KR101765327B1 - 열발포성 우레탄계 고무탄성체의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열에 의해 발포하여 불연성 탄화층을 형성하는 열발포성 우레탄계 고무탄성체의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 화염과 접촉시 150℃ 이상의 온도에서 발포하여 탄화층(Char)를 형성함으로서, 다공성 탄화층(Char)의 단열효과로 화염의 투과나 전이를 차단할 목적으로 사용되는 열발포성 우레탄계 고무탄성체의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 폴리올에 가소제와 유기디아민을 넣어 80 내지 100℃ 로 가열, 교반하여 유기디아민을 용해하는 1단계와, 1단계의 교반액을 40℃ 이하로 냉각하고, 변성실리콘오일과 커플링제를 투입 교반하는 2단계와, 팽창흑연, 인계난연제, 난연보조제 및 금속수산화물을 첨가하여 교반함에 따라 주제를 제조하는 3단계와, 난연성 고무탄성체의 제조를 위하여 성형을 함에 있어서 주제의 100 중량부 대비 이소시아네이트를 20 내지 50 중량부를 혼합, 교반하여 중합하는 4단계를 포함한다.
본 발명은 폴리올에 가소제와 유기디아민을 넣어 80 내지 100℃ 로 가열, 교반하여 유기디아민을 용해하는 1단계와, 1단계의 교반액을 40℃ 이하로 냉각하고, 변성실리콘오일과 커플링제를 투입 교반하는 2단계와, 팽창흑연, 인계난연제, 난연보조제 및 금속수산화물을 첨가하여 교반함에 따라 주제를 제조하는 3단계와, 난연성 고무탄성체의 제조를 위하여 성형을 함에 있어서 주제의 100 중량부 대비 이소시아네이트를 20 내지 50 중량부를 혼합, 교반하여 중합하는 4단계를 포함한다.
Description
본 발명은 이소시아네이트에 폴리올과 유기디아민과 변성실리콘오일을 공중합으로 결합시키고, 이에 열발포성 팽창재와 숯(Char)형성제 및 난연제를 배합하여 제조하는 열발포성 우레탄계 고무탄성체의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 고무재료나 플라스틱 재료에 있어서 방염 또는 방화가 요구되는 개소에 사용하는 열발포성 우레탄계 고무탄성체를 제조하는 방법으로서, 화염접근이나 발열시 숯(Char)를 형성하여 화염의 차단에 활용될 수 있도록 한다.
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방화나 방염에 사용되는 열발포성 소재는 (특허번호:10-1494801, 공개번호: 10-2008-0001702, 등록실용 20-0396696, 공개번호 특1990-7000578, 공개특허 10-2008-0090476, 공개특허 10-2012-0072419, 등록번호 10-0738470, 공개번호 10-2005-0094833, 등) 그간 개발된 예가 많으나 대부분 사용하고자 하는 모재에 코팅 및 도포하거나 희석하여 사용하였으며, 소재 자체로의 콘칼로리미터(KS F ISO 5660-1)시험과 가스유해성시험(KS F 2271)을 통한 난연성을 확보한 바는 드물다.
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본 발명은 기존의 도포재료가 아닌 몰드로부터 성형하는 열발포성 우레탄계 고무탄성체의 제조방법으로, 유연성 및 신축성을 확보한 상태로, 화염의 접근시 열에 의해 발포하여 화염의 확산을 차단하고, 소재 자체의 난연성시험(국토해양부고시 제2012-624호)과 높은 산소지수(KS M ISO 4589-2 : 2011)를 가지며, 보호대상물질을 화염으로부터 보호하는 방화재료로서 열발포성 우례탄계 고무탄성체를 제조하기 위함이다.
이러한 목적을 달성하기 위해서 일반적으로 사용하는 우레탄은 폴리올 또는 유기디아민과 이소시아네이트의 반응에 기인한다.
우레탄 반응에서 다양한 반응이 형성되나 기초적인 이소시아네이트와 폴리올의 반응을 살펴보면 다음과 같다.
이소시아네이트와 폴리올의 반응에서 후경화 반응으로 우레탄과 이소시아네이트가 반응하여 알로파네이트 결합을 형성하나 여기서는 논외로 하기로 한다.
우레탄의 또 하나의 대표적인 반응은 이소시아네이트와 유기디아민이 반응하여 생기는 요소결합이다.
요소결합은 다시 이소시아네이트와 반응하여 뷰렛결합을 형성하나 이 또한 후경화 형태로 나타나기 쉬운 이유로 여기서는 논외로 한다.
본 발명에서 상기 식[1]에서 폴리올을 대신하여 하이드록시가 부가된 변성실리콘오일로 우레탄 반응을 실시하는 것도 포함된다.
이러한 근거에 의해 폴리올과 유기디아민과 하이드록시가 부가된 변성실리콘오일을 포함하여 형성하는 공중합체를 기제로 함에 있어서 유기디아민의 사용은 연소시 가연가스의 희석효과와 산소라디칼을 흡수하는 라디칼 차단기능으로 화재의 확산을 방지하는데 기여하는 바가 있고, 하이드록시가 부가된 변성실리콘오일의 경우, 탄화수소에 비해 현저하게 적은 열량을 발생함으로 인해 고분자 연소에 있어서 연쇄반응을 억제할 수 있는 중요한 빌미를 제공한다. 따라서 폴리올과 유기디아아민 그리고 하이드록시가 부가된 변성실리콘오일을 기제로 하여 이소시아네이트와 우레탄 결합을 유도함으로서, 고분자 연쇄연소반응을 약화하고, 중요한 부분으로서 기제의 약해진 연쇄연소반응속도를 고도의 난연제로 억제함으로서 본 발명이 이루고자 하는 고분자소재의 난연화를 이루고자 한다.
고도의 난연을 이루기 위한 방법으로 고분자의 연쇄적인 연소반응을 억제하는 것이 중요하며, 이를 위해 사용하는 난연제의 효과는 첫째로 물이나 암모니아등 불연성가스에 의한 연소가스의 희석으로 화염을 억제하는 방법과, 둘째로 열에 의해 발생한 산소라디칼이나 수산기라디칼을 흡수화여 산화반응을 억제하는 방법이 있고, 셋째로 연소물의 표면에 불활성피막을 형성하여 라디칼이나 산소의 접근을 방해하는 대표적인 방법이 있다.
본 발명에서는 이 세가지 난연메카니즘을 사용하기는 하나 특히 상세하게는 셋째 불활성 피막에 의한 방법을 보다 비중있게 사용코자 하며, 피막에 의한 방법은 다시 세가지로 나눌 수 있다.
첫 번째로 연소표면에 폴리인산염 피막이나 붕산염 피막을 형성하여 산소와의 접촉을 차단하는 방법, 두 번째로 숯검댕(Char) 층을 형성하여 산소의 접근을 막는 방법, 세 번째로 안티몬이나 징크보레이트와 같은 고온액상물질로 연소표면을 액상으로 젖게 하는 방법 등이 고려될 수 있다.
이러한 방법들은 고분자물질의 연소시 연쇄반응을 억제하여 난연화하는데 유효한 방법이다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 열에 의해 발포하는 특성을 갖는 난연성 고무탄성체를 이루고자 하는 것이다.
일반적으로 플라스틱이나 고무탄성체는 UL94의 수평연소(Horizontal Burning Test, HB)시험방법, 수직연소(Vertical Burning Test, V)시험방법과 판형(Plague Type, 5V)시험방법에 의해 난연성을 시험하나, 본 발명이 이루고자 하는 것은 건축재료에서 규정하는 난연성시험(국토해양부 고시 제2012-624호)에 의한 난연성을 확보하려는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해서 일반적으로 사용하는 우레탄은 폴리올 또는 유기디아민과 이소시아네이트의 반응에 기인한다.
우레탄 반응에서 다양한 반응이 형성되나 기초적인 이소시아네이트와 폴리올의 반응을 살펴보면 다음과 같다.
이소시아네이트와 폴리올의 반응에서 후경화 반응으로 우레탄과 이소시아네이트가 반응하여 알로파네이트 결합을 형성하나 여기서는 논외로 하기로 한다.
우레탄의 또 하나의 대표적인 반응은 이소시아네이트와 유기디아민이 반응하여 생기는 요소결합이다.
요소결합은 다시 이소시아네이트와 반응하여 뷰렛결합을 형성하나 이 또한 후경화 형태로 나타나기 쉬운 이유로 여기서는 논외로 한다.
본 발명에서 상기 식[1]에서 폴리올을 대신하여 하이드록시가 부가된 변성실리콘오일로 우레탄 반응을 실시하는 것도 포함된다.
이러한 근거에 의해 폴리올과 유기디아민과 하이드록시가 부가된 변성실리콘오일을 포함하여 형성하는 공중합체를 기제로 함에 있어서 유기디아민의 사용은 연소시 가연가스의 희석효과와 산소라디칼을 흡수하는 라디칼 차단기능으로 화재의 확산을 방지하는데 기여하는 바가 있고, 하이드록시가 부가된 변성실리콘오일의 경우, 탄화수소에 비해 현저하게 적은 열량을 발생함으로 인해 고분자 연소에 있어서 연쇄반응을 억제할 수 있는 중요한 빌미를 제공한다. 따라서 폴리올과 유기디아아민 그리고 하이드록시가 부가된 변성실리콘오일을 기제로 하여 이소시아네이트와 우레탄 결합을 유도함으로서, 고분자 연쇄연소반응을 약화하고, 중요한 부분으로서 기제의 약해진 연쇄연소반응속도를 고도의 난연제로 억제함으로서 본 발명이 이루고자 하는 고분자소재의 난연화를 이루고자 한다.
고도의 난연을 이루기 위한 방법으로 고분자의 연쇄적인 연소반응을 억제하는 것이 중요하며, 이를 위해 사용하는 난연제의 효과는 첫째로 물이나 암모니아등 불연성가스에 의한 연소가스의 희석으로 화염을 억제하는 방법과, 둘째로 열에 의해 발생한 산소라디칼이나 수산기라디칼을 흡수화여 산화반응을 억제하는 방법이 있고, 셋째로 연소물의 표면에 불활성피막을 형성하여 라디칼이나 산소의 접근을 방해하는 대표적인 방법이 있다.
본 발명에서는 이 세가지 난연메카니즘을 사용하기는 하나 특히 상세하게는 셋째 불활성 피막에 의한 방법을 보다 비중있게 사용코자 하며, 피막에 의한 방법은 다시 세가지로 나눌 수 있다.
첫 번째로 연소표면에 폴리인산염 피막이나 붕산염 피막을 형성하여 산소와의 접촉을 차단하는 방법, 두 번째로 숯검댕(Char) 층을 형성하여 산소의 접근을 막는 방법, 세 번째로 안티몬이나 징크보레이트와 같은 고온액상물질로 연소표면을 액상으로 젖게 하는 방법 등이 고려될 수 있다.
이러한 방법들은 고분자물질의 연소시 연쇄반응을 억제하여 난연화하는데 유효한 방법이다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 열에 의해 발포하는 특성을 갖는 난연성 고무탄성체를 이루고자 하는 것이다.
일반적으로 플라스틱이나 고무탄성체는 UL94의 수평연소(Horizontal Burning Test, HB)시험방법, 수직연소(Vertical Burning Test, V)시험방법과 판형(Plague Type, 5V)시험방법에 의해 난연성을 시험하나, 본 발명이 이루고자 하는 것은 건축재료에서 규정하는 난연성시험(국토해양부 고시 제2012-624호)에 의한 난연성을 확보하려는 것이다.
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특히 지금까지의 고분자 소재는 철판이나 무기소재와 결합된 복합재료로 난연성을 확보한 바가 많으나 본 발명은 소재 자체로 난연성시험(KS F ISO 5660-1)과 가스유해성시험(KS F 2271) 및 산소지수(KS M ISO 4589-2 : 2011)에서 규정하는 난연성을 확보하고자 한다.
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본 발명에 따른 열발포성 우레탄계 고무탄성체의 제조방법은 폴리올과 유기디아민 및 변성실리콘오일이 이소시아네이트와 공중합하여 제조하는 열발포성 우레탄계 고무탄성체의 제조방법에 있어서, 상기 폴리올은 폴리에틸렌글리콜(PEG, Polyethylene glycol)과, 폴리프로필렌글리콜(PPG, Polypropylene glycol)과, 폴리에틸렌글리콜(PEG, Polyethylene glycol)과 폴리프로필렌글리콜(PPG, Polypropylene glycol)의 상용성을 향상하기 위한 공중합체(Copolymer)의 혼합물이고, 교반기에 상기 폴리올과, 상기 유기디아민과, 가소제를 투입하고, 80 내지 100℃ 이하로 가열 교반하여 상기 유기디아민을 용해하되, 상기 폴리올은 상기 주제의 100 중량% 대비 20 내지 50 중량% 가 투입되고, 상기 유기디아민은 상기 주제의 100 중량% 대비 2 내지 10 중량% 가 투입되는 1단계; 상기 1단계의 교반액을 40℃ 이하로 냉각하고, 상기 변성실리콘오일과 커플링제를 상기 교반기에 투입하여 교반하는 2단계; 팽창흑연과, 인계난연제와, 난연보조제 및 금속수산화물을 상기 교반기에 투입하여 교반함에 따라 주제를 제조하는 3단계; 및 열발포성 우레탄계 고무탄성체의 제조를 위하여 성형을 함에 있어서 상기 주제에 이소시아네이트를 혼합, 교반하여 중합하되, 상기 이소시아네이트는 상기 주제의 100 중량부 대비 20 내지 50 중량부가 혼합되는 4단계;를 포함한다.
여기서, 상기 변성실리콘오일은 상기 주제의 100 중량% 대비 3 내지 12 중량% 가 투입된다.
여기서, 상기 팽창흑연은 상기 주제의 100 중량% 대비 5 내지 25 중량% 가 투입되고, 상기 인계난연제는 상기 주제의 100 중량% 대비 3 내지 15 중량% 가 투입되며, 상기 난연보조제는 상기 주제의 100 중량% 대비 2 내지 10 중량% 가 투입되고, 상기 금속수산화물은 상기 주제의 100 중량% 대비 10 내지 30 중량% 가 투입된다.
여기서, 상기 변성실리콘오일은 상기 주제의 100 중량% 대비 3 내지 12 중량% 가 투입된다.
여기서, 상기 팽창흑연은 상기 주제의 100 중량% 대비 5 내지 25 중량% 가 투입되고, 상기 인계난연제는 상기 주제의 100 중량% 대비 3 내지 15 중량% 가 투입되며, 상기 난연보조제는 상기 주제의 100 중량% 대비 2 내지 10 중량% 가 투입되고, 상기 금속수산화물은 상기 주제의 100 중량% 대비 10 내지 30 중량% 가 투입된다.
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본 발명은 폴리올을 포함하는 주제의 성분을 변경하여 고도의 난연성을 확보하는 근간으로 하고, 우레탄의 도포나 성형 전에 경화제와 혼합하여 경화할 수 있도록 하는 것을 근간으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 열발포성 우레탄계 탄성고무체의 난연성을 확보하기 위한 방법으로 주제의 고분자물의 발열량을 낮추는 방법과 난연제를 사용하는 방법을 병용하고자 한다.
우레탄을 기제로 하는 본 발명에 있어서 고분자의 발열량을 낮추는 방법으로 기본 소재인 폴리올에 유기디아민과 하이드록시가 부가된 변성실리콘오일을 혼합하여 우레탄 결합을 형성함으로서 고분자 기제의 연소시 발열량을 최소화할 수 있다.
본 발명에서 인계난연제는 숯(Char)형성에 의한 난연을 하는 난연제로서 펜타에리스리톨이나 솔비톨 등 다가알콜 존재하에서 숯(Char)를 형성하는 특징을 갖는다. 따라서 본 발명에서 인계난연제는 다량의 폴리올과 이소시아네이트가 존재하는 혼합물 속에서 숯(Char)를 형성하여 소재를 난연화하는 효과가 뛰어나며, 별도로 다가알콜성 난연보조제가 함유되면 그 효과는 배가된다.
변성실리콘오일을 결합시킴으로서, 기존의 열발포성 우레탄이나 고무재료들은 열발포성이나 화염차단기능에서 유사하나, 난연재료로서 규정하고 있는 콘칼로리미터법의 발열량이나 가스유해성, 연기밀도, 산소지수 및 소재의 기능시험이 요구하는 내수성, 내유성, 굴곡시험, 각종 강도시험 등 다양한 재료기준에 부합하지 못하는 예가 많았다.
이를 해결하고자 실시하는 다양한 시도 중의 하나로서 하이드록시가 부가된 변성실리콘오일과 폴리올과 유기디아민을 이소시아네이트에 반응시켜 발열량이 낮은 우레탄 결합을 형성하고, 열발포성 물질과 난연제로 난연성능 및 기능을 부여하여 화염에 접근시 발포하면서 연소하지 않는 열발포성 우레탄계 고무탄성체를 제조할 수 있다.
본 발명에 의해 제조된 열발포성 우레탄계 고무탄성체는 건축재료에서 규정하는 난연성시험(국토해양부 고시 제2012-624호)에서 난연재료로 인정받을 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 열발포성 우레탄계 탄성고무체의 난연성을 확보하기 위한 방법으로 주제의 고분자물의 발열량을 낮추는 방법과 난연제를 사용하는 방법을 병용하고자 한다.
우레탄을 기제로 하는 본 발명에 있어서 고분자의 발열량을 낮추는 방법으로 기본 소재인 폴리올에 유기디아민과 하이드록시가 부가된 변성실리콘오일을 혼합하여 우레탄 결합을 형성함으로서 고분자 기제의 연소시 발열량을 최소화할 수 있다.
본 발명에서 인계난연제는 숯(Char)형성에 의한 난연을 하는 난연제로서 펜타에리스리톨이나 솔비톨 등 다가알콜 존재하에서 숯(Char)를 형성하는 특징을 갖는다. 따라서 본 발명에서 인계난연제는 다량의 폴리올과 이소시아네이트가 존재하는 혼합물 속에서 숯(Char)를 형성하여 소재를 난연화하는 효과가 뛰어나며, 별도로 다가알콜성 난연보조제가 함유되면 그 효과는 배가된다.
변성실리콘오일을 결합시킴으로서, 기존의 열발포성 우레탄이나 고무재료들은 열발포성이나 화염차단기능에서 유사하나, 난연재료로서 규정하고 있는 콘칼로리미터법의 발열량이나 가스유해성, 연기밀도, 산소지수 및 소재의 기능시험이 요구하는 내수성, 내유성, 굴곡시험, 각종 강도시험 등 다양한 재료기준에 부합하지 못하는 예가 많았다.
이를 해결하고자 실시하는 다양한 시도 중의 하나로서 하이드록시가 부가된 변성실리콘오일과 폴리올과 유기디아민을 이소시아네이트에 반응시켜 발열량이 낮은 우레탄 결합을 형성하고, 열발포성 물질과 난연제로 난연성능 및 기능을 부여하여 화염에 접근시 발포하면서 연소하지 않는 열발포성 우레탄계 고무탄성체를 제조할 수 있다.
본 발명에 의해 제조된 열발포성 우레탄계 고무탄성체는 건축재료에서 규정하는 난연성시험(국토해양부 고시 제2012-624호)에서 난연재료로 인정받을 수 있다.
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난연성 시험결과로 본 발명에 의해 제조된 열발포성 우레탄계 고무탄성체는 난연재료임을 확인하였다.
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본 발명에 의해 제조된 열발포성 우레탄계 고무탄성체는 고도의 난연성을 가지며 다양한 형태나 용도로 사용이 가능하며, 화염접근시 10배 이상 발포하여 소재자체의 연소는 물론 이면의 보호대상 물질의 연소도 억제하는 뛰어난 방화효과를 제공한다.
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도 1은 본 발명에 따른 열발포성 우레탄계 고무탄성체의 제조공정도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 의해 제조된 열발포성 우레탄계 고무탄성체를 콘칼로리미터에서 시험한 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의해 제조된 열발포성 우레탄계 고무탄성체로 성형된 제품을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 의해 제조된 열발포성 우레탄계 고무탄성체를 콘칼로리미터에서 시험한 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의해 제조된 열발포성 우레탄계 고무탄성체로 성형된 제품을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시를 위해 우선 주제에 사용한 폴리올은 폴리에틸렌글리콜(PEG, Polyethylene glycol)과 폴리프로필렌글리콜(PPG, Polypropylene glycol)을 사용하면서 공중합체(CopolymerP를 혼용하였다.
상기 주제는 후술하는 1단계와, 2단계와, 3단계를 거쳐 교반기에서 교반된 폴리올혼합물로써, 폴리올과, 유기디아민과, 가소제와, 변성실리콘오일과, 커플링제와, 인계난연제와, 난연보조제와, 팽창흑연과, 금속수산화물이 교반기에서 혼합된 혼합물이다.
상기 폴리올은 폴리에틸렌글리콜(PEG, Polyethylene glycol)과, 폴리프로필렌글리콜(PPG, Polypropylene glycol)과, 공중합체(Copolymer)의 혼합물이다.
상기 공중합체(Copolymer)는 폴리에틸렌글리콜(PEG, Polyethylene glycol)과 폴리프로필렌글리콜(PPG, Polypropylene glycol)의 상용성을 향상하기 위한 것으로, 에틸렌글리콜-프로필렌글리콜 공중합체(EG-PG Copolymer, ethylene glycol-propylene glycol Copolymer)을 사용하였다.
상기 주제는 후술하는 1단계와, 2단계와, 3단계를 거쳐 교반기에서 교반된 폴리올혼합물로써, 폴리올과, 유기디아민과, 가소제와, 변성실리콘오일과, 커플링제와, 인계난연제와, 난연보조제와, 팽창흑연과, 금속수산화물이 교반기에서 혼합된 혼합물이다.
상기 폴리올은 폴리에틸렌글리콜(PEG, Polyethylene glycol)과, 폴리프로필렌글리콜(PPG, Polypropylene glycol)과, 공중합체(Copolymer)의 혼합물이다.
상기 공중합체(Copolymer)는 폴리에틸렌글리콜(PEG, Polyethylene glycol)과 폴리프로필렌글리콜(PPG, Polypropylene glycol)의 상용성을 향상하기 위한 것으로, 에틸렌글리콜-프로필렌글리콜 공중합체(EG-PG Copolymer, ethylene glycol-propylene glycol Copolymer)을 사용하였다.
여기서, 상기 폴리올의 비율은 본 발명에 의해 제조되는 열발포성 우레탄계 고무탄성체의 요구물성에 따라 임의로 변경이 가능하며, 상기 폴리올의 총량은 상기 주제의 100 중량% 대비 20 내지 50 중량% 로 한다.
본 발명에서 고무의 탄성을 부여하기 위하여 첨가하는 유기디아민은 2 내지 10 중량% 첨가하되, 본 발명에서 사용하는 유기디아민은 Methylene bis(choloroaniline) 을 사용하였다.
하이드록시가 부가된 변성실리콘오일은 상기 주제의 유동성과 내수성 향상 및 저발열량을 위해 상기 주제의 100 중량% 대비 3 내지 10 중량% 를 첨가하였다. 상기 변성실리콘오일은 [표 3]에 기재된 내용을 바탕으로 상기 주제의 100 중량% 대비 5 내지 12 중량% 를 첨가하였다. 따라서, 상기 변성실리콘오일은 상기 주제의 100 중량% 대비 3 내지 12 중량% 를 첨가할 수 있다.
상기 주제에 있어서 나머지는 가소제와 커플링제 및 난연제로 구성된다. 상기 가소제는 [표 3]에 기재된 내용을 바탕으로 상기 주제의 100 중량% 대비 5 내지 15 중량% 를 첨가하였다. 상기 커플링제는 [표 3]에 기재된 내용을 바탕으로 상기 주제의 100 중량% 대비 1 중량% 를 첨가하였다.
상기 난연제는 금속수산화물과, 인계난연제와, 숯(Char)형성제인 난연보조제와, 팽창흑연을 함유한다. 상기 금속수산화물은 상기 주제의 100 중량% 대비 10 내지 30 중량% 를 함유하고, 상기 인계난연제는 상기 주제의 100 중량% 대비 3 내지 15 중량% 를 함유하며, 상기 난연보조제는 상기 주제의 100 중량% 대비 2 내지 10 중량% 를 함유하고, 상기 팽창흑연은 상기 주제의 100 중량% 대비 5 내지 25 중량% 를 함유한다.
상기 난연제는 금속수산화물과, 인계난연제와, 숯(Char)형성제인 난연보조제와, 팽창흑연을 함유한다. 상기 금속수산화물은 상기 주제의 100 중량% 대비 10 내지 30 중량% 를 함유하고, 상기 인계난연제는 상기 주제의 100 중량% 대비 3 내지 15 중량% 를 함유하며, 상기 난연보조제는 상기 주제의 100 중량% 대비 2 내지 10 중량% 를 함유하고, 상기 팽창흑연은 상기 주제의 100 중량% 대비 5 내지 25 중량% 를 함유한다.
본 발명에 따른 열발포성 우레탄계 고무탄성체의 제조방법은 1단계와, 2단계와, 3단계와, 4단계를 포함한다.
상기 1단계는 교반기에 상기 폴리올과, 상기 유기디아민과, 상기 가소제를 투입하고, 80 내지 100℃ 이하로 가열 교반하여 유기디아민을 용해한다.
여기서, 상기 폴리올은 상기 주제의 100 중량% 대비 20 내지 50 중량% 를 투입하고, 상기 유기디아민은 상기 주제의 100 중량% 대비 2 내지 10 중량% 를 투입하였다. 그리고 상기 가소제는 [표 3]에 기재된 내용을 바탕으로 상기 주제의 100 중량% 대비 5 내지 15 중량% 를 투입하였다.
여기서, 상기 폴리올은 상기 주제의 100 중량% 대비 20 내지 50 중량% 를 투입하고, 상기 유기디아민은 상기 주제의 100 중량% 대비 2 내지 10 중량% 를 투입하였다. 그리고 상기 가소제는 [표 3]에 기재된 내용을 바탕으로 상기 주제의 100 중량% 대비 5 내지 15 중량% 를 투입하였다.
상기 2단계는 상기 1단계의 교반액을 40℃ 이하로 냉각하고, 상기 변성실리콘오일과 상기 커플링제를 상기 교반기에 투입하여 교반한다.
상기 변성실리콘오일은 상기 주제의 100 중량% 대비 3 내지 12 중량% 를 투입하고, 상기 커플링제는 [표 3]에 기재된 내용을 바탕으로 상기 주제의 100 중량% 대비 1 중량% 를 투입하였다.
상기 변성실리콘오일은 상기 주제의 100 중량% 대비 3 내지 12 중량% 를 투입하고, 상기 커플링제는 [표 3]에 기재된 내용을 바탕으로 상기 주제의 100 중량% 대비 1 중량% 를 투입하였다.
상기 3단계는 상기 팽창흑연과, 상기 인계난연제와, 상기 난연보조제 및 상기 금속수산화물을 상기 교반기에 투입하여 교반한다. 그러면, 상기 3단계를 거침에 따라 상기 주제가 제조된다.
여기서, 상기 팽창흑연은 상기 주제의 100 중량% 대비 5 내지 25 중량% 를 투입하고, 상기 인계난연제는 상기 주제의 100 중량% 대비 3 내지 15 중량% 를 투입하며, 상기 난연보조제는 상기 주제의 100 중량% 대비 2 내지 10 중량% 를 투입하고, 상기 금속수산화물은 상기 주제의 100 중량% 대비 10 내지 30 중량% 를 투입하였다.
여기서, 상기 팽창흑연은 상기 주제의 100 중량% 대비 5 내지 25 중량% 를 투입하고, 상기 인계난연제는 상기 주제의 100 중량% 대비 3 내지 15 중량% 를 투입하며, 상기 난연보조제는 상기 주제의 100 중량% 대비 2 내지 10 중량% 를 투입하고, 상기 금속수산화물은 상기 주제의 100 중량% 대비 10 내지 30 중량% 를 투입하였다.
상기 4단계는 열발포성 우레탄계 고무탄성체의 제조를 위하여 성형을 함에 있어서 상기 주제에 이소시아네이트를 혼합, 교반하여 중합한다. 상기 이소시아네이트는 상기 주제의 100 중량부 대비 20 내지 50 중량부가 혼합된다.
상기 이소시아네이트는 [표 3]에 기재된 바와 같이 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI, Methylene diphenyl diisocyanate)를 사용하였다.
상기 이소시아네이트는 [표 3]에 기재된 바와 같이 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI, Methylene diphenyl diisocyanate)를 사용하였다.
본 발명에 의해 제조된 열발포성 우레탄계 고무탄성체는 건축재료에서 규정하는 난연성시험(국토해양부 고시 제2012-624호)에서 난연재료로 인정받을 수 있다.
난연성시험(국토해양부 고시 제2012-624호)은 2가지의 세부시험으로 구성되며, 콘칼로리미터(KS F ISO 5660-1)시험과 가스유해성시험(KS F 2271)을 통해 난연성시험을 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
난연성 시험결과의 예
콘칼로리미터(KS F ISO 5660-1)시험은 도 2에 도시된 절차를 따라 진행할 수 있다.
위 시험결과로 본 발명에 의해 제조된 열발포성 우레탄계 고무탄성체는 난연재료임을 확인하였고, 추가적으로 산소지수(KS M ISO 4589-2)시험방법에 의한 시험에서는 다음과 같은 결과를 얻었다.
가스유해성 시험결과의 예
본 발명에 의해 제조된 열발포성 우레탄계 고무탄성체는 고도의 난연성을 가지며 다양한 형태나 용도로 사용이 가능하며, 화염접근시 10배 이상 발포하여 소재자체의 연소는 물론 이면의 보호대상 물질의 연소도 억제하는 뛰어난 방화효과를 제공한다.
탄성고무체 조성의 예
난연성시험(국토해양부 고시 제2012-624호)은 2가지의 세부시험으로 구성되며, 콘칼로리미터(KS F ISO 5660-1)시험과 가스유해성시험(KS F 2271)을 통해 난연성시험을 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
| 시험항목 시험체 번호 | 1 | 2 | 3 | 판정 | 기준 | |
| 콘칼로리미터 | 총열방출율(MJ/㎡) | 3.8 | 5.4 | 6.5 | 적합 | 8 MJ/㎡ 이하 |
| 열방출율이 200KW/㎡를 연속하여 초과한 시간 (s) | 0 | 0 | 0 | 적합 | 10 s 이하 | |
| 심재의 전부용융, 관통하는 균열 및 구멍 등의 변화 | 해당없음 | 해당없음 | 해당없음 | 적합 | 심재의 균열, 구멍 및 용융이 없을것 | |
| 가스 유해성 | 평균행동정지시간(min, s) | 9.36 | 9.52 | ------- | 적합 | 9 min 이상 |
콘칼로리미터(KS F ISO 5660-1)시험은 도 2에 도시된 절차를 따라 진행할 수 있다.
위 시험결과로 본 발명에 의해 제조된 열발포성 우레탄계 고무탄성체는 난연재료임을 확인하였고, 추가적으로 산소지수(KS M ISO 4589-2)시험방법에 의한 시험에서는 다음과 같은 결과를 얻었다.
| 시료명 | Oxygen Concentration Increment, d(%) | Oxygen Index, OI, (%) | Standard Devilation, σ (%) | 비고 |
| Sample A | 0.2 | 73.9 | 0.17 |
본 발명에 의해 제조된 열발포성 우레탄계 고무탄성체는 고도의 난연성을 가지며 다양한 형태나 용도로 사용이 가능하며, 화염접근시 10배 이상 발포하여 소재자체의 연소는 물론 이면의 보호대상 물질의 연소도 억제하는 뛰어난 방화효과를 제공한다.
| 공정 | 성분 | 실시1 | 실시2 | 실시3 | 실시4 | 실시5 | |
| 공 정 | 1단계 | PEG | 10 | 5 | 10 | 15 | 20 |
| PPG | 15 | 10 | 5 | 5 | 3 | ||
| Copolymer | 10 | 15 | 10 | 10 | 10 | ||
| 가소제 | 5 | 9 | 15 | 9 | 5 | ||
| 유기디아민 | 10 | 8 | 6 | 10 | 5 | ||
| 2단계 | 변성실리콘오일 | 5 | 10 | 12 | 10 | 10 | |
| 커플링제 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||
| 3단계 | 인계난연제 | 7 | 6 | 6 | 5 | 9 | |
| 난연보조제 | 7 | 6 | 5 | 5 | 7 | ||
| 팽창흑연 | 15 | 10 | 10 | 10 | 15 | ||
| 금속수산화물 | 15 | 20 | 20 | 20 | 15 | ||
| 합계 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | ||
| 4단계 | Crude MDI | 35 | 34 | 33 | 35 | 34 | |
| 난연성능시험 | |||||||
| 난연시험 (국토교통부 고시 제2012-624호) 결과 | 준불연 | 난연 | 준불연 | 난연 | 준불연 | ||
고무탄성체의 소프트한 수준의 차이에 따라 상기 표에서 보는 바와 같은 혼합비로 조성물을 제작하여 난연시험 (국토교통부 고시 제2012-624호)을 실시한 결과 본 발명에 의한 고무탄성체는 난연 또는 준불연의 성적을 얻을 수 있었다.
따라서, 본 발명은 이액형을 기본으로 한다.
따라서, 본 발명은 이액형을 기본으로 한다.
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그러면, 상기 폴리올 혼합물을 상기 주제 또는 A액이라 칭하며, 상기 이소시아네이트를 경화제 또는 B액이라 칭하기도 한다.
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Claims (5)
- 폴리올과 유기디아민 및 변성실리콘오일이 이소시아네이트와 공중합하여 제조하는 열발포성 우레탄계 고무탄성체의 제조방법에 있어서,
상기 폴리올은 폴리에틸렌글리콜(PEG, Polyethylene glycol)과, 폴리프로필렌글리콜(PPG, Polypropylene glycol)과, 폴리에틸렌글리콜(PEG, Polyethylene glycol)과 폴리프로필렌글리콜(PPG, Polypropylene glycol)의 상용성을 향상하기 위한 공중합체(Copolymer)의 혼합물이고,
교반기에 상기 폴리올과, 상기 유기디아민과, 가소제를 투입하고, 80 내지 100℃ 이하로 가열 교반하여 상기 유기디아민을 용해하되, 상기 폴리올은 상기 주제의 100 중량% 대비 20 내지 50 중량% 가 투입되고, 상기 유기디아민은 상기 주제의 100 중량% 대비 2 내지 10 중량% 가 투입되는 1단계;
상기 1단계의 교반액을 40℃ 이하로 냉각하고, 상기 변성실리콘오일과 커플링제를 상기 교반기에 투입하여 교반하는 2단계;
팽창흑연과, 인계난연제와, 난연보조제 및 금속수산화물을 상기 교반기에 투입하여 교반함에 따라 주제를 제조하는 3단계; 및
열발포성 우레탄계 고무탄성체의 제조를 위하여 성형을 함에 있어서 상기 주제에 이소시아네이트를 혼합, 교반하여 중합하되, 상기 이소시아네이트는 상기 주제의 100 중량부 대비 20 내지 50 중량부가 혼합되는 4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열발포성 우레탄계 고무탄성체의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 변성실리콘오일은 상기 주제의 100 중량% 대비 3 내지 12 중량% 가 투입되는 것을 특징으로 하는 열발포성 우레탄계 고무탄성체의 제조방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 팽창흑연은 상기 주제의 100 중량% 대비 5 내지 25 중량% 가 투입되고, 상기 인계난연제는 상기 주제의 100 중량% 대비 3 내지 15 중량% 가 투입되며, 상기 난연보조제는 상기 주제의 100 중량% 대비 2 내지 10 중량% 가 투입되고, 상기 금속수산화물은 상기 주제의 100 중량% 대비 10 내지 30 중량% 가 투입되는 것을 특징으로 하는 열발포성 우레탄계 고무탄성체의 제조방법. - 삭제
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|---|---|---|---|---|
| JP2004315745A (ja) | 2003-04-18 | 2004-11-11 | Asahi Organic Chem Ind Co Ltd | 硬質ポリウレタンフォーム用原料組成物及び硬質ポリウレタンフォームの製造方法 |
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