KR102075164B1 - 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물 및 이를 이용하여 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법 - Google Patents

폴리우레탄 발포체 제조용 조성물 및 이를 이용하여 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법 Download PDF

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    • C08G18/10—Prepolymer processes involving reaction of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen in a first reaction step

Abstract

본 발명은 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물 및 이를 이용하여 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 단가가 낮아 경제적이고, 지구 온난화 지수가 및 오존 파괴 지수가 매우 낮아 친환경적이면서도 이로부터 제조되는 폴리우레탄 발포체의 물성이 우수한, 신규한 발포제를 포함하는 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물로부터 단열성, 치수 안정성 및 압축 강도 등 내구성이 우수한 폴리우레탄 발포체를 제조할 수 있다.

Description

폴리우레탄 발포체 제조용 조성물 및 이를 이용하여 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법{COMPOSITION FOR PREPARING POLYURETHANE FOAM AND PREPARATION METHOD OF POLYURETHANE FOAM USING THE SAME}
본 발명은 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물 및 이를 이용하여 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
폴리우레탄 발포체는 매트리스나 베개 등의 침구, 가정용 의자나 자동차용 시트 등의 쿠션재, 건축물의 단열재 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 이러한 폴리우레탄 발포체는 폴리올, 이소시아네이트 및 발포제를 필수적으로 포함하는 조성물로부터 제조된다.
당업계에서 발포제로써 불소 함유 올레핀 화합물, HFO-1234ze(1,3,3,3-테트라플루오로프로펜), HCFO-1233zd(1-클로로-3,3,3-트라이플루오로프로펜), HFC-245fa(펜타플루오로프로판), HCFC-141b(1,1-디클로로-1-플루오로에탄) 등을 사용하여 제조된 발포체가 낮은 열 전도율을 및 높은 치수 안정성을 나타내는 등 그 물성이 우수하기 때문에 널리 사용되고 있었다. 그러나, 상기 불소 함유 올레핀 화합물들은 발포제의 비용이 높을 뿐 아니라 지구 온난화 지수(GWP; global warming potential)가 매우 높아, 환경 문제가 더욱 중요시 되고 있는 최근에는 그 사용이 감소되고 있다.
이러한 불소 함유 올레핀 화합물의 단점을 보완하기 위해, 이소-펜탄, 노르말-펜탄 및 사이클로펜탄 등의 탄화수소 발포제가 사용될 수 있다. 탄화수소 발포제는 오존 파괴 지수(ODP; ozone depletion potential)가 0(zero)이며, 매우 낮은 지구 온난화 지수를 나타내는바 친환경적인 발포제이다. 그러나 이들 발포제로부터 제조된 발포체는 불소 함유 올레핀 화합물을 발포제로 사용하여 제조된 발포체에 비해 열 절연 효율이 낮은 단점이 있다. 또한, 탄화수소 발포제는 폴리올 등 폴리우레탄 발포체 제조에 필수적으로 사용되는 물질 및 첨가제들과의 혼화성이 충분치 않아 공정 및 설비가 복잡해져 비경제적이고, 폴리우레탄 발포체의 여러 물성을 개선하기 위해 첨가제 등이 추가적으로 조성물에 포함되는 경우 최종 제조되는 폴리우레탄 발포체의 기계적 물성이 저하되는 단점이 있다. 더욱이, 사이클로펜탄의 경우 그 자체의 가연성으로 인해 실제 공정에서 사용 시 취급에 많은 어려움을 겪고 있다.
한편, 발포제로써 메틸 포메이트를 사용할 수도 있는데, 이를 사용하여 폴리우레탄 발포체를 제조하는 경우 발포체의 수축이 심하여 치수 안정성이 불량하며, 폴리올 등 폴리우레탄 발포체 제조에 필수적으로 사용되는 물질과 혼화성 및 저장안정성도 불안정한 단점을 가지고 있다.
따라서, 기존에 사용되던 폴리우레탄 발포체 제조에 사용되는 발포제의 단점을 최소화하면서도 이를 사용하여 제조되는 폴리우레탄 발포체의 물성이 우수한 신규한 발포제 및 이를 포함하는 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물에 대한 필요가 당업계에서 증가되어 왔다.
PCT 국제공개 제2008-121779호
본 발명의 목적은 단가가 낮아 경제적이고, 혼화성이 좋으며, 지구 온난화 지수 및 오존 파괴 지수가 매우 낮아 친환경적이면서도 이로부터 제조되는 폴리우레탄 발포체의 물성이 우수한, 신규한 발포제를 포함하는 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물 및 이로부터 단열성, 치수 안정성 및 압축 강도 등 내구성이 우수한 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.
상기 목적은,
폴리올, 반응 촉매 및 발포제를 포함하는 제1액; 및
폴리이소시아네이트를 포함하는 제2액;
을 포함하는, 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물에 의해 달성될 수 있다.
또한, 상기 목적은,
폴리올, 반응 촉매 및 발포제를 혼합하여 제1액을 제조하는 제1단계;
폴리이소시아네이트를 포함하는 제2액을 제1액과 동일한 중량으로 혼합하는 제2단계; 및
제1액과 제2액의 혼합물을 반응시킴으로써 폴리우레탄 발포체를 제조하는 제3단계;
를 포함하는, 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 단가가 낮아 경제적이고, 지구 온난화 지수 및 오존 파괴 지수가 매우 낮아 친환경적이면서도 이로부터 제조되는 폴리우레탄 발포체의 물성이 우수한, 신규한 발포제를 포함하는 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물로부터 단열성, 치수 안정성 및 압축 강도 등 내구성이 우수한 폴리우레탄 발포체를 제조할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 실시예 및 비교예에 따른 폴리우레탄 발포체의 열 전도도를 측정한 결과이다.
도 2는 실시예 및 비교예에 따른 폴리우레탄 발포체의 수평 및 수직 압축 강도를 측정한 결과이다.
도 3은 실시예 및 비교예에 따른 폴리우레탄 발포체의 치수 안정성을 측정한 결과이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물은 폴리올, 반응 촉매 및 발포제를 포함하는 제1액; 및 폴리이소시아네이트를 포함하는 제2액을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 폴리올은 1 이상의 폴리올 성분의 혼합물일 수 있으며, 2 이상의 반응성 기, 바람직하게는 OH기를 포함하는 임의의 폴리올 성분, 특히 수산기 값이 200 내지 600mg KOH/g 범위인 폴리에테르알콜 및/또는 폴리에스테르알콜일 수 있다. 구체적인 예는 수크로오스에 글리세린과 프로필렌 글리콜을 부가해서 얻어지는 수산기 값이 450 내지 500mg KOH/g인 폴리올 25중량% 내지 35중량%, 수크로오스에 글리세린과 프로필렌글리콜을 부가하여 수산기 값이 360 내지 400mg KOH/g인 수크로오스 폴리올 15중량% 내지 25중량%, 솔비톨에 프로필렌글리콜을 부가해서 얻어지는 수산기 값이 460 내지 520mg KOH/g인 솔비톨 폴리올 15중량% 내지 25중량% 및 브롬기가 치환된 글리세린에 에틸렌산화물과 프로필렌산화물을 부가해서 얻어지는 수산기 값이 300 내지 350mg KOH/g인 폴리에테르폴리올 25중량% 내지 35중량%를 혼합한 폴리올 혼합물이다. 또는, 수크로오스에 글리세린과 프로필렌 글리콜을 부가해서 얻어지는 수산기 값이 450 내지 500mg KOH/g인 폴리올 30중량%, 수크로오스에 글리세린과 프로필렌글리콜을 부가하여 수산기 값이 360 내지 400mg KOH/g인 수크로오스 폴리올 20중량%, 솔비톨에 프로필렌글리콜을 부가해서 얻어지는 수산기 값이 460 내지 520mg KOH/g인 솔비톨 폴리올 20중량% 및 브롬기가 치환된 글리세린에 에틸렌산화물과 프로필렌산화물을 부가해서 얻어지는 수산기 값이 300 내지 350mg KOH/g인 폴리에테르폴리올 30 중량%를 혼합한 폴리올 혼합물이다.
일 실시예에 있어서, 반응 촉매는 폴리이소시아네이트 중의 이소시아네이트 기와 폴리올 중 활성수소 함유 기의 반응을 촉진하는 것이다. 이와 같은 반응 촉매로서는 다이메틸사이클로헥실아민 등의 아민류 및 포타슘 옥토에이트 등의 염을 함께 사용한다. 이들 반응 촉매의 배합량은 상기 반응 촉진에 통상 사용되는 양으로 한다. 또한, 촉매는 필요에 따라 단독으로 또는 임의의 바람직한 혼합물로 사용될 수 있다. 구체적인 예는 다이메틸사이클로헥실아민 및 포타슘 옥토에이트를 동일한 중량으로 사용하는 것이다. 상기 아민류 촉매 및 포타슘 옥토에이트는 각각 폴리올 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 2 중량부씩 포함되는 것이 바람직하다. 0.5 중량부 미만으로 포함되는 경우 반응 촉진 효과가 부족하고, 2 중량부를 초과하여 포함되는 경우 촉매 효율이 저하되는 단점이 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물은 제1액에 펜톡사이드(Nb2O5)를 반응 촉매로써 추가로 포함할 수 있다. 니오븀 펜톡사이드를 사용하는 경우 수득되는 폴리우레탄 발포체의 수율이 뛰어나다. 상기 니오븀 펜톡사이드는 폴리올 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 1 중량부 미만으로 포함되는 경우 수득되는 폴리우레탄 발포체의 수율이 감소하고, 5 중량부를 초과하여 포함되는 경우 촉매의 비활성화가 일어나 촉매의 수명을 단축시키고, 촉매의 활성이 오히려 떨어지기 때문이다.
일 실시예에 있어서, 발포제는 탄소수 1 내지 6의 클로로알켄을 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 1-클로로프로펜을 사용할 수 있다. 상기 1-클로로프로펜은 발포제로써 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물에 포함된다. 1-클로로프로펜은 단가가 낮아 경제적이고, 폴리올 및 다양한 첨가제와의 혼화성이 좋으며, 지구 온난화 지수가 및 오존 파괴 지수가 매우 낮아 친환경적이면서도 이를 발포제로 하여 제조되는 폴리우레탄 발포체의 물성이 매우 우수하다. 1-클로로프로펜은 시스 폼 및 트랜스 폼의 이성질체가 단독으로 사용될 수 있고, 공존할 수도 있다. 한편, 1-클로로프로펜은 폴리올 100 중량부를 기준으로 5 내지 30 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 1-클로로프로펜이 5 중량부 미만일 경우 폴리우레탄 발포체의 발포성이 떨어질 수 있고, 30 중량부를 초과하는 경우 우레탄 반응열의 흡수량이 많아져 고분자 입자의 발포성 문제가 생길 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물은 발포제로써 2-클로로프로펜, 3-클로로프로펜 또는 둘 다를 추가로 포함할 수 있다. 상기 2-클로로프로펜 및 3-클로로프로펜은 폴리올 100 중량부를 기준으로 각각 1 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 이들이 상기 범위로 포함될 경우 제조되는 발포제의 물성이 매우 우수한 장점이 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물은 제1액에 실리콘계 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다. 구체적인 예는 L-6900이다. 이는 시판 중인 제품을 사용할 수 있다. 실리콘계 계면활성제는 폴리올 100 중량부를 기준으로 1 내지 5 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 실리콘계 계면활성제가 1 중량부 미만인 경우 계면활성 효과가 미미하고, 5 중량부를 초과하는 경우 추과적인 계면활성 효과 없이 원료 낭비만 초래한다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물은 제1액에 난연제를 추가로 포함할 수 있다. 구체적인 예는 트리클로로프로필 포스페이트이다. 이는 시판 중인 제품을 사용할 수 있다. 난연제는 폴리올 100 중량부를 기준으로 20 내지 30 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 난연제가 20 중량부 미만인 경우 난연성 달성 효과가 미미하고, 30 중량부를 초과하는 경우 다른 성분과의 혼합성이 저하된다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물은 제1액에 난연제로써 백반 분말을 추가로 포함할 수 있다. 백반은 칼륨 백반(황산알루미늄칼륨, AlK(SO4)2·12H2O)을 사용할 수 있고, 천연의 명반석으로부터 얻을 수 있다. 구체적으로, 명반석을 물에 풀어서 거른 다음 끊이고, 식힌 후 불규칙한 모양의 결정이 생기면, 이를 건조함으로써 제조할 수 있다. 백반은 PVC 100 중량부에 대해서 2 내지 5 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 백반의 함량이 2 중량부 미만인 경우, 백반에 의한 효과가 미미하고, 5 중량부를 초과하는 경우 비경제적이다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물은 제조되는 발포체의 항균성을 향상시키기 위해 제1액에 수산화알루미늄을 추가로 포함할 수 있다. 수산화알루미늄은 보헤마이트(Boehmite, AlO(OH))를 사용하는 것이 바람직하다. 보헤마이트는 γ-보헤마이트, α-보헤마이트 및 유사 보헤마이트(Pseudo-Boehmite)를 모두 사용할 수 있다. 그 중에서도, 결정성이 뛰어나서 열 안정성 및 화학적 안정성이 뛰어나고, 구조적으로 중성이며, 항균 특성이 뛰어난 γ-보헤마이트를 사용하는 것이 바람직하다. γ-보헤마이트는 물(순수)과 알루미늄(Al)만의 초임계 합성법으로 제조할 수 있다. 수산화알루미늄은 폴리올 100 중량부에 대해서 1 내지 5 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 수산화알루미늄의 함량이 1 중량부 미만이면 달성하고자 하는 항균 효과를 발현시키기 힘들고, 5 중량부를 초과하면 타 성분과의 혼합성이 저해될 우려가 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물은 제1액에 라텍스 원액을 추가로 포함할 수 있다. 라텍스 원액은 시판 중인 것을 사용할 수 있다. 라텍스 원액은 제조되는 폴리우레탄 발포체의 강도 개선에 효과적이다. 라텍스 원액은 폴리올 100 중량부를 기준으로 10 내지 30 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 라텍스 원액의 함량이 10 중량부 미만인 경우, 목적하는 강도 개선 효과를 달성할 수 없고, 30 중량부를 초과하는 경우, 혼합성이 저해되어 오히려 물성이 저하될 우려가 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물은 제1액에 게르마늄을 추가로 포함할 수 있다. 게르마늄은 은백색의 준금속으로, 인체에 유익한 원적외선과 음이온 등을 다량 방사하여 신진 대사를 촉진하는 효과를 가진다. 또한, 게르마늄은 반도체적 성질로 인해 피부에 접촉하면 게르마늄 이온(외곽전자)이 체내에 들어가 생명력을 높이는 작용을 한다. 체내에 들어가면 각종 유해물질과 함께 20~30시간 안에 몸 밖으로 배출되므로 중독이나 부작용이 전혀 없다. 특히, 무기게르마늄의 입자가 사람의 피부와 접하게 되면 외곽전자의 침투압 활동으로 피부조직 속으로 반도체 성질이 들어간다. 피하조직 속의 모세혈관까지 침투한 게르마늄은 혈관벽을 통해서 혈관 속에 있는 전자를 이동시키며, 혈액정화작용을 하여 혈액을 정상화시키고 과잉 전자 흐름을 방전시켜 통증을 면하게 한다는 사실이 밝혀졌다. 게르마늄은 분말 형태로 사용할 수 있고, 게르마늄 원석을 3cm 이하로 잘게 절단한 후, 절단된 게르마늄 원석을 80~100 메쉬의 입도 크기로 분쇄하여 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름 조성물에 게르마늄이 포함됨으로써, 이로부터 제조된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 건축 자재 등으로 사용 시 원적외선을 방사하여 인체의 신진 대사를 촉진하는 효과를 가질 수 있다. 한편, 폴리올 100 중량부에 대해서 게르마늄 분말이 3 중량부 미만이면, 게르마늄으로 인한 원적외선 방출 효과 등이 발현되기 힘들고, 10 중량부를 초과하면, 다른 성분과의 혼합성이 저해될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물은 제1액에 물을 추가로 포함할 수 있다. 물은, 이소시아네이트와 반응하여 이산화탄소를 발생하는 성질을 이용함으로써 화학적인 발포제로 사용할 수 있다. 바람직한 물의 양은 폴리올 100 중량부에 대해서 1 내지 10 중량부이다.
일 실시예에 있어서, 상기 폴리이소시아네이트는 당업자에게 공지된 임의의 유기 폴리이소시아네이트, 바람직하게는 방향족 다작용성 이소시아네이트일 수 있다. 구체적인 예는 폴리메틸렌디페닐이소시아네이트이다. 상기 폴리이소시아네이트는, 특히 NCO 함량이 29 내지 34 중량%이다. 폴리이소시아네이트는 조성물 중 폴리이소시아네이트를 제외한 나머지 성분의 중량의 총합과 동일한 중량으로 포함되는 것이 수율 측면에서 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물은 제1액으로써 폴리올 100 중량부를 기준으로, 다이메틸사이클로헥실아민 및 포타슘 옥토에이트 각각 0.5 내지 2 중량부, 실리콘계 계면활성제 1 내지 5 중량부, 트리클로로프로필 포스페이트 20 내지 30 중량부, 1-클로로프로펜 5 내지 30 중량부, γ-보헤마이트 1 내지 5 중량부, 백반 2 내지 5 중량부, 니오븀 펜톡사이드 1 내지 5 중량부, 라텍스 원액 10 내지 30 중량부, 게르마늄 3 내지 10 중량부, 2-클로로프로펜 및 3-클로로프로펜 각각 1 내지 5 중량부를 포함할 수 있고, 폴리이소시아네이트를 포함하는 제2액을 제1액과 동일한 중량으로 포함할 수있다.
또한, 본 발명에서 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물을 다양한 용도, 예컨대 냉장기/냉동기 발포체, 패널 발포체 및 전기 제품 발포체 등으로 적용하기 위하여, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위 내에서 분산제(dispersing agents), 셀 안정화제(cell stabilizers), 중합체 개질제, 강인제(toughening agent), 착색제, 염료, 용해 개선제, 리올러지 조절제, 가소제(plasticizing agents), 인화성 억제제(flammability suppressants), 점도 감소 개질제(viscosity reduction modifiers), 필러(fillers), 증기압 조절제(vapor pressure modifiers), 핵화제(nucleating agents) 등으로 작용하는 다른 성분을 추가로 첨가할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법에 대해 설명한다. 폴리우레탄 발포체 제조 시 사용되는 제1액 및 제2액의 원료 및 그의 바람직한 중량에 대한 설명은 상기에서 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물에서 기재한 것과 동일하다.
제1단계는 폴리올, 반응 촉매 및 발포제를 혼합하여 제1액을 제조하는 단계이다.
폴리올 및 반응 촉매에 대해서는 전술한 바와 같다.
일 실시예에 있어서, 발포제는 1-클로로프로펜일 수 있다. 1-클로로프로펜을 사용할 경우 물성이 우수한 폴리우레탄 발포체를 경제적으로 제조할 수 있다. 기존에 발포제로써 널리 사용되던 사이클로펜탄을 사용할 경우 제1액과의 혼화성이 부족하여 발포제를 별도의 제3액으로 준비하여야 하고, 이에 따라 공정 및 설비가 복잡해져 비경제적이고, 최종 제조되는 폴리우레탄 발포체의 기계적 물성이 저하되는 단점이 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 성분 외에 추가로 가능한 제1액 성분들을 이 단계에서 첨가할 수 있다. 구체적으로, 제1액 제조 시 폴리올 100 중량부를 기준으로, 다이메틸사이클로헥실아민 및 포타슘 옥토에이트 각각 0.5 내지 2 중량부, 실리콘계 계면활성제 1 내지 5 중량부, 트리클로로프로필 포스페이트 20 내지 30 중량부, 1-클로로프로펜 5 내지 30 중량부, γ-보헤마이트 1 내지 5 중량부, 백반 2 내지 5 중량부, 니오븀 펜톡사이드 1 내지 5 중량부, 라텍스 원액 10 내지 30 중량부, 게르마늄 3 내지 10 중량부, 2-클로로프로펜 및 3-클로로프로펜 각각 1 내지 5 중량부를 혼합할 수 있다. 또한, 제1액 제조 시 폴리올 100 중량부를 기준으로, 다이메틸사이클로헥실아민 및 포타슘 옥토에이트 각각 1 중량부, 실리콘계 계면활성제 2 중량부, 트리클로로프로필 포스페이트 25 중량부, 1-클로로프로펜 15 중량부, γ-보헤마이트 3 중량부, 백반 3 중량부, 니오븀 펜톡사이드 3 중량부, 라텍스 원액 20 중량부, 게르마늄 5 중량부, 2-클로로프로펜 3 중량부 및 3-클로로프로펜 2 중량부를 혼합 할 수 있다.
제2단계는 폴리이소시아네이트를 포함하는 제2액을 제1액과 동일한 중량으로 혼합하는 단계이다.
폴리이소시아네이트에 대해서는 전술한 바와 같다.
마지막으로, 제3단계는 제1액과 제2액의 혼합물을 반응시킴으로써 폴리우레탄 발포체를 제조하는 단계이다. 제3단계는 원샷 발포법에 의해 폴리우레탄 발포체를 제조하는 단계이다. 원샷 발포법은 상기 제1액 및 제2액의 성분 전체를 함께 블렌딩하고, 이동하고 있는 컨베이어 상에서 또는 적당한 형태의 틀에 흘려 넣어 발포시키고 경화시키는 것을 의미한다. 원샷 발포법에 의하면 제조 라인 및 제조 장치가 단순화된다는 점에서 제조 원가가 대폭 절감되는 효과가 있다. 이때, 발포제로써 1-클로로프로펜 등 클로로알켄을 사용하는 경우 원샷 발포법에 의해 폴리우레탄 발포체 제조가 가능하지만, 발포제로써 사이클로펜탄을 사용하는 경우 다른 성분들과의 혼화성이 부족하여 원샷 발포법으로 제조할 수 없고, 이에 따라 제조 원가가 현저히 상승하는 단점이 있다.
원샷 발포법 이외에도 다양한 공지의 방법을 사용하여 폴리우레탄 발포체를 제조할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1. 폴리우레탄 발포체의 제조
폴리올로써 수크로오스에 글리세린과 프로필렌 글리콜을 부가해서 얻어지는 수산기 값이 450 내지 500mg KOH/g인 폴리올 30중량%, 수크로오스에 글리세린과 프로필렌글리콜을 부가하여 수산기 값이 360 내지 400mg KOH/g인 수크로오스 폴리올 20중량%, 솔비톨에 프로필렌글리콜을 부가해서 얻어지는 수산기 값이 460 내지 520mg KOH/g인 솔비톨 폴리올 20중량% 및 브롬기가 치환된 글리세린에 에틸렌산화물과 프로필렌산화물을 부가해서 얻어지는 수산기 값이 300 내지 350mg KOH/g인 폴리에테르폴리올 30 중량%을 혼합하여 폴리올(혼합물이나, 이하 “폴리올”과 동일한 의미로 사용함)을 준비하였다.
상기 폴리올 100 중량부에 다이메틸사이클로헥실아민(HUNTSMAN 사 제조) 및 K-15(다이에틸렌글리콜 중 포타슘 옥토에이트(Air product 사 제조) 각각 1 중량부, 실리콘계 계면활성제 L-6900 2 중량부, 트리클로로프로필 포스페이트 25 중량부, 발포제로써 1-클로로프로펜 10 중량부, 2-클로로프로펜 3 중량부 및 3-클로로프로펜 2 중량부를 혼합하여 제1액으로 하였다. 원료들은 시판 중인 것들을 사용하였다.
상기 제1액에 제2액으로써 관능기수가 2.6 내지 3.0인 폴리메틸렌디페닐이소시아네이트(바스프 사 제조, NCO 함량 31%)를 폴리올 100 중량부를 기준으로 144 중량부를 혼합하였다(1액/2액의 중량비는 1/1). 제1액과 제2액의 혼합물을 초저온 보냉용 인젝션 시스템(GUSMER H20.35, GRACO(USA))에 적용하여 원샷 발포법에 의해 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.
실시예 2. 폴리우레탄 발포체의 제조
폴리올로써 수크로오스에 글리세린과 프로필렌 글리콜을 부가해서 얻어지는 수산기 값이 450 내지 500mg KOH/g인 폴리올 30중량%, 수크로오스에 글리세린과 프로필렌글리콜을 부가하여 수산기 값이 360 내지 400mg KOH/g인 수크로오스 폴리올 20중량%, 솔비톨에 프로필렌글리콜을 부가해서 얻어지는 수산기 값이 460 내지 520mg KOH/g인 솔비톨 폴리올 20중량% 및 브롬기가 치환된 글리세린에 에틸렌산화물과 프로필렌산화물을 부가해서 얻어지는 수산기 값이 300 내지 350mg KOH/g인 폴리에테르폴리올 30 중량%을 혼합한 폴리올을 준비하였다.
상기 폴리올 100 중량부에 다이메틸사이클로헥실아민(HUNTSMAN 사 제조) 및 K-15(다이에틸렌글리콜 중 포타슘 옥토에이트(Air product 사 제조) 각각 1 중량부, L-6900 2 중량부, 트리클로로프로필 포스페이트 25 중량부, 발포제로써 1-클로로프로펜 10 중량부, 2-클로로프로펜 3 중량부 및 3-클로로프로펜 2 중량부, γ-보헤마이트 3 중량부, 백반 3 중량부, 니오븀 펜톡사이드 3 중량부 및 라텍스 원액 20 중량부를 혼합하여 제1액으로 하였다. 수산화알루미늄은 γ-보헤마이트를 사용하였고, 나머지 원료들은 시판 중인 것들을 사용하였다.
상기 제1액에 제2액으로써 관능기수가 2.6 내지 3.0인 폴리메틸렌디페닐이소시아네이트(바스프 사 제조, NCO 31%)를 폴리올 100 중량부를 기준으로 175 중량부를 혼합하였다(1액/2액의 중량비는 1/1). 제1액과 제2액의 혼합물을 초저온 보냉용 인젝션 시스템에 적용하여 원샷 발포법에 의해 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.
비교예 1. 폴리우레탄 발포체의 제조
제1액을 제조 시 발포제로써 1-클로로프로펜 및 메틸 포메이트를 4:6의 비율로 섞은 발포제를 15 중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.
비교예 2. 폴리우레탄 발포체의 제조
제1액을 제조 시 발포제로써 1-클로로프로펜 및 메틸 포메이트를 5:5의 비율로 섞은 발포제를 15 중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.
비교예 3. 폴리우레탄 발포체의 제조
제1액을 제조 시 발포제로써 1-클로로프로펜 및 메틸 포메이트를 6:4의 비율로 섞은 발포제를 15 중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.
비교예 4. 폴리우레탄 발포체의 제조
제1액을 제조 시 발포제로써 사이클로펜탄을 15 중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.
비교예 5. 폴리우레탄 발포체의 제조
제1액을 제조 시 발포제로써 메틸 포메이트를 15 중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.
시험예 1. 열 전도도
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 폴리우레탄 발포체에 대해 레이저 콤프 사의 열 전도율 측정기(모델번호: MA01906)을 사용하여 KS L 9016에 따라 열 전도도를 측정하였다(하기 표 1 및 도 1 참조). 측정 결과, 실시예 2의 폴리우레탄 발포체가 가장 낮은 열 전도도를 나타냄으로써 가장 우수한 단열성을 가짐을 알 수 있다.
시험예 2. 압축 강도
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 폴리우레탄 발포체에 대해 만능시험기를 사용하여 ASTM D-1621에 따라 수평 및 수직 압축 강도를 측정하였다(하기 표 1 및 도 2 참조). 측정 결과, 실시예 2의 폴리우레탄 발포체가 가장 높은 수평 및 수직 압축 강도를 나타냄으로써 가장 우수한 내구성을 가짐을 알 수 있다.
시험예 3. 치수 안정성
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 폴리우레탄 발포체로부터 그 길이를 따라 일정한 간격으로 18개의 시편을 취하였다. 시편의 대략적인 치수는 5 x 5 x 4 cm3이었다. 18개의 시편을 각각 수조에 함침시킴으로써 정확한 부피를 측정하였다. 이후 시편을 두드려 건조하고 각각 18개의 시편을 6개씩 나누어 (1) 영하 30℃에서 24시간 동안, (2) 70℃에서 24시간 동안, 그리고 (3) 70℃, 95% RH에서 24시간 동안 보관하였다. 이후 각 시편의 부피를 재측정하고 모든 상대적인 부피 감소에 대하여 평균값을 계산하였다(하기 표 1 및 도 3 참조). 계산 결과, 실시예 2의 폴리우레탄 발포체가 가장 낮은 치수 안정성을 나타냄으로써 가장 우수한 내구성을 가짐을 알 수 있다.
구분 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
열전도도(W/mK) 0.02200 0.02180 0.02414 0.02393 0.02372 0.02257 0.02455
수평압축강도
(kg/cm2)		 0.371 0.385 0.262 0.285 0.316 0.362 0.231
수직압축강도
(kg/cm2)		 0.301 0.315 0.213 0.227 0.248 0.288 0.194
치수안정성(△V%) -30℃/24시간 -0.49 -0.40 - - - -0.50 -1.60
70℃/ 24시간 -0.68 -0.61 - - - -0.70 -2.20
70℃,95% RH/ 24시간 -0.87 -0.82 - - - -0.90 -2.50
시험예 4. 항균 시험
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 폴리우레탄 발포체에 대해 시료 10g 내에 존재하고 있는 생균수를 확인하였다(하기 표 2 참조). 미생물 배양배지로 Difco 사의 조제 배지인 Nutrient Agar medium, YM agar medium 및 Potato Dextrose Agar medium을 사용하였으며, 희석수는 0.85% NaCl 수용액을 사용하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 비교예 4
일반세균(cfu/g) 104 5~10 105
곰팡이균(cfu/g) 103 5~10 103
효모 및 기타세균(cfu/g) 103 50~100 103
cfu: 집락형성 개체수 단위 (CFU, Colony Form Unit)
측정 결과, 실시예 2의 폴리우레탄 발포체가 가장 적은 균수를 나타냄으로써 가장 우수한 항균성을 가짐을 알 수 있었다.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims (5)

  1. 폴리올, 반응 촉매, 실리콘계 계면활성제, 트리클로로프로필 포스페이트, 및 발포제로써 1-클로로프로펜(1-chloropropene), 2-클로로프로펜(2-chloropropene) 및 3-클로로프로펜(3-chloropropene)으로 이루어진 제1액; 및
    폴리이소시아네이트로 이루어진 제2액;
    으로 이루어진, 폴리우레탄 발포체 제조용 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 폴리올, 반응 촉매, 실리콘계 계면활성제, 트리클로로프로필 포스페이트, 및 발포제로써 1-클로로프로펜, 2-클로로프로펜 및 3-클로로프로펜으로 이루어진 제1액을 제조하는 제1단계;
    폴리이소시아네이트로 이루어진 제2액을 제1액과 동일한 중량으로 혼합하는 제2단계; 및
    제1액과 제2액의 혼합물을 반응시킴으로써 폴리우레탄 발포체를 제조하는 제3단계;
    를 포함하는, 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법.
  5. 삭제
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