KR100981440B1 - 수경화성 폴리우레탄 수지 및 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수경화성 폴리우레탄 수지 및 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트에 관한 것으로서, 상세하게는 폴리올 성분과 방향족 디이소시아네이트를 포함하는 폴리우레탄 화합물, 촉매, 소포제, 윤활제, 석고가 포함되는 것을 특징으로 하는 수경화성 폴리우레탄 수지와 이를 이용한 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트의 강도가 증가되고 장시간의 보관시 발생하는 수지의 쏠림현상이 개선되는 이점이 있다.

폴리우레탄, 수경화성, 부목

Description

수경화성 폴리우레탄 수지 및 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트 {Water-curable polyurethane and sprint for orthopedice}

본 발명은 수경화성 폴리우레탄 수지 및 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트에 관한 것이다.

일반적으로 신체의 골절 및 근육의 손상 또는 염좌 등의 부상에는 환부를 지지하기 위하여 정형외과용 캐스팅 시트가 사용되며, 상기 캐스팅 시트의 재료들은 굴곡진 부위를 쉽게 성형하기 위하여 유연성이 있어야 하고 2차 부상을 막기 위하여 기계적 강도가 충분히 유지되어야 한다.

이러한 캐스팅 시트는 종래에는 석고로 만든 석고붕대를 사용하였으나, 석고는 시술이 불편하고 무게가 무거워 환자에 부담을 줄 뿐만 아니라 공기투과성이 좋지않아 땀이나 병균의 번식의 문제가 있으며, 엑스선(X-ray)투과성이 나쁘기 때문에 진료의 진행상황을 정확하게 파악하기 어려운 문제점이 있었다.

따라서 최근에는 석고붕대의 단점을 보완하기 위하여, 유리섬유 기재와 같은 유연성이 있는 지지체에 수경화성 폴리우레탄 수지를 도포시켜 제조한 캐스팅 시트가 사용되고 있다. 이와 같은 수경화성 폴리우레탄 수지는 물과 반응하여 경화되므 로, 수경화성 폴리우레탄 수지를 이용한 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트은 석고 붕대와 동일한 방법으로 물에 침지한 후 빼내어 환자의 골절 부위에 사용되며 일정 시간 후에 딱딱한 상태로 경화되어 골절 부위를 고정하게 된다.

하지만 상기 캐스팅 시트를 장시간 보관시, 부목의 강도가 저하되고 시간이 경과하거나 또는 하절기 등의 온도가 높이 올라갔을 때에는 섬유의 지지체에 도포된 폴리우레탄 수지가 흐름성이 좋아지게 되어 흘러내리게 된다. 그리고, 한쪽으로 흘러내린 수지가 굳어지게 되면, 시술시 잘 풀리지 않고, 색상이 있는 부목은 색상의 불균일성을 가져오게 되어 외관이 보기 싫게 되는 문제점이 있다.

이러한 수지의 쏠림현상을 막기 위하여 수지 내에 실리카와 같은 표면적이 큰 무기물 미세 입자들이 고정재로 첨가된다. 하지만 고정재의 첨가에도 불구하고 수지의 쏠림현상은 여전히 발생할 뿐만 아니라 고정재로 널리 쓰이는 실리카의 경우, 제품의 전량이 수입되고, 원가가 높은 단점이 있다.

또한 상기 캐스팅 시트는 수지의 접착성에 의하여 시술시 불편한 단점이 있어 윤활성을 개선하기 위해 윤활제로 미네랄 오일 등이 사용되었으나, 경화를 시키기 위해 물에 침지시킬 경우에는 친유성 윤활제의 특성으로 부목의 표면에 결로 현상이 일어난다. 이로 인하여 시술시에 환자에게 불편한 감을 줄 뿐만 아니라 미생물의 번식으로 인해 위생상태가 악화되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 물과 반응하여 경화되는 석고가 고정재로 포함되어 강도가 증가되는 수경화성 폴리우레탄 수지를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 석고가 포함된 수경화성 폴리우레탄 수지가 지지체 상에 도포되어 수지의 쏠림현상이 개선되도록 한 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 의한 수경화성 폴리우레탄 수지는,

폴리올 성분과 방향족 디이소시아네이트를 포함하는 폴리우레탄 화합물;

상기 폴리올 성분과 방향족 디이소시아네이트 반응에 사용되는 촉매;

상기 폴리올 성분과 방향족 디이소시아네이트 반응시 생기는 기포를 제거하는 소포제;

상기 폴리우레탄 화합물에 윤활성을 부여하는 윤활제; 및 물과 반응하여 경화되는 석고가 포함된다.

또한, 상기 석고는 수경화성 폴리우레탄 수지의 전체 중량부에 대하여 0.5wt% ~ 10wt%를 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 석고는 알파반수석고와 베타반수석고가 포함되며, 상기 알파반수석고는 석고 총함량의 10wt% ~ 50wt%로 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 석고는 알파반수석고 또는 베타반수석고가 포함된다.

그리고 본 발명에 의한 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트는,

상기의 수경화성 폴리우레탄 수지를 편직물로 구성된 지지체에 도포하여 형성된다.

또한 상기 지지체는 유리섬유 또는 폴리에스테르 섬유로 구성된 편물, 직물 ,부직포 중 어느 하나를 포함한다.

또한 상기 지지체는 유리섬유 또는 폴리에스테르 섬유로 라셀편성한 편물로 된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 수경화성 폴리우레탄 수지 내에 고정재로 석고를 사용함으로써 석고가 액상의 폴리우레탄 수지의 활성도를 떨어뜨리고 온도변화에 대한 영향을 줄인다. 이로 인하여 캐스팅 시트의 장기 보관시 수지가 쏠리는 현상이 감소되는 이점이 있다.

그리고 본 발명에서는 폴리우레탄 수지에 석고가 포함됨으로써 석고가 윤활제의 역할을 하여 기존의 윤활제를 대체 혹은 감소시켜 사용할 수 있게 되는 이점이 있다.

또한 본 발명에서는 폴리우레탄 수지에 석고가 포함됨으로써 석고가 수분과 결합하여 강도를 증가시키게 됨으로써 캐스팅 시트로서의 강도를 보강하게 되는 이점이 있다.

또한 공지의 폴리우레탄 수지에 사용하고 있던 실리카와 같은 고정재는 원가가 비싸고, 전량 수입하고 있으므로 본 발명에 의해 석고로 대체됨으로써 원가절감 과 국산화에 이바지하는 효과를 갖게 된다.

본 발명의 수경화성 폴리우레탄수지 및 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트에 대해서 아래에서 상세히 설명하고자 한다.

수경화성 폴리우레탄 수지는 주성분으로 폴리올과 방향족 디이소시아네이트를 포함하는 화합물로 상기 두 성분을 반응시켜서 얻어지는 말단에 이소시아네이트기가 포함되어 물과 반응하여 경화하게 된다.

또한 상기 수경화성 폴리우레탄 수지에는 캐스팅 시트로 사용되기 위하여 상기 폴리올 성분과 방향족 디이소시아네이트 반응의 촉매와 반응시 생기는 기포를 제거하는 소포제와 수경화성 폴리우레탄 수지에 윤활성을 부여하는 윤활제와 상기 수경화성 폴리우레탄 수지의 흐름성을 개선시키는 고정재 그리고 상기 수경화성 폴리우레탄 수지의 장시간 보관시 변형을 막아주기 위한 안정제 등을 포함하게 된다.

상기 수경화성 폴리우레탄 수지의 주성분 중 하나인 폴리올로서는, 에테르형 폴리올, 에스테르형 폴리올 등에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용될 수 있으며, 바람직하게는 폴리에테르디올과 폴리에테르 트리올을 혼합하여 사용한다. 그리고 상기 폴리올의 평균 분자량으로서는 약 200∼4000정도의 것이 바람직하다. 분자량 200이하에서는 강성이 커서, 딱딱하고 약한 성질로 되고, 분자량 4000이상에서는 강성이 작아 고정재로서의 강도가 부족한 일이 있다. 필요에 따라서 상기 폴리올은 폴리프로필렌글리콜(PPG), 비스페놀계 디올(BP,BPE) 등을 적절히 혼합해서 이용될 수 있다.

상기 방향족 디이소시아네이트에는 디페닐메탄디이소시아네이트, p-페닐렌디이소시아네이트 및 이들의 카르보디이미드 변성 폴리이소시아네이트 등이 사용될 수 있다. 이들은 단독 또는 2종이상 조합해서 사용될 수 있다.

말단에 이소시아네이트기를 갖는 폴리우레탄 수지의 프리폴리머를 얻기 위한, 폴리올과 디이소시아네이트의 배합비율은 통상 폴리올 1당량당 디이소시아네이트 2∼5당량, 바람직하게는 2.5∼5당량으로 한다.

상기 수경화성 폴리우레탄 수지에는 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트의 저장 중에 섬유로부터 우레탄 수지의 흐름을 방지하는 고정재로 석고가 포함된다. 상기 석고는 분말상의 반수석고를 말하며, 알파반수석고와 베타반수석고로 분류된다.

상기 알파반수석고는 습식제조법으로 제조되며, 가압수증기법 또는 가압수용액절충법으로도 제조되며, 물을 더해서 경화시에 적은 물로 큰 강도를 얻을 수 있는 반면 원가가 비싸다. 그리고 베타반수석고는 상압하소법과 같은 건식제조법으로 제조되며, 경화시에 물의 양이 알파반수석고보다 많이 필요하고 강도는 약하나 원가가 낮다.

수경화성 폴리우레탄 수지 내에 고정재로써 알파반수석고와 베타반수석고가 혼합되어 포함되거나 알파반수석 또는 베타반수석고 중 어느 하나가 포함되어 사용한다. 상기 알파반수석고와 베타반수석고를 혼합하여 사용할 경우 알파반수석고는 총석고함량의 10wt% ~ 50wt%로 포함된다. 이때 상기 알파반수석고의 함량이 10 wt% 이하의 경우는 강도가 약하며 50 wt% 이상일 경우는 강도는 충분히 발현되나 원가가 상승하게 된다.

그리고 고정재로 사용되는 석고는 폴리우레탄 수지의 0.5wt% ~ 10wt%를 가지는 것이 바람직하며, 0.5wt% 이하의 경우 충분하게 고정재의 역할을 못 하게 되며 10wt% 이상의 경우는 수경화성 폴리우레탄 수지의 접착강도를 감소시키게 된다.

점착성과 윤활성을 개선하기 위한 윤활제로서 본 발명에서는 도데실 디페닐술폰산 나트륨을 사용하며, 필요에 따라서는 공지의 오일류, 나트륨 라우릴 술페이트 등을 사용할 수 있다. 상기 윤활제는 수경화성 폴리우레탄 수지의 1wt% ~ 5wt%의 양을 함유하게 된다. 윤활제의 함량이 1wt% 미만이면 윤활특성이 너무 낮아 사용할 수 없고, 5wt%를 초과하여 사용할 때에는 윤활성은 좋으나 과잉에 의해 접착강도를 낮게 만들어 압축강도가 나빠진다.

촉매로서는 이미 공지된 것을 비롯하여 다양한 종류의 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 디몰포리노디에틸에테르(DMDEE)를 사용할 수 있다. 촉매는 상기 수경화성 폴리우레탄 수지의 약 0.1wt% ~ 1wt%의 양을 함유시키는 것이 바람직하다. 촉매량이 0.1wt% 이하에서는 경화시간이 느린 문제가 있고, 촉매량이 1wt%를 초과하면 너무 빠르게 경화되어 작업상의 문제가 있으며, 장기간의 저장안정성이 낮은 문제가 있다.

안정제로서는 공지의 벤조일클로라이드, 메탄술폰산, p-톨루엔술폰산 등을 사용할 수 있으며, 단독 혹은 2종이상 혼합해서 이용할 수 있다. 안정제의 사용량은 촉매의 사용량에 따라 다르지만, 소량 첨가하게 된다.

소포제로서는 폴리디메틸실록산을 사용하였다.

상기와 같이 구성되는 수경화성 폴리우레탄 수지는 지지체에 도포되어 캐스 팅 시트로 사용될 수 있다.

상기 지지체는 유연하며, 인장강도가 높고, 폴리우레탄 수지 조성물에 대해 비반응성인 소재로 구성된다. 재료로는 유리섬유, 아라미드섬유, 폴리에스테르섬유, 폴리올레핀섬유, 폴리아미드섬유, 폴리아크릴섬유, 레이온섬유, 면섬유 등을 이용한 편물, 직물, 부직포가 있다. 특히 유리섬유나 폴리에스테르섬유의 집합체(실)를 이용해서 라셀 편성한 편물이 바람직하며, 두께는 약 0.1 ∼ 5㎜정도로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트는 저장안정성이 유지되도록 공기 및 수분으로 보호된 알루미늄 봉투에서 보관되고, 사용시 꺼내어 상온의 물속에 잠시 담근 후 골절 및 근육 손상의 부위에 감고, 적절한 형태를 유지하기 위하여 손으로 문질러서 신체부위와 유사한 모양을 만들어 사용하게 된다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

수경화성 폴리우레탄 수지 및 이를 이용한 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트 제조

실시예 1

수경화성 폴리우레탄 수지의 제조방법의 첫 단계는 한국 폴리올사의 KONIX PP-1000 300g과 윤활제로서 도데실 디페닐디술폰산 나트륨 28.8g을 40℃에서 교반후, 디페닐메탄디이소시아네트 (Diphenylmethanediisocyanate, 미합중국 다우 케미칼사의 ISONATE 2143 LK)557.7g과 폴리프로필렌글리콜(Polypropyleneglycol, 폴리프로필렌글리콜 말단 글리세린 (Glycerine started polypropylene glycol, 미합중국 ARCOL사의 LG-650) 34.5g, 고정재로서 석고 4.7g, 소포제로서 폴리디메틸실록산 (Polydimethylsiloxane, 미합중국 다우코닝사의 ANTIFOAM-A) 10.8g을 고루 섞어 교반한 다음 100℃의 중탕액을 공급하여 내부 온도를 1.0℃/min.속도로 가열하면서 교반하였다.

두 번째 단계는 내부 온도가 80 ~ 90℃일 때 가열을 중단하고 반응용기를 밀봉한 후 내부 온도를 0.5℃/min.속도로 중탕 냉각했다. 세 번째 단계는 내부 온도가 42℃일 때 냉각을 중단하고 수경화성 반응 촉매로서 DMDEE 12.3g을 넣고, 고루 섞일 때까지 교반한 후 안정제로서 MSA 0.5g을 추가로 용기에 넣어 교반하여 수경화성 폴리우레탄 수지를 얻었다.

반응시 습도는 전 반응과정을 통하여 상대습도 0.5％(실내 온도 32℃, 0.17g수분/㎥공기) 이하로 유지시켰다.

상기 제조 완료된 수지는 폴리에스테르섬유를 라셀편성한 편물에 도포하여 캐스팅 시트를 만들었다. 이때 캐스팅 시트에 대한 수경화성 폴리우레탄 수지의 도포량은 52 wt.％였다.

비교예 1

수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트는 실시예 1에서 고정재로 사용한 석고 대신 실리카를 4.7g을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 제조하였다.

실시예 2

수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트는 실시예 1에서 지지체로 폴리에스테르섬유를 라셀편성한 편물 대신 유리섬유로 라셀편성한 편물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 제조하였다.

비교예 2

수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트는 실시예 2에서 고정재로 사용한 석고 대신 실리카를 4.7g을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2와 같은 방법으로 제조하였다.

특성 시험과 시험 결과

1. 압축강도 시험

압축강도 시험의 샘플은 실시예 1,2 및 비교예 1,2에 의해 제조한 각각의수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트을 길이 30cm로 3겹을 겹쳐 물에 15초 함침시키고 빼내어 과다한 물을 제거한 다음 시간이 경화하여 완전히 경화된 상태를 취하였다. 압축강도의 시험은 KSM 3015의 방법으로 행하였다. 결과는 표1에 나타낸 바와 같이 폴리에스테르 섬유의 편물을 지지체를 사용한 실시예 1과 비교예 1의 경우 압축강도가 각각 2352N과 1607N의 나타내어 수경화성 폴리우레탄 수지에 석고를 포함하면 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트의 압축강도가 증가됨을 알 수 있었다. 그리고 유리섬유의 편물을 지지체를 사용한 실시예 2과 비교예 2의 경우 압축강도가 각각 1686N과 1470N의 나타내어 수경화성 폴리우레탄 수지에 석고를 포함하면 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트의 압축강도가 증가됨을 알 수 있었다.

2. 신장율 시험

샘플은 실시예 1,2 및 비교예 1,2에 의해 제조한 각각의 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트를 일정한 크기로 절단하여 채취하였다. 신장율 시험은 식품의약품안전청 고시 제 2000-29호의 방법으로 실시하였다. 시험결과는 표 1에 나타낸 바와 같이 폴리에스테르 섬유의 편물을 사용한 실시예 1과 비교예 1의 경우 각각 38.6% 와 37.9%의 신장율을 보였으며, 유리섬유를 사용한 실시예 2와 비교예 2의 경우 각각 32.7%와 31.6%의 신장율을 보였다.

표1

	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
압축강도(N)	2352	1686	1607	1470
신장율(%)	38.6	32.7	37.9	31.6

3. 수지 흐름성 시험

시험 방법은 실시예 1 과 비교예 1에 의한 같은 길이의 편직물과 같은 무게의 수지로 제조한 각각의수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트을 지름 15mm 플라스틱 봉에 고정된 상태로 70℃ oven에서 보관하며, 일주일 후에 모습을 측정하도록 하는 것이다. 도 1은 비교예 1의 수지 흐름성 시험 사진이고, 도 2는 실시예 1의 수지 흐름성 시험 사진이다. 도 2를 도 1과 비교하면 도 1는 도 2에 비하여 전체적인 형상에서 캐스팅 시트의 표면에 폴리에스테르 편물보다는 수지로 덮혀있는 형상을 나타내고 있으며 도 1의 A부분을 2의 A'부분과 비교하면 도 1의 A부분에서 수지가 흘러내려 편물은 보이지 않고 수지만 보이는 부분을 확인할 수 있었다. 이의 결과로 석고를 포함한 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트에서 수지의 흐름성이 개선되어 쏠림현상을 줄일 수 있게 된다.

시험 결과

상기 시험 1의 결과에 의하면, 비교예 1과 비교예 2에서보다 실시예 1과 2를 통한 석고를 포함한 수경화성 폴리우레탄 수지를 이용한 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트가 물과 반응하고 경화된 뒤의 압축강도가 증가하였다. 상기 시험 2의 결과에 의하면, 비교예 1과 비교예 2에서보다 실시예 1과 2를 통한 석고를 포함한 수경화성 폴리우레탄 수지를 사용한 경우 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트의 신장율이 더 높은 결과를 보여주었다. 상기 시험 3의 결과로 석고를 포함한 수경화성 폴리우레탄 수지를 사용한 경우 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트의 수지 쏠림 현상이 개선되었다.

석고를 포함한 수경화성 폴리우레탄 수지를 사용하는 경우 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트가 장시간 보관시 안정되며, 환자에 적용할 경우 신장율의 증가에 따른 환부에 밀착력이 증가하며, 경화 후에는 압축강도의 증가로 부목의 안전성이 향상되게 된다.

도 1은 본 발명에서의 비교예 1의 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트 사진이다.

도 2는 본 발명에서의 실시예 1의 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트 사진이다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 폴리올 성분과 방향족 디이소시아네이트를 포함하는 폴리우레탄 화합물; 상기 폴리올 성분과 방향족 디이소시아네이트 반응에 사용되는 촉매; 상기 폴리올 성분과 방향족 디이소시아네이트 반응시 생기는 기포를 제거하는 소포제; 상기 폴리우레탄 화합물에 윤활성을 부여하는 윤활제; 물과 반응하여 경화되는 석고를 포함하여 구성되며,

   상기 석고는 수경화성 폴리우레탄 수지의 전체 중량부에 대하여 0.5wt% ~ 10wt%를 가지는 것을 특징으로 하는 수경화성 폴리우레탄 수지.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 석고는 알파반수석고와 베타반수석고가 포함되는 수경화성 폴리우레탄 수지.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 석고는 알파반수석고 또는 베타반수석고가 포함되는 수경화성 폴리우레탄 수지.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 알파반수석고는 석고 총함량의 10wt% ~ 50wt%로 포함되는 것을 특징으로 하는 수경화성 폴리우레탄 수지.
6. 삭제
7. 폴리올 성분과 방향족 디이소시아네이트를 포함하는 폴리우레탄 화합물, 상기 폴리올 성분과 방향족 디이소시아네이트 반응에 사용되는 촉매, 상기 폴리올 성분과 방향족 디이소시아네이트 반응시 생기는 기포를 제거하는 소포제, 상기 폴리우레탄 화합물에 윤활성을 부여하는 윤활제, 물과 반응하여 경화되는 석고를 포함하여 구성되는 수경화성 폴리우레탄 수지와;

   편직물로 구성되고 상기 수경화성 폴리우레탄 수지가 도포되는 지지체를 포함하여 구성되며,

   상기 지지체는 유리섬유 또는 폴리에스테르 섬유로 구성된 편물, 직물 ,부직포 중 어느 하나를 포함하는 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트.
8. 폴리올 성분과 방향족 디이소시아네이트를 포함하는 폴리우레탄 화합물, 상기 폴리올 성분과 방향족 디이소시아네이트 반응에 사용되는 촉매, 상기 폴리올 성분과 방향족 디이소시아네이트 반응시 생기는 기포를 제거하는 소포제, 상기 폴리우레탄 화합물에 윤활성을 부여하는 윤활제, 물과 반응하여 경화되는 석고를 포함하여 구성되는 수경화성 폴리우레탄 수지와;

   편직물로 구성되고 상기 수경화성 폴리우레탄 수지가 도포되는 지지체를 포함하여 구성되며,

   상기 지지체는 유리섬유 또는 폴리에스테르 섬유로 라셀편성한 편물로 된 것을 특징으로 하는 수경화성 폴리우레탄 캐스팅 시트.

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