KR102653712B1 - 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 중량평균분자량이 22,000 내지 40,000 g/mol이고, 25℃에서 측정되는 점도가 8,000 cps이하인 폴리에스테르 폴리올, 다관능 사슬연장제, 이소시아네이트 화합물 및 첨가제를 포함하여, 유해 물질을 발생시키지 않으면서도 우수한 접착 품질을 구현할 수 있다.
Description
본 발명은 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물에 관한 것이다.
포장 산업에서 접착제 조성물은 제품 퀄리티, 작업 안정성 및 환경 등 모든 측면에서 매우 중요한 요소로서 고려된다. 특히, 음식료품 포장과 관련하여, 편의성, 안전성, 유통성, 환경보호성, 자원순환성 등을 고려하여 연포장(flexible food package)이 주류를 이루고 있는데, 이때 다양한 기재(종이, 필름, 금속 호일 등)를 라미네이팅하기 위해 접착제가 사용된다. 이러한 식품 연포장용 접착제는 산업적 특성상 식품 안전 및 유해화학물질이 잔류 등 포장재의 안정성에 대한 관심이 매우 높아지고 있다.
이러한 시장의 요구에 따라, 식품 연포장용 접착제는 용제형 보다는 무용제형의 사용이 점차 늘고 있다. 무용제 접착제는 용제로 인한 대기오염은 물론 화재나 폭발 위험성이 없으며, 용제 건조 공정이 필요하지 않아 라미네이션 기계가 작고 용제 재생이나 소각시설 등이 필요 없다. 또한, 라미네이션 작업 후 내부에 잔류 용제의 함량이 낮아 악취발생의 우려가 없으며, 용제형 접착제 대비 도포량이 적고 비용경제적인 장점이 있다.
그러나, 전통적인 용제형 접착제와 비교하면, 무용제 접착제는 약한 초기 결합력으로 필름간 터널 현상이나 접착제 밀림 현상 등이 발생할 우려가 있다. 또한, 내화학성이 떨어지며, 고차단성 소재의 기재 접착시 경화시간이 길어지는 문제가 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 각종 첨가제 또는 개질제를 첨가하는 것이 보고되고 있으나, 그럼에도 불구하고 적절한 접착 강도에 도달하지 못하거나 이로 인해 내구성 약화 등 추가적인 이슈가 발생하기도 한다.
따라서, 환경 보호, 식품 및 공정 안전을 고려하여 용제를 포함하지 않으면서도, 접착 강도가 향상되고 빠른 경화 특성을 갖는 무용제 접착제 조성물의 개발이 필요한 실정이다.
상술한 기술적 배경 하에서 본 발명은 중량평균분자량이 22,000 내지 40,000 g/mol이고, 25℃에서 측정되는 점도가 8,000 cps이하인 폴리에스테르 폴리올, 다관능 사슬연장제, 이소시아네이트 화합물 및 첨가제를 포함하는 접착제 조성물로써, 유해 물질을 발생시키지 않으면서도 우수한 접착 품질을 구현할 수 있는 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 폴리에스테르 폴리올, 다관능 사슬연장제, 이소시아네이트 화합물 및 첨가제를 포함하며, 상기 폴리에스테르 폴리올은 중량평균분자량이 22,000 내지 40,000 g/mol이고, 25℃에서 측정되는 점도가 8,000 cps이하인 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물을 제공한다.
상기 폴리에스테르 폴리올은 a) 에틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올 프로판 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 폴리 알코올; 및 b) 아디프산, 이소프탈산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 폴리 카르복실산;의 혼합물로부터 수득될 수 있다.
상기 혼합물에서 폴리 알코올 및 상기 폴리 카르복실산이 40 : 60 내지 60 : 40의 당량비로 존재할 수 있다.
상기 폴리에스테르 폴리올은 상기 혼합물이 200 내지 300℃의 중합온도에서 반응하여 수득될 수 있다.
상기 폴리에스테르 폴리올은 상기 혼합물이 50 내지 500 rpm의 속도의 교반기에서 반응하여 수득될 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물은 톨루엔 디이소시아네이트, 4,4-디페닐메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물의 중량평균분자량은 150 내지 300 g/mol일 수 있다.
상기 다관능 사슬연장제는 에틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜 또는 트리메틸올 프로판일 수 있다.
상기 다관능 사슬연장제의 중량평균분자량은 50 내지 200 g/mol일 수 있다.
상기 첨가제는 소포제, 분산제, 증점제, 습윤제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 첨가제는 폴리비닐 알코올계 분산제일 수 있다.
상기 첨가제는 상기 접착제 조성물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량% 포함될 수 있다.
상기 접착제 조성물은 폴리에스테르 폴리올 및 이소시아네이트 화합물을 40 : 60 내지 60 : 40의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 접착제 조성물의 중량평균분자량은 20,000 내지 40,000 g/mol일 수 있다.
상기 접착제 조성물의 25℃에서 측정되는 점도가 12,000 cps이하일 수 있다.
상기 접착제 조성물의 폴리에스테르 폴리올 및 이소시아네이트 화합물은 각각 독립적인 제형으로 존재할 수 있다.
이와 같이, 고분자량을 가지면서도 낮은 점도를 갖는 고기능 폴리에스터 폴리올을 사용함으로써, 가공조건에 따라 무용제 접착제 조성물의 초기 접착강도 및 경화 속도를 조절할 수 있다.
본 발명의 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물은 유해한 유기 용제를 포함하지 않기 때문에, 작업 환경에서의 화재에 대한 위험성을 낮추고 작업자 건강에 대한 안정성 및 잔류 용제가 저감된 포장재의 위생성을 보장할 수 있고, 용제형 접착제 조성물 대비 도포량이 적어 비용 경제적이다.
또한, 본 발명의 접착제 조성물은 전술한 무용제형의 장점을 가지면서도, 강한 초기 접착강도 및 신속한 경화 속도 특성을 나타냄으로써, 연포장 라미네이팅에 적용되어 포장재의 포장 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 접착제 조성물이 적용된 접착층은 상하부 기재 원단과 접착력 및 결합력이 우수하며, 터널 현상 또는 접착제 밀림 현상의 발생을 최소화시킬 수 있다.
아울러, 상기 접착제 조성물은 특정 기재의 일면에 도포된 후 다른 기재와 결합시키는 방식으로 접착층을 형성하거나, 분리형 접착제로서 일 제형이 특정 기재의 일면에 도포되고, 다른 제형이 다른 기재의 일면에 도포되어 각각의 도포면을 결합시키는 방식으로 접착층을 형성할 수 있는 바, 경우에 따라 적절한 방식을 적용 가능하여 향상된 가공성을 갖는다.
본 발명자들은 종래 2액형 접착제의 약한 초기 접착 강도로 인해 발생하는 터널 현상 및 접착제 밀림 현상 등을 해결하기 위해 연구하던 중, 다관능 구조의 기능성 폴리에스터 폴리올을 합성하여 이를 접착제 조성물에 적용함으로써, 초기 접착 강도가 우수하고 외관 기포발생이 적은 연포장 라미네이션이 가능함을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 본원에서 달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 과학 용어 및 기술 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 것이다. 또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 폴리에스테르 폴리올, 다관능 사슬연장제, 이소시아네이트 화합물 및 첨가제를 포함하는 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물을 제공한다. 상기 폴리에스테르 폴리올은 중량평균분자량이 22,000 내지 40,000 g/mol이고, 25℃에서 측정되는 점도가 8,000 cps이하인 것을 특징으로 한다.
상기 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물은 전술한 종래 2액형 무용제 접착제 조성물의 기술적 어려움을 해결한 것으로, 고분자량이면서도 저점도인 고기능 폴리에스테르 폴리올을 포함함으로써, 유해한 유기 화합물로 인한 위험없이 저비용으로 초기 접착강도가 우수하고 경화속도가 빠른 접착제 조성물을 구현하여, 궁극적으로 고품질의 포장재를 제공할 수 있다.
상기 폴리에스테르 폴리올은 a) 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 2,2-디메틸-1,3 프로판 디올, 1,6-헥산디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,3-프로판 글리콜, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,2-시클로헥산디올, 1,3-시클로헥산디올, 1,3-시클로헥산디메탄올, 1,4-시클로헥산디메탄올, 1,4-부틸렌 글리콜, 글리세롤, 디글리세롤, 트리메틸올 프로판 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 폴리 알코올; 및 b) 글루타르산, 아디프산, 숙신산, 말레산, 푸마르산, 세바스산, 피멜산, 옥탄이산, 도데칸이산, 아젤라산, 시트르산, 이소시트르산, 1,4 시클로헥산디카르복실산, 프탈산, 테레프탈산, 이소프탈산, 트리멜리트산, 피로멜리트산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 폴리 카르복실산;의 혼합물로부터 수득될 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "폴리에스테르 폴리올"은 에스테르 결합을 갖는 폴리올을 의미한다.
본원에서 사용된 용어 "폴리 알코올"은 디올, 트리올 및 3초과의 평균 작용가를 갖는 고가 작용가 히드록실 함유 화합물을 포함한다.
본원에서 사용된 용어, "폴리 카르복실산"은 디카르복실산, 트리카르복실산 및 3개 초과의 카르복실산 기를 갖는 고가 작용가 카르복실산을 포함한다.
본 발명의 폴리에스테르 폴리올은, 폴리 알코올 성분과 폴리 카르복실산 성분을 중합시켜 생성된 에스테르화 반응 생성물로서, 다관능 구조의 폴리에스테르 폴리올일 수 있다. 본 발명의 폴리에스테르 폴리올의 분자량 및 점도 특성은 적합한 폴리 알코올과 폴리 카르복실산의 조합을 선택함으로써 구현될 수 있으며, 이는 본 발명의 기술적 특이성 중 하나이다.
상기 폴리 알코올은 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 2,2-디메틸-1,3 프로판 디올, 1,6-헥산디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,3-프로판 글리콜, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,2-시클로헥산디올, 1,3-시클로헥산디올, 1,3-시클로헥산디메탄올, 1,4-시클로헥산디메탄올, 1,4-부틸렌 글리콜, 글리세롤, 디글리세롤, 트리메틸올 프로판 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 보다 바람직하게는, 에틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올 프로판 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 폴리 카르복실산은 글루타르산, 아디프산, 숙신산, 말레산, 푸마르산, 세바스산, 피멜산, 옥탄이산, 도데칸이산, 아젤라산, 시트르산, 이소시트르산, 1,4 시클로헥산디카르복실산, 프탈산, 테레프탈산, 이소프탈산, 트리멜리트산, 피로멜리트산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 보다 바람직하게는 아디프산, 이소프탈산 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
또한, 상기 혼합물에서 폴리 알코올 및 상기 폴리 카르복실산이 40 : 60 내지 60 : 40, 45 : 55 내지 55 : 45 또는 50 : 50의 당량비로 존재할 수 있다.
상기 폴리에스테르 폴리올은 상기 혼합물이 200 내지 300℃, 220 내지 280℃, 230 내지 260℃ 또는 240 내지 255℃의 중합온도에서 반응하여 수득될 수 있다. 상기와 같은 온도 범위는 중합 조건 중 폴리에스테르 폴리올의 특성을 개질시킬 수 있는 하나의 중요한 조건이다.
아울러, 상기 폴리에스테르 폴리올은 상기 혼합물이 50 내지 500 rpm, 100 내지 400 rpm, 200 내지 380 rpm 또는 250 내지 330 rpm의 속도의 교반기에서 반응하여 수득될 수 있다. 교반기 속도에 따라 중합되는 폴리에스테르 폴리올의 분자량 및 점도가 달라지기 때문에, 폴리에스테르 폴리올을 합성하기 위한 각 단량체의 특이성 및 중합 온도뿐만 아니라, 교반기 속도를 적절히 조절하여 연포장재 적용 무용제 접착제 조성물에 최적화된 폴리에스테르 폴리올을 구현할 수 있다.
상기 조건을 통해 수득되는 본 발명의 폴리에스테르 폴리올은 중량평균분자량이 22,000 내지 40,000 g/mol, 25,000 내지 37,000 g/mol, 27,000 내지 35,000 g/mol 또는 29,000 내지 32,000 g/mol이면서, 25℃에서 측정되는 점도가 8,000 cps이하, 7,000 cps이하 또는 6,000 cps이하로 접착제 조성물에 적용되어 초기 접착력 및 결합력을 향상시키면서도 가공이 용이하다.
본 발명에 포함되는 이소시아네이트 화합물은 전술한 폴리에스테르 폴리올과 폴리우레탄 중합반응을 위한 이소시아네이트기(-NCO)를 제공하는 물질로, 톨루엔 디이소시아네이트, 4,4-디페닐메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물의 중량평균분자량은 150 내지 300 g/mol, 200 내지 280 g/mol 또는 220 내지 260 g/mol일 수 있다. 상기 범위의 분자량 특성을 갖는 이소시아네이트 화합물을 사용함으로써, 접착제 조성물로 형성된 접착층이 적절한 경도를 가질 수 있다.
본 발명의 2액형 무용제 접착제 조성물은 다관능 사슬연장제를 포함할 수 있다. 상기 사슬연장제는 전술한 특성을 갖는 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트 화합물 간의 폴리우레탄 중합반응 속도 등을 조절하는 요소로서 함량이나 종류에 따라 접착제 조성물의 물성이 달라질 수 있다. 상기 다관능 사슬연장제는 에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 트리메틸올 프로판 중에서 선택되는 1종 또는 2종일 수 있으며, 바람직하게는 에틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜 또는 트리메틸올 프로판 중 어느 하나일 수 있고, 보다 바람직하게는 트리메틸올 프로판일 수 있다.
또한, 상기 다관능 사슬연장제의 중량평균분자량은 50 내지 200 g/mol, 70 내지 180 g/mol, 90 내지 160 g/mol 또는 110 내지 140 g/mol일 수 있다. 이와 같은 다관능 사슬연장제를 적용함으로써 경화시 가교 구조의 밀도를 높여 초기 접착 강도를 보다 높일 수 있다.
본 발명의 접착제 조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 소포제, 분산제, 증점제, 습윤제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 분산제가 포함될 수 있다. 한편, 필요한 점도의 조절, 즉, 점도를 높이거나 혹은 낮추기 위해 점도 조절제, 또는 표면 처리제, 커플링제, 희석제, 등과 같은 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 첨가제의 함량은 본 발명의 접착제 조성물로 구현하는 접착층의 물리화학적 특성을 유지하는 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다.
특히, 상기 첨가제는 폴리비닐 알코올계 분산제일 수 있다. 이액형 무용제 접착제 조성물에는 일반적으로 습윤 분산제를 사용하나, 본 발명은 분산성뿐만 아니라 보존 안정성을 향상시키는 폴리비닐 알코올과 같은 분산제를 병용하는 것이 바람직하다. 상기 폴리비닐 알코올은 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 한, 공지된 다양한 단량체를 공중합시킴으로써 제조되는 것일 수 있다.
상기 첨가제는 상기 접착제 조성물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%, 1 내지 4 중량%, 1.5 내지 3.5 중량% 또는 2 내지 3 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우에는 분산성이 좋지 않아 접착제 조성물로 라미네이션 후 외관 기포가 뚜렷이 관찰될 수 있고, 접착제 조성물로 형성된 접착층의 습윤 안정성이 저하될 수 있다.
상기 접착제 조성물은 폴리에스테르 폴리올 및 이소시아네이트 화합물을 40 : 60 내지 60 : 40, 45 : 55 내지 55 : 45 또는 50 : 50의 중량비로 포함할 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우에는 점도가 높아져 작업성이 저하되거나, 접착력이 낮아질 우려가 있다.
전술한 조성 및 조건으로 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 접착제 조성물의 중량평균분자량은 20,000 내지 40,000 g/mol, 22,000 내지 38,000 g/mol, 25,000 내지 35,000 g/mol 또는 28,000 내지 32,000 g/mol 일 수 있다. 또한, 상기 접착제 조성물의 25℃에서 측정되는 점도가 12,000 cps이하, 11,000 cps이하, 10,000 cps이하, 9,000 cps이하 또는 8,800 cps이하 일 수 있다.
전술한 폴리에스테르 폴리올 및 이소시아네이트 화합물의 중합반응을 통해 합성된 접착제 조성물의 이와 같은 물성은 초기 접착 강도가 매우 좋을 뿐만 아니라, 터널 현상 및 접착제 조성물의 밀림 현상을 최소화시키며, 나아가, 가공성도 우수한 장점이 있다.
한편, 상기 접착제 조성물은 하나의 제형으로서 주제 및 경화제가 혼합된 상태로 도포 및 적용될 수 있다.
또한, 상기 접착제 조성물의 폴리에스테르 폴리올 및 이소시아네이트 화합물이 각각 독립적인 제형으로 존재할 수 있다. 이때, 접착제 조성물과 경화제를 접착대상 두 면에 각각 개별적으로 코팅한 후 라미네이팅을 수행할 수 있다. 고무롤 프레스 압력으로 인해 각 면에 코팅된 접착제/경화제가 혼합되는 방식으로 접착된다. 다시 말해서, 일반적인 접착제 조성물과 같이 통합된 형태로 적용되거나 분리형 접착제 형태로 가공도 가능하여 개선된 가공성을 나타낸다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
<실시예>
실시예 1: 폴리에스테르 폴리올의 합성
반응기에 디올과 산을 각각 에틸렌 글리콜 0.3 당량, 1,4-부틸렌 글리콜 0.3 당량, 네오펜틸글로콜 0.2 당량, 트리메틸올 프로판 0.2 당량, 아디프산 0.5 당량, 이소프탈산 0.5 당량의 비율로 투입하였다. 반응기를 160℃까지 서서히 승온시켜 디올과 산이 모두 용해되면, 10 내지 50 RPM의 속도로 교반시키면서 온도를 2시간 유지시켰다. 탈수량을 확인하면서 2시간마다 20℃씩 온도를 높이다가, 200℃ 도달시 탈수량이 이론치의 90% 이상인 것을 확인하고 촉매를 투입하였다. 진공 500 mmHg로 2시간 진공을 유지하고, 산가가 1 이하가 되면 진공 720 mmHg 조건으로 변경하였다. 온도를 200℃로 유지 후 1시간 단위로 산가와 점도를 측정하였다. 점도 및 산가 검사 합격시 150℃ 이하로 냉각하고, 반응을 종결하였다. 승온 온도를 달리하여 합성된 폴리에스테르 폴리올의 분자량 및 점도(고온점도계(BROOKFIELD)로 측정) 특성을 확인하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 중합온도(℃) | 교반기 속도(RPM) | 분자량(g/mol) | 점도(cps/25℃) | |
| A | 200 | 50 | 2,000 | 3,000 |
| B | 220 | 50 | 3,000 | 4,000 |
| C | 240 | 50 | 4,000 | 6,000 |
| D | 250 | 50 | 4,500 | 9,000 |
또한, 상기 D 폴리에스테르 폴리올을 참고하여, 아래와 같이 교반 속도를 달리하여 폴리에스테르 폴리올을 합성한 후 분자량 및 점도 특성을 확인하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.
| 중합온도(℃) | 교반기 속도(RPM) | 분자량(g/mol) | 점도(cps/25℃) | |
| D-1 | 250 | 50 | 4,500 | 9,000 |
| D-2 | 250 | 100 | 12,000 | 12,000 |
| D-3 | 250 | 200 | 16,000 | 15,000 |
| D-4 | 250 | 300 | 30,000 | 5,000 |
표 1 및 표 2를 참고하면, 중합온도 약 250℃에서 교반 속도가 올라갈수록 분자량이 높아졌으며, 교반 속도가 300rpm에 도달하자 점도가 급격히 낮아졌다. 이러한 실험을 통해, 고분자량이면서도 저점도 특성의 폴리에스테르 폴리올을 합성하는 조건을 확인하였다.
실시예 2: 2액형 무용제 접착제의 제조
실시예 1에서 합성한 폴리에스테르 폴리올 중 분자량이 30,000인 D-4(1몰), 이소시아네이트 화합물로서 4,4-디페닐메탄 디이소시아네이트(3몰)을 적용하고, 사슬연장제(1몰)로서 에틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올 프로판을 적용한 접착제 조성물 4종을 제조하였다. 디이소시아네이트, 폴리에스터 폴리올 및 사슬연장제를 모두 투입 후 반응기 온도를 확인하며 30 내지 50 RPM으로 반응을 시작하였다. 냉각수를 투입하여 온도를 조절하면서, 70 내지 75℃로 5 시간 동안 반응시켰다.
각각의 분자량 및 점도 특성을 확인하고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
| 사슬연장제 분자량(g/mol) | 폴리올 분자량(g/mol) | 접착제 분자량(g/mol) | 접착제 점도(cps/25℃) | |
| E | 에틸렌 글리콜 62.068 | 30,000 | 45,000 | 20,000 |
| F | 1,4-부틸렌 글리콜 90.122 | 30,000 | 18,000 | 32,000 |
| G | 네오펜틸 글리콜 104.148 | 30,000 | 23,000 | 35,000 |
| H | 트리메틸올 프로판 134.17 | 30,000 | 32,000 | 8,700 |
또한, 상기 H 접착제 조성물을 참고하여, 실시예 1에서 합성한 폴리에스테르 폴리올 중 분자량이 30,000인 D-4, 사슬연장제로서 트리메틸올 프로판을 적용하고, 아래와 같이 이소시아네이트 화합물로서 톨루엔 디이소시아네이트, 4,4-디페닐메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트를 적용한 접착제 조성물 4종을 제조한 후, 각각의 점도 특성을 확인하였다. 그 결과를 표 4에 나타내었다.
| 이소시아네이트 화합물 분자량(g/mol) | 폴리올 분자량(g/mol) | 접착제 점도(cps/25℃) | |
| I | 톨루엔 디이소시아네이트 174.2 | 30,000 | 5,000 |
| J | 4,4-디페닐메탄 디이소시아네이트 250.25 | 30,000 | 8,700 |
| K | 이소포론 디이소시아네이트 222.3 | 30,000 | 6,300 |
| L | 헥사메틸렌 디이소시아네이트 168.2 | 30,000 | 15,500 |
표 3 및 표 4를 참고하면, 분자량이 약 30,000인 폴리에스테르 폴리올, 4,4-디페닐메탄 디이소시아네이트 및 사슬연장제로서 트리메틸올 프로판을 포함하는 접착제 조성물은 매우 분자량이 높으면서도 분자량 대비 현저히 낮은 점도를 갖는 것을 알 수 있다. 2액형 무용제 접착제는 점도가 약 8,000 내지 12,000 인 경우 가공성이 우수하며, 접착제 적용시 터널 현상 등을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 J 접착제 조성물을 참고하여, 분산제로서 폴리비닐 알코올(KURARAY, POVAL-205, 분자량 24,500)을 여러가지 함량으로 첨가하여 접착제 조성물을 제조하고, 이를 PET/인쇄 기재에 2.0g/㎡ 도포 후 접촉각 측정 방법으로 기재에 대한 발림성(wetting성)을 확인하였다. 그 결과를 표 5에 나타내었다.
| 첨가량 | 1g/100w% | 2g/100w% | 3g/100w% | 5g/100w% |
| Wetting성 (Bad:0<->5:Good) |
0.5 | 3.0 | 5.0 | 5.0 |
상기 결과에 따르면, 폴리비닐 알코올계 분산제를 3g/100w% 정도 첨가한 경우 본 발명의 접착제 조성물로 형성된 접착층의 Wetting성이 향상되는바, 특정 성분 및 함량의 분산제를 포함시킴으로써 접착층의 일관된 외관 품질의 구현이 가능하다. 따라서, 상기 조성으로 제조된 2액형 무용제 접착제 조성물은 유기 용제를 사용하지 않음에도 불구하고 초기 접착강도가 뛰어나면서도, 가공성이 우수한 장점을 갖는다.
실험예: 접착제 조성물별 물성 확인
실시예 2에서 제조된 접착제 조성물 J와, 비교예로서 종래 시판되고 있는 용제형 접착제 조성물(IPC, HDL-292) 및 2액형 무용제 접착제 조성물(IPC, SF-1293N)의 물성을 다음과 같이 확인하였다. 그 결과를 표 6에 나타내었다.
| 비교예 1 | 비교예 2 | 실시예 | |
| 중량평균분자량(g/mol) | 35,000 | 13,000 | 30,000 |
| 점도(cps/25℃) | 2,500(N.V=65%) | 13,000(N.V=100%) | 8,700(N.V=100%) |
| 초기접착강도(gf/15mm)AL/AD/CPR 사양 | 250~280 | 5.0 | 50~100 |
| 초기접착강도(gf/15mm)PET/AD/LLDPE 사양 | 100~200 | 1~5 | 30~50 |
| 외관 기포발생 (Bad:0<->5:Good) |
5.0 | 3.0 | 5.0 |
초기점착강도 측정방법
실시예는 주제/경화제 배합비율을 100/50으로 배합하여 진공 탈포하여 배합액을 제조하였다(경화제: 실시예 1의 폴리에스테르 폴리올 D-4). 상기 배합된 실시예의 접착제 조성물 및 비교예 1 및 2의 접착제 조성물을 각각 PET/AD/CPR, PET/AD/LLDPE 사양에 2g/㎡ 도포하여 1급지와 2급지를 라미네이팅 후 초기 접착강도를 U.T.M을 사용하여 측정하였다(측정속도: 100mm/min, 박리각도: 90도 기준).
외관 기포발생 측정방법
초기접착강도 측정을 위해 PET/AD/CPR 사양에 접착이 완료된 포장재에 대하여, 50배 확대경을 이용하여 외관 기포발생 정도를 상대 비교하였다.
본 발명의 2액형 무용제 접착제 조성물은, 일반 2액형 무용제 접착제에 비해 점도가 낮고 분자량이 용제형 접착제와 동등 수준으로 높아, 우수한 초기 접착 강도를 나타내면서도 외관 품질이 우수한 것을 확인하였다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
Claims (16)
- 폴리에스테르 폴리올, 다관능 사슬연장제, 이소시아네이트 화합물 및 폴리비닐 알코올계 분산제를 포함하는 식품 연포장용 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물로서,
상기 폴리에스테르 폴리올의 중량평균분자량이 27,000 내지 35,000 g/mol이고, 25℃에서 측정되는 점도가 8,000 cps이하이며, 상기 다관능 사슬연장제의 중량평균분자량이 110 내지 160 g/mol이며, 상기 이소시아네이트 화합물의 중량평균분자량이 220 내지 300 g/mol이고, 상기 폴리비닐 알코올계 분산제는 상기 접착제 조성물 총 중량을 기준으로 2 내지 5 중량% 포함되며,
상기 접착제 조성물의 중량평균분자량은 28,000 내지 32,000 g/mol이고, 25℃에서 측정되는 점도가 12,000 cps 이하인, 식품 연포장용 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리에스테르 폴리올은
a) 에틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올 프로판 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 폴리 알코올; 및
b) 아디프산, 이소프탈산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 폴리 카르복실산;의 혼합물로부터 수득되는, 식품 연포장용 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물.
- 제2항에 있어서,
상기 혼합물에서 폴리 알코올 및 상기 폴리 카르복실산이 40 : 60 내지 60 : 40의 당량비로 존재하는, 식품 연포장용 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물.
- 제2항에 있어서,
상기 폴리에스테르 폴리올은 상기 혼합물이 200 내지 300℃의 중합온도에서 반응하여 수득되는, 식품 연포장용 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물.
- 제2항에 있어서,
상기 폴리에스테르 폴리올은 상기 혼합물이 50 내지 500 rpm의 속도의 교반기에서 반응하여 수득되는, 식품 연포장용 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 이소시아네이트 화합물은 4,4-디페닐메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 식품 연포장용 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 다관능 사슬연장제는 트리메틸올 프로판인, 식품 연포장용 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 접착제 조성물은 소포제, 증점제, 습윤제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 더 포함하는, 식품 연포장용 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 접착제 조성물은 폴리에스테르 폴리올 및 이소시아네이트 화합물을 40 : 60 내지 60 : 40의 중량비로 포함하는, 식품 연포장용 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 접착제 조성물의 폴리에스테르 폴리올 및 이소시아네이트 화합물은 각각 독립적인 제형으로 존재하는, 식품 연포장용 친환경 2액형 무용제 접착제 조성물. - 삭제
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- 2023-07-11 KR KR1020230089860A patent/KR102653712B1/ko active
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