KR102199981B1 - 친환경 폴리우레탄 폼 형성용 조성물 및 폴리우레탄 폼의 제조 방법 - Google Patents

친환경 폴리우레탄 폼 형성용 조성물 및 폴리우레탄 폼의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친환경 폴리우레탄 폼 형성용 조성물 및 폴리우레탄 폼의 제조 방법 등에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 천연물 유래의 무수당 알코올, 특히 이소소르비드를 이용하며, 촉매로서 유기금속 화합물을 사용하지 않고도 발포 특성을 우수하게 유지하면서 친환경적인 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있는 폴리올 프리믹스 조성물 및 이를 일 성분으로 포함하는 2성분형 폴리우레탄 폼 형성용 조성물, 그리고 이를 사용하여 폴리우레탄 폼을 제조하는 방법 및 그렇게 제조된 친환경 폴리우레탄 폼에 관한 것이다.

Description

친환경 폴리우레탄 폼 형성용 조성물 및 폴리우레탄 폼의 제조 방법{Composition for forming eco-friendly polyurethane foam and method for preparing the polyurethane foam}
본 발명은 친환경 폴리우레탄 폼 형성용 조성물 및 폴리우레탄 폼의 제조 방법 등에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 천연물 유래의 무수당 알코올, 특히 이소소르비드를 이용하며, 촉매로서 유기금속 화합물을 사용하지 않고도 발포 특성을 우수하게 유지하면서 친환경적인 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있는 폴리올 프리믹스 조성물 및 이를 일 성분으로 포함하는 2성분형 폴리우레탄 폼 형성용 조성물, 그리고 이를 사용하여 폴리우레탄 폼을 제조하는 방법 및 그렇게 제조된 친환경 폴리우레탄 폼에 관한 것이다.
오픈 셀(Open Cell)구조를 가지며, 기계적 강도가 우수한 연질 폴리우레탄 폼은 자동차, 전기/전자 제품의 부품, 또는 쿠션성이 요구되는 소파나 침대의 매트리스 등에서 다양한 용도로 사용되고 있다.
연질 폴리우레탄 폼은 생산 방식에 따라 슬래브스톡 폼(Slabstock Foam)과 몰드 폼(Mold Foam)으로 분류된다. 슬래브스톡 폼은 원액을 금형에 주입하지 않고, 연속으로 자유 발포시켜 경화된 폼을 원하는 크기로 절단하여 사용하는 폼(Foam)을 말한다.
슬래브스톡 폴리우레탄 폼은 연속식으로 제조되기 때문에 촉매의 종류 및 사용량의 선택이 중요하다. 촉매는 연속식 생산 공정에서 반응을 조절하여 반응의 균형을 이루는데 사용되고 있다.
일반적으로 반응을 조절하기 위해 사용하는 촉매로는 아민 촉매와 유기금속 촉매가 있다. 아민 촉매는 수지화 반응과 발포 반응을 조절하고, 유기금속 촉매는 수지 반응을 촉진시킨다. 아민 촉매로는 3급 아민이 주로 사용되며, 유기금속 촉매로는 유기주석 화합물인 틴 비스[2-에틸헥사노에이트]가 주로 사용된다.
종래에는 상기 두 촉매가 폼 발포를 위하여 반드시 필요하였다. 예를 들면, 아민 촉매가 사용되지 않으면 반응이 일어나지 않고, 유기금속 촉매를 사용하지 않으면 폼이 형성되는 도중 주저앉는 문제가 발생한다. 그러나 유기금속 촉매는 환경 유해물질로서, 반응이 완료된 폼에서 나는 냄새의 주 원인이 되는 휘발성 유기 화합물질을 함유하고 있다.
따라서 최근 사용이 규제되고 있는 환경 유해물로서, 냄새의 주 원인이 되는 휘발성 유기 화합물을 줄이고, 친환경성 물질을 사용하는 슬래브스톡 폴리우레탄 폼 조성물의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2016-0062559호 대한민국 공개특허 제10-2010-0097110호
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점들을 해결하고자 한 것으로, 촉매로서 유기금속 화합물을 사용하지 않고도 발포 특성을 우수하게 유지하면서 친환경적인 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있는 슬래브스톡 폴리우레탄 폼 형성용 조성물 및 이를 이용하여 폴리우레탄 폼을 제조하는 방법 등을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 제1측면에 따르면, 폴리올, 무수당 알코올, 아민 촉매, 정포제 및 발포제를 포함하는 폴리올 프리믹스 조성물이 제공된다.
또한, 본 발명의 제2측면에 따르면, 제1성분으로서 상기 폴리올 프리믹스 조성물; 및 제2성분으로서 폴리이소시아네이트;를 포함하는, 2성분형(two-component type) 폴리우레탄 폼 형성용 조성물이 제공된다.
또한, 본 발명의 제3측면에 따르면, 상기 폴리올 프리믹스 조성물과 폴리이소시아네이트를 혼합하여 반응시키는 단계를 포함하는, 폴리우레탄 폼의 제조방법 이 제공된다.
또한, 본 발명의 제4측면에 따르면, 상기 폴리올 프리믹스 조성물과 폴리이소시아네이트를 반응시켜 제조되는 폴리우레탄 폼이 제공된다.
본 발명의 폴리올 프리믹스 조성물 또는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물을 사용하면, 촉매로서 유기금속 화합물을 사용하지 않고도 발포 특성을 우수하게 유지하면서 친환경적인 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 폴리올 프리믹스 조성물은 폴리올, 무수당 알코올, 아민 촉매, 정포제 및 발포제를 포함한다.
본 발명에서 사용되는 폴리올은 무수당 알코올 이외의 폴리올을 의미하며, 본 발명에서는, 평균활성수소수가 2이상(바람직하게는 2∼4개)이고, 활성수소당량이 600∼7000인, 폴리우레탄 폼의 제조에 통상적으로 사용되는 폴리올을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로는, 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 상기 폴리에테르 폴리올 또는 폴리에스테르 폴리올과 비닐 화합물을 중합시켜서 얻어지는 폴리머 폴리올, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용할 수 있다. 일 구체예에 따르면, 폴리에테르 폴리올, 또는 폴리에테르 폴리올과 비닐 화합물을 중합시켜서 얻어지는 폴리에테르 폴리머 폴리올이 바람직하게 사용될 수 있다.
폴리올은 단독으로 혹은 조합하여 사용되며, 바람직하게는 연질 폴리우레탄 폼의 물성 조절을 위해서 폴리머 폴리올이 사용될 수 있다. 예컨대, 폴리에테르 폴리올에 폴리비닐 필러(Polyvinyl filler)를 그라프트(graft)시켜 안정한 현탁액 형태의 폴리에테르 폴리머 폴리올을 얻을 수 있다. 폴리머 폴리올의 제조에 사용 가능한 비닐 화합물로는 아크릴로니트릴(acrylonitrile), 스티렌 모노머(stylene monomer), 메틸메타크릴로니트릴(methylmethacrylonitrile) 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 아크릴로니트릴(acrylonitrile)이 단독으로, 또는 스티렌 모노머(stylene monomer)와 혼합되어 사용될 수 있다. 폴리머 폴리올 내의 비닐 화합물 함량은 20∼50중량%일 수 있다.
본 발명에서 사용되는 무수당 알코올은 천연물 유래의 수소화 당으로부터 제조된다.
수소화 당(“당 알코올”이라고도 함)은 당류가 갖는 환원성 말단기에 수소를 부가하여 얻어지는 화합물을 의미하는 것으로, 일반적으로 HOCH2(CHOH)nCH2OH (여기서, n은 2 내지 5의 정수)의 화학식을 가지며, 탄소수에 따라 테트리톨, 펜티톨, 헥시톨 및 헵티톨(각각, 탄소수 4, 5, 6 및 7)로 분류된다.
그 중에서 탄소수가 6개인 헥시톨에는 소르비톨, 만니톨, 이디톨, 갈락티톨 등이 포함되며, 소르비톨과 만니톨은 특히 효용성이 큰 물질이다.
무수당 알코올은 분자 내 하이드록시기가 두 개인 디올(diol) 형태를 가지며, 전분에서 유래하는 헥시톨을 활용하여 제조할 수 있다. 무수당 알코올은 재생 가능한 천연자원으로부터 유래한 친환경 물질이라는 점에서 오래 전부터 많은 관심과 함께 그 제조방법에 관한 연구가 진행되어 오고 있다. 이러한 무수당 알코올 중에서 솔비톨로부터 제조된 이소소르비드가 현재 산업적 응용범위가 가장 넓다.
무수당 알코올의 용도는 심장 및 혈관 질환 치료, 패치의 접착제, 구강 청정제 등의 약제, 화장품 산업에서 조성물의 용매, 식품산업에서는 유화제 등 매우 다양하다. 또한, 폴리에스테르, PET, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 에폭시 수지 등 고분자 물질의 유리전이온도를 올릴 수 있고, 이들 물질의 강도 개선효과가 있으며, 천연물 유래의 친환경소재이기 때문에 바이오 플라스틱 등 플라스틱 산업에서도 매우 유용하다. 또한, 접착제, 친환경 가소제, 생분해성 고분자, 수용성 락카의 친환경 용매로도 사용될 수 있는 것으로 알려져 있다. 이렇듯 무수당 알코올은 그 다양한 활용 가능성으로 인해 많은 관심을 받고 있으며, 실제 산업에의 이용도도 점차 증가하고 있다.
본 발명에 있어서, 무수당 알코올로는 헥시톨의 탈수물인 디안하이드로헥시톨이 사용될 수 있고, 보다 바람직하게는 이소소르비드(1,4-3,6-디안하이드로소르비톨), 이소만니드(1,4-3,6-디안하이드로만니톨), 이소이디드(1,4-3,6-디안하이드로이디톨) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 사용될 수 있으며, 가장 바람직하게는 이소소르비드가 사용된다.
본 발명에 있어서, 무수당 알코올은 수지 반응을 촉진시키는 역할을 수행하기 때문에, 본 발명의 폴리올 프리믹스 조성물은 촉매로서 유기금속 화합물을 포함하지 않고, 유기금속 화합물을 촉매로서 포함하지 않음으로써 친환경성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 폴리올 프리믹스 조성물에는, 상기 폴리올 100 중량부를 기준으로 무수당 알코올이 1 내지 10 중량부로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 내지 5 중량부로 포함될 수 있고, 보다 더 바람직하게는 2 내지 4 중량부로 포함될 수 있다. 상기 폴리올 프리믹스 조성물 내 무수당 알코올 함량이 지나치게 적으면 수지 반응에 대한 촉매 역할을 제대로 수행하지 못해 발포가 되지 않는 문제가 있을 수 있고, 반대로 지나치게 많으면 수지 반응에 대한 촉매 역할 수행을 통해 폼을 형성한 후에도 과량의 무수당 알코올이 가루 형태로 잔존하는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에서 사용되는 아민 촉매는 폴리올과 이소시아네이트 화합물간의 반응을 촉진시키는 역할을 수행한다.
본 발명에 있어서, 아민 촉매의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 3급 아민 촉매 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있고, 보다 구체적으로는 트리에틸렌디아민(Triethylene diamine), 트리에틸아민(Triethylamine), N-메틸몰포린(N-Methyl morpholine), N-에틸몰포린(N-Ethyl morpholine) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 폴리올 프리믹스 조성물에는, 상기 폴리올 100중량부를 기준으로 아민 촉매가 0.01∼5 중량부로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.1∼2.5 중량부로 포함될 수 있다. 아민 촉매의 사용량이 지나치게 적으면 반응이 지연되어 경화 불량이 발생하거나 폼이 형성되는 도중에 주저앉는 문제가 있을 수 있고, 반대로 지나치게 많으면 반응이 너무 빨라지거나 수축이 발생할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 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.
본 발명에 있어서, 정포제로는 폴리우레탄 발포 폼 제조에 통상적으로 사용하는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예컨대, 실리콘계 정포제가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 실리콘계 정포제는 실리콘 오일 및 그 유도체 중에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 구체적으로는 폴리알킬렌옥사이드메틸실록산 공중합체일 수 있다.
본 발명의 폴리올 프리믹스 조성물에는, 상기 폴리올 100 중량부를 기준으로 정포제가 0.01∼5중량부로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.1∼2 중량부로 포함될 수 있다. 정포제의 사용량이 지나치게 적으면 폼의 성형이 불균일하게 되는 문제가 있을 수 있고, 반대로 지나치게 많으면 폼의 수축 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 발포제로는, 요구되는 발포 폼의 각종 물성 등을 고려하여, 종래부터 연질 폴리우레탄 폼 제조용으로 사용되고 있는 공지의 발포제 성분을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 이러한 발포제로는 물이 대표적으로 사용될 수 있으며, 그 밖에도 염화메틸렌, n-부탄, 이소부탄, n-펜탄, 이소펜탄, 디메틸에테르, 아세톤, 이산화탄소 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용할 수 있다. 이들 발포제는 공지의 사용 방법에 따라, 그리고 요구되는 발포 폼의 밀도나 그 밖의 특성 등에 따라 적절히 사용될 수 있다.
본 발명의 폴리올 프리믹스 조성물에 있어서 발포제의 사용량에 대해서는 특별한 제한이 없으며, 예컨대, 상기 폴리올 100중량부를 기준으로 0.1∼30중량부, 보다 구체적으로는 0.5∼25 중량부의 발포제가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 폴리올 100중량부를 기준으로 발포제로서, 물 0.8∼5.0 중량부 단독, 혹은 물 0.8~5.0 중량부와 염화메틸렌 0.1∼18 중량부의 혼합물이 사용될 수 있다.
본 발명의 폴리올 프리믹스 조성물은 목적하는 물성을 해치지 않는 범위 내에서, 난연제, 착색제, UV 안정화제, 증점제, 폼 안정화제, 충전제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 보조 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 보조 첨가제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 폴리올 프리믹스 조성물의 목적 물성을 해치지 않는 범위 내에서 선택될 수 있고, 일 구체예에 따르면, 상기 폴리올 100 중량부를 기준으로 0.01∼5중량부로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.1∼2 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1성분으로서 상기 폴리올 프리믹스 조성물; 및 제2성분으로서 폴리이소시아네이트;를 포함하는, 2성분형(two-component type) 폴리우레탄 폼 형성용 조성물이 제공된다.
본 발명에서 있어서, 상기 폴리이소시아네이트로는 폴리우레탄 폼의 제조에 사용할 수 있는 것이면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 따라서, 예컨대, 지방족 폴리이소시아네이트, 시클로지방족 폴리이소시아네이트, 아르지방족 폴리이소시아네이트, 방향족 폴리이소시아네이트, 헤테로사이클릭 폴리이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 폴리이소시아네이트가 사용될 수 있으며, 또한, 개질되지 않은 폴리이소시아네이트 또는 개질된 폴리이소시아네이트가 모두 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리이소시아네이트는 메틸렌 디이소시아네이트, 에틸렌 디이소시아네이트, 1,4-테트라메틸렌 디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 1,12-도데칸 디이소시아네이트, 시클로부탄-1,3-디이소시아네이트, 시클로 헥산-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, 폴리디페닐메탄 디이소시아네이트(PMDI), 나프탈렌-1,5―디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 일 구체예에서, 폴리이소시아네이트로는 2,4-톨루엔 디이소시아네이트와 2,6-톨루엔 디이소시아네이트가 혼합된 톨루엔 디이소시아네이트(2,4-/2,6-이성질체비=80/20)가 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 폴리이소시아네이트의 사용량은, 이소시아네이트 지수(index)로 70~130이 되는 양이 바람직하고, 80~120이 되는 양이 특히 바람직하며, 100~120이 되는 양이 더욱 더 바람직하다. 이소시아네이트 지수는 우레탄 반응물 중 폴리올 내에 존재하는 히드록시기 당량수와 이소시아네이트의 당량수의 비율로, 이론적 당량에 대한 사용된 이소시아네이트의 양을 의미한다. 이소시아네이트 지수가 100 미만인 경우에는 과량의 폴리올이 존재한다는 것을 의미하고, 이소시아네이트 지수가 100을 초과하는 경우에는 과량의 이소시아네이트가 존재한다는 것을 의미한다. 이소시아네이트 지수가 70 미만인 경우에는 반응성이 떨어져 겔링 반응이 지연되어 경화가 안 되는 문제점이 있고, 이소시아네이트 지수가 130을 초과할 경우에는 하드 세그먼트(hard segment)가 과도하게 증가하게 되어 수축 현상이 일어나는 문제가 있다.
본 발명의 2성분형(two-component type) 폴리우레탄 폼 형성용 조성물 내에는 상기 제1성분 및 제2성분이 접촉 없이 개별적으로 존재할 수 있으며, 이들은 사용 직전에 혹은 현장에서(in situ) 혼합될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 폴리올 프리믹스 조성물과 폴리이소시아네이트를 혼합하여 반응시키는 단계를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조방법, 및 그렇게 하여 제조되는 폴리우레탄 폼, 예컨대, 연질 폴리우레탄 폼이 제공된다.
상기 폴리우레탄 폼의 제조에 본 발명의 폴리올 프리믹스 조성물이 사용되는 경우에는, 폴리올 프리믹스 조성물에 폴리이소시아네이트를 첨가하고 교반한 후, 몰드에 투입하여 경화 및 발포가 진행되도록 함으로써 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있다.
상기 폴리우레탄 폼의 제조에 본 발명의 2성분형 폴리우레탄 폼 형성용 조성물이 사용되는 경우에는, 그 조성물에 포함되는 상기 제1성분과 제2성분을 혼합하고 교반한 후, 몰드에 투입하여 경화 및 발포가 진행되도록 함으로써 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있다.
폴리우레탄 폼의 제조에 사용되는 장비 내지 조건(온도, 시간 등)에는 특별한 제한이 없으며, 통상 채택되는 장비 내지 조건들이 그대로, 혹은 적절히 변형되어 사용될 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 및 비교예
하기 표 1 내지 표3에 나타낸 성분 및 함량비에 따라 폴리올, 이소소르비드, 촉매, 실리콘 정포제 및 발포제를 혼합하고, 3000 rpm의 교반 속도로 1분 내지 3분 동안 충분히 혼합하여 폴리올 프리믹스 조성물을 제조하였다.
제조된 폴리올 프리믹스 조성물에 폴리이소시아네이트를 첨가하고, 3000 rpm의 교반 속도로 7∼10초간 교반하여 폴리우레탄 폼 형성용 조성물을 제조하였다.
250mm×250mm의 정방형인 박스 몰드에 폴리에틸렌 필름을 정방형 형태로 깔고, 그 위에 상기 제조된 폴리우레탄 폼 형성용 조성물을 부었다. 이 때, 초시계를 이용하여 반응 개시 시간(cream time) 및 최대용적 도달시간(rise time)을 측정하여 기록하였고, 건강포(health bubbles)가 발생하는지를 관찰하였다. 또한 상온 상태에서 경화가 진행되도록 하였다.
제조된 폼 시편은 하기의 평가방법에 의해 물성을 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1 내지 표 3에 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
[사용성분]
1) 폴리올
PPG-3022: 활성수소당량이 3000이고, 수산기값이 54∼58 mgKOH/g인 3관능성 폴리에테르 폴리올(금호석유화학 PPG-3022 제품)
PPG CS-743: 비닐 중합체 함유량이 40중량% 이상이고, 수산기값이 30∼34 mgKOH/g 인 폴리머 폴리올(금호석유화학 PPG CS-743 제품)
2) 폴리이소시아네이트
TDI-80: 2,4-톨루엔 디이소시아네이트와 2,6-톨루엔 디이소시아네이트가 혼합된 톨루엔 디이소시아네이트(2,4-/2,6-이성질체비=80/20)(한국바스프의 루프라네이트 T-80 제품)
3) 무수당 알코올
80 중량% 농도의 이소소르비드(삼양사)
4) 촉매
L-33: 아민계 촉매, 67 중량% 농도의 트리에틸렌디아민/디프로필렌글리콜 용액(도소사의 TEDA L-33)
A-1: 아민계 촉매, 70 중량% 농도의 비스-(20디메틸아미노에틸)에테르/프로필렌글리콜 용액(모멘티브사, 나이악스 카타리스트 A-1)
U-28: 유기금속 촉매, 옥틸산주석(니트카세이사의 U-28)
5) 정포제
L-580K: 실리콘 정포제, 폴리알킬렌옥사이드메틸실록산 공중합체 (모멘티브사, 나이악스 L-580K)
L-638: 실리콘 정포제, 폴리알킬렌옥사이드메틸실록산 공중합체 (모멘티브사, 나이악스 실리콘 L-638)
6) 발포제
메타크린-U: 염화메틸렌(롯데정밀화학 메타크린-U 제품)
Figure 112018073044506-pat00001
상기 표 1의 실시예 1 및 2의 시편은 이소소르비드의 사용량을 달리하면서 유기금속 촉매인 U-28을 사용하지 않고 발포시킨 밀도 18㎏/㎥의 시편으로, 폼의 상태 및 물성이 양호하였다. 이에 반하여, 비교예 2는 이소소르비드를 사용하지 않고, 유기금속 촉매인 U-28도 사용하지 않고 발포시킨 시편으로, 반응도 느리고 반응이 일어난 후 폼이 형성되지 않고 주저앉아 버렸다. 비교예 1은 유기금속 촉매를 사용한 일반적인 방식으로 발포시킨 시편이다.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 유기금속 촉매를 사용하지 않고, 이소소르비드를 사용한 실시예 1 및 2의 시편은 유기금속 촉매를 사용한 비교예 1의 시편과 동등 수준 이상의 발포 특성을 나타내면서도, 친환경성을 향상시켰음을 알 수 있다.
Figure 112018073044506-pat00002
상기 표 2의 실시예 3 및 4의 시편은 발포제로서 물과 메타크린-U의 혼합물 대신 물을 단독으로 사용하였고, 이소소르비드의 사용량을 달리하면서 유기금속 촉매인 U-28을 사용하지 않고 발포시킨 밀도 26㎏/㎥의 시편으로, 폼의 상태 및 물성이 양호하였다. 이에 반하여, 비교예 4는 발포제로서 물과 메타크린-U의 혼합물 대신 물을 단독으로 사용하였고, 이소소르비드를 사용하지 않았으며, 유기금속 촉매 U-28도 사용하지 않고 발포시킨 시편으로, 반응도 느리고 반응이 일어난 후 폼이 형성되지 않고 주저앉아 버렸다. 비교예 3은 발포제로서 물과 메타크린-U의 혼합물 대신 물을 단독으로 사용하면서, 유기금속 촉매를 사용한 일반적인 방식으로 발포시킨 시편이다.
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 발포제로서 물과 메타크린-U의 혼합물 대신 물을 단독으로 사용한 경우에도, 유기금속 촉매를 사용하지 않고, 이소소르비드를 사용한 실시예 3 및 4의 시편은 유기금속 촉매를 사용한 비교예 3의 시편과 동등 수준 이상의 발포 특성을 나타내면서도, 친환경성을 향상시켰음을 알 수 있다.
Figure 112018073044506-pat00003
상기 표 3은 폴리올로서 일반 폴리올과 폴리머 폴리올을 함께 사용하여 발포시킨 밀도40㎏/㎥의 폴리우레탄 폼 시편의 물성을 비교한 결과이다. 이로부터, 폴리올의 종류와 관계없이 상기 표 1 및 2와 동일한 결과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
상기 표 1 내지 3에 기재된 물성들에 대한 설명은 다음과 같다.
- 크림 타임(초): 폴리우레탄 폼 원액이 혼합된 시점부터 원액이 부풀어 오르기 시작하기까지 걸린 시간을 나타내며, 최적의 반응성을 찾는 부분이기에 균형을 찾는 것이 중요하고, 크림 타임의 빠름과 느림은 중요하지 않으나, 굳이 나누자면 크림 타임이 길어질수록 폼의 형성(또는 셀의 형성)이 불규칙해질 수 있기에 짧은 크림 타임이 좋지만, 너무 짧으면 혼합이 제대로 되지 않을 수 있기에 적당한 크림 타임(예를 들면, 7초 내지 14초)이 요구된다.
- 라이즈 타임(초): 폴리우레탄 폼 원액이 혼합된 시점으로부터 폼이 최대로 부풀어 올랐을 때까지 걸린 시간을 나타내며, 최적의 반응성을 찾는 부분으로 겔링과 블로잉의 균형을 맞추는 부분이 중요하기에 라이즈 타임의 빠름과 느림만으로 우수/불량을 말하기는 어렵다. 라이즈 타임이 빠르면 폼이 컬랩스(발포된 폼이 경화되기 전에 붕괴되는 현상, 주로 원액비가 잘못되거나 원료 혼합이 충분히 되지 않았을 경우 발생)되며, 너무 느리면 폼이 발포 되는 도중 겔링(폼의 발포가 정지됨)으로 인하여 발포가 되지 않을 수 있기 때문에 적당한 라이즈 타임(예를 들면, 108초 내지 124초)이 요구된다. 라이즈 타임의 “측정 불가”는 조성물이 부풀어 오르지 않아 폼이 형성되지 못함을 의미한다.
- 건강포: 최대로 부풀어 오르고 난 직후에 폼 위 부분의 표면으로 터져 나오는 작은 기포들을 나타내며, 건강포가 존재함은 폼 발포가 제대로 되었음을 의미한다.
- 폼 상태:
1) 양호: 폼이 블로잉(부풀어 오름)이 된 상태로서, 겔링으로 인해 외관적으로 컬랩스, 크랙(폼이 형성되는 과정이나 형성된 이후 외부 조건에 의해 폼 내부가 갈라지는 현상) 또는 수축 (폼의 내부에 포획된 가스가 냉각됨으로써 폼의 원래 크기보다 줄어드는 현상)이 발생하지 않은 상태를 의미한다.
2) 가라앉음: 폼이 블로잉되는 도중 셀이 터짐으로 인하여 폼이 형성되지 못하고 주저 앉은 상태를 의미한다.
- 밀도, 인장강도 및 신율에서 “측정 불가”의 의미: 폴리우레탄 폼 원액이 혼합된 후 물질의 반응성이 낮아 폼이 형성되지 않음으로 인해 폴리우레탄 폼 원액이 혼합된 상태 그대로 존재하는바, 밀도, 인장강도 및 신율 등을 측정할 수 없음을 의미한다.

Claims (13)

  1. 2성분형 폴리우레탄 폼 형성용 조성물로서,
    제1성분으로서 폴리올 프리믹스 조성물; 및
    제2성분으로서 폴리이소시아네이트;를 포함하며,
    상기 폴리올 프리믹스 조성물이 폴리올, 무수당 알코올, 아민 촉매, 정포제 및 발포제를 포함하며, 폴리올 100 중량부를 기준으로 무수당 알코올이 2 내지 4 중량부로 포함되고, 상기 아민 촉매가 3급 아민 촉매이며, 촉매로서 유기금속 화합물을 포함하지 않고,
    여기서, 상기 무수당 알코올을 포함하는 폴리올 성분이 폴리우레탄 폼의 골격을 형성하는 성분인,
    2성분형 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 폴리올이 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 상기 폴리에테르 폴리올 또는 폴리에스테르 폴리올과 비닐 화합물을 중합시켜서 얻어지는 폴리머 폴리올, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 2성분형 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 무수당 알코올이 이소소르비드, 이소만니드, 이소이디드 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 2성분형 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 정포제가 실리콘계 정포제인, 2성분형 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 발포제가 물, 염화메틸렌, n-부탄, 이소부탄, n-펜탄, 이소펜탄, 디메틸에테르, 아세톤, 이산화탄소 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 2성분형 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리올 프리믹스 조성물이 난연제, 착색제, UV 안정화제, 증점제, 폼 안정화제, 충전제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 보조 첨가제를 추가로 포함하는, 2성분형 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 폴리이소시아네이트가 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, 폴리디페닐메탄 디이소시아네이트(PMDI), 나프탈렌-1,5―디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 2성분형 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
  8. 폴리우레탄 폼의 제조방법으로서,
    폴리올 프리믹스 조성물과 폴리이소시아네이트를 혼합하여 반응시키는 단계를 포함하며,
    상기 폴리올 프리믹스 조성물이 폴리올, 무수당 알코올, 아민 촉매, 정포제 및 발포제를 포함하며, 폴리올 100 중량부를 기준으로 무수당 알코올이 2 내지 4 중량부로 포함되고, 상기 아민 촉매가 3급 아민 촉매이며, 촉매로서 유기금속 화합물을 포함하지 않고,
    여기서, 상기 무수당 알코올을 포함하는 폴리올 성분이 폴리우레탄 폼의 골격을 형성하는 성분인,
    폴리우레탄 폼의 제조방법.
  9. 폴리우레탄 폼으로서,
    폴리올 프리믹스 조성물과 폴리이소시아네이트를 반응시켜 제조되며,
    상기 폴리올 프리믹스 조성물이 폴리올, 무수당 알코올, 아민 촉매, 정포제 및 발포제를 포함하며, 폴리올 100 중량부를 기준으로 무수당 알코올이 2 내지 4 중량부로 포함되고, 상기 아민 촉매가 3급 아민 촉매이며, 촉매로서 유기금속 화합물을 포함하지 않고,
    여기서, 상기 무수당 알코올을 포함하는 폴리올 성분이 폴리우레탄 폼의 골격을 형성하는 성분인,
    폴리우레탄 폼.
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