KR102561168B1 - 친환경 단열재용 바인더 조성물 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 친환경 단열재용 바인더 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전분 및 전분당을 포함하는 식품재료들로 이루어지면서도 우수한 특성을 갖는, 친환경 단열재용 바인더 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 친환경 단열재용 바인더 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전분 및 전분당을 포함하는 식품재료들로 이루어지면서도 우수한 특성을 갖는, 친환경 단열재용 바인더 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
종래에는 유리솜, 인조보드, 합판목재, 섬유제품, 및 적층제품 등과 같은 재료에 페놀-포름알데히드 수지를 가하여 성형하여 건축물 단열재를 제조하였다. 페놀-포름알데히드 수지는 내수성 및 접착강도가 우수하여, 유리면용 바인더로 주로 사용되었다.
최근에는 건축물 단열재 등 건축자재에서 방출되는 포름알데히드가 입주민에게 눈과 코의 자극, 알레르기, 및 천식 등의 질병을 유발시키는 새집증후군의 원인물질로 알려지면서, 페놀-포름알데히드 수지가 적용된 단열재에 대한 수요가 감소하고 있어 이를 대체하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
선행문헌 1은 포름알데히드를 함유하지 않는 유리면 바인더 조성물로서, 수용성 아크릴 수지를 주성분으로 포함하는 바인더 조성물을 개시하고 있다. 다만, 이와 같은 바인더 조성물은 내수성이 좋지 않고, pH가 비교적 낮아 전용 제조설비를 사용하여 설비 부식 등과 같은 문제를 방지해야 하는 문제가 있다.
선행문헌 2는 친환경 단열재용 바인더 조성물로서, 식품용 감미료로 주로 사용되는 당을 이용하는 조성물을 개시하고 있다. 다만, 상기 조성물은 복수의 성분들을 단계적으로 첨가 또는 적하하는 과정을 포함하는 핫블랜딩 변성공정을 통해 제조됨에 따라, 제조공정이 복잡하여 작업성이 떨어지는 문제가 있다.
즉, 페놀-포름알데히드를 함유하지 않으면서도 내수성 등의 특성이 우수하고, 용이하게 제조할 수 있는 친환경 단열재용 바인더 조성물에 대한 연구가 시급한 실정이다.
본 발명은 전분 및 전분당을 포함하는 식품재료들로 이루어지면서도 우수한 특성을 갖는, 친환경 단열재용 바인더 조성물 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예는, 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 및 실란커플링제를 혼합하는 혼합단계; 상기 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 및 실란커플링제의 혼합액을 승온시키는 승온단계; 상기 혼합액의 온도를 유지시키는 온도유지단계; 상기 혼합액을 냉각시키는 냉각단계; 및 냉각된 상기 혼합액에 중화제를 투입하는 중화제투입단계;를 포함하는, 친환경 단열재용 바인더 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 승온단계에서는 상기 혼합액의 온도를 90 내지 99 ℃의 온도로 승온시킬 수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 온도유지단계에서는 승온된 상기 혼합액의 온도를 3 시간 이상 유지시킬 수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 냉각단계에서는 상기 혼합액의 온도를 50 ℃ 이하의 온도로 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 전분당은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 10 내지 80 중량%이고, 상기 전분은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 20 중량%이고, 상기 아미노산은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 10 내지 60 중량%이고, 상기 유기산은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%이고, 상기 실란커플링제는 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%일 수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 전분당은 물엿, 과당, 올리고당, 및 덱스트린으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것일 수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 유기산은 모노카르복실산, 다이카르복실산, 및 트리카르복실산으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것일 수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 실란커플링제는 아미노실란, 에폭시실란, 및 비닐실란으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것일 수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 중화제는 트리에틸아민, 암모늄하이드록사이드, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, KOH, NaOH, 및 암모니아수로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것일 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예는, 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 및 실란커플링제를 혼합하는 혼합단계; 상기 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 및 실란커플링제의 혼합액을 승온시키는 승온단계; 상기 혼합액의 온도를 유지시키는 온도유지단계; 상기 혼합액을 냉각시키는 냉각단계; 및 냉각된 상기 혼합액에 중화제를 투입하는 중화제투입단계;에 의하여 제조되는, 친환경 단열재용 바인더 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전분 및 전분당을 포함하는 식품재료들로 이루어지면서도 단열재로의 적용성이 탁월한 친환경 단열재용 바인더 조성물을 제공할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 특수한 제조법을 이용하여 식품으로 사용되는 원재료들을 효과적으로 고분자화시킴으로써, 악취가 발생되지 않고 단열재를 효과적으로 경화시킬 수 있는 친환경 단열재용 바인더 조성물을 제공할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기설정된 조성범위를 갖는 전분과 아미노산 및 유기산의 조합에 의하여, 친환경 단열재용 바인더 조성물 제조 시 고온반응이 유도되고 분자량이 향상되어, 친환경 단열재용 바인더 조성물의 접착강도를 향상시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비점이 낮은 중화제를 사용함에 따라 바인더 조성물을 유리솜에 적용할 때 발생될 수 있는 매연을 방지하고, 바인더 조성물의 화학적 안정성을 확보할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 단열재용 바인더 조성물의 제조방법을 개략적으로 도시한다.
다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다.
더불어, 용어 "또는"은 배타적 "또는"이 아니라 내포적 "또는"을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 달리 특정되지 않거나 문맥상 명확하지 않은 경우에, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 의도된다. 즉, X가 A를 이용하거나; X가 B를 이용하거나; 또는 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우, "X는 A 또는 B를 이용한다"가 이들 경우들 어느 것으로도 적용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 명백하게 다른 내용을 지시하지 않는 “한”과, “상기”와 같은 단수 표현들은 복수 표현들을 포함한다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 일 예로, “컴포넌트 표면(component surface)”은 하나 혹은 그 이상의 컴포넌트 표면들을 포함한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 단열재용 바인더 조성물은 대표적으로, 유리면 혹은 암면 등에 분사하고, 이후 100 내지 300 ℃의 소부로를 거처 경화되면서 최종 제품인 글라스울 및 미네랄울을 제조할 수 있는 용도를 갖는다.
이하에서는, 본 발명에 따른 친환경 단열재용 바인더 조성물의 제조방법에 대하여 상세하게 서술하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 단열재용 바인더 조성물의 제조방법을 개략적으로 도시한다.
종래의 단열재에 적용되는 바인더인 페놀-포름알데히드 수지를 대체하기 위한 방안으로서, 식품이나 식품용 감미료가 원재료로 포함되는 바인더 조성물에 대한 연구가 진행되고 있다.
다만, 식품이 원재료인 혼합물을 고분자화 시키는 것 자체가 쉽지 않아 미처 고분자화 되지 않은 재료들로 인하여 바인더 조성물에 악취가 발생될 수 있고, 고분자화시켜 바인더 조성물을 제조하더라도 그 제조과정이 복잡하거나, 상기 바인더 조성물이 적용된 단열재가 경화되는 데에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 상기 단계들을 포함하는 특수한 제조법을 이용하여 바인더 조성물을 제조하였다.
바람직하게는, 상기 특수한 제조법은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 단열재용 바인더 조성물의 제조방법으로서, 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 및 실란커플링제를 혼합하는 혼합단계; 상기 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 및 실란커플링제의 혼합액을 승온시키는 승온단계; 상기 혼합액의 온도를 유지시키는 온도유지단계; 상기 혼합액을 냉각시키는 냉각단계; 및 냉각된 상기 혼합액에 중화제를 투입하는 중화제투입단계;를 포함할 수 있다.
상기 혼합단계에서는, 본 발명의 일 실시예에서, 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 및 실란커플링제를 포함할 수 있다. 즉, 중화제를 제외한 모든 원재료들을 한 번에 혼합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 혼합단계에서는 물을 더 혼합할 수 있다. 이 경우, 상기 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 실란커플링제, 및 물을 한 번에 혼합할 수 있다.
상기 승온단계에서는, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 및 실란커플링제의 혼합액을 승온시킬 수 있다. 이 경우, 상기 혼합액은 고분자화 반응이 유발될 수 있다.
낮은 온도에서의 고분자화는 상기 혼합액에 포함된 원재료들의 특성이 남아있을 수 있도록 하여, 제조된 바인더 조성물에서 악취가 유발되거나 상기 바인더 조성물을 단열재에 가했을 때 상기 단열재의 경화가 더딜 수 있다. 즉, 상기 혼합액을 완전하게 고분자화 시키기 위하여 충분히 높은 온도에서 고분자화 반응이 진행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 승온단계에서는 상기 혼합액의 온도를 90 내지 99 ℃의 온도로 승온시킬 수 있고, 바람직하게는 상기 혼합액의 온도를 95 내지 99 ℃의 온도로 승온시킬 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 혼합액의 온도를 99 ℃의 온도로 승온시킬 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 혼합액을 전술한 온도 범위까지 승온시킴으로써 고분자화 반응을 효과적으로 유발시킬 수 있다.
상기 온도유지단계에서는, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 혼합액의 온도를 유지시킬 수 있다. 이때, 상기 온도유지단계에서는 상기 혼합액의 점도가 더 이상 변하지 않을 때까지 온도를 유지시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 온도유지단계에서는 승온된 상기 혼합액의 온도를 3 시간 이상 유지시킬 수 있고, 바람직하게는 승온된 상기 혼합액의 온도를 4 내지 5시간 동안 유지시킬 수 있고, 더욱 바람직하게는 승온된 상기 혼합액의 온도를 4시간 30분 동안 유지시킬 수 있다.
상기 냉각단계에서는, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 혼합액을 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 상기 냉각단계에서는 상기 혼합액의 온도를 50 ℃ 이하의 온도로 냉각시킬 수 있고, 바람직하게는 상기 혼합액의 온도를 45 ℃ 이하의 온도로 냉각시킬 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 혼합액의 온도를 40 ℃ 이하의 온도로 냉각시킬 수 있다.
상기 중화제투입단계에서는, 본 발명의 일 실시예에서, 냉각된 상기 혼합액에 중화제를 투입할 수 있다. 이 경우, 상기 혼합액의 pH를 조절할 수 있어, 낮은 산도로 인하여 제조설비가 부식되는 현상을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 중화제투입단계에서는 냉각된 상기 혼합액에 중화제를 투입하여, 상기 혼합액의 pH를 4 내지 6의 범위로 조절할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 중화제투입단계에서는 냉각된 상기 혼합액에 중화제를 투입하여, 상기 혼합액의 pH를 5 내지 6의 범위로 조절할 수 있다.
이와 같이, 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물의 제조방법은 식품 등의 원재료들을 한 번에 혼합, 가열, 및 냉각 후에 중화제를 첨가함으로써 상기 원재료들의 혼합물을 완전하게 고분자화시켜 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물을 제조하는 방법에 해당하고, 완전하게 고분자화된 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물은 악취가 발생되지 않으며, 단열재에 적용 시 상기 단열재를 효과적으로 경화시킬 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에서 특수한 제조법을 이용하여 식품으로 사용되는 원재료들을 효과적으로 고분자화시킴으로써, 악취가 발생되지 않고 단열재를 효과적으로 경화시킬 수 있는 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물을 제공할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 단열재용 바인더 조성물의 성분에 대하여 상세하게 서술하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물은 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 및 실란커플링제를 포함할 수 있다.
상기 전분당은 물엿, 과당, 올리고당, 및 덱스트린으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 전분당은 올리고당을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 전분당은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 10 내지 80 중량%인 것이 바람직하다. 상기 전분당이 10 중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 바인더 조성물이 적용된 단열재의 경도가 저하될 수 있고, 상기 전분당이 80 중량% 초과로 첨가되는 경우에는 바인더 조성물이 적용된 단열재가 제대로 경화되지 않아 경화되는 데에 비교적 오랜 시간이 소요될 수 있다. 바람직하게는, 상기 전분당이 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 10 내지 30 중량%를 포함하고, 더욱 바람직하게는 18 내지 22 중량%를 포함할 수 있다.
상기 전분은 옥수수전분, 고구마전분, 감자전분, 타피오카전분, 쌀전분, 및 밀가루전분으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 전분은 옥수수전분을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 전분은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 20 중량%인 것이 바람직하다. 상기 전분은 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물을 이루는 고분자 골격의 주원료로써 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물의 접착강도를 부여할 수 있다. 상기 전분이 1 중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 고분자 골격을 제대로 형성하지 못해 바인더 조성물이 완전하게 고분자화되기 어렵고, 상기 전분이 20 중량% 초과로 첨가되는 경우에는 바인더 조성물의 점도가 지나치게 높아져 생산성이 저하될 수 있다. 바람직하게는, 상기 전분이 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 10 중량%를 포함하고, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 중량%를 포함할 수 있다.
상기 아미노산은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 10 내지 60 중량%인 것이 바람직하다. 상기 아미노산은 상기 전분과 함께 첨가되면서 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물이 고온에서 반응할 수 있도록 유도할 수 있다. 이때, 상기 아미노산의 -COOH기는 상기 전분의 -OH기와 에스테르반응을 할 수 있고, 제조되는 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물의 접착강도를 부여할 수 있다. 상기 아미노산이 10 중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 상기 전분과 충분히 반응하기에 적합하지 않아 반응 온도를 높이기에는 적합하지 않고, 상기 아미노산이 60 중량% 초과로 첨가되는 경우에는 반응 온도가 과하게 높아져 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물의 접착강도가 저하될 수 있다. 바람직하게는, 상기 아미노산이 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 10 내지 30 중량%를 포함하고, 더욱 바람직하게는 17 내지 19 중량%를 포함할 수 있다.
위와 같은 고온반응을 위해서는, 상기 전분과 상기 아미노산의 함량이 적정량으로 선택되는 것이 중요하다.
즉, 상기와 같은 조성범위를 갖는 전분과 아미노산의 조합에 의하여, 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물 제조 시 고온반응이 유도되어 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물의 접착강도를 향상시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
상기 유기산은 모노카르복실산, 다이카르복실산, 및 트리카르복실산으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 유기산은 다이카르복실산을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 유기산은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%인 것이 바람직하다. 상기 유기산은 1개 이상의 기능기를 가지는 물질로써, 물에 잘 녹는 특징이 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 유기산이 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물에 포함됨에 따라 조성물 내에서 가교역할을 수행할 수 있고, 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물의 강도를 부여할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 유기산의 -COOH기는 상기 전분의 -OH기와 에스테르반응을 할 수 있다. 상기 유기산이 0.1 중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 가교역할을 제대로 하지 못하여 바인더 조성물을 완전하게 고분자시키기에 적합하지 않고, 5 중량% 초과로 첨가되는 경우에는 바인더 조성물의 점도가 지나치게 높아지거나 냉각 후 첨가되는 중화제의 첨가량이 증가되어 경제성이 저하될 수 있다. 바람직하게는, 상기 유기산은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 1 중량%를 포함하고, 더욱 바람직하게는 0.2 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물은 상기 전분 및 상기 유기산의 반응에 의해서도 고온 반응이 유도될 수 있다. 고온반응이 발생되는 경우, 제조된 바인더 조성물은 높은 분자량을 가질 수 있어 접착강도가 향상될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 전분과 상기 유기산의 조합에 의하여, 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물의 분자량이 향상되어 접착강도를 향상시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
상기 실란커플링제는 아미노실란, 에폭시실란, 및 비닐실란으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 실란커플링제는 아미노실란을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 실란커플링제는 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%인 것이 바람직하다. 상기 실란커플링제는 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물이 유리솜에 적용되는 경우에 상기 유리솜의 접착력 및 내수성을 향상시킬 수 있다. 상기 실란커플링제가 0.1 중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 상기 유리솜과의 친화성이 저하되어 상기 유리솜에 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물을 적용하기에 어려움이 발생되고, 상기 실란커플링제가 5 중량% 초과로 첨가되는 경우에는 상기 유리솜과의 계면 접착성이 과하게 향상되어 작업성이 저하될 수 있다. 바람직하게는, 상기 실란커플링제는 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 1 중량%를 포함하고, 더욱 바람직하게는 0.2 중량%를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물은 물, 및 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 물은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 10 내지 80 중량%을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 40 내지 70 중량%를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 58 내지 61 중량%를 포함할 수 있다. 이와 같은 조성범위로 첨가됨에 따라, 상기 물은 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물의 점도를 적절하게 조절할 수 있다.
또한, 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물은 적절한 pH를 갖는 것이 바람직하다. 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에서는, 중화제를 상기 첨가제로써 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물에 첨가할 수 있다.
이때, 상기 중화제는 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 중화제는 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 3 중량%를 포함하고, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1 중량%를 포함할 수 있다. 본 발명에서는 상기와 같은 조성범위를 갖는 상기 중화제를 첨가함에 따라, 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물의 반응기 부식문제를 방지하고, 유리솜 적용 시의 경화시간을 최적화하여 제조되는 친환경 단열재의 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 중화제는, 트리에틸아민, 암모늄하이드록사이드, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, KOH, NaOH, 및 암모니아수로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것이 바람직하다.
종래에 사용되고 있는 중화제는 비점이 비교적 높은 물질로서, 혼합물을 냉각시키지 않고도 첨가될 수 있어 혼합단계에서부터 함께 첨가되고 있다. 다만 이러한 과정으로 제조된 바인더 조성물을 유리솜에 적용하는 경우에는 매연이 발생되는 문제점이 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 비점이 낮은 물성을 갖는 중화제를 사용하였다. 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 중화제는 트리에틸아민을 포함할 수 있다.
상기와 같은 중화제를 사용하는 경우에는, 제조된 바인더 조성물을 유리솜에 적용하는 경우에도 매연이 발생되지 않을 수 있고, 상기 제조된 바인더 조성물에게 화학적으로 영향을 끼치지 않을 수 있다.
즉, 비점이 낮은 중화제를 사용함에 따라 바인더 조성물을 유리솜에 적용할 때 발생될 수 있는 매연을 방지하고, 바인더 조성물의 화학적 안정성을 확보할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
이와 같은 성분을 갖는 상기 친환경 단열재용 바인더 조성물은 전술한 바와 같이, 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 및 실란커플링제를 혼합하는 혼합단계; 상기 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 및 실란커플링제의 혼합액을 승온시키는 승온단계; 상기 혼합액의 온도를 유지시키는 온도유지단계; 상기 혼합액을 냉각시키는 냉각단계; 및 냉각된 상기 혼합액에 중화제를 투입하는 중화제투입단계;에 의하여 제조될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에서, 전분 및 전분당을 포함하는 식품재료들로 이루어지면서도 우수한 특성을 갖는 친환경 단열재용 바인더 조성물을 제공할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 친환경 단열재용 바인더 조성물의 실시예들에 대하여 상세하게 서술하기로 한다. 다만, 본 발명이 하기 실시예들에 의해 한정되는 것은 아니다.
시험예 1
전분당에 따른 물성 비교
하기 표 1에 기재된 바와 같이, 서로 다른 성분의 전분당을 포함하는 성분함량비를 사용하여 중화제를 제외한 혼합액을 제조하고, 99 ℃의 온도까지 승온하고, 고분자화 반응을 유도하기 위하여 4시간 30분 간 온도를 유지시켰다. 이어서, 상기 혼합액의 점도가 더 이상 변화가 없을 때 40 ℃의 온도 이하까지 냉각시키고, 발열에 주의하면서 중화제를 투입하여 pH를 6으로 조절한 뒤 필터포장하여 중화를 완료시켰다. 이어서, 이들에 대한 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
물성평가항목
- 점도: 25 ℃의 항온수조에서 가드너점도관으로 확인
- 고형분: 바인더 제조 후 1g을 135℃에서 1시간 동안 오븐에 방치 후에, 냉각하여 상온에서 고형분 확인
- pH: 중화제 투입 후의 조성물 pH 확인
- 접착강도(유리솜 적용 시): 유리솜에 바인더 가한 후의 접착강도 확인
- 유리솜 외관(유리솜 적용 시): 바인더 가한 후의 유리솜 표면 상태 확인
- 내수성: 1에 가까울수록 내수성이 양호하고, 6에 가까울수록 내수성이 떨어짐.
| 구분 | 원료명 | 제조예-1 | 제조예-2 | 제조예-3 | 제조예-4 | 비교예-1 | 비교예-2 |
| 전분당 | 물엿 | 19.9 | - | - | - | - | - |
| 과당 | - | 19.9 | - | - | - | - | |
| 올리고당 | - | - | 19.9 | - | - | - | |
| 덱스트린 | - | - | - | 19.9 | - | - | |
| 전분 | 옥수수전분 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | - | - |
| 아미노산 | 17.9 | 17.9 | 17.9 | 17.9 | - | - | |
| 물 | 59.8 | 59.8 | 59.8 | 59.8 | - | - | |
| 중화제 | Triethylamine | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | - | - |
| 대조군 | 페놀수지 | - | - | - | - | 100 | - |
| 대조군 | 전분/아크릴수지 | - | - | - | - | - | 100 |
| Total | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100 | 100 | |
| 기본물성 | 점도(Gardner) | B | B | A | B | A1 | B |
| 고형분(%) | 40 | 40 | 40 | 40 | 50 | 42 | |
| pH | 6 | 6 | 6 | 6 | 8 | 4 | |
| 유리솜 적용 | 접착강도(N/mm2) | 1.9 | 2.1 | 2.5 | 1.5 | 4.1 | 2 |
| 유리솜 외관 | 표면 양호 | 표면 양호 | 표면 양호 | 표면 양호 | 표면 양호 | 표면 양호 | |
| 내수성(1좋음~6나쁨) | 3 | 2 | 4 | 5 | 1 | 6 |
상기 표 1에 기재된 바와 같이, 물엿, 과당, 올리고당, 및 덱스트린 중 1종을 전분당으로 사용한 제조예-1 내지 제조예-4 중에서 접착강도가 가장 우수한 실시예는 전분당으로 올리고당을 사용한 제조예-3이고, 내수성이 가장 우수한 실시예는 전분당으로 과당을 사용한 제조예-2인 것을 확인할 수 있었다. 또한, 제조예-1 내지 제조예-4 모두 유리솜 표면 상태가 양호한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 전분/아크릴수지를 사용한 비교예-2 대비 제조예-2 및 제조예-3의 접착강도가 우수하고, 상기 비교예-2 대비 제조예-1 내지 제조예-4의 내수성이 모두 우수한 것을 확인할 수 있었다.
페놀수지를 사용한 비교예-1은 모든 제조예 및 비교예 중에서 가장 우수한 접착강도 및 내구성을 가지는 것을 확인하였으나, 제조예-2 및 제조예-3의 경우 비교예-1에 가장 근접한 특성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
시험예 2
아미노산 함량에 따른 물성 비교
하기 표 2에 기재된 바와 같이, 아미노산 함량이 서로 다른 성분함량비를 사용하여 중화제를 제외한 혼합액을 제조하고, 99 ℃의 온도까지 승온하고, 고분자화 반응을 유도하기 위하여 4시간 30분 간 온도를 유지시켰다. 이어서, 상기 혼합액의 점도가 더 이상 변화가 없을 때 40 ℃의 온도 이하까지 냉각시키고, 발열에 주의하면서 중화제를 투입하여 pH를 6으로 조절한 뒤 필터포장하여 중화를 완료시켰다. 이어서, 이들에 대한 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
물성평가항목
- 점도: 25 ℃의 항온수조에서 가드너점도관으로 확인
- 고형분: 바인더 제조 후 1g을 135℃에서 1시간 동안 오븐에 방치 후에, 냉각하여 상온에서 고형분 확인
- pH: 중화제 투입 후의 조성물 pH 확인
- 접착강도(유리솜 적용 시): 유리솜에 바인더 가한 후의 접착강도 확인
- 유리솜 외관(유리솜 적용 시): 바인더 가한 후의 유리솜 표면 상태 확인
- 내수성: 1에 가까울수록 내수성이 양호하고, 6에 가까울수록 내수성이 떨어짐.
| 구분 | 원료명 | 제조예-5 | 제조예-6 | 제조예-7 | 비교예-1 | 비교예-2 |
| 전분당 | 올리고당 | 21.4 | 19.9 | 18.6 | - | - |
| 전분 | 옥수수전분 | 2.1 | 2.0 | 1.9 | - | - |
| 아미노산 | 17.1 | 17.9 | 18.6 | - | - | |
| 물 | 58.9 | 59.8 | 60.5 | - | - | |
| 중화제 | Triethylamine | 0.4 | 0.4 | 0.4 | - | - |
| 대조군 | 페놀수지 | - | - | - | 100 | - |
| 대조군 | 전분/아크릴수지 | - | - | - | - | 100 |
| Total | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100 | 100 | |
| 기본물성 | 점도(Gardner) | A | A | A+ | A1 | B |
| 고형분(%) | 40 | 40 | 40 | 50 | 42 | |
| pH | 6 | 6 | 6 | 8 | 4 | |
| 유리솜 적용 | 접착강도(N/mm2) | 2.1 | 2.4 | 2.5 | 3.8 | 1.8 |
| 유리솜 외관 | 표면 양호 | 표면 양호 | 표면 불량 | 표면 양호 | 표면 양호 | |
| 내수성(1좋음~6나쁨) | 2 | 3 | 4 | 1 | 5 |
상기 표 2에 기재된 바와 같이, 아미노산을 사용한 제조예-5 내지 제조예-7 중에서 접착강도가 가장 우수한 실시예는 제조예-7이고, 내수성이 가장 우수한 실시예는 제조예-5인 것을 확인할 수 있었다. 즉, 아미노산 함량이 많을수록 바인더 조성물의 접착강도는 향상되는 반면 내수성은 저하될 수 있다고 판단할 수 있으며, 이를 고려하면 제조예-6가 비교적 바람직한 실시예인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제조예-5 및 제조예-6은 유리솜 표면 상태가 양호하나, 제조예-7은 유리솜 표면 상태가 불량한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 전분/아크릴수지를 사용한 비교예-2 대비 제조예-5 내지 제조예 -7 모두 접착강도 및 내수성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
페놀수지를 사용한 비교예-1은 모든 제조예 및 비교예 중에서 가장 우수한 접착강도 및 내구성을 가지는 것을 확인하였으나, 제조예-6의 경우 비교예-1에 가장 근접한 특성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
시험예 3
유기산에 따른 물성 비교
하기 표 3에 기재된 바와 같이, 서로 다른 성분의 유기산을 포함하는 성분함량비를 사용하여 중화제를 제외한 혼합액을 제조하고, 99 ℃의 온도까지 승온하고, 고분자화 반응을 유도하기 위하여 4시간 30분 간 온도를 유지시켰다. 이어서, 상기 혼합액의 점도가 더 이상 변화가 없을 때 40 ℃의 온도 이하까지 냉각시키고, 발열에 주의하면서 중화제를 투입하여 pH를 6으로 조절한 뒤 필터포장하여 중화를 완료시켰다. 이어서, 이들에 대한 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
물성평가항목
- 점도: 25 ℃의 항온수조에서 가드너점도관으로 확인
- 고형분: 바인더 제조 후 1g을 135℃에서 1시간 동안 오븐에 방치 후에, 냉각하여 상온에서 고형분 확인
- pH: 중화제 투입 후의 조성물 pH 확인
- 접착강도(유리솜 적용 시): 유리솜에 바인더 가한 후의 접착강도 확인
- 유리솜 외관(유리솜 적용 시): 바인더 가한 후의 유리솜 표면 상태 확인
- 내수성: 1에 가까울수록 내수성이 양호하고, 6에 가까울수록 내수성이 떨어짐.
| 구분 | 원료명 | 제조예-8 | 제조예-9 | 제조예-10 | 비교예-1 | 비교예-2 |
| 전분당 | 올리고당 | 19.9 | 19.9 | 19.9 | - | - |
| 전분 | 옥수수전분 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | - | - |
| 아미노산 | 17.9 | 17.9 | 17.9 | - | - | |
| 유기산 | Mono Carboxylic acid | 0.2 | 0.0 | 0.0 | - | - |
| Di Carboxylic acid | 0.0 | 0.2 | 0.0 | - | - | |
| Tri Carboxylic acid | 0.0 | 0.0 | 0.2 | - | - | |
| 물 | 59.6 | 59.6 | 59.6 | - | - | |
| 중화제 | Triethylamine | 0.4 | 0.4 | 0.4 | - | - |
| 대조군 | 페놀수지 | - | - | - | 100 | - |
| 대조군 | 전분/아크릴수지 | - | - | - | - | 100 |
| Total | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100 | 100 | |
| 기본물성 | 점도 | A | A | A | A1 | B |
| 고형분(%) | 40 | 40 | 40 | 50 | 42 | |
| pH | 6 | 6 | 6 | 8 | 4 | |
| 유리솜 적용 | 접착강도(N/mm2) | 2.8 | 2.9 | 2.9 | 4.3 | 1.8 |
| 유리솜 외관 | 표면 양호 | 표면 양호 | 표면 양호 | 표면 양호 | 표면 양호 | |
| 내수성(1좋음~6나쁨) | 3 | 3 | 2 | 1 | 5 |
상기 표 3에 기재된 바와 같이, 유기산을 사용한 제조예-8 내지 제조예-10 중에서 접착강도가 가장 우수한 실시예는 제조예-9 및 제조예-10이고, 내수성이 가장 우수한 실시예는 제조예-10인 것을 확인할 수 있었다. 즉, 접착강도 및 내수성이 모두 우수한 실시예는 제조예-10인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제조예-8 내지 제조예-10 모두 유리솜 표면 상태가 양호한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 전분/아크릴수지를 사용한 비교예-2 대비 제조예-8 내지 제조예-10 모두 접착강도 및 내수성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
페놀수지를 사용한 비교예-1은 모든 제조예 및 비교예 중에서 가장 우수한 접착강도 및 내구성을 가지는 것을 확인하였으나, 제조예-9의 경우 비교예-1에 가장 근접한 특성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
시험예 4
실란커플링제에 따른 물성 비교
하기 표 4에 기재된 바와 같이, 서로 다른 성분의 실란커플링제를 포함하는 성분함량비를 사용하여 중화제를 제외한 혼합액을 제조하고, 99 ℃의 온도까지 승온하고, 고분자화 반응을 유도하기 위하여 4시간 30분 간 온도를 유지시켰다. 이어서, 상기 혼합액의 점도가 더 이상 변화가 없을 때 40 ℃의 온도 이하까지 냉각시키고, 발열에 주의하면서 중화제를 투입하여 pH를 6으로 조절한 뒤 필터포장하여 중화를 완료시켰다. 이어서, 이들에 대한 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
물성평가항목
- 점도: 25 ℃의 항온수조에서 가드너점도관으로 확인
- 고형분: 바인더 제조 후 1g을 135℃에서 1시간 동안 오븐에 방치 후에, 냉각하여 상온에서 고형분 확인
- pH: 중화제 투입 후의 조성물 pH 확인
- 접착강도(유리솜 적용 시): 유리솜에 바인더 가한 후의 접착강도 확인
- 유리솜 외관(유리솜 적용 시): 바인더 가한 후의 유리솜 표면 상태 확인
- 내수성: 1에 가까울수록 내수성이 양호하고, 6에 가까울수록 내수성이 떨어짐.
| 구분 | 원료명 | 제조예-11 | 제조예-12 | 제조예-13 | 비교예-1 | 비교예-2 |
| 전분당 | 올리고당 | 19.8 | 19.8 | 19.8 | - | - |
| 전분 | 옥수수전분 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | - | - |
| 아미노산 | 17.9 | 17.9 | 17.9 | - | - | |
| 유기산 | Di Carboxylic acid | 0.2 | 0.2 | 0.2 | - | - |
| 실란커플링제 | 아미노실란 | 0.2 | - | - | - | - |
| 에폭시실란 | - | 0.2 | - | - | - | |
| 비닐실란 | - | - | 0.2 | - | - | |
| 물 | 59.5 | 59.5 | 59.5 | - | - | |
| 중화제 | Triethylamine | 0.4 | 0.4 | 0.4 | - | - |
| 대조군 | 페놀수지 | - | - | - | 100 | - |
| 대조군 | 전분/아크릴수지 | - | - | - | - | 100 |
| Total | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100 | 100 | |
| 기본물성 | 점도 | A | A | A | A1 | B |
| 고형분(%) | 40 | 40 | 40 | 50 | 42 | |
| pH | 6 | 6 | 6 | 8 | 4 | |
| 유리솜 적용 | 접착강도(N/mm2) | 3 | 3 | 2.9 | 4 | 1.9 |
| 유리솜 외관 | 표면 양호 | 표면 양호 | 표면 양호 | 표면 양호 | 표면 양호 | |
| 내수성(1좋음~6나쁨) | 2 | 2 | 4 | 1 | 5 |
상기 표 4에 기재된 바와 같이, 실란커플링제를 사용한 제조예-11 내지 제조예-13 중에서 접착강도가 가장 우수한 실시예는 제조예-11 및 제조예-12이고, 내수성이 가장 우수한 실시예는 제조예-11 및 제조예-12인 것을 확인할 수 있었다. 즉, 접착강도 및 내수성이 모두 우수한 실시예는 제조예-11 및 제조예-12인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제조예-11 내지 제조예-13 모두 유리솜 표면 상태가 양호한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 전분/아크릴수지를 사용한 비교예-2 대비 제조예-11 내지 제조예-13 모두 접착강도 및 내수성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
페놀수지를 사용한 비교예-1은 모든 제조예 및 비교예 중에서 가장 우수한 접착강도 및 내구성을 가지는 것을 확인하였으나, 제조예-11 및 제조예-12의 경우 비교예-1에 가장 근접한 특성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
시험예 5
pH에 따른 물성 비교
하기 표 5에 기재된 바와 같은 성분함량비를 사용하여 중화제를 제외한 혼합액을 제조하고, 99 ℃의 온도까지 승온하고, 고분자화 반응을 유도하기 위하여 4시간 30분 간 온도를 유지시켰다. 이어서, 상기 혼합액의 점도가 더 이상 변화가 없을 때 40 ℃의 온도 이하까지 냉각시키고, 발열에 주의하면서 중화제를 투입하는 데 이때 제조예에 따라 서로 다른 함량의 중화제를 투입하여 pH를 서로 다르게 조절한 뒤 필터포장하여 중화를 완료시켰다. 이어서, 이들에 대한 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
물성평가항목
- 점도: 25 ℃의 항온수조에서 가드너점도관으로 확인
- 고형분: 바인더 제조 후 1g을 135℃에서 1시간 동안 오븐에 방치 후에, 냉각하여 상온에서 고형분 확인
- pH: 중화제 투입 후의 조성물 pH 확인
- 접착강도(유리솜 적용 시): 유리솜에 바인더 가한 후의 접착강도 확인
- 유리솜 외관(유리솜 적용 시): 바인더 가한 후의 유리솜 표면 상태 확인
- 내수성: 1에 가까울수록 내수성이 양호하고, 6에 가까울수록 내수성이 떨어짐.
| 구분 | 원료명 | 제조예-14 | 제조예-15 | 제조예-16 | 비교예-1 | 비교예-2 |
| 전분당 | 올리고당 | 19.9 | 19.9 | 19.8 | - | - |
| 전분 | 옥수수전분 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | - | - |
| 아미노산 | 17.9 | 17.9 | 17.9 | - | - | |
| 유기산 | Di Carboxylic acid | 0.2 | 0.2 | 0.2 | - | - |
| 실란커플링제 | 아미노실란 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | - | - |
| 물 | 59.6 | 59.6 | 59.5 | - | - | |
| 중화제 | Triethylamine | 0.2 | 0.3 | 0.4 | - | - |
| 대조군 | 페놀수지 | - | - | - | 100 | - |
| 대조군 | 전분/아크릴수지 | - | - | - | - | 100 |
| Total | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100 | 100 | |
| 기본물성 | 점도 | A | A | A | A1 | B |
| 고형분(%) | 40 | 40 | 40 | 50 | 42 | |
| pH | 4 | 5 | 6 | 8 | 4 | |
| 유리솜 적용 | 접착강도(N/mm2) | 2.8 | 3.3 | 3.4 | 4.1 | 1.9 |
| 유리솜 외관 | 표면 양호 | 표면 양호 | 표면 양호 | 표면 양호 | 표면 양호 | |
| 내수성(1좋음~6나쁨) | 2 | 2 | 2 | 1 | 5 |
상기 표 5에 기재된 바와 같이, 서로 다른 함량의 중화제가 첨가되어 pH가 서로 다르게 조절된 제조예-14 내지 제조예-16 중에서 접착강도가 가장 우수한 실시예는 제조예-16이고, 내수성은 모두 대체로 우수한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 제조예-14 내지 제조예-16 모두 유리솜 표면 상태가 양호한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 전분/아크릴수지를 사용한 비교예-2 대비 제조예-14 내지 제조예-16 모두 접착강도 및 내수성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
페놀수지를 사용한 비교예-1은 모든 제조예 및 비교예 중에서 가장 우수한 접착강도 및 내구성을 가지는 것을 확인하였으나, 제조예-16의 경우 비교예-1에 가장 근접한 특성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
시험예 6
반응온도에 따른 물성 비교
하기 표 6에 기재된 바와 같은 성분함량비를 사용하여 중화제를 제외한 혼합액을 제조하고, 제조예-17은 80 ℃의 온도까지 승온하고, 제조예-18은 90 ℃의 온도까지 승온하고, 제조예-19는 99 ℃의 온도까지 승온하였다. 이어서, 고분자화 반응을 유도하기 위하여 4시간 30분 간 상기 온도들을 유지시키고, 상기 혼합액의 점도가 더 이상 변화가 없을 때 40 ℃의 온도 이하까지 냉각시키고, 발열에 주의하면서 중화제를 투입하여 pH를 6으로 조절한 뒤 필터포장하여 중화를 완료시켰다. 이어서, 이들에 대한 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
물성평가항목
- 점도: 25 ℃의 항온수조에서 가드너점도관으로 확인
- 고형분: 바인더 제조 후 1g을 135℃에서 1시간 동안 오븐에 방치 후에, 냉각하여 상온에서 고형분 확인
- pH: 중화제 투입 후의 조성물 pH 확인
- 접착강도(유리솜 적용 시): 유리솜에 바인더 가한 후의 접착강도 확인
- 유리솜 외관(유리솜 적용 시): 바인더 가한 후의 유리솜 표면 상태 확인
- 내수성: 1에 가까울수록 내수성이 양호하고, 6에 가까울수록 내수성이 떨어짐.
| 구분 | 원료명 | 제조예-17 | 제조예-18 | 제조예-19 | 비교예-1 | 비교예-2 |
| 전분당 | 올리고당 | 19.8 | 19.8 | 19.8 | - | - |
| 전분 | 옥수수전분 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | - | - |
| 아미노산 | 17.9 | 17.9 | 17.9 | - | - | |
| 유기산 | Di Carboxylic acid | 0.2 | 0.2 | 0.2 | - | - |
| 실란커플링제 | 아미노실란 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | - | - |
| 물 | 59.5 | 59.5 | 59.5 | - | - | |
| 중화제 | Triethylamine | 0.4 | 0.4 | 0.4 | - | - |
| 대조군 | 페놀수지 | - | - | - | 100 | - |
| 대조군 | 전분/아크릴수지 | - | - | - | - | 100 |
| Total | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100 | 100 | |
| 기본물성 | 점도 | A | A | A | A1 | B |
| 고형분(%) | 40 | 40 | 40 | 50 | 42 | |
| pH | 6 | 6 | 6 | 8 | 4 | |
| 유리솜 적용 | 접착강도(N/mm2) | 2.9 | 3.1 | 3.1 | 4.1 | 2.1 |
| 유리솜 외관 | 표면 불량 | 표면 양호 | 표면 양호 | 표면 양호 | 표면 양호 | |
| 내수성(1좋음~6나쁨) | 4 | 3 | 2 | 1 | 5 |
상기 표 6에 기재된 바와 같이, 서로 다른 온도에서 고분자화시킨 제조예-17 내지 제조예-19 중에서 접착강도가 가장 우수한 실시예는 제조예-18 및 제조예-19이고, 내수성이 가장 우수한 실시예는 제조예-19인 것을 확인할 수 있었다. 즉, 접착강도 및 내수성이 모두 우수한 실시예는 제조예-19인 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제조예-17은 유리솜 표면 상태가 불량한 반면, 제조예-18 및 제조예-19 모두 유리솜 표면 상태가 양호한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 전분/아크릴수지를 사용한 비교예-2 대비 제조예-17 내지 제조예-19 모두 접착강도 및 내수성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
페놀수지를 사용한 비교예-1은 모든 제조예 및 비교예 중에서 가장 우수한 접착강도 및 내구성을 가지는 것을 확인하였으나, 제조예-19의 경우 비교예-1에 가장 근접한 특성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 기술적 특징을 가지지 않는 비교예들은 페놀수지를 사용하거나 전분/아크릴수지를 사용하는 반면, 본 발명은 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 및 실란커플링제를 사용하면서도, 이들을 한 번에 혼합하여 승온 및 온도 유지 후에 냉각하여 중화제를 첨가하여 산도를 조절하는 특수한 제조법을 이용하여 친환경 단열재용 바인더 조성물의 실시예들을 제공할 수 있다.
특히, 상기 특수한 제조법으로 제조된 실시예-16의 경우 페놀수지에 가장 근접한 접착강도 및 내수성 특성을 가지고 있어, 유해물질을 포함 또는 배출하지 않는 친환경 단열재용 바인더 조성물로 사용되기에 적합하다고 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전분 및 전분당을 포함하는 식품재료들로 이루어지면서도 단열재로의 적용성이 탁월한 친환경 단열재용 바인더 조성물을 제공할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 특수한 제조법을 이용하여 식품으로 사용되는 원재료들을 효과적으로 고분자화시킴으로써, 악취가 발생되지 않고 단열재를 효과적으로 경화시킬 수 있는 친환경 단열재용 바인더 조성물을 제공할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기설정된 조성범위를 갖는 전분과 아미노산 및 유기산의 조합에 의하여, 친환경 단열재용 바인더 조성물 제조 시 고온반응이 유도되고 분자량이 향상되어, 친환경 단열재용 바인더 조성물의 접착강도를 향상시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비점이 낮은 중화제를 사용함에 따라 바인더 조성물을 유리솜에 적용할 때 발생될 수 있는 매연을 방지하고, 바인더 조성물의 화학적 안정성을 확보할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
Claims (10)
- 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 및 실란커플링제를 한 번에 혼합하는 혼합단계;
상기 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 및 실란커플링제의 혼합액을 승온시키는 승온단계;
상기 혼합액의 온도를 유지시키는 온도유지단계;
상기 혼합액을 냉각시키는 냉각단계; 및
냉각된 상기 혼합액에 중화제를 투입하는 중화제투입단계;를 포함하고,
상기 전분은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 20 중량%이고,
상기 아미노산은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 10 내지 60 중량%이고,
상기 유기산은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%이고,
상기 전분은 옥수수전분, 고구마전분, 감자전분, 타피오카전분, 쌀전분, 및 밀가루전분으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것이고, 상기 바인더 조성물을 이루는 고분자 골격의 주원료로써 상기 바인더 조성물의 접착강도를 부여하고,
상기 유기산은 모노카르복실산, 다이카르복실산, 및 트리카르복실산으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것이고,
상기 승온단계에서는 상기 혼합액의 온도를 90 내지 99 ℃의 온도로 승온시키는, 친환경 단열재용 바인더 조성물의 제조방법.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 온도유지단계에서는 승온된 상기 혼합액의 온도를 3 시간 이상 유지시키는, 친환경 단열재용 바인더 조성물의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 냉각단계에서는 상기 혼합액의 온도를 50 ℃ 이하의 온도로 냉각시키는, 친환경 단열재용 바인더 조성물의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전분당은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 10 내지 80 중량%이고,
상기 실란커플링제는 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%인, 친환경 단열재용 바인더 조성물의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전분당은 물엿, 과당, 올리고당, 및 덱스트린으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것인, 친환경 단열재용 바인더 조성물의 제조방법.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 실란커플링제는 아미노실란, 에폭시실란, 및 비닐실란으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것인, 친환경 단열재용 바인더 조성물의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 중화제는 트리에틸아민, 암모늄하이드록사이드, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, KOH, NaOH, 및 암모니아수로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것인, 친환경 단열재용 바인더 조성물의 제조방법.
- 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 및 실란커플링제를 한 번에 혼합하는 혼합단계;
상기 전분당, 전분, 아미노산, 유기산, 및 실란커플링제의 혼합액을 승온시키는 승온단계;
상기 혼합액의 온도를 유지시키는 온도유지단계;
상기 혼합액을 냉각시키는 냉각단계; 및
냉각된 상기 혼합액에 중화제를 투입하는 중화제투입단계;에 의하여 제조되고,
상기 전분은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 20 중량%이고,
상기 아미노산은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 10 내지 60 중량%이고,
상기 유기산은 바인더 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%이고,
상기 전분은 옥수수전분, 고구마전분, 감자전분, 타피오카전분, 쌀전분, 및 밀가루전분으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것이고, 상기 바인더 조성물을 이루는 고분자 골격의 주원료로써 상기 바인더 조성물의 접착강도를 부여하고,
상기 유기산은 모노카르복실산, 다이카르복실산, 및 트리카르복실산으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것이고,
상기 승온단계에서는 상기 혼합액의 온도를 90 내지 99 ℃의 온도로 승온시키는, 친환경 단열재용 바인더 조성물.
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