KR102695785B1 - 생분해성 핫멜트 접착 조성물 - Google Patents

생분해성 핫멜트 접착 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생분해성 핫멜트 접착 조성물에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 생분해도는 높으나, 강한 고분자 사슬간의 얽힘에 의한 높은 강성과 타 성분과의 상용성이 떨어지는 문제로 인해 핫멜트 접착 조성물로 활용이 어려운, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene Adipate Terephtalate, PBAT)와 고무를 공중합한 공중합체에 아세틸 트리부틸 시트레이트(Acetyl Tributyl Citrate, ATBC), 점착부여수지, 왁스 및 가소성 오일 중 선택되는 1종 이상의 첨가제를 특정 중량부 비로 조합함으로써, 생분해도, 접착력, 접착 택타임 및 탄성도가 우수한 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 제공할 수 있다.

Description

생분해성 핫멜트 접착 조성물{Biodegradable hot-melt adhesive composition}
본 발명은 생분해성 핫멜트 접착 조성물에 관한 것이다.
접착제는 물체와 물체를 접합하는 특수한 성질을 가진 고분자 물질이다. 이 중 핫멜트 접착제는 일회용 부직포 제품, 예를 들어 일회용 기저귀, 성인 요실금 제품 및 여성용 위생 제품뿐만 아니라, 감압 점착제, 목재의 접착, 식품용 필름 접착, 종이 제본 등 다양한 분야에서 다양한 용도로 널리 사용되고 있으며, 일반적으로 150 내지 250℃의 고온에서 가열하여 용융 상태로 기재에 적용한 후 냉각시킴에 따라 접착 성능을 나타내고, 간단한 공정으로 대량 생산이 용이한 장점을 가진다.
그러나, 기존의 핫멜트 접착제는 기재에 대해 우수한 접착성, 도포성 및 용융 특성을 가지기는 하나, 생분해성이 없는 에티렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA)를 베이스 폴리머로 하는 경우가 대부분이므로 환경오염 문제를 야기할 수 있다. 한편, 오늘날 환경에 대한 관심이 계속 증가하고 있어, 친환경적인 일회용품 등을 제조하기 위해서는, 제품을 구성하는 기재는 물론, 이들 기재를 접착하는 접착 조성물 역시 생분해성을 가질 필요가 있다.
한편, 생분해성 고분자는 크게 천연물 합성계, 화학 합성계, 미생물 합성계의 3종류로 나뉘며, 식물체 등 천연물을 가소화, 단량체 및 축중합시키는 천연물 합성계 생분해성 고분자로는 PLA(Poly lactic acid), TPS(Thermo plastics starch), AP(Aliphatic polyester), CA(Cellulose acetate), CDA(Cellulose di acetate) 등이 있으며, 화학 합성계 생분해성 고분자로는 PBS(Poly butylene succinate), PCL(Poly capro lactone), PEU(Poly ester urethane), PGA(Ploy glycolic acid), PBAT (Polybutylene adipate terephthalate) 등이 있고, 미생물 합성계 생분해성 고분자로는 PHA(Poly hydroxy alkanoic acid), PHB(Poly 3-hydroxybutyrate), PHV(Poly 3-hydroxy valerate), Pullulan(풀루란) 등이 있다.
이 중 석유 기반의 생분해성 고분자인 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene adipate terephthalate, PBAT)는 지방족 글리콜로서의 1,4-BD(1,4-Butanediol dimethyl terephthalate)와 방향족 성분인 DMT(Dimethyl terephthalate)을 원료로 하여 에스테르반응과 축중합반응을 거쳐 얻어진 중합물로, 생분해성이 우수하다.
이에, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트를 생분해성 접착제의 주요 성분으로 포함시켜 생분해도를 향상시키고자 하는 시도들이 이어져 왔으나, PBAT의 강한 고분자 사슬간의 얽힘(entanglement)에 의한 높은 강성(stiffness)과 타 성분과의 상용성 등 문제로 인하여, 핫멜트 접착제로 활용하기 어려운 문제가 있다.
이에, 본 발명자들은, 강한 고분자 사슬간의 얽힘에 의한 높은 강성과 타 성분과의 상용성이 떨어지는 문제로 인해 핫멜트 접착 조성물로 활용이 어려운, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene Adipate Terephtalate, PBAT)와 고무를 공중합한 공중합체에 아세틸 트리부틸 시트레이트(Acetyl Tributyl Citrate, ATBC), 점착부여수지, 왁스 및 가소성 오일 중 선택되는 1종 이상의 첨가제를 특정 중량부 비로 조합함으로써, KS M ISO 14855-1에 따른 생분해도가 80% 이상이면서 우수한 접착력과 접착 택타임 및 탄성을 나타내는 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene adipate terephtalate, PBAT)와 고무(Rubber)의 공중합체; 아세틸 트리부틸 시트레이트(Acetyl Tributyl Citrate, ATBC); 송진(Rosin)계 및 테르펜(terpene)계 중 선택되는 1종 이상의 점착부여수지(tackifier resin); 왁스(wax) 및 가소성 오일(oil) 중 선택되는 1종 이상의 첨가제; 를 포함하는, 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 제공한다.
일례로, 상기 접착 조성물은, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트와 고무의 공중합체 100 중량부를 기준으로, 아세틸 트리부틸 시트레이트 8 내지 24 중량부, 점착부여수지 80 내지 240 중량부, 왁스 및 가소성 오일 중 선택되는 1종 이상의 첨가제 8 내지 24 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
일례로, 상기 왁스는 파라핀 왁스, 미세결정질 왁스(microcrystalline wax), 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 아마이드 왁스 및 피셔-트롭쉬 왁스(Fischer-Tropsch wax) 중 선택되는 1종 이상일 수 있다.
일례로, 상기 가소성 오일은 파라핀계 오일(Paraffinic oil), 수소 처리(hydrotreated) 또는 탈왁스 처리(Dewaxed)된 화이트 오일 중 선택되는 1종 이상의 석유계 광물유일 수 있다.
일례로, 상기 접촉 조성물의 접착 택타임(Tact Time)은 1초 내지 180초일 수 있다.
일례로, 상기 접착 조성물의 박리 강도는 350 내지 4,000 g/25㎜일 수 있다.
일례로, 상기 접착 조성물의 점도는 500 내지 30,000 cps일 수 있다.
본 명세서에서는, 제1 기재, 제2 기재 및 상기 제1 기재와 제2 기재의 계면에 형성되는 상기 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 포함하는, 일회용 제품을 제공한다.
일례로, 상기 일회용 제품은 펄프 박스, 페트(PET)병용 라벨지, 접착 테이프, 기저귀, 여성용 위생 제품 및 의료용 밴드 중 선택되는 1종 이상의 제품일 수 있다.
본 명세서에서, a) 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene adipate terephtalate, PBAT)와 고무(Rubber)의 공중합체; 아세틸 트리부틸 시트레이트(Acetyl Tributyl Citrate, ATBC); 송진(Rosin)계 및 테르펜(terpene)계 중 선택되는 1종 이상의 점착부여수지(tackifier resin); 및 왁스(wax) 및 가소성 오일(oil) 중 선택되는 1종 이상의 첨가제;를 혼합하여 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 제조하는 단계; b) 상기 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 제1 기재 상에 도포하는 단계; 및 c) 상기 생분해성 핫멜트 접착 조성물이 도포된 제1 기재 상에 제2 기재를 적층하고 열압착하여 접착시키는 단계; 를 포함하는, 일회용 제품의 제조방법을 제공한다.
일례로, 상기 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 제1 기재 상에 도포하는 상기 b 단계는 80 내지 160℃ 온도 범위 내에서 수행되는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 생분해도는 높으나, 강한 고분자 사슬간의 얽힘에 의한 높은 강성과 타 성분과의 상용성이 떨어지는 문제로 인해 핫멜트 접착 조성물로 활용이 어려운, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene Adipate Terephtalate, PBAT)와 고무를 공중합한 공중합체에 아세틸 트리부틸 시트레이트(Acetyl Tributyl Citrate, ATBC), 점착부여수지, 왁스 및 가소성 오일 중 선택되는 1종 이상의 첨가제를 특정 중량부 비로 조합함으로써, 생분해도, 접착력, 접착 택타임 및 탄성도가 우수한 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 생분해성 핫멜트 접착 조성물은, KS M ISO 14855-1에 따른 생분해도가 80% 이상이면서 우수한 접착력과 접착 택타임 및 탄성을 나타낸다. 따라서, 환경오염 문제를 최소화하면서도 펄프 박스, 페트(PET)병용 라벨지, 접착 테이프, 기저귀, 여성용 위생 제품 및 의료용 밴드 등 다양한 1회용 제품 분야에서 널리 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 생분해성 핫멜트 접착 조성물 및 이를 이용하여 일회용 제품을 제조하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 실제 제조된 생분해성 핫멜트 접착 조성물의 실제 사진을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 내용, 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 내용, 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 일반적으로 종래 기술에 따른 핫멜트 접착제 조성물은 생분해성이 없는 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA)를 베이스 폴리머로 하여 제조됨으로써, 환경오염 문제에 취약한 문제가 있었다.
이에, 본 발명자들은 생분해도가 낮은 EVA를 대체하기 위하여, 생분해도가 높은 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)를 핫멜트 접착 조성물에 포함시키되, 강한 고분자 사슬간의 얽힘에 의한 높은 강성과 타 성분과의 상용성이 떨어지는 문제를 해결하기 위하여, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)를 고무와 공중합하여 공중합체로 제조한 다음, 아세틸 트리부틸 시트레이트(Acetyl Tributyl Citrate, ATBC), 점착부여수지, 왁스 및 가소성 오일 중 선택되는 1종 이상의 첨가제를 특정 중량부 비로 조합하는 경우, 생분해도가 높고, 피착체에 대한 우수한 접착력과 빠른 접착 택타임 및 탄성도를 가지는 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 제조할 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 생분해성 핫멜트 접착 조성물에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
생분해성 핫멜트 접착 조성물
본 발명의 일실시예에 따른 생분해성 핫멜트 접착 조성물은, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene adipate terephtalate, PBAT)와 고무(Rubber)의 공중합체; 아세틸 트리부틸 시트레이트(Acetyl Tributyl Citrate, ATBC); 송진(Rosin)계 및 테르펜(terpene)계 중 선택되는 1종 이상의 점착부여수지(tackifier resin); 및 왁스(wax) 및 가소성 오일(oil) 중 선택되는 1종 이상의 첨가제; 를 포함할 수 있다.
폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene adipate terephtalate, PBAT)는 화석연료 기반의 생분해성 폴리머 수지로서, 1,4-부탄디올(1,4-Butanediol), 아디프산(Adipic acid), 테레프탈산(Terephalic acid)의 공중합체이며, 생분해성이 우수하다. 구체적으로, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트는 우수한 인장 및 인열 강도, 일정기간 동안 내구성을 유지하는 특성 및 우수한 가공성을 가지며, 현재 폴리유산(PLA) 개질제, 쇼핑백, 쓰레기 종량제 봉투, 롤백, 종이컵 코팅, 명함, 멀칭 필름, 일회용 제품(위생장갑, 식탁보) 등 다양한 제품에 적용되고 있다. 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트는 본 발명의 핫멜트 접착 조성물의 일 구성으로 포함되어, 종래 EVA를 대체하여 접착 조성물의 물성을 개선하는 한편, 생분해도를 향상시킨다.
한편, 고무(rubber)는 상온에서 고무상(狀) 탄성을 나타내는 사슬 모양의 고분자 물질이나 그 원료가 되는 고분자 물질을 가리키는 것으로, 크게 천연고무와 합성고무로 분류된다. 본 발명에 따른 접착제 조성물에 첨가되는 고무는 천연고무, 부타디엔고무 또는 스티렌 부타디엔 고무 등의 일반 고무를 단독으로 사용할 수도 있고, 또는 접착성 수지의 분산성을 향상시키기 위해 니트릴부타디엔고무, 아크릴 고무 또는 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무 등의 극성고무를 병용하여 사용할 수도 있다. 일례로, 본 발명에서 사용되는 고무는 생분해도 향상을 위한 천연고무일 수 있다. 본 발명의 접착제 조성물에 있어서, 고무는 점착성을 개선하는 한편, 탄성도를 향상시켜 종이, 부직 웹, 직물 웹, 필름 및 탄성 스트랜드를 비롯한 각종 기재에 도포하여 접착 필름 또는 접착 테이프로 가공하기 용이하도록 물성을 개선한다.
본 발명에서 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)와 고무(Rubber)의 공중합체는 상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트와 고무를 1 : 0.3 ~ 0.5 중량부 비로 혼합/공중합 반응시켜 제조한 공중합체일 수 있다.
아세틸 트리부틸 시트레이트(Acetyl tributyl citrate, ATBC)는 무색 무향의 액체로, 물과 유기용매에 녹으며, 비닐 수지용 가소제, 유지 식품에 닿는 수지성 고분자 코팅, 종이/판지로 된 식품 접착 표면의 제조, 프탈레이트 대체 가소제, 식품 랩, 비닐 장난감, 의약품 부형제, 질산 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리비닐 아세테이트의 가소제, 화장품 등 다양한 제품에 적용된다. 한편, 아세틸 트리부틸 시트레이트는 본 발명의 핫멜트 접착 조성물에 포함되는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트가 가진 강한 고분자 사슬간의 얽힘을 완화시키는 일종의 가소제로서 사용되는 것일 수 있다. 구체적으로, 아세틸 트리부틸 시트레이트가 상기 핫멜트 접착 조성물에 포함되는 경우, 고분자 사슬 간 거리를 넓혀 마이크로브라운(microbrownian motion) 운동을 일으키기 쉽게 하는 한편, 유리전이 온도를 낮추어 고분자에 유연성을 부여함으로써, 접착 조성물의 초기 도포 시 기재에 대한 초기 접착성을 증가시키는 역할도 수행할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서 아세틸 트리부틸 시트레이트는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트와 고무의 공중합체 100 중량부를 기준으로, 8 내지 24 중량부, 상세하게는 12 내지 20 중량부, 더욱 상세하게는 16 중량부로 포함되는 것일 수 있다. 아세틸 트리부틸 시트레이트가 상기 중량부 범위로 포함되는 경우, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트 공중합체의 고분자 사슬 간 거리를 효과적으로 넓혀 강한 고분자 사슬간의 얽힘을 완화시켜줌으로써, 핫멜트 접착 조성물로 사용하기 적합한 수준의 강성(stiffness)을 갖도록 하는 한편, 초기 접착 강도 확보 측면에서 기여할 수 있다.
한편, 본 발명의 점착부여수지(tackifier resin)는 접착 조성물의 접착 특성 발현 및 물성 조절을 위해 포함되는 것일 수 있으며, 일례로 로진(Rosin)계 및 테르펜(Terpene)계 수지 중 선택되는 1종 이상 일 수 있다.
로진(Rosin)은 소나무과의 나무가 손상을 입었을 때 분비되는 끈적끈적한 액체인 송진을 정제한 것으로서, 천연 로진은 통상적으로 7 또는 8 로진산 및 다른 부수적인 성분의 혼합물로 이루어지는 것일 수 있다. 로진은 아비에트산를 주성분으로 하며, 네오아비에트산·레포피마르산·히드로아비에트산·피마르산·덱스톤산 등 수지산(樹脂酸)을 함유할 수 있다. 로진은 상업적으로 입수 가능하고 올레오 수지의 분별 증류에 의해(검 로진), 소나무 그루터기의 추출에 의해(우드 로진) 또는 톨유의 분별 증류에 의해(톨유 로진) 얻을 수 있다. 일례로, 본 발명에 의한 생분해성 핫멜트 접착 조성물에 포함되는 로진은 상술한 검 로진, 우드 로진 및 톨유 로진 중 선택되는 1종 이상일 수 있다. 한편, 본 발명에서 로진계 수지는 젖음성(wettability)을 향상시켜, 부착도 및 흡착도를 증가시키므로, 접착 조성물의 접착력 및 접착 택타임을 보다 향상시킨다.
테르펜(Terpene)은 동식물에 널리 분포되어 있는 가연성의 불포화 탄화수소로서, 일반식 (C5H8)n (n≥2)을 갖는 탄수화물 및 이들 유도체를 총칭한다. 한편, 구조 상으로는 이소프렌 분자가 기본 단위인 이소프렌 법칙을 따르고, 식물계에 널리 분포한다. 테르펜은 분자 내 이소프렌(C5H8) 단위체 수에 따라 분류하며, 모노테르펜(C10H16)은 2개, 세스퀴테르펜(C15H24)은 3개, 디테르펜(C20H32)은 4개, 트리테르펜(C30H48)은 6개, 테트라테르펜(C40H64)은 8개의 이소프렌 단위체를 각각 가진다. 테르펜은 향료의 원료나 의약품, 화학공업의 원료로 사용된다. 한편, 본 발명에서 테르펜계 수지는 접착 조성물의 용융 온도와 용융 점도를 감소시키는 한편, 접착 조성물 자체의 강도를 증가시키는 역할을 수행한다.
구체적으로, 본 발명의 생분해성 핫멜트 접착 조성물에, 로진(Rosin)계 및 테르펜(Terpene)계 수지 중 선택되는 1종 이상의 점착부여수지(tackifier resin)를 포함함으로써, 젖음성 및 접착 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 로진계 수지 또는 테르펜계 수지는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트 공중합체와의 상용성이 뛰어나 균일 혼합이 가능하며, 이로 인해 본 발명에 따른 생분해성 핫멜트 접착 조성물이 기재에 도포될 때, 기재에 대한 밀착성 및 접착력이 향상될 수 있다.
본 발명에서 로진(Rosin)계 및 테르펜(Terpene)계 수지 중 선택되는 1종 이상의 점착부여수지(tackifier resin)는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트와 고무의 공중합체 100 중량부를 기준으로, 80 내지 240 중량부, 상세하게는 120 내지 200 중량부, 더욱 상세하게는 160 중량부 포함되는 것일 수 있으며, 점착부여수지가 상기 중량부 비로 포함되는 경우, 접착 조성물을 기재와의 접촉시켰을 때, 충분한 밀착력을 확보하는 동시에, 우수한 접착력 및 접착 택타임을 확보할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서 첨가제로서 왁스 및 가소성 오일 중 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 왁스는 일종의 점도 조절제 역할을 수행할 수 있으며, 본 발명의 일실시예에 따른 왁스는, 파라핀 왁스, 미세결정질 왁스(microcrystalline wax), 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 아마이드 왁스 및 피셔-트롭쉬 왁스(Fischer-Tropsch wax) 중 선택되는 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 왁스는 접착 조성물에 포함되는 기타 고분자 수지들의 용융 온도를 낮추는 동시에, 유동성과 습윤성을 향상시키고, 접착 조성물의 응고 속도를 조절하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 가소성 오일(oil)은 석유계 광물유(mineral oil)일 수 있으며, 석유계 광물유는 원유를 석유로 정제하는 과정에서 생성되는 액체 부산물로서 액체 파라핀이라고도 불리며, 대표적으로 n-알칸을 기반으로 한 파라핀계 오일(paraffinic oil), 시클로알칸을 기반으로 한 나프텐계 오일(Naphthenic oil), 방향족 탄화수소를 기반으로 한 아로마틱계 오일(Aromatic oil)일 수 있고, 본 발명에서 석유계 광물유는 상술한 오일 및 이를 개질한 오일을 모두 포함하는 의미일 수 있다. 또한, 상기 석유계 광물유는 촉매 존재 하에서 수소 처리(Hydrotreated) 및/또는 탈왁스 처리(Dewaxed)에 의해 개질된 화이트 오일일 수 있다.
구체적으로, 수소 처리 및/또는 탈왁스 처리에 의해 개질된 파라핀계 오일(Paraffinic oil)은 수소 처리된 중 파라핀 증류액(Hydrotreated heavy paraffinic distillate; CAS 등록번호 64742-54-7) 또는 수소 처리된 경 파라핀 증류액(Hydrotreated light paraffinic distillate; CAS 등록번호 64742-55-8), 용제-탈왁스화 된 중 파라핀 증류액(Solvent-dewaxed heavy paraffinic distillate; CAS 등록번호 64742-65-0), 용제-탈왁스화 된 경 파라핀 증류액(Solvent-dewaxed light paraffinic distillate; CAS 등록번호 64742-56-9), 수소 처리 및 탈왁스화 된 중 파라핀 증류액(Hydrotreated and dewaxed heavy paraffinic distillate; CAS 등록번호 91995-39-0), 및 수소 처리 및 탈왁스화 된 경 파라핀 증류액(Hydrotreated and dewaxed light paraffinic distillate; CAS 등록번호 91995-40-3)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 왁스 및 가소성 오일 중 선택되는 1종 이상의 첨가제는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트와 고무의 공중합체 100 중량부를 기준으로, 8 내지 24 중량부, 상세하게는 12 내지 20 중량부, 더욱 상세하게는 16 중량부 포함되는 것일 수 있다. 한편, 왁스 또는 가소성 오일과 같은 첨가제가 상기 중량부 비로 포함되는 경우 접착 조성물을 기재와의 접촉시켰을 때, 유동성과 습윤성을 조절하여, 응고 속도를 기재 내지 접착 목적에 따라 조절할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 생분해성 핫멜트 접착 조성물은 산화방지제, 충전재(filler) 등 기타 물성 향상을 위한 추가적인 성분을 더 포함할 수 있다.
일례로, 접착 조성물이 페놀계 산화방지제, 방향족 아민계 산화방지제, 인계 산화방지제 및 유황계 산화방지제로부터 선택된 적어도 1종 이상의 산화방지제를 더 포함하는 경우, 고온 내지 빛에 의한 고분자 사슬 절단 또는 가교 반응을 방지하여, 접착 조성물의 열안정성을 개선할 수 있다.
또 다른 일례로, 접착 조성물이 무기 충전재 내지 유기 충전재를 더 포함하는 경우, 일례로 실리카, 용융 실리카, 클레이, 석고, 탄산칼슘, 황산바륨, 산화알루미나, 산화베릴륨, 탄화규소, 질화규소 등 세라믹류, 알루미늄, 구리, 은, 금, 니켈, 크로뮴, 납, 주석, 아연, 팔라듐, 땜납 등 금속 내지 합금류, 카본 등으로 이루어지는 무기 분말을 1종 이상 사용하는 경우, 접착 조성물의 점도를 증가시켜, 초기 점착에 보다 유리할 수 있다.
이상으로 설명한, 본 발명에 따른 생분해성 핫멜트 접착 조성물은, KS M ISO 14855-1에 따른 생분해도가 80%, 상세하게는 90% 이상일 수 있고, 상기와 같은 높은 생분해 특성으로 인해 접착 조성물이 일정 기간 이후 미생물 등에 의해 자연 분해되므로, 매립, 소각 등 별도의 처리가 요구되지 않아 친환경적이다.
한편, 상기 접착 조성물은 접착 택타임(Tact Time)이 1초 내지 180초, 상세하게는 1초 내지 60초일 수 있고, 인장강도 시험기를 이용한 박리 실험 시 박리 강도가 350 내지 4,000 g/25㎜ 범위를 가질 수 있다. 또한, 상기 본 발명에 따른 생분해성 핫멜트 접착 조성물의 점도는 500 내지 30,000 cps 범위를 나타내는 것일 수 있다. 한편, 접착 조성물이 상기와 같은 특성을 갖는 경우 핫멜트 접착 조성물로 활용하기 적합하다.
한편, 본 발명에 따른 생분해성 핫멜트 접착 조성물은 위생재, 부직포, 포장재, 소비재, 섬유, 가죽, 신발, 가구, 목공재, 운송 제품, 전자 제품, 인쇄/제본 등 다양한 기술 분야에 제한없이 적용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 접착 조성물은 뛰어난 탄성도를 가지고 있어, 접착 필름 또는 접착 테이프에 적용하기 적합하다.
이상으로 설명한 본 발명에 따른 생분해성 핫멜트 접착 조성물의 하나의 사용예로서, 상기 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 이용하여 제조한 일회용 제품에 대하여 아래에서 구체적으로 더 설명한다.
생분해성 핫멜트 접착 조성물을 이용한 일회용 제품
본 발명에 따른 일회용 제품은 제1 기재, 제2 기재 및 상기 제1 기재와 제2 기재의 계면에 형성되는 상기 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 포함하며, 상기 생분해성 핫멜트 접착 조성물은 상술한 바와 같다.
제1 기재 및 제2 기재는 일회용 제품에서 사용되는 기재라면 특별히 제한되지 아니하나, 상기 기재는 일례로 신품 및 재생 크라프트(craft), 고밀도 및 저밀도 크라프트, 칩보드(chipoard), 폴리에틸렌, 마일러(mylar), 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 클로라이드, 에틸렌 비닐아세테이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등 재질일 수 있다. 한편, 본 명세서 내의 용어 "제1" 및 "제2" 등은 상호 구분을 위해 임의로 순번을 지정한 것으로 이해되어야 한다.
한편, 상기 일회용 제품은 산업용 작업복, 의료용 가운, 마스크, 배변 훈련용 팬츠, 수영복, 기저귀, 성인 요실금 제품, 여성용 위생 제품 및 의료용 밴드는 물론, 펄프 박스, 페트(PET)병용 라벨지, 접착 테이프 등일 수 있으며, 보다 상세하게는, 펄프 박스, 페트(PET)병용 라벨지, 접착 테이프, 기저귀, 여성용 위생 제품 및 의료용 밴드 중 선택되는 1종 이상의 제품일 수 있다.
생분해성 핫멜트 접착 조성물을 이용한 일회용 제품 제조방법
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른, 일회용 제품의 제조방법은 a) 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene adipate terephtalate, PBAT)와 고무(Rubber)의 공중합체; 아세틸 트리부틸 시트레이트(Acetyl Tributyl Citrate, ATBC); 송진(Rosin)계 및 테르펜(terpene)계 중 선택되는 1종 이상의 점착부여수지(tackifier resin); 왁스(wax) 및 가소성 오일(oil) 중 선택되는 1종 이상의 첨가제를 혼합하여 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 제조하는 단계; b) 상기 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 제1 기재 상에 도포하는 단계; 및 c) 상기 생분해성 핫멜트 접착 조성물이 도포된 제1 기재 상에 제2 기재를 적층하고 열압착하여 접착시키는 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 a 단계는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene adipate terephtalate, PBAT)와 고무(Rubber)의 공중합체; 아세틸 트리부틸 시트레이트(Acetyl Tributyl Citrate, ATBC); 송진(Rosin)계 및 테르펜(terpene)계 중 선택되는 1종 이상의 점착부여수지(tackifier resin); 왁스(wax) 및 가소성 오일(oil) 중 선택되는 1종 이상의 첨가제;를 혼합하고, 니더 루더, 압출기, 믹싱 롤, 밴버리 믹서 등 공지의 혼합 장치를 이용하여 80 내지 160 ℃ 온도 범위 내에서 균일하게 혼합하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 아니한다.
다음으로, b 단계는 상기 제조된 핫멜트 접착 조성물을 연화점 이상으로 가열하여 용융된 상태로 제1 기재에 도포하는 것으로서, 80 내지 160 ℃ 온도 범위 내에서 수행될 수 있다. 한편, 상기 도포는 용융 상태로 핫멜트 접착 조성물을 분사하는 장치 내지 코팅하는 장치를 이용하여 수행될 수 있으며, 일례로, 글루건 등 분사하는 형태의 비접촉 방식으로 또는 슬롯 코터 등을 이용하여 기재 상에 직접 도포하는 접촉 방식으로 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 아니한다.
다음으로, c 단계는 상기 생분해성 핫멜트 접착 조성물이 도포된 제1 기재 상에 제2 기재를 적층하고 열압착하여 접착시켜 수행될 수 있으며, 구체적으로, 상기 b 단계의 도포 이후, 제2 기재를 도포된 접착 조성물 상에 적층하고 압착 롤러 등을 이용하여 압력을 가하거나, 냉각시킴으로써 접착 조성물을 경화시켜 수행될 수 있다.
한편, 상술한 핫멜트 접착 조성물은 일례로 핫멜트 도공법, T 다이법, 인플레이션법, 캘린더 성형법, 및 라미네이션법 등을 이용하여 시트상이나, 필름상으로 제조한 후, 가열 용융하여 사용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 아니한다.
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 내용, 작용 및 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.
제조예
아래 표 1과 같은 조성(중량부 비)로 접착 조성물을 제조하였다. 구체적으로, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)와 고무(Rubber)를 1 : 0.4 중량부 비로 공중합하여 얻은 공중합 수지, 아세틸 트리부틸 시트레이트(ATBC) 수지, 점착부여수지로서 로진 수지 또는 테르펜 수지, 파라핀 왁스(Shell GTL Sarawax SX 105, EVONIK)를 아래 조성비로 Brabender mixer에 첨가하여 160 ℃ 온도에서 2시간 혼합하여 접착 조성물을 제조하였다.
성분 실시예 1-1 실시예 1-2 비교예 1 비교예 2
EVA - - 30 -
PBAT+Rubber
공중합체
30 30 - 35
ATBC 5 5 5 -
로진 50 - 50 50
테르펜 - 50 - -
왁스 15 15 15 15
Total (중량부) 100 100 100 100
[실험: 접착 조성물의 상세 물성 측정]
1. 점도 측정
실시예 및 비교예에 따라 제조된 접착 조성물을 160 ℃ 온도에서 용융시켜 샘플을 채취한 후, BROOKFIELD DV TYPE 점도계를 사용하여 10rpm, 4spindle을 사용하여 점도를 측정하였다. 시료의 양은 200g으로 하여 측정에 사용하였다.
2. 접착 택타임 측정
실시예 및 비교예에 따라 제조된 접착 조성물을 160 ℃ 온도에서 용융시켜 샘플을 채취한 후, glass 위에 약 5g 떨어뜨리고, 표면이 경화되는 시간을 측정하였다. 구체적으로 손끝으로 만져 손에 묻어나지 않는 시간을 표시하며, 분위기 조건은 온도 25 ℃, 습도 50% 조건에서 측정하였다.
3. 수상 내 접착성
실시예 및 비교예에 따라 제조된 접착 조성물을 160 ℃ 온도에서 용융시켜 3 X 3 X 0.5 ㎝ 폴리에틸렌테레프탈레이트 재질의 제1 기재 및 제2 기재 사이에 도포 및 접착시켜 시편을 제조하고, 이를 물 500ml에 1시간 침지시킨 후, 꺼내여 기재의 박리정도를 육안 관찰하여 점수로 평가하였다. 총 100개의 시편을 시험하여, 박리되지 않은 제품의 개수를 나타내었다.
4. 박리 강도 측정
실시예 및 비교예에 따라 제조된 접착 조성물을 160 ℃ 온도에서 용융시켜 크라프트 재질의 제1 기재 및 제2 기재 사이에 도포 및 접착시켜 시편을 제조하고, 인장 강도 시험기를 이용하여 25℃에서 박리 강도를 측정하였다. 인장 강도 시험기의 한 쪽 지그를 제조된 시편에 고정된 상태에서 지그를 300 ㎜/min의 속력으로 잡아당겨 가해지는 박리 강도를 10회 반복 측정하여 평균값을 구하였다.
5. 도포 균일성 측정
실시예 및 비교예에 따라 제조된 접착 조성물을 160 ℃ 온도에서 용융시켜 크라프트 재질의 기재에 도포하여 시편을 제조하고, 핫멜트 접착 조성물이 기재에 균일하게 도포되는지 여부를 육안으로 관찰하여 도포 균일성을 평가하였다. 이 때, 총 100개의 크라프트 재질의 기재에 도포하여, 스프레이 공정 시 필라멘트 형성 없이 접착 조성물이 기재에 균일하게 도포된 크라프트 재질의 기재 개수를 나타내었다.
6. 생분해도 측정
생분해도를 측정하기 위해 실시예 및 비교예들의 시편을 준비하고, KS M ISO 14855-1에 따라 60일 경과 후 생분해도를 측정하였다.
성분 점도
(cps)
접착 택타임
(s)
접착성
(개)
박리 강도
(g/25 ㎜)
도포 균일성
(개)
생분해도
(%)
실시예 1-1 8,800 16 90 76.4±3.2 88 87
실시예 1-2 8,200 17 92 75.3±2.5 84 86
비교예 1 2,500 24 85 71.3±4.5 76 53
비교예 2 29,400 31 64 67.4±2.2 80 80
상기 표 2의 결과를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예의 경우, 비교예들 대비 접착력, 접착 택타임 및 도포 균일성 등 여러가지 물성 측면에서 동등 내지 그 이상의 우수한 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있었으며, 특히, 종래 사용하던 EVA를 대체함으로써, 생분해도 측면에서도 우수한 특성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예의 경우, 접착 조성물 내에 고무를 포함함으로써, 매우 우수한 탄성도를 가져, 접착 필름 또는 접착 테이프 제품에 활용하기 적합한 것을 확인할 수 있었다.

Claims (11)

  1. 생분해성 핫멜트 접착 조성물로,
    상기 조성물은 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene adipate terephtalate, PBAT)와 고무(Rubber)의 공중합체; 아세틸 트리부틸 시트레이트(Acetyl Tributyl Citrate, ATBC); 송진(Rosin)계 및 테르펜(terpene)계 중 선택되는 1종 이상의 점착부여수지(tackifier resin); 및 왁스(wax) 및 가소성 오일(oil) 중 선택되는 1종 이상의 첨가제; 를 상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트와 고무의 공중합체 100 중량부를 기준으로, 아세틸 트리부틸 시트레이트 12 내지 20 중량부, 점착부여수지 120 내지 200 중량부, 왁스 및 가소성 오일 중 선택되는 1종 이상의 첨가제 12 내지 20 중량부로 포함하고,
    상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트와 고무의 공중합체는 상기 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트와 고무를 1 : 0.3 ~ 0.5 중량부 비로 공중합 반응시켜 제조한 공중합체이며,
    상기 조성물은,
    8,200 내지 30,000 cps의 점도;
    1초 내지 180초의 접착 택타임(Tact Time); 및
    350 내지 4,000 g/25㎜의 박리강도;
    를 만족하는 것이며,
    상기 점도는 상기 조성물을 160 ℃ 온도에서 용융시켜 샘플을 채취한 후, 브룩필드 디브이 타입(BROOKFIELD DV TYPE) 점도계를 사용하여 10rpm, 4 스핀들(spindle)의 조건에서 측정한 것이고,
    상기 접착 택타임은 상기 조성물을 160 ℃ 온도에서 용융시켜 샘플을 채취하여 유리 위에 5g 떨어뜨린 후 표면이 경화되어 손에 묻어나지 않는 시간을 측정한 것이며,
    상기 박리 강도는 상기 조성물을 160 ℃ 온도에서 용융시켜 크라프트 재질의 제1 기재 및 제2 기재 사이에 도포 및 접착시킨 후, 인장 강도 시험기의 한 쪽 지그를 제조된 시편에 고정된 상태에서 지그를 300 ㎜/min의 속력으로 잡아당겨 가해지는 박리 강도를 측정한 것인, 생분해성 핫멜트 접착 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 왁스는 파라핀 왁스, 미세결정질 왁스(microcrystalline wax), 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 아마이드 왁스 및 피셔-트롭쉬 왁스(Fischer-Tropsch wax) 중 선택되는 1종 이상인, 생분해성 핫멜트 접착 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가소성 오일은 파라핀계 오일(Paraffinic oil), 수소 처리(hydrotreated) 또는 탈왁스 처리(Dewaxed)된 화이트 오일 중 선택되는 1종 이상의 석유계 광물유인, 생분해성 핫멜트 접착 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착 조성물의 접착 택타임(Tact Time)은 1초 내지 60초인, 생분해성 핫멜트 접착 조성물.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 기재, 제2 기재 및 상기 제1 기재와 제2 기재의 계면에 형성되는 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 포함하는, 일회용 제품.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 일회용 제품은 펄프 박스, 페트(PET)병용 라벨지, 접착 테이프, 기저귀, 여성용 위생 제품 및 의료용 밴드 중 선택되는 1종 이상의 제품인, 일회용 제품.
  10. a) 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(Polybutylene adipate terephtalate, PBAT)와 고무(Rubber)의 공중합체; 아세틸 트리부틸 시트레이트(Acetyl Tributyl Citrate, ATBC); 송진(Rosin)계 및 테르펜(terpene)계 중 선택되는 1종 이상의 점착부여수지(tackifier resin); 및 왁스(wax) 및 가소성 오일(oil) 중 선택되는 1종 이상의 첨가제;를 혼합하여 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 제조하는 단계;
    b) 상기 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 제1 기재 상에 도포하는 단계; 및
    c) 상기 생분해성 핫멜트 접착 조성물이 도포된 제1 기재 상에 제2 기재를 적층하고 열압착하여 접착시키는 단계; 를 포함하는, 일회용 제품의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 생분해성 핫멜트 접착 조성물을 제1 기재 상에 도포하는 상기 b 단계는 80 내지 160℃ 온도 범위 내에서 수행되는, 일회용 제품의 제조방법.
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