KR102193210B1 - 컬러 접착제 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 친환경적이며, 무독성, 항균성 및 일광견뢰도가 우수한 컬러 접착제 조성물에 관한 것이다.

Description

컬러 접착제 조성물{Color Adhesive Composition}
본 발명은 컬러 접착제 조성물에 관한 것이다.
접착제는 물체와 물체를 접합하는 특수한 성질을 가진 고분자 물질로, 접착하려고 하는 물체에 잘 밀착해야 하고, 접착 후 접착제 자체가 적당한 강도를 가지고 있어야 하는 등의 성질이 필요하다. 접착제는 자연 상태에 존재할 수 있으며, 인공으로 제조할 수도 있다. 접착제의 종류로는 가정에서 흔히 사용하는 풀을 비롯하여, 금속을 접합하는 접착제 및 수술 후의 절단된 부분을 봉합하지 않고 접착시키는 접착제에 이르기까지 다양한 종류가 있다.
종이나 나무를 접착하기 위해 옛날부터 쌀알을 으깨어 풀을 만들어서 사용하고 있는데, 이것은 나무, 종이 및 쌀의 성분이 모두 셀룰로오스 전분이라고 하는 동종의 화합물이기 때문에 접착이 가능한 것이다. 오늘날에는 접착제로서 여러 가지 고분자 물질을 처리하여 용도에 알맞게 제조되고 있다. 그 중에서 가장 대표적인 것이 고무풀이다. 이것은 천연고무를 롤러로 곱게 갈아 고무의 분자사슬을 적당히 절단한 후, 산화시켜 벤젠이나 톨루엔 등의 용제에 녹인 것을 의미한다. 상기 고무풀은 천연고무를 붙이는 접착제로 사용되고 있다. 이 밖에 고무 계통의 공업용 접착제로서는 네오프렌 등의 합성고무를 사용하여, 여기에 수지나 충전제를 가해 균일하게 용제에 녹인 것이 흔히 사용되고 있다.
또한, 목재나 천 등의 접착에는 초산비닐이나 요소수지를 주체로 한 접착제가 사용되고 있다. 전분풀이나 고무풀과 같이 이미 고분자로 되어 있는 것을 용제에 녹여 접착제로 사용할 경우에는 접착력이 강하기는 하나 접착제로 건조한 후에 피접착물보다 강도가 약하고 접착제 자신이 갈라져 버리기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 접착제와 피접착물이 화학적으로 결합하거나 또는 친화성을 가지며 상호 융합하여 일체로 되는 한편 접착제 자신도 반응하여 고분자화하고 또한 강도를 증가시키는 등의 성질을 가진 것이 접착제로서 이상적이다.
돌이나 도기 등의 접착에 사용되는 에폭시 수지 접착제는 상기의 성질을 가진 것 중의 하나이다. 접착 전에 주체로 사용되는 에폭시 수지에 가교제인 아민 화합물을 혼합하고, 이것을 도포하여 접착시키면 수지가 반응하여 강한 접착력을 갖게 된다.
또한, 매우 강한 순간 접착제로서 사용되는 시아노아크릴산계 접착제는 분자 내에 －CN, －COOR의 관능기를 갖는 반응성 고분자이다. 상기 접착제는 소량의 물을 가하기만 하면 고분자 자신이 반응하여 중합되어 순간적으로 접착된다. 상기 순간 접착제는 금속끼리의 접착이나 의료용으로도 사용되고 있다.
그러나 종래의 접착제는 화학 물질에 의해 냄새 및 유해 물질 등이 발생하는 등의 문제가 있었다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2016-0040343호는 목재용 접착제 조성물의 제조방법을 제시하고 있으나, 미분 수용액에 이소시아네이트 화합물을 투입하여 환경 유해물질인 포름알데히드가 발생하는 문제가 있다. 대한민국 공개특허 제10-2016-0014229호는 초산비닐계 및 폴리비닐알코올을 이용하는 접착제에 관한 것으로, 목재에 사용이 가능하나 특유의 냄새가 발생하는 문제가 있다. 또한, 대한민국 등록특허 제10-1759318호는 폴리비닐알코올 이용하나 비닐아세테이트, 아크릴레이트를 첨가함으로써 반응공정이 복잡하고 아세테이트 등의 특유의 냄새가 발생하는 문제가 있다.
따라서, 다양한 물질에 대하여 접착이 가능하면서도 무독성을 지닌 접착제에 대한 연구가 필요한 상황이다.
대한민국 공개특허 제10-2016-0040343호 대한민국 공개특허 제10-2016 0014229호 대한민국 등록특허 제10-1759318호
본 발명은 접착력이 우수하고, 친환경적이고, 무독성 및 항균성을 지니며, 일광견뢰도가 우수한 컬러 접착제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 폴리비닐알코올, 젤라틴, 폴리비닐피롤리돈, 은 이온을 포함하는 화합물, 색소 및 물을 포함하는 컬러 접착제 조성물을 제공한다.
본 발명의 컬러 접착제 조성물은 접착력이 매우 우수하여 종이뿐만 아니라 목재, 도자기, 플라스틱 및 섬유 등을 접착할 수 있다.
또한, 본 발명의 컬러 접착제 조성물은 친환경적이며, 무독성이며, 항균력의 효과를 지니고 있다.
또한, 본 발명의 컬러 접착제 조성물은 일광견뢰도가 우수하여 장시간 색을 지속할 수 있는 효과를 지니고 있다.
도 1은 본 발명의 컬러 접착제 조성물 사진이다.
도 2는 실험예 2의 컬러 접착제 조성물의 항균력 측정 결과이다.
도 3은 실시예 1의 컬러 접착제 조성물의 일광견뢰도 사진이다.
도 4는 실시예 2의 컬러 접착제 조성물의 일광견뢰도 사진이다.
도 5는 실시예 3의 컬러 접착제 조성물의 일광견뢰도 사진이다.
이하, 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
종래의 접착제 조성물은 화학 물질에 의해 냄새 및 유해 물질 등이 발생하는 등의 문제가 있었다.
본 발명에서는 상기 문제점을 해결하여 친환경적일 뿐만 아니라, 무독성, 항균성 및 일광견뢰도가 우수한 컬러 접착제 조성물을 제공하고자 하였다.
본 발명은 폴리비닐알코올, 젤라틴, 폴리비닐피롤리돈, 은 이온을 포함하는 화합물, 색소 및 물을 포함하는 컬러 접착제 조성물에 관한 것이다.
상기 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA)은 접착제 조성물의 점도를 조절하는 작용을 하며, 중합 반응을 안정시키는 역할을 하는데, 폴리비닐알코올은 무색 투명한 열가소성 수지로 비중이 1.19(20℃)로 내광성이 좋으며, 열에 의해 착색되지 않고 노화되지 않는다. 또한 흡수성이 23 %(25℃, 24 시간)이고, 항장력은 약 330㎏·㎠이며, 60 내지 70℃에서 경화되며 200℃에서 분해되는 성질을 가진다.
상기 폴리비닐알코올은 중합도가 500 내지 3,000이고 검화도가 80 내지 99%인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 폴리비닐알코올은 컬러 접착제 조성물 총 중량에 대하여 10 내지 40 중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 상기 폴리비닐알코올의 함량이 상기 범위 내일 경우에는 컬러 접착제 조성물의 점도를 적정범위로 유지하여 작업성이 우수할 뿐만 아니라, 동시에 접착강도 및 접착력이 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
상기 젤라틴은 상기 폴리비닐알코올과 수소결합을 형성하여 컬러 접착제 조성물에 접착력을 부여하는 역할을 수행하며, 사용 편의성 및 내구성을 향상시켜주는 역할도 수행할 수 있다. 상기 젤라틴은 컬러 접착제 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 10 중량%, 바람직하게는 1 내지 3 중량%로 포함될 수 있다. 상기 젤라틴의 함량이 상기 범위 내일 경우에는 높은 접착 효과를 얻을 수 있다.
상기 폴리비닐피롤리돈(poly vinyl pyrrolidone, PVP)은 컬러 접착제 조성물의 접착력을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로서, 접착력 향상의 역할과 함께 결합제, 유화 안정제, 비계면활성제 및 증점제 등의 역할을 수행할 수 있다.
상기 폴리비닐피롤리돈은 컬러 접착제 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 5 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 폴리비닐피롤리돈의 함량이 상기 범위 내일 경우에는 접착력이 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
상기 폴리비닐알코올, 젤라틴 및 폴리비닐피롤리돈을 혼합하지 않고 단독으로 사용하면 접착력 향상에 한계를 보인다. 그러나 상기 폴리비닐알코올, 젤라틴 및 폴리비닐피롤리돈을 혼합하여 사용하면 고분자간 복합체가 생성되어 월등히 향상된 접착력 효과를 얻을 수 있다.
상기 본 발명의 컬러 접착제 조성물은 단백질 성분인 젤라틴을 포함함에 따라 온도 및 습도가 높은 곳에서 균이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 컬러 접착제 조성물에 항균력을 부여하기 위하여 은 이온을 포함하는 화합물을 포함한다.
상기 은 이온(Ag+)을 포함하는 화합물은 은 이온을 포함하는 것이라면 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니나, 바람직하게는 질산은, 황산은 및 과염소산은으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 은 이온을 포함하는 화합물은 컬러 접착제 조성물에서 은 이온으로 해리됨에 따라 항균력을 나타날 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 은 이온은 수소 이온과 친화성을 가지며, 미생물에 존재하는 싸이올기(-SH)와 결합하여 박테리아나 미생물의 활동을 무력화시켜 단세포 병원균을 살균할 수 있다. 박테리아 살균에 대한 은 이온의 메터니즘을 하기 반응식 1에 나타내었다.
[반응식 1]
Figure 112019006024332-pat00001
상기 컬러 접착제 조성물 총 중량에 대한 상기 은 이온을 포함하는 화합물은 10 내지 100ppm, 바람직하게는 10 내지 50ppm의 농도로 포함될 수 있다. 상기 은 이온을 포함하는 화합물의 농도가 상기 범위 내일 경우에 우수한 항균력을 나타낼 수 있다.
상기 색소는 컬러 접착제 조성물의 색을 부여하기 위하여 첨가되는 것으로, 본 발명에서는 무독성의 색소를 사용한다. 상기 무독성의 색소를 사용함에 따라 본 발명의 컬러 접착제 조성물은 무독성을 나타낼 수 있다.
상기 색소는 무독성이라면 그 종류를 특별히 한정하지 않으며, 당 업계에서 사용되는 것을 사용할 수 있다.
상기 색소는 컬러 접착제 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 30 중량%, 바람직하게는 5 내지 25 중량%로 포함될 수 있다. 상기 색소가 상기 함량 범위 내일 경우 일광견뢰도가 우수한 컬러 접착제 조성물을 제공할 수 있다.
상기 일광견뢰도는 햇빛에 의해 색이 바래지거나 일광등에 노출되었을 때 색이 퇴색하지 않고 견디는 성질을 의미한다. 상기 일광견뢰도는 태양광과 유사한 스펙트럼을 갖는 인공 광원을 사용하여 짧은 시간에 시험편이 표준 퇴색될 때까지 소요되는 표준 퇴색시간을 측정하여 등급을 결정한다. 퇴색은 색이 있는 부분에 빛이 도달하면 굴절, 반사 및 흡수 등이 일어나는데, 흡수된 빛은 색소와 광이성화 반응, 광산화 반응 및 광화학반응 등을 일으켜 색을 퇴색시킨다.
상기 물은 컬러 접착제 조성물의 용매로, 컬러 접착제 조성물의 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔량으로 포함될 수 있다.
또한, 상기 컬러 접착제 조성물은 추가로 잔탄검 및 실리콘 소포제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 잔탄검은 컬러 접착제 조성물의 점도를 조절하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 잔탄검은 컬러 접착제 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 2 중량%로 포함될 수 있다.
또한, 상기 실리콘 소포제는 컬러 접착제 조성물에서 발생할 수 있는 거품을 제거하는 역할을 수행한다. 상기 실리콘 소포제는 컬러 접착제 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 1 중량%, 바람직하게는 0.3 내지 0.7 중량%로 포함될 수 있다.
상기 본 발명의 컬러 접착제 조성물은 폴리비닐알코올, 젤라틴, 폴리비닐피롤리돈 및 물을 혼합한 후 은 이온을 포함하는 화합물 및 색소를 첨가하여 제조될 수 있다. 이 때 폴리비닐알코올, 젤라틴, 폴리비닐피롤리돈 및 물의 혼합은 50 내지 90℃의 온도에서 이루어지며, 70 내지 80℃의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다. 만약 온도가 90℃를 초과하면 폴리비닐알코올과 젤라틴의 수소결합이 끊어져 접착력이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 컬러 접착제 조성물은 유아 및 어린이들의 학습 교구로 사용될 수 있다. 상기 컬러 접착제 조성물은 휘발성 유기 화합물(VOCs, Volatile Organic Compounds)을 포함하지 않아 친환경적이며, 무독성 및 항균력을 지니고 있어 유아 및 어린이들이 안전하게 사용할 수 있으며, 다루기 쉽고, 일광견뢰도가 우수하여 심미적인 효과도 기대할 수 있다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
<컬러 접착제 조성물 제조>
실시예 1.
폴리비닐알코올 20 중량% 및 젤라틴 1 중량%를 물에 첨가하여 60℃의 항온조에서 용해하였다. 그 후 폴리비닐피롤리돈 10 중량%를 첨가하여 용해한 후 질산은 10ppm 및 노란색 무독성 색소 10 중량%를 첨가하여 컬러 접착제 조성물을 제조하였다. 이 때 물은 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 사용하였다.
실시예 2.
폴리비닐알코올 20 중량% 및 젤라틴 1 중량%를 물에 첨가하여 70 내지 80℃의 항온조에서 용해하였다. 그 후 폴리비닐피롤리돈 10 중량%를 첨가하여 용해한 후 질산은 10ppm 및 파란색 무독성 색소 10 중량%를 첨가하여 컬러 접착제 조성물을 제조하였다.
실시예 3.
폴리비닐알코올 20 중량% 및 젤라틴 1 중량%를 물에 첨가하여 70 내지 80℃의 항온조에서 용해하였다. 그 후 폴리비닐피롤리돈 10 중량%를 첨가하여 용해한 후 질산은 10ppm 및 빨간색 무독성 색소 10 중량%를 첨가하여 컬러 접착제 조성물을 제조하였다.
실시예 4.
폴리비닐알코올 30 중량% 및 젤라틴 5 중량%를 물에 첨가하여 70 내지 80℃의 항온조에서 용해하였다. 그 후 폴리비닐피롤리돈 5 중량%를 첨가하여 용해한 후 질산은 10ppm 및 노란색 무독성 색소 20 중량%를 첨가하여 컬러 접착제 조성물을 제조하였다.
실시예 5.
폴리비닐알코올 25 중량% 및 젤라틴 2 중량%를 물에 첨가하여 70 내지 80℃의 항온조에서 용해하였다. 그 후 폴리비닐피롤리돈 5 중량% 및 잔탄검 1 중량%를 첨가하여 용해한 후 질산은 50ppm 및 노란색 무독성 색소 10 중량%를 첨가하여 컬러 접착제 조성물을 제조하였다.
비교예 1.
폴리비닐알코올 20 중량% 및 젤라틴 1 중량%를 물에 첨가하여 70 내지 80℃의 항온조에서 용해하였다. 그 후 폴리비닐피롤리돈 10 중량%를 첨가하여 용해한 후 노란색 무독성 색소 10 중량%를 첨가하여 컬러 접착제 조성물을 제조하였다.
실험예 1. 컬러 접착제 조성물의 독성 평가
상기 실시예 1 내지 3에서 제조한 컬러 접착제 조성물의 독성 평가를 실시하였다.
독성 평가는 EN 71의 방법으로 수행하였으며, 유해원소 용출 8가지 중금속 항목인 안티모니(Sb), 비소(As), 바륨(Ba), 카드뮴(Cd), 크로뮴(Cr), 납(Pb), 수은(Hg), 셀레늄(Se)을 분석하였고, 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
분석항목 학용품 안전기준
(mg/kg)		 중금속 농도
(mg/kg)
실시예 1
(색소 : 노란색)		 안티모니(Sb) 60 불검출
비소(As) 25 불검출
바륨(Ba) 1000 2.56
카드뮴(Cd) 75 불검출
크로뮴(Cr) 60 0.82
납(Pb) 90 불검출
수은(Hg) 60 불검출
셀레늄(Se) 500 불검출
실시예 2
(색소 : 파란색)		 안티모니(Sb) 60 불검출
비소(As) 25 불검출
바륨(Ba) 1000 1.87
카드뮴(Cd) 75 불검출
크로뮴(Cr) 60 2.42
납(Pb) 90 불검출
수은(Hg) 60 불검출
셀레늄(Se) 500 불검출
실시예 3
(색소 : 빨간색)		 안티모니(Sb) 60 불검출
비소(As) 25 불검출
바륨(Ba) 1000 1.67
카드뮴(Cd) 75 불검출
크로뮴(Cr) 60 0.57
납(Pb) 90 불검출
수은(Hg) 60 불검출
셀레늄(Se) 500 불검출
실시예 1 내지 3의 컬러 접착제 조성물은 크롬 및 바륨이 소량 검출되었으나, 이외의 중금속은 검출되지 않았다. 크롬 및 바륨이 검출되었다 하더라도 이는 매우 소량이며, 학용품 안전기준 수치 보다 매우 낮은 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 컬러 접착제 조성물은 무독성이며, 이를 유아 및 어린이들이 사용하는 교구 등에 이용 가능하다는 것을 알 수 있다.
실험예 2. 컬러 접착제 조성물의 항균력 측정
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 컬러 접착제 조성물의 항균력을 측정하였다.
항균력 평가는 KS K 0693 : 2016의 방법으로 수행하였으며, 황색포도상구균(Staphylococcus aureus, ATCC 6538) 및 폐렴균(Klebsiella pneumoniae, ATCC 4352)의 2가지 균을 사용하였다. 또한, 비이온 계면활성제는 Tween 80(0.05%)를 사용하였다.
상기 황색포도상구균 및 폐렴균 각각을 접종 및 배양시킨 후 일정량의 실시예 1 및 비교예 1(control)의 컬러 접착제 조성물 각각에 진탕시켜 배양된 황색포도상구균 및 폐렴균을 추출하여 그 수를 측정하였다. 각각 2개의 시험편을 채취하여 측정한 결과를 평균치를 0.1%까지 표시하였으며, 결과를 하기 표 2 및 도 2에 나타내었다.
시험균종(보존번호) Staphylococcus aureus
(ATCC 6538)		 Klebsiella pneumoniae
(ATCC 4352)
Ma 1.2 × 105 1.1 × 105
Mb 5.5 × 106 4.3 × 107
Mc < 20 < 20
정균감소값 5.4 6.3
정균감소율 99.9 99.9
Ma: 비교예 1의 접종직후 생균수
Mb: 비교예 1의 18시간 배양후 생균수
Mc: 실시예 1의 18시간 배양후 생균수
은 이온을 포함하지 않는 비교예 1의 컬러 접착제 조성물에 배양된 황색포도상구균 및 폐렴균은 모두 그 수가 증가한 반면, 실시예 1의 컬러 접착제 조성물에 배양된 황색포도상구균 및 폐렴균은 그 수가 20 미만으로 현저하게 감소한 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 컬러 접착제 조성물은 은 이온을 포함함에 따라 우수한 항균력을 지니고 있는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 3. 컬러 접착제 조성물의 일광견뢰도 측정
상기 실시예 1 내지 3에서 제조한 컬러 접착제 조성물의 일광견뢰도를 측정하였다.
일광견뢰도는 KS K ISO 105 B 02:2014(제논 아크법, 수냉식, A-1 노출조건, 방법 3)방법으로 측정되었으며, 실시예 1 내지 3에서 제조한 컬러 접착제 조성물의 색이 퇴색될 때까지 소요되는 표준 퇴색시간을 측정하여 등급을 결정하였다.
그 결과, 실시예 1 내지 3의 컬러 접착제 조성물은 모두 4급으로 측정되어 일광견뢰도가 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다(도 3 내지 5).

Claims (7)

  1. 폴리비닐알코올, 젤라틴, 폴리비닐피롤리돈, 은 이온을 포함하는 화합물, 색소 및 물을 포함하는 컬러 접착제 조성물에 있어서,
    상기 컬러 접착제 조성물 총 중량에 대한 상기 은 이온을 포함하는 화합물의 농도가 10 내지 100ppm이고,
    상기 컬러 접착제 조성물은 추가로 잔탄검 및 실리콘 소포제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하고,
    상기 컬러 접착제 조성물 총 중량에 대하여 잔탄검이 0.1 내지 5 중량%로 포함되고, 실리콘 소포제가 0.1 내지 1 중량%로 포함되는, 컬러 접착제 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 은 이온을 포함하는 화합물은 질산은, 황산은 및 과염소산은으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 접착제 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 컬러 접착제 조성물은 50 내지 90℃의 온도에서 혼합되는 것을 특징으로 하는 컬러 접착제 조성물.
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