KR101850579B1 - 폴리우레탄 발포체 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

폴리이소시아네이트, 폴리에테르 폴리올 혼합물 및 물을 90 - 150의 이소시아네이트 지수에서 반응시켜 식물 성장 배지로서 적절한 발포체를 제조하는 방법으로, 이용된 상기 폴리올 혼합물은 2 이상의 폴리올을 포함하고 상기 폴리올 혼합물은 폴리올 혼합물의 중량에 대해 계산시 50 중량% 미만의 옥시에틸렌을 포함한다.

Description

폴리우레탄 발포체 제조 방법{PROCESS FOR MAKING A POLYURETHANE FOAM}
본 발명은 폴리우레탄 발포체 제조 방법, 그러한 발포체를 포함하는 식물 성장 배지 및 그러한 발포체의 식물 성장 배지로서의 용도에 관한 것이다.
폴리우레탄 발포체를 포함하는 식물 성장 배지가 공지되어 있다.
US 3798836은 열가소성 입자가 그 안에 분산된 수불용성 연속 기포형으로 발포된 폴리우레탄 매트릭스를 개시한다.
US 3889417은 예비중합체를 다량의 물과 반응시켜 친수성 발포체를 제조하였다. 이러한 발포체는 원예 분야에 적용되어 이용될 수 있다. 적용된 물 지수(water index)는 1300 - 78000이다. 유사한 방법이 WO 96/16099에 개시되어 있는데 여기서는 이소시아네이트 지수(isocyanate index) 및 물 지수에 대한 특별한 안내가 되어있지 않으며; 실시예에서 물 지수는 1700 초과이고 이소시아네이트 지수는 6 미만이다. 이용된 예비중합체는 1000 이상의 분자량을 갖는 폴리올로부터 제조되었다.
US 3970618는 기판이 톨루엔 디이소시아네이트(TDI) 타입의 폴리이소시아네이트와 900 - 1800의 히드록실 가를 가지는 폴리올을 낮은 NCO 지수에서 반응시켜 제조된 저밀도(18 kg/m3) 친수성 폴리우레탄 발포체인 식물 재배용 기판을 개시한다.
US 5155931은 바람직하게는 TDI인 유기 이소시아네이트와 폴리올을 90 - 120의 NCO-지수에서 반응시켜 제조되는 발포체를 식생매트로서 이용한다.
US 6479433은 선택된 충전제 물질의 존재 하에 예비중합체와 물을 반응시켜 제조된 원예 성장 배지를 개시한다.
US 2005/0131095는 40 - 150의 NCO-지수에서 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법을 개시한다. 물 지수에 대하여는 특별히 주목하지 않았으며; 실시예에서 NCO-지수가 85 - 106이었고 물 지수는 93 - 120 사이에서 다양하였다. 그러나 본 방법에서 이용된 폴리올 혼합물은 전반적으로 높은 옥시에틸렌 함량(50 - 90 중량%)을 가졌고 중간 옥시에틸렌 함량을 가지는 폴리올(50 중량% 미만)은 없었다. 실시예에 묘사된 바와 같이 얻어진 발포체는 60 % 이상의 탄성 및 10 kPa 미만의 40 %의 가압 하중 만곡률(CLD)을 갖는 연질 발포체이다.
WO2011/042284는 식물 기판으로 이용되기 위한 연질 폴리우레탄 발포체에 대해 기술한다. 이러한 발포체는 25 - 70 kg/m3의 밀도를 가지고, 5 - 15 kPa의 40 %의 가압 하중 만곡률(CLD), 최대 25 %의 물 포화에서 부피 증가를 가진다. 이러한 발포체는 20 - 70의 낮은 이소시아네이트 지수 및 200 - 400의 높은 물 지수에서 제조되는데, 이는 발포체가 기판 물질로 이용될 때 거품(배수되는 물의)을 초래할 가능성이 있는 이용가능한 이소시아네이트 성분과 반응하기 위해 제형 내 이소시아네이트 반응성 성분들 사이에 큰 경쟁이 있음을 의미한다.
상술된 폴리우레탄 발포체는 또한 물 흡수 및 보유 특성(pF0 및 pF1 값으로 더 특성화됨), 낮은 밀도에서 높은 가압 하중 만곡률과 함께 100 % 물 포화에서의 팽윤 및 발포체 안정성, 거품의 예방 및 특히 어린 식물(묘목)에서의 성장 억제의 예방에 있어서 특히 더 개선될 수 있었다.
놀랍게도, 상술된 모든 바람직하지 않은 부작용(예를 들어, 거품, 성장 억제,...)은 특정 이소시아네이트 및 폴리에테르 폴리올의 선택과 함께 90 내지 150 범위의 이소시아네이트 지수에서 제작된 폴리우레탄 발포체를 이용함으로써 피할 수 있다.
한편 본 발명에 따른 발포체는 예를 들면 특히 옥상 녹화 및 조경의 적용분야에 매우 적절하게 만드는 우수한 경도를 보여준다. 또한 본 발명에 따른 발포체는 종자 발아 및 묘목 성장의 촉진을 위한 식물 성장 기판으로서 매우 적절하게 만드는 100 % 물 포화에서의 낮은 팽윤 및 우수한 물 보유 특성을 보여준다.
그러므로 본 발명은 식물의 성장에 적절하고 최대 40 %의 탄성, 16 kPa 이상의 40 %에서의 가압 하중 만곡률(CLD), 20 kg/m3 이상의 자유-상승 코어 밀도 및 최대 25 %의 물 포화에서 부피의 증가를 갖는 폴리우레탄 발포체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체는 20 kPa 이상 및 더 바람직하게는 25 kPa 이상의 CLD, 20 내지 최대 50 kg/m3의 밀도, 최대 30 %의 탄성 및 최대 20 %의 물 포화에서 부피 증가를 갖는다.
본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체는 특히 좋은 물 흡수성(흡수) 및 물 보유를 가진다. 폴리우레탄 발포체의 물 흡수 및 특히 물 보유는 pF값의 결정에 의해 측정될 수 있으며 X축에 가해진 압력 대 Y축에 발포체에 보유된 부피 측정 물 함량의 그래프로 나타낸 물 보유 곡선에 의하여 가시화될 수 있다(도 2a 참조).
본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체는 바람직하게는 70 % 이상, 바람직하게는 80 % 이상, 더 바람직하게는 90 % 이상의 pF0 값을 가지는데 상기 pF0 값은 100 x 120 x 75 mm의 치수를 갖는 물로 포화된 발포체 샘플이 30 분 동안 0 cm H2O 컬럼(column)의 압력을 받은 후에 측정된다.
본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체는 10 % 내지 최대 90 % 범위의 pF1 값을 가질 수 있는데 상기 pF1 값은 100 x 120 x 75 mm의 물로 포화된 발포체 샘플이 24 시간 동안 -10 cm H2O 컬럼의 압력을 받은 후에 측정된다.
묘목을 자라게 하는 데 적합한 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체는 바람직하게는 50 % 이상, 더 바람직하게는 60 % 이상 및 가장 바람직하게는 70 % 이상의 pF1 값을 가지는데 상기 pF1 값은 100 x 120 x 75 mm의 물로 포화된 발포체 샘플이 24 시간 동안 -10 cm H2O 컬럼의 압력을 받은 후에 측정된다.
본 발명에 따른 50 % 내지 최대 75 % 범위의 pF1 값을 갖는 발포체는 묘목의 성장을 위한 식물 성장 배지로서 이상적으로 적합하다. 묘목의 성장에 적합한 본 발명에 따른 식물 성장 배지는 개별적인 용기 형태일 수 있고, 또한 재배(번식) 블록(2)으로 지칭될 수 있으며, 이는 도 1a에 묘사되어 있다. 상기 재배 블록(2)은 판(1)의 형태로 존재할 수 있으며 본 발명에 따른 더 큰 식물 재배 배지에 위치될 수 있다. 도 1b에 묘사된 바와 같이 몇몇 재배 블록(2)이 판(1) 위에 위치된 식물 성장 시스템의 조합이 공지되어 있으며 이는 온실에서 식물, 과일, 꽃, 등을 재배하는 데 특히 적합하다. 본 발명에 따른 더 큰 식물 성장 배지(판)가 바람직하게는 10 % 내지 최대 50 %의 범위 내 pF1 값을 가지는 반면, 본 발명에 따른 재배(번식) 블록은 바람직하게는 50 % 내지 최대 75 % 이상 범위의 pF1 값을 가진다. 도 2a는 판 및 번식 블록의 바람직한 pF 특징을 묘사한다.
또한 본 발명은 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 개시된 방법은 폴리우레탄 발포체로 만들어진 상기 언급된 식물 성장 배지를 제작하는 데에 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은:
- 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI) 및 3 이상의 이소시아네이트 관능가를 갖는 그의 동족체를 포함하며, 상기 디이소시아네이트 및 동족체의 총량에 대해 계산된 디이소시아네이트의 양이 20 - 80 중량%, 바람직하게는 25 - 70 중량%인 폴리이소시아네이트 및
- 2 - 6의 평균 명목상 히드록실 관능가, 2000 - 12000의 평균 분자량, 폴리올의 중량에 대해 계산된 값이 50 중량% 초과인 옥시에틸렌 함량을 가지는 제1 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올, 및
- 2 - 6의 평균 명목상 히드록실 관능가, 2000 - 6000의 평균 분자량, 폴리올의 중량에 대해 계산된 값이 20 - 45 중량%인 옥시에틸렌 함량을 가지는 제2 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올, 및
- 2 - 7 pbw 함량의 물을
90 - 150의 이소시아네이트 지수에서 반응시키는 것을 포함하며, 여기서 사용된 상기 제1 및 제2 폴리올의 중량비는 60:40 내지 20:80 범위이다.
발포체 및 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법은 광범위하게 개시되어 왔다. 그러나 본 발명에 따른 방법 및 발포체는 개시되어 있지 않았다. 본 발명의 발포체는 이들이 안정성, 경도 및 100 % 물 포화에서 제한된 발포체 팽윤과 같은 우수한 발포체 특징과 좋은 물 보유 성질을 겸비하였다는 점에서 특별하다. 본 발명의 발포체는 이들이 매우 좋은 습윤화, 물 보유 및 물 방출 성질을 가지고 있기 때문에 식물 성장 배지로서 이용되는 데 매우 적합하다.
폴리이소시아네이트(예비중합체)를 제조하는 데 이용되는 폴리이소시아네이트는 당업계에 공지되어 있다. 이들은 중합체 또는 미정제 MDI 및 중합체 또는 미정제 MDI 및 MDI의 혼합물이라고 널리 지칭되고 있다.
중합체 또는 미정제 MDI는 3 이상의 이소시아네이트 관능가를 가지는 MDI 및 동족체를 포함하며 당업계에 공지되어 있다. 이들은 아닐린과 포름알데히드의 산 축합반응에 의해 수득한 폴리아민의 혼합물의 포스겐화에 의해 만들어진다.
폴리아민 혼합물 및 폴리이소시아네이트 혼합물 둘다의 제조는 잘 공지되어 있다. 염산과 같은 강산 존재하에 포름알데히드와 아닐린의 축합반응은, 더 높은 관능가의 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민과 함께 디아미노디페닐메탄을 함유하는 반응생성물을 생성하고, 이 때 정확한 조성은 그 중에서도 특히 아닐린/포름알데히드 비에 공지된 방식으로 의존한다. 폴리이소시아네이트는 폴리아민 혼합물의 포스겐화에 의하여 제조되고, 디아민, 트리아민 및 더 고급 폴리아민의 다양한 비율은 관련 비율의 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트 및 더 고급 폴리이소시아네이트를 생성시킨다. 상기 미정제 또는 중합체 MDI 조성물에서의 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트 및 고급 폴리이소시아네이트의 상대 비율은 조성물의 평균 관능가를 결정하는데, 이는 분자당 이소시아네이트기의 평균 수이다. 출발 물질의 비율을 변화시킴으로써, 폴리이소시아네이트 조성물의 평균 관능가는 2 초과 내지 3 또는 그 이상까지 변화될 수 있다. 그러나, 실제로는, 평균 이소시아네이트 관능가는 바람직하게는 2.3 - 2.8의 범위에 있다. 중합체 또는 미정제 MDI의 NCO 값은 30 중량% 이상이다. 상기 중합체 또는 미정제 MDI는 디페닐메탄 디이소시아네이트를 함유하며, 나머지는 2 초과의 관능가를 갖는 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리이소시아네이트이다. 만약 원한다면, 이러한 중합체 또는 미정제 MDI가 MDI와 혼합될 수 있되 단, 폴리이소시아네이트는 디이소시아네이트 및 3 이상의 이소시아네이트 관능가를 갖는 동족체의 요구된 양을 갖는다. 본 발명에 따른 방법에서 이용된 폴리이소시아네이트는 20 - 80 중량%, 바람직하게는 25 - 70 중량%, 더 바람직하게는 25 - 55 중량% 의 MDI 및 80 - 20 중량%, 바람직하게는 75 - 30 중량% 및 더 바람직하게는 75 - 45 중량%의, 3 이상의 이소시아네이트 관능가를 갖는 동족체를 포함하는데, 여기서 두 양은 모두 폴리이소시아네이트의 총량을 기준으로 계산된다.
예를 들면 이러한 폴리이소시아네이트는 수프라섹®(SUPRASEC®) MPR(헌츠만(Huntsman)), 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 및 수프라섹® 2185(헌츠만), 디이소시아네이트의 약 37.7 중량%를 포함하는 30.7 중량%의 NCO 값을 갖는 중합체 MDI를 적절한 상대량으로 혼합하여 제조할 수 있다. 4,4'-MDI의 중량의 약 80부분 및 2,4'-MDI의 중량의 약 20 부분 및 2,2'-MDI의 중량의 2 부분 미만을 포함하는 수프라섹®2185와 수프라섹®MI 20(헌츠만에 의해 얻어질 수 있는)의 혼합물이 또한 이용될 수 있다.
3 이상의 관능가를 갖는 폴리이소시아네이트의 용도는 높은 pF1 값(pF1 값 > 50%)을 갖는 식물 성장 기판로서의 용도를 위한 폴리우레탄 발포체를 제작하기 위해 유리한데 이는 3 이상의 관능가를 갖는 이소시아네이트는 상대적으로 더 많은 닫힌 기공(세포막)을 이끌어내고 그러므로 더 나은 물 보유 성질을 갖기 때문이다.
상기 언급된 폴리이소시아네이트로 만들어진 예비중합체가 이용될 수 있다. 예비중합체는 바람직하게는 10 - 30 중량%의 NCO-값을 갖고 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)의 20 - 80 중량%(바람직하게는 25 - 55 %) 및 3 이상의 이소시아네이트 관능가를 갖는 이 디이소시아네이트의 동족체의 80 - 20 중량%(바람직하게는 75 - 45 %)를 포함하는 폴리이소시아네이트(이 두 양은 모두 폴리이소시아네이트의 양에 대해 계산된다) 및 62 - 7000의 평균 분자량 및 2 - 6의 평균 명목상 히드록실 관능가를 갖는 폴리올을 반응시켜 제조된다. 폴리이소시아네이트 예비중합체에서 이용에 적합한 폴리올은 62 - 7000의 평균 분자량 및 2 - 6의 평균 명목상 히드록실 관능가를 갖는다. 실시예는 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 부탄디올, 글리세롤, 트리에탄올아민, 트리메틸올프로판, 1,2,6-헥산트리올, 펜타에리트리톨, 소르비톨, 폴리옥시에틸렌 폴리올, 폴리옥시프로필렌 폴리올, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올 및 그들의 혼합물을 포함한다. 필요하다면, 다관능성 개시제의 존재하에, 에틸렌 옥사이드와 임의적으로 프로필렌 옥사이드의 중합에 의해 얻어진 폴리올이 바람직하다. 적절한 개시제 화합물은 복수개의 활성 수소 원자를 함유하고, 물, 부탄디올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 시클로헥산-디메탄올, 글리세롤, 트리메틸올프로필, 1,2,6-헥산트리올, 펜타에리트리톨 및 소르비톨을 함유한다. 개시제 및/또는 사이클릭 옥사이드의 혼합물이 사용될 수 있다. 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리올은 인용문헌에 전체적으로 기술된 바와 같이 에틸렌 및 프로필렌 옥사이드를 개시제에 동시에 또는 연속적으로 첨가함으로써 얻어진다. 랜덤 공중합체, 블록 공중합체 및 그들의 조합이 이용될 수 있다. 중합체쇄의 말단(씌워지거나 부착된)에서의 옥시에틸렌 기의 적어도 일부 및 바람직하게는 모두를 갖는 것이 바람직하다. 상기 폴리올의 혼합물도 또한 이용될 수 있다. 폴리이소시아네이트 예비중합체에서 이용되기에 적절한 바람직한 폴리올은 폴리옥시에틸렌 폴리올 및 2 - 4, 가장 바람직하게는 3의 평균 명목상 히드록실 관능가 및 250 - 1000의 평균 분자량 및 폴리올의 중량에 대해 계산했을 때 50 중량% 이상의 옥시에틸렌 함량을 갖는 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올이다. 이러한 폴리올은 상용화될 수 있다. 예로서 펄스토르프(Perstorp)의 폴리올 3380(Polyol 3380)가 있다.
또한 본 발명에 따라 폴리올 1 및/또는 폴리올 2의 일부는 이소시아네이트의 일부 또는 전부와 예비-반응될 수 있다. 폴리올 1 및/또는 폴리올 2의 일부는 그러므로 폴리이소시아네이트 예비중합체 조성물을 만드는 데 이용될 수 있다. 그러므로, 적절한 예비중합체는 본 발명에 따른 폴리이소시아네이트와 제1 및/또는 제2 폴리올의 적어도 일부를 우선적으로 반응시킴에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 폴리이소시아네이트 예비중합체는 폴리이소시아네이트와 폴리올을 합쳐서 혼합하고 이들이 반응하도록 함에 의한 알려진 방법에 의해 제조된다. 폴리이소시아네이트 및 폴리올의 비는 반응 후에 10 - 30 중량%의 NCO-값을 갖는 예비중합체가 얻어지도록 하는 것이다. 만약 원한다면, 우레탄 기의 형성을 증진시키는 촉매가 이용될 수 있다.
바람직하게는 폴리이소시아네이트 예비중합체가 본 발명에 따른 발포체를 제조하는 데 이용된다. 예비중합체의 이용은 폴리우레탄 발포체의 가교의 형성에 대해 유리할 수 있고 보다 견고한 발포체가 이 경우에 얻어질 수 있다.
제1 및 제2 폴리올로서 이용될 수 있는 폴리올은, 필요하다면, 다관능성 개시제의 존재 하에, 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드의 중합에 의해 얻어지는 생성물을 포함한다. 적절한 개시제 화합물은 활성 수소 원자를 복수 개 함유하고 물, 부탄디올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 시클로헥산 디메탄올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 1,2,6-헥산트리올, 펜타에리트리톨 및 소르비톨을 포함한다. 개시제의 혼합물이 물론 사용될 수 있다. 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리올은 인용문헌에 전체적으로 기술된 바와 같이 에틸렌 및 프로필렌 옥사이드를 개시제에 동시에 또는 연속적으로 첨가함으로써 얻어진다. 옥시에틸렌 기의 명시된 양을 가진 랜덤 공중합체, 블록 공중합체 및 그들의 조합이 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 발포체를 제조하는 방법에서 이용된 제1 폴리에테르 폴리올은 2 - 6의 평균 명목상 히드록실 관능가, 2000 - 12000의 평균 분자량 및 폴리올의 중량에 대해 계산했을 때 50 중량% 초과의 옥시에틸렌 함량을 갖는다.
몇몇 실시태양에 따르면, 본 발명에 따른 발포체를 제조하는 방법에서 이용된 제1 폴리에테르 폴리올은 바람직하게는 2 - 4, 더 바람직하게는 3의 평균 명목상 히드록실 관능가, 2000 - 8000 및 더 바람직하게는 3000 - 6000의 평균 분자량 및 폴리올의 중량에 대해 계산했을 때 60 중량% 초과의 옥시에틸렌 함량을 갖는다.
몇몇 실시태양에 따르면 제1 폴리에테르 폴리올의 불포화 함량은 최대 0.03 meq/g, 바람직하게는 최대 0.02 meq/g, 더 바람직하게는 최대 0.01 meq/g일 수 있다.
본 발명에 따른 발포체를 제조하는 방법에서 이용된 제2 폴리에테르 폴리올은 2 - 6의 평균 명목상 히드록실 관능가, 2000 - 6000의 평균 분자량 및 폴리올의 중량에 대해 계산했을 때 20 - 45 중량%의 옥시에틸렌 함량을 갖는다.
몇몇 실시태양에 따르면, 본 발명에 따른 발포체를 제조하는 방법에서 이용된 제2 폴리에테르 폴리올은 바람직하게는 2 - 4, 더 바람직하게는 3의 평균 명목상 히드록실 관능가, 2000 - 4000의 평균 분자량 및 폴리올의 중량에 대해 계산했을 때 20 - 35, 더 바람직하게는 25 - 30 중량%의 옥시에틸렌 함량을 갖는다.
몇몇 실시태양에 따르면, 제1 및 제2 폴리올의 옥시에틸렌 기는 랜덤 분포되어 있다.
몇몇 실시태양에 따르면 제2 폴리에테르 폴리올의 불포화 함량은 최대 0.03 meq/g, 바람직하게는 최대 0.02 meq/g, 더 바람직하게는 최대 0.01 meq/g일 수 있다.
몇몇 실시태양에 따르면 본 발명에 따른 발포체를 제조하는 방법에서 이용된 제1 폴리올 대 제2 폴리올의 중량 비는 60:40 내지 20:80, 바람직하게는 49:51 내지 30:70의 범위에 있다.
몇몇 실시태양에 따르면 이용된 제2 폴리에테르 폴리올의 중량비는 바람직하게는 제1 및 제2 폴리에테르 폴리올의 총 중량에 대해 계산했을 때 50 % 이상이고 달리 말하면 이용된 제1 및 제2 폴리올의 중량비는 49:51 내지 20:80, 더 바람직하게는 49:51 내지 30:70의 범위이다.
총 옥시에틸렌 함량은 제1 및 제2 폴리에테르의 총 중량에 대해 계산했을 때 바람직하게는 50 중량% 미만이다.
몇몇 실시태양에 따르면 제1 및 제2 폴리에테르 폴리올은 이를 폴리이소시아네이트 조성물에 첨가하기 전에 폴리에테르 폴리올의 안정된 분산액을 형성하기 위하여 먼저 혼합될 수 있다.
폴리에테르 폴리올의 안정된 분산액에서의 옥시에틸렌 함량의 평균 중량 비는 분산액의 중량에 대해 계산했을 때 바람직하게는 50 % 미만이다.
제1 및 제2 폴리에테르 폴리올은 당업계에 공지되어 있고 및/또는 상용화될 수 있다. 폴리에테르 폴리올의 제1 타입의 예는 60 중량% 초과의 옥시에틸렌 함량을 갖는 달토셀®(Daltocel®) F442, F444, F555(모두 헌츠만)이다. 폴리에테르 폴리올의 제2 타입의 예는 제프올®(Jeffol®) G11-56(헌츠만이다). 달토셀 및 제프올은 헌츠만 코오퍼레이션(Huntsman Corporation) 및 그 제휴사의 상표로서 하나 이상 그러나 전체는 아닌 국가에 등록되어 있다.
몇몇 실시태양에 따르면, 본 발명에 따른 발포체를 만들기 위한 방법은 95 - 120, 더 바람직하게는 100 - 110의 이소시아네이트 지수에서 수행된다.
또한 60 - 1999의 평균 분자량을 갖는 이소시아네이트-반응성 쇄 연장제 및/또는 가교제가 첨가될 수 있다. 이러한 화합물의 예는 부탄디올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 시클로헥산 디메탄올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 1,2,6-헥산트리올, 펜타에리트리톨, 소르비톨 및 폴리옥시에틸렌 폴리올 및 약 200, 600 및 1000의 평균 분자량을 갖는 이들의 혼합물과 이런 화합물들의 혼합물이다. 이러한 쇄 연장제 및/또는 가교제의 이용량은 2000 이상의 평균 분자량을 갖는 상기 폴리에테르 폴리올의 100 pbw 당 20까지, 바람직하게는 최대 10 pbw까지이다.
물은 이소시아네이트 지수가 90 - 150(바람직하게는 95 - 120, 더 바람직하게는 100 - 110)의 범위인 양이 반응에 첨가될 수 있다. 본 발명에 따른 방법에서 이용된 물의 양(물 함량)은 바람직하게는 2 - 7 pbw 더 바람직하게는 3.5 - 6 pbw의 범위에 있다.
우레탄 기의 형성을 증진시키는 촉매가 더 이용될 수 있다. 바람직하게는 0.1 - 2 중량%의 양(모든 이소시아네이트 반응 성분에 대해서)으로 이용된다. 이러한 촉매는 일반적으로 당업계에 공지되어 있다. 실시예는 트리에틸렌디아민, N,N-디메틸에탄올아민, 비스(N,N-디메틸아미노에틸)에테르, 2-(2-디메틸아미노에톡시)-에탄올, N,N,N'-트리메틸-N'-히드록시에틸비스아미노에틸-에테르, N-(3-디메틸아미노프로필)-N,N-디이소프로판올아민, N,N'-디에틸피페라진 및 1-(비스(3-디메틸-아미노프로필)아미노-2-프로판올과 같은 아민 촉매 및 옥토산 제1 주석, 디부틸틴 디라우레이트와 같은 유기금속 화합물이다. 촉매의 혼합물 역시 이용될 수 있다.
임의적으로 발포체는 단연제, 계면활성제, 다른 발포제, 연기 억제제, 발색제, 카본 블랙, 항-미생물제, 항-산화제, 금속 이형제, 충전제 및 비료와 같은 폴리우레탄 업계에서 이용되는 보조제 및 첨가제의 존재 하에서 제조될 수 있다.
발포체는 모든 성분을 합쳐서 혼합하고 반응이 일어나도록 함에 의하여 제조될 수 있다. 발포체는 자유 상승 방법, 성형 방법, 슬랩스톡 방법, 적층 방법 또는 스프레이 방법에 따라 제조될 수 있다. 발포체가 금형에서 제조될 때 최대 100 %, 바람직하게는 최대 50 %의 과다투입이 사용된다. 성형 방법을 이용할 때, 발포체는 유리한 형태를 보여줄 수 있으며: 동일한 발포체 두 조각이 서로 위에 배치될 때, 각각 물로 포화되고, 그리고 나면 하부 조각은 이러한 과다투입 없이 제조된 선행기술보다 상부 조각으로부터 물을 덜 흡수할 것이다.
성분들은 발포 기계의 혼합 헤드에 독립적으로 공급될 수 있다. 바람직하게는 이소시아네이트 반응성 성분이, 폴리이소시아네이트와 혼합되기 전에, 임의적으로 폴리우레탄 업계에서 이용된 보조제 및 첨가제와 함께 예비 혼합된다.
본 발명의 방법으로 얻어지는 발포체는 전반적으로 20 kg/m3 이상 및 바람직하게는 20 - 50 kg/m3 이상의 자유-상승 코어 밀도, 최대 40 % 및 바람직하게는 최대 30 %의 탄성 및, 최대 25 % 및 바람직하게는 최대 20 %의 물 포화에서의 부피 증가를 가진다.
본 발명의 방법에 의해 얻어지는 발포체는 바람직하게는 16 kPa 이상, 더 바람직하게는 20 kPa 초과인 40 %에서 가압 하중 만곡률(CLD)을 가진다.
본 발명의 방법에 의해 얻어지는 발포체는 최대 200 kPa의 40 %에서 가압 하중 만곡률(CLD)을 가질 수 있다.
본 발명의 방법에 의해 얻어지는 발포체는 식물 성장 배지로서 이용되는 데 특히 적합하게 만드는 물 흡수, 공기 흐름의 레벨 및 셀 개방도를 더 가진다.
본 발명의 방법에 의해 얻어지는 발포체는 온실에서 꽃, 과일, 채소 및 다른 적절한 식물을 재배하는데, 뿐 아니라 벽면 녹화 및 옥상 녹화와 식물을 위한 물 경제 관리와 관련된 다른 적용분야에 적합한 식물을 제배하는데 이용될 수 있다.
온실에서의 이용을 위해 본 발명의 발포체는 추가적인 영양분이 공급될 수 있는 점적관수장치에 의해 더 보충될 수 있다.
옥상 녹화 및 조경 커버리지에서의 이용을 위해 본 발명의 발포체는 순수 폴리우레아를 기초로 한 방수 시스템(예를 들어, 테크노코트(Tecnocoat) P-2049)에 의해 더 보충될 수 있다.
옥상 녹화에서의 이용을 위해 본 발명에 의해 얻어지는 발포체는 빌딩의 커버링(covering)의 분리를 개선할 수 있다. 열 절연의 추가적인 층은 에너지 효율을 더 개선할 수 있고 최대 5 %까지 냉장 및 가열의 비용을 줄일 수 있다.
또한 옥상 녹화, 벽면 녹화 및 조경 커버리지에서 본 발명의 발포체의 이용은 소리의 머플링(muffling) 덕분에 음향의 오염을 줄일 수 있고 소리의 반향을 가능하게 하는 "경질" 표면의 갯수를 감소시킬 것이다.
본 발명의 친수성 기판 발포체는 물을 매우 효율적인 관리 및 보유할 수 있는 능력에 의해 특성화된다. 발포체는 최종 사용자의 최종 요구 사항을 충족하도록 다양한 두께 및 프로파일로 이용될 수 있다.
기존의 식물(재배) 기판에 비해 본 발명의 발포체의 주된 장점은:
ㆍ본 발명의 발포체는 제한된 팽윤(<25%)을 가지면서 물에서 그의 중량의 30 배를 보유할 수 있다.
ㆍ본 발명의 발포체는 토양과 같은 천연 식물 성장 배지와 동등한 물 보유 특성을 갖는다.
ㆍ65 % 초과의 물이 발포체에 보유되면서, 본 발명의 발포체는 물 부하량을 충분히 배수할 수 있다.
ㆍ본 발명의 발포체는 다루거나 설치하기가 쉽다(다양한 두께 및 프로파일이 최종 사용자의 최종 요구 사항을 충족하기 위해 구성될 수 있다).
ㆍ가벼운 무게(20 - 50 kg/m3)이기 때문에, 본 발명의 발포체는 약한 구조적인 성질을 가진 오래된 건물의 옥상 녹화에 이상적으로 적합하다.
ㆍ본 발명의 발포체의 이용은 건물 절연을 개선하고 그러므로 최대 5%까지 냉각 및 가열 비용을 줄일 수 있다.
본 발명 출원의 문맥에서 이어지는 용어는 다음의 의미를 가진다:
1) 이소시아네이트 지수 또는 NCO 지수 또는 지수 :
제형에 존재하는 이소시아네이트-반응성 수소 원자에 대한 NCO-기의 비로서, 백분율로 주어진다:
Figure 112014048930777-pct00001
즉 달리 말하면 NCO-지수는 제형에서 이용한 이소시아네이트-반응성 수소의 양과 반응하는 데 이론적으로 요구되는 이소시아네이트의 양에 대한 제형에서 실제로 이용된 이소시아네이트의 퍼센트를 표현한다.
본원에서 이용된 이소시아네이트 지수는 그 반응 단계에서 이용된 이소시아네이트-반응성 성분 및 이소시아네이트 성분에 관한 실제 발포 방법의 관점으로부터 고려됨이 관찰되어야한다. 오직 실제 발포 단계에서 존재하는 자유 이소시아네이트-반응성 수소(물에서의 것들을 포함) 및 자유 이소시아네이트 기만 고려된다.
물 지수는 100Y/X(%)의 비인데 여기서 Y는 제형에서 실제로 이용된 그램 단위의 물의 양이고 X는 100의 이소시아네이트 지수를 얻기 위해 동일한 제형에서 이론적으로 필요한 그램 단위의 물의 총량이다.
2) 이소시아네이트 지수를 계산할 목적으로 본원에서 이용된 표현 "이소시아네이트-반응성 수소 원자"는 폴리올, 폴리아민 및/또는 물의 형태로 반응성 조성물에 존재하는 히드록실 및 아민 수소 원자의 총량을 지칭한다. 이는 실제 발포 방법에서 이소시아네이트 지수를 계산할 목적으로 하나의 히드록실 기가 하나의 반응성 있는 수소를 포함하고 하나의 물 분자가 두 개의 활성 수소를 포함하는 것으로 간주됨을 의미한다.
3) 본원에 일반적으로 사용된 표현 "폴리우레탄 발포체"는, 발포제를 사용하여, 폴리이소시아네이트와 이소시아네이트-반응성 수소 함유 화합물을 반응시켜 얻어진 셀형 생성물을 지칭하며, 특히 반응성 발포제로서 물과 함께 얻어진 셀형 생성물을 포함한다(물이 이소시아네이트 기와 반응하여 우레아 결합과 이산화탄소를 수득하고 폴리우레아-우레탄 발포체를 생성하는 반응과 관련됨).
4) 용어 "평균 명목상 히드록실 관능가" 또는 "명목상 관능가" 또는 "히드록실 관능가"는, 실제로는 어느 정도의 말단 불포화로 인해 빈번히 더 낮을 수 있지만 그 제조시 이용된 개시제(들)의 관능가(분자당 활성 수소 원자의 수)라는 가정하에 폴리올 조성물의 관능가(분자당 히드록실기의 수)를 지칭하기 위해 본원에 사용된다. 용어 "당량"은 분자의 이소시아네이트 반응성 수소 원자당 분자량을 지칭한다.
5) 단어 "평균"은 "수평균"을 지칭한다.
6) 밀도는 보조 발포제를 사용하지 않고 ISO 845에 따라 대기 조건 하에서 제조한 발포체 샘플에서 측정된다.
7) 경도 CLD: ISO 3386/1에 따라 측정된 40 %에서의 가압 하중 만곡률로서 단 경도는 제1 사이클 동안 건조되고 비-분쇄된 샘플에서 측정된다.
8) 발포체 팽윤ΔV는 100 % 물 포화에서 발포체 샘플의 부피 증가로, % 단위 이다:
Figure 112014048930777-pct00002
상기 V2는 물의 흡수가 없을 때 발포체의 부피이고 V1은 23 ℃ 및 50 % 상대 습도에서 물 최대 흡수에서의 발포체의 부피이다. V1을 결정하기 위해, 발포체는 대기압 및 23 ℃에서 24 시간 동안 물에 담가진다.
9) 탄성은 ISO 8307에 따라 측정되는데 단, 탄성은 건조하고 비-분쇄 샘플상에서 측정된다.
10) 물 보유 값은 본 발명에서 pF 값으로 측정된다. 본 발명의 문맥에서 pF 값은 물로 포화된 발포체 샘플을 얻기 위해 사전정의된 기간 동안 물에서 발포체 샘플을 담근 후에 사전정의된 기간 동안 상이한 압력 하에 물 포화 발포체를 둔 후 발포체에 보유된 물 부피에 대응된다. pF 곡선에서 발포체에 보유된 체적 측정 함수량은 Y축에, (음값의)X축으로 적용된 가해진 압력에 대해 플롯팅된다. pF 곡선에서 pF0 값은 0 cm H2O 컬럼의 압력 하에 사전정의된 기간 동안 상기 발포체 샘플이 놓여진 후 물로 포화된 발포체 샘플에 보유된 물 부피에 대응된다. pF 곡선에서 pF1 값은 -10 cm H2O 컬럼의 압력 하에 사전정의된 기간 동안 상기 발포체 샘플이 놓여진 후 물로 포화된 발포체 샘플에서 보유된 물 부피에 대응된다. pF 곡선에서 pF1 .5 값은 -32 cm H2O 컬럼의 압력 하에 사전정의된 기간 동안 상기 발포체 샘플이 놓여진 후 물로 포화된 발포체 샘플에서 보유된 물 부피에 대응된다.
pF 곡선으로부터 얻어진 pF0 및 pF1 값은 물 보유 및 그러므로 폴리우레탄 발포체에서의 물의 이용가능성을 계산하는 데에 적합하다. pF0 및 pF1 값은 추가로 다음과 같이 더 정의된다
Figure 112014048930777-pct00003
상기 Vf는 (건조) 발포체 샘플의 초기 부피(ml 단위)이고, Vu는 물로 포화된 때의 발포체 샘플의 물 흡수(0 cm H2O 컬럼의 압력 하에 사전정의된 기간 동안 상기 발포체 샘플이 놓여진 후 물로 포화된 발포체 샘플에서 보유된 물 부피를 의미)를 ml로 나타낸 것이고 Vr -1은 -10 cm H2O 컬럼의 압력 하에 사전정의된 기간 동안 상기 발포체 샘플이 놓여진 후 물로 포화된 발포체 샘플에서 보유된 물 부피를 ml로 나타낸 것이다.
Vf, Vu 및 Vr -1은 다음과 같이 측정된다: 발포체 샘플은 100x120x75 mm 또는 100x120x60 mm(길이x 폭 x 높이)와 같은 지시된 치수를 얻도록 절단된다. 그러므로 샘플의 Vf는 900 ml 또는 720 ml이다. 발포체 샘플의 건조 중량은 105 ℃에서 결정된다. 그러고 나서 발포체 샘플은 수욕조에 23℃ 및 대기압에서 6 시간의 사전정의된 기간 동안 샘플의 1cm가 높이 방향으로의 물 표면 위로 연장되는 방식으로 놓여진다.
그리고 나서 샘플은 23 ℃ 및 대기압에서 18 시간 동안 수욕조에서 완벽하게 침지된다. 이어서 샘플을 같은 압력과 온도에서 0.5-1 cm 메쉬의 체 위에 두고 30 분 동안 물을 방출시키도록 한다. 마침내 발포체 샘플의 중량(보유된 물을 함유하는)이 다시 결정되고 Vu 가 계산되는데, 물의 밀도는 1 kg/dm3로 가정한다.
그리고 나서 물로 포화된 샘플은 23 ℃의 폐쇄된 환경에서 24 시간 동안 놓여지게 되고 대기압 이하의 압력이 샘플의 바닥 표면에 적용된다(예를 들어 pF1를 측정하기 위하여 발포체 샘플의 절반 높이로부터 측정된 -10 cm H2O 컬럼의 압력으로).
마침내 샘플의 중량이 다시 결정되고 샘플에 보유된 물의 부피 Vr -1이 계산된다(물의 밀도는 1 kg/dm3로 가정).
pF 값을 측정하는 데 이용될 수 있고 샘플의 바닥 표면의 대기압 이하의 환경을 만드는 데 적절한 장치는 네덜란드 회사 에이지켈캠프(Eijkelkamp )(www.eijkelkamp.com)로부터 얻어질 수 있는 샌드박스(Sandbox)라 소위 불리며 pF-결정을 위해 이용된다.
부피를 기준으로 한 물 함량의 계산은 토양 샘플이 미터 압력에 놓여진 후의 토양 샘플에 대한 ISO 11274에 또한 기술되어 있는데(구역 5.5 참고), 이는 또한 본 발명의 발포체 샘플 내 물 함량을 계산하기 위해 적용될 수 있다. 미터 압력은 여기에서 cm H2O 컬럼의 압력 하에서 적용된 것으로 지칭된다.
11) 물 완충 능력(WBC, %)은 pF0- pF1 .5로서 정의될 수 있는데(또한 선행 기술에서 Φ1-Φ32로 지칭된다),
Figure 112014048930777-pct00004
상기 Vf는 (건조) 발포체 샘플의 초기 부피(ml 단위)이고, Vu는 물로 포화된 때의 발포체 샘플의 물 흡수(ml 단위)이고, Vr -1.5는 사전정의된 기간 동안 -32 cm H2O 컬럼의 압력 하에 상기 물로 포화된 발포체 샘플이 놓여진 후 보유된 물의 부피를 의미. Vf, Vu 및 Vr -1.5는 10에서 기술된 바로서 결정된다.
12) 본 발명에 따른 방법에서 이용되는 meq/s로 표현된(폴리올의 그램 당 불포화 기의 밀리-당량) 폴리올 혼합물의 불포화는, ISO 17710에 의해 결정된다.
본 발명은 이어지는 실시예와 함께 더 묘사될 것이다.
실시예 1 - 8
발포체는 나타낸 제형을 자유 상승 조건 하에서 반응하도록 하여 만들었다(성형 대 자유 상승 샘플을 비교한 실시예 6 제외).
다음의 성분을 이용한다:
폴리이소시아네이트 1: 26.82 중량%의 NCO 값을 가지는 예비중합체로서, 수프라섹® 2185(헌츠만) 93 pbw와 382 mg KOH/g의 OH 값을 갖는 트리메틸올프로판은 개시된 폴리옥시에틸렌 폴리올인 펄스토르프® P3380 7 pbw를 반응시켜 제조된다. 이 예비중합체는 특히 전파 블록(propagation block)에서의 이용을 위한 70 % 초과의 pF1 값을 갖는 기판 발포체의 생성에 매우 적합하다.
폴리이소시아네이트 2는 약 25.9 중량%의 NCO 값을 가지는 예비 중합체로서, 수프라섹® 2185 54 pbw 및 수프라섹® MPR 36 pbw 및 폴리올 3380 10 pbw(382 mg KOH/g의 OH 값을 갖는 폴리에틸렌 트리올(펄스토르프))를 반응시켜 얻는다. 이 예비중합체는 특히 식생 매트로의 이용을 위한 10 - 60 % 범위의 pF1 값을 가지는 기판 발포체의 생산에 매우 적합하다.
폴리이소시아네이트 3은 수프라섹® 2185(헌츠만)(예비중합체가 아님)이다.
폴리이소시아네이트 4는 4,4' MDI 30 pbw와 옥시에틸렌 함량 75 중량%을 가지는 랜덤 옥시에틸렌 및 옥시프로필렌 잔기를 갖는 트리올 개시된 폴리옥시에틸렌 트리올의 70 pbw를 반응시켜 얻어지는 예비중합체이다. 예비중합체는 약 7.85 중량%의 NCO 값을 가진다.
폴리올 1: 달토셀® F555, 약 28 mg KOH/g의 OH 값, 약 77 중량%의 옥시에틸렌 함량(폴리올에서)을 갖는 폴리에테르 폴리올(헌츠만). 폴리올 1은 본 발명에서 지칭된 대로 제1 폴리에테르 폴리올로서 이용하기에 적합하다.
폴리올 2: 제프올® G 11-56(상용화 가능한 달토셀® F450와 또한 유사한, 폴리에테르 폴리올(헌츠만)), 약 56 mg KOH/g의 OH 값, 25 - 30 중량%의 범위의 옥시에틸렌 함량(폴리올에서), 및 약 3000의 평균 분자량을 갖는 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올. 폴리올 2는 본 발명에서 지칭된 대로 제2 폴리에테르 폴리올로서 이용하기에 적합하다.
폴리올 3: 달토셀® F442, 3의 명목상 관능가, 약 42 mg KOH/g의 OH 값을 갖고 옥시에틸렌 및 옥시프로필렌 기를 포함하는 것으로 옥시에틸렌 기의 양은 약 75 중량%인(폴리올에서) 폴리에테르 폴리올(헌츠만). 폴리올 3은 본 발명에 지칭된 대로 제1 폴리에테르 폴리올로서 이용하기에 적합하다.
폴리올 4: 달토셀® F489, 3의 명목상 관능가, 약 28 mg KOH/g의 OH 값을 가지고 옥시에틸렌 및 옥시프로필렌 기를 포함하는 것으로 옥시에틸렌 기의 양이 약 27.5 중량%(폴리올에서)인 폴리에테르 폴리올(헌츠만).
촉매 1: 제프캇®(Jeffcat®) DPA(헌츠만)
촉매 2: 제프캇® ZF-10(헌츠만)
계면활성제 1: 테고스탑®(Tegostab®) B8724LF(이보니크(Evonik))
계면활성제 2: 답코®(Dabco®) DC198 (에어 프로덕츠(Air Products))
수프라섹, 달토셀, 제프올 및 제프캇은 헌츠만 코오퍼레이션 또는 그 제휴사의 상표로서 하나 이상 그러나 전체는 아닌 국가에 등록되어 있다.
발포체를 이제 밀도, 탄성, 경도(CLD), 치수 발포체 안정성 또는 팽윤(ΔV), 물 보유값(pF0, pF0.7, pF1, pF1.5, pF2)을 결정하기 위하여 물리적 시험에 놓이게 했다. 물 보유값은 달리 명시된 바가 없다면 100 x 120 x 75 mm 치수를 갖는 비-분쇄 발포체 샘플에서 측정했다.
제형의 양은 항상 중량부(pbw)로서 제시되어있다.
실시예 1: 폴리우레탄으로 제조되고 낮은 이소시아네이트 지수로 제작된 당업계의 식물 기판 발포체와의 비교
표 1에서 발포체 1 및 2는 폴리우레탄으로 제조되고 낮은 이소시아네이트 지수로 제작된 당업계의 식물 기판 발포체이다. 발포체 1 및 2는 그러므로 비교예이고, 발포체 3 및 4가 본 발명에 따른 것이다. 발포체 1을 발포체에서 셀을 개방하기 위해 pF 측정이 수행되기 전에 먼저 분쇄하였고(그렇지 않았다면 발포체는 지나치게 폐쇄되어 있어 물을 흡수할 수 없었을 것이다), 발포체 2, 3 및 4는 사전에 분쇄할 필요가 없었다.
실시예 2: 물 보유값
표 2에서 발포체 5 및 6은 폴리우레탄으로 제조되고 낮은 이소시아네이트 지수로 제작된 당업계의 식물 기판 발포체이다. 락울(rockwool)이 광물 섬유를 기초로 한 상용화 가능한 식물 성장 기판이다. 락울, 지지체 5 및 6은 그러므로 비교예이고, 발포체 7 및 8이 본 발명에 따른 것이며 저압 계량분배 기계에서 생산하였다. 발포체 5(실시예 1의 선행 기술 발포체 1과 동일)를 발포체에서 셀을 개방하기 위해 pF 측정이 수행되기 전에 먼저 분쇄하였다(그렇지 않았다면 발포체는 지나치게 폐쇄되어 있어 물을 흡수할 수 없었을 것이다).
도 2b는 표 2에서 지칭되는 식물 기판을 위한 pF 곡선을 묘사한다.
pF 값은 100x100x60 mm(길이 x 폭 x 높이)의 치수를 갖는 샘플에서 측정한다. 발포체 5를 위해 도 2b의 pF 데이터는 분쇄된 샘플로부터 유래된 것이다.
실시예 3: 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체를 제작하는 데 이용되는 폴리에테르 폴리올 비 및 조성의 효과
표 3에서 발포체 9 - 17은 폴리우레탄으로 제조하고 본 발명에 따른 반응성 성분을 이용하였으나 폴리이소시아네이트 반응성 성분(폴리에테르 폴리올)의 다른 비로 제작한 발포체이다. 발포체 10, 11, 12, 13 및 14를 본 발명에 따른 제형(비)을 이용하여 생산하였고 발포체 9, 15, 16 및 17는 다른 비를 이용하여 생산하였으며 그러므로 비교예이다. 발포체 9는 지나치게 낮은 pF0 값을 가지고 그러므로 식물 성장에 좋은 물 보유성을 가지고 있지 않으며, 발포체 16 및 17은 붕괴되었고 발포체 15는 더 조대한 셀 구조를 가졌다.
실시예 4: 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체를 제작하는 데 이용되는 방법에서의 물 함량의 효과
표 4에서 모든 발포체를 동일한 이소시아네이트 조성물을 이용하고 110의 동일한 이소시아네이트 지수에서 본 발명에 따라 제작하였다. 발포체 18, 20 및 22는 5.5 pbw 물로 제작된 발포체였고 발포체 19, 21 및 23은 6.5 pbw 물로 제작된 발포체였다. 발포체는 물의 다량을 이용하여 제작하였는데 이는 적은 팽윤을 갖는 발포체를 초래한다.
실시예 5: 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체를 제작하는 데 이용되는 방법에서의 이소시아네이트 조성물의 효과
표 5에서 모든 발포체는 동일한 폴리에테르 폴리올 조성물이지만 다른 이소시아네이트 조성물을 이용하여 본 발명에 따라 제작하였다. 발포체 24, 25, 27 및 28은 폴리이소시아네이트 예비중합체를 이용하여 제작된 발포체이다. 발포체 26 및 29는 예비중합체가 아닌 폴리이소시아네이트 조성물로 제작된 발포체이다. 예비중합체 이소시아네이트를 이용하여 제작한다. 발포체가 더 높은 경도를 가졌다. 예비중합체 이소시아네이트 조성물을 이용하여 제작된 발포체는 묘목을 위한 식물 성장 배지를 제작하는 데 더 좋은데 이는 발포체의 물 보유 능력(pF1 값)이 더 양호하기 때문이다.
실시예 6: 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체의 제작 동안 성형의 효과
표 6에서 모든 발포체가 동일한 제형(본 발명에 따른)을 이용하여 제작되었다. 과다투입의 양은 0 %(성형 없음, 자유 상승 방법), 30 %, 45 % 및 55 %였다.
실시예 7: 본 발명에 따른 발포체 제조에 이용되고 식물 성장 배지에 적합한 전형적인 제형
표 7에서 본 발명에 따른 발포체를 제작하는 데 적합한 전형적인 제형이 보여진다. 발포체 34 - 39는 모두 매우 좋은 물 보유값을 갖고 식물 성장 배지로 이용되는 데 매우 적합하다. 높은 pF1 값(pF1 가 50% 초과)은 이러한 발포체들을 특히 묘목(물에 매우 의존하는) 성장에 적합하도록 한다. 표 7의 발포체들은 큰 규모의 저압 계량분배 기계(수동-혼합 실험실-규모 발포체에 비해 약간 더 "연속 기포" 발포체를 초래할 수 있다)에서 생산된다.
실시예 8: 성장 결과
오이 종자를 본 발명에 따른 발포체 7 및 8 뿐 아니라 비교 발포체 1에서도 성장하도록 하였다(표 2에 제형 참고). 21 일 후 식물을 기판 발포체 위에서 절단하였고 식물의 중량을 결정하였다(표 8 참고). 본 발명에 따른 발포체는 비교 발포체 1에서 자란 식물에 비해 식물의 중량이 상당히 증가한 식물을 제공하였다.
Figure 112014048930777-pct00005
Figure 112014048930777-pct00006
Figure 112014048930777-pct00007
Figure 112014048930777-pct00008
Figure 112014048930777-pct00009
Figure 112014048930777-pct00010
Figure 112014048930777-pct00011
Figure 112014048930777-pct00012

Claims (18)

  1. 폴리우레탄 발포체
    로 만들어진 식물 성장 배지이며, 상기 폴리우레탄 발포체가
    - 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI) 및 3 이상의 이소시아네이트 관능가를 갖는 그의 동족체를 포함하며, 상기 디이소시아네이트 및 동족체의 총량에 대해 계산된 디이소시아네이트의 양이 20 - 80 중량%인 폴리이소시아네이트, 및
    - 2 - 6의 평균 명목상 히드록실 관능가, 2000 - 12000의 수 평균 분자량, 제1 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올의 중량에 대해 계산된 값이 50 중량% 초과인 옥시에틸렌 함량을 가지는 제1 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올, 및
    - 2 - 6의 평균 명목상 히드록실 관능가, 2000 - 6000의 수 평균 분자량, 제2 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올의 중량에 대해 계산된 값이 20 - 45 중량%인 옥시에틸렌 함량을 가지는 제2 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올, 및
    - 2 - 7 pbw 함량의 물을
    95 - 120의 이소시아네이트 지수에서 반응시키는 것을 포함하며, 여기서 사용된 제1 및 제2 폴리올의 중량비가 60:40 내지 20:80 범위인 방법에 의해 수득되고,
    최대 40 %의 탄성 (ISO 8307에 따라 측정됨), 16 kPa 이상의 40 %에서 가압 하중 만곡률(CLD) (ISO 3386/1에 따라 측정됨), 20 kg/m3 이상의 자유-상승 코어 밀도 (ISO 845에 따라 측정됨) 및 최대 25 %의 물 포화에서의 부피 증가를 갖는 것인,
    식물 성장 배지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 CLD가 20 kPa 이상이고, 자유-상승 코어 밀도가 20 내지 최대 50 kg/m3이고, 탄성이 최대 30 %이고 부피 증가가 최대 20 %인 식물 성장 배지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 물로 포화되고 0 cm H2O 컬럼의 압력에 놓여진 100 x 120 x 75 mm의 크기를 갖는 발포체에서 보유되는 물의 부피(pF0로 표현)가 70 % 이상이고, 물로 포화되고 -10 cm H2O의 압력에 놓여진 100 x 120 x 75 mm의 크기를 갖는 발포체에서 보유되는 물의 부피(pF1로 표현)가 10 - 90 %이며, 상기 pF0 및 pF1가 다음과 같이 추가로 정의되는 식물 성장 배지.
    Figure 112014048930777-pct00013

    Figure 112014048930777-pct00014

    상기 식에서:
    - Vf는 발포체 샘플의 부피(ml 단위)이고,
    - Vu는 물로 포화되고 0 cm H2O 컬럼의 압력 하에 30 분 동안 놓여진 발포체 샘플에서의 물 흡수(ml 단위)이고,
    - Vr -1은 물로 포화되고 -10 cm H2O 컬럼의 압력 하에 24 시간 동안 놓여진 발포체 샘플에서 보유된 물 부피(ml 단위)이다.
  4. 제3항에 있어서, 상기 pF0가 80 % 이상인 것인 식물 성장 배지.
  5. 제3항에 있어서, 상기 pF1가 50 % 이상의 것인, 묘목의 성장을 위한 식물 기판으로서의 이용 및/또는 번식 블록으로서의 이용을 위한 식물 성장 배지.
  6. - 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI) 및 3 이상의 이소시아네이트 관능가를 갖는 그의 동족체를 포함하며, 상기 디이소시아네이트 및 동족체의 총량에 대해 계산된 디이소시아네이트의 양이 20 - 80 중량%인 폴리이소시아네이트, 및
    - 2 - 6의 평균 명목상 히드록실 관능가, 2000 - 12000의 수 평균 분자량, 제1 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올의 중량에 대해 계산된 값이 50 중량% 초과인 옥시에틸렌 함량을 가지는 제1 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올, 및
    - 2 - 6의 평균 명목상 히드록실 관능가, 2000 - 6000의 수 평균 분자량, 제2 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올의 중량에 대해 계산된 값이 20 - 45 중량%인 옥시에틸렌 함량을 가지는 제2 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올, 및
    - 2 - 7 pbw 함량의 물을
    95 - 120의 이소시아네이트 지수에서 반응시키는 것을 포함하며, 여기서 사용된 제1 및 제2 폴리올의 중량비가 60:40 내지 20:80 범위인, 제1항 또는 제2항에 따른 폴리우레탄 발포체의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 이소시아네이트 지수가 100 - 110인 발포체의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 디이소시아네이트 및 동족체의 총량에 대해 계산된 디이소시아네이트의 양이 25 - 55 중량%인 발포체의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 폴리이소시아네이트가 10 - 30 중량%의 NCO-값을 갖고, 62 - 7000의 수 평균 분자량, 2 - 6의 수 평균 명목상 히드록실 관능가, 및 50 % 이상의 옥시에틸렌 함량을 갖는 폴리올과 폴리이소시아네이트를 먼저 반응시켜 제조되는 예비중합체인 것인 발포체의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 폴리이소시아네이트가 10 - 30 중량%의 NCO-값을 갖고, 폴리이소시아네이트와 제1 및/또는 제2 폴리올의 적어도 일부를 먼저 반응시켜 제조되는 예비중합체인 것인 발포체의 제조 방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 제1 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올이 2 - 4의 수 평균 명목상 히드록실 관능가, 2000 - 8000의 수 평균 분자량 및 제1 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올의 중량에 대해 계산했을 때 60 중량% 초과의 옥시에틸렌 함량을 갖고, 상기 제2 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올이 2 - 4인 평균 명목상 히드록실 관능가, 2000 - 4000의 수 평균 분자량, 제2 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올의 중량에 대해 계산했을 때 20 - 35 중량%의 옥시에틸렌 함량을 갖고, 상기 물 함량이 3.5 - 6 pbw인 발포체의 제조 방법.
  12. 제6항에 있어서, 상기 총 옥시에틸렌 함량이 제1 및 제2 폴리에테르의 총 중량에 대해 계산했을 때 50 중량% 미만인 것인 발포체의 제조 방법.
  13. 제6항에 있어서, 사용된 상기 제1 및 제2 폴리올의 중량비가 49:51 내지 20:80의 범위인 것인 발포체의 제조 방법.
  14. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올이 이를 폴리이소시아네이트 조성물에 첨가하기 전에 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올의 안정된 분산액을 형성하기 위하여 먼저 혼합되는 것인 발포체의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올의 안정된 분산액에서의 옥시에틸렌 함량의 평균 중량 비가 분산액의 중량에 대해 계산했을 때 50 % 미만인 것인 발포체의 제조 방법.
  16. 제6항에 있어서, 60-1999의 수 평균 분자량을 갖는 이소시아네이트-반응성 쇄 연장제 및/또는 가교제 및 다른 보조제 및 첨가제의 첨가를 더 포함하는 발포체의 제조 방법.
  17. 제6항에 있어서, 상기 발포체가 최대 100 %의 과다투입으로 금형에서 제조되는, 발포체의 제조 방법.
  18. 온실, 옥상 녹화, 벽면 녹화 또는 조경의 적용분야에서 식물 성장 배지로서 제6항에 따라 제조된 발포체를 사용하는 방법.
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