KR20040034754A

KR20040034754A - 활성탄을 혼합한 폴리우레탄 스폰지의 제조방법

Info

Publication number: KR20040034754A
Application number: KR1020020062797A
Authority: KR
Inventors: 김부남
Original assignee: 김부남
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2004-04-29

Abstract

본 발명은 건축재나 쿠션재 등으로 이용되는 폴리우레탄 스폰지의 원료인 폴리올과 이소시아네이트에 발포제와 함께, 우수한 산화방지, 제습 및 탈취효과를 갖는 활성탄분말을 투입하고 발포시킴으로써, 폴리우레탄 스폰지를 건축재나 매트리스재로 이용할 시에는 위생성을 극대화하여 쾌적한 상태가 유지될 수 있도록 하며, 또한 활성탄으로부터 발생되는 음이온과 원적외선이 거주자의 신체 내부로 깊숙하게 침투하여 부교감신경을 자극함으로써 인체의 혈액순환이 촉진되어 피로가 해소되도록 하고 전자파를 차단함과 동시에, 과일, 육류 등의 식품 포장재로 이용할 시에는 식품의 신선도를 유지시켜 저장기간을 연장할 수 있을 뿐만 아니라, 큰 비표면적과 높은 기공률로 인하여 미생물의 번식과 보호를 위한 담체로 이용할 수도 있는 것으로, 폴리에스터 폴리올, 폴리에틸렌 폴리올 또는 이들의 혼합체 25∼40중량%, 이소시아네이트 25∼40중량%, 활성탄분말 5∼40중량% 및 발포제 10∼15중량%를 투입하고 교반하는 원료배합단계(S1)와: 배합된 원료를 20∼30℃에서 24∼36 시간동안 숙성하는 숙성단계(S2)와: 숙성된 배합원료를 교반하는 교반단계(S3)와: 교반된 배합원료를 금형에 투입하고 120∼130℃의 온도로 10∼20분간 가류하는 1차 가류단계(S4)와: 1차 가류된 배합원료를 160∼170℃의 온도로 20∼30분간 가류하는 2차 가류단계(S5)와: 2차 가류된 배합원료를 15∼40℃의 온도에서 냉각하는 냉각단계(S6)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 활성탄을 혼합한 폴리우레탄 스폰지의 제조방법이다.

Description

활성탄을 혼합한 폴리우레탄 스폰지의 제조방법{The manufacturing method of polyurethane sponge mixing activated carbon}

본 발명은 활성탄을 혼합한 폴리우레탄 스폰지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리우레탄 스폰지의 원료인 폴리올과 이소시아네이트에 발포제와 함께, 우수한 산화방지, 제습 및 탈취효과를 갖는 활성탄분말을 투입하고 발포시킴으로써, 폴리우레탄 스폰지를 건축재나 매트리스재로 이용할 시에는 위생성을 극대화하여 쾌적한 상태가 유지될 수 있도록 하며, 또한 활성탄으로부터 발생되는 음이온과 원적외선이 거주자의 신체 내부로 깊숙하게 침투하여 부교감신경을 자극함으로써 인체의 혈액순환이 촉진되어 피로가 해소되도록 하고 전자파를 차단함과 동시에, 과일, 육류 등의 식품 포장재로 이용할 시에는 식품의 신선도를 유지시켜 저장기간을 연장할 수 있을 뿐만 아니라, 큰 비표면적과 높은 기공률로 인하여 미생물 담체로도 이용할 수 있도록 한 활성탄을 혼합한 폴리우레탄 스폰지의 제조방법이다.

일반적으로 폴리우레탄 스폰지는 자동차 내장재, 헬멧, 어린이용 완구, 가구용 폼, 건축자재, 여성의 브레이지어 컵, 바디세척용 수세미, 신발창 등 전 산업분야에 널리 사용되고 있으나, 이러한 폴리우레탄 스폰지는 우레탄이 가지고 있는 독성에 의하여 피부와 접촉시 피부질환을 일으키는 문제점이 있었다.

일부에서는 폴리우레탄 스폰지가 피부와 접촉시 그 접촉부의 피부 혈액순환을 촉진시키기 위하여 세라믹을 함유시켜 제조하고 있는 실정이나, 세라믹의 가격이 고가이고 구입이 용이하지 못할 뿐만 아니라, 스폰지의 탄성력 및 복원력이 저하되어 폴리우레탄 스폰지의 기능을 제대로 수행할 수 없는 등의 문제점이 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 선출원된 국내 공개특허공보 제 2000-36652호의 '폴리우레탄 발포수지 조성물 및 그 제조방법'은, 액상의 폴리우레탄수지에 황토 및 숯분말을 혼합하여 발포시킴으로써 완충 및 단열 성능과 함께 황토 및 숯의 효능을 이용하여 원적외선 방출은 물론 습기제거 및 전자파차단 효과를 갖도록 하였으나, 황토나 숯분말이 균일하게 혼합되지 않을 뿐만 아니라, 황토나 숯분말로 인하여 충분한 발포가 이루어지지 않아 실용화하기에는 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같이 제습 및 탈취효과를 가질 수 없었던 종래의 폴리우레탄 스폰지가 지닌 제반 문제점을 해결하기 위하여, 폴리우레탄 스폰지의 원료인 폴리올과 이소시아네이트에 발포제와 함께, 우수한 산화방지, 제습 및 탈취효과를 갖는 활성탄분말을 투입하여 발포시킴으로써, 폴리우레탄 스폰지를 건축재나 매트리스재로 이용할 시에는 위생성을 극대화하여 쾌적한 상태가 유지될수 있도록 하며, 또한 활성탄으로부터 발생되는 음이온과 원적외선이 거주자의 신체 내부로 깊숙하게 침투하여 부교감신경을 자극함으로써 인체의 혈액순환이 촉진되어 피로가 해소되도록 하고 전자파를 차단함과 동시에, 과일, 육류 등의 식품 포장재로 이용할 시에는 식품의 신선도를 유지시켜 저장기간을 연장할 수 있을 뿐만 아니라, 큰 비표면적과 높은 기공률로 인하여 미생물 담체로도 이용할 수 있도록 한 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 활성탄을 혼합한 폴리우레탄 스폰지의 제조공정도.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 활성탄을 혼합한 폴리우레탄 스폰지의 제조방법은, 폴리에스터 폴리올, 폴리에틸렌 폴리올 또는 이들의 혼합체 25∼40중량%, 이소시아네이트 25∼40중량%, 활성탄분말 5∼40중량% 및 발포제 10∼15중량%를 투입하고 교반하는 원료배합단계(S1)와: 배합된 원료를 20∼30℃에서 24∼36 시간동안 숙성하는 숙성단계(S2)와: 숙성된 배합원료를 교반하는 교반단계(S3)와: 교반된 배합원료를 금형에 투입하고 120∼130℃의 온도로 10∼20분간 가류하는 1차 가류단계(S4)와: 1차 가류된 배합원료를 160∼170℃의 온도로 20∼30분간 가류하는 2차 가류단계(S5)와: 2차 가류된 배합원료를 15∼40℃의 온도에서 냉각하는 냉각단계(S6)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 활성탄을 혼합한 폴리우레탄 스폰지의 제조공정도로서, 원료배합단계(S1), 숙성(S2), 교반(S3), 1차 가류(S4), 2차 가류(S5) 및 냉각단계(S6)로 이루어진다.

원료배합단계(S1)는 망으로 된 그물구조로 되어 있는 폴리올을 일렬 횡대로 펴기 위해 충진재 및 기타약품을 혼합하는 단계로, 이소시아네이트(isocyanate)의 배합비가 25중량% 미만이면 생산성이 저하되고 40중량%를 초과하면 생산원가가 상승하며, 활성탄분말이 5중량% 미만이면 활성탄분말의 효과가 충분히 나타나지 않고 40중량%를 초과하면 스폰지로서의 물성이 저하되며, 또한 발포제의 배합비가 10중량% 미만이면 충분한 발포가 이루어지지 않고 15중량%를 초과하면 발포 효율이 저하되므로, 폴리에테르 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르 폴리올(polyester polyol) 또는 이들의 혼합체 25∼40중량%에 이소시아네이트(isocyanate) 25∼40중량%, 활성탄분말 5∼40중량% 및 발포제 10∼15중량%를 투입하는 것이 바람직하다.

상기 폴리에스테르 폴리올은 폴리카르보닐산(polycarbonyl acid)과 폴리하이드로 알코올(polyhydro alcohol)을 축합반응시켜 제조한 평균분자량이 500∼4000인 것을 사용할 수 있으며, 이 때 카르복닐산은 옥살산(oxalic acid), 말론산(malonic acid) 등을 사용할 수 있고, 폴리에테르 폴리올은 평균분자량이 500∼4000인 2∼3개의 히드록시기가 포함된 폴리옥시알킬렌폴리올과 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

또한 활성탄분말은 역청탄(bituminous coal)을 미분쇄하고 850∼1150℃의 온도범위에서 불연소화합방식인 수증기부활법으로 활성화시켜 제조하는 것으로, 흡착에 관여하는 세공이 미세공으로 형성되며 비표면적이 약 1000㎡/g으로 요오드흡착력이 900∼950mg/g에 이르고, 또한 계속적으로 산화 및 환원반응을 함으로써 우수한 통풍, 제습 및 탈취효과를 갖는다.

상기 활성탄분말의 입도가 500mesh 미만이거나 800mesh를 초과하면 발포시 고른 발포가 이루어지지 않아 원가가 상승하므로, 경제성을 고려할 때 500∼800mesh가 바람직하나 이를 반드시 제한하는 것은 아니다.

발포제로는 수지입자의 내부에서 기화되어 기포로 형성될 수 있는 물질은 모두 사용가능한 것으로, 특히 트리클로로플루오르메탄(CFC-11), 디클로로디플루오르메탄(CFC-12), 프로판, 부탄, 펜탄 또는 이산화탄소 등이 효과적이나, CFC 물질은 오존층을 파괴하는 물질로 알려져 있어 사용이 규제되고 있으며, 프로판은 증기압이 높아 공정상에 문제점이 있고, 펜탄은 고가이므로 경제성이 저하되며, 화재 및 폭발의 위험성이 없는 이산화탄소는 작업압력이 높아지므로 부탄을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

원료를 배합한 후 배합원료를 숙성(S2)하는 것은 내부에 혼련된 약품성이 서로 전이하여 활성화를 조성하기 위한 것이며, 숙성단계(S2)를 거치지 않으면 찐빵을 찌듯 전표면이 부풀어올라 고른 팽창, 상승이 이루어지지 않으므로 스폰지로서의 물성을 갖지 못하는 문제점이 있으며, 숙성온도가 20℃ 미만이면 약품성의 전이가 용이하지 않고 30℃를 초과하면 발포가 시작될 문제점이 있으므로 20∼30℃의 온도범위에서 숙성한다. 이 때 숙성시간이 24시간 미만이면 충분한 숙성이 이루어지지 않고 36시간을 초과하면 생산성이 저하되므로 24∼36시간 숙성하는 것이 바람직하나 반드시 이를 제한하는 것은 아니다.

숙성(S2) 후, 숙성된 배합원료를 교반(S3)하여 배합원료가 충분히 혼합되도록 한 후, 교반된 배합원료를 금형에 투입하여 120∼130℃의 온도에서 10∼20분간 1차 가류(S4)하고, 1차 가류된 배합원료를 다시 160∼170℃의 온도에서 20∼30분간 2차 가류(S5)한다.

상기 가류단계는 스폰지의 고른 발포와 우수한 물성을 위하여 2번에 걸쳐 행하는 것이며, 이 때 1차 가류온도가 120℃ 이하이면 발포속도가 늦어 생산성이 저하되고 130℃를 초과하면 단시간 내에 발포가 이루어져 스폰지의 물성이 저하되므로 120∼130℃의 온도로 10∼20분간 1차 가류(S4)한 뒤, 우레탄의 가공온도인 160∼170℃에서 20∼30분간 2차 가류(S5)하는 것이 바람직하다.

2차 가류(S5) 후, 2차 가류된 배합원료를 15∼40℃에서 냉각(S6)하여 발포반응을 멈추게 하며, 냉각온도가 15℃ 미만이면 별도의 냉각공정을 거쳐야 하므로 경제성이 좋지 못하고 40℃를 초과하면 발포반응이 계속적으로 일어나게 되므로 15∼40℃에서 냉각하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 방법으로 제조된 폴리우레탄 스폰지는 미세한 독립기포 구조로 되어 있어 열전도율이 극히 낮기 때문에 열기나 냉기의 침입에 매우 우수한 차단 효과를 가질 뿐만 아니라, 활성탄분말로 인한 제습, 탈취, 항균, 음이온 방사 및 원적외선 방사효과를 갖음과 동시에, 식품 신선도를 장기간 유지시키는 등의 효과를 제공할 수 있음으로써, 가구, 의류, 신발, 매트리스 뿐만 아니라 식품 포장재 등의 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 더욱이 폴리우레탄 스폰지가 갖는 큰 비표면적과 높은 기공률로 인하여 미생물 담체로 이용할 수도 있는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며, 폴리우레탄 뿐만 아니라 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비닐 등의 플라스틱에 활성탄분말을 혼합하여 발포시킬 수 있는 것으로, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이 본 발명의 활성탄을 혼합한 폴리우레탄 스폰지의 제조방법에 의하면, 폴리우레탄 스폰지의 원료인 폴리올과 이소시아네이트에 발포제와 함께, 우수한 산화방지, 제습 및 탈취효과를 갖는 활성탄분말을 투입하고 발포시킴으로써, 폴리우레탄 스폰지를 건축재나 매트리스재로 이용할 시에는 위생성을 극대화하여 쾌적한 상태가 유지될 수 있도록 하며, 또한 활성탄으로부터 발생되는 음이온과 원적외선이 거주자의 신체 내부로 깊숙하게 침투하여 부교감신경을 자극함으로써 인체의 혈액순환이 촉진되어 피로가 해소되도록 하고 전자파를 차단함과 동시에, 과일, 육류 등의 식품 포장재로 이용할 시에는 식품의 신선도를 유지시켜 저장기간을 연장할 수 있을 뿐만 아니라, 큰 비표면적과 높은 기공률로 인하여 미생물의 번식과 보호를 위한 담체로도 이용할 수 있도록 하는 등의 유용한 효과를 제공한다.

Claims

활성탄을 혼합한 폴리우레탄 스폰지의 제조방법에 있어서,

폴리에스터 폴리올, 폴리에틸렌 폴리올 또는 이들의 혼합체 25∼40중량%, 이소시아네이트 25∼40중량%, 활성탄분말 5∼40중량% 및 발포제 10∼15중량%를 투입하고 교반하는 원료배합단계(S1)와: 배합된 원료를 20∼30℃에서 24∼36 시간동안 숙성하는 숙성단계(S2)와: 숙성된 배합원료를 교반하는 교반단계(S3)와: 교반된 배합원료를 금형에 투입하고 120∼130℃의 온도로 10∼20분간 가류하는 1차 가류단계(S4)와: 1차 가류된 배합원료를 160∼170℃의 온도로 20∼30분간 가류하는 2차 가류단계(S5)와: 2차 가류된 배합원료를 15∼40℃의 온도에서 냉각하는 냉각단계(S6)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 활성탄을 혼합한 폴리우레탄 스폰지의 제조방법.