KR20130075996A

KR20130075996A - 전분계 핫멜트 접착제

Info

Publication number: KR20130075996A
Application number: KR1020110144364A
Authority: KR
Inventors: 전영승; 이세나; 윤지영; 이준수; 김쌍옥
Original assignee: 대상 주식회사
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-07-08
Also published as: WO2013100301A1; US9428671B2; KR101315784B1; US20150045480A1

Abstract

본 발명은 전분, 열가소성 폴리머, 점착성 부여제, 가소제 및 접착 증진제를 포함하는 조성물로 이루어진 전분계 핫멜트 접착제를 제공한다.
본 발명에 따른 핫멜트 접착제는 무한재생이 가능한 바이오매스인 전분을 약 25~55 중량% 포함하고 있어서, 종래의 석유계 물질을 주성분으로 포함하는 핫멜트 접착제에 비해 덜 유해하고, 보다 친환경적이고, 절감된 제조원가를 가지며 석유계 자원의 고갈 등에 덜 민감하다. 아울러 본 발명에 따른 핫멜트 접착제는 소수성 피착재 및 친수성 피착재와 같이 특성이 서로 다른 피착재들 간의 접착시 우수한 접착력 및 작업성을 부여하며, 포장, 제본, 건축, 목공, 섬유 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.

Description

전분계 핫멜트 접착제{Starch based hot melt adhesive}

본 발명은 전분계 핫멜트 접착제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소정 이상의 전분을 포함하면서 소수성 피착재 및 친수성 피착재와 같이 서로 다른 피착재의 접착시 우수한 접착력 및 작업성을 부여하는 전분계 핫멜트 접착제에 관한 것이다.

접착이란 분자, 원자, 이온 사이의 인력에 의해 두 표면이 붙여진 상태를 말하며, 접착 현상은 테이프, 본드 등의 일상 생활용품뿐만 아니라 자동차, 최첨단 반도체 소자에 이르기까지 우리 생활 속에서 광범위하게 응용되고 있으며, 최근에는 현저한 산업발전에 따라 각 분야별 접착제에 대한 요구가 다양화되고 있다.

고분자 접착제는 고화되는 공정에 따라 화학 반응형, 용제형, 핫멜트형 등으로 구분할 수 있다. 이 중 핫멜트 접착제는 사용이 간편하고 최근 대두되고 있는 환경에 대한 요구사항을 충족시킬 수 있는 대표적인 예이다.

핫멜트 접착제(열용융 접착제)는 상온에서 고체상의 물질로 용매에 용해하거나 분산시키지 않고 100% 고형분만을 열에 용융시켜 액상으로 만들어 사용하는 접착제이다. 핫멜트 접착제는 1960년대에 DuPont사가 에틸렌-비닐아세테이트 수지(EVA)를 최초로 개발함에 따라 공정 자동화를 통한 높은 생산성과 환경친화적 특징, 광범위한 적용가능성, 재접착 가능성 등의 장점으로 기존의 용제형 접착제에 비해 높은 성장률을 보이고 있다. 핫멜트 접착제는 용융상태에서 피착면에 도포된 후 피착체 표면 및 주위에 열을 발산함으로 냉각고화가 된다. 핫멜트 접착제는 다른 용제형 접착제나 수분산형 접착제 등에 비해 건조과정이 필요없이 작업공간이 적고 접착속도가 빠른 특징을 가지고 있다. 고속 접착력은 생산라인의 자동화 및 생산성 증대를 가능케 하여 생산성 향상, 인건비 절감, 도포량 조절로 인한 원료량 감소 등 상당한 경제성을 갖고 있다. 핫멜트 접착제는 포장, 제본, 건축, 목공, 자동차, 섬유, 전기/전자 등 많은 분야에서 적용된 바 있다.

종래의 상업적인 핫멜트 접착제는 사용되는 기본 수지에 따라 일반적으로 에틸렌-비닐아세테이트닐계, 폴리올레핀계, 스티렌 블록 공중합체계, 폴리아미드계, 폴리에스테르계, 우레탄계(반응성 핫멜트) 등이 있으며, 기본 수지는 핫멜트 접착제의 물성 중 가장 중요한 접착력과 응집력에 큰 영향을 준다. 종래의 상업적인 핫멜트 접착제는 기본 수지가 주로 석유계 물질로 구성되어 있어서 환경 친화적인 특성이 부족하고, 석유계 물질의 수급 불안, 석유계 물질의 고갈 등과 같은 외부적 요인헤 의해 제조비용이 상승될 수 있는 문제점을 안고 있다. 따라서, 환경 친화성, 안정적인 물량 공급, 원가 점가 등을 고려할 때 핫멜트 접착제의 주요 구성요소인 기본 수지 전체 또는 일부를 무한 재생이 가능한 바이오매스, 특히 전분으로 대체할 필요가 있다.

한편, 일반적으로 목재를 주재료로 하는 가구판재는 그 표면의 미감향상을 위하여 PVC, 폴리프로필렌(polypropylene), 또는 ABS의 재질로 된 마감재를 이용하여 마감처리(banding: 밴딩)를 하게 되는데, 이때 가구판재에 상기 마감재를 밴딩하기 위해서 엣지 밴더(Edge bander)로 불리는 마감재 밴딩장치를 사용하게 된다. 엣지 밴더라 함은 판재의 미관을 미려하게 하기 위해 판재 모서리 부위에 엣지(Edge)를 부착시키는 기기로서, 합판 등의 판재를 재단하여 그 재단면에 열(170∼200℃)에 의하여 녹아있는 핫멜트 접착제를 적당량 발라주고 여기에 합성수지 재질의 엣지를 부착시키게 된다. 도 1은 핫멜트 접착제의 일반적인 사용 형태 중 하나로서, 목질 보드와 엣지가 핫멜트 접착제에 의해 접착된 상태를 나타낸 것이다. 이때, 피착재인 목질 보드는 주로 친수성을 나타내고, 엣지는 주로 소수성을 나타내는바, 핫멜트 접착제의 주요 구성요소인 기본 수지의 상당량이 전분으로 대체되는 경우에도 핫멜트 접착제는 서로 다른 특성을 가진 피착재들 간의 접착력을 증가시킬 필요가 있다. 또한, 핫멜트 접착제의 작업성을 확보하기 위하여 전분의 함량 증가에 따른 핫멜트 접착제의 점도 상승을 적정 수준으로 조절할 필요가 있다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전분을 소정 이상으로 함유하면서, 소수성 피착재 및 친수성 피착재와 같이 서로 다른 피착재의 접착시 우수한 접착력 및 작업성을 부여하는 전분계 핫멜트 접착제을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명은 전분, 열가소성 폴리머, 점착성 부여제, 가소제, 및 접착 증진제를 포함하는 조성물로서, 상기 전분은 조성물 전체 중량을 기준으로 25~55 중량%로 포함되고, 상기 열가소성 폴리머는 전분 100 중량부 대비 20~150 중량부로 포함되고 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA), 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 에틸렌-아크릴산 공중합체, 및 에틸렌-메타크릴산 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성되며, 상기 점착성 부여제는 전분 100 중량부 대비 25~125 중량부로 포함되고, 상기 가소제는 전분 100 중량부 대비 10~40 중량부로 포함되고, 상기 접착 증진제는 전분 100 중량부 대비 0.1~10 중량부로 포함되고 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide), 폴리비닐아미드(Polyvinylamide), 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine), 에폭시화 폴리아미드, 및 글리옥실화 폴리아크릴아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제를 제공한다.

본 발명에 따른 핫멜트 접착제는 무한재생이 가능한 바이오매스인 전분을 약 25~55 중량% 포함하고 있어서, 종래의 석유계 물질을 주성분으로 포함하는 핫멜트 접착제에 비해 덜 유해하고, 보다 친환경적이고, 절감된 제조원가를 가지며 석유계 자원의 고갈 등에 덜 민감하다. 아울러 본 발명에 따른 핫멜트 접착제는 소수성 피착재 및 친수성 피착재와 같이 특성이 서로 다른 피착재들 간의 접착시 우수한 접착력 및 작업성을 부여하며, 포장, 제본, 건축, 목공, 섬유 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.

도 1은 핫멜트 접착제의 일반적인 사용 형태 중 하나로서, 목질 보드와 엣지가 핫멜트 접착제에 의해 접착된 상태를 나타낸 것이다.
도 2는 제조예 1에서 제조한 핫멜트 접착제로 목질계 파티클 보드와 ABS 엣지를 접착시킨 후 박리하였을 때의 상태를 나타낸 사진이고, 도 3은 제조예 2에서 제조한 핫멜트 접착제로 목질계 파티클 보드와 ABS 엣지를 접착시킨 후 박리하였을 때의 상태를 나타낸 사진이고, 도 4는 제조예 3에서 제조한 핫멜트 접착제로 목질계 파티클 보드와 ABS 엣지를 접착시킨 후 박리하였을 때의 상태를 나타낸 사진이고, 도 5는 제조예 4에서 제조한 핫멜트 접착제로 목질계 파티클 보드와 ABS 엣지를 접착시킨 후 박리하였을 때의 상태를 나타낸 사진이고, 도 6은 제조예 5에서 제조한 핫멜트 접착제로 목질계 파티클 보드와 ABS 엣지를 접착시킨 후 박리하였을 때의 상태를 나타낸 사진이다. 도 2 내지 6에서 왼쪽 사진은 목질계 파티클 보드이고, 오른쪽 사진은 ABS 엣지이다.

본 발명은 전분계 핫멜트 접착제에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전분계 핫멜트 접착제는 전분, 열가소성 폴리머, 점착성 부여제, 가소제, 및 접착 증진제를 포함하는 조성물로 이루어지고, 바람직하게는 보조 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 전분계 핫멜트 접착제의 구성성분 별로 나누어 본 발명을 설명한다.

전분

본 발명에 따른 핫멜트 접착제는 전분을 조성물 전체 중량을 기준으로 약 25~55 중량%, 바람직하게는 약 30~50 중량%, 더 바람직하게는 약 35~45 중량%의 함량으로 포함한다. 전분 함량이 25중량% 미만인 경우 접착력이 핫멜트 접착제가 사용되는 현장에서 요구되는 수준 미만으로 떨어질 염려가 있고, 전분 함량이 55 중량%를 초과하는 경우 융용 점도가 매우 높아 작업성이 나빠질 염려가 있다.

전분은 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 옥수수전분, 찰옥수수전분, 타피오카전분, 감자전분, 고구마전분, 쌀전분, 밀전분 등을 포함한다. 또한, 전분은 비변성 전분 또는 특정 변성 전분을 포함하며, 핫멜트 접착제의 접착력, 작업성, 및 제조 원가 등을 고려할 때 바람직하게는 비변성 전분인 것을 특징으로 한다. 비변성 전분은 통상적인 전분 제조 공정으로부터 수득되는 전분으로서, 화학적 처리, 열처리에 의해 그 물성(점성, 열 안정성, 냉해동 안정성)이 변화된 변성 전분(예를 들어 산처리 전분, 산화 전분, 아세틸아디핀산 이전분, 아세틸인산 이전분, 옥테닐호박산 전분, 인산 이전분, 인산 일전분, 인산화인산 이전분, 아세트산 전분, 하이드록시프로필인산 이전분, 하이드록시프로필 전분 등이 있다.)과 대조되는 개념이다. 본 발명의 핫멜트 접착제용 조성물에서 사용되는 특정 변성 전분으로는 산처리 전분(Acid modified starch), 산화 전분(Oxidized Starch), 아세트산 전분(Starch Acetate), 또는 옥테닐석신산 전분(Starch Octenyl Succinate) 등이 있다. 상기의 내용에 의거할 때 본 발명에 따른 전분은 비변성 전분, 산처리 전분(Acid modified starch), 산화 전분(Oxidized Starch), 아세트산 전분(Starch Acetate), 및 옥테닐석신산 전분(Starch Octenyl Succinate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다.

열가소성 폴리머

열가소성 폴리머는 핫멜트 접착제의 접착력과 응집력 등을 조절하는 기능을 하며, 본 발명에서 사용되는 열 가소성 폴리머는 비닐기 또는 수산화기를 포함하는 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA), 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 에틸렌-아크릴산 공중합체, 및 에틸렌-메타크릴산 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 핫멜트 접착제에서 열가소성 폴리머의 함량은 전분 100 중량부 대비 약 20~150 중량부, 바람직하게는 약 30~110 중량부, 더 바람직하게는 약 40~100 중량부이다. 열가소성 폴리머의 함량이 20 중량부 미만이면 핫멜트 접착제의 용융 점도가 매우 높아져서 실질적으로 작업이 힘들어진다. 또한, 열가소성 폴리머의 함량이 150 중량부를 초과하면 핫멜트 접착제의 접착력이 현장에서 요구되는 수준 미만으로 떨어질 염려가 있다.

가소제

가소제는 극성고분자에 유연성 및 접착성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 본 발명에 따른 가소제의 종류는 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 솔비톨, 에틸렌글리콜, 글리세린, 글리세린디아세테이트(glycerin diacetate), 및 펜타에리쓰리톨로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 핫멜트 접착제에서 가소제의 함량은 전분 100 중량부 대비 약 10~40 중량부, 바람직하게는 20~40 중량부, 더 바람직하게는 20~35 중량부이다. 가소제의 함량이 10 중량부 미만이면 가소제의 첨가에 따른 효과가 미비하고, 핫멜트 접착제의 용융 점도가 매우 높아져서 실질적으로 작업이 힘들어질 염려가 있다. 또한, 가소제의 함량이 40 중량부를 초과하면 가소제의 과다 사용에 의해 경제성이 떨어질 염려가 있고, 상대적으로 열가소성 폴리머의 함량이 줄어들어 핫멜트 접착제의 전체적인 물성을 저하시킬 염려가 있다.

점착성 부여제( Tackifier )

핫멜트 접착제가 전분, 열가소성 폴리머, 및 가소제만으로 구성되는 경우 핫멜트 접착제를 용융 도포 시 점착성(Hot-tack) 및 젖음성(Wetting)이 나쁘고, 용융 시 점도가 높기 때문에 작업이 용이하지 않게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 핫멜트 접착제는 점착성 부여제를 더 포함한다.

본 발명에 따른 핫멜트 접착제에서 점착성 부여제는 저분자량 수지로, 기본 구성성분인 전분 및 열가소성 폴리머와 혼합하여 사용되는 경우 용융 점도를 낮추어 작업성을 향상시키며, 경우에 따라 관능기를 부여하기도 하여 접착 초기 젖음성과 핫멜트 접착제의 피착재 표면에서의 접착력을 향상시키고, 고화시간 등의 조절을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 핫멜트 접착제에 사용되는 점착성 부여제는 로진계, 테르핀 수지, 쿠마론인덴 수지, 석유 수지 등 그 종류가 크게 제한되지 않으나, 석유 수지인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로 점착성 부여제는 지방족 탄화수소 수지(Aliphatic hydrocarbon resin), 지환족 탄화수소 수지(Cycloaliphatic hydrocarbon resin), 방향족 탄화수소 수지(Aromatic hydrocarbon resin), 방향족에 의해 개질된 지방족 탄화수소 수지(Aromatic modified aliphatic hydrocarbon resin), 및 하이드로겐화 탄화수소 수지(Hydrogenated hydrocarbon resin)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 점착성 부여제 중 지방족 탄화수소 수지는 상업적인 제품으로 코오롱유화사(한국)의 Hikorez A-1100, Hikorez A-1100S, Hikorez C-1100, Hikorez R-1100, Hikorez R-1100S 등이 있다. 또한, 지환족 탄화수소 수지로는 디사이클로펜타디엔(dicyclopentadiene,DCPD)을 단량체로 포함하는 탄화수소 수지 등이 있고, 대한민국 공개특허 제1998-013719호, 대한민국 공개특허 제2008-0093733호 등에 개시되어 있다. 또한, 방향족 탄화수소 수지(Aromatic hydrocarbon resin)는 상업적으로 코오롱유화사(한국)의 Hikotack P-110S, Hikotack P-120, Hikotack P-120HS, Hikotack P-120S, Hikotack P-140, Hikotack P-140M, Hikotack P-150, Hikotack P-160, Hikotack P-90, Hikotack P-90S, Hirenol PL-1000, Hirenol PL-400 등이 있다. 또한, 방향족에 의해 개질된 지방족 탄화수소 수지(Aromatic modified aliphatic hydrocarbon resin)는 상업적으로 코오롱유화사(한국)의 Hikorez T-1080, Hikorez T-1100 등이 있다. 또한, 하이드로겐화 탄화수소 수지(Hydrogenated hydrocarbon resin)는 하이드로겐화 지방족 탄화수소 수지, 하이드로겐화 방향족 탄화수소 수지 등으로 세분화될 수 있으며, 상업적으로 코오롱유화사(한국)의 Sukorez D-300, Sukorez D-390, Sukorez SU-100, Sukorez SU-110, Sukorez SU-120, Sukorez SU-130, Sukorez SU-90 등이 있다.

본 발명에 따른 상기 점착성 부여제는 바람직하게는 단량체의 탄소 수가 4~10인 탄화수소 수지인 것을 특징으로 하는데, 구체적으로 C5 지방족 수지, C9 방향족 수지, C5/C9 지방족/방향족 공중합 수지 등이 있다.

또한, 본 발명에 따른 점착성 부여제는 보다 바람직하게는 단량체로 디사이클로펜타디엔(dicyclopentadiene,DCPD)을 포함하는 하이드로겐화 탄화수소 수지인 것을 특징으로 하는데, 상업적으로 코오롱유화사(한국)의 Sukorez D-300, Sukorez D-390, Sukorez SU-100, Sukorez SU-110, Sukorez SU-120, Sukorez SU-130, Sukorez SU-90 등이 있다.

또한, 본 발명에 따른 점착성 부여제는 로진계로 구성될 수 있으며, 로진계는 상업적으로 코모 화학(Komo Chemical)사의 Komotac KF382S, Komotac KF392S, Komotac KF452S, Komotac KF462S, Komotac KS-2090, Komotac KS-2100, Komotac KS-2110, Komotac KZ223S, Komotac KZ224S 등이 있다.

본 발명에 따른 핫멜트 접착제에서 점착성 부여제의 함량은 전분 100 중량부 대비 약 25~125 중량부, 바람직하게는 50~110 중량부, 더 바람직하게는 60~100 중량부이다. 점착성 부여제의 함량이 25 중량부 미만이면 점착성 부여제 첨가에 따른 용융 점도 저하 효과가 미비하여 핫멜트 접착제의 작업성이 만족할 만한 수준에 도달하지 못할 염려가 있고, 점착성 부여제의 함량이 125 중량부를 초과하면 점착성 부여제의 초과에 따른 용융 점도의 감소율이 크지 않아 경제성이 떨어지고 상대적으로 열가소성 폴리머의 함량이 줄어들어 핫멜트 접착제의 전체적인 물성을 저하시킬 염려가 있다.

접착 증진제

접착 증진제는 일반적으로 친수성을 띄는 전분계 핫멜트 접착제의 소수성 피착재에 대한 접착력 보강 및 접착의 균일성을 확보하기 위해 첨가되는 성분이다. 본 발명에서 접착 증진제는 아크릴로니트릴-부타딘엔-스티렌 코폴리머(acrylonitrile butadiene styrene copolymer, ABS), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리비닐클로라이드(Polyvinylchloride, PVC) 등과 같이 소수성을 띄는 재료로 이루어진 피착재에 대한 전분계 핫멜트 접착제의 접착력을 증강시키는 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 바람직하게는 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide), 폴리비닐아미드(Polyvinylamide), 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine), 에폭시화 폴리아미드, 및 글리옥실화 폴리아크릴아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 핫멜트 접착제에서 접착 증진제의 함량은 전분 100 중량부 대비 약 0.1~10 중량부, 바람직하게는 0.2~5 중량부, 더 바람직하게는 0.4~2.5 중량부이다. 접착 증진제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 접착 증진제 첨가에 따른 접착력의 증강 효과가 미비하여 핫멜트 접착제가 서로 다른 특성의 피착재를 만족할 만한 수준의 강도로 균일하게 접착시키지 못할 염려가 있고, 접착 증진제의 함량이 10 중량부를 초과하면 접착 증진제의 초과에 따른 접착 강도 증가율이 크지 않아 경제성이 떨어지고 핫멜트 접착제의 서로 다른 피착재에 대한 접착 균일성이 저하될 염려가 있다.

또한, 본 발명에서 접착 증진제는 핫멜트 접착제 제조시 다른 성분과의 균일한 혼련 및 용융을 원활하게 하기 위해 바람직하게는 희석된 형태로 사용된다. 예를 들어 접착 증진제로 폴리아크릴아미드를 사용하는 경우 폴리아크릴아미드는 물과 같은 분산매로 희석되어 폴리아크릴아미드 함량, 즉 고형분 함량이 약 15~40 중량%인 희석액 상태로 사용된다.

보조 첨가제

본 발명에 따른 핫멜트 접착제는 전분, 가소제, 열가소성 폴리머, 점착성 부여제, 및 접착 증진제 이외에도 보조 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 보조 첨가제는 핫멜트 접착제의 물성을 변화시키거나 핫멜트 접착제에 특정 기능을 부여한다.

본 발명에 따른 핫멜트 접착제에 포함되는 보조 첨가제는 왁스, 폴리부텐, 오일, 충전제, 및 산화방지제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다.

왁스는 용융점도의 저하, 비극성 표면에 대한 젖음성 향상, 블록킹 방지, 고화시간의 조정 등을 위해 첨가되며, 구체적으로 파라핀왁스 또는 폴리에틸렌왁스 등이 있다. 폴리부텐은 내수성의 향상 또는 유연성의 부여 등을 위해 첨가된다. 오일은 유연성의 부여, 용융혼련과 같은 공정의 개선 등을 위해 첨가된다. 충전제는 고무나 플라스틱의 실용화에서 노화방지·보강·증량(增量)의 목적으로 가하는 물질을 말하며, 핫멜트 접착제의 흐름성을 조절하기 위해 사용된다. 충전제의 종류는 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 탄산칼슘, 점토, 벤토나이트, 또는 칼슘스테아레이트에서 선택되는 하나 이상으로 구성될 수 있다. 산화방지제는 열안정성이 약하여 쉽게 산화될 수 있는 구조를 포함하고 있는 물질을 사용하였을 경우에 첨가되어 산화 및 분해로 인한 점도의 변화, 황변현상, 접착력 저하 및 내구성 저하 등을 개선할 수 있다. 산화방지제의 종류는 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 페놀류, 방향족 아민류, 구연산, 또는 아스코르브산 등이 있다.

또한, 본 발명에 따른 핫멜트 접착제는 그 용도가 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 포장, 제본, 건축, 목공, 자동차, 섬유, 전기/전자 등 많은 분야에 적용될 수 있고, 그 용도에 따라 전분의 함량, 점착성 부여제의 함량, 접착 증진제의 함량 등이 조절될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 핫멜트 접착제는 다양한 방법에 의해 제조될 수 있으며, 예를 들어 니더(Kneader)에 의한 용융혼련, 압출기(Extruder)에 의한 용융 및 압출 등에 의해 제조될 수 있다. 이때 용융 온도는 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 110~200℃에서 용융될 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예들을 통하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 러나 하기 실시예들은 본 발명의 내용을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.

1. 분석방법의 설명

(1) 180°박리 접착 강도(180°Peel shear adhesion strength)

핫멜트 접착제의 180°박리 접착 강도를 평가하기 위하여 재단된 목질계 파티클 보드와 ABS 수지(acrylonitrile butadiene styrene copolymer)로 이루어진 엣지를 핫멜트 접착제 어플리케이터인 엣지밴더(Edge bander)를 이용하여 접착시키고 접착 시편을 제조하였다. 이때, 핫멜트 접착제의 사용 온도는 약 175~180℃ 이었다. 접착 시편을 제조하고, 약 24시간이 경과한 후, 인스트론 만능 재료 시험기(Instron Universial Testing Machine)를 이용하여 일정 구간에 대한 평균 응력을 측정하였고, 이를 8회 반복하여 그 평균값을 180°박리 접착 강도로 취하였다. 이때, 이때 인스트론 만능 재료 시험기의 Load cell과 속도 조건은 각각 5kN, 10㎜/min 이었다.

(2) 용융 점도(Melt viscosity)

Brookfield사의 Thermosel system(정온 장치)을 구비한 점도계(모델명 : HBDV-ll+P)를 이용하여 핫멜트 접착제의 용융점도를 측정하였다. 구체적으로 펠렛 타입의 핫멜트 접착제 13㎖를 샘플 챔버에 정량하여 넣은 후 약 180℃에서 완전히 용융시키고, SC4-28 spindle을 이용하여 융융 점도를 측정하였다.

2. 핫멜트 접착제의 제조

제조예 1.

비변성 옥수수 전분 400g, 가소제로 펜타에리쓰리톨(Pentaerythritol) 100g, 열가소성 폴리머로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA) 214g, 점착성 부여제로 하이드로겐화 지방족 탄화수소 수지(제품명 : Sukorez SU-100; 공급자 : 코오롱 유화, 대한민국) 286g 및 접착 증진제로 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide) 2g을 니더(Kneader, 반죽기)에 투입하고 170~180℃에서 용융혼련시켜 핫멜트 접착제를 제조하였다.

제조예 2.

접착 증진제로 100% 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide) 3g을 사용한 점을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.

제조예 3.

접착 증진제로 100% 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide) 10g을 사용한 점을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.

제조예 4.

비변성 옥수수 전분 400g, 가소제로 펜타에리쓰리톨(Pentaerythritol) 100g, 열가소성 폴리머로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA) 214g, 점착성 부여제로 하이드로겐화 지방족 탄화수소 수지(제품명 : Sukorez SU-100; 공급자 : 코오롱 유화, 대한민국) 286g 및 접착 증진제로 25% 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide) 8g을 니더(Kneader, 반죽기)에 투입하고 170~180℃에서 용융혼련시켜 핫멜트 접착제를 제조하였다. 이때, 25% 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide)는 폴리아크릴아미드를 증류수로 희석하여 폴리아크릴아미드 함량을 25 중량%로 조정한 폴리아크릴아미드 희석액이다.

제조예 5.

비변성 옥수수 전분 400g, 가소제로 펜타에리쓰리톨(Pentaerythritol) 100g, 열가소성 폴리머로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA) 214g, 및 점착성 부여제로 하이드로겐화 지방족 탄화수소 수지(제품명 : Sukorez SU-100; 공급자 : 코오롱 유화, 대한민국) 286g을 니더(Kneader, 반죽기)에 투입하고 170~180℃에서 용융혼련시켜 핫멜트 접착제를 제조하였다.

제조예 6.

비변성 옥수수 전분 200g 및 열가소성 폴리머로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA) 414g을 사용한 점을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.

제조예 7.

비변성 옥수수 전분 200g 및 열가소성 폴리머로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA) 414g을 사용한 점을 제외하고는 제조예 5와 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.

제조예 8.

비변성 옥수수 전분 250g 및 열가소성 폴리머로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA) 364g을 사용한 점을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.

제조예 9.

비변성 옥수수 전분 250g 및 열가소성 폴리머로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA) 364g을 사용한 점을 제외하고는 제조예 5와 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.

제조예 10.

비변성 옥수수 전분 300g 및 열가소성 폴리머로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA) 314g을 사용한 점을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.

제조예 11.

비변성 옥수수 전분 300g 및 열가소성 폴리머로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA) 314g을 사용한 점을 제외하고는 제조예 5와 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.

제조예 12.

비변성 옥수수 전분 485g 및 열가소성 폴리머로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA) 129g을 사용한 점을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.

제조예 13.

비변성 옥수수 전분 485g 및 열가소성 폴리머로 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA) 129g을 사용한 점을 제외하고는 제조예 5와 동일한 방법으로 핫멜트 접착제를 제조하였다.

하기 표 1에 제조예 1 내지 13에서 핫멜트 접착제를 제조하기 위해 사용한 성분의 종류 및 사용량을 나타내었다.

구분	전분(g)	가소제(g)	열가소성 폴리머(g)	점착성 부여제(g)	접착 증진제(g)
구분	비변성 옥수수 전분	펜타에리쓰리톨	에틸렌-비닐아세테이트 공중합체	Sukorez SU-100	100% 폴리아크릴아미드	25% 폴리아크릴아미드
제조예 1	400	100	214	286	2	-
제조예 2	400	100	214	286	3	-
제조예 3	400	100	214	286	10	-
제조예 4	400	100	214	286	-	8
제조예 5	400	100	214	286	-	-
제조예 6	200	100	414	286	-	8
제조예 7	200	100	414	286	-	-
제조예 8	250	100	364	286	-	8
제조예 9	250	100	364	286	-	-
제조예 10	300	100	314	286	-	8
제조예 11	300	100	314	286	-	-
제조예 12	485	100	129	286	-	8
제조예 13	485	100	129	286	-	-

3. 핫멜트 접착제의 180°박리 접착 강도 및 용융 점도의 측정

제조예 1 내지 13에서 제조한 핫멜트 접착제의 180°박리 접착 강도(180°Peel shear adhesion strength) 및 용융 점도(Melt viscosity)를 전술한 분석방법으로 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분	용융 점도 at 180℃(cPs)	180°박리 접착 강도(㎏_f)
제조예 1	14만	13.3
제조예 2	12만	11.5
제조예 3	9만 5천	9.7
제조예 4	14만	13.7
제조예 5	13만	9.6
제조예 6	4만 5천	5.0
제조예 7	4만 2천	4.5
제조예 8	5만 3천	6.8
제조예 9	5만	6.0
제조예 10	8만 5천	7.8
제조예 11	8만 5천	7.3
제조예 12	20만	12.8
제조예 13	18만	12.5

상기 표 2에서 보이는 바와 같이 핫멜트 접착제의 일 성분으로 접착 증진제를 첨가하는 경우 첨가하지 않는 경우보다 180°박리 접착 강도가 상승하였고, 특히 제조예 1 및 제조예 4에서 핫멜트 접착제의 접착 강도 상승폭이 매우 컸다. 한편, 핫멜트 접착제의 용융 점도는 접착 증진제의 첨가량이 소량인 경우 상승하였다가 접착 증진제의 첨가량이 일정 수준 이상인 경우 감소하는 경향을 보였고, 전분 첨가량이 증가할수록 급격하게 상승하는 경향을 보였다. 핫멜트 접착제 전체 중량을 기준으로 전분 함량이 25 중량% 미만인 경우(제조예 6 내지 제조예 9) 작업성의 지표인 용융 점도는 적합하였으나, 접착 강도가 상대적으로 낮아 친수성 피착재인 목질계 파티클 보드 및 소수성 피착재인 엣지(ABS 수지로 이루어짐)의 접착 용도로는 적합하지 않았다. 또한, 핫멜트 접착제 전체 중량을 기준으로 전분 함량이 55 중량%를 초과하는 경우 융용 점도가 너무 커서 작업성이 현저히 불량해질 것으로 예상된다.

또한, 목질계 파티클 보드와 ABS 엣지를 핫멜트 접착제로 접착시킨 후 박리하였을 때의 상태를 도 2 내지 도 6에 나타내었다. 도 2는 제조예 1에서 제조한 핫멜트 접착제로 목질계 파티클 보드와 ABS 엣지를 접착시킨 후 박리하였을 때의 상태를 나타낸 사진이고, 도 3은 제조예 2에서 제조한 핫멜트 접착제로 목질계 파티클 보드와 ABS 엣지를 접착시킨 후 박리하였을 때의 상태를 나타낸 사진이고, 도 4는 제조예 3에서 제조한 핫멜트 접착제로 목질계 파티클 보드와 ABS 엣지를 접착시킨 후 박리하였을 때의 상태를 나타낸 사진이고, 도 5는 제조예 4에서 제조한 핫멜트 접착제로 목질계 파티클 보드와 ABS 엣지를 접착시킨 후 박리하였을 때의 상태를 나타낸 사진이고, 도 6은 제조예 5에서 제조한 핫멜트 접착제로 목질계 파티클 보드와 ABS 엣지를 접착시킨 후 박리하였을 때의 상태를 나타낸 사진이다. 도 2 내지 6에서 왼쪽 사진은 목질계 파티클 보드이고, 오른쪽 사진은 ABS 엣지이다. 도 2 내지 도 6에서 목질계 파티클 보드와 ABS 엣지의 균일한 접착 여부는 ABS 엣지의 접착면에 남아있는 전분계 핫멜트 접착제의 잔량 분포를 통해서 확인할 수 있는데, 도 2 내지 도 6에서 보이는 바와 같이 접착 증진제를 포함하지 않는 전분계 핫멜트 접착제의 경우 소수성인 ABS 엣지에 남아있는 전분계 핫멜트 접착제의 잔량이 상대적으로 매우 적어(도 6의 오른쪽 사진), 접착이 불균일하게 이루어짐을 알 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명을 상기의 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 또한, 본 발명의 본질적인 범주를 벗어나지 않고서도 많은 변형을 실시하여 특정 상황 및 재료를 본 발명의 교시내용에 채용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 본 발명을 실시하는데 계획된 최상의 양식으로서 개시된 특정 실시 태양으로 국한되는 것이 아니며, 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 태양을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

전분, 열가소성 폴리머, 점착성 부여제, 가소제, 및 접착 증진제를 포함하는 조성물로서,
상기 전분은 조성물 전체 중량을 기준으로 25~55 중량%로 포함되고,
상기 열가소성 폴리머는 전분 100 중량부 대비 20~150 중량부로 포함되고 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ehtylene Vinyl Acetate Copolymer, EVA), 폴리비닐아세테이트(Polyvinyl acetate), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol), 에틸렌-아크릴산 공중합체, 및 에틸렌-메타크릴산 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성되며,
상기 점착성 부여제는 전분 100 중량부 대비 25~125 중량부로 포함되고,
상기 가소제는 전분 100 중량부 대비 10~40 중량부로 포함되고,
상기 접착 증진제는 전분 100 중량부 대비 0.1~10 중량부로 포함되고 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide), 폴리비닐아미드(Polyvinylamide), 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine), 에폭시화 폴리아미드, 및 글리옥실화 폴리아크릴아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제.
제 1항에 있어서, 상기 조성물은 보조 첨가제를 더 포함하고,
상기 보조 첨가제는 전분 100 중량부 대비 10 중량부 미만으로 포함되고 왁스, 폴리부텐, 오일, 충전제, 및 산화방지제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전분은 비변성 전분, 산처리 전분(Acid modified starch), 산화 전분(Oxidized Starch), 아세트산 전분(Starch Acetate), 및 옥테닐호박산 전분(Starch Octenyl Succinate)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 점착성 부여제는 지방족 탄화수소 수지(Aliphatic hydrocarbon resin), 지환족 탄화수소 수지(Cycloaliphatic hydrocarbon resin), 방향족 탄화수소 수지(Aromatic hydrocarbon resin), 방향족에 의해 개질된 지방족 탄화수소 수지(Aromatic modified aliphatic hydrocarbon resin), 및 하이드로겐화 탄화수소 수지(Hydrogenated hydrocarbon resin)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제.
제 4항에 있어서, 상기 점착성 부여제는 단량체의 탄소 수가 4~10인 탄화수소 수지인 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제.
제 5항에 있어서, 상기 점착성 부여제는 단량체로 디사이클로펜타디엔(dicyclopentadiene,DCPD)을 포함하는 하이드로겐화 탄화수소 수지인 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 가소제는 솔비톨, 에틸렌글리콜, 글리세린, 글리세린디아세테이트(glycerin diacetate), 및 펜타에리쓰리톨로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제.
제 2항에 있어서, 상기 왁스는 파라핀왁스 또는 폴리에틸렌왁스인 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제.
제 2항에 있어서, 상기 충전제는 탄산칼슘, 벤토나이트, 또는 칼슘스테아레이트에서 선택되는 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제.
제 2항에 있어서, 상기 산화방지제는 구연산 또는 아스코르브산인 것을 특징으로 하는 전분계 핫멜트 접착제.