KR20010054080A

KR20010054080A - 고탄성 발포우레탄수지의 제조방법

Info

Publication number: KR20010054080A
Application number: KR1019990054720A
Authority: KR
Inventors: 조형래
Original assignee: 조형래
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2001-07-02

Abstract

본 발명은 원상복귀력이 우수한 폴리우레탄발포수지의 제조방법에 관한 것이다.

폴리우레탄 수지는 중합중에 발생하는 기체를 이용하여 발포상태로 각종 제품을 생산하거나 프레온과 같은 발포제를 혼합하여 순식간에 발포처리하고 있다. 폴리우레탄 발포제품은 나일론계통의 발포제품과 달리 탄성에 한계가 있어 고도의 원상복귀가 필요한 제품제조는 불가능한 것이다.

본 발명은 폴리우레탄의 중합처리시 폴리올에 정량의 순수한 물과 아민촉매 그리고 기타 여러 가지 촉매류를 배합하여 중합과 발포를 진행하므로서 본래 부피의 1/10정도까지 압축후에도 압축상태가 해제되면 즉시 원상회복하여 원래의 형태로 회복가능한 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.

본 발명의 방법으로 얻어진 발포수지제품은 고도의 원상회복력과 인장성이 요구되는 각종 제품에 적용할 수 있는 것이다.

Description

고탄성 발포우레탄수지의 제조방법{A process for the preparation of high foam polyurethan pobymer}

본 발명은 고탄성과 인장력을 발휘하는 폴리우레탄 발포수지의 제조방법에 관한 것이다. 특히 본래의 부피보다 수배이상 감축후 장시간 방치한 다음에도 본래의 형태로 즉시 원상복귀할 수 있는 폴리우레탄 발포수지에 관한 것이다.

폴리우레탄은 중합반응중에 자체적으로 기체가 발생하므로 필연적으로 미세한 기공을 내부에 함유하게 되며 이 기공의 정도에 따라서 여러 가지 용도로 사용되고 있다. 그러나 자체적인 발생기체만으로는 본래 목적한 발포도와 탄성 그리고 인장력을 발휘하지 못하므로 실온에서 고도의 휘발성을 갖는 프레온이나 기타 여러 가지 고휘발성의 기체를 함유시켜 발포처리하고 있다. 프레온기체와 같은 재료를 이용하여 발포처리하면 초고속화된 발포처리는 가능하나 발포제품의 내부 색이 중합구조를 유지한 채 형성되지아니하여 탄성복원력이 약하여 10배이상의 압축, 회복의 기능은 기대할 수 없는 것이다.

또한 프레온과 같은 환경파괴물질은 사용후 대기중에 방출되면서 대기중의 오존층을 파괴하는 주범으로 인정되어 전세계적으로 그 사용을 자발적 혹은 강제적으로금지하고 있는 것이다. 프레온을 대체하는 것으로 여러 가지 제품이 개발보급되고있으나 가격이나 기능의 면에서 아직도 경제성이나 효율이 낮아 범용화하기에는 아직도 문제가 있는 것이다.

본 발명은 프레온과 같은 인위적인 발포제를 사용하지 아니하면서도 고도의 탄성을 발휘하는 발포제품을 제조하기 위하여 폴리올에 물, 아민계 촉매, 이소시아네이트유도체 그리고 카스터유를 알맞는 비율로 배합하여 발포와 중합에 가장 적합한 온도로 배합처리하므로서 고도의 탄성을 갖는 발포폴리우레탄을 얻었다. 특히 인위적인 발포기체를 사용하지 아니하면서도 십배이상의 압축후에도 압축력이 제거되면 즉시 본래의 형태로 복귀하는 발포폴리우레탄을 제조하는 것이다.

본 발명은 반응기의 온도를 40내지 55℃로 한 다음 전체 중량을 기준으로 하여 폴리히드록시화합물 850내지 970중량%를 넣어 교반하는 공정,

교반에 의하여 폴리히드록시화합물의 내부온도가 상기한 온도에 도달하면 순수한 물 20내지 40중량%, 아민계 촉매 1 내지 10중량%, 카스터유 20내지 40중량%, 탈크 10내지 20중량%, 정포제 10 내지 25중량% 그리고 기포안정제 2내지 5.5중량%를 배합한 다음 250내지 300 rpm으로 50분내지 70분간 교반처리하는 공정,

교반이 끝난 후 안료 4내지 5중량%를 첨가후 교반속도 250내지 260rpm으로 30내지 40분간 안료배합하는 공정

그리고 일정한 형태의 금형에 주입하여 발포처리하는 공정으로 구성되어 있다.

본 발명에서 폴리히드록시화합물은 프탈산, 아디핀산, 이량화리놀레인산, 말레인산등의 유기산과 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 디에틸렌등과의 에스테르화로 얻어진 폴리에스테르화합물, 폴리옥시프로필렌글리콜, 폴리(옥시프로필렌)글리콜, 폴리(옥시에틸렌)글리콜, 폴리(옥시부틸렌)글리콜, 폴리(옥시테트라메틸렌)글리콜과 같은 디올계화합물 혹은 트리올계 화합물이나 솔비톨, 펜타에리트리톨과 같은 폴리에테르계화합물중의 어느 하나 혹은 이들의 혼합물로서 특히 적합하게는 트리올계통화합물이 적당하다. 폴리올은 반응시 이소시아네이트와 연쇄반응하여 필요한 기체의 발생과 골격구조를 이루는 것으로 850중량%보다 적게 배합되면 우레탄골격구조를 완전히 형성하지 못하여 부분적인 미경화상태 혹은 점질의 표면 상태로 되며, 970중량%보다 많이 배합되면 너무 경화가 되어 탄성이나 인장력이 목적한 수준에 이르지 못하게 된다.

본 발명에서 아민계 촉매는 발포특성, 반응시간, 발포체의 통기성 향상, 밀도편차의 최소화를 위하여 선정하고 사용량도 이에 맞추어 사용되는 것으로, 아민촉매의 활성도는 아민의 염기도(Pka)와 3급 아민의 입체장애도에 의하여 좌우된다. 본발명에서 사용되는 아민촉매는 3급아민류로서 이소시아네이트, 물과 반응의 주촉매로써 발포공정의 수지화반응과 발포반응을 조절하여 균형을 이루는 작용을 한다. 사용량은 1중량%이하로 사용하는 경우 몰드에 투여시 경화시간이 너무 길어지거나 경화가 완전히 이루어지지 아니하여 몰드 탈형시 탈형이 잘되지 않게 된다. 그리고 10중량%보다 많이 사용하는 경우 너무 경화시간이 빠르게 진행되어 몰드에 충분히 주입되기도 전에 굳어지므로 제품이 기형화되어 목적한 형태를 얻을 수 없게 된다.

본 발명에서 사용한 카스터유는 글리세릴트리리시놀레이트가 약 70%이고 글리세릴디리시놀레이트, 모노올레이트 또는 모노리놀레이트가 약 30%인 것이 적당하다. 사용량은 20중량%보다 적게 사용하면 제품의 인장력과 경도가 너무 약해지며, 40중량%보다 많이 사용하면 경도가 너무 커져 탄성 이나 복원력이 약해지는 문제가 발생한다.

본 발명에서 물은 초고순수제조장치를 이용하여 얻은 것으로 20%보다 적게 사용하면 제품의 발포도가 너무 작아지는 문제가 발생하며, 40%보다 많이 사용하면 발포가 너무 많이 되어 완성된 발포성형품에 수축현상이 발생한다.

본 발명에서 상기한 제조공정에 의하여 제조된 것은 발포도가 약 8∼10배에 이르도록 조절하여 주며 압축력이 가해지는 경우 본래의 부피보다 약 10%정도까지 압축하여 방치한다 하여도 압축력이 사라지면 즉시 본래의 크기로 회복하는 기능을 발휘한다.

이하 본 발명을 제조하는 구체적인 실시예에 의하여 구체적으로 설명한다.

실시예1

반응탱크의 외벽을 감싸는 온수순환로를 개방하여 온도를 65내지 75℃로 올려준다. 이상태에서 폴리올 914g을 넣고 교반모터를 회전시켜 반응조의 내부온도가 상기한 온도가 되도록 유지한다. 상기한 온도로 상승하면 물 30g, 아민촉매 4g, 소포제 2g, 카스터유 25g을 가한다음 교반기를 250내지 300rpm으로 유지하면서 1시간 동안 교반하여 준다. 안료를 8g취하여 넣고 계속 교반하되 안료의 섞이는 정도에 맞추어 조절하여 준다. 교반이 완료되면 샘플을 취하여 시험한 다음 포장한다. 이상의 실시예와 동일한 공정으로 제조하되 첨가량을 다음의 표와같이 변화하면서 제조하였다.

상기한 실시예와는 별도로 동일한 공정에 의하여 다음의 표와 같이 비교실시할 제품을 제조하였다.

	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
폴리올	850	960	914	914
아민촉매	4	4	10	2
물	20	35	30	30
카스터유	20	30	20	25
소포제	6	10	15	10
탈크	15	15	10	20
정포제	1.0	3.0	2.0	2.0
교반속도(rpm)	300	200	150	500
온도	50	50	80	75
	실시예 6	실시예 7	실시예 8	실시예 9
폴리올	980	914	850	914
아민촉매	4	1	4	10
카스터유	30	25	40	20
소포제	10	10	10	25
탈크	15	20	15	10
정포제	3	2	3	5.5
물	35	30	40	30
교반속도(rpm)	300	300	300	300
온도	50	50	60	60

상기한 비교실시예로 제조한 제품에 대한 물성의 평가는 다음과 같다.

	탄성	복원력	표면강도	내열성	내후성	인장력
실시예 1	9	10	8	9	9	10
실시예 2	5	6	6	7	5	6
실시예 3	8	8	7	8	8	7
실시예 4	8	7	7	8	8	8
실시예 5	7	6	9	9	7	8
실시예 6	8	7	8	8	8	9
실시예 7	6	6	8	8	7	7
실시예 8	5	6	5	6	5	6
실시예 9	6	7	7	8	6	7

상기한 실시예와 달리 다음의 표에 나타나듯이 배합비를 조절하여 목적한 고발포제품을 제조하였다.

	비교실시예 1	비교실시예 2	비교실시예 3	비교실시예 4	비교실시예 5
폴리올	840	769.5	980	985	700
아민촉매	11	10	1	1	20
카스터유	50	70	10	5	100
정포제	10	25	2	2	25
탈크	20	20	5	5	20
기포안정제	5	5.5	1	1	10
물	74	100	1	1	125
교반속도	300	300	250	280	300
온도	50	45	50	50	49

	탄성	복원력	표면강도	내열성	내후성	인장력
비교실시예 1	4	5	3	3	4	2
비교실시예 2	3	4	4	2	5	3
비교실시예 3	5	5	6	6	7	6
비교실시예 4	6	6	8	8	8	7

*.비고: 본 발명에서 측정한 결과값은 기준이 되는 실시예1의 시험결과를 중심으로 이것에서 측정된 탄성, 복원력, 표면강도, 내열성, 내후성, 인장력의 최고값을 10으로 할 때 이것과 상대적으로 비교한 값이다. 내후성은 10%의 염산수용액과 가성소다수용액에 24시간침지후에 표면에 발생하는 각종 변화를 측정한 것이다. 탄성의 경우는 실시예1의 제품이 단위거리만큼 눌러준 다음 회복하는 데 걸리는 시간을 비교한 것이며, 복원력은 일정넓이와 부피의 제품을 압축하여 준 다음 방치시 원상복귀하는 데 걸리는 시간을 비교측정한 값이다.

상기한 시험결과에 나오듯이 폴리올의 첨가가 적어지면 우레탄골격구조를 완성하지 못하여 탄성, 강도등에 문제가 발생하며, 너무 많이 첨가시 너무 단시간에 경화되면서 강도는 강해지나 탄성, 복원력등이 극히 저하되는 것이다.

이상 본발명의 발포제품은 통상적인 폴리우레탄 발포제품에 비하여 탄성복원력이 뛰어나면서도 인장력이 있으며, 우수한 발포성을 주기 위하여 프레온과 같은 고휘발성의 발포성 재료를 사용하지 아니하므로 환경보호는 물론 작업자의 건강을 보호하게 됨은 물론 발포된 제품이 자체적인 발생기체를 이용하여 발포하므로 기공의 형성이 자연스럽고 조직간의 이탈해리현상이 없어 강한 인장력을 발휘하는 것이다. 특히, 반복적인 압착과 원상회복이 필요한 용도로 사용시 이같은 내부에 산재한 기공의 파쇄가 거의 없이 안정된 구조를 유지하므롯 산업용 및 가정용으로 다양하게 사용가능한 것이다. 특히 본발명의 제품을 원상복귀가 필요하면서도 평상시에는 압축상태를 유지하여 부피를 최소화하여야하는 비상용 장치 혹은 자동장치등에 사용하기도 하고 일상적인 의류나 장난감의 충진재로 사용하여 또다른 특징이 있는 제품을 개발생산할 수 있는 것이다

Claims

반응기의 온도를 40내지 55℃로 한 다음 전체 중량을 기준으로 하여 폴리히드록시화합물 850내지 970중량%를 넣어 교반하는 공정,

교반에 의하여 폴리히드록시화합물의 내부온도가 상기한 온도에 도달하면 순수한 물 20내지 40중량%, 아민계 촉매 1 내지 10중량%, 카스터유 20내지 40중량%, 탈크 10내지 20중량%, 정포제 10 내지 25중량% 그리고 기포안정제 2내지 5.5중량%를 배합한 다음 250내지 300 rpm으로 50분내지 70분간 교반처리하는 공정,

교반이 끝난 후 안료 4내지 5중량%를 첨가후 교반속도 250내지 260rpm으로 30내지 40분간 안료배합하는 공정

그리고 일정한 형태의 금형에 주입하여 발포처리하는 공정으로 구성된 고탄성 발포우레탄수지의 제조방법
제 1 항에 있어서,

카스터유는 글리세릴트리리시놀레이트가 약 70%이고 글리세릴디리시놀레이트, 모노올레이트 또는 모노리놀레이트가 약 30%인 것을 특징으로 하는 고탄성 발포우레탄의 제조방법.