KR20010100234A - 난연성 폴리우레탄 발포체 및 이를 제조하기 위한 폴리올조성물 - Google Patents

난연성 폴리우레탄 발포체 및 이를 제조하기 위한 폴리올조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명의 폴리올 조성물은 난연성 폴리우레탄 발포체를 제조하기 위하여 사용되는 것으로, 방향족 폴리에스테르 폴리올 30∼90 중량부와 에틸렌 디아민 폴리에테르 폴리올 70∼10 중량부로 이루어진 폴리올 100 중량부에 반응시간을 조절하기 위한 아민계 촉매 2.0∼5.0 중량부, 폴리이소시아누레이트 반응을 위한 삼량화 촉매 0.5∼7.0 중량부, 정포제 1.5∼2.5 중량부, 인계난연제 5∼15 중량부, 물 0.3∼1.5 중량부, 및 발포제 25∼45 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기에서 제조된 폴리올 조성물과 메틸렌 디이소시아네이트 조성물을 발포기내에서 1 : 1의 용량비로 혼합하여 피발포체에 발포시킴으로써 난연성 폴리우레탄 발포체를 형성할 수 있다.

Description

난연성 폴리우레탄 발포체 및 이를 제조하기 위한 폴리올 조성물{Flameretardant Polyurethane Foam and Polyol Composition for Preparing the Foam}
발명의 분야
본 발명은 난연성 폴리우레탄 발포체에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 난연등급 2급 내지 3급을 나타낼 수 있는 난연성 폴리우레탄 발포체를 제조하기 위하여 사용되는 폴리올 조성물에 관한 것이다.
발명의 배경
폴리우레탄은 냉동창고, 단열주택, 선박 내부 등을 비롯하여 각종 건축물의 단열 시공을 위한 재료로서 사용되어 오고 있다. 폴리우레탄을 시공하기 위해서는 메틸렌 디이소시아네이트(MDI) 용액과 폴리올 용액을 일정한 비율로 혼합하여 발포기를 사용하여 발포우레탄 성형물을 시공한다. MDI 용액과 폴리올 용액은 각각 별도로 제조되어 폴리우레탄 시공업자가 이들 두 제품을 혼합하여 폴리우레탄 발포체를 시공하고 있다. 따라서 발포우레탄의 품질 및 성능을 향상시키기 위해서는 MDI 용액은 물론 폴리올 용액의 품질과 성능을 향상시켜야 한다.
이제까지 사용되고 있는 MDI 용액과 폴리올 용액으로 발포우레탄을 성형한 발포체의 가장 큰 문제점은 충분한 난연등급을 유지하지 못하는 것이었다. 발포우레탄은 KS F2271에 의하여 난연성을 시험하였을 때 난연등급 2급 내지 3급을 유지하여야 화재에 대비할 수 있는 정도의 난연성을 갖는다. 그러나 이제까지의 발포우레탄은 이러한 난연등급 2급 내지 3급의 정도에 이르지 못하였고, 그 결과 폴리우레탄으로 시공한 건축물은 항상 대형 화재의 요인을 안고 있었다.
또한 종래의 폴리우레탄 발포체를 성형하는 경우, 겨울철과 같은 혹한기에 발포 효율이 떨어져 경제성이 좋지 못한 단점도 내재하여 왔다. 그리고 폴리우레탄을 발포시키기 위해서는 발포제를 사용하여야 하는데, 이제까지는 발포제로서 프레온 가스(CFC-11)를 사용하여 왔다. 프레온 가스는 오존층을 파괴하여 환경문제를 야기시킬 수 있는 물질의 하나로서 선진국에는 이미 그 사용이 법적인 규제를 받고 있는 실정이다. 본 발명에서는 발포제로서 프레온 가스를 사용하지 않고 소위 대체 프레온 가스라 할 수 있는 HCFC-141b 등을 사용하더라도 발포 효율에 큰 문제가 없다는 것도 연구 결과 밝혀졌다.
상기와 같은 종래의 발포우레탄 성형시 또는 발포체의 문제점을 해결하고자 본 발명자는 새로운 조성을 갖는 폴리올 조성물을 개발하기에 이르렀고, 이 폴리올 조성물을 사용하여 폴리우레탄 발포체를 성형하는 경우 충분한 정도의 난연등급을나타내며, 시공시의 발포 효율이 우수하고, 대체 프레온 가스를 발포체로 사용할 수 있음을 밝히게 된 것이다.
본 발명의 목적은 난연등급 2급 또는 3급 수준을 갖는 폴리우레탄 발포체를 성형할 수 있는 폴리올 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 겨울철과 같은 혹한기에도 높은 발포 효율을 나타낼 수 있는 폴리올 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 프레온 가스 대신에 대체 프레온 가스를 발포제로 사용할 수 있는 폴리우레탄 발포체를 성형하기 위한 폴리올 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 단열 성능이 우수하고, 양호한 기밀성, 자기 접착성, 내수성 및 내약품성을 갖는 폴리우레탄 발포체를 성형하기 위한 폴리올 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 폴리올 조성물을 이용하여 난연등급 2급 또는 3급 수준을 갖는 폴리우레탄 발포체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 폴리올 조성물은 난연성 폴리우레탄 발포체를 제조하기 위하여 사용되는 것으로, 방향족 폴리에스테르 폴리올 30∼90 중량부와 에틸렌 디아민 폴리에테르 폴리올 70∼10 중량부로 이루어진 폴리올 100 중량부에 반응시간을 조절하기 위한 아민계 촉매 2.0∼5.0 중량부, 폴리이소시아누레이트 반응을 위한 삼량화 촉매 0.5∼7.0 중량부, 정포제 1.5∼2.5 중량부, 인계난연제 5∼15 중량부, 물 0.3∼1.5 중량부, 및 발포제 25∼45 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기에서 제조된 폴리올 조성물과 메틸렌 디이소시아네이트 조성물을 발포기내에서 1 : 1의 용량비로 혼합하여 피발포체에 발포시킴으로써 난연성 폴리우레탄 발포체를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 폴리올 조성물을 제공하기 위하여 방향족 폴리에스테르 폴리올 30∼90 중량부와 에틸렌 디아민 폴리에테르 폴리올 70∼10 중량부를 혼합한다. 바람직하게는 방향족 폴리에스테르 폴리올 60∼90 중량부와 에틸렌 디아민 폴리에테르 폴리올 40∼10 중량부를 혼합한다.
반응 시간을 조절하기 위하여 아민계 촉매가 상기 폴리올 100 중량부에 대하여 2.0∼5.0 중량부의 양으로 사용된다.
폴리이소시아누레이트 반응을 위하여 삼량화 촉매(trimerization catalyst)가 상기 폴리올 100 중량부에 대하여 0.5∼7.0 중량부로 사용된다. 삼량화 촉매는 포타슘 또는 암모니움 촉매(potassium or ammonium catalyst)로서 미국 Air Product사 제품인 DABCO TMR, DABCO TMR-2, DABCO TMR-3, DABCO TMR-4, DABCO K-15, DABCO T-45, POLYCAT 46 등이 있다.
본 발명에서는, 상기 폴리올 100 중량부에 대하여, 1.5∼2.5 중량부의 정포제, 5∼15 중량부의 인계난연제, 0.3∼1.5 중량부의 물이 첨가된다. 정포제는 실리콘을 주성분으로 하는 독일의 Goldschmidt 사의 B8404가 바람직하게 사용될 수 있고, 인계난연제로는 트리스 클로로-이소프로필 포스페이트(TCPP)가 사용된다.
본 발명에서는 발포제가 상기 폴리올 100 중량부에 대하여 25∼45 중량부의 양으로 사용된다. 사용될 수 있는 발포제로는 CFC-11, HCFC-22, HCFC-141b, HFC-134a, HFC-365mfc, HFC-245fa 등이 있다. 특히 HCFC-141b와 같은 대체 프레온 가스를 사용함으로써 환경 친화적인 제품을 제조할 수 있다.
본 발명의 상기 폴리올 조성물과 기존의 MDI 용액을 혼합한 것을 발포기를 이용하여 발포체를 성형한다. MDI 용액은 시판되고 있는 제품으로 진한 흑갈색을 띠고, 원액비중은 1.23∼1.25(20 ℃)이며, 원액점도는 80∼200 cps(20 ℃)이다. 본 발명에서 제조된 폴리올 용액은 연한 흑갈색을 띠고, 원액비중은 1.14(20 ℃)이며, 원액점도는 60±20 cps(20 ℃)이다.
상기 폴리올 용액과 MDI 용액을 혼합하여 자유 발포하는 경우의 CT(Cream Time)는 1∼3 초이고, RT(Rise Time)는 7∼11 초이다. 발포체의 자유 발포밀도는 제품의 용도에 따라 변할 수 있으며, 통상 23, 26, 28, 30, 32, 40, 50 ㎏/㎥의 밀도를 갖도록 성형된다.
본 발명의 폴리올 조성물과 MDI 용액을 혼합하여 발포시킨 발포체의 물성은 스킨층을 제외한 코아 밀도가 20∼50 ㎏/㎥, 열전도율이 약 0.015 kcal/mh℃, 압축강도가 약 1.7 ㎏/㎠, 굴곡강도가 약 1.8 ㎏/㎠, 흡수량이 약 1.4 g/100㎠이다.
EPS 폼(foam)의 열전도율이 0.029 kcal/mh℃이고, 유리섬유의 열전도율이 0.037 kcal/mh℃인 점을 감안하면 본 발명의 폴리우레탄 발포체는 우수한 단열성능을 갖는다.
본 발명의 폴리우레탄 발포체는 콘크리트에 대하여 2.5 kgf/㎠, 강판이나 아연에 대하여 2.0 kgf/㎠, 및 합판에 대하여 1.5 kgf/㎠의 접착력을 갖기 때문에 자기 접착성이 뛰어남을 알 수 있다.
EPS 폼의 흡수율이 2.0 Vol% 이하인 점을 감안할 때 본 발명의 폴리우레탄 발포체는 1.8 Vol% 이하의 흡수율을 갖기 때문에 내수성이 우수하다.
메틸렌 디이소시아네이트 조성물과 본 발명에서 제조된 폴리올 조성물은 발포기내에서 통상 1 : 1의 용량비로 혼합하여 피발포체에 발포시킴으로써 난연성 폴리우레탄 발포체를 형성하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 예를 들어 메틸렌 디이소시아네이트 조성물과 본 발명에서 제조된 폴리올 조성물의 용량비는 제품의 종류에 따라 변할 수 있으며, 이러한 변경은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다. 메틸렌 디이소시아네이트 조성물과 본 발명에서 제조된 폴리올 조성물은 건축물용 샌드위치 판넬이나 보오드 형태로도 제작될 수 있다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
실시예 1∼4
방향족 폴리에스테르 폴리올과 에티렌 디아민 폴리에테르 폴리올의 함량을 표 1과 같이 변화하면서 실시예 1∼4의 폴리 조성물을 제조하였다. 아민계 촉매, 삼량화 촉매, 정포제, 인계난연제, 물 및 발포제를 표 1과 같이 첨가하였다. 삼량화 촉매로는 DABCO TMR을 사용하였고, 정포제로는 Goldschmidt 사의 B8404를 사용하였으며 발포제로는 HCFC-141b를 사용하였다.
MDI 용액과 상기 폴리올 조성물을 GUSMER 2000 (상표) 발포기를 사용하여 발포기내에서 1 : 1의 용량비로 혼합하여 폴리우레탄 발포체를 형성한 후 Core 밀도, CT, RT, 및 난연성능을 측정하고 그 결과를 표 2에 나타내었다. 난연성능은 KS F2271에 따라 측정하였다.
성 분(중량부) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
방향족 폴리에스테르 폴리올 30 50 70 90
에틸렌 디아민 폴리에테르 폴리올 70 50 30 10
아민계 촉매 2 3 4 5
삼량화 촉매 3 2 1 0.5
정포제 2.0 2.0 2.0 2.0
인계난연제 10 10 10 10
물(H2O) 0.5 0.5 0.5 0.5
발포제 35 35 35 35
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
Core 밀도(kg/㎥) 30.0 30.0 30.0 30.0
CT(Cream Time)(초) 2 3 3 2
RT(Rise Time)(초) 9 12 10 11
난연 성능 난연 3급 난연 3급 난연 2급 난연 2급
본 발명은 높은 발포 효율로 경제성이 우수하고, 오존층을 파괴하는 물질인 프레온 가스 대신에 대체 프레온 가스를 발포제로 사용하여 환경 친화적이며, 우수한 단열 성능, 양호한 기밀성, 자기 접착성, 내수성 및 내약품성을 갖는 난연등급 2급 또는 3급 수준인 폴리우레탄 발포체를 성형하기 위한 폴리올 조성물을 제공하는 효과를 갖는다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (6)

  1. 방향족 폴리에스테르 폴리올 30∼90 중량부와 에틸렌 디아민 폴리에테르 폴리올 70∼10 중량부로 이루어진 폴리올 100 중량부에 반응시간을 조절하기 위한 아민계 촉매 2.0∼5.0 중량부, 폴리이소시아누레이트 반응을 위한 삼량화 촉매 0.5∼7.0 중량부, 정포제 1.5∼2.5 중량부, 인계난연제 5∼15 중량부, 물 0.3∼1.5 중량부, 및 발포제 25∼45 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리우레탄 발포체를 제조하기 위한 폴리올 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리이소시아누레이트 반응을 위한 삼량화 촉매는 포타슘 또는 암모니움 촉매인 것을 특징으로 하는 난연성 폴리우레탄 발포체를 제조하기 위한 폴리올 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 정포제는 실리콘이 주성분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리우레탄 발포체를 제조하기 위한 폴리올 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 인계난연제는 트리스 클로로-이소프로필 포스페이트(TCPP)인 것을 특징으로 하는 난연성 폴리우레탄 발포체를 제조하기 위한 폴리올 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 발포제는 CFC-11, HCFC-22, HCFC-141b, HFC-134a, HFC-365mfc 및 HFC-245fa로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리우레탄 발포체를 제조하기 위한 폴리올 조성물.
  6. 제1항의 폴리올 조성물과 메틸렌 디이소시아네이트 조성물을 혼합하여 피발포체에 발포되어 형성되는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리우레탄 발포체.
KR1020000014312A 2000-03-21 2000-03-21 난연성 폴리우레탄 발포체 및 이를 제조하기 위한 폴리올조성물 KR100348519B1 (ko)

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