KR101985839B1 - 단백질과 붕사를 이용한 난연 바인더 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단백질과 붕사를 이용한 난연 바인더 제조방법에 관한 것으로, 단백질과 붕사를 이용한 난연 바인더 제조방법에 있어서, (a) 단백질과 물이 각각 중량비로 1 : 5~10의 비율로 혼합하며, 혼합시 20℃~40℃의 온도 범위 내에서 1~4시간 동안 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 단계; (b) 중량비로 상기 1차 혼합물 25중량% ~ 50중량%와, 붕사 55중량% ~ 75중량%를 25℃~70℃ 범위의 온도로 2~6시간 동안 혼합하여 2차 혼합물을 제조하는 단계; (c) 상기 2차 혼합물과 멜라민 수지가 각각 중량비로 1 : 2~5의 비율로 혼합하여 3차 혼합물을 제조하는 단계; (d) 상기 3차 혼합물에 실리카를 각각 중량비로 1 : 1~4의 비율로 혼합하며, 상온에서 1~6시간 동안 혼합하여 4차 혼합물을 제조하는 단계; 및 (e) 상기 4차 혼합물에 폴리졸(Polysol)을 더 혼합하여 난연 바인더를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

단백질과 붕사를 이용한 난연 바인더 제조방법{Manufacturing method of flame retardant binder}

본 발명은 단백질과 붕사를 이용한 난연 바인더 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단백질과 붕사를 혼합하여 접착성을 가지는 무기질 바인더를 제조하는 것으로, 상기 단백질과 붕사에 소정의 열을 가해 탄화층을 형성하여 난연성을 부여한 단백질과 붕사를 이용한 난연 바인더 제조방법에 관한 것이다.

현재까지 사용되는 난연 바인더로는 인계, 질소계, 할로겐계 등이 첨가된 유기계 바인더, 붕소화합물, 삼산화물, 수산화염 등의 무기 난연제 등이 있으나 이들 대부분이 화재시 유독가스를 배출하거나 제조 단가가 고가이기 때문에 범용으로 사용하기에는 문제점을 가지고 있다. 반면에 저가이고 환경에 유독하지 않은 무기바인더 중 특히 규산소다 및 규산카리 등의 액상규산염이 이용된다. 액상규산염은 제조공정이 단순하고 설비가 간단할 뿐만 아니라 생산비용이 저렴하여 널리 이용되고 있다.

이에, 대한민국 공개특허 제10-2006-0078388호에는, 액상규산소다 100중량부에 대하여, 산성염 1~3중량부 또는 액상규산소다에 함유된 산화나트륨(Na2O)의 중량 중 10~40중량%와 반응하는 몰수의 산용액을 첨가, 교반하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물 총중량 대비 물 10~20중량%를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 난연성 무기 바인더가 게재된 바 있다.

한편, 최근에는 전기 및 전자산업이 증대함에 따라 전자부품 소자의 접착 기술이 매우 중요해지고 있으며, 전자부품소자의 접착에는 고분자를 이용한 감압점착제가 일반적으로 사용되고 있는데 전자부품 중에서도 터치패널 터치스크린은 펜이나 손가락 같은 소정의 입력 수단을 이용하여 발생된 전위차의 변화를 인식하여 위치좌표를 찾는 장치이다.

그러나, 종래의 가압점착제에 사용되는 바인더는 가연성 폴리아크릴수지나 부틸고무 등과 같은 열가소성고분자를 휘발성 유기용매로 용해한 용액이 주로 사용되어 가연성, 저내열성 및 저내수성 등의 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허 제10-2006-0078388호

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 전술한 배경기술에 의해서 안출된 것으로, 단백질과 붕사를 혼합하여 접착성을 가지는 무기질 바인더를 제조하되, 단백질과 붕사에 소정의 열을 가해 탄화층을 형성하여 난연성을 부여한 단백질과 붕사를 이용한 난연 바인더 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 난연 바인더의 제조시 멜라민, 실리카, 백분 및 폴리졸을 적어도 하나 이상 더 혼합하여 바인더의 접착성 및 결속력에 대한 유지력을 극대화하는 한편, 외부 충격으로부터 안정성을 향상시키며, 난연성에 자기 소화성을 더 부여할 수 있는 단백질과 붕사를 이용한 난연 바인더 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단백질과 붕사를 이용한 난연 바인더 제조방법에 있어서, (a) 단백질과 물이 각각 중량비로 1 : 5~10의 비율로 혼합하며, 혼합시 20℃~40℃의 온도 범위 내에서 1~4시간 동안 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 단계; (b) 중량비로 상기 1차 혼합물 25중량% ~ 50중량%와, 붕사 50중량% ~ 75중량%를 25℃~70℃ 범위의 온도로 2~6시간 동안 혼합하여 2차 혼합물을 제조하는 단계; (c) 상기 2차 혼합물과 멜라민 수지가 각각 중량비로 1 : 2~5의 비율로 혼합하여 3차 혼합물을 제조하는 단계; (d) 상기 3차 혼합물에 실리카를 각각 중량비로 1 : 1~4의 비율로 혼합하며, 상온에서 1~6시간 동안 혼합하여 4차 혼합물을 제조하는 단계; 및 (e) 상기 4차 혼합물에 폴리졸(Polysol)을 더 혼합하여 난연 바인더를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (c) 단계는, 2차 혼합물이 100중량부일 때, 상기 멜라민 수지의 투입량은 최소 280중량부 내지 최대 420중량부를 추가하여 상기 2차 혼합물과 혼합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (d) 단계는, 상기 4차 혼합물의 제조시 상기 실리카를 대신하여 백분이 상기 3차 혼합물과 혼합되거나, 또는 상기 실리카와 백분이 1 : 1의 중량비로 혼합된 상태에서 상기 3차 혼합물과 혼합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (e) 단계는, 상기 4차 혼합물과 폴리졸이 총 중량에 있어서 4차 혼합물 70중량% ~ 85중량%, 폴리졸 15중량% ~30중량%의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (e) 단계는, 상기 폴리졸과 함께 인계난연제(phosphorus containing flame retardants)를 더 혼합하여 난연 바인더를 제조하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 단백질과 붕사를 혼합하여 접착성을 가지는 무기질 바인더를 제조하되, 단백질과 붕사에 소정의 열을 가해 탄화층을 형성하여 난연성이 부여된 바인더의 용이한 제조가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 난연 바인더의 제조시 멜라민, 실리카, 백분 및 폴리졸을 적어도 하나 이상 더 혼합하여 바인더의 접착성 및 결속력에 대한 유지력을 극대화하는 한편, 외부 충격으로부터 안정성을 향상시키며, 난연성에 자기 소화성이 더 부가된 바인더의 제조가 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단백질과 붕사를 이용한 난연 바인더 제조방법을 나타낸 순서도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속" 된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명은 단백질과 붕사를 혼합하여 접착성을 가지는 무기질 바인더를 제조하되, 단백질과 붕사에 소정의 열을 가해 탄화층을 형성하여 바인더에 난연성을 부여함과 동시에 멜라민, 실리카, 백분 및 폴리졸을 적어도 하나 이상, 또는 둘 이상을 더 혼합하여 바인더의 접착성 및 결속력에 대한 유지력을 극대화하는 한편, 외부 충격으로부터 안정성을 향상시키며, 난연성에 자기 소화성이 더 부가된 바인더를 제공하는 것이다.

특히, 본 발명은 바인더의 제조를 위해 사용되는 단백질의 경우, 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA) 물질에 의해 접착력이 강하고 수중에서도 그 접착력을 유지할 수 있다는 장점을 가지는 홍합접착단백질을 이용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 아교질 단백질, 당단백질 등과 같은 단백질을 사용할 수도 있음은 물론이다.

이와 같은 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 상온에서 단백질과 물을 혼합하는 단계(S110)가 수행된다.

상기 단백질과 물을 혼합하는 단계(S110)는, 단백질과 물이 각각 중량비로 1 : 5~10의 비율로 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 단계로 20℃~40℃ 범위 내에서 일정 시간 동안 혼합하는 단계이다.

여기서, 상기 단백질과 물을 혼합할 때 단백질의 혼합 비율이 너무 높은 경우, 즉 상기 단백질의 혼합비율이 물의 총 중량비에 비하여 20중량%를 초과하는 경우에는 1차 혼합물에 대한 농도가 지나치게 높게 형성되면서 후술할 붕사, 멜라민 수지 등과 같은 첨가제들과의 용이한 혼합이 이루어지지 못하게 되면서 바인더로서의 기능이 현저하게 떨어짐은 물론, 장시간 사용이 불가능하게 된다.

이에 따라 본 발명에서는 물의 혼합 비율에 따라 단백질의 혼합비율이 최저 10중량% 내지 20중량%의 비율로 혼합되며, 이때 물의 혼합 비율은 80중량% 내지 90중량%의 비율로 혼합되도록 함이 바람직하며, 최적의 혼합비율로는 단백질 100중량부일 때, 물 700중량부의 비율로 혼합됨이 가장 바람직하나, 이는 당업자가 용이하게 실시하기 위해 다양한 혼합비율로 변경 실시할 수 있을 것이다.

또한, 상기 단백질과 물의 혼합시 유지되는 온도가 20℃ 보다 미만으로 형성되는 경우에는 단백질이 응고되는 현상이 발생하면서 혼합 효율이 현저하게 떨어지게 되고, 40℃를 초과하는 경우에는 단백질의 반응 속도가 급격히 감소하게 되므로, 최저 20℃에서 최대 40℃의 온도 범위를 유지함이 바람직하며, 최적의 온도 범위로는 25℃~35℃ 범위를 유지하면서 상기 단백질과 물을 혼합함이 바람직하다.

또한, 상기 단백질과 물의 혼합시 스테인레스 재질로 구성되는 이중 자켓 교반탱크를 사용하여 혼합이 이루어지며, 교반 속도는 분당 200RPM~1,000RPM으로 회전하면서 1~4시간 동안 상기 단백질과 물을 혼합하도록 한다.

상기 단백질과 물을 혼합하는 단계(S110)에 의해 1차 혼합물의 제조가 완료되면, 상기 1차 혼합물에 붕사(Borax)를 일정 비율로 투입하여 2차 혼합이 이루어지는 단백질과 붕사를 혼합하는 단계(S120)가 수행된다.

단백질과 붕사를 혼합하는 단계(S120)는 상기 단백질과 물을 혼합하는 단계(S110)에 의해 형성된 1차 혼합물에 일정량의 붕사를 투입하여 혼합하는 단계이다.

이때, 상기 1차 혼합물과 붕사는 각각 중량비로 1 : 1~4의 비율로 혼합하여 2차 혼합물의 제조가 이루어지도록 하며, 혼합시 25℃~70℃ 범위 내에서 일정 시간 동안 혼합이 이루어지도록 함으로써, 일정 시간이 지난 이후에도 바인더가 변질되는 현상을 방지하게 된다.

여기서, 상기 1차 혼합물과 붕사를 혼합할 때 1차 혼합물의 혼합 비율이 총 중량에 있어서, 50중량%를 초과하는 경우에는 1차 혼합물에 대한 농도가 지나치게 높게 형성되면서 후술할 탄화층의 형성이 제대로 이루어지지 않게 되어 난연성 바인더의 효능이 현저하게 떨어지게 된다.

이에 따라 본 발명에서는 1차 혼합물의 혼합비율이 최저 25중량% 내지 50중량%의 비율로 혼합되며, 이때 붕사의 혼합 비율은 50중량% 내지 75중량%의 비율로 혼합되도록 함이 바람직하며, 최적의 혼합비율로는 1차 혼합물이 100중량부일 때, 붕사 250중량부의 비율로 혼합됨이 가장 바람직하나, 이는 당업자가 용이하게 실시하기 위해 다양한 혼합비율로 변경 실시할 수 있을 것이다.

또한, 상기 1차 혼합물과 붕사의 혼합시 25℃~70℃ 범위의 온도로 가열하면서 상기 1차 혼합물과 붕사를 혼합함이 바람직하다.

이는, 1차 혼합물과 붕사의 혼합시 최저 온도가 25℃ 이하로 형성되거나, 또는 최대온도 70℃를 초과하는 경우에는 탄화층의 형성이 원활하게 이루어지지 못하게 됨에 따라 본 발명에서는 25℃~70℃의 온도를 유지하면서 2차 혼합이 이루어지도록 한다.

또한, 상기 단백질과 물의 혼합시 스테인레스 재질로 구성되는 이중 자켓 교반탱크를 사용하여 혼합이 이루어지며, 교반 속도는 분당 1,000RPM~1,700RPM으로 회전하면서 2~6시간 동안 혼합하여 2차 혼합물을 제조한다.

이후, 상기 2차 혼합물에 일정량의 멜라민 수지를 더 혼합하는 단계가 수행된다.(S130)

상기 2차 혼합물과 멜라민 수지를 혼합하는 단계는, 난연성 바인더에 멜라민 수지를 추가하여 물에 강한 내수성을 부여하는 단계로서, 적정량의 멜라민 수지를 혼합하는 경우, 바인더의 접착성과 결속력 및 유지력을 향상시키는 효과를 제공하는 단계이다.

2차 혼합물과 멜라민 수지가 각각 중량비로 1 : 2~5의 비율로 혼합이 이루어지도록 함이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 멜라민 수지의 투입량은 상기 단밸질과 물을 혼합하는 단계(S110)에서 상기 물의 투입량에 따라 달라질 수 있다. 즉, 상기 물의 투입량 대비 40중량% 내지 60중량%의 비율로 상기 2차 혼합물과 혼합이 이루어지는 것이고, 상기 혼합 비율에 있어서 2차 혼합물과 멜라민 수지의 최대 혼합비율에 해당하는 1 : 5의 비율일 때, 멜라민 수지의 혼합량은 상기 물의 투입량 대비 최대 비율인 60중량%의 비율로 이루어지게 된다.

예를 들어, 상기 1차 혼합물의 제조를 위해 투입되는 물의 양이 700중량부이고, 2차 혼합물의 투입량은 100중량부일 때, 멜라민 수지의 투입량은 최소 280중량부 내지 최대 420중량부가 상기 2차 혼합물에 투입되어 혼합이 이루어지게 되는 것이다.

이후, 상기 3차 혼합물에 실리카 또는 백분을 더 혼합하는 단계를 수행한다.(S140)

3차 혼합물에 실리카를 더 혼합하는 단계(S140)는 바인더의 질감 및 흐름성을 더욱 부드럽게 하는 단계로서, 3차 혼합물에 실리카를 일정 비율로 혼합하여 4차 혼합물을 제조하는 단계이다.

상기 4차 혼합물 제조단계는 단백질, 물, 붕사 및 멜라민 수지가 일정 비율로 혼합된 3차 혼합물에 실리카를 더 추가하여 혼합하는 단계로서, 3차 혼합물과 실리카가 각각 중량비로 1 : 1~4의 비율로 상온에서 1~6시간 동안 혼합이 이루어지도록 함으로써, 바인더의 건조 후 단단해지면서 외부 충격으로부터 안정성을 향상시킴은 물론, 바인더의 색상이 백색으로 이루어질 수 있도록 하는 단계이다.

여기서, 4차 혼합물의 제조시, 실리카를 대신하여 백분이 사용될 수 있으며, 상기 백분이 3차 혼합물과 혼합될 때, 상기 실리카의 혼합비율과 동일한 혼합이 이루어지도록 함이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니며, 실리카에 백분을 1 : 1의 중량비로 혼합한 상태에서 상기 3차 혼합물과 혼합이 이루어지도록 할 수 있을 것이다.

이후, 상기 4차 혼합물에 폴리졸(Polysol)을 더 혼합하여 난연 바인더를 제조하는 단계를 수행한다.(S150)

상기 난연 바인더 제조단계는 폴리졸은 단백질 바인더에 접착력을 더욱 극대화하는 한편, 본 발명의 바인더에서 제공하는 난연성에 자기 소화성을 더 추가하여 제공하는 것으로, 상기 4차 혼합물과 폴리졸이 총 중량에 있어서 4차 혼합물 70중량% ~ 85중량%, 폴리졸 15중량% ~30중량%의 비율로 혼합하여 본 발명의 난연 바인더의 제조가 이루어지도록 하는 단계이다.

한편, 본 발명에서는 상기 폴리졸과 함께 인계난연제(phosphorus containing flame retardants)를 더 혼합하여 난연 바인더를 제조할 수 있다.

이때, 상기 폴리졸과 인계난연제는 각각 독립적으로 상기 4차 혼합물과 혼합되되, 동일한 비율로 혼합될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 폴리졸과 인계난연제가 1 : 1의 중량비로 혼합된 후, 4차 혼합물과 혼합될 수 있을 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 난연 바인더는 외부에서 열이 가해진다 하더라도 탄화층의 형성으로 인해 수축이 발생하지 않고, 바인더 본연의 성질을 유지할 수 있는 것이다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하며, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

또한, 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 홍합접착단백질, 아교질 단백질, 당단백질 중 어느 하나로 이루어진 단백질과 붕사를 이용한 난연 바인더 제조방법에 있어서,
   (a) 단백질과 물이 각각 중량비로 1 : 5~10의 비율로 혼합하며, 혼합시 20℃~40℃의 온도 범위 내에서 1~4시간 동안 혼합하여 1차 혼합물을 제조하는 단계;
   (b) 중량비로 상기 1차 혼합물 25중량% ~ 50중량%와, 붕사 50중량% ~ 75중량%를 25℃~70℃ 범위의 온도로 2~6시간 동안 혼합하여 탄화층을 형성하는 2차 혼합물을 제조하는 단계;
   (c) 상기 2차 혼합물과 멜라민 수지가 각각 중량비로 1 : 2~5의 비율로 혼합하여 내수성, 바인더의 접착성과 결속력 및 유지력을 향상시키는 3차 혼합물을 제조하는 단계;
   (d) 실리카와 백분이 1 : 1의 중량비로 혼합된 상태에서 상기 3차 혼합물과 각각 중량비로 1 : 1~4의 비율로 혼합되며, 상온에서 1~6시간 동안 혼합하여 난연 바인더의 색상이 백색으로 이루어지도록 하는 4차 혼합물을 제조하는 단계; 및
   (e) 폴리졸(Polysol)과 인계난연제(phosphorus containing flame retardants)를 1 : 1의 중량비로 혼합한 후 상기 4차 혼합물과 혼합하여 난연 바인더를 제조하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 단백질과 붕사를 이용한 난연 바인더 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 (c) 단계는,
   2차 혼합물이 100중량부일 때, 상기 멜라민 수지의 투입량은 최소 280중량부 내지 최대 420중량부를 추가하여 상기 2차 혼합물과 혼합되는 것을 특징으로 하는 단백질과 붕사를 이용한 난연 바인더 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 (d) 단계는,
   상기 4차 혼합물의 제조시 상기 실리카 또는 백분이 각각 단독으로 상기 3차 혼합물과 각각 중량비로 1 : 1~4의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 단백질과 붕사를 이용한 난연 바인더 제조방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 (e) 단계는, 상기 4차 혼합물과 폴리졸 및 인계난연제가 혼합된 혼합물이 총 중량에 있어서 4차 혼합물 70중량% ~ 85중량%, 폴리졸 및 인계난연제의 혼합물 15중량% ~30중량%의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 단백질과 붕사를 이용한 난연 바인더 제조방법.
   
   
5. 삭제

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