KR102309666B1

KR102309666B1 - 수성 접착제 조성물

Info

Publication number: KR102309666B1
Application number: KR1020190177967A
Authority: KR
Inventors: 이종미; 성재근; 박종희; 김동준
Original assignee: 주식회사 에스앤비
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2021-10-07
Also published as: KR20210085190A

Abstract

본 발명은,
(a) 클로로프렌 고무(chloroprene rubber, CR) 100 중량부;
(b) 상기 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여, 아크릴 에멀젼 수지, 폴리우레탄 에멀젼 수지, 에폭시 수지 에멀젼, 아크릴로니트릴-부타디엔-고무(NBR), 스티렌-부타디엔-고무(SBR) 및 네오프렌으로 이루어진 군에서 선택되는 한 종 이상의 폴리머 에멀젼 20 내지 50 중량부;
(c) 상기 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여, 사이클로헥산, 메틸사이클로헥산, 메틸에틸케톤, 아세톤, 사이클로헥산올, 에탄올 및 프로판올로 이루어진 군에서 선택되는 한 종 이상의 용제 1 내지 10 중량부; 및
(d) 상기 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여 물 30 내지 50 중량부;를 포함하며, 상온에서 점도가 1000 내지 2000 cps인 접착력, 유지력, 내구성이 우수하면 친환경적인 수성 접착제 조성물을 제공한다.

Description

수성 접착제 조성물{Aqueous Adhesive Composition}

본 발명은 수성 접착제 조성물에 관한 것으로, 상세하게는, 클로로프렌 고무(chloroprene rubber, CR) 기반의 수성 접착제 조성물에 관한 것이다.

자동차 내부에는 시트, 헤드라인, 도어트림, 스티어링 휠 커버, 대쉬보드 커버 등 차량용 천연가죽을 이용한 다양한 제품이 사용되고 있다.

이러한 차량용 천연 가죽은 빈번한 사용성에 대비하여 기능성 특성을 최대한 오래 유지하는 것이 중요한 바, 종래 폴리우레탄 폼에 유성(액상) 핫멜트, WEB(열가소성) 핫멜트, PUR(습기 경화형) 핫멜트 등을 이용한 다양한 접착공법을 적용하였다.

예를 들어, 유성 핫멜트는 용제에 MEK 혼합 접착제로 초기에 많이 사용되어왔으나, 천연가죽과 접착시 냄새 및 VOC에 취약하며 열용융접착 온도 100 ~ 120℃에서 천연가죽이 수축이 발생한다. 또한, 여름철 자동차 실내온도가 90℃이상 올라가면 접착제 박리현상이 발생하여 내열에 취약하고, 이에 따른 시트 주름이 발생하여 미관상 문제도 발생하였다.

WEB 핫멜트는 1차 폴리우레탄 폼에 WEB을 불꽃 라미네이션으로 붙이는 것으로 생산 원가 및 효율은 좋으나, 불꽃으로 폴리우레탄 폼을 탄화 시키면서 발생하는 아민 가스로 인한 직물류 원단의 변색(황변) 냄새, VOC 발생, 환경 오염에 따른 문제가 있다. 더욱이 폴리우레탄 폼 탄화로 인한 두께 감소로 재료비 손실이 발생할 수 있고, 유성 핫멜트과 마찬가지로 열용융접착 온도에서 수축이 발생하였다.

PUR(습기경화형) 핫멜트는 대기중의 수분에 의해 접착력이 강화되는 재료로 아민 가스, VOC 등이 발생하지 않아 친환경 접착제로 널리 사용되고 있으나, 접착제 특성상 자연 숙성 시간이 3 내지 5일 소요가 되며, 별도의 숙성 조건의 온도 25±3℃, 상대습도 55±5%에서 6시간 이상 경과 후 사용해야 되어 납기에 어려움이 있다. 더욱이, 접착 후 딱딱함이 있어 소프트 감이 떨어지고 자동차 시트 형상에 따른 굴곡이 있는 부위에는 주름이 발생되어 주름이 펴지지 않는 문제점이 있었다.

따라서, 이러한 종래 접착 공법 등의 문제점을 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 클로로프렌 고무를 이용하여 친환경적일 뿐만 아니라 접착력, 내구성 및 가격 경쟁력이 우수한 수성 접착제 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은,

(a) 클로로프렌 고무(chloroprene rubber, CR) 100 중량부;

(b) 상기 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여, 아크릴 에멀젼 수지, 폴리우레탄 에멀젼 수지, 에폭시 수지 에멀젼, 아크릴로니트릴-부타디엔-고무(NBR), 스티렌-부타디엔-고무(SBR) 및 네오프렌으로 이루어진 군에서 선택되는 한 종 이상의 폴리머 에멀젼 20 내지 50 중량부;

(c) 상기 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여, 사이클로헥산, 메틸사이클로헥산, 메틸에틸케톤, 아세톤, 사이클로헥산올, 에탄올 및 프로판올로 이루어진 군에서 선택되는 한 종 이상의 용제 1 내지 10 중량부; 및

(d) 상기 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여 물 30 내지 50 중량부;를 포함하며, 상온에서 점도가 1000 내지 2000 cps인 수성 접착제 조성물을 제공한다.

상기 클로로프렌 고무의 고형분 함량은 40% 내지 90%일 수 있다.

상기 아크릴 에멀젼 수지의 고형분 함량은 50% 내지 90%일 수 있다.

상기 아크릴 에멀젼 수지는, 메틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 헵틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 옥틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 데실메타크릴레이트, 2-에틸부틸메타크릴레이트, 비닐톨루엔, α-메틸스티렌, 비닐아세테이트, 및 2-에틸헥실아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 공중합체일 수 있다.

상기 수성 접착제 조성물은 상기 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여, 증점제를 0.1 내지 3 중량부를 추가로 포함할 수 있다.

상기 증점제는 아크릴계, 전분, 우레탄계, 및 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol, PVA)로 이루어진 군에서 선택되는 한 종 이상일 수 있다.

상기 수성 접착제 조성물은 상기 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여, 무기물 충전제, 분산제, 소포제, 안정제, 레벨링제, 가스흡수제, 습기흡수제, 점착부여제, 촉매, pH 조절제, 및 중합개시제로 이루어진 군에서 선택되는 한 종이상의 첨가제를 0.001 내지 2 중량부를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 수성 접착제 조성물은 접착 후 경화가 빨라 초기 접착력이 우수하며 경화 후에도 소프트하여 주름이 발생하지 않으므로 접착력, 유지력 및 내구성이 우수하다.

본 발명에 따른 수성 접착제 조성물은 압착 과정으로 접착이 진행될 수 있어 제조 공정 간소화에 따른 공정 시간 단축이 가능하며 원가 경쟁력이 뛰어나고 친환경적이다.

본 발명은

(a) 클로로프렌 고무(chloroprene rubber, CR) 100 중량부;

(d) 상기 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여 물 30 내지 50 중량부;를 포함하며,

상온에서 점도가 1000 내지 2000 cps인 수성 접착제 조성물을 제공한다.

본 발명에서 클로로프렌 고무는 음이온형 계면 활성제 존재 하에서 중합하여 얻어진 음이온형일 수 있다. 이러한 음이온형 클로로프렌 고무는 초기 압착에 의한 접착성 발현을 유도하여 우수한 초기 접착력을 나타낼 수 있다.

상기 클로로프렌 고무는 결정성이 높은 수지를 사용할 수 있으며 고형분 함량(수분을 제외한 고용분 함량)은 클로로프렌 고무 수지 전체 중량을 기준으로 40% 내지 90%일 수 있다. 고형분의 함량이 90%를 초과하면 폴리머 에멀젼 등과 중합 반응이 원활히 이루어지기 힘들고, 고형분의 함량이 40% 미만일 경우 클로로프렌 고무 첨가에 따른 본 발명이 의도하는 효과를 발휘할 수 없어 바람직하지 않다.

상기 클로로프렌 고무는 아세틸렌 또는 부타디엔을 출발 물질로 사용하여 중합할 수 있으며, 이는 당업계에 널리 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 수성 접착제 조성물은 폴리머 에멀젼을 포함하여 접착 강도가 증대되고 기계적 안전성이 증가할 수 있다.

상기 폴리머 에멀젼은 아크릴 에멀젼 수지, 폴리우레탄 에멀젼 수지, 에폭시 수지 에멀젼, 아크릴로니트릴-부타디엔-고무(NBR), 스티렌-부타디엔-고무(SBR) 및 네오프렌으로 이루어진 군에서 선택되는 한 종 이상일 수 있으나 상세하게는 아크릴 에멀젼 수지일 수 있다.

상기 아크릴 에멀젼 수지를 첨가함으로써, 접착성이 증대될 뿐만 아니라, 속건성, 습기 및 기체 차단성에 기여할 수 있다.

아크릴 에멀젼 수지는 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 고형분 함량(수분을 제외한 고용분 함량) 은 50% 내지 90%, pH 8, Tg -15℃인 것을 사용할 수 있다. 여기서 고형분 함량이 50% 미만일 경우 접착제의 물성이 저하되어 본 발명이 의도하는 효과를 얻을 수 없고, 90% 초과할 경우 제조 공정상 어려움이 발생하여 바람직하지 않다. 상세하게는 50% 내지 80%일 수 있다.

더욱 상세하게는, 아크릴 에멀젼 수지는 상기 조건을 만족하는, 메틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 헵틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 옥틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 데실메타크릴레이트, 2-에틸부틸메타크릴레이트, 비닐톨루엔, α-메틸스티렌, 비닐아세테이트, 및 2-에틸헥실아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 공중합체일 수 있다.

본 발명에 따른 수성 접착제 조성물은 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여 폴리머 에멀젼 20 내지 50 중량부를 포함할 수 있다. 상기에서 정의한 범위를 넘어서 폴리머 에멀젼의 양이 지나치게 적으면 접착 특성이 현저히 저하되거나 접착 시 압착 시간이 길어져 바람직하지 않고, 폴리머 에멀젼의 양이 지나치게 많으면 압착 시간은 양호하나, 보관 안정성 및 접착 강도가 약화될 수 있어 바람직하지 않다. 상세하게는 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여 폴리머 에멀젼 20 내지 40 중량부일 수 있다.

접착제는 적심(wetting)이 유리할수록 상대적으로 넓은 초기 접착면적을 가지게 되므로 우수한 초기 접착성을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 수성 접착제 조성물은 용제를 포함하여 조성물의 용해 및 피착체의 젖음성 향상에 기여할 수 있으며, 특히 스프레이 공정에서 초기 접착성이 향상될 수 있다.

상기 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여 용제는 1 내지 10 중량부를 사용할 수 있다. 상기 범위를 넘어서 용제의 양이 지나치게 적을 경우 본 발명이 의도하는 효과를 발휘할 수 없고, 용제의 양이 지나치게 많을 경우 고형분의 함량이 낮아지며 물성적으로 불안정해지고 도포 작업성의 효율이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다. 상세하게는, 상기 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여 용제는 2 내지 8 중량부일 수 있다.

상기 접착제 조성물에 포함되는 물은 접착제 조성물에 잔량으로 포함될 수 있다. 물을 용매로 사용하여 유기 용제의 사용으로 인하여 야기 되던 환경 문제를 해결할 수 있고, 접착 과정에서 발생하는 냄새,VOC 등을 억제하여 작업자의 작업능률을 향상시킬 수 있는 바, 이는 높은 작업성으로 이어질 수 있다.

상기 물은 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여 30 내지 50 중량부일 수 있으며 상기 범위를 벗어나 지나치게 많거나 적을 경우 본 발명이 의도하는 효과를 발휘할 수 없어 바람직하지 않다.

상기 증점제는 아크릴계, 전분, 우레탄계, 및 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol, PVA)로 이루어진 군에서 선택되는 한 종 이상일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 증점제는 수성 매질을 점성화시키는 작용을 하는 수용성 및 수팽윤성 물질로 점도를 높이면서 점도를 유지하게 하고, 발림성 및 롤 도포성을 개선할 수 있다. 따라서, 증점제의 함량이 상기에서 정의한 범위를 벗어나 지나치게 낮을 경우 폴리우레탄 폼에 스며드는 현상이 발생할 수 있고, 지나치게 함량이 높을 경우 도포량 조절이 쉽지 않아 불량의 원인이 될 수 있어 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 수성 접착제 조성물은 상기 성분 이외에 필요에 따라 통상의 접착제 조성물에 사용되는 무기물 충전제, 분산제, 소포제, 안정제, 레벨링제, 가스흡수제, 습기흡수제, 점착부여제, 촉매, pH 조절제, 중합개시제 등의 첨가제를 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여 0.001 내지 2중량부를 더 포함할 수 있다.

상세하게는, 수지 접착제 조성물의 접착 강도를 향상시키기 위하여 무기물 충전제로, 실리카, 이산화규소, 규산마그네슘, 산화알루미늄, 산화아연 및 탄산칼슘으로 이루어지는 군에서 선택되는 한종 이상을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 무기물 충전제의 함량이 상기 정의한 값 미만일 경우 접착 강도가 향상되지 못할 수 있으며, 상기 정의한 값 초과인 경우에는 접착제 조성물의 다른 특성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.

또한, 안정제로 이소트리데실-3-(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트, 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀, (비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피레리디니)세바케이트, n-옥타데실 3-(4-히드록시-3,5-디-t-부틸페닐)프로피오네이트, 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 테트라비스-메틸렌-3(3',5'-디-t-히드록시페닐)프로피오네이트메탄, 4,4'-티오비스(3-메틸-6-t-부틸페놀) 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 수성 접착제 조성물은 상온에서 점도가 1000 내지 2000 cps일 수 있다. 상기 범위를 벗어나 점도가 지나치게 낮으면 접착 강도가 저하될 수 있고, 점도가 지나치게 상승하면 접착 발림성이 않좋고 롤 도포성의 문제가 있어 바람직하지 않다.

한편, 본 발명에서 수성 접착제 조성물에서 물을 제외하고 고속분산기에 500 내지 1,000 RPM으로 20 내지 30분 분산 후 물을 30 내지 50 중량부를 투입하고 고속분산기에 10 내지 20분 분산시키는 방법으로 수성 접착제를 제조할 수 있다.

본 발명의 수성 접착제 조성물을 중합하여 제조되는 수성 접착제는 자동차 시트용으로 바람직하게 사용할 수 있으며, 피착면에 스프레이, 붓, 롤러 등을 사용하여 도포할 수 있다. 이와 관련해, 롤러 도포는 편리하기는 하지만 표면에 흡수되는 경우가 많아 건조가 느려질 수 있어 초기 부착에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 반면, 스프레이 도포의 경우 스프레이시 미세입자화하여 초기 부착에 기여할 수 있는 바 바람직하게는 스프레이 도포를 이용할 수 있다.

이러한 도포 과정 후 바로 압착을 진행할 수 있다. 상기 압착에 의해 에멀젼 상태의 접착제에서 수분이 빠져나가며, 이 과정에서 접착제 성분의 입자들이 밀집되도록 변형되어 접착력을 가지게 된다.

즉, 본 발명에 따른 수성 접착제 조성물은 종래 수성 접착제와 달리 도포 후 건조 공정없이 압착 공정만으로 접착이 가능하며, 별도의 숙성조건 없이 6 시간 이내 경화되어 최적의 접착 강도를 확보할 수 있다. 또한, 수성 용제 특성상 냄새가 없으며 접착 용제 VOC가 발생하지 않아 환경 친화적이다.

접착 과정에서 도포량은 30 내지 100 g/m²일 수 있다. 도포량이 이를 벗어나 30 g/m²미만이면 접착력이 현저히 낮아지고 100 g/m²초과하면 경제성이 떨어지며 접착 과정에서 어려움이 따를 수 있는 바 바람직하지 않다.

이하, 본 발명의 실시예를 들어 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

클로로프렌 고무 100 중량부에 대해 아크릴 에멀젼 수지 20 중량부, 아크릴계 증점제 2 중량부, 사이클로헥산 7 중량부, 무기물 0.1 중량부를 투입 후, 고속 분산기에 1000 RPM으로 25분 분산 후 물 40 중량부를 투입 후 다시 고속 분산기에 15 분 분산시키는 방법으로 중합하여 점도가 1500 cps인 수성 접착제를 제조하였다.

비교예1

실시예 1에서 아크릴 에멀젼 수지를 10 중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 수성 접착제를 제조하였다.

비교예2

실시예 1에서 아크릴 에멀젼 수지를 60 중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 수성 접착제를 제조하였다.

실험예

실시예 1, 비교예 1 및 2에서 제조된 수성 접착제를 이용하여 자동차 내장용 폴리우레탄 폼에 스프레이를 이용하여 50 g/m³ 도포 후 피착물을 올려 압착하여 접착되는 정도를 살려보았다.

실시예 1를 이용한 경우 0.5분 이하의 압착으로 우수한 접착 강도를 나타내나 비교예 1의 경우 압착 시간이 1분 이상 소용되며 접착 강도가 상대적으로 떨어지며, 비교예2의 경우 접착 강도가 상대적으로 떨어지는 것을 관찰할 수 있었다.

Claims

(a) 클로로프렌 고무(chloroprene rubber, CR) 100 중량부;
(b) 상기 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여, 메틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 헵틸아크릴레이트, 옥틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 데실메타크릴레이트, 2-에틸부틸메타크릴레이트, 비닐톨루엔, α-메틸스티렌 및 2-에틸헥실아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 공중합체인 아크릴 에멀젼 수지 20 중량부;
(c) 상기 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여, 사이클로헥산 7 중량부; 및
(d) 상기 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여 물 40 중량부;를 포함하며, 상온에서 점도가 1500 cps이고,
상기 클로로프렌 고무 100 중량부에 대하여, 아크릴계 증점제를 2 중량부 및 무기물 충전제 0.1 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 수성 접착제 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 클로로프렌 고무의 고형분 함량은 40 내지 90%인 것을 특징으로 하는 수성 접착제 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 아크릴 에멀젼 수지의 고형분 함량은 50 % 내지 90%인 것을 특징으로 하는 수성 접착제 조성물.
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