KR101297582B1 - 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트(Polymeric MDI)와, (a) 수크로스(sucrose)에 에틸렌산화물과 프로필렌 산화물을 중합하여 제조된 폴리에테르 폴리올 50 ~ 70중량%, (b) 톨루엔디아민(toluene diamine)에 에틸렌산화물과 프로필렌 산화물을 중합하여 제조된 폴리에테르 폴리올 10 ~ 30중량%, (c) 글리세린(glycerine)에 에틸렌산화물과 프로필렌산화물을 중합하여 제조된 폴리에테르 폴리올 20 ~ 40중량%로 이루어진 폴리올 혼합물을 상기 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트(Polymeric MDI)의 아이소사이안산기(NCO)와 폴리올 혼합물의 수산화기(OH)의 몰비(NCO/OH)가 1.0 내지 1.4가 되도록 포함하고, 환경오염이 없는 시클로펜탄(cyclopentane)을 발포제로 사용하며, 난연제, 촉매, 정포제 및 열화 방지제 등을 보조제로 포함할 수 있는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리 우레탄 폼 조성물을 이용하여 난연 보냉재를 제조함으로써 환경오염이 없는 시클로펜탄(Cyclopentane)을 발포제로 사용하여 우수한 단열성능과 높은 기계적 강도는 물론 시클로펜탄의 단점인 가연성 및 폭발성을 최소화하여 뛰어난 난연 특성을 가지며, 시클로펜탄과 폴리올과의 상용성 저하 문제점을 해결하여 종래의 경질 폴리우레탄 폼의 물성과 동등 이상의 물성을 갖는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼을 용이하게 제조하여 보냉재로 사용할 수 있다.

Description

시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 조성물{The composition of hard polyurethane foam}

본 발명은 환경오염이 없는 시클로펜탄(Cyclopentane)을 발포제로 사용하여 우수한 단열성능과 높은 기계적 강도는 물론 시클로펜탄의 단점인 가연성 및 폭발성을 최소화하여 뛰어난 난연 특성을 가지며, 시클로펜탄과 폴리올과의 상용성 저하 문제점을 해결하여 종래의 경질 폴리우레탄 폼의 물성과 동등 이상의 물성을 갖는 경질 폴리우레탄 폼 조성물 및 이를 이용한 보냉재에 관한 것으로, 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트(Polymeric MDI)와, (a) 수크로스(sucrose)에 에틸렌산화물과 프로필렌 산화물을 중합하여 제조된 폴리에테르 폴리올 50 ~ 70중량%, (b) 톨루엔디아민(toluene diamine)에 에틸렌산화물과 프로필렌 산화물을 중합하여 제조된 폴리에테르 폴리올 10 ~ 30중량%, (c) 글리세린(glycerine)에 에틸렌산화물과 프로필렌산화물을 중합하여 제조된 폴리에테르 폴리올 20 ~ 40중량%로 이루어진 폴리올 혼합물을 상기 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트(Polymeric MDI)의 아이소사이안산기(NCO)와 폴리올 혼합물의 수산화기(OH)의 몰비(NCO/OH)가 1.0 내지 1.4가 되도록 포함하고, 환경오염이 없는 시클로펜탄(cyclopentane)을 발포제로 사용하며, 난연제, 촉매, 정포제 및 열화 방지제 등을 보조제로 포함할 수 있는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 조성물 및 이를 이용한 난연 보냉재에 관한 것이다.

일반적으로 폴리우레탄은 열경화성플라스틱의 일종으로 발포제를 사용하여 폴리우레탄 폼으로 제조가 가능하고, 폴리우레탄 폼은 크게 연질과 경질로 구분되고, 연질 폴리우레탄 폼은 양호한 쿠션성과 오픈 셀(open cell) 구조를 가지고 있어 통기성이 좋기 때문에 운송 가구 등의 포장재, 자동차 내부(헤드레스트, 쿠션, 바닥매트), 의류, 신발 등에 주로 사용된다.

한편, 경질 폴리우레탄 폼은 단열성, 경량성 및 완충성이 우수하여 단열재, 완충재 등으로 주로 사용되고, 특히 경질 폴리우레탄 폼은 실질적인 단열재 중에서 열전도율이 가장 낮아 단열재 시장의 80 ∼ 90%를 점유하고 있으며, 150℃의 고온 영역에서부터 인공위성 발사로켓 연료탱크(-230℃)와 같은 극저온 영역까지 광범위한 온도 영역에서 사용되는 유일한 단열재이다.

경질 폴리우레탄 폼은 디이소시아네이트(Diisocyanate)와 폴리올을 원료물질로 하고, 물을 보조발포제로, CFC-11(트리클로로플루오로메탄), HCFC-141b(1,1-디클로로-1-플루오로에탄) 등을 주발포제로 사용하며, 촉매, 난연제, 정포제 및 기타 첨가제 등을 사용하여 제조한다.

폴리우레탄 폼의 제조에 있어서 디이소시아네이트로는 톨루엔 디이소시아네이트(TDI : Toluene diisocyanate)와 메틸렌 디이소시아네이트(MDI : Methylene diisocyanate)가 널리 사용되고 있는데, 특히 경질 폴리우레탄 폼에 있어서는 평균 관능기가 2.5 이상인 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트(Polymeric MDI)가 주로 사용된다.

폴리올로는 크게 폴리에테르계 폴리올과 폴리에스테르계 폴리올의 두 가지가 주로 사용되는데 폴리에테르계 폴리올은 점도에 비해 분자량을 키우기 용이하고 가수분해성이 좋아 널리 사용되고 있으며, 폴리에스테르계 폴리올은 열안정성과 기계적 강도 등이 우수하나 점도가 높아 취급하기 어렵고 가수분해성이 떨어져 일반적인 경질 폴리우레탄 폼의 생산에는 주로 폴리에테르계 폴리올을 많이 사용하고 있다.

발포제로서는 종래에는 낮은 열전도율을 가지고 대기중에서 안정한 CFC-11을 주로 사용하였으나 최근에는 오존층 파괴 및 지구 온난화 등 환경문제로 인해 사용이 금지되었고, 현재는 대부분 HCFC-141b를 주발포제로 사용하고 물을 보조발포제로 사용한다. 그러나, HCFC-141b 역시 CFC-11과 정도의 차이는 있지만 환경문제에 자유로운 물질은 아니어서 이미 규제 대상이 되고 있다.

시클로펜탄은 가격이 저렴하고 환경 친화성 발포제로 오존파괴 및 지구온난화 등의 환경 오염이 전혀 없어 많은 관심을 끌고 있으나 시클로펜탄이 지니는 가연성 및 폭발성으로 인한 난연성 저하 문제 및 시클로펜탄을 발포제로 사용한 경질 폴리우레탄 폼 조성물은 시클로펜탄과 폴리올의 상용성 저하로 인해 상분리의 위험이 있기 때문에 이를 해결하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있지만 만족할 만한 효과를 얻지 못하고 있는 실정이다.

특히, 물을 이용한 발포는 경질 폴리우레탄 폼의 기계적 강도 저하 및 열전도율의 상승으로 인해 아직까지는 주 발포제 역할은 하지 못하고 있는 실정이다.

한편, 종래의 경질 폴리우레탄 폼의 촉매로서는 금속계와 아민계가 사용되는 데, 금속계 촉매로는 납과 주석이 널리 사용되고 있고, 아민계 촉매로는 DMCHA(dimethylcyclohexylamine), PMDETA(Pentamethylenediethylenetriamine), TEDA(triethylenediamine), 트리스(3-디메틸아미노)프로필헥사히드로트리아민(tris(3-dimethylamino) -propylhexahydrotriamine) 등이 널리 사용되고 있다.

난연제는 반응형 난연제와 첨가형 난연제로 대별되고, 할로겐계, 인계, 무기질 난연제로 구분된다. 대부분의 경질 폴리우레탄 폼은 그 자체로서는 난연성을 지니지 못하며, 또한 경질 폴리우레탄 폼이 사용되는 곳은 건축용 구조체, 보냉재 및 액화천연가스 저장탱크 등의 초저온 보냉재 등 뛰어난 난연성을 요구하는 곳이 대부분이기 때문에 반드시 난연제를 첨가해야만 한다.

그러나, 시클로펜탄이 발포제로 사용되게 되면 시클로펜탄이 가연성과 폭발성이 있으므로 기존의 난연제 첨가방식으로는 자체소화성을 가질 수 있는 난연성을 얻을 수 없다.

또한, 경질 폴리우레탄 폼 형성시 작고 균일한 셀을 얻기 위해 셀 안정제로 실리콘계 계면활성제를 첨가하기도 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 환경오염이 없는 시클로펜탄을 발포제로 사용하여 우수한 단열성능과 높은 기계적 강도는 물론 시클로펜탄의 단점인 가연성 및 폭발성을 최소화하여 뛰어난 난연 특성을 가지며, 시클로펜탄과 폴리올과의 상용성 저하 문제점을 해결하여 종래의 경질 폴리우레탄 폼의 물성과 동등 이상의 물성을 갖는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 목적의 조성물을 이용하여 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼을 제조하고, 이를 보냉재로 사용하기 위한 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 조성물을 이용한 보냉재를 제공하는 데 있다.

상기 목적들 뿐만 아니라 용이하게 표출될 수 있는 또 다른 목적들을 용이하게 달성하기 위하여 본 발명에서의 일실시예에 따른 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 조성물은 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트(Polymeric MDI)와, (a) 수크로스(sucrose)에 에틸렌산화물과 프로필렌 산화물을 중합하여 제조된 폴리에테르 폴리올 50 ~ 70중량%, (b) 톨루엔디아민(toluene diamine)에 에틸렌산화물과 프로필렌 산화물을 중합하여 제조된 폴리에테르 폴리올 10 ~ 30중량%, (c) 글리세린(glycerine)에 에틸렌산화물과 프로필렌산화물을 중합하여 제조된 폴리에테르 폴리올 20 ~ 40중량%로 이루어진 폴리올 혼합물을 상기 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트(Polymeric MDI)의 아이소사이안산기(NCO)와 폴리올 혼합물의 수산화기(OH)의 몰비(NCO/OH)가 1.0 내지 1.4가 되도록 하고, 상기 폴리올 혼합물 100중량부 기준으로 촉매 1.6 ~ 4중량부를 포함하며, 상기 폴리올 혼합물 100중량부 기준으로 물 0.1∼ 4중량부 및 시클로펜탄 5 ∼ 15중량부를 포함하면서 난연성이 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 조성물의 폴리올 혼합물의 평균 OH값은 340 ∼ 470인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 조성물의 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트는 평균 관능기가 2.7 ∼ 3.1이고, 평균 NCO%는 29 ∼ 32 중량%인 것을 특징으로 한다.

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또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 조성물은 시클로펜탄(cyclopentane)을 발포제로 사용하며, 난연제, 촉매, 정포제 및 열화 방지제 등을 보조제로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 조성물은 환경오염이 없는 시클로펜탄(Cyclopentane)을 발포제로 사용하여 우수한 단열성능과 높은 기계적 강도는 물론 시클로펜탄의 단점인 가연성 및 폭발성을 최소화하여 뛰어난 난연 특성을 가지며, 시클로펜탄과 폴리올과의 상용성 저하 문제점을 해결하여 종래의 경질 폴리우레탄 폼의 물성과 동등 이상의 물성을 갖는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼을 용이하게 제조하여 보냉재로 사용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 조성물은 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트(Polymeric MDI)와, (a) 수크로스(sucrose)에 에틸렌산화물과 프로필렌 산화물을 중합하여 제조된 폴리에테르 폴리올 50 ~ 70중량%, (b) 톨루엔디아민(toluene diamine)에 에틸렌산화물과 프로필렌 산화물을 중합하여 제조된 폴리에테르 폴리올 10 ~ 30중량%, (c) 글리세린(glycerine)에 에틸렌산화물과 프로필렌산화물을 중합하여 제조된 폴리에테르 폴리올 20 ~ 40중량%로 이루어진 폴리올 혼합물을 상기 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트(Polymeric MDI)의 아이소사이안산기(NCO)와 폴리올 혼합물의 수산화기(OH)의 몰비(NCO/OH)가 1.0 내지 1.4가 되도록 포함하는 것으로 특징 지워진다.

본 발명에서 사용되는 각각의 폴리올들은 고유의 특성을 가지고 있다. OH value와 관능기가 큰 폴리올들을 과량 사용하면 제조되는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼은 높은 기계적 강도를 얻을 수 있지만 너무 강직하여 쉽게 잘 깨어지고 부서지는 성질이 나타나며, 반대로 OH value와 관능기가 낮은 폴리올들을 과량 사용하면 제조되는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼은 연성이 뛰어나 잘 깨어지거나 부서지지 않는 반면에 낮은 강도를 갖게 있다. 또한, OH value와 관능기가 중간 정도의 폴리올을 사용하게 되면 얻어지는 물성에는 한계가 존재하며, 보냉용에 사용될 수 있을 정도의 물성을 얻을 수 없다.

따라서, 보냉용에 사용될 수 있는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼, 즉 강도가 뛰어날 뿐만 아니라 연성 및 탄성 또한 우수한 단열재용 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼을 제조하기 위해서는 2종 이상의 폴리올들을 혼합한 폴리올 혼합물을 사용해야 한다. 또한, 원하는 강성과 연성을 모두 얻기 위해서는 폴리올들의 배합비를 적정하게 조절해야만 하며, 보냉용에 사용될 수 있는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼을 제조하기 위해서는 상술한 범위로 폴리올들을 사용해야 한다.

본 발명에 사용되는 폴리올 혼합물의 평균 OH값은 340 ∼ 470인 것이 바람직하다. 평균 OH값이 340 미만일 경우에는 경질 폴리우레탄 생성 반응 및 가교 반응이 충분하게 일어나지 못하여 제조되는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼의 기계적 강도 및 치수안정성 저하가 일어나며, 평균 OH값이 470을 초과하면 반대로 지나친 가교 등으로 인하여 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼의 부스러짐이 발생하고, 열전도도의 증가로 인한 단열성능의 저하가 발생한다.

특히, 본 발명에서는 열안정성과 기계적 강도 등은 우수하지만 점도가 높아 취급하기 어렵고 가수분해성이 낮은 폴리에스테르계 폴리올을 사용하지 않아 폴리에스테르계 폴리올의 사용으로 인한 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명의 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 조성물에 사용되는 디이소시아네이트는 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트(Polymeric MDI)로서, 특히 평균 관능기가 2.7 ∼ 3.1인 것이 바람직하며, 이들은 상온에서 액상이다.

또한, 본 발명에서 사용되는 디이소시아네이트의 평균 NCO%는 29 ∼ 32 중량%인 것이 바람직하다. 디이소시아네이트의 NCO%가 29 중량% 미만이면 유동성이 저하되는 단점이 있고, 32 중량%를 초과하면 저온에서의 치수안정성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명에 있어서 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트의 아이소사이안산기(NCO)와 폴리올 혼합물의 수산화기(OH)의 몰비(NCO/OH)는 1.0 내지 1.4인 것이 바람직하다. 상기 몰비(NCO/OH)가 1.0일 때는 폴리올 혼합물과 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트가 양론비로 혼합되는 경우이고, 1.0 미만일 경우에는 폴리올 성분이 과량으로 존재하며 경질 폴리우레탄 폼 형성 반응이 완결되지 못하는 단점이 있다. 또한, 몰비(NCO/OH)가 1.0을 초과하고 1.4 이하일 때는 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트가 과량으로 존재하는 경우이며, 이 경우 경질 폴리우레탄 폼 형성이 완결된 후 잔존하는 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트가 부가 반응을 통하여 뷰렛(biurette)이나 알로파네이트(allophanate) 등을 형성하고, 이들의 추가적인 가교반응에 의하여 물성의 향상이 이루어진다. 뿐만 아니라, 일부 과량의 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트는 촉매에 의해 삼중체인 폴리이소시아뉴레이트(polyisocyanurate)를 형성하며, 이러한 폴리이소시아뉴레이트는 난연성이 우수하여 제조된 경질 폴리우레탄 폼의 난연성을 향상시킨다. 그러나, 몰비(NCO/OH)가 1.4를 초과하는 경우에는 제조되는 경질 폴리우레탄 폼의 치수안전성이 저하되고, 경도가 지나치게 높게 되어 폼의 부스러짐이 발생한다.

본 발명에서는 환경문제를 전혀 일으키지 않는 시클로펜탄을 사용하였고, 물과 시클로펜탄을 적절히 혼합 사용하여 난연성의 저하를 방지하였다.

즉, 난연성의 확보를 위해서는 물과 시클로펜탄의 중량비를 조절하는 것이 아주 중요한 데, 상기 폴리올 혼합물 100중량부 기준으로 물 0.1 ∼ 4중량부, 시클로펜탄 5 ∼ 15중량부를 사용하는 것이 효과적이다.

이 경우 제조되는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼의 밀도는 20 ∼ 140㎏/㎥를 가지게 되며, 발포제의 양을 조절함으로서 20㎏/㎥ 미만의 저밀도 폴리우레탄 폼이나 140㎏/㎥ 이상의 고밀도 폴리우레탄 폼으로 제조할 수도 있다.

물은 보조 발포제로서 사용되며, 디이소시아네이트와 반응하여 우레아(urea)를 형성하면서 이산화탄소를 방출하며, 방출된 이산화탄소는 폴리우레탄 폼의 발포에 사용된다. 또한, 물과 디이소시아네이트의 반응열은 시클로펜탄의 기화에도 이용된다.

발포제로서 물을 4 중량부를 초과하여 사용하는 경우, 과량의 반응열로 인하여 제조되는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 내부에 스코치(scorch)가 발생될 수 있으며, 또한 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 내부에 과량의 이산화탄소가 존재하게 되어 열전도도가 상승하게 된다.

한편, 시클로펜탄은 낮은 기화 온도로 인하여 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 제조를 용이하게 하며, 또한 낮은 열전도도를 갖기 때문에 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼에 우수한 보냉 성능을 부여한다. 아울러 클로로풀루오로카본(CFC)계 및 히드로클로로풀루오로카본(HCFC)계 발포제의 단점인 오존층 파괴 및 지구 온난화 등의 환경오염이 전혀 없다.

본 발명에서 주 발포제로 사용되는 시클로펜탄은 보냉재의 난연성 저하를 야기한다는 단점이 있으나 이는 물과 시클로펜탄의 중량비를 조절하고, 반복 실험을 통하여 적절한 중량부의 인계 난연제를 부가적으로 사용함으로서 단점을 극복할 수 있다.

경질 폴리우레탄 폼 생성 반응은 촉매에 의하여 촉진되며, 기타 첨가제에 의하여 물성의 변화가 일어날 수 있다.

본 발명에서 촉매로는 디메틸시클로헥실아민(DMCHA : dimethylcyclohexylamine), 펜타메틸렌디에틸렌트리아민(PMDETA : Pentamethylenediethylenetriamine), 트리스(3-디메틸아미노)프로필헥사히드로트리아민(tris(3-dimethylamino)-propylhexahydrotriamine), 트리에틸렌디아민(TEDA : triethylenediamine) 등 아민계 촉매를 단독 혹은 혼합 사용하였다.

사용되는 촉매의 양은 상기 폴리올 혼합물 100중량부를 기준으로 1.6 ∼ 4.0중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 1.6중량부 미만으로 사용할 경우에는 반응속도의 저하 및 이에 따른 경질 폴리우레탄 폼 생성 반응의 미완결로 인한 물성의 저하가 나타나고, 4.0중량부를 초과하여 사용할 경우에는 지나친 반응속도의 증가로 인한 폼의 찢어짐(split) 현상 및 폼 수축 현상 등이 발생한다.

시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 제조시 반응열에 의하여 기화된 발포제는 기체 방울을 형성하면서 반응물을 발포시킨다. 이때 기체 방울들은 그 내부 압력으로 인하여 뭉쳐져서 큰 기체 방울을 형성하며, 이 경우 제조되는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼의 단열성능 및 기계적 강도의 저하가 일어나고, 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼에 있어서 발포에 의하여 작은 셀(cell)이 형성되면서 폼이 생성되며, 이러한 셀(cell)들은 표면장력에 의하여 작은 셀들이 합쳐져서 큰 셀을 형성하려는 경향을 지니게 되고, 그 결과 큰 크기의 셀들이 형성되어 물성의 저하가 있게 되므로, 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼의 물성 향상을 위해서는 작고 균일한 크기의 셀이 형성되는 것이 바람직하며 이를 위하여 실리콘계 계면활성제를 첨가한다.

이러한 실리콘계 계면활성제는 셀 표면에 전하를 공급하여 셀 사이에 정전기적 반발력을 제공함으로서 셀들의 뭉쳐짐을 방지한다.

사용되는 실리콘계 계면활성제로는 폴리실록산 에테르(polysiloxane ether)가 바람직하며, 상기 폴리올 혼합물 100중량부 기준으로 0 ∼ 3.0중량부를 사용한다. 3.0중량부를 초과하여 사용될 경우에는 제조되는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼에 있어서 기계적 강도가 저하되는 단점이 있다.

또한, 본 발명에 있어서 시클로펜탄을 발포제로 한 경질 폴리우레탄 폼은 남연성이 만족스럽지 못하기 때문에 난연성을 향상시키기 위하여 난연제를 첨가하는 것이 효과적이고, 본 발명에서는 인계 난연제를 사용하였다.

인계 난연제로는 트리클로로 프로필 포스페이트(tris(2-chloro propyl) phosphate)를 사용하였으며, 인계 난연제는 폴리올 혼합물 100중량부 기준으로 10 ∼ 30중량부 사용하는 것이 바람직하고, 인계 난연제의 사용량이 10중량부 미만일 경우에는 만족할 만한 난연성을 얻을 수 없으며, 30중량부를 초과하여 사용할 경우에는 경질우레탄 폼의 기계적인 강도가 저하된다.

다음의 실시예 및 비교예는 본 발명을 좀 더 상세히 설명하는 것이지만, 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 2

하기 표 1의 조성을 갖는 폴리올 혼합물과 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트(Polymeric MDI, BASF M20s)를 1 : 1의 중량비로 하여 대기압, 실온의 조건하에서 약 7000 RPM의 교반기로 7초간 혼합하여 혼합액을 제조하고, 이 혼합액을 준비된 몰드에 부어 밀도 35 ~ 37Kg/㎥의 경질 폴리우레탄 폼을 제조하고, 제조된 경질 폴리우레탄 폼의 물성 및 특성을 측정 및 평가하여 그 결과를 표 2에 기재하였다.

표 1. 경질 폴리우레탄 폼 조성물의 성분 및 함량

표 2. 실시예 및 비교예에 대한 기준 및 물성측정결과

상기 표 2의 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 2의 물성결과치로부터 알 수 있는 바와 같이 가연성 가스인 시클로펜탄의 사용량이 상기 폴리올 혼합물 100중량부 기준으로 15중량부 이상이 되면 난연성이 현저히 저하되고, 이를 개선하기 위해 비교예 1에서와 같이 시클로펜탄의 사용량을 조절하지 않고 난연제를 35중량부까지 첨가하여도 난연성은 개선이 되지 않고 오히려 기계적 강도만 현저히 감소하였다.

또한, 비교예 2에서와 같이 폴리올 혼합물의 조성에 있어 폴리에스테르 폴리올 15중량%를 사용하였을 경우에는 시클로펜탄과의 상용성 문제로 인해 상분리가 관찰되었다.

따라서, 실시예에서와 같이 시클로펜탄을 상기 폴리올 혼합물 100중량부 기준으로 15중량부 이하로 사용하는 대신 보조 발포제인 물의 사용량을 증가시켜 밀도를 조절하고, 폴리에스테르 폴리올의 사용을 제한하여 상분리 문제를 해결한 결과, 자유발포 밀도 25~26 Kg/㎥, 성형밀도 35~40 Kg/㎥를 가지는 가장 일반적인 경질 폴리우레탄 폼을 가연성 물질인 시클로펜탄을 사용하면서도 치명적인 약점인 난연성은 물론 상분리와 기계적 강도 측면에서도 HCFC-141b를 사용한 경질 폴리우레탄 폼과 동등 또는 동등 이상의 물성을 유지시킬 수 있었다.

종래의 경질 폴리우레탄 폼 제조시 시클로펜탄을 발포제로 사용하는 발포는 시클로펜탄이 가지는 가연성 때문에 상대적으로 시클로펜탄의 사용량을 감소시킴으로서 자유발포밀도 50 Kg/㎥ 이상인 고밀도 폴리우레탄 폼에서만 난연성이 부여가 가능하였지만, 본 발명에서는 시클로펜탄을 사용하면서도 가장 일반적으로 사용되는 경질 폴리우레탄 폼의 밀도인 자유발포밀도 50 Kg/㎥ 이하, 바람직하게는 25~26 Kg/㎥에서도 난연성을 확보할 수 있어 Show-case 또는 냉장고 등의 가전시장, 폴리우레탄 판넬등의 건축시장 등에도 다양한 산업분야에 폭넓게 적용될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트(Polymeric MDI)와, (a) 수크로스(sucrose)에 에틸렌산화물과 프로필렌 산화물을 중합하여 제조된 폴리에테르 폴리올 50 ~ 70중량%, (b) 톨루엔디아민(toluene diamine)에 에틸렌산화물과 프로필렌 산화물을 중합하여 제조된 폴리에테르 폴리올 10 ~ 30중량%, (c) 글리세린(glycerine)에 에틸렌산화물과 프로필렌산화물을 중합하여 제조된 폴리에테르 폴리올 20 ~ 40중량%로 이루어진 폴리올 혼합물을 상기 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트(Polymeric MDI)의 아이소사이안산기(NCO)와 폴리올 혼합물의 수산화기(OH)의 몰비(NCO/OH)가 1.0 내지 1.4가 되도록 하고,
   상기 폴리올 혼합물 100중량부 기준으로 촉매 1.6 ~ 4중량부를 포함하며,
   상기 폴리올 혼합물 100중량부 기준으로 물 0.1∼ 4중량부 및 시클로펜탄 5 ∼ 15중량부를 포함하면서 난연성이 있는 것을 특징으로 하는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 조성물.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 폴리올 혼합물의 평균 OH값은 340 ∼ 470인 것을 특징으로 하는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 조성물.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트는 평균 관능기가 2.7 ∼ 3.1이고, 평균 NCO%는 29 ∼ 32 중량%인 것을 특징으로 하는 시클로펜탄 난연성 경질 폴리우레탄 폼 조성물.
   
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