KR100768244B1 - 내화 무독성 발포단열재의 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연소시 유해가스가 발생되지 않아 친환경적이고, 물성이 우수한 내연 무독성 발포단열재의 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 관능기가 2 내지 6인 전분당류 또는 전분당알콜류 50 내지 77 중량 %와, 유기정포제 3 내지 8 중량 %와, 촉매 2 내지 8 중량 %와, 무기물 내화충진재 15 내지 26 중량 %로 조성된 레진프리믹스를 3 내지 8중량 %의 물을 발포제로 하여 반응제인 폴리이소시아네이트와 반응시키는 내화 무독성 발포단열재의 조성물에 관한 것이다.
이와 같은 내화 무독성 발포단열재의 조성물은 천연소재인 전분당류 및 전분당알콜류를 주성분으로 한 것으로써 유독가스가 발생되지 아니하고, 화재에 대하여 안정성을 가지며, 또한 주입식 또는 분무용으로 사용이 용이할 뿐 아니라 연속식 가공 공정에서도 사용이 용이한 발포단열재를 제공할 수 있다.
내화, 무독성, 발포단열재, 천연소재, 전분당류, 전분당알콜류

Description

내화 무독성 발포단열재의 조성물 { The Compositon of Foamed Material which is Fireproof and Non-toxic }
본 발명은 연소시 유해가스가 발생되지 않아 친환경적이고, 물성이 우수한 내연 무독성 발포단열재의 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 관능기가 2 내지 6인 전분당류 또는 전분당알콜류 50 내지 77 중량 %와, 유기정포제 3 내지 8 중량 %와, 촉매 2 내지 8 중량 %와, 무기물 내화충진재 15 내지 26 중량 %로 조성된 레진프리믹스를 3 내지 8중량 %의 물을 발포제로 하여 반응제인 폴리이소시아네이트와 반응시키는 내화 무독성 발포단열재의 조성물에 관한 것이다.
폴리우레탄 수지는 폴리에스테르 폴리올 또는 폴리에테르 폴리올의 단독 또는 이들의 혼합물에 발포제, 정포제, 촉매 등을 혼합하여 조성되는 액상의 원료에 폴리이소시아네이트를 반응시켜 얻어지는 물질로서 단열재, 경량구조재, 흡음재 등으로 사용할 수 있는 매우 유용한 고분자 재료이다. 이러한 폴리우레탄 수지의 활용분야는 대부분 건축자재, 자동차, 가정용품 등의 일상생활과 밀접하게 연관되어 있어 그 안정성이 중요한 요소가 된다.
그런데, 폴리우레탄 수지는 단열성능, 기계적 강도 등이 우수하고, 치수 안 정성 등의 특성을 갖고 있음에도 불구하고 연소시에는 유독가스가 발생할 뿐 아니라 화재에도 취약한 문제점을 갖고 있기 때문에, 그 사용에 있어 제한을 받고 있는 실정이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 폴리우레탄 수지의 난연성에 관한 다양한 연구가 시도 및 진행되어 오고 있다. 또한 최근 새로 지은 건물의 건축자재나 벽지 등에서 나오는 유해물질로 인한 새집증후군 등과 관련하여서 친환경적 건축자재 사용이 증가하면서 폴리우레탄 수지 합성을 위한 구성 성분이 중요하게 인식되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하고 새로이 그 중요성이 인식되고 있는 점들을 반영하기 위한 본 발명은 폴리우레탄 수지를 합성 구성성분으로서 천연소재인 전분당류 또는 전분당알콜류를 사용하여 화재시에 유독가스가 발생 되지 않고, 또한 화재에 대하여 안정성을 갖는 내화 무독성 발포단열재의 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 관능기가 2 내지 6인 전분당류 또는 전분당알콜류 50 내지 77 중량 %와, 유기정포제 3 내지 8 중량 %와, 촉매 2 내지 8 중량 %와, 무기물 내화충진재 15 내지 26 중량 %로 조성된 레진프리믹스를 3 내지 8중량 %의 물을 발포제로 하여 반응제인 폴리이소시아네이트와 반응시키는 내화 무독성 발포단열재의 조성물을 제공한다.
상기 전분당류는 효소로 전분을 가수분해하여 정제 농축하여 얻은 것으로서 포도당, 말토스, 올리고당, 물엿 등에서 1종을 선택하여 사용하거나, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전분당류인 것을 특징으로 하는 내화 무독성 발포단열재의 조성물을 제공한다.
또한 상기 전분당알콜류는 상기 전분당류에 고압의 수소를 첨가하여 환원시킨 관능기(-OH : 수산기)가 2 내지 6개인 솔비톨, 말티톨, 환원올리고당, 환원 물엿 등에서 1종을 선택하여 사용하거나, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전분당알콜류인 것을 특징으로 하는 내화 무독성 발포단열재의 조성물을 제공한다.
본 발명은 상기한 바의 전분당류 및 전분당알콜류에 물리적 성질을 개선하는 첨가제를 처방한 레진프리믹스와 반응제인 폴리이소시아네이트를 부가반응시켜서 가교반응을 일으키고 이때 발생하는 이산화탄소 가스가 발포 형성 중의 기포로서 단열재 내부에 포함된 상태로 응고되어 만들어지는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에서 사용하는 정포제, 촉매, 발포제는 그 종류 및 투입량의 조절로 폴리우레탄 수지의 결합구조 및 발포체의 셀 구조형태 조정을 할 수 있다.
이하 본 발명의 내화 무독성 발포단열재의 조성물에 대하여 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 하기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변형 실시될 수 있다.
실시예 1-4
조성 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
전분당(물엿) 100(61.7%) 100(57.5%)
전분당알콜(솔비톨) 100(61.7%) 100(57.5%)
정포제 10(6.2%) 10(5.7%) 10(6.2%) 10(5.7%)
3급 암모늄염촉매 5(3.1%) 5(2.9%) 5(3.1%) 5(2.9%)
3급 아민촉매 5(3.1%) 5(2.9%) 5(3.1%) 5(2.9%)
증류수 10(6.2%) 10(5.7%) 10(6.2%) 10(5.7%)
수산화알루미늄 20(12.3%) 20(12.3%)
멜라민 12(7.4%) 12(6.9%) 12(7.4%) 12(6.9%)
폴리인산암모늄 20(11.5%) 20(11.5%)
펜타에리스리톨 12(6.9%) 12(6.9%)
합 계 162(100%) 174(100%) 162(100%) 174(100%)
전분당류는 전분을 효소에 의하여 가수분해시킨 후에 정제농축하여 얻어진 것으로 pH 4.5 ~ 7인 식품용 포도당, 말토스, 올리고당, 물엿 등을 사용할 수 있다. 전분당알콜류는 솔비톨, 말티톨, 환원올리고당, 환원 물엿 등을 사용할 수도 있다. 상기 전분당류와 전분당알콜류는 상기의 나열된 것 중 1종을 선택하여 사용할 수 있을 뿐 아니라 2종 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택적으로 사용할 수 있다.
상기 전분당류 및 전분당알콜류에는 물을 3 ~ 20 중량%를 추가하여 점도를 낮출 수 있으며, 이때 사용되는 물은 상기 전분당류 및 전분당알콜류에 함수된 물과 동일하게 발포제로 역할을 한다. 그러나 20 중량% 이상을 사용하게 되면 발포단열재의 표면이 부스러지거나 셀이 균일하지 못하여 물성이 저하되는 경향을 보인다.
실시예 1과 2에서는 수분함량이 20% 이하인 점성이 강한 일반 식품용 물엿을 사용하여 표면에 광택을 부여하고, 높은 용융온도로 물성과 난연성이 향상된 발포단열재를 제조할 수 있다.
실시예 3과 4에서는 수분흡수가 강한 특성이 있는 수분함량 30% 이하의 식품용 솔비톨을 사용하여 유연성이 향상되고 발포성이 증대된 발포단열재를 제조할 수 있다.
정포제는 셀 형성용으로 사용되는 것으로 비이온성 정포제, 실리콘 정포제, 비실리콘 정포제 중 1종을 선택하여 사용할 수 있을 뿐 아니라 이들의 조합으로부터 선택 사용할 수도 있으며, 실시예에서는 실리콘 정포제인 폴리실록산 중합체를 사용하였다. 정포제로서 전분당류는 전분을 효소에 의하여 가수분해시킨 후에 정제농축하여 얻어진 것으로 pH 4.5 ~ 7인 식품용 포도당, 말토스, 올리고당, 물엿 등을 사용할 수 있다. 전분당알콜류는 솔비톨, 말티톨, 환원올리고당, 환원 물엿 등 을 사용할 수 있다. 상기 전분당류와 전분당알콜류는 상기의 나열된 것들을 단독 또는 조합으로 이루어진 군으로부터 선택적으로 사용할 수 있다.
상기 전분당류 및 전분당알콜류에는 물을 3 ~ 20 중량%를 추가하여 점도를 낮출 수 있으며, 이때 사용되는 물은 상기 전분당류 및 전분당알콜류에 함수된 물과 동일하게 발포제로 역할을 한다. 그러나 20 중량% 이상을 사용하게 되면 발포단열재의 표면이 부스러지거나 셀이 균일하지 못하여 물성이 저하되는 경향을 보인다.
상기 정포제는 셀 형성을 위하여 사용되는 것으로 비이온성 정포제, 실리콘 정포제, 비실리콘(non-silicone) 정포제가 있으며, 이들 중 1종을 선택하여 사용하거나 이들의 조합으로부터 선택하여 사용할 수 있다. 상기 실시예에서는 실리콘 정포제인 폴리실록산 중합체를 사용하였는데, 상기 폴리실록산 중합체는 3 ~ 8 중량% 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하며 3 중량% 이하 일 경우에는 발포단열재의 셀이 균일하지 못하거나 표면이 부스러질 수 있다.
상기 촉매는 폴리우레탄 발포를 위하여 사용하는 것으로서 통상의 것이 사용되는 촉매의 어느 것이라도 사용할 수 있으나, 반응활성화와 발포속도 촉진을 위하여 3급 또는 4급 암모늄염 촉매 중에서 1 종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 상기 촉매는 2 ~ 8중량 %를 사용하는 것이 바람직하며, 2 중량 % 미만일 경우에는 반응이 지연되어서 발포 밀도가 불량하게 되고, 8 중량 %를 초과하여 사용하는 경우에는 반응이 너무 빠르게 진행될 뿐 아니라 반응열이 증가하여 내부 셀이 균일하지 못하게 된다.
상기 난연제는 통상적인 것을 사용할 수 있고, 유독가스 발생을 억제하기 위해서는 무기물을 사용하는 것이 바람직하나, 팽창흑연, 펜타에리스리톨, 폴리인산암모늄, 멜라민, 수산화 알루미늄 등의 유기물 및 무기물에서 1종을 선택하여 사용하거나 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택하여 사용할 수 있다.
상기 실시예들에 사용되는 조성물들을 교반기에 넣고 500 ~ 2000 rpm으로 10분 이상 혼합하여 폴리이소시아네이트를 전분당류 및 전분당알콜류의 당량 비율로이액형 혼합 주입장치를 이용하여 주입하여 발포단열재를 형성시킨 결과는 다음과 같다.
조성 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예4
Cream Time 2 ~ 3 초 2 ~ 3 초 2 ~ 3 초 2 ~ 3 초
Gel Time 3 ~ 5 초 3 ~ 5 초 3 ~ 5 초 2 ~ 3 초
발포비율 20 ~ 30 배 10 ~ 20 배 30 ~ 40 배 15 ~ 25 배
잔염 2 ~ 3 초 0 2 ~ 3 초 0
상기의 Cream time과 Gel time을 늦추기 위해서는 촉매의 선택과 사용량의 조절을 통해서 작용시간과 발포비율의 조절이 가능하다.
상술한 바와 같은, 실시예들에서 알 수 있듯이 천연소재의 사용과 유, 무기물 난연제의 혼용을 통해서 적절한 특성의 물성과 난연특성을 얻을 수 있고, 발열량을 현저하게 낮출 수 있다. 또한 유독가스의 발생을 원천적으로 제거한 무독성 단열재의 제조가 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 내화 무독성 발포단열재의 조성물에 따라 제조된 발포단열재는 천연소재인 전분당류 및 전분당알콜류를 주성분으로 한 것으로 유독가스가 발생되지 아니하며 화재에 대하여 안정성을 갖는다.
또한, 주입식 또는 분무용으로 사용이 용이할 뿐 아니라 연속식 가공 공정에서도 사용이 용이하다.

Claims (3)

  1. 내연 무독성 발포단열재의 조성물에 있어서,
    관능기가 2 내지 6인 전분당류 또는 전분당알콜류 50 내지 77 중량 %와, 유기정포제 3 내지 8 중량 %와, 촉매 2 내지 8 중량 %와, 무기물 내화충진재 15 내지 26 중량 %로 조성된 레진프리믹스를 3 내지 8중량 %의 물을 발포제로 하여 반응제인 폴리이소시아네이트와 반응시키는 내화 무독성 발포단열재의 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전분당류는 효소로 전분을 가수분해하여 정제 농축하여 얻은 것으로서 포도당, 말토스, 올리고당, 물엿 중에서 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전분당류인 것을 특징으로 하는 내화 무독성 발포단열재의 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전분당알콜류는 상기 전분당류에 고압의 수소를 첨가하여 환원시킨 관능기가 2 내지 6개인 솔비톨, 말티톨, 환원올리고당, 환원 물엿 중에서 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 전분당알콜류인 것을 특징으 로 하는 내화 무독성 발포단열재의 조성물.
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