KR101379479B1

KR101379479B1 - 개방 셀 발포체용 조성물 및 이를 이용한 소수성 개방 셀 발포체와 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101379479B1
Application number: KR1020130001391A
Authority: KR
Inventors: 김진홍; 민병환; 서판석; 박영도; 곽병윤; 정상헌
Original assignee: 주식회사 동성화학
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2014-04-01

Abstract

본 발명은 개방 셀 발포체용 조성물 및 이를 이용한 소수성 개방 셀 발포체와 그 제조 방법에 관한 것으로, 개방 셀 발포체용 조성물을 제공하고, 상기 개방 셀 발포체용 조성물의 내부 골격 구조 표면을 실리카 겔로 일부 또는 완전히 코팅시켜 소수/소유성을 갖고 내열성을 향상시킨 소수성 개방 셀 발포체를 수지에서부터 멜라민 폼까지 연속하여 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 효과를 제공한다.

Description

개방 셀 발포체용 조성물 및 이를 이용한 소수성 개방 셀 발포체와 그 제조 방법 {Open cell foam composition, hydrophobic open cell foam and a method for preparing them using the same}

본 발명은 개방 셀 발포체용 조성물 및 이를 이용한 소수성 개방 셀 발포체와 그 제조 방법에 관한 것으로, 개방 셀 발포체용 조성물을 제공하고, 상기 개방 셀 발포체용 조성물로 제조된 개방 셀 발포체의 내부 골격 구조 표면을 실리카 겔로 일부 또는 완전히 코팅시켜 소수성/소유성을 가지며 내열성이 향상된 소수성 개방 셀 발포체를 연속 공정으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

수지 축합생성물을 이용하여 제조한 발포체는 개방 셀(Open Cell) 구조를 갖는 유기계 발포체로서 우수한 단열 특성과 흡음 특성을 동시에 지니고 있으며 이로 인해 각종 건물 및 차량에서 단열 및 흡음 용도로서 단열재, 방음재, 흡음재, 내장재 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 또한 화재 안정성 및 열에 대한 높은 저항성으로 각종 용도에 대해 다양한 적용 개발이 진행되고 있다.

관련 선행기술로서, 미국 등록특허공보 제4,511,678호는 멜라민 알데히드 축합생성물로부터 얻을 수 있는 발포체로서 멜라민-포름 알데히드 축합 베이스 탄성 발포체에 대한 기술을 제안하고 있다. 상기 멜라민 포름알데히드 발포체는 화학 조성상 우수한 난연 특성을 갖지만 멜라민 알데히드 축합 생성물의 내열성능이 낮아 350℃ 이상에서는 급격하게 분해되는 성질이 있으므로, 상기와 같은 멜라민 알데히드 발포체는 건설 분야에서 요구되는 발포체의 내열 조건 대비 다소 성능이 미흡할 뿐 아니라 개방 셀의 친수성 특성으로 인해 수지 발포체들이 수증기 및 물을 흡수하며 시간 경과에 따른 물성 및 단열 성능 저하를 발생시키는 문제점이 있었다.

또한 유럽 공개특허공보 제2007023160호(국내 특허출원번호 제2008-7006931호)는 멜라민 폼 소수화를 위해 폴리비닐리덴 할라이드 및 불화탄소 수지, 실리콘 수지로 코팅하는 방법으로서 수증기 방수 개방-셀 발포체 물질 및 그 제조 방법에 대해 기재하고 있고, 유럽 공개특허공보 제2007023118호(국내 특허출원번호 제2008-7004126호)는 멜라민 폼을 난연성 물질과 불화탄소 수지 및 실리콘 수지로 코팅하여 소수성 및 난연성을 개선시킨 발포체 제조 방법으로서 난연성 및 소유/소수성을 갖는 개방 셀 발포체 및 제조 방법을 개시하고 있다.

상기 문헌들 내에서 난연성물질로 사용하는 알칼리실리케이트의 경우 물에 잘 용해되는 알칼리금속 특성에 의해 소수성을 저하시킬 수 있으며 완전 건조를 위해 고온 가열조건을 필요로 하는 문제점이 있다.

이에 효과적으로 소수성을 저하시킬 수 있고 고온 가열조건을 필요로 하지 않으며 내열성을 충분히 향상시킬 수 있는 멜라민 폼 관련 기술에 대한 개발이 여전히 요구되는 실정이다.

이에 본 발명은 개방 셀 발포체용 조성물을 제공하고, 상기 개방 셀 발포체 조성물로 제조된 발포체의 내부 골격 구조 표면을 실리카 겔로 일부 또는 완전히 코팅시켜 소수성/소유성을 가지며 내열성이 향상된 소수성 개방 셀 발포체를 연속 공정으로 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따르면,

아미노 수지 발포체용 조성물 및 실리카 졸 용액으로 구성되되,

상기 실리카 졸 용액은 알킬알콕시실란 1몰 기준으로 알코올 10 내지 20 몰 및 물 2 내지 6 몰, 및 산성 촉매 0.001 내지 0.005 몰로 구성된 것을 특징으로 하는 개방 셀 발포체용 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명에 따르면,

상술한 개방 셀 발포체용 조성물을 이용하되,

상기 개방 셀 발포체용 조성물의 준비 공정, 고주파 조사 공정 및 진공 하 감압 압착 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 소수성 개방 셀 발포체의 제조방법을 제공한다.

나아가, 본 발명에 따르면,

상술한 방법에 의해 제조되며, 아미노수지를 기재로 하고 상이한 형태의 기공으로 이루어진 3차원 그물 구조를 갖는 개방 셀 발포체로서, 상기 기공이 실리카 겔로 박막 코팅된 것을 특징으로 하는 소수성 개방 셀 발포체를 제공한다.

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 개방 셀 발포체를 제공하고, 상기 개방 셀 발포체의 내부 골격 구조 표면을 실리카 겔로 일부 또는 완전히 코팅시켜 소수성/소유성을 가지며 내열성이 향상된 소수성 개방 셀 발포체를 연속 공정으로 제조하는데 기술적 특징을 갖는다.

구체적으로, 본 발명에 의한 개방 셀 발포체용 조성물은 아미노 수지 발포체용 조성물 및 실리카 졸 용액으로 구성되되, 상기 실리카 졸 용액은 알킬알콕시실란 1몰 기준으로 알코올 10 내지 20 몰 및 물 2 내지 6 몰, 및 산성 촉매 0.001 내지 0.005 몰로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 아미노 수지 발포체용 조성물은 일례로 아미노 수지와 알데히드 화합물의 축합 생성물 100 중량부에 축합제 0.2 내지 1 중량부, 유화제 3 내지 15 중량부, 발포제 5 내지 20 중량부 및 경화제 2 내지 10 중량부를 분산시킨, pH 6 내지 10의 분산액일 수 있다.

여기서, 상기 아미노 수지와 알데히드 화합물의 축합 생성물은 아미노 수지 30 내지 50 중량부 및 알데히드 화합물 50 내지 70 중량부의 염기성 촉매하 반응물로서, 고형분 60 내지 80중량%의 범위 내에서 다양하게 합성할 수 있으며 500 내지 10,000 cps의 점도를 갖는 것일 수 있다.

본 발명에서 사용하는 상기 아미노 수지는 일례로 멜라민, 우레아, 우레아 유도체, 구아나민, 벤조구아나민, 우레탄, 카르복시아미드, 디시안디아미드, 술폰아미드, 지방족 아민, 글리콜, 하이드로퀴논, 레조르시놀, 아닐렌, 크제롤, 페놀 및 그 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.

또한, 본 발명에서 사용하는 상기 알데히드 화합물은 포름알데히드, 파라포름알데히드, 아세트알데히드, 트리메틸올아세트알데히드, 벤즈알데히드, 글루타르알데히드, 프탈알데히드 및 테레프탈알데히드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.

또한 상기 축합제는 일례로 소디움 바이설파이트, 암모늄 설파메이트 및 소디움 포메이트로 이루어진 군에서 1종을 선택할 수 있다.

상기 축합제는 축합반응 도중 또는 이후에 상기 아미노 수지와 알데히드 화합물의 축합 생성물 100 중량부에 대하여 0.2 내지 2 중량부, 혹은 0.5 내지 1 중량부를 첨가할 수 있다. 상기 범위 내에서 충분한 중축합 반응을 통해 발포체 형성후 셀 밀도 감소에 기인한 기계적 강도 및 내열성 감소를 방지할 수 있고, 또한 중축합 반응을 과하게 진행되지 않아 중축합 반응 제어가 용이한 잇점을 갖는다.

또한, 상기 아미노 수지와 알데히드 화합물의 축합생성물을 발포하기 위한 발포제로서, 일례로 물리적 발포제 혹은 화학적 발포제 등을 사용할 수 있고, 다른 일례로 트리클로로모노플루오르메탄, 트리클로로트리플루오르에탄, 디클로로테트라플루오르에탄 등의 할로겐화 탄화수소와 푸론, 펜탄, 헵탄, 시클로헥산, 시클로펜탄, 이소프로필 에테르 중에서 1종 또는 그 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 발포제는 상기 아미노 수지와 알데히드 화합물의 축합 생성물 100 중량부에 대해 5 내지 20 중량부, 혹은 10 내지 16 중량부를 첨가할 수 있다. 상기 범위 내에서 축합생성물을 이용한 발포체 생성이 용이하며, 또한 제조한 발포체의 셀 밀도 감소에 기인한 기계적 강도 및 내열 특성의 저하를 방지할 수 있다.

상기 유화제는 발포제를 유화시키고 발포체를 안정화시키는 역할을 수행하는 것으로, 일례로 음이온성, 양이온성, 비이온성 계면활성제 및 이의 혼합물을 사용할 수 있다.

여기서 상기 음이온계 계면활성제는 일례로 알킬 포스페이트, 폴리옥시에틸렌 알킬 포스페이트, 알킬 설포네이트, 폴리옥시에틸렌 알킬 아릴 설파이트, 폴리옥시에틸렌 알킬 설파이트, 소디움 도데실벤젠 설포네이트, 소디움 도데실 설포네이트 중에서 1종 또는 그 이상을 혼합할 수 있다.

상기 비이온성 계면활성제는 일례로 알킬페놀 폴리글리콜 에테르, 지방산 폴리글리콜 에테르, 에틸렌옥사이드 프로필렌옥사이드블로 공중합체, 아민 옥사이드 등일 수 있고, 상기 양이온성 계면활성제는 일례로 알킬벤젠디메틸암모늄 염, 알킬피리딘 염, 알킬트리암모늄 염 등일 수 있다.

상기 유화제는 상기 아미노 수지와 알데히드 화합물의 축합 생성물 100 중량부에 대해 1 내지 20 중량부, 혹은 3 내지 15 중량부일 수 있다. 상기 범위 내에서 축합생성물에 첨가제의 분산이 용이하며, 형성된 발포체의 강성 및 압축강도가 저하되지 않을 수 있다.

상기 경화제로는 무기산 및 유기산을 사용할 수 있으며, 구체적인 예로 황산, 인산, 염산, 질산, 아세트산, 옥살산, 포름산, 벤젠술폰산, 톨루엔술폰산, 페놀술폰산, 아미노술폰산 및 크실렌술폰산 중에서 1종 또는 그 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 경화제는 상기 아미노 수지와 알데히드 화합물의 축합 생성물 100 중량부에 대해 2 내지 10 중량부, 혹은 4 내지 7 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 범위 내에서 발포체 형성이 용이하고, 발포체 셀의 두께 증가에 기인한 탄성과 같은 기계적 물성 저하를 유발하지 않는다.

또한, 상기 알킬알콕시실란은 일례로 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란 및 디메틸디에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

참고로, 디메틸디메톡시실란이 메틸트리메톡시실란보다 망상구조 형성기를 줄임으로써 실리카 겔의 유연성을 향상시키고 소수성도 증가시킬 수 있다.

상기 개방 셀 발포체용 조성물을 이용한 본 발명의 소수성 개방 셀 발포체의 제조방법은, 일례로 상기 개방 셀 발포체용 조성물의 준비 공정, 고주파 조사 공정 및 진공 하 감압 압착 공정을 포함하여 구성될 수 있다.

다른 예로, 상기 개방 셀 발포체용 조성물의 준비 공정, 고주파 조사 공정 및 진공 하 감압 압착 공정은 연속으로 구성될 수 있다.

또 다른 예로, 상기 개방 셀 발포체용 조성물의 준비 공정, 고주파 조사 공정 및 진공 하 감압 압착 공정은, 상기 개방 셀 발포체용 조성물 중 아미노 수지 발포체용 조성물에 고주파 조사에 의해 상이한 형태의 기공으로 이루어진 3차원 그물 구조를 갖는 발포체를 수득하는 단계, 및 상기 개방 셀 발포체용 조성물 중 실리카 졸 용액에 상기 발포체를 함침시킨 다음 진공 하에 감압 압착시킨 후 고주파 추가 조사시킨 단계;를 포함하여 연속으로 수행될 수 있다.

참고로, 본 발명에서 사용하는 용어 “상이한 형태의 기공으로 이루어진 3차원 그물 구조를 갖는 발포체”는 달리 언급되지 않는 한, 3차원 그물 구조를 형성하되, 그물 구조 내부의 골격 구조에 의해 형태가 상이하고 기공 크기가 일례로 50~250㎛인 발포체를 지칭한다(도 2a,2b 참조).

여기서, 상기 발포체는 상기 아미노 수지 발포체용 조성물을 70 내지 100 ℃, 혹은 70 내지 80 ℃ 하에 100 내지 500 KPa, 혹은 100 내지 300 KPa에서 1 내지 3시간, 혹은 2 내지 3시간 동안 반응을 수행하고, 반응 후 생성물은 실온으로 냉각시켜 제조할 수 있다. 상기 반응 조건 범위 내에서 축합물의 과발포를 방지할 수 있다.

중축합 반응은 통상 종래 방식으로 수행되며, 상기의 반응조건 내에서 축중합 반응을 수행하면, 본 발명에 따른 수지 축합생성물을 얻을 수 있다. 상기 반응조건 범위 내에서 반응 수율 혹은 축합생성물의 순도를 저하시키지 않는다.

또한, 상기 고주파 조사는 180 내지 210 ℃ 하에 상기 아미노 수지 발포체용 조성물의 분산액 1g당 0.915 내지 5.8 GHz, 혹은 0.95 내지 3.0 GHz 주파수 하에 3 내지 20 W 출력으로 수행한 것일 수 있다. 고주파 조사시 복수의 마그네트론을 사용하는 것이 가능하며 조사 동안 최대한 균일한 분포도를 확보하는 것이 바람직하다.

상기 고주파 조사의 주파수와 출력 범위 내에서 축합생성물이 적절히 발포될 뿐 아니라 과발포를 방지하여 발포체의 기계적 물성을 저하시키지 않는다.

나아가, 상기 발포체는 연속 공정 도중 150 내지 250 ℃ 하에 30 내지 60 분간 열처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 반응 조건 범위 내에서 잔류하는 물, 발포제 및 포름알데히드 등을 효율적으로 제거해낼 수 있다.

또한 상기 실리카 졸 용액은 앞서 살펴본 바와 같이, 알킬알콕시실란 1몰 대비 알코올 10 내지 20몰 혹은 13 내지 18몰, 물 2 내지 6몰 혹은 3 내지 5몰, 산성촉매 0.001 내지 0.005 몰 혹은 0.003 내지 0.005 몰로 혼합하고 30 내지 90분, 혹은 30 내지 60분간 반응시켜 형성할 수 있다. 상기 조성비는 알킬알콕시실란이 적절한 가수분해 반응을 진행할 수 있도록 알코올과 물을 혼합하고, 상기 가수분해 및 축합반응의 속도 조절을 위해 염산 등과 같은 산성촉매를 첨가한 것이다.

참고로, 상기 반응은 용액내 금속알콕사이드의 가수분해 및 축합반응에 의해서 올리고머 타입 졸 생성후 4차원 망상구조의 겔이 되는 화학적 개질 공정에 해당한다. 나아가 상기 용액 중 액체가 증발되면 크세로겔(Xerogel) 또는 에어로겔(Aerogel)이 형성되는데, 이들의 기공 크기 및 구조는 가수분해와 축합반응시 pH에 의해 결정될 수 있다. 구체적으로 염기성 조건에서 생성된 겔은 기공이 크고 표면적이 작으며, 또한 크세로겔의 기공은 용매를 제거하기 전까지 숙성(aging) 조건, pH, 세척공정 중의 물의 pH 등에 의존할 수 있다. 이는 염기성 촉매 조건하에선 축합반응속도가 가수분해 반응보다 빨라 치밀한 구조의 콜로이드 입자가 얻어지고, 산성 촉매 조건하에선 가수분해 반응이 축합반응보다 빨라 선형 구조의 생성물을 얻기 때문이다.

물 첨가량에 따라서도 생성물은 달라질 수 있는 것으로, 일례로 물/실란류의 몰비가 4 이하이면 완전히 가수분해되기 전에 축합반응이 일어나서 선형 실록산 고분자를 생성하기 쉬운 반면, 물이 상대적으로 많으면 가수분해가 많이 되고 3차원으로 성장하여 구형의 실리카 입자를 생성하기 용이한 것이다.

상기 실리카 졸 용액에 상기 발포체를 함침시킨 다음 균일한 분산을 위해 실리카 졸 용액의 교반 혹은 초음파 조사를 통해 실리카 졸 용액을 분산시킬 수 있다.

그런 다음 실리카 졸 용액이 함침된 발포체를 진공 프레스 등을 이용하여 감압 압착시킴으로써 90% 이상의 실리카 졸 용액을 제거할 수 있다. 이는 하기 실시예에서 개시된 바와 같이, 일반 프레스를 이용하여 제거하는 것에 비해 높은 효율성을 나타낸다.

상기 감압 압착공정 후 잔류 실리카 졸 용액은 고주파 추가 조사에 의해,잔류 용매를 완전 제거하면서 실리카 겔로 개질되며, 구체적으로는 상기 실리카 졸 용액로부터 개질된 크세로겔 혹은 에어로겔로 상기 기공을 박막 코팅시킨 구조를 갖게 된다(도 2a 참조).

참고로, 상기 고주파 추가 조사에 의한 건조공정은 열을 이용한 건조공정보다 발포체 내부 열전달이 용이하여 잔류 용매 제거에 효율적이며, 이로 인해 공정시간을 대폭 단축가능한 잇점을 갖는다.

본 발명에 의한 소수성 개방 셀 발포체는 상술한 방법에 의해 제조될 수 있다. 구체적으로는 아미노수지를 기재로 하고 상이한 형태의 기공으로 이루어진 3차원 그물 구조를 갖는 개방 셀 발포체로서, 상기 기공이 실리카 겔로 박막 코팅된 것을 특징으로 한다.

상기 소수성 개방 셀 발포체는 일례로 하기 실시예에서 기재된 바와 같이, 실리카 겔 미포함-초기 발포체 대비 실리카 겔을 1.1 내지 10배, 혹은 1.3 내지 5 배 증량된 무게로 포함한 것일 수 있다.

또한 본 발명에 따른 소수성 개방 셀 발포체는 소수성을 나타낼 뿐만 아니라 내열성이 향상되는 특성 또한 나타내었다(도 1 참조).

또한, 상기 소수성 개방 셀 발포체의 벌크 밀도는 3 내지 100 kg/m³, 혹은 10 내지 100 kg/㎥로서, 흡음 단열재 혹은 난연 흡음재로 적용될 수 있다. 일례로 자동차 엔진커버, 철도차량 흡음재, 항공기 쿠션재 등의 수송 기기 분야 흡음 및 단열재, 건축물 등의 건축 분야 흡음 및 단열재, 전자제품 커버 등 전기전자 분야의 난연 및 흡음재로서 적용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 개방 셀 수지 발포체의 내부 골격 구조 표면을 실리카 겔로 일부 또는 완전히 코팅시켜 소수/소유성을 갖고 내열성을 향상시킬 수 있는 개방 셀 발포체용 조성물 및 이를 이용한 소수성 개방 셀 발포체와 상기 소수성 개방 셀 발포체를 수지에서부터 멜라민 폼까지 연속하여 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예 1과 비교예 1의 내열성을 대비한 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1과 비교예 1의 발포체를 전자현미경으로 500배 확대하여 나타낸 사진으로, 도 2a는 실시예1의 경우 그리고 도 2b는 비교예 1의 경우에 해당한다.

이하 본 발명을 하기의 실시예를 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같으며, 다만 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1>

1단계: 개방 셀 발포체용 조성물로부터 발포체 제조

멜라민 40 중량부 및 포름알데히드 60 중량부를 수산화나트륨 촉매 하에 70℃에서 100 KPa 하에 3시간 동안 교반하여 축합 생성물을 합성하였다. 이후 축합 생성물을 하룻동안 냉각시켰다. 생성된 축합 생성물의 고형분은 63 중량%, 점도는 1,000 cPs, pH는 8.9이었다.

상기 축합 생성물에 소디움 포메이트 1 중량부 및 소디움 도데실벤젠 설포네이트 3 중량부를 첨가하여 분산시킨 후 이소헥산 15 중량부 및 포름산 5 중량부를 첨가하고 23℃에서 2분 동안 교반하였다.

상기 교반에 의해 수득된 분산액을 마이크로웨이브 발생기((주)LG전자, 기기명 MM-344L)에서 2.45GH 주파수를 갖는 마이크로웨이브를 시료 1g당 20W 출력으로 200℃ 하에 조사하여 발포체를 제조하였다.

2 단계: 실리카 졸 용액 제조

메틸트리메톡시실란 1몰을 증류수 4몰과 메탄올 15몰 혼합액에 투입하여 25℃에서 10분간 교반한 후 염산 0.005몰을 투입하고 추가 10분간 교반하고 60분 동안 가수분해 반응을 진행하여 실리카 졸 용액을 제조하였다.

3 단계 : 함침 공정

상기 1 단계에서 제조한 발포체를 100㎜×100㎜×100㎜ 크기로 상기 2 단계의 실리카 졸 용액이 들어 있는 함침조에 함침시켰으며, 실리카 졸 용액을 교반, 순환시키면서 5분간 함침시켰다.

4 단계 : 1차 실리카 졸 용액 제거

함침된 발포체를 꺼내어 진공프레스를 이용하여 2분간 -760㎜Hg의 진공압력을 걸어 발포체의 두께 100㎜를 두께 10㎜까지 90% 압축시키고 실리카 졸 용액을 제거하였다. 1차 실리카 졸 용액이 제거된 발포체의 무게는 초기 무게의 2배로 증가하였다.

5 단계 : 잔류 실리카 졸 용액 제거 및 겔화/코팅

상기 1 단계에서 사용한 마이크로웨이브 발생기를 사용하여 동일 조건하에 잔류 실리카 졸내 용매를 제거하였으며 이 과정 중에 실리카 졸이 실리카 겔로 전환되면서(크세로겔 타입) 멜라민 발포체 내부 골격 구조 표면(형태가 상이하고 기공 크기가 50~250㎛인 기공 표면을 의미함)에 얇은 코팅막을 형성하였다(도 2a 참조).

< 실시예 ２>

상기 실시예１의 1단계: 개방 셀 발포체용 조성물로부터 발포체 제조에서 멜라민 40 중량부 및 포름알데히드 60 중량부 대신 멜라민 20 중량부, 우레아 20 중량부 및 아세트알데히드 60 중량부를 사용하고, 생성된 축합 생성물의 고형분이 63중량%, 점도가 700cPs이었고, pH가 8.75인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 5단계까지 반복하고 멜라민 발포체 내부 골격 구조 표면(상이한 기공)에 얇은 코팅막을 형성하였다.

< 비교예 1>

상기 실시예１중 1단계: 개방 셀 발포체용 조성물로부터 발포체 제조를 수행한 다음 2단계 내지 5단계는 반복하지 않았다. 생성된 축합 생성물의 고형분이 63 중량%, 점도가 1,000 cPs이었고, pH가 8.9이었다.

< 비교예 2>

상기 실시예１중 4 단계 : 1차 실리카 졸 용액 제거, 에서 진공프레스 대신 일반 프레스를 2분간 적용하여 두께를 90% 압축시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 공정을 반복하였다(도 2b 참조).

<물성 측정 항목>

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 각 발포체의 물성으로서, 벌크 밀도, 흡수율, 내열성, 및 실리카 졸 잔류량을 다음 방식으로 측정하였다.

*벌크 밀도: KS M ISO 845에 준하여 발포체의 밀도를 측정하였다.

*흡수율: KS L 9016에 준하여 23℃, 2시간동안 물에 침적 후 측정하였다.

*내열성(열분해 온도, TGA Data): KS M ISO 11358에 준하여 열중량분석 시험을 승온속도 10℃/분으로 진행하여 열분해온도를 측정하였다. 또한 750℃에서의 잔존 질량은 TGA 측정 파일의 data로 확인한 것으로, 초기 질량을 100%로 두고 온도 상승에 따른 잔존 질량값을 초기 질량 대비 %로 나타내었다.

*실리카 졸 잔류량: 발포체를 실리카졸 용액에 함침 후 프레스 공정을 거쳐 1차적으로 실리카졸을 제거하고 남은 발포체의 무게에서 초기 발포체의 무게를 제한 값으로 측정하였다.

먼저, 실시예 1,2와 비교예 1,2에 대한 흡수율 측정 결과를 하기 표 1에 정리하였다.

구분	실시예		비교예
구분	1	2	1	2
코팅된 발포체 벌크 밀도(kg/m³)	18	16.5	9.5	36.8
코팅된 발포체 무게(g)	18.0	16.5	9.5	36.8
2Hr 물침적후 발포체 무게(g)	66.0	68.3	1072.8	83.2
흡수율(%)	4.8	5.2	106.6	4.7

상기 표 1에서 보듯이, 비교예 1 대비 실시예 1, 2, 비교예 2에서 각각 실리카겔 코팅으로 인한 벌크 밀도의 증가가 나타났으며 2시간 동안 23℃ 물에 침적시켰을 경우 흡수율은 4.7~5.2%에 불과하였고 비교예 1과 같이 실리카겔 미처리된 발포체의 경우 106.6%의 흡수율이 나타난 것으로 확인되었다.

즉, 실시예 1, 2과 비교예 2는 비교예 1에 비해 흡수율이 대단히 낮으므로 소수화 코팅이 잘 이루어진 것을 확인할 수 있었다.

한편, 비교예 2의 경우 잔존하는 실리카 졸의 양이 많아 건조 시 많은 시간이 소요되었으며 또한 발포체의 벌크 밀도도 크게 증가하는 것으로 보아 많은 양의 실리카 겔이 코팅된 것으로 판단되었다. 그럼에도 불구하고 실시예 1, 2 대비 흡수율에 있어 큰 차이가 없으므로 소수화 특성이 향상되지 않는 것을 규명할 수 있었다.

또한, 실시예 1, 2와 비교예 1, 2의 내열성을 하기 표 2 및 도 1에 나타내었다.

구분	실시예		비교예
구분	1	2	1	2
열분해온도(℃)	389	386	375	392
750 잔존 질량(%)	60.0	60.2	26.5	68.9

상기 표 2에서 보듯이, 실시예 1, 2 및 비교예 2의 열분해온도는 비교예 1 대비 15℃ 정도 상승하였으며, 도 1에 도시된 바와 같이 온도 증가에 따른 질량 감소폭이 완만하게 나타나는 것을 확인할 수 있고, 특히 750℃에서의 시험체의 잔존질량은 실시예 1의 경우 60%, 실시예 2의 경우 60.2%인데 반해, 비교예 1에서는 26.5%로 현저히 저감된 것을 확인할 수 있었다.

나아가 실시예 1, 2와 비교예 2에 따른 프레스 공정 후 실리카졸 잔류량을 하기 표 3에 정리하였다.

구분	실시예		비교예
구분	1	2	1	2
초기 발포체 무게(g)	9.5	9.5	9.5	9.5
프레스 후 발포체 무게(g)	79.1	79.3	-	183.9
실리카 졸 잔류량(g)	69.6	69.8	-	174.4

상기 표 3에서 보듯이, 진공프레스를 적용한 실시예 1, 2의 경우는 발포체 내부에 69.6~69.8g의 실리카 졸이 잔류하였으며 일반프레스를 적용한 비교예 2의 경우는 발포체 내부에 174.4g의 실리카 졸이 잔류하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 진공프레스가 일반프레스에 비해 실리카 졸 제거에 더욱 적합한 공정임을 규명하였다.

나아가 상기 실시예 1의 발포체와 비교예 1의 발포체를 전자현미경으로 500배 확대하여 나타낸 사진을 각각 도 2a와 2b에 나타내었다. 도 2b에서는 실리카겔 미코팅된 발포체의 내부 골격 구조를 확인하였으며, 도 2a에서는 도 2b의 발포체 내부 골격 구조 표면에 실리카 겔이 코팅된 것을 선명하게 확인할 수 있었다.

Claims

아미노 수지 발포체용 조성물 및 실리카 졸 용액으로 구성되되,
상기 아미노 수지 발포체용 조성물은 아미노 수지와 알데히드 화합물의 축합 생성물 100 중량부에 축합제 0.2 내지 2 중량부, 유화제 1 내지 20 중량부, 발포제 5 내지 20 중량부 및 경화제 2 내지 10 중량부를 분산시킨, pH 6 내지 10의 분산액이고, 상기 실리카 졸 용액은 알킬알콕시실란 1몰 기준으로 알코올 10 내지 20 몰 및 물 2 내지 6 몰, 및 산성 촉매 0.001 내지 0.005 몰로 구성된 것을 특징으로 하는 개방 셀 발포체용 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 아미노 수지와 알데히드 화합물의 축합 생성물은 아미노 수지 30 내지 50 중량부 및 알데히드 화합물 50 내지 70 중량부의 염기성 촉매하 반응물로서, 고형분 60 내지 80중량%이고 500 내지 10,000 cps의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 개방 셀 발포체용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 아미노 수지는 멜라민, 우레아, 우레아 유도체, 구아나민, 벤조구아나민, 우레탄, 카르복시아미드, 디시안디아미드, 술폰아미드, 지방족 아민, 글리콜, 하이드로퀴논, 레조르시놀, 아닐렌, 크제롤, 페놀 및 그 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 개방 셀 발포체용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 알데히드 화합물은 포름알데히드, 파라포름알데히드, 아세트알데히드, 트리메틸올아세트알데히드, 벤즈알데히드, 글루타르알데히드, 프탈알데히드 및 테레프탈알데히드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 개방 셀 발포체용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 알킬알콕시실란은 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란 및 디메틸디에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 개방 셀 발포체용 조성물.
제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항의 개방 셀 발포체용 조성물을 이용하되,
상기 개방 셀 발포체용 조성물의 준비 공정, 고주파 조사 공정 및 진공 하 감압 압착 공정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 소수성 개방 셀 발포체의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 개방 셀 발포체용 조성물의 준비 공정, 고주파 조사 공정 및 진공 하 감압 압착 공정은 연속으로 구성된 것을 특징으로 하는 소수성 개방 셀 발포체의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 개방 셀 발포체용 조성물의 준비 공정, 고주파 조사 공정 및 진공 하 감압 압착 공정은
상기 개방 셀 발포체용 조성물 중 아미노 수지 발포체용 조성물에 고주파 조사에 의해 상이한 형태의 기공으로 이루어진 3차원 그물 구조를 갖는 발포체를 수득하는 단계, 및 상기 개방 셀 발포체용 조성물 중 실리카 졸 용액에 상기 발포체를 함침시킨 다음 진공 하에 감압 압착시킨 후 고주파 추가 조사시킨 단계;를 포함하여 연속으로 수행되는 것을 특징으로 하는 소수성 개방 셀 발포체의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 발포체는 상기 아미노 수지 발포체용 조성물을 70 내지 100 ℃ 하에 100 내지 500 KPa에서 1 내지 3시간 반응 후 실온 냉각시켜 수득된 것을 특징으로 하는 소수성 개방 셀 발포체의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 고주파 조사는 180 내지 210 ℃ 하에 상기 아미노 수지 발포체용 조성물의 분산액 1g당 0.915 내지 5.8 GHz 주파수 하에 3 내지 20 W 출력으로 수행한 것을 특징으로 하는 소수성 개방 셀 발포체의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 실리카 졸 용액에 상기 발포체를 함침시킨 다음 실리카 졸 용액의 교반 혹은 초음파 조사를 통해 실리카 졸 용액을 분산시킨 것을 특징으로 하는 소수성 개방 셀 발포체의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 고주파 추가 조사에 의해, 실리카 졸 용액로부터 개질된 크세로겔 혹은 에어로겔이 상기 기공을 박막 코팅시킨 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 소수성 개방 셀 발포체의 제조방법.
제7항의 방법에 의해 제조되며, 아미노수지를 기재로 하고 상이한 형태의 기공으로 이루어진 3차원 그물 구조를 갖는 개방 셀 발포체로서,
상기 기공이 실리카 겔로 박막 코팅된 것을 특징으로 하는 소수성 개방 셀 발포체.
제14항에 있어서,
상기 소수성 개방 셀 발포체는 실리카 겔 미포함-초기 발포체 대비 실리카 겔을 1.1 내지 10배 증량된 무게로 포함한 것을 특징으로 하는 소수성 개방 셀 발포체.
제14항에 있어서,
상기 소수성 개방 셀 발포체의 벌크 밀도는 ３ 내지 100 kg/㎥로서, 흡음 단열재 혹은 난연 흡음재로 적용된 것을 특징으로 하는 소수성 개방 셀 발포체.