), 이소포론 디이소시아네이트(Iso phoron Diisocyanate, IPDI), 수소화 MDI(H12MDI)인 4,4'-메틸렌 비스사이클로헥실 이소시아네이트(4,4'-Methylene bis(cyclohexyl isocyanate), 수소화 TDI(HTDI)인 메틸 사이클로헥산 2,4(2,6) 디이소시아네이트 (Methyl Cyclohexane 2,4(2,6) Diisocyanate), 수소화 XDI(H6XDI)인 1,3-(이소시아네이트 메틸) 사이클로헥산(1,3-(Isocyanate Methyl) Cyclo-hexane)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
상기의 방법으로 이소시아네이트 화합물과 반응한 폴리알킬렌 카보네이트 수지를 이용한 유리접합용 접착필름 조성물은 유리에 대한 접착력이 우수하고 가소화시켜도 접합유리에서 요구되는 수준인 기존 가소화된 PVB 시트 수준의 접착력을 가지면서도 저온에서 유연성을 확보하여 기계적 물성 저하를 막을 수 있고, 투명성 및 관통성이 우수하다.
본 발명에 따른 유리접합용 접착필름 조성물은 유리접합 공정시 온도는 100 ~ 160 ℃인 것을 특징으로 한다. 상기 온도범위를 벗어나면 경제성이 떨어지거나 재생유리로 회수가 어려울 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 유리접합용 접착필름 조성물은 가공 중에 불량이 발생 시, 250℃ 이상의 온도에서 30분 이상 가열하면 고분자 층이 분해되어 유리를 온전히 회수하여 재 사용할 수 있어, 경제성과 폐기물 감소의 방법을 제시할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서 사용되는 폴리알킬렌 카보네이트는 한국공개특허공보 제2008-0015454호, 제2009-0090154호, 제2010-067593호 및 제2010-0013255에 기재된 것을 바탕으로 제조하였다.
본 발명에 따른 유리접합용 접착필름 조성물에 의해 제조되는 접착필름 또는 시트는 건축용 실내외 안전유리 또는 자동차용 안전유리 등으로 사용될 수 있으며, 이는 하나의 예시일 뿐 이에 국한되지는 않는다.
본 발명은 유리의 접합 불량 시 간단한 열처리로 고분자를 분해시켜 유리를 온전히 회수할 수 있고, 고분자 소재의 소수성으로 인해 수분에 안정하기 때문에 운송, 보관, 사용 조건의 제약이 없으며, 접합온도가 기존의 PVB 시트에 비해 10~20℃ 정도의 저온에서도 접합이 가능한 이점이 있는 폴리알킬렌 카보네이트에 기반한 접착필름 조성물을 제공한다. 특히, 접착력이 향상되고 유연성이 개선된 조성물을 사용하여 접합안전유리용 접착시트를 제조할 수 있으며 산업전반의 다양한 분야에서 성형 및 제조에 용이하게 사용될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예의 접착력 테스트를 도시한 것이다.
이하는 본 발명을 하기의 실시예에 의거하여 좀 더 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 하기 실시예에 의하여 한정하지는 않는다.
[실시예 1]
중량평균분자량이 200,000g/mol인 폴리프로필렌 카보네이트 수지에 당량만큼의 헥사메틸렌디이소시아네이트(Hexamethylene Diisocyanate(이하 HDI))를 반응시키고, 글리세롤 카보네이트 옥타노에이트(Glyceryl Carbonate Octanoate)를 폴리프로필렌 카보네이트 수지 100중량부에 대하여 10 중량부를 가하여 Brabender mixer에서 160℃에서 5분간 혼합하였다. 열프레스기(Heating Press)로 눌러 두께가 0.7mm가 되는 시트를 만들고 여러 가지 아령형 시편을 제조하여, 인장강도와 신율을 측정하였고, DSC를 이용하여 Tg를 측정하였다. 그리고 도 1에서 보이는 바와 같은 두 개의 유리판 사이에 25mm X 10mm 크기의 시료를 140℃에서 1분간 접착시켜 UTM를 이용하여 접착력을 측정하였다. 테스트 스피드는 50mm/min으로 하였다. 상기 테스트를 실시한 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
[실시예 2]
실시예 1에서 글리세롤 카보네이트 옥타노에이트 대신 Di(triethylene glycol monomethyl ether) glutarate를 사용한 것을 제외하고, 동일한 방법으로 접착필름 조성물을 제조하였으며, 그 실험결과는 하기 표1에 나타내었다.
[실시예 3]
실시예 1에서 글리세롤 카보네이트 옥타노에이트 대신 중량평균분자량이 500g/mol인 폴리프로필렌 카보네이트를 사용한 것을 제외하고, 동일한 방법으로 접착필름 조성물을 제조하였으며, 그 실험결과는 하기 표1에 나타내었다.
[실시예 4]
실시예 1에서 Hexamethylene Diisocyanate(HDI) 대신 Iso phoron Diisocyanate(IPDI)를 사용한 것을 제외하고, 동일한 방법으로 접착필름 조성물을 제조하였으며, 그 실험결과는 하기 표1에 나타내었다.
[실시예 5]
실시예 1에서 폴리프로필렌 카보네이트 대신 폴리에틸렌 사용한 것을 제외하고, 동일한 방법으로 접착필름 조성물을 제조하였으며, 그 실험결과는 하기 표1에 나타내었다.
[비교예 1]
실시예 1에서 글리세롤 카보네이트 옥타노에이트 대신 싸이클릭 프로필렌 카보네이트(Cyclic Propylene Carbonate)를 사용한 것을 제외하고, 동일한 방법으로 접착필름 조성물을 제조하였으며, 그 실험결과는 하기 표1에 나타내었다.
[비교예 2]
실시예 1에서 글리세롤 카보네이트 옥타노에이트 대신 Di(triethylene glycol monomethyl ether) terephthalate를 사용한 것을 제외하고, 동일한 방법으로 접착필름 조성물을 제조하였으며, 그 실험결과는 하기 표1에 나타내었다.
[비교예 3]
실시예 1에서 가소제를 사용하지 않은 제외하고, 동일한 방법으로 접착필름 조성물을 제조하였으며, 그 실험결과는 하기 표1에 나타내었다.
동일한 방법으로 각 수지 조성물을 제조하였으며, 그 실험결과는 하기 표1에 개시하였다.
[비교예 4]
실시예 1에서 이소시아네이트 화합물과 반응시키지 않은 폴리프로필렌카보네이트를 글리세롤 카보네이트 옥타노에이트로 가소화시켜 동일한 방법으로 접착필름 조성물을 제조하였으며, 그 실험결과는 하기 표1에 나타내었다.
[비교예 5]
실제로 자동차용 접착시트로 사용되고 있는 두께 0.76mm의 PVB시트를 사용하여, 실시예 1과 동일한 방법으로 테스트를 실시하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure 112010083037523-pat00004
상기 표 1에 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 유리접합용 접착필름 조성물은 자동차용 PVB 접착시트와 비교하여 유사하거나 우수한 인장강도 및 유리접착력을 나타냈다. 특히, 본 발명에 따른 가소제를 포함하여 실시한 실시예 1 내지 5는 그렇지 않은 비교예 1 및 2에 비하여 인장강도 및 신률의 기계적 물성이 우수하게 나타났으며, 가소제를 첨가하지 않은 비교예 3은 인장강도는 높게 나타났으나, 신율이 낮게 나타나 유연성이 떨어짐을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 1은 폴리프로필렌 카보네이트의 가소제이지만 증발속도가 빨라 상용성이 좋지 않았으며, 상기 실시예 및 비교예의 첨가된 가소제들은 블리딩(Bleeding)이 전혀 일어나지 않았다.
본 발명에 따른 실시예 1 내지 5는 비교예에 비하여 접착력이 강하면서 충격강도도 저하되지 않아 유리파편이 충격에 의한 비산 시 잡아주는 역할을 충분히 할 수 있음을 확인할 수 있었다.
종래 접착필름으로 사용해오던 비교예 5의 PVB는 유리에 접착되면 다시 제거할 수 없어 공정 상 불량이 발생했을 때 유리 전체를 폐기해야 하지만, 본 발명에 따른 실시예에서 볼 수 있듯이, 열처리를 통하여 온전히 유리를 회수할 수 있어 경제성 및 폐기물 발생 감소에 따른 친환경성을 부여할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명은 위의 실시예들에 국한되지 않는다.

Claims (7)

  1. 폴리알킬렌 카보네이트 수지, 가소제 및 이소시아네이트 화합물을 포함하는 유리접합용 접착필름 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌 카보네이트 수지는 중량평균분자량이 50,000 ~ 300,000g/mol이며, 폴리프로필렌 카보네이트 또는 폴리에틸렌 카보네이트 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유리접합용 접착필름 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가소제는 하기 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유리접합용 접착필름 조성물.
    Figure 112010083037523-pat00005

    (상기 화학식 1에서 R은 수소원자; 직쇄의 (C1-C18) 알킬기; 및 직쇄의 (C1-C18) 알킬기, (C6-C18) 알킬시클로헥실기 또는 (C7-C20) 알킬(C6-C18)아릴기가 치환된 카르보닐기;이다.)
    Figure 112010083037523-pat00006

    (상기 화학식 2에서, n은 0 내지 4의 정수, m은 1 내지 5의 정수이다.)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가소제는 중량평균분자량은 300 내지 5000g/mol의 저분자량 폴리프로필렌 카보네이트 또는 폴리에틸렌 카보네이트인 것을 특징으로 하는 유리접합용 접착필름 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가소제는 폴리알킬렌 카보네이트 수지 100중량부에 대하여 2 ~ 40 중량부를 사용하는 것을 특징으로 하는 유리접합용 접착필름 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이소시아네이트 화합물은 2,4-톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 4,4-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 크실렌 디이소시아네이트(XDI), 메타크실렌 디이소시아네이트(MXDI), 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 수소화 MDI(H12MDI)인 4,4'-메틸렌 비스사이클로헥실 이소시아네이트, 수소화 TDI(HTDI)인 메틸 사이클로헥산 2,4(2,6) 디이소시아네이트, 수소화 XDI(H6XDI)인 1,3-(이소시아네이트 메틸) 사이클로헥산으로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유리접합용 접착필름 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물의 유리접합 시 온도는 100 ~ 160 ℃인 것을 특징으로 하는 유리접합용 접착필름 조성물.
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