KR101914903B1 - 보론 화합물을 이용한 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

보론 화합물을 이용한 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101914903B1
KR101914903B1 KR1020180024367A KR20180024367A KR101914903B1 KR 101914903 B1 KR101914903 B1 KR 101914903B1 KR 1020180024367 A KR1020180024367 A KR 1020180024367A KR 20180024367 A KR20180024367 A KR 20180024367A KR 101914903 B1 KR101914903 B1 KR 101914903B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
organic
acetate
liquid composition
inorganic hybrid
inorganic
Prior art date
Application number
KR1020180024367A
Other languages
English (en)
Inventor
정휘민
강영정
임영민
이미지
Original Assignee
정휘민
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 정휘민 filed Critical 정휘민
Priority to KR1020180024367A priority Critical patent/KR101914903B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101914903B1 publication Critical patent/KR101914903B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
    • C08J3/205—Compounding polymers with additives, e.g. colouring in the presence of a continuous liquid phase
    • C08J3/21—Compounding polymers with additives, e.g. colouring in the presence of a continuous liquid phase the polymer being premixed with a liquid phase
    • C08J3/212—Compounding polymers with additives, e.g. colouring in the presence of a continuous liquid phase the polymer being premixed with a liquid phase and solid additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/01—Use of inorganic substances as compounding ingredients characterized by their specific function
    • C08K3/016—Flame-proofing or flame-retarding additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/38—Boron-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L31/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an acyloxy radical of a saturated carboxylic acid, of carbonic acid or of a haloformic acid; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L31/02—Homopolymers or copolymers of esters of monocarboxylic acids
    • C08L31/04—Homopolymers or copolymers of vinyl acetate

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)

Abstract

본 발명의 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100 중량부에 대하여 기능증진제 0.1~900 중량부와; 응고촉진제 0.01~20 중량부를 포함하여 조성되고, 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 폴리비닐아세테이트계 수지용액에 마이크론(㎛) 단위의 무기미립자인 보론화합물을 일정시간 동안 균일하게 용해한 후 물리적 특성과 열 안정성을 향상시키기 위하여 일정 온도에서 화학적 반응을 통한 가교결합으로 제조되고, 상기 폴리비닐아세테이트계 수지용액 10~99.9 중량%와 보론화합물 0.1~90중량%로 조성되며, 상기 기능증진제는 난연성, 내용제성, 항균성, 방향성, 내수성, 내충격성, 내연성, 치수안정성, 열팽창성, 보강성 및 내마모성 중 하나 또는 둘 이상의 기능성을 부여하고, 상기 응고촉진제는 응고 촉진 기능과 균일한 분산 기능을 가지며, 알코올류와 알카리염을 포함하여 조성되며, 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 제조방법은 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물을 제조하는 유·무기 복합 균일 액상 조성물 제조단계인 제 1단계와; 상기 기능증진제를 제조하는 기능증진제 제조단계인 제 2단계와; 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 기능증진제가 혼합된 A형 조성물를 제조하는 A형 조성물 제조단계인 제 3단계와; 상기 응고촉진제인 B형 조성물을 제조하는 B형 조성물 제조단계인 제 4단계로 이루어진다.
본 발명의 보론 화합물을 이용한 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물 및 이의 제조방법에 따르면 폴리비닐아세테이트계 수지용액과 보론화합물로 조성된 유·무기 복합 균일 액상 조성물에 보론화합물은 붕사, 붕산 또는 붕사붕산 혼합물이 선택적으로 사용 가능하고, 인장강도, 초기탄성률, 절단신도 등의 물리적 특성 및 열 안정성이 순수 폴리비닐아세테이트에 비해 우수하게 나타나며, 특히 강인성이 우수하여 고강도나 고탄성률을 요구하는 고분자 재료 분야에 응용이 가능하고, 고신도를 요구하는 합성고무 재료분야에도 응용할 수 있다.

Description

보론 화합물을 이용한 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물 및 이의 제조방법{Functionalized Liquid Composition of Homogeneous Organo-Mineral Complex Using Boron Compounds and Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 폴리비닐아세테이트계와 보론 화합물에 기능증진제를 첨가한 보론 화합물을 이용한 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기화합물인 폴리비닐아세테이트계에 수 마이크론(㎛) 단위의 무기 미립자인 보론계 화합물을 일정한 비율로 첨가하여 일정시간 동안 적정온도에서 균일하게 용해함으로써 분자간 이온결합이나 수소결합 등의 화학적 결합을 통한 가교반응이 일어나게 한 폴리비닐아세테이트계와 보론 화합물에 물리적 특성 및 열 안정성을 향상시키고 부가적으로 고기능성을 부여하기 위해 기능증진제를 첨가한 보론 화합물을 이용한 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
유기계 화합물인 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl Acetate, C4H7O2)는 아세틸렌(C2H2) 또는 에틸렌(C2H4)을 아세트산(C2H4O2) 혼합기체와 약 200℃에서 반응시켜 비닐아세테이트 단량체(Vinyl acetate monomer)제조하고 이를 라디칼 중합하여 폴리비닐아세테이트를 제조한다.
무색 투명한 열가소성 수지인 폴리비닐아세테이트는 비중이 1.191이고 굴절률이 1.45~1.47, 흡수성이 3~6%이며, 열을 가하면 40℃에서 연화하고 300℃정도부터 분해된다.
폴리비닐아세테이트의 대표적인 용제로는 메탄올을 많이 사용하며, 그밖에 에틸아세테이트, 아세톤아세테이트, 카르복실산류, 방향족류, 케톤류, 에스테르류, 알코올류 등에 잘 용해되며, 특히 메탄올은 폴리비닐아세테이트의 좋은 용매일 뿐만 아니라 용매이동상수(solvent chain transfer constant)가 다른 용매보다도 작기 때문에 다량의 메탄올을 사용하더라도 고분자량의 폴리비닐아세테이트를 제조할 수 있고 가수분해 공정에서도 적합한 용매로 알려져 있다. (J. E. Mark, Polymer data handbook, Oxford University Press, New York, p. 882-889, 1999)
폴리비닐아세테이트는 그 사용용도에 따라 중합도가 달라지며 섬유용인 경우 고중합도의 폴리비닐아세테이트를 중합하고 아세틸그룹(-COOCH3)을 가수분해하여 선형고분자인 폴리비닐알코올을 제조하며, 접착제용인 경우 에멀젼 타입 및 용액타입으로 만들어지고 있으며, 에멀젼 타입은 합판의 제조, 가구의 조립등의 목재접착이나 포장, 직물이나 발포체, 라미네이트 등의 접착분야에 대량으로 사용되고 있으며, 용액타입은 금속, 플라스틱등의 속건성 접착이 필요한 분야에 널리 사용되고 있고, 도료용인 경우 접착성, 내광성, 내마모성, 내후성이 우수하고 가격이 저렴 하여 주로 옥내도장용이나 몰탈, 콘크리트, 나무 등의 도장에 응용되고 있다.
그 외에 자외선 열화나 산화분해에 대해 강하므로 폴리비닐아세테이트 단독 또는 에틸렌, 프로필렌, 스티렌, 아크릴레이트, 메타크릴레이트 등과 공중합 또는 블렌드하여 종이나 벽지등의 강도, 내수성, 방수성, 광택 등을 향상시키고 섬유제품의 수지가공용이나 경사용 호제로도 사용된다.(C. E. Schildknecht, Vinyl and related polymers, John Wiley & Sons, New York, Chapman & Hall, p. 335-341, 1952)
한편, 무기계 화합물인 보론(boron)은 금속광택이 있는 단단한 흑회색의 고체로, 비중이 2.33이고 2000~2500℃에서 융해하며, 자연계에 홑원소 물질로서는 존재하지 않으나, 붕산 또는 붕산염으로서 널리 분포하며 그 화합물의 종류에는 크게 붕사(Borax)를 비롯하여 커나이트, 코토아이트, 수안석, 자이벨리아이트 등의 붕산염(Borate)과 붕산(Boric acid), 무수붕산(Boric anhydride), 붕산에스테르(Ester of boric acid), 붕소화물(boride), 붕소화마그네슘(Magnesium boride), 붕소화수소(hydrogen boride), 수소화붕소(borane) 등이 있으며, 이들 중 주로 사용되는 붕사(Borax, Na2B4O710H2O)는 단사정계에 속하는 무색의 판상 또는 단주상 결정으로 천연산을 정제하거나, 커나이트(Na2B4O7 4H2O), 콜마나이트(Ca2B6O11 5H2O) 등을 산 처리하여 재결정시키거나, 코르만석, 울렉사이트, 브라이세아이트 등에 탄산나트륨을 직접 작용시키거나 일단 붕산을 만든 다음 중화시켜서 결정을 얻는다.
또한 붕사는 굳기가 2~2.5로 비교적 무르며, 유리광택이 있고, 비중 1.715이며, 350~400℃로 가열하면 결정수를 잃고 팽창하여 무수물이 되며 계속 가열하면 878℃에서 융해하여 투명한 유리상이 된다.
이러한 붕사는 붕규산 유리의 원료를 비롯하여 가교제, 난연제, 도자기유약, 금속의 용접제, 붕소화합물의 원료, 의약품, 화장품, 금속열처리제, 안료, 경수연화제, 부동액, 첨가제, 방부제 등에 널리 사용된다.(E. L. Muetterties, The chemistry of boron and its compounds, Jonh wiley & Sons, New York, 1967)
유기계 화합물인 상기 폴리비닐아세테이트는 반복단위 분자구조 측쇄에 커다란 아세틸그룹을 가지고 있으므로 분자간 유동성이 떨어지고 분자 주쇄의 규칙적인 배열에 의한 결정화가 곤란하여 무정형의 비결정으로 존재하므로 비닐계나 올레핀계의 타 고분자들에 비해 인장강도, 절단신도, 초기탄성률 등의 물리적특성이 비교적 낮고 산 및 알카리에 의해 쉽게 가수분해하므로 내구성이 취약하며, 열안정성 또한 40에서 열연화하여 쉽게 변형되므로 플라스틱 성형재료로서는 그 용도가 적합하지 않고 단지 섬유용 폴리비닐알코올의 전구체나 각종 접착제, 도료등에 주로 사용되며 그 용도가 제한적이다.
그러므로 이러한 유기계 고분자 물질의 단점을 보완하고 기능성을 부여하고자 여러 가지 물리화학적 개질을 통한 고성능 및 고강도, 열안정성, 내용제성, 난연성, 내충격성, 내연성, 치수안정성, 열팽창성, 보강성, 내마모성 향상등의 유기계 무기계 화합물 특성을 동시에 구현할 수 있는 유무기 복합재료를 개발하는 연구가 활발히 진행되고 있는바, 그 일례로 대한민국 공개특허 특2001-0076519 폴리올레핀/점토 나노복합체의 제조방법에 따르면 폴리올레핀계 고분자를 친수성 물질과 공중합 또는 그래프트 중합하여 개질된 폴리올레핀계 고분자와 층상의 구조를 갖는 점토를 소수성 물질로 코팅시켜 개질 된 점토를 일정량 혼련 분산시켜 우수한 기계적 물성을 보인다고 소개되었다.
그러나 상기 기술의 경우 유기계 고분자와 무기계 화합물을 물리적인 힘에 의해 단순혼합 및 분산함으로써 내마모성 및 내충격성등의 내구성이 저하하는 단점이 있다.
또한, 미합중국특허 제 4,245,744호 Polyvinyl acetate latex impregnated towelette에서는 폴리비닐아세테이트와 폴리비닐알코올 공중합체 등을 피부 클렌징용 티슈로 사용하는 부직포 섬유 시트에 묽은 수용액의 형태로 유액 처리 한 후 표면 코팅제의 내구성을 부여하기 위하여 붕산 또는 붕사 등의 무기화합물을 처리하여 겔화 함으로써 내구성이 향상되고 습윤 인장강도가 향상된다고 개시되어 있는데 이 기술의 경우 단순히 폴리비닐아세테이트나 폴리비닐아세테이트/폴리비닐알코올 공중합체를 부직포 시트에 처리함으로써 결합력이 떨어져 물리적인 힘에 의해 쉽게 그 힘을 잃어 강도가 저하되는 단점이 있다.
한편, 앞서 제시한 유무기 복합재료의 장점을 보다 향상시키기 위해서 유무기 나노복합재료의 연구가 활발히 진행되고 있으며, 유무기 나노복합재료는 나노단위의 무기입자를 유기고분자 매트릭스에 분산시켜 고분자나 기존의 복합재료보다 기계적 물성, 내충격성, 내열성, 고강도 등과 같은 다양한 물성을 향상시키는 것으로서 활석, 유리섬유, 탄산칼슘, 점토광물 등과 같은 무기재료는 고분자 강성을 개선시키기 위한 강화제나 충전제로 사용되고 있으며, 이러한 무기재료들의 종횡비, 매트릭스 내의 분산점도 및 충전제와 매트릭스 계면에서 접착력 등이 고분자 재료의 물성향상에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 등의 열가소성 수지와 에폭시 수지를 비롯한 열경화성 수지를 대상으로 많은 연구가 진행되며, 소량의 clay를 나노수준으로 분산시킴으로써 내열성, 내용제성, 난연성, 인장물성, 인장탄성율 등의 물성이 현저하게 향상 될 수 있다는 연구결과를 발표하였다.( A. Oya et. al., J. Mater. Sci., 35, p.1045 2000.)
1. 한국 공개특허공보 특2001-0076519 (공개일자 : 2001년 08월 16일) 폴리올레핀/점토 나노복합체의 제조방법 2. 미합중국 특허 제 4245744호 (1981년 01년 20일) Polyvinyl acetate latex impregnated towelette 3. 한국 공개특허공보 공개특허 10-2017-0097148(공개일자 : 2017년 08월 25일) 폴리락트산 중합체, 폴리비닐 아세테이트 중합체 및 가소제를 포함하는 조성물 및 필름 4. 한국 공개특허공보 공개특허 10-2016-0016963 (공개일자 : 2016년 02월 15일) 개선된 충격 강도와 흐름성을 갖는 블렌드된 열가소성 조성물 5. 한국 등록특허공보 제 10-1151063 (등록일자 : 2012년 05월 22일) 전자 부품용 액상 수지 조성물 및 전자 부품 장치
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 유기화합물인 폴리비닐아세테이트계에 마이크론(㎛) 단위의 무기미립자인 보론 화합물을 폴리비닐아세테이트계 고분자 매트릭스에 분산시키는 방법이 아닌 일정한 비율로 첨가하여 일정시간 동안 균일하게 용해한 후 적정온도에서 화학적 반응을 통한 가교결합을 형성함으로써 물리적 특성 및 열 안정성을 향상시키고, 기능성 물질을 첨가하여 난연성, 내용제성, 항균성, 방향성, 내수성, 내충격성, 내연성, 치수안정성, 열팽창성, 보강성, 내마모성 등의 기능성을 부여한 보론 화합물을 이용한 유·무기 복합 균일 액상 조성물 및 이의 제조방법를 제공함에 있다.
본 발명의 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 기능증진제 및 응고촉진제를 포함하여 조성된다.
상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 폴리비닐아세테이트계 수지용액에 마이크론(㎛) 단위의 무기미립자인 보론화합물을 일정시간 동안 균일하게 용해한 후 물리적 특성과 열 안정성을 향상시키기 위하여 일정 온도에서 화학적 반응을 통한 가교결합으로 제조되고, 상기 폴리비닐아세테이트계 수지용액 10~99.9 중량%와 보론화합물 0.1~90중량%로 조성된다.
상기 응고촉진제는 응고 촉진 기능과 균일한 분산 기능을 가진 알코올류와 알카리염을 포함하여 조성된다.
상기 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100 중량부에 대하여, 난연성, 내용제성, 항균성, 방향성, 내수성, 내충격성, 내연성, 치수안정성, 열팽창성, 보강성 및 내마모성 중 하나 또는 둘 이상의 기능성을 부여한 기능증진제 0.1~900 중량부와; 응고촉진제 0.01~20 중량부를 포함하여 조성된다.
상기 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 기능증진제가 혼합된 A형 조성물과, 상기 응고촉진제인 B형 조성물로 된 2액형으로 제품 성형시 서로 혼합된다.
상기 폴리비닐아세테이트계 수지용액은 폴리비닐아세테이트계 수지 1~80중량%와 유기용매 20~99 중량%로 조성된다.
상기 보론화합물은 붕사, 붕산, 붕산염, 무수붕산, 붕산에스테르, 붕소화물, 붕소화마그네슘, 붕소화수소 및 수소화붕소나트륨 중 어느 하나 또는 둘 이상이다.
상기 응고촉진제는 순도가 99.8% 이상인 알코올류 100 중량부에 대하여 알카리염 10~25 중량부를 포함하여 조성된다.
상기 알코올류는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 2부탄올, 이소부틸알코올, 이소펜틸알코올 및 이소프로필알코올 중 하나를 포함한다.
상기 알카리염은 수산화나트륨, 황산나트륨, 붕산나트륨, 염화나트륨, 질산나트륨, 규산나트륨, 스테아린산나트륨, 인산나트륨 중 하나를 포함한다.
난연성의 상기 기능증진제는 수산화알루미늄(Aluminium Hydroxide), 수산화마그네슘(Magnesium Hydroxide), 수산화 칼슘(Calcium Hydroxide), 흑연(Graphite), 산화철(Iron Oxide), 규산나트륨(Sodium Silicate), 발포성흑연, 시멘트, 백색시멘트, 황토, 산화철, 인산, 미네랄울, 카본화이트, 적인, 전분, 카오린, 퍼라이트(Perlite), 활성탄소, 규조토, 질석, 운모, 활석, 삼산화 안티몬, 몬모릴로 나이트릴 및 카본블랙(Cabon Black) 중 어느 하나 또는 둘 이상이다.
상기 응고촉진제는 순도가 99.8% 이상인 알코올류 100 중량부에 대하여 알카리염 10~25 중량부를 포함하여 조성된다.
상기 알코올류는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 2부탄올, 이소부틸알코올, 이소펜틸알코올 및 이소프로필알코올 중 하나를 포함한다.
상기 알카리염은 수산화나트륨, 황산나트륨, 붕산나트륨, 염화나트륨, 질산나트륨, 규산나트륨, 스테아린산나트륨, 인산나트륨 중 하나를 포함한다.
상기 폴리비닐아세테이트계 수지는 중합도(DP)가 10~100,000 사이의 폴리비닐아세테이트의 단독 중합체 또는 비닐아세테이트나 폴리비닐아세테이트와, 비닐에스테르류, 아크릴산 에스테르류, 푸마르산의 에스테르류, 카르복실기(-COOH)를 갖는 것, 타디엔 및 카프로락톤 중 어느 하나 또는 둘 이상의 공중합체 또는 비닐아세테이트 모노머의 함량이 50 중량% 이상이다.
상기 유기용매는 물과 알코올류, 에스테르류, 케톤류, 에테르류, 카르복실산류, 방향족류, 할로겐화 탄화수소류 중 하나 내지 둘 이상의 공용매이다.
상기 비닐에스테르류는 카프론산비닐, 스테아린산비닐 및 바사틱산비닐 중 하나를 포함한다.
상기 아크릴산 에스테르류는 아크릴산에틸, 아크릴산부틸 및 아크릴산옥틸 중 하나를 포함한다.
상기 푸마르산의 에스테르류는 말레인산디부틸을 포함한다.
상기 카르복실기를 갖는 것은 말레인산, 아크릴산 및 이타콘산 중 하나를 포함한다.
상기 비닐아세테이트 모노머는 폴리비닐알코올, 에틸렌 비닐아세테이트, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌 설파이드, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산 중 어느 하나 또는 둘 이상의 것과의 혼합물 또는 블렌드이다.
상기 알코올류는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 2부탄올, 이소부틸알코올, 이소펜틸알코올, 이소프로필알코올을 포함한다.
상기 에스테르류는 초산, 초산메틸, 초산에틸, 초산프로필, 초산이소프로필, 초산부틸, 초산이소부틸, 초산펜틸, 초산이소펜틸 중 하나를 포함한다.
상기 케톤류는 아세톤, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸부틸케톤(MBK), 메틸이소부틸케톤 중 하나를 포함한다.
상기 에테르류는 에틸에테르, 디옥산, 테트라히드로푸란(THF) 중 하나를 포함한다.
상기 카르복실산류는 아크릴산, 개미산, 아디프산, 아미노산, 아세트산 에틸, 아세트산 옥틸, 아세트산 펜틸 중 하나를 포함한다.
상기 방향족류는 벤젠, 톨루엔, 크실렌 중 하나를 포함한다.
상기 할로겐화 탄화수소류는 디클로로메탄, 클로로포름, 디클로로에탄, 트리클로로에탄, 테트라클로로에탄, 디클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 테트라 클로로에틸렌, 클로로벤젠, 오르소-디클로로벤 중 하나를 포함한다.
상기 붕산염은 커나이트, 코토아이트, 수안석, 자이벨리아이트 중 하나를 포함한다.
기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 제조방법은 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물을 제조하는 유·무기 복합 균일 액상 조성물 제조단계인 제 1단계와; 상기 기능증진제를 제조하는 기능증진제 제조단계인 제 2단계와; 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 기능증진제가 혼합된 A형 조성물를 제조하는 A형 조성물 제조단계인 제 3단계와; 상기 응고촉진제인 B형 조성물을 제조하는 B형 조성물 제조단계인 제 4단계로 이루어진다.
상기 제 1단계는 유기계 고분자인 폴리비닐아세테이트계 수지용액에 무기계 화합물인 보론화합물을 균일하게 용해시키고 용해된 상기 보론화합물에 의해 폴리비닐아세테이트의 아세틸그룹(-COOCH3)을 부분적으로 히드록시그룹(-OH)으로 가수분해시켜 폴리비닐아세테이트/폴리비닐알코올의 공중합체를 형성하는 제 1-1단계와; 부분적으로 치환된 폴리비닐알코올이 상기 보론화합물의 나트륨 이온(Na+) 및 히드록시그룹(-OH)과 히드록시그룹(-OH-)사이에 이온결합 및 수소결합을 형성함으로써 가교결합이 일어나 유기물과 무기물 사이의 물리화학적인 결합에 의해 유·무기 복합 균일 액상 조성물을 제조하는 제 1-2단계로 구성된다.
본 발명의 보론 화합물을 이용한 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물 및 이의 제조방법에 따르면 폴리비닐아세테이트계 수지용액과 보론화합물로 조성된 유·무기 복합 균일 액상 조성물에 보론화합물은 붕사, 붕산 또는 붕사붕산 혼합물이 선택적으로 사용 가능하고, 인장강도, 초기탄성률, 절단신도 등의 물리적 특성 및 열 안정성이 순수 폴리비닐아세테이트에 비해 우수하게 나타나며, 특히 강인성이 우수하여 고강도나 고탄성률을 요구하는 고분자 재료 분야에 응용이 가능하고, 고신도를 요구하는 합성고무 재료분야에도 응용할 수 있다. 또한, 기능성 첨가물에 의해 다양한 기능성을 부여할 수 있으며, 기능성 첨가물로 난연제를 사용할 경우 건축, 토목, 섬유, 전기, 전자, 기계금속용 접착제, 도료, 가구, 종이 및 목재, 자동차, 플라스틱 등등의 난연성이 요구되는 여러 산업분야에 그 응용이 가능한 효과가 있다.
도 1은 실시예 1의 A(제 1단계)에서 얻은 유·무기 복합 균일 액상 조성물을 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM)을 이용하여 80kV에서 20,000배 확대하여 촬영한 사진.
도 2는 실시예 1의 A(제 1단계)에서 얻은 유·무기 복합 균일 액상 조성물을 투과전자현미경을 이용하여 50,000배 확대하여 촬영한 사진.
도 3은 실시예 1의 A(제 1단계)에서 얻은 유·무기 복합 균일 액상 조성물을 투과전자현미경을 이용하여 30,000배 확대하여 촬영한 사진.
도 4는 실시예 1에서 얻은 유·무기 복합 균일 액상 조성물들을 열중량분석기(Thermal Gravity Analyzer, TGA)를 이용하여 각각의 시료를 30~800℃까지 분당 10℃씩 승온하여 열분해에 의한 중량변화를 측정한 그래프.
도 5는 실시예 1에서 얻은 유·무기 복합 균일 액상 조성물들을 시차주사열량계(Differential Scanning Calorimeter, DSC)를 이용하여 각각의 시료를 20~150℃까지 분당 10℃씩 승온하여 유리전이온도의 변화를 측정한 그래프.
도 6은 실시예 1에서 얻은 유·무기 복합 균일 액상 조성물들을 필름형태로 캐스팅 하여 각각의 시료의 인장강도(Tensile strength, MPa)를 측정한 그래프.
도 7은 실시예 1에서 얻은 유·무기 복합 균일 액상 조성물들을 필름형태로 캐스팅 하여 각각의 시료의 초기탄성률(Young's modulus, GPa)을 측정한 그래프.
도 8은 실시예 1에서 얻은 유·무기 복합 균일 액상 조성물들을 필름형태로 캐스팅 하여 각각의 시료의 절단신도(Breaking Elongation, %)를 측정한 그래프.
도 9는 폴리비닐아세테이트 용액을 필름형태로 캐스팅 한 후 시료를 액체질소에 급냉하여 파단하고 그 파단면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 사용하여 2000배의 배율로 촬영한 사진.
도 10은 실시예 1의 A(제 1단계)에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물을 필름형태로 캐스팅 한 후 시료를 액체질소에 급냉하여 파단하고 그 파단면을 주사전자현미경을 사용하여 2000배의 배율로 촬영한 사진.
도 11은 실시예 1의 B(제 1단계)에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물을 필름형태로 캐스팅 한 후 시료를 액체질소에 급냉하여 파단하고 그 파단면을 주사전자현미경을 사용하여 2000배의 배율로 촬영한 사진.
도 12은 실시예 1의 C( 제 1단계)에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물을 필름형태로 캐스팅 한 후 시료를 액체질소에 급냉하여 파단하고 그 파단면을 주사전자현미경을 사용하여 2000배의 배율로 촬영한 사진.
도 13은 실시예 2에서 제조된 A형 조성물인 기능성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물들을 열중량분석기를 이용하여 각각의 시료를 30~800℃까지 분당 10℃씩 승온하여 열분해에 의한 중량변화를 측정한 그래프.
도 14는 실시예 3에서 제조된 고성능 유무기 복합 난연 보드 성형물들의 인장강도(Tensile strength, MPa)를 측정한 그래프.
도 15는 실시예 3에서 제조된 고성능 유무기 복합 난연 보드 성형물들의 초기탄성률(Young's modulus, GPa)을 측정한 그래프.
도 16은 실시예 3에서 제조된 고성능 유무기 복합 난연 보드 성형물들의 절단신도(Breaking Elongation, %)를 측정한 그래프.
도 17은 실시예 3의 A, B에서 제조된 고성능 유무기 복합 난연 보드 성형물들의 난연성 시험 전 원래 상태를 촬영한 사진( 좌: SM-MH, 우: SM-AH ).
도 18은 실시예 3의 A에서 제조된 고성능 유무기 복합 난연 보드 성형물들을 난연성 시험을 실시한 후에 촬영한 사진.
도 19은 실시예 3의 B에서 제조된 고성능 유무기 복합 난연 보드 성형물들을 난연성 시험을 실시한 후에 촬영한 사진.
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "보론 화합물을 이용한 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물 및 이의 제조방법"을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 "보론 화합물을 이용한 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물 및 이의 제조방법"에 관한 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
다음의 실시 예는 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
본 발명의 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물는 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 기능증진제 및 응고촉진제로 조성된다.
상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 폴리비닐아세테이트계 수지용액에 마이크론(㎛) 단위의 무기미립자인 보론화합물을 일정시간 동안 균일하게 용해한 후 물리적 특성과 열 안정성을 향상시키기 위하여 일정 온도에서 화학적 반응을 통한 가교결합으로 제조되고, 상기 폴리비닐아세테이트계 수지용액 10~99.9 중량%와 보론화합물 0.1~90중량%로 조성된다.
상기 기능증진제는 난연성, 내용제성, 항균성, 방향성, 내수성, 내충격성, 내연성, 치수안정성, 열팽창성, 보강성 및 내마모성 중 하나 또는 둘 이상의 기능성을 부여한다.
난연성의 상기 기능증진제는 수산화알루미늄(Aluminium Hydroxide), 수산화마그네슘(Magnesium Hydroxide), 수산화 칼슘(Calcium Hydroxide), 흑연(Graphite), 산화철(Iron Oxide), 규산나트륨(Sodium Silicate), 발포성흑연, 시멘트, 백색시멘트, 황토, 산화철, 인산, 미네랄울, 카본화이트, 적인, 전분, 카오린, 퍼라이트(Perlite), 활성탄소, 규조토, 질석, 운모, 활석, 삼산화 안티몬, 몬모릴로 나이트릴 및 카본블랙(Cabon Black) 중 어느 하나 또는 둘 이상이다.
상기 응고촉진제는 응고 촉진 기능과 균일한 분산 기능을 가지며, 알코올류와 알카리염을 포함하여 조성된다.
상기 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100 중량부에 대하여 기능증진제 0.1~900 중량부와; 응고촉진제 0.01~20 중량부로 조성된다.
상기 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 기능증진제가 혼합된 A형 조성물과, 상기 응고촉진제인 B형 조성물로 된 2액형으로 제품 성형시 서로 혼합된다.
상기 폴리비닐아세테이트계 수지용액은 폴리비닐아세테이트계 수지 1~80중량%와 유기용매 20~99 중량%로 조성된다.
상기 보론화합물은 붕사, 붕산, 붕산염, 무수붕산, 붕산에스테르, 붕소화물, 붕소화마그네슘, 붕소화수소 및 수소화붕소나트륨 중 어느 하나 또는 둘 이상이다.
상기 응고촉진제는 순도가 99.8% 이상인 알코올류 100 중량부에 대하여 알카리염 10~25 중량부를 포함하여 조성된다.
상기 알코올류는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 2부탄올, 이소부틸알코올, 이소펜틸알코올 및 이소프로필알코올 중 하나를 포함한다.
상기 알카리염은 수산화나트륨, 황산나트륨, 붕산나트륨, 염화나트륨, 질산나트륨, 규산나트륨, 스테아린산나트륨, 인산나트륨 중 하나를 포함한다.
상기 폴리비닐아세테이트계 수지는 중합도(DP)가 10~100,000 사이의 폴리비닐아세테이트의 단독 중합체 또는 비닐아세테이트나 폴리비닐아세테이트와, 비닐에스테르류, 아크릴산 에스테르류, 푸마르산의 에스테르류, 카르복실기(-COOH)를 갖는 것, 타디엔 및 카프로락톤 중 어느 하나 또는 둘 이상의 공중합체 또는 비닐아세테이트 모노머의 함량이 50 중량% 이상이다.
상기 유기용매는 물과 알코올류, 에스테르류, 케톤류, 에테르류, 카르복실산류, 방향족류, 할로겐화 탄화수소류 중 하나 내지 둘 이상의 공용매이다.
상기 비닐에스테르류는 카프론산비닐, 스테아린산비닐 및 바사틱산비닐 중 하나를 포함한다.
상기 아크릴산 에스테르류는 아크릴산에틸, 아크릴산부틸 및 아크릴산옥틸 중 하나를 포함한다.
상기 푸마르산의 에스테르류는 말레인산디부틸을 포함한다.
상기 카르복실기를 갖는 것은 말레인산, 아크릴산 및 이타콘산 중 하나를 포함한다.
상기 비닐아세테이트 모노머는 폴리비닐알코올, 에틸렌 비닐아세테이트, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌 설파이드, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산 중 어느 하나 또는 둘 이상의 것과의 혼합물 또는 블렌드이다.
상기 에스테르류는 초산, 초산메틸, 초산에틸, 초산프로필, 초산이소프로필, 초산부틸, 초산이소부틸, 초산펜틸, 초산이소펜틸 중 하나를 포함한다.
상기 케톤류는 아세톤, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸부틸케톤(MBK), 메틸이소부틸케톤 중 하나를 포함한다.
상기 에테르류는 에틸에테르, 디옥산, 테트라히드로푸란(THF) 중 하나를 포함한다.
상기 카르복실산류는 아크릴산, 개미산, 아디프산, 아미노산, 아세트산 에틸, 아세트산 옥틸, 아세트산 펜틸 중 하나를 포함한다.
상기 방향족류는 벤젠, 톨루엔, 크실렌 중 하나를 포함한다.
상기 할로겐화 탄화수소류는 디클로로메탄, 클로로포름, 디클로로에탄, 트리클로로에탄, 테트라클로로에탄, 디클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 테트라 클로로에틸렌, 클로로벤젠, 오르소-디클로로벤 중 하나를 포함한다.
상기 붕산염은 커나이트, 코토아이트, 수안석, 자이벨리아이트 중 하나를 포함한다.
본 발명의 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 기능증진제 및 응고촉진제로 조성되며, 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 폴리비닐아세테이트계 수지용액에 마이크론(㎛) 단위의 무기미립자인 상기 보론화합물을 일정시간 동안 균일하게 용해한 후 물리적 특성과 열 안정성을 향상시키기 위하여 일정 온도에서 화학적 반응을 통한 가교결합으로 제조되고, 상기 폴리비닐아세테이트계 수지용액 10~99.9 중량%와 보론화합물 0.1~90중량%로 조성된다.
부언해서 설명하면, 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 알코올류, 에스테르류, 케톤류, 에테르류, 카르복실산류, 및 방향족류, 할로겐화 탄화수소류 등과 같은 유기용매에 일정비율로 용해된 폴리비닐아세테이트 용액에 무기계 화합물인 붕사, 붕산 등의 보론화합물을 일정한 비율로 첨가하여 균일하게 용해한 후, 적정 온도에서 일정시간동안 폴리비닐아세테이트와 보론화합물을 반응시키면, 메탄올에 용해된 폴리비닐아세테이트는 붕사, 붕산 등의 산 또는 알카리 촉매하에서 메탄올에 의한 에스테르 교환반응과 가수분해가 일어나면서 가메탄올 분해(methanolysis), 즉 아세틸그룹(-COOCH3)과 메탄올 사이에 에스테르 교환반응이 일어나서 부분적으로 폴리비닐알코올과 디메틸에스테르(HC3OCOCH3)가 생성되고, 다시 보론화합물과 폴리비닐아세테이트 사이에 분자간 에스테르 교환반응이 이루어져 아세틸그룹이 가수분해하여 히드록시그룹(-OH)으로 치환되는 두 가지 형태의 반응이 진행되므로 폴리비닐아세테이트는 폴리비닐알코올이 부분적으로 치환된 형태의 공중합체 형태를 가지게 된다.
이러한 폴리비닐아세테이트가 부분적으로 치환된 폴리비닐알코올의 히드록시그룹(-OH)과 보론화합물 중에 붕사(Na2B4O710H2O)의 나트륨 이온(Na+)및 붕산(B(OH)3)의 히드록시그룹(-OH)사이에 이온결합 및 수소결합을 형성하여 강한 가교결합이 일어남으로써 유기물과 무기물이 물리화학적인 결합에 의해 유무기 액상 조성물 내에 단위의 무기 미립자가 단 단위의 입자 사이즈(도 1~ 도3)로 매우 균일하고도 복합적으로 존재하게 된다.
따라서, 이러한 상기 유·무기 복합 균일 액상조성물은 보론화합물에 의해 도 4에서와 같이 어느 정도의 난연성도 가지고 도 6 ~ 도 8과 같이 물리적 특성 또한 순수 폴리비닐아세테이트에 비해 향상되는 것을 알 수 있다.
여기서 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 사용용도에 따라 붕사, 붕산 또는 붕사붕산 혼합물이 선택적으로 사용이 가능하며, 붕사를 이용한 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 강인성(toughness)이 우수하여 고강도를 요구하는 고분자 재료 분야에 응용이 가능하고, 붕산을 이용한 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 고신도를 요구하는 합성고무 재료분야에 응용할 수 있다.
또한, 기능증진제에 의해 다양한 기능성을 부여할 수 있으며, 예컨대 기능증진제로 난연제를 사용할 경우 건축, 토목, 섬유, 전기, 전자, 기계금속용 접착제, 도료, 가구, 종이 및 목재, 자동차, 플라스틱 등등의 난연성이 요구되는 여러 산업분야에 그 응용이 가능하다.
한편, 상기 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물에 알코올류와 알카리염으로 조성된 상기 응고촉진제를 첨가하여 서서히 상기 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물을 고체상으로 응고반응을 진행하면서 상기 응고촉진제에 의해 상기 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물에 함유된 유기용매가 휘발하면서 고성능 유무기 복합 난연 보드 성형물이 제조될 수 있다.
상기 고성능 유무기 복합 난연 보드 성형물은 상기 기능증진제에 따라 선택적으로 행해질수 있으며 상기 고성능 유무기 복합 난연 보드 성형물의 경우에는 도 15 ~ 도 17에서와 같이 우수한 물리적 특성을 가지며, 또한 도 18에서와 같이 우수한 난연성능을 가진다.
상기 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 유기화합물과 무기화합물을 이온결합이나 수소결합 등의 화학적 반응을 통한 가교결합을 형성함으로써 인장강도, 초기탄성률, 절단신도 등의 물리적 특성 및 열 안정성을 향상시키고 부가적으로 난연성, 내용제성, 산화방지성, 유연성, 윤활성, 대전방지성, 열전도성, 흡습성, 항균성, 방향성, 내수성, 내충격성, 내연성, 치수안정성, 열팽창성, 보강성, 내마모성등의 사용용도에 적합한 여러 가지 기능성을 부여하여 여러 가지 플라스틱 재료 분야에 널리 사용할 수 있다.
상기 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 제조방법에 있어서 상기 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물는 상술한 내용을 포함하므로 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 기능증진제 및 응고촉진제에 대해서는 별로로 설명하지 않고 상술한 것을 준용한다.
상기 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 제조방법은 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물을 제조하는 유·무기 복합 균일 액상 조성물 제조단계인 제 1단계와; 상기 기능증진제를 제조하는 기능증진제 제조단계인 제 2단계와; 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 기능증진제가 혼합된 A형 조성물를 제조하는 A형 조성물 제조단계인 제 3단계와; 상기 응고촉진제인 B형 조성물을 제조하는 B형 조성물 제조단계인 제 4단계로 이루어진다.
상기 제 1단계는 유·무기 복합 균일 액상 조성물 제조단계로서, 유기계 고분자인 폴리비닐아세테이트계 수지용액에 무기계 화합물인 보론화합물을 균일하게 용해시키고 용해된 상기 보론화합물에 의해 폴리비닐아세테이트의 아세틸그룹(-COOCH3)을 부분적으로 히드록시그룹(-OH)으로 가수분해시켜 폴리비닐아세테이트/폴리비닐알코올의 공중합체를 형성하는 제 1-1단계와; 폴리비닐아세테이트가 부분적으로 치환된 폴리비닐알코올의 히드록시그룹(-OH)과 보론화합물 중에 붕사(Na2B4O710H2O)의 나트륨 이온(Na+)및 붕산(B(OH)3)의 히드록시그룹(-OH)사이에 이온결합 및 수소결합을 형성하여 가교결합이 일어남으로써 유기물과 무기물이 물리화학적인 결합에 의해 유·무기 복합 균일 액상 조성물을 제조하는 제 1-2단계로 구성된다.
상기 제 1단계를 더 상세하게 설명하면 유기화합물인 상기 폴리비닐아세테이트계 수지용액은 폴리비닐아세테이트계 수지가 1~80 중량%로 유기용매 20~99 중량%에 용해된 것으로, 상기 폴리비닐아세테이트계 수지는 중합도(Degree of Polymerization, DP)가 10~100,000 사이의 폴리비닐아세테이트 중합체 또는 비닐아세테이트와 카프론산비닐, 스테아린산비닐, 바사틱산비닐, 등의 비닐에스테르류, 아크릴산에틸, 아크릴산부틸, 아크릴산옥틸 등의 아크릴산 에스테르류, 말레인산디부틸과 같은 푸마르산의 에스테르류, 말레인산, 아크릴산, 이타콘산 등의 카르복실기를 갖는 것 및 부타디엔, 카프로락톤 중 어느하나 또는 둘 이상의 것과의 공중합체인 것으로 비닐아세테이트 모노머의 함량이 무게비로 50% 이상인 것이 바람직하고, 또한 폴리비닐아세테이트와 폴리비닐알코올, 에틸렌 비닐아세테이트, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌 설파이드, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산 중 어느하나 또는 둘 이상의 것과의 혼합물 또는 블렌드로서, 폴리비닐아세테이트의 함량이 50 중량% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 폴리비닐아세테이트계 수지용액에 사용되는 상기 유기용매로는 물과 메탄올, 에탄올, 부탄올, 2부탄올, 이소부틸알코올, 이소펜틸알코올, 이소프로필알코올 등의 알코올류와 초산, 초산메틸, 초산에틸, 초산프로필, 초산이소프로필, 초산부틸, 초산이소부틸, 초산펜틸, 초산이소펜틸등의 에스테르류와 아세톤, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸부틸케톤(MBK), 메틸이소부틸케톤등의 케톤류와 에틸에테르, 디옥산, 테트라하이드로푸란(THF) 등의 에테르류와 아크릴산, 개미산, 아디프산, 아미노산, 아세트산 에틸, 아세트산 옥틸, 아세트산 펜틸 등의 카르복실산류와 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족류 및 디클로로메탄, 클로로포름, 디클로로에탄, 트리클로로에탄, 테트라클로로에탄, 디클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 테트라 클로로에틸렌, 클로로벤젠, 오르소-디클로로벤젠등의 할로겐화 탄화수소류 및 이들의 하나 내지 둘 이상의 공용매 등의 유기용매가 사용될 수 있으나, 비교적 휘발성이 높고, 인체 유해성이 낮은 것이 바람직하다.
한편, 상기 제 1단계에서 무기화합물인 상기 보론화합물은 붕사(Borax, Na2B4O710H2O), 붕산(Boric acid, BO3H3)를 비롯하여 커나이트, 코토아이트, 수안석, 자이벨리아이트 등의 붕산염(Borate)과 무수붕산, 붕산에스테르, 붕소화물(boride), 붕소화마그네슘, 붕소화수소(hydrogen boride), 수소화붕소(borane)등이 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 것과의 혼합물로서 붕사의 함량이 50 중량% 이상인 것이 바람직하다.
상기 제 2단계는 상기 기능증진제를 제조하는 기능증진제 제조단계로써, 상기 기능증진제는 폴리비닐아세테이트계 수지용액과 보론화합물로 조성된 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물에 잘 용해 또는 분산되는 것이면 특별한 제한 없이 첨가하여 다양한 기능성을 부여할 수 있다.
이러한 것들로는, 난연제, 열안정제, 산화방지제, 가소제, 강도보강제, 핵제, 발포제, 윤활제, 자외선차단제, 충진제, 착색제, 내충격완화제, 대전방지제, 가교제, 형광증백제, 열전도성 부여제, 전기전도성 부여제, 계면활성제, 안정제, 소포제, 증점제, 흡습제, 팽창제, 내마모제, 항균제등을 들수 있으며, 이들 중 어느 하나를 첨가할 수도 있고 상용성이 있는 2가지 이상을 혼용하여 사용할 수도 있다.
상기 기능증진제는 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100 중량부에 대하여 기능증진제 0.1~900 중량부가 조성되며, 부여하고자 하는 기능의 종류에 따라 크게 달라지며, 예컨대 난연제나 강도보강제, 충진제의 경우 다량 함유되지만, 착색제나, 소포제, 발포제 등은 소량만 첨가하여도 원하는 효과를 얻을 수 있다. 대개 상기의 범위 이내이면 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물로서 그 응용이 가능하다.
상기 제 3단계는 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 기능증진제가 혼합된 A형 조성물를 제조하는 A형 조성물 제조단계이다.
상기 제 4단계는 상기 응고촉진제인 B형 조성물을 제조하는 B형 조성물 제조단계이다.
아래와 같이 실시예를 통하여 본 발명의 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 제조하는 방법과 기능증진제에 의한 기능성 향상을 몇가지 실시예를 들어 보다 상세히 설명하며, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 실시예가 본 발명의 권리범위를 제한하지는 않는다.
실시예 1 : 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물(PCB)
A. 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 제조 (제 1단계)
A1. 붕사를 이용한 복합 균일 액상 조성물
500ml 용량의 3구 플라스크에 중합도(Degree of Polymerization)가 500인 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate, PVAc) 입자 45g을 순도가 99.8%인 메탄올 55g과 함께 혼입하고 교반기를 이용하여 균일하게 용해시켜 메탄올을 용제로 하는 초산비닐수지용액 100g을 제조하고, 이 수지용액에 평균 입도가 8㎛인 붕사(Na2B4O7 10 H2O) 입자 8g을 첨가하여 균일하게 분산시키고, 65℃에서 1시간 45분동안 반응하여 균일 액상 조성물을 제조하였다.
A2. 붕산을 이용한 유·무기 복합 균일 액상 조성물
500ml 용량의 3구 플라스크에 중합도(Degree of Polymerization)가 500인 초산비닐수지(Polyvinyl acetate, PVAc) 입자 45g을 순도가 99.8%인 메탄올 55g과 함께 혼입하고 교반기를 이용하여 균일하게 용해시켜 메탄올을 용제로 하는 초산비닐수지용액 100g을 제조하고, 이 수지용액에 평균 입도가 30㎛인 붕산(H3BO3) 입자 8g을 첨가하여 균일하게 분산시키고, 65℃에서 1시간 45분 동안 반응하여 균일 액상 조성물을 제조하였다.
A3. 붕사붕산 혼합물을 이용한 유·무기 복합 균일 액상 조성물
500ml 용량의 3구 플라스크에 중합도(Degree of Polymerization)가 500인 초산비닐수지(Polyvinyl acetate, PVAc) 입자 45g을 순도가 99.8%인 메탄올 55g과 함께 혼입하고 교반기를 이용하여 균일하게 용해시켜 메탄올을 용제로 하는 초산비닐수지용액 100g을 제조하고, 이 수지용액에 평균 입도가 8㎛인 붕사(Na2B4O7 10 H2O)입자 4g 과 평균 입도가 30㎛인 붕산(H3BO3) 입자 4g을 첨가하여 균일하게 분산시키고, 65℃에서 1시간 45분 동안 반응하여 균일 액상 조성물을 제조하였다.
B. 내부구조 관찰
상기 실시예 1의 A(제 1단계)에서 얻은 유·무기 복합 균일 액상 조성물들의 내부구조를 관찰하기 위하여 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM)을 이용하여 20,000~50,000배의 배율로 80kV의 가속전압을 가하면서 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 내부구조를 관찰하여 그 결과를 도 1 ~ 도 3의 사진으로 나타내었다. 도 1 ~ 도 3 에서 보는 바와 같이 유·무기 복합 균일 액상 조성물 내부에 입자 사이즈가 5~15㎛정도인 초미립자의 보론화합물인 붕사나 붕산, 붕사/붕산 혼합물이 나노입자 형태로 존재하는 것을 알 수 있다.
C. 열적 특성분석
상기 실시예 1의 A(제 1단계)에서 얻은 유·무기 복합 균일 액상 조성물들의 열적 특성을 분석하기 위하여 열중량분석기(Thermogravity Analyzer, TGA)와 시차주사열량계(Differential Scanning Calorimeter, DSC)를 이용하여 실시하였다.
C1. 열중량분석
실시예 1의 A(제 1단계)에서 얻은 유·무기 복합 균일 액상 조성물들을 필름 형태로 캐스팅 하여 열중량 분석기를 이용하여 질소기류 하에서 필름 20mg을 취하여 10/min.의 승온속도로 30~800℃까지 필름의 열분해 온도 및 분해 후 잔류량의 변화를 도 4에 나타내었다. 도 4의 그래프에서와 같이 폴리비닐아세테이트의 경우에는 약 350℃부근에서 열분해를 시작하고 500℃부근에서 완전히 분해되고 약 4%의 잔류량을 보이고, 실시예 1의 A1시료의 경우에는 폴리비닐아세테이트에 비해 낮은 온도인 약 300℃부터 분해를 시작하고 500℃에서 완전히 분해되고 약 20%의 잔유량을 보이므로 폴리비닐아세테이트에 비해 열적 안정성이 우수한 것을 알 수 있다.
C2. 시차주사열량분석
상기 실시예 1의 A(제 1단계)에서 얻은 유·무기 복합 균일 액상 조성물들을 필름 형태로 캐스팅 하여 시차주사열량계를 이용하여 질소기류 하에서 필름 10mg을 취하여 10℃/min.의 승온속도로 20~150℃까지 필름의 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)를 측정하여 그 값을 도 5에 나타내었다. 도 5에서와 같이 폴리비닐아세테이트의 유리전이온도는 약 45℃인데 반해 실시예 1의 A1시료의 경우에는 약 55℃ 로써 비교적 폴리비닐아세테이트에 비해 증가하는 것을 알 수 있는데 이는 붕사가 폴리비닐아세테이트 측쇄의 아세틸기와 가교결합을 형성함에 따라 유동성을 저해하므로 비교적 열적 특성이 증가하는 것으로 보인다.
D. 물리적 특성분석
상기 실시예 1의 A(제 1단계)에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 물리적 특성을 분석하기 위하여 유·무기 복합 균일 액상 조성물들을 필름 형태로 캐스팅 한 후 표준상태(20±1℃, 65±2% RH)에서 24시간 동안 컨디셔닝 시킨 다음 25kgf의 Load cell이 장착된 인장시험기를 사용하여 시료길이가 100mm이고, 폭이 10mm이며 두께가 0.3mm인 시료를 100mm/min.의 인장속도로 측정하여 그 결과를 도 6 ~도 8에 나타내었다. 도 6, 7의 그래프에서 알 수 있듯이 폴리비닐아세테이트의 경우 인장강도 및 초기탄성률이 각각 25MPa과 1.25GPa의 값을 보이지만 실시예 1의 A1에서 제조된 시료의 경우에는 인장강도가 55MPa이고 초기탄성률이 2.3GPa로써 폴리비닐아세테이트에 비해 약 2배이상의 인장강도와 초기탄성률이 향상되는 것을 확인할 수 있으며 실시예 1의 A2나 A3의 경우에는 인장강도 및 초기탄성률이 다소 감소하는 경향을 보인다. 한편 도 8의 그래프에서, 절단신도는 폴리비닐아세테이트에 비해 실시예 1의 A1시료가 비교적 감소하는 경향을 보이지만 A2시료나 A3시료의 경우 절단신도는 각각 260%와 350%로 폴리비닐아세테이트에 비해 1.5배에서 2배이상의 절단신도 값이 증가함을 알 수 있다. 이러한 결과는 보론화합물중에 붕사가 폴리비닐아세테이트 측쇄의 아세틸기와 가교결합을 형성함에 따라 유동성을 저해하므로 분자간 강한 결속으로 인해 인장강도는 증가하고 절단신도는 감소하는 것으로 나타나며, 붕산 및 붕사/붕산 혼합물의 경우에는 폴리비닐아세테이트에 가소제 역할을 함으로써 비교적 인장강도나 초기탄성률은 감소하지만 절단신도가 우수하게 나타난다.
E. 필름단면 형태관찰
상기 실시예 1의 A(제 1단계)에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 물리적 특성을 분석하기 위하여 유·무기 복합 균일 액상 조성물들을 필름 형태로 캐스팅 한 후 고체상태의 필름 시료를 액체 질소에 침지하여 급냉한 후 파단하여 준비하였고 금속이온 코팅기를 이용하여 진공상태에서 필름 파단면을 백금으로 코팅한 후, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 사용하여 2000배의 배율로 20kV의 가속전압을 가하면서 필름의 파단면을 관찰하였으며 그 결과를 도 9 ~ 도 11에 사진으로 나타내었다. 도 9 ~ 도 11에서와 같이 폴리비닐아세테이트의 경우 파단면은 비교적 매끄러운 형태를 나타내는 반면 실시예 1의 A1시료의 경우에는 파단면이 가장 거친형태를 나타내는데 이는 실시예 1의 C단계(도 12)와 D단계를 뒷받침하는 것으로 보론 화합물에 의해 강인성(Toughness)이 증가하는 것을 알 수 있다.
실시예 2. A형 조성물인 유·무기 복합 균일 액상 조성물
A. A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 제조(제 3단계)
A1. 기능증진제로 수산화알루미늄(Aluminium Hydroxide)을 이용한 난연성의 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물(PCB-AH)
500㎖ 용량의 3구 플라스크에 실시예 1에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100g과 평균입도가 7.5㎛인 수산화알루미늄 입자 100g을 함께 혼입하고 교반기를 이용하여 균일하게 분산시켜, A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물 200g을 제조하였다(제 3단계).
A2. 기능증진제로 수산화마그네슘(Magnesium Hydroxide)을 이용한 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물(PCB-MH)
500㎖ 용량의 3구 플라스크에 실시예 1에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100g과 평균입도가 50㎛인 수산화마그네슘 입자 100g을 함께 혼입하고 교반기를 이용하여 균일하게 분산시켜, A형 조성물인 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물 200g을 제조하였다(제 3단계).
A3. 기능증진제로 흑연(Graphite)을 이용한 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물(PCB-GP)
500㎖ 용량의 3구 플라스크에 실시예 1에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100g과 평균입도가 5㎛인 흑연 입자 50g을 함께 혼입하고 교반기를 이용하여 균일하게 분산시켜, 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물 150g을 제조하였다(제 3단계).
A4. 기능증진제로 산화철(Iron Oxide)을 이용한 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물(PCB-IO)
500㎖ 용량의 3구 플라스크에 실시예 1에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100g과 평균입도가 10㎛인 산화철 입자 100g을 함께 혼입하고 교반기를 이용하여 균일하게 분산시켜, A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물 200g을 제조하였다(제 3단계).
A5. 기능증진제로 규산나트륨(Sodium silicate)을 이용한 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물(PCB-SS)
500㎖ 용량의 3구 플라스크에 실시예 1에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100g과 평균입도가 100㎛인 규산나트륨 입자 75g을 함께 혼입하고 교반기를 이용하여 균일하게 분산시켜, A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물 175g을 제조하였다(제 3단계).
A6. 기능증진제로 카본블랙(Carbon black)을 이용한 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물(PCB-CB)
500㎖ 용량의 3구 플라스크에 실시예 1에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100g과 평균입도가 20㎛인 카본블랙 입자 100g을 함께 혼입하고 교반기를 이용하여 균일하게 분산시켜, A형 조성물인 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물 200g을 제조하였다(제 3단계).
B. A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 열적 특성
상기 실시예 2에서 제조된 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 열적 특성을 분석하기 위하여 유·무기 복합 균일 액상 조성물들을 필름 형태로 캐스팅 한 후 열중량 분석기를 이용하여 질소기류 하에서 필름 20mg을 취하여 10/min.의 승온속도로 30~800℃까지 필름의 열분해 온도 및 분해 후 잔류량의 변화를 도 에 나타내었다. 도 13의 그래프에서와 같이 실시예 2의 A1, A2시료의 경우에는 약 250℃부근에서 열분해를 시작하고 500℃부근에서 완전히 분해되고 약 50%이상의 잔류량을 보이고, 실시예 2의 A4, A6시료의 경우에는 분해 후 잔류량이 75%이상으로 내열성을 가지는 것으로 확인되며 기능성 난연제를 무게비로 50%이상 첨가할 경우 우수한 내열성 및 난연성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
실시예 3. 고성능 유무기 복합 난연 보드 성형물(Shape Material)
A. 수산화알루미늄( Aluminium Hydroxide)을 이용한 복합 난연 보드 성형물(SM-AH)
A1. 기능증진제로 수산화알루미늄을 이용한 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 제조
500㎖ 용량의 3구 플라스크에 실시예 1에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100g과 평균입도가 8㎛인 수산화알루미늄 입자 100g을 함께 혼입하고 교반기를 이용하여 균일하게 분산시켜, A형 조성물인 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물 200g을 제조하였다(제 3단계).
A2. 응고촉진제의 제조 (제 4단계 : B형 조성물 제조)
250ml 용량의 3구 플라스크에 순도가 99.8%인 메탄올 180g과 순도가 98%인 수산화나트륨 20g을 함께 혼입하고 40℃에서 60분간 교반기를 이용하여 균일하게 용해시켜 메탄올 내에 수산화나트륨을 용해 내지 분산시켜 응고촉진제를 제조하였다.
A3. 기능증진제로 수산화알루미늄을 이용한 복합 난연 보드 성형물의 제조
500㎖ 용량의 비이커에 상기 실시예 3의 A1에서 제조된 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물 400g과 상기 실시예 3의 A2에서 제조된 응고촉진제 20g을 혼입하여 균일하게 교반하면 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 응고촉진제가 서서히 반응하면서 점도가 증가하게 되고 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물이 응고가 시작되는 시점에서 자체 제작된 상하 유압실린더에 의해 압축이 가능한 성형몰드(Shape Mold, 200x200x20mm)에 투입한 후 3kgf/cm2의 압력으로 압축하여 복합 난연 보드 성형물을 제조하였다.
A4. 건조과정
상기 실시예 3의 A3에서 제조된 복합 난연 보드 성형물을 열풍건조기에 넣고 65에서 2시간 건조하여 복합 난연 보드 성형물을 제조하고 도 17에 사진으로 나타내었다.
B. 수산화마그네슘(Magnesium Hydroxide)을 이용한 복합 난연 보드 성형물(SM- MH )
B1. 기능증진제로 수산화마그네슘을 이용한 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 제조
500㎖ 용량의 3구 플라스크에 실시예 1에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100g과 평균입도가 50㎛인 수산화마그네슘 입자 100g을 함께 혼입하고 교반기를 이용하여 균일하게 분산시켜, A형 조성물인 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물 200g을 제조하였다(제 3단계).
B2. 응고촉진제의 제조(제 4단계 : B형 조성물 제조)
250ml 용량의 3구 플라스크에 순도가 99.8%인 메탄올 180g과 순도가 98%인 수산화나트륨 20g을 함께 혼입하고 40℃에서 60분간 교반기를 이용하여 균일하게 용해시켜 메탄올 내에 수산화나트륨을 용해 내지 분산시켜 응고촉진제를 제조하였다.
B3. 기능증진제로 수산화마그네슘을 이용한 복합 난연 보드 성형물의 제조
500㎖ 용량의 비이커에 상기 실시예 3의 B1에서 제조된 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물 400g과 상기 실시예 3의 B2에서 제조된 응고촉진제 10g을 혼입하여 균일하게 교반하면 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 응고촉진제가 서서히 반응하면서 점도가 증가하게 되고 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물이 응고가 시작되는 시점에서 자체 제작된 상하 유압실린더에 의해 압축이 가능한 성형몰드(Shape Mold, 200x200x20mm)에 투입한 후 3kgf/cm2의 압력으로 압축하여 복합 난연성이 가미된 평판 보드 성형물을 제조하였다.
B4. 건조과정
상기 실시예 3의 B3에서 제조된 복합 난연 보드 성형물을 열풍건조기에 넣고 65℃에서 2시간 건조하여 복합 난연 평판보드 성형물을 제조하였다.
C. 흑연(Graphite)을 이용한 복합 난연 보드 성형물(SM- GP )
C1. 기능증진제로 흑연을 이용한 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물
500㎖ 용량의 3구 플라스크에 실시예 1에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100g과 평균입도가 5인 흑연 입자 50g을 함께 혼입하고 교반기를 이용하여 균일하게 분산시켜, A형 조성물인 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물 150g을 제조하였다(제 3단계).
C2. 응고촉진제의 제조(제 4단계 : B형 조성물 제조)
250ml 용량의 3구 플라스크에 순도가 99.8%인 메탄올 180g과 순도가 98%인 수산화나트륨 20g을 함께 혼입하고 40℃에서 60분간 교반기를 이용하여 균일하게 용해시켜 메탄올 내에 수산화나트륨을 용해 내지 분산시켜 응고촉진제를 제조하였다.
C3. 기능증진제로 흑연을 이용한 복합 난연 보드 성형물의 제조
500㎖ 용량의 비이커에 상기 실시예 3의 C1에서 제조된 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물 400g과 상기 실시예 3의 C2에서 제조된 응고촉진제 20g을 혼입하여 균일하게 교반하면 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 응고촉진제가 서서히 반응하면서 점도가 증가하게 되고 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물이 응고가 시작되는 시점에서 자체 제작된 상하 유압실린더에 의해 압축이 가능한 성형몰드(Shape Mold, 200x200x20mm)에 투입한 후 3kgf/cm2의 압력으로 압축하여 복합 난연 보드 성형물을 제조하였다.
C4. 건조과정
상기 실시예 3의 C3에서 제조된 복합 난연 보드 성형물을 열풍건조기에 넣고 65℃에서 2시간 건조하여 복합 난연 보드 성형물을 제조하였다.
D. 산화철(Iron Oxide)을 이용한 복합 난연 보드 성형물(SM- IO )
D1. 기능증진제로 산화철을 이용한 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물
500㎖ 용량의 3구 플라스크에 실시예 1에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100g과 평균입도가 10㎛인 산화철 입자 100g을 함께 혼입하고 교반기를 이용하여 균일하게 분산시켜, A형 조성물인 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물 200g을 제조하였다(제 3단계).
D2. 응고촉진제의 제조(제 4단계 : B형 조성물 제조)
250ml 용량의 3구 플라스크에 순도가 99.8%인 메탄올 180g과 순도가 98%인 수산화나트륨 20g을 함께 혼입하고 40℃에서 60분간 교반기를 이용하여 균일하게 용해시켜 메탄올 내에 수산화나트륨을 용해 내지 분산시켜 응고촉진제를 제조하였다.
D3. 기능증진제로 산화철을 이용한 복합 난연 보드 성형물의 제조
500㎖ 용량의 비이커에 상기 실시예 3의 D1에서 제조된 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물 400g과 상기 실시예 3의 D2에서 제조된 응고촉진제 20g을 혼입하여 균일하게 교반하면 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 응고촉진제가 서서히 반응하면서 점도가 증가하게 되고 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물이 응고가 시작되는 시점에서 자체 제작된 상하 유압실린더에 의해 압축이 가능한 성형몰드(Shape Mold, 200x200x20mm)에 투입한 후 3kgf/cm2의 압력으로 압축하여 복합 난연 보드 성형물을 제조하였다.
D4. 건조과정
상기 실시예 3의 D3에서 제조된 복합 난연 보드 성형물을 열풍건조기에 넣고 65℃에서 2시간 건조하여 복합 난연 보드 성형물을 제조하였다.
E. 규산나트륨(Sodium silicate)을 이용한 복합 난연 보드 성형물(SM-SS)
E1. 기능증진제로 규산나트륨을 이용한 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물
500㎖ 용량의 3구 플라스크에 실시예 1에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100g과 평균입도가 100㎛인 규산나트륨 입자 75g을 함께 혼입하고 교반기를 이용하여 균일하게 분산시켜, A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물 175g을 제조하였다(제 3단계).
E2. 응고촉진제의 제조(제 4단계 : B형 조성물 제조)
250ml 용량의 3구 플라스크에 순도가 99.8%인 메탄올 180g과 순도가 98%인 수산화나트륨 20g을 함께 혼입하고 40℃에서 60분간 교반기를 이용하여 균일하게 용해시켜 메탄올 내에 수산화나트륨을 용해 내지 분산시켜 응고촉진제를 제조하였다.
E3. 기능증진제로 규산나트륨을 이용한 복합 난연 보드 성형물의 제조
500㎖ 용량의 비이커에 상기 실시예 3의 E1에서 제조된 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물 400g과 상기 실시예 3의 E2에서 제조된 응고촉진제 20g을 혼입하여 균일하게 교반하면 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 응고촉진제가 서서히 반응하면서 점도가 증가하게 되고 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물이 응고가 시작되는 시점에서 자체 제작된 상하 유압실린더에 의해 압축이 가능한 성형몰드(Shape Mold, 200x200x20mm)에 투입한 후 3kgf/cm2의 압력으로 압축하여 복합 난연 보드 성형물을 제조하였다.
E4. 건조과정
상기 실시예 3의 E3에서 제조된 복합 난연 보드 성형물을 열풍건조기에 넣고 65℃에서 2시간 건조하여 복합 난연 보드 성형물을 제조하였다.
F. 카본블랙(Carbon black)을 이용한 복합 난연 보드 성형물(SM-CB)
F1. 기능증진제로 카본블랙을 이용한 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물
500㎖ 용량의 3구 플라스크에 실시예 1에서 제조된 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100g과 평균입도가 20㎛인 카본블랙 입자 100g을 함께 혼입하고 교반기를 이용하여 균일하게 분산시켜, A형 조성물인 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물 200g을 제조하였다(제 3단계).
F2. 응고촉진제의 제조(제 4단계 : B형 조성물 제조)
250ml 용량의 3구 플라스크에 순도가 99.8%인 메탄올 180g과 순도가 98%인 수산화나트륨 20g을 함께 혼입하고 40에서 60분간 교반기를 이용하여 균일하게 용해시켜 메탄올 내에 수산화나트륨을 용해 내지 분산시켜 응고촉진제를 제조하였다.
F3. 기능증진제로 카본블랙을 이용한 복합 난연 보드 성형물의 제조
500㎖ 용량의 비이커에 상기 실시예 3의 F1에서 제조된 A형 조성물인 난연성의 유·무기 복합 균일 액상 조성물 400g과 상기 실시예 3의 F2에서 제조된 응고촉진제 20g을 혼입하여 균일하게 교반하면 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 응고촉진제가 서서히 반응하면서 점도가 증가하게 되고 난연 유·무기 복합 균일 액상 조성물이 응고가 시작되는 시점에서 자체 제작된 상하 유압실린더에 의해 압축이 가능한 성형몰드(Shape Mold, 200x200x20mm)에 투입한 후 3kgf/cm2의 압력으로 압축하여 복합 난연 보드 성형물을 제조하였다.
F4. 건조과정
상기 실시예 3의 F3에서 제조된 복합 난연 보드 성형물을 열풍건조기에 넣고 65℃에서 2시간 건조하여 복합 난연 보드 성형물을 제조하였다.
G. 난연 성능시험
상기 실시예 3에서 제조된 고성능 유무기 복합 난연 보드 성형물을 가로 50mm, 세로 30mm, 두께 10mm의 판상으로 절단하여 난연성 시험을 위한 시편으로 사용하였다. 상기 시편을 분젠버너에서 형성된 길이 100mm의 불꽃에 60초간 노출시켜 난연성능을 시험하였으며, 그 결과를 도 18 및 도 19에 나타내었다.
도 18내지 도 19에서 보는 바와 같이 본 실시예 3에서 A, B단계에서 제조된 고성능 유무기 복합 난연 보드 성형물은 표면에 노출된 일부만 열에 의해 산화될 뿐, 무기계 난연제에 의해 열과 화염이 차단되고 내부의 골격구조가 유지되어 그 형태를 그대로 유지하고 있음을 확인할 수 있었다.
H. 물리적 특성시험
상기 실시예 3의 A, B, C, D, E, F단계에서 제조된 고성능 유무기 복합 난연 보드 성형물의 물리적 특성을 분석하기 위하여 표준상태(20±1℃, 65±2% RH)에서 24시간 동안 컨디셔닝 시킨 다음 250kgf의 Load cell이 장착된 인장시험기를 사용하여 시료길이가 200mm이고, 폭이 20mm이며 두께가 5mm인 시료를 100mm/min.의 인장속도로 측정하여 그 결과를 도 14 ~ 도 16에 나타내었다. 도 14, 15의 그래프에서 알 수 있듯이 난연제를 첨가한 고성능 유무기 복합 난연 보드 성형물들의 인장강도 및 초기탄성률은 각각 평균 80MPa과 3.5GPa의 값을 보이며, 수산화 알루미늄을 첨가한 시료는 각각 90MPa과 4.0GPa로서 최고의 인장강도와 초기탄성률을 나타내었다. 한편 도 16의 그래프에서, 절단신도는 기능성 첨가제인 난연제의 종류에 따라 약간의 차이는 보이지만 대체적으로 약 150%정도의 절단신도를 나타내었다.
본 발명의 보론 화합물을 이용한 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물 및 이의 제조방법에 따르면 폴리비닐아세테이트계 수지용액과 보론화합물로 조성된 유·무기 복합 균일 액상 조성물에 보론화합물은 붕사, 붕산 또는 붕사붕산 혼합물이 선택적으로 사용 가능하고, 인장강도, 초기탄성률, 절단신도 등의 물리적 특성 및 열 안정성이 순수 폴리비닐아세테이트에 비해 우수하게 나타나며, 특히 강인성이 우수하여 고강도나 고탄성률을 요구하는 고분자 재료 분야에 응용이 가능하고, 고신도를 요구하는 합성고무 재료분야에도 응용할 수 있다. 또한, 기능성 첨가물에 의해 다양한 기능성을 부여할 수 있으며, 기능성 첨가물로 난연제를 사용할 경우 건축, 토목, 섬유, 전기, 전자, 기계금속용 접착제, 도료, 가구, 종이 및 목재, 자동차, 플라스틱 등등의 난연성이 요구되는 여러 산업분야에 그 응용이 가능한 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 기능증진제 및 응고촉진제를 포함하여 조성되는 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 제조방법에 있어서,
    상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 폴리비닐아세테이트계 수지용액에 마이크론(㎛) 단위의 무기미립자인 보론화합물을 일정시간 동안 균일하게 용해한 후 물리적 특성과 열 안정성을 향상시키기 위하여 일정 온도에서 화학적 반응을 통한 가교결합으로 제조되고, 상기 폴리비닐아세테이트계 수지용액 10~99.9 중량%와 보론화합물 0.1~90중량%로 조성되며,
    상기 응고촉진제는 응고 촉진 기능과 균일한 분산 기능을 가진 알코올류와 알카리염을 포함하여 조성되고,
    상기 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물 100 중량부에 대하여, 난연성, 내용제성, 항균성, 방향성, 내수성, 내충격성, 내연성, 치수안정성, 열팽창성, 보강성 및 내마모성 중 하나 또는 둘 이상의 기능성을 부여한 기능증진제 0.1~900 중량부와; 응고촉진제 0.01~20 중량부를 포함하여 조성되며,
    상기 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물은 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 기능증진제가 혼합된 A형 조성물과, 상기 응고촉진제인 B형 조성물로 된 2액형으로 제품 성형시 혼합되고,
    상기 제조방법은 상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물을 제조하는 유·무기 복합 균일 액상 조성물 제조단계인 제 1단계와;
    상기 기능증진제를 제조하는 기능증진제 제조단계인 제 2단계와;
    상기 유·무기 복합 균일 액상 조성물과 기능증진제가 혼합된 A형 조성물를 제조하는 A형 조성물 제조단계인 제 3단계와;
    상기 응고촉진제인 B형 조성물을 제조하는 B형 조성물 제조단계인 제 4단계로 이루어지고,
    상기 제 1단계는 유기계 고분자인 폴리비닐아세테이트계 수지용액에 무기계 화합물인 보론화합물을 균일하게 용해시키고 용해된 상기 보론화합물에 의해 폴리비닐아세테이트의 아세틸그룹(-COOCH3)을 부분적으로 히드록시그룹(-OH)으로 가수분해시켜 폴리비닐아세테이트/폴리비닐알코올의 공중합체를 형성하는 제 1-1단계와;
    폴리비닐아세테이트가 부분적으로 치환된 폴리비닐알코올의 히드록시그룹(-OH)과 보론화합물 중에 붕사(Na2B4O710H2O)의 나트륨 이온(Na+)및 붕산(B(OH)3)의 히드록시그룹(-OH)사이에 이온결합 및 수소결합을 형성하여 가교결합이 일어남으로써 유기물과 무기물이 물리화학적인 결합에 의해 유·무기 복합 균일 액상 조성물을 제조하는 제 1-2단계로 구성되며,
    상기 폴리비닐아세테이트계 수지용액은 폴리비닐아세테이트계 수지 1~80중량%와 유기용매 20~99 중량%로 구성되고,
    상기 보론화합물은 붕사, 붕산, 붕산염, 무수붕산, 붕산에스테르, 붕소화물, 붕소화마그네슘, 붕소화수소 및 수소화붕소나트륨 중 어느 하나 또는 둘 이상이며,
    상기 응고촉진제는 순도가 99.8% 이상인 알코올류 100 중량부에 대하여 알카리염 10~25 중량부를 포함하여 조성되고,
    상기 알코올류는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 2부탄올, 이소부틸알코올, 이소펜틸알코올 및 이소프로필알코올 중 하나를 포함하며,
    상기 알카리염은 수산화나트륨, 황산나트륨, 붕산나트륨, 염화나트륨, 질산나트륨, 규산나트륨, 스테아린산나트륨, 인산나트륨 중 하나를 포함하고,
    상기 폴리비닐아세테이트계 수지는 중합도(DP)가 10~100,000 사이의 폴리비닐아세테이트의 단독 중합체 또는 비닐아세테이트나 폴리비닐아세테이트와, 비닐에스테르류, 아크릴산 에스테르류, 푸마르산의 에스테르류, 카르복실기(-COOH)를 갖는 것 및 카프로락톤 중 어느 하나 또는 둘 이상의 공중합체 또는 비닐아세테이트 모노머의 함량이 50 중량% 이상이며,
    상기 유기용매는 물과 알코올류, 에스테르류, 케톤류, 에테르류, 카르복실산류, 방향족류, 할로겐화 탄화수소류 중 하나 내지 둘 이상의 공용매이고,
    상기 비닐에스테르류는 카프론산비닐, 스테아린산비닐 및 바사틱산비닐 중 하나를 포함하며,
    상기 아크릴산 에스테르류는 아크릴산에틸, 아크릴산부틸 및 아크릴산옥틸 중 하나를 포함하고,
    상기 푸마르산의 에스테르류는 말레인산디부틸을 포함하며,
    상기 카르복실기를 갖는 것은 말레인산, 아크릴산 및 이타콘산 중 하나를 포함하고,
    상기 비닐아세테이트 모노머는 폴리비닐알코올, 에틸렌 비닐아세테이트, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌 설파이드, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산 중 어느 하나 또는 둘 이상의 것과의 혼합물 또는 블렌드이고,
    상기 에스테르류는 초산, 초산메틸, 초산에틸, 초산프로필, 초산이소프로필, 초산부틸, 초산이소부틸, 초산펜틸, 초산이소펜틸 중 하나를 포함하고,
    상기 케톤류는 아세톤, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸부틸케톤(MBK), 메틸이소부틸케톤 중 하나를 포함하며,
    상기 에테르류는 에틸에테르, 디옥산, 테트라히드로푸란(THF) 중 하나를 포함하고,
    상기 카르복실산류는 아크릴산, 개미산, 아디프산, 아미노산, 아세트산 에틸, 아세트산 옥틸, 아세트산 펜틸 중 하나를 포함하며,
    상기 방향족류는 벤젠, 톨루엔, 크실렌 중 하나를 포함하고,
    상기 할로겐화 탄화수소류는 디클로로메탄, 클로로포름, 디클로로에탄, 트리클로로에탄, 테트라클로로에탄, 디클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 테트라 클로로에틸렌, 클로로벤젠, 오르소-디클로로벤 중 하나를 포함하며,
    상기 붕산염은 커나이트, 코토아이트, 수안석, 자이벨리아이트 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 보론 화합물을 이용한 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물의 제조방법
  8. 삭제
  9. 삭제
KR1020180024367A 2018-02-28 2018-02-28 보론 화합물을 이용한 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물 및 이의 제조방법 KR101914903B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180024367A KR101914903B1 (ko) 2018-02-28 2018-02-28 보론 화합물을 이용한 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물 및 이의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180024367A KR101914903B1 (ko) 2018-02-28 2018-02-28 보론 화합물을 이용한 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물 및 이의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101914903B1 true KR101914903B1 (ko) 2018-11-02

Family

ID=64328774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180024367A KR101914903B1 (ko) 2018-02-28 2018-02-28 보론 화합물을 이용한 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101914903B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101729384B1 (ko) 2015-03-19 2017-04-24 류영완 난연성 조성물 및 이를 포함하는 난연성 성형물

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101729384B1 (ko) 2015-03-19 2017-04-24 류영완 난연성 조성물 및 이를 포함하는 난연성 성형물

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Cosolvent Gel-like Materials(Langmuir 2011, 27, 11671-11682)*
Crosslinked poly(vinyl acetate) (PVAc) reinforced with cellulose nanocrystals(Composites Science and Technology 126 (2016) 35-42)*
Extended Abstract─Partially Hydrolyzed polyvinyl acetate(smithsonian contributions to museum conservation.2013)*

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Enhanced mechanical and biodegradable properties of PBAT/lignin composites via silane grafting and reactive extrusion
TWI686409B (zh) 微細纖維素纖維複合體
TW201920295A (zh) 微細纖維素纖維複合體
Reddy et al. Mechanical, thermal, and water vapor barrier properties of regenerated cellulose/nano-SiO 2 composite films
Adhikari et al. Effect of functionalized metal oxides addition on the mechanical, thermal and swelling behaviour of polyester/jute composites
JP6163958B2 (ja) エポキシ樹脂組成物、繊維強化複合材料及び成形品
Cui et al. Preparation of a crosslinked chitosan coated calcium sulfate whisker and its reinforcement in polyvinyl chloride
JP6858284B2 (ja) ポリカーボネート−ナノセルロース複合素材およびその製造方法
JP6187795B2 (ja) 組成物及び成形体
JP2013018851A (ja) セルロース繊維、セルロース繊維含有重合体、樹脂組成物及び成形体。
Sahoo et al. Synthesis and study of mechanical and fire retardant properties of (carboxymethyl cellulose-g-polyacrylonitrile)/montmorillonite biodegradable nanocomposite
JP4997705B2 (ja) 表面被覆難燃性粒子及びその製造方法、並びに難燃性樹脂組成物及びその製造方法
KR101914903B1 (ko) 보론 화합물을 이용한 기능성 유·무기 복합 균일 액상 조성물 및 이의 제조방법
JP2008222964A (ja) ポリウレタン系エラストマー樹脂組成物およびその製造法
JP6520256B2 (ja) 炭素繊維強化熱可塑性プラスチック、電気・電子機器用筐体
JP2020100714A (ja) 繊維強化熱可塑性樹脂組成物、およびそれから得られる成形体
Raslan et al. Physico–mechanical and thermal stability of wood flour/waste polypropylene nanocomposites: impact of flame retardant fillers and gamma irradiation
JP2007119609A (ja) ポリアルキレンカーボネート樹脂組成物およびその成形体
Miura et al. Nanocomposites composed of poly (ɛ-caprolactone) and oligocaprolactone-modified imogolite utilizing biomimetic chelating method
CN114437538A (zh) 一种长玻纤增强尼龙复合材料及其制备方法和应用
Zheng et al. Study on the properties of esterified corn starch/Polylactide biodegradable blends
JP2018058947A (ja) 繊維強化樹脂用組成物、繊維強化樹脂及び成形体
CN113736196B (zh) 一种利用mma原位聚合改性纳米碳酸钙的制备方法及应用
Çavdar et al. 2 Hybrid thermoplastic composite reinforced natural fiber and inorganic filler
JPS59206460A (ja) 難燃性ポリアミド樹脂組成物

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant