KR101494801B1

KR101494801B1 - 설탕가인산분해반응 및 팽창흑연을 이용한 난연성 접착제 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101494801B1
Application number: KR20130153444A
Authority: KR
Inventors: 조남욱
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-02-23

Abstract

본 발명은 설탕가인산분해반응을 이용한 난연성 접착제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히, 기존 난연성 접착제에 비하여 가격이 저렴하면서도 단열성, 조업성, 작업성이 우수한 난연성 접착제에 관한 것이다. 이를 구현하기 위하여 본 발명에서는 설탕가인산분해반응 및 팽창흑연을 이용하였으며, 이러한 제조방법을 통하여 저가이며 단열성과 내수성에서 우수한 난연성 접착제를 제시할 수 있다.
이러한 본 발명은 난연성 접착제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 난연성 접착제 제조 방법에 있어서, 설탕(Sucrose)과 인산(Phosphoric Acid)을 혼합하여 반응시켜 설탕인산캐러멜을 형성하는 단계; 상기 설탕인산캐러멜에 팽창흑연(Expandable Graphite)과 분산제를 혼합하여 교반시키는 단계; 및 상기 설탕인산캐러멜과 팽창흑연의 혼합물에 이소시아네이트를 혼합하는 단계; 를 포함하되, 상기 설탕인산캐러멜을 형성할 때 설탕가인산분해반응을 이용하는 것을 특징으로 한다.

Description

설탕가인산분해반응 및 팽창흑연을 이용한 난연성 접착제 및 그 제조방법 {Non-framable adhesive using sucrose phosphorolysis and expandable graphite and method thereof}

본 발명은 설탕가인산분해반응을 이용한 난연성 접착제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히, 기존 난연성 접착제에 비하여 가격이 저렴하면서도 단열성, 조업성, 작업성이 우수한 난연성 접착제에 관한 것이다.

이를 구현하기 위하여 본 발명에서는 설탕가인산분해반응 및 팽창흑연을 이용하였으며, 이러한 제조방법을 통하여 저가이며 단열성과 내수성에서 우수한 난연성 접착제를 제시할 수 있다.

현재까지 난연성 접착제의 주류는 EPS 패널, 폴리우레탄 패널 및 그라스울(Glass Wool) 등이 많이 사용된다.

기존 EPS 패널은 금속단열 복합패널로서, 금속재인 도장 용융 아연 도금 강판과 단열재인 발포 폴리스티렌(PS)을 결합한 패널이다. EPS 패널은 건물 구조체로 형성되어 있는 만큼 높은 강도를 가지고 있고, 단열성이 우수하기는 하나, 화재에는 취약한 문제점을 가지고 있다. 아래의 [도 1]은 기존 EPS 패널 제품을 보여주는 도면으로서, Wall 타입, R.P 타입 및 Roof 타입에 대한 단면의 모양을 보여주고 있다.

또한, 폴리우레탄 패널은 폴리우레탄 경질 폼을 사용하여 제조한 패널로서, 목재를 사용한 합판, 유리섬유를 사용한 Fiber Board, 발포 폴리스티렌을 사용한 EPS 패널보다 뛰어난 단열 효과를 가지고 있으며, 사용되는 기초원료가 고체가 아닌 액체이기 때문에 복잡한 모형을 가지는 제품들의 생산성과 가공성 측면에서 뛰어난 특징을 보여주고 있다. 이러한 폴리우레탄 패널은 공장 건축물, 냉동저장 시설물, 냉장 농축산물 저장소, 냉동탑차 등에 널리 사용이 되고 있다.

그러나, 폴리우레탄 패널도 단열성과 내수성에서는 우수하나, 화재에 취약한 단점이 있는 바, 이로 인하여 근래 들어와서는 PIR 또는 PNR 등 내화성이 우수한 소재가 개발되고 있기는 하나, 평탄도에 대한 안정성이 좋지 않으며, 고가이고, 연소시 유독가스를 발생시키는 등 적용성에 있어서 근본적인 문제점을 가지고 있다.

[도 2]는 종래의 폴리우레탄 패널의 제품 종류를 보여주는 도면으로서, 각각 지붕재, R.P재, 벽체를 보여주고 있다.

또한, 그라스울(Glass Wool)은 유리 원료를 고온에서 용융한 후 고속회전력을 이용하여 섬유화한 뒤 바인더를 사용하여 일정한 형태로 성형한 제품으로서, 무기질의 인조광물 섬유 단열재이다. 그라스울은 유연하면서도 부드러운 섬유가 섬세하게 집면되어 있어 단열 및 흡음 성능이 뛰어나고 무기질 원료로서 불에 잘 타지 않는다는 장점이 있으나, 단열성이 저조하고 가공 및 조립시 유리가 날리는 등 조업성에서 불리한 단점이 있다. 또한, 무겁고 내수성이 나쁘며, 높은 가격 등 작업성에서도 문제점을 가지고 있다.

[도 3]은 종래의 대표적인 그라스울 제품에 대한 모습을 보여주는 도면이다.

이하에서는 본 발명의 배경이 되는 기존 특허기술들을 살펴 보도록 한다.

먼저, 2010년 10월 29일 김동열 출원인에 의하여 출원된 "내열성 및 단열성 폴리우레탄 발포체의 제조방법"(출원번호 10-2009-0034565) 기술은 폴리우레탄 발포체의 제조시에 사용되는 팽창성 흑연의 비중, 입도 및 첨가량을 조절하여 생산공정에서 기계적인 트러블이 발생하지 않는 폴리우레탄 발포체의 제조 방법에 관한 것이다.

본 선행발명은 폴리올, 폴리이소시이네이트, 발포제 및 미세입자의 팽창성 흑연을 혼합하여 제조하는 방화성 및 난연성 폴리우레탄 발포체의 제조 방법에 있어서, 상기 미세 입자의 팽창성 흑연에 미세 중공입자를 결합시켜 그 결합된 팽창성 흑연의 겉보기 비중을 0.8∼1.5로 조정하고, 상기 폴리올, 폴리이소시아네이트 및 발포제의 혼합물 70∼90중량%와 상기 겉보기 비중이 조정된 팽창성 흑연 10∼30중량%를 20∼40℃의 온도에서 고속으로 혼합하여 발포시키는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 폴리우레탄 발포체의 제조 방법에 의하면, 팽창성 흑연의 필요로 하는 분산도를 갖는 발포체를 용이하게 제조하고, 팽창성 흑연의 분산도가 균일한 발포체를 제조할 수 있고, 제조된 발포체는 방화성과 난연성이 우수한 효과가 있다.

그러나 본원발명은 팽창흑연과 설탕인산캐러멜을 첨가하여 내화성이 우수하고 접촉시 발포하여 단열층을 형성하도록 구성한 것이 특징인 바, 본 선행발명과는 구성요소에 있어서 다르다.

또한, 2008년 1월 3일에 오재성 출원인에 의하여 출원된 "열발포성 방염조성물"(출원번호 10-2007-0130605) 기술은 열에 의하여 열에 의해 발포하여 불연성 탄화층을 형성하는 도포물질에 관한 것으로, 상세하게는 화염과 접촉시 180℃이상의 온도에서 발포하여 탄화층(Char)를 형성함으로서 다공성 탄화층(Char)의 단열효과로 화염의 투과나 전이를 차단할 목적으로 도포하는 도포물질에 관한 것이다.

본 선행발명은 a)수분산성고무(Latex) 20 내지 50 중량%, b) 발포성흑연 분말 5 내지 30중량%, c) 멜라민폴리포스페이트나 멜라민시아누레이트 중 1종 이상을 포함하는 멜라민계난연제 0 내지 10중량%, d) 암모늄포스페이트계 난연제 1 내지 20중량% 및 e) 단당류, 이당류, 다당류 중 1종 이상을 포함하는 당류(saccharide) 10내지 50중량%를 혼합, 분산한 것으로, 할로겐계 난연제를 포함하지 않고, 생분해가 용이한 물질로, 고무의 탄력성이 유지되어 굴곡유연성을 가지며, 화염과 접촉시 도포두께의 50배 이상 발포하고, 연소시 환경을 유해하게 하는 가스를 발생하지 않도록 구성한 열발포성 방염도포제에 관한 것이다.

그러나, 본원발명은 팽창흑연과 설탕인산캐러멜을 첨가하여 내화성이 우수하고 접촉시 발포하여 단열층을 형성하도록 구성한 것이 특징인 바, 본 선행발명과는 구성요소에 있어서 다르다. 또한, 본원발명은 소듐옥타보레이트용액을 별도로 더 첨가하여 연소성 기재의 여소를 억제하고 Char 형성을 돕는다는 점에서 더욱 더 다르다.

또한, 2001년 10월 30일에 주식회사한그린텍에 의하여 출원된 "내화기능을 갖는 비내력벽체"(출원번호 10-2001-0067265) 기술은 주 원료인 규회석에 황산알루미늄과 인산 알루미늄을 혼합, 제조한 판넬을 벽체의 외장판으로 사용하고, 우레탄 수지에 팽창성 흑연을 첨가하여 강도 및 난연성을 향상시킨 우레탄 폼을 상기 외장판의 중간층으로 하여 벽체 를 형성함으로써 화재 발생시에 소정 온도 이상 상승시에 더욱 높은 강도를 유지하여 벽체의 기능이 그대로 유지될 수 있도록 한 내화성능을 가지는 비내력벽체에 관한 것이다.

본 선행발명은, 난연성 재질로 이루어지며, 방수 및 방화기능을 가진 단일판으로 이루어진 한 세트의 내화판넬; 및 상기 한 세트의 내화판넬 사이에 구비되며, 단열 및 난연 기능을 갖는 우레탄 폼을 포함하는 내화성능을 가지는 비내력벽체를 제공한다. 여기서, 상기 내화판넬은 주원료인 규회석 80 ∼ 87wt%, 급결재인 황산 알루미늄과 소화작용을 하는 인산 알루미늄의 혼합물 12 ∼ 20wt%, 보강재인 장섬유 0.1 ∼ 0.5wt%를 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하며, 또한 상기 우레탄 폼은 주재료인 이소시아네이트 35 ∼ 44wt%, 경화제인 폴리올 35 ∼ 44wt%, 발포성 무기 화합물 12 ∼ 30wt%로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그러나, 본원발명은 팽창흑연과 설탕인산캐러멜을 첨가하여 내화성이 우수하고 접촉시 발포하여 단열층을 형성하도록 구성한 것이 특징인 바, 본 선행발명과는 구성요소에 있어서 다르다.

또한, 2006년 5월 11일에 제이에스전선 주식회사에 의하여 출원된 "밀봉 부재용 1액형 조성물"(출원번호 10-2006-0042467) 기술은 실리콘 수지, 아크릴 수지 및 우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 수지 성분을 포함하는 주제 100 중량부, 팽창 흑연 5 내지 350 중량부, 멜라민계 화합물 50 내지 100 중량부, 경화제인 제1 실란계 화합물 5 내지 20 중량부 및 접착 보강제인 제2 실란계 화합물 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 밀봉 부재용 1액형 조성물을 제공한다.

또한, 2006년 7월 4일에 노상언 출원인에 의하여 출원된 "내화 폴리우레탄폼의 제조방법"(출원번호 10-2006-0062300) 기술은 내화성능이 취약한 폴리우레탄 폼을 화재와 유독가스에 대하여 안정성을 갖는 내화 폴리우레탄 폼의 제조방법을 제공하고자 하는 것으로, 더욱 구체적으로는 본 발명의 내화 폴리우레탄 폼의 제조방법은 폴리우레탄폼 제조용 폴리올 100 중량부에 팽창흑연 5 내지 10 중량부, 펜타에리스리톨 9 내지 12 중량부, 폴리인산암모늄 17 내지 20 중량부를 첨가하며, 상기 폴리우레탄 폼 제조용 폴리올과 중량비를 적정비율로 하여 이소시아네이트와 교반믹서기 또는 혼합기에서 100 rpm 이상으로 5분 이상 혼합 교반하여 반응시키는 것을 특징으로 하며, 또한 폴리올 100 중량부에 대해서 발포제인 멜라민염의 사용량을 5 내지 15 중량부로 첨가하고, 트리크레실포스페이트로 폴리올의 점도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

상술한 종래기술들과 본원발명과의 차이점을 종합적으로 정리하여 본다.

종래기술들은 대부분 폴리우레탄 폼을 사용하거나, 팽창흑연 또는 당류 제품을 사용하고 있다. 그러나, 본원 발명은 팽창흑연과 설탕인산캐러멜을 사용하여 설탕가인산분해반응을 이용하고 있는 바, 상술한 선행발명들과는 그 구성요소에 있어서 큰 차이가 있다.

또한, 종래의 팽창흑연을 이용한 난연제에 있어서 도료나 접착제에 팽창흑연을 혼합하여 사용하는 것이 일반적이었으나, 단순한 혼합은 화재 발생시 흑연이 팽창하여 단열층은 형성하나, 발포흑연의 낮은 비중과 결속력 부재로 인하여 쉽게 날리게 되고, 이로 인하여 발포층이 비산하여 지속적인 단열층을 형성하지 못한다는 단점이 있었다. 또한, 팽창흑연을 그냥 접착제에 희석하는 경우, 팽창흑연의 발포는 이룰 수 있으나, 접착제의 인화성 자체를 억제하지는 못하였던 바, 본 발명에서는 이를 극복하기 위한 기술적 문제들을 제시하고 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 샌드위치 패널용 접착제로 사용되는 이소시아네이트와 폴리올을 활용하면서도 팽창흑연과 설탕인산캐러멜을 첨가함으로써, 내화성이 우수하고 화재시 자동적으로 발포하여 단열층을 형성하도록 하는 난연성 접착제와 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 팽창흑연 및 설탕가인산분해반응을 이용한 난연성 접착제 및 그 제조방법은, 설탕(Sucrose)과 인산(Phosphoric Acid)을 혼합하여 반응시켜 설탕인산캐러멜을 형성하는 단계; 상기 설탕인산캐러멜에 팽창흑연(Expandable Graphite)과 분산제를 혼합하여 교반시키는 단계; 및 상기 설탕인산캐러멜과 팽창흑연의 혼합물에 이소시아네이트를 혼합하는 단계; 를 포함하되, 상기 설탕인산캐러멜을 형성할 때 설탕가인산분해반응을 이용하는 것을 특징으로 하는 난연성 접착제 제조 방법이 제공된다.

또한, 상기 설탕인산캐러멜 형성 시 정포제를 첨가하는 것이 양호하다.

또한, 상기 설탕인산캐러멜 형성 시 설탕-인산신타아제(Sucrose-Phosphate Synthase)를 첨가하는 것이 양호하다.

또한, 상기 설탕인산캐러멜 형성 시 상기 설탕 100 중량부 대비 인산 20 내지 70 중량부를 혼합하는 것이 양호하다.

또한, 상기 설탕인산캐러멜과 팽창성 흑연을 혼합하는 단계에서, 우레탄용 폴리올을 더 혼합하는 것이 양호하다.

또한, 설탕인산캐러멜 100 중량부 대비 우레탄용 폴리올 200 내지 800 중량부를 혼합하는 것이 양호하다.

또한, 상기 우레탄용 폴리올은 폴리에테르 폴리올(Polyether Polyol) 또는 폴리에스테르 폴리올(Polyester Polyol) 중 어느 하나 이상인 것이 양호하다.

또한, 상기 이소시아네이트는 메틸렌디페닐이소시아네이트(MDI, Methylene Diphenyl Diisocyanate)인 것이 양호하다.

또한, 상기 메틸렌디페닐이소시아네이트는 MDI 단량체 또는 Polymeric MDI 중 어느 하나인 것이 양호하다.

또한, 상기 MDI 단량체는 2,2'-MDI, 2,4'-MDI 또는 4,4'-MDI 중 어느 하나 이상인 것이 양호하다.

또한, 상기 설탕인산캐러멜과 팽창흑연 혼합시, 고체상의 소듐옥타보레이트테트라하이드레이트를 콜로이드 상의 메타 실리케이트에 혼합하여 생성된 소듐옥타보레이트 용액을 첨가하는 것이 양호하다.

또한, 상기 소듐옥타보레이트 용액 형성 시, 소듐옥타보레이트 100 중량부 대비 콜로이드상의 메타 실리케이트 10 내지 40 중량부를 혼합하는 것이 양호하다.

또한, 상기 소듐옥타보레이트 용액을 설탕인산캐러멜과 혼합시, 설탕인산캐러멜 100 중량부 대비 소듐실리케이트 용액 10 내지 50 중량부를 혼합하는 것이 양호하다.

또한, 상기 설탕인산캐러멜과 팽창흑연의 혼합물에 이소시아네이트를 혼합시, 난연성 접착제의 점도를 유지하기 위하여 페트롤라늄 또는 바셀린 중 어느 하나 이상을 더 첨가하는 것이 양호하다.

또한, 상기 방법에 의하여 제조된 난연성 접착제가 제공된다.

또한, 난연성 접착제를 이용하여 제조된 샌드위치 패널이 제공된다.

본 발명에 의한 팽창흑연 및 설탕가인산분해반응을 이용한 난연성 접착제는, 화재의 플럼압이나 풍압에 의하여 비산하지 않고 발포형태가 유지되는 효과가 있다.

또한, 팽창비율이 높고 단단한 탄화막을 가지게 되어 유독가스를 차단할 수 있고 내화성능도 우수한 난연성 접착제를 제공할 수 있다.

도 1은 기존 EPS 패널 제품을 보여주는 도면.
도 2는 종래의 폴리우레탄 패널의 제품 종류를 보여주는 도면.
도 3은 종래의 대표적인 그라스울 제품에 대한 모습을 보여주는 도면.
도 4는 설탕의 분자식 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 난연성 접착제 제조 방법의 순서도.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 팽창흑연의 팽창전 모습과 팽창후 모습을 보여주는 확대 사진.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 팽창흑연 및 설탕가인산분해반응을 이용하는 난연성 접착제 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 팽창흑연 및 설탕가인산분해반응을 이용하는 난연성 접착제 및 그 제조방법의 구성을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 샌드위치 패널용 접착제로 사용되는 이소시아네이트와 폴리올을 활용하면서도 팽창흑연과 설탕인산캐러멜을 첨가하여 내화성이 강하도록 하는 것이 그 특징이다. 또한, 열에 의하여 발포된 팽창흑연이 비산되지 아니하도록 별도의 점질성 char(숯 형태의 검댕)를 형성하고, 지속적인 단열 및 차열 효과를 유지하도록 하는 한편, 매질(접착제 또는 기재)의 인화성을 억제함과 동시에 매질도 Char의 일부분이 될 수 있도록 하였다.

먼저, 본 발명에서 이용하는 설탕가인산분해반응을 살펴 보도록 한다.

설탕은 일반적으로 α-D-글루코피라노실-β-D-푸룩토프라노시드에 해당하며, 단맛이 나는 비환원성 이당류이다. 원래는 사탕수수에 다량 함유되어 있으며 사탕무에서 얻어지는 것을 감채당(柑菜糖)이라고 하며, 광합성능력이 있는 모든 식물 속에서 발견된다. 본원 발명에서는 일반적으로 생산되고 있는 설탕을 이용한다.

[도 4]는 설탕의 분자식 도면이다.

설탕은 보통 이당류로서, 분자식이 C₁₂H₂₂O₁₁으로서, 설탕의 열에 의한 분해는 아래의 [화학식 1]과 같이 이루어진다.

상기 [화학식 1]에 의하여 다량의 수분을 방출하는 것이 설탕 분해의 특수성이며, 이러한 설탕은 환경적으로 무해하며, 매립시에도 생분해가 용이하고, 연소시에도 전혀 유해가스가 만들어지지 않는다는 장점이 있다.

한편 설탕은 묽은 산 또는 β-D-프룩토시다아제(수크라아제,인버타아제라고도 한다)로 가수분해하면 D-포도당과 D-과당의 등량혼합물(비선광도 [α]D＝-20°)을 만들고, 선광도는 우선에서 좌선으로 역전한다. 이 반응을 전화, 그 혼합당을 전화당이라고 한다. 설탕은 장 점막세포에 있는 말타아제Ⅲ 또는 Ⅳ에 의해서도 포도당과 과당으로 가수분해된다. 어떤 종류의 세균(Pseudomonas saccharophila, Leuconostoc mesen-teroides 등)은 인산존재에서 설탕을 α-D-포도당-1-인산과 D-과당으로 분해하는 설탕가인산분해를 갖는다. 한편 설탕을 만드는 효소반응으로는 UDP-포도당에서 D-과당 또는D-과당-6-인산에의 글리코실기 전이반응이 알려져 있다. 전자는 설탕합성효소(EC 2.4.1.13)에 의해 촉매작용이 일어나지만, 가역반응으로 생리적으로는 오히려 분해방향 즉, UDP-포도당 공급을 위해서 작용할 가능성이 큰 데 반하여 후자는 설탕합성을 담당하고 있으며 설탕인산합성효소(SPS, EC 2.4.1.14)에 의해 촉매된다. 생성물인 설탕인산은 포스파타아제에 의한 비가역적인탈인산을 받아 설탕이 된다.

가인산분해라 함은 분자에 인산을 첨가하여 분해하는 반응을 의미한다. 이러한 R1-R2+H3PO4 R1-OPO3H2+R2H 반응을 촉매하는 효소를 가인산분해효소라고 총칭하며, 글리코겐가인산분해효소가 대표적이다. 본 발명에서는 설탕의 가인산분해를 이용하는 바, 가인산분해효소는 산업계에 널리 알려져 있으므로, 본 발명에서는 따로 설명하지 아니한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 난연성 열발포성 접착제를 제조하기 위한 과정은 다음과 같다.

먼저, 이당류인 설탕 100 중량부에 인산 20 내지 70 중량부를 혼합하여 반응시킨다. 이는 상술한 설탕가인산분해반응을 이용하는 것으로서, 그 최종산물로서 암갈색의 설탕인산캐러멜이 형성된다. 설탕인산은 설탕6-인산의 형태이며, 이러한 반응을 촉매하는 효소로 설탕-인산신타아제(Sucrose-Phosphate Synthase)를 사용한다. 위의 산물인 설탕6-인산은 비결정질로서 구조불명의 캐러멜의 형태를 띄게 된다. 상기 설탕과 인산을 혼합시켜 반응할때에는 사용하는 촉매 효소에 따라 숙성을 해야하는 경우도 있을 것이다.

한편, 후술하는 팽창흑연에 의한 발포형태가 유지되기 위해서는 형붕괴 방지가 필수적인 바, 이를 위하여 본 발명에서 설탕인산캐러멜을 이용하는 것이다. 즉, 설탕인산캐러멜은 점질성이 우수하기 때문에 발포흑연의 비산을 방지하고, 연소도 억제하는 이중의 효과를 나타내게 된다.

또한, 본 반응에서는 기타 첨가제로 정포제나 반응촉진제를 첨가할 수도 있을 것이다.

정포제는 폴리우레탄 폼 등을 제조할 때, 유화작용(원료의 혼합을 용이하게 함), 셀 성장 촉진(기포를 성장시키고, 기포간 압력차를 낮추어 가스의 확산을 막고 우레탄 셀이 커지고 불균일화되는 것을 예방), 셀 막의 안정화(점도 상승시 기포 불안정화로 인한 셀의 파괴, 합일 및 셀막이 엷어지는 등의 문제 예방), 제품 밀도 균일을 위하여 첨가하는 성분이다.

두번째로, 상기 설탕인산캐러멜에 팽창흑연과 분산제를 투입하여 희석시킴과 동시에 교반한다. 이때, 설탕인산캐러멜 100 중량부 대비 우레탄용 폴리올 200 내지 800 중량부를 희석하여 교반한다.

여기서 우레탄용 폴리올은 보통 분자 중에 수산기(Hydroxyl Group, -OH) 혹은 아민기(Amine Group, -NH2)를 두개 이상 가지는 다관능(Multifuntional) 알콜 또는 방향족 아민 등의 개시제(Initiator)와 산화프로필렌(Propylene Oxide, PO) 또는 산화에틸렌(Ethylene Oxide, EO)를 적정 조건 하에서 반응시켜 얻어지는 물질을 이용한다. 보통 폴리올은 크게 폴리에테르 폴리올(Polyether Polyol)과 폴리에스테르 폴리올(Polyester Polyol)로 분류하는 바, 본 발명에서는 사용하는 용도에 따라 적절하게 선택하여 이용할 수 있다.

여기서 팽창흑연(Expandable Graphite)은 천연 인편흑연을 화학처리를 거쳐서 흑연층간 화합물을 형성시킨 것을 의미한다. 이러한 화합물은 열을 받으면 화학성분과 함께 팽창하게 되어 일종의 막을 형성하는데, 팽창흑연을 함유한 스티로폼이나 우레탄 등이 열을 받으면, 즉, 화재가 발생하면, 이 팽창한 막이 보호막 역할을 하게 됨으로써, 난연 효과를 일으키게 된다. 팽창흑연에 의한 발포층은 화재의 플럼압이나 풍압에 의하여 비산하지 않고 발포형태가 유지된다.

[도 6a 및 도 6b]는 각각 팽창흑연의 팽창전 모습과 팽창후 모습을 보여주는 확대사진이다. 팽창흑연을 일명 연성흑연이라고도 하는데, 산업계에서 널리 사용되고 있으므로, 자세한 설명은 여기서 하지 않는다.

한편, 고체상의 소듐옥타보레이트테트라하이드레이트를 콜로이드 상의 메타 실리케이트에 혼합하여 생성된 용액을 상기 세번째 단계에 첨가하여 난연성을 보강하도록 한다. 이러한 소듐옥타보레이트 용액은 접착 성분이나 연소 성분이 혼합되었을 때, 연소성 기재의 연소를 억제하고 Char 형성을 돕는 역할을 한다.

소듐옥타보레이트 용액 형성 시, 소듐옥타보레이트 100 중량부 대비 콜로이드상의 메타 실리케이트 10 내지 40 중량부를 혼합한다. 이렇게 생성된 소듐옥타보레이트 용액을 설탕인산캐러멜과 혼합할 때에는 설탕인산캐러멜 100 중량부 대비 소듐실리케이트 용액 10 내지 50 중량부를 투입한다.

세번째로, 상기 두번째 생성물인 설탕인산캐러멜과 우레탄용 폴리올 혼합물에 이소시아네이트를 혼합하여 발포성 우레탄 접착제를 생성하는 과정이다. 본 실시예에서는 이소시아네이트(Isocyanate)로 메틸렌디페닐디소시아네이트(MDI, Methylene Diphenyl Diisocyanate)를 사용하였다.

여기서 메틸렌디페닐디소시아네이트(MDI, Methylene Diphenyl Diisocyanate)는 방향족 디이소시아네이트류 화학 물질이다. 메틸렌디페닐디이소시아네이트는 크게 MDI 단량체와 Polymeric MDI로 구분되는데, MDI 단량체는 2,2’-MDI, 2,4’-MDI, 4,4’-MDI 세 가지 이성질체로 구성되어 있는 바, 본원 발명에서는 그 용도에 알맞게 세 가지 이성질체 중 어느 하나 또는 그 혼합물을 선택하여 이용한다.

이때, 난연성 접착제의 점도를 유지하기 위하여 페트롤라늄 또는 바세린을 첨가할 수 있다.

위의 과정을 거쳐서 형성된 난연성 접착제를 이용하여 샌드위치 패널을 제조하는 방법을 개시한다. 상기의 접착제를 샌드위치 패널의 강판과 심재 사이에 도포하여 접착하며, 이러한 최종 결과물은 난연 재료나 준불연재료가 될 수 있도록 한다. 이때, 기존의 도포 및 접착방법과 동일하게 함으로써, 작업성이 우수하며, 난연성능에 따라 도포량을 조절할 수 있도록 한다. 일반적으로는 200 내지 1000 g/m² 정도이면 양호하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

Claims

난연성 접착제 제조 방법에 있어서,
설탕(Sucrose)과 인산(Phosphoric Acid)을 혼합하여 반응시켜 설탕인산캐러멜을 형성하는 단계;
상기 설탕인산캐러멜에 팽창흑연(Expandable Graphite)과 분산제를 혼합하여 교반시키는 단계; 및
상기 설탕인산캐러멜과 팽창흑연의 혼합물에 이소시아네이트를 혼합하는 단계; 를 포함하되,
상기 설탕인산캐러멜을 형성할 때 설탕가인산분해반응을 이용하는 것을 특징으로 하는 난연성 접착제 제조 방법
제 1항에 있어서,
상기 설탕인산캐러멜 형성 시 정포제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 난연성 접착제 제조 방법
제 1항에 있어서,
상기 설탕인산캐러멜 형성 시 설탕-인산신타아제(Sucrose-Phosphate Synthase)를 첨가하는 것을 특징으로 하는 난연성 접착제 제조방법
제 1항에 있어서,
상기 설탕인산캐러멜 형성 시 상기 설탕 100 중량부 대비 인산 20 내지 70 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 난연성 접착제 제조 방법
제 1항에 있어서,
상기 설탕인산캐러멜과 팽창성 흑연을 혼합하는 단계에서,
우레탄용 폴리올을 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 난연성 접착제 제조 방법
제 5항에 있어서,
설탕인산캐러멜 100 중량부 대비 우레탄용 폴리올 200 내지 800 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 난연성 접착제 제조 방법
제 6항에 있어서,
상기 우레탄용 폴리올은 폴리에테르 폴리올(Polyether Polyol) 또는 폴리에스테르 폴리올(Polyester Polyol) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 난연성 접착제 제조 방법
제 1항에 있어서,
상기 이소시아네이트는 메틸렌디페닐이소시아네이트(MDI, Methylene Diphenyl Diisocyanate)인 것을 특징으로 하는 난연성 접착제 제조 방법
제 8항에 있어서,
상기 메틸렌디페닐이소시아네이트는 MDI 단량체 또는 Polymeric MDI 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 난연성 접착제 제조 방법
제 9항에 있어서,
상기 MDI 단량체는 2,2'-MDI, 2,4'-MDI 또는 4,4'-MDI 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 난연성 접착제 제조 방법
제 1항에 있어서,
상기 설탕인산캐러멜과 팽창흑연 혼합시,
고체상의 소듐옥타보레이트테트라하이드레이트를 콜로이드 상의 메타 실리케이트에 혼합하여 생성된 소듐옥타보레이트 용액을 첨가하는 것을 특징으로 하는 난연성 접착제 제조 방법
제 11항에 있어서,
소듐옥타보레이트 용액 형성 시, 생성된 소듐옥타보레이트 용액 100 중량부 대비 콜로이드상의 메타 실리케이트 10 내지 40 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 난연성 접착제 제조 방법
삭제
제 1항에 있어서,
상기 설탕인산캐러멜과 팽창흑연의 혼합물에 이소시아네이트를 혼합시,
난연성 접착제의 점도를 유지하기 위하여 페트롤라늄 또는 바셀린 중 어느 하나 이상을 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 난연성 접착제 제조 방법
제 1항 내지 제 12항 및 제 14항 중 어느 한 항에 의하여 제조된 난연성 접착제
제 1항 내지 제 12항 및 제 14항 중 어느 한 항에 의하여 제조된 난연성 접착제를 이용하여 제조된 샌드위치 패널