KR102238884B1 - 친환경 발포제를 사용한 단열성이 우수한 폴리우레탄 폼용 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

친환경 발포제를 사용한 단열성이 우수한 폴리우레탄 폼용 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수산가(OH value)가 200~550㎎·KOH/g인 폴리에테르 폴리올 20~100중량부; 수산가가 150~250㎎·KOH/g인 폴리에스테르 폴리올 10~30중량부; 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI; Methylene diphenyl diisocyanate) 100~150중량부; 및 메틸포르메이트(Methyl formate) 0.1~20중량부;를 포함하는, 폴리우레탄 폼용 조성물이 제공된다.

Description

친환경 발포제를 사용한 단열성이 우수한 폴리우레탄 폼용 조성물 및 이의 제조방법{COMPOSITION FOR POLYURETHANE FOAM HAVING EXCELLENT THERMAL INSULATION PROPERTY USING ECO-FRIENDLY FOAMING AGENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 친환경 발포제 이용하여 기존 시스템 보다 단열성 및 난연성이 개선되는 건축 내장재 용도의 친환경 경질우레탄 폼에 관한 것으로, 친환경 발포제를 사용한 단열성이 우수한 폴리우레탄 폼용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 국내 주택건축 시장에서는 에너지의 낭비를 최소화할 수 있는 패시브 하우스(passive house)에 대한 관심이 급증하고 있다. 능동적으로 에너지를 끌어 쓰는 액티브 하우스(active house)와는 상반된 개념으로, 패시브 하우스의 건축에 있어서는 자재의 단열성이 가장 중요한 물성으로 취급된다.
폴리우레탄 폼은 스프레이 분사와 같은 간단한 방법으로 시공이 가능하고 두께의 조절이 비교적 용이해 단열재와 같은 건축자재로 자주 사용된다. 구체적으로, 주거용 건축물, 저온창고, 냉동창고, 기타 건축물의 단열재로 사용되거나 조립식 패널과 같은 건축자재, 선박이나 가전제품 등 광범위한 영역에서 폴리우레탄 폼이 사용되고 있다.
통상 폴리우레탄 폼은 다공성 또는 벌집 형태의 발포체 구조를 가지며, 폴리에스테르 또는 폴리에테르계 폴리올과 다관능 디이소시아네이트를 주원료로 하고, 여기에 촉매, 정포제, 분산제, 발포제 등의 각종 첨가제를 혼합함으로써 제조된다.
종래에도 폴리우레탄 폼의 물성을 개선하기 위한 연구가 꾸준히 이루어지고 있었으며, 특히 난연성이나 단열성을 개선하기 위한 연구개발이 주류를 이루어 진행되고 있었다. 그러나, 앞서 언급한 패시브 하우스의 물성 기준을 충족하기 위한 정도에는 미치지 못하고 있으며, 특히 단열성이나 부착성, 시공면의 두께 등의 측면에서 폴리우레탄 폼의 물성 확보에 어려움이 존재하고 있다.
이에 따라, 우수한 단열성을 지녀 그 자체로 에너지 손실을 줄이면서도 시공면의 두께를 감소시킴으로써 경제성을 함께 확보할 수 있는 폴리우레탄 폼의 개발이 필요한 실정이다.
또한, 기존 HCFC-141B 발포 시스템은 오존층 파괴물질로 선진국에서는 이미 사용이 금지된 제품이다. 따라서, 미래에는 오존층 파괴물질인 HCFC-141B 발포제를 사용할 수 없으므로 이에 대체물질로 친환경 폼 발포제를 이용함으로서 기존 발포제와 비교시 단열성 및 난연성이 우수한 경질우레탄 폼 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 종래기술인 HCFC-141B 발포제가 사용된 경질 우레탄 폼의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 친환경 발포제를 사용하여 기존 발포제 사용시 보다 난연성 및 단열성을 개선시킬 수 있는 폴리우레탄 폼용 조성물 및 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 단열재의 일면을 구성하는 기재층인 경질우레탄폼층의 단열성을 종래의 기술과 대비시 적절한 화합물 구조의 배합체를 통해 기공구조의 규칙성과 열린 셀과 닫힌 셀 상관간의 셀기공 형태의 적절한 조화를 통해 열전도율을 효과적으로 구성한 친환경 경질우레탄폼에 관한 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수산가(OH value)가 200~550㎎·KOH/g인 폴리에테르 폴리올 20~100중량부; 수산가가 150~250㎎·KOH/g인 폴리에스테르 폴리올 10~30중량부; 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI; Methylene diphenyl diisocyanate) 100~150중량부; 및 메틸포르메이트(Methyl formate) 0.1~20중량부;를 포함하는, 폴리우레탄 폼용 조성물이 제공된다.
일 측에 따르면, 상기 폴리에테르 폴리올은, 수산가가 200~250㎎·KOH/g이고 수평균분자량이 600~800인 제1 폴리에테르 폴리올 및 수산가가 450~550㎎·KOH/g이고 수평균분자량이 350~550인 제2 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 폴리에스테르 폴리올은 수평균분자량이 500~600일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 메틸렌디페닐디이소시아네이트는 NCO 함량이 31~48중량%일 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 폴리우레탄 폼용 조성물은 실록산 코폴리머, 폴리카보네이트, 소듐실리케이트 및 백운모로 이루어진 혼합물 2~20중량부를 더 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 혼합물을 이루는 각 성분의 함량은 실록산 코폴리머 0.5~1.5중량부, 폴리카보네이트 1~4중량부, 소듐실리케이트 4~6중량부 및 백운모 8~12중량부일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 폴리우레탄 폼용 조성물을 이용하여 형성된 폴리우레탄 폼이 제공된다.
일 측에 따르면, 상기 폴리우레탄 폼의 겉보기 밀도가 24~30㎏/㎥이고, 열전도율이 0.025~0.045W/m·K일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, (a) 수산가(OH value)가 200~550㎎·KOH/g인 폴리에테르 폴리올 20~100중량부, 수산가가 150~250㎎·KOH/g인 폴리에스테르 폴리올 10~30중량부, 및 메틸포르메이트(Methyl formate) 0.1~20중량부를 혼합하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계의 결과물에 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI; Methylene diphenyl diisocyanate) 100~150중량부를 첨가하는 단계를 포함하는, 폴리우레탄 폼용 조성물의 제조방법이 제공된다.
일 측에 따르면, 상기 (a) 단계에서 실록산 코폴리머, 폴리카보네이트, 소듐실리케이트 및 백운모로 이루어진 혼합물 2~20중량부를 추가로 혼합할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 혼합물을 이루는 각 성분의 함량은 실록산 코폴리머 0.5~1.5중량부, 폴리카보네이트 1~4중량부, 소듐실리케이트 4~6중량부 및 백운모 8~12중량부일 수 있다.
본 발명의 폴리우레탄 폼용 조성물은 보조발포제로 메틸포르메이트를 일정 함량 첨가함으로써 폴리우레탄 폼의 단열성을 향상시킬 수 있다. 또한, 실록산 코폴리머, 폴리카보네이트, 소듐실리케이트 및 백운모의 혼합물을 추가로 포함함으로써 폴리우레탄 폼의 단열성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이러한 단열성 향상을 통해 비교적 얇은 두께로 시공면의 제작이 가능해짐으로써 제작비용의 절감 등 원가 면에서의 경제성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 건축용도의 단열재 및 방음재에 적용되는 종래의 경질 우레탄폼의 접착성 및 단열성이 열세한 단점을 획기적으로 개선시킬 수 있으며, 최근 국내 주택건축 시장에서 점차적으로 확대 기로에 놓여있는 단열성을 위주로 하는 패시브 하우스(passive house)에 대한 급속한 관심 고조에 따라 시공상의 두께감소 및 시공비용의 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명은 종래의 건축용도의 경질우레탄폼에 대비하여 단열성의 획기적 개선을 통해 시공상의 두께감소를 종전의 40~60mm 두께에서 1/3가량 감소한 25~40mm가량으로 대폭 낮춤으로 인해 시공상의 비용절감 및 가격경쟁력을 향상함은 물론, 두께를 낮추웠음에도 불구하고 건축 용도로서의 단열성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서, 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
폴리우레탄 폼용 조성물 및 폴리우레탄 폼
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수산가(OH value)가 200~550㎎·KOH/g인 폴리에테르 폴리올 20~100중량부; 수산가가 150~250㎎·KOH/g인 폴리에스테르 폴리올 10~30중량부; 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI; Methylene diphenyl diisocyanate) 100~150중량부; 및 메틸포르메이트(Methyl formate) 0.1~20중량부;를 포함하는, 폴리우레탄 폼용 조성물이 제공된다.
상기 폴리에테르 폴리올과 폴리에스테르 폴리올은 메틸렌디페닐디이소시아네이트와 반응하여 폴리우레탄 수지를 형성하고, 폴리올과 반응하고 남은 여분의 메틸렌디페닐디이소시아네이트는 후술할 폴리우레아와 폴리우레탄 간의 가교반응을 일으켜 조성물 내 망상구조를 형성할 수 있다.
이 때, 상기 폴리에테르 폴리올의 수산가(OH value)가 200㎎·KOH/g 미만이거나 폴리에스테르 폴리올의 수산가가 150㎎·KOH/g 미만인 경우 폴리우레탄 폼의 기계적 강도가 저하될 수 있으며, 반대로 폴리에테르 폴리올의 수산가가 550㎎·KOH/g 초과이거나 폴리에스테르 폴리올의 수산가가 250㎎·KOH/g 초과인 경우 성형성 내지 부착성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 폴리에테르 폴리올의 함량이 20중량부 미만이거나 폴리에스테르 폴리올의 함량이 10중량부 미만인 경우 폴리우레탄 수지의 형성이 충분치 않을 수 있으며, 반대로 폴리에테르 폴리올의 함량이 100중량부 초과이거나 폴리에스테르 폴리올의 함량이 30중량부 초과인 경우 여분의 메틸렌디페닐디이소시아네이트 함량이 적어 가교반응이 충분히 일어나지 않을 수 있다.
상기 폴리에테르 폴리올 및 폴리에스테르 폴리올은 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부탄디올, 펜탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 트리메틸올프로판, 글리세린, 펜타에리트리톨, 퀴니톨, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 디글리세린, 덱스트로즈 및 솔비톨로 이루어진 군으로부터 선택되는 2 이상의 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 폴리에테르 폴리올은 하나의 종류를 단독으로 사용할 수 있고 다수의 성분을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이에 따라, 상기 상기 폴리에테르 폴리올은, 수산가가 200~250㎎·KOH/g이고 수평균분자량이 600~800인 제1 폴리에테르 폴리올 및 수산가가 450~550㎎·KOH/g이고 수평균분자량이 350~550인 제2 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리에스테르 폴리올은 일정 범위 내의 수평균분자량을 가지는 것을 사용함으로써 단열성능 구현과 함께 경질의 폴리우레탄 폼을 제공하기 위한 기계적 물성을 확보할 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리에스테르 폴리올은 수평균분자량이 500~600일 수 있는데, 수평균분자량이 500 미만이면 폴리우레탄 폼의 부착성이 저하되거나 시공 후 크랙이 발생할 수 있으며, 600 초과이면 경도와 같은 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 메틸렌디페닐디이소시아네이트는 화학적 발포제인 물과 반응하여 이산화탄소를 발생시키면서 폴리우레아 수지를 형성할 수 있다. 전술한 폴리우레탄과 상기 폴리우레아 수지는 여분의 메틸렌디페닐디이소시아네이트에 의해 가교반응을 진행하게 되는데, 이 때 상기 메틸렌디페닐디이소시아네이트의 NCO 함량이 31중량% 미만이면 충분한 가교반응이 이루어지지 않을 수 있고 48중량% 초과이면 과도한 관능기의 존재로 폴리우레탄 폼 형성용 조성물의 제조 과정에서 불필요한 부산물이 발생할 수 있다.
메틸렌디페닐디이소시아네이트를 포함하는 이소시아네이트계 화합물은 통상 가교반응의 형성에 사용되며, 구체적인 종류로는 방향족계, 지환족계, 지방족계 폴리이소시아네이트, 이들의 혼합물, 이들을 변성하여 얻어지는 변성 폴리이소시아네이트 등을 들 수 있다.
보다 구체적으로 1개의 분자 내에 2개의 이소시아네이트기를 가지고 있는 화합물이 사용되며, 그 예로써 에틸렌디이소시아네이트, 톨루엔디이소시아네이트, 톨릴렌디이소시아네이트, 나프탈렌디이소시아네이트, 크실렌디이소시아네이트, 메틸렌디페닐디이소시아네이트, 테트라메틸크실렌디이소시아네이트, 폴리메틸렌폴리페린렌이소시아네이트, 수소화메틸렌디페닐디이소시아네이트, 수소화톨릴렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 트리메틸렌헥사메틸렌 디이소시아네이트, 리진디이소시아네이트 및 이들의 혼합물 내지 변성체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 변성체로 폴리이소시아네이트와 폴리올의 반응 생성물인 프리폴리머형 변성체, 누레이트 변성체, 우레아 변성체, 카르보디이미드 변성체, 알로파네이트 변성체, 비우렛 변성체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리우레탄 폼용 조성물은 반응성을 향상시키기 위해 유기 금속계 촉매와 아민계 촉매를 포함할 수 있다. 유기 금속계 촉매로는 틴옥토에이트, 디옥틸틴다이 라우레이트, 디부틸틴, 올레인산 제1 주석 등의 금속화합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 아민계 촉매로는 비스-디메틸아미노에틸에테르, 트리에틸렌아민, 트리에틸렌디아민, 디에탄올아민, 디메틸아미노모폴린, 트리에탄올아민 디메틸벤질아민, 디메틸에탄올 아민, 벤질디메틸아민, 펜타메틸디에틸렌트리아민 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유기 금속계 촉매와 아민계 촉매는 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 폴리올 100중량부 대비 0.01~5중량부 만큼의 함량을 첨가할 수 있다.
또한, 상기 폴리우레탄 폼용 조성물은 표면장력을 낮추어 성분 간의 혼화성을 향상시키고, 기공의 크기나 개수를 일정 범위에서 조절하기 위한 정포제(계면활성제)를 더 포함할 수 있다. 그 종류로는 폴리디메틸실록산 및 폴리옥시알킬렌 사슬을 가지는 실리콘계 계면활성제, 지방산염, 황산에스테르염, 인산에스테르염, 슬폰산염 등의 음이온계 계면활성제 등을 들 수 있으며, 폴리올 성분 100중량부에 대해 0.1~10중량부의 함량으로 첨가할 수 있다.
상기 폴리우레탄 폼용 조성물은 발포제 성분으로 물, 바람직하게는 증류수를 사용할 수 있으며, 물의 첨가량에 따라 폼의 밀도와 함께 기공 개수를 조절할 수 있다. 구체적으로, 폴리올 100중량부에 대해 물 0.5~3.5중량부를 첨가할 수 있다.
다만, 물을 단독의 발포제 성분으로 사용하는 경우 발포율이 증가함에 따라 내부 열화가 급속히 진행되는 문제가 있으므로, 메틸포르메이트(Methyl formate)와 같은 보조발포제를 추가로 혼합함으로써 내부적인 증발잠열 억제와 동시에 단열성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이 때, 메틸포르메이트의 함량이 0.1중량부 미만이면 첨가에 따른 효과가 미미할 수 있고, 20중량부 초과이면 필요 이상의 사용량으로 경제성이 저하될 수 있다.
한편, 메틸포르메이트를 사용한 물성 향상 외에도 상기 폴리우레탄 폼용 조성물은 실록산 코폴리머, 폴리카보네이트, 소듐실리케이트 및 백운모로 이루어진 혼합물 2~20중량부를 더 포함함으로써 단열성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 이들 각 성분의 함량은 실록산 코폴리머 0.5~1.5중량부, 폴리카보네이트 1~4중량부, 소듐실리케이트 4~6중량부 및 백운모 8~12중량부일 수 있으며, 바람직하게는 실록산 코폴리머 1중량부, 폴리카보네이트 2.5중량부, 소듐실리케이트 5중량부 및 백운모 10중량부일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 폴리우레탄 폼용 조성물을 이용하여 형성된 폴리우레탄 폼이 제공된다. 상기 폴리우레탄 폼용 조성물을 발포시키면서 시공면에 도포하여 폴리우레탄 폼을 형성할 수 있으며, 이 때 스프레이건(Spray gun)을 이용한 간단한 방법으로 조성물을 도포할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 폴리우레탄 폼을 발포 및 도포하기 위한 어떤 공지의 방법도 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 건축 내장재 용도의 친환경 경질우레탄 폼을 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 다른 실시예는 친환경 경질우레탄폼 기재층이 우수한 단열성을 가지도록 하기 위해 다공성 오픈셀(open-cell)과 클로우즈드 셀(closed-cell)의 조화된 구조를 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예는 단열재의 일면을 구성하는 기재층인 경질우레탄폼층의 단열성을 종래의 기술과 대비시 적절한 화합물 구조의 배합체를 통해 기공구조의 규칙성과 열린 셀과 닫힌 셀 상관간의 셀기공 형태를 적절히 조화시킴으로써, 열전도율을 효과적으로 구성할 수 있는 친환경 경질우레탄폼을 포함할 수 있다.
상기 폴리우레탄 폼은 통상적인 건축자재에 사용하기 위한 단열성뿐만 아니라, 보다 높은 수준의 단열성이 요구되는 패시브 하우스에도 적용되어 열 손실을 줄일 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리우레탄 폼은 겉보기 밀도가 24~30㎏/㎥, 바람직하게는 24~30㎏/㎥이고, 열전도율이 0.025~0.045W/m·K, 바람직하게는 0.025~0.043W/m·K일 수 있다.
폴리우레탄 폼용 조성물의 제조방법
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, (a) 수산가(OH value)가 200~550㎎·KOH/g인 폴리에테르 폴리올 20~100중량부, 수산가가 150~250㎎·KOH/g인 폴리에스테르 폴리올 10~30중량부, 및 메틸포르메이트(Methyl formate) 0.1~20중량부를 혼합하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계의 결과물에 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI; Methylene diphenyl diisocyanate) 100~150중량부를 첨가하는 단계;를 포함하는, 폴리우레탄 폼용 조성물의 제조방법이 제공된다.
상기 (a) 단계에서는 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올 및 메틸포르메이트를 혼합하여 제1 스트림 라인에 준비할 수 있으며, 추가적인 성분으로 난연제, 정포제, 촉매, 발포제 등을 더 혼합할 수 있다. 폴리올의 종류, 수산가 및 함량, 그 밖의 첨가제에 대한 내용은 전술한 것과 같다.
또한, 상기 (a) 단계에서 실록산 코폴리머, 폴리카보네이트, 소듐실리케이트 및 백운모로 이루어진 혼합물 2~20중량부를 추가로 혼합할 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합물을 이루는 각 성분의 함량은 실록산 코폴리머 0.5~1.5중량부, 폴리카보네이트 1~4중량부, 소듐실리케이트 4~6중량부 및 백운모 8~12중량부일 수 있다. 이들 혼합물을 통한 물성 개선에 관해서는 전술한 것과 같다.
한편, 상기 (b) 단계에서는 상기 (a) 단계의 결과물과는 별도로 메틸렌디페닐디이소시아네이트를 제2 스트림 라인에 준비할 수 있다. 이 때, 상기 메틸렌디페닐디이소시아네이트의 NCO 함량 등에 관해서는 전술한 것과 같다.
이후, 상기 제1 스트림 라인에 준비된 (a) 단계의 결과물과 제2 스트림 라인에 준비된 메틸디페닐디이소시아네이트를 적정한 압력으로 분사시킴으로써 폴리우레탄 폼용 조성물을 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 기술된 것으로서, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
수산가가 225㎎·KOH/g이고 수평균분자량이 700인 폴리에테르 폴리올(폴리올-1) 50㎏, 수산가가 500㎎·KOH/g이고 수평균분자량이 450인 폴리에테르 폴리올(폴리올-2) 30㎏ 및 수산가가 200㎎·KOH/g이고 수평균분자량이 560인 폴리에스테르 폴리올(폴리올-3) 20㎏, 난연제(유기 인계 화합물) 25㎏, 정포제(폴리알킬렌 옥사이드 및 디메틸 실록산의 공중합체) 1㎏, 주석 촉매(Tin catalyst) 0.5㎏, 아민 촉매(Bis(2-(dimethylamino)ethyl)ether) 2㎏, 증류수(distilled water) 3.5㎏, 메틸포르메이트(Methyl formate) 1㎏를 믹서기에 투입한 뒤, 상온에서 4,000rpm의 회전수로 3분 동안 배합하고 제1 스트림 라인에 보관하였다.
한편, NCO 함량이 32중량%인 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI) 용액 140㎏을 제2 스트림 라인에 별도로 보관하였다.
상기 제1 스트림 라인의 혼합물과 제2 스트림 라인의 MDI 용액을 3~5bar의 저압조건과 150~200bar의 고압조건에서 번갈아 토출분사압력을 조절하면서 혼합함으로써 폴리우레탄 폼용 조성물을 제조하였다.
실시예 2
메틸포르메이트의 함량을 3㎏로 조절한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 조건 하에 폴리우레탄 폼용 조성물을 제조하였다.
실시예 3
메틸포르메이트의 함량을 5㎏로 조절한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 조건 하에 폴리우레탄 폼용 조성물을 제조하였다.
실시예 4
메틸포르메이트의 함량을 10㎏로 조절한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 조건 하에 폴리우레탄 폼용 조성물을 제조하였다.
실시예 5
메틸포르메이트의 함량을 15㎏로 조절한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 조건 하에 폴리우레탄 폼용 조성물을 제조하였다.
비교예
제1 스트림 라인에 메틸포르메이트의 투입을 생략한 것을 제외하면, 상기 실시예 1과 동일한 조건 하에 폴리우레탄 폼용 조성물을 제조하였다.
상기 실시예 1~5 및 비교예의 폴리우레탄 폼용 조성물을 이루는 각 성분의 구체적인 함량은 아래 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예
폴리올-1 50 50 50 50 50 50
폴리올-2 30 30 30 30 30 30
폴리올-3 20 20 20 20 20 20
MDI 140 140 140 140 140 140
난연제 25 25 25 25 25 25
정포제 1 1 1 1 1 1
주석 촉매 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
아민 촉매 2 2 2 2 2 2
증류수 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
메틸포르메이트 1 3 5 10 15 -
(단위: ㎏)
실험예 1: 메틸포르메이트의 유무 및 함량에 따른 물성 측정
상기 실시예 1~5 및 비교예에 따른 폴리우레탄 폼용 조성물의 물성을 측정하기 위해, 스프레이건(Spray gun)을 사용하여 각 조성물을 발포시키면서 시공체를 제작하였다.
각각의 시공체에 대해 아래 규정된 방법에 따라 물성 평가를 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
- 겉보기 밀도: KS M 3809; 2006
- 열전도율: KS M3809; 2006, 평판열계류법
- 기공 개수: SEM 이미지
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예
겉보기 밀도
(㎏/㎥)		 27.52 27.10 26.42 25.13 25.03 28.92
열전도율
(W/m·k)		 0.043 0.042 0.041 0.040 0.040 0.046
기공 개수
(ppi)		 75 75 80 90 90 70
상기 표 2의 결과를 참고하면, 메틸 포르메이트를 첨가하지 않은 비교예의 폴리우레탄 폼에 비해 메틸 포르메이트를 첨가 혼합한 실시예 1~5의 폴리우레탄 폼이 기공의 개수가 많고 겉보기 밀도가 낮게 나타났으며, 이는 열전도율의 감소로 이어진 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1~5 상호 간의 결과를 살펴보면, 메틸 포르메이트의 함량이 높아질수록 기공의 개수가 점차 증가하면서 겉보기 밀도가 감소하고, 열전도율 또한 점차 감소한 것을 확인할 수 있다.
이러한 결과를 종합해보면, 친환경 발포제인 메틸 포르메이트를 보조발포제로 첨가함으로써 폴리우레탄 폼의 단열성을 향상시킬 수 있고, 일정 수준 그 함량을 증가시킴으로써 더욱 우수한 효과를 구현할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 6
제1 스트림 라인에 실록산 코폴리머, 폴리카보네이트, 소듐실리케이트 및 백운모가 각각 1 : 2.5 : 5 : 10의 중량비로 배합된 혼합물 2.5㎏를 첨가 혼합한 것을 제외하면, 상기 실시예 4와 동일한 조건으로 폴리우레탄 폼용 조성물을 제조하였다.
실시예 7
제1 스트림 라인에 실록산 코폴리머, 폴리카보네이트, 소듐실리케이트 및 백운모가 각각 1 : 2.5 : 5 : 10의 중량비로 배합된 혼합물 5㎏를 첨가 혼합한 것을 제외하면, 상기 실시예 4와 동일한 조건으로 폴리우레탄 폼용 조성물을 제조하였다.
실시예 8
제1 스트림 라인에 실록산 코폴리머, 폴리카보네이트, 소듐실리케이트 및 백운모가 각각 1 : 2.5 : 5 : 10의 중량비로 배합된 혼합물 7.5㎏를 첨가 혼합한 것을 제외하면, 상기 실시예 4와 동일한 조건으로 폴리우레탄 폼용 조성물을 제조하였다.
실시예 9
제1 스트림 라인에 실록산 코폴리머, 폴리카보네이트, 소듐실리케이트 및 백운모가 각각 1 : 2.5 : 5 : 10의 중량비로 배합된 혼합물 10㎏를 첨가 혼합한 것을 제외하면, 상기 실시예 4와 동일한 조건으로 폴리우레탄 폼용 조성물을 제조하였다.
실시예 10
제1 스트림 라인에 실록산 코폴리머, 폴리카보네이트, 소듐실리케이트 및 백운모가 각각 1 : 2.5 : 5 : 10의 중량비로 배합된 혼합물 15㎏를 첨가 혼합한 것을 제외하면, 상기 실시예 4와 동일한 조건으로 폴리우레탄 폼용 조성물을 제조하였다.
상기 실시예 4 및 6~10의 폴리우레탄 폼용 조성물을 이루는 각 성분의 구체적인 함량은 아래 표 3에 나타내었다.
구분 실시예 4 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
폴리올-1 50 50 50 50 50 50
폴리올-2 30 30 30 30 30 30
폴리올-3 20 20 20 20 20 20
MDI 140 140 140 140 140 140
난연제 25 25 25 25 25 25
정포제 1 1 1 1 1 1
주석 촉매 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
아민 촉매 2 2 2 2 2 2
증류수 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
메틸포르메이트 10 10 10 10 10 10
혼합물 - 2.5 5 7.5 10 15
(단위: ㎏)
실험예 2: 혼합물의 유무 및 함량에 따른 물성 측정
실록산 코폴리머, 폴리카보네이트, 소듐실리케이트 및 백운모로 이루어진 혼합물이 폴리우레탄 폼의 물성에 미치는 영향을 확인하기 위해, 상기 실시예 4 및 6~10에 따른 폴리우레탄 폼용 조성물 각각에 대해 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 시공체를 제작하고 각각의 물성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 실시예 4 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
겉보기 밀도
(㎏/㎥)		 25.13 25.44 26.42 27.01 27.47 28.48
열전도율
(W/m·k)		 0.040 0.036 0.033 0.029 0.025 0.025
기공 개수
(ppi)		 90 90 90 95 100 100
상기 표 4를 참고하면, 혼합물을 첨가한 실시예 6~10의 폴리우레탄 폼의 경우 혼합물을 첨가하지 않은 실시예 4에 비해 기공 개수가 동등 이상이고 열전도율은 낮은 것으로 확인되었다.
또한, 실시예 6~10에 따른 폴리우레탄 폼 간의 결과를 비교해보면, 혼합물의 함량이 증가할수록 기공의 개수가 더욱 증가하고 열전도율은 감소하는 것을 확인할 수 있다.
다만, 상기 실험예 1의 결과와 달리 기공의 크기 증가가 겉보기 밀도의 감소로 이어지지 않았는데, 이는 첨가된 혼합물이 기공의 일부를 채움에 따라 겉보기 밀도가 증가한 것으로 분석된다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (11)

  1. 수산가(OH value)가 200~550㎎·KOH/g인 폴리에테르 폴리올 80~100중량부;
    수산가가 150~250㎎·KOH/g인 폴리에스테르 폴리올 10~30중량부;
    메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI; Methylene diphenyl diisocyanate) 100~150중량부;
    메틸포르메이트(Methyl formate) 0.1~20중량부; 및
    실록산 코폴리머, 폴리카보네이트, 소듐실리케이트 및 백운모로 이루어진 혼합물 2~20중량부;를 포함하는 폴리우레탄 폼용 조성물, 및
    발포제로서 물을 이용하여 형성된, 폴리우레탄 폼이고,
    상기 혼합물을 이루는 각 성분의 함량은 실록산 코폴리머 0.5~1.5중량부, 폴리카보네이트 1~4중량부, 소듐실리케이트 4~6중량부 및 백운모 8~12중량부이며,
    상기 폴리우레탄 폼의 겉보기 밀도가 24~30㎏/㎥이고, 열전도율이 0.025~0.036W/m·K인, 폴리우레탄 폼.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에테르 폴리올은, 수산가가 200~250㎎·KOH/g이고 수평균분자량이 600~800인 제1 폴리에테르 폴리올 및 수산가가 450~550㎎·KOH/g이고 수평균분자량이 350~550인 제2 폴리에테르 폴리올을 포함하는, 폴리우레탄 폼.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 폴리올은 수평균분자량이 500~600인, 폴리우레탄 폼.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메틸렌디페닐디이소시아네이트는 NCO 함량이 31~48중량%인, 폴리우레탄 폼.
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