KR102060315B1 - 목질 및 천연섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지 및 그 제조방법 - Google Patents

목질 및 천연섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

목질 및 천연섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지로서, 100 중량부의 열경화형 접착수지; 0 내지 10 중량부의 염화암모늄 경화제; 및 0 내지 20 중량부의 중탄산나트륨 발포제를 포함하는 것을 특징으로 하는 목질 및 천연섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지가 제공된다. 본 발명에 따르면, 요소수지에 발포제와 경화제를 배합함으로써 요소수지를 당초 부피에 비하여 5배 이상 발포시킬 수 있었다. 따라서, 이러한 발포 수지를 경량 식물성 재료를 이용한 보드제조에 적용함으로써 소량으로도 보다 많은 면적에 접착제를 도포할 수 있다. 특히 저비중 보드 제조시 필연적으로 발생하게 되는 보드 내 공극을 발포수지가 채워줌으로써 물리적 및 강도적 성능 개선에 기여할 수 있을 뿐만아니라 접착제 첨가량 감소에 따른 경제적인 이익과 포름알데하이드 방산량 절감에 따른 환경적인 측면에서도 큰 가치를 창조할 수 있을 것으로 기대된다. 따라서 본 기술이 실제 산업현장에서 천연 섬유질 보드제조 공장에서 적용된다면 매우 획기적인 제조 방법으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

Description

목질 및 천연섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지 및 그 제조방법{Foaming type adhesive resin for wood-based materials and manufacturing method for the same}
본 발명은 목질 및 천연섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경량 식물성재료(ligno-cellulosic materials)를 이용한 보드제조에 적용함으로써 소량으로도 보다 많은 면적에 접착제를 도포할 수 있으며, 특히 저비중 보드 제조시 필연적으로 발생하게 되는 보드 내 공극을 발포수지가 채워줌으로써 물리적 및 강도적 성능 개선에 기여할 수 있는, 목질 및 천연섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
목재 및 목재 파티클을 성형하여 접착하는 경우 요소-포름알데하이드 수지, 멜라민-포름알데하이드 수지, 페놀-포름알데하이드 수지 등과 같은 열경화성 수지에 기초한 접착 시스템을 사용하는 것이 통상적이다. 이것은 예를 들면 아미노계 수지 또는 페놀수지일 수 있다. 목재 및 목질재료용 접착제에 있어서의 중요한 성질은 접착강도(접착력), 경화시간 그리고 온도, 내수성 그리고 포름알데하이드의 방출이다.
집성목재(Glued Laminated Timber), 합판(plywood), 그리고 다른 외장용의 제품과 같은 일부 접착된 목재 제품의 경우에 고도의 내수성과 치수안정성이 요구된다. 외장용 접착제로는 멜라민-포름알데하이드 수지 접착제와 페놀-포름알데하이드 수지에 기초한 접착제가 고도의 내수성이 요구되는 경우 통상적으로 사용된다. 또한 실내용으로 사용되는 섬유판(Fiber board)와 파티클보드(Particleboard)의 제조에는 비교적 내수성이 약한 요소-포름알데하이드 수지 접착제가 사용되고 있다.
요소수지와 멜라민수지 등 아미노계 수지는 알데하이드 같은 카보닐 화합물과 요소, 멜라민의 축합물(condensate)이거나 또는 멜라민과 다른 아미노, 이미노 또는 아마이드 그룹을 함유하는 화합물과의 조합이다. 대부분의 통상적인 요소수지와 멜라민 수지는 포름알데하이드와 요소 또는 멜라민 단독 또는 멜라민 및 요소의 축합물로서, 멜라민-포름알데하이드('MF') 그리고 멜라민-요소-포름알데하이드('MUF')를 제공한다. MUF 수지는 또한 MF 수지와 UF 수지를 혼합함으로써 제조될 수 있다. 요소, 멜라민 등 아미노계 수지는 대개 산성 경화제 조성물을 사용함으로써 경화된다. 멜라민에 기초한 수지 그리고 페놀에 기초한 수지에 근거한 접착제로부터 자유 포름알데하이드, 특히 포름알데하이드의 방출은 문제가 되고 있다. 포름알데하이드는 포름알데하이드에 기초한 요소, 멜라민 아미노 수지에 자유 포름알데하이드로서 다양한 정도로 존재할 뿐 아니라, 경화되는 동안, 그리고 제조 후 사용 중에 수지로부터 방출된다. 이것은 경화 전의 취급 및 수지의 적용, 그리고 경화 후의 최종 제품으로부터의 방출 문제 모두에서 환경 문제를 일으킨다. 페놀 수지는 또한 경화되는 동안 그리고 수지를 취급하는 동안 포름알데하이드를 방출한다.
특히, 억새와 같이 경량의 식물재료로서 파티클보드, 섬유판 등을 제조하기 위해서는 보다 많은 양의 접착제가 사용되어야 하는데, 이 경우, 상술한 바와 같이 포름알데하이드와 같은 물질이 다량 방출될 수 밖에 없다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 억새와 같은 경량의 식생재료로 목질재료, 특히 목질(천연섬유질)판상재료를 제조하는 경우, 저비중, 고강도, 치수안정성 개선, 낮은 포름알데하이드 방출량 등에 특히 유용하며, 친환경적인 천연섬유질 재료 제조용 접착수지를 제조하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 목질 및 천연섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지로서, 100 중량부의 열경화형 접착수지; 0 내지 10 중량부의 염화암모늄 경화제; 및 0 내지 20 중량부의 중탄산나트륨 발포제를 포함하는 것을 특징으로 하는 목질 및 천연섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열경화형 접착수지는 요소수지이며, 상기 중탄산나트륨은 상기 염화암모늄 경화제와 반응하여 상기 접착수지에서 발포한다.
본 발명은 또한 목질 및 천연섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지 제조방법으로, 상기 방법은, 100 중량부의 열경화형 접착수지, 0 내지 10 중량부의 염화암모늄 경화제 및 0 내지 20 중량부의 중탄산나트륨 발포제를 혼입하는 단계; 및 상기 혼입된 접착수지를 3 내지 20분간 상온에서 발포시키는 단계와 수지를 목재 또는 섬유질 파티클(목재 또는 억새 파티클)에 도포한 후 열압기 내에서 도포된 수지가 경화하는 동안 발포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 목질 재료 접착용 발포성 접착수지 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열경화형 접착수지는 요소수지, 수용성 페놀수지 및 멜라민 수지를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상이며, 상기 중탄산나트륨은 상기 염화암모늄 경화제와 반응하여 상기 접착수지에서 발포한다.
본 발명은 상술한 방법에 의하여 제조된 목질 및 천연섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지를 함유하는 것을 특징으로 하는 저비중 목질보드 또는 천연 섬유질보드를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 저비중 천연섬유질 보드는 억새 파티클로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 요소수지에 발포제와 경화제를 배합함으로써 요소수지를 당초 부피에 비하여 5배 이상 발포시킬 수 있었다. 따라서, 본 발명에 따른 발포 접착수지를 목질섬유질, 목재파티클, 억새파티클 등 경량 식물성 재료를 이용한 보드제조에 적용함으로써 기존의 목질섬유질, 목재파티클, 억새파티클 중량 대비 첨가하던 접착제 첨가량을 발포시킴으로써 소량으로도 보다 많은 면적에 접착제를 도포할 수 있다. 특히, 저비중보드 제조시 필연적으로 발생하게 되는 보드 내 공극을 발포수지가 채워줌으로써 물리적 및 강도적 성능 개선에 기여할 수 있을 것으로 기대되어 이는 실제 섬유질 보드제조 공장에서 적용시 매우 획기적인 제조 방법으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 요소수지 100 중량부에 염화암모늄 경화제를 사용하지 않은 상태에서 발포제만 0 또는 10 중량부로 사용하여 0 내지 12분간 상온에서 발포시킨 후의 사진이다.
도 2는 요소수지 100 중량부에 경화제 3 중량부, 그리고 중탄산나트륨 발포제를 5, 10 15 중량부로 사용한 접착수지의 사진이다. 여기에서 상기 사진의 좌측부터 발포제가 5 중량부, 10 중량부, 15 중량부로 사용하였다.
도 3은 본 발명에 따른 발포접착수지를 사용한 저비중 파티클보드 배율에 따른 단면 사진이고, 도 4는 통상의 요소수지(미발포수지 사용)를 접착수지로 사용한 저비중 파티클보드의 사진이다.
도 5 내지 8은 본 발명에 따른 발포수지와, 통상의 미발포 수지를 사용한 억새로 제조한 파티클보드에 대한 비중(specific gravity), 함수율(moisture content), 휨강도(modulus of rupture, MOR) 및 수분흡수량(water sbsorption)에 대한 시험결과 그래프이다.
도 9는 보드 밀도에 따른 휨 강도의 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른, 접착수지 및 그 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
또한 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 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 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 목질재료(식물성 섬유질재료) 접착용 발포성 접착수지로서, 100 중량부의 열경화형 접착수지; 0 내지 5 중량부의 염화암모늄 경화제; 및 0 내지 20 중량부의 중탄산나트륨 발포제를 포함하는 것을 특징으로 하는 목질재료(식물성 섬유질 재료) 접착용 발포성 접착수지를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서, 염화암모늄과 중탄산나트륨은 함께 사용되어 요소수지 내에서 발포되며, 상기 수치범위를 초과하는 경우, 요소수지에 의한 접착효과가 떨어지며, 상기 수치 범위 미만인 경우, 발포효과가 떨어진다.
본 발명은 특히 물과 요소, 멜라민, 페놀을 사용하는 통상의 요소, 멜라민, 페놀 접착수지와, 상기 요소 접착수지에 사용되는 염화암모늄(NH4Cl) 경화제, 그리고 경화제와 반응하여 발포하는 발포제인 중탄산나트륨((NaHCO3)을 동시에 사용한다. 상기 중탄산나트륨은 수지 용액내에서 염화암모늄과 반응하여 무려 5배 이상으로 발포하게 된다. 그 결과, 동일 중량에 비해서 5배 이상의 부피를 갖는 접착 수지 제조가 가능하며, 상기 제조된 접착 수지는 억새 등과 같은 식물로 이루어진 식물성 섬유질재료에 도포되어, 강한 강도의 저비중 섬유질 보드(비중 0.5이하)나 합판, 집성재, 단판적층재 등의 제조가 가능하다.
도 1은 요소수지 100 중량부에 염화암모늄 경화제를 사용하지 않은 상태에서 발포제만 0 또는 10 중량부로 사용하여 0 내지 12분간 상온에서 발포시키는 후의 사진이다.
도 1을 참조하면, 발포제를 사용하였음에도 불구하고, 발포가 전혀 이루어지지 않음을 알 수 있다.
반면, 도 2는 요소수지 100 중량부에 경화제 3 중량부, 그리고 중탄산나트륨 발포제를 5, 10 15 중량부로 사용한 접착수지의 사진이다. 여기에서 상기 사진의 좌측부터 발포제가 5 중량부, 10 중량부, 15 중량부로 사용하였다.
도 2를 참조하면, 경화제 사용에 따라 발포가 진행되며, 특히 9분 이후 발포가 활발히 진행됨을 알 수 있다.
상기 도 1 및 2의 결과로부터 본 발명에 따른 접착 수지는 염화암모늄 경화제와 반응하여 발포하는 중탄산나트륨을 사용하며, 이로써 발포 효과가 극대화되는 것을 알 수 있다. 또한 상온에서 상기 요소계 접착수지, 경화제, 발포제를 혼입한 상태에서 발포시키는 시간은 3 내지 20분, 특히 9분 이상이 적절하다는 것을 알 수 있다.
상기 제조된 접착 수지를, 본 발명자는 억새와 같은 경량 식물 입자를 이용한 보드 제조에 사용하였다. 특히 발포 효과에 따라 부피가 커진 접착 수지를 경량 재질의 보드에 사용하여, 강도 및 내수성을 강화시키는 효과를 달성하였다.
도 3은 본 발명에 따른 발포수지를 억새파티클에 도포시켜 제조된 억새 파티클보드의 배율에 따른 단면 사진이고, 도 4는 통상의 요소-포름알데하이드 수지(미발포 수지)를 접착수지로 사용한 동일 재질의 파티클보드 단면 사진이다.
도 3 및 4를 참조하면, 본 발명에 따른 발포접착수지를 사용하면, 파티클보드 단면의 빈 내부공간에 발포수지가 채워진 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 발포접착수지를 사용하는 경우, 동일 크기의 섬유질보드 제조시 기존의 제조방식에 비하여 상대적으로 적은 용량으로 많은 면적을 도포하거나 공간을 채워 줄 수 있으므로 품질향상 뿐만 아니라 경제성이 제고되고, 아울러 유리 포름알데하이드의 방산량과 같은 유해물질의 배출량을 절감시킬 수 있다.
도 5 내지 8은 본 발명에 따른 발포수지와, 통상의 미발포 수지를 사용한 억새로 제조한 파티클보드의 비중(specific gravity), 함수량(moisture content), 휨강도(modulus of rupture, MOR) 및 보드 밀도에 따른 수분흡수량(water absorption)에 대한 그래프이다. 또한 도 9는 보드 밀도에 따른 휨강도 변화의 그래프이다.
도 5 내지 9를 참조하면, 억새와 같은 저비중 식물 재료로 저비중 보드 제조시 본 발명에 따른 발포수지를 사용할 경우, 휨강도(MOR)는 비중에 관계없이 전체적으로 강도가 증가 한 것으로 나타났으며, 수분흡수율은 감소하는 것으로 나타났다. 따라서, 수지가 발포하면서 저비중 보드 내부의 공극을 채워주는 역할(도 3 참조)을 하여 접착력 향상에 의한 강도적 성능 증가와, 수분흡수율 감소에 의한 치수안정성 향상에 기여할 수 있는 것으로 판단된다.
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 한다. 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. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
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 (8)

  1. 목질 및 천연 섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지로서,
    100 중량부의 열경화형 접착수지;
    3 중량부의 염화암모늄 경화제; 및
    5 내지 15 중량부의 중탄산나트륨 발포제를 포함하는 것을 특징으로 하는 목질 및 천연 섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열경화형 접착수지는 요소수지, 수용성 페놀수지 및 멜라민 수지를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 목질 및 천연섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 중탄산나트륨은 상기 염화암모늄 경화제와 반응하여 상기 접착수지에서 발포하는 것을 특징으로 하는 목질 및 천연섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지.
  4. 목질 재료 접착용 발포성 접착수지 제조방법으로, 상기 방법은,
    100 중량부의 열경화형 접착수지, 3 중량부의 염화암모늄 경화제 및 5 내지 15 중량부의 중탄산나트륨 발포제를 혼입하는 단계; 및
    상기 혼입된 접착수지를 3 내지 20분간 상온에서 발포시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 목질 및 천연섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열경화형 접착수지는 요소수지, 수용성 페놀수지 및 멜라민 수지를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 목질 및 천연섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 중탄산나트륨은 상기 염화암모늄 경화제와 반응하여 상기 접착수지에서 발포하는 것을 특징으로 하는 목질 및 천연섬유질 재료 접착용 발포성 접착수지 제조방법.
  7. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 목질 재료 접착용 발포성 접착수지를 함유하는 것을 특징으로 하는 저비중(비중 0.5이하) 목질 보드.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 저비중 목질 보드는 억새 입자로 이루어진 것을 특징으로 하는 저비중(비중 0.5이하) 목질 보드.
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