KR20090120279A - 천연분말 접착제 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

전분분말에 알카리수용액을 첨가하여 가소화된 ∝화전분을 얻고 여기에 원적외선 방사물질 및 음이온 발생물질의 미세분말을 분산시킨 알긴산 수용액을 첨가하여 교질물을 얻고 이 교질물을 진공건조하여 분말화한 천연분말 접착제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

천연분말 접착제 및 제조방법{THE NATURAL ADHESIVE-POWDER AND THE METHOD OF PREPARING IT}

본 발명은 천연접착제분말 및 그 제조방법에 관한 것으로 구체적으로 수분함량 6~8wt%, 밀가루, 쌀가루, 옥수수가루 그외 곡물 중에서 선택되는 하나 이상의 전분 분말에 알카리수용액을 첨가 교반하여 가소화된 호화전분을 얻고 이 호화전분(∝화전분)을 일라이트 및 전기석 미세분말을 분산시킨 알긴산수용액에 혼합교반하여 얻어진 교질상 혼합물을 건조하여 분말화시킨 천연접착제분말 및 그 제조방법에 관한 것이다.

근년에 와서 합성수지의 우수한 가공성으로 인해 창틀골재, 가스킷 바탁재, 벽판재, 천정재, 벽지, 페인트, 접착재 등 건축용 내장재로 널리 사용되어 왔다.

특히 합성수지 중에서도 염가이면서 가공성이 우수한 수지는 PVC 수지로서 이를 가공하기 위해서는 가소제, 안정제, 충진제, 점도조절제, 기타 첨가제가 첨가되어야하고 이와 같은 가공수지는 창틀골재, 가스킷 바닥재, 합성수지벽지 및 발포벽지등에 주원료가되고 합성수지 페인트 접착제등에는 합성수지를 용해하기 위하여 각종용제가 사용된다.

이로 인해 암추정물질로 지정되어 있는 유해한 가소제, 중금속물질이 포함되 는 안정제, 접착제 및 페인트에 첨가되는 용제로 발생되는 VOC(Volatile Organic Compounds)에 의한 아토피성 피부질환, 현기증, 두통 등을 유발시키므로서 우리들의 주거공간이 공해물질에 노출되어 있는 상태라 할 수 있다.

더욱이 우리들의 실내활동공간인 구조물의 거리의 시멘트로되어 있고 또한 시멘트 역시 작업성과 물성을 향상시키기 위하여 AE제, 감수제, 유화제, 응결제, 경화촉진 및 지연제, 급결제 등 그 밖에도 수십종의 유기 또는 무기물의 첨가제로 인하여 시멘트에서 불쾌한 냄새가 발생하고 독성이 있는 것으로 알려지고 있다.

이상과 같은 문제점 해결을 위하여 선진국에 있어서는 유해한 합성수지나 이에 첨가되는 첨가물질을 오래전부터 사용을 금지 또는 규제하고 있고 마찬가지로 국내에서도 최근에 와서 유해한 합성수지와 첨가제를 사용금지하고 있으며 한편 공해가 없는 친환경적인 자재로의 대체를 유도하고 있는 실정이며 당분야에 종사하는 이들도 공해성이 없는 합성수지 및 무해성의 첨가물을 선택하거나 천연물을 이용한 친환경성의 건축용자재의 연구개발이 활발히 진행되어 있으며 또한 시멘트 가공분야에서도 시멘트 증후군에서 탈피하는 대책의 일환으로 천연광물의 벽돌, 블록, 황토벽, 황토온돌 등을 시공 이용하고 있다.

본 발명 또한 상술한 문제점 해결을 위한 대책의 일환으로 제안된 친환경적이면서 물성이 뛰어난 접착제를 개발함에 있으며 이와 관련된 종래기술을 알아보면 천연접착제로서 오래전부터 사용해온 밀가루, 전분, 풀로서 물 5~6중량부에 밀가루 1부를 첨가 균일하게 분산시킨 밀가루 분산액을 20~30분간 끓이므로서 밀가루 풀을 얻을 수 있다. 그러나 현재에는 풀을 얻는 작업이 번잡스럽고 보관성의 문제로 거의 사용하지 않고 본드와 같은 상품화된 접착제를 사용하고 있다.

다른 종래 천연접착제로서 동물의 가축이나 뼈속의 담백질을 물로 끓여 추출하고 증발등에 의해 농축하고 응고하여 건조한 아교(젤라틴)가 있으나 오픈타임이 10~60초 범위에 불과하여 순간적으로 접착하기 때문에 넓은 면적의 접착에는 접합하지 않으며 담배곽, 가구 등의 접착분야에서 명맥을 유지하고 있으나 내수성이 나쁘고 고습건조로 곰팡이가 나서 접착력이 상실되는 위험성이 있으므로 합성수지계의 접착제로 거의가 대체되었다 또 우유속에 있는 단백질을 산을 가해서 단백질을 응고하여 저온으로 건조해서 얻어진 밀크카제인 접착제가 있으며 카제인에 소석회, 인산소오다 등을 첨가시킨 분말화한제품으로 카제인·글루가 있다. 여기에 물을 2배 정도 첨가해서 사용하는데 사용할 수 있는 시간은 2~4시간 범위로 경화시간이 길어 이역시 합성계 접착제로 대부분 대체되었다.

그 밖에 녹말을 190~230℃로 가열에 얻어진 데스트린이 있는데 단지 밀가루풀에 비해 접착력이 낮고 일반적으로 무르므로 미량의 붕사, 아황산소다, 주석산소오다등 혼합해서 사용하며 우표 따위의 재습호로 사용되고 있으나 현재에는 거의 사용하지 않는다.

그 밖에도 인체에 유익한 친환경적인 접착제를 얻기 위하여 천연물질에 기능성 천연광물을 첨가시킨 여러가지 접착제들도 소개되고 있다 하나의 예로서 국내등록특허공보(등록번호 제10-0605660호)에 의하여 발명의 명칭을 "원적외선 및 음이 온을 방사하여 솔향을 발산하는 합지제지용 천연접착제 및 이의 제조방법"이 게재되어있다. 기술이 구성을 살펴보면 명세서에는 천연실리콘, 천연수지, 액상솔잎, 귀양석분말, 고무마전분, 옥수수전분, 소금을 혼합교반하여 소성하고 소성한 혼합물을 발효시켜 합지용 접착제를 제조하는 방법으로 기재되어 있고 청구범위에는 상기 혼합물에 물을 가해 70~80℃로 60~70분간 열처리한 후 냉각하여 발효시키는 것으로 되어 있으나 전자의 기재내용은 소성처리하므로서 접착제를 얻을 수 없고 후술한 기재내용에 있어서는 물의 첨가에 의한 열처리는 전분을 호화전분(∝화전분)으로 변화시키므로서 접착성을 얻을 수 있으나 열처리에 의해 미생물이 사멸된 상태에서 자체로 발효가 진행될 수 있을지 의심스러운 천연 접착제 제조방법이라 할 수 있다.

다른 종래기술로서 공개특허공보(공개번호 제10-2008-0036845호)에 "대나무분말을 함유한 접착제"에 관한 기술이 게재되어있다.

기술내용은 합성수지에멜젼, 고무계에멜전 중에서 선택되는 에멜젼 접착제에 천연로진, 변성로진, 텔레펜수지, 지방족 및 방향족 탄화수소에서 선택되는 하나 이상의 접착부여제, 습윤제, 중점제, 분산제, 소포제, 방부제 및 유화제로된 군에서 선택되는 하나 이상의 첨가제 및 대나무분말을 혼합한 접착제로서 주성분이 합성수지 또는 고무계의 수분산 에멜젼이여서 오일 또는 용매를 사용하지 않아 공해요인이 없다 할 수 있으나 내열성이 약하고 첨가제로서 사포닌과 같은 유해성물질이 포함되어 보안의 여지가 있는 접착제라 할 수 있다.

또 국내 등록특허공보(등로번호 제10-0646806호)에는 "천연규사를 이용한 기 능성 접착제"가 소개되고 있으며 이는 수산화나트륨과 수산화칼륨수용액에 규사를 현탁시킨 다음 여기에 규조토, 알루미나, 제오라이트와 같은 광물질분말 및 Mg, Ag, Ni, Fe와 같은 금속분말 중에서 각각 선택된 하나 이상의 광물질분말, 금속분말을 혼합한 접착제로서 구성성분에 의해 내화성, 항균성, 원적외선 방사기능성이 있어 친환경적인 접착제라 할 수 있으나 콘크리트의 보수용 지반안정을 위한 고화토용 등의 특수목적으로 상용되는 사용범위가 극히 한정된 접착제라 할 수 있다.

상술한 친환경의 기능성 접착제들은 친환경 및 기능성에 치중한 나머지 본래의 접착성 물성에 소홀히 하므로서 개선의 여지가 있고 또한 특수용도에 국한되는 접착제들이라 할 수 있다.

본 발명은 기능성 접착제의 문제점을 개량보완한 것으로 곡물을 비롯한 식물성전분을 알카리수용액으로 효율적으로 투명한 ∝화전분으로 호화시킨 호화가소물(반죽)에 원적외선 방사물질 및 음온발생물질의 미세입자를 분산시킨 알긴산수용액을 첨가혼합교반하므로서 교질물을 얻고 이를 건조하여 분쇄하므로서 취급사용이 용이하고 쉽게 변질이 되지 않아 장기적인 접착강도를 유지할 수 있으며 다양한 기능성을 갖게 되는 천연분말 접착제 및 그 제조방법은 제공함에 있다.

소맥분, 쌀가루, 옥수수분말, 고구마분말 그 밖에 식물성 전분분말 중에서 선택되는 하나 이상의 전분분말에 알카리성수용액을 분부하여 교반 혼합시키므로서 ∝화된 전분 가소화물(반죽)을 얻고 여기에 초미세 일라이트분말 및 전기석분말을 분산시킨 알긴산수용액을 첨가하여 교질화 시킨 다음 이를 건조하여 분말화 하므로서 본 발명과제를 해결할 수 있는 천연분말접착제를 얻을 수 있었다.

본 발명에 의한 분말 접착제는 접착성이 우수하여 벽지, 도배, 합판, 내장재의 결합제 등 범용성이 있으며 취급 및 보관성이 우수하며 변질이 되지 않아 장기적으로 접착성을 유지할 수 있으며 인체에 해가 없는 성분으로 구성되어 친환경적 이라 할 수 있고 알긴산의 항산화성, 일라이트의 항균성, 내곰팡이성, 탈취성, 원적선방사기능, 전기석에 의한 음이온 발생 등의 다양한 기능성으로 인체에 유익한 주거공간을 확보할 수 있는 천연분말 접착제 및 그 제조방법이라 할 수 있다.

본 발명은 공해물질을 발생시키지 않으며 인체에 유익한 기능성의 천연분말접착제로서 먼저 제조방법을 공정별로 구체적으로 설명하면,

전분분말을 스팀베스에서 수분함량을 6~8%로 조절하는 1단계 공정,

상기 수분을 조절한 전분에 5~6wt%의 같은 중량의 가성소다 수용액을 분무하면서 교반하여 가소화된 ∝화된 전분을 얻는 2단계 공정,

8~10wt%의 알긴산 수용액에 초미세 일라이트분말 3wt%, 초미세 전기석분말 2wt%을 분산하여 알긴산 혼합분산액을 얻는 3단계 공정,

상기 가소화된 ∝전분 1중량부에 알긴산 혼합수용액 1부~1.5부를 첨가 교반하여 교질물을 얻는 4단계 공정,

상기 교질물을 40℃ 유지한 상태에서 진공건조하여 미세입자로 분쇄하여 분말화하는 5단계 공정을 포함하는 천연분말접착제의 제조방법이다.

상술한 방법의 1단계 공정에서 전분의 수분조절의 필요성은 전분이 지나치게 건조할 경우에는 가성소다 수용액의 침투가 쉽게되지 않아 균질화된 호화반응이 일어나지 않고 호화시키는 시간이 길어진다.

또한 2단계 공정에서 전분을 ∝화전분으로 호화시키는 방법은 상단량의 물에 전분을 첨가 균일하게 분산시켜 70~80℃로 가열하므로서 풀을 수는 것과 같이 ∝화전분을 얻을 수 있는 방법이다. 그러나 이와 같은 방법은 많은량의 물을 사용하기 때문에 백탁을 생성하면서 점성이 떨어지고 접착력도 떨어진다 하므로서 알카리로 처리하여 호화하는 방법은 전자에 비해 점성이 높아 접착력이 우수하며 전분의 노화현상을 감소시킬 수 있고 건조공정에서도 아주 유리하다.

이상에서 사용되는 알카리는 가성소다를 사용하며 경우에 따라서는 탄산소다(Na₂ Co₃.H₂O)를 사용할 수 있으나 가성소다에 비해 많은량을 사용하여야 한다.

2단계 공정에서 전분과 가성소다 수용액의 혼합비는 중량비로 1:1 범위로서 가소화된 반죽상태라 할 수 있으며 이와 같은 상태에서 충분히 호화될 수 있도록 1~2간 숙성시킨다.

3단계 공정에서 알긴산수용액은 점성의 액체로서 접착성, 항산화성, 방수기능, 막형성기능, 유화성, 안정제 등의 다양한 기능을 가지고 있다. 그러므로 초미세 일라이트 분말 및 전기석분말을 혼합해도 쉽게 가라 않지 않고 점성과 유화성이 있어 알긴산 수용액에 분산되어 있는 상태로 존재하므로서 상의 분리가 일어나지 않아 접착제에 균질성을 보장할 수 있으며 여기에서 일라이트 및 전기석의 입도는 500~800메쉬 범위가 된다.

4단계 공정의 가소화된 호화전분과 알긴산 혼합수용액과 혼합하면 호화전분에 존재하는 잔여분의 알칼리성분과 반응하여 알긴산은 알긴산소다로 되므로서 접 착성을 더욱 향상시킬 수 있으며 호화전분입자들과 접하게 되므로서 막을 형성할 수 있다.

실제 2단계 공정에서 전분과 가성소다 수용액의 첨가비율은 전분을 완전히 호화시킬 수 있는 량보다 약간 과량으로 첨가시켜 호화반응을 촉진시킴과 동시에 가성소다의 잔여분은 알긴산과 반응시켜 알긴산소다를 생성시킴에 목적이 있고 교질물의 pH는 6.5~7.5범위로 유지되기 때문에 강 알카리성의 가성소다에 의한 유해성은 전혀 없다.

5단계 공정에 있어서 수분이 다량포함된 상태에서 온도를 높히면 전분의 노화가 일어날 수 있으므로 저온에서 신속히 건조하고 분말화 하여야 한다. 건조된 접착제 분말의 수분함량은 5%이하로 한다. 수분함량이 8.5%이상이 되면 호화전분의 열화가 일어날 수 있다.

상기 천연분말접착제 제조방법을 좀더 명확하게 하기 위해서 실시예를 들기로 한다.

실시예(1)

전분분말 50kg을 스팀베이스에 넣어 수분함량 7wt%로 조절한 것에 6wt%의 가성소다 수용액 50kg을 분무하면서 교반하여 가소화된 호화전분(∝화된 전분) 100kg을 얻고 여기에 10wt%의 알긴산 수용액에 초미세 일라이트분말 3wt%, 초미세 전기석분말 2wt%을 분산시킨 알긴산혼합분산액 130kg을 첨가하고 교반하여 교질물 230kg을 얻었다. 이를 35℃로 유지한 상태에서 진공건조하여 분쇄하므로서 수분함량 4.5wt%의 천연 분말접착제를 제조하였다.

비교 실시예(2)

밀가루 1부에 물 6부를 첨가하여 균질화시킨 다음 온도 70~80℃ 범위에서 40분간 열처리하여 밀가루풀(A)를 제조하엿다.

또한 상기 본 발명 천연분말접착제 제조방법에서 1 및 2공정을 거친 가소화된 ∝화전분을 건조하여 분말화한 ∝화된 전분 호료를 제조하여 호료 1중량부에 대하여 물 5중량부를 첨가하여 접착제(B)를 얻었다.

본 발명 천연분말접착제 1중량부에 물 5중량부를 첨가하여 접착제(C)를 얻었다.

접착력을 비교한 결과 본 발명 접착제(C)는 밀가루풀(A)에 비해 접착력이 45%로 증가하였고 접착제(B)에 비해 26%로 증가하였다.

이상의 방법으로 제조된 천여분말접착제는 접착성이 우수하며 알긴산의 유화성으로 균질성의 분말 접착제를 얻을 수 있고 수분4.5%로 유지된 상태에서 밀봉되므로서 전분의 노화에 의한 변질이 되지 않으므로 장기적으로 접착성을 유지할 수 있고 취급 및 사용이 편리하며 접착시공을 한 후에도 알긴산의 항산화성과 일라이트의 항균성에 의하여 곰팡이가 발생하지 않고 쉽게 변질되지 않으며 인체에 무해한 물질로 구성되어 친환경적이라 할 수 있고 원적외선 방사기능 및 음이온 발생기능이 있어 우리들의 생활공간을 유익하고 쾌적한 분위리로 유지시킬 수 있는 천연분말 접착제라 할 수 있다.

Claims (2)

1. 전분분말을 스팀베스에서 수분함량 6~8wt%로 조절하는 1단계 공정,

   수분조절한 전분분말에 5~6wt%의 가성소다수용액을 분무하면서 교반하여 가소화된 ∝화전분을 얻는 2단계 공정,

   8~10wt%의 알긴산수용액에 초미세 일라이트분 3wt%와 초미세 전기석분말 2wt%을 분산하여 알긴산 혼합분산액을 얻는 3단계 공정,

   상기 가소화된 ∝화전분 1중량부에 알긴산혼합수용액 1~1.5중량부를 첨가 맹열히 교반하여 균질성의 교질물을 얻는 4단계 공정,

   상기 교질물을 40℃로 유지한 상태에서 진공건조하여 미세입자로 분쇄하여 분말화 하는 5단계 공정을 포함한는 천연분말 접착제의 제조방법.
2. 청구항 1항의 방법에 의해 제조된 천연분말 접착제.