KR101295287B1

KR101295287B1 - 흡수성 오픈 셀 경질 폴리우레탄폼 제조용 폴리올 조성물 및 이에 의해 제조된 흡수성 오픈 셀 경질 폴리우레탄폼

Info

Publication number: KR101295287B1
Application number: KR1020110007904A
Authority: KR
Inventors: 박주환
Original assignee: 박주환
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2013-08-12
Also published as: KR20120086583A

Abstract

본 발명은 경질 우레탄폼의 하드한 특성과 연질우레탄폼의 open cell특성을 모두 가지는 새로운 구조의 흡수성 오픈 셀 경질 폴리우레탄폼 제조용 폴리올 조성물 및 이에 의해 제조된 흡수성 오픈 셀 경질 폴리우레탄폼에 관한 것으로서,
상기 폴리올 조성물은 베이스 폴리올과, 연속기포형성제(cell opener)를 포함하여 이루어지며, 상기 베이스 폴리올은 하이드로 프로필레이트 에틸렌 디아민(Hydroxy Propylated Ethylene diamine)과 트리올 슈크로스(Triol sucrose)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

흡수성 오픈 셀 경질 폴리우레탄폼 제조용 폴리올 조성물 및 이에 의해 제조된 흡수성 오픈 셀 경질 폴리우레탄폼{Polyol compound for water-absorptiveness polyurethane foam and polyurethane foam prepared by the same}

본 발명은 흡수성 폴리우레탄폼 제조용 폴리올 조성물 및 이에 의해 제조된 폴리우레탄폼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 경질 우레탄폼의 하드한 특성과 연질우레탄폼의 open cell특성을 모두 가지는 새로운 구조의 흡수, 함수 가능한 흡수성 오픈 셀 경질 폴리우레탄폼 제조용 폴리올 조성물 및 이에 의해 제조된 흡수성 오픈 셀 경질 폴리우레탄폼에 관한 것이다.

일반적으로 꽃꽂이나 식물의 수경재배시에 사용되는 플로랄폼은 흡수성이 우수하여 식물에게 수분을 효과적으로 공급할 수 있어야 하는 것은 물론이며, 식물이 꽂아진 상태를 유지할 수 있도록 지지력을 가져야 한다. 이러한 플로랄폼으로 흔히, '오아시스'라 불리우는 페놀폼이 사용되고 있다.

그러나 페놀폼으로 된 플로랄폼은 흡수성은 좋으나, 내구성이 약하여 잘 부스러지는 단점이 있다. 특히 페놀폼은 환경호르몬 유발 물질인 페놀을 함유하고 있기 때문에 인체 유해하다. 뿐만 아니라 페놀폼으로 된 플로랄폼은 소정수준의 지지력을 가지도록 돌가루가 함유되어 있는데, 함유된 돌가루 때문에 재활용이 곤란하여 페놀폼으로 이루어진 플로랄폼은 소각처리되고 있다. 따라서 폐기물의 처리에 적지 않은 비용이 소요되며, 소각시 발생되는 유해가스로 인한 환경오염 발생 우려도 있다.

한편, 폴리우레탄폼은 이소시아네이트기(~R~NCO)를 가지는 B액과, 히드록시기를 가지는 폴리히드록시기화합물(~R'~OH, 폴리올이라함)을 포함하는 A액의 우레탄결합에 의해 제조되는 수지폼이다. 이러한 우레탄수지폼은 크게 경질폼과 연질폼으로 분류되는데, 경질폼은 Close cell 구조로서, 상당히 하드하며 쿠션이 없고 흡수,함수 할 수 없다. 반면, 연질폼은 Open cell 구조이며, 플렉시블하고 쿠션을 가진다.

이러한 폴리우레탄폼은 재활용성도 우수하고, 인체에 유해한 성분이 없기 때문에 친환경적인 소재라 할 수 있으나, 플로랄폼으로는 사용이 부적합하다. 즉, 일반 경질 폴리우레탄은 하드하기 때문에 꽃을 꽂기도 곤란할 뿐만 아니라 Closed Cell로써 흡수성이 거의 없으며, 연질 폴리우레탄은 Open cell구조이기 때문에 모세관현상이나 삼투압현상에 의한 흡수성을 가지기는 하나, 플렉시블하고 쿠션을 가지기 때문에 지지력이 약하여 꽃을 꽂으면 꽃의 꽂아진 상태가 유지되지 못한다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 경질 우레탄폼의 하드한 특성과 연질우레탄폼의 open cell특성을 모두 가짐으로 인해 흡수성 및 함수성 뿐만 아니라 지지력이 우수한 새로운 흡수성 오픈 셀 경질 폴리우레탄폼 제조용 폴리올 조성물 및 이에 의해 제조된 흡수성 오픈 셀 경질 폴리우레탄폼을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 베이스 폴리올과, 연속기포형성제(cell opener)를 포함하여 이루어지며, 상기 베이스 폴리올은 하이드로 프로필레이트 에틸렌 디아민(Hydroxy Propylated Ethylene diamine)과 트리올 슈크로스(Triol sucrose)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 흡수성 오픈 셀 경질 폴리우레탄폼 제조용 폴리올 조성물이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 연속기포형성제(cell opener)로 트리에틸올아민(Triethylolamine)과, 폴리옥시에틸렌글리콜(Polyoxyethylene Glycol)이 사용되는 것을 특징으로 하는 흡수성 오픈 셀 경질 우레탄폼 제조용 폴리올 조성물이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 하이드로 프로필레이트 에틸렌 디아민(Hydroxy Propylated Ethylene diamine)은 OH value가 470~770mgKOH/g이고, 트리올 슈크로스(Triol sucrose)는 OH value가 25~40mgKOH/g인 것을 특징으로 하는 오픈 셀 경질 우레탄폼 제조용 폴리올 조성물이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 폴리올 조성물을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 흡수성 오픈 셀 경질 폴리우레탄폼이 제공된다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명은 경질용 폴리올인 하이드로 프로필레이트 에틸렌 디아민(Hydroxy Propylated Ethylene diamine)과 연질용 폴리올인 트리올 슈크로스(Triol sucrose)를 베이스 폴리올로 포함하기 때문에, 본 발명에 의한 폴리올 조성물로 제조된 폴리우레탄폼은 Open cell을 가지는 연질 폴리우레탄폼의 물성과, 하드하여 하중에 대한 지지력을 가지는 경질 폴리우레탄폼 물성을 모두 가진다.

따라서 본 발명에 의한 폴리올 조성물에 의해서는 Open cell구조에 의한 모세관현상과 삼투압현상으로 인해 우수한 흡수성과 보수성을 가지며, 하중에 대한 우수한 지지력을 가지는 폴리우레탄폼이 제조된다. 이러한 폴리우테탄폼은 특히, 꽃꽂이나, 수경재배용 플로랄폼으로 사용이 적합하고, 통기성이 있으므로 각종 우레탄 경질 필터류 사용에도 적합하다.

또한, 본 발명은 연속기포형성제 즉, 셀오프너(cell opener)로 트리에틸올아민(Triethylolamine)을 사용하는데, 트리에틸올아민(Triethylolamine)의 말단기인 아민이 촉매역할을 하므로, 연솟기포형성제로 트리에틸올아민(Triethylolamine)을 사용하면 반응촉매제의 사용량을 최소화 시킬 수 있는 장점이 있다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

본 발명은 디이소시아네이트인 B액과 반응하여 오픈 셀 경질우레탄폼을 제조하는 폴리올 조성물, 즉, A액에 관한 것으로서, 베이스 폴리올인 하이드록시 프로필레이트 에틸렌디아민(Hydroxy Propylated Ethylene diamine)과, 트리올 슈크로스(Triol sucrose)에 연속기포형성제(cell opener) 및 기타 첨가제를 혼합하여 이루어진다.

상기 하이드록시 프로필레이트 에틸렌디아민은 경질용 폴리올으로써, OH value가 470~770mgKOH/g인 것이 사용되는데, 우레탄폼이 hard segment를 가지도록 crosslinking agent(가교제) 역할을 한다.

그리고 트리올 슈크로스(Triol sucrose)은 연질용 폴리올으로써, OH value가 25~40mgKOH/g인 것이 사용된다. OH value가 큰 폴리올을 사용하면 우레탄폼의 강도가 상승되어 폼이 쉽게 잘 깨어지고 부서지는 성질을 가지며, 반대로 OH value가 낮은 폴리올을 사용하면 연성이 우수한 폴리우레탄폼을 얻을 수 있으나, 강도가 낮은 단점이 있다. 이러하므로 본 발명은 경질 폴리우레탄폼의 물성인 하드하고 Closed cell 인 것과 연질 폴리우레탄폼의 물성인 플렉시블하고 Open cell 인 것을 모두 갖는 폴리우레탄폼을 제조하기 위해 OH value 가 상대적으로 높은(분자량이 적은) 경질용 폴리올과 OH value가 상대적으로 낮은(분자량이 큰) 연질용 폴리올, 즉 OH 값이 상반된 두 폴리올을 베이스 폴리올로 사용한다. 이들 폴리올의 혼합비율에 따라 제조되는 폴리우레탄폼의 물성이 달라지므로 폴리올의 혼합비율은 적절히 조절된다.

그리고 연속기포형성제, 즉, cell opener로는 트리에틸올아민(Triethylolamine, C₆H₁₅NO₃)과, 폴리옥시에틸렌글리콜(Polyoxyethylene Glycol)이 사용된다. 이들 연속기포형성제에 의해 본 발명에 의한 폴리올 조성물로 성형되는 폴리우레탄폼은 Open cell를 갖는다.

특히, 상기 트리에틸올아민은 폴리우레탄폼의 성형시 생성되는 cell을 터뜨려주는 cell opener로서의 기능을 하면서 동시에, 말단기인 아민기에 의해 촉매역할을 한다. 따라서 본 발명에서는 트리에틸올아민을 cell opener로 사용함으로써, 촉매사용량을 최소화시킬 수 있다.

상기 폴리옥시에틸렌 글리콜은 친수성 계면활성제로서, 이 역시 cell opener로서의 기능을 하는데, 폴리옥시에틸렌글리콜에 의해 성형되는 폴리우레탄폼의 친수성 오픈 셀 특성이 한층 더 향상된다.

이러한 성분들 외에 기타 첨가제로 물, 정포제, 발포제 등이 더 첨가된다. 물은 보조 발포제로서, 디이소시아네이트와 반응하여 유레아(urea)를 형성하면서 이산화탄소를 방출하는데, 이때 방출된 이산화탄소가 폴리우레탄 폼의 발포에 사용된다. 정포제는 폴리우레탄폼 성형시 cell의 성장을 돕는데, cell간 압력차를 낮춰 가스의 확산을 막고 cell이 커지고 불균일화되는 것을 예방한다. 본 발명에서는 이러한 정포제로 실리콘계 정포제를 사용함으로써, 폴리우레탄폼의 제조시에 작고 균일한 cel로 일정한 공극을 형성케한다. 이는 후술하는 바와 같이, 본 발명에 의한 폴리올 조성물로 제조되는 폴리우레탄폼이 우수한 모세관현상과 삼투압현상을 가지도록 하기 위한 것이다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 폴리올 조성물을 B액과 반응시키며 폴리우레탄폼을 제조하면, 연질 폴리우레탄폼의 물성인 Open cell구조를 가지면서 동시에 경질 폴리우레탄폼의 물성인 하드한 특성으로 인해 탄성이 저하되어 우수한 지지력을 가지는 폴리우레탄폼이 제조된다.

따라서 이러한 폴리우레탄폼은 Open cell구조에 의한 모세관현상과 삼투압현상에 의해 우수한 흡수성과 보수력을 가질뿐만 아니라, 하드한 특성으로 인해 하중이 가해져도 형상이 변형되지 않고 하중에 대한 우수한 지지력을 가진다. 이러한 물성을 가지는 폴리우레탄폼은 특히, 플로랄폼으로 사용이 적합하고, 98% 이상의 통기성의 장점으로 한 각종 우레탄 경질 필터용으로도 적합하다 .

실시예 1 : 폴리우레탄폼의 제조

표 1과 같은 조성의 A액을 상품명이 bestNATE 44-20인 B액(Polyphenyl polymethyl polyisocyanate, 일반화학 명칭은 Methylene Diphenyl-4,4'- Diisocyanate 혹은 MDI) 과 100:140 중량비로 혼합하여, 통기성 측정기 (Foam Porosity Tester Digital) 에 의한 시험 결과 98.5%의 Open cell 율을 갖도록 폴리우레탄폼을 제조하였다. 표 1은 A액 100중량부에 대한 각 성분들의 중량부를 표시한 것이다.

성분	제품명	OH value	조성
Poly oxyethylene Glycol	P 400	250	30
Triol sucrose	FA Polyol	25	40
Trie thylol amine	TELA	1125	18.4
Hydroxy Propylated Ethylene diamine	NEWPOL	750	0.6
정포제	-	-	6
발포제	FCFC141b	-	5

실시예 2 : 흡수율

실시예1 에 의해 제조된 폴리우레탄폼의 흡수율을 테스트한 결과 표 2와 같았다.

항목	밀도(kg/m³)	초기중량(g)	물 투입 1시간 경과 후 중량(g)	중량 변화량	흡수율
1	34.55	4.30	8.80	4.50	104.7%
2	35.56	4.46	7.73	3.27	73.3%
3	35.2	4.44	7.43	2.99	67.3%
4	34.71	4.36	7.07	2.71	62.2%
5	35.4	4.46	8.26	3.80	85.2%
6	34.88	4.46	9.12	4.74	108.2%
평 균					83.5%

<표 2>를 통해 본 발명에 의한 폴리올 조성물로 제조되는 폴리우레탄폼은 평균 83.5%정도의 우수한 함수율을 보임을 알 수 있다.

Claims

베이스 폴리올과 연속기포형성제(cell opener)를 포함하여 이루어지며, 상기 베이스 폴리올은 하이드로 프로필레이트 에틸렌 디아민(Hydroxy Propylated Ethylene diamine)과 트리올 슈크로스(Triol sucrose)을 포함하며,
상기 연속기포형성제(cell opener)로 트리에틸올아민(Triethylolamine)과, 폴리옥시에틸렌글리콜(Polyoxyethylene Glycol)이 사용되는 것을 특징으로 하는 흡수성 오픈 셀 경질 폴리우레탄폼 제조용 폴리올 조성물.
삭제
제1항에 있어서, 상기 하이드로 프로필레이트 에틸렌 디아민(Hydroxy Propylated Ethylene diamine)은 OH value가 470~770mgKOH/g이고, 트리올 슈크로스(Triol sucrose)는 OH value가 25~40mgKOH/g인 것을 특징으로 하는 오픈 셀 경질 폴리우레탄폼 제조용 폴리올 조성물.
제1항 또는 제3항의 폴리올 조성물을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 흡수성 오픈 셀 경질 폴리우레탄폼 .
제1항 또는 제3항의 폴리올 조성물을 이용하여 제조된 플로랄폼.