KR102578672B1 - 메틸 포메이트를 이용한 폴리우레탄폼 조성물 및 그를 이용한 폴리우레탄폼 제조 방법 - Google Patents

메틸 포메이트를 이용한 폴리우레탄폼 조성물 및 그를 이용한 폴리우레탄폼 제조 방법 Download PDF

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Abstract

이 발명은 유해가스의 발생을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 난연 성능을 비롯한 기계적 물성이 우수한 폴리우레탄폼 조성물 및 그를 이용한 폴리우레탄폼 단열 시공방법에 관한 것이다. 이 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄폼 조성물은 폴리에스테르 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 페놀계 폴리올 중 선택된 어느 하나 이상의 폴리올(polyol)로 이루어진 폴리올 성분, 상기 폴리올 성분 100중량부에 대하여 폴리머릭 MDI(Polymeric Methylene Diphenyl Diisocyanate)계 이소시아네이트 화합물 100~120 중량부, 메틸 포메이트(Methyl Formate) 5~15 중량부, 글리세린 3~8 중량부, 이소프로필 벤젠(Isopropyl Benzene) 3~8 중량부, CNT(Carbon Nano Tube) 0.1~3 중량부, 글라스 버블(Glass Bubble) 5~10 중량부, 아민계 반응촉매 2~5 중량부를 포함하여 이루어진다.

Description

메틸 포메이트를 이용한 폴리우레탄폼 조성물 및 그를 이용한 폴리우레탄폼 제조 방법{Ployurethane foam composition and the method for producing polyurethan foam}
이 발명은 메틸 포메이트를 이용한 폴리우레탄폼 조성물 및 그를 이용한 폴리우레탄폼 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유해가스의 발생을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 난연 성능을 비롯한 기계적 물성이 우수한 폴리우레탄폼 조성물 및 그를 이용한 폴리우레탄폼 단열 시공방법에 관한 것이다.
건축물의 단열재로 많이 사용되고 있는 종래의 폴리우레탄폼은 시공이 용이하고 단열성능이 우수한 장점에도 불구하고 오존층을 파괴하는 물질로 알려진 CFC(염화불화탄소), HFC(수소불화탄소), HCFC(수소염화불화탄소) 등이 발포 과정에서 사용됨에 따라 그 사용이 제한되거나 사용이 금지되고 있다.
또한 일정 수준 이상의 난연 성능을 갖추지 못한 발포 팽창 폴리우레탄폼이 적용된 건축물 등에서 화재가 발생하는 경우에는 유독 가스로 인해 심각한 인명 피해를 입게 되는 문제가 있었다.
이에 관련 분야의 많은 연구 개발자들은 시공성능 및 단열성능은 우수하면서도 유해가스 및 유독가스 배출이 적은 폴린우레탄폼의 개발을 시도하고 있는 실정이다.
대한민국특허청 공개특허공보 10-2013-0068781 대한민국특허청 공개특허공보 10-2016-0023050 대한민국특허청 등록특허공보 10-2154867
이 발명은 유해가스의 발생을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 난연 성능을 비롯한 기계적 물성이 우수한 폴리우레탄폼 조성물 및 그를 이용한 폴리우레탄폼 단열 시공방법을 제공하는 데 목적이 있다.
전술한 바와 같은 발명의 목적 달성을 위한 수단으로 이 발명의 일 실시예는 다음과 같이 구성될 수 있다.
이 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄폼 조성물은 폴리에스테르 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 페놀계 폴리올 중 선택된 어느 하나 이상의 폴리올(polyol)로 이루어진 폴리올 성분, 상기 폴리올 성분 100중량부에 대하여 폴리머릭 MDI(Polymeric Methylene Diphenyl Diisocyanate)계 이소시아네이트 화합물 100~120 중량부, 메틸 포메이트(Methyl Formate) 5~15 중량부, 글리세린 3~8 중량부, 이소프로필 벤젠(Isopropyl Benzene) 3~8 중량부, CNT(Carbon Nano Tube) 0.1~3 중량부, 글라스 버블(Glass Bubble) 5~10 중량부, 아민계 반응촉매 2~5 중량부를 포함하여 이루어진다.
이 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄폼 조성물에서 글라스 버블은 평균직경이 15~30nm 이내이며, 비중이 0.3~0.5 g/㎤일 수 있다.
이 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄폼 조성물에서 폴리올 성분은 폴리에스테르 폴리올 30~40 중량%, 폴리에테르 폴리올 30~40 중량%, 페놀계 폴리올 30~40 중량%로 이루어질 수 있다.
이 발명의 일 실시예에 따른 폴리우레탄폼 제조방법은 폴리에스테르 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 페놀계 폴리올 중 선택된 어느 하나 이상의 폴리올(polyol)로 이루어진 폴리올 성분, 상기 폴리올 성분 100중량부에 대하여 폴리머릭 MDI(Polymeric Methylene Diphenyl Diisocyanate)계 이소시아네이트 화합물 100~120 중량부, 메틸 포메이트(Methyl Formate) 5~15 중량부, 글리세린 3~8 중량부, 이소프로필 벤젠(Isopropyl Benzene) 3~8 중량부, CNT(Carbon Nano Tube) 0.1~3 중량부, 글라스 버블(Glass Bubble) 5~10 중량부, 아민계 반응촉매 2~5 중량부로 이루어진 폴리우레탄폼 혼합물을 혼합하는 단계; 및 혼합단계에서 혼합된 혼합물을 상온의 조건에서 40~60분간 교반하는 단계; 교반단계서 교반된 혼합물을 충진대상 공간으로 주입하는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
이 발명에 따른 폴리우레탄폼 조성물 및 폴리우레탄폼 제조 방법에 따르면 폴리우레탄폼이 형성되는 과정에서 오존층을 파괴하는 물질로 알려진 CFC, HFC, HCFC 등이 사용되지 않고 메틸 포메이트가 사용이 됨에 따라 보다 환경친화적일 수 있으며, 발표제로 메틸 포메이트가 사용됨에 따른 기계적강도 등 물성 측면에서 불리하게 작용되는 측면은 CNT 및 글라스 버블의 혼합으로 보완할 수 있게 되는 효과가 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하면서 이 발명의 실시 예에 따른 폴리우레탄폼 조성물 및 그를 이용한 폴리우레탄폼 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
이 발명의 실시 예에 따른 폴리우레탄폼을 구성하는 조성물은 폴리에스테르 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 페놀계 폴리올 중 선택된 어느 하나 이상의 폴리올(polyol)로 이루어진 폴리올 성분, 폴리올 성분 100중량부에 대하여 폴리머릭 MDI(Polymeric Methylene Diphenyl Diisocyanate)계 이소시아네이트 화합물 100~120 중량부, 메틸 포메이트(Methyl Formate) 5~15 중량부, 글리세린 3~8 중량부, 이소프로필 벤젠(Isopropyl Benzene) 3~8 중량부, CNT(Carbon Nano Tube) 0.1~3 중량부, 글라스 버블(Glass Bubble) 5~10 중량부, 아민계 반응촉매 2~5 중량부를 포함하여 이루어진다.
우선, 폴리올 성분으로는 알코올 성분을 갖는 폴리에스테르 폴리올(Ployecter ployol), 폴리에테르 폴리올(Polyether ployol), 페놀계 폴리올(Phenol polyol)을 포함할 수 있다. 경질 폴리우레탄폼을 형성하는 경우에는 페놀계 폴리올을 사용하며, 연질 폴리우레탄폼을 형성하는 경우에는 폴리에스터 폴리올을 사용할 수 있으며, 난연 폴리우레탄폼을 형성하는 경우에는 폴리에테르 폴리올을 사용할 수 있다. 한편, 폴리우레탄폼이 사용되는 용도에 따라서는 폴리에스테르 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 페놀계 폴리올을 적절한 비율로 혼합하여 사용하는 것이 생산수율 및 반응시간을 고려할 때 유리하다.
폴리에스테르 폴리올의 수신기는 300~400, 폴리에테르 폴리올의 수신기는 200~400, 페놀계 폴리올의 수신기는 300~400이기 때문에, 폴리에스테르 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 페놀계 폴리올을 혼합하는 과정에서 폴리우레탄폼의 용도에 따라 배합비율을 정할 수 있다. 참고로, 수신기가 클수록 발포하는 알코올의 수가 크며, 발포에 유리하다.
한편, 이 발명의 실시 예에 따른 폴리우레탄폼에서는 폴리올 성분을 폴리에스테르 폴리올 30~40 중량%, 폴리에테르 폴리올 30~40 중량%, 페놀계 폴리올 30~40 중량%로 배합하는 것이 바람직하다.
이소시아네이트(Isocyanate) 화합물은 활성수소 원자를 가지고 있는 물질과 결합하여 수지화 반응을 하게 되는 것으로, 관능기가 2.6~3.0 범위의 폴리머릭 MDI(Polymeric Methylene Diphenyl Diisocyanate)이 적용될 수 있다.
한편, 폴리올 성분과 이소시아네이트 화합물이 상호 반응 과정에서 발포를 촉진하기 위한 발포제로는 메틸 포메이트(Methyl Formate)가 혼합된다.
가교제로는 글리세린, 안정제로는 이소프로필 벤젠(Isopropyl Benzene)이 혼합될 수 있다.
특히, 발포제로 사용되는 메틸 포메이트(Methyl Formate)는 CFC에 비하여 기계적 강도가 약하기 때문에, 기계적 강도를 보완하기 위해 평균직경이 15~30nm 이내이며, 비중이 0.3~0.5 g/㎤인 글라스 버블(Glass Bubble)이 혼합된다. 또한, 글라스 버블은 표면이 세라믹 성분으로 코팅된 특징을 갖게 됨에 따라 극저온에서도 보냉 효과를 높일 수 있을 뿐만 아니라 강도와 경도를 높일 수 있게 된다. 나아가, 폴리우레탄폼의 치수안정성을 높일 수 있게 된다.
또한, 난연성능을 높이기 위해서 CNT(Carbon Nano Tube)가 일정량 혼합될 수 있다. 글라스 버블과 함께 CNT가 혼합됨으로써 폴리우레탄폼의 난연성능을 더 높게 할 수 있다.
< 실시예 1 >
이 발명의 일 실시 예에 따른 폴리우레탄폼 조성물은 폴리에테르 폴리올 100 중량부, 폴리머릭 MDI 100 중량부, 메틸 포메이트 10 중량부, 글리세린 5 중량부, 이소프로필 벤젠 5 중량부, CNT 2.5 중량부, 글라스 버블 6 중량부, 반응촉매 3 중량부로 이루어진다.
< 실시예 2 >
이 발명의 다른 실시 예에 따른 폴리우레탄폼 조성물은 페놀계 폴리올 100 중량부, 폴리머릭 MDI 100 중량부, 메틸 포메이트 10 중량부, 글리세린 5 중량부, 이소프로필 벤젠 5 중량부, CNT 2 중량부, 글라스 버블 10 중량부, 반응촉매 3 중량부로 이루어진다.
< 실시예 3 >
이 발명의 또 다른 실시 예에 따른 폴리우레탄폼 조성물은 폴리올 성분 100 중량부, 폴리머릭 MDI 100 중량부, 메틸 포메이트 10 중량부, 글리세린 5 중량부, 이소프로필 벤젠 5 중량부, CNT 3 중량부, 글라스 버블 8 중량부, 반응촉매 10 중량부로 이루어진다. 이때, 폴리올 성분은 폴리에스테르 폴리올 33 중량%, 폴리에테르 폴리올 33 중량%, 페놀계 폴리올 34 중량%의 비율로 이루어진다.
< 실시예 4 >
이 발명의 또 다른 실시 예에 따른 폴리우레탄폼 조성물은 폴리에스테르 폴리올 100 중량부, 폴리머릭 MDI 100 중량부, 메틸 포메이트 10 중량부, 글리세린 5 중량부, 이소프로필 벤젠 5 중량부, CNT 1.5 중량부, 글라스 버블 10 중량부, 반응촉매 3 중량부로 이루어진다.
< 실시예 5 >
이 발명의 또 다른 실시 예에 따른 폴리우레탄폼 조성물은 폴리에테르 폴리올 100 중량부, 폴리머릭 MDI 100 중량부, 메틸 포메이트 10 중량부, 글리세린 5 중량부, 이소프로필 벤젠 5 중량부, CNT 1 중량부, 글라스 버블 10 중량부, 반응촉매 3 중량부로 이루어진다.
실시예 1 내지 실시예 5에 따른 비율로 폴리우레탄폼 조성물을 고르게 혼합한 후, 혼합된 폴리우레탄폼 혼합물을 상온의 온도 조건에서 40~60분간 교반하고, 교반된 혼합물을 충진대상 공간으로 주입하는 단계를 통해서 폴리우레탄폼이 형성된다.
특히, 이 발명의 각 실시 예에 따른 폴리우레탄폼 조성물에는 글라스 버블이 일정량 혼합됨에 따라서 폴리우레탄폼 혼합물의 점도를 낮춰 폴리우레탄폼 혼합물을 교반한 후 충진대상으로 이송하는 공정에서 유리하게 작용하게 될 뿐만 아니라 경화 후에는 기계적 강도 및 치수안정성이 유리해질 수 있다.
전술한 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 폴리우레탄폼 조성물로 형성된 폴리우레탄폼의 난연성능은 V-0로 난연성능을 만족하였고, 겉보기 비중(kg/㎥)은 31~35로 측정되었으며, 열전도율은(W/mk) 0.020~0.026으로 측정되었으며, 흡수량(g/100㎠)은 0.98~1.1로 측정되었으며, 압축강도(N/㎠)는 13~15로 측정되었으며, 굴곡강도(N/㎠)는 52~55로 측정되었다.
이상에서는 첨부된 도면들을 참조하면서 이 발명의 실시 예에 따른 폴리우레탄폼 조성물 및 그를 이용한 폴리우레탄폼 제조 방법에 대하여 설명하였다. 이러한 실시 예들은 이 발명의 청구범위에 기재된 기술 사상에 포함되는 것이다. 또한, 전술한 실시 예들은 예시적인 것에 불과한 것으로 한정 해석해서는 안될 것이다.

Claims (4)

  1. 폴리에스테르 폴리올 40 중량%, 폴리에테르 폴리올 30 중량%, 페놀계 폴리올 30 중량%가 혼합된 폴리올 성분, 상기 폴리올 성분 100중량부에 대하여 폴리머릭 MDI(Polymeric Methylene Diphenyl Diisocyanate)계 이소시아네이트 화합물 120 중량부, 메틸 포메이트(Methyl Formate) 8 중량부, 글리세린 3 중량부, 이소프로필 벤젠(Isopropyl Benzene) 3 중량부, CNT(Carbon Nano Tube) 1.5 중량부, 평균직경 15~30nm이며 비중이 0.3~0.5 g/㎤인 글라스 버블(Glass Bubble) 8 중량부, 아민계 반응촉매 3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄폼 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 폴리에스테르 폴리올 40 중량%, 폴리에테르 폴리올 30 중량%, 페놀계 폴리올 30 중량%가 혼합된 폴리올 성분, 상기 폴리올 성분 100중량부에 대하여 폴리머릭 MDI(Polymeric Methylene Diphenyl Diisocyanate)계 이소시아네이트 화합물 120 중량부, 메틸 포메이트(Methyl Formate) 8 중량부, 글리세린 3 중량부, 이소프로필 벤젠(Isopropyl Benzene) 5 중량부, CNT(Carbon Nano Tube) 1.5 중량부, 평균직경 15~30nm이며 비중이 0.3~0.5 g/㎤인 글라스 버블(Glass Bubble) 8 중량부, 아민계 반응촉매 3 중량부로 이루어진 폴리우레탄폼 혼합물을 혼합하는 단계;
    상기 단계에서 혼합된 혼합물을 상온의 조건에서 40~60분간 교반하는 단계; 및
    상기 교반단계에서 교반된 혼합물을 충진대상 공간으로 주입하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄폼 제조방법.
KR1020210015325A 2021-02-03 2021-02-03 메틸 포메이트를 이용한 폴리우레탄폼 조성물 및 그를 이용한 폴리우레탄폼 제조 방법 KR102578672B1 (ko)

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