KR20050063973A - 접착제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 BPA계 에폭시 수지 50 ~ 100 중량%와, 첨가제로서 0.5 ~ 5중량%의 분산제 및 0.5 ~ 5중량%의 유동성 조절제와, 0 ~ 50중량%의 충진제로 이루어지는 주접착제와; 아민중합체(polymeric amine) 15 ~ 50중량%와, 첨가제로서 아민으로 말단처리된 반응성 고무 1 ~ 99중량% 및 침강방지제 0.5 ~ 5중량%와, 촉매로서 3급 아민 0.1 ~ 10중량%와, 0 ~ 60중량%의 충진제로 이루어지는 경화제;로 구성되며, 상기 주접착제 성분과 상기 경화제 성분이 중량비로 1:2 에서 2:1의 비율로 혼합되는 접착제 조성물을 제공한다. 본 발명의 조성물에 따른 접착제는 접착경도 및 박리강도가 뛰어나 특히 SMC 판재와 PVC 및 목재간의 접합에 매우 우수한 접착력을 가져온다.

Description

접착제 조성물{Composition for an addisive agent}

본 발명은 접착제 조성물에 관한 것으로, 상세하게는 건축물의 실내 및 실외 도아의 접착을 위한 접착제에 관한 것으로서 특히, SMC소재와 목재간의 또는 SMC소재와 PVC간의 접착력 및 박리강도를 향상시킨 접착제 조성물에 관한 것이다.

물체를 접착시키려면 접착제를 물체에 도포하고 서로 붙인 후에 접착제가 고화(solidification)되어야 한다. 따라서 접착제는 처음에는 액상이다가 나중에 고화되는 경우 떨어지지 않고(즉, 접착력이 우수하고), 또한 접착제 자체가 파괴되지 않는(즉, 박리강도가 우수한) 고분자이어야 한다.

접착제는 일반적으로 다음 세 가지로 대별할 수 있는데, 물에 녹인 녹말풀, 가솔린에 녹인 고무풀, 시너에 녹인 폴리아세트산비닐계 등과 같이 고분자를 용액으로 사용하는 접착제, 시아노아크릴레이트·비스아크릴레이트 등과 같이 처음에는 저분자의 액상이던 것이 붙은 다음에 중합반응으로 고분자가 되는 접착제, 고분자의 고체를 가열하여 용융시켜 붙이는 접착제가 있다.

화학구조에 따라서는 천연물계 접착제와 합성고분자계 접착제로 분류할 수 있는데 강력한 접착강도를 갖는 에폭시수지가 공업적으로 많이 사용되고 있다.

일반적인 에폭시 수지를 주요소로 하고 폴리 아마이드 경화제를 사용하는 접착제의 경우, 경화체의 강도가 강하다는 장점은 있으나, 취성이 매우 약하여 박리강도가 매우 약하다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 시간이 지남에 따라 접착된 두 물질간에 충격이 가해지거나 급격한 온도 변화등이 반복되면 접착 상태가 현저히 악화되는 문제가 있다.

특히, BPA(Bisphenol-A)계 에폭시 수지는 상온에서의 금속에 대한 인장 접착성능은 우수하나 박리접착강도 및 저온에서의 접착력은 급격하게 저하되며, 경질 플라스틱에 대한 접착력은 다소 부족하였다.

이러한 에폭시 수지계 접착제의 단점을 해결하기 위한 방안으로 에폭시 수지에 탄성을 주는 방법이 제안되어 왔다.

즉, 에폭시 수지 대신, 니트릴 고무(NBR)변성 에폭시 수지, 카르복실기 터미네이티드 부타디엔 아크릴로니트릴 코폴리머(CTBN)변성 에폭시 수지, 또는 우레탄 변성 에폭시 수지 등을 사용하는 것이다. 그러나, 이러한 고무변성 에폭시를 사용하게 되면 BPA계 에폭시 수지와 변성을 시킨 후 사용해야 한다는 공정상의 단점을 가지고 있어 제조원가가 상승하며 원하는 만큼의 박리강도와 저온에서의 접착력 향상을 얻기 힘들었다.

건축물의 실내 또는 실외 도어의 경우 철재 또는 목재로 만들어지는 경우가 많으나 철재 도어의 경우 무게가 많이 나가고 부식현상에 의한 내구성이 좋지 않은 단점이 있었다. 한편, 목재 도어의 경우 철재 도어보다는 상대적으로 무게가 작지만 이 역시 긁힘과 내구성 측면에서 한계를 갖고 있다. 따라서 플라스틱과 목재 또는 플라스틱과 플라스틱의 복합재로 구성된 새로운 타입의 도어, 예컨데 SMC(sheet molding compound)소재 도어 등이 개발되고 있는데 이 경우 상이한 재질간의 접착력이 도어의 내구성을 위하여 매우 중요한 요소로 대두되고 있다.

그런데, 기존의 에폭시 수지계 접착제는 SMC 소재와 목재간 또는 SMC 소재와 PVC간의 접착시 접착강도가 매우 떨어질 뿐 아니라 요구되는 접착력을 유지하기 위해서는 과다한 양의 접착제를 사용하여야하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 에폭시 수지계 접착제의 단점을 개선하여 저온에서의 접착력 및 박리강도를 향상시킨 새로운 접착제 조성물을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 SMC 소재와 목재간 또는 SMC 소재와 PVC간 접착시 접착력을 크게 향상시키는 접착제 조성물을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 접착제 조성물은 에폭시 수지계 주접착제와, 아민중합체 및 아민으로 말단처리된 반응성 고무로 구성되는 경화제로 이루어진다.

주접착제 성분과 경화제 성분의 혼합비는 사용온도, 사용환경에 따라 변경될 수 있으나 무게비로 1:2 ~ 2:1의 범위가 적당하다. 바람직하게는 1:1의 비율로 혼합한다.

상기 에폭시 수지계 주접착제는 BPA계 에폭시 수지 50 ~ 100 중량%와, 첨가제로서 0.5 ~ 5중량%의 분산제 및 0.5 ~ 5중량%의 유동성 조절제와, 0 ~ 50중량%의 충진제로 구성된다.

상기 BPA계 에폭시 수지에는 일반적인 BPA계 에폭시 수지 이외에도 고무(NBR, CTBN)변성 BPA계 에폭시 수지, 우레탄 변성 BPA계 에폭시 수지, DIMER ACID 변성 BPA계 에폭시 수지 등이 포함될 수 있다.

상기 경화제는 아민중합체(polymeric amine) 15 ~ 50중량%와, 첨가제로서 아민으로 말단처리된 반응성 고무 1 ~ 99중량% 및 침강방지제 0.5 ~ 5중량%와, 촉매로서 3급 아민 0.1 ~ 10중량%와, 0 ~ 60중량%의 충진제로 이루어진다.

본 발명에서는 아민으로 말단처리한 반응성이 있는 고무를 경화제와 혼합하여 사용함으로써 에폭시 수지에 탄성을 부여하여 접착력 및 박리강도를 향상시켰으며, 특히 기존의 방법과 달리 제조공정상의 복잡함을 없앨 수 있었다.

뿐만 아니라 에폭시 수지를 포함하는 주접착제 성분과 경화제 성분의 합성에 따른 최종 물질의 물성과 각 성분이 갖고 있는 물성간 오차를 줄일 수 있었다.

본 발명에 따른 접착제 조성물을 불포화 폴리에스터를 사용하여 제조한 SMC 판재와 경질발포 PVC 및 SMC 판재와 목재간의 접착에 적용한 결과 접착력을 크게 향상시킬 수 있었으며 특히 박리강도의 현저한 향상을 가져옴을 확인하였다. 이로써 기존의 철문의 단점인 무게와 부식현상을 해결하는 새로운 도어를 제조하는 것이 가능하게 되었다.

본 발명에 따른 접착제 조성물은 각 성분들을 칭량하여 고르게 혼합이 되도록 적절한 시간동안 믹싱과정을 거친다. 이 경우 혼합 온도는 상온에서 일정하게 유지할 수도 있으며 경우에 따라서 온도를 상온보다 상승시켜 혼합 정도를 더욱 원할하게 할 수 있다.

본 발명의 접착제 조성물의 주접착제 성분 및 경화제 성분의 기본 물성을 측정한 결과 다음과 같은 물성을 확인하였다.

먼저, 주접착제 성분의 경우, BH viscometer를 사용하여 상온(25℃)에서 시편 중량 250g에 대한 점도를 측정한 결과 약 10,000cps를 보이는 것을 확인하였다. 이 경우 시편을 150℃에서 25분간 유지시킨 후 잔류물의 무게비율을 측정한 결과 고형분이 99% 이상이었다.

한편, 경화제 성분의 경우, BH viscometer를 사용하여 상온(25℃)에서 시편 중량 250g에 대한 점도를 측정한 결과 약 30,000 ~ 60,000cps를 나타내었다. 이 경우 시편을 150℃에서 25분간 유지시킨 후 잔류물의 무게비율을 측정한 결과 고형분이 99% 이상임을 확인하였다.

주접착제 성분과 경화제를 혼합한 조성물에 대한 물성은 다음과 같았다. 먼저 주접착제 성분과 경화제 성분을 무게비로 1:1로 고르게 혼합하였다.

앞서, 각 성분에 대해 측정한 것과 동일한 방법으로 점도를 측정한 결과 혼합물의 점도는 15,000 ~ 30,000cps를 나타내었다. 따라서 두 성분의 혼합에 따른 점도의 오차가 크게 달라지지 않는 것으로 확인되었다.

또한, 혼합된 조성물을 상온(25℃)에서 시편 중량 250g에 대하여 경화되는 정도를 측정하였다. 최초 혼합점도의 2배가 되는 시간을 기준으로 측정한 결과 동절기와 하절기에 따라 약간의 차이가 있으나 50분 ~ 100의 시간이 소요되는 것으로 확인하였다.

두 성분을 혼합하여 경화된 최종적인 경화체의 경도를 확인한 결과, 시편 5g에 대하여 60℃에서 두 시간을 유지시킨 후의 경도는 shore-D type으로 50 이상을 나타내어 매우 우수한 경도를 가짐을 확인하였다.

이와 같은 물성을 보이는 본 발명의 접착제 조성물을 접착제로 사용하여 경질 플라스틱 PVC 재질의 심재와 SMC 판재로 구성되는 도어(도 1 참조)의 접착에 적용한 결과 접착제의 경도가 매우 우수한 것을 확인하였다.

도 2는 기존의 BPA계 에폿시 수지 접착제를 사용하여 PVC 재질의 심재와 SMC 판재로 구성되는 도어의 접착 정도를 확인한 사진으로서, 접착된 심재와 판재에 외력을 가하여 분리시켰을 때 판재쪽에 접착제가 남아있는 상태로 접착이 해제된 모습을 보여준다. 반면, 본 발명에 따른 접착제 조성물을 사용하여 PVC 재질의 심재와 SMC 판재로 구성되는 도어의 접착 정도를 확인한 결과, 심재와 판재 사이의 접착 정도가 매우 강하여 외력을 가하여도 쉽게 분리되지 않고 결국에는 도 3에 도시된 바와 같이 심재와 판재의 일부분이 파괴되어 버린 것을 볼 수 있다. 이러한 결과로부터 본 발명에 따른 조성물을 사용한 접착제의 경우 접착력이 매우 우수한 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 접착제 조성물의 박리강도의 향상 여부를 확인하기 위하여 다음과 같은 비교실험을 하였다.

먼저, 기존의 에폭시 수지계 접착제와 본 발명에 따른 조성물을 사용한 접착제를 금속 판재의 접착을 위하여 적용한 후 그 박리성을 테스트 하였다. 사용된 시편은 철판(Fe/Fe) 및 알루미늄판(Al/Al)이었다. 철판에 대한 박리강도 비교결과를 도 4a(기존의 접착제) 및 도 4b(본 발명에 따른 접착제)에 나타내었고, 알루미늄판에 대한 박리강도 비교결과를 도 5a(기존의 접착제) 및 5b(본 발명에 따른 접착제)에 나타내었다.

각각의 도면을 보면 본 발명의 경우 박리강도가 매우 향상되었음을 확인할 수 있다.

이러한 결과는 본 발명에 따른 접착제 조성물의 경우 아민기로 말단이되어 있는 반응성 고무로 인하여, 최종적인 경화체의 경도는 유지하면서도 탄성을 내포하고 있으며 이에 따라 충격강도를 현저하게 보강해 줄수 있는 특성을 갖게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 일반적인 에폭시 접착제의 경우 경질 플라스틱등에 대하여 접착력이 약하나, 본 발명의 조성물에 의한 접착제의 경우 반응성 고무로 인하여 SMC 판재나, 심재로 사용되는 PVC 및 목재에 대한 탁월한 접착력을 가져올 수 있다.

또한, 일반적인 에폭시 접착제의 최종적인 경화체의 경우, 저온에서 무르고 깨지기 쉬운(brittle) 성질이 더욱 심화되어 저온에서는 작은 충격에도 깨지는 단점을 가지고 있으나, 본 발명에서는 반응성 고무가 저온에서의 취성의 저하를 보강함으로써 사용온도에 관계없이 항상 일정한 접착 특성을 유지할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 조성물에 의한 접착제를 사용함으로써 기존에 철재 또는 목재만을 사용한 도어 대신 새로운 재질, 특히 SMC 소재와 PVC 및 목재 등을 혼합한 새로운 형태의 도어의 내구성을 더욱 향상시키는 것이 가능하다.

도 1은 도어용 SMC 판재와 PVC 심재를 보여주는 사진.

도 2는 기존의 접착제를 사용하여 접착한 SMC 판재와 PVC 심재를 보여주는 사진.

도 3은 본 발명의 조성물에 따른 접착제를 사용하여 접착한 SMC 판재와 PVC 심재를 보여주는 사진.

도 4a는 기존의 접착제를 사용하여 접합한 Fe 판재의 박리강도 측정결과를 보여주는 그래프.

도 4b는 본 발명의 조성물에 따른 접착제를 사용하여 접합한 Fe 판재의 박리강도 측정결과를 보여주는 그래프.

도 5a는 기존의 접착제를 사용하여 접합한 Al 판재의 박리강도 측정결과를 보여주는 그래프.

도 5b는 본 발명의 조성물에 따른 접착제를 사용하여 접합한 Al 판재의 박리강도 측정결과를 보여주는 그래프.

Claims (4)

1. BPA계 에폭시 수지 50 ~ 100 중량%와, 첨가제로서 0.5 ~ 5중량%의 분산제 및 0.5 ~ 5중량%의 유동성 조절제와, 0 ~ 50중량%의 충진제로 이루어지는 주접착제와;

   아민중합체(polymeric amine) 15 ~ 50중량%와, 첨가제로서 아민으로 말단처리된 반응성 고무 1 ~ 99중량% 및 침강방지제 0.5 ~ 5중량%와, 촉매로서 3급 아민 0.1 ~ 10중량%와, 0 ~ 60중량%의 충진제로 이루어지는 경화제;로 구성되며,

   상기 주접착제 성분과 상기 경화제 성분이 중량비로 1:2 에서 2:1의 비율로 혼합되는

   접착제 조성물.
2. 제1항에 있어서, 주접착제 성분의 점도는 10,000cps이고 경화제 성분의 점도는 30,000~60,000cps인 것을 특징으로 하는 접착제 조성물.
3. 제1항에 있어서, 주접착제 성분과 경화제 성분의 혼합에 따른 경화체의 점도는 15,000~30,000cps인 것을 특징으로 하는 접착제 조성물.
4. 제3항에 있어서, 상기 경화체의 경도는 shore-D type으로 50 이상인 것을 특징으로 하는 접착제 조성물.