KR19980702567A - 리그닌-기본 폴리올 - Google Patents
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Abstract
펄핑 과정으로부터 손쉽게 입수할 수 있는 특정의 리그닌은 발포체 및 우레탄 플라스틱 제조를 위한 이소시아네이트 시스템의 폴리올 성분으로서 기능을 한다. 이러한 방식에서 리그닌의 사용은 내습성 및 내연성을 제공하고 충분한 경도를 지닌 제품을 생성한다. 나트륨 수준은 하이드록실 그룹과 이소시아네이트간의 반응이 최적 특성을 지닌 제품을 생성하도록 조정되어야 한다.
Description
현재 발포체 및 우레탄 플라스틱은 폴리올을 작용가가 적어도 2 이상인 이소시아네이트와 반응시켜 제조되고 있다. 폴리올은 적어도 작용가가 적어도 2 이상인 폴리에스테르 분자일 수 있다. 폴리올은 또한 프로필렌 옥사이드 또는 에틸렌 옥사이드를, 이작용성 또는 다작용성 이소시아네이트와 반응하여 고체 플라스틱 또는 발포체를 생성하게 될 펜던트 하이드록실 그룹을 지니는 다양한 분자량을 갖는 분자를 생성시키기 위하여 에틸렌 글리콜 또는 글리세린과 같은 분자와 반응시킴으로써 제조되는 폴리에테르 폴리올일 수 있다. 그러나, 현재로서는 경질 발포체 또는 우레탄 플라스틱을 생산하기 위해서는, 폴리올 1부와 이소시아네이트 1부를 반응시키는 것이 필수적이다. 이러한 이유는 이소시아네이트가 일반적으로 방향족환을 지니고 있기 때문이며, 이러한 점이 발포체를 경질이 되게하고, 고 가교밀도를 지니게 한다.
또한, 이러한 고수준의 이소시아네이트의 주된 단점은 발포체가 연소될 때, 일반적으로 분자의 이소시아네이트 부분에서 유도되는 고수준의 유독가스가 생성된다는 점이다. 따라서, 유독성 증기를 감소시킬 수 있다면 대단히 유리할 것이다.
폴리올 부분으로서 리그닌 분자를 사용함으로써 상당히 유리하다는 사실이 발견되었다. 그중 하나는 시스템의 폴리올 부분에 리그닌 분자를 사용함으로써 이소시아네이트의 양이 40% 이상 감소될 수 있으며 여전히 경질의 발포체를 생성한다는 점이다. 이렇게 함으로써 시스템의 이소시아네이트 부분으로부터 유도되는 유독가스의 양이 감소된다.
리그닌 분자는 목재, 밀짚, 사탕수수 및 기타 천연재료에서 발생하는 천연의 페놀형 분자이다. 일반적으로, 페이퍼 제조를 위한 펄핑 과정의 부산물로서 생성되는 리그닌의 대부분은 발열량 회수를 위해 바로 연소된다. 미국에서만 연간 500억 lb 이상의 리그닌이 단지 열을 얻기 위하여 연소되고 있다. 크래프트(Kraft) 펄핑 과정, 설파이트 펄핑 과정, 반기계적 펄핑 과정, 열기계적 펄핑 과정, 반화학적 펄핑 과정, 용매 과정, 증기-폭발 펌핑 과정 및 바이오매스 펄핑 과정으로부터의 어떠한 리그닌도 사용될 수 있다.
본 발명은 리그닌-기본 폴리올에 관한 것이다.
본 발명의 일부로서, 특정의 리그닌이 이소시아네이트 시스템을 위한 폴리올 성분으로서 상당히 잘 작용할 수 있음이 발견되었으며, 이들 리그닌은 시스템의 어떠한 최종 특성을 원하느냐에 따라 시스템에 상이한 수준으로 사용될 수 있다.
리그닌 분자의 사용은 또한 발포체의 내습성을 현저히 개선시키는 데, 사실 적정 수준의 리그닌이 우레탄 발포체에 사용될 경우, 우레탄 발포체는 습기와 직접 접촉될 때 조차도 습기가 거의 스며들지 않게 될 것이다. 본 폴리올을 사용하여 제조된 상용 발포체는 사실상 스폰지와 같이 습기를 흡수한다. 폴리올 시스템의 부분으로서 리그닌을 사용하는 다른 주요 장점은 발포체 완제품 또는 우레탄 플라스틱 부품의 우레탄 발포체의 내연성이다. 이러한 이유는 리그닌이 천연 난연제로서 작용하기 때문이다. 그러나, 본 발명의 주된 양태 중 하나는 리그닌 분자가 에틸렌 옥사이드로부터 제조되는 폴리에테르 폴리올에 용이하게 가용성이 된다는 점이다.
이러한 사실은 매우 중요한 데, 그 이유는 보통의 폴리에테르 폴리올이 단지 프로필렌 옥사이드로부터 제조될 때, 생성되는 폴리올이 리그닌 분자를 쉽게 용해하지 않고, 다수의 경우 상분리가 일어나며 양질의 우레탄 발포체 또는 플라스틱 제품을 생성하지 않기 때문이다. 본 출원인은 폴리올 부분으로서 에틸렌 옥사이드가 리그닌과의 이러한 블렌드를 제조할 수 있음을 발견하였다.
현행 폴리에테르 폴리올이 각종 리그닌에 대하여 경미한 정도의 용해도만을 나타내는 경우 이러한 사실로 말미암아 고품질의 발포체 또는 우레탄 플라스틱 부품의 생산이 매우 곤란하게 되는 데 그 이유는 이소시아네이트가 리그닌 폴리올 블렌드에 첨가될 때 리그닌이 상분리 경향을 보이고 이로 인해 일관된 물리적 제품을 제조하기가 곤란하기 때문임이 발견되었다.
또한 본 발명의 주요 양태 중 하나는 고품질 우레탄 발포체 및 플라스틱재를 제조하기 위하여, 나트륨이나 또는 리그닌 중에 존재하는 칼륨 같은 기타 부식성 이온의 양이 최종 우레탄 제품의 특성에 막대한 영향을 미칠 수 있다는 점이다. 이러한 이유는 수중 염기성 pH를 생성하는 물질이 우레탄 결합을 생성하는 이소시아네이트 하이드록실 반응을 위한 초강력 촉매로서 성능을 발휘할 수 있다는 익히 공지된 사실 때문이다. 따라서, 나트륨 수준이 지나치게 높을 경우, 하이드록실 그룹과 이소시아네이트간의 반응을 지나치게 속행시켜 매우 열악한 품질의 제품이 생성될 수 있다. 일단 리그닌 기본 폴리올이 이소시아네이트와 반응하면 유용한 산물을 생성시킬 수 있기에 충분히 낮은 수준으로 나트륨 수준을 감소시킬 수 있음이 발견되었으며 이는 본 발명의 주된 양태 중 하나이다. 또한, 고수준의 나트륨 이온 또는 칼륨과 같은 기타 무기 이온은 시간 경과에 따라 실질적으로 발포체를 분해하게 된다.
실시예 1
적절한 용기내에서 용매 펄핑 과정으로부터 생성된 리그닌 300부 및 WL-440(프로필렌 옥사이드와 에틸렌 옥사이드의 배합물로부터 제조되는 폴리에테르 폴리올) 700부를 교반하에 적절한 믹서 및 필요하다면 가열 및 고압을 이용하여 블렌딩하기 위하여 열과 압력을 사용한다. 이러한 혼합물을 200 ℉로 가열시켜 용액 속도를 개선시킬 수 있으며, 흑색 용액이 생성될 때까지 계속 혼합한다. 결과적으로 다음과 같은 물리적 점도를 지닌 액체 물질이 생성된다: 100 ℉에서 1532 센티스트로크(점도는 사용되는 특정 리그닌에 따라 좌우된다).
실시예 2
열경화성 우레탄 부품을 제조하기 위하여, 실시예 1의 수지 용액 1.5부를 Rubinate R1840(ICI 제품) 1부와 혼합하여 금형에 붓고 경화시킨다. 금형을 압축 성형에서와 같이 가열할 수 있으며 이렇게 함으로써 초경질의 강인한 플라스틱이 생성되게 된다. 산물의 경도는 사용된 특정 리그닌에 따라 좌우될 것이다.
실시예 3
발포체를 생산하기 위하여, 실시예 1의 리그닌 기본 폴리올 2부를 물 0.05부 및 Rubinate R1840 1부와 예비혼합한 다음 적절한 용기중으로 부으면 자유 융기 발포체가 생성될 것이다.
실시예 4
저밀도 발포체를 생산하기 위하여, 발포제를 실시예 1에서의 리그닌 기본 폴리올과 혼합시킬 수 있다. 따라서, 실시예 1의 리그닌 기본 폴리올 2부를 Forane 141 b(1.1 디클로로-1-플루로에탄) 0.6부와 예비혼합한 다음, 이 혼합물을 Rubinate R-1840 1부와 혼합하고, 이어서 적절한 용기중으로 부으면 자유 융기 저밀도 발포체가 생성되게 된다.
실시예 5
실시예 1의 리그닌 기본 폴리올-기제 우레탄 코팅을 제조하기 위하여, 실시예 1의 리그닌 기본 폴리올 1부를 코팅 적용에 따라 적절한 코팅 용매 1부와 혼합한다. 이어서, 이 예비혼합물을 Rubinate R-1840 1부와 혼합하고 생성되는 혼합물을 사용하여 각종 물질을 코팅한다. 이러한 생성되는 혼합물의 점도는 최종 코팅 적용에 따라 적절한 용매로 조정될 수 있다.
당해분야의 전문가는 크래프트 리그닌 또는 기타 유형의 리그닌도 사용될 수 있음을 숙지한다.
Claims (23)
- 이소시아네이트와 용이하게 반응하여 발포체, 플라스틱 또는 기타 유용한 물질을 생성할 수 있는 혼합물인 리그닌 폴리올을 생성하기 위하여 리그닌이 폴리올과 블렌딩되는 조성물.
- 제1항에 있어서, 리그닌과의 블렌딩에 사용되는 폴리에테르 폴리올이 반응성 물질 중 하나로서 1 내지 100% 에틸렌 옥사이드를 함유하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 폴리에테르 폴리올의 혼합물이 리그닌과의 블렌딩에 사용되는 조성물.
- 제1항에 있어서, 폴리에테르와 폴리에스테르 폴리올의 혼합물이 리그닌과의 블렌딩에 사용되는 조성물.
- 제1항에 있어서, 아미노 그룹을 함유하는 폴리에테르 폴리올의 혼합물이 리그닌과의 블렌딩에 사용되는 조성물.
- 제1항에 있어서, 사용되는 리그닌이 용매 펄핑 과정으로부터 유래하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 사용되는 리그닌이 크래프트 페이퍼 펄핑 과정으로부터 유래하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 리그닌이 바이오매스 과정으로부터 유래하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 리그닌이 기계적 펄핑 과정으로부터 유래하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 리그닌이 설파이트 페이퍼 펄핑 과정으로부터의 리그노설포네이트인 조성물.
- 제1항에 있어서, 폴리올이 WL-440(에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드로부터 생성된 폴리올)인 조성물.
- 제1항에 있어서, 폴리올이 WL-1590(Huntsman Chemical에 의하여 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드로부터 생성된 폴리올)인 조성물.
- 제1항에 있어서, 리그닌이 설파이트 페이퍼 펄핑 과정으로부터의 리그노설포네이트인 조성물.
- 제1항에 있어서, 폴리올이 WL-400(에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드로부터 생성된 폴리올)인 조성물.
- 제1항에 있어서, 리그닌이 반-기계적 펄프로부터의 리그닌인 조성물.
- 제1항에 있어서, 사용되는 리그닌이 바람직하게는 2% 이하의 회분 수준을 갖는 조성물.
- 제1항에 있어서, 사용되는 리그닌이 바람직하게는 1% 이하의 나트륨을 함유하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 사용되는 리그닌이 바람직하게는 500 ppm 이하의 나트륨을 함유하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 리그닌이 바람직하게는 2% 이하의 수용성 이온을 함유하는 조성물.
- 생성되는 발포체 또는 우레탄 산물의 내습성 개선을 위하여 리그닌이 폴리올에 첨가되는 조성물.
- 우레탄 발포체 또는 우레탄 산물의 내연성 개선을 위하여 리그닌이 폴리올에 첨가되는 조성물.
- 제1항에 있어서, 이소시아네이트와 리그닌 기본 폴리올의 하이드록실 그룹의 반응속도가 발포체, 플라스틱 및 코팅과 같은 유용 산물 생성을 위해 충분히 조절가능하도록 나트륨 수준이 충분히 낮은 조성물.
- 제1항에 있어서, 리그닌 기본 폴리올이 적절한 용매와 블렌딩되고 적당한 이소시아네이트와 혼합되어 각종 기질을 위한 우레탄 코팅을 생성하는 조성물.
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