KR102594257B1 - Manufacturing method of porous polyurethane foam having excellent flame retardancy - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 이소시아네이트와 폴리올의 중합반응에 의하여 형성된 다공성 폴리우레탄 폼으로서, 상기 다공성 폴리우레탄 폼 내의 기공을 둘러싸는 셀 벽에 산화물, 수산화물 및 인산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기질 입자가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 다공성 폴리우레탄 폼 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 폴리우레탄 폼의 우수한 단열성을 가지면서도 화재에 대한 안정성을 강화한 다공성 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있다.The present invention is a porous polyurethane foam formed by the polymerization reaction of isocyanate and polyol, and one or more inorganic particles selected from the group consisting of oxides, hydroxides, and phosphorylates are dispersed in the cell walls surrounding the pores in the porous polyurethane foam. It relates to porous polyurethane foam and its manufacturing method. According to the present invention, it is possible to manufacture porous polyurethane foam that has the excellent insulation properties of polyurethane foam and has enhanced stability against fire.
Description
본 발명은 폴리우레탄 폼 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우수한 단열성을 가지면서도 화재에 대한 안정성을 강화한 다공성 폴리우레탄 폼 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to polyurethane foam and a method of manufacturing the same, and more specifically, to a porous polyurethane foam with excellent thermal insulation properties and enhanced stability against fire, and a method of manufacturing the same.
폴리우레탄은 열경화성 수지는 아니지만 이와 유사한 3차원 구조를 갖는 플라스틱이다. 폴리우레탄의 특징으로 내화학성이 강하고 전기절연성을 나타내어 단열재 등에 사용되고 있으며, 신축성이 좋아서 고무 대체물질로도 사용되고 있다. Polyurethane is not a thermosetting resin, but is a plastic with a similar three-dimensional structure. Polyurethane has strong chemical resistance and electrical insulation properties, so it is used in insulation materials. It is also used as a substitute for rubber due to its good elasticity.
폴리우레탄 폼은 경제적으로 값이 싸고, 취급하기가 쉬우면서 단열성능이 우수하기 때문에, 건물용 단열재, 자동차용 단열재 등 다양한 용도로 활용되고 있다. 이러한 폴리우레탄 폼이나 소재는 화재가 발생할 경우 주로 일산화탄소를 생성하고 질소산화물 및 시안화수소를 생성한다. Polyurethane foam is economically inexpensive, easy to handle, and has excellent insulation performance, so it is used for various purposes such as building insulation and automobile insulation. When a fire occurs, these polyurethane foams or materials mainly produce carbon monoxide, nitrogen oxides, and hydrogen cyanide.
이러한 가연성으로 인하여, 화재가 발생할 경우 대형 인명사고를 초래하거나, 막대한 재산상의 손실을 초래할 수 있다. 폴리우레탄 단열재가 가벼우면서 가공이 용이하고, 또한 경제적으로 저렴하기 때문에 건물용 단열재 또는 자동차용 단열재로 많이 적용되고 있지만, 이러한 문제점으로 인하여 폴리우레탄 단열재 사용이 점차적으로 적용하기 어려워지고 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 폴리우레탄 단열재에 코팅하거나 요오드 등을 첨가하여 발화하기 어렵도록 하는 연구가 진행되고 있다. 또한, 폴리우레탄의 가연성 때문에 불연처리를 하거나 불연화 특성을 부여할 수 있는 첨가제를 넣는 방안도 연구되고 있다. Due to this flammability, if a fire occurs, it can cause serious casualties or huge property damage. Since polyurethane insulation is light, easy to process, and economically inexpensive, it is widely used as an insulation material for buildings or automobiles. However, due to these problems, the use of polyurethane insulation is gradually becoming difficult to apply. Therefore, in order to solve this problem, research is being conducted to make it difficult to ignite by coating polyurethane insulation or adding iodine. In addition, due to the flammability of polyurethane, methods of treating it as nonflammable or adding additives that can provide nonflammability properties are being studied.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 화재로 인한 유독가스 방출을 저감시키거나 화재발생을 억제하기 위하여, 폴리우레탄 폼 내부에 산화물, 수산화물 및 인산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기질 입자가 분산되게 하여 폴리우레탄 폼의 우수한 단열성을 가지면서도 화재에 대한 안정성을 강화한 난연 다공성 폴리우레탄 폼 및 그 제조방법을 제공함에 있다. The problem to be solved by the present invention is to reduce the emission of toxic gases caused by fire or suppress the occurrence of fire by dispersing at least one type of inorganic particles selected from the group consisting of oxides, hydroxides, and phosphorylates inside the polyurethane foam. The aim is to provide a flame-retardant porous polyurethane foam that has the excellent insulation properties of polyurethane foam while enhancing fire stability, and a method of manufacturing the same.
본 발명은, 이소시아네이트와 폴리올의 중합반응에 의하여 형성된 다공성 폴리우레탄 폼으로서, 상기 다공성 폴리우레탄 폼 내의 기공을 둘러싸는 셀 벽에 산화물, 수산화물 및 인산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기질 입자가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 다공성 폴리우레탄 폼을 제공한다. The present invention is a porous polyurethane foam formed by the polymerization reaction of isocyanate and polyol, and one or more inorganic particles selected from the group consisting of oxides, hydroxides, and phosphorylates are dispersed in the cell walls surrounding the pores in the porous polyurethane foam. Provides a porous polyurethane foam characterized in that it is.
상기 산화물은 표면이 친수성으로 되어 있는 흄드실리카를 포함할 수 있다.The oxide may include fumed silica with a hydrophilic surface.
상기 산화물은 표면이 소수성으로 되어 있는 흄드실리카를 포함할 수 있다.The oxide may include fumed silica with a hydrophobic surface.
상기 수산화물은 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. The hydroxide may include one or more materials selected from the group consisting of aluminum hydroxide and magnesium hydroxide.
상기 인산화물은 알루미늄포스페이트 및 암모늄포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The phosphorylate may include one or more substances selected from the group consisting of aluminum phosphate and ammonium phosphate.
상기 무기질 입자는 10nm보다 크고 100㎛보다 작은 크기의 입자를 포함할 수 있다.The inorganic particles may include particles larger than 10 nm and smaller than 100 μm.
또한, 본 발명은, (a) 이소시아네이트 용액을 형성하는 단계와, (b) 폴리올 용액을 형성하는 단계 및 (c) 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액을 혼합하고 이소시아네이트와 폴리올이 중합반응되게 하여 다공성 폴리우레탄 폼을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 이소시아네이트 용액 및 상기 폴리올 용액 중 적어도 하나의 용액에는 산화물, 수산화물 및 인산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기질 입자가 분산되어 있고, 상기 다공성 폴리우레탄 폼 내의 기공을 둘러싸는 셀 벽에 상기 산화물, 수산화물 및 인산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기질 입자가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 다공성 폴리우레탄 폼의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention includes the steps of (a) forming an isocyanate solution, (b) forming a polyol solution, and (c) mixing the isocyanate solution and the polyol solution and polymerizing the isocyanate and the polyol to form a porous poly. Comprising the step of forming a urethane foam, wherein at least one inorganic particle selected from the group consisting of oxide, hydroxide, and phosphorus is dispersed in at least one of the isocyanate solution and the polyol solution, and within the porous polyurethane foam. A method for producing porous polyurethane foam is provided, wherein one or more types of inorganic particles selected from the group consisting of oxides, hydroxides, and phosphorylates are dispersed in the cell walls surrounding the pores.
상기 산화물은 표면이 친수성으로 되어 있는 흄드실리카를 포함할 수 있다.The oxide may include fumed silica with a hydrophilic surface.
상기 산화물은 표면이 소수성으로 되어 있는 흄드실리카를 포함할 수 있다.The oxide may include fumed silica with a hydrophobic surface.
상기 수산화물은 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. The hydroxide may include one or more materials selected from the group consisting of aluminum hydroxide and magnesium hydroxide.
상기 인산화물은 알루미늄포스페이트 및 암모늄포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The phosphorylate may include one or more substances selected from the group consisting of aluminum phosphate and ammonium phosphate.
상기 무기질 입자는 10nm보다 크고 100㎛보다 작은 크기의 입자를 포함할 수 있다.The inorganic particles may include particles larger than 10 nm and smaller than 100 μm.
상기 이소시아네이트 용액은 메틸렌다이페닐다이이소시아네이트(MDI), 톨루엔디이소시아네이트(TDI), 헥사메틸렌다이이소네이트(HDI), 이소포론 다이이소네이트(IPDI) 및 자일릴렌디이소시아네이트(XDI)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The isocyanate solution is selected from the group consisting of methylene diphenyl diisocyanate (MDI), toluene diisocyanate (TDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI), and xylylene diisocyanate (XDI). It may contain more than one type of substance.
상기 폴리올 용액은 디에틸렌글리콘, 폴리에틸렌글리콜, 디플로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에스터, 폴리에테르 및 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMEG; Polytetramethylene Ether Glycol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The polyol solution contains at least one material selected from the group consisting of diethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, polyester, polyether, and polytetramethylene ether glycol (PTMEG; Polytetramethylene Ether Glycol). can do.
상기 (c) 단계에서, 트리에틸렌다이아민, 디메틸시클로헥실아민, 디메틸에탄올아민 및 1,4-다이아자바이사이클로옥탄(DABCO)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 아민화합물이 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액과 함께 혼합되게 하여 상기 중합반응이 이루어지게 할 수 있다.In step (c), at least one amine compound selected from the group consisting of triethylenediamine, dimethylcyclohexylamine, dimethylethanolamine, and 1,4-diazabicyclooctane (DABCO) is added to the isocyanate solution and the polyol solution. The polymerization reaction can be achieved by mixing together.
상기 (c) 단계에서, 알킬주석카르복실기, 알킬아연카르복실기, 알킬비스무스카르복실기 및 메르캅토기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 금속화합물이 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액과 함께 혼합되게 하여 상기 중합반응이 이루어지게 할 수 있다.In step (c), a metal compound containing at least one material selected from the group consisting of an alkyl tin carboxyl group, an alkyl zinc carboxyl group, an alkyl bismuth carboxyl group, and a mercapto group is mixed with the isocyanate solution and the polyol solution. A polymerization reaction can occur.
상기 (c) 단계에서, CO2 기체, 물(H2O), CFC11(Trichlorofluoromethane), HFC(pentafluoropropane), CHFC(1,1 Dichloro-1-fluoroethane), 시클로펜탄(cyclopentane), 메틸포르메이트(methyleformate), HFC-245fa(1,1,1,3,3-Pentafluoropropane) 및 HFO(Hydrofluoroolefin)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질이 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액과 함께 혼합되게 하여 상기 중합반응이 이루어지게 할 수 있다.In step (c), CO 2 gas, water (H 2 O), CFC11 (Trichlorofluoromethane), HFC (pentafluoropropane), CHFC (1,1 Dichloro-1-fluoroethane), cyclopentane, methyl formate ( The polymerization reaction is carried out by mixing one or more materials selected from the group consisting of methyleformate), HFC-245fa (1,1,1,3,3-Pentafluoropropane), and HFO (Hydrofluoroolefin) with the isocyanate solution and the polyol solution. It can be done.
본 발명에 의하면, 산화물, 수화물, 인산화물과 같은 무기질 입자를 폴리우레탄 폼에 도입하는 것에 의하여 폴리우레탄 폼 내의 셀 크기를 작게 하여서 열전도도를 개선하는 효과가 있다. 폴리우레탄 폼 내에 형성되는 기공의 크기는 수백 마이크로미터에서 밀리미터 수준의 큰 기공이 형성되는데, 무기질 입자가 들어갔을 때, 무기질 입자가 기화되는 기체를 흡수하고 기공의 핵(nucleating agent)으로서 역할을 하는 것에 의하여 기공의 크기가 감소하는 경향을 보인다. 이로 말미암아 기공의 크기가 작아지고 이는 열전도율의 감소로 이어진다. 기공의 크기가 작아지는 것은 대류에 의한 열전달을 방해하는 요소로 작용하기 때문에 이로 말미암아 열전도율이 낮아지고 단열효과가 개선될 수 있다. 또한, 수산화물과 화학결합된 물분자가 분해되기 위해서는 열을 흡수해야 하고, 무기질 입자는 열에 의해서 분해가 되지 않기 때문에 폴리우레탄 폼이 연소되는 것을 방해하는 작용을 한다. 인산화물의 경우에도 인산화물이 분해가 되면서 폴리우레탄을 탄화시키는 역할을 하며, 이때 생성된 탄화물이 폴리우레탄의 연소를 방해하는 작용을 한다. 또한, 단위 질량당 연소되는 폴리우레탄이 무기질 입자의 함유량에 따라 감소하기 때문에 발생하는 단위질량당 발열량이 감소하는 효과로 말미암아 폴리우레탄 폼의 난연효과를 가져온다. According to the present invention, by introducing inorganic particles such as oxides, hydrates, and phosphorylates into polyurethane foam, the cell size within the polyurethane foam is reduced, thereby improving thermal conductivity. The size of pores formed within polyurethane foam ranges from hundreds of micrometers to millimeters in size. When inorganic particles enter, the inorganic particles absorb the vaporized gas and act as a nucleating agent for the pores. As a result, the pore size tends to decrease. As a result, the size of the pores becomes smaller, which leads to a decrease in thermal conductivity. Since the smaller pore size acts as a factor that hinders heat transfer by convection, this can lower the thermal conductivity and improve the insulation effect. In addition, in order for water molecules chemically bonded with hydroxide to decompose, heat must be absorbed, and since inorganic particles do not decompose by heat, they act to prevent polyurethane foam from burning. In the case of phosphorylate, the phosphorylate decomposes and plays a role in carbonizing polyurethane, and the carbide produced at this time acts to hinder the combustion of polyurethane. In addition, the amount of polyurethane burned per unit mass decreases depending on the content of inorganic particles, resulting in a decrease in the amount of heat generated per unit mass, resulting in a flame retardant effect of polyurethane foam.
상기 무기질 입자는 기공을 둘러싸는 셀 벽에 분산되어 있는데, 이는 폴리우레탄 폼이 가지고 있는 화재 위험성을 낮추는 효과가 있다. The inorganic particles are dispersed in the cell walls surrounding the pores, which has the effect of lowering the fire risk of polyurethane foam.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리우레탄 폼의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 실시예 4에 따라 알루미늄포스페이트를 첨가하여 제조된 폴리우레탄 폼의 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 사진과 EDX(energy dispersive X-ray analsysis) 성분 분석 그림이다.
도 3은 실시예 5에 따라 암모늄포스페이트를 첨가하여 제조된 폴리우레탄 폼의 주사전자현미경(SEM) 사진 EDX(energy dispersive X-ray analsysis) 성분분석 그림이다.
도 4는 실시예 6에 따라 암모늄포스페이트와 수산화알루미늄을 첨가하여 제조된 폴레우레탄 폼의 주사전자현미경(SEM) 사진 EDX(energy dispersive X-ray analsysis) 성분분석 그림이다.
도 5는 실시예 4에 따라 알루미늄포스페이트를 첨가하여 제조된 폴리우레탄 폼의 시차열분석과 열중량분석 그래프이다.
도 6은 실시예 5에 따라 암모늄포스페이트를 첨가하여 제조된 폴리우레탄 폼의 시차열분석과 열중량분석 그래프이다.
도 7은 실시예 6에 따라 암모늄포스페이트와 수산화알루미늄을 첨가하여 제조된 폴레우레탄 폼의 시차열분석과 열중량분석 그래프이다.
도 8은 실시예 7에 따라 수산화마그네슘과 암모늄포스페이트를 첨가하여 제조된 폴레우레탄 폼의 시차열분석과 열중량분석 그래프이다.1 is a diagram showing the structure of polyurethane foam according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph and an energy dispersive
Figure 3 is a scanning electron microscope (SEM) photo EDX (energy dispersive
Figure 4 is a scanning electron microscope (SEM) photo EDX (energy dispersive
Figure 5 is a differential thermal analysis and thermogravimetric analysis graph of polyurethane foam manufactured by adding aluminum phosphate according to Example 4.
Figure 6 is a differential thermal analysis and thermogravimetric analysis graph of polyurethane foam prepared by adding ammonium phosphate according to Example 5.
Figure 7 is a differential thermal analysis and thermogravimetric analysis graph of polyurethane foam prepared by adding ammonium phosphate and aluminum hydroxide according to Example 6.
Figure 8 is a differential thermal analysis and thermogravimetric analysis graph of polyurethane foam prepared by adding magnesium hydroxide and ammonium phosphate according to Example 7.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. However, the following examples are provided to enable those skilled in the art to fully understand the present invention, and may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is limited to the examples described below. It doesn't work.
발명의 상세한 설명 또는 청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.When it is said that one component "includes" another component in the detailed description or claims of the invention, this shall not be construed as being limited to consisting of only that component, unless specifically stated to the contrary, and other components may not be added. It must be understood that it can be included.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다공성 폴리우레탄 폼은, 이소시아네이트와 폴리올의 중합반응에 의하여 형성된 다공성 폴리우레탄 폼으로서, 상기 다공성 폴리우레탄 폼 내의 기공을 둘러싸는 셀 벽에 산화물, 수산화물 및 인산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기질 입자가 분산되어 있다. The porous polyurethane foam according to a preferred embodiment of the present invention is a porous polyurethane foam formed by the polymerization reaction of isocyanate and polyol, and the cell walls surrounding the pores in the porous polyurethane foam are composed of oxides, hydroxides, and phosphorylates. One or more types of inorganic particles selected from the group are dispersed.
상기 산화물은 표면이 친수성으로 되어 있는 흄드실리카를 포함할 수 있다.The oxide may include fumed silica with a hydrophilic surface.
상기 산화물은 표면이 소수성으로 되어 있는 흄드실리카를 포함할 수 있다.The oxide may include fumed silica with a hydrophobic surface.
상기 수산화물은 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. The hydroxide may include one or more materials selected from the group consisting of aluminum hydroxide and magnesium hydroxide.
상기 인산화물은 알루미늄포스페이트 및 암모늄포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The phosphorylate may include one or more substances selected from the group consisting of aluminum phosphate and ammonium phosphate.
상기 무기질 입자는 10nm보다 크고 100㎛보다 작은 크기의 입자를 포함할 수 있다.The inorganic particles may include particles larger than 10 nm and smaller than 100 μm.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다공성 폴리우레탄 폼의 제조방법은, (a) 이소시아네이트 용액을 형성하는 단계와, (b) 폴리올 용액을 형성하는 단계 및 (c) 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액을 혼합하고 이소시아네이트와 폴리올이 중합반응되게 하여 다공성 폴리우레탄 폼을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 이소시아네이트 용액 및 상기 폴리올 용액 중 적어도 하나의 용액에는 산화물, 수산화물 및 인산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기질 입자가 분산되어 있고, 상기 다공성 폴리우레탄 폼 내의 기공을 둘러싸는 셀 벽에 상기 산화물, 수산화물 및 인산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기질 입자가 분산되어 있다.A method for producing porous polyurethane foam according to a preferred embodiment of the present invention includes (a) forming an isocyanate solution, (b) forming a polyol solution, and (c) mixing the isocyanate solution and the polyol solution. And polymerizing the isocyanate and the polyol to form a porous polyurethane foam, wherein at least one of the isocyanate solution and the polyol solution contains one or more inorganic particles selected from the group consisting of oxides, hydroxides, and phosphorylates. is dispersed, and one or more types of inorganic particles selected from the group consisting of the oxide, hydroxide, and phosphorus are dispersed in the cell walls surrounding the pores in the porous polyurethane foam.
상기 산화물은 표면이 친수성으로 되어 있는 흄드실리카를 포함할 수 있다.The oxide may include fumed silica with a hydrophilic surface.
상기 산화물은 표면이 소수성으로 되어 있는 흄드실리카를 포함할 수 있다.The oxide may include fumed silica with a hydrophobic surface.
상기 수산화물은 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. The hydroxide may include one or more materials selected from the group consisting of aluminum hydroxide and magnesium hydroxide.
상기 인산화물은 알루미늄포스페이트 및 암모늄포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The phosphorylate may include one or more substances selected from the group consisting of aluminum phosphate and ammonium phosphate.
상기 무기질 입자는 10nm보다 크고 100㎛보다 작은 크기의 입자를 포함할 수 있다.The inorganic particles may include particles larger than 10 nm and smaller than 100 μm.
상기 이소시아네이트 용액은 메틸렌다이페닐다이이소시아네이트(MDI), 톨루엔디이소시아네이트(TDI), 헥사메틸렌다이이소네이트(HDI), 이소포론 다이이소네이트(IPDI) 및 자일릴렌디이소시아네이트(XDI)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The isocyanate solution is selected from the group consisting of methylene diphenyl diisocyanate (MDI), toluene diisocyanate (TDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI), and xylylene diisocyanate (XDI). It may contain more than one type of substance.
상기 폴리올 용액은 디에틸렌글리콘, 폴리에틸렌글리콜, 디플로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에스터, 폴리에테르 및 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMEG; Polytetramethylene Ether Glycol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The polyol solution contains at least one material selected from the group consisting of diethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, polyester, polyether, and polytetramethylene ether glycol (PTMEG; Polytetramethylene Ether Glycol). can do.
상기 (c) 단계에서, 트리에틸렌다이아민, 디메틸시클로헥실아민, 디메틸에탄올아민 및 1,4-다이아자바이사이클로옥탄(DABCO)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 아민화합물이 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액과 함께 혼합되게 하여 상기 중합반응이 이루어지게 할 수 있다.In step (c), at least one amine compound selected from the group consisting of triethylenediamine, dimethylcyclohexylamine, dimethylethanolamine, and 1,4-diazabicyclooctane (DABCO) is added to the isocyanate solution and the polyol solution. The polymerization reaction can be achieved by mixing together.
상기 (c) 단계에서, 알킬주석카르복실기, 알킬아연카르복실기, 알킬비스무스카르복실기 및 메르캅토기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 금속화합물이 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액과 함께 혼합되게 하여 상기 중합반응이 이루어지게 할 수 있다.In step (c), a metal compound containing at least one material selected from the group consisting of an alkyl tin carboxyl group, an alkyl zinc carboxyl group, an alkyl bismuth carboxyl group, and a mercapto group is mixed with the isocyanate solution and the polyol solution. A polymerization reaction can occur.
상기 (c) 단계에서, CO2 기체, 물(H2O), CFC11(Trichlorofluoromethane), HFC(pentafluoropropane), CHFC(1,1 Dichloro-1-fluoroethane), 시클로펜탄(cyclopentane), 메틸포르메이트(methyleformate), HFC-245fa(1,1,1,3,3-Pentafluoropropane) 및 HFO(Hydrofluoroolefin)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질이 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액과 함께 혼합되게 하여 상기 중합반응이 이루어지게 할 수 있다.In step (c), CO 2 gas, water (H 2 O), CFC11 (Trichlorofluoromethane), HFC (pentafluoropropane), CHFC (1,1 Dichloro-1-fluoroethane), cyclopentane, methyl formate ( The polymerization reaction is carried out by mixing one or more materials selected from the group consisting of methyleformate), HFC-245fa (1,1,1,3,3-Pentafluoropropane), and HFO (Hydrofluoroolefin) with the isocyanate solution and the polyol solution. It can be done.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다공성 폴리우레탄 폼을 더욱 구체적으로 설명한다. Below, the porous polyurethane foam according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다공성 폴리우레탄 폼의 구조를 보여주는 도면이다. Figure 1 is a diagram showing the structure of porous polyurethane foam according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다공성 폴리우레탄 폼은, 이소시아네이트와 폴리올의 중합반응에 의하여 형성된 폴리우레탄 폼으로서, 상기 다공성 폴리우레탄 폼 내의 기공(10)을 둘러싸는 셀 벽(20)에 무기질 입자(30)가 분산되어 있다. 상기 무기질 입자는 산화물, 수산화물 및 인산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 입자일 수 있다.Referring to Figure 1, the porous polyurethane foam according to a preferred embodiment of the present invention is a polyurethane foam formed by the polymerization reaction of isocyanate and polyol, and has a cell wall surrounding the pores 10 in the porous polyurethane foam ( Inorganic particles 30 are dispersed in 20). The inorganic particles may be one or more types of particles selected from the group consisting of oxides, hydroxides, and phosphorylates.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리우레탄 폼은 다공성을 나타내며, 셀 벽(20)이 기공(10)을 둘러싸고 있는 형태를 이루고 있다. The polyurethane foam according to a preferred embodiment of the present invention is porous, and the cell walls 20 surround the pores 10.
기공(10)을 둘러싸는 셀 벽(20)에는 무기질 입자(30)가 분산되어 있다. 상기 무기질 입자는 10nm에서 100㎛ 사이의 크기를 갖는 입자로 구성되는 것이 바람직하며, 화재시에 흡열 반응을 할 수 있는 수산화물 입자, 인산화물 입자, 산화물 입자 또는 이들의 혼합물일 수 있다. Inorganic particles 30 are dispersed in the cell wall 20 surrounding the pores 10. The inorganic particles are preferably composed of particles having a size between 10 nm and 100 ㎛, and may be hydroxide particles, phosphorite particles, oxide particles, or a mixture thereof that can undergo an endothermic reaction in the event of fire.
상기 무기질 입자(30)는 10nm 보다 작은 크기의 입자인 경우 겉보기 밀도가 매우 낮아서, 예를 들면, 0.1g/cc 정도로 질량 대비 부피가 크기 때문에 폴리우레탄 폼 내에 무기질 나노입자를 분산시키는 것이 매우 어렵다. 또한, 100㎛ 이상의 입자인 경우 폴리우레탄 폼의 원료인 이소시아네이트 용액이나 폴리올 용액 내에 분산시키는 것이 매우 어려운 점이 있다. 따라서, 상기 무기질 입자는 폴리우레탄 원료 용액인 이소시아네이트나 폴리올 용액에 잘 분산되는 크기나 표면 형태를 갖는 것이 필요하다. 상기 산화물 입자의 경우 친수성으로 표면이 개질된 산화물 입자이거나, 소수성으로 표면이 개질된 산화물 입자일 수 있다. 상기 산화물 입자의 일 예로 흄드실리카를 예를 들 수 있으며, 실란으로 표면이 처리가 되어서 표면이 소수성으로 되어 있는 흄드실리카이거나, 혹은 실란 표면처리가 되지 않아서 표면이 수산화기로 되어 있어서 친수성을 갖는 흄드실리카일 수도 있다. 친수성을 갖는 무기질 입자의 경우 폴리올 용액 내에 분산이 잘 되며, 이소시아네이트에도 분산이 잘 된다. 하지만, 소수성 입자의 경우는 폴리올 보다는 이소시아네이트에 잘 분산이 되기 때문에 이러한 입자의 표면 형태, 친수성인가 소수성인가에 따라서 무기질 입자를 이소시아네이트에 분산시킬지 아니면 폴리올에 분산시킬지를 결정할 수 있다. When the inorganic particles 30 are particles smaller than 10 nm, the apparent density is very low, for example, about 0.1 g/cc, so the volume to mass ratio is large, so it is very difficult to disperse the inorganic nanoparticles in the polyurethane foam. Additionally, in the case of particles larger than 100㎛, it is very difficult to disperse them in an isocyanate solution or polyol solution, which are raw materials for polyurethane foam. Therefore, the inorganic particles need to have a size or surface shape that allows them to be well dispersed in an isocyanate or polyol solution, which is a polyurethane raw material solution. In the case of the oxide particle, it may be an oxide particle whose surface is modified to be hydrophilic, or it may be an oxide particle whose surface is modified to be hydrophobic. An example of the oxide particle is fumed silica, which is either fumed silica whose surface is treated with silane and thus has a hydrophobic surface, or which is not treated with silane and whose surface is a hydroxyl group and thus hydrophilic. It could be fumed silica. In the case of inorganic particles with hydrophilic properties, they disperse well in polyol solutions and also disperse well in isocyanate. However, since hydrophobic particles are better dispersed in isocyanate than polyol, it can be determined whether the inorganic particles are dispersed in isocyanate or polyol depending on the surface shape of the particles and whether they are hydrophilic or hydrophobic.
상기 무기질 입자(30)는 수산화알루미늄이나 수산화마그네슘과 같은 수산화물(수산화화합물)의 입자일 수 있다. 수산화물의 경우 결합된 물분자를 분해하기 위해서는 흡열반응이 필요하다. 따라서, 화재가 발생할 경우 폴리우레탄 폼 내에 들어있는 수산화물의 흡수열에 따라서 화재를 지연하는 효과를 가져올 수 있다. 수산화물의 경우 폴리올 용액에 분산한 후 이소시아네이트와 반응시키는 것이 바람직하다. The inorganic particles 30 may be particles of hydroxide (hydroxide compound) such as aluminum hydroxide or magnesium hydroxide. In the case of hydroxide, an endothermic reaction is required to decompose the bound water molecules. Therefore, if a fire occurs, it can have the effect of delaying the fire depending on the heat absorbed by the hydroxide contained in the polyurethane foam. In the case of hydroxide, it is preferable to disperse it in a polyol solution and then react it with isocyanate.
상기 무기질 입자(30)는 암모늄포스페이트나 알루미늄포스페이트와 같은 인산물(인산화합물)일 수 있다. 암모늄포스페이트나 알루미늄포스페이트와 같은 인산화물의 경우 폴리우레탄 폼을 분해할 때, 탄소화시켜서 표면을 탄화함으로써 화재를 지연하는 효과가 있다. The inorganic particles 30 may be phosphoric acid (phosphoric acid compound) such as ammonium phosphate or aluminum phosphate. In the case of phosphorus compounds such as ammonium phosphate or aluminum phosphate, they have the effect of delaying a fire by carbonizing the surface when decomposing polyurethane foam.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다공성 폴리우레탄 폼의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the method for manufacturing porous polyurethane foam according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.
이소시아네이트 용액을 형성한다. 상기 이소시아네이트 용액은 메틸렌다이페닐다이이소시아네이트(MDI), 톨루엔디이소시아네이트(TDI), 헥사메틸렌다이이소네이트(HDI), 이소포론 다이이소네이트(IPDI) 및 자일릴렌디이소시아네이트(XDI)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.An isocyanate solution is formed. The isocyanate solution is selected from the group consisting of methylene diphenyl diisocyanate (MDI), toluene diisocyanate (TDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI), and xylylene diisocyanate (XDI). It may contain more than one type of substance.
폴리올 용액을 형성한다. 상기 폴리올 용액은 디에틸렌글리콘, 폴리에틸렌글리콜, 디플로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에스터, 폴리에테르 및 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMEG; Polytetramethylene Ether Glycol)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 상기 폴리올 용액의 경우, 수산기를 2개 가진 것을 글리콜 또는 디올이라 하며, 디에틸렌글리콘, 폴리에틸렌글리콜은 에틸렌글리콜을 에테르화한 것이고, 디플로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜은 프로필렌글리콜을 에테르화한 것이다. A polyol solution is formed. The polyol solution contains at least one material selected from the group consisting of diethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, polyester, polyether, and polytetramethylene ether glycol (PTMEG; Polytetramethylene Ether Glycol). can do. In the case of the polyol solution, those with two hydroxyl groups are called glycols or diols, diethylene glycol and polyethylene glycol are etherified ethylene glycol, and dipropylene glycol and polypropylene glycol are etherified propylene glycol. .
상기 이소시아네이트 용액 및 상기 폴리올 용액 중 적어도 하나의 용액에는 무기질 입자가 분산되어 있다. 상기 무기질 입자는 산화물, 수산화물 및 인산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 입자일 수 있다. 이소시아네이트 용액이나 폴리올 용액은 친수성 입자를 분산시키기가 용이한 점이 있다. 하지만, 이소시아네이트 용액이나 폴리올 용액 내에 실란과 같은 분산제 혹은 계면활성제를 사용한 경우 소수성 입자도 분산이 가능하다. Inorganic particles are dispersed in at least one of the isocyanate solution and the polyol solution. The inorganic particles may be one or more types of particles selected from the group consisting of oxides, hydroxides, and phosphorylates. Isocyanate solutions or polyol solutions make it easy to disperse hydrophilic particles. However, when a dispersant such as silane or a surfactant is used in an isocyanate solution or polyol solution, hydrophobic particles can also be dispersed.
상기 폴리우레탄 폼의 셀 벽에 무기질 입자(나노기공 무기소재)를 분산시키 위하여 이소시아네이트가 들어가 있는 용액이나, 폴리올이 들어가 있는 폴리올 용액에 무기질 입자를 분산시킨다. 상기 무기질 입자는 표면이 친수성이거나 소수성으로 개질되어 있을 수 있다. 무기질 입자가 산화물 입자인 경우 표면이 수산화기(OH)를 함유하는 형태의 친수성 형태이거나 혹은 실란화합물로 처리가 되어 표면이 알킬기로 치환되어 소수성을 띠게 할 수 있다. In order to disperse inorganic particles (nanopore inorganic material) on the cell walls of the polyurethane foam, the inorganic particles are dispersed in a solution containing isocyanate or a polyol solution containing polyol. The surface of the inorganic particle may be modified to be hydrophilic or hydrophobic. If the inorganic particle is an oxide particle, the surface may be hydrophilic in the form of a hydroxyl group (OH), or may be treated with a silane compound and the surface may be substituted with an alkyl group to make it hydrophobic.
무기질 입자의 입도, 기공 크기, 비표면적 등에 따라서 분산시키는 양이 달라질 수 있는데, 이소시아네이트 용액이나 폴리올 용액 대비 0.1∼50% 정도의 중량비로 무기질 입자를 분산시키는 것이 바람직하다. 무기질 입자를 50%를 초과하여 분산시킬 경우는 용액의 점도가 증가하여 균일하게 분산하지 않거나 이소시아네이트 용액과 폴리올 용액의 혼합에 의한 폴리우레탄 반응이 균일하게 일어나지 않는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 무기질 입자의 함량비는 50% 이내의 범위를 유지하는 것이 바람직하다.The amount of dispersion may vary depending on the particle size, pore size, specific surface area, etc. of the inorganic particles, but it is preferable to disperse the inorganic particles at a weight ratio of about 0.1 to 50% compared to the isocyanate solution or polyol solution. If the inorganic particles are dispersed in excess of 50%, the viscosity of the solution may increase, which may cause problems such as not being uniformly dispersed or the polyurethane reaction due to mixing of the isocyanate solution and the polyol solution not occurring uniformly. Therefore, it is desirable to maintain the content ratio of inorganic particles within 50%.
상기 무기질 입자는 입자의 크기는 10nm에서 100 마이크로미터 이하의 것이 바람직하다. 크기가 10nm 이하의 경우 폴리우레탄 폼을 이루는 원료에 분산하는 것이 어렵기 때문에 이보다 작은 입자는 바람직하지 않다. 또한, 입자 크기가 100마이크로미터보다 크면 폴리우레탄 원료인 이소시아네이트 용액이나 폴리올 용액 내에 분산시키는 것이 어려울 수 있고 궁극적으로 용액 내에 침전이 일어나기 때문에 균일한 분산이 어려운 단점이 있을 수 있다. The inorganic particles preferably have a particle size of 10 nm to 100 micrometers or less. If the size is less than 10nm, it is difficult to disperse it in the raw materials that make up polyurethane foam, so particles smaller than this are not desirable. In addition, if the particle size is larger than 100 micrometers, it may be difficult to disperse in an isocyanate solution or polyol solution, which is a polyurethane raw material, and ultimately precipitation occurs in the solution, which may have the disadvantage of making uniform dispersion difficult.
상기 무기질 입자는 흄드실리카와 같은 산화물 입자일 수 있는데, 소수성 실흄드실리카의 경우, 실란으로 표면이 개질되어 있어서 소수성을 갖는데, 이를 이소시아네이트 용액이나 폴리올 용액에 분산시키는 것이 가능하다. 상기 흄드실리카는 는 친수성으로 표면이 개질된 무기질 입자일 수 있다. 친수성인 무기질 입자도 분산이 가능하다. 예를 들면, 일반적인 흄드실리카의 경우 친수성을 갖는데, 이를 분산시키는 것도 가능하다. The inorganic particles may be oxide particles such as fumed silica. In the case of hydrophobic fumed silica, the surface is modified with silane and thus has hydrophobicity, and it is possible to disperse it in an isocyanate solution or polyol solution. The fumed silica may be an inorganic particle whose surface is modified to be hydrophilic. Hydrophilic inorganic particles can also be dispersed. For example, general fumed silica has hydrophilic properties, and it is also possible to disperse it.
상기 무기질 입자는 수산화알루미늄이나 수산화마그네슘과 같은 수산화물 입자일 수 있다. 수산화물(수산화화합물)의 경우 결합된 물분자를 분해하기 위해서는 흡열반응이 필요하다. 따라서 화재가 발생할 경우 폴리우레탄 내에 들어있는 수산화물의 흡수열에 따라서 화재를 지연하는 효과를 가져올 수 있다. 이러한 수산화물의 경우 폴리올 용액에 분산한 후 이소시아네이트와 반응시키는 것이 바람직하다. The inorganic particles may be hydroxide particles such as aluminum hydroxide or magnesium hydroxide. In the case of hydroxide (hydroxide compound), an endothermic reaction is necessary to decompose the bound water molecules. Therefore, if a fire occurs, it can have the effect of delaying the fire depending on the heat absorbed by the hydroxide contained in polyurethane. In the case of such hydroxides, it is preferable to disperse them in a polyol solution and then react them with isocyanate.
상기 무기질 입자는 암모늄포스페이트나 알루미늄포스페이트와 같은 인산화물 입자일 수 있다. 암모늄포스페이트나 알루미늄포스페이트와 같은 인산화물(인산화합물)의 경우 폴리우레탄 폼을 분해할 때, 탄소화시켜서 표면을 탄화함으로써 화재를 지연하는 효과가 있다. The inorganic particles may be phosphate particles such as ammonium phosphate or aluminum phosphate. In the case of phosphorus compounds such as ammonium phosphate or aluminum phosphate, when decomposing polyurethane foam, it carbonizes the surface and has the effect of delaying a fire.
또한, 상기 무기질 입자는 산화물, 수산화물, 그리고 인산화물이 2종 이상 복합화된 형태의 입자일 수도 있다. Additionally, the inorganic particles may be particles in the form of two or more complexes of oxides, hydroxides, and phosphorylates.
상기 무기질 입자를 넣을 때, 예를 들면 소수성 무기질 입자를 폴리올 용액 내에 분산시키는 것은 쉽지가 않을 수 있다. 무기질 입자를 분산시키기 위해서는 계면활성제를 넣어서 소수성 무기질 입자의 한 쪽 끝에는 계면활성제의 친유기가, 그리고 다른 한쪽 끝에는 친수기가 붙어 있도록 하여 분산이 잘 이루어지도록 할 수도 있다. 대표적인 계면활성제가 도데실 황산나트륨(Sodium dodecyl sulfate, SDS)이다. 이 외에도 세트리모늄 프로마이드(CTAB)과 같은 양이온성 계면활성제, 포스파리피드계 계면활성제, 옥타에틸렌 글리콜 모노도데실 에테르와 같은 지방 알코올 에톡실레이트계 계면활성제, Triton X-100과 같은 알킬페놀에톡실레이트계 계면활정제, 글리세롤의 지방산에테르계 계면활성제, Span계 계면활성제, Tween계 계면활성제, 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 메틸트리클로로실란, 글리시독시트리에톡시실란과 같은 실란계의 계면활성제를 사용할 수도 있다. 계면활성제가 들어갈 때 폴리우레탄 폼 내에 형성된 기공의 크기, 즉 셀의 구조를 안정화시키고, 거품의 붕괴 및 표면공극을 방지할 수 있는 잇점도 있다. When adding the inorganic particles, for example, it may not be easy to disperse the hydrophobic inorganic particles in the polyol solution. To disperse inorganic particles, a surfactant may be added to ensure good dispersion by attaching the lipophilic group of the surfactant to one end of the hydrophobic inorganic particle and the hydrophilic group to the other end. A representative surfactant is sodium dodecyl sulfate (SDS). In addition, cationic surfactants such as cetrimonium promide (CTAB), phosphalipid-based surfactants, fatty alcohol ethoxylate-based surfactants such as octaethylene glycol monododecyl ether, and alkylphenols such as Triton X-100. Ethoxylate-based surfactant, glycerol fatty acid ether-based surfactant, Span-based surfactant, Tween-based surfactant, methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, methyltrichlorosilane, glycidoxytriethoxysilane. Silane-based surfactants such as can also be used. When a surfactant is added, it has the advantage of stabilizing the size of the pores formed within the polyurethane foam, that is, the cell structure, and preventing the collapse of the foam and surface voids.
상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액을 혼합하고 이소시아네이트와 폴리올이 중합반응되게 하여 다공성 폴리우레탄 폼을 형성한다. The isocyanate solution and the polyol solution are mixed and the isocyanate and polyol are polymerized to form porous polyurethane foam.
상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액을 혼합할 때, 트리에틸렌다이아민, 디메틸시클로헥실아민, 디메틸에탄올아민 및 1,4-다이아자바이사이클로옥탄(DABCO)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 아민화합물(아민계 촉매)을 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액과 함께 혼합하여 상기 중합반응이 이루어지게 할 수 있고, 상기 이소시아네이트 용액이나 상기 폴리올 용액에 상기 아민화합물을 미리 혼합하고 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액을 혼합할 수도 있다. 상기 아민화합물은 상기 이소시아네이트 용액이나 상기 폴리올 용액 대비 5% 이내의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하다. When mixing the isocyanate solution and the polyol solution, at least one amine compound (amine-based) selected from the group consisting of triethylenediamine, dimethylcyclohexylamine, dimethylethanolamine, and 1,4-diazabicyclooctane (DABCO) The polymerization reaction may be achieved by mixing a catalyst) with the isocyanate solution and the polyol solution, or the amine compound may be mixed in advance with the isocyanate solution or the polyol solution and then mixed with the isocyanate solution and the polyol solution. there is. The amine compound is preferably mixed at a weight ratio of less than 5% compared to the isocyanate solution or the polyol solution.
상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액을 혼합할 때, 알킬주석카르복실기, 알킬아연카르복실기, 알킬비스무스카르복실기 및 메르캅토기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 금속화합물(금속착물 촉매)을 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액과 함께 혼합하여 상기 중합반응이 이루어지게 할 수 있고, 상기 이소시아네이트 용액이나 상기 폴리올 용액에 상기 금속화합물을 미리 혼합하고 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액을 혼합할 수도 있다. 상기 금속화합물은 상기 이소시아네이트 용액이나 상기 폴리올 용액 대비 5% 이내의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하다. When mixing the isocyanate solution and the polyol solution, a metal compound (metal complex catalyst) containing at least one material selected from the group consisting of an alkyl tin carboxyl group, an alkyl zinc carboxyl group, an alkyl bismuth carboxyl group, and a mercapto group is added to the isocyanate solution. The polymerization reaction can be achieved by mixing with the polyol solution, or the metal compound can be mixed in advance with the isocyanate solution or the polyol solution and then mixed with the isocyanate solution and the polyol solution. The metal compound is preferably mixed at a weight ratio of less than 5% compared to the isocyanate solution or the polyol solution.
상기 이소시아네이트 용액과 폴리올 용액의 폴리우레탄 반응을 일으키기 위해서는 촉매가 필요할 수 있는데, 촉매는 아민화합물(아민계 촉매) 또는 금속화합물(금속착물)로 구분할 수 있다. 아민계 촉매는 트리에틸렌다이아민, 디메틸시클로헥실아민 및 디메틸에탄올아민, 1,4-다이아자바이사이클로옥탄(DABCO)과 같은 제3의 아민이 있다. 제3의 아민 촉매는 폴리올과 이소시아네이트의 반응, 젤 반응의 요소, 블로잉(blowing) 반응 요소, 이소시아네이트 삼량화 반응 요소 등에 따라서 선택된다. 수은, 납, 주석, 비스무스, 아연 등의 성분을 포함하는 카르복실기 금속화합물은 폴리우레탄 촉매로 사용된다. 예를 들면, 다이부틸틴다이라우레이트나 비스무스옥타노에이트와 같은 금속화합물이 있다. 물이 반응혼합물에 존재하면, 보통은 의도적으로 폼을 형성하기 위한 불로잉제로서 넣기도 하는데, 이소시아네이트와 반응을 하여 우레아 결합을 형성하고 이산화탄소를 발생시켜서 결과적으로 우레탄과 우레아가 결합된 폴리머를 생성하게 된다. 이 반응은 블로잉 반응이라고 언급되고 비스-(2-다이메틸아미노에틸)에테르와 같은 제3의 아민이 촉매로 작용한다. 엘라스토머 피막에 사용되는 수은착물은 유독성이기 때문에 알킬비스무스카르복실기, 알킬아연카르복실기 또는 알킬주석카르복실기를 포함하는 금속화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 절연의 경질 폼을 형성하기 위하여 이소시아네이트 트리머(trimer) 반응이 중요한데, 이를 위한 촉매로는 포타슘옥토에이트가 사용될 수도 있다. A catalyst may be needed to cause a polyurethane reaction between the isocyanate solution and the polyol solution, and the catalyst can be classified into an amine compound (amine-based catalyst) or a metal compound (metal complex). Amine-based catalysts include triethylenediamine, dimethylcyclohexylamine, dimethylethanolamine, and tertiary amines such as 1,4-diazabicyclooctane (DABCO). The tertiary amine catalyst is selected depending on the reaction between polyol and isocyanate, gel reaction element, blowing reaction element, isocyanate trimerization reaction element, etc. Carboxyl group metal compounds containing components such as mercury, lead, tin, bismuth, and zinc are used as polyurethane catalysts. For example, there are metal compounds such as dibutyltin dilaurate or bismuth octanoate. If water is present in the reaction mixture, it is usually intentionally added as a blowing agent to form foam, and it reacts with isocyanate to form urea bonds and generate carbon dioxide, resulting in a polymer composed of urethane and urea combined. . This reaction is referred to as a blowing reaction and is catalyzed by a tertiary amine such as bis-(2-dimethylaminoethyl)ether. Since the mercury complex used in the elastomer film is toxic, it is preferable to use a metal compound containing an alkyl bismuth carboxyl group, an alkyl zinc carboxyl group, or an alkyl tin carboxyl group. Isocyanate trimer reaction is important to form an insulating hard foam, and potassium octoate may be used as a catalyst for this.
상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액을 혼합할 때, CO2 기체, 물(H2O), CFC11(Trichlorofluoromethane), HFC(pentafluoropropane), CHFC(1,1 Dichloro-1-fluoroethane), 시클로펜탄(cyclopentane), 메틸포르메이트(methyleformate), HFC-245fa(1,1,1,3,3-Pentafluoropropane) 및 HFO(Hydrofluoroolefin)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질(블로잉제)을 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액과 함께 혼합하여 상기 중합반응이 이루어지게 할 수 있고, 상기 이소시아네이트 용액이나 상기 폴리올 용액에 상기 물질(블로잉제)을 미리 혼합하고 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액을 혼합할 수도 있다. 상기 물질(블로잉제)은 상기 이소시아네이트 용액이나 상기 폴리올 용액 대비 10% 이내의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하다. When mixing the isocyanate solution and the polyol solution, CO 2 gas, water (H 2 O), CFC11 (Trichlorofluoromethane), HFC (pentafluoropropane), CHFC (1,1 Dichloro-1-fluoroethane), and cyclopentane , methyleformate, HFC-245fa (1,1,1,3,3-Pentafluoropropane), and HFO (Hydrofluoroolefin). At least one material (blowing agent) selected from the group consisting of the isocyanate solution and the polyol solution The polymerization reaction can be achieved by mixing with the isocyanate solution or the polyol solution, and the isocyanate solution and the polyol solution can be mixed in advance. It is preferable to mix the material (blowing agent) at a weight ratio of less than 10% compared to the isocyanate solution or the polyol solution.
상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액과 함께 트리에틸렌다이아민과 같은 아민계 촉매나, 알킬주석카르복실기와 같은 금속화합물 촉매(금속착물 촉매)를 함께 혼합할 수 있으며, CO2 기체, 물, CFC11, HFC, CHFC, Cyclopentane 등의 블로잉제를 함께 혼합할 수도 있다. 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액과 함께 분산제를 혼합할 수도 있다. 폴리우레탄의 바람직한 성질은 폼 형태로 다공질로 만들어야 하는데, 이를 위해서는 폴리우레탄이 폴리머화(젤화)하는 동안에 기체를 발생시켜야 한다. 이러한 기체는 이소시아네이트와 물이 반응하여 발생하는 CO2나 반응열에 의해서 끓는 점 이상에서 휘발되는 액체에 의하여 형성된다. 이 액체는 CFC11(Trichlorofluoromethane), HFC-245fa(1,1,13,3-pentafluoropropane), HFC-134a(1,1,12-tetrafluoropropane), HFO(Hydrofluoroolefin), 그리고 n-pentane과 같은 하이드로카본화합물이 있다. The isocyanate solution and the polyol solution can be mixed with an amine catalyst such as triethylenediamine or a metal compound catalyst such as an alkyl tin carboxyl group (metal complex catalyst), CO 2 gas, water, CFC11, HFC, Blowing agents such as CHFC and Cyclopentane can also be mixed together. A dispersant may be mixed with the isocyanate solution and the polyol solution. The desirable properties of polyurethane are to make it porous in the form of a foam, and for this to happen, gas must be generated during polyurethane polymerization (gelation). This gas is formed by CO 2 generated by the reaction of isocyanate and water, or by liquid volatilized above the boiling point due to the heat of reaction. This liquid contains hydrocarbon compounds such as CFC11 (Trichlorofluoromethane), HFC-245fa (1,1,13,3-pentafluoropropane), HFC-134a (1,1,12-tetrafluoropropane), HFO (Hydrofluoroolefin), and n-pentane. There is.
상기 이소시아네이트 용액과 폴리올 용액과 함께 촉매제, 블로잉제 등을 혼합하고 기계적으로 균일하게 혼합한다. 상기 혼합은 블레이드 등을 이용하여 100∼8000rpm, 바람직하게는 2000∼5000rpm으로 회전시켜 균일한 혼합이 이루어지게 하는 것이 바람직하다. 이소시아네이트와 폴리올이 중합반응되면서 발열반응이 일어나고 블로잉제가 기화하면서 기체가 발생하고, 기포가 균일하게 분산되어 무기질 입자가 함유된 폴리우레탄 폼이 형성되게 된다. A catalyst, a blowing agent, etc. are mixed with the isocyanate solution and the polyol solution and mixed mechanically and uniformly. The mixing is preferably performed by rotating at 100 to 8000 rpm, preferably 2000 to 5000 rpm, using a blade or the like to ensure uniform mixing. As isocyanate and polyol polymerize, an exothermic reaction occurs, gas is generated as the blowing agent evaporates, and bubbles are uniformly dispersed to form polyurethane foam containing inorganic particles.
이렇게 제조된 폴리우레탄 폼은, 이소시아네이트와 폴리올의 중합반응에 의하여 형성된 다공성 폴리우레탄 폼으로서, 다공성 폴리우레탄 폼 내의 기공을 둘러싸는 셀 벽에 무기질 입자가 분산되어 있다. The polyurethane foam produced in this way is a porous polyurethane foam formed by the polymerization reaction of isocyanate and polyol, and inorganic particles are dispersed in the cell walls surrounding the pores in the porous polyurethane foam.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Below, embodiments according to the present invention are presented in detail, but the present invention is not limited to the embodiments presented below.
<실시예 1><Example 1>
이소시아네이트 용액으로 메틸렌다이페닐다이이소시아네이트(MDI)와 톨루엔디이소시아네이트(TDI)를 50:50의 부피비로 혼합한 용액을 사용하였다. As the isocyanate solution, a mixture of methylenediphenyldiisocyanate (MDI) and toluene diisocyanate (TDI) in a volume ratio of 50:50 was used.
폴리올 용액으로 폴리에틸렌글리콜을 사용하였다. Polyethylene glycol was used as the polyol solution.
상기 폴리올 용액 내에 아민화합물을 5% 이내로 첨가하고, 물을 5% 이내, 그리고 블로잉제로 HFC-245fa(1,1,13,3-pentafluoropropane)을 10% 이내로 첨가하였다. In the polyol solution, an amine compound was added within 5%, water was added within 5%, and HFC-245fa (1,1,13,3-pentafluoropropane) as a blowing agent was added within 10%.
표면이 친수성(hydrophilic)인 흄드실리카(무기질 입자)를 상기 폴리올 용액 내에 중량 대비 50% 이내로 첨가하여 분산시켰다. 더욱 구체적으로는, 상기 폴리올 용액 대비 무기질 입자(친수성 흄드실리카)가 각각 2.9, 5.7, 8.6, 11.5%의 중량비를 이루도록 분산시켰다.Fumed silica (inorganic particles) with a hydrophilic surface were added and dispersed within 50% by weight in the polyol solution. More specifically, the inorganic particles (hydrophilic fumed silica) were dispersed to achieve a weight ratio of 2.9, 5.7, 8.6, and 11.5%, respectively, compared to the polyol solution.
상기 이소시아네이트 용액과 무기질 입자가 분산된 폴리올 용액을 혼합하여 무기질 입자가 분산된 폴리우레탄 폼을 형성한다. 이렇게 제조된 폴리우레탄 폼의 물성을 아래의 표 1에 나타내었다. The isocyanate solution and the polyol solution in which inorganic particles are dispersed are mixed to form polyurethane foam in which inorganic particles are dispersed. The physical properties of the polyurethane foam prepared in this way are shown in Table 1 below.
<실시예 2><Example 2>
이소시아네이트 용액으로 메틸렌다이페닐다이이소시아네이트(MDI)와 톨루엔디이소시아네이트(TDI)를 50:50의 부피비로 혼합한 용액을 사용하였다. As the isocyanate solution, a mixture of methylenediphenyldiisocyanate (MDI) and toluene diisocyanate (TDI) in a volume ratio of 50:50 was used.
폴리올 용액으로 폴리에틸렌글리콜을 사용하였다. Polyethylene glycol was used as the polyol solution.
상기 폴리올 용액 내에 아민화합물을 5% 이내로 첨가하고, 물을 5% 이내, 그리고 블로잉제로 HFC-245fa(1,1,13,3-pentafluoropropane)을 10% 이내로 첨가하였다. In the polyol solution, an amine compound was added within 5%, water was added within 5%, and HFC-245fa (1,1,13,3-pentafluoropropane) as a blowing agent was added within 10%.
표면이 소수성(hydrophobic)인 흄드실리카(무기질 입자)를 상기 폴리올 용액 내에 중량 대비 50% 이내로 첨가하였다. 더욱 구체적으로는, 상기 폴리올 용액 대비 무기질 입자(소수성 흄드실리카)가 각각 2.9, 5.7, 8.6, 11.5%의 중량비를 이루도록 분산시켰다.Fumed silica (inorganic particles) with a hydrophobic surface was added within 50% of the weight in the polyol solution. More specifically, the inorganic particles (hydrophobic fumed silica) were dispersed to achieve a weight ratio of 2.9, 5.7, 8.6, and 11.5%, respectively, compared to the polyol solution.
상기 이소시아네이트 용액과 무기질 입자가 분산된 폴리올 용액을 혼합하여 무기질 입자가 분산된 폴리우레탄 폼을 형성하였다. 이렇게 제조된 폴리우레탄 폼의 물성을 아래의 표 1에 나타내었다. The isocyanate solution and the polyol solution in which inorganic particles were dispersed were mixed to form polyurethane foam in which inorganic particles were dispersed. The physical properties of the polyurethane foam prepared in this way are shown in Table 1 below.
<실시예 3><Example 3>
이소시아네이트 용액으로 메틸렌다이페닐다이이소시아네이트(MDI)와 톨루엔디이소시아네이트(TDI)를 50:50의 부피비로 혼합한 용액을 사용하였다. As the isocyanate solution, a mixture of methylenediphenyldiisocyanate (MDI) and toluene diisocyanate (TDI) in a volume ratio of 50:50 was used.
폴리올 용액으로 폴리에틸렌글리콜을 사용하였다. Polyethylene glycol was used as the polyol solution.
수산화알루미늄(Al(OH)3)을 상기 폴리올 용액 내에 중량 대비 50% 이내로 첨가하였다. 더욱 구체적으로는, 상기 폴리올 용액 대비 수산화알루미늄(무기질 입자)이 각각 1.4, 2.8, 4.2, 5.6%의 중량비를 이루도록 분산시켰다.Aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ) was added within 50% by weight in the polyol solution. More specifically, aluminum hydroxide (inorganic particles) was dispersed to achieve a weight ratio of 1.4, 2.8, 4.2, and 5.6%, respectively, compared to the polyol solution.
상기 폴리올 용액 내에 아민화합물을 5% 이내로 첨가하고, 물을 5% 이내, 그리고 블로잉제로 HFC-245fa(1,1,13,3-pentafluoropropane)을 10% 이내로 첨가하였다. In the polyol solution, an amine compound was added within 5%, water was added within 5%, and HFC-245fa (1,1,13,3-pentafluoropropane) as a blowing agent was added within 10%.
무기질 입자가 분산된 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액을 혼합하여 무기질 입자가 분산된 폴리우레탄 폼을 형성하였다. 이렇게 제조된 폴리우레탄 폼의 물성을 아래의 표 2에 나타내었다. The isocyanate solution in which inorganic particles were dispersed and the polyol solution were mixed to form polyurethane foam in which inorganic particles were dispersed. The physical properties of the polyurethane foam prepared in this way are shown in Table 2 below.
<실시예 4><Example 4>
이소시아네이트 용액으로 메틸렌다이페닐다이이소시아네이트(MDI)와 톨루엔디이소시아네이트(TDI)를 50:50의 부피비로 혼합한 용액을 사용하였다. As the isocyanate solution, a mixture of methylenediphenyldiisocyanate (MDI) and toluene diisocyanate (TDI) in a volume ratio of 50:50 was used.
폴리올 용액으로 폴리에틸렌글리콜을 사용하였다. 알루미늄포스페이트(AP)를 폴리올 용액 내에 50% 이내로 첨가하였다. 더욱 구체적으로는, 상기 폴리올 용액 대비 알루미늄포스페이트(무기질 입자)이 각각 0.7, 1.4, 2.8, 4.0, 5.5, 6.6%의 중량비를 이루도록 분산시켰다.Polyethylene glycol was used as the polyol solution. Aluminum phosphate (AP) was added within 50% of the polyol solution. More specifically, aluminum phosphate (inorganic particles) was dispersed to achieve a weight ratio of 0.7, 1.4, 2.8, 4.0, 5.5, and 6.6%, respectively, compared to the polyol solution.
상기 폴리올 용액 내에 아민화합물을 5% 이내로 첨가하고, 물을 5% 이내, 그리고 블로잉제로 HFC-245fa(1,1,13,3-pentafluoropropane)을 10% 이내로 첨가하였다. In the polyol solution, an amine compound was added within 5%, water was added within 5%, and HFC-245fa (1,1,13,3-pentafluoropropane) as a blowing agent was added within 10%.
무기질 입자가 분산된 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액을 혼합하여 무기질 입자가 분산된 폴리우레탄 폼을 형성하였다. 이렇게 제조된 폴리우레탄 폼의 물성을 아래의 표 3에 나타내었다. The isocyanate solution in which inorganic particles were dispersed and the polyol solution were mixed to form polyurethane foam in which inorganic particles were dispersed. The physical properties of the polyurethane foam prepared in this way are shown in Table 3 below.
<실시예 5><Example 5>
이소시아네이트 용액으로 메틸렌다이페닐다이이소시아네이트(MDI)와 톨루엔디이소시아네이트(TDI)를 50:50의 부피비로 혼합한 용액을 사용하였다. As the isocyanate solution, a mixture of methylenediphenyldiisocyanate (MDI) and toluene diisocyanate (TDI) in a volume ratio of 50:50 was used.
폴리올 용액으로 폴리에틸렌글리콜을 사용하였다. 암모늄포스페이트(APP)를 폴리올 용액 내에 50% 이내로 첨가하였다. 더욱 구체적으로는, 상기 폴리올 용액 대비 암모늄포스페이트(무기질 입자)이 각각 0.7, 1.4, 2.8, 4.0, 5.5, 6.6%의 중량비를 이루도록 분산시켰다.Polyethylene glycol was used as the polyol solution. Ammonium phosphate (APP) was added within 50% of the polyol solution. More specifically, ammonium phosphate (inorganic particles) was dispersed in weight ratios of 0.7, 1.4, 2.8, 4.0, 5.5, and 6.6%, respectively, compared to the polyol solution.
상기 폴리올 용액 내에 아민화합물을 5% 이내로 첨가하고, 물을 5% 이내, 그리고 블로잉제로 HFC-245fa(1,1,13,3-pentafluoropropane)을 10% 이내로 첨가하였다. In the polyol solution, an amine compound was added within 5%, water was added within 5%, and HFC-245fa (1,1,13,3-pentafluoropropane) as a blowing agent was added within 10%.
무기질 입자가 분산된 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액을 혼합하여 무기질 입자가 분산된 폴리우레탄 폼을 형성하였다. 이렇게 제조된 폴리우레탄 폼의 물성을 아래의 표 4에 나타내었다. The isocyanate solution in which inorganic particles were dispersed and the polyol solution were mixed to form polyurethane foam in which inorganic particles were dispersed. The physical properties of the polyurethane foam prepared in this way are shown in Table 4 below.
<실시예 6><Example 6>
이소시아네이트 용액으로 메틸렌다이페닐다이이소시아네이트(MDI)와 톨루엔디이소시아네이트(TDI)를 50:50의 부피비로 혼합한 용액을 사용하였다. As the isocyanate solution, a mixture of methylenediphenyldiisocyanate (MDI) and toluene diisocyanate (TDI) in a volume ratio of 50:50 was used.
폴리올 용액으로 폴리에틸렌글리콜을 사용하였다. 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 암모늄포스페이트(APP)를 폴리올 용액 내에 50% 이내로 첨가하였다. 더욱 구체적으로는, 상기 폴리올 용액 대비 수산화알루미늄과 암모늄포스페이트가 각각 4.0%의 중량비를 이루도록 분산시켰다.Polyethylene glycol was used as the polyol solution. Aluminum hydroxide (Al(OH) 3 ) and ammonium phosphate (APP) were added within 50% of the polyol solution. More specifically, aluminum hydroxide and ammonium phosphate were each dispersed in a weight ratio of 4.0% compared to the polyol solution.
상기 폴리올 용액 내에 아민화합물을 5% 이내로 첨가하고, 물을 5% 이내, 그리고 블로잉제로 HFC-245fa(1,1,13,3-pentafluoropropane)을 10% 이내로 첨가하였다. In the polyol solution, an amine compound was added within 5%, water was added within 5%, and HFC-245fa (1,1,13,3-pentafluoropropane) as a blowing agent was added within 10%.
무기질 입자가 분산된 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액을 혼합하여 무기질 입자가 분산된 폴리우레탄 폼을 형성하였다. 이렇게 제조된 폴리우레탄 폼의 물성을 아래의 표 5에 나타내었다. The isocyanate solution in which inorganic particles were dispersed and the polyol solution were mixed to form polyurethane foam in which inorganic particles were dispersed. The physical properties of the polyurethane foam prepared in this way are shown in Table 5 below.
<실시예 7><Example 7>
이소시아네이트 용액으로 메틸렌다이페닐다이이소시아네이트(MDI)와 톨루엔디이소시아네이트(TDI)를 50:50의 부피비로 혼합한 용액을 사용하였다. As the isocyanate solution, a mixture of methylenediphenyldiisocyanate (MDI) and toluene diisocyanate (TDI) in a volume ratio of 50:50 was used.
폴리올 용액으로 폴리에틸렌글리콜을 사용하였다. 수산화마그네슘(Mg(OH)2)과 암모늄포스페이트(APP)를 폴리올 용액 내에 50% 이내로 첨가하였다. 더욱 구체적으로는, 상기 폴리올 용액 대비 수산화알루미늄이 2%, 암모늄포스페이트가 4.0%의 중량비를 이루도록 분산시켰다.Polyethylene glycol was used as the polyol solution. Magnesium hydroxide (Mg(OH) 2 ) and ammonium phosphate (APP) were added within 50% of the polyol solution. More specifically, aluminum hydroxide was dispersed at a weight ratio of 2% and ammonium phosphate at 4.0% compared to the polyol solution.
상기 폴리올 용액 내에 아민화합물을 5% 이내로 첨가하고, 물을 5% 이내, 그리고 블로잉제로 HFC-245fa(1,1,13,3-pentafluoropropane)을 10% 이내로 첨가하였다. In the polyol solution, an amine compound was added within 5%, water was added within 5%, and HFC-245fa (1,1,13,3-pentafluoropropane) as a blowing agent was added within 10%.
무기질 입자가 분산된 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액을 혼합하여 무기질 입자가 분산된 폴리우레탄 폼을 형성하였다. 이렇게 제조된 폴리우레탄 폼의 물성을 아래의 표 6에 나타내었다. The isocyanate solution in which inorganic particles were dispersed and the polyol solution were mixed to form polyurethane foam in which inorganic particles were dispersed. The physical properties of the polyurethane foam prepared in this way are shown in Table 6 below.
[물성 측정 방법][Method of measuring physical properties]
1. 밀도(ρ)( )는 부피(V)를 측정하고 질량(m)을 측정한 후 겉보기 밀도로 계산하였다. 밀도 측정 결과는 표 1 내지 표 6에 나타내었다. 1. Density (ρ)( ) was calculated as the apparent density after measuring the volume (V) and mass (m). The density measurement results are shown in Tables 1 to 6.
2. 열전도측정은 정상 열량 측정방법에 의하여 하판의 온도는 35℃, 상판의 온도는 25℃로 일정하게 유지한 후, 열량을 측정하여, 샘플의 두께와 면적을 통하여 열전도율을 계산하였다. , 여기서 Q는 열량(W/㎡), k는 열전도도(W/m*?*K), dT/dx는 샘플의 두께에 따른 온도구배를 의미한다. 2. Thermal conductivity was measured using the normal calorimetry method. The temperature of the lower plate was kept constant at 35°C and the temperature of the upper plate was kept constant at 25°C, then the heat quantity was measured, and the thermal conductivity was calculated through the thickness and area of the sample. , where Q is the amount of heat (W/㎡), k is the thermal conductivity (W/m*?*K), and dT/dx means the temperature gradient according to the thickness of the sample.
3. 부피팽창(Volume expansion; VE)은 폴리우레탄 부피(Vpu) 대비 나노기공 무기입자를 분산시킨 폴리우레탄 폼 복합재(Vc)의 부피를 밀도에서 계산한 후 상대적인 부피비를 백분율로 계산하였다. 3. Volume expansion (VE) was calculated by calculating the volume of the polyurethane foam composite (V c ) in which nanoporous inorganic particles were dispersed compared to the volume of polyurethane (V pu ) from the density, and then calculating the relative volume ratio as a percentage.
4. 단위 질량당 발열량은 시차열분석-열중량분석(Differential Theramla Analysis and Thermogravimetric Analysis)를 통하여 얻어진 발열 피크의 면적을 시료의 단위질량당 발영량으로 환산한 값을 나타낸 것이다. 또한, 시료가 연소 후 잔류 무기물량은 열중량분석을 통하여 남은 질량을 표기한 것이고, 50% 질량 감소 시 내열온도(T50)는 열중량 분석에서 50% 질량 감소 시 온도를 표기한 것이다. 4. The calorific value per unit mass represents the area of the exothermic peak obtained through Differential Theramla Analysis and Thermogravimetric Analysis, converted to the calorific value per unit mass of the sample. In addition, the amount of residual inorganic matter after combustion of the sample indicates the remaining mass through thermogravimetric analysis, and the heat resistance temperature at 50% mass reduction (T50) indicates the temperature at 50% mass reduction in thermogravimetric analysis.
실시예 1 내지 실시예 7에 따라 제조된 폴리우레탄 폼의 물성 측정 결과를 아래의 표 1 내지 표 6에 나타내었다. The physical property measurement results of the polyurethane foam manufactured according to Examples 1 to 7 are shown in Tables 1 to 6 below.
(per Polyol, %)Contents of Al(OH) 3
(per Polyol, %)
(per total, %)Contents of SiO 2
(per total, %)
(g/cm3)Density
(g/ cm3 )
표 1은 실시예 1과 2에 따라 폴리올 용액 대비 친수성 ?b드실리카(Hydrophilic, K-200; 상품명)와 소수성 흄드실리카(Hydrophobic, KD-15:상품명)가 각각 2.9, 5.7, 8.6, 11.5%의 중량비(폴리올 대비)를 이루도록 첨가하여 제조된 폴리우레탄 폼의 물성을 보여준다. 흄드실리카의 함량이 증가함에 따라 밀도(Density)가 감소하는 경향을 나타내었다. Table 1 shows that compared to the polyol solution according to Examples 1 and 2, hydrophilic fumed silica (Hydrophilic, K-200; brand name) and hydrophobic fumed silica (Hydrophobic, KD-15: brand name) were 2.9, 5.7, 8.6, and 11.5, respectively. It shows the physical properties of polyurethane foam manufactured by adding % weight ratio (relative to polyol). As the content of fumed silica increased, density tended to decrease.
표 2는 실시예 3에 따라 폴리올 용액 대비 수산화알루미늄이 1.4, 2.8, 4.2, 5.6%의 중량비(폴리우레탄 대비)를 이루도록 첨가하여 제조된 폴리우레탄 폼의 물성을 보여준다. 수산화알루미늄의 함량이 증가함에 따라 밀도(Density)가 약간 감소하고, 열전도율은 도리어 증가하는 경향을 보여준다.Table 2 shows the physical properties of polyurethane foam prepared by adding aluminum hydroxide to the polyol solution at a weight ratio of 1.4, 2.8, 4.2, and 5.6% (relative to polyurethane) according to Example 3. As the content of aluminum hydroxide increases, the density slightly decreases, and the thermal conductivity tends to increase.
(g/㎤)Density
(g/㎤)
위의 표 3에서 'AP'는 알루미늄포스페이트를 의미한다. 표 3에서 'PU'는 무기질 입자(알루미늄포스페이트)를 첨가하지 않고 제조된 폴리우레탄 폼을 의미한다. In Table 3 above, 'AP' refers to aluminum phosphate. In Table 3, 'PU' refers to polyurethane foam manufactured without adding inorganic particles (aluminum phosphate).
표 3은 실시예 4에 따라 폴리올 용액 대비 알루미늄포스페이트가 0.7, 1.4, 2.7,4.0, 5.5, 6.6%의 중량비를 이루도록 첨가하여 제조된 폴리우레탄 폼의 물성을 보여준다. 알루미늄포스페이트의 함량이 증가함에 따라 밀도(Density)가 증가하고, 열분석시 잔류하는 무기물의 양도 증가함을 알 수 있다. 또한 발열되는 양도 무기물의 첨가와 함께 감소하는 경향을 보여준다. Table 3 shows the physical properties of polyurethane foam prepared by adding aluminum phosphate to a weight ratio of 0.7, 1.4, 2.7, 4.0, 5.5, and 6.6% compared to the polyol solution according to Example 4. It can be seen that as the content of aluminum phosphate increases, the density increases, and the amount of inorganic substances remaining during thermal analysis also increases. Additionally, the amount of heat generated tends to decrease with the addition of minerals.
(g/㎤)Density
(g/㎤)
위의 표 4에서 'APP'는 암모늄포스페이트를 의미한다. 표 4에서 'PU'는 무기질 입자(APP)fmf 첨가하지 않고 제조된 폴리우레탄 폼을 의미한다. In Table 4 above, 'APP' refers to ammonium phosphate. In Table 4, 'PU' refers to polyurethane foam manufactured without adding inorganic particles (APP).
표 4는 실시예 5에 따라 폴리올 용액 대비 암모늄포스페이트 함량이 0.7, 1.4, 2.7,4.0, 5.5, 6.6%의 중량비를 이루도록 첨가하여 제조된 폴리우레탄 폼의 물성을 보여준다. 암모늄포스페이트의 함량이 증가함에 따라 밀도(Density)는 오히려 감소하는 경향을 보이고, 열분석시 잔류하는 무기물의 함량도 증가하고, 발영량도 감소하는 경향을 보인다. Table 4 shows the physical properties of polyurethane foam prepared according to Example 5 by adding ammonium phosphate content to a weight ratio of 0.7, 1.4, 2.7, 4.0, 5.5, and 6.6% compared to the polyol solution. As the content of ammonium phosphate increases, the density tends to decrease, the content of inorganic substances remaining during thermal analysis also increases, and the amount of emission also tends to decrease.
(g/㎤)Density
(g/㎤)
위의 표 5에서 'APP'는 암모늄포스페이트를 의미하고, Al(OH)3는 수산화알루미늄을 의미한다. 표 5에서 'PU'는 무기질 입자(APP나 수산화알루미늄)을 첨가하지 않고 제조된 폴리우레탄 폼을 의미한다. In Table 5 above, 'APP' means ammonium phosphate, and Al(OH) 3 means aluminum hydroxide. In Table 5, 'PU' refers to polyurethane foam manufactured without adding inorganic particles (APP or aluminum hydroxide).
표 5는 실시예 5에 따라 폴리올 용액 대비 암모늄포스페이트 함량이 4%를 이루도록 첨가하여 제조된 폴리우레탄 폼, 그리고 실시예 6에 따라 암모늄포스페이트 4%와 수산화알루미늄 4%를 이루도록 첨가하여 제조된 폴리우레탄 폼의 물성을 보여준다. 실시예 5에 따라 암모늄포스페이트만 첨가한 경우 밀도(Density)는 감소하였지만, 실시예 6에 따라 암모늄포스페이트와 수산화알루미늄을 같이 첨가한 경우 실시예 5에 따라 암모늄포스페이트만 첨가한 경우보다는 밀도가 증가하지만, PU보다는 밀도가 작은 것을 알 수 있고 발열량도 작으며, 열분석시 잔류무게도 큰 것을 알 수 있다. Table 5 shows polyurethane foam manufactured by adding ammonium phosphate content to 4% compared to the polyol solution according to Example 5, and polyurethane manufactured by adding ammonium phosphate and aluminum hydroxide to 4% according to Example 6. Shows the physical properties of the foam. When only ammonium phosphate was added according to Example 5, the density decreased, but when ammonium phosphate and aluminum hydroxide were added together according to Example 6, the density increased compared to when only ammonium phosphate was added according to Example 5. , it can be seen that the density is lower than that of PU, the calorific value is also small, and the residual weight during thermal analysis is also large.
(g/cm3)density
(g/ cm3 )
(W/m·k)thermal conductivity
(W/m·k)
(℃)T50
(℃)
(%)Mresidue
(%)
+APP 4%Al(OH) 3 4%
+APP 4%
+APP 4%Mg(OH) 2 2%
+APP 4%
표 6은 실시예 4에 따라 폴리올 용액 대비 알루미늄포스페이트 6%를 첨가하여 제조된 폴리우레탄 폼(AP_6.6%), 실시예 5에 따라 암모늄포스페이트 6.6%를 첨가하여 제조된 폴리우레탄 폼(APP_6.6%), 실시예 6에 따라 수산화알루미늄 2%와 암모늄포스페이트 4%를 첨가하여 제조된 폴리우레탄 폼(Al(OH)3 2% + APP 4%), 그리고 실시예 7에 따라 수산화마그네슘 2%와 암모늄포스페이트 4%를 첨가하여 제조된 폴리우레탄 폼(Mg(OH)2 + APP 4%)의 밀도와 열전도율, 그리고 50% 질량감소시 온도, 잔류무기물량, 그리고 질량당 열량을 나타낸 것이다. 알루미늄포스페이트를 첨가한 경우 밀도는 증가하고 열전도율은 폴리우레탄폼(PU)과 동일하고, 발열량은 줄어든 것을 알 수 있다. 암모늄포스페이트만 첨가하거나, 수산화알루미늄과 암모늄포스페이트를 첨가한 경우는 밀도도 감소하고 열전도율도 감소하며 발열량도 감소한 것을 알 수 있다., 그리고 수산화마그네슘과 암모늄포스페이트를 첨가한의 경우 밀도는 증가하지만, 열전도율은 감소하고 발열량도 감소한 것을 알 수 있다. Table 6 shows polyurethane foam (AP_6.6%) manufactured by adding 6% of aluminum phosphate compared to the polyol solution according to Example 4, and polyurethane foam (APP_6.6%) manufactured by adding 6.6% of ammonium phosphate according to Example 5. 6%), polyurethane foam (Al(OH) 3 2% + APP 4%) prepared by adding 2% aluminum hydroxide and 4% ammonium phosphate according to Example 6, and 2% magnesium hydroxide according to Example 7 It shows the density and thermal conductivity of polyurethane foam (Mg(OH) 2 + 4% APP) manufactured by adding 4% of ammonium phosphate, temperature at 50% mass reduction, residual inorganic content, and heat per mass. When aluminum phosphate is added, the density increases, the thermal conductivity is the same as polyurethane foam (PU), and the heat generation amount decreases. It can be seen that when only ammonium phosphate or aluminum hydroxide and ammonium phosphate are added, the density decreases, the thermal conductivity decreases, and the calorific value also decreases. And when magnesium hydroxide and ammonium phosphate are added, the density increases, but the thermal conductivity decreases. It can be seen that the decreases and the calorific value also decreases.
표 7은 실시예 5에따라 폴리올 용액 대비 암모늄포스페이트 6.6%를 첨가하여 제조된 폴리우레탄 폼(PU_APP), 실시예 6에 따라 수산화알루미늄 2%와 암모늄포스페이트 4%를 첨가하여 제조된 폴리우레탄 폼(PU_Al(OH3))의 콘칼로리미터를 이용하여 총방출열량, 200kW/m2를 초과하는 시간, 최대열방출률, 균열, 구멍 유무, 착화시간을 나타낸 것이다. 수산화알루미늄를 첨가한 경우가 암모늄포스페이트만 첨가한 경우보다 총방출열량이 작은 것을 알 수 있으며, 또한, 5분 가열 시 총방출열량이 9MJ/m2으로 8MJ/m2의 난연단열재 수준의 총방출열량에 가까운 것을 알 수 있다. Table 7 shows polyurethane foam (PU_APP) prepared by adding 6.6% of ammonium phosphate compared to the polyol solution according to Example 5, and polyurethane foam (PU_APP) prepared by adding 2% aluminum hydroxide and 4% ammonium phosphate according to Example 6 ( Using a cone calorimeter of PU_Al(OH 3 )), the total heat release amount, time exceeding 200kW/m 2 , maximum heat release rate, presence of cracks and holes, and ignition time are shown. It can be seen that the total heat release is smaller when aluminum hydroxide is added than when only ammonium phosphate is added. In addition, when heated for 5 minutes, the total heat release is 9MJ/m 2 , which is equivalent to the flame retardant insulation level of 8MJ/m 2 It can be seen that it is close to .
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.Above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art.
10: 폴리우레탄 폼 내의 기공
20: 폴리우레탄 폼의 셀 벽
30: 폴리우레탄 폼의 셀 벽에 분산된 무기질 입자10: Pores in polyurethane foam
20: Cell wall of polyurethane foam
30: Inorganic particles dispersed in the cell walls of polyurethane foam
Claims (17)
(b) 폴리올 용액을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액을 혼합하고 이소시아네이트와 폴리올이 중합반응되게 하여 다공성 폴리우레탄 폼을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 이소시아네이트 용액 및 상기 폴리올 용액 중 적어도 하나의 용액에는 수산화물 및 인산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기질 입자가 분산되어 있고,
상기 다공성 폴리우레탄 폼 내의 기공을 둘러싸는 셀 벽에 상기 수산화물 및 인산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 무기질 입자가 분산되어 있으며,
상기 수산화물은 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고,
상기 인산화물은 알루미늄포스페이트 및 암모늄포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하며,
상기 (c) 단계에서,
알킬주석카르복실기, 알킬아연카르복실기, 알킬비스무스카르복실기 및 메르캅토기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 금속화합물이 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액과 함께 혼합되게 하여 상기 중합반응이 이루어지게 하고,
상기 (c) 단계에서,
메틸포르메이트(methyleformate)가 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액과 함께 혼합되게 하여 상기 중합반응이 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 다공성 폴리우레탄 폼의 제조방법.
(a) forming an isocyanate solution;
(b) forming a polyol solution; and
(c) mixing the isocyanate solution and the polyol solution and polymerizing the isocyanate and polyol to form a porous polyurethane foam,
In at least one of the isocyanate solution and the polyol solution, one or more types of inorganic particles selected from the group consisting of hydroxides and phosphorylates are dispersed,
One or more types of inorganic particles selected from the group consisting of hydroxides and phosphorylates are dispersed in the cell walls surrounding the pores in the porous polyurethane foam,
The hydroxide includes one or more substances selected from the group consisting of aluminum hydroxide and magnesium hydroxide,
The phosphorylate includes one or more substances selected from the group consisting of aluminum phosphate and ammonium phosphate,
In step (c) above,
A metal compound containing at least one material selected from the group consisting of an alkyl tin carboxyl group, an alkyl zinc carboxyl group, an alkyl bismuth carboxyl group, and a mercapto group is mixed with the isocyanate solution and the polyol solution to effect the polymerization reaction,
In step (c) above,
A method for producing porous polyurethane foam, characterized in that the polymerization reaction is achieved by mixing methyleformate with the isocyanate solution and the polyol solution.
The method of claim 7, wherein the inorganic particles include particles larger than 10 nm and smaller than 100 μm.
The method of claim 7, wherein the isocyanate solution is methylene diphenyl diisocyanate (MDI), toluene diisocyanate (TDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI), and xylylene diisocyanate (XDI). ) A method for producing porous polyurethane foam, characterized in that it includes one or more materials selected from the group consisting of.
The method of claim 7, wherein the polyol solution is selected from the group consisting of diethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, polyester, polyether, and polytetramethylene ether glycol (PTMEG; Polytetramethylene Ether Glycol). A method for producing porous polyurethane foam, characterized in that it contains one or more types of materials.
트리에틸렌다이아민, 디메틸시클로헥실아민, 디메틸에탄올아민 및 1,4-다이아자바이사이클로옥탄(DABCO)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 아민화합물이 상기 이소시아네이트 용액과 상기 폴리올 용액과 함께 혼합되게 하여 상기 중합반응이 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 다공성 폴리우레탄 폼의 제조방법.
The method of claim 7, wherein in step (c),
The polymerization is carried out by mixing one or more amine compounds selected from the group consisting of triethylenediamine, dimethylcyclohexylamine, dimethylethanolamine, and 1,4-diazabicyclooctane (DABCO) with the isocyanate solution and the polyol solution. A method for producing porous polyurethane foam, characterized in that the reaction occurs.
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