KR101534268B1 - 재생 난연 폴리우레탄폼 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 재생 난연 폴리우레탄폼 제조방법에 관한 것으로 종전의 제조공정을 대폭 생략하면서도 사용자가 요구하는 난연 규격에 부합한 우수한 흡음 및 차음효과를 가지도록 하기 위하여, 폐난연 폴리우레탄폼 스크랩을 분쇄하는 공정과, 상기 분쇄된 스크랩 100중량부에 대하여 클로리네이티드 알리패틱 폴리 포스포레이트-포페이트(Chlorinated aliphatic poly phosphorate-phoaphate) 및 트리스 2-클로로에틸 포스페이트(Tris 2-chloroethyl phosphate)의 지방족 화합물로 구성되는 수증기 반응 난연제 5∼15중량부와, 폴리우레탄 레진(Polyurethane resin), 솔벤트 나프타(Solvent naphtha), 디클로로메탄(Dichloromathane) 중 선택된 하나 이상으로 구성되는 수증기 반응 경화제 5∼15중량부를 첨가하고, 3∼15분 동안 배합하여 혼합물을 형성하는 공정과, 상기 혼합물을 프레스 금형에 투입하고 5∼30분 동안 120∼200℃의 수증기로 가열 성형하는 공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

재생 난연 폴리우레탄폼 제조방법{Manufacturing method of recycle resistance to flame polyurethane foam}

본 발명은 재생 난연 폴리우레탄폼 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종전의 제조공정을 대폭 생략하면서도 사용자가 요구하는 난연 규격에 부합한 우수한 흡음 및 차음효과를 가지는 재생 난연 폴리우레탄폼 제조방법에 관한 것이다.

폴리우레탄은 산업적 용도가 매우 많고, 사용 후 폐 폴리우레탄에 대한 재생방법이 시급하여, 본 출원인은 등록특허 제10-0831875호를 통해 폴리우레탄 스크랩을 재생 사용하는 방법을 제시한 바 있다.

상기 발명의 주요 공정은 도 1과 같이, 폐 폴리우레탄폼 스크랩을 분쇄한 후 습기경화형 1액형 접착제를 첨가 혼합하고, 수증기를 투입하면서 압축 성형 한 후, 열풍 건조후 숙성(Aging)과정을 거쳐 강도 0.4~8Kg/㎠, 열전도율 0.1~0.2Kcal/MHC제품이 완성된다.

본 발명인은 상기 선등록 발명을 기초로 하여, 경화 후 열풍건조 및 숙성공정 등을 대폭 생략하면서 냄새 발생이 적은 친환경적인 제조공법을 개발하여, 난연성 발현이 우수하면서도 사용자가 요구하는 난연규격에 부합하게 밀도 조절이 가능한 제품을 제공할 수 있게 되었다.

본 발명의 목적은, 난연제에 경화제를 첨가하여 제품성형과 경화과정이 동시에 수행되어, 경화 및 경화 이후에 소요되는 열풍건조 및 숙성과정이 생략되면서 냄새가 발생하지 않은 친환경적 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 위 제조방법을 통해, 다양한 크기의 기공이 고밀도 또는 저밀도로 형성되어, 사용자가 요구하는 난연 규격에 부합하도록 밀도 조절이 가능한 재생 난연 폴리우레탄폼을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 폐난연 폴리우레탄폼 스크랩을 분쇄하는 공정과, 상기 분쇄된 스크랩 100중량부에 대하여 클로리네이티드 알리패틱 폴리 포스포레이트-포페이트(Chlorinated aliphatic poly phosphorate-phoaphate) 및 트리스 2-클로로에틸 포스페이트(Tris 2-chloroethyl phosphate)의 지방족 화합물로 구성되는 수증기 반응 난연제 5∼15중량부와, 폴리우레탄 레진(Polyurethane resin), 솔벤트 나프타(Solvent naphtha), 디클로로메탄(Dichloromathane) 중 선택된 하나 이상으로 구성되는 수증기 반응 경화제 5∼15중량부를 첨가하고, 3∼15분 동안 배합하여 혼합물을 형성하는 공정과, 상기 혼합물을 프레스 금형에 투입하고 5∼30분 동안 120∼200℃의 수증기로 가열 성형하는 공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이때, 상기 수증기 반응 난연제는 클로리네이티드 알리패틱 폴리 포스포레이트-포페이트(Chlorinated aliphatic poly phosphorate-phoaphate) 75∼95중량％, 트리스 2-클로로에틸 포스페이트(Tris 2-chloroethyl phosphate) 5∼25중량％로 구성됨을 특징으로 한다.

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또한, 상기 수증기 반응 경화제는 폴리우레탄 레진(Polyurethane resin) 50∼80중량％, 솔벤트 나프타(Solvent naphtha) 5∼20중량％, 디클로로메탄(Dichloromathane) 10∼35중량％로 구성됨을 특징으로 한다.

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본 발명에 의한 재생 난연 폴리우레탄폼 제조방법은 폐난연 폴리우레탄폼 스크랩 분쇄물에 수증기 반응 난연제와 수증기 반응 경화제를 첨가함으로써 우수한 난연성을 얻을 수 있고, 폴리우레탄폼의 경화 제조가 용이하여 열풍건조 및 숙성공정을 생략할 수 있으며, 대량 연속 생산이 유리한 효과가 있다.

또한, 원소간의 사슬구조를 가진 지방족화합물로 된 난연제를 사용함으로써 난연 성능을 극대화 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 고온의 수증기로 가열함으로써 폐난연 폴리우레탄폼 스크랩에서 발생되는 비릿한 냄새를 제거할 수 있으며, 사용자가 요구하는 난연 규격에 부합되는 재활용 고밀도, 저밀도의 난연 폴리우레탄폼을 재생할 수 있도록 하여 제품성, 기능성, 안정성은 유지하면서 제조원가를 절감하고 제품수명을 연장하며, 소각이나 폐기 등으로 인한 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 발명에 의한 제조방법 공정도
도 2는 본 발명에 의한 재생 난연 폴리우레탄폼의 제조방법 공정도

이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도 2를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

통상 난연 폴리우레탄폼은 발포 이후 발생되는 폐스크랩을 주로 비난연 폴리우레탄폼 스크랩과 함께 소각, 폐기 처리된다. 본 발명은 활용성이 미미했던 난연 폴리우레탄폼의 재처리 방안을 확보하여, 생산시간이 오래 걸리는 열악한 성형, 건조방식을 탈피하여 수증기 반응 난연제, 수증기 반응 경화제 및 수증기 경화방식을 채택함으로써 건조공정 및 숙성공정을 생략하고 대량 연속 생산이 이루어지도록 한 것이다.

본 발명은 먼저 폐난연 폴리우레탄폼 스크랩을 3∼15㎜ 크기로 분쇄물을 형성한다.

난연 폴리우레탄폼은 폴리우레탄폼과 면화섬 등의 섬유가 혼합된 소재를 주로 사용하는데, 섬유가 포함된 폴리우레탄폼은 강도가 보강되고, 상기 폴리우레탄폼은 대부분 연질인 것을 사용하며, 셀의 구조는 오픈셀인 것을 80％ 이상 사용한다.

상기 폐난연 폴리우레탄폼 스크랩의 분쇄물 형성 공정이 완료되면, 수증기 반응 난연제와 수증기 반응 경화제를 첨가 배합하여 혼합물을 형성한다.

이때, 수증기 반응 난연제에 수증기 반응 경화제를 첨가하여 성형시 원소간에 단단한 결합이 이루어지게 함으로써 난연제만을 사용하는 경우와 비교하여 보다 우수한 난연성을 얻을 수 있고, 수증기 반응 경화제의 첨가로 인해 내화학성을 강화할 수 있으며, 성형과 동시에 경화가 이루어지기 때문에 기존의 열풍건조 및 숙성공정을 생략할 수 있어 대량 연속 생산이 유리하다.

상기 수증기 반응 난연제는 클로리네이티드 알리패틱 폴리 포스포레이트-포페이트(Chlorinated aliphatic poly phosphorate-phoaphate), 트리스 2-클로로에틸 포스페이트(Tris 2-chloroethyl phosphate)가 사용된다.

상기 클로리네이티드 알리패틱 폴리 포스포레이트-포페이트(Chlorinated aliphatic poly phosphorate-phoaphate)는 염화지방족 인이 첨가된 인산염 고분자이며, 이때 알리패틱(aliphatic)은 수소와 탄소로만 이루어지며 원소간의 사슬구조로 된 지방족화합물로서 원소 간의 결합구조가 고리구조의 방향족화합물에 비해 약하기 때문에 원소분해가 쉬워 연소시 그 원소와 산소 간의 결합이 원활하게 이어진다. 이로 인해 주변 산소의 농도를 줄이는데 시간과 에너지가 방향족화합물에 비해 적게 필요로 하므로 우수한 난연성을 얻을 수 있다.

본 발명인이 종전에 사용한 습기경화형 접착제는 인계 난연제를 액상으로 첨가한 것이었는데, 인계 난연제로 사용되는 TPP, 트리아릴포스페이트, 방향족인산에스테르 등은 고리구조의 방향족화합물로서, 원소 간의 결합구조가 강해서 원소분해가 어려워 연소시 그 원소와 산소 간의 결합이 원활하게 이루어지지 않기 때문에 주변 산소의 농도를 줄이는데 많은 시간과 에너지가 필요로 하나, 본 발명에서는 이 점을 크게 개선할 수 있었다.

그리고, 트리스 2-클로로에틸 포스페이트(Tris 2-chloroethyl phosphate)는 폴리우레탄 수지, 폴리에스터 수지, 폴리아크릴레이트 중합체를 포함한 다양한 형태의 고분자에 대해 난연제, 가소제, 점도 조절제 등으로 사용 가능한 것으로서, 상기 클로리네이티드 알리패틱 폴리 포스포레이트-포페이트(Chlorinated aliphatic poly phosphorate-phoaphate)에 결합함으로써 난연성을 극대화할 수 있다

상기 클로리네이티드 알리패틱 폴리 포스포레이트-포페이트(Chlorinated aliphatic poly phosphorate-phoaphate)와 트리스 2-클로로에틸 포스페이트(Tris 2-chloroethyl phosphate)가 결합하면 자소성(自消性)을 가진 염소함유 지방족 폴리 인산포스가 생성된다.

상기 수증기 반응 난연제는 클로리네이티드 알리패틱 폴리 포스포레이트-포페이트(Chlorinated aliphatic poly phosphorate-phoaphate) 75∼95중량％, 트리스 2-클로로에틸 포스페이트(Tris 2-chloroethyl phosphate) 5∼25중량％의 지방족화합물을 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 수증기 반응 난연제는 폐스크랩 분쇄물 100중량부에 대하여 5∼15중량부 첨가하는 것이 바람직하며, 이때 수증기 반응 난연제가 5중량부 미만이면 스크랩과의 접착성이 약해지며, 15중량부를 초과하면 접착성은 강해지지만 난연제의 원가가 상승하는 단점이 있다.

한편, 상기 수증기 반응 난연제와 함께 첨가되는 수증기 반응 경화제는 폴리우레탄 레진(Polyurethane resin), 솔벤트 나프타(Solvent naphtha), 디클로로메탄(Dichloromathane) 중 선택된 하나 이상으로 구성된다.

상기 폴리우레탄 레진(Polyurethane resin)은 높은 강도와 온도 저항성, 방수성, 우수한 유전체 특성을 가지고 접착력이 우수한 특성을 가지며, 연질의 것은 주로 쿠션재로 사용되고, 경질의 것은 주로 단열재료로 사용된다. 솔벤트 나프타(Solvent naphtha)는 나프타를 용제화시킨 것으로서, 휘발성이며 주로 공업용 용제, 세정, 추출 등에 사용된다. 그리고 디클로로메탄(Dichloromathane)은 주로 유기화합물의 추출 및 반응용제, 냉매 등으로 사용된다.

이때 위 3가지가 모두 포함될 경우에는 폴리우레탄 레진(Polyurethane resin) 50∼80중량％, 솔벤트 나프타(Solvent naphtha) 5∼20중량％, 디클로로메탄(Dichloromathane) 10∼35중량％로 구성되도록 함이 바람직하며, 다른 실시예로서 폴리우레탄 레진(Polyurethane resin) 50∼80중량％, 솔벤트 나프타(Solvent naphtha) 20∼50중량％로 구성될 수 있고, 폴리우레탄 레진(Polyurethane resin) 40∼70중량％, 디클로로메탄(Dichloromathane) 30∼60중량％로 구성될 수 있으며, 또 다른 실시예로서 솔벤트 나프타(Solvent naphtha) 30∼50중량％, 디클로로메탄(Dichloromathane) 50∼70중량％로 구성될 수 있다.

상기와 같이 구성된 수증기 반응 경화제는 폐스크랩 분쇄물 100중량부에 대하여 5∼15중량부 첨가하는 것이 바람직하며, 이때 수증기 반응 경화제가 5중량부 미만이면 폐스크랩 및 난연제와의 접착성이 약해지며, 15중량부를 초과하면 접착성은 우수해지지만 경화제의 원가가 상승하는 단점이 있다.

상기 수증기 반응 난연제 및 수증기 반응 경화제의 첨가가 완료되면 3∼15분 동안 믹서로 배합하여 혼합물을 형성하며, 그 혼합물을 프레스 금형에 투입하고 5∼30분 동안 120∼200℃의 수증기로 가열하는 과정을 거쳐 원하는 형상의 제품을 성형한다. 이때 수증기의 온도가 120℃ 미만이면 성형성이 약하고, 200℃ 초과하면 폐스크랩이 과도하게 경화되는 문제가 발생된다.

한편 본 발명인의 종전 제조공정은, 폐난연 폴리우레탄폼 스크랩을 소각시, 비릿한 냄새가 나고 시안화수소(HCN) 기체가 발생하여 독성과 부식성 문제를 야기하기 때문에 환경공해 문제가 발생하며, 접착제는 약간의 난연기능만 부여되어 안정적인 제품을 제조하는데 유리하나, 고온으로 가열해야만 경화가 이루어지고, 경화 후 열풍건조 및 숙성공정을 거쳐야 하지만, 본 발명에서는 수증기 반응 난연제와 수증기 반응 경화제를 혼합하여 혼합물의 경화가 바로 진행되므로 종전의 제품 경화를 위한 열풍건조 및 숙성과정 없이도 곧바로 제품이 완성된다. 그리고 가열 성형 과정에서 프레스 금형에 투입되는 고온의 수증기에 의해 냄새의 근원인 유분의 열분해를 촉진시키며, 특히 수증기의 온도는 프레스 금형 내의 압력이 증가함에 따라 더 큰 에너지가 생성되기 때문에 폐난연 폴리우레탄 스크랩에서 발생되는 냄새를 제거할 수 있게 된다.

이하 본 발명을 바람직한 실시 예에 의하여 보다 상세하게 설명한다.

<실시예 1 내지 5>

아래 표 1에서와 같이 폐난연 폴리우레탄폼 스크랩을 분쇄하여 1,000g 을 준비하고, 여기에 수증기 반응 난연제를 각각 50g, 80g, 100g, 110g, 150g 첨가하고, 수증기 반응 경화제를 각각 70g, 50g, 90g, 150g, 120g 첨가한 후, 10분 동안 배합하여 된 혼합물을 프레스 금형에 투입하고 20분 동안 170℃의 수증기를 투입하여 재생 난연 폴리우레탄폼을 제조하였다.

실시예	스크랩(g)	증기 반응 난연제(g)	증기 반응 경화제(g)
1	1,000	50	70
2	1,000	80	50
3	1,000	100	90
4	1,000	110	150
5	1,000	150	120

상기의 실시예들에서 얻어진 재생 난연 폴리우레탄폼을 시편으로 만들고 표 2에서와 같이 각각의 기계적 물성으로서 압축강도와 열전도율을 KS 시험법에 의거하여 측정하였다.

실시예	압축 강도(㎏/㎠)	열전도율(㎉/MHC)
1	1.58	0.193
2	0.86	0.168
3	3.24	0.147
4	7.25	0.125
5	5.07	0.116

상기 표 2에 의하면, 본 발명에 의한 재생 난연 폴리우레탄폼은 최종적으로 사용되어질 제품의 기계적 물성에 따라 조성물 배합비를 변화시킬 수 있음을 확인하였고, 상기 실시예들의 결과를 통해서 압축강도 0.4∼8 ㎏/㎠, 열전도율 0.1∼0.2 ㎉/MHC 을 갖는 재생 난연 폴리우레탄폼 제품을 생산할 수 있음을 확인할 수 있었다.

이때 본 발명에서 난연 규격은 소방규격에 의한 점화 후 120초 안에 불이 꺼지는 조건을 뜻하며, 난연성을 극대화함으로써 그 소방규격 이내로 그 시간을 줄일 수 있도록 개선되도록 한 것이다.

또한, 상기와 같은 제조방법을 통해 사용자가 용도에 부합하는 난연 규격에 맞도록 고밀도, 저밀도의 재생 난연 폴리우레탄폼 제품을 생산할 수 있다. 통상 난연성이 더 요구되는 경우 고밀도의 제품이 필요하고, 고밀도 제품을 제조하기 위해서는 혼합물 형성과정에서 수증기 반응 난연제 및 수증기 반응 경화제를 더욱 첨가하거나 폐난연 폴리우레탄폼 스크랩의 양을 더 첨가함으로서 밀도를 조절할 수 있다. 또한 가열 성형공정에서 프레스압을 조절함으로써 재생 난연 폴리우레탄폼의 밀도 조절이 가능하며, 두 가지를 적절히 조절하여 밀도조절을 수행한다.

Claims (5)

1. 폐난연 폴리우레탄폼 스크랩을 분쇄하는 공정과,
   상기 분쇄된 스크랩 100중량부에 대하여 클로리네이티드 알리패틱 폴리 포스포레이트-포페이트(Chlorinated aliphatic poly phosphorate-phoaphate) 및 트리스 2-클로로에틸 포스페이트(Tris 2-chloroethyl phosphate)의 지방족 화합물로 구성되는 수증기 반응 난연제 5∼15중량부와, 폴리우레탄 레진(Polyurethane resin), 솔벤트 나프타(Solvent naphtha), 디클로로메탄(Dichloromathane) 중 선택된 하나 이상으로 구성되는 수증기 반응 경화제 5∼15중량부를 첨가하고, 3∼15분 동안 배합하여 혼합물을 형성하는 공정과,
   상기 혼합물을 프레스 금형에 투입하고 5∼30분 동안 120∼200℃의 수증기로 가열 성형하는 공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 재생 난연 폴리우레탄폼 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수증기 반응 난연제는 클로리네이티드 알리패틱 폴리 포스포레이트-포페이트(Chlorinated aliphatic poly phosphorate-phoaphate) 75∼95중량％, 트리스 2-클로로에틸 포스페이트(Tris 2-chloroethyl phosphate) 5∼25중량％로 구성됨을 특징으로 하는 재생 난연 폴리우레탄폼 제조방법.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 수증기 반응 경화제는 폴리우레탄 레진(Polyurethane resin) 50∼80중량％, 솔벤트 나프타(Solvent naphtha) 5∼20중량％, 디클로로메탄(Dichloromathane) 10∼35중량％로 구성됨을 특징으로 하는 재생 난연 폴리우레탄폼 제조방법.
5. 삭제

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