KR101856307B1

KR101856307B1 - 난연성 슬래브스톡 폴리우레탄 폼 조성물

Info

Publication number: KR101856307B1
Application number: KR1020160024043A
Authority: KR
Inventors: 최권용; 김도영
Original assignee: 현대자동차주식회사; 금호화성 주식회사
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2018-05-09
Also published as: KR20170101479A; US20170247494A1

Abstract

본 발명은 자체적으로 난연 성능을 보유하고 있음으로써 별도의 난연 첨가제를 첨가하지 않아도 되는 난연성 슬래브스톡 폴리우레탄 폼 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 폴리우레탄 폼 조성물은 폴리올 성분으로서 식물성 오일로부터 유래된 바이오 폴리올을 포함하되, 분자량 범위가 서로 다른 폴리에테르폴리올을 포함하면서 동시에 이소시아네이트 지수를 100 미만으로 낮춤으로써 폼 자체적으로 난연성을 보유하게 되어 별도의 난연제를 첨가하지 않아도 되는 획기적인 효과를 얻고 있고, 또한 종래의 난연성 슬래브스톡 폴리우레탄 폼조성물이 난연제를 첨가함으로써 발생되는 물성 저하의 문제까지도 해결하는 효과가 있다.

Description

난연성 슬래브스톡 폴리우레탄 폼 조성물 {Flame retarded slabstock polyurethane foam composition}

본 발명은 자체적으로 난연 성능을 보유하고 있음으로써 별도의 난연 첨가제를 첨가하지 않아도 되는 난연성 슬래브스톡 폴리우레탄 폼 조성물에 관한 것이다.

연질 폴리우레탄 폼은 기계적 강도(신율, 인장강도, 내마모성)가 좋고, 오픈 셀(Open Cell) 구조를 가짐으로써 통기성 및 쿠션성이 좋아서 자동차ㆍ전기ㆍ전자 제품의 부품 또는 생활용품 등 산업 전분야에서 다양한 용도로 널리 사용되고 있다.

연질 폴리우레탄 폼은 생산방식에 따라 슬래브스톡 폼(Slabstock Foam)과 몰드 폼(Mold Foam)으로 분류된다. 슬래브스톡 폼은 원액을 금형에 주입하지 않고, 자유발포시켜 경화된 폼을 원하는 형태로 절단하여 사용하는 폼(Foam)을 말한다.

슬래브스톡 폴리우레탄 폼은 주로 실내 내장재로 사용되기 때문에 난연 특성이 중요한 요구물성 중의 하나이다. 실내에 적용되는 폴리우레탄 폼의 경우 화재 발생 시 연소시간 지연, 연소로 인한 가스발생량 감소를 위하여 난연 성능을 규제하고 있는 실정이다.

폴리우레탄 폼의 난연 성능을 향상시키는 방법으로는 1)난연 첨가제를 별도로 첨가하는 방법, 2)인, 질소 또는 할로겐과 같은 난연 원소가 화학적으로 폴리올이나 이소시아네이트에 결합된 난연 원료를 이용하는 방법이 있다.

일반적으로 폴리우레탄 폼의 난연 성능을 향상시키는 방법으로 난연 첨가제를 첨가하는 방법이 주로 적용되고 있다. 예를 들면, 한국등록특허 10-1321576호 및 10-1378591호에는 폴리올와 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI)를 주원료로 사용하고, 난연제, 촉매, 발포제 등의 각종 첨가제를 포함시킨 슬래브스톡 폴리우레탄 폼 조성물이 개시되어 있다. 하지만, 난연제는 대부분이 분자량이 작기 때문에 고온 조건에서 비산되기 쉽다. 또한, 할로겐 함유 난연제의 경우 연소시에 발암물질인 다이옥신 (Dioxine)이 발생된다는 주장이 발표된 후에는, 할로겐계 난연제의 사용이 규제되고 있다.

따라서 사용이 규제되고 있는 난연 첨가제를 별도로 첨가하지 않고도 자체적으로 난연 성능을 가지는 슬래브스톡 폴리우레탄 폼 조성물의 개발이 시급히 요구된다.

한편, 일반적인 연질 폴리우레탄 폼은 석유계 기반의 폴리올을 사용하여 제조되고 있다. 그러나 석유계 폴리올의 유가상승으로 인한 가격상승 요인, 폐기물의 처리 문제, 지구 온난화에 의한 CO₂의무감축 등이 새로운 이슈로 등장하게 되어 친환경 제품 개발 요구가 점차 증대되고 있다. 이에 유해물질 법규를 대응하기 위해 석유계 폴리올을 바이오 폴리올로 대체하는 기술이 요구된다.

한국등록특허 10-1321576호 한국등록특허 10-1378591호 한국공개특허 10-2015-0109936호

본 발명은 식물성 오일로부터 유래된 바이오 폴리에테르폴리올을 사용하는 친환경 폼 조성물로서 난연첨가제를 사용하지 않아도 자체적으로 난연성을 보유하는 새로운 난연성 슬래브스톡 폴리우레탄 폼 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 난연성을 가지는 바이오 연질 폴리우레탄 폼을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제 해결을 위하여, 본 발명은 폴리올과 폴리이소시아네이트를 주원료로 하고, 난연제를 제외한 통상의 폴리우레탄 폼 형성을 위한 첨가제를 포함하는 폴리우레탄 폼 조성물에 있어서,

상기 폴리올은 식물성 오일로부터 유래된 바이오 폴리에테르폴리올이며, 중량평균분자량이 3,000 ~ 6,000 g/mol인 폴리에테르폴리올(A) 50 내지 90 중량%와 중량평균분자량이 500 ~ 1,000 g/mol인 폴리에테르폴리올(B) 10 내지 50 중량%가 포함되고, 그리고

하기 수학식 1로 정의되는 이소시아네이트 지수가 70 ~ 95 범위 되도록 조절된 난연성 슬래브스톡 폴리우레탄 폼 조성물을 제공한다.

[수학식 1]

또한, 상기한 조성물을 발포시켜 제조된 것으로, 밀도가 18 ~ 60 kg/㎥이고, 난연성을 가지는 바이오 연질 폴리우레탄 폼을 제공한다.

본 발명의 폼 조성물은 식물성 오일로부터 유래된 바이오 폴리에테르폴리올을 기재성분으로 사용하면서, 별도의 난연제를 첨가 사용하지 않는 등 환경친화성이 우수하다는 효과가 있다.

또한 본 발명의 폼 조성물은 자체적으로 난연성을 보유하게 되어 별도의 난연제를 첨가하지 않아도 되므로, 난연 첨가제 함유로 인하여 야기되는 물성 저하의 문제를 해결하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 폼 조성물은 폴리이소시아네이트 성분으로서 톨루엔 디이소시아네이트로 제한하지 않고 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI), 폴리머릭 디페닐메탄디이소시아네이트(PMDI) 등으로 선택의 범위를 확장시키는 효과가 있다.

본 발명은 난연성 슬래브스톡 폴리우레탄 폼 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 난연성 슬래브스톡 폴리우레탄 폼 조성물은 폴리올과 폴리이소시아네이트를 주원료로 하고, 폴리우레탄 폼 형성을 위하여 난연제를 배제시키고 통상적으로 사용되는 기타 첨가제를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 난연성 슬래브스톡 폴리우레탄 폼 조성물을 구성하는 각 성분에 대해 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.

(1) 폴리올

본 발명에서는 폴리올 성분으로서 식물성 오일로부터 유래된 바이오 폴리에테르폴리올을 사용하되, 분자량 범위가 서로 다른 폴리에테르폴리올을 적절 비율로 혼합 사용함을 특징으로 한다.

상기 식물성 오일은 대두유, 해바라기씨유, 캐놀라 (canola) 오일, 피마자유 (castor oil), 아마씨유, 목화씨유, 유동 (tung) 오일, 야자수유, 양귀비씨유, 옥수수유, 땅콩유, 팜오일 (palm oil) 등과 같은 식물성 오일이 포함될 수 있으며, 이의 선택에 특별한 제한을 두지 않는다. 또한, 식물성 오일로부터 유래된 바이오 폴리에테르폴리올은 상업적으로 판매되고 있으며, 본 발명에서는 시판되고 있는 신품(新品)을 사용할 수도 있지만, 폐유를 사용하는 것이 환경친화성 면에서 보다 바람직할 수 있다.

상기 폴리올은 구체적으로 중량평균분자량이 3,000 ~ 6,000 g/mol인 폴리에테르폴리올(A)과 중량평균분자량이 500 ~ 1,000 g/mol인 폴리에테르폴리올(B)의 혼합물을 사용한다. 바람직하기로는 상기 폴리에테르폴리올(A) 50 내지 90 중량%와 상기 폴리에테르폴리올(B) 10 내지 50 중량%의 혼합물을 사용한다.

상기 폴리올의 혼합물을 구성함에 있어, 중량평균분자량이 3,000 ~ 6,000 g/mol인 폴리에테르폴리올(A)의 함량이 50 중량% 미만이면 제품의 경도가 급격하게 상승하여 물성조절이 어렵고 수축이 일어나기 쉽고, 90 중량%를 초과하면 제품이 난연성을 유지할 수 없으므로, 상기 폴리에테르폴리올(A)와 (B)의 혼합비를 적절히 조절하는 것이 중요하다.

(2) 폴리이소시아네이트

종래의 난연성 폴리우레탄 폼 조성물은 폴리이소시아네이트 성분으로는 톨루엔디시소시아네이트를 제한하여 사용하였지만, 본 발명에서는 폴리이소시아네이트의 선택 범위를 확장시킨 효과가 있다. 본 발명에서는 폴리이소시아네이트 성분으로 당업자에게 널리 사용되고 있는 공지 화합물을 사용한다. 구체적으로 지방족, 시클로지방족, 아르지방족, 방향족 및 헤테로시클릭 폴리이소시아네이트를 포함한다. 또한, 개질되지 않은 폴리이소시아네이트 또는 개질된 폴리이소시아네이트가 포함될 수 있다.

상기 폴리이소시아네이트는 구체적으로 메틸렌 디이소시아네이트, 에틸렌 디이소시아네이트, 1,4-테트라메틸렌 디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 1,12-도데칸 디이소시아네이트, 시클로부탄-1,3-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,3-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,4-디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 2,4-헥사히드로톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-헥사히드로톨루엔 디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄-4,4'-디이소시아네이트 (HMDI), 1,3-페닐렌 디이소시아네이트, 1,4-페닐렌 디이소시아네이트, 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔 디이소시아네이트, 디페닐메탄-2,4'-디이소시아네이트, 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트, 폴리머릭 디페닐메탄디이소시아네이트(PMDI), 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트, 트리페닐메탄-4,4',4"-트리이소시아네이트 등이 포함될 수 있다. 또한 상기에서 언급한 폴리이소시아네이트는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.

상기 폴리이소시아네이트는 바람직하기로는 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔 디이소시아네이트, 디페닐메탄-2,4'-디이소시아네이트, 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트 및 폴리머릭 디페닐메탄디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.

또한, 상기 폴리이소시아네이트의 함량은 폴리우레탄 폼 조성물의 이소시아네이트 지수 범위로 제한될 수 있다. 이소시아네이트 지수는 하기 수학식 1로 정의될 수 있다.

[수학식 1]

일반적으로 폴리우레탄 폼 제조분야에서는 수산기(OH)의 몰수 대비 이소시아네이트기(NCO)의 몰수 비율을 과량(excess)으로 설정하여, NCO 잔기를 가지는 폴리우레탄 폼을 제조하고 있다. 즉, 종래기술에서는 상기 수학식 1로 정의되는 이소시아네이트 지수를 100 이상, 구체적으로는 130 ~ 170으로 설정하고 있다.

그러나, 본 발명은 상기 수학식 1로 정의되는 이소시아네이트 지수를 70 ~ 95 범위로 조절한 데 그 특징이 있다. 본 발명에서의 '이소시아네이트 지수(isocyanate index)'라 함은 폼 조성물 중에 포함된 이소시아네이트기의 몰수와 수산기의 몰수의 비로 정의될 수 있다. 상기 이소시아네이트기의 몰수는 주로 폴리이소시아네이트의 함량에 의해 결정될 수 있고, 상기 수산기의 몰수는 폴리올 이외에도 발포제로 사용된 물 등 수산기를 함유하는 첨가제의 함량에 의해 결정될 수 있다.

본 발명의 폼 조성물은 상기 화학식 1로 정의되는 폴리이소시아네이트 지수는 75 ~ 95를 유지하는 것이 제품의 물성과 난연성을 동시에 우수한 수준으로 유지시킬 수 있다는 점에서 보다 바람직하다. 만약 상기 이소시아네이트 지수가 70 미만이면 조성물 중의 NCO 함량이 너무 적어 폴리우레탄 폼의 수율이 낮아지는 문제가 있고, 95를 초과하면 난연성이 급격하게 저하되는 문제가 있다.

또한, 상기한 이소시아네이트 지수를 만족시키기 위해서는 폴리올 100 중량부를 기준으로 상기 폴리이소시아네이트는 13 ~ 110 중량부 범위로 사용될 수 있다. 상기 폴리이소시아네이트의 함량이 13 중량부보다 적으면 이소시아네이트 지수가 70 미만으로 낮을 수 있고, 110 중량부를 초과하면 이소시아네이트 지수가 95를 초과할 수도 있다.

(3) 첨가제

본 발명에서는 통상의 폴리우레탄 폼 형성을 위한 첨가제를 포함할 수 있다. 본 발명의 폴리우레탄 폼은 그 자체가 충분히 난연성이 확보되어 있기 때문에 별도로 난연제를 첨가하지 않아도 되는 특징이 있다. 본 발명의 폴리우레탄 폼 조성물에 난연제를 추가로 첨가하게 되면 오히려 환경위해의 문제 및 폼 조성물의 제반물성을 저하시키는 원인이 될 수 있으므로 난연제를 첨가하지 않는 것이 좋다. 하지만 필요에 따라서는 폼의 물성에 영향을 주지 않는 범위 내에서 소량의 함량범위에서 추가로 난연제를 첨가하는 것은 가능할 수도 있다.

본 발명의 조성물에 포함되는 첨가제는 촉매, 가교제, 정포제, 발포제, 기포 개방제(Cell opener) 등 중에서 선택된 1 종 이상이 포함될 수 있다. 이러한 첨가제는 폴리올 100 중량부를 기준으로 0.001 ~ 20 중량부, 바람직하기로는 0.01 ~ 10 중량부 범위 내에서 적절히 선택하여 포함할 수 있다.

본 발명의 폴리우레탄 폼 조성물에 포함될 수 있는 첨가제 성분에 대해 구체적으로 설명하면 하기와 같다.

상기 촉매는 폴리올과 이소시아네이트 화합물간의 반응을 촉진시키는 역할을 수행한다. 이러한 상기 촉매는 트리에틸렌디아민 (Triethylene diamine), 트리에틸아민 (Triethyl amine), N-메틸몰포린 (N-Methyl morpholine), N-에틸몰포린 (N-Ethyl morpholine) 등의 3급 아민 촉매, 스테너스옥토에이트 (Stannous octoate), 디부틸틴 디라우레이트 (DBTDL, Dibutyltin dilaurae) 등의 유기주석 촉매 중에서 선택된 1 종 이상을 사용할 수 있다. 상기 촉매는 폴리올 100 중량부를 기준으로 0.01 ~ 2 중량부, 바람직하게는 0.1 ~ 1 중량부 범위로 사용할 수 있다. 상기 촉매의 사용량이 너무 적으면 반응이 지연되어 경화불량이 발생하는 문제가 있고, 너무 많으면 수축이나 발포 폼에 크랙(Crack)이 발생할 수 있다.

상기 정포제는 폴리우레탄 발포 폼 내부에서 셀(Cell)이 형성될 때 생성된 셀이 합일 또는 파괴되는 것을 방지하고 균일한 모양 및 크기를 가지는 셀이 형성되도록 조정하는 역할을 한다. 이러한 정포제는 당 분야에서 통상적으로 사용하는 것으로 본 발명에서는 특별히 한정하지 않으나, 실리콘계 정포제가 일반적으로 사용될 수 있다. 상기 실리콘계 정포제는 실리콘 오일 및 그 유도체 등 중에서 선택된 1 종 이상일 수 있으며, 구체적으로 폴리알킬렌옥시드메틸실록산 공중합체일 수 있다. 상기 정포제는 폴리올 100 중량부를 기준으로 0.01 ~ 2 중량부, 바람직하게는 0.1 ~ 1 중량부를 사용할 수 있다. 이때 정포제의 사용량이 너무 적으면 폼의 성형이 불균일하게 되는 문제가 있으며, 너무 많으면 폼의 수축문제 및 난연 특성 절감되는 치명적인 문제가 발생할 수 있다.

상기 발포제는 요구되는 발포 폼의 각종 물성 등을 고려하여, 종래부터 연질 폴리우레탄 발포체용 조성물로서 사용되고 있는 공지의 발포제 성분을 적당히 선택하여 사용하는 것이 좋다. 이러한 발포제로서는 물이 대표적으로 사용될 수 있으며, 그 밖에도 염화메틸렌, n-부탄, 이소부탄, n-펜탄, 이소펜탄, 디메틸에테르, 아세톤, 이산화탄소 등으로부터 선택된 1 종 이상을 사용할 수 있다. 이들 발포제는 공지의 사용 방법에 따라, 그리고 요구되는 발포 폼의 밀도나 그 밖의 특성 등에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 발포제의 사용량에 대해서도 특별히 한정적이지 않지만, 굳이 한정하다면 폴리올 100 중량부를 기준으로 발포제는 1 ~ 5 중량부 범위 이내에서 사용될 수 있다.

상기 기포 개방제 (Cell opener)로는 폴리에테르폴리올을 사용할 수 있다. 상기 기포 개방제는 구체적으로 에틸렌옥사이드 (Ethylene Oxide, EO)와 프로필렌옥사이드(Propylene Oxide, PO)를 부가중합시켜 얻어진 것으로, EO:PO의 중량비가 50~80 : 20~50 중량%이고, 중량평균분자량이 3,000 ~ 8,000 g/mol이고, OH값이 20 ~ 60 mg KOH/g인 폴리에테르폴리올을 사용할 수 있다. 상기 기포 개방제는 폴리올 100 중량부를 기준으로 0.1 ~ 5 중량부를 사용할 수 있다. 이때 기포 개방제의 사용량이 너무 적으면 폼이 수축(Shrinkage)되어 본 형태를 유지하지 못하게 되며, 너무 많으면 폼의 함몰(Collapse), 균열(Crack) 등의 문제가 발생할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기에서 설명한 폼 조성물을 발포시켜 제조된 연질 폴리우레탄 폼을 제공한다. 상기 연질 폴리우레탄 폼은 바이오 소재로서 밀도가 18 ~ 60 kg/㎥으로 경량이므로 자동차 등 내장재로 유용하다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 하기의 실시예 에 의거하여 더욱 자세하게 설명을 하겠는 바, 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 결코 아니다.

[실시예]

실시예 1 ~ 12 및 비교예 1 ~ 8.

하기 표 1 내지 표 4에 나타낸 성분 및 함량비에 따라 폴리올, 촉매, 실리콘계 정포제, 기포 개방제 및 물을 혼합하고 3000 rpm 교반속도로 1 내지 3분 동안 충분히 혼합하여 폴리올 레진 프리믹스를 제조하였다. 상기 혼합물에 폴리이소시아네이트를 첨가하고 3000 rpm 교반속도로 7~10초간 교반하여 시료를 제조하였다. 250mm×250mm의 정방형인 박스 몰드에 폴리에틸렌 필림을 정방형 형태로 깔고, 그 위에 시료를 붓었다. 이때, 초시계를 이용하여 반응개시 시간(cream time), 최대용적 도달시간(rise time)을 측정하여 기록하였고, 건강포(health bubbles)가 발생하는지를 관찰하였다. 상온상태에서 경화가 진행되도록 하였다.

제조된 발포시편은 하기의 평가방법에 의해 물성을 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1 내지 표 4에 각각 나타내었다.

[물성 평가방법]

(1) 성형밀도: KS-M-6672에 의해 측정함

(2) 인장강도: KS-M-ISO-7214에 의해 측정함

(3) 신율: KS-M-ISO-7214에 의해 측정함

(4) 연소성: FMVSS-302에 의해 측정함

[사용성분]

1) 폴리올 성분

① BIOPPG3000

중량평균분자량 2500~3500인 2~3관능성 폐식용유 기반의 폴리에테르폴리올, GNO코퍼레이션의 BIOPPG3000 제품

② SKC B 5613

중량평균분자량 3,000이고, 수산기값 54~58 mgKOH/g인 3관능성 캐스터오일(castor oil) 기반의 폴리에테르폴리올, MCNS의 SKC B 5613 제품

③ BIOPPG-700

중량평균분자량 700, 수산기값 220~250 mgKOH/g이고, 3관능성 캐스터오일(castor oil) 기반의 프로필렌계 폴리에테르폴리올

2) 폴리이소시아네이트 성분

① T-80

톨루엔 디이소시아네이트 (2,4-/2,6-이성질체비=80/20), 한국바스프의 루프라네이트 T-80 제품

② CG-8020

디페닐메탄 디이소시아네이트 70~80 중량%와 톨루엔 디이소시아네이트(2,4-/2,6-이성질체비=80/20) 20~30 중량%의 혼합물, NCO 함량 37.1 중량%, 금호미쓰이화학의 코스모네이트 CG-8020

③ CG-3000

디페닐메탄 디이소시아네이트, NCO 함량 30 중량%, 금호미쓰이화학의 코스모네이트 CG-3000)

④ CG-1033

디페닐메탄 디이소시아네이트, NCO 함량 33 중량%, 금호미쓰이화학의 코스모네이트 CG-1033

3) 아민계 촉매

① L-33

67 중량% 농도의 트리에틸렌디아민/디프로필렌글리콜 용액, 도소사의 TEDA L-33)

② A-1

70 중량% 농도의 비스-(2-디메틸아미노에틸)에테르/프로필렌글리콜 용액, 모멘티브사의 나이악스 카타리스트 A-1)

③ U-28

옥틸산주석, 니토카세이사의 U-28

4) 실리콘 정포제

① L-580K

폴리알킬렌옥시드메틸실록산 공중합체, 모멘티브사의 나이악스 실리콘 L-580K

② L-626

폴리알킬렌옥시드메틸실록산 공중합체, 모멘티브사의 나이악스 실리콘 L-626

③ L-638

폴리알킬렌옥시드메틸실록산 공중합체, 모멘티브사의 나이악스 실리콘 L-638

5) 기포 개방제(cell opener)

케이피엑스케미칼의 코닉스 TA-350

구 분			실시예			비교예
구 분			1	2	3	1	2
조성 (중량부)	바이오 폴리올	BIOPPG3000	27.5	27.5	27.5	50	27.5
		SKC B 5613	27.5	27.5	27.5	50	27.5
		BIOPPG-700	45	45	45	0	45
	이소시아네이트	TDI-80	40.8	48.4	32.0	30.77	66.28
	촉매	TEDA L-33	0.15	0.15	0.30	0.15	0.15
		A-1	0.05	0.05	0.08	0.05	0.05
		U-28	0.13	0.13	0.09	0.13	0.13
	정포제	L-580K	0.6	0.6		0.6	0.6
		L-626			0.5
		L-638			0.5
		Y-10366
	기포 개방제	TA-350	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0
	발포제	물	2.95	2.95	1.85	2.95	2.95
물성	이소시아네이트 지수		80	95	80	80	130
	크림타임(초)		12	11	14	12	8
	라이즈타임(초)		90	100	110	110	80
	건강포		있음	있음	있음	있음	없음
	폼상태		양호	양호	양호	내부터짐	수축
	밀도(kg/㎥)		34.7	34.9	48.5	34.8	측정불가
	인장강도 (kg/㎠)		1.5	1.3	1.3	0.5	측정불가
	신율(%)		210	180	182	100	측정불가
	FMVSS-302		합격	합격	합격	불합격	불합격

실시예 1 ~ 3의 시편은 폴리올 성분으로서 중량평균분자량이 3,000 ~ 6,000 g/mol인 폴리에테르폴리올(A)과 중량평균분자량이 500 ~ 1,000 g/mol인 폴리에테르폴리올(B)을 적정 함량비로 혼합 사용하면서 이소시아네이트 지수를 80 또는 95로 낮게 조절한 조성물을 발포시킨 시편이다. 실시예 1 ~ 3의 시편은 폼의 상태가 양호함은 물론이고 난연제를 첨가하지 않고도 충분히 우수한 난연성을 보유하는 것이 가능하였다.

이에 반하여, 비교예 1은 폴리올 성분으로서 중량평균분자량이 3,000 ~ 6,000 g/mol인 폴리에테르폴리올(A)을 사용하면서 이소시아네이트 지수를 80으로 낮게 조절한 조성물을 발포시킨 시편이다. 비교예 1의 시편은 폼의 상태는 내부에 터지는 현상이 나타나고 난연 시험에서는 불합격 판정되었다. 비교예 2는 폴리올 성분으로서 중량평균분자량이 3,000 ~ 6,000 g/mol인 폴리에테르폴리올(A)과 중량평균분자량이 500 ~ 1,000 g/mol인 폴리에테르폴리올(B)을 적정 함량비로 혼합 사용하면서 이소시아네이트 지수를 130으로 높게 조절한 조성물을 발포시킨 시편이다. 비교예 2의 시편은 폼의 상태가 수축이 일어나고 난연 시험에서는 불합격 판정되었다.

구 분			실시예			비교예
구 분			4	5	6	3	4
조성 (중량부)	바이오 폴리올	BIOPPG3000	27.5	27.5	27.5	50	27.5
		SKC B 5613	27.5	27.5	27.5	50	27.5
		BIOPPG-700	45	45	45	0	45
	이소시아네이트	CG-8020	58.0	68.9	46.05	45.0	94.17
	촉매	TEDA L-33	0.15	0.15	0.30	0.15	0.15
		A-1	0.05	0.05	0.08	0.05	0.05
		U-28	0.13	0.13	0.09	0.13	0.13
	정포제	L-580K	0.6	0.6	-	0.6	0.6
		L-626	-	-	0.5	-	-
		L-638	-	-	0.5	-	-
		Y-10366	-	-	-	-	-
	기포 개방제	TA-350	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0
	발포제	물	3.45	3.45	2.30	3.45	3.45
물성	이소시아네이트 지수		80	95	80	80	130
	크림타임(초)		15	13	16	16	10
	라이즈타임(초)		98	112	110	115	95
	건강포		있음	있음	있음	있음	없음
	폼상태		양호	양호	양호	양호	수축
	밀도(kg/㎥)		35.2	36.1	52.3	36.0	측정불가
	인장강도 (kg/㎠)		1.4	1.2	1.35	1.2	측정불가
	신율(%)		180	120	150	120	측정불가
	FMVSS-302		합격	합격	합격	불합격	불합격

상기 표 2는 폴리이소시아네이트로서 디페닐메탄 디이소시아네이트 70~80 중량%와 톨루엔 디이소시아네이트(2,4-/2,6-이성질체비=80/20) 20~30 중량%의 혼합물을 사용한 폴리우레탄 폼 시편을 물성을 비교한 결과이다. 상기 표 1과 유사한 실험결과를 얻을 수 있었다.

구 분			실시예			비교예
구 분			7	8	9	5	6
조성 (중량부)	바이오 폴리올	BIOPPG3000	27.5	27.5	27.5	50	27.5
		SKC B 5613	27.5	27.5	27.5	50	27.5
		BIOPPG-700	45	45	45	0	45
	이소시아네이트	CG-3000	71.67	85.1	56.95	55.63	116.5
	촉매	TEDA L-33	0.15	0.15	0.30	0.15	0.15
		A-1	0.05	0.05	0.08	0.05	0.05
		U-28	0.13	0.13	0.09	0.13	0.13
	정포제	L-580K	0.6	0.6	-	0.6	0.6
		L-626	-	-	0.5	-	-
		L-638	-	-	0.5	-	-
		Y-10366	-	-	-	-	-
	기포 개방제	TA-350	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0
	발포제	물	3.45	3.45	2.30	3.45	3.45
물성	이소시아네이트 지수		80	95	80	80	130
	크림타임(초)		12	12	13	12	10
	라이즈타임(초)		100	98	105	100	95
	건강포		있음	있음	있음	있음	없음
	폼상태		양호	양호	양호	양호	수축
	밀도(kg/㎥)		36.2	35.8	52.3	35.5	측정불가
	인장강도 (kg/㎠)		1.4	1.35	1.42	1.4	측정불가
	신율(%)		200	180	170	200	측정불가
	FMVSS-302		합격	합격	합격	불합격	불합격

상기 표 3은 폴리이소시아네이트로서 디페닐메탄 디이소시아네이트를 사용한 폴리우레탄 폼 시편을 물성을 비교한 결과이며, 상기 표 1과 유사한 실험결과를 얻을 수 있었다. 상기 표 4에 의하면, 종래 기술에서는 난연성 폴리우레탄 폼을 제조하기 위해서는 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI)를 필수 성분으로 사용하는데 반하여, 본 발명에 의하면 폴리이소시아네이트로서 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI)는 물론이고 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI) 또는 폴리머릭 디페닐메탄디이소시아네이트(PMDI) 까지도 그 범주가 확대되었음을 확인할 수 있다.

구 분			실시예			비교예
구 분			10	11	12	7	8
조성 (중량부)	바이오 폴리올	BIOPPG3000	27.5	27.5	27.5	50	27.5
		SKC B 5613	27.5	27.5	27.5	50	27.5
		BIOPPG-700	45	45	45	0	45
	이소시아네이트	CG-1033	65.15	77.36	51.77	50.57	105.8
	촉매	TEDA L-33	0.15	0.15	0.30	0.15	0.15
		A-1	0.05	0.05	0.08	0.05	0.05
		U-28	0.13	0.13	0.09	0.13	0.13
	정포제	L-580K	0.6	0.6	-	0.6	0.6
		L-626	-	-	0.5	-	-
		L-638	-	-	0.5	-	-
		Y-10366	-	-	-	-	-
	기포 개방제	TA-350	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0
	발포제	물	3.45	3.45	2.30	3.45	3.45
물성	이소시아네이트 지수		80	95	80	80	130
	크림타임(초)		9	8	10	12	7
	라이즈타임(초)		90	85	100	110	80
	건강포		있음	있음	있음	있음	없음
	폼상태		양호	양호	양호	양호	수축
	밀도(kg/㎥)		35.2	34.8	52.1	35.1	측정불가
	인장강도 (kg/㎠)		1.2	1.45	1.32	1.4	측정불가
	신율(%)		180	195	170	190	측정불가
	FMVSS-302		합격	합격	합격	불합격	불합격

상기 표 4는 폴리이소시아네이트로서 디페닐메탄 디이소시아네이트를 사용한 폴리우레탄 폼 시편을 물성을 비교한 결과이며, 상기 표 1과 유사한 실험결과를 얻을 수 있었다. 상기 표 4에 의하면, 종래 기술에서는 난연성 폴리우레탄 폼을 제조하기 위해서는 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI)를 필수 성분으로 사용하는데 반하여, 본 발명에 의하면 폴리이소시아네이트로서 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI)는 물론이고 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI) 또는 폴리머릭 디페닐메탄디이소시아네이트(PMDI) 까지도 그 범주가 확대되었음을 확인할 수 있다.

Claims

폴리올과 폴리이소시아네이트를 주원료로 하고, 난연제를 제외한 통상의 폴리우레탄 폼 형성을 위한 첨가제를 포함하는 폴리우레탄 폼 조성물에 있어서,
상기 폴리올은 식물성 오일로부터 유래된 바이오 폴리에테르폴리올이며, 중량평균분자량이 3,000 ~ 6,000 g/mol인 폴리에테르폴리올(A) 50 내지 90 중량%와 중량평균분자량이 500 ~ 1,000 g/mol인 폴리에테르폴리올(B) 10 내지 50 중량%가 포함되고,
상기 폴리이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI), 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI) 및 폴리머릭 디페닐메탄디이소시아네이트(PMDI)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 포함되며,
하기 수학식 1로 정의되는 이소시아네이트 지수가 70 ~ 95 범위를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 난연성 슬래브스톡 폴리우레탄 폼 조성물.
[수학식 1]
제 1 항에 있어서,
(1) 식물성 오일로부터 유래된 바이오 폴리에테르폴리올 100 중량부,
(2) 폴리이소시아네이트 13 ~ 110 중량부
(3) 아민계 촉매 0.01 ~ 2 중량부
(4) 실리콘계 정포제 0.01 ~ 2 중량부,
(5) 발포제 1 ~ 5 중량부
(6) 기포 개방제 (Cell opner) 0.1 ~ 5 중량부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 슬래브스톡 폴리우레탄 폼 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 식물성 오일은 신품(新品) 또는 폐유인 것을 특징으로 하는 난연성 슬래브스톡 폴리우레탄 폼 조성물.
삭제
제 1 항 내지 제 3 항 중에서 선택된 어느 한 항의 조성물을 발포시켜 제조된 것으로, 밀도가 18 ~ 60 kg/㎥이고, 난연성을 가지는 바이오 연질 폴리우레탄 폼.