KR20130006015A

KR20130006015A - 친환경 무기질 불연 바인더의 조성물과 그 제조방법 및 용도

Info

Publication number: KR20130006015A
Application number: KR1020110067796A
Authority: KR
Inventors: 이현표
Original assignee: (주)바론에스엘; 주식회사 케이피산업
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2013-01-16

Abstract

본 발명은 친환경 무기질 불연 바인더의 조성물과 그 제조방법 및 용도에 관한 것으로서, 천연 무기질 재료를 응용하여 바인더를 제조하므로서, 에폭시나 아크릴계 수지를 주성분으로 한 석유화학계 바인더의 문제점인 생산단계부터 바인더를 사용하는 사용단계, 사용 후 건조되는 건조단계, 혹은 화재 시에 방출되는 유해성 휘발물질(VOCs)을 없애고, 환경호르몬 배출을 억제하며, 작업환경을 개선하여 작업자들의 생명을 보호하고, 또한 가연소재와 함께 사용하였을 경우에는 화재 시에 발화를 지연시켜 귀중한 생명을 구할 수 있는 친환경 무기질 불연 바인더의 조성물과 그 제조방법 및 용도를 제공하는 것이다.

Description

친환경 무기질 불연 바인더의 조성물과 그 제조방법 및 용도{Inorganic composition of incombustible binder, and Method for preparation the same and use thereof}

본 발명은 친환경 무기질 불연 바인더의 조성물과 그 제조방법 및 용도에 관한 것으로서, 적용 분야에 따라서 난연성과 불연성을 동시에 해결할 수 있어 화재예방은 물론이고, 유해환경물질(VOCs) 배출이 없어 작업환경을 개선할 수 있으며, 쾌적한 실내환경을 조성 할 수 있는데, 본 조성물을 접착제로 사용할 경우에는 삼차원 망상구조를 갖는 단단한 도막을 형성하고 연성이 있어 충격에 강하고 접착강도를 동시에 충족 시킬수 있는 불연 바인더의 조성물에 관한것이다.

예를 들면, 건축용 샌드위치 판넬의 제조공정중 단열재인 스티로폼(EPS)과 양쪽면의 철판을 접착시키는 용도로 사용 할 경우에, 작업장내의 용제냄새를 완전히 없앰으로써 쾌적한 작업환경을 만들 수 있으며 더불어, 생산성 향상을 가져올 수 있고, 냉동창고나 특히, 공장의 화재시에 철판과 스티로폼 사이에 불연 도막을 형성 함으로서 벽체의 발화시간을 지연시켜 사람이 대피할 수 있는 시간을 벌어줄 수 있는 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 사용하는 건축용 접착제는 에폭시나 아크릴계 수지를 주성분으로 하여 폴리아미드 등의 경화제를 응용하는 방법으로 제조된 바인더로서, 이러한 바인더의 생산과정에서 부터 석유화학계 용제인 BTX(벤젠, 톨루엔, 자일렌) 등의 유해한 냄새가 심각하고, 이렇게 제조된 접착제를 건축용이나 산업분야에 사용하고 있으며, 사용도중 혹은 사용 후 건조과정에서 휘발성 유해물질의 냄새가 심각하고, 인체에도 유해하며, 또한 경화가 이루어진 후에도 화재가 발생할 경우 휘발성 유해화학물질(VOCs)이 방출되며, 접착제가 먼저 녹아 내리면서 발화가 되어 순식간에 대형 화재로 전이되는 심각한 문제점을 안고 있다.

이러한 문제점들을 해결하기위한 수단으로, 국내 등록특허 10-0556902, 10-0556903, 10-0556904호 에서는 액상규산소다를 이용한 무기바인더의 제조방법을 제공하고 있는데, 이것은 다량의 물과 황산, 염산, 초산 등의 강산을 사용하여 무기질 바인더를 제조한 방식으로서, 이러한 방법으로 제조된 바인더는 접착강도가 낮고 충격에 약하다는 단점을 가지고 있다.

또한, 대한민국 등록특허 10-0591267호는 상술된 바와같은 단점을 보완하고 접착강도를 높이기 위해서, 에폭시수지와 무기계 난연제 및 황토 맥반석, 참숯 등의 천연소재를 첨가 하여 난연 바인더를 제조하였으나 이 또한 석유화학계 에폭시 수지를 다량 사용하였다는 점에서는 완벽한 친환경 제품이라고 보기 어려우며, 화재 시에도 에폭시 수지에서 발생되는 유해물질을 피할 수는 없다.

또한, 대한민국 공개특허 제 10-2009-0016809호 또한 액상 규산소다에 수용성 고분지 에멀젼을 첨가 함으로서 상술된 문제점을 해결하고자 하였으나, 수용성 고분자 에멀젼으로 사용한 폴리비닐알콜(PVA), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 에틸렌비닐아세테이트(EVAc), 및 아크릴에멀젼 수지를 사용 하였으며, 대한민국 특허공보 10-0870192호 에서는 아크릴 혼성중합체, 가소제인 DOA, 폴리올, 에틸렌글리콜등을 첨가 한 방식을 제안하고 있으나, 이 또한 석유화학계 수지로서 모두 상술된 바와같은 문제점을 안고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 상술한 종래의 석유화학계 바인더의 문제점인 휘발성 유해물질 (VOCs)을 없애고, 화재 발생시에 유독성 가스를 방출하지 않을뿐만 아니라, 불에 타지 않는 친환경 불연 바인더를 제공하며, 아울러서 친환경 무기물 소재만을 이용하여 종래의 무기질 바인더의 문제점인 접착 강도와 내충격성을 향상시키고, 동시에 연성을 갖는 인체에 무해한 무독 무취의 수용성 불연 바인더를 제조하는 방법과 그 용도를 제공 하는데 있다.

상술된 바와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 친환경 무기질 불연 바인더 조성물을 제조하기 위하여, 액상 알카리금속실리케이트 즉 액상 소듐실리케이트(KS규격3호, SiO₂/Na₂O 몰비3, PH12, 비중1.4/20℃), 액상 포타슘실리케이트(SiO₂/K₂O 몰비 3.25, PH 11.5, 비중1.39/20℃), 액상 리튬실리케이트(SiO₂/Li₂O 몰비4.8, PH 12, 비중1.21/20℃) 1종 혹은 2종이상 혼합물 40~90중량%를 사용하고 있는데, 50~80중량%를 사용하는 것이 효과적이다.

알카리금속실리케이트 혼합물의 사용량을 40중량%이하로 사용하면 상대적으로 충진제의 사용량이 너무 많아 바인더로서의 기능을 발휘 할 수가 없으며, 충진제를 줄이면 물이나 기타 조절제가 투입이 되어야 하므로 기대하는 특성의 바인더를 제조 할 수가 없으며, 알카리금속실리케이트 혼합물의 사용량을 90중량% 이상으로 높이면 액상 금속실리케이트 조성비가 너무 높아지며, 상대적으로 충진제의 조성비가 낮고, 고강도의 접착력과 내충격성을 갖는 바인더 조성물을 제조 할 수가 없다.

따라서, 상술된 방법으로 제조된 본 발명의 바인더는, 상술한 종래의 석유화학계 바인더의 문제점인 휘발성 유해물질(VOCs)을 없애고 화재 발생시에 유독성 가스를 방출하지 않을뿐만 아니라, 불에 타지 않는 친환경 불연 바인더의 제공이 가능하게 된다. 더불어서, 친환경 무기물 소재만을 이용하여 종래의 무기질 바인더의 문제점인 접착 강도와 내충격성을 향상시킬 수 있으며 동시에, 연성을 갖는 인체에 무해한 무독 무취의 수용성 불연 바인더의 제공이 가능하게 된다.

본 발명 무기계 바인더 조성물은, 소듐실리케이트에 포타슘실리케이트나 리튬실리케이트를 혼합하여 사용 하는데, 2종류 이상의 알카리금속실리케이트를 혼합 사용 함으로서 보다 높은 몰비의 바인더 조성물을 제조 할 수가 있고, 액상 포타슘실리케이트와 리튬실리케이트는 소듐 실리케이트에 비해 실온에서 안정하고 점도가 낮기 때문에 조성물의 점도 조절에도 좋으며, 혼합사용 함으로서 도막형성 후 연승과 내충격성을 향상시키는 상승효과를 기대 할 수 있다.

또한, 액상 알카리금속실리케이트 혼합물에 티타늄옥사이드(TiO₂/Rutile), 지르코늄옥사이드(ZrO₂), 실리콘옥사이드(SiO₂), 징크옥사이드(ZnO), 칼슘옥사이드(CaO), 칼슘카보네이트(CaCO₃), 칼슘하이드로옥사이드(Ca(OH)₂), 알루미늄옥사이드(Al₂O₃), 실리콘카바이드(SiC), 탈크(3MgO·4SiO₂·H₂O), 제올라이트등 자연석 충진제 평균 입자경 10~45 1종 혹은 2종 이상을 혼합하여 10~50 중량%를 사용하며, 15~35 중량%를 사용하는 것이 효과적이다. 충진제 투입량이 10 중량% 이하이면 충진제의 조성비가 낮아 강한 도막을 형성 할 수가 없고, 건조가 느려지며, 살 오름이 작아 접착력이 떨어진다. 반대로 충진제 사용량이 50 중량% 이상이면 충진제의 조성비가 너무높아 바인더로서의 기능을 발휘 할 수가 없다.

그리고, 본 발명 무기계 바인더 조성물은 15~35 중량%의 무기질 충진제나 자연석 분말(평균 입자경 10~45 의 일반제품)을 사용하는데 도막의 강도나 결합력, 바인더로서의 기능을 발휘하기 위하여 일정한 크기 이하의 입자형태로 분산을 시켜줄 필요가 있다. 처음부터 마이크로 분말을 구입하여 사용할 수도 있으나 마이크로 파우더의 가격이 너무 높아 실용가치가 전혀 없으며, 상업적으로 경쟁력이 없는 바인더 제품이 된다.

따라서, 알카리금속실리케이트와 무기질 충진제의 혼합 조성물을 분산하기 위해서는 수평형 혹은 수직형 비드밀을 사용하여 분산 하며, 조성물의 최대 입자경이 10 이하가 되도록 분산을 시킨다. 이때 비드는 0.2~2mm 비드를 사용하며, 비드 충진률 50~70%, 로타 회전속도 300~3000rpm 으로 3시간 정도 분산을 시킨다.

마지막 단계로, 조성물의 점도 조절 및 저장 중의 경화 지연제로서 소량의 물을 사용하는데 0.1~20중량%를 사용하며, 경우에 따라서는 물을 사용하지 않을 수도 있다. 조성물의 경화제로서 개미산(HCOOH), 인산(H₃PO₄), 초산(CH₃COOH)등의 저분자량 유기산을 1종류 혹은 2종이상 혼합하여 1~15 중량%를 사용하며, 종류 및 혼합 비율에 다라서 바인더 조성물의 경화속도를 조절 할 수가 있다.

여기서, 본 발명 바인더 조성물의 기능적 특성을 살펴보면 광촉매, 원적외선 특성을 지닌 광화학적 특성, 단열, 내화, 불연성 특성을 지닌 열적특성, 탈취, 항균, 무독, 무취의 특성을 지닌 생체 바이오 특성, 친수, 발수성을 지닌 물리적 특성, 전기절연, 대전방지 특성을 지닌 전기 전자적 특성을 들 수 있다.

이하, 본 발명은 실시예로서 더욱 상세히 서술될 것이며, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

액상 소듐실리케이트(KS규격3호,몰비3) 50중량%를 혼합조에 투입하여 교반을 하고, 포타슘실리케이트(몰비3.25) 20 중량%를 혼합 투입하여 충분히 교반한 후에 루타일형 티타늄옥사이드 15중량%와 지르코늄 옥사이드 5 중량%를 서서히 투입하면서 교반을 하고 투입이 완료되면 혼합 조성물을 수직형 비드밀로 옮겨서 분산한다. 이때 분산 조건은 이트리아 비드 사이즈 0.5mm를 사용하며, 비드 충진율 68%, 로타 회전속도를 300rpm으로 30분간 저속 분산을 시킨 후에 로타 회전속도를 1500rpm으로 올려서 3시간정도 분산을 하면 평균 입자경이 500nm(0.5) 최대 입자경이 10 이하인 분산 조성물이 얻어진다.

더불어, 별도의 용기에 물 2중량%와 개미산 8중량%를 투입하고 고르게 혼합하여, 상기 분산 조성물에 투입하고, 30분간 교반하여 친환경 무기질 불연 바인더의 조성물을 제조 하였다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일하며 물과 유기산의 비율을 물 3중량%에 인산 7중량%를 혼합하여 투입하고, 30분간 교반하여 친환경 무기질 불연 바인더의 조성물을 제조 하였다.

[실시예 3]

실시예 1과 동일하며 물과 유기산의 비율을 물 5중량%에 인산 2.5중량%와 개미산 2.5중량%를 혼합하여 투입하고, 30분간 교반하여 친환경 무기질 불연 바인더의 조성물을 제조 하였다.

[실시예 4]

실시예 1과 동일하며 물과 유기산의 비율을 물 7중량%에 초산 3중량%를 혼합하여 투입하고, 30분간 교반하여 친환경 무기질 불연 바인더의 조성물을 제조 하였다.

[실시예 5]

실시예 1과 동일하며, 액상 알카리금속실리케이트를 소듐실리케이트(KS규격3호,몰비3) 40중량%와 포타슘실리케이트(몰비3.25) 20중량%를 혼합 하여 사용하고, 티타늄옥사이드 20중량%와 칼슘카보네이트 10중량%를 사용하 사용하여 친환경 무기질 불연 바인더의 조성물을 제조 하였다.

[실시예 6]

실시예 1과 동일하며, 액상 알카리금속실리케이트를 소듐실리케이트(KS규격3호,몰비3) 30중량%와 포타슘실리케이트(몰비3.25) 10중량%, 리튬실리케이트(몰비4.8) 10중량%를 사용하고, 무기질 충진제를 티타늄옥사이드 15중량%와 칼슘카보네이트 15중량%를 사용하고 물 12중량%에 개미산 8중량%를 사용하여 친환경 무기질 불연 바인더의 조성물을 제조 하였다.

[실시예 7]

실시예 1과 동일하며, 무기질 충진제를 지르코늄옥사이드 15중량%와 탈크 10중량%를 사용하고 유기산은 인산 5중량%를 단독 사용하여 친환경 무기질 불연 바인더의 조성물을 제조 하였다.

더불어서, 본 발명 바인더의 용도를 추가로 서술하면 다음과 같다.

1. 건축용 샌드위치 판넬의 제조용.

건축용 샌드위치 판넬의 제조공정시 단열재인 스티로폼(EPS)과 양쪽 면의 철판을 접착시키는 용도로서 본 발명의 바인더를 접착제로 사용할 경우, 기존의 에폭시나 아크릴계 수지를 이용한 접착제의 심한 용제(BTX/벤젠, 톨루엔, 자일렌) 냄새로 인한 제조장의 열악한 환경을 개선 하여 냄새 없는 쾌적한 환경으로 바꿀 수가 있으며, 생산성향상을 가져올 수 있고, 냉동창고나 특히, 공장의 화재 시에 철판과 스티로폼 사이에 불연 도막을 형성 시켜 줌으로서 벽체의 발화시간을 지연시켜 사람이 대피할 수 있는 시간을 벌어준다. 또한 EPS와 난연소재를 혼합하여 샌드위치 판넬을 생산 할 경우에는 난연 등급을 올려주는 역할도 함께 기대할 수 있다.

2. 온돌마루, 실내체육관이나 학교 등 공공시설의 마루바닥용.

일반 가정의 온돌마루나 실내체육관, 학교 등 공공시설의 마루바닥을 본 발명의 바인더를 접착제로 사용하여 시공할 경우에는, 기존의 에폭시나 아크릴계 수지를 이용한 접착제의 심한 용제냄새를 개선 할 수 있고, 실내의 유해 휘발성 물질로 인한 아토피나 피부염 등의 발생 원인을 차단할 수 있으며, 도막형성 후에는 바닥의 시멘트에서 방출되는 유해물질의 차단 역할도 함께하게 되어 냄새가 나지 않고 인체에 유해한 물질(VOCs)도 방출되지 않는 쾌적한 실내공간을 제공 할 수 있다.

3. 실내 외 인테리어용.

건축용 실내 외 인테리어용의 접착제도 상술한 내용과 같은 문제점을 갖고 있으며, MDF 용 필름을 붙일 때나 내,외장 타일을 붙일 때도 본 발명의 불연 바인더를 접착제로 사용 할 수 있다.

4. 가구용 가죽 및 부직포 등 섬유용.

가구용 가죽제품 등의 접착용도 및 층간차음용 소재의 부직포 접착용도로도 본 발명의 불연 바인더를 접착제로 사용 할 수 있다.

5. 불연재료 제조용 바인더.

본 발명의 불연 바인더를 이용하여 불연 소재와 배합하여 성형 가공 함으로서 불연 재료의 제조용 바인더로 사용 할 수 있다.

Claims

액상 알카리금속실리케이트 화합물 중 소듐실리케이트(SiO₂/Na₂O, 몰비3), 포타슘실리케이트(SIO₂/K₂O, 몰비3.25), 리튬실리케이트(SiO₂/Li₂O, 몰비4.8) 중 1종 혹은 2종 이상 혼합하여 40~90 중량%를 사용하고, 티타늄옥사이드(TiO₂/Rutile), 지르코늄 옥사이드(ZrO₂), 실리콘옥사이드(SiO₂), 징크옥사이드(ZnO), 칼슘옥사이드(CaO), 칼슘카보네이트(CaCO₃), 칼슘하이도로옥사이드(Ca(OH)₂), 알루미늄옥사이드(Al₂O₃), 실리콘카바이드(SiC), 탈크(3MgO·4SiO₂·H₂O), 제올라이트등 자연석 충진제 평균 입자경 10~45 1종 혹은 2종이상을 혼합하여 10~50 중량%를 사용하며, 이 혼합물을 비드밀을 이용하여 분산하고, 이 분산 조성물에 물과 개미산(HCOOH), 초산(CH₃COOH), 인산(H₃PO₄), 1종 혹은 2종이상 혼합하여 1~20 중량%를 첨가하여 제조된 것을 특징으로 하는 친환경 무기질 불연 바인더 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 액상 알카리금속실리케이트 화합물 중 소듐실리케이트, 포타슘실리케이트, 리튬실리케이트를 2종류 이상을 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 친환경 무기질 불연 바인더 제조방법.
제 2항에 있어서,
상기 각기 다른 2종류 이상의 알카리금속실리케이트 혼합 조성물에 상술한 자연석 충진제 10~50 중량%를 첨가하여 제조하는 것을 특징으로 하는 친환경 무기계 불연 바인더 제조방법.
제 3항에 있어서,
상기 각기 다른 2종류 이상의 알카리금속실리케이트 혼합 조성물에 자연석 충진제 10~50 중량%를 첨가하여 분산하고, 물과 저 분자량 유기산 즉 개미산(HCOOH), 초산(CH3COOH), 인산(H3PO4) 중 1종 혹은 2종 이상 혼합하는데, 1~20 중량%를 첨가하여 제조하는 것을 특징으로 하는 친환경 무기질 불연 바인더 제조방법.
상기 제조방법으로 제조한 불연 바인더를 건축용 샌드위치 판넬의 제조용 접착제로 사용하는 것을 특징으로 하는 사용방법.
상기 제조방법으로 제조한 불연 바인더를 온돌마루나 실내체육관, 학교 등 공공시설의 마루바닥 시공용 접착제로 사용하는 것을 특징으로 하는 사용방법.
상기 제조방법으로 제조한 불연 바인더를 MDF용 필름을 붙일 때나 건축용 내,외장용 타일을 시공하는 등 인테리어용으로 사용하는 것을 특징으로 하는 사용방법.
상기 제조방법으로 제조한 불연 바인더를 가구용 가죽제품 등의 접착용도 및 층간차음용 건축 소재나 부직포 등의 섬유용 접착용도로 사용하는 것을 특징으로 하는 사용방법.
상기 제조방법으로 제조한 불연 바인더를 불연 보드나, 불연 무기질 소재를 생산하기 위한 바인더로 사용하는 것을 특징으로 하는 사용방법.