KR20010020385A

KR20010020385A - 접착제 조성물

Info

Publication number: KR20010020385A
Application number: KR1019997010007A
Authority: KR
Inventors: 테오 얀 오신가; 하코부스 헨리쿠스 요하네스 브로렌스; 이안 마우리스 하워드
Original assignee: 로드니 브이 테이트; 크로스필드 리미티드
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1998-04-27
Publication date: 2001-03-15
Also published as: HUP0001904A2; TW438872B; AR012644A1; AU7219698A; WO1998049116A1; GB9708831D0; EP0991607B1; BR9809340A; EP0991607A1; CA2286005A1; ZA983695B; CA2285994A1; HUP0001904A3; EP1025060A1; PL336584A1; ZA983696B; AR015624A1; AU7219798A; CN1261335A; ZA992113B

Abstract

본 발명은 실리케이트 용액의 실리케이트 함량이 17 중량% 이상이고, 평균 입도 0.4 ㎛ 이상의 제올라이트를 충전제로서 포함하는 것을 특징으로 하는, 실리케이트 수용액 및 미분 무기 충전제의 현탁액을 포함하는 접착제 조성물에 관한 것이다.

Description

접착제 조성물 {Adhesive composition}

본 발명은 실리케이트 수용액 및 미분 무기 충전제의 현탁액을 포함하는(comprising) 접착제 조성물에 관한 것이다.

상기 접착제 조성물은 영국 특허 공보 제2 058 818호에 공지되어 있다. (i) 알칼리 금속 실리케이트 용액, (ii) 광물학적으로 고령토 15 % 초과를 함유하는 미세 무기 분말 1 내지 10 중량% 및 (iii) 미분 실리카를 포함하는 분무 코팅 접착제 조성물이 개시되어 있다. 상기 특허 출원에서 고령토 점토는 충전제/안정화제로서 사용된다. 미세한 충전제 재료의 총량은 최대 10 중량%로 제한된다.

상기 공지된 접착제 조성물은 합리적으로 작용하지만 접착성의 개선이 여전히 요구된다.

본 발명은 실리케이트 용액의 실리케이트 함량이 17 중량% 이상이고, 충전제로서 0.4 ㎛ 이상의 평균 입도를 갖는 제올라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 실리케이트 수용액 및 미분 무기 충전제의 현탁액을 포함하는 접착제 조성물을 제공한다.

본 발명자들은 놀랍게도 실리케이트 수용액 중에 충전제 재료로서 제올라이트를 사용하는 경우 매우 높은 초기 점착성 및 강한 최종 결합성을 갖는 접착제 조성물이 얻어질 수 있으며, 접착제는 수분 함량이 낮아 빠른 건조를 허용함을 알게 되었다. 접착제 중 실리케이트는 접착제가 경화되지 않는 한 건조 후에도 가용성이어서 결합 물질, 예를 들면 종이 등의 재활용성을 우수하게 한다. 또한, 접착제는 당업계에 공지된 모든 실리케이트 접착제에 비하여 보다 가요성이고 초기 점착도 및 건조에 있어서 보다 우수하다.

제올라이트는 잘 알려진 비교적 불활성인 환경 무해 물질이다. 시판되고 있거나 또는 미립자 형태로 제조될 수 있는 제올라이트의 예로는 제올라이트 4A, 제올라이트 P, 제올라이트 X 및 제올라이트 Y가 있다.

제올라이트 P는 이의 적층 구조로 인하여 실질적으로 비연마성이고 상대적으로 연성이고, 또한 기계류에 있어서 보다 덜 마모적이게 하므로 바람직하다.

합성적으로 제조된 제올라이트 P를 포함하는 본 발명에 따른 현탁액이 제조될 수 있으며, 이는 무기 광물 충전제가 사용되는 경우와 같이 발암성 결정질 실리카 (석영, 크리스토발라이트)를 함유하지 않는 또다른 잇점을 갖는다. 상기 결정질 실리카는 발암성인 것으로 공표되어 있기 때문에 이의 사용은 제한되거나 또는 법에 의해 세계적으로 금지되어야 하는 것으로 예상된다.

본 발명에 따른 제올라이트의 평균 입도는 바람직하게는 0.4 내지 15 ㎛, 보다 바람직하게는 0.4 내지 5 ㎛ 및 가장 바람직하게는 0.8 내지 2 ㎛이다. 매우 구체적인 실시태양에서 평균 입도는 0.8 내지 1.5 ㎛이다.

바람직하게는 제올라이트 함량은 2 내지 50 중량%, 보다 바람직하게는 10 내지 40 중량% 및 가장 바람직하게는 10 내지 30 중량%로 포함된다.

실리케이트 용액의 실리케이트 함량은 유리하게는 20 중량% 이상이다.

본 발명에 따른 접착제 조성물에서 실리케이트 수용액은 구체적으로 제한되지 않고 특정 도포 필요조건에 따라 공지된 실리케이트 용액으로부터 선택될 수 있다. 특히 실리케이트 용액은 알칼리 금속 실리케이트 용액, 즉 Na, K 또는 Li 실리케이트 용액 또는 암모늄 실리케이트 용액 또는 이의 혼합물이다.

본 명세서에서 실리케이트의 SiO₂/M₂O [여기서, M은 특정 알칼리 금속 또는 암모늄 (Na, K, Li, NH₄)을 나타냄] 몰비는 특정 실리케이트 용액을 구별하는 측정값으로서 사용될 것이다.

상기 가용성 실리케이트의 SiO₂/M₂O 몰비는 1.0 내지 약 4.0으로 변화할 수 있고, 리튬 실리케이트에 대해서는 4.5 이하로 보다 높다. 모든 실리케이트 용액은 알칼리성이지만 알칼리도는 몰비가 증가함에 따라 감소된다. 결과적으로 보다 높은 몰비를 갖는 실리케이트 용액이 조작에 있어서 보다 안전하며, 이는 시판되는 표준 실리케이트 용액의 하기와 같은 안전 등급에 의해 입증된다.

몰비 SiO₂/M₂O	시판 용액	유럽에서의 등급 (안전도)
1.0	메타실리케이트	부식성
2.0	"알칼리성" 실리케이트(또는: "알칼리성 물유리")	매우 자극성
3.0	"중성" 실리케이트(또는: "중성 물유리")	불안전한 것으로는 분류되지 않음

경화를 필요로 하는 상기 도표에 대하여, 필요한 경화제의 양을 최소로 하기 위하여 SiO₂함량 및 또한 이에 따른 SiO₂/M₂O 비를 최대화하는 것이 또한 바람직하다. 실리케이트 수용액의 SiO₂/M₂O 몰비는 유리하게는 1-4.5, 바람직하게는 2-4.2, 보다 바람직하게는 2.8-4.2 및 가장 바람직하게는 3.3-4.2로 포함된다.

유리하게는 본 발명에 따른 접착제 조성물 중 실리케이트 용액의 실리케이트는 포타슘 실리케이트 또는 소듐 실리케이트 또는 이의 혼합물을 포함한다.

본 발명에 따른 접착제 조성물은 모든 종류의 접착 목적, 예를 들면 종이, 목재, 콘크리트, 벽돌, 바닥 타일, 고무, 가죽 (예, 신발), 유리, 금속 (예, 알루미늄 호일), 합판, 석고보드 및 목편 제조업 등에 사용될 수 있다. 특히 필터지, 목재 또는 콘크리트와 같이 일반적으로 접착하기 어려운 불규칙 표면을 갖는 물질은 본 발명에 따른 접착제의 사용에 의하여 서로 또는 다른 표면에 접착될 수 있다. 접착제는 예를 들면 블랭킷, 패널, 보드, 성형물, 삽입물, 취부 코팅물 등에서의 단열 또는 방음을 위한 진주암, 질석, 유리 섬유, 광섬유, 암면의 접착에 특히 적합하다. 본 발명에 따른 현탁액은 매우 빠른 초기 점착성을 유발하고 상대적으로 빠르게 건조하고 가요성 결합을 제공하고 제분을 상당히 감소시킨다.

본 발명에 따른 접착제 조성물의 잇점은 유기 화합물 (휘발성 용매를 포함함)이 사용되지 않는 것이다. 접착제로서 실리케이트 현탁액을 사용하기 전에 표면을 세정하거나 건조시킬 필요가 없고 (무기)접착제는 사용되는 재료의 인화성을 감소시킨다.

유기 화합물이 없기 때문에 본 발명에 따른 접착제에 의해 접착되는 재료 (예, 종이, 판지, 목재, 모래, 토양 등)는 그 자체가 안전하고 예를 들면 매립식에 의해 안전하게 버려질 수 있다.

충전제로서 제오크로스(Zeocros) CG 180과 같은 P형의 순수 제올라이트를 포함하는 본 발명에 따른 접착제 조성물은 종이 및 판지의 재활용에 대한 증가되는 요구와 관련하여 종이 및 판지용으로 사용될 때 또다른 잇점을 갖는데, 그 이유는 상기 접착제가 실리케이트 및 제올라이트만을 함유하며, 이는 재활용 공정에서 훨씬 유해할 수 있는 PVA, PVOH 및 덱스트린과 같이 사용되는 다수의 또다른 접착제에서 사용되는 유기 화합물과 대조적으로 재활용 공정에서 유리하기 때문이다.

본 발명에 따른 접착제의 실리케이트 수용액의 SiO₂/M₂O (여기서 M은 알칼리 금속 또는 암모늄) 몰비는 바람직하게는 2.8 내지 4.2이다. 일반적으로 보다 높은 몰비는 점성 제품을 유발한다. 그러나 상기 점성 제품은 여전히 접착제로서 사용될 수 있고, 필요한 경우 점도를 감소시키기 위하여 희석될 수 있다. 평균 입도는 바람직하게는 3 ㎛ 미만이다.

본 발명에 따른 접착제 조성물 중에 사용하기에 적합한 현탁액의 바람직한 예는 몰비가 약 3.3인 실리케이트 약 35 중량%를 함유하는 중성 실리케이트 중 현탁액의 10 내지 30 중량%인 제올라이트 제오크로스 CG 180의 현탁액 (Crosfield 제품, Eijsden, The Netherlands)이며, 제오크로스 CG 180의 평균 입도는 약 1 ㎛이다. 소량의 상기 현탁액을 종이 시트 표면의 일부에 분무한 후 다른 종이 시트로 덮는 경우 즉석의 강한 점착성이 얻어지고 몇분내에 약 20 ℃에서 정상 조건하에 건조가 발생함을 알게 되었다. 결합된 종이 부분 사이의 강한 결합은 표준지 뿐만 아니라 필터지에 대해서도 달성되었고 종이 부분은 인열 없이 분리될 수 없었다. 본 발명에 따른 접착제의 사용에 의해 결합된 종이 부분의 감소된 인화성을 얻고 유기 화합물은 사용되지 않았고 보다 우수한 결합을 얻었다.

본 발명에 따른 접착제에 의해 적층지, 예를 들면 나선형으로 감긴 적층지 튜브, 판지, 골판지, 벽지, 적층 목재, 합판, 가죽, 예를 들면 신발 밑창 및 건축 재료를 제품화할 수 있다. 벽돌 및 신발 밑창의 접착제에 있어서 보다 높은 제올라이트 함량 (예 27 %)을 갖는 제올라이트 제오크로스 CG 180의 현탁액의 사용이 보다 강한 결합을 제공하므로 바람직함을 관찰하였다. 또한, 접착제는 예를 들면 벽돌, 지붕 타일 등과 같은 구조적 건축 부품의 제조를 위해 보다 큰 응집물을 형성하기 위하여 분말 또는 기타 미립자 또는 섬유상 재료를 결합시키는데 사용될 수도 있다. 또한 종이 물품을 제조하기 위한 혼용지 제조에 사용될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 접착제는 벽, 주택 건설용 돌, 벽돌 또는 콘크리트 건축 재료를 결합시키는데 사용될 수 있고, 또한 가죽 부품의 접착에 의해 신발 또는 신발 밑층의 수선에 사용될 수 있다.

본 발명자들은 접착제로서의 사용을 위한 계면활성제 또는 경화제의 첨가는 접착제의 투과를 허용하고 현탁액을 건조시키기에 충분한 다공도가 서로 결합된 재료내에 존재하는 한 필요하지 않음을 알게 되었다. 그러나 현탁액 중에 존재하는 물의 증발이 매우 느린 경우, 또는 보다 우수한 내수성이 요구되는 경우 경화제 및(또는) 계면활성제가 첨가될 수 있다. 계면활성제로서 세틸테트라 암모늄클로라이드와 같은 양이온계 계면활성제가 바람직할 수 있다.

또한 본 발명은 종이 물품, 예를 들면 혼용지, 적층지, (예, 판지), 나선형 또는 회선형 (평형)으로 감긴 적층지 튜브 및 드럼 등과 같은 셀룰로오스 함유 재료의 제조를 위한 접착제 조성물의 사용에 관한 것이다. 예를 들면 접착제는 2 이상의 판지 및(또는) 종이 층을 포함하는 튜브의 제조 방법에 사용될 수 있으며, 하나 이상의 접착제가 상기 층의 하나 이상의 표면에 도포되고, 층들은 서로에 걸쳐 나선형 또는 회선형으로 감기며, 본 발명에 따른 접착제는 상기 표면(들)에 도포된다. 상기 튜브 및 드럼의 제조 방법에 접착제를 사용함으로써 실제적으로 사용되는 유기 접착제 [예, 덱스트린 또는 폴리비닐아세테이트 (PVA)]에 비하여 최종 튜브 및 드럼내에 개선된 경도 및 우수한 분쇄 강도 및 낮은 수분 함량을 얻을 수 있다. 놀랍게도, 제조 속도는 종래에 사용되는 접착제에 비하여 증가될 수 있다. 또한 동일 접착제가 튜브의 외부층, 통상적으로 얇은 종이층을 통상적으로 갓 제조된 판지의 다른 층에 부착하는데 사용될 수 있다. 종래 기술에서는 한편으로는 외부 판지층에 상기 얇은 종이층을 부착하고 다른 한편으로는 판지층을 서로 부착하는데 상이한 결합제를 사용하여야 했다.

본 발명에 따른 접착제로 코팅된 종이 재료는 난연성을 갖는다. 본 발명에 따른 접착제를 사용하여 제조된 종이/판지가 고온에서 사용될 수 있고 사용 중에 및 저장 중에 안전하기 때문에 이는 놀라울 정도로 중요한 특성이다. 적층지 물품에서 본 발명에 따른 접착제는 종이층들 사이에 층으로서 형성되어 종이층 각각은 상기 난연성을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 접착 현탁액은 예를 들면 상기 기재된 모든 종류의 기판 상에 방화 코팅으로서 임의로 유리하게 사용될 수 있다.

특히 본 발명에 따른 접착제 조성물은 유리 섬유의 암면에 대한 결합제로서 사용될 수 있다.

유리하게는 본 발명에 따른 현탁액은 경화제계를 사용함으로써 경화될 수 있다. 바람직하게는 상기 경화제는 비결정질 실리카, 또는 비결정질 금속 실리케이트, 예를 들면 알루미늄 실리케이트, 마그네슘 실리케이트 또는 칼슘 실리케이트를 포함한다. 당업계에 공지된 기타 경화제계가 또한 사용될 수 있다. 비결정질 실리카 및(또는) 비결정질 금속 실리케이트를 기재로 하는 경화제계는 본 출원과 동일 출원된 공계류 PCT 출원 번호 제98/XXXXXX호에 기재되어 있다.

경화제의 사용은 접착제의 내수성을 현저히 개선한다. 이는 상기 접착제가 방수성이 요구되는 도포에 사용될 수 있음을 의미한다.

경화제계를 첨가함으로써 건조 현탁액에 포함된 실리케이트 용해도는 실질적으로 감소된다. 상기 접착제는 외부 적용, 즉 외부 벽의 벽돌을 접착시키기 위한 건축 건설, 신발 밑창 등과 같이 외부에 사용하고자 하는 가죽 접착, 또는 외부 사용을 위한 목재 접착에 사용될 수 있다.

바람직한 적용에서 경화제계를 포함하는 본 발명의 접착제는 코팅 금속 또는 기타 감부식성(corrosion sensitive) 시설에 사용되어 부식성 방지를 제공한다.

하기에 다수의 실시예가 본 발명을 예시하기 위하여 제공되지만 상기 실시예는 포함된 청구항에 정의된 바와 같은 발명을 제한하지는 않는다. 모든 백분율은 다른식으로 고려되지 않는 한 중량%이다.

사용된 재료:

A. 상품명 : 크리스탈 (Crystal) 0070 [Crosfield Eijsden (NL)]

제품 : 중성 소듐 실리케이트 액체

건조 고상물 함량 : 35.06 %

SiO₂함량 : 26.81 %

Na₂O 함량 : 8.25 %

밀도 (20 ℃) : 1355 g/ℓ

점도 : 51 cP

C. 건조 분말 형태의 P형 제올라이트

상품명 : 제오크로스 CG 180 (Crosfield Eijsden)

건조 고상물 함량^*): 90 %

입도^**) : 0.7 - 3 마이크로미터

평균 입도^**) : 0.92 마이크로미터

D50 : 1.22 마이크로미터

유효 밀도^***): 2480 g/ℓ

*) 800 ℃에서 30분 동안 가열함으로써 측정됨.

**) 세디그래프(Sedigraph) 유형 5100 (Micromeritics 제품)을 사용함으로써 침강 기술에 의해 측정됨.

***) 물 중에서 침지에 의해 측정됨.

<실시예 1 및 2＞

중성 실리케이트 액체 중 평균 입도 0.92 마이크로미터인 P형 제올라이트 18 내지 27 %의 현탁액의 제조

중성 실리케이트 액체 (A) 400 g (실시예 1) 또는 350 g (실시예 2)을 600 ㎖ 비이커글래스에 도입시켰다.

강력 교반하에 P형 제올라이트 분말 100 g (실시예 1) 또는 150 g (실시예 2)을 약 5분 후에 첨가하였다. 제올라이트 분말이 완전히 현탁될 때까지 교반을 계속하였다 (약 5분). 얻어진 현탁액은 하기 특성을 갖는다:

실시예 1 실시예 2

제올라이트 함량 (무수 제올라이트) (%) 18.0 27.0

SiO₂함량 (수성상) (%) 21.45 18.77

Na₂O 함량 (수성상) (%) 6.6 5.77

실리케이트 함량 (무수) (%) 28.05 24.54

총 건조 고상물 함량 (%) 46.05 51.54

총 H₂O 함량 (%) 53.95 48.46

밀도 (20 ℃) (g/ℓ) 1470 1550

점도 :

D s^-1에서 cP

17.7 3470

27.2 2480

41.7 1790

64 366 1331

99 297 973

150 254 730

232 217 594

358 186

<현탁액의 안정성＞

현탁액의 안정화도를 동일 형상 및 치수의 250 ㎖ 유리 실린더 내에서 실시예 1과 같이 측정하였다.

	실시예 2	실시예 3
저장 시간 (일)	상부층에서 상분리	실린더 바닥 상에 침강	상부층에서 상분리	실린더 바닥 상에 침강
1	0	0	0	0
2	0	0	0	0
5	0	무시할 만함	무시할 만함	0
20	0	무시할 만함	무시할 만함	0

또한 상기 현탁액은 우수한 안정화도를 가진다. 상기 결과로부터 현탁액의 안정화도를 측정하는데 5일의 저장이 충분함을 결론내었다.

<실시예 3＞

필터지의 접착성에 대한 시험

사용된 재료:

- 실험실용 필터지 2장

- 실시예 1로부터의 재료 (중성 실리케이트 액체 중 P형 제올라이트 18 %)

현탁액 몇 방울을 필터지 한장의 일면에 도포하였다. 필터지 다른 한 장을 처음 종이 위에 놓고 필터지를 손으로 서로 압축시켰으며, 이로써 현탁액은 약 2 ㎠의 표면적에 걸쳐 퍼졌다.

명백한 즉석 점착성을 관찰하였고 5분내에 현탁액은 충분히 건조하였으므로 이를 인열하지 않고 종이를 분리시킬 수는 없었다.

<실시예 4＞

필기 용지의 접착성 시험

실시예 3과 동일 시험을 필기용 패드로부터의 표준 시판 종이 시트로 수행하였다.

동일한 관찰을 얻을 수 있었다: 접착성 (점착도)이 양호하고 5분 이내에 강한 결합이 이루어진 후 또한 인열하지 않고는 시트를 분리할 수는 없었다.

우수하고 빠른 접착성을 얻었다.

<실시예 5＞

다층 판지 튜브의 제조

가변 종이 공급 속도가 17 - 60 m/분인, 종이 파쇄기 및 단면 캐스케이드 접착제 도포계를 포함하는 나선형 와인더로 3가지 유형의 튜브를 제조하였다.

유형 1: 외경 79 ㎜, 내경 70 ㎜ [4.5 ㎜ 벽 두께 8층 표준 슈렌쯔(Schrenz) (Germany) 판지, COBB 값 200 gsm 초과, 0.5 - 0.6 ㎜, 얇은 백지의 외부층 이 있음], 1.7 m 길이로 절단, 절단 시간 10 내지 15초.

유형 2: 외경 75 ㎜, 내경 70 ㎜ [2.4 ㎜ 벽 두께 4층 표준 슈렌쯔 판지, COBB 값 200 gsm 초과, 0.5 - 0.6 ㎜, 얇은 갈색지의 외부층이 있음], 2 m 길이로 절 단.

유형 3: 외경 76 ㎜, 내경 70 ㎜ (5층 표준 고품질 코어합판, COBB 값 약 30 gsm, 외부 랩은 없음)

접착 제제: 1000 ㎏ 직쇄 소듐 실리케이트 [MR 2.95, 39.50 Be (20 ℃)].

A24 제올라이트에 의해 점도를 1'20" (DIN 컵 B 깔대기 4 ㎜)로 조절하며, 이 경우에는 300 ㎏ A24 (23.02 % wt)이다. 혼합물의 최종 밀도는 1520 ㎏/㎥였다. 재료를 제올라이트가 적당히 분산될 때까지 (육안으로 체크함) 100 ℓ 드럼 중에서 혼합하였다. 시험 5일 전에 제조하였다. 형성된 현탁액을 주위 조건 (17 ℃)하에 4일 동안 저장하고 시험하기 전날 재혼합하였다. 도포 온도: 21 ℃.

<시험 결과＞

모든 튜브 유형을 문제 없이 제조할 수 있었다. 종래 기술의 접착제에 의해 유발되는 유형 3의 접착 어려움은 관찰되지 않았다. 종이 공급 속도를 종이 미끄러짐의 발생 없이 최대 속도까지 증가시킬 수 있었다. 종이 중량과 관련된 접착제 도포율은 미끄러짐의 발생 없이 8 내지 20 %로 변화하였다. 튜브를 105 ℃에서 건조시켰다.

20 % 접착제 (종이 중량과 관련)를 사용하는 경우 31 ㎝ 튜브의 중량은 제조 직후에 297.48 g이었다. 주위 온도에서 4일 동안 건조한 후 중량은 241.83 g (6.07 % 중량 손실)으로 감소하였다. 유사한 실험에서 8 % 접착제 (종이 중량을 기준으로 함)를 사용하는 경우 중량 손실은 3.50 %이었다.

종래 기술로부터의 접착제 (Scholten Lijmen 제품 PVA)로 제조된 튜브와 비교하여 튜브의 경도 및 이에 따른 최대 분쇄 강도는 10 % 초과로 개선되었다. 또한, 강도가 보다 낮은 튜브 변형율에서 증가하고 보다 높은 변형율에서 일정하게 유지된다 (외경 100 ㎜ 상에 변형 9 ㎜ 이하로 측정됨). 접착제로서 PVA 또는 덱스트린으로 제조된 판지 튜브는 중간불 정도의 가스 버너로 쉽게 발화되었다. 화재가 지속되고 판지는 완전히 연소하였다. 그러나 동일한 본 발명의 판지 튜브는 최대 온도에서 가스 버너에 의해서도 인화할 수 없었다. 버너가 제거되는 경우에 지속된 화재/불꽃은 없었다.

<실시예 6＞

목재 2 조각의 접착성 시험

- 실시예 1의 현탁액

- 동일 치수 (18 ㎜ x 10 ㎜ x 64 ㎜)의 조면을 갖는 목재 2 조각

하나의 목재 표면 (18 ㎜ x 64 ㎜)만을 덮기에 충분한 매우 얇은 층을 목재의 한 조각에 도포하였다. 이어서 목재 조각을 손으로 서로 가압하고 약 1분 동안 방치하였다.

이어서 상당한 점착도를 이미 관찰할 수 있었다. 약 10분 후에 조각들을 분리시키기 어려웠다. 건조가 완결되지 않았으나 많은 힘이 필요하였다. 조각들을 개조된 함침물 없이 서로 고정시킬 수 있었다. 또다른 10분 후에 조각들을 분리시키기가 보다 어려워졌다. 단지 코너점으로부터의 강한 힘이 요구되었다.

실험을 목재의 동일 조각 (반대면을 사용함) 및 동일 방법을 사용하여 반복하였다. 결합력을 24시간 후에 측정하였다. 이에 따라 힘이 센 사람도 손으로는 조각들을 분리시킬 수 없었다.

이어서, 결합된 목재 조각을 0.6 ℓ 유리에 놓고 습윤이 결합 강도에 악영향을 주는지 평가하기 위하여 물로 충전하였다.

물 중에서 1시간의 존재후에 목재 조각을 분리시키기는 여전히 불가능하였다. 5시간 후에 목재 조각을 다시 분리시키는 것이 가능하였다. 이는 정상 사용에서는 경화제의 사용없이 주위 조건하에 건조하는 것이 충분히 안정한 결합을 제공함을 나타낸다. 그러나 상기 현탁액에 의해 서로 결합된 입자의 경우에는 물과 접촉되어 결합제가 실리케이트를 중성화하여 접착제는 불용성이 되게 하는데 사용되는 것이 바람직하다. 바람직한 결합제는 비결정질 실리카이다.

따라서 본 발명에 따른 접착제는 목재를 위해 매우 양호한 접착제계를 제공한다.

잇점은 목재 표면을 미리 세정할 필요 없고, 목재 표면을 평활화할 필요 없고, 목재 표면이 습윤/습하게 될 수 있으나 건조할 필요 없고, 유기 물질 및 용매가 필요 없다는 것이다.

<실시예 7 및 8＞

상당한 조면을 갖는 벽돌의 접착성 시험

사용된 재료:

- 이중 외부 벽의 경우 주택의 내벽 또는 산업용 건축에 종종 사용되는 바와 같은 상당한 조면을 갖는 유형의 4개의 벽돌. 벽돌 표면은 약 2 ㎜ 이하의 표면 밖에 점착하는 알갱이를 갖는다.

벽돌 치수: 9.8 ㎝ x 21 ㎝ x 5 ㎝.

- 실시예 7에 대해 실시예 1의 현탁액

- 실시예 8에 대해 실시예 2의 현탁액

현탁액 약 2 ㎜의 층을 하나의 벽돌 표면 (21 ㎝ x 9.8 ㎝)에 도포하고 제2 벽돌을 현탁액이 도포된 표면의 상부의 동일 표면으로 바로 위치시켰다.

5분 후에 상부(상부 벽돌)에 놓인 실시예 8의 벽돌은 쉽게 들어 올릴 수 있었으며, 하부 벽돌은 고정되어 있었다. 하부 벽돌이 떨어지는 실시예 1의 현탁액에 의해 결합된 실시예 7의 벽돌의 경우와는 같지 않았다. 현탁액이 아직 건조되지 않았으므로 벽돌은 서로 다시 결합시킬 수 있었다. 약 30분 후에는 또한 실시예 7의 벽돌이 충분히 결합되어 하부 벽돌은 더 이상 떨어지지 않았다. 몇시간 후에 이미 강한 결합이 달성되었고 실시예 8에서 손에 의해 최대 힘이 가해졌을 때에도 분리는 발생하지 않았다.

실시예 7에서는 18 % 제올라이트 P를 함유하는 실시예 1의 현탁액을 사용하여 벽돌 사이에 현탁액의 명백한 수축이 존재하며, 27 % 제올라이트 P의 함량을 갖는 실시예 2의 보다 농축된 현탁액을 사용하는 실시예 8에서는 최소가됨을 관찰하였다.

시험은 본 발명에 따른 실리케이트 용액 중 제올라이트의 현탁액이 벽돌을 결합시키는데 우수한 접착성을 제공하며 제올라이트 농도의 증가는 보다 우수한 결과를 제공함을 제시한다.

<실시예 9＞

실리케이트 현탁액을 사용하는 접착제에 의한 가죽 신발 밑창의 수선

사용된 재료:

실시예 2로부터의 현탁액, 즉:

P형 제올라이트의 현탁액, 제올라이트 27 중량%를 함유하는 중성 실리케이트 중 제오크로스 CG 180.

실시예 2의 현탁액을 연장된 마모 동안 밑창이 느슨해진 신발을 수선하는데 사용하였다.

마모 동안에 느슨해진 헌 신발 및 밑창은 명백하게 더러운 표면 (흙)을 갖도록 세정하지 않았다. 수선을 하기와 같이 수행하였다.

실시예 2의 현탁액의 극도로 얇은 층을 스패튤라를 사용하여 가죽 밑창에 도포하였다. 밑창을 손으로 신발에 압축시켰다. 과량의 현탁액이 신발 및 밑창 사이의 공간으로부터 도출되었고 천을 사용하여 제거하였다. 밑창을 10분 동안 신발에 가압시킨 후 이미 신발에 잘 접착되었다.

24시간 후에 밑창은 신발에 잘 고정되었고 결합 강도를 손실하는 임의의 표시 없이 3주 초과 동안 유지되었다.

하기 실시예에서는 본 발명에 따른 접착제의 접착성에 대한 영향을 평가하기 위하여 상이한 특성을 변화시켰다.

<실시예 10＞

증가하는 제올라이트 함량의 함수로서의 접착성

사용된 기판: 복사지

접착제용 천연 재료:

* 제올라이트 P: 제오크로스 CG 180 (Crosfield 제품)

* 소듐 실리케이트 용액 크리스탈 0096 (Crosfield 제품):

몰비 SiO₂/Na₂O 2.95 초과

실리케이트 농도 35.1 중량% 초과

접착제 시험에 사용된 시험 장치

하기 장치를 시간의 함수로서 2장의 종이 또는 판지 사이의 결합 강도를 측정하기 위하여 사용하였다. 장치는 시험하고자 하는 2장의 재료를 고정하기 위해 2개의 개별적으로 이동 가능한 조오(jaws)가 있는 기구를 포함한다. 또한 접착제가 사이에 도포될 때 소정의 기간 동안 소정의 압력으로 2개의 재료를 서로 압축시기 위한 디스크가 존재한다. 접착하고 가압한 후에 2개의 재료를 분리시키는데 필요한 힘을 기록할 수 있다. 기구는 가압력/항구성 등에 관하여 프로그램할 수 있는 CPU를 포함한다.

사용할 때 접착시키고자 하는 2개의 기판 (150 x 45 ㎜ 및 210 x 45 ㎜)을 장치의 조오에 고정하였다. 소정의 중량 및(또는) 부피의 접착제의 한 방울을 접착시키고자 하는 2개의 기판 (예, 종이 또는 판지)의 보다 작은 조각의 상부면에 도포하였다. 약 0.025 ㎖의 방울을 본 시험에 사용하였다.

이어서 제2의 기판 조각 (동일 재료일 필요는 없음)을 접착제로 도포한 조각의 상부에 놓고 조각을 디스크 (직경: 120 ㎜)에 의해 소정의 시간 동안 상부 조각의 위에서 유압적으로 가압하며 서로 가압하였다.

디스크를 들어올린 후 점차적으로 힘을 증가시키며 조각을 횡으로 인열시키는데, 조각을 인열 분리시키는데 필요한 힘 (결합력)은 가압된 최대 힘에 직접 관련하는 숫자에 의해 자동적으로 기록된다.

<사용된 종이 및 판지 품질＞

종이 뿐만 아니라 다양한 판지 품질을 사용하여 측정을 수행하였다. 즉,

종이 품질

복사지 : 80 gsm (제곱 미터 당 그램)

: COBB 값: 18 - 22 gsm

판지 품질

테스트라이너: 160 gsm

: COBB 값: 35 - 60 gsm (상기 판지의 양면에 대하여 상이함)

사용된 접착제:

하기 현탁액을 상기 소듐실리케이트 용액 중 현탁된 제올라이트 P (크로스필드 제품 제오크로스 CG 180)의 품질을 증가시키며 제조하였다.

1 0 제올라이트 P 중량%

2 5 제올라이트 P 중량%

3 10 제올라이트 P 중량%

4 15 제올라이트 P 중량%

5 20 제올라이트 P 중량%

시험 결과:

상기 현탁액의 접착제 효능도 (초기 결합 강도, 습윤 점착도라고도 부름)를 상기 기재한 바와 같은 장치에서 복사지를 사용하고 종이를 서로 가압한지 5, 10, 15 및 20초 후에 횡으로 가압할 수 있는 최대 강도를 측정하여 평가하였다.

하기 결과를 얻었다.

시험된 현탁액 5초 10초 15초 20초 후의 결합 강도

1 0.25 0.3 0.6 0.95

2 0.25 0.3 0.75 1.6

3 0.3 0.6 1.4 2.2

4 0.3 0.75 2.2 2.5

5 0.3 1.5 2.5 2.7

시험은 제올라이트 P의 농도가 증가함에 따라 초기 점착도가 보다 빠르게 전개되는 것을 명백히 나타내며 보다 우수한 결합 수행을 제시한다.

결과는 또한 순수 실리케이트 용액에 비하여 훨씬 우수한 수행을 명백하게 나타낸다.

<실시예 11 - 15＞

몇몇의 가변 인자 및 기판

다수의 일련의 시험을 하기 인자를 변화시켜가며 수행하였다.

* 기판:

종이, 및 판지에 대한 표준 정성화인 "COBB" 값이 변화하는 일련의 판지 품질, (제곱 미터 당 60초 동안에 흡수된 물의 그램)

* 소듐 실리케이트의 SiO₂/Na₂O의 몰비

* 포타슘 실리케이트를 사용함

* 소듐 및 포타슘 실리케이트의 혼합물을 사용함

* 실리케이트 용액 중 실리케이트의 농도를 변화시킴

다수의 시험과 관련해서 결과를 단지 하기에 요약한다.

<실시예 11＞

기판의 영향

결합시키고자 하는 기판은 접착용 최적 현탁액 조성물이 상이한 기판에 따라 변화할 수 있는 결과로 인하여 접착성 결과에 실질적으로 영향을 준다. COBB 값은 제시적 인자인 것으로 여겨진다.

높은 COBB 값 (50 초과)의 기판에 있어서 일반적으로 몰비를 증가시키고(시키거나) 제올라이트 함량을 증가시키고(시키거나) 보다 덜한 정도이나 또한 실리케이트 농도를 증가시킴으로써 보다 우수한 접착성이 달성됨을 관찰하였다. 낮은 COBB 값을 갖는 기판에 있어서, 몰비를 증가시킴으로써 접착성 (초기 결합 강도)이 개선됨을 알게 되었다. 그러나 또한 상기 판지에 있어서 몰비 및 실리케이트의 농도에 따라 최적 제올라이트 P 함량이 존재함을 알게 되었다. 실리케이트의 농도 및 몰비에 따라 최적 제올라이트 P 함량은 약 10 내지 25 중량% 사이에서 변화한다.

또한 실용적인 달성에 의해 결정되는 모든 상기 인자에 대한 최대값이 존재하며 이는 최대 점도와 관련된다.

보다 소수성인 특성의 기판에 있어서 소량 (1 중량% 미만)의 계면활성제가 양성 효과를 가짐을 관찰하였다.

<실시예 12＞

몰비 SiO₂/Na₂O의 영향

모든 다른 인자는 일정하게 유지하며 몰비를 2.6 및 3.9 사이에서 변화시켜 몰비를 증가시키는 것이 일반적으로 점착도를 개선함을 관찰하였다.

<실시예 13＞

실리케이트 용액 중 실리케이트 농도

일반적으로 모든 다른 인자를 일정하게 유지하며 실리케이트 농도를 증가시키는 것이 초기 결합 강도를 증가시킴을 알게 되었다. 그러나 이는 점도에 의해 한계가 존재한다. 점도가 지나치게 높아질 때 측정되는 결합 강도는 불량해지기 시작한다.

<실시예 14＞

점도

상기에서 기재한 바와 같이 유리한 접착성을 유지시키기 위하여 점도가 너무 높아지지 않도록 하여야 하며 주로 기판, 온도 및 장치에 의존하는 특정 수준을 초과하지 않아야 함을 알게 되었다. 따라서 최적 점도는 당업자에 의해 결정되어야 할 것이나 일반적으로 65 sec^-1에서 측정되는 범위 100 내지 400 cps에 존재한다.

<실시예 15＞

포타슘 실리케이트 및

소듐 및 포타슘 실리케이트의 혼합물의 사용

소듐 실리케이트를 동일 몰비 및 동일 실리케이트 농도를 갖는 포타슘 실리케이트로 대체하여 제오크로스 CG 180의 현탁액을 제조하는 경우 보다 높은 초기 점착도가 하기 시험에서 제시되는 바와 같이 얻어짐을 알게 되었다.

사용된 기판: 테스트라이너

사용된 현탁액:

1. 몰비 SiO₂/Na₂O 3.4인 소듐 실리케이트 36.3 중량%를 함유하는 소듐 실리케이트 용액 (크로스필드 크리스탈 0096) 중에 현탁된 P형 제올라이트 제오크로스 CG 180 10 중량%;

2. 몰비 SiO₂/K₂O 3.2인 포타슘 실리케이트 38 중량%를 함유하는 포타슘 실리케이트 용액 중 현탁된 P형 제올라이트 제오크로스 CG 180 10 중량%;

3. 현탁액 1 (Na) 75 중량% 및 현탁액 2 (K) 25 중량%의 혼합물.

4. 현탁액 1 (Na) 50 중량% 및 현탁액 2 (K) 75 중량%의 혼합물.

5. 현탁액 1 (Na) 25 중량% 및 현탁액 2 (K) 75 중량%의 혼합물.

상기 현탁액을 판지를 사용하여 상기 기재한 장치에서 접착력에 대하여 시험하여 하기 결과를 얻었다.

현탁액 10초 후의 결합 강도

1 4.2

2 5.9

3 4.4

4 5.5

5 5.5

상기 결과는 선택된 현탁액의 조성 및 선택된 기판에 있어서 포타슘 실리케이트가 우수한 초기 결합 강도를 제공함을 명백하게 나타낸다. 또한 소듐 및 포타슘 실리케이트의 혼합물 중 칼륨 함량을 증가시키는 것이 초기 결합 강도를 증가시킴을 나타낸다.

칼륨의 양성 효과는 선택된 기판 및 조건에 따라 좌우된다. 또한 포타슘 실리케이트는 보다 비싸다.

실제로는 당업자들은 기술상 및 경제상 특정 적용에 따라 나트륨 및 칼륨 함량에 관하여 생성물 조성을 다시 최적화할 수 있을 것이다.

<실시예 16＞

PVA 기재 접착제와 실리케이트 중 제올라이트 P의 현탁액의 비교

PVA (폴리비닐아세테이트) 기재 접착제를 일반적으로 종이 및 판지와 같은 셀룰로오스 기재 기판 결합용 접착제로서 사용하였다.

시판되고 있는 상기 접착제의 시료를 소듐 실리케이트 용액 (몰비 SiO₂/Na₂O: 3.4 및 실리케이트 용액 중 소듐 실리케이트 농도: 36.3 중량%) 중 제올라이트 제오크로스 CG 180의 현탁액과 비교하였다.

사용된 기판: 테스트라이너

사용된 현탁액:

제올라이트 P (제오크로스 CG 180)를 상기 소듐 실리케이트 용액 중 10 중량%의 농도로 현탁시켰다.

시험:

소듐 실리케이트 중 제올라이트 P의 현탁액을 PVA 점착제와 비교하여 상기 기재한 장치에서 시험하였다.

하기 결과를 얻었다.

시험된 접착제 10초 20초 후의 결합 강도

제올라이트 P 현탁액 3.1 5.5

PVA 접착제 2.2 5.5

결과는 다시 실리케이트 용액 중 P형 제올라이트 기재 현탁액의 보다 빠른 결합을 제시한다.

<실시예 17＞

충전제 재료의 입도의 영향

시험된 충전제 재료:

1: 제올라이트 P; 평균 입도 0.65 마이크로미터

2: 제올라이트 P; 평균 입도 1.08 마이크로미터

3: 제올라이트 P; 평균 입도 2.27 마이크로미터

4: 제올라이트 4A; 평균 입도 3.0 마이크로미터

5: 제올라이트 4A; 평균 입도 1.36 마이크로미터

현탁액의 제조에 사용된 실리케이트 용액:

몰비 SiO₂/Na₂O 3.4 및 실리케이트 농도 36.3 중량%의 소듐 실리케이트 용액

현탁액:

상기 기재된 충전제 재료를 실리케이트 용액 중 10 중량% 농도로 현탁시켰다.

결과:

* 제올라이트 P로 제조된 현탁액이 제올라이트 4A로 제조된 현탁액보다 우수한 초기 결합 강도를 제공함을 알게 되었다.

* 평균 입도 0.65 마이크로미터 및 1.08 마이크로미터의 제올라이트 P로 얻은 결합 강도가 측정값의 정밀도내에서 동일한 반면, 평균 입도 2.27 마이크로미터의 제올라이트 P로 얻은 결합 강도는 보다 작았다.

* 평균 입도 각각 3 마이크로미터 및 1.36 마이크로미터의 제올라이트 4A 기재의 현탁액으로 얻은 결합 강도가 측정값의 정밀도내에서 동일하였다.

Claims

실리케이트 용액의 실리케이트 함량은 17 중량% 이상이고, 평균 입도 0.4 ㎛ 이상의 제올라이트를 충전제로서 포함하는 것을 특징으로 하는, 실리케이트 수용액 및 미분 무기 충전제의 현탁액을 포함하는 접착제 조성물.
제1항에 있어서, 제올라이트가 P형 제올라이트인 것을 특징으로 하는 접착제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제올라이트의 평균 입도가 0.4 - 15 ㎛, 바람직하게는 0.4 - 5 ㎛ 및 보다 바람직하게는 0.8 - 2 ㎛인 것을 특징으로 하는 접착제 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 실리케이트 용액 중 실리케이트 함량이 20 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 접착제 조성물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 실리케이트 수용액의 몰비 SiO₂:M₂O (여기서, M은 알칼리 금속 또는 암모늄임)가 1 - 4.5, 바람직하게는 2 - 4.2 및 가장 바람직하게는 2.8 - 4.2인 것을 특징으로 하는 접착제 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 실리케이트 용액의 실리케이트가 포타슘 실리케이트, 소듐 실리케이트, 및 이의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 접착제 조성물.
제6항에 있어서, 실리케이트 용액의 실리케이트가 포타슘 실리케이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 접착제 조성물.
셀룰로오스 함유 재료의 제조를 위한 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항 기재의 접착제 조성물의 용도.
적층지 튜브의 제조를 위한 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항 기재의 접착제 조성물의 용도.
암면 또는 유리 섬유용 결합제로서의 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항 기재의 접착제 조성물의 용도.