KR100929196B1 - 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼 및 그를 이용한용도 - Google Patents

강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼 및 그를 이용한용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼 및 그를 이용한 용도에 관한 것이다.
본 발명의 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 폴리이소시아네이트 및 폴리올로 이루어진 원료조성물을 혼합 반응하는 우레탄 반응 공정에, 강도개선용 조성물을 액상으로 첨가함으로써, 반응하는 조성물간의 섞이는 정도(혼화성)이 향상되어, 상기 강도개선용 조성물의 기능성을 극대화한 것으로서, 나아가 본 발명의 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 건축자재용 및 자동차용 방음재 또는 단열재에 유용하게 활용될 수 있다.
폴리우레탄, 폴리에테르, 액상, 방음재, 단열재

Description

강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼 및 그를 이용한 용도{POLYETHER POLYURETHANE FOAM WITH IMPROVED STRENGTH AND USE USING THEM}
본 발명은 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼 및 그를 이용한 용도에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 본 발명은 폴리이소시아네이트 및 폴리올로 이루어진 원료조성물을 혼합 반응하는 우레탄 반응 공정에, 강도개선용 조성물을 액상으로 첨가하여 반응하는 조성물간의 혼화성을 극대화하여, 상기 기능성을 효율적으로 구현하게 한 폴리에테르계 폴리우레탄 폼 및 상기 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 이용한 건축자재용 및 자동차용 방음재 또는 단열재에 관한 것이다.
우레탄 결합(Urethane Bond)은 활성 수산기 (-OH)를 갖고 있는 알콜과 이소시아네이트기(-N=C=O)를 갖고 있는 이소시아네이트가 부가중합 반응 (Addition Polycmrization Reaction)에 의해 반응열을 발생시키면서 형성된다. 즉, 1개 이상의 이소시아네이트기(NCO Group)를 가지고 있는 이소시아네이트류와 1개 이상의 수산기(-OH)를 갖는 알콜류를 다관능기 (Polyfunctional)라고 하며 관능기가 적정조건 하에서 고온의 열을 발산시키면서, (-NHCOO-)의 구조를 가진 화합물질을 생성시키는데 이것을 우레탄 결합(Uolyurethanc)이라고 하고, 1000이상의 분자가 결합된 것을 폴리우레탄(Polyurethane) 이라고 한다.
대표적인 우레탄계 합성고무에는 스판덱스가 있으며, 우레탄계 합성고무에는 연질, 반경질, 경질 등의 폴리에스테르계와 폴리에테르계로 구분된다.
폴리에스테르계 폴리우레탄 폼은 프로필렌글리콜과 에틸렌글리콜을 아디프산과 반응시켜 폴리에스테르로 만들고, 양단에 OH기를 가진 분자량 3,000까지의 것을 나프탈렌-1, 5-디이소시안산으로 우레탄화시킴과 동시에 고분자로 만든 것이다. 이러한 방법으로 제조된 폴리에스테르계 폴리우레탄 폼은 연질경질의 차이에 따라 조금씩 다르지만 폴리에테르계 폴리우레탄 폼보다 저발포성 재질이다. 따라서, 폴리에스테르계 폴리우레탄 폼은 인장력과 경도가 높고 완성제품에 주로 쓰인다.
반면에, 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 고발포성 재질로서, 각종 분야에서 광범위하게 사용되는 중요한 재료이고, 그의 적용 분야는 보다 확대될 것으로 전망된다. 따라서, 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 품질 개선이 항상 요구되어 왔다. 또한, 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 상이한 성질들의 개선이 상이한 적용 분야에 따라 요구되고 있다. 일례로서, 열가소성 엘라스토머로서 사용되는 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 높은 탄성율, 뛰어난 저온 특성, 적은 영구 압축 변형, 그로부터 제조된 최종 성형된 제품에 대한 뛰어난 표면 감촉 및 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 함유하는 코팅 조성물의 실용상 사용시 편리성을 나타낼 것이 요구된다. 유사하게, 연질폼(foam) 및 경질 폼, RIM (Reaction Injection Molding: 반응 사출 성형) 제품, R-RIM (강화(Reinforced) 반응 사출 성형) 제품, 코팅 조성물, 접착제, 결합제, 밀봉제, 섬유 가공재(fiber stock), 인조 피혁 및 기타 광범위한 종류의 폴리 우레탄 제품에 관련된 산업 분야 및 폴리우레탄 우레아 제품과 관련된 기타 각종 산업 분야에서, 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 성질에 대한 개선이 요구되어 왔다. 특히, 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 내오존성ㆍ내마모성이 좋은 합성고무가 되며, 자동차 타이어 제조에도 사용되며, 가정에서 사용되는 침구 매트리스도 폴리에테르계 폴리우레탄에 기포가 들어 있는 우레탄폼이 이용된다.
그러나, 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 발포가 많이 형성되어 경량의 제품 생산이 가능하고, 경량이면서 가공성형성이 우수하여 활용범위가 넓은 장점에도 불구하고, 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 인장력이 취약하여 쉽게 깨어지거나 스폰지와 같이 주저앉거나 잘 부스러지는 단점이 있다.
이에, 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 장점을 극대화하되, 상기 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 단점 특히, 인장강도를 개선하고자 다양한 노력이 시도되어 왔다.
폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 주원료로서 폴리이소시아네이트, 고분자량 디올 및 저분자량 디올로부터 제조되며, 주로 고분자량 디올로 구성된 소프트 세그먼트 및 주로 폴리이소시아네이트 및 저분자량 디올로 구성된 하드 세그먼트(hardsegment)를 갖는 블록 공중합체이다. 이러한 구조로 인하여, 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 고무 탄성을 나타낸다.
폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 화학 조성, 중합체 블록의 길이 및 이차 및 삼차 구조는 주로 사용된 폴리이소시아네이트 및 고분자량 디올의 유형에 따라 달라지며, 최종 폴리에테르계 폴리우레탄 폼 생성물의 물리적 성질에 큰 영향을 미친다.
일반적으로, 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 단점을 보완하기 위하여, 우레탄 결합 반응시, 폴리이소시아네이트와 폴리올을 혼합 반응공정 상에, 원하는 기능성 첨가제, 그의 일례로 음이온, 난연제 등을 첨가하여 발포시키는 방법이 수행되어 왔다.
그러나, 상기 첨가제의 형태가 고체 형태 또는 파우더 형태로 첨가하여 강제 혼합 반응하여 제조되므로, 우레탄 원료조성물과 첨가제와의 혼화성이 없거나, 극히 일부만이 혼합 또는 반응하여 기대하는 물성을 얻을 수 없는 문제가 발생한다.
이에, 본 발명자들은 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 문제점을 해소하고자 노력한 결과, 종래 첨가제 첨가 후 강제 혼합 믹싱하는 방법이 아닌, 우레탄 반응공정에 조성물간 효율적인 혼화 방법으로 반응시켜, 강도를 개선시킨 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 제조함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 우레탄 반응공정에 강도개선용 조성물을 액상으로 첨가하여 기능성이 효율적으로 구현되도록 한 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 이용한 건축자재용 및 자동차용 방음재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 이용한 단열재를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리이소시아네이트 및 폴리올로 이루어 진 원료조성물을 혼합 반응하는 우레탄 반응 공정에, 액상의 강도개선용 조성물이 첨가되어 발포된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 제공한다.
본 발명의 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 상기 원료조성물 100 중량부에 대하여, 강도개선용 액상 조성물 30 내지 70 중량부가 첨가되어 발포된 것이다.
이때, 본 발명의 강도개선용 액상 조성물은 액상 고무, 액상 폴리에스테르, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer, 이하 "EVA"라고 한다) 액상 및 폐비닐 액상으로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 1종 이상을 사용한다.
더욱 구체적으로 상기 액상 조성물은 상기 고무, 폴리에스테르, EVA 및 폐비닐로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 1종 이상의 소재가 유기용매에 용해된 액상 조성물이며, 상기 유기용매로는 석유유래 유기용매 또는 메틸에틸케톤이 사용된다.
이때, 본 발명의 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 상기 폼의 내부 셀을 상기 강도개선용 조성물이 캡슐화하여 강도를 개선한 것이다.
본 발명은 폴리이소시아네이트 및 폴리올로 이루어진 원료조성물이 우레탄 반응하면서 발포하는 시점에, 액상의 강도개선용 조성물을 추가 첨가하여 우레탄 반응 공정을 수행하고, 건조 및 경화하는 것으로 이루어진 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 제조방법은 상기 강도개선용 조성물이 폴리이소시아네이트 또는 폴리올에서 선택되는 어느 하나의 원료조성물에 먼저 혼합된 후 우레탄 반응 공정이 수행되는 방법을 포함한다.
이때, 사용된 강도개선용 조성물은 고무, 폴리에스테르, EVA 및 폐비닐로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 1종 이상의 소재가 석유유래 유기용매 또는 메틸에틸케톤에서 선택되는 유기용매에 용해되어 제조되며, 원료조성물 100 중량부에 대하여, 강도개선용 조성물이 30 내지 70 중량부 첨가된다.
본 발명은 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 이용한 건축자재용 및 자동차용 방음재를 제공한다.
상기 건축자재용 방음재로는 종래 석고용 보도를 대체하여 사용가능하며, 구체적으로는 주거 공간 내 층간방음재, 사무용 공간내 층간방음용 칸막이, 방음매트 및 음악실 방음용 패널 중에서 선택되는 하나의 분야에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 이용한 단열재를 제공한다.
본 발명은 폴리이소시아네이트 및 폴리올로 이루어진 원료조성물을 혼합 반응하는 우레탄 반응 공정에, 강도개선용 조성물을 액상으로 첨가하여 기능성을 효율적으로 구현하도록 함으로써, 종래 폴리에테르계 폴리우레탄 폼에 취약한 물성인 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 제공할 수 있다.
나아가, 본 발명은 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 이용하여 건축자재용 및 자동차 방음재 또는 단열재로서 유용하게 활용할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 폴리이소시아네이트 및 폴리올로 이루어진 원료조성물을 혼합 반응하는 우레탄 반응 공정에, 강도개선용 조성물을 액상으로 첨가하여 발포된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 제공한다.
본 발명의 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 기능성분을 액상으로 첨가하여, 우레탄 반응 공정에 사용되는 폴리이소시아네이트 및 폴리올과의 혼화성을 향상시킴으로써, 최종 폴리에테르계 폴리우레탄 폼에 기능성을 효율적으로 구현하도록 한다.
본 발명의 기능성분은 종래 폴리에테르계 폴리우레탄 폼에 단점으로 지적된 취약한 물성인 강도를 개선하기 위한 소재라면 특별한 제한 없이 선택할 수 있으나, 본 발명에서 사용되는 바람직한 소재는 고무, 폴리에스테르, EVA 및 폐비닐로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 1종 이상을 사용한다.
더욱 바람직하게는 본 발명에서 사용되는 강도개선용 조성물은 상기 고무, 폴리에스테르, EVA 및 폐비닐로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 1종 이상의 소재가 유기용매에 용해된 액상 조성물인 것을 특징으로 한다.
액상 조성물의 제조방법은 완전히 용해 상으로 얻을 수 있다면, 통상의 방법에서 제한 없이 선택 수행될 수 있다. 일례로, 높은 온도의 로(furnace)에서 용융시키는 방법을 사용하거나, 뜨거운 공기를 이용하여 녹이는 방법이 사용될 수 있다. 가장 바람직하게는, 상기 고무, 폴리에스테르, EVA 및 폐비닐로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 1종 이상의 소재를 석유유래 유기용매 또는 메틸에틸케톤에 충분히 용해시켜 제조된 용액을 사용하는 것이다. 석유유래 유기용매라 함은 톨루엔, 벤젠, 석유 에테르를 사용한다.
본 발명에서 사용되는 액상 고무는 라텍스 원액을 구입하여 사용할 수 있으며, EVA 액상 역시 상용되는 제품을 사용한다. 다만, 폴리에스테르 액상화 또는 폐비닐 액상화는 상기 방법에서 선택하여 제조한다.
액상 고무는 강도개선에 효과적이며, 천연소재로서 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 이용한 최종 제품의 품질을 높일 수 있어 바람직하다.
EVA(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer)는 폴리에틸렌과 폴리비닐아세테이트의 공중합으로 제조된 고분자 화합물로서, 종래 폴리스티렌 등의 폴리머에 대한 환경규제가 심각해지면서 이를 대체하기 위한 방법으로 비교적 환경친화적인 고분자 물질로 평가되는 물질이다. 또한, EVA는 열 가소성이면서, 강도 개선에 효과적이다. 이러한 성질을 이용하여 현재 EVA는 가방뿐 아니라 신발창, 포장재 등의 소재로도 널리 사용되고 있다.
본 발명의 우레탄 반응 공정에 혼합되어 강도를 개선하는 다른 일례로는 폴리에스테르가 있으며, 특히, 폐비닐은 폴리에스테르의 장점을 활용하면서 자원재활용의 경제성이 있으며, 유기용매에 충분히 용해시켜 여과액으로 준비된 폐비닐 액상은 폴리에스테르 소재의 성질로 인해 본 발명의 우레탄 반응 공정에 혼합하여 우수한 혼화성으로 반응함으로써, 강도를 개선한다.
또한, 본 발명의 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 조성물간의 혼화성을 최적화하기 위하여, 상기 원료조성물 100 중량부에 대하여, 강도개선용 액상 조성물이 30 내지 70 중량부, 더욱 바람직하게는 30 내지 50 중량부로 첨가되는 것이다.
이때, 강도개선용 액상 조성물이 30 중량부 미만이면, 최종 폴리에테르계 폴리우레 탄 폼에 구현하고자 하는 강도 개선효과가 미흡하고, 70 중량부를 초과하면, 원료조성물과 강도개선용 액상 조성물이 섞이는 정도가 불량하여 첨가량 대비 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 특징은 폴리이소시아네이트 및 폴리올간의 경화속도를 조절하고 혼합과정에서 원료조성물과 강도개선용 조성물을 액상으로 혼합하여 조성물간의 효율적인 혼합을 구현하여 발포되도록 한, 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 제공하는 것이다.
이때, 우레탄 반응의 경화속도는 통상 우레탄 반응과정에 사용되는 에테르계, 에스테르계, 엘라스토머 등에서 선택되는 촉매에 따라 조절할 수 있음은 당업자라면, 당연히 이해될 것이다. 더욱 구체적으로는, 폴리이소시아네이트 및 폴리올로 이루어진 원료조성물에 있어서, 폴리이소시아네이트의 함량이 증가할수록 경화속도는 느려지고, 폼이 작아지고 딱딱해지는 반면, 폴리올의 함량이 증가할수록 경화속도는 빨라지고, 폼이 커지고 부드러워진다.
이에, 본 발명은 폴리이소시아네이트 및 폴리올로 이루어진 원료조성물이 우레탄 반응하면서 발포하는 시점에, 액상의 강도개선용 조성물을 추가 첨가하여 우레탄 반응 공정을 수행하고, 건조 및 경화하는 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 제조방법을 제공한다.
이때, 본 발명의 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 제조방법은 강도개선용 액상 조성물을 반응공정 별로 투입 단계를 조절하여 제조할 수 있다.
그 바람직한 실시형태로서, 폴리이소시아네이트 및 폴리올을 혼합한 후, 강도개선용 액상 조성물을 첨가하여 우레탄 반응 공정을 수행하는 것이다.
즉, 도 1에서 보이는 바와 같이, 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 형상을 확인할 수 있다. 따라서, 폴리이소시아네이트 및 폴리올로 이루어진 원료조성물이 우레탄 반응하는 공정에서 발포되는 시점에, 액상의 강도개선용 조성물을 첨가함으로써, 상기 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 내부 셀에 강도개선용 조성물이 둘러싸게 되므로 강도 개선을 구현하는 것이다.
이때, 원료조성물과 강도개선용 조성물간의 혼화성을 높이기 위하여, 통상의 우레탄 반응 공정에 사용되는 촉매를 사용하여, 폴리이소시아네이트 및 폴리올간의 경화속도를 늦추면서, 첨가되는 강도개선용 액상 조성물과의 혼화성을 극대화시킨다. 상기 폴리에테르 우레탄 형성 성분은 적당한 혼합기, 또는 바람직하게는 압출기의 존재 하에 용융 중합된다.
또한, 우레탄 발포기계는 폴리올 라인과 이소시아네이트 라인으로 별도의 순환체인을 형성하고 있다가 금형에 주입하기 위해 지정된 버튼을 누르면 혼합통에서 인펠라가 돌면서 혼합통에 지정된 양으로 원액들이 들어올 때, 믹싱하게 한다.
상기에서, 액상의 강도개선용 조성물의 투입단계는 폴리이소시아네이트 및 폴리올로 이루어진 원료조성물이 우레탄 반응 시, 발포가 완료된 시점이 아닌, 발포 시점에 첨가하는 것이다. 이때, 액상의 강도개선용 조성물이 첨가되면, 제조된 우레탄 발포 폼의 내부 셀을 캡슐화하기에 유리하다.
본 발명의 바람직한 또 다른 실시형태로서, 통상의 우레탄 반응 초기공정인 폴리이소시아네이트 또는 폴리올의 원료조성물 각각에 강도개선용 조성물을 혼합한 후, 통상의 우레탄 반응을 수행하는 것이다.
디이소시아네이트의 적합한 공정 또는 중합반응 출발 온도는 100 내지 200℃이며, 바람직하게는 100 내지 150℃에서 수행한다. 다양한 성분들을 반응시키고 본 발명의 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 형성하기 위한 적합한 혼합 시간은 통상 2 내지 10분, 바람직하게는 3 내지 5분이 소요된다.
원료조성물의 일성분인 폴리이소시아네이트는 지방족 디이소시아네이트를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 방향족 디이소시아네이트를 사용하는 것이다. 다만, 가교를 일으키는 다작용성 이소시아네이트 화합물, 즉 트리이소시아네이트 등은 사용하지 않는다.
폴리이소시아네이트의 바람직한 함량은 일반적으로 이용되는 다양한 이소시아네이트 모두의 전체 몰을 기준으로 4 몰% 미만, 바람직하게는 2 몰% 미만이다. 디이소시아네이트는 약 4 내지 20개, 바람직하게는 약 6 내지 16개의 탄소 원자를 함유할 수 있다. 지방족 디이소시아네이트의 일례로는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 메틸렌 비스(4-시클로헥실이소시아네이트), 1,4-시클로헥실 디이소시아네이트(CHDI) 등을 포함한다. 더욱 바람직한 방향족 디이소시아네이트의 일례로는 1,4-디이소시아나토벤젠(PPDI), 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트(NDI), 크실렌 디이소시아네이트(XDI), 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI)의 이성질체, 4,4'-메틸렌비스(페닐이소시아네이트), 이것의 이성질체 또는 올리고머(집합적으로 MDI로 공지되어 있다)가 포함되며, 4,4'-메틸렌비스(페닐이소시아네이트), 이것의 이성질체 또는 올리고머가 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 4,4'-메틸렌비스(페닐이소시아네이트, MDI)에 한정하여 설명한다.
종래 인장강도가 취약하여 쉽게 부서지는 반면에, 본 발명에서 우레탄 반응 공정에 강도개선용 조성물을 액상으로 첨가하여 수행하여 제조된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 경량의 특성은 유지하면서도 가혹한 외부충격에 의해서도 깨어지거나, 함몰현상이 발견되지 않았다.
본 발명의 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 경량이면서 열가소성 엘라스토머로서 높은 탄성율, 뛰어난 저온 특성, 적은 영구 압축 변형, 그로부터 제조된 최종 성형된 제품에 대한 뛰어난 표면 감촉을 유지한다. 또한, 종래 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 취약한 단점인 강도가 개선됨으로써, 석고용 보드 대체용도로 활용할 수 있다.
이에, 본 발명의 상기 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 이를 이용한 건축자재용 및 자동차용 방음재로서의 용도를 제공한다.
상기 건축자재용 방음재라 함은 아파트 등의 다가구 주거 공간 내 층간방음재, 사무용 공간내 층간방음용 칸막이, 방음매트 및 음악실 방음용 패널 중에 선택 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 종래 발포된 오픈 셀의 표면에 강도개선용 조성물이 코팅되므로, 폴리에테르계 폴리우레탄 폼 고유의 경량을 유지하면서도 물에 대한 내성이 확보되는 것으로서, 본 발명의 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 목재 대체용 폴리우레탄으로 적합하며, 부력재로서 사용되어 배 소재 또는 인공섬 소재로서 사용이 가능하다.
나아가, 본 발명은 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 이용한 단열재로 서의 용도를 제공한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
폴리프로필렌 글리콜(이하 "폴리올"이라 한다)에 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(이하 "MDI"이라 한다)를 먼저 동량으로 혼합하여 80℃에서 교반 가열하였다. 이때, 상기 MDI가 폴리올에 함유되어 있는 물과 반응하여 발포 가스(CO2)가 발생되면서 폴리우레탄 폼이 형성되었다. 이후, 상기 발포 가스가 생성되는 시점에 상기 원료조성물에 대하여 라텍스(폴리이소프렌) 원액을 30중량부 투입하고 추가 교반하고, 80℃에서 10분 동안 건조하였다. 이후 경화공정을 거쳐 경질의 발포성 재질의 폴리우레탄 폼을 제조하였다.
이때, 폴리올 및 MDI가 반응하여 폴리우레탄 생성 및 발포시점에 라텍스 원액을 넣고 제조된 폴리우레탄은 적외선 분광기(일본 시마즈사)를 이용하여 단계별로 생성물을 확인하였다.
< 실시예 2>
상기 폴리우레탄 폼의 제조단계에서, 원료조성물 100중량부에 대하여, 라텍스(폴리이소프렌) 원액을 50중량부를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하 게 수행하였다.
<실시예 3>
상기 폴리우레탄 폼의 제조단계에서, 원료조성물 100중량부에 대하여, 라텍스(폴리이소프렌) 원액을 70중량부를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
< 비교예 1>
상기 폴리우레탄 폼의 제조단계에서, 원료조성물 100중량부에 대하여, 라텍스(폴리이소프렌) 원액을 100중량부를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1에서 라텍스 원액의 첨가 없이, 상기 실시예 1과 동일하게 우레탄 반응을 수행하여 폴리우레탄 폼을 제조하였다.
<실시예 4>
폴리에스테르를 메틸에틸케톤에 충분히 용해시킨 액상의 폴리에스테르액을 준비하고, 상기 라텍스 원액 대신에 첨가하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
<실시예 5>
액상의 EVA를 상기 라텍스 원액 대신에 첨가하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
<실시예 6>
폐비닐 200g을 준비하고 물로 세척한 후, 메틸에틸케톤 200㎖에 함침하여 충분히 용출시킨 다음, 90분 동안 교반하고 여과하였다. 여액을 농축하여 폐비닐 액상을 상기 라텍스 원액 대신에 첨가하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
<실시예 7>
폴리올 성분과 라텍스 원액을 동량으로 혼합한 후, MDI를 첨가하여 실시하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
< 실험예 1> 표면측정
상기 실시예 1에서 제조된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼에 대하여, 주사전자현미경을 이용하여 표면을 관찰하였다.
도 1은 본 발명의 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 표면을 1000배 확대한 사진으로서, 안정한 폼 형상이 유지되었음을 확인하였다.
< 실험예 2> 경도측정
상기 실시예 1 내지 7에서 제조된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼에 대하여, 경도를 측정하였다.
측정방법은 우레탄 반응 공정에 액상의 강도개선용 조성물을 첨가하여 제조된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 바닥에 놓고, 85㎏ 체중의 성인남성이 해머로 15회 강타한 결과, 종래 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 인장력이 취약하여 3회 이내에 완전 분쇄되는 반면, 본 실시예에서 제조된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 깨어지지 않았으며, 마치 목재의 경우처럼 망치로 맞은 폼 표면과 바닥에 닿은 부분 일부만 쓰 러진 형상일 뿐, 폴리에테르계 폴리우레탄 폼 자체가 파괴되거나 함몰되지 않았다.
반면에, 원료조성물 100중량부에 대하여, 라텍스 원액 100중량부를 사용한 비교예 1의 경우, 혼화성이 저하되어 폼 제작이 어려웠다.
또한, 라텍스 원액의 추가 첨가 없이 제조된 비교예 2의 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 상기와 동일한 가혹조건을 실시할 경우, 3회 이내에 폴리에테르계 폴리우레탄 폼 전체가 파괴되었다.
이후, 본 발명에서 제조된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 물에 띄어본 결과, 일반 스티로폼과 같이 물에 가볍게 뜨는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 발포가 많이 형성되어 경량의 제품생산이 가능하므로, 종래 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 특성은 유지하면서도 가혹한 충격 조건하에서도 깨어지거나 함몰되지 않았다. 이에, 본 발명의 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼은 부력재로서 사용되어 건축자재용으로 사용할 수 있고, 이러한 경우 무게의 하중을 줄일 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은
첫째, 폴리이소시아네이트 및 폴리올로 이루어진 원료조성물을 혼합 반응하는 우레탄 반응 공정에, 강도개선용 조성물을 액상으로 첨가하여 반응하는 조성물간의 혼화성을 극대화하여, 종래 폴리에테르계 폴리우레탄 폼에 취약한 물성인 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 제공하였다.
둘째, 종래의 반응공정에서 기능성 조성물을 액상화하여 첨가하는 것만으로 원하는 기능성을 구현할 수 있으므로 경제적이고 용이하게 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 제공하였다.
셋째, 본 발명의 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 이용함으로써, 목재대체용으로 사용할 수 있다. 나아가, 부력재로서 사용되어 건축자재용으로 사용할 경우 무게의 하중을 줄일 수 있다. 상기 건축자재용도로는 주거 공간 내 층간방음재, 사무용 공간내 층간방음용 칸막이, 방음매트 및 음악실 방음용 패널로 이루어진 군에서 선택되는 건축자재용 방음재로서 유용하다.
넷째, 본 발명의 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 이용함으로써, 자동차용 방음재로서 유용하게 활용할 수 있다.
다섯째, 본 발명의 강도가 개선된 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 이용함으로써, 단열재로서 유용하게 활용할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 본 발명의 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.

Claims (10)

  1. 폴리이소시아네이트(-N=C=O) 및 분자의 말단에 -OH기를 2개이상 가진 폴리올로 이루어진 원료조성물을 혼합 반응하는 우레탄 반응 공정에,
    고무, 폴리에스테르, EVA 및 폐비닐로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 1종 이상의 소재가 석유유래 유기용매 또는 메틸에틸케톤에서 선택되는 유기용매에 용해된 강도개선용 조성물이 액상으로 투입되도록 하되, 상기 원료조성물 100 중량부에 대하여, 강도개선용 조성물 30 내지 70 중량부이 첨가되어 발포된 것을 특징으로 하는 폴리에테르계 폴리우레탄 폼.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 강도개선용 조성물이 상기 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 내부 셀을 캡슐화한 것을 특징으로 하는 상기 폴리에테르계 폴리우레탄 폼.
  5. 폴리이소시아네이트(-N=C=O) 및 분자의 말단에 -OH기를 2개이상 가진 폴리올로 이루어진 원료조성물이 우레탄 반응하면서 발포하는 시점에,
    상기 원료조성물 100 중량부에 대하여, 고무, 폴리에스테르, EVA 및 폐비닐로 이루어진 군에서 선택되는 단독 또는 1종 이상의 소재가 석유유래 유기용매 또는 메틸에틸케톤에서 선택되는 유기용매에 용해된 강도개선용 액상 조성물 30 내지 70 중량부를 추가 첨가하여 우레탄 반응 공정을 수행하고, 건조 및 경화하는 것을 특징으로 하는 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 강도개선용 액상 조성물이 폴리이소시아네이트(-N=C=O) 및 분자의 말단에 -OH기를 2개이상 가진 폴리올에서 선택되는 어느 하나의 원료조성물에 먼저 혼합된 후 우레탄 반응 공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 상기 폴리에테르계 폴리우레탄 폼의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항의 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 이용한 것을 특징으로 하는 건축자재용 및 자동차용 방음재.
  10. 제1항의 폴리에테르계 폴리우레탄 폼을 이용한 것을 특징으로 하는 단열재.
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