KR101541080B1

KR101541080B1 - 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물

Info

Publication number: KR101541080B1
Application number: KR1020130084313A
Authority: KR
Inventors: 김임석
Original assignee: 김임석
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2013-07-17
Publication date: 2015-07-31
Also published as: KR20150009857A

Abstract

본 발명은 폴리우레탄 발포체 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우수한 난연성과 흡음성능을 나타내어 건축용 자재 및 자동차용 내장재로 사용될 수 있으며, 폴리올, 이소시아네이트, 난연성 촉매, 발포제, 가교제, 난연제 및 반응촉매로 이루어진다.
상기의 성분으로 이루어지는 폴리우레탄 발포체 조성물은 발포과정에서 다수의 기공이 형성되어 중량이 가볍고 흡음성능이 우수하며, 난연성을 나타내는 성분이 함유되어 우수한 난연성을 나타낸다.

Description

난연성 폴리우레탄 발포체 조성물 {FLAMERETARDANT POLYURETHANE FOAM COMPOSITION}

본 발명은 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발포과정을 통해 다수의 기공이 형성되어 중량이 가볍고, 흡음성능이 우수하며, 난연성을 나타내는 성분이 함유되어 우수한 난연성을 나타내는 폴리우레탄 발포체 조성물에 관한 것이다.

폴리우레탄 수지는, 비교적 저렴하고 성형이 용이하며, 그의 발포체는 자동차 부품을 비롯한 생활 용품 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다. 그러나, 폴리우레탄 수지는 가연성이며, 일단 발화하면 제어 불능의 연소를 한다는 단점이 있었다.

또한, 종래에 폴리우레탄 발포체는 발포과정이 더디게 진행되어 산업성이 저하되며, 난연성이 부여되지 않아 적용분야가 제한적인 문제점이 있었다.

상기의 문제점을 해소하기 위해, 폴리우레탄으로 이루어진 발포체의 일면에 난연성을 갖는 시트 또는 패널을 적층하여 난연성을 부여하는 방법이 주로 사용되었는데, 상기의 방법은 근본적으로 폴리우레탄 발포체에 난연성을 부여하는 것이 아니기 때문에, 난연효과가 제한적이며, 제조공정이 복잡하고 제조비용을 증가시키는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 발포과정에서 다수의 기공이 형성되어 중량이 가볍고 흡음성능이 우수하며, 난연성을 나타내는 성분이 함유되어 우수한 난연성을 나타내는 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 폴리올, 이소시아네이트, 난연성 촉매, 발포제, 가교제, 난연제 및 반응촉매로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물은 폴리올 100 중량부, 이소시아네이트 20 내지 300 중량부, 난연성 촉매 0.1 내지 80 중량부, 발포제 0.1 내지 30 중량부, 가교제 0.2 내지 1 중량부, 난연제 0.1 내지 40 중량부 및 반응촉매 1 내지 1.5 중량부로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 난연성 촉매는 메타규산나트륨 또는 물유리로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 발포제는 물, 펜탄, 메틸클로라이드 및 클로로플루오로카본으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 가교제는 디에탄올아민 및 1,4-부티디엔으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 난연제는 카본 또는 트리클로로프로필포스페이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 반응촉매는 테트라에틸렌디아민 및 디프로필렌글리콜로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명에 따른 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물은 발포과정에서 다수의 기공이 형성되어 중량이 가볍고 흡음성능이 우수하며, 난연성을 나타내는 성분이 함유되어 우수한 난연성을 나타내는 난연성 폴리우레탄 발포체를 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명에 따른 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물은 폴리올, 이소시아네이트, 난연성 촉매, 발포제, 가교제, 난연제 및 반응촉매로 이루어지며, 폴리올 100 중량부, 이소시아네이트 20 내지 300 중량부, 난연성 촉매 0.1 내지 80 중량부, 발포제 0.1 내지 30 중량부, 가교제 0.2 내지 1 중량부, 난연제 0.1 내지 40 중량부 및 반응촉매 1 내지 1.5 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 폴리올은 상기 이소시아네이트와 반응하여 본 발명에 따른 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물의 주재료인 폴리우레탄으로 제조된다.

폴리올은 분자 중에 수산기 혹인 아민기를 2개 이상 갖는 다관능알코올 또는 방향족 아민 등의 개시제와 산화프로필렌 또는 산화에틸렌을 적정 반응시켜 얻어지는 물질로, 이소시아네이트와 함께 폴리우레탄의 필수적인 원료이며, 크게 구분하면 폴리에테르 폴리올과 폴리에스터 폴리올로 분류할 수 있으며, 사용하는 용도에 맞도록 개시제 및 분자량을 변화시켜 사용되고 있으며, 최근에는 폴리에테르 폴리올이 80 내지 90%로 사용되고 있다.

본 발명에서 사용되는 폴리올은 상기 이소시아네이트와 반응하여 폴리우레탄으로 제조될 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않고 어떠한 것이든 사용가능하나, 폴리에스터 폴리올과, 필요에 따라 모노올, 폴리머 분산 폴리올 등의 그 밖의 폴리올이 함유되며, 특히, 폴리올 전체 성분 100 질량부에 대해 폴리에스터 폴리올이 10 내지 95 중량부 함유된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴리올은 중량평균 분자량이 5500 내지 6500인 폴리올이 전체 폴리올의 95% 이상을 차지하도록 함유되는 것이 바람직하며, 중량평균 분자량이 2500 내지 3500인 폴리올은 1 내지 2%, 중량평균 분자량이 3500 내지 4500인 폴리올은 3 내지 4%가 함유되는 것이 바람직하다.

특히, 상기의 폴리올 중에 중량평균 중량평균 분자량이 3500 내지 4500인 폴리올은 본 발명에 따른 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물의 기공을 열어주는 셀 오프너(CELL OPENER)의 역할을 하게 된다.

상기 이소시아네이트는 20 내지 300 중량부가 함유되며, 상기 폴리올과 반응하여 본 발명에 따른 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물의 주재료인 폴리우레탄으로 제조된다.

이소시아네이트는 시안산 HOCN은 호변 이성질 구조가 있는 산으로 알려져 있으나 그 에스테르는 양 이성질체에 상당한 것으로 알려져 있다. 이소시안산 HNCO에 상당한 에스테르 R－N＝C＝O는 이소시아네이트라고 한다. 이소시안산메틸 CH₃NCO(끓는점 44℃), 이소시안산에틸 C2H₅NCO(끓는점 60℃) 등은 자극적인 냄새가 있는 액체로서, 방치하면 급속히 중합하여 이소시아누르산의 에스테르로 된다.

또한, 암모니아 또는 아민과 반응하여 요소 유도체를 생성하고, 알코올 및 페놀과 반응하여 우레탄을 생성한다. 또 물과 반응하면 대칭성의 요소 유도체를 생성하나 가수분해하여, 제1아민 RNH₂와 이산화탄소로 되고, 그 구조가 이소시안산 형인 R－N＝C＝O임을 나타낸다.

상기 난연성 촉매는 0.1 내지 80 중량부가 함유되며, 상기 폴리올과 상기 이소시아네이트의 반응을 촉진시켜 폴리우레탄의 제조시간을 단축시키며, 제조된 폴리우레탄에 난연성능을 부여하는 역할을 한다.

상기 난연성 촉매의 함량이 0.1 중량부 미만이면 반응의 촉진 효율성이 저하되며, 상기 반응촉매의 함량이 80 중량부를 초과하게 되면, 반응의 촉진은 더 이상 향상되지 않고, 제조비용을 증가시키게 된다.

이때, 상기 반응촉매는 메타규산나트륨 또는 물유리로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 발포제는 0.1 내지 30 중량부가 함유되며, 상기 폴리올과 상기 이소시아네이트가 반응하여 제조된 폴리우레탄을 발포시키는 역할을 하는데, 발포된 폴리우레탄은 발포과정에서 다수의 기공이 형성되어 중량이 가볍고 흡음성능이 향상된다.

상기 발포제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 발포효율이 저하되며, 상기 발포제의 함량이 15 중량부를 초과하게 되면 발포효과의 향상은 미미하면서, 제조비용을 증가시키게 된다.

또한, 상기 발포제가 함유되어 발포되는 폴리우레탄의 발포배율은 3 내지 10배인 것이 바람직한데, 발포배율이 3배 미만이면, 기공의 수가 너무 적어서 중량이 무겁고 흡음성능이 저하되며, 발포배율이 10배를 초과하게 되면 중량이 가볍고 흡음성능은 우수하나, 기계적 물성이 저하된다.

이때, 상기 발포제는 물, 펜탄, 메틸클로라이드 및 클로로플루오로카본으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 가교제 0.2 내지 1 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체 조성물의 분자량을 증가시켜 기계적 물성을 개선하는 역할을 하는데, 디에탄올아민 및 1,4-부티디엔으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 가교제의 함량이 0.2 중량부 미만이면, 가교속도가 더디고 가교율이 낮아 분자량의 증가율이 저하되며, 상기 가교제의 함량이 1 중량부를 초과하게 되면, 폴리우레탄 발포체의 분자량이 지나치게 증가하여 가공성이 저하된다.

상기 난연제는 0.1 내지 40 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물에 난연성을 부여하는 역할을 하는데, 난연제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 난연성능이 저하되며, 난연제의 함량이 30 중량부를 초과하게 되면, 폴리우레탄 발포체 조성물의 기계적 물성이 저하시키며, 중량을 증가시키게 된다.

이때, 상기 난연제는 카본 또는 트리클로로프로필포스페이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 반응촉매는 1 내지 1.5 중량부가 함유되며, 상기 이소시아네이트와 상기 폴리올이 반응하여 폴리우레탄으로 제조되는 반응의 속도를 향상시키는 역할을 하는데, 반응촉매의 함량이 1 중량부 미만이면 반응속도의 향상효과가 미미하다.

이때, 상기 반응촉매는 테트라에틸렌디아민 및 디프로필렌글리콜로 이루어지며, 테트라에틸렌디아민 33%와 디프로필렌글리콜 67%로 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서, 상기의 조성물로 이루어지는 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물은 발포과정에서 다수의 기공이 형성되어 중량이 가볍고 흡음성능이 우수하며, 난연성을 나타내는 성분이 함유되어 우수한 난연성을 나타낸다.

이하에서는, 본 발명에 따른 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.

<실시예 1>

폴리올(중량평균 분자량 6000 95%, 중량평균 분자량 3000 2%, 중량평균 분자량 4000 3%) 100 중량부, 이소시아네이트 150 중량부, 메타규산나트륨 10 중량부, 물 2.8 중량부, 디에탄올아민 0.2 중량부, 1,4-부티디엔 0.5 중량부, 카본 20 중량부, 트리클로로프로필포스페이트 5 중량부, 테트라에틸렌디아민과 디프로필렌글리콜 혼합물 1.2 중량부를 혼합하고 5배로 발포하여 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물을 제조하였다.

<실시예 2>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 메타규산나트륨을 50 중량부 혼합하여 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물을 제조하였다.

<실시예 3>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 메타규산나트륨을 80 중량부 혼합하여 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물을 제조하였다.

<비교예 1>

폴리올(중량평균 분자량 6000 95%, 중량평균 분자량 3000 2%, 중량평균 분자량 4000 3%) 100 중량부, 이소시아네이트 150 중량부, 물 2.8 중량부, 디에탄올아민 0.2 중량부, 1,4-부티디엔 0.5 중량부, 카본 20 중량부, 트리클로로프로필포스페이트 5 중량부, 테트라에틸렌디아민과 디프로필렌글리콜 혼합물 1.2 중량부를 혼합하고 5배로 발포하여 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물을 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1을 통해 제조된 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물의 독성지수, 연기밀도 및 산소지수를 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.

(단, 독성지수, 연기밀도 및 산소지수는 한국철도연구원에 의뢰하여 측정하였으며, 독성지수는 BS 6853 annex B.2:1999, 연기밀도는 ASTM E 662-09 및 산소지수는 ISO 4589-2:1996의 측정방법을 이용하였다.)

<표 1>

위에 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 3을 통해 제조된 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물은 비교예 1을 통해 제조된 폴리우레탄 발포체 조성물에 비해 독성지수와 연기밀도가 낮아 우수한 난연성을 나타내는 것을 알 수 있다.

Claims

폴리올 100 중량부, 이소시아네이트 20 내지 300 중량부, 난연성 촉매 0.1 내지 80 중량부, 발포제 0.1 내지 30 중량부, 가교제 0.2 내지 1 중량부, 난연제 0.1 내지 40 중량부 및 반응촉매 1 내지 1.5 중량부로 이루어지며,
상기 난연성 촉매는 물유리로 이루어지고,
상기 발포제는 펜탄, 메틸클로라이드 및 클로로플루오로카본으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지며,
상기 반응촉매는 테트라에틸렌디아민 및 디프로필렌글리콜로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물.
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청구항 1에 있어서,
상기 가교제는 디에탄올아민 및 1,4-부티디엔으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 난연제는 카본 또는 트리클로로프로필포스페이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리우레탄 발포체 조성물.
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