KR102080821B1 - 난연 특성이 우수한 에어필터 바인더용 난연수지 및 이의 제조방법 - Google Patents

난연 특성이 우수한 에어필터 바인더용 난연수지 및 이의 제조방법 Download PDF

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최형욱
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장민제
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Abstract

본 발명은 에어필터 바인더용 난연수지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 내열성, 난연성이 우수할 뿐만 아니라, 수용성으로 친환경적이고 저장안정성이 우수한 에어필터 바인더용 난연수지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

난연 특성이 우수한 에어필터 바인더용 난연수지 및 이의 제조방법{flame retardant resin for binder of air filter with excellent flame retardancy and manufacturing method thereof}
본 발명은 에어필터 바인더용 난연수지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 내열성, 난연성이 우수할 뿐만 아니라, 수용성으로 친환경적이고 저장안정성이 우수한 에어필터 바인더용 난연수지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
공기청정기용 또는 산업용으로 사용하는 에어필터는 그 특성상 장시간 사용하는 제품이고, 사용 중 발열 및 필터의 먼지에 의한 관성충돌로 발화가 쉽게 발생한다. 또한 필터 미디어는 발화가 쉬운 페이퍼 및 합성 섬유가 주로 사용되고 있으므로 열적 특성이 매우 취약하다.
그러나 현재 국내에서는 필터에 관한 내열 및 난연등급이 설정되어 있지 않고, 화재시 내열성이 부족하여 난연성능을 발휘하지 못해 항상 화재의 위험에 노출되어 있다.
해외의 경우 필터의 난연 규격이 제정되어 있고, 난연필터 제품의 적용이 급속히 증가하고 있다. 또한 최근 공기청정기의 이슈화가 계속되어 이에 따른 난연성 공기청정기 필터의 시장이 계속 증가하고 있으나 국내에서는 개발이 미미한 단계이다. 그 이유는 플라스틱 난연 컴파운드와는 다르게 용액형 난연 시스템을 사용해야 하고 용제에 의한 난연성을 부여하기 어렵기 때문이다. 또한, 대부분의 인계, 질소계 난연제는 물 또는 알코올성 용제에 용해되기 어렵다. 에어필터 제품의 경우 VOCs를 배출하는 방향족 용제의 사용이 불가능하므로 물 또는 알코올에 용해 또는 분산되어 있는 수지를 사용해야 한다.
따라서, 친환경적이면서도 내열성, 난연성 및 저장안정성 등의 물성이 우수한 에어필터 바인더용 난연수지의 개발이 시급한 실정이다.
대한민국 공개번호 10-2000-0029908호(2000.05.25)
본 발명은 물에 의한 희석능이 뛰어나 친환경적일 뿐만 아니라 내열성, 난연성 및 저장안정성이 우수한 에어필터 바인더용 난연수지 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지는 난연 특성이 우수한 에어필터 바인더용 난연수지로서, 수용성 아크릴 에멀젼, 질소계 난연수지, 인계 난연제 및 멜라민계 수지를 포함하고, 고형분 성분 중 질소(N) 함량이 5 ~ 12 중량%, 인(P) 함량이 2 ~ 6 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 수용성 아크릴 에멀젼은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112019002135252-pat00001
상기 화학식 1에 있어서, R1 내지 R4은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 알킬페닐기이고, n은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 10,000 ~ 500,000를 만족하는 유리수이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 질소계 난연수지는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112019002135252-pat00002
상기 화학식 2에 있어서, R5 내지 R11은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기, 사이아노기 또는 페킬페닐기이고, m은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 200 ~ 1,500를 만족하는 유리수이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 인계 난연제는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 및 인산 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112019002135252-pat00003
상기 화학식 3에 있어서, R12 내지 R15은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 페킬페닐기이고, A, B는 각각 독립적으로, -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 멜라민계 수지는 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112019002135252-pat00004
상기 화학식 4에 있어서, R16 내지 R19은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 페킬페닐기이고, E, F, G는 각각 독립적으로, -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이며, l은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 500 ~ 50,000를 만족하는 유리수이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 난연수지는 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 질소계 난연수지 10 ~ 33 중량부, 인계 난연제 4 ~ 25 중량부 및 멜라민계 수지를 2 ~ 7 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 난연수지는 인계 난연제로서 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함할 때, 상기 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 6 ~ 25 중량부를 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112019002135252-pat00005
상기 화학식 3에 있어서, R12 내지 R15은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 페킬페닐기이고, A, B는 각각 독립적으로, -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 난연수지는 인계 난연제로서 인산을 포함할 때, 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 인산 4 ~ 15 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 난연수지는 pH는 3.5 ~ 8.0이고, 25℃에서 점도는 20 ~ 30cPs일 수 있다.
한편, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지의 제조방법은 수용성 아크릴 에멀젼, 질소계 난연수지, 인계 난연제 및 멜라민계 수지를 혼합하여 혼합물을 제조하는 제1단계 및 혼합물을 100 ~ 170℃의 온도에서 30 ~ 90분 동안 건조하여 질소(N) 함량이 5 ~ 12 중량%, 인(P) 함량이 2 ~ 6 중량%인 에어필터 바인더용 난연수지를 제조하는 제2단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 혼합물은 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 질소계 난연수지 10 ~ 33 중량부, 인계 난연제 4 ~ 25 중량부 및 멜라민계 수지를 2 ~ 7 중량부를 혼합하여 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 혼합물에 포함되는 수용성 아크릴 에멀젼은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112019002135252-pat00006
상기 화학식 1에 있어서, R1 내지 R4은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 알킬페닐기이고, n은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 10,000 ~ 500,000를 만족하는 유리수이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 혼합물에 포함되는 질소계 난연수지는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112019002135252-pat00007
상기 화학식 2에 있어서, R5 내지 R11은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기, 사이아노기 또는 페킬페닐기이고, m은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 200 ~ 1,500를 만족하는 유리수이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 혼합물에 포함되는 인계 난연제는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 및 인산 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112019002135252-pat00008
상기 화학식 3에 있어서, R12 내지 R15은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 페킬페닐기이고, A, B는 각각 독립적으로, -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 혼합물에 포함되는 멜라민계 수지는 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112019002135252-pat00009
상기 화학식 4에 있어서, R16 내지 R19은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 페킬페닐기이고, E, F, G는 각각 독립적으로, -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이며, l은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 500 ~ 50,000를 만족하는 유리수이다.
나아가, 본 발명의 에어필터는 앞서 언급한 에어필터 바인더용 난연수지를 포함한다.
또한, 본 발명의 에어필터는 공기청정기용 에어필터, 공조용 에어필터 또는 자동차용 에어필터일 수 있다.
또한, 본 발명의 에어필터는 통기도는 600 ~ 680 L/m2/s, 파열강도는 2.5 ~ 3.5 kg/cm2일 수 있다.
또한, 본 발명의 에어필터는 여과효율은 10 ~ 13%, 압력손실은 1.0 ~ 3.0 mmAq일 수 있다.
본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지 및 이의 제조방법은 물에 의한 희석능이 뛰어나 친환경적일 뿐만 아니라 내열성, 난연성 및 저장안정성이 우수하다.
또한, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지를 포함하는 에어필터는 통기도, 파열강도 등의 물성이 우수하다.
또한, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지를 포함하는 에어필터는 여과효율이 높고, 압력손실이 낮다.
본 발명에서 사용하는 용어인 "C1", "C2" 등은 탄소수를 의미하는 것으로서, 예를 들어 "C1 ~ C5의 알킬기"는 탄소수 1 ~ 5의 알킬기를 의미한다.
본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지는 수용성 아크릴 에멀젼, 질소계 난연수지, 인계 난연제 및 멜라민계 수지를 포함할 수 있다.
이 때, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지는 고형분 성분 중 질소(N) 함량이 5 ~ 12 중량%, 바람직하게는 6 ~ 11 중량%, 더욱 바람직하게는 8 ~ 10 중량%일 수 있다. 또한, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지는 고형분 성분 중 인(P) 함량이 2 ~ 6 중량%, 바람직하게는 2.5 ~ 5.5 중량%, 더욱 바람직하게는 3 ~ 5중량%일 수 있다.
먼저, 본 발명의 수용성 아크릴 에멀젼은 VOCs 등을 방출하지 않은 친환경 조성물로서, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112019002135252-pat00010
상기 화학식 1에 있어서, R1 내지 R4은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 알킬페닐기이고, 바람직하게는 수소원자, C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기 또는 C3 ~ C6의 분쇄형 알킬기이며, 더욱 바람직하게는 수소원자 또는 C1 ~ C3의 직쇄형 알킬기이다.
또한, 상기 화학식 1에 있어서, n은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 10,000 ~ 500,000, 바람직하게는 50,000 ~ 300,000, 더욱 바람직하게는 150,000 ~ 250,000을 만족하는 유리수이다.
다음으로, 본 발명의 질소계 난연수지는 디시안디아미드-포름알데히드 폴리머(dicyandiamide-formaldehyde polymer)를 포함할 수 있고, 바람직하게는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112019002135252-pat00011
상기 화학식 2에 있어서, R5 내지 R11은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기, 사이아노(cyano)기 또는 페킬페닐기이고, 바람직하게는 수소원자, C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C6의 분쇄형 알킬기 또는 사이아노(cyano)기이며, 더욱 바람직하게는 수소원자, C1 ~ C3의 직쇄형 알킬기 또는 사이아노(cyano)기이다.
또한, 상기 화학식 2에 있어서, m은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 200 ~ 1,500, 바람직하게는 200 ~ 900, 더욱 바람직하게는 400 ~ 900을 만족하는 유리수이다.
다음으로, 본 발명의 인계 난연제는 펜타에리트리톨계 난연제 및 인산 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
이 때, 펜타에리트리톨계 난연제는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112019002135252-pat00012
상기 화학식 3에 있어서, R12 내지 R15은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 페킬페닐기이고, 바람직하게는 수소원자, C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기 또는 C3 ~ C6의 분쇄형 알킬기이며, 더욱 바람직하게는 수소원자 또는 C1 ~ C3의 직쇄형 알킬기이다.
또한, 상기 화학식 3에 있어서, A, B는 각각 독립적으로, -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이고, 바람직하게는 -CH2-, -CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2-이다.
다음으로, 본 발명의 멜라민계 수지는 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112019002135252-pat00013
상기 화학식 4에 있어서, R16 내지 R19은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 페킬페닐기이고, 바람직하게는 수소원자, C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기 또는 C3 ~ C6의 분쇄형 알킬기이며, 더욱 바람직하게는 수소원자 또는 C1 ~ C3의 직쇄형 알킬기이다.
또한, 상기 화학식 4에 있어서, E, F, G는 각각 독립적으로, -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이고, 바람직하게는 -CH2-, -CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2-이다.
또한, 상기 화학식 4에 있어서, l은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 500 ~ 50,000, 바람직하게는 5,000 ~ 30,000, 더욱 바람직하게는 10,000 ~ 20,000을 만족하는 유리수이다.
한편, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지는 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 질소계 난연수지 10 ~ 33 중량부, 바람직하게는 14 ~ 32중량부, 더욱 바람직하게는 16 ~ 30 중량부를 포함할 수 있으며, 만일, 10 중량부 미만으로 포함한다면, 경화성이 빨라 에어필터에 사용될 시, 통기도가 저하될 뿐만 아니라, 압력손실이 높고 여과효율 및 난연성이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 33 중량부를 초과하면 에어필터에 사용될 시, 파열강도가 낮고 여과효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
나아가, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지는 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 인계 난연제 4 ~ 25 중량부, 바람직하게는 5 ~ 23 중량부를 포함할 수 있으며, 만일 4 중량부 미만으로 포함한다면 에어필터에 사용될 시, 난연성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 25 중량부를 초과한다면 에어필터에 사용될 시, 파열강도가 낮고 여과효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지는 인계 난연제로서 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함할 때는 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물 6 ~ 25 중량부, 바람직하게는 8 ~ 22중량부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지는 인계 난연제로서 인산을 포함할 때는 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 인산 4 ~ 15 중량부, 바람직하게는 5 ~ 13중량부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지는 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 멜라민계 수지 2 ~ 7 중량부, 바람직하게는 3 ~ 6중량부, 더욱 바람직하게는 3.5 ~ 5 중량부를 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지는 고형분 함량이 35 ~ 45 중량%, 바람직하게는 38 ~ 42중량%일 수 있다.
또한, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지는 pH가 3.5 ~ 8.0, 바람직하게는 4.0 ~ 7.5일 수 있다.
또한, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지는 25℃에서 점도가 20 ~ 30cPs, 바람직하게는 22 ~ 29cPs일 수 있다.
나아가, 본 발명의 에어필터는 앞서 언급한 에어필터 바인더용 난연수지를 포함한다.
이 때, 본 발명의 에어필터는 공기청정기용 에어필터, 공조용 에어필터, 집진기용 에어필터, 가전기기용 또는 자동차용 에어필터일 수 있으며, 바람직하게는 공기청정기용 에어필터, 공조용 에어필터 또는 자동차용 에어필터일 수 있다.
또한, 본 발명의 에어필터는 통기도가 600 ~ 680 L/m2/s, 바람직하게는 605 ~ 650L/m2/s일 수 있다.
또한, 본 발명의 에어필터는 파열강도가 2.5 ~ 3.5 kg/cm2, 바람직하게는 2.6 ~ 3.2 kg/cm2일 수 있다.
또한, 본 발명의 에어필터는 여과효율이 10 ~ 13%, 바람직하게는 10.1 ~ 12%일 수 있다.
또한, 본 발명의 에어필터는 압력손실이 1.0 ~ 3.0 mmAq, 바람직하게는 1.5 ~ 2.7 mmAq일 수 있다.
한편, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지의 제조방법은 제1단계 및 제2단계를 포함한다.
본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지의 제조방법의 제1단계는 수용성 아크릴 에멀젼, 질소계 난연수지, 인계 난연제 및 멜라민계 수지를 혼합하여 혼합물을 제조할 수 있다.
본 발명의 수용성 아크릴 에멀젼은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112019002135252-pat00014
상기 화학식 1에 있어서, R1 내지 R4은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 알킬페닐기이고, 바람직하게는 수소원자, C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기 또는 C3 ~ C6의 분쇄형 알킬기이며, 더욱 바람직하게는 수소원자 또는 C1 ~ C3의 직쇄형 알킬기이다.
또한, 상기 화학식 1에 있어서, n은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 10,000 ~ 500,000, 바람직하게는 50,000 ~ 300,000, 더욱 바람직하게는 150,000 ~ 250,000을 만족하는 유리수이다.
또한, 본 발명의 질소계 난연수지는 디시안디아미드-포름알데히드 폴리머(dicyandiamide-formaldehyde polymer)를 포함할 수 있고, 바람직하게는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112019002135252-pat00015
상기 화학식 2에 있어서, R5 내지 R11은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기, 사이아노(cyano)기 또는 페킬페닐기이고, 바람직하게는 수소원자, C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C6의 분쇄형 알킬기 또는 사이아노(cyano)기이며, 더욱 바람직하게는 수소원자, C1 ~ C3의 직쇄형 알킬기 또는 사이아노(cyano)기이다.
또한, 상기 화학식 2에 있어서, m은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 200 ~ 1,500, 바람직하게는 200 ~ 900, 더욱 바람직하게는 400 ~ 900을 만족하는 유리수이다.
또한, 본 발명의 인계 난연제는 펜타에리트리톨계 난연제 및 인산 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 이 때, 펜타에리트리톨계 난연제는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112019002135252-pat00016
상기 화학식 3에 있어서, R12 내지 R15은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 페킬페닐기이고, 바람직하게는 수소원자, C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기 또는 C3 ~ C6의 분쇄형 알킬기이며, 더욱 바람직하게는 수소원자 또는 C1 ~ C3의 직쇄형 알킬기이다.
또한, 상기 화학식 3에 있어서, A, B는 각각 독립적으로, -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이고, 바람직하게는 -CH2-, -CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2-이다.
또한, 본 발명의 멜라민계 수지는 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112019002135252-pat00017
상기 화학식 4에 있어서, R16 내지 R19은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 페킬페닐기이고, 바람직하게는 수소원자, C1 ~ C5의 직쇄형 알킬기 또는 C3 ~ C6의 분쇄형 알킬기이며, 더욱 바람직하게는 수소원자 또는 C1 ~ C3의 직쇄형 알킬기이다.
또한, 상기 화학식 4에 있어서, E, F, G는 각각 독립적으로, -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이고, 바람직하게는 -CH2-, -CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2-이다.
또한, 상기 화학식 4에 있어서, l은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 500 ~ 50,000, 바람직하게는 5,000 ~ 30,000, 더욱 바람직하게는 10,000 ~ 20,000을 만족하는 유리수이다.
한편, 제1단계의 혼합물은 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 질소계 난연수지 10 ~ 33 중량부, 바람직하게는 14 ~ 32중량부, 더욱 바람직하게는 16 ~ 30 중량부를 혼합할 수 있다.
또한, 제1단계의 혼합물은 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 인계 난연제 4 ~ 25 중량부, 바람직하게는 5 ~ 23 중량부를 혼합할 수 있고, 만일 인계 난연제로서 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함할 때는 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물 6 ~ 25 중량부, 바람직하게는 8 ~ 22중량부를 혼합할 수 있고, 인계 난연제로서 인산을 포함할 때는 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 인산 4 ~ 15 중량부, 바람직하게는 5 ~ 13중량부를 혼합할 수 있다.
또한, 제1단계의 혼합물은 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 멜라민계 수지 2 ~ 7 중량부, 바람직하게는 3 ~ 6중량부, 더욱 바람직하게는 3.5 ~ 5 중량부를 혼합할 수 있다.
나아가, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지의 제조방법의 제1단계의 혼합은 교반을 통해 수행될 수 있으며, 교반은 15 ~ 60분, 바람직하게는 20 ~ 40분간 수행될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 에어필터 바인더용 난연수지의 제조방법의 제2단계는 제1단계에서 제조된 혼합물을 건조하여 질소(N) 함량이 5 ~ 12 중량%, 바람직하게는 6 ~ 11 중량%, 더욱 바람직하게는 8 ~ 10 중량%, 인(P) 함량이 2 ~ 6 중량%, 바람직하게는 2.5 ~ 5.5 중량%, 더욱 바람직하게는 3 ~ 5중량%인 에어필터 바인더용 난연수지를 제조할 수 있다.
이 때, 건조는 100 ~ 170℃의 온도, 바람직하게는 110 ~ 150℃의 온도에서 30 ~ 90분, 바람직하게는 45 ~ 75분 동안 수행할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[실시예]
실시예 1 : 에어필터 바인더용 난연수지의 제조
(1) 교반기에 수용성 아크릴 에멀젼 76.0g, 질소계 난연수지 13.5g, 인계 난연제 7.5g 및 멜라민계 수지 3.0g를 투입 및 30분간 교반하여 혼합물을 제조하였다.
이 때, 아크릴 에멀젼으로서 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 사용하였고, 질소계 난연수지로서 하기 화학식 2-1로 표시되는 화합물을 사용하였으며, 인계 난연제로서 하기 화학식 3-1로 표시되는 화합물을 사용하였고, 멜라민계 수지로서 하기 화학식 4-1로 표시되는 화합물을 사용하였다.
[화학식 1-1]
Figure 112019002135252-pat00018
상기 화학식 1-1에 있어서, R1 및 R3는 수소원자, R2 및 R4는 메틸기이고, n은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 180,000를 만족하는 유리수이다.
[화학식 2-1]
Figure 112019002135252-pat00019
상기 화학식 2-1에 있어서, R5, R6, R7, R8, R9, R10은 수소원자, R11는 -CN이며, m은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 850를 만족하는 유리수이다.
[화학식 3-1]
Figure 112019002135252-pat00020
상기 화학식 3-1에 있어서, R12 내지 R15은 메틸기, A 및 B는 -CH2-이다.
[화학식 4-1]
Figure 112019002135252-pat00021
상기 화학식 4-1에 있어서, R16, R18, R19은 수소원자, R17은 메틸기이고, E, F 및 G는 -CH2-이며, l은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 16,000를 만족하는 유리수이다.
(2) 제조한 혼합물을 135의 온도에서 60분 동안 건조하여 에어필터 바인더용 난연수지를 제조하였다.
실시예 2 ~ 8, 비교예 1 ~ 12: 에어필터 바인더용 난연수지의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 에어필터 바인더용 난연수지를 제조하였다. 다만, 하기 표 1 ~ 3에 기재된 바와 같이, 사용된 수용성 아크릴 에멀젼, 질소계 난연수지, 인계 난연제 및 멜라민계 수지의 함량을 달리하거나, 인계 난연제로서 하기 화학식 3-1로 표시되는 화합물이 아닌 인산을 사용하여 에어필터 바인더용 난연수지를 제조하였다.
Figure 112019002135252-pat00022
Figure 112019002135252-pat00023
Figure 112019002135252-pat00024
상기 표 1 ~ 3에 있어서, 실시예 1 ~ 8및 비교예 1 ~ 12에서 제조한 에어필터 바인더용 난연수지의 고형분, 고형분 성분에 포함된 질소(N) 및 인(P) 함량(%), 점도 및 pH은 하기와 같은 방법으로 측정하였다.
(1) 고형분
평박의 반경 30.5mm, 깊이 30mm의 Al 은박지에 실시예 1 ~ 8및 비교예 1 ~ 12에서 제조한 혼합물을 각각 1.0 ±0.1g로 계량하고, 135℃로 미리 셋팅되어 있는 열풍오븐에 1시간동안 건조시킨 후 불휘발 물질의 함량을 분석하여 고형분, 고형분 성분에 포함된 질소(N) 및 인(P) 함량(%)을 측정하였다.
(2) 점도
실시예 1 ~ 8및 비교예 1 ~ 12에서 제조한 에어필터 바인더용 난연수지를 각각 250㎖ 비커에 넣은 후, 25℃로 맞추어 Brookfield 점도계를 이용하여 점도를 측정하였다.
(3) pH
실시예 1 ~ 8및 비교예 1 ~ 12에서 제조한 에어필터 바인더용 난연수지를 각각 250㎖ 비커에 넣은 후, 25℃로 맞추어 pH meter를 이용하여 pH를 측정하였다.
실험예 1 : 에어필터 바인더용 난연수지의 물성 측정
실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 12에서 제조한 에어필터 바인더용 난연수지의 통기도, 파열강도, 여과효율, 압력손실, 난연성, 저장안정성 및 물 희석능을 하기 방법에 의거하여 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4 ~ 표 6에 나타내었다.
(1) 통기도
에어필터에 실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 12에서 제조한 에어필터 바인더용 난연수지를 각각 함침 후, 160℃에서 7분간 건조하여 평량을 30 ~ 40g으로 조절한 에어필터를 제조하였다. 에어필터의 미디어는 에어필터용 페이퍼 미디어를 사용하였다. 제조된 에어필터를 10cm × 10cm로 자른 후 통기도 측정기를 사용하여 통기도를 측정하였다.
(2) 파열강도
에어필터에 실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 12에서 제조한 에어필터 바인더용 난연수지를 각각 함침 후, 160℃에서 7분간 건조하여 평량을 30 ~ 40g으로 조절한 에어필터를 제조하였다. 에어필터의 미디어는 에어필터용 페이퍼 미디어를 사용하였다. 제조된 에어필터를 10cm × 10cm로 자른 후 파열강도 측정기를 사용하여 파열강도를 측정하였다.
(3) 여과효율, 압력손실
에어필터에 실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 12에서 제조한 에어필터 바인더용 난연수지를 각각 함침 후, 160℃에서 7분간 건조하여 평량을 30 ~ 40g으로 조절한 에어필터를 제조하였다. 에어필터의 미디어는 에어필터용 페이퍼 미디어를 사용하였다. 제조된 에어필터를 20cm × 20cm로 자른 후 TSI 장치를 사용하여 여과효율 및 압력손실를 측정하였다. 측정에 사용된 NaCl의 입자크기는 0.3㎛이고, 공기의 속도는 5.33cm/s로 일정하게 하여 측정하였다.
(4) 난연성
에어필터에 실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 12에서 제조한 에어필터 바인더용 난연수지를 각각 함침 후, 160℃에서 7분간 건조하여 평량을 30 ~ 40g으로 조절한 에어필터를 제조하였다. 에어필터의 미디어는 에어필터용 페이퍼 미디어를 사용하였다. 제조된 에어필터를 14inch × 14inch로 자른 후 FMVSS-302 난연성 측정장치를 사용하여 난연성을 측정하였다.
측정시 시편을 수평으로 놓고 38mm의 불꽃을 15초간 접염하여 354mm에 대한 연소속도를 측정하였다. 난연성 합격기준은 ① 자체적으로 연소하지 않는 경우 연소속도 102mm/min 이내이고, ② 자체적으로 연소하는 경우 연소거리 51mm 이내, 60초 이내 자가소화이다.
(5) 저장안정성
실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 12에서 제조한 에어필터 바인더용 난연수지에 대하여, 각각 5℃, 25℃, 45℃ 온도에서 30일동안 겔(gel)화 유무를 측정하였다.
(6) 물 희석능
실시예 1 ~ 8 및 비교예 1 ~ 12에서 제조한 에어필터 바인더용 난연수지를 각각 100㎖ 비커에 5.0±0.1g을 계량하고, 물을 투입하여 난연수지의 희석능을 측정하였다. 희석능은 하기 수학식 1을 통해 구하였다.
[수학식 1]
Figure 112019002135252-pat00025
상기 수학식 1에서 구해진 희석능이 2000%이상인 경우 ∞로 기재하였다.
Figure 112019002135252-pat00026
Figure 112019002135252-pat00027
Figure 112019002135252-pat00028
상기 표 4 ~ 표 6를 참조하면, 실시예 1 ~ 8에서 제조된 난연수지는 통기도, 파열강도, 여과효율, 압력손실 및 난연성에 있어서 우수한 물성을 가질 뿐만 아니라, 저장안정성 또한 뛰어남을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 1 ~ 2에서 제조된 난연수지는 실시예 1 ~ 8에서 제조된 난연수지보다 통기도가 낮을 뿐만 아니라, 압력손실이 높고 여과효율 및 난연성이 떨어짐을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 3에서 제조된 난연수지는 실시예 1 ~ 8에서 제조된 난연수지보다 파열강도가 낮을 뿐만 아니라, 여과효율이 떨어짐을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 4 ~ 5에서 제조된 난연수지는 실시예 1 ~ 8에서 제조된 난연수지보다 난연성이 떨어짐을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 6에서 제조된 난연수지는 실시예 1 ~ 8에서 제조된 난연수지보다 파열강도가 낮을 뿐만 아니라, 여과효율이 떨어짐을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 7 ~ 8에서 제조된 난연수지는 실시예 1 ~ 8에서 제조된 난연수지보다 통기도가 낮을 뿐만 아니라, 압력손실이 높고 여과효율 및 난연성이 떨어짐을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 9에서 제조된 난연수지는 실시예 1 ~ 8에서 제조된 난연수지보다 파열강도가 낮을 뿐만 아니라, 여과효율이 떨어짐을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 10 ~ 11에서 제조된 난연수지는 실시예 1 ~ 8에서 제조된 난연수지보다 난연성이 떨어짐을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 12에서 제조된 난연수지는 실시예 1 ~ 8에서 제조된 난연수지보다 통기도가 낮을 뿐만 아니라, 압력손실이 높고 여과효율 및 난연성이 떨어짐을 확인할 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형이나 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (19)

  1. 수용성 아크릴 에멀젼, 질소계 난연수지, 인계 난연제 및 멜라민계 수지를 포함하고,
    고형분 성분 중 질소(N) 함량이 5 ~ 12 중량%, 인(P) 함량이 2 ~ 6 중량%인 것을 특징으로 하는 에어필터 바인더용 난연수지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 아크릴 에멀젼은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터 바인더용 난연수지.
    [화학식 1]
    Figure 112019002135252-pat00029

    상기 화학식 1에 있어서, R1 내지 R4은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 알킬페닐기이고, n은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 10,000 ~ 500,000를 만족하는 유리수이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 질소계 난연수지는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터 바인더용 난연수지.
    [화학식 2]
    Figure 112019002135252-pat00030

    상기 화학식 2에 있어서, R5 내지 R11은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기, 사이아노기 또는 페킬페닐기이고, m은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 200 ~ 1,500를 만족하는 유리수이다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인계 난연제는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 및 인산 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터 바인더용 난연수지.
    [화학식 3]
    Figure 112019002135252-pat00031

    상기 화학식 3에 있어서, R12 내지 R15은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 페킬페닐기이고, A, B는 각각 독립적으로, -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 멜라민계 수지는 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터 바인더용 난연수지.
    [화학식 4]
    Figure 112019002135252-pat00032

    상기 화학식 4에 있어서, R16 내지 R19은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 페킬페닐기이고, E, F, G는 각각 독립적으로, -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이며, l은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 500 ~ 50,000를 만족하는 유리수이다.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 난연수지는 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 질소계 난연수지 10 ~ 33 중량부, 인계 난연제 4 ~ 25 중량부 및 멜라민계 수지를 2 ~ 7 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터 바인더용 난연수지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 난연수지는 인계 난연제로서 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함할 때,
    상기 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 6 ~ 25 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터 바인더용 난연수지.
    [화학식 3]
    Figure 112019002135252-pat00033

    상기 화학식 3에 있어서, R12 내지 R15은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 페킬페닐기이고, A, B는 각각 독립적으로, -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이다
  8. 제6항에 있어서,
    상기 난연수지는 인계 난연제로서 인산을 포함할 때,
    상기 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 인산 4 ~ 15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터 바인더용 난연수지.
  9. 제1항에 있어서,
    pH는 3.5 ~ 8.0이고, 25℃에서 점도는 20 ~ 30cPs인 것을 특징으로 하는 에어필터 바인더용 난연수지.
  10. 수용성 아크릴 에멀젼, 질소계 난연수지, 인계 난연제 및 멜라민계 수지를 혼합하여 혼합물을 제조하는 제1단계; 및
    상기 혼합물을 100 ~ 170℃의 온도에서 30 ~ 90분 동안 건조하여 질소(N) 함량이 5 ~ 12 중량%, 인(P) 함량이 2 ~ 6 중량%인 에어필터 바인더용 난연수지를 제조하는 제2단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터 바인더용 난연수지의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 혼합물은 수용성 아크릴 에멀젼 100 중량부에 대하여, 질소계 난연수지 10 ~ 33 중량부, 인계 난연제 4 ~ 25 중량부 및 멜라민계 수지를 2 ~ 7 중량부를 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 에어필터 바인더용 난연수지의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 수용성 아크릴 에멀젼은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터 바인더용 난연수지의 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure 112019002135252-pat00034

    상기 화학식 1에 있어서, R1 내지 R4은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 알킬페닐기이고, n은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 10,000 ~ 500,000를 만족하는 유리수이다.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 질소계 난연수지는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터 바인더용 난연수지의 제조방법.
    [화학식 2]
    Figure 112019002135252-pat00035

    상기 화학식 2에 있어서, R5 내지 R11은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기, 사이아노기 또는 페킬페닐기이고, m은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 200 ~ 1,500를 만족하는 유리수이다.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 인계 난연제는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 및 인산 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터 바인더용 난연수지의 제조방법.
    [화학식 3]
    Figure 112019002135252-pat00036

    상기 화학식 3에 있어서, R12 내지 R15은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 페킬페닐기이고, A, B는 각각 독립적으로, -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이다.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 멜라민계 수지는 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어필터 바인더용 난연수지의 제조방법.
    [화학식 4]
    Figure 112020008153474-pat00037

    상기 화학식 4에 있어서, R16 내지 R19은 각각 독립적으로, 수소원자, C1 ~ C12의 직쇄형 알킬기, C3 ~ C12의 분쇄형 알킬기, 페닐기 또는 페킬페닐기이고, E, F, G는 각각 독립적으로, -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CH2-, -CH2CH2CH2CH2- 또는 -CH2CH2CH2CH2CH2-이며, l은 화합물의 중량평균분자량(Mw) 500 ~ 50,000를 만족하는 유리수이다.
  16. 제1항 및 제9항 중 어느 한 항의 에어필터 바인더용 난연수지를 포함하는 에어필터.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 에어필터는 공기청정기용 에어필터, 공조용 에어필터 또는 자동차용 에어필터인 것을 특징으로 하는 에어필터.
  18. 제16항에 있어서,
    통기도는 600 ~ 680 L/m2/s, 파열강도는 2.5 ~ 3.5 kg/cm2인 것을 특징으로 하는 에어필터.
  19. 제16항에 있어서,
    여과효율은 10 ~ 13%, 압력손실은 1.0 ~ 3.0 mmAq인 것을 특징으로 하는 에어필터.
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