KR102489859B1 - 페놀 발포체 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

페놀계 수지, 발포제, 계면활성제 및 경화제를 포함하는 조성물의 발포 경화물이고, 밀도는 30 kg/m3 내지 33 kg/m3 이고, KS M ISO 845 에 따른 압축강도는 90 kPa 내지 170kPa 이고, KS L 9016 에 따라 평균 온도 20℃에서 측정한 열전도율은 0.018W/mK 내지 0.020W/mK이고, 발포체의 두께 방향을 이등분한 단면에서의 평균 기포 직경이 120㎛ 내지 170㎛ 이고, 상기 단면에서의 기포 직경의 표준 편차가 30% 이하인 페놀 발포체가 제공된다.

Description

페놀 발포체 및 이의 제조방법{PHENOL FOAM AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은 페놀 발포체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

단열재는 건축물에서 에너지 손실을 막기 위해 필수적으로 사용되는 재료이다. 지구온난화로 인해 녹색성장의 중요성이 전세계적으로 계속 강조되고 있기 때문에 에너지 손실 최소화를 위해 단열성이 더욱 중요해지고 있다.

그리고, 단열재는 시공시, 예를 들어 내단열재 시공시에 약 2M 이상의 보드를 취급하는 것이 일반적이다. 게다가 시공시 여러 장을 한꺼번에 들게 되면 그 무게는 상당하다. 이에 따라, 시공시의 취급성과 양산 원가 절감을 위해 단열재의 밀도를 경량화하는 기술이 요구되고 있는 실정이다.

한편, 발포 배율을 높여 발포체를 경량화시키는 경우, 기포 직경이 커지고 기포가 합쳐질 수도 있으며 결과적으로 기포 직경이 불균일해 질 수 있다. 그리고, 발포체의 단열성 및 강도 등의 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.

본 발명의 목적은 낮은 밀도로 경량화하면서도 우수한 압축강도 및 일정 크기의 균일한 기포 직경과 우수한 단열성을 나타내는 페놀 발포체를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 상기 페놀 발포체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 페놀계 수지, 발포제, 계면활성제 및 경화제를 포함하는 조성물의 발포 경화물이고, 밀도는 30 kg/m3 내지 33 kg/m3 이고, KS M ISO 845 에 따른 압축강도는 90 kPa 내지 170kPa 이고, KS L 9016 에 따라 평균 온도 20℃에서 측정한 열전도율은 0.018W/mK 내지 0.020W/mK이고, 발포체의 두께 방향을 이등분한 단면에서의 평균 기포 직경이 120㎛ 내지 170㎛ 이고, 상기 단면에서의 기포 직경의 표준 편차가 30% 이하인 페놀 발포체를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 페놀계 수지, 발포제, 계면활성제 및 경화제를 포함하는 조성물을 준비하고, 상기 조성물을 교반하는 단계; 및 교반된 상기 조성물을 토출하고, 발포 및 경화하는 단계;를 포함하고, 밀도는 30 kg/m3 내지 33 kg/m3 이고, KS M ISO 845 에 따른 압축강도는 90 kPa 내지 170kPa 이고, KS L 9016 에 따라 평균 온도 20℃에서 측정한 열전도율은 0.018W/mK 내지 0.020W/mK이고, 발포체의 두께 방향을 이등분한 단면에서의 평균 기포 직경이 130㎛ 내지 150㎛ 이고, 상기 단면에서의 기포 직경의 표준 편차가 30 % 이하인 페놀 발포체의 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 페놀 발포체는 낮은 밀도로 경량화하여 시공시 취급성을 높이고 원가를 절감 할 수 있으며, 일정 크기의 균일한 기포 직경과 우수한 단열성, 그리고 우수한 압축강도 등의 물성을 동시에 나타낼 수 있다.

또한 본 발명에 페놀 발포체의 제조방법은 상기 페놀 발포체를 제조 할 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

이하에서는, 본 발명의 몇몇 구현예에 페놀 발포체를 설명하도록 한다.

본 발명의 일 구현예는 페놀계 수지, 발포제, 계면활성제 및 경화제를 포함하는 조성물의 발포 경화물이고, 밀도는 30 kg/m3 내지 33 kg/m3 이고, KS M ISO 845 에 따른 압축강도는 90 kPa 내지 170kPa 이고, KS L 9016 에 따라 평균 온도 20℃에서 측정한 열전도율은 0.018W/mK 내지 0.020W/mK이고, 발포체의 두께 방향을 이등분한 단면에서의 평균 기포 직경이 120㎛ 내지 170㎛이고, 상기 단면에서의 기포 직경의 표준 편차가 약 30 % 이하인 페놀 발포체를 제공한다.

일반적으로 발포체는 약 40 kg/m3 의 밀도를 가지며 단열재 시공시, 예를 들어 내단열재 시공시에 약 2M 이상의 보드를 취급하는 것이 일반적이다. 게다가 시공시 여러 장을 한꺼번에 들게 되면 그 무게는 상당하다. 이에 따라, 시공시의 취급성과 양산 원가 절감을 위해 단열재의 밀도를 경량화하는 기술이 요구되고 있다. 이에, 발포 배율을 높여 발포체를 경량화시킬 수 있으나, 이 경우, 기포 직경이 커지고 기포가 합쳐질 수도 있으며 결과적으로 기포 직경이 불균일해지는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 발포체의 단열성 및 강도 등의 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.

상기 페놀 발포체는 페놀계 수지, 발포제, 계면활성제 및 경화제를 포함하는 조성물의 발포 경화물로서, 조성물의 토출량을 감소시켜 약 30 kg/m3 내지 약 33 kg/m3 의 밀도로 경량화 하여 시공시 취급성을 높이고 원가를 절감 할 수 있다. 그리고 상기 페놀 발포체는 발포체의 두께 방향을 이등분한 단면에서의 평균 기포 직경이 약 120㎛ 내지 약 170㎛ 이고, 상기 단면에서의 기포 직경의 표준 편차가 약 30 % 이하로 일정 크기의 균일한 기포 직경을 가질 수 있다. 또한, 상기 페놀 발포체는 KS M ISO 845 에 따른 압축강도는 약 90 kPa 내지 170kPa 이고, KS L 9016 에 따라 평균 온도 20℃에서 측정한 열전도율은 약 0.018W/mK 내지 약 0.020W/mK 로서, 우수한 단열성, 그리고 우수한 압축강도 등의 향상된 물성을 동시에 나타낼 수 있다.

상기 페놀 발포체는 페놀계 수지, 발포제, 계면활성제 및 경화제를 포함하는 조성물의 발포 경화물이다.

구체적으로, 상기 페놀 발포체는 페놀계 수지를 포함한다. 상기 페놀계 수지는 페놀 및 포름알데히드가 반응하여 얻어질 수 있으며, 예를 들어 레졸계 페놀 수지(이하, '레졸 수지')를 포함할 수 있다. 상기 페놀계 수지는 상기 페놀 발포체 내에 약 30 중량% 내지 약 90 중량% 또는 약 50 중량% 내지 약 90 중량% 또는 약 55 중량% 내지 약 90 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.

상기 페놀 발포체는 발포제를 포함한다. 구체적으로, 상기 발포제는 탄소수 1 내지 8 의 지방족 탄화수소를 포함할 수 있다. 일반적으로 페놀 발포체는 열전도도가 우수한 히드로플루오로올레핀(hydrofluoroolefin, HFO)계 화합물을 포함하여 우수한 단열성을 나타낼 수 있다. 한편, 히드로플루오로올레핀계 화합물은 끓는 점이 낮아 발포체 제조시에 취급이 어렵고 제조 과정에서 기포 내에 포함되지 못하고 휘발되어 투입량에 비해 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 상기 페놀 발포체는 탄소수 1 내지 8 의 지방족 탄화수소를 포함하여 우수한 단열성과 함께 압축 강도, 그리고 취성 등의 물성을 향상시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 페놀 발포체는 염화, 비염화 지방족 탄화수소 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 지방족 탄화수소를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 탄화수소계 화합물은 디클로로에탄, 프로필클로라이드, 이소프로필클로라이드, 부틸클로라이드, 이소부틸클로라이드, 펜틸클로라이드, 이소펜틸클로라이드, n-부탄, 이소부탄, n-펜탄, 이소펜탄, 시클로펜탄, 헥산, 헵탄, 시클로펜탄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 발포제는 페놀 발포체 100 중량부 대비, 약 10 중량부 내지 약 13 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 약 10 중량부 내지 약 12 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 발포제는 상기 조성물 내에서 적정의 함량으로 포함되어, 페놀 발포체에서 상기 범위의 함량으로 포함될 수 있다.

상기 페놀 발포체는 발포체 조성물의 토출량을 기존보다 줄이면서 발포제의 함량을 상기 범위로 하여 발포 배율을 향상시켜 경량화를 구현할 수 있다. 예를 들어, 발포제의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 충분한 발포가 되지 않아 원하는 두께의 발포체를 제조할 수 없고, 발포체의 기포 직경의 편차가 너무 커지고 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 발포제의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는 기포 벽이 너무 얇아져 압축 강도와 취성 등의 물성이 저하되고, 발포체의 평균 기포 직경이 너무 커지는 문제가 있을 수 있다. 상기 발포제는 상기 조성물 내의 페놀계 수지 100 중량부 대비 약 13 중량부 내지 약 14 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.

그리고, 상기 페놀 발포체는 양성, 양이온계, 음이온계, 비이온계 계면활성제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 계면활성제를 포함한다. 예를 들어, 폴리실록산계, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르, 피마자유의 에틸렌옥사이드 부가물 등의 비이온성 계면 활성제등을 이용할 수 있다.

상기 조성물은 상기 발포제: 상기 계면활성제를 약 1: 0.3 내지 약 1: 0.35의 중량비로 포함할 수 있다. 상기 페놀 발포체는 상기 페놀계 수지 100 중량부 대비, 상기 발포제에 대하여 상기 계면활성제의 함량을 상기 범위로 조절하여 기포의 크기 증가 및 기포 크기의 불균일 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 발포제 대 계면활성제의 함량을 상기 범위로 조절하여 페놀계 수지 내에 발포제의 표면 장력을 낮추어 발포제가 안정적으로 분산할 수 있고, 발포 과정에서 기포가 균일하게 형성되도록 할 수 있다. 이에 따라, 적은 토출량의 조성물과 상기 범위의 증량된 발포제를 포함함에도 불구하고 기존과 동등 수준의 평균 기포 직경 및 낮은 표준 편차를 가질 수 있다.

상기 계면활성제는 페놀계 수지 100 중량부 대비 약 3.5 중량부 내지 약 5.5 중량부의 함량으로 기존 대비 높은 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 계면활성제의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는　발포제가 페놀계 수지상에서 균일하게 분산되지 못하고, 기포 형성이 어렵고 기포가 불균일하게 형성되어 기포간 합쳐지거나 기포셀이 오픈화가 되어 독립 기포율이 낮아질 수 있다. 그리고 낮은 압축강도로 셀이 깨질 수 있다. 상기 범위를 초과하는 경우에는 조성물의 점도가 낮아져 발포제의 기화를 촉진시킬 수 있으며, 이에 따라 투입되는 발포제의 함량 대비 기포에 포함되는 발포제의 함량이 감소하여 단열성 등이 저하되는 문제가 있을 수 있다.

상기 페놀 발포체는 경화제를 포함한다. 상기 경화제는 톨루엔 술폰산, 자일렌 술폰산, 벤젠술폰산, 페놀 술폰산, 에틸벤젠 술폰산, 스티렌 술폰산, 나프탈렌 술폰산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 산경화제를 포함할 수 있다. 상기 페놀 발포체는 상기 경화제를 포함하여 적정의 가교, 경화 및 발포성을 나타낼 수 있다.

상기 조성물은 상기 발포제: 상기 경화제를 약 1: 1.5 내지 약 1: 1.8 의 중량비로 포함할 수 있다. 상기 페놀 발포체는 상기 페놀계 수지 100 중량부 대비, 상기 발포제에 대하여 상기 경화제의 함량을 상기 범위로 조절하여 상기 발포제와의 관계에서 발포 경화 속도를 최적화할 수 있고, 기포 내에 상기 발포제를 효율적으로 가둘 수 있다. 그리고, 경화제를 발포제와의 관계에서 상기 범위로 포함하여 제조과정에서 반응열을 높일 수 있고, 이에 따라 발포 배율을 더욱 높일 수 있다.

구체적으로, 경화제의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 발포제 함량에 의해 기포의 크기는 성장하나 경화열이 부족하여 후발포가 일어나게 되고 이에 따라 원하는 두께의 발포체를 제조할 수 없어 두께 조절이 어려운 문제가 있을 수 있다. 그리고, 독립 기포율이 낮아지고 기포가 깨짐에 따라 압축강도가 저하되는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 경화제의 비율이 상기 범위를 초과하는 경우에는 경화 속도가 빨라져 몰드나 경화로내에 발포체를 100% 충진하지 못한 상태로 경화되어 제대로된 발포체를 형성할 수 없는 문제가 있을 수 있다. 또한, 경화열이 많아 발포체 내에 열이 축적되고 이에 따라 내부에 크랙이 발생하는 문제가 있을 수 있다. 상기 조성물은 상기 경화제를 페놀계 수지 100 중량부 대비 19 내지 26 중량부의 함량으로 포함할 수 있다. 또는 상기 조성물은 상기 경화제를 페놀계 수지 100 중량부 대비 19.5 중량부 내지 25.5 중량부의 함량으로 포함할 수 있다.

상기 조성물은 핵제, 폴리에틸렌글리콜 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 핵제는 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)를 포함할 수 있다. 상기 조성물은 탄소나노튜브를 포함하여 기존 대비 많은 함량의 발포제를 포함함에도 불구하고 기포의 크기를 적정 수준으로 조절하고 기포 벽 및 골격을 두텁게 하여 강도 등의 물성을 보다 쉽게 향상시킬 수 있다. 상기 조성물은 탄소나노튜브를 포함하여 조성물 내에 미세하게 분산시킬 수 있고, 낮은 온도에서 기포를 생성할 수 있으며 미세한 기포가 형성하게끔 도와줄 수 있다. 이에 따라, 상기 범위의 기포 직경 및 표준 편차를 보다 쉽게 조절할 수 있고, 단열성 및 압축강도 등의 물성을 보다 쉽게 개선할 할 수 있다.

상기 핵제는 상기 페놀계 수지 100 중량부 대비 약 0.1 중량부 내지 약 2 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.

그리고, 상기 조성물은 폴리에틸렌글리콜을 포함할 수 있다. 상기 조성물에 포함된 폴리에틸렌글리콜은 말단기에 있는 OH기와 페놀계 수지의 OH기가 반응하면서 가교특성을 주고 유연한 고분자 사슬 구조를 발포체에 추가적으로 제공할 수 있다. 이에 따라, 압축강도를 향상시키고, 분쇄 및/또는 마찰에 내구성을 나타내어 우수한 취성을 나타낼 수 있다.

상기 폴리에틸렌글리콜은 약 400 g/mol 내지 약 1,000 g/mol 의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다. 폴리에틸렌글리콜의 중량평균분자량이 상기 범위 미만인 경우에는 폴리에틸렌글리콜을 포함함에도 불구하고 효과가 거의 나타나지 않을 수 있다. 그리고, 상기 범위를 초과하는 중량평균분자량을 갖는 경우에는 상온에서 고체 상태이기 때문에　발포 배합단계에서 액상상태로 주입하기 어려워 취급성이 저하되는 문제가 있고, 액체 상태로 주입하기 위해 온도를 높이면 조성물의 점도가 낮아지므로 발포제 기화를 촉진하는 문제가 있을 수 있다.

상기 폴리에틸렌글리콜은 상기 페놀계 수지 100 중량부 대비 약 2 중량부 내지 약 7 중량부의 함량으로 조성물에 포함될 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 효과가 없으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 페놀계 수지의 가교 밀도를 낮춰서 발포체의 기포가 오픈되어 독립기포율이 낮아지게 되는 문제가 있을 수 있다.

상기 페놀 발포체는 약 20 ㎜ 내지 약 300 ㎜ 의 두께를 가질 수 있다.

상기 페놀 발포체는 상기 범위의 밀도와 함께, 발포체의 두께 방향을 이등분한 단면에서의 평균 기포 직경이 약 120㎛ 내지 약 170㎛일 수 있다. 예를 들어, 약 130㎛ 내지 약 160㎛ 의 평균 기포 직경을 가질 수 있다. 상기 평균 기포 직경은 페놀 발포체의 가장 중심부분을 포함하도록, 면재가 부착되는 표면에 수직한 두께 방향을 이등분한 단면에서의 기포 직경의 평균 값을 의미한다. 페놀 발포체의 평균 기포 직경이 상기 범위 미만인 경우에는 상기 밀도를 가지기 어렵고, 상기 밀도를 가지면서 동시에 상기 범위 미만의 기포 직경을 가지게 되면 기포 개수가 너무 많고 그에 따라 기포 벽 두께가 얇아서 낮은 열전도율을 장기간 유지할 수 없고 취성 등 물성이 나빠질 수 있다. 그리고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 압축 강도가 저하되고 기포 벽을 통한 전도 특성이 커져서 단열성능이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.

그리고, 상기 범위의 평균 기포 직경을 갖는 상기 페놀 발포체는 두께 방향을 이등분한 상기 단면에서의 기포 직경의 표준 편차가 약 30 % 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 기포 직경의 표준 편차는 약 10% 내지 약 20%일 수 있다. 그리고, 페놀 수지 발포체의 중심에 가까운 부분의 평균 기포 직경이 발포체 표면의 평균 기포 직경보다 크기 때문에 기포 직경의 표준 편차는 표면보다 중심으로 가까울수록 커질 수 있다.

상기 페놀 발포체는 가장 중심에 위치하는 발포체 두께 방향의 이등분한 단면에서 상기 범위의 표준 편차를 가짐으로써 우수한 압축강도 및 취성 등의 물성을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 페놀 발포체의 표준 편차가 상기 범위를 초과하는 경우 불균일한 기포로 인해 압축 강도가 저하되고 휨 발생 등 외관 치수 변화가 발생하는 문제가 있을 수 있다.

상기 페놀 발포체는 KS M ISO 845 에 따른 압축강도가 약 90 kPa 내지 약 170kPa 일 수 있다. 예를 들어, 약 110 kPa 내지 약 150kPa 일 수 있다. 구체적으로, 압축강도가 상기 범위 미만인 경우에는 사용상 깨지기 쉬워서 취급성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 상기 범위의 밀도를 동시에 만족시키기 어려우며, 강도 보강제 등의 첨가제를 첨가하여 동시에 만족시키는 경우, 비용이 증가하게 되고, 첨가제 혼합문제로 열전도율 등의 물성 떨어지는 문제가 있을 수 있다.

그리고, 상기 페놀 발포체는 KS L 9016 에 따라 평균 온도 20℃에서 측정한 열전도율이 약 0.018W/mK 내지 약 0.020W/mK일 수 있다. 일반적으로 발포제의 함량을 높여 발포 배율을 높이고 이에 따라 발포체를 경량화시킬 수 있다. 한편, 이와 같이 발포 배율이 높아지는 경우 기포의 직경이 커지면서 기포간에 합쳐질 수 있고 기포 직경의 편차가 커지면서 열전도율이 높아지는 문제가 있을 수 있다.

상기 페놀 발포체는 상기 범위의 낮은 밀도를 가지면서, 상기 범위의 평균 기포 직경 및 표준 편차를 가지고 이와 동시에 상기 범위의 우수한 열전도율을 나타내어 시장에서 요구하는 단열재로서의 기능을 발휘할 수 있다.

상기 페놀 발포체는 약 75 % 내지 약 98 % 의 독립기포율을 가질 수 있다. 일반적으로 발포제의 함량을 높여 발포 배율을 높이고 이에 따라 발포체를 경량화시키는 경우, 기포의 직경이 커지면서 기포간에 합쳐지면서 독립 기포율이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 상기 페놀 발포체는 상기 범위의 독립기포율을 유지함에 따라 우수한 단열성, 압축 강도 및 취성 등의 물성을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 독립기포율이 상기 범위 미만인 경우에는 열전도율이 높아지고, 압축강도가 떨어지며 취성이 증가하는 문제가 있을 수 있다.

상기 페놀 발포체는 ASTM C421-08에 따라 약 25 % 이하의 취성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 페놀 발포체의 취성은 약 15 % 내지 약 20 %일 수 있다. 구체적으로, 취성이 상기 범위를 초과하는 경우 시공시 작업성이 저하되고, 운반 등의 취급시에 제품이 파손되기 쉽고 그로 인해 분진이 발생할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예는 페놀계 수지, 발포제, 계면활성제 및 경화제를 포함하는 조성물을 준비하고, 상기 조성물을 교반하는 단계; 및 교반된 상기 조성물을 토출하고, 발포 및 경화하는 단계;를 포함하고, 밀도는 30 kg/m3 내지 33 kg/m3 이고, KS M ISO 845 에 따른 압축강도는 90 kPa 내지 170kPa 이고, KS L 9016 에 따라 평균 온도 20℃에서 측정한 열전도율은 0.018W/mK 내지 0.020W/mK이고, 발포체의 두께 방향을 이등분한 단면에서의 평균 기포 직경이 130㎛ 내지 150㎛ 이고, 상기 단면에서의 기포 직경의 표준 편차가 30% 이하인 페놀 발포체의 제조방법을 제공한다.

상기 제조방법에 의해 전술한 바와 같이, 낮은 밀도로 경량화하여 시공시 취급성을 높이고 원가를 절감 할 수 있으며, 일정 크기의 균일한 기포 직경과 우수한 단열성, 그리고 우수한 압축강도 등의 물성을 동시에 갖는 상기 페놀 발포체를 제조할 수 있다. 상기 페놀계 수지, 발포제, 계면활성제 및 경화제에 관한 사항은 하기에서 특별히 기재한 것을 제외하고는 전술한 바와 같다.

먼저, 상기 페놀 발포체의 제조방법은 페놀계 수지, 발포제, 계면활성제 및 경화제를 포함하는 조성물을 준비하고, 상기 조성물을 교반하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 교반 속도는 약 2,500rpm 내지 약 3,000rpm일 수 있다.

상기 제조방법은 상기 범위의 속도로 조성물을 교반하여 믹싱 전단응력(shear stress)에 의한 발열량을 높일 수 있으며, 이에 따라 발포배율을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 교반 속도가 상기 범위 미만인 경우에는 몰드 및 경화로 안에 발포체가 100% 충진되기 어렵고 발포압이 후반부에 상승하게 되어 기포의 크기가 너무 커지고, 단열성능, 압축강도 및 치수 안정성 등의 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 교반 속도가 상기 범위를 초과하는 경우에는 교반 속도에 의한 shear stress를 과도하게 받게 되어 조성물의 온도가 높아지게 되어 발포가 급격하게 발생되고 발포제 휘발이 빨라지게 되어 단열성능이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.

그리고, 상기 제조방법은 교반된 상기 조성물을 토출하고, 발포 및 경화하는 단계;를 포함한다. 예를 들어, 상기 조성물은 면재 상에 토출될 수 있으며, 구체적으로, 상기 교반된 조성물의 토출량은 약 28 g/min 내지 약 32g/min 일 수 있다. 상기 조성물의 토출량을 상기 범위로 줄여 발포체의 밀도를 낮추고 경량화를 도모할 수 있다.

그리고, 상기 페놀 발포체는 약 60 ℃ 내지 약 75 ℃의 온도에서 발포 및 경화하여 조성물의 반응열을 높여 발포배율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 상기 범위의 온도에서 발포 및 경화하여 몰드 및 경화로 안에 발포체가 잘 충진되도록 할 있으며, 발포압이 후반부에 상승하여 기포의 크기가 커지고 발포체 물성이 저하되는 것을 보다 쉽게 방지할 있다.

(실시예)

실시예 1

20℃에서 점도가 20,000~40,000cps 범위인 레졸 수지, 경화제로 톨루엔술폰산, 발포제로 시클로펜탄, 계면활성제로 피마자유에 에틸렌옥사이드를 반응시킨 부가물(피마자유의 에틸렌옥사이드 부가물) 및 폴리에틸렌글리콜(Mw:600 g/mol)을 포함하는 조성물을 준비하였다.

그리고, 상기 조성물은 상기 레졸 수지 100중량부에 대하여, 경화제 19.5 중량부를 혼합하고, 계면활성제 3.9 중량부를 혼합하여 상기 발포제: 경화제의 중량비가 1: 1.5, 상기 발포제: 계면 활성제의 중량비가 1: 0.3이 되도록 하였다. 그리고, 상기 폴리에틸렌글리콜은 상기 레졸 수지 100중량부 대비, 4 중량부를 혼합하였다. 그 후, 상기 혼합된 조성물을 3,000rpm으로 고속 교반하였다.

그리고, 폭 1200mm, 두께 80mm 의 크기와, 70℃ 분위기 온도의 캐터필러 내에 상기 교반된 조성물을 약 30kg/min의 토출 속도로 투입하고, 발포 및 경화하여 두께 80mm의 페놀 발포체를 제조하였다. 이때, 상기 발포제는 상기 페놀 발포체 100 중량부 대비, 약 11 중량부의 함량으로 포함된다.

실시예 2

상기 조성물은 상기 레졸 수지 100중량부에 대하여, 경화제 21.45 중량부를 혼합하고, 계면활성제 3.9 중량부를 혼합하여 상기 발포제: 경화제의 중량비가 1: 1.65, 상기 발포제: 계면 활성제의 중량비가 1: 0.3이 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 발포체를 제조하였다. 이때, 상기 발포제는 상기 페놀 발포체 100 중량부 대비, 약 11 중량부의 함량으로 포함된다.

실시예 3

상기 조성물은 상기 레졸 수지 100중량부에 대하여, 경화제 21.45 중량부를 혼합하고, 계면활성제 4.55 중량부를 혼합하여 상기 발포제: 경화제의 중량비가 1: 1.65, 상기 발포제: 계면 활성제의 중량비가 1: 0.35가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 발포체를 제조하였다. 이때, 상기 발포제는 상기 페놀 발포체 100 중량부 대비, 약 11 중량부의 함량으로 포함된다.

실시예 4

상기 조성물은 상기 레졸 수지 100중량부에 대하여, 경화제 23.4 중량부를 혼합하고, 계면활성제 4.55 중량부를 혼합하여 상기 발포제: 경화제의 중량비가 1: 1.8, 상기 발포제: 계면 활성제의 중량비가 1: 0.35가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 발포체를 제조하였다. 이때, 상기 발포제는 상기 페놀 발포체 100 중량부 대비, 약 11 중량부의 함량으로 포함된다.

실시예 5

상기 조성물은 상기 레졸 수지 100중량부에 대하여, 경화제 21 중량부를 혼합하고, 계면활성제 4.2 중량부를 혼합하여 상기 발포제: 경화제의 중량비가 1: 1.5, 상기 발포제: 계면 활성제의 중량비가 1: 0.3이 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 발포체를 제조하였다. 이때, 상기 발포제는 상기 페놀 발포체 100 중량부 대비, 약 12 중량부의 함량으로 포함된다.

실시예 6

상기 조성물은 상기 레졸 수지 100중량부에 대하여, 경화제 23.1 중량부를 혼합하고, 계면활성제 4.2 중량부를 혼합하여 상기 발포제: 경화제의 중량비가 1: 1.65, 상기 발포제: 계면 활성제의 중량비가 1: 0.3이 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 발포체를 제조하였다. 이때, 상기 발포제는 상기 페놀 발포체 100 중량부 대비, 약 12 중량부의 함량으로 포함된다.

실시예 7

상기 조성물은 상기 레졸 수지 100중량부에 대하여, 경화제 23.1 중량부를 혼합하고, 계면활성제 4.9 중량부를 혼합하여 상기 발포제: 경화제의 중량비가 1: 1.65, 상기 발포제: 계면 활성제의 중량비가 1: 0.35가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 발포체를 제조하였다. 이때, 상기 발포제는 상기 페놀 발포체 100 중량부 대비, 약 12 중량부의 함량으로 포함된다.

실시예 8

상기 조성물은 상기 레졸 수지 100중량부에 대하여, 경화제 25.2 중량부를 혼합하고, 계면활성제 4.9 중량부를 혼합하여 상기 발포제: 경화제의 중량비가 1: 1.8, 상기 발포제: 계면 활성제의 중량비가 1: 0.35가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 발포체를 제조하였다. 이때, 상기 발포제는 상기 페놀 발포체 100 중량부 대비, 약 12 중량부의 함량으로 포함된다.

비교예 1

상기 조성물은 상기 레졸 수지 100중량부에 대하여, 경화제 15 중량부를 혼합하고, 계면활성제 0.3 중량부를 혼합하여 상기 발포제: 경화제의 중량비가 1: 1.5, 상기 발포제: 계면 활성제의 중량비가 1: 0.3이 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 발포체를 제조하였다. 이때, 상기 발포제는 상기 페놀 발포체 100 중량부 대비, 약 9 중량부의 함량으로 포함된다.

비교예 2

상기 조성물은 상기 레졸 수지 100중량부에 대하여, 경화제 19.5 중량부를 혼합하고, 계면활성제 3.25 중량부를 혼합하여 상기 발포제: 경화제의 중량비가 1: 1.5, 상기 발포제: 계면 활성제의 중량비가 1: 0.25가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 발포체를 제조하였다. 이때, 상기 발포제는 상기 페놀 발포체 100 중량부 대비, 약 11 중량부의 함량으로 포함된다.

비교예 3

상기 조성물은 상기 레졸 수지 100중량부에 대하여, 경화제 11.7 중량부를 혼합하고, 계면활성제 3.9 중량부를 혼합하여 상기 발포제: 경화제의 중량비가 1: 0.9, 상기 발포제: 계면 활성제의 중량비가 1: 0.3가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 발포체를 제조하였다. 이때, 상기 발포제는 상기 페놀 발포체 100 중량부 대비, 약 11 중량부의 함량으로 포함된다.

비교예 4

상기 조성물은 상기 레졸 수지 100중량부에 대하여, 경화제 25.5 중량부를 혼합하고, 계면활성제 5.1 중량부를 혼합하여 상기 발포제: 경화제의 중량비가 1: 1.5, 상기 발포제: 계면 활성제의 중량비가 1: 0.3가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 발포체를 제조하였다. 이때, 상기 발포제는 상기 페놀 발포체 100 중량부 대비, 약 14 중량부의 함량으로 포함된다.

비교예 5

상기 조성물은 상기 레졸 수지 100중량부에 대하여, 경화제 19.5 중량부를 혼합하고, 계면활성제 6.5 중량부를 혼합하여 상기 발포제: 경화제의 중량비가 1: 1.5, 상기 발포제: 계면 활성제의 중량비가 1: 0.5가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 발포체를 제조하였다. 이때, 상기 발포제는 상기 페놀 발포체 100 중량부 대비, 약 11 중량부의 함량으로 포함된다.

비교예 6

상기 조성물은 상기 레졸 수지 100중량부에 대하여, 경화제 26 중량부를 혼합하고, 계면활성제 3.9 중량부를 혼합하여 상기 발포제: 경화제의 중량비가 1: 2, 상기 발포제: 계면 활성제의 중량비가 1: 0.3이 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 발포체를 제조하였다. 이때, 이때, 상기 발포제는 상기 페놀 발포체 100 중량부 대비, 약 11 중량부의 함량으로 포함된다.

평가

실험예 1: 밀도

실시예 및 비교예의 발포체를 100mm×100mm 크기 및 해당 두께의 시편으로 각각 준비하고, 상기 각 시편에 대해 질량 및 체적을 측정하여　밀도를 KS M ISO 845 규격의 방법으로 측정하였다. 그리고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

실험예 2: 평균 기포 직경

실시예 및 비교예 페놀 발포체의 중심 부분을 중앙에 포함하도록, 상기 발포체의 두께 방향을 이등분한 단면을 포함하는 10mm(L)×10mm(W)×30mm(T) 크기 시편으로 준비하였다. 그리고, 상기 시편의 두께방향의 중심에 칼집을 내고 액체 질소로 동결한 뒤 두께 방향으로 이등분하여 절단하였다. 그 후, SEM 으로 상기 절단면의 사진을 얻은 후 이미지 분석 tool을 이용하여 100개의 기포 각각의 크기를 측정하였다. 그리고 그 평균을 구하고 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

실험예 3: 기포 직경의 편차

실시예 및 비교예 페놀 발포체의 중심 부분을 중앙에 포함하도록, 상기 발포체의 두께 방향을 이등분한 단면을 포함하는 10mm(L)×10mm(W)×30mm(T) 크기 시편으로 준비하였다. 그리고, 상기 시편의 두께방향의 중심에 칼집을 내고 액체 질소로 동결한 뒤 두께 방향으로 이등분하여 절단하였다. 그리고, SEM 으로 상기 절단면의 사진을 얻은 후 이미지 분석 tool을 이용하여 100개의 기포 각각의 크기를 측정하였다. 그리고 그 평균 및 표준 편차를 구하고 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

실험예 4: 압축강도(kPa)

실시예 및 비교예의 페놀 발포체를 50mm(L)×50mm(W)×50mm(T) 크기의 시편으로 준비하고, 상기 시편을 Lloyd instrument社 LF Plus 만능재료시험기(Universal Testing Machine)의 넓은 판 사이에 두고, UTM 장비에서 시편 두께의 10%/min 속도로 설정하고, 압축강도 실험을 시작하여 두께가 감소되는 중에 도달하는 최대 하중을 기록하였다. 압축강도는 KS M ISO 844 규격의 방법으로 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다

실험예 5: 취성 (%)

실시예 및 비교예의 페놀 발포체를 25.4mm(L)×25.4mm(W)×25.4mm(T) 크기의 시편으로 12개씩 준비하고, 나무를 19mm(L)×19mm(W)×19mm(T) 크기로 준비한다. 그리고 197mm(L)×197mm(W)×190mm(T) 의 나무 상자에 상기 시편과 상기 나무 정육면체를 동시에 넣어 60rpm으로 10분 돌린 후 무게변화를 측정한다. 취성은 ASTM C421-08방법으로 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

실험예 6: 열전도율(W/m·K)

실시예 및 비교예의 발포체를 50㎜의 두께 및 300㎜×300㎜ 크기로 절단하여 시편을 준비하고, 상기 시편을 70℃에서 12시간으로 건조하여 전처리 하였다. 그리고, 상기 시편에 대해 KS L 9016(평판 열류계법 측정방법)의 측정 조건에 따라 평균 온도 20℃에서 HC-074-300(EKO社) 열전도율 기기를 사용하여 열전도율을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1 에 기재하였다.

실험예 7: 독립기포율(%)

실시예 및 비교예 각각의 발포체를 2.5㎝(L)X2.5㎝ (W)X2.5㎝(T)로 절단하여 시편을 제조하였다. 그리고, KS M ISO 4590 측정방법으로 독립기포율 측정기기(Quantachrome, ULTRAPYC 1200e) 장비를 사용하여 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

	밀도	기포 직경	기포 직경 편차	압축 강도	취성	열전도율	독립 기포율
실시예 1	32.3	150	29	140	18.0	0.0195	91
실시예 2	32.1	153	25	153	18.4	0.0192	92
실시예 3	32.3	141	17	142	19.0	0.0192	93
실시예 4	32.2	138	21	167	17.1	0.0185	93
실시예 5	32.0	157	29	128	19.7	0.0198	90
실시예 6	32.0	153	30	151	19.6	0.0193	91
실시예 7	31.3	133	25	158	19.2	0.0187	92
실시예 8	32.3	135	19	143	20.0	0.0194	93
비교예 1	35.5	173	52	150	17.0	0.0210	79
비교예 2	32.3	183	63	71	24	0.0214	70
비교예 3	31.1	190	50	84	32	0.0219	62
비교예 4	26.7	266	83	58	44	0.0223	58
비교예 5	30.7	218	67	69	26	0.0231	65
비교예 6	34.9	192	53	118	19	0.0208	72

상기 표 1에서 알 수 있듯이, 실시예의 페놀 발포체는 비교예의 페놀 발포체와 비교하여, 낮은 밀도로 경량화를 구현함과 동시에, 일정 크기의 균일한 기포 직경과 우수한 단열성, 그리고 우수한 압축강도 등의 물성을 동시에 나타내는 것을 볼 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (12)

1. 페놀계 수지, 발포제, 계면활성제 및 경화제를 포함하는 조성물의 발포 경화물이고,
   밀도는 30 kg/m3 내지 33 kg/m3 이고,
   KS M ISO 845 에 따른 압축강도는 90 kPa 내지 170kPa 이고,
   KS L 9016 에 따라 평균 온도 20℃에서 측정한 열전도율은 0.018W/mK 내지 0.020W/mK이고,
   발포체의 두께 방향을 이등분한 단면에서의 평균 기포 직경이 120㎛ 내지 170㎛ 이고,
   상기 단면에서의 기포 직경의 표준 편차가 30% 이하이고,
   ASTM C421-08에 따른 취성이 25 % 이하인
   페놀 발포체.
   
2. 제1항에 있어서,
   독립기포율이 75% 내지 98%인
   페놀 발포체.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 발포제는 탄소수 1 내지 8 의 지방족 탄화수소를 포함하는
   페놀 발포체.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 발포제는 상기 페놀 발포체 100 중량부 대비, 10 중량부 내지 13 중량부의 함량으로 포함되고,
   상기 조성물은 상기 페놀계 수지 100 중량부 대비, 상기 발포제: 상기 계면활성제를 1: 0.3 내지 1: 0.35의 중량비로 포함하며,
   상기 조성물은 상기 페놀계 수지 100 중량부 대비, 상기 발포제: 상기 경화제를 1: 1.5 내지 1: 1.8 의 중량비로 포함하는
   페놀 발포체.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 조성물은 핵제, 폴리에틸렌글리콜 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 첨가제를 더 포함하는
   페놀 발포체.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 핵제는 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)를 포함하는
   페놀 발포체.
   
10. 페놀계 수지, 발포제, 계면활성제 및 경화제를 포함하는 조성물을 준비하고, 상기 조성물을 교반하는 단계; 및
    교반된 상기 조성물을 토출하고, 발포 및 경화하는 단계;를 포함하고,
    상기 조성물은 상기 페놀계 수지 100 중량부 대비, 상기 발포제: 상기 계면활성제를 1: 0.3 내지 1: 0.35의 중량비로 포함하며,
    상기 조성물은 상기 페놀계 수지 100 중량부 대비, 상기 발포제: 상기 경화제를 1: 1.5 내지 1: 1.8 의 중량비로 포함하고,
    상기 발포제는 페놀 발포체 100 중량부 대비, 10 중량부 내지 13 중량부의 함량으로 포함되고,
    밀도는 30kg/m3 내지 33 kg/m3 이고,
    KS M ISO 845 에 따른 압축강도는 90 kPa 내지 170kPa 이고,
    KS L 9016 에 따라 평균 온도 20℃에서 측정한 열전도율은 0.018W/mK 내지 0.020W/mK이고,
    발포체의 두께 방향을 이등분한 단면에서의 평균 기포 직경이 130㎛ 내지 150㎛ 이고,
    상기 단면에서의 기포 직경의 표준 편차가 30 % 이하이고,
    ASTM C421-08에 따른 취성이 25 % 이하인
    페놀 발포체의 제조방법.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 교반 속도는 2,500rpm 내지 3,000rpm인
    페놀 발포체의 제조방법.
    
12. 제10항에 있어서,
    상기 교반된 조성물의 토출량은 28 g/min 내지 32g/min 인
    페놀 발포체의 제조방법.