KR102050273B1 - 2-액형 에폭시 접착제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비스페놀 A형 에폭시수지, 고무변성 에폭시수지, 카르복실기 변성 에폭시수지 등의 주재성분과 경화제성분을 혼합하여 접착제를 제조함으로써, 학교, 주택, 공장 등의 노면이나 공항 활주로면 등에 매설형 절연장치를 설치할 때 T자형 캡을 매개로 전열선이 내장된 전열봉의 양단부와 전열봉에 전원을 공급하는 전선의 연결부위를 접착제로 밀봉하여 겨울철에 눈이 내릴 때 눈이 쌓이는 것을 방지하고 노면의 빙결을 방지하여 안전사고를 예방하는 것은 물론 접착성, 내수성, 내충격성 등 기계적 물성 및 저온경화성이 우수하며, 건조성이 빨라 겨울철에도 안정적으로 켑을 밀봉할 수 있는 것에 장점이 있다.

Description

2-액형 에폭시 접착제 조성물{2-Component epoxy adhesive composition}

본 발명은 2액형 에폭시 접착제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비스페놀 A형 에폭시수지, 고무변성 에폭시수지, 카르복실기 변성 에폭시수지 등의 주재성분과 경화제성분을 혼합하여 접착제를 제조함으로써, 접착성, 내충격성 등 기계적 물성 및 저온경화성이 우수하여 건조가 빨라 매설형 절연장치의 켑을 밀봉할 때 신속히 접착시킬 수 있는 것에 특징이 있는 2액형 에폭시 접착제 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 매설형 전열장치는 학교, 주택, 공장의 노면이나 공항 활주로면 등에 설치하여 겨울철에 눈이 내릴 때 눈이 쌓이는 것을 방지하고 그리고 노면에 고인 빗물이나 눈이 녹아내린 물이 얼어 빙결되는 것을 방지하여 안전사고를 예방하기 위해 설치하는 것이다.

그런데 오늘날 매설되어 있는 절연장치들은 발열봉과 전선을 결합할 때 사용되는 접착제가 일정기간이 경과하면 접착력이 떨어져 이로 인해 주변환경에서 제공되는 수분 등에 의해 절연장치가 누전되어 전원이 단락되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명자는 다양한 방법으로 매설형 절연장치에 대해 연구한 결과 T자형 밀봉캡의 개발을 완성하였으며, 이를 바탕으로 특허출원하여 특허 제10-0322279호(2002.01.14) "매설형 전열 장치", 특허 제10-0834434호"(2008.05.27) "매설형 전열장치 시설체, 그 제조방법 및 이에 사용되는 Ｔ형 밀봉 하우징", 특허 제10-1081344호(2011.11.02) "매설형 전열장치 및 그 전열장치 제조방법" , 특허 제10-1124979호(2012.03.02) "매설형 전열장치의 티자형 밀봉캡", 특허 제10-1743016호(2017.05.29) "건축물 바닥 난방장치", 등의 기술로 특허등록을 받았다.

그러나 상기와 같이 개발하여 특허등록한 매설형 절연장치에 결합된 T자형 밀봉캡은 전열선이 내장된 전열봉의 양단부와 전열봉에 전원을 공급하는 전선의 연결부위를 감싸기 위해 접착제를 내장하여 밀봉하는데 본 발명자는 그동안 시중에서 거래되는 접착제 중에서 접착력이 강한 것으로 예측되는 접착제를 선택하여 사용하였으나, 절연장치를 매설 후 일정한 기간이 경과하자 절연장치가 누전되어 전원이 단락되는 문제점이 발생하였다.

한편, 매설형 플라스틱 등에 사용되는 접착제를 개발하여 특허출원된 내용을 살펴보면, 공개번호 제10-2018-0118210호에 a) 30 내지 60 부의 C2-C14 (메트)아크릴 에스테르 단량체, b) 30 내지 70 부의 메틸 (메트)아크릴레이트 단량체, c) 2 내지 15 부의 비닐 에스테르 단량체, 및 d) 01 내지 5 부의, i) 산 작용성 단량체, ii) (메트)아크릴아미드 단량체 또는 iii) 하이드록시알킬 (메트)아크릴레이트 단량체 중 하나를 포함하며, a) 내지 d)의 합계는 100 중량부인 가교결합된 접착성 공중합체 조성물이 알려져 있으며, 공개번호 제10-2018-0015215호에 a. 15 내지 50 부의 테트라하이드로푸르푸릴 (메트)아크릴레이트 공중합체, b. 25 내지 50 부의 에폭시 수지 성분, c. 5 내지15 부의 액체 폴리에테르 폴리올, d. 10 내지 25 부의 하이드록시-작용성 필름-형성 중합체(이때, a) 내지 d)의 합은 100 중량부임) 및 e. a) 내지 d) 100 부에 대해 0.1 내지 1 부의 양이온성 광개시제를 포함하는 경화성 조성물이 알려져 있으나, 상기 접착제 조성물들은 매설형 절연장치에 전열선이 내장된 전열봉의 양단부와 전열봉에 전원을 공급하는 전선의 연결부위를 밀봉하는 접착제 조성물을 제공하는 것은 아니었다.

따라서 본 발명자는 당사의 매설형 절연장치에 적합한 접착제를 개발하고자 지속적으로 연구하여 개발하였으며, 개발한 접착제를 당사의 매설형 절연장치의 T자형 밀봉캡에 사용하여 절연장치를 매설한 결과 사용연한의 경과 후에도 전원공급이 유지되는 것을 확인하였다.

대한민국 공개번호 제10-2018-0118210호(2018.10.30) 대한민국 공개번호 제10-2018-0015215호(2018.02.12)

상기의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 본 발명은 비스페놀 A형 에폭시수지, 고무변성 에폭시수지, 카르복실기 변성 에폭시수지 등의 주재성분과 경화제성분을 혼합하여 접착제를 제조함으로써, 매설형 절연장치를 설치할 때 T자형 캡을 접착제로 밀봉하여 그동안 절연장치가 누전되어 전원이 단락되는 문제점을 해소하여 겨울철에 노면의 빙결을 방지함으로 인해 안전사고를 예방하고 또한 접착성, 내수성, 내충격성 등 기계적 물성 및 저온경화성이 우수하며 건조가 빨라 겨울철에 매설형 절연장치를 시공하여도 T자형 캡을 밀봉할 수 있는 것을 특징으로 하는 2-액형 에폭시 접착제 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은 (a) 비스페놀 A형 에폭시 수지. (b)고무변성 에폭시 수지, (c)카르복실기 변성 에폭시 수지, (d)충진제, (e)첨가제를 포함하는 주제성분 80~90 중량%와 경화제성분 10~20 중량%를 혼합하는 것을 과제의 해결 수단으로 한다.

상기에서 주제성분은 (a) 비스페놀 A형 에폭시 수지 25~35 중량%. (b)고무변성 에폭시 수지 15~25 중량%, (c)카르복실기 변성 에폭시 수지 5~10 중량%, (d)충진제 40~50 중량%, (e)첨가제 0.1~1 중량%로 이루어지며, 상기 경화제성분은 폴리아마이드-6, 폴리아마이드-66, 테레프탈산계 폴리아마이드, 이소프탈산계 폴리아마이드, 지방족 폴리아마이드, 방향족 폴리아마이드, 폴리아마이드아민 및 이들의 공중합체 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용하되, 상기 주재성분은 점도(cps at 25℃) 20,000~30,000, 비중 1.35~1.55이며, 경화제성분은 점도(cps at 25℃) 2,000~4,000, 비중 0.95~1.02인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 비스페놀 A형 에폭시 수지는 평균분자량이 1000 내지 10000인 디글리시딜에테르비스페놀 A형 에폭시 수지이며, 상기 고무변성 에폭시 수지는 스틸렌부타디엔고무, 아크릴로니트릴고무, 에틸렌프로필렌고무, 에틸렌부타디엔디엔고무, 실리콘고무의 변성에폭시수지이다.

또한 상기 충진제는 탄산칼슘 55~65 중량%, 탈크 30~40 중량%, 흄드실리카 1~5 중량%를 포함하며, 상기 첨가제는 우레탄(메타)아크릴레이트 프리폴리머, 에폭시(메타)아크릴레이트 프리폴리머, 및 아크릴(메타)아크릴레이트 프리폴리머 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하면 된다.

상기 구성을 갖은 본 발명에 따른 2-액형 에폭시 접착제 조성물은 비스페놀 A형 에폭시수지, 고무변성 에폭시수지, 카르복실기 변성 에폭시수지 등의 주재성분과 경화제성분을 혼합하여 접착제를 제조함으로써, 학교, 주택, 공장 등의 노면이나 공항 활주로면 등에 매설형 절연장치를 설치할 때 T자형 캡을 매개로 전열선이 내장된 전열봉의 양단부와 전열봉에 전원을 공급하는 전선의 연결부위를 접착제로 밀봉하여 겨울철에 눈이 내릴 때 눈이 쌓이는 것을 방지하고 노면의 빙결을 방지하여 안전사고를 예방하는 것은 물론 접착성, 내수성, 내충격성 등 기계적 물성 및 저온경화성이 우수하며, 건조성이 빨라 겨울철에도 안정적으로 켑을 밀봉할 수 있는 것에 장점이 있다.

상기와 같은 효과를 달성하기 위한 본 발명은 2-액형 에폭시 접착제 조성물에 관한 것으로서, 본 발명을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위 내에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 (a) 비스페놀 A형 에폭시 수지. (b)고무변성 에폭시 수지, (c)카르복실기 변성 에폭시 수지, (d)충진제, (e)첨가제를 포함하는 주제성분 80~90 중량%와 경화제성분 10~20 중량%를 혼합하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 주재성분에서 (a)비스페놀 A형 에폭시수지는 혼합물의 종류에 따라 다양한 물성의 변화가 가능할 뿐만 아니라, 에테르 결합의 회전 가능성에 의해 가소성을 가지며, 수산기와 탄화수소의 규칙성으로 인해 접착성이 뛰어나며, 내수성, 방청성이 우수하며, 또한, 내충격성이 우수하여 차량 등의 하중에도 견딜 수 있는 장점이 있는 것으로서, 그 사용량은 주재성분 100 중량%에 대해 25~35 중량%를 혼합하는 것이 적합하다. 상기 비스페놀 A형 에폭시수지의 혼합량이 25 중량% 미만일 경우에는 접착제의 나타내고자 하는 기계적 물성이 저하될 우려가 있고, 상기 비스페놀 A형 에폭시수지의 혼합량이 35 중량%를 초과할 경우에는 접착제에 혼합되는 기타 첨가물의 혼합량 저하로 내충격성 등이 약해질 우려가 있다.

그리고 상기 비스페놀 A형 에폭시수지는 평균분자량이 1,000 내지 10,000인 디글리시딜에테르비스페놀 A형 에폭시수지를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 디글리시딜에테르비스페놀 A형 에폭시수지의 평균분자량이 1,000 미만일 경우 수지를 구성하는 단위체의 수가 감소하여 접착제의 접착성 및 반응성이 저하될 우려가 있으며, 상기 디글리시딜에테르비스페놀 A형 에폭시수지의 평균분자량이 10,000을 초과할 경우 접착제의 경화된 강도 등에 문제점이 발생할 우려가 있다.

주재성분에서 (b)고무변성 에폭시수지는 점도(cps)가 4,000~7,000인 것으로서, 접착제의 충격강도를 보강하고 작업성을 향상시키기 위해 혼합하며, 그 혼합량은 주재성분 100 중량%에 대해 15~25 중량%를 혼합하는 것이 적합하다. 상기 고무변성 에폭시수지의 혼합량이 15 중량% 미만일 경우 접착제의 물성을 보강하는데 어려움이 있고, 상기 고무변성 에폭시수지의 혼합량이 25 중량%를 초과할 경우 접착제의 물성을 보강하고 작업성은 향상시킬 수 있으나 사용량에 비해 그 효과가 미약하다.

그리고 상기 고무변성 에폭시수지는 스틸렌부타디엔고무, 아크릴로니트릴고무, 에틸렌프로필렌고무, 에틸렌부타디엔디엔고무, 실리콘고무의 변성 에폭시수지 중에서 1종 또는 2종 이상을 선택하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

주재성분에서 (c)카르복실기 변성 에폭시수지는 말단에 카르복실기가 붙은 부타디엔 아크릴로 니트릴로 변성시킨 것으로, 평균분자량은 3,000 내지 10,000이며, 접착제의 경화 도막 등의 물성 향상을 위해 사용하는 것으로서, 그 혼합량은 주재성분 100 중량%에 대해 5~10 중량%를 혼합하는 것이 적합하다. 상기 카르복실기 변성 에폭시수지의 혼합량이 5 중량% 미만일 경우 접착제의 경화 도막의 강도가 저하될 우려가 있고, 상기 카르복실기 변성 에폭시수지의 혼합량이 10 중량%를 초과할 경우 접착제의 경화 도막의 물성은 향상될 수 있으나 기타 혼합물의 사용량 저하로 기계적 물성이 변질될 우려가 있다.

주재성분에서 (d)충진제는 첨가되는 물질들을 혼합할 때 분포도의 상태를 유지하며, 접착제의 기계적 물성과 내열성을 향상시키기 위해 첨가하는 것으로서, 그 혼합량은 주재성분 100 중량%에 대해 40~50 중량%를 혼합하는 것이 적합하다. 상기 충진제의 혼합량이 40 중량부 미만일 경우 접착제의 기계적 물성 등이 저하할 우려가 있고, 상기 충진제의 혼합량이 50 중량%를 초과할 경우 상대적으로 다른 첨가물의 혼합량 부족으로 접착제의 흐름성이 저하되어 작업성이 떨어질 우려가 있다.

한편, 상기 충진제는 탄산칼슘, 흄드 실리카, 탈크를 혼합하여 사용하는 것이 적합하나 바람직하게는 충진제 100 중량% 중에서 탄산칼슘 55~65 중량%, 탈크 30~40 중량%, 흄드실리카 1~5 중량%를 혼합하여 사용하는 것이 가장 적합하다.

주재성분에서 (e)첨가제는 첩착제의 경화속도를 조절하여 접착강도와 같은 물성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 그 혼합량은 주재성분 100 중량%에 대해 0.1~1 중량%를 혼합하는 것이 적합하다. 상기 첨가제의 혼합량이 0.1 중량% 미만일 경우 접착제의 경화속도가 빨라져 물성이 저하될 우려가 있고, 상기 첨가제의 혼합량이 1 중량%를 초과할 경우 접착제의 경화속도의 감소로 인해 작업성이 떨어질 우려가 있다.

한편, 상기 첨가제는 우레탄(메타)아크릴레이트 프리폴리머, 에폭시(메타)아크릴레이트 프리폴리머, 및 아크릴(메타)아크릴레이트 프리폴리머 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용할 수 있으나, 바람직하게는 3 성분들의 장점과 단점을 감안하여 중량비로서 각각 1:1:1의 비율로 혼합한 첨가제를 사용하는 것이 가장 적합하다.

상기와 같이 제조되는 주재성분은 점도(cps at 25℃) 20,000~30,000, 비중 1.35~1.55 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 주재성분의 점도 및 비중의 범위가 상기 범위를 벗어날 경우에는 내수성, 내충격성 등 기계적 물성이 변질되어 접착력이 저하될 우려가 있다.

본 발명에서 경화제성분은 동절기에 저온경화성이 우수하고 건조성이 빠른 타입의 폴리아마이드로서, 점도(cps at 25℃) 2,500~3,500, 비중 0.96~1.02, 활성수소 당량 180∼260 범위를 갖는 것을 사용하는 것이 적합하다.

그리고 상기 폴리아마이드는 폴리아마이드-6, 폴리아마이드-66, 테레프탈산계 폴리아마이드, 이소프탈산계 폴리아마이드, 지방족 폴리아마이드, 방향족 폴리아마이드, 폴리아마이드아민 및 이들의 공중합체 중에서 1종 또는 이상을 선택하여 사용하는 것이 가장 적합하다.

한편, 상기와 같이 제조되는 2-액형 에폭시 접착제는 주제성분 80~90 중량%와 경화제성분 10~20 중량%를 첨가하고 이를 상온에서 혼합하여 2-액형 에폭시 접착제를 제조할 수 있다. 상기 주재성분의 혼합량이 80 중량% 미만이거나 경화제성분의 혼합량이 20 중량%를 초과할 경우에는 접착제의 경화속도가 너무 빨라져 접착제의 경화 도막의 기계적 물성이 저하될 우려가 있고, 상기 주재성분의 혼합량이 90 중량%를 초과하거나 경화제성분의 혼합량이 10 중량% 미만일 경우에는 접착제의 경화속도가 느려져 작업성이 떨어지며, 접착력이 저하될 우려가 있다.

그리고 상기와 같이 제조되는 2-액형 에폭시 접착제 조성물은 에폭시수지로 조성되는 주재성분과 폴리아마이드인 경화제성분을 혼합하여 접착제를 제조함으로써, 학교, 주택, 공장 등의 노면이나 공항 활주로면 등에 매설형 절연장치를 설치할 때 T자형 캡을 매개로 전열선이 내장된 전열봉의 양단부와 전열봉에 전원을 공급하는 전선의 연결부위를 접착제로 완전히 밀봉함에 따라 절연장치가 누전되어 전원이 단락되는 문제점을 해소할 수 있어 겨울철에 눈이 내려도 즉시 눈을 녹일 수 있어 눈이 쌓이는 것을 방지하고 노면의 빙결을 차단하여 안전사고를 예방하는 것은 물론 접착성, 내수성, 내충격성 등 기계적 물성 및 저온경화성이 우수하고 건조가 빨라 추운날에도 안정적으로 켑을 밀봉할 수 있는 것에 장점이 있다.

이하, 본 발명의 구성을 실시예를 통해 상세히 설명하면 다음과 같으며, 본 발명의 구성은 반드시 하기 실시예에 의해서만 한정하는 것은 아니다.

1. 주제성분의 제조

디글리시딜에테르비스페놀 A형 에폭시수지 30 중량%. 아크릴로니트릴고무변성 에폭시수지 20 중량%, 카르복실기 변성 에폭시수지 5 중량%, 탄산칼슘 22 중량%, 탈크 20 중량%, 흄드실리카 2 중량%, 우레탄(메타)아크릴레이트 프리폴리머, 에폭시(메타)아크릴레이트 프리폴리머, 아크릴(메타)아크릴레이트 프리폴리머를 1:1:1로 혼합한 첨가제 1 중량%를 반응용기에 투입한 후 상온에서 1시간 동안 교반하여 점도 27,500, 비중 1.40인 주제성분을 제조하였다.

2. 경화제성분

경화제 성분은 점도 2,700, 비중 0.98인 폴리아마이드아민을 사용하였다.

3. 2-액형 에폭시 접착제의 제조

(실시예 1)

주재성분 80 중량%와 경화제성분 20 중량%를 혼합하여 상온에서 2-액형 에폭시 접착제를 제조하였다.

(실시예 2)

주재성분 90 중량%와 경화제성분 10 중량%를 혼합하여 상온에서 2-액형 에폭시 접착제를 제조하였다.

(비교예 1)

국내 A사에서 제조한 2-액형 에폭시 접착제를 사용하였다.

(비교예 2)

국내 B사에서 제조한 2-액형 에폭시 접착제를 사용하였다.

4. 시험방법

KS M 3015 : 열경화성 플라스틱 일반시험방법에 따라 내전압, 절연저항, 인장강도, 경도를 측정하였으며, 그 결과는 [표 1]과 같다.

구분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
내 전압(KV/mm)	16.4	16.6	15.2	14.4
절연저항(Ω CM)	1.0×1016	1.0×1016	1.0×1014	1.0×1013
경도(Shore D)	92	90	80	68
인장강도(Kg/㎠)	102	98	88	80

상기 [표 1]에 의하면 실시예 1 및 실시예 2는 본 발명에서 규정하는 범위 내로 혼합물을 첨가하여 제조한 주재성분과 경화제성분을 일정한 비율로 혼합하여 접착제를 제조함으로써, 내 전압, 절연저항, 경도, 인장강도와 같은 기계적 물성에 있어 우수한 결과를 나타냈으나, 비교예 1의 경우에는 열경화성 플라스틱용 접착제의 사용기준에는 적합하지만 내 전압, 절연저항, 경도, 인장강도에 있어 실시예 1 및 실시예 2에 비해 기계적 물성이 떨어지는 것으로 평가되었다. 그리고 비교예 2의 경우에는 절연저항, 경도에 있어 물성이 매우 낮은 것으로 평가되었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 2-액형 에폭시 접착제 조성물은 상기의 바람직한 실시 예를 통해 설명하고, 그 우수성을 확인하였지만 해당 기술분야의 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

1. (a)평균분자량이 1,000~10,000인 디글리시딜에테르비스페놀 A형 에폭시 수지 25~35 중량%. (b)고무변성 에폭시 수지 15~25 중량%, (c)카르복실기 변성 에폭시 수지 5~10 중량%, (d)탄산칼슘 55~65 중량%, 탈크 30~40 중량%, 흄드실리카 1~5 중량%를 혼합한 충진제 40~50 중량%, (e)첨가제 0.1~1 중량%를 혼합하며, 점도(cps at 25℃) 20,000~30,000, 비중 1.35~1.55인 주제성분 80~90 중량%와 점도(cps at 25℃) 2,000~4,000, 비중 0.95~1.02인 경화제성분 10~20 중량%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 2-액형 에폭시 접착제 조성물.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 경화제성분은 폴리아마이드-6, 폴리아마이드-66, 테레프탈산계 폴리아마이드, 이소프탈산계 폴리아마이드, 지방족 폴리아마이드, 방향족 폴리아마이드, 폴리아마이드아민 및 이들의 공중합체 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 2-액형 에폭시 접착제 조성물.
   
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 고무변성 에폭시 수지는 스틸렌부타디엔고무, 아크릴로니트릴고무, 에틸렌프로필렌고무, 에틸렌부타디엔디엔고무, 실리콘고무의 변성에폭시수지인 것을 특징으로 하는 2-액형 에폭시 접착제 조성물.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 첨가제는 우레탄(메타)아크릴레이트 프리폴리머, 에폭시(메타)아크릴레이트 프리폴리머, 및 아크릴(메타)아크릴레이트 프리폴리머 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 2-액형 에폭시 접착제 조성물.
   
   
   
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