KR20120046450A - 전분계 핫멜트 접착제용 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전분, 열가소성 폴리머, 점착성 부여제, 및 가소제를 포함하는 조성물로서, 상기 열가소성 폴리머는 전분 100 중량부 대비 20~200 중량부로 포함되고 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA), 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 에틸렌-아크릴산 공중합체, 및 에틸렌-메타크릴산 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성되며, 상기 점착성 부여제는 전분 100 중량부 대비 25~150 중량부로 포함되고, 상기 가소제는 전분 100 중량부 대비 10~50 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제용 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물은 무한재생이 가능한 바이오매스인 전분을 약 20~65 중량% 포함하고 있어서, 종래의 석유계 물질을 주성분으로 포함하는 핫멜트 접착제에 비해 덜 유해하고, 보다 친환경적이고, 절감된 제조원가를 가지며 석유계 자원의 고갈 등에 덜 민감하다. 아울러 본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물은 우수한 접착력과 작업성을 제공하며, 포장, 제본, 건축, 목공, 섬유 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.

Description

전분계 핫멜트 접착제용 조성물{Composition for Starch based hot melt adhesive}
본 발명은 전분계 핫멜트 접착제용 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소정 이상의 전분을 포함하고 기존의 전분을 사용하지 않는 핫멜트 접착제와 동등 또는 그 이상의 접착력을 가지며 우수한 작업성을 부여하는 전분계 핫멜트 접착제용 조성물에 관한 것이다.
접착이란 분자, 원자, 이온 사이의 인력에 의해 두 표면이 붙여진 상태를 말하며, 접착 현상은 테이프, 본드 등의 일상 생활용품뿐만 아니라 자동차, 최첨단 반도체 소자에 이르기까지 우리 생활 속에서 광범위하게 응용되고 있으며, 최근에는 현저한 산업발전에 따라 각 분야별 접착제에 대한 요구가 다양화되고 있다.
고분자 접착제는 고화되는 공정에 따라 화학 반응형, 용제형, 핫멜트형 등으로 구분할 수 있다. 이 중 핫멜트 접착제는 사용이 간편하고 최근 대두되고 있는 환경에 대한 요구사항을 충족시킬 수 있는 대표적인 예이다.
핫멜트 접착제(열용융 접착제)는 상온에서 고체상의 물질로 용매에 용해하거나 분산시키지 않고 100% 고형분만을 열에 용융시켜 액상으로 만들어 사용하는 접착제이다. 핫멜트 접착제는 1960년대에 DuPont사가 에틸렌-비닐아세테이트 수지(EVA)를 최초로 개발함에 따라 공정 자동화를 통한 높은 생산성과 환경친화적 특징, 광범위한 적용가능성, 재접착 가능성 등의 장점으로 기존의 용제형 접착제에 비해 높은 성장률을 보이고 있다. 핫멜트 접착제는 용융상태에서 피착면에 도포된 후 피착체 표면 및 주위에 열을 발산함으로 냉각고화가 된다. 핫멜트 접착제는 다른 용제형 접착제나 수분산형 접착제 등에 비해 건조과정이 필요없이 작업공간이 적고 접착속도가 빠른 특징을 가지고 있다. 고속 접착력은 생산라인의 자동화 및 생산성 증대를 가능케 하여 생산성 향상, 인건비 절감, 도포량 조절로 인한 원료량 감소 등 상당한 경제성을 갖고 있다. 핫멜트 접착제는 포장, 제본, 건축, 목공, 자동차, 섬유, 전기/전자 등 많은 분야에서 적용된 바 있다.
종래의 상업적인 핫멜트 접착제는 사용되는 기본 수지에 따라 일반적으로 에틸렌-비닐아세테이트닐계, 폴리올레핀계, 스티렌 블록 공중합체계, 폴리아미드계, 폴리에스테르계, 우레탄계(반응성 핫멜트) 등이 있으며, 기본 수지는 핫멜트 접착제의 물성 중 가장 중요한 접착력과 응집력에 큰 영향을 준다. 종래의 상업적인 핫멜트 접착제는 기본 수지가 주로 석유계 물질로 구성되어 있어서 환경 친화적인 특성이 부족하고, 석유계 물질의 수급 불안, 석유계 물질의 고갈 등과 같은 외부적 요인헤 의해 제조비용이 상승될 수 있는 문제점을 안고 있다.
따라서, 환경 친화성, 안정적인 물량 공급, 원가 점가 등을 고려할 때 핫멜트 접착제의 주요 구성요소인 기본 수지 전체 또는 일부를 무한 재생이 가능한 바이오매스, 특히 전분으로 대체할 필요가 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전분을 소정 이상으로 함유하면서, 종래의 상업적인 핫멜트와 동등 또는 그 이상의 물성(구체적으로 접착 강도와 흐름성)을 가진 전분계 핫멜트 접착제용 조성물을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전분, 열가소성 폴리머, 점착성 부여제, 및 가소제를 포함하는 조성물로서, 상기 열가소성 폴리머는 전분 100 중량부 대비 20~200 중량부로 포함되고 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA), 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 에틸렌-아크릴산 공중합체, 및 에틸렌-메타크릴산 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성되며, 상기 점착성 부여제는 전분 100 중량부 대비 25~150 중량부로 포함되고, 상기 가소제는 전분 100 중량부 대비 10~50 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제용 조성물을 제공한다. 이때, 본 발명에 따른 전분계 핫멜트 접착제용 조성물은 보조 첨가제를 더 포함할 수 있고, 상기 보조 첨가제는 전분 100 중량부 대비 10 중량부 미만으로 포함되고 왁스, 폴리부텐, 오일, 충전제, 및 산화방지제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물은 무한재생이 가능한 바이오매스인 전분을 약 20~65 중량% 포함하고 있어서, 종래의 석유계 물질을 주성분으로 포함하는 핫멜트 접착제에 비해 덜 유해하고, 보다 친환경적이고, 절감된 제조원가를 가지며 석유계 자원의 고갈 등에 덜 민감하다. 아울러 본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물은 우수한 접착력과 작업성을 제공하며, 포장, 제본, 건축, 목공, 섬유 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.
본 발명은 전분계 핫멜트 접착제용 조성물에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전분계 핫멜트 접착제용 조성물은 전분, 열가소성 폴리머, 점착성 부여제, 및 가소제를 포함하고, 바람직하게는 보조 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 전분계 핫멜트 접착제용 조성물의 구성성분 별로 나누어 본 발명을 설명한다.
전분
본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물은 전분을 조성물 전체 중량을 기준으로 약 20~65 중량%, 바람직하게는 약 30~60 중량%, 보다 바람직하게는 약 35~55 중량%의 함량으로 포함한다. 전분 함량이 20중량% 미만인 경우 접착력이 핫멜트 접착제가 사용되는 현장에서 요구되는 수준 미만으로 떨어질 염려가 있고, 전분 함량이 65 중량%를 초과하는 경우 용융 흐름 지수가 매우 낮아 작업성이 나빠질 염려가 있다.
전분은 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 옥수수전분, 찰옥수수전분, 타피오카전분, 감자전분, 고구마전분, 쌀전분, 밀전분 등을 포함한다. 또한, 전분은 비변성 전분 또는 특정 변성 전분을 포함하며, 핫멜트 접착제의 접착력, 작업성, 및 제조 원가 등을 고려할 때 바람직하게는 비변성 전분인 것을 특징으로 한다. 비변성 전분은 통상적인 전분 제조 공정으로부터 수득되는 전분으로서, 화학적 처리, 열처리에 의해 그 물성(점성, 열 안정성, 냉해동 안정성)이 변화된 변성 전분(예를 들어 산처리 전분, 산화 전분, 아세틸아디핀산 이전분, 아세틸인산 이전분, 옥테닐호박산 전분, 인산 이전분, 인산 일전분, 인산화인산 이전분h Phosphate), 아세트산 전분, 하이드록시프로필인산 이전분, 하이드록시프로필 전분 등이 있다.)과 대조되는 개념이다. 본 발명의 핫멜트 접착제용 조성물에서 사용되는 특정 변성 전분으로는 산처리 전분(Acid modified starch), 산화 전분(Oxidized Starch), 아세트산 전분(Starch Acetate), 또는 옥테닐호박산 전분(Starch Octenyl Succinate) 등이 있다. 상기의 내용에 의거할 때 본 발명에 따른 전분은 비변성 전분, 산처리 전분(Acid modified starch), 산화 전분(Oxidized Starch), 아세트산 전분(Starch Acetate), 및 옥테닐석신산 전분(Starch Octenyl Succinate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다.
열가소성 폴리머
열가소성 폴리머는 핫멜트 접착제의 접착력과 응집력 등을 조절하는 기능을 하며, 본 발명에서 사용되는 열 가소성 폴리머는 비닐기 또는 수산화기를 포함하는 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA), 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 에틸렌-아크릴산 공중합체, 및 에틸렌-메타크릴산 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물에서 열가소성 폴리머의 함량은 전분 100 중량부 대비 약 20~200 중량부, 바람직하게는 40~150 중량부이다. 열가소성 폴리머의 함량이 20 중량부 미만이면 핫멜트 접착제의 용융 점도가 매우 높아지고 용융 흐름 지수는 매우 낮아져 흐름성이 거의 없게 되며, 실질적으로 작업이 힘들어진다. 또한, 열가소성 폴리머의 함량이 200 중량부를 초과하면 접착력이 핫멜트 접착제가 사용되는 현장에서 요구되는 수준 미만으로 떨어질 염려가 있다.
가소제
가소제는 극성고분자에 유연성 및 접착성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 본 발명에 따른 가소제의 종류는 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 솔비톨, 에틸렌글리콜, 글리세린, 글리세린디아세테이트(glycerin diacetate), 및 펜타에리쓰리톨로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물에서 열가소성 폴리머의 함량은 전분 100 중량부 대비 약 10~50 중량부, 바람직하게는 15~40 중량부이다. 가소제의 함량이 10 중량부 미만이면 가소제의 첨가에 따른 효과가 미비하고, 특히 15 중량부 미만인 경우 가소제의 종류에 따라 핫멜트 접착제의 용융 점도가 매우 높아지고 용융 흐름 지수는 매우 낮아져 흐름성이 거의 없게 되며, 실질적으로 작업이 힘들어질 염려가 있다. 또한, 가소제의 함량이 50 중량부를 초과하면 가소제의 과다 사용에 의해 경제성이 떨어질 염려가 있고, 상대적으로 열가소성 폴리머의 함량이 줄어들어 핫멜트 접착제의 전체적인 물성을 저하시킬 염려가 있다.
점착성 부여제(Tackifier)
핫멜트 접착제용 조성물이 전분, 열가소성 폴리머, 및 가소제만으로 구성되는 경우 핫멜트 접착제를 용융 도포 시 점착성(Hot-tack) 및 젖음성(Wetting)이 나쁘고, 용융 시 점도가 높기 때문에 작업이 용이하지 않게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물은 점착성 부여제를 더 포함한다.
본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물에서 점착성 부여제는 저분자량 수지로, 기본 구성성분인 전분 및 열가소성 폴리머와 혼합하여 사용되는 경우 용융 점도를 낮추어 작업성을 향상시키며, 경우에 따라 관능기를 부여하기도 하여 접착 초기 젖음성과 핫멜트 접착제의 피착재 표면에서의 접착력을 향상시키고, 고화시간 등의 조절을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물에 사용되는 점착성 부여제는 로진계, 테르핀 수지, 쿠마론인덴 수지, 석유 수지 등 그 종류가 크게 제한되지 않으나, 석유 수지인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로 점착성 부여제는 지방족 탄화수소 수지(Aliphatic hydrocarbon resin), 지환족 탄화수소 수지(Cycloaliphatic hydrocarbon resin), 방향족 탄화수소 수지(Aromatic hydrocarbon resin), 방향족에 의해 개질된 지방족 탄화수소 수지(Aromatic modified aliphatic hydrocarbon resin), 및 하이드로겐화 탄화수소 수지(Hydrogenated hydrocarbon resin)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 점착성 부여제 중 지방족 탄화수소 수지는 상업적인 제품으로 코오롱유화사(한국)의 Hikorez A-1100, Hikorez A-1100S, Hikorez C-1100, Hikorez R-1100, Hikorez R-1100S 등이 있다. 또한, 지환족 탄화수소 수지로는 디사이클로펜타디엔(dicyclopentadiene,DCPD)을 단량체로 포함하는 탄화수소 수지 등이 있고, 대한민국 공개특허 제1998-013719호, 대한민국 공개특허 제2008-0093733호 등에 개시되어 있다. 또한, 방향족 탄화수소 수지(Aromatic hydrocarbon resin)는 상업적으로 코오롱유화사(한국)의 Hikotack P-110S, Hikotack P-120, Hikotack P-120HS, Hikotack P-120S, Hikotack P-140, Hikotack P-140M, Hikotack P-150, Hikotack P-160, Hikotack P-90, Hikotack P-90S, Hirenol PL-1000, Hirenol PL-400 등이 있다. 또한, 방향족에 의해 개질된 지방족 탄화수소 수지(Aromatic modified aliphatic hydrocarbon resin)는 상업적으로 코오롱유화사(한국)의 Hikorez T-1080, Hikorez T-1100 등이 있다. 또한, 하이드로겐화 탄화수소 수지(Hydrogenated hydrocarbon resin)는 하이드로겐화 지방족 탄화수소 수지, 하이드로겐화 방향족 탄화수소 수지 등으로 세분화될 수 있으며, 상업적으로 코오롱유화사(한국)의 Sukorez D-300, Sukorez D-390, Sukorez SU-100, Sukorez SU-110, Sukorez SU-120, Sukorez SU-130, Sukorez SU-90 등이 있다.
본 발명에 따른 상기 점착성 부여제는 바람직하게는 단량체의 탄소 수가 4~10인 탄화수소 수지인 것을 특징으로 하는데, 구체적으로 C5 지방족 수지, C9 방향족 수지, C5/C9 지방족/방향족 공중합 수지 등이 있다.
또한, 본 발명에 따른 점착성 부여제는 보다 바람직하게는 단량체로 디사이클로펜타디엔(dicyclopentadiene,DCPD)을 포함하는 하이드로겐화 탄화수소 수지인 것을 특징으로 하는데, 상업적으로 코오롱유화사(한국)의 Sukorez D-300, Sukorez D-390, Sukorez SU-100, Sukorez SU-110, Sukorez SU-120, Sukorez SU-130, Sukorez SU-90 등이 있다.
또한, 본 발명에 따른 점착성 부여제는 로진계로 구성될 수 있으며, 로진계는 상업적으로 코모 화학(Komo Chemical)사의 Komotac KF382S, Komotac KF392S, Komotac KF452S, Komotac KF462S, Komotac KS-2090, Komotac KS-2100, Komotac KS-2110, Komotac KZ223S, Komotac KZ224S 등이 있다.
본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물에서 점착성 부여제의 함량은 전분 100 중량부 대비 약 25~150 중량부, 바람직하게는 35~125 중량부, 보다 바람직하게는 30~100 중량부이다. 점착성 부여제의 함량이 25 중량부 미만이면 점착성 부여제 첨가에 따른 용융 점도 저하 효과가 미비하고 그에 따른 용융 흐름 지수의 증가가 크지 않아 핫멜트 접착제의 작업성이 만족할 만한 수준에 도달하지 못할 염려가 있고, 점착성 부여제의 함량이 150 중량부를 초과하면 점착성 부여제의 초과에 따른 용융 흐름 지수 증가율이 크지 않아 경제성이 떨어지고 상대적으로 열가소성 폴리머의 함량이 줄어들어 핫멜트 접착제의 전체적인 물성을 저하시킬 염려가 있다.
보조 첨가제
본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물은 전분, 가소제, 열가소성 폴리머, 및 점착성 부여제 이외에도 보조 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 보조 첨가제는 핫멜트 접착제의 물성을 변화시키거나 핫멜트 접착제에 특정 기능을 부여한다.
본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물에 포함되는 보조 첨가제는 왁스, 폴리부텐, 오일, 충전제, 및 산화방지제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다.
왁스는 용융점도의 저하, 비극성 표면에 대한 젖음성 향상, 블록킹 방지, 고화시간의 조정 등을 위해 첨가되며, 구체적으로 파라핀왁스 또는 폴리에틸렌왁스 등이 있다. 폴리부텐은 내수성의 향상 또는 유연성의 부여 등을 위해 첨가된다. 오일은 유연성의 부여, 용융혼련과 같은 공정의 개선 등을 위해 첨가된다. 충전제는 고무나 플라스틱의 실용화에서 노화방지?보강?증량(增量)의 목적으로 가하는 물질을 말하며, 핫멜트 접착제의 흐름성을 조절하기 위해 사용된다. 충전제의 종류는 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 탄산칼슘, 점토, 벤토나이트, 또는 칼슘스테아레이트에서 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다. 산화방지제는 열안정성이 약하여 쉽게 산화될 수 있는 구조를 포함하고 있는 물질을 사용하였을 경우에 첨가되어 산화 및 분해로 인한 점도의 변화, 황변현상, 접착력 저하 및 내구성 저하 등을 개선할 수 있다. 산화방지제의 종류는 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 페놀류, 방향족 아민류, 구연산, 또는 아스코르브산 등이 있다.
본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물은 그 용도가 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 포장, 제본, 건축, 목공, 자동차, 섬유, 전기/전자 등 많은 분야에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물은 그 용도에 따라 전분의 함량, 점착성 부여제의 함량 등이 조절될 수 있는데, 예를 들어 목공용의 경우는 전분의 함량을 조절하여 접착력에 중점을 두고, 포장용의 경우 목공용에 비해 낮은 용융 점도가 요구되므로 전분의 함량을 낮추거나 점착부여제(Tackifier)의 함량을 조정하는 방법이 있다.
본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물은 다양한 방법에 의해 제조될 수 있으며, 예를 들어 니더(Kneader)에 의한 용융혼련, 압출기(Extruder)에 의한 용융 및 압출 등에 의해 제조될 수 있다. 이때 용융 온도는 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 110~190℃에서 용융될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예들을 통하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 러나 하기 실시예들은 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 아니다.
1. 분석방법의 설명
(1) 전단 접착 강도 ( Single - lap shear adhesion strength )
핫멜트 접착제의 전단 접착 강도 (Single-lap shear adhesion strength)를 평가하기 위하여 재단된 2개의 목질 피착재(1인치×3인치) 사이에 정량된 핫멜트 접착제를 170℃에서 용융 도포하여 접착 시편을 제조하였다. 접착 시편 제조 24시간 후, Instorn 시험기를 이용하여 면적(1인치×1/2인치)당 최대 응력(강도)을 측정하였고, 총 8회 실시하여 평균값을 취하였다. 이때 Instorn 시험기의 Load cell과 속도 조건은 각각 5kN, 10㎜/min 이었다.
(2) 융융 흐름 지수( Melt - flow index )
용융 흐름 지수 측정기의 가열 실린더에 펠렛 타입의 핫멜트 접착제를 가득 채우고 160℃에서 약 5분간 녹였다. 3㎏의 추를 얹고 10분간 실린더를 통해 통과되는 핫멜트 접착제의 중량(g)을 측정하였다.
2. 상업적인 핫멜트 접착제의 물성 측정
본 발명에 따른 핫멜트 접착제용 조성물의 대조군으로 전분을 포함하지 않는 상업적인 핫멜트 접착제를 사용하였다.
대조군 1로 H.B. Fuller사(독일)의 핫멜트 접착제 중 Grade가 Baz-3000인 제품을 사용하였고, 대조군 2로 H.B. Fuller사(독일)의 핫멜트 접착제 중 Grade가 #9475인 제품을 사용하였고, 대조군 3으로 (주)백림화학(한국)의 핫멜트 접착제 중 Grade가 #H인 제품을 사용하였고, 대조군 4로 (주)오공(한국)의 스틱 형태 핫멜트 접착제(일반 소비자용)을 사용하였고, 대조군 5로 (주)한화석유화학(한국)의 핫멜트 접착제 중 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA)를 주성분으로 하고 Grade가 #1540인 제품을 사용하였다. 표 1은 상업적인 핫멜트 접착제의 전단 접착 강도와 융융 흐름 지수를 분석한 결과를 나타낸 것이다.
구분 전단 접착 강도(㎏f/㎟) 용융 흐름 지수(g/10분, 160℃)
대조군 1 44 19
대조군 2 33 200 초과
대조군 3 34 90
대조군 4 27 200 초과
대조군 5 17 60
상업적인 핫멜트 접착제의 전단 접착 강도는 약 17~44 ㎏f/㎟ 이었고, 용융 흐름 지수는 19 g/10분(160℃) 이상이었다. 상업적인 핫멜트 접착제의 물성 분석 결과, 핫멜트 접착제가 우수한 접착력과 작업성을 동시에 만족하기 위해서는 전단 접착 강도가 적어도 17 ㎏f/ 이상(바람직하게는 약 20~45 ㎏f/㎟), 융융 흐름 지수가 19 g/10분(160℃) 이상(바람직하게는 약 20~100 g/10분(160℃)의 범위에 있어야 하는 것으로 판단된다.
3. 전분을 포함하는 핫멜트 접착제의 제조
(1) 열가소성 폴리머의 함량 변화에 핫멜트 접착제의 물성 변화
제조예 1.
비변성 옥수수 전분 80g, 가소제로 펜타에리쓰리톨(Pentaerythritol) 20g, 및 열가소성 폴리머로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA) 900g을 니더(Kneader, 반죽기)에 투입하고 170~180℃에서 용융혼련시켜 핫멜트 접착제를 제조하였다.
제조예 2 내지 제조예 9.
제조예 1의 비변성 옥수수 전분, 가소제 및 열가소성 폴리머의 함량을 달리하는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.
표 2는 제조예 1 내지 제조예 9에서 사용한 성분의 종류 및 함량, 그리고 핫멜트 접착제의 전단 접착 강도 및 용융 흐름 지수를 나타낸 것이다.
구분 전분(g) 가소제(g) 열가소성 폴리머(g) 전단 접착 강도(㎏f/㎟) 용융 흐름 지수(g/10분, 160℃)
비변성 옥수수 전분 펜타에리쓰리톨 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체
제조예 1 80 20 900 11 21.1
제조예 2 160 40 800 13 20.4
제조예 3 240 60 700 16 18.6
제조예 4 320 80 600 16 17.5
제조예 5 400 100 500 18 7.0
제조예 6 480 120 400 23 8.4
제조예 7 560 140 300 30 0.2
제조예 8 640 160 200 31 N/A
제조예 9 720 180 100 34 N/A
표 2에서 "N/A"는 핫멜트 접착제의 점도가 너무 높아 흐름성을 거의 가지지 못하는 것을 의미한다.
표 2에서 보이는 바와 같이 전분 함량이 접착제 조성물 전체 중량을 기준으로 약 8~32 중량%이고, 열 가소성 폴리머의 함량이 전분 100 중량부 대비 약 180~1150 중량부인 경우 용융 흐름 지수는 우수한 작업성을 제공할 수 있는 범위를 가지지만, 전단 접착 강도가 너무 작은 값을 가지는 문제가 발생하였다. 한편, 전분 함량이 조성물 전체 중량을 기준으로 약 35 중량% 이상일 때 적정 범위의 전단 접착 강도를 보였으나, 이 경우 열가소성 폴리머의 함량이 상대적으로 작아 흐름성이 매우 불량한 것으로 나타났다. 특히 열가소성 폴리머의 함량이 전분 100 중량부 대비 약 32 중량부 미만인 경우 핫멜트 접착제의 점도가 너무 높아 160℃에서 핫멜트 접착제가 거의 흐르지 않는 상태로 되었다.
표 2로부터 전분 함량이 조성물 전체 중량을 기준으로 약 10 중량% 이상~35 중량% 미만이고 열가소성 폴리머 함량이 전분 100 중량부 대비 약 180~1150 중량부인 핫멜트 접착제에 대해서는 접착 강도의 개선이 필요하고, 전분 함량이 조성물 전체 중량을 기준으로 약 35~70 중량%이고 열가소성 폴리머 함량이 전분 100 중량부 약 대비 15~150 중량부인 핫멜트 접착제에 대해서는 용융 흐름 지수의 개선이 필요한 것으로 판단되었다.
(2) 전분의 종류에 따른 핫멜트 접착제의 물성 변화
제조예 10.
전분의 종류를 비변성 전분 대신 변성전분인 옥수수 기반 산처리 전분(Acid modified starch)로 치환한 것을 제외하고는 제조예 5와 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.
제조예 11 내지 제조예 13.
제조예 10의 변성전분 대신 다른 종류의 옥수수 기반 변성전분인 산화 전분(Oxidized Starch), 아세트산전분(Starch Acetate), 또는 옥테닐호박산 전분(Starch Octenyl Succinate)을 사용한 점을 제외하고는 제조예 5와 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.
표 3은 제조예 5, 제조예 10 내지 제조예 13에서 사용한 성분의 종류 및 함량, 그리고 핫멜트 접착제의 전단 접착 강도 및 용융 흐름 지수를 나타낸 것이다.
표 3에서 보이는 바와 같이 전분의 종류에 따른 전단 접착 강도와 용융 흐름 지수의 값은 약간의 차이를 보였으나 접착력과 작업성(흐름성)에 변화를 줄 정도의 차이는 아니었으며, 비변성 전분 대신 특정 변성전분을 사용할 수 있는 것으로 판단된다.
구분 전분(g) 가소제(g) 열가소성 폴리머(g) 전단 접착 강도(㎏f/㎟) 용융 흐름 지수(g/10분, 160℃)
종류 첨가량 펜타에리쓰리톨 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체
제조예 5 비변성 전분 400 100 500 18 7.0
제조예 10 산처리 전분 400 100 500 18 6.1
제조예 11 산화 전분 400 100 500 18 5.7
제조예 12 아세트산 전분 400 100 500 17 5.5
제조예 13 옥테닐호박산 전분 400 100 500 17 6.3
(3) 열가소성 폴리머의 종류에 따른 핫멜트 접착제의 물성 변화
제조예 14.
열가소성 폴리머로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA) 대신 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol)을 사용한 점을 제외하고는 제조예 5와 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.
제조예 15 내지 제조예 16.
제조예 14의 열가소성 폴리머인 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA) 대신 다른 열가소성 폴리머인 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate), 또는 에틸렌-아크릴산 공중합체를 사용한 점을 제외하고는 제조예 5와 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.
표 4는 제조예 5, 제조예 14 내지 제조예 16에서 사용한 성분의 종류 및 함량, 그리고 핫멜트 접착제의 전단 접착 강도 및 용융 흐름 지수를 나타낸 것이다.
구분 전분(g) 가소제(g) 열가소성 폴리머(g) 전단 접착 강도(㎏f/㎟) 용융 흐름 지수(g/10분, 160℃)
비변성 전분 펜타에리쓰리톨 종류 첨가량
제조예 5 400 100 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 500 18 7.0
제조예 14 400 100 폴리비닐알코올 500 41 6.4
제조예 15 400 100 폴리비닐아세테이트 500 28 5.7
제조예 16 400 100 에틸렌-아크릴산 공중합체 500 32 6.3
표 4에서 보이는 바와 같이 핫멜트 접착제의 전단 접착 강도 측면을 고려할 때 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA) 대신 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate), 또는 에틸렌-아크릴산 공중합체가 보다 유리하였지만, 용융 흐름 지수 측면을 고려할 때는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA)가 보다 유리한 것으로 나타났다. 다만 열가소성 폴리머의 종류에 따른 용융 흐름 지수의 변화 정도는 작업성(흐름성)에 변화를 줄 정도의 큰 차이는 아니었으며, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate), 또는 에틸렌-아크릴산 공중합체를 열가소성 폴리머로 사용하는 경우에도 핫멜트 접착제의 용융 흐름 지수에 대한 개선이 필요한 것으로 나타났다.
(4) 가소제의 종류 및 함량에 따른 핫멜트 접착제의 물성 변화
제조예 17.
제조예 7의 가소제인 펜타에리쓰리톨을 140g 대신 70g 첨가한 점을 제외하고는 제조예 7과 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.
제조예 18.
제조예 7의 가소제인 펜타에리쓰리톨을 140g 대신 210g 첨가한 점을 제외하고는 제조예 7과 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.
제조예 19 내지 30.
제조예 7의 가소제인 펜타에리쓰리톨 대신 가소제로 솔비톨, 에틸렌글리콜, 글리세린, 또는 글리세린디아세테이트(glycerin diacetate)를 사용하고, 그 첨가량도 변화된 점을 제외하고는 제조예 7과 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.
표 5는 제조예 7, 제조예 17 내지 제조예 30에서 사용한 성분의 종류 및 함량, 그리고 핫멜트 접착제의 전단 접착 강도 및 용융 흐름 지수를 나타낸 것이다.
구분 전분(g) 가소제(g) 열가소성 폴리머(g) 전단 접착 강도(㎏f/㎟) 용융 흐름 지수(g/10분, 160℃)
비변성 전분 종류 첨가량 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체
제조예 7 560 펜타에리쓰리톨 140 300 30 0.2
제조예 17 560 펜타에리쓰리톨 70 300 22 0.2
제조예 18 560 펜타에리쓰리톨 210 300 30 0.7
제조예 19 560 솔비톨 70 300 27 0.4
제조예 20 560 솔비톨 140 300 30 0.2
제조예 21 560 솔비톨 210 300 32 0.7
제조예 22 560 에틸렌글리콜 70 300 22 0.3
제조예 23 560 에틸렌글리콜 140 300 26 0.2
제조예 24 560 에틸렌글리콜 210 300 29 0.7
제조예 25 560 글리세린 70 300 21 0.3
제조예 26 560 글리세린 140 300 31 0.3
제조예 27 560 글리세린 210 300 30 0.7
제조예 28 560 글리세린디아세테이트 70 300 20 0.5
제조예 29 560 글리세린디아세테이트 140 300 32 0.1
제조예 30 560 글리세린디아세테이트 210 300 28 0.6
표 5에서 "N/A"는 핫멜트 접착제의 점도가 너무 높아 흐름성을 거의 가지지 못하는 것을 의미한다.
표 5에서 보이는 바와 같이 가소제 종류에 따른 핫멜트 접착제의 전단 접착 강도 및 용융 흐름 지수의 값은 큰 변화를 보이지 않았고, 가소제 첨가량이 증가할 수록 전단 접착 강도와 용융 흐름 지수의 값은 소폭 증가하였으나, 핫멜트 접착제의 접착력 및 작업성을 개선시킬 만큼의 변화는 보이지 않았다. 표 5의 결과로부터 가소제 함량은 전분 100 중량부 대비 약 10~50 중량부가 적당한 것으로 판단된다.
제조예 1 내지 제조예 30의 결과로부터 전분, 가소제, 및 열가소성 폴리머로 구성된 핫멜트 접착제의 경우 전단 접착 강도를 상업적인 핫멜트 접착제와 거의 동일한 수준으로 올리는 경우 용융 흐름 지수가 현저하게 떨어져 작업성이 불량하였고, 용융 흐름 지수를 상업적인 핫멜트 접착제와 거의 동일한 수준으로 올리는 경우 전단 접착 강도가 떨어져 접착력이 약하고 전분의 함량이 소량이어서 전분 대체 효과가 크지 않다는 문제가 발생하였다.
이에 본 발명의 발명자들은 점착성 부여제를 핫멜트 접착제의 일 구성요소로 포함시켜 넓은 전분 함량 범위에서 만족할 만한 수준의 접착력을 보유하고, 동시에 향상된 용융 흐름 지수를 가진 핫멜트 접착제용 조성물을 발명하였다.
(5) 점착성 부여제의 첨가에 따른 핫멜트 접착제의 물성 변화
제조예 31.
비변성 옥수수 전분 509g, 가소제로 펜타에리쓰리톨(Pentaerythritol) 127g, 열가소성 폴리머로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA) 273g, 및 점착성 부여제로 Sukorez SU-110[단량체로 디사이클로펜타디엔(dicyclopentadiene,DCPD)을 포함하는 하이드로겐화 탄화수소 수지; 코오롱유화, 한국)을 니더(Kneader, 반죽기)에 투입하고 170~180℃에서 용융혼련시켜 핫멜트 접착제를 제조하였다.
제조예 32 내지 37.
비변성 옥수수 전분, 가소제로 펜타에리쓰리톨(Pentaerythritol), 열가소성 폴리머로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA), 및 점착성 부여제로 Sukorez SU-110[단량체로 디사이클로펜타디엔(dicyclopentadiene,DCPD)을 포함하는 하이드로겐화 탄화수소 수지; 코오롱유화, 한국)의 첨가량을 다르게 한 점을 제외하고는 제조예 31과 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.
표 6은 제조예 7, 제조예 31 내지 제조예 37에서 사용한 성분의 종류 및 함량, 그리고 핫멜트 접착제의 전단 접착 강도 및 용융 흐름 지수를 나타낸 것이다.
구분 전분(g) 가소제(g) 열가소성 폴리머(g) 점착성 부여제(g) 전단 접착 강도(㎏f/㎟) 용융 흐름 지수(g/10분, 160℃)
비변성 전분 펜타에리쓰리톨 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 Sukorez SU-110
제조예 7 560 140 300 - 30 0.2
제조예 31 509 127 273 91 27 6.2
제조예 32 467 117 250 166 36 25.4
제조예 33 431 108 231 230 40 47.0
제조예 34 400 100 214 286 38 69.2
제조예 35 373 93 200 334 31 87.3
제조예 36 645 65 129 161 32 21.3
제조예 37 200 100 400 300 25 97.2
표 6에서 보이는 바와 같이 전분, 가소제, 및 열가소성 폴리머로 구성된 핫멜트 접착제에 점착성 부여제를 첨가하는 경우 전단 접착 강도가 증가할 뿐만 아니라 용융 흐름 지수를 현저히 증가하였다. 이때, 점착성 부여제의 함량이 전분 100 중량부 대비 25 중량부 미만인 경우 핫멜트 접착제의 용융 흐름 지수가 작업성을 개선시킬 정도까지 증가하지 않았고, 점착성 부여제의 함량이 전분 100 중량부 대비 약 25~150 중량부인 경우 원활한 작업성을 가진 핫멜트 접착제의 제조가 가능할 것으로 판단된다.
(6) 기타 보조 첨가제를 포함하는 핫멜트 접착제의 제조
제조예 38.
핫멜트 접착제의 구성성분으로 폴리에틸렌왁스 10g을 더 첨가한 점을 제외하고는 제조예 34와 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.
제조예 39 내지 45.
보조 첨가제로 폴리에틸렌 왁스 대신 파라핀왁스, 칼슘스테아레이트(충전제), 벤토나이트(충전제), 탄산칼슘(충전제), 구연산(산화방지제), 화이트오일(미창석유화학, 공정개선오일), 또는 폴리부텐(주식회사 대림산업)을 첨가한 점을 제외하고는 제조예 36과 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.
표 7은 제조예 34, 제조예 38 내지 제조예 45에서 사용한 성분의 종류 및 함량, 그리고 핫멜트 접착제의 전단 접착 강도 및 용융 흐름 지수를 나타낸 것이다. 표 7에서 보이는 바와 같이 보조 첨가제의 첨가에 의해 핫멜트 접착제의 전단 접착 강도와 용융 흐름 지수는 다소 감소하였으나, 최종적인 접착력과 작업성은 상업적 핫멜트 접착제와 비교시 용인할 만한 수준이었다.
구분 전분(g) 가소제(g) 열가소성 폴리머(g) 점착성 부여제(g) 보조 첨가제(g) 전단 접착 강도(㎏f/㎟) 용융 흐름 지수(g/10분, 160℃)
비변성 전분 펜타에리쓰리톨 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 Sukorez SU-110 종류 첨가량
제조예 34 400 100 214 286 - - 38 69.2
제조예 38 400 100 214 286 폴리에틸렌왁스 10 23 27.1
제조예 39 400 100 214 286 파라핀왁스 10 26 28.9
제조예 40 400 100 214 286 칼슘스테아레이트 10 33 27.2
제조예 41 400 100 214 286 벤토나이트 10 32 22.7
제조예 42 400 100 214 286 탄산칼슘 10 34 25.1
제조예 43 400 100 214 286 구연산 10 31 23.5
제조예 44 400 100 214 286 화이트오일 10 24 39.6
제조예 45 400 100 214 286 폴리부텐 10 37 41.5
이상에서와 같이 본 발명을 상기의 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 또한, 본 발명의 본질적인 범주를 벗어나지 않고서도 많은 변형을 실시하여 특정 상황 및 재료를 본 발명의 교시내용에 채용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 본 발명을 실시하는데 계획된 최상의 양식으로서 개시된 특정 실시 태양으로 국한되는 것이 아니며, 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 태양을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 전분, 열가소성 폴리머, 점착성 부여제, 및 가소제를 포함하는 조성물로서,
    상기 열가소성 폴리머는 전분 100 중량부 대비 20~200 중량부로 포함되고 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA), 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 에틸렌-아크릴산 공중합체, 및 에틸렌-메타크릴산 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성되며,
    상기 점착성 부여제는 전분 100 중량부 대비 25~150 중량부로 포함되고,
    상기 가소제는 전분 100 중량부 대비 10~50 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제용 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 보조 첨가제를 더 포함하고,
    상기 보조 첨가제는 전분 100 중량부 대비 10 중량부 미만으로 포함되고 왁스, 폴리부텐, 오일, 충전제, 및 산화방지제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제용 조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전분은 비변성 전분, 산처리 전분(Acid modified starch), 산화 전분(Oxidized Starch), 아세트산 전분(Starch Acetate), 및 옥테닐호박산 전분(Starch Octenyl Succinate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제용 조성물.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 점착성 부여제는 지방족 탄화수소 수지(Aliphatic hydrocarbon resin), 지환족 탄화수소 수지(Cycloaliphatic hydrocarbon resin), 방향족 탄화수소 수지(Aromatic hydrocarbon resin), 방향족에 의해 개질된 지방족 탄화수소 수지(Aromatic modified aliphatic hydrocarbon resin), 및 하이드로겐화 탄화수소 수지(Hydrogenated hydrocarbon resin)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제용 조성물.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 점착성 부여제는 단량체의 탄소 수가 4~10인 탄화수소 수지인 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제용 조성물.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 점착성 부여제는 단량체로 디사이클로펜타디엔(dicyclopentadiene,DCPD)을 포함하는 하이드로겐화 탄화수소 수지인 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제용 조성물.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 가소제는 솔비톨, 에틸렌글리콜, 글리세린, 글리세린디아세테이트(glycerin diacetate), 및 펜타에리쓰리톨로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제용 조성물.
  8. 제 2항에 있어서, 상기 왁스는 파라핀왁스 또는 폴리에틸렌왁스인 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제용 조성물.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 충전제는 탄산칼슘, 벤토나이트, 또는 칼슘스테아레이트에서 선택되는 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제용 조성물.
  10. 제 2항에 있어서, 상기 산화방지제는 구연산 또는 아스코르브산인 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제용 조성물.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 핫멜트 접착제는 목공용 또는 포장용인 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제용 조성물.
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