KR101321258B1 - 친환경 발포제가 적용된 단열 성능이 향상된 폴리우레탄 폼 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 친환경 발포제가 적용된 단열성이 향상된 폴리우레탄 폼에 관한 것이고, 구체적으로 폴리올을 펜타플루오로프로판(Pentafluoropropane)으로 발포시켜 제조되어 단열성이 향상되고 이로 인하여 단열재의 두께 감소가 가능하도록 하는 친환경 발포제가 적용된 단열 성능이 향상된 폴리우레탄 폼에 관한 것이다. 폴리우레탄폼은 아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올, 톨루엔디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올, 테레프탈산과 프탈릭산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻어지는 폴리올, 무수프탈산과 아디프산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻은 폴리올, 솔비톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올, 에틸렌디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 및 글리세린에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올로 구성된 폴리올로부터 적어도 5개의 폴리올을 선택하여 제조된 합성 폴리올에 메틸렌디페닐 디이소시아네이트(MDI) 또는 중합체 이소시아네이트(PMDI)를 반응시켜 발포된다.

Description

친환경 발포제가 적용된 단열 성능이 향상된 폴리우레탄 폼{Polyurethane Form Having Improved Insulating Property by Eco-Friendly Foaming Agent}
본 발명은 친환경 발포제가 적용된 단열성이 향상된 폴리우레탄 폼에 관한 것이고, 구체적으로 폴리올을 펜타플루오로프로판(Pentafluoropropane)으로 발포시켜 제조되어 단열성이 향상되고 이로 인하여 단열재의 두께 감소가 가능하도록 하는 친환경 발포제가 적용된 단열 성능이 향상된 폴리우레탄 폼에 관한 것이다.
폴리우레탄(polyurethane)이란 폴리올(polyol)과 이소시아네이트(isocyanate)에 의하여 생성된 우레탄 결합(urethane bond)을 함유하고 있는 고분자 물질로 이소시아네이트의 NCO와 폴리올의 히드록시기(OH)의 반응에 의하여 생성될 수 있다. 히드록시기와 아민기(NH2)를 가진 폴리올은 폴리에스터 폴리올(polyether polyol)과 폴리에스테르 폴리올(polyester polyol)이 사용될 수 있고 이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene Diisocyanate: TDI), 디페닐메탄 디이소시아네이트(Diphenylmethane Diisocyanate:MDI), 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(1,6-Hexamethylene Diisocyanate:HDI)), 1,5-나프탈린 디이소시아네이트(1,5-Naphthalene Diisocyanate:NDI) 또는 이소프론 디이소시아네이트(Isophorone Diisocyanate:IPDI)가 사용될 수 있다. 폴리우레탄폼은 폴리우레탄을 이소시아안산염과 물의 반응으로 생기는 이산화탄소를 발포제와 함께 혼합하여 발포시킨 폼(foam)을 말하고 연질 폴리우레탄폼(Flexible Polyurethane foam)과 경질 폴리우레탄폼(Rigid Polyurethane Foam)으로 나누어질 수 있다.
연질 폴리우레탄 폼은 의류, 침구, 매트리스 또는 자동차 시트와 같은 제품에 적용되고 경질 우레탄 폼은 단열재로 주로 이용될 수 있다. 연질 폴리우레탄폼은 TDI 또는 MDI와 히드록시기의 수가 25~36이 되는 폴리에테르 트리올에 의하여 제조될 수 있고 가볍고 탄성력이 좋으며 개방-셀 구조로 인하여 공기 투과율이 높다는 특성을 가진다. 이에 비하여 경질 폴리우레탄폼은 MDI와 기능기가 3~8개가 되는 폴리올에 의하여 제조될 수 있고 미세하고 막힌 벌집 형상의 셀 구조와 셀의 내부에 존재하는 열전도도가 낮은 기체로 인하여 단열 특성을 나타내게 된다.
경질 폴리우레탄폼의 단열 특성으로 인하여 메탄을 운반하는 LNG(Liquefied natural gas)선의 운반 탱크의 단열재로 폴리우레탄폼이 사용된다. 메탄은 -82℃가 임계온도이므로 상온에서 가압 액화가 되지 않으므로 -162 ℃ 정도에서 가압 액화하여 운송하게 된다. 운반 탱크의 초저온 유지를 위하여 폴리우레탄폼이 단열재로 적용될 수 있다.
LNG 저장 탱크용 경질 폴리우레탄폼의 발포를 위하여 CFC-11(Trichlorofluoromethane -11) 및 HCFC-141b(1,1-dichloro-1-fluoroethane)가 사용되었지만 환경 문제로 인하여 모두 사용이 금지되었고 HCFC-141b가 사용되고 있다. LNG 저장 탱크용 경질 폴리우레탄폼은 특별히 유리섬유강화 폴리우레탄폼(reinforced polyurethane foam)으로 만들어진다.
단열 특성을 가진 폴리우레탄폼의 제조와 관련된 선행기술로 특허공개번호 제2004-0075493호 ‘초저온 보냉용 유리섬유강화 폴리우레탄 폼 및 이를 이용한 단열재’가 있다. 상기 선행기술은 플루오르카본 계통의 발포제를 사용하지 않고 초저온에서 우수한 단열성과 기계적 특성을 나타내는 폴리우레탄폼 및 단열재에 대하여 개시하고 있다. 선행기술은 참조하면, 경질 폴리우레탄폼은 관능기의 수가 2.6~3.0인 중합체 MDI에 해당하는 이소시아네이트 성분, 폴리올 성분, 물, 섬유보강재 및 산화티타늄 또는 티타늄옥사이드와 같은 핵제를 포함한다.
제시된 선행기술에서 발포제로 물을 사용하고 그로 인한 기계적 강도의 저하를 방지하기 위하여 섬유보강재가 첨가된다. 그러나 발포제로 물을 사용하면서 섬유보강재가 첨가되면 기계적 강도 및 단열 성능이 낮아질 수 있다는 문제점을 가진다. 단열재로 사용되는 폴리우레탄폼은 작은 두께로 요구되는 단열 성능을 나타낼 수 있도록 하는 것이 중요하다. 그러나 제시된 선행기술의 경우 두께가 증가되어야 한다는 문제점을 가진다.
본 발명은 공지 또는 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
본 발명의 목적은 친환경성 발포제가 적용된 단열 성능이 개선된 폴리우레탄폼을 제공하는 것이다
본 발명의 다른 목적은 낮은 열전도성으로 인하여 요구되는 단열 성능에서 두께의 감소가 가능한 초저온 단열재로 사용될 수 있는 유리섬유강화 경질폴리우레탄폼(reinforced rigid polyurethane foam)을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 폴리우레탄폼은 아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올, 톨루엔디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올, 테레프탈산과 프탈릭산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻어지는 폴리올, 무수프탈산과 아디프산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻은 폴리올, 솔비톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올, 에틸렌디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 및 글리세린에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올로 구성된 폴리올로부터 적어도 5개의 폴리올을 선택하여 제조된 합성 폴리올에 메틸렌디페닐 디이소시아네이트(MDI) 또는 중합체 이소시아네이트(PMDI)를 반응시켜 발포된다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 적어도 5개의 폴리올에서 아민에 프로필렌 산화물과 메틸렌 산화물을 첨가해서 얻은 폴리올은 3~15 중량부, 톨루엔디아민에 프로필렌 산화물과 메틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올은 5~30 중량부, 테레프탈산과 프탈릭산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻은 폴리올은 10~60 중량부, 무수프탈산과 아디프산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻은 폴리올은 10~60 중량부, 솔비톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올은 10~60 중량부, 에틸렌디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올은 2~ 25 중량부 그리고 글리세린에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가해서 얻은 폴리올은 5~15 중량부가 혼합된다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 메틸렌디페닐 디이소시아네이트(MDI) 또는 중합체 이소시아네이트(PMDI)는 NCO 지수가 100~110이 되도록 반응된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 발포를 위하여 HFC-245fa(1,1,1,3,3-Pentafluoropropane 또는 Pentafluoropropane : CF3CH2CHF2)가 사용된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 합성 폴리올은 정포제로 실리콘 정포제를 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 유리섬유강화 폴리우레탄폼은 아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올, 톨루엔디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올, 테레프탈산과 프탈릭산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻어지는 폴리올, 무수프탈산과 아디프산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻은 폴리올, 솔비톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올, 에틸렌디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 및 글리세린에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올로 구성된 폴리올로부터 적어도 5개의 폴리올을 선택하여 제조된 합성 폴리올과 메틸렌디페닐 디이소시아네이트(MDI) 또는 중합체 이소시아네이트(PMDI)를 연속식 스트랜드 매트에서 발포하여 얻어진다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, -160 ℃에서 열전도율이 0.0151~0.0167 W/mK가 된다.
LNG 운반선의 운항속도가 늦추어지면서 LNG 운반선의 BOR(Boiling Off Rate)가 0.15%/day에서 0.1%/day로 향상되는 것이 요구된다. 일반적으로 BOR을 향상시키기 위하여 단열재의 두께를 늘리거나 또는 단열재의 단열 성능을 향상시켜야 한다. 단열재의 두께를 늘리면 BOR는 단열재의 두께에 대응하도록 향상이 되지만 LNG를 저장할 수 있는 용적이 작아진다는 단점을 가진다. 이에 비하여 단열재의 단열 성능을 통한 BOR의 향상은 이와 같은 문제를 발생시키지 않으므로 경제적이라는 것을 알 수 있다. 본 발명에 따른 폴리우레탄폼은 단열 성능이 30%이상 향상되도록 하는 것에 의하여 LNG 운반선에서 단열재의 두께를 늘리지 않고 동일한 두께로 BOR가 향상되도록 한다는 이점을 가진다. 또한 발포제로 친환경성 물질에 해당하는 HFC-245fa를 사용하여 CFC-11 또는 HCFC-114b와 같은 오존층파괴와 관련된 환경 문제를 유발시키지 않는다는 장점을 가진다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리우레탄폼의 제조 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 폴리우레탄폼은 폴리올을 합성하는 단계(S11), 합성된 폴리올을 발포제 및 정포제와 혼합하여 폴리올 혼합물로 만드는 단계(S12), 폴리올 혼합물을 이소시아네이트와 함께 발포기에 투입하는 단계(S13) 및 폼을 형성하는 단계(S14)를 통하여 제조될 수 있다. 추가로 필요에 따라 폴리올 혼합물과 이소시아네이트는 연속식 생산 공정에 투입되어 유리섬유강화 폴리우레탄폼으로 만들어질 수 있다(S15).
아래에서 구체적으로 설명한다.
폴리올은 적어도 하나의 히드록시기(hydroxyl groups)를 가진 알코올을 말하고 디올(diol), 트리올(triol), 테드롤(tetrol) 또는 그 이상의 히드록시기를 가진 형태가 될 수 있고 폴리에테르 폴리올 또는 폴리에스테르 폴리올이 될 수 있다. 본 발명에 따르면, 다수 개의 폴리올이 혼합되어 합성 폴리올로 만들어질 수 있다. 구체적으로 아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올, 톨루엔디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올, 테레프탈산과 프탈릭산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻어지는 폴리올, 무수프탈산과 아디프산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻은 폴리올, 솔비톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올, 에틸렌디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 및 글리세린에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올로 구성된 폴리올로부터 적어도 5개의 폴리올을 선택하여 합성 폴리올을 제조할 수 있다(S11). 각각의 폴리올을 얻는 방법은 이 분야에서 공지된 반응에 따라 이루어질 수 있고 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 위에서 제시된 폴리올 군으로부터 합성이 되어야 할 폴리올이 선택되면 합성 폴리올의 형성을 위하여 아민에 프로필렌 산화물과 메틸렌 산화물을 첨가해서 얻은 폴리올 3~15 중량부, 톨루엔디아민에 프로필렌 산화물과 메틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 5~30 중량부, 테레프탈산과 프탈릭산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻은 폴리올 10~60 중량부, 무수프탈산과 아디프산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻은 폴리올 10~60 중량부, 솔비톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10~60 중량부, 에틸렌디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 2~ 25 중량부 그리고 글리세린에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가해서 얻은 폴리올 5~15 중량부가 혼합될 수 있다.
합성된 폴리올은 발포제 및 정포제와 혼합되어 폴리올 혼합물로 만들어질 수 있다. 발포제는 HCFC-141b, 이산화탄소 또는 물이 될 수 있지만 바람직하게 HFC-245fa(1,1,1,3,3-Pentafluoropropane 또는 Pentafluoropropane : CF3CH2CHF2)가 될 수 있다. 그리고 정포제(surfactant)는 표면장력을 낮추어 혼화성을 향상시키고, 생성된 기포의 크기를 균일하도록 폼의 셀 구조를 조절하여 안정성을 부여하기 위한 것으로 실리콘 정포제(silicone surfactant)가 될 수 있다. 필요에 따라 반응시간을 감소시키기 위한 아민 또는 금속 촉매가 혼합될 수 있다. 발포제와 정포제는 각각 폴리올 100 중량부에 대하여 0.3~5.0 중량부 및 0.5~5.0 중량부가 첨가될 수 있고 촉매가 사용되는 경우 촉매는 폴리올 100 중량부에 대하여 0.5~3 중량부가 첨가될 수 있다.
발포제와 정포제가 첨가되고 필요에 따라 촉매가 첨가된 폴리올 혼합물은 이소시아네이트 성분과 함께 발포기에 투입될 수 있다(S13). 이소시아네이트 성분은 메틸렌디페닐 디이소시아네이트(MDI) 또는 중합체 이소시아네이트(PMDI)가 될 수 있다. 일반적으로 이소시아네이트와 히드록시기를 가지는 폴리올의 당량비는 NCO 지수(Index)라고 한다. NCO 지수는 가교도, 기계적 강도, 반응물의 점도 또는 폼의 유연성에 영향을 미친다. 그러므로 NCO 지수는 폼의 사용 용도에 따라 적절하게 선택이 되어야 한다. 본 발명에 따르면, NCO 지수는 95~115가 될 수 있고 바람직하게 100~110이 될 수 있다. 합성 폴리올 100 중량부에 대하여 NCO 지수가 제시된 범위에 있도록 MDI 또는 PMDI 130 내지 200 중량부를 발포기에 투입한다. MDI 또는 PMDI는 작용기(functional group)가 2~3이 되도록 선택될 수 있다.
발포기의 압력을 100 내지 140 bar로 유지하면서 반응이 진행되어 폴리우레탄폼이 제조된다(S14). 필요에 따라 폴리올 혼합물과 이소시아네이트를 연속식 유리섬유에 함침시키는 방법으로 유리섬유강화 폴리우레탄 폼으로 만들어질 수 있다(S15). 이와 같은 방법으로 유리섬유강화 폴리우레탄 폼을 만드는 방법은 특허등록번호 제0278364호 및 제0416834호에 개시되어 있고 상기 특허문헌은 본 명세서의 내용으로 포함된다.
아래에서 본 발명에 따른 폴리우레탄폼의 실시 예에 대하여 설명한다.
실시 예 1
제1단계: 아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 5 중량부, 톨루엔디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 5 중량부, 테레프탈산과 프탈릭산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻은 폴리올 45 중량부, 솔비톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 30 중량부, 에틸렌디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10 중량부 및 글리세린에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 5 중량부를 혼합하여 합성 폴리올 100 중량부를 얻었다.
제2단계: 발포제로 HFC-245fa 1 중량부, 정포제로 실리콘 정포제에 해당하는 Niax Silicone L-6952 2 중량부를 합성 폴리올 100 중량부에 혼합하여 폴리올 혼합물을 얻었다.
제3단계: NCO 지수가 100 내지 110이 되도록 폴리올 혼합물과 PMID를 발포기에 투입하고 촉매로 트리에틸아민 1 중량부를 사용하고 발포기의 압력을 75 bar로 유지하면서 폴리우레탄폼을 제조하였다.
실시 예 2
제1단계: 아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10 중량부, 톨루엔디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10 중량부, 테레프탈산과 프탈릭산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻은 폴리올 30 중량부, 솔비톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 25 중량부, 에틸렌디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 20 중량부 및 글리세린에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 5 중량부를 혼합하여 합성 폴리올 100 중량부를 얻었다.
제2단계: 발포제로 HFC-245fa 1 중량부, 정포제로 실리콘 정포제에 해당하는 Niax Silicone L-6952 2 중량부를 합성 폴리올 100 중량부에 혼합하여 폴리올 혼합물을 얻었다.
제3단계: NCO 지수가 100 내지 110이 되도록 폴리올 혼합물과 PMID를 발포기에 투입하고 촉매로 트리부틸아민 0.5 중량부를 사용하고 발포기의 압력을 75 bar로 유지하면서 폴리우레탄폼을 제조하였다.
실시 예 3
제1단계: 아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 5 중량부, 테레프탈산과 프탈릭산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌그리콜의 축합반응에 의하여 얻은 폴리올 35 중량부, 솔비톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 35 중량부, 에틸렌디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 15 중량부 및 글리세린에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10 중량부를 혼합하여 합성 폴리올 100 중량부를 얻었다.
제2단계: 발포제로 HFC-245fa 1 중량부, 정포제로 실리콘 정포제에 해당하는 Niax Silicone L-6952 2 중량부를 합성 폴리올 100 중량부에 혼합하여 폴리올 혼합물을 얻었다.
제3단계: NCO 지수가 100 내지 110이 되도록 폴리올 혼합물과 PMID를 발포기에 투입하고 촉매로 트리이소프로판올아민 1 중량부를 사용하고 발포기의 압력을 75 bar로 유지하면서 폴리우레탄폼을 제조하였다.
실시 예 4
제1단계: 톨루엔디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10 중량부, 테레프탈산과 프탈릭산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌그리콜의 축합반응에 의하여 얻은 폴리올 40 중량부, 솔비톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 40 중량부 및 글리세린에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10 중량부를 혼합하여 합성 폴리올 100 중량부를 얻었다.
제2단계: 발포제로 HFC-245fa 1 중량부, 정포제로 실리콘 정포제에 해당하는 Niax Silicone L-6952 2 중량부를 합성 폴리올 100 중량부에 혼합하여 폴리올 혼합물을 얻었다.
제3단계: NCO 지수가 100 내지 110이 되도록 폴리올 혼합물과 PMID를 발포기에 투입하고 촉매로 트리에틸아민 1 중량부를 사용하고 발포기의 압력을 75 bar로 유지하면서 폴리우레탄폼을 제조하였다.
본 발명에 따른 폴리우레탄폼의 단열 성능과 공지의 폴리우레탄폼의 단열 성능을 비교하기 위하여 아래와 같은 방법으로 공지의 폴리우레탄폼을 제조하였다.
비교예 1
제1 단계: 아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 15~35 중량부, 슈크로오스에 프로필렌산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 15~35 중량부, 펜타메리트리톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 25~40 중량부 및 글리세린에 프로필렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10~30 중량부를 혼합하여 전체가 100 중량부가 되도록 합성 폴리올을 제조하였다.
제2 단계: 발포제로 HCFC-141b 1중량부를 사용하고 정포제로 실리콘 정포제에 해당하는 Niax Silicone L-6900 2 중량부를 첨가하여 폴리올 혼합물을 제조하였다.
제3 단계: NCO 지수가 100 내지 110이 되도록 PMID를 투입하면서 촉매로 트리에틸아민 1 중량부를 첨가하고 발포기의 압력을 75 bar로 유지하면서 폴리우레탄폼을 제조하였다.
비교예 2
제1 단계: 아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 15~35 중량부, 슈크로오스에 프로필렌산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 15~35 중량부, 펜타메리트리톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 25~40 중량부 및 글리세린에 프로필렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10~30 중량부를 혼합하여 전체가 100 중량부가 되도록 합성 폴리올을 제조하였다.
제2 단계: 발포제로 이산화탄소를 사용하고 정포제로 실리콘 정포제에 해당하는 Niax Silicone L-6900 2 중량부를 첨가하여 폴리올 혼합물을 제조하였다.
제3 단계: NCO 지수가 100 내지 110이 되도록 PMID를 투입하면서 촉매로 트리에틸아민 1 중량부를 첨가하고 발포기의 압력을 75 bar로 유지하면서 폴리우레탄폼을 제조하였다.
실시 예 및 비교 예에 따라 제조된 폴리우레탄폼의 단열 성능을 비교하여 각각의 폴리우레탄폼을 유리섬유강화 폴리우레탄폼으로 제조하여 단열 성능을 비교하였다. 유리섬유강화 폴리우레탄폼의 제조는 폴리우레탄폼을 제조하는 과정을 제외하고 특허등록번호 제0278364호 및 제0416834호에 개시된 방법과 동일 또는 유사한 방법으로 이루어졌다.
단열 성능의 시험 결과는 아래 표와 같다.
온도 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2
1 -160 0.0167 0.0162 0.0152 0.0151 0.0191 0.0191
2 -120 0.0170 0.0167 0.0161 0.0162 0.0213 0.0236
3 -80 0.0192 0.0190 0.0188 0.0180 0.0233 0.0254
4 -40 0.0214 0.0198 0.0200 0.0188 0.0238 0.0280
5 -20 0.0221 0.0207 0.0210 0.0199 0.0245 0.0291
6 20 0.0257 0.0239 0.0243 0.0233 0.0266 0.0325
7 평균 0.0203 0.0194 0.0192 0.0185 0.0231 0.0263
※ 온도는 ℃ 단위이며 열전도율은 W/mK로 측정되었다.
※ 1 개월의 숙성후 시험이 이루어졌다.
시험결과로부터 알 수 있는 것처럼, 본 발명에 따른 폴리우레탄폼은 동일한 두께에 대하여 우수한 단열 성능을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
LNG 운반선의 운항속도가 늦추어지면서 LNG 운반선의 BOR(Boiling Off Rate)가 0.15%/day에서 0.1%/day로 향상되는 것이 요구된다. 일반적으로 BOR을 향상시키기 위하여 단열재의 두께를 늘리거나 또는 단열재의 단열 성능을 향상시켜야 한다. 단열재의 두께를 늘리면 BOR는 단열재의 두께에 대응하도록 향상이 되지만 LNG를 저장할 수 있는 용적이 작아진다는 단점을 가진다. 이에 비하여 단열재의 단열 성능을 통한 BOR의 향상은 이와 같은 문제를 발생시키지 않으므로 경제적이라는 것을 알 수 있다. 본 발명에 따른 폴리우레탄폼은 단열 성능이 30%이상 향상되도록 하는 것에 의하여 LNG 운반선에서 단열재의 두께를 늘리지 않고 동일한 두께로 BOR가 향상되도록 한다는 이점을 가진다. 또한 발포제로 친환경성 물질에 해당하는 HFC-245fa를 사용하여 CFC-11 또는 HCFC-114b와 같은 오존층파괴와 관련된 환경 문제를 유발시키지 않는다는 장점을 가진다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
S11: 폴리올 합성 S12: 폴리올 혼합물 제조 S13: 발포기 투입 S14: 폼 형성 S15: 연속식 생산 공정 투입

Claims (7)

  1. 아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 5~10 중량부, 톨루엔디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 5~10 중량부, 테레프탈산과 프탈릭산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻은 폴리올 30~45 중량부, 솔비톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 25~30 중량부, 에틸렌디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10~20 중량부 및 글리세린에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 5 중량부를 혼합하여 합성 폴리올; 아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 5 중량부, 테레프탈산과 프탈릭산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌그리콜의 축합반응에 의하여 얻은 폴리올 35 중량부, 솔비톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 35 중량부, 에틸렌디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 15 중량부 및 글리세린에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10 중량부를 혼합하여 합성 폴리올; 및 톨루엔디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10 중량부, 테레프탈산과 프탈릭산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻어지는 폴리올 40 중량부, 솔비톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 40 중량부, 글리세린에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10 중량부를 혼합하여 제조된 합성 폴리올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 합성 폴리올에 메틸렌디페닐 디이소시아네이트(MDI) 또는 중합체 이소시아네이트(PMDI)를 반응시켜 발포된 폴리우레탄 폼.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    메틸렌디페닐 디이소시아네이트(MDI) 또는 중합체 이소시아네이트(PMDI)는 NCO 지수가 100~110이 되도록 반응되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄폼.
  4. 청구항 1에 있어서,
    발포를 위하여 HFC-245fa(1,1,1,3,3-Pentafluoropropane 또는 Pentafluoropropane : CF3CH2CHF2)가 사용되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄폼.
  5. 청구항 1에 있어서,
    합성 폴리올은 정포제로 실리콘 정포제를 포함하는 폴리우레탄폼.
  6. 아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 5~10 중량부, 톨루엔디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 5~10 중량부, 테레프탈산과 프탈릭산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻은 폴리올 30~45 중량부, 솔비톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 25~30 중량부, 에틸렌디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10~20 중량부 및 글리세린에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 5 중량부를 혼합하여 합성 폴리올; 아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 5 중량부, 테레프탈산과 프탈릭산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌그리콜의 축합반응에 의하여 얻은 폴리올 35 중량부, 솔비톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 35 중량부, 에틸렌디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 15 중량부 및 글리세린에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10 중량부를 혼합하여 합성 폴리올; 및 톨루엔디아민에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10 중량부, 테레프탈산과 프탈릭산에 디에틸렌글리콜과 디프로필렌글리콜의 축합반응에 의하여 얻어지는 폴리올 40 중량부, 솔비톨에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 40 중량부, 글리세린에 프로필렌 산화물과 에틸렌 산화물을 첨가하여 얻은 폴리올 10 중량부를 혼합하여 제조된 합성 폴리올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 합성 폴리올에 메틸렌디페닐 디이소시아네이트(MDI) 또는 중합체 이소시아네이트(PMDI)를 연속식 스트랜드 매트에서 발포하여 얻어진 유리섬유강화 폴리우레탄 폼.
  7. 청구항 6에 있어서,
    -160 ℃에서 열전도율이 0.0151~0.0167 W/mK가 되는 것을 특징으로 하는 유리섬유강화 폴리우레탄 폼.
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KR102146300B1 (ko) 2020-02-11 2020-08-20 주식회사 동천 단열재의 제조장치 및 방법
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