KR20130074504A

KR20130074504A - 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클 보드용 친환경 페놀수지의 제조방법

Info

Publication number: KR20130074504A
Application number: KR1020110142591A
Authority: KR
Inventors: 곽인영; 김미현; 우영도; 어수방; 이시준
Original assignee: 동화홀딩스 주식회사; 동화그린켐 주식회사
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-07-04

Abstract

본 발명은 포름알데히드의 방산이 억제된 친환경 페놀수지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포름알데히드, 페놀 및 첨가제를 반응기에 투입하여 혼합물을 제조하는 원료투입단계, 상기 원료투입단계를 거친 혼합물에 수산화나트륨을 첨가하는 산도조절단계, 상기 산도조절단계를 거친 혼합물을 가열하여 축합중합하는 축합중합단계 및 상기 축합중합단계를 거쳐 제조된 중합물을 냉각하는 냉각단계로 이루어진다.

Description

포름알데히드의 방산이 억제된 파티클 보드용 친환경 페놀수지의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF ENVIRONMENTALLY FRIENDLY PHENOL RESIN HAVING DECREASING FORMALDEHIDE EMISSION FOR PARTICLE BOARD}

본 발명은 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클 보드용 친환경 페놀수지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포름알데히드의 방산량이 적으면서도, 우수한 기계적 강도를 갖는 파티클 보드를 제공하는 포름알데히드 방산이 억제된 친환경 페놀수지의 제조방법에 관한 것이다.

건축실내환경에서 실내공기질의 오염원은 VOC, 포름알데히드, 세균, 집 먼지, 진드기 등 상당히 다양하다. 모든 오염물질 방산원인 중에서 건자재의 경우 넓은 표면적과 계속된 내부공기와의 접촉으로 인해 실내공기질의 평가에 미치는 영향이 크며 다양한 종류의 오염물질을 방산한다. 현재 국내에 새로 지어지는 주거건물에서 사용되는 건축자재 중 가구, 바닥재의 원료로 사용되는 PB, MDF 및 무늬목 등 목질기반 보드의 사용량은 약 95% 정도에 이른다. 목질기반의 복합 건축자재의 경우 제조공정에서 도포 되는 수지와 목재 자체의 영향으로 인해 VOC와 포름알데히드 방산량이 크다. 특히 포름알데히드의 경우 천식이나 눈 등의 자극 등 인체에 유해한 영향을 끼치며, 건자재에서 방산되는 오염물질로 인해 실외보다 실내의 공기 질이 악화될 수 있는 가능성을 제시받기도 한다. 이로 인해 목질보드 자체의 오염물질 방산량을 줄이기 위해 목질보드 제조과정에서 도포되는 수지의 몰비를 조절하거나 포름알데히드수지의 대체, 혹은 바이오 포집제(SCAVENGER) 등의 첨가물을 적용하여 목질판상재료의 오염물질 방산량을 줄이기 위한 노력이 계속되고 있다.

범용적으로 사용하고 있는 아민계 포름알데히드 수지 및 페놀계 수지를 파티클 보드 제조에 적용하였을 경우 포름알데히드와 목재 자체의 영향으로 인해 포름알데히드 방산량이 크다. 특히 포름알데히드의 경우 천식이나 눈 등의 자극 등 인체에 유해한 영향을 끼치며, 건자재에서 방산되는 오염물질로 인해 실외보다 실내의 공기 질이 악화될 수 있는 가능성을 제시받기도 한다.

이로 인해 목질보드 자체의 오염물질 방산량을 줄이기 위해 목질보드 제조과정에서 도포되는 수지의 몰비를 조절하거나 포름알데히드수지의 대체, 혹은 바이오 스케빈저 등의 첨가물을 적용하여 목질판상재료의 오염물질 방산량을 줄이기 위한 노력이 계속되고 있다. 또한, NAF(Non-Added Formaldehyde) resin 이라는 컨셉으로 수지 제조 시 포름알데히드를 첨가하지 않은 친환경 보드를 생산하기도 한다. 대표적으로 eMDI가 있다. 하지만 eMDI는 가격이 비싸며 수분에 약해 저장안정성이 떨어지는 문제가 있다. 또한 최근 보드 원재료 수급이 어려워지면서 가구재 및 재생칩의 사용이 늘어나고 있는데, 이러한 가구재 및 재생칩의 사용으로 인해 목질 원재료 자체의 오염물질 방산량이 늘어나면서 NAF 수지를 사용해도 오염물질이 방산되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클 보드용 친환경 페놀수지의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 파티클보드의 제조시에 적용되어, 우수한 기계적 물성을 나타내는 파티클보드를 제공하는 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클 보드용 친환경 페놀수지의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 포름알데히드, 페놀 및 첨가제를 반응기에 투입하여 혼합물을 제조하는 원료투입단계, 상기 원료투입단계를 거친 혼합물에 수산화나트륨을 첨가하는 산도조절단계, 상기 산도조절단계를 거친 혼합물을 가열하여 축합중합하는 축합중합단계 및 상기 축합중합단계를 거쳐 제조된 중합물을 냉각하는 냉각단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클 보드용 친환경 페놀수지의 제조방법을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 원료투입단계는 포름알데히드 100 중량부에 페놀 90 내지 110 중량부 및 첨가제 5 내지 10 중량부를 혼합하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 산도조절단계는 상기 원료투입단계를 거친 혼합물 100 중량부에 수산화나트륨 5 내지 15 중량부를 첨가하여 혼합물의 pH를 10 내지 11로 조절하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 축합중합단계는 상기 산도조절단계를 거친 혼합물을 분당 1.5℃의 온도로 승온시켜 80 내지 100℃의 온도로 가열하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 축합중합단계와 상기 냉각단계 사이에는 상기 축합중합단계를 거친 중합물에 포름알데히드, 페놀 및 첨가제를 2차 투입하고 2차 축합중합한 후에 수산화나트륨을 2차 투입하여 중합물의 점도를 조절하는 점도조절단계가 더 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 첨가제는 휘발성 포름알데히드를 포착하는 멜라민, 요소, 지방족 아민, 방향족 아민 및 암모늄염으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명에 따른 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클보드용 친환경 페놀수지의 제조방법은 포름알데히드의 방산량이 적어 친환경적인 페놀수지를 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.

또한, 파티클보드의 제조시에 적용되면, 우수한 기계적 물성을 나타내는 파티클보드를 제공하는 친환경 페놀수지를 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클보드용 친환경 페놀수지의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클보드용 친환경 페놀수지의 제조방법을 나타낸 순서도이다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명에 따른 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클보드용 친환경 페놀수지의 제조방법은 포름알데히드, 페놀 및 첨가제를 반응기에 투입하여 혼합물을 제조하는 원료투입단계(S101), 상기 원료투입단계(S101)를 거친 혼합물에 수산화나트륨을 첨가하는 산도조절단계(S103), 상기 산도조절단계(S103)를 거친 혼합물을 가열하여 축합중합하는 축합중합단계(S105) 및 상기 축합중합단계(S105)를 거쳐 제조된 중합물을 냉각하는 냉각단계(S107)로 이루어진다.

상기 원료투입단계(S101)는 포름알데히드, 페놀 및 첨가제를 반응기에 투입하여 혼합물을 제조하는 단계로, 포름알데히드 100 중량부, 페놀 90 내지 110 중량부 및 첨가제 5 내지 10 중량부를 30 내지 40℃의 온도를 나타내는 반응기에 투입하여 이루어진다.

이때, 상기 포름알데히드는 35 내지 37%의 농도를 나타내는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 첨가제는 포름알데히드를 포착하는 포착제의 역할을 하는 멜라민, 요소, 지방족 아민, 방향족 아민 및 암모늄염으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기 첨가제는 상기 중합물에 함유된 미반응 포름알데히드(Free Formaldehyde)와 반응하여 제거함으로써 페놀수지의 포름알데히드 방산량을 더욱 줄여주는 역할을 한다.

첨가제의 함량이 5 중량부 미만이면, 포름알데히드의 포착효율이 저하되어 포름알데히드의 방산이 억제된 페놀수지가 제조되지 않고, 첨가제의 함량이 10 중량부를 초과하게 도면 포름알데히드의 포착율은 향상되지 않고 페놀수지의 물성이 저하된다.

상기 산도조절단계(S103)는 상기 원료투입단계(S101)를 거친 혼합물에 수산화나트륨을 첨가하는 단계로, 상기 원료투입단계(S101)를 거친 혼합물 100 중량부에 수산화나트륨 5 내지 15 중량부를 첨가하여 혼합물의 pH를 10 내지 11로 조절하는 단계다.

상기 수산화나트륨은 30 내지 35%의 농도를 나타내는 것이 바람직하며, 이러한 농도를 갖는 수산화나트륨이 5 내지 15 중량부 첨가된 혼합물은 pH가 10 내지 11로 조절된다.

상기 축합중합단계(S105)는 상기 산도조절단계(S103)를 거친 혼합물을 가열하여 축합중합하는 단계로, 상기 산도조절단계(S103)를 거쳐 pH가 10 내지 11로 조절된 혼합물을 가열하여 축합중합하는데, 이때, 상기 산도조절단계(S103)를 거친 혼합물을 분당 1.5℃의 온도로 승온시켜 80 내지 100℃의 온도로 가열하여 축합중합을 진행하는 것이 바람직하다.

상기의 축합중합단계(S105)에서는 반응기를 분당 1.5℃씩 승온시켜, 80 내지 100℃ 의 온도가 되도록 가열하여 이루어지는데, 반응기가 30 내지 40℃의 온도를 나타낼 때, 포름알데히드, 페놀 및 첨가제를 투입하고 pH가 조절된 상태에서 천천히 승온시켜야 축합중합에서 발생하는 발열반응을 제어할 수 있으며, 발열반응 온도가 제어되면 중합도가 일정하게 조절된 페놀수지를 얻을 수 있다.

상기 냉각단계(S107)는 상기 축합중합단계(S105)를 거쳐 제조된 중합물을 냉각하는 단계로, 상기 축합중합단계(S105)에서 80 내지 100℃의 온도를 유지하면서 혼합물의 점도를 10분 단위로 확인하여 반응기 내 중합물의 점도가 150 내지 250cps가 되면, 반응기의 온도를 30℃로 급냉하여 중합과정을 중지시키는 단계다.

상기 냉각단계(S107)가 완료되면 포름알데히드의 방산이 억제된 친환경 페놀수지가 제조된다.

또한, 축합중합단계(S105)와 상기 냉각단계(S107) 사이에는 상기 축합중합단계(S105)를 거친 중합물에 포름알데히드, 페놀 및 첨가제를 2차 투입하고 2차 축합중합한 후에 수산화나트륨을 2차 투입하여 중합물의 점도를 조절하는 점도조절단계(S106)가 더 이루어질 수도 있다.

이때, 상기 2차로 투입되는 성분들은 상기 축합중합단계(S105)를 거친 중합물 100 중량부 대비 포름알데히드가 1 내지 5 중량부, 페놀 0.2 내지 1 중량부, 첨가제 0.1 내지 0.5 중량부 및 수산화나트륨 5 내지 10 중량부가 바람직하다.

상기와 같은 함량을 나타내는 포름알데히드, 페놀 및 첨가제를 투입하고 축합중합을 진행하여 중합물의 점도가 300 내지 400cPs가 되면 상기의 함량을 나타내는 수산화나트륨을 투입한 후에 중합물을 30℃의 온도로 급냉하는 것이 바람직하다.

상기 점도조절단계(S106)를 통해 점도가 증가된 중합물을 급냉하게 되면, 분자량이 높은 페놀수지가 제조되며, 이러한 페놀수지는 미반응 단량체의 수가 줄어들며, 포름알데히드의 방산량이 더욱 적어진다.

또한, 상기 첨가제는 상기 원료투입단계(S101)에서 사용된 것과 동일한 성분이 사용되며, 이는 상기 2차 투입된 포름알데히드 중 미반응 포름알데히드(Free Formaldehyde)와 반응하여 제거함으로써 페놀수지의 포름알데히드 방산량을 더욱 줄여주는 역할을 한다.

이하에서는, 본 발명에 따른 포름알데히드의 방산이 억제된 친환경 페놀수지의 제조방법으로 제조된 페놀수지의 물성 및 그 페놀수지가 적용된 파티클 보드의 포름알데히드 방산량, 휨강도 및 접착력을 실시예를 들어 설명한다.

<실시예 1>

35℃의 반응기 내에 37%의 농도를 나타내는 포름알데히드 780.0g을 투입하고, 80%의 농도를 나타내는 페놀 887.0g를 및 멜라민 250.0g을 투입하여 혼합물을 제조하고, 33% 농도를 나타내는 수산화나트륨을 217.6g을 투입하여, 원료의 pH를 10 내지 11로 조절하고, 반응기의 온도를 1분에 1.5℃씩 상승시켜 90℃까지 가열하여 축합중합하고, 중합물의 온도를 90℃로 유지한 상태에서 10분 단위로 점도(cPs)를 확인하여 반응기 내의 중합물의 점도가 175cPs가 되면, 중합물의 온도를 30℃로 급냉하여 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클보드용 친환경 페놀수지를 제조하였다.

<실시예 2>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 중합물의 점도가 230cPs가 되었을 때, 멜라민 250.0g을 2차 투입하여 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클보드용 친환경 페놀수지를 제조하였다.

<실시예 3>

35℃의 반응기 내에 37%의 농도를 나타내는 포름알데히드 780.0g을 투입하고, 80%의 농도를 나타내는 페놀 887.0g를 및 멜라민 250.0g을 투입하여 혼합물을 제조하고, 33% 농도를 나타내는 수산화나트륨을 217.6g을 투입하여, 원료의 pH를 10 내지 11로 조절하고, 반응기의 온도를 1분에 1.5℃씩 상승시켜 90℃까지 가열하여 축합중합하고, 중합물의 온도를 90℃로 유지한 상태에서 포름알데히드 37.9g, 페놀 7.3g 및 첨가제 5.0g을 투입하여 축합중합하여 중합물의 점도가 350cPs가 되면 중합물에 수산화나트륨 119.8g을 투입하고, 수산화나트륨이 첨가된 중합물을 30℃의 온도로 급냉하여 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클보드용 친환경 페놀수지를 제조하였다.

<비교예 1>

35℃의 반응기 내에 37%의 농도를 나타내는 포름알데히드 780.0g을 투입하고, 80%의 농도를 나타내는 페놀 887.0g을 투입하여 혼합물을 제조하고, 33% 농도를 나타내는 수산화나트륨을 217.6g을 투입하여, 원료의 pH를 10 내지 11로 조절하고, 반응기의 온도를 1분에 1.5℃씩 상승시켜 90℃까지 가열하여 축합중합하고, 중합물의 온도를 90℃로 유지한 상태에서 10분 단위로 점도(cPs)를 확인하여 반응기 내의 중합물의 점도가 175cPs가 되면, 중합물의 온도를 30℃로 급냉하여 파티클보드용 페놀수지를 제조하였다.

<비교예 2>

상기 비교예 1과 동일하게 진행하되, 포름알데히드 851.0g, 페놀 836.2g, 수산화나트륨 205.1g 투입하여 파티클보드용 페놀수지를 제조하였다.

<비교예 3>

35℃의 반응기 내에 37%의 농도를 나타내는 포름알데히드 780.0g을 투입하고, 80%의 농도를 나타내는 페놀 887.0g을 투입하여 혼합물을 제조하고, 33% 농도를 나타내는 수산화나트륨을 217.6g을 투입하여, 원료의 pH를 10 내지 11로 조절하고, 반응기의 온도를 1분에 1.5℃씩 상승시켜 90℃까지 가열하여 축합중합하고, 중합물의 온도를 90℃로 유지한 상태에서 포름알데히드 37.9g 및 페놀 7.3g을 투입하여 축합중합하여 중합물의 점도가 175cPs가 되면 중합물에 수산화나트륨 119.8g을 투입하고, 수산화나트륨이 첨가된 중합물을 30℃의 온도로 급냉하여 파티클보드용 페놀수지를 제조하였다.

<비교예 4>

35℃의 반응기 내에 37%의 농도를 나타내는 포름알데히드 737.0g을 투입하고, 80%의 농도를 나타내는 페놀 715.4g을 투입하여 혼합물을 제조하고, 33% 농도를 나타내는 수산화나트륨을 99.6g을 투입하여, 원료의 pH를 10 내지 11로 조절하고, 반응기의 온도를 1분에 1.5℃씩 상승시켜 90℃까지 가열하여 축합중합하고, 중합물의 온도를 90℃로 유지한 상태에서 페놀 97.0g을 투입하여 축합중합하여 중합물의 점도가 175cPs가 되면 중합물에 수산화나트륨 99.6g을 투입하고, 수산화나트륨이 첨가된 중합물을 30℃의 온도로 급냉하여 파티클보드용 페놀수지를 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4를 통해 제조된 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클보드용 친환경 페놀수지 및 파티클보드용 페놀수지를 파티클보드의 표면에 도포하고, 포름알데히드 방산량을 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.

(단, 포름알데히드 방산량은 데시케이터법으로 측정하였으며, 일본 JIS A 1460으로 측정하였다.

또한, 파티클보드는 두께가 15mm이고, 면적은 1350cm×1350cm이며, 밀도는 0.650인 것을 사용하되, 파티클보드의 중간층은 eMDI가 코팅된 것을 사용하였으며, 비교대상으로는 중간층과 표면에 모두 eMDI가 코팅된 파티클보드를 사용하였다.)

<표 1>

위에 표 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예 1 내지 3을 통해 제조된 친환경 페놀수지가 적용된 파티클보드는 포름알데히드의 방산량이 비교예 1 내지 4를 통해 제조된 페놀수지가 적용된 파티클보드에 비해 현저하게 감소하는 것을 알 수 있다.

또한, 비교대상인 중간층과 표면에 모두 eMDI가 코팅된 파티클보드보다 포름알데히드의 방산량이 낮은 것을 알 수 있다.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4를 통해 제조된 친환경 페놀수지 및 페놀수지를 파티클보드의 표면에 도포하고, 휨강도 및 접착력을 측정하여 아래 표 2에 나타내었다.

(단, 파티클보드의 휨강도 및 접착력은 파티클보드의 휨강도와 접착력을 측정하는데 사용되는 통상의 장치를 이용하여 실시하였다.)

<표 2>

위에 표 2에 나타낸 것처럼 본 발명의 실시예 1 내지 3을 통해 제조된 친환경 페놀수지가 적용된 파티클보드는 비교대상인 중간층과 표면에 모두 eMDI가 코팅된 파티클보드에 비해 우수한 휨감도와 접착력을 나타내었으며, 특히, 접착력의 경우는 비교예 1 내지 4을 통해 제조된 파티클보드용 페놀수지가 적용된 파티클보드 보다 월등하게 향상되는 것을 알 수 있다.

S101 : 원료투입단계
S103 : 산도조절단계
S105 : 축합중합단계
S106 : 점도조절단계
S107 : 냉각단계

Claims

포름알데히드, 페놀 및 첨가제를 반응기에 투입하여 혼합물을 제조하는 원료투입단계;
상기 원료투입단계를 거친 혼합물에 수산화나트륨을 첨가하는 산도조절단계;
상기 산도조절단계를 거친 혼합물을 가열하여 축합중합하는 축합중합단계; 및
상기 축합중합단계를 거쳐 제조된 중합물을 냉각하는 냉각단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클보드용 친환경 페놀수지의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 원료투입단계는 포름알데히드 100 중량부에 페놀 90 내지 110 중량부 및 첨가제 5 내지 10 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클보드용 친환경 페놀수지의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 산도조절단계는 상기 원료투입단계를 거친 혼합물 100 중량부에 수산화나트륨 5 내지 15 중량부를 첨가하여 혼합물의 pH를 10 내지 11로 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클보드용 친환경 페놀수지의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 축합중합단계는 상기 산도조절단계를 거친 혼합물을 분당 1.5℃의 온도로 승온시켜 80 내지 100℃의 온도로 가열하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클보드용 친환경 페놀수지의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 축합중합단계와 상기 냉각단계 사이에는 상기 축합중합단계를 거친 중합물에 포름알데히드, 페놀 및 첨가제를 2차 투입하고 2차 축합중합한 후에 수산화나트륨을 2차 투입하여 중합물의 점도를 조절하는 점도조절단계가 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클보드용 친환경 페놀수지의 제조방법.
청구항 1 또는 5에 있어서,
상기 첨가제는 휘발성 포름알데히드를 포착하는 멜라민, 요소, 지방족 아민, 방향족 아민 및 암모늄염으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포름알데히드의 방산이 억제된 파티클보드용 친환경 페놀수지의 제조방법.