KR20160014229A

KR20160014229A - 초산비닐계 접착제 조성물

Info

Publication number: KR20160014229A
Application number: KR1020140096161A
Authority: KR
Inventors: 이동영
Original assignee: 이동영
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2016-02-11

Abstract

본 발명은 초산비닐계 접착제 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 그 구성은 초산비닐계 접착제 조성물은 초산비닐 단량체 10 내지 50 중량%, 폴리비닐알코올 1 내지 20 중량%; 디부틸 프탈레이드 0.5 내지 10중량%, 과황산 암모늄 0.1 내지 3 중량%, 및 물 20 내지 80 중량%;를 포함하고, 계면활성제 및 완충제를 포함하는 첨가제를 더 포함하되, 상기 계면활성제는 0.1 내지 5 중량%의 노닐페놀계 물질로 이루어지고, 상기 완충제는 0.01 내지 1 중량%의 아세트산 나트륨 또는 중탄산 나트륨으로 구성된다.
이에 따라, 본 발명은 폴리비닐알코올, 디부틸 프탈레이드, 과항산 암모늄 및 초산비닐 단량체를 사용하여 저온 보관이 용이하고 접착력이 우수하여 가구, 건축재, 악기, 완구 등의 조립, 장식판, 멜라민 화장판 등의 접착 등의 목공용 이외에 합판이나 종이에 접착하거나 비닐을 도포한 종이를 맞붙이는데 용이하게 사용할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

초산비닐계 접착제 조성물{ADHESIVE COMPOSITION BASED VINYL ACETATE}

본 발명은 초산비닐계 접착제 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 접착력 및 내열성이 우수한 초산비닐계 접착제 조성물에 관한 것이다.

현대사회에서 접착제는 그 응용이 광범위하며, 주로 초산비닐수지가 사용되고 있다.

초산비닐수지는 유리전이온도가 실온부근이기 때문에 성형재료로는 사용하지 못하지만, 접착성이 우수하여 접착제, 페인트, 수지가공제 등으로 널리 사용되고 있다. 특히, 접착제로 사용되는 초산비닐은 목공용 및 종이 접착에 널리 사용된다.

그러나 초산비닐 수지 단독으로는 점도의 온도의존성이 크고, 동절기 저온에서 점도상승 및 작업성이 악화되는 문제점을 가져, 이를 보완하고자 프탈레이트(phthalate)계 가소제를 첨가하여 사용하고 있다. 그러나 상기 프탈레이트계 가소제의 사용으로 인해 접착강도가 약해지고 내열성이 저하되며, 특히 겨울철에는 가소제의 사용량을 늘려야한다는 등의 문제점이 있다.

따라서, 본 출원인은 프탈레이트계 가소제인 디부틸 프탈레이드의 접착강도 약하에 따라 첨가제로 계면활성제 및 완충제의 여러가지 조성을 첨가하여 물성 및 접착력을 향상시킬 수 있는 방안을 모색하고 여러가지 실험을 통해 본 발명을 완성하였다.

[관련기술문헌]

1. 열경화성 접착제 조성물 및 이를 이용한 접착 필름(Thermosetting adhesive composition and adhesive film using thereof)(특허출원번호 제10-2007-0132615호)

2. 초산비닐계 접착제 및 그 제조방법(Adhesive based vinyl acetate and method of manufacturing the same)(특허출원번호 제10-2009-0059386호)

3. 초산비닐계 접착제 조성물(ADHESIVE COMPOSITION BASED VINYL ACETATE)(특허출원번호 제10-2003-0086861호)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폴리비닐알코올, 디부틸 프탈레이드, 과항산 암모늄 및 초산비닐 단량체를 합성하고, 계면활성제, 중화제를 포함시켜 기계적 물성을 증진시켜 내열성 및 접착력을 향상된 초산비닐계 접착제 조성물을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 접착력, 저장안정성, 내열성, 내수성, 작업성, 특히 내수접착력 및 저온 필름조막성이 우수한 초산비닐계 접착제 조성물을 제공하기 위한 것이다.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 초산비닐계 접착제 조성물은 초산비닐 단량체 10 내지 50 중량%, 폴리비닐알코올 1 내지 20 중량%; 디부틸 프탈레이드 0.5 내지 10중량%, 과황산 암모늄 0.1 내지 3 중량%, 및 물 20 내지 80 중량%;를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 초산비닐계 접착제 조성물은 계면활성제 및 완충제를 포함하는 첨가제를 더 포함하되, 상기 계면활성제는 0.1 내지 5 중량%의 노닐페놀계 물질로 이루어지고, 상기 완충제는 0.01 내지 1 중량%의 아세트산 나트륨 또는 중탄산 나트륨으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 초산비닐계 접착제 조성물은 물 59 중량%, 폴리비닐알코올 4.5 중량%, 초산비닐 단량체 31.5 중량%, 디부틸 프탈레이드 2.5 중량%, 과항산 암모늄 1.5 중량%, 계면활성제 0.6 중량%, 및 완충제 0.4 중량%을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 초산비닐계 접착제 조성물은, 폴리비닐알코올, 디부틸 프탈레이드, 과항산 암모늄 및 초산비닐 단량체를 사용하여 저온 보관이 용이하고 접착력이 우수하여 가구, 건축재, 악기, 완구 등의 조립, 장식판, 멜라민 화장판 등의 접착 등의 목공용 이외에 합판이나 종이에 접착할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 초산비닐계 접착제 조성물은 폴리비닐알코올, 디부틸 프탈레이드, 과항산 암모늄 및 초산비닐 단량체를 합성하고, 계면활성제, 중화제를 포함시켜 기계적 물성을 증진시켜 내열성 및 접착력이 향상된 초산비닐계 접착제를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 VAM, PVA, APS, DBP를 혼합하여 생성되는 접착제 조성물에 상세하게 설명하기로 한다.

상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 접착제 조성물의 VAM, PVA, APS, DBP에 대한 특징 및 성질에 대하여 간략히 살펴보면 다음과 같다.

VAM(Vinyl Acetate Monomer)은 초산비닐 단량체로서, 합성수지 에멀젼을 주성분으로 하는 도료, 소지와의 밀착성을 높이고 부착성을 증진 시키기 위해 사용되거나, 다공성(콘크리트)소지에 도장할 경우 도료의 절감효과와 내구성을 강화시켜주는 수성도료로서, VAM(비닐아세테이트 단량체, Vinyl Acetate Monomer)의 함량에 따라 저함량과 고함량으로 구분되고, VAM 함량이 22%~40% 정도인 제품을 고함량 EVA라 부르며, 코팅·태양전지용 시트·핫멜트(접착제)의 원료로 사용된다.

PVA(Polyvinyl Alcohol) 폴리비닐알코올은 비닐 화합물을 중합시켜서 만든 합성수지로서, 비닐론 등의 섬유 원료 외에, 도료·접착제 등으로 사용하는데, 수용성 플라스틱에는 폴리비닐알코올(PVA)·폴리아크릴아마이드·메틸롤화 요소수지·메틸롤화 멜라닌수지·카복시메틸셀룰로스(CMC) 등이 있다. 화재의 염려가 적고 유기용제(有機溶劑)에 잘 배출되지 않는다는 이점이 있으나 사용한 뒤 잘 마르지 않는 단점이 있어 경화제를 첨가하여 사용하며, 용도는 도료(塗料)·접착제·섬유처리제·종이처리제 등으로 사용된다. 또한, 폴리초산비닐을 메틸알코올 용액으로 수산화나트륨을 가해, 30~50℃로 가수분해하면, 백색의 고체가 되어 침전된다. 물에 가용성으로 유기용매에는 불용성의 백색 분말이며, 아연도금의 첨가제로써 사용된다.

초산 비닐 수지를 탈초산하여 얻어지는 수용성 수지로 수용액은 수성 페인트의 베이스, 목재의 접착제로서 사용되며 비닐론 등의 원료가 되고, 초산비닐 중합체를 원료로 하여 초산기(醋酸基)를 수산기(水酸基)로 바꿔 제조한다. 수산기를 포함하기 때문에 물에 녹기 쉽고 합성풀로 사용한다.

APS(ammonium persulfate)은 과항산 암모늄으로서, 초산비닐 단량체(VAM)의 중합 반응을 효과적으로 촉진시키는 촉매제 역할하고, DBP(dibutyl phthalate)은 디부틸 프탈레이트로서, 초산비닐 단량체(VAM)의 가소제로서 필름 조막 온도를 낮추는 역할을 한다.

본 발명의 실시예에 따른 초산비닐계 접착제는, 초산비닐 단량체(vinyl acetate monomer, VAM) 10 내지 50 중량%, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA) 1 내지 20 중량%, 디부틸 프탈레이드(dibutyl phthalate, DBP) 0.5 내지 10중량%, 과황산 암모늄(ammonium persulfate, APS) 0.1 내지 3 중량%, 및 물 20 내지 80 중량%;를 포함하여 구성된다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 초산비닐계 접착제의 제조 방법은, 20 내지 80 중량%의 물 속에 1 내지 20 중량%의 폴리비닐알코올(PVA)을 용해시키고, 상기 용해된 반응물에 0.5 내지 10중량%의 디부틸 프탈레이드(DBP)의 가소제, 0.1 내지 3 중량%의 과황산 암모늄(APS)의 개시제 및 10 내지 50 중량%의 초산비닐 단량체(VAM)를 일정한 속도로 투입하여 중합 반응을 시켜 접착제를 제조하게 된다.

상기 초산비닐 단량체(vinyl acetate monomer, VAM)는 접착제에 10 내지 50 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 초산비닐 단량체의 함량이 상기 범위 내일 경우에는 접착제가 적정범위의 점도를 유지할 수 있으며, 우수한 접착력을 얻을 수 있다.

한편, 초산비닐 단량체는 접착제에 단독으로 사용될 수도 있으며, 필요에 따라 모노머와 공중합하여 사용할 수도 있다. 공중합 가능한 모노머는 아크릴산 에스테르(ester acrylate), 아크릴산(acrylic acid, CH2=CHCOOH), 에틸렌, 스티렌, 아크릴레이트, 또는 메타크릴레이트 등을 사용할 수 있다.

프탈레이트계 가소제(plasticizer)로서, 디부틸 프탈레이드(DBP)을 접착제에 0.5 내지 10 중량%로 포함되어 사용한다.

초산비닐계 접착제 내에 프탈레이트계 가소제를 첨가함으로써 필름 조막 온도를 낯출 수 있어 안전적인 접착력을 제공할 수 있다.

폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA)은 접착제의 점도를 조절하는 작용을 하며, 중합 반응을 안정시키는 역할을 하는데, 폴리비닐알코올은 무색 투명한 열가소성 수지로 비중이 1.19(20℃)로 내광성이 좋으며, 열에 의해 착색되지 않고 노화되지 않는다. 또한 흡수성이 23 %(25℃, 24 시간)이고, 항장력은 약 330㎏·㎠이며, 60∼70℃에서 경화되며 200℃에서 분해되는 성질을 가진다.

폴리비닐알코올은 중합도가 1,500∼3,000이고 검화도가 80∼99%인 것을 사용하는 것이 좋으며, 그 함량은 접착제에 0.5 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 폴리비닐알코올의 함량이 상기 범위 내일 경우에는 접착제의 점도를 적정범위로 유지하여 작업성이 우수할 뿐만 아니라, 동시에 접착강도 및 접착력이 우수한 효과가 있다.

물은 접착제를 구성하는 조성물에 잔량으로 포함되는 것이 바람직하다. 물은 접착제에 용매로 사용되며, 물을 용매로 사용함으로써 유기용제의 사용으로 인하여 야기되던 환경파괴를 문제를 해결하여 환경친화적일 뿐만 아니라, 시공 시 또는 시공 후 심한 약품냄새의 발생을 억제하여 작업자의 작업능률을 향상시켜 작업성을 향상시킬 수 있다.

이와 같은 성분으로 이루어진 초산비닐계 접착제는 상기 성분 이외에 필요에 따라 계면활성제, 완충제등의 첨가제를 0.01 내지 10 중량%로 추가하여 포함할 수 있다.

여기서 계면활성제는 폴리머 분자를 물에 분산시키는 유화제로 사용되며, 접착제에 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 계면활성제의 함량이 상기 범위 내일 경우에 우수한 분산 효과를 얻을 수 있다. 계면활성제로는, 예를들어 노닐페놀계 물질이 사용될 수 있다.

완충제(buffer)는 접착제 내에 pH 양을 조절하는 역할을 하며, 접착제에 0.05 내지 1 중량%로 포함될 수 있다.

완충제의 함량이 상기 범위 내일 경우에 효과적으로 pH 양을 조절할 수 있다. 완충제로는 예를 들어 아세트산나트륨(sodium acetate) 또는 중탄산 나트륨(sodium bicarbonate)이 사용될 수 있다.

개시제는 초산비닐 단량체의 중합 반응의 촉매제 역할을 하며, 접착제에 0.05 내지 2 중량%로 포함될 수 있다.

본 발명의 초산비닐계 접착제는 가구, 건축재, 악기, 완구 등의 조립, 장식판, 멜라민 화장판 등의 접착등의 목공용 이외에 종이, 벽지, PVC 장판 등의 접착 등에 사용할 수 있으며, 그 이용은 피착면에 붓, 도포기 또는 롤러 등을 사용하여 도포한 후, 즉시∼30분 이내에 부착하는 방법으로 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 초산비닐계 접착제의 제조 방법을 설명한다.

우선 20 내지 80 중량%의 물을 교반기가 설치된 반응기 내에 투입하고 1 내지 20 중량%의 폴리비닐알코올(PVA), 0.1 내지 5 중량%의 계면활성제, 0.05 내지 1 중량%의 완충제를 넣으면서 교반한다. 이 혼합물을 80 내지 85℃로 승온한 후 약 1시간 동안 용해시킨다.

이후, 0.5 내지 10 중량%의 프탈레이트계 가소제 디부틸 프탈레이드(DBP)와 10 내지 50 중량%의 초산비닐 단량체(VAM)로 이루어진 혼합액 및 0.1 내지 3 중량%의 과황산 암모늄(APS)의 개시제 수용액을 각각 반응기 내에 4 내지 6 시간 동안 일정한 속도로 서서히 투입하면서 중합시킨다. 여기서 개시제 수용액은 0.05 내지 2 중량%의 개시제와 물을 혼합하여 형성된다. 만약 프탈레이트계 가소제와 초산비닐 단량체의 혼합액 및 개시제 수용액을 갑자기 투입하는 경우, 반응기 내의 혼합액의 온도가 떨어져서 중합 반응이 중단될 수 있으므로 서서히 투입하는 것이 바람직하다.

상기 투입이 끝난 후 상기 반응액을 80 내지 85℃에서 1 시간 동안 숙성시키면서 중합 반응을 완성시킨다.

이후 필요에 따라 방부제 등을 넣고 여과 공정을 거쳐 초산비닐계 접착제를 완성한다.

실험예 1

교반기가 설치된 반응기내에 물 60 중량%를 넣고, 여기에 폴리비닐알코올로 중합도가 2400이고 검화도가 88 %인 P-24(동양제철화학) 4.5 중량%, 디부틸 프탈레이트 2.5 중량%을 투입하여 반응기내의 혼합물을 130 rpm의 교반속도로 교반하면서 80 ℃까지 승온시켜 용해하였다.

상기 반응기내의 혼합물이 완전히 용해되면, 과황산 암모늄 1.5 중량%을 4 시간에 걸쳐 가하면서, 여기에 초산비닐 단량체 31.5 중량%을 4 시간에 걸쳐 적가하면서 반응시켜 초산비닐계 접착제를 제조하였다.

[실험예 2 내지 실험예 3 및 비교예 1 내지 비교예 3]

상기 실험예 1에서 하기 표 1에 나타낸 성분과 조성비로 사용한 것을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 실시하여 초산비닐계 접착제를 제조하였다. 표 1에서 각 수치의 단위는 중량%이다.

즉 실험예 1 내지 실험예 3에서는 계면활성제 및 완충제의 양을 가변적으로 적용하여 초산비닐계 접착제를 제조하였고, 비교예 1 내지 비교예 3은 계면활성제 및 완충제를 투입하지 않고, 물, 초산비닐 단량체(VAM)을 가변적으로 적용하여 초산비닐계 접착제를 제조하였다.

초산비닐계 접착제 성분비

	실험예1	실험예2	실험예3	비교예1	비교예2	비교예3
물	59	59	59	60	56	63
PVA	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5
VAM	31.5	31.5	31.5	30.5	34.5	27.5
DBP	2.5	2.5	2.5	3	3	3
APS	1.5	1.5	1.5	2	2	2
계면활성제	0.5	0.7	0.6	-	-	-
완충제	0.5	0.3	0.4	-	-	-

이러한 실험예 1 내지 실험예 3 및 비교예 1 내지 비교예 5에서 제조된 초산비닐계 접착제가 첨가물질에 따른 접착강도를 확인하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

접착력 결과

접착력(N/m)	실험예1	실험예2	실험예3	비교예1	비교예2	비교예3
normanl	0.42	0.45	0.47	0.39	0.35	0.32
nitric acid	0.39	0.42	0.44	0.35	0.31	0.24
NaOH	0.41	0.40	0.42	0.38	0.34	0.33
MEK	0.41	0.44	0.45	0.37	0.34	0.35

표 1 및 표 2에서 계면활성제 및 완충제를 투입한 경우, 초산비닐계 접착제의 접착력이 계면활성제 및 완충제를 투입하지 않고, 물, 초산비닐 단량체(VAM)을 가변적으로 적용하여 형성된 접착제 조성물보다 접착력이 평균적으로 0.01N/mm 이상 뛰어난 것으로 나타났다.

또한, 물, 폴리비닐알코올, 디부틸 프탈레이드 및 과황산 암모늄의 조성비를 동일하게 하고, 첨가제인 계면활성제와 완충제의 조성비를 가변적으로 적용할 경우 접착력이 평균적으로 양호한 도출되었고(실험예 1, 실험예 2, 실험예 3), 특히, 계면활성제와 완충제의 비율을 6 : 4 비율로 혼합하여 형성된 초산비닐계 접착제가 모든 실험군에 비해 접착력이 우수한 것으로 확인되었다.(실험예 3)

따라서, 본 발명의 초산비닐계 접착제 조성물은 전체 조성비의 중량중, 물 59 중량%, 폴리비닐알코올 4.5 중량%, 초산비닐 단량체 31.5 중량%, 디부틸 프탈레이드 2.5 중량%, 과항산 암모늄 1.5 중량%, 계면활성제 0.6 중량%, 및 완충제 0.4 중량%으로 구성되는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims

초산비닐 단량체 10 내지 50 중량%;
폴리비닐알코올 1 내지 20 중량%;
디부틸 프탈레이드 0.5 내지 10중량%;
과황산 암모늄 0.1 내지 3 중량%; 및
물 20 내지 80 중량%;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초산비닐계 접착제 조성물.
제1 항에 있어서,
계면활성제 및 완충제를 포함하는 첨가제를 더 포함하되,
상기 계면활성제는 0.1 내지 5 중량%의 노닐페놀계 물질로 이루어지고,
상기 완충제는 0.01 내지 1 중량%의 아세트산 나트륨 또는 중탄산 나트륨으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초산비닐계 접착제 조성물.
물 59 중량%, 폴리비닐알코올 4.5 중량%, 초산비닐 단량체 31.5 중량%, 디부틸 프탈레이드 2.5 중량%, 과항산 암모늄 1.5 중량%, 계면활성제 0.6 중량%, 및 완충제 0.4 중량%을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초산비닐계 접착제.