KR101798328B1 - 바인더 조성물 - Google Patents

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KR101798328B1
KR101798328B1 KR1020160069366A KR20160069366A KR101798328B1 KR 101798328 B1 KR101798328 B1 KR 101798328B1 KR 1020160069366 A KR1020160069366 A KR 1020160069366A KR 20160069366 A KR20160069366 A KR 20160069366A KR 101798328 B1 KR101798328 B1 KR 101798328B1
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김용주
홍승민
강소진
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주식회사 케이씨씨
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 수소화 당류 5 내지 90 중량부, 이종 고리 구조를 갖는 하나 이상의 수소화 당류 유도체 화합물 4 내지 90 중량부, 및 하나 이상의 다작용성 가교 결합제 10 내지 95 중량부를 포함하는 것인 수성 열경화성 바인더 조성물 및 이를 이용하는 방음 또는 단열 제품 및 제조방법을 제공한다.

Description

바인더 조성물{Binder composition}
본 발명은 방음 또는 단열재로서 이용되는 섬유상 재료를 결속하기 위한 바인더 및 상기 바인더를 이용하여 제조된 방음 또는 단열재에 관한 것이다.
미네랄울은 암면, 유리섬유 등을 포괄하는 개념으로, 광물질을 녹여서 만든 섬유를 포함한다. 상기 미네랄울은 방음 및 단열 효과가 매우 뛰어나 건축자재 등에 사용되고 있는데, 그 제조방법으로서, 광물질(슬래그, 모래, 안산암, 현무암,규석 등)을 용광로에서 녹이고, 이를 스피닝 볼과 같은 섬유화 기기에 도입하는데, 이때 바인더를 같이 주입하게 된다. 이러한 과정을 거치면 광물질이 섬유형상으로 되는데, 이를 다단계 롤러를 통해 열을 가해 바인더를 경화시키면서 압착한 후 일정한 크기로 커팅하여 최종제품인 방음 또는 단열재를 생성할 수 있다.
이러한 바인더 조성물은 바인더끼리 반응(고분자 반응 포함)이 되어 가교가 되면서도, 섬유의 표면과 결착(반응 또는 흡착 등)되어야 하는 특성을 보유해야 하는데, 종래에는 레졸 수지와 포름알데히드를 사용하였으나, 발암물질에 대한 문제점의 발생 등으로 인하여, 다수의 카르복실기를 갖는 폴리카르복실산과 다수의 하이드록실기를 갖는 다가알콜(폴리올)을 혼합하고, 여기에 실란과 같은 기타의 첨가제를 첨가하는 방식이 연구되어 왔다. 이에, 상기 조성물은 카르복실산과 하이드록실기가 반응하여, 에스테르가 형성되면서 가교가 이루어지게 되는데, 어떤 카르복실산과 하이드록실기를 조합할 것인지에 대한 지속적인 개발이 수행되어 왔으며, 특히 환경문제로 인하여 천연물질(옥수수, 카사바 등의 녹말)의 다가알콜(당류 포함)을 하이드록실기로 사용하는 연구도 진행되어오고 있다.
대한민국 공개특허 제2010-0065273호 등에는 천연물질에서 유래 원료를 바인더 성분으로 사용하고 있는 것을 개시하고 있다. 그러나 상기 발명들은 기존 페놀 포름알데히드 수지에 비하여 강도와 같은 기계적 물성 부분이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
공개특허 제2010-0065273호
본 발명은 친환경적인 바인더 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 상기 바인더 조성물을 이용하여 기계적 물성이 향상된 방음 또는 단열 제품의 제조방법이 제공된다.
본 발명은 하나 이상의 수소화 당류 5 내지 90 중량부, 이종 고리 구조를 갖는 하나 이상의 수소화 당류 유도체 화합물 4 내지 90 중량부, 및 하나 이상의 다작용성 가교 결합제 10 내지 95 중량부를 포함하는 것인 수성 열경화성 바인더 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 상기 수성 열경화성 바인더 조성물을, 수용액 또는 수분산액 상태로 섬유상 재료 100 중량부를 기준으로 2 내지 20 중량부의 양으로 섬유상 재료에 분무하여 섬유상 조성물을 제조하는 단계 및 상기 섬유상 조성물을 100 내지 400℃ 온도에서 가열하여 경화하는 단계를 포함하는 방음 또는 단열 제품의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 수성 열경화성 바인더 조성물에 의하면 상호 결속력이 없는 섬유상 재료 간의 접착력을 부여하고, 특정한 형태로 생산, 가공이 가능하도록 하며, 기존의 포름알데히드 수지를 적용한 방음 단열 제품과 비교하여 친환경적, 경제적이면서 동등 이상의 물성을 발현할 수 있고, 가공된 섬유 제품 또는 방음 단열 제품의 내수성, 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.
이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서는 천연자원으로부터 얻을 수 있는 당류(saccharide) 및 당류의 변성물과 다관능성 가교 결합제의 에스터화 경화반응을 기반으로 한다. 당류는 고온환경에서 가열 시 분자들이 분해되거나 탈수반응을 일으키며 고분자화 될 수 있으며 이러한 반응 수소화 당류, 즉 당 알코올에 적용하여 고리화된 비가역적 결과물을 유도할 수 있다.
상기 천연자원으로부터 얻을 수 있는 원료와 그들의 반응물, 이러한 원료 및 반응물들 간의 경화반응을 섬유 제품의 결속제로서 사용하는 것에 있어서는 많은 연구와 시험이 필요할 것으로 사료되며 이에 본 발명의 조성 또한 하나의 예시로서 파생되어 적용 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예예 따른 바인더 조성물은 수성 열경화성 조성물이며 구체적으로, 하나 이상의 수소화 당류(hydrogenated saccharides) 5 내지 90 중량부, 이종 고리 구조를 갖는 수소화 당류 유도체 화합물 4 내지 90 중량부, 및 하나 이상의 다작용성 가교 결합제 10 내지 95 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
여기서, 상기 수소화 당류는 선형, 고리형 또는 가지형인 단당류(monosaccharides); 올리고당류(oligosaccharides); 및 다당류(polysaccharides)로 이루어진 군에서 선택되는 당류의 수소화(catalytic hydrogenation)에 의한 결과물일 수 있다. 수소화 당류는 당 알코올로 지칭될 수 있으나, 본 명세서에서는 수소화 당류라 칭한다.
구체적인 예로서는, 탄소수 3 이상의 수소화 당류(Carbohydrates)를 포함할 수 있고, 글리세롤, 에리트리톨, 트레이톨, 아라비톨, 자일리톨, 리비톨, 만니톨, 소르비톨, 갈락티톨, 후시톨, 이디톨, 이노시톨, 볼레미톨, 이소말트, 말티톨, 락티톨, 말토트리톨, 말토테트라이톨, 폴리글리시톨로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 당 알코올 원료가 단독 또는 조합되어 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 바인더 조성물에 포함되는 수소화 당류의 양은, 전체 바인더 조성물 중 5 내지 90 중량부 일 수 있고, 10 내지 70 중량부일 수 있으며, 20 내지 50 중량부일 수 있다. 상기 바인더 조성물 내 수소화 당류의 중량이 5 중량부 미만이면 바인더 조성물의 안정성 및 섬유상 재료와의 젖음성이 저하될 수 있으며, 90 중량부를 초과하면 바인더 조성물이 경화하여 최종 형성된 제품의 경화물성이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 이종 고리 구조를 갖는 수소화 당류 유도체 화합물은 상기 천연자원으로부터 얻을 수 있는 수소화 당류으로부터 유도되는 비가역적 이종고리 구조물로서 이는 탈수반응(Dehydration)에 의한 것으로 바인더 조성물 내에 하나 이상이 포함될 수 있다.
구체적으로 상기 유도체 화합물은 글리세롤, 에리트리톨, 트레이톨, 아라비톨, 자일리톨, 리비톨, 만니톨, 소르비톨, 갈락티톨, 후시톨, 이디톨, 이노시톨, 볼레미톨, 이소말트, 말티톨, 락티톨, 말토트리톨, 말토테트라이톨, 및 폴리글리시톨로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 수소화 당류의 탈수 축합체 또는 이들의 유도체를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 이종 고리 구조를 갖는 수소화 당류 유도체 화합물의 탈수 반응은 일반적으로 수소화 당류와 산촉매 (Acid Catalyst)의 존재 하에서 이루어지는데, 일 예로서는, 상업화 공정의 경우 황산(Sulfuric Acid)과 같은 무기산을 이용하여 1 단계에서 130℃, 10 내지 20 mmHg 부근 조건에서 생성되는 수분을 제거하면서 이소소바이드로 제조하고, 2 단계로 160℃ 이상, 10 mmHg 조건에서 이소소바이드를 증류하여 분리하는 공정을 거치거나, 황산 촉매의 증발의 문제점으로, 이온교환수지형 고체산 촉매를 이용하여 황산과 같은 촉매의 증발 현상을 개선하여 제조할 수도 있다. 그러나 이러한 제조방법은 상기의 예에서 한정되지 않으며 종래의 공지의 방법을 이용하여도 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유도체 화합물은 바이사이클릭(bicyclic) 화합물인 것일 수 있고, 이의 일 예로서는 이소소바이드 또는 이의 유도체일 수 있다. 또한, 상기 유도체 화합물은, 이소소바이드, 소르비탄 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 이종 고리 구조를 갖는 수소화 당류 유도체 화합물은 이종고리구조를 가짐으로써, 카르복시산과의 에스테르화 반응에 의하여 형성되는 가교 결합에 우수한 기계적인 물성을 부여할 수 있고, 이에 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수성 열경화형 바인더 조성물을 이용하여 제조되는 방음 또는 단열재료의 물성을 향상 시킬 수 있다. 또한 당류로부터 유도된 헤테로사이클릭 화합물은 당류로부터 유도되지 않은 헤테로사이클릭 화합물 대비 조성물의 상용성을 좋게 하며 탈수 축합을 거치지 않은 당류 대비 분해반응이 적어 목표하는 에스터 경화반응에 적합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바인더 조성물 중 이종 고리 구조를 갖는 수소화 당류 유도체 화합물의 양은, 전체 조성물 중 4 내지 90 중량부일 수 있고, 10 내지 70 중량부일 수 있으며, 20 내지 49 중량부일 수 있다. 바인더 조성물 내에 이종 고리 구조를 갖는 수소화 당류 유도체 화합물의 중량이 4 중량부 미만이면 바인더가 경화되어 최종 형성되는 제품의 기계적 물성과 내수성의 향상을 기대할 수 없고, 90 중량부를 초과하면 바인더 조성물의 경화성이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수소화 당류(hydrogenated saccharides)와 이종 고리 구조를 갖는 수소화 당류 유도체 화합물은 중량비로서 5:5 내지 8:2의 비율로 바인더 조성물 내에 포함될 수 있다. 상기 범위의 중량비 내로 바인더 조성물에 포함됨으로써, 바인더의 접착력을 유지하면서도, 최종 형성되는 제품의 내수성, 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다작용성 가교 결합제는 관능기로서 카르복시기를 각각 1개 이상 가지고 있는 화합물로서, 구체적으로는 글리신, 아스파르트산, 글루탐산과 같은 아미노산류 또는 푸마르산, 숙신산, 시트르산, 퓨란테트라카르복실산과 같은 유기산 등이 단독 또는 복수 조합되어 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 바인더 조성물에 포함되는 다작용성 가교 결합제의 양은, 전체 조성물 중 바람직하게는 10 내지 95 중량부이고, 보다 바람직하게는 30 내지 85 중량부이며, 보다 더 바람직하게는 50 내지 80 중량부이다.
본 발명의 바인더 조성물은 상온 및 상압(즉, 25℃, 1기압) 조건에서 끓는점이 300℃ 이상(예컨대, 300내지500℃)인 고비점 산 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 고비점 산 화합물은 섬유상 재료의 집합체에 분무 후 고온 소부 공정에서의 경화반응 속도를 높이기 위해서 사용될 수 있으며, 고온 경화 반응 시 휘발을 방지하기 위하여 상온 및 상압 조건에서 끓는점이 300℃ 이상인 것이 바람직하다. 고비점 산 화합물의 예로는, 황산, 인산, 카르복시산, 유기 술폰산 등을 들 수 있으며, 그 형태로는 단분자, 이량체, 삼량체, 올리고머 또는 고분자 형태의 산 화합물을 제한 없이 사용할 수 있다. 경우에 따라 아민 화합물이나 암모니아로 중화된 형태로 사용할 수도 있다.
여기서 상기 섬유상 재료는 단섬유 집합체로서, 무기질 섬유, 천연 섬유 합성수지 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 바인더 조성물에 고비점 산 화합물이 포함되는 경우, 전체 조성물을 기준으로, 0.01 내지 5 중량부일 수 있고, 0.1 내지 3 중량부일 수 있으며, 0.5 내지 1 중량부일 수 있다. 바인더 조성물 내의 고비점 산 화합물 함량이, 조성물의 0.01 중량부 미만이면 경화도가 떨어질 수 있으며, 5 중량부를 초과하면 부숴지기 쉬운 경화물이 발생할 수 있다.
본 발명의 바인더 조성물은 상기한 성분들 이외에 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 필요에 따라 선택적으로 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 유용한 추가의 첨가제로는 경화반응의 탈수작용을 도울 수 있는 촉매, 섬유상 집합체의 내수성을 높이기 위한 발수제, 설비의 부식을 방지하기 위한 방청제, 제품의 분진 발생율을 낮추기 위한 방진유, pH를 조절하기 위한 완충제, 부착향상을 위한 커플링제, 경화물의 기계적 물성향상을 위한 경화제 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 이 기술분야에서 통상 사용되는 첨가제를 사용할 수 있다. 이러한 추가의 첨가제의 사용량에도 특별한 제한은 없다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 수성 열 경화성 바인더 조성물과 섬유상 재료를 포함한 섬유 조성물이 경화되어 형성된 방음 또는 단열 제품을 제공할 수 있다. 상기 방음 또는 단열 제품은 본 명세서의 실시예에서는 울팩이라고 칭한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수성 열경화성 바인더 조성물을, 수용액 또는 수분산액 상태로 섬유상 재료 100 중량부를 기준으로 2 내지 20 중량부의 양으로 섬유상 재료에 분무하여 섬유상 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 섬유상 조성물을 100 내지 400℃ 온도에서 가열하여 경화하는 단계를 포함하는 방음 또는 단열 제품의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 섬유상 재료의 결속 방법에 있어서, 상기 수성 열경화성 바인더 조성물은 경화되지 않은 수용액 또는 수분산액 상태로 섬유상 재료에 분무된다. 상기 섬유상 재료의 예로는 무기질 섬유(예컨대 암면, 유리면, 세라믹 섬유 등)나 천연 및 합성수지에서 얻어진 섬유 등의 단섬유 집합체를 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 보다 구체적인 설명은 다음의 실시예에서 나타내고자 하며 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 : 고리 구조의 천연원료 투입 (1)
바인더 제조 용기에 청수 250kg를 투입 후 Γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(SILANE A-1100, DOW CHEMICAL) 0.1kg을 투입하여 10분간 교반을 유지한다. 소르비톨 20kg과 이소소바이드 10kg을 투입하고 10여분간 교반 한다. 시트르산 52kg 및 소듐 하이포포스파이트 0.1kg를 투입하고 30분 교반을 유지하여 용해 확인 후, 실리콘계 발수제(KCC-SI1460Z) 0.4kg 및 방진유(Dust Oil, 고비-Garo217S) 1kg을 추가 투입하고 10여분간 교반하여 바인더를 제조하였다.
실시예 2: 수소화당의 선반응물로부터 고리 구조의 반응 중간물 적용 (2)
바인더 제조 용기에 소르비톨액(Foodchem international제)을 투입하고 5시간 수분제거 공정을 거친 후 이온교환수지(삼양사, 180H)를 시럽 무게의 5% 비율로 투입하고 130℃에서 9시간 반응 유지한다. 이소소바이드의 형성을 HPLC 및 OH value 변화 측정을 통화여 확인하고 냉각한다. 또 다른 바인더 제조 용기에 청수 250kg를 투입 후 Γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(SILANE A-1100, DOW CHEMICAL) 0.1kg을 투입하여 10분간 교반을 유지한다. 상기 선 반응된 이소소바이드를 포함하는 소르비톨액의 반응물의 이온교환수지를 필터 하여 생성된 반응물을 30kg 첨가한다(소르비톨액(21.0kg)과 이소소바이드(9.0kg)의 중량비 7:3). 시트르산 52kg 및 소듐 하이포포스파이트 0.1kg를 투입하고 30분 교반을 유지하여 용해 확인 후, 실리콘계 발수제(KCC-SI1460Z) 0.4kg 및 방진유(Dust Oil, 고비-Garo217S) 1kg을 추가 투입하고 10여분간 교반하여 바인더를 제조하였다.
실시예 3: 수소화당의 선반응물로부터 고리 구조의 반응 중간물 적용 (3)
바인더 제조 용기에 소르비톨액(Foodchem international제)을 투입하고 5시간 수분제거 공정을 거친 후 황산 촉매(Sulfuric acid, 98%)를 시럽 무게의 3% 비율로 투입하고 130℃에서 9시간 반응 유지한다. 이소소바이드의 형성을 HPLC 및 OH value 변화 측정을 통화여 확인하고 냉각한다. 또 다른 바인더 제조 용기에 청수 250kg를 투입 후 Γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(SILANE A-1100, DOW CHEMICAL) 0.1kg을 투입하여 10분간 교반을 유지한다. 상기 선 반응된 이소소바이드를 포함하는 소르비톨액의 반응물을 36kg 첨가한다(소르비톨액(21.6kg)과 이소소바이드(14.4kg)의 중량비 6:4) 시트르산 52kg 및 소듐 하이포포스파이트 0.1kg를 투입하고 30분 교반을 유지하여 용해 확인 후, 실리콘계 발수제(KCC-SI1460Z) 0.4kg 및 방진유(Dust Oil, 고비-Garo217S) 1kg을 추가 투입하고 10여분간 교반하여 바인더를 제조하였다.
비교예 1: 수소화당 / 다가산
바인더 제조 용기에 청수 230kg를 투입 후 γ-아미노 프로필트리에톡시 실란 (SILANE A-1100, DOW CHEMICAL) 0.1kg을 투입하여 10분간 교반을 유지한다. 소르비톨 25kg을 투입하고 10여분간 교반 한다. 시트르산 52kg 및 소듐 하이포포스파이트 0.1kg를 투입하고 30분 교반을 유지하여 용해 확인 후, 실리콘계 발수제(KCC-SI1460Z) 0.4kg 및 방진유(Dust Oil, 고비-Garo217S) 1kg을 추가 투입하고 10여분간 교반하여 바인더를 제조하였다.
비교예 2: 페놀/포름알데히드 바인더
페놀 포름알데히드 바인더(KCC HN7310A) 40kg, 증류수 200kg, 발수제(SI1460Z-KCC) 0.5kg 및 방진유(Garo217S) 1kg을 제조 용기에 투입하고 교반기로 30분간 교반시켜 바인더를 제조하였다.
비교예 3: 환원당/아미노산 천연 바인더
청수 200kg를 용기에 투입하고 Γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(SILANE A-1100, DOW CHEMICAL) 0.1kg 투입하고 10여분간 교반 한다. 글루코오스(D-glucose monohydrate)(고형분: 91 중량%) 37kg, 글루타민(Glutamine)(고형분: 98 중량%) 10kg, 황산제이철암모늄수화물(ammonium sulfate) 0.3kg을 투입하여 교반한다. 여기에 암모니아수를 이용하여 pH를 8 내지 9로 조정한 후, 실리콘계 발수제(KCC-SI1460Z) 0.4kg 및 방진유(Dust Oil, 고비-Garo217S) 1kg을 추가 투입하고 10여분간 교반하여 바인더를 제조하였다.
비교예 4: 사카라이드/다가산 바인더
청수 293kg을 용기에 투입하고 몰라스(Molasses) 30kg을 투입하여 교반 하고 용해상태를 확인한다. 시트르산 70kg을 투입한 후 교반하고 용해상태를 확인한다. 용해 확인 후 소듐 하이포포스파이트 5kg을 투입한 후 30분간 교반시켜 바인더를 제조한다.
비교예 5: 당류부터 유도되지 않은 비가역적 이종고리구조물 적용
바인더 제조 용기에 청수 250kg를 투입 후 Γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(SILANE A-1100, DOW CHEMICAL) 0.1kg을 투입하여 10분간 교반을 유지한다. 1,4-무수 에리스리톨 22kg를 투입하고 10여분간 교반 한다. 시트르산 52kg 및 소듐 하이포포스파이트 0.1kg를 투입하고 30분 교반을 유지하여 용해 확인 후, 실리콘계 발수제(KCC-SI1460Z) 0.4kg 및 방진유(Dust Oil, 고비-Garo217S) 1kg을 추가 투입하고 10여분간 교반하여 바인더를 제조하였다.
비교예 6: 당류로부터 유도되지 않은 비가역적 고리구조물 적용
바인더 제조 용기에 청수 250kg를 투입 후 Γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(SILANE A-1100, DOW CHEMICAL) 0.1kg을 투입하여 10분간 교반을 유지한다. 1,3-시클로펜탄디올 21kg를 투입하고 10여분간 교반 한다. 시트르산 52kg 및 소듐 하이포포스파이트 0.1kg를 투입하고 30분 교반을 유지하여 용해 확인 후, 실리콘계 발수제(KCC-SI1460Z) 0.4kg 및 방진유(Dust Oil, 고비-Garo217S) 1kg을 추가 투입하고 10여분간 교반하여 바인더를 제조하였다.
실험예 : 바인더 조성물의 물성
점도
상기 실시예 및 비교예의 바인더 용액을 제조 한 후 ASTM D1200, KS M ISO 2431의 방법에 따라 점도를 측정 하였다. 측정된 점도는 표 1에 기재하였다.
pH
상기 실시예 및 비교예의 바인더 용액을 제조 한 후 KS M 0011의 방법에 따라 수소이온 농도를 측정한다. 측정된 값은 표 1에 기재하였다.
경화시간
상기 실시예 및 비교예의 바인더 용액을 제조 한 후 자동 동적 점탄성 측정기를 이용하여 200℃ 표면 온도를 유지하면서 일정 두께로 도포된 wet도막의 경화시작 시간을 비교하였다. 일정 조건 하 경화속도에 대한 비교를 표 1에 기재하였다.
Wetting성
상기 실시예 및 비교예의 바인더 용액을 제조 한 후 일정 도막 두께로 유리기판에 도포 후 경화 하여 바인더와 기판의 wetting을 비교하였다. Wetting이 잘되어 도포 및 경화가 양호한 경우 무기섬유 간 부착에 기여하여 시편의 강도 물성을 향상 시킬 수 있으며 wetting이 고르지 않고 도막 상태가 양호하지 못한 경우 반대로 시편과 제품의 강도 물성은 저하된다. Wetting성에 대한 비교를 표 1에 기재하였다.
도막 경도
상기 실시예 및 비교예의 바인더 용액을 제조 한 후 일정 도막 두께로 유리기판에 도포 후 경화 한다. 하중 1kg 조건 하에서 연필로 긁을 때 도막에 스크래치가 나는지를 확인하고 흔적이 남지 않을 시 경도 등급이 높은 연필을 사용하여 동일한 평가를 진행하며 기재가 긁히는 시점에서는 그 아래의 연필 경도를 경도로 표시하였다. 경도에 대한 비교는 표 1에 기재하였다.
도막 내수성
상기 실시예 및 비교예의 바인더 용액을 제조 한 후 일정 도막 두께로 유리기판에 도포 후 경화 한다. 경화도막에 20℃의 물을 5 내지 10 drop 도포 후 24시간 유지 후 도막의 흡수 및 용해를 확인하여 결과를 표 1에 기재하였다.
실험예 : 시편의 제조
바인더가 분사되지 않은 상태로 집면된 유리섬유(bare wool)을 취하여 가로 * 세로(100mm * 100mm), 5g bare wool 규격으로 준비한다. 상기 시편은 평균 24kg/m3 의 섬유 밀도를 가지며 초기 시편 준비 시 thickness는 바인더를 함유하지 않기 때문에 10 내지 20mm의 값을 가질 수 있으나 바인더 함침, 경화를 거치면서 0.4mm 내외로 일정하게 관리한다. 9 내지 10%로 제조된 상기 실시예 및 비교예의 바인더 용액에 bare wool 시편을 dipping하고 잔여 바인더 용액은 감압 제거하고 일정한 바인더의 양이 시편에 함유되도록 한 후, 180 내지 220℃ 범위의 온도에서 건조, 경화 공정을 거쳐 섬유 제품 적용 시 물성 시험을 위한 울팩 시편을 준비하였다.
실험예 : 시편의 평가
Stiffness
상기 시편의 제조 기술 방법과 같이 울팩 시편을 제조하고, 울팩의 한쪽 면을 고정하여 반대편 면이 쳐지는 각도 값으로 강도에 대한 상대비교를 하였다. 강도가 좋은 시편은 0도에 가깝고 부드럽고 강도가 저하되는 시편일수록 각도 값이 큰 경향을 표 1에 기재하였다.
컷팅성
상기 시편의 제조 기술 방법과 같이 울팩 시편을 제조하고, 원형 절단톱(60rpm)을 이용하여 절단 후, 절단면의 상태를 비교 하여 표 1에 기재하였다. 절단면이 고르고 보풀발생이 적을수록 실 적용 시 가공 품질이 양호할 수 있으며 절단면이 고르지 못하고 보풀발생이 많은 경우 가공품질이 저하될 것으로 예상할 수 있다.
내수성
상기 시편의 제조에 기술 방법과 같이 울팩 시편을 제조하고, 2000mL 청수가 담긴 비커에 시편을 띄워 24시간의 일정한 동안 내수성 시험을 진행하였다. 미경화물이 남아있을 시 청수의 색이 변하였으며 변화의 정도는 가드너 비색계 Color 관찰값으로 수치화하였다. 또한 샘플이 청수에 젖는 정도와 양상, 가라앉을 때까지 소요되는 시간을 관찰하였다. 실험 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
인장강도
측정하고자 하는 울팩 시편을 5개씩 가로*세로*두께(20mm * 100mm * 0.4mm)로 준비한다. 인장강도 시험기의 인장봉을 시료의 길이보다 짧게 위치시키고, 인장봉에 시료를 수평이 되도록 고정시킨 뒤, 지지봉에 시료를 수직이 되도록 조였다. 인장시험기의 속도를 25mm/min으로 고정하고, 로드 디스플레이 영점을 잡은 후, 작동시켰다. 시험기가 자동으로 멈춘 뒤 최대하중을 측정하고 5개의 측정값 중 최대, 최소를 제외한 3개 데이터의 평균값을 취하였다. 실험 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
바인더 배합 별 울팩 물성 평가
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6
청수(kg) 250.0 250.0 250.0 230.0 200.0 200.0 293.0 210.0 210.0
실란(kg) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 　 0.1 0.1
글루코스(kg) 　 　 37.0 　 　
글루타민(kg) 　 　 10.0 　 　
소르비톨(kg) 20.0 　 25.0 　 　 　
이소소바이드(kg) 10.0 9.0 14.4　 　 　 　
소르비톨액(kg) 　 21.0 21.6　 　 　
이종고리 폴리올(kg)
(1,4-무수 에리스리톨)		 　 　 　 　 22.0 　
지환족 폴리올(kg)
(1,3-시클로펜탄디올)		 　 　 　 　 21.0
몰라스(kg) 　 　 　 30.0 　
P/F resin(kg) 　 　 40.0 　 　 　
시트르산(kg) 52.0 52.0 52.0 52.0 　 70.0 52.0 52.0
킬레이팅제(kg) 　 　 0.3 　 　
SHP(kg) 0.1 0.1 0.1 0.1 　 5.0 0.1 0.1
발수제(kg) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.4 　 0.4 0.4
방진유(kg) 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 　 1.0 1.0
　총합(kg) 333.6 333.6 339.6 308.6 241.5 248.8 398.0 285.6 284.6
a) 바인더 점도(cps) 15.0 15.2 15.0 14.0 13.2 14.0 14.5 13.5 14.0
b) 바인더 pH 2 2 2 2 8 4 2 2 2
c) 경화시작시간 (min) 15 12 12 10 5 5 13 17 18
d) Wetting성 ○ ◎ ○ ○ ◎ ○ ○ △ Ⅹ
e) 도막 경도 8H 9H 9H 8H 8H 7H 8H 4H 4H
f) 도막 내수성 ◎ ◎ ◎ △ ○ ○ △ △ Ⅹ
g) 울팩 Stiffness ○ ◎ ○ ◎ ◎ ◎ ◎ Ⅹ Ⅹ
h) 울팩 컷팅성 ○ ◎ ○ ○ ◎ △ ○ Ⅹ Ⅹ
i) 울팩 내수성 ◎ ◎ ◎ △ ○ ○ △ △ △
j) 울팩 인장강도 ◎ ○ ◎ ◎ ○ ◎ ◎ △ △

Claims (14)

  1. 에리트리톨, 트레이톨, 아라비톨, 자일리톨, 리비톨, 만니톨, 소르비톨, 갈락티톨, 후시톨, 이디톨, 이노시톨, 볼레미톨, 이소말트, 말티톨, 락티톨, 말토트리톨, 말토테트라이톨, 및 폴리글리시톨로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 수소화 당류 5 내지 90 중량부,
    이종 고리 구조를 갖는 하나 이상의 수소화 당류 탈수축합 화합물 4 내지 90 중량부, 및
    하나 이상의 다작용성 가교 결합제 10 내지 95 중량부를 포함하는 것인 수성 열경화성 바인더 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈수축합 화합물은 에리트리톨, 트레이톨, 아라비톨, 자일리톨, 리비톨, 만니톨, 소르비톨, 갈락티톨, 후시톨, 이디톨, 이노시톨, 볼레미톨, 이소말트, 말티톨, 락티톨, 말토트리톨, 말토테트라이톨, 및 폴리글리시톨로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 수소화 당류의 탈수 축합체를 포함하는 것인 수성 열경화성 바인더 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈수축합 화합물은 바이사이클릭(bicyclic) 화합물인 것인 수성 열경화성 바인더 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 탈수축합 화합물은 이소소바이드 또는 소르비탄을 포함하는 것인 수성 열경화성 바인더 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가교 결합제는 글리신, 아스파르트산, 글루탐산과 같은 아미노산류; 푸마르산, 숙신산, 시트르산, 퓨란테트라카르복실산과 같은 유기산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 수성 열경화성 바인더 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 수성 열경화성 바인더 조성물은 관능기로서 황산, 인산, 카르복시산, 유기 술폰산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 갖는 고비점 산 화합물을 0.01 내지 5 중량부 더 포함하는 것인 수성 열경화성 바인더 조성물.
  7. 청구항 1의 수성 열 경화성 바인더 조성물과 섬유상 재료를 포함한 섬유 조성물이 경화되어 형성된 방음 제품.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 섬유상 재료는 단섬유 집합체로서, 무기질 섬유, 천연 섬유 합성수지 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 방음제품.
  9. 청구항 1의 수성 열 경화성 바인더 조성물과 섬유상 재료를 포함한 섬유 조성물이 경화되어 형성된 단열 제품.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 섬유상 재료는 단섬유 집합체로서, 무기질 섬유, 천연 섬유, 및 합성수지 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 단열 제품.
  11. 청구항 1의 수성 열경화성 바인더 조성물을, 수용액 또는 수분산액 상태로 섬유상 재료 100 중량부를 기준으로 2 내지 20 중량부의 양으로 섬유상 재료에 분무하여 섬유상 조성물을 제조하는 단계; 및
    상기 섬유상 조성물을 100 내지 400℃ 온도에서 가열하여 경화하는 단계를 포함하는 방음 제품의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 섬유상 재료는 단섬유 집합체로서, 무기질 섬유, 천연 섬유 합성수지 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 방음 제품의 제조방법.
  13. 청구항 1의 수성 열경화성 바인더 조성물을, 수용액 또는 수분산액 상태로 섬유상 재료 100 중량부를 기준으로 2 내지 20 중량부의 양으로 섬유상 재료에 분무하여 섬유상 조성물을 제조하는 단계; 및
    상기 섬유상 조성물을 100 내지 400℃ 온도에서 가열하여 경화하는 단계를 포함하는 단열 제품의 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 섬유상 재료는 단섬유 집합체로서, 무기질 섬유, 천연 섬유 합성수지 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 단열 제품의 제조방법.
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