KR20180117930A - 천연물을 기재로 한 내수합판용 접착제 조성물 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 재생 가능한 천연계 자원과 알코올류 및 고분자계 수지를 혼합하여 형성된 합판용 천연계 접착제 조성물에 있어서, 상기 천연계 접착제 조성물은 상기 알콜류와 증류수를 혼합한 수용액과, 상기 수용액에 상기 천연자원을 혼합하고 냉각시킴으로써 형성되는 주제로서 제1 혼합물과, 상기 제1 혼합물에 경화제로서 상기 고분자계 수지를 더 혼합하여 교반함으로써 상기 천연 접착제를 완성하는 천연물을 기재로 한 내수합판용 접착제 조성물 및 제조방법에 관한 것이다.

Description

천연물을 기재로 한 내수합판용 접착제 조성물 및 제조방법{Adhesive composition from natural materials for water proof plywood and its preparation method}

본 발명은 내수합판용 접착제 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 재생 가능한 천연계 자원 알코올류, 그리고 고분자 수지를 포함하는 합판용 천연 접착제 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 천연계 접착제부터 합성수지 접착제까지 광범위한 종류의 접착제들이 목재용 벽지용 등의 접착제로 사용된다.

천연계 접착제의 성분으로는 아교, 혈분, 카제인, 대두 등의 단백질계 성분 들이 있으며, 합성수지계 접착제의 성분으로는 폴리초산비닐 수지 접착제, 폴리이소시아네이트 수지 접착제, 에폭시 수지 접착제, 멜라 민 수지 접착제, 멜라민-요소 공중합체 수지 접착제, 페놀 수지 접착제, 폴리우레탄 수지 접착제, 레조르시놀 수지 접착제, 요소 수지 접착제 등이 있다.

현재까지 다양한 친환경 접착제의 개발이 시도되었으며, 구체적인 목적으로는 포름알데히드가 포함되어 있는 요소-멜라민 포름알데히드 수지 접착제의 전체 조성비를 감소시키거나, 포름알데히드가 근본적으로 포함되지 않는 수성 접착제 또는 합성수지 접착제를 사용하거나 유리 포름알데히드를 제거하기 위하여 스케빈져(Scavenger)를 첨가하거나, 켓처(Catcher)를 도포하는 방향으로 진행되고 있다.

구체적으로, 포름알데히드의 방출량을 줄이고 요소-멜라민 포름알데히드 수지 접착제의 전체 조성비를 조절하기 위해 일본공개특허 평7-102236호 및 일본공개특허 평8-90508호에서는 요소-멜라민 포름알데히드 수지 접착제에 수성인 스티렌-부타디엔 라텍스를 과량 첨가하는 내용이 기술되어 있고, 일본공개특허 평11-140412호, 일본공개특허 평11-170221호 및 일본공개특허 평11-179710호에는 기존의 요소-멜라민 포름알데히드 수지 접착제에 포함되는 포름알데히드의 함량을 줄여서 합성된 수지를 사용하는 내용이 기술되어 있다. 하지만, 아미노계 접착제의 비중 감소와 포함된 포름알데히드의 감소로 인하여 목재의 셀룰로오즈의 수산기와의 반응 감소에 의해 목재들 간의 접착력이 낮아지며, 근본적으로 인체에 유해한 포름알데히드가 완전히 제거되지 않는 문제들이 있었다.

또한, 최근 접착제의 가공시간이 빨라지고, 접착 조작 후, 접착력이 빠르게 발현되어 초기 접착력이 우수한 접착제의 특성이 요구되고 있다. 이에 대해 종래에는 에틸렌-초산비닐 공중합체 에멀션과 스티렌-부타디엔을 혼합한 접착제 조성물이 사용되고 있으나, 내수성과 목질 간의 초기접착력을 만족시키는 데에는 아직 불충분한 문제가 있었다.

대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2009-0120279호.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 재생 가능한 천연계 자원과 알코올류, 그리고 고분자 수지를 포함하는 합판용 천연계 접착제 조성물에 관한 것으로, 특히 폴리비닐알코올 수용액에 저가의 소맥분과 염기성 물질을 첨가하여 천연계 접착제를 제조하는 것을 1차로 하고, 이소시아네이트계 수지를 혼합하는 것을 2차로 하는 NAF(No added formaldehyde)접착제를 제조하는 것을 목적으로 한다.

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

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 재생 가능한 천연계 자원과 알코올류, 및 고분자계 수지를 혼합하여 형성된 합판용 천연계 접착제 조성물에 있어서, 상기 천연 접착제 조성물은 주제로서 상기 알코올류와 증류수를 혼합한 수용액과, 상기 수용액에 상기 천연자원을 혼합하고 냉각시킴으로써 형성되는 제1 혼합물을 형성한다.

또한, 상기 제1 혼합물에 경화제로서 상기 고분자계 수지를 더 혼합하여 교반하여 상기 천연 접착제를 완성한다.

이때, 상기 알코올류는 폴리비닐알코올을 사용하되, 상기 증류수와 상기 폴리비닐알코올을 혼합한 후, 60℃ 내지 100℃에서 30 내지 60분간 용해하여 수용액을 형성한다.

또한, 상기 수용액은 염기성 첨가제를 더 포함하되, 상기 염기성 첨가제는 나트륨염 또는 암모늄염 중 하나 이상이고, 상기 염기성 첨가제의 pH는 7 내지 10이다.

더불어, 상기 염기성 첨가제가 포함된 수용액은 냉각되되, 상기 냉각 온도는 45℃ 내지 70℃로 냉각된다.

상기 수용액에는 천연자원이 더 혼합되되, 상기 천연계 자원은 소맥분이고, 상기 소맥분과 상기 수용액을 혼합하여 20 내지 60분간 교반시킨 후, 실온까지 냉각시켜 제1 혼합물을 형성한다.

이때, 상기 제1 혼합물은 염기성 첨가제를 더 포함하되, 상기 염기성 첨가제는 나트륨염 또는 암모늄염 중 하나 이상이고, 염기성 첨가제의 pH는 9 내지 13이다.

또한, 상기 제1 혼합물에 고분자계 수지를 더 혼합하여 상기 천연계 접착제를 형성하되, 상기 고분자계 수지는 우레탄계 또는 이소시아네이트계 중 하나 이상을 사용한다.

상기 알코올류는 증류수 100 중량부에 대하여, 폴리비닐알코올 3 내지 9 중량부이고, 상기 소맥분은 증류수 100 중량부에 대하여, 소맥분 12 내지 19 중량부이며, 상기 고분자계 수지는 증류수 100 중량부에 대하여, 고분자 수지 33 내지 40 중량부이다.

더불어, 상기 천연계 자원은 소맥분 이외에 전분 및 단백질 중 하나 이상이 더 포함되어 혼합될 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따르면, 재생 가능한 천연계 자원과 알콜류, 그리고 고분자 수지를 포함하는 합판용 천연계 접착제 조성물은 내수 합판용 접착제로 냉 압착 성능이 우수하고, 천연물을 사용함에도 내수인장전단접착력이 우수하며, 기존의 포르말린계 접착제 보다 친환경적이라는 장점이 있다.

또한, 상기 천연자원으로 전분보다 저렴한 소맥분을 사용함으로써, 비용절감의 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 합판 접착제의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 KS F 3101에 따른 시험 시편들의 규격을 나타낸 도면이다.
도 3은 KS F 3101에 따른 시험 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

아울러, 아래의 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성 요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술 사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시 예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 천연물을 기재로 한 내수합판용 접착제 조성물의 제조방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 합판 접착제의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 2는 KS F 3101에 따른 시험 시편들의 규격을 나타낸 도면이며, 도 3은 KS F 3101에 따른 비교예와 실시예의 시험 결과를 나타낸 그래프이다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 재생 가능한 천연계 자원과 알코올류, 및 고분자계 수지를 혼합하여 형성된 합판용 천연계 접착제 조성물에 있어서, 상기 천연계 접착제 조성물은 상기 알코올류와 증류수를 혼합한 수용액과, 상기 수용액에 상기 천연계 자원을 가열 및 합성하고 냉각시킴으로써 주제인 제1 혼합물을 형성하고, 상기 제1 혼합물에 상기 경화제인 고분자계 수지를 더 혼합하여 교반함으로써, 상기 천연계 접착제를 완성한다.

상기 알코올류는 폴리비닐알코올을 사용하는데, 상기 폴리비닐 알코올은 점착성 및 반응성의 부족을 개선하기 위해 접착제 조성물에 첨가되는 것이다. 상기 폴리비닐 알코올의 첨가로 인해 접착력뿐 아니라 화학적 결합에 의해 수지의 점도 및 끈적임이 증대될 수 있다. 상기 폴리비닐 알코올로는 검화도가 70 내지 97몰(mol)%, 평균 중합도가 500 내지 3,000 정도의 것이 사용될 수 있다.

이때, 몰(mol)은 물질의 입자의 수를 나타내는 국제단위계의 기본 단위이다.

또한, 상기 증류수와 상기 폴리비닐알코올을 혼합하는 과정은 60℃ 내지 100℃에서 가열하고, 30 내지 60분 동안 용해하여 수용액을 형성한다.

이때, 상기 알코올류는 증류수 100 중량부에 대하여 폴리비닐알코올 3 내지 9 중량부이고, 상기 천연 접착제 총 중량의 1 내지 8중량% 함유된다. 상기 폴리비닐 알코올의 첨가량이 상기 범위 미만에서는 점착성 개선 효과가 미미하며, 상기 범위 초과에서는 접착제 조성물의 내수성이 저하될 수 있다.

더불어, 상기 수용액에 염기성 첨가제가 더 혼합되는데, 상기 염기성 첨가제는 나트륨염 또는 암모늄염 중 하나 이상을 사용하고, 상기 염기성 첨가제의 pH(산도)는 7 내지 10이다.

이때, 상기 pH(산도)는 용액에 산성이나 염기성의 정도를 나타낼 때 쓰는 단위로서, 상기 pH(산도) 정도에 따라 첨가되는 상기 수용액에 포함되는 염기성 첨가제의 양이 달라진다.

상기 염기성 첨가제가 포함된 수용액은 냉각되되, 상기 냉각 온도는 45℃ 내지 70℃까지 냉각된다. 상기 냉각 온도가 낮을수록 시간이 오래 걸리고, 온도가 높을수록 시간이 짧아진다.

상기 냉각된 수용액에 천연계 자원이 더 혼합되되, 상기 천연계 자원은 소맥분이고, 상기 소맥분과 상기 수용액을 혼합하여 20 내지 60분간 완전히 녹을 때까지 교반시킨다.

상기 소맥분은 밀을 빻아 만든 가루로서, 상기 소맥분 입자를 대략 50 내지 200㎛ 로 분쇄하여 사용한다.

상기 교반은 교반기에 의해 이루어지며, 교반 속도는 100 내지 200 rpm으로 설정된다.

상기 교반이 끝난 후, 상기 천연자원이 혼합된 수용액을 실온까지 냉각시켜 제1 혼합물을 형성한다.

이때, 상기 실온의 온도는 15℃ 내지 30℃이다.

상기 천연계 자원은 소맥분 이외에도 전분 및 단백질 중 하나 이상이 사용되는 것이 가능하며, 상기 전분은 감자, 고구마, 옥수수, 타피오카, 쌀 등이 포함되고, 상기 단백질은 식물성 단백질을 사용한다.

이때, 상기 천연자원은 증류수 100 중량부에 대하여, 소맥분 12 내지 19 중량부이고, 상기 천연 접착제 총 중량의 4 내지 11 중량% 함유된다.

상기 소맥분의 첨가량이 상기 범위 미만에서는 점도가 매우 약하여 목질 원료에 도포하거나 분사하였을 때 흘러내리거나 목질 원료의 내부로 흡수되어 접착불량이 발생할 수 있으며, 상기 범위 초과 시에는 점도가 너무 높아져 균일한 도포나 분사를 할 수 없게 된다.

상기 제1 혼합물에는 염기성 첨가제가 더 포함되는데, 상기 염기성 첨가제는 나트륨염 또는 암모늄염 중 하나 이상이고, 염기성 첨가제의 pH는 9 내지 13이다.

이때, 상기 pH(산도) 정도에 따라 첨가되는 상기 수용액에 포함되는 염기성 첨가제의 양이 달라진다.

상기 제1 혼합물에 고분자계 수지를 더 혼합하여 교반함으로써 천연 접착제를 완성하되, 상기 고분자계 수지는 우레탄계 또는 이소시아네이트계 중 하나 이상을 사용한다.

상기 고분자계 수지는 증류수 100 중량부에 대하여, 고분자계 수지 33 내지 40 중량부이고, 상기 천연 접착제 총 중량의 12 내지 36 중량% 함유된다.

상기 고분자계 수지인 이소시아네이트 화합물의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 짧은 접착시간 동안 내수성을 만족시키기가 어렵고, 상기 범위가 초과된 경우에는 접착제 조성물의 가사시간(pot life)이 나빠지며, 그로 인하여 작업성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.

상술한 제조 방법으로 만들어진 천연 접착제 조성물은 KS F 3101에 따라 접착력 시험을 하였을 때, 0.7 N/㎟ 이상의 인장 전단 접착력을 갖는다. 내수 인장 전단 접착력은 0.7 내지 1.0 N/㎟일 수 있고, 0.7 N/㎟ 이상의 내수 접착력을 갖는 경우 접착력이 우수한 것으로 평가된다.

상기 접착력 시험을 위한 상기 합판의 접착방법은 다음과 같다.

먼저, 폴리비닐알코올과 증류수 및 소맥분을 혼합하여 주제로서 제1 혼합물을 형성한다. 다음 상기 제1 혼합물에 경화제로서 고분자계 수지를 혼합하여 천연계 접착제를 얻는다. 이어 상기 천연계 접착제를 단판에 도포한 후, 상기 단판과 또 다른 단판을 서로 나무의 결이 직교하도록 홀수 매로 겹쳐 가열 및 압착하여 서로 접합시킴으로써 합판을 접착한다.

상기 천연계 접착제는 제조 직후 단판에 도포하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 천연계 접착제를 제조한 후 1 내지 30분, 바람직하게는 3 내지 15분 이내에 합판에 도포하는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 천연 접착제를 혼합한 후에 20분이 경과 하게 되면 천연 접착제 자체의 점도가 증가하여 상기 단판에 균일한 도포를 할 수 없게 되어 접착불량이 발생하기 때문이다.

상기 천연계 접착제는 적어도 하나의 단판의 일면에 대해 100 내지 250g/㎡, 바람직하게는 150 내지 200g/㎡의 양으로 적용하고, 이어서 상기 단판을 상기 천연계 접착제로 피복되지 않은 하나의 다른 단판에 접합시킨다.

그 후, 이들을 가열 및 압착하는데 가열 조건은 110 내지 200℃, 바람직하게는 120 내지 150℃일 수 있고, 가압 조건은 5 내지 30kgf/㎠일 수 있다.

본 발명을 이하의 실시 예를 들어 더욱 상세하게 설명한다. 당업자는 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 국한되지 않음을 잘 인식할 것이다.

상기 천연 접착제 조성물의 접착성을 평가하기 위해 제조된 상기 천연계 접착제 조성물을 하기 시험 조건에 따라 단판에 도포하여 가열하고 압력을 가하여, 시편을 만들고 KS F 3101의 시험방법에 따라 접착성 시험을 실시 하였다.

KS F 3101에 따른 시험 시편들의 규격은 도 2에 도시되어있다.

내수 인장 전단 접착력 시험으로 합판 시편들의 내수성을 측정하였다. 각 합판 판넬로부터 절단한 10개의 시편들을 끓는 물속에 4시간 동안 담가 삶았다. 삶은 시편들을 60℃에서 20시간 동안 건조 시켰다. 이어 끓는 물속에 4시간 동안 끓인 후 실온의 물속에 담가 식혔다. 상기 얻어진 습윤 시편들을 이용하여 내수 인장 전단 접착력 시험을 실시 하였다.

상기 천연 접착제의 효과를 증명하기 위해 종래에 요소-멜라민 공축합 수지 접착제(MFU)를 사용하여 형성된 합판도 내수 인장 전단 접착력 시험을 실시하여 비교하였다.

상기 표 1은 상용화된 요소-멜라민을 사용하여 형성된 요소-멜라민 공축합 수지 접착제의 비교 예이다.

상기 표 2는 상기 비교 예와 상기 천연계 접착제를 사용한 실시 예의 접착력을 비교한 결과표이다.

상기 실시 예의 Test-1, Test-2, Test-3은 상기 천연계 접착제를 사용하여 실험한 것이다.

상기 Test-1, Test-2, Test-3의 시험 결과에 따른 내수 접착력 수치에 따른 평균 내수 접착력 수치는 0.77 N/㎟이다.

상기 비교 예의 내수 접착력은 0.67 N/㎟이고, 상기 실시 예의 내수 접착력은 0.77 N/㎟이다.

양 결과 모두 한국공업규격 KS F 3101에 따른 내수 인장 전단 접착력 시험에서 침ㆍ활엽수로 제조된 합판에서 요구되는 인장 전단 접착력 기준인 0.7 N/㎟ 이상을 나타내었지만, 내수 인장 전단 접착력은 0.7 N/㎟ 이상일 경우 최적의 접착성 조건을 만족한다.

따라서, 상기 실시 예에 따른 천연 접착제를 사용하는 것이 내수합판용 접착에 더 효과적이다.

도 3은 KS F 3101에 따른 비교 예와 실시 예의 시험 결과를 나타낸 그래프이고, 상기 Con(Control)은 비교 예를 Test-1, Test-2, Test-3는 실시 예를 나타낸 것이다.

상기 그래프의 가로는 비교 예와 실시 예를 나타낸 것이고, 세로는 내수 접착력 정도를 나타낸 것이다.

상기 A는 KS minimum requirement of 0.7 N/㎟을 나타낸 것이다.

이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.

A : 한국공업표준규격 최소필요량

Claims (9)

1. 재생 가능한 천연계 자원과 알코올류, 및 고분자계 수지를 혼합하여 형성된 합판용 천연계 접착제 조성물에 있어서,
   상기 천연계 접착제 조성물은,
   상기 알코올류와 공업용수를 혼합한 수용액과,
   상기 수용액에 상기 천연자원을 혼합하고 냉각시킴으로써 형성되는 주제로서의 제1 혼합물; 과,
   상기 제1 혼합물에,
   경화제로서 고분자계 수지를 더 혼합 및 교반 후, 상기 천연계 접착제를 완성하는 것을 특징으로 하는 천연물을 기재로 한 내수합판용 접착제 조성물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 알코올류는,
   폴리비닐알코올을 사용하되,
   상기 증류수와 상기 폴리비닐알코올을 혼합한 후,
   60℃ 내지 100℃에서 30 내지 60분간 용해하여 수용액을 형성하는 것을 특징으로 하는 천연물을 기재로 한 내수합판용 접착제 조성물.
3. 제2항에 있어서,
   상기 수용액에,
   염기성 첨가제가 더 혼합되되,
   상기 염기성 첨가제는 나트륨염 또는 암모늄염 중 하나 이상이고,
   상기 염기성 첨가제의 ph는 7 내지 10인 것을 특징으로 하는 천연물을 기재로 한 내수합판용 접착제 조성물.
4. 제3항에 있어서,
   상기 염기성 첨가제가 포함된 수용액은 냉각되되,
   상기 냉각 온도는,
   45℃ 내지 70℃까지 냉각되는 것을 특징으로 하는 천연물을 기재로 한 내수합판용 접착제 조성물.
5. 제4항에 있어서,
   상기 수용액에 천연자원이 더 혼합되되,
   상기 천연자원은 소맥분이고,
   상기 소맥분과 상기 수용액을 혼합하여 20 내지 60분간 교반시킨 후,
   실온에서 냉각시켜 주제로서 제1 혼합물을 형성하는 것을 특징으로 하는 천연물을 기재로 한 내수합판용 접착제 조성물.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 혼합물에,
   염기성 첨가제가 더 혼합되되,
   상기 염기성 첨가제는 나트륨염 또는 암모늄염 중 하나 이상이고,
   염기성 첨가제의 ph는 9 내지 13인 것을 특징으로 하는 천연물을 기재로 한 내수합판용 접착제 조성물.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 혼합물에 경화제로서 고분자계 수지를 더 혼합하여 천연 접착제를 형성하되,
   상기 고분자계 수지는 우레탄계 또는 이소시아네이트계 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 천연물을 기재로 한 내수합판용 접착제 조성물.
8. 제2항에 있어서,
   상기 알코올류는,
   증류수 100 중량부에 대하여, 폴리비닐알코올 3 내지 9 중량부인 것을 특징으로 하는 천연물을 기재로 한 내수합판용 접착제 조성물.
9. 제5항에 있어서,
   상기 천연자원은,
   전분 및 단백질 중 하나 이상이 더 포함되어 혼합될 수 있는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 천연물을 기재로 한 내수합판용 접착제 조성물.

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