KR101424683B1 - 합성수지 침목용 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 합성수지 침목용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리올 혼합물, 이소시아네이트, 천연보강재, 실리콘 정포제, 발포제 및 촉매를 함유하고, 상기 폴리올 혼합물은 1) 관능기 3인 폴리에테르 폴리올 40 내지 78중량%; 2) 관능기 4인 폴리에테르 폴리올 15 내지 45중량%; 3) 관능기 5인 폴리에테르 폴리올과 관능기 6인 폴리에테르 폴리올이 혼합된 폴리에테르 폴리올 5 내지 20중량%; 및 4) 관능기 2인 폴리에스테르 폴리올 2 내지 15중량%가 혼합되고, 상기 폴리올 혼합물은 점도가 500 내지 2000cps(25℃)이며, 상기 천연보강재는 섬유상 또는 직물상인 것을 포함함으로써, 친환경적이며 반영구적으로 기계적 강도를 향상시킬 수 있으며, 가공성 및 유지보수가 용이한 합성수지 침목용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

합성수지 침목용 조성물 및 이의 제조방법 {COMPOSITION FOR SYNTHETIC RESIN SLEEPER AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 천연보강재를 함유한 합성수지 침목용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
철도용 침목으로는 주로 목재 및 콘크리트를 사용된다. 목재 침목은 수분에 약하여 썩거나 충해 등으로 그 수명이 짧아(내구수명 약 7 내지 10년), 보수가 어렵고 주기적인 교체가 요구되며 목재 수급의 문제점 등이 있다. 콘크리트 침목은 철근을 사용하여 강도가 높고 내구성이 좋으며 생산의 편리성도 있으나, 운반이 어렵고 사용 시 파손이나 균열 및 충격의 흡수력 부족으로 인한 소음발생 및 심한 진동으로 인한 레일의 수용저하 등의 문제가 있으며 중량이 무거워 시공 장소에 제약을 받는다는 문제점 등이 있다.
따라서, 근래에는 이들을 대체할 침목의 개발이 다양하게 진행되고 있으며 이중 합성수지 또는 발포수지 등을 이용 한 합성 침목에 대한 연구가 진행되고 있다. 합성수지 침목은 수축, 팽창률이 높아 형태가 변화되어 부속자재의 이탈이 발생되므로 안전성에 문제가 있으며, 발포수지 침목은 생산 원가가 매우 높으며 환경오염 등의 문제가 있다.
이와 같은 침목에 대한 종래 기술로 한국특허등록 제187,903호는 폴리에틸렌과 석탄재, 왕겨가루를 혼합하여 압출, 사출하여 제조되는 재활용이 가능하고 부드러운 기차레일 침목에 대하여 제시하고 있다. 그러나, 왕겨가루는 섬유질이 약하여 합성수지의 강도를 보완하는데 그 기능이 떨어지며, 석탄재는 습도를 제어하는 역할을 하나 강도를 낮추어 균열 등이 발생하기 쉬우므로 실용화에 문제점이 있다.
또한, 한국특허공개 제1997-58869호는 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리아미드 등의 폐합성수지에 폐지와 모래를 혼합하여 제조하는 합성수지 침목에 대하여 제시하고 있다. 그러나 상기 침목은 여름철 레일 하부의 60℃이상의 고온 하에서 수축, 팽창 등의 신축이 높아 치수안정을 유지하기 어렵고 내마모성도 적합하지 못하다.
또한, 일본특허등록 제3,444,724호는 발포수지인 경질우레탄과 유리섬유를 이용한 기재층과 탄성우레탄과 유리섬유를 이용한 내마모성 재료층으로 형성되며 자동차의 통행이나 건널목 급커브부에 부설되는 궤도용의 침목에 대하여 제시하고 있다. 그러나, 상기 유리섬유는 인체에 유해하고 침목의 폐기 시 유리섬유는 자연에서 분해되지 않아 처리가 어려운 문제가 있다.
본 발명은 자연에서 분해될 수 있는 천연보강재를 사용하여 친환경적이면서 종래 유리섬유 등의 무기섬유 사용 시와 동등 이상의 기계적 물성을 유지할 수 있고, 가공성 및 경제성이 우수한 합성수지 침목용 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리올 혼합물, 이소시아네이트, 천연보강재, 실리콘 정포제, 발포제 및 촉매를 함유하고, 상기 폴리올 혼합물은 1) 관능기 3인 폴리에테르 폴리올 40 내지 78중량%; 2) 관능기 4인 폴리에테르 폴리올 15 내지 45중량%; 3) 관능기 5인 폴리에테르 폴리올과 관능기 6인 폴리에테르 폴리올이 혼합된 폴리에테르 폴리올 5 내지 20중량%; 및 4) 관능기 2인 폴리에스테르 폴리올 2 내지 15중량%가 혼합되고, 상기 폴리올 혼합물은 점도가 500 내지 2000cps(25℃)이며, 상기 천연보강재는 섬유상 또는 직물상인 합성수지 침목용 조성물을 제공한다.
상기 천연보강재는 직경이 0.1 내지 10㎜이고, 인장강도는 3.0g/d 이상이며, 수분함량이 15중량% 이하일 수 있다.
상기 천연보강재는 마닐라삼, 저마(모시, 라미), 아마(린넨), 황마(쥬트), 사이잘삼, 대마(삼베, 헴프), 면화 및 케이폭으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 폴리올 혼합물 100중량부에 대하여, 이소시아네이트 100 내지 130중량부; 실리콘 정포제 0.5 내지 5중량부; 발포제 0.05 내지 5중량부; 및 촉매 0.1 내지 2중량부를 함유하고, 상기 폴리올 혼합물과 이소시아네이트의 총 함량 100중량부에 대하여, 천연보강재 10 내지 50중량부를 함유할 수 있다.
상기 합성수지 침목용 조성물은 점도(25℃)가 500 내지 2000cps일 수 있다.
상기 발포제는 물일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 합성수지 침목용 조성물을 발포 경화하여 제조된 합성수지 침목을 제공한다.
상기 합성수지 침목은 밀도가 300㎏/㎥이상이고, 수평 휨강도가 600㎏f/㎠이상이고, 수평 압축강도가 90㎏f/㎠이상이고, 수직 압축강도가 100㎏f/㎠이상이며, 나사스파이크 인발강도가 30kN이상일 수 있다.
또한, 본 발명은 섬유상 또는 직물상 천연보강재에, 폴리올 혼합물, 이소시아네이트, 실리콘 정포제, 발포제 및 촉매를 함유한 조성물을 함침한 후, 발포하는 단계를 포함하여 수행되고, 상기 폴리올 혼합물은 1) 관능기 3인 폴리에테르 폴리올 40 내지 78중량%; 2) 관능기 4인 폴리에테르 폴리올 15 내지 45중량%; 3) 관능기 5인 폴리에테르 폴리올과 관능기 6인 폴리에테르 폴리올이 혼합된 폴리에테르 폴리올 5 내지 20중량%; 및 4) 관능기 2인 폴리에스테르 폴리올 2 내지 15중량%가 혼합되고, 상기 폴리올 혼합물은 점도가 500 내지 2000cps(25℃)이며, 상기 단계는 연속식 또는 비연속식으로 수행되는 합성수지 침목의 제조방법에 또 다른 특징이 있다.
상기 섬유상 천연보강재를 함침한 후 발포하는 단계가 연속적으로 수행될 수 있다.
상기 직물상 천연보강재를 함침한 후 발포하는 단계가 비연속식으로 수행될 수 있다.
상기 이소시아네이트와; 폴리올 혼합물, 실리콘 정포제, 발포제 및 촉매를 함유한 조성물의 겔 타임은 2분 내지 20분일 수 있다.
상기 발포된 발포체의 표면을 폴리우레탄계, 아크릴계, 폴리우레탄-아크릴계, 폴리우레탄-에폭시계 및 아크릴-에폭시계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수지를 도포하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 합성수지 침목은 보강재를 사용하여 기계적 강도를 향상시킬 수 있으며, 특히 경량성, 내후성, 내마모성, 내구성, 내수성 및 내약품성 등이 우수한 친환경적인 천연보강재를 포함하여 반영구적으로 사용이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 합성수지 침목은 가공성이 우수하여, 제조가 용이함은 물론, 유지보수 비용이 저렴하여 종래의 목재나 콘크리트 침목 또는 일부 유리섬유 형태의 합성수지 침목보다 경제적으로 유리한 이점이 있다.
따라서, 상기한 합성수지 침목은 철도의 소음과 진동을 흡수할 수 있는 철도용 뿐만 아니라, 소음의 발생이 많은 경전철이나 지하철 등에 사용하면 더욱 효과적이다. 이외에도 침목뿐만 아니라 합성목재, 전신주 등의 용도로 활용이 가능하다.
본 발명은 천연보강재를 함유한 합성수지 침목용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 합성수지 침목용 조성물은 폴리올 혼합물, 이소시아네이트, 천연보강재, 실리콘 정포제, 발포제 및 촉매를 함유한다.
상기 폴리올 혼합물은 1) 관능기 3인 폴리에테르 폴리올 40 내지 78중량%; 2) 관능기 4인 폴리에테르 폴리올 15 내지 45중량%; 3) 관능기 5인 폴리에테르 폴리올과 관능기 6인 폴리에테르 폴리올이 혼합된 폴리에테르 폴리올 5 내지 20중량%; 및 4) 관능기 2인 폴리에스테르 폴리올 2 내지 15중량%가 혼합된다.
본 발명은 천연보강재 사용으로 인한 압축강도, 휨강도, 함침성 등의 물성 저하를 개선하기 위하여 관능기가 다른 3종의 폴리에테르 폴리올 및 폴리에스테르 폴리올을 혼합 사용하고, 이들의 함량을 최적화한 것에 특징이 있다.
상기 관능기 3인 폴리에테르 폴리올의 함량이 40중량% 미만이면 침목용 조성물의 점도가 증가하고, 휨강도가 저하되며 78중량%를 초과하는 경우에는 압축강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 관능기 4인 폴리에테르 폴리올의 함량이 15중량% 미만이면 휨강도 및 압축강도가 저하되고 45중량%를 초과하는 경우에는 침목용 조성물의 점도가 증가되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 관능기 5인 폴리에테르 폴리올과 관능기 6인 폴리에테르 폴리올이 혼합된 폴리에테르 폴리올의 함량이 5중량% 미만이면 압축강도가 저하되고 20중량%를 초과하는 경우에는 침목용 조성물의 점도가 증가하고, 휨강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 관능기 2인 폴리에스테르 폴리올의 함량이 2중량% 미만이면 휨강도가 저하되고 15중량%를 초과하는 경우에는 압축강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 폴리에테르 폴리올 및 폴리에스테르 폴리올은 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않는다.
구체적으로 폴리에테르 폴리올은 다관능성 알코올 또는 다관능성 아민에, 산화알킬렌이 부가된 폴리올을 의미한다.
상기 다관능성 알코올은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 글리세린, 트리메탄올프로페인, 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨, α-메틸글루코시드, 자일리톨, 솔비톨 및 설탕 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 다관능성 아민은 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에탄올아민, ortho-톨루엔디아민, 디페닐메탄디아민 및 디에탄올아민 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 산화알킬렌 화합물은 적어도 하나의 산화알킬렌기를 갖는 화합물로, 예를 들면 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드(1,2-에폭시프로판), 부틸렌옥사이드(1,4-에폭시부탄), 1,2-에폭시부탄, 2,3-에폭시부탄, 1,2-에폭시펜탄, 1,2-에폭시헥산, 1,2-에폭시헵탄, 1,2-에폭시시클로펜탄, 1,2-에폭시시클로헥산, 아밀렌 옥사이드 및 스티렌 옥사이드 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상용화를 고려하면 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드 및 부틸렌 옥사이드가 바람직하며, 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드가 보다 바람직하다.
또한, 폴리에스테르 폴리올은 다관능성 알코올과 다관능성 산으로 이루어진 화합물을 의미한다. 다관능성 알코올은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 글리세린 및 1,6-헥산디올 등을 들 수 있으며, 다관능성 산은 아딕픽산, 무수프탈산, 테레프탈릭산, 이소프탈산 등을 들 수 있다.
이러한 폴리올 혼합물은 점도가 500 내지 2000cps(25℃), 바람직하기로는 600 내지 1600cps인 것이 좋으며, 상기 점도가 500cps미만이면 압축강도가 저하되고 2000cps을 초과하는 경우에는 천연보강재와의 함침이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
이소시아네이트는 이소시아네이트기에 방향족, 시클로지방족 및 또는 지방족기가 연결된 화합물을 포함한다. 예를 들면, 에틸렌 디이소시아네이트, 1,4-테트라메틸렌디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 1,12-도데칸디이소시아네이트, 시클로부탄-1,3-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,3- 및 시클로헥산-1,4-디이소시아네이트, 1-이소시아네이토-3,3,5-트리메틸-5-이소시아네이토메틸-시클로헥산(이소포론 디이소시아네이트), 2,4- 및 2,6-헥사히드로톨루엔 디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄-4,4'-디이소시아네이트(수소화 MDI, 또는 HMDI), 1,3- 및 1,4-페닐렌 디이소시아네이트, 2,4- 및 2,6-톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 디페닐메탄-2,4'- 및 -4,4'-디이소시아네이트(MDI), 나프틸렌-1,5-디이소시아네이트, 트리페닐-메탄-4,4',4"-트리이소시아네이트, 폴리페닐-폴리메틸렌-폴리이소시아네이트(crude MDI), 노르보르난 디이소시아네이트, m- 및 p-이소시아네이토페닐 설포닐이소시아네이트, 과염소화 아릴 폴리이소시아네이트, 카르보디이미드-개질 폴리이소시아네이트, 우레탄-개질 폴리이소시아네이트, 알로파네이트-개질 폴리이소시아네이트, 이소시아누레이트-개질 폴리이소시아네이트, 우레아-개질 폴리이소시아네이트, 뷰렛-함유 폴리이소시아네이트, 이소시아네이트-말단 예비중합체 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.
상기 이소시아네이트는 최종 제조하고자 하는 폴리우레탄의 요구 특성에 따라 NCO기의 함량을 조절할 수 있으며, 대략 25 내지 35%인 것이 바람직하다.
이러한 이소시아네이트는 폴리올 혼합물 100중량부에 대하여 이소시아네이트 100 내지 130중량부 함유하며, 상기 함유량이 100중량부 미만이면 압축강도 및 휨강도가 저하되고 130중량부를 초과하는 경우에는 휨강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
천연보강재는 상기 조성물을 발포 경화한 폴리우레탄의 강도, 구체적으로 압축강도, 휨강도 및 전단강도 등을 보강하기 위한 것으로 예를 들면 마닐라삼, 저마(모시, 라미), 아마(린넨), 황마(쥬트), 사이잘삼, 대마(삼베, 헴프), 면화 및 케이폭으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 압축강도, 휨강도, 인발강도, 함침성을 고려하면 마닐라삼, 저마, 및 사이잘삼 등이 바람직하다.
상기 천연보강재는 직경이 0.1 내지 10㎜이고, 인장강도는 3.0g/d 이상이며, 수분함량이 15중량% 이하인 것이 바람직하다. 상기 직경이 0.1㎜ 미만이면 천연보강재의 부피가 증가하여 함침 및 생산이 어려우며, 10㎜을 초과하는 경우에는 휨강도 및 인발강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 인장강도가 3.0g/d 미만이면 휨강도 및 인발강도가 저하되며, 수분함량이 15중량%를 초과하는 경우에는 건조가 어려운 문제점이 발생할 수 있다.
상기 천연보강재는 길이 방향으로 엉김 없이 직선으로 배열하여 합성수지 침목용 조성물에 함침할 수 있는 섬유상, 또는 균일하게 길이 방향으로 배열하여 합성수지 침목용 조성물에 함침할 수 있는 직물상 형태로 사용될 수 있다.
이러한 천연보강재는 폴리올 혼합물과 이소시아네이트의 총 함량 100중량부에 대하여 천연보강재 10 내지 50중량부 함유하며, 상기 함유량이 10중량부 미만이면 휨강도 및 인발강도가 저하되고 50중량부를 초과하는 경우에는 압축강도 및 함침이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
실리콘 정포제는 상기 조성물을 발포 경화한 폴리우레탄의 구조, 특히 폴리우레탄 발포체 내의 셀 구조를 고려하여 적절히 선택 사용할 수 있다. 예를 들면 Evonik사의 B-8404 또는 B-8462 제품 등이 사용될 수 있다.
이러한 실리콘 정포제는 폴리올 혼합물 100중량부에 대하여 0.5 내지 5중량부 함유하며, 상기 함유량이 0.5중량부 미만이면 우레탄 폼의 셀이 불균일하고 5중량부를 초과하는 경우에는 침목용 조성물의 가격 증가, 휨강도, 압축강도 등의 기계적 물성저하의 문제가 발생할 수 있다.
발포제는 우레탄 반응 중 기포를 발생시키는 역할을 하는 바, 물리적 발포제 및 화학적 발포제인 물로 구분할 수 있는 바, 상기 2가지 타입을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 친환경적인 면에서 화학적 발포제인 물을 사용하는 것이 바람직하다.
물리적 발포제는 반응열에 의해 발포제가 기화(승화)되며, 이로 인한 가스는 폼의 둘러싸인 셀에 의하여 쌓여짐으로써 제조되는 폼이 낮은 열전도율을 나타낼 수 있다. 이때, 탄화수소계인 C-pentane, 수소화염화불화탄소계인 HCFC-141b(1,1-디클로로-1-플루오로에탄), 하이드로불화탄소(HFC)계인 HFC-245fa(1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판), HFC-365mfc, 혼합 HFC-365mfc/227ea, 이들의 혼합물 등을 발포제로 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 종래에 사용되었던 CFC계 발포제의 사용을 배제하는 것은 아니나, 환경 문제를 야기할 수 있으므로 가급적 사용을 배제하는 것이 바람직할 수 있다. 바람직하게는 보다 친환경적 성분인 C-Pentane, HFC계 등을 사용할 수 있다. 특히, 닫힌 셀 단열 폼 제조에 사용되는 HFC계 발포제로서 HFC-245fa를 사용할 수 있다.
또한, 화학적 발포제인 물은 이소시아네이트와 반응하여 이산화탄소 가스를 생성한다.
이러한 화학적 발포제는 폴리올 혼합물 100중량부에 대하여 0.05 내지 5중량부 함유하며, 상기 함유량이 0.05중량부 미만이면 밀도가 950kg/㎥ 이상으로 증가하게 되고 5중량부 초과하는 경우에는 밀도가 300kg/㎥이하로 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
촉매는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로, 2급 또는 3급 아민 화합물(예를 들면, DMEA, TEDA, DMCHA, TMCHA 등), 아민계 촉매, 유기 금속(예를 들면, 유기주석)과 같은 금속 촉매 등을 사용할 수 있다.
이러한 촉매는 폴리올 혼합물 100중량부에 대하여 0.1 내지 2중량부 함유하며, 상기 함유향이 0.1중량부 미만이면 겔 타임이 20분 이상으로 느려지고 2중량부 초과하는 경우에는 겔 타임이 2분 이하로 빨라지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 합성수지 침목이 제조방법은 천연보강재에, 폴리올 혼합물, 이소시아네이트, 실리콘 정포제, 발포제 및 촉매를 함유한 조성물을 함침한 후, 발포하는 단계를 포함한다. 상기 단계는 연속식 또는 비연속식으로 수행될 수 있다.
상기 섬유상 천연보강재는 함침한 후 발포하는 단계가 연속적 수행되는 것이 바람직하고, 상기 직물상 천연보강재는 함침한 후 발포하는 단계가 비연속식으로 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 섬유상 천연보강재는 일정 크기로 절단한 후 수분제거를 위하여 100 내지 150℃의 건조기에서 24시간 이상 건조하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 합성수지 침목용 조성물은 18 내지 35℃의 온도를 유지하도록 하고, 이를 상온 내지 50℃의 몰드에 주입한 후 90 내지 180bar압력하에서 발포하는 것이 바람직하다. 이때, 섬유상 천연보강재는 함침성을 향상시키기 위하여 발포기 주입 시 분할하거나, 다져주는 작업을 수행할 수 있다.
상기 이소시아네이트와; 폴리올 혼합물, 실리콘 정포제, 발포제 및 촉매를 함유한 조성물의 겔 타임은 2분 내지 20분을 유지한다.
이후에, 상기 발포된 발포체의 표면을 폴리우레탄계, 아크릴계, 폴리우레탄-아크릴계, 폴리우레탄-에폭시계 및 아크릴-에폭시계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수지를 도포하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이외에도 상기 도포 시 당 분야에서 일반적으로 사용되는 난연제(예를 들면, TCPP, TCEP, Phosphorus ester 등과 같은 인계 난연제), 착색제, 필러, 내부 이형제, 대전 방지제 및 항균제 등을 추가로 사용할 수 있다,
이상에서 제조된 상기 합성수지 침목은 밀도가 300㎏/㎥이상이고, 수평 휨강도가 600㎏f/㎠이상이고, 수평 압축강도가 90㎏f/㎠이상이고, 수직 압축강도가 100㎏f/㎠이상이며, 나사스파이크 인발강도가 30kN이상일 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
제조예 1-4 및 비교 제조예 1-4 : 폴리올 혼합물 제조
하기 표 1의 조성과 같이 혼합하여 폴리올 혼합물을 제조하였다.
구분
(중량%)		 폴리올A 폴리올B 폴리올C 폴리올D 폴리올E 폴리올F 점도
(25℃,cps)
제조예1 - - 55 30 10 5 835
제조예2 - 55 - 30 10 5 780
제조예3 - - 55 20 10 15 870
제조예4 - - 68 20 10 2 810
비교제조예1 55 - - 30 10 5 830
비교제조예2 - - 55 20 25 - 880
비교제조예3 - - 55 25 - 20 840
비교제조예4 - - 55 - 25 20 970
폴리올A: dipropylene glycol base의 폴리에테르 폴리올, 관능기 2가
폴리올B: glycerine base의 폴리에테르 폴리올, 관능기 3가
폴리올C: glycerine base의 폴리에테르 폴리올, 관능기 3가
폴리올D: pentaerythritol base의 폴리에테르 폴리올, 관능기 4가
폴리올E: sucrose/glycerine base의 폴리에테르 폴리올, 관능기 5가와 6가가 혼합됨
폴리올F: 폴리에스테르 폴리올, 관능기 2가
실시예 1-7 및 비교예 1-4
하기 표 2와 같이, 상기 표 1의 폴리올, 이소시아네이트, 천연보강재, 실리콘 정포제, 발포제 및 촉매를 이용하여 합성수지 침목 조성물을 제조하였다.
직물상의 천연보강재를 240×150×2500(W×H×L, mm) 크기로 절단한 후 120℃의 건조기에 24시간 이상 건조한 후, 상온으로 냉각하였다. 이후에, 240×150×2500(W×H×L, mm) 크기의 몰드에 길이방향으로 균일하게 배열하였다. (이때, 상기 천연보강재는 2 내지 6회 분할 배열하였다.) 40℃의 몰드에 상기 폴리올, 실리콘 정포제, 발포제 및 촉매합성수지의 혼합물과 이소시아네이트를 130bar 압력으로 주입하였다. 이때, 상기 혼합물과 이소시아네이트의 겔타임은 하기 표 2와 같은 조건으로 수행하였다.
이후에, 발포기 두껑을 덮고 약 120분 후에 경질 폴리우레탄 발포체를 꺼내고, 상기 발포체의 표면을 폴리우레탄-아크릴 수지로 도포하여 합성수지 침목을 제조하였다.
구분
(중량부)		 폴리올 이소시아
네이트		 천연
보강재		 실리콘
정포제		 발포제
(물)		 아민계
촉매		 겔 타임
(mim)
실시예1 제조예1(100) 101.3 87 1.0 0.1 0.2 7.0
실시예2 제조예2(100) 101.3 87 1.0 0.1 0.2 6.9
실시예3 제조예3(100) 101.3 87 1.0 0.1 0.2 7.4
실시예4 제조예4(100) 101.3 87 1.0 0.1 0.2 7.2
실시예5 제조예1(100) 101.3 35.8 1.0 0.1 0.2 7.0
실시예6 제조예1(100) 101.3 67.5 1.0 0.1 0.2 7.0
실시예7 제조예1(100) 101.3 100.0 1.0 0.1 0.2 7.0
비교예1 비교제조예1(100) 101.3 87 1.0 0.1 0.2 6.7
비교예2 비교제조예2(100) 101.3 87 1.0 0.1 0.2 7.0
비교예3 비교제조예3(100) 101.3 87 1.0 0.1 0.2 7.1
비교예4 비교제조예4(100) 101.3 87 1.0 0.1 0.2 7.1
천연보강재: 직경이 1.0㎜인 직물상의 마닐라삼이고, 폴리올과 이소시아네이트의 총 함량 100중량부에 대한 중량부임
실시예 8-16
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 3과 같이 천연 보강재의 종류, 천연 보강재의 직경 및 함량을 달리하여 합성수지 침목을 제조하였다.
구분
(중량부)		 마닐라삼 저마 아마 황마 시이잘삼
실시예8 직물상,2㎜(수분함량:8.2중량%) - - - -
실시예9 직물상,3㎜(수분함량:8.0중량%) - - - -
실시예10 직물상,4㎜(수분함량:7.9중량%) - - - -
실시예11 직물상,5㎜(수분함량:8.3중량%) - - - -
실시예12 섬유상,0.5㎜(수분함량:7.8중량%) - - - -
실시예13 - 직물상,1.0㎜(수분함량:8.2중량% ,인장강도: 5.8g/d) - - -
실시예14 - - 직물상,1.0㎜(수분함량:8.4중량% ,인장강도.5g/d) - -
실시예15 - - - 직물상,1.0㎜(수분함량:8.0중량%) ,인장강도:8.0g/d -
실시예16 - - - - 직물상,
1.0㎜
시험예
상기 제조된 경질 폴리우레탄 발포체 및 합성수지 침목에 대한 물성을 하기와 같은 방법으로 측정하고, 그 결과를 다음 표 4에 나타내었다.
1) 겉보기 수축: 발포한 다음 상온에서 방치하며 수축 유/무를 확인.
2) 밀도: 발포기에서 탈형하여 24시간 방치한 후 KSF 2198 시험법에 따라 측정.
3) 압축강도: KS 2206 시험법에 따라 만능인장압축시험기(universal test machine, UTM)를 사용하여 수평 및 수직으로 측정.
4) 휨강도: KS 2208 시험법에 따라 만능인장압축시험기(universaltest machine, UTM)를 사용하여 측정.
5) 나사스파이크 인발강도: 레일용 나사스파이크(L=144mm)를 25mm까지 박아서 매분 5mm의 속도로 빼어내었을 때의 최대값으로 측정.
구분 겉보기
수축		 밀도 압축강도 휨강도
(수평)		 나사스파이크
인발강도
기준값 무 700㎏/㎥
이상		 수평
90㎏f/㎠
이상		 수직
100㎏f/㎠
이상		 600㎏f/㎠
이상		 30kN이상
실시예1 무 845 315 382 852 45이상
실시예2 무 - - - - -
실시예3 무 847 295 367 682 45이상
실시예4 무 846 310 372 840 45이상
실시예5 무 840 326 416 561 45이상
실시예6 무 837 318 388 622 45이상
실시예7 무 841 316 385 792 45이상
실시예8 무 840 290 361 845 45이상
실시예9 무 845 221 275 652 45이상
실시예10 무 843 192 221 612 45이상
실시예11 무 846 175 198 598 45이상
실시예12 무 840 330 390 860 45이상
실시예13 무 843 320 384 850 45이상
실시예14 무 840 181 205 605 45이상
실시예15 무 835 184 207 623 45이상
실시예16 무 850 254 301 706 45이상
비교예1 유 - - - - -
비교예2 무 835 320 395 595 45이상
비교예3 무 828 295 341 591 45이상
비교예4 무 823 310 375 589 45이상
상기 표 4와 같이, 본 발명에 따라 특정의 폴리올 혼합물, 이소시아네이트, 천연보강재, 실리콘 정포제, 발포제 및 촉매를 함유한 실시예 1 내지 16의 합성수지 침목은 비교예 1 내지 4에 비해 겉보기 수축, 밀도, 압축강도, 휨강도, 나사스파이크 인발강도 등의 물성이 우수하면서 동시에 합성수지 침목용에 적합한 값을 가진다는 것을 확인할 수 있었다.
특히, 실시예의 휨강도는 비교예에 비해 월등히 우수함을 확인할 수 있었다.

Claims (13)

  1. 폴리올 혼합물, 이소시아네이트, 천연보강재, 실리콘 정포제, 발포제 및 촉매를 함유하고,
    상기 폴리올 혼합물은
    1) 관능기 3인 폴리에테르 폴리올 40 내지 78중량%;
    2) 관능기 4인 폴리에테르 폴리올 15 내지 45중량%;
    3) 관능기 5인 폴리에테르 폴리올과 관능기 6인 폴리에테르 폴리올이 혼합된 폴리에테르 폴리올 5 내지 20중량%; 및
    4) 관능기 2인 폴리에스테르 폴리올 2 내지 15중량%가 혼합되고,
    상기 폴리올 혼합물은 점도가 500 내지 2000cps(25℃)이며,
    상기 천연보강재는 섬유상 또는 직물상인 것을 특징으로 하는 합성수지 침목용 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 천연보강재는 직경이 0.1 내지 10㎜이고, 인장강도는 3.0g/d 이상이며, 수분함량이 15중량% 이하인 것을 특징으로 하는 합성수지 침목용 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 천연보강재는 마닐라삼,저마(모시, 라미),아마(린넨),황마(쥬트), 사이잘삼, 대마(삼베, 헴프), 면화 및 케이폭으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 합성수지 침목용 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 폴리올 혼합물 100중량부에 대하여, 이소시아네이트 100 내지 130중량부; 실리콘 정포제 0.5 내지 5중량부; 발포제 0.05 내지 5중량부; 및 촉매 0.1 내지 2중량부를 함유하고,
    상기 폴리올 혼합물과 이소시아네이트의 총 함량 100중량부에 대하여, 천연보강재 10 내지 50중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 합성수지 침목용 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 합성수지 침목용 조성물은 점도(25℃)가 500 내지 2000cps인 것을 특징으로 하는 합성수지 침목용 조성물.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 발포제는 물인 것을 특징으로 하는 합성수지 침목용 조성물.
  7. 청구항 1 내지 6중 어느 한 항의 조성물을 발포 경화하여 제조된 합성수지 침목.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 합성수지 침목은 밀도가 300㎏/㎥이상이고, 수평 휨강도가 600㎏f/㎠이상이고, 수평 압축강도가 90㎏f/㎠이상이고, 수직 압축강도가 100㎏f/㎠이상이며, 나사스파이크 인발강도가 30kN이상인 것을 특징으로 하는 합성수지 침목.
  9. 섬유상 또는 직물상 천연보강재에, 폴리올 혼합물, 이소시아네이트, 실리콘 정포제, 발포제 및 촉매를 함유한 조성물을 함침한 후, 발포하는 단계를 포함하여 수행되고,
    상기 폴리올 혼합물은
    1) 관능기 3인 폴리에테르 폴리올 40 내지 78중량%;
    2) 관능기 4인 폴리에테르 폴리올 15 내지 45중량%;
    3) 관능기 5인 폴리에테르 폴리올과 관능기 6인 폴리에테르 폴리올이 혼합된 폴리에테르 폴리올 5 내지 20중량%; 및
    4) 관능기 2인 폴리에스테르 폴리올 2 내지 15중량%가 혼합되고,
    상기 폴리올 혼합물은 점도가 500 내지 2000cps(25℃)이며,
    상기 단계는 연속식 또는 비연속식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 합성수지 침목의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 섬유상 천연보강재를 함침한 후 발포하는 단계가 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 합성수지 침목의 제조방법.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 직물상 천연보강재를 함침한 후 발포하는 단계가 비연속식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 합성수지 침목의 제조방법.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 이소시아네이트와; 폴리올 혼합물, 실리콘 정포제, 발포제 및 촉매를 함유한 조성물의 겔 타임은 2분 내지 20분인 것을 특징으로 하는 합성수지 침목의 제조방법.
  13. 청구항 9에 있어서, 상기 발포된 발포체의 표면을 폴리우레탄계, 아크릴계, 폴리우레탄-아크릴계, 폴리우레탄-에폭시계 및 아크릴-에폭시계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수지를 도포하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 합성수지 침목의 제조방법.
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