KR20040058342A - 이형제 및 플라스틱 성형품의 제조 방법 - Google Patents

이형제 및 플라스틱 성형품의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 성형품의 연부 및 표면상에 바람직하지 않으며 잠재적으로 건강에 유해한 물질의 농도를 감소시키는 플라스틱 성형품을 제조하기 위한 이형제에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 이형제를 사용하여 유해 물질의 함량이 낮은 플라스틱 성형품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

이형제 및 플라스틱 성형품의 제조 방법{MOULD RELEASE AGENTS AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF PLASTIC MOULDING PARTS}
예를 들면, 플라스틱 재료, 합성 수지, 섬유 및 엘라스토머 등의 고분자량 합성 물질 (중합체)은 기술면에서 지극히 중요한 역할을 한다. 예를 들면 냉간성형 또는 열간성형, 특히 롤링, 압출 또는 압축에 의해 플라스틱을 가공한다. "열간 프레스 성형"으로, 재료를 정제 또는 과립의 형태로 금형에 첨가하여 가열한 후; 플라스틱이 되는 재료를 압축 금형의 모든 공동 내에 정확히 충전하고 냉각 후 그의 형태를 유지시킨다. 시트는 예를 들어 용액의 가공으로 주조된다. 플라스틱 성형품의 제조는 과립 등의 형태로 완성된 중합체의 가공과는 별도로 반응 혼합물의 전환에 의해서도 수행될 수 있다. 예를 들면, 사용되는 원료 성분을 소정의 공식에 따라 정확히 계량 및 혼합한 후, 얻어지는 반응성 혼합물을 혼합 챔버로부터 성형 장치로 배출하는 1단계 또는 원 샷 (one-shot) 방법으로 대다수의 폴리우레탄, 특히 폴리우레탄 발포체를 제조한다. 또 다른 방법은 예를 들면 엘라스토머의 제조에 중요한 2단계 방법 또는 예비 중합체 방법이다.
플라스틱 성형품의 제조시, 중합체의 열변형 때문에 단량체의 역형성이 초래될 수 있다. 다수의 중합체의 경우, 대부분 반응성이 매우 높은 단량체의 중합체는 건강에 유해한 것으로 분류된다. 또한, 성형품은 건강에 유해할 수 있는, 미량의 다른 반응 부산물 및(또는) 분해 생성물, 또는 촉매, 안정제, 유탁제, 발포제 등의 첨가제를 함유할 수 있다.
건강의 안전을 이유로, 잠재적으로 건강에 유해한 물질의 농도를 가능한 한 낮게 유지하는 것이 바람직하다. 이 목적을 위한 여러 가지 방법이 제안되어 있다. 그러나, 시간 낭비적이고 제조 비용을 증가시키는 성형품의 후처리로 바람직하지 않은 물질을 제거하는 것과는 별도로, 가공시 바람직하지 않은 물질과 화학적으로 결합하는 물질을 반응 혼합물 또는 중합체에 첨가하는 것이 특히 추천된다.
GB-A 1 565 124에는 개별 반응성 성분에 방향족 아민, 구체적으로 TDA (톨루일렌디아민, 디아미노톨루엔)용 포착 (trapping) 화합물을 첨가하여 폴리우레탄 발포체를 제조하는 것이 제안되어 있다. 실시예로부터, 고가의 지방족 디이소시아네이트를 5 중량% 이상 첨가하는 것만으로도 상당한 결과를 검출할 수 있지만, 지방족 디이소시아네이트를 0.5 내지 8 중량%를 첨가하는 것이 특히 효과적임을 알 수 있다. 그러나, 상당량의 지방족 폴리이소시아네이트를 첨가하기 때문에, 방향족 폴리이소시아네이트 기재의 폴리우레탄 발포체의 기계적 및(또는) 물리적 특성에 악영향을 준다.
여러 가지 등급의 화학적 화합물로부터 다수의 저가의 첨가제 및(또는) 보조 물질이 DE-A 199 19 826, DE-A 199 19 827, DE-A 199 28 675, DE-A 199 28 676, DE-A 199 28 687, DE-A 199 28 688 및 DE-A 199 28 689에 기재되어 있으며, 이에 의해 TDA 또는 MDA (메틸렌디페닐렌디아민) 등의 1차 방향족 디아민의 중간체 형성이 연질 폴리우레탄 발포체의 생성을 감소시킨다고 언급된다. 이 경우에도, 보조 물질을 2종의 반응 성분 중 하나에 1 내지 6 중량% 첨가한다.
바람직하지 않은 물질을 "포착"하는 기능을 하는, 플라스틱 조성물에 첨가하는 이러한 보조 물질을 첨가하는 경우, 최종 생성물의 기계적 및(또는) 화학-물리적 명세 사항에 제재 조성물 또는 중합체 원료의 재형성 또는 변성이 요구될 수 있는, 상당한 변화를 야기한다는 일반적인 단점이 있다. 통상 바람직하지 않은 물질을 효과적으로 제거하기 위해서는 상당량의 보조 물질을 첨가해야 하므로, 이는 더욱 사실적이다.
플라스틱 성형품의 제조시, 플라스틱 조성물 및 금형 벽 사이의 접촉 대역에서 상호 작용이 일어나, 연부에서 플라스틱 재료의 조성물이 내부 지역 (코어)에서의 조성물과 상이 (일부 경우 단지 미량)하다. 예를 들면, 방향족 폴리이소시아네이트 기재의 폴리이소시아네이트-중부가 생성물을 제조한 직후, 사용되는 폴리이소시아네이트가 화학적으로 기초하는 방향족 아민이 발포체 중에 미량 검출될 수 있다. 이들 방향족 아민은 사용되는 폴리이소시아네이트의 이소시아네이트기가 이산화탄소를 방출하면서 가수 분해됨으로써 중간체로 형성된다. 폴리우레탄 연질 성형 발포체 물질로, 연부 (표피)에서 이들 방향족 아민의 함량은 성형품 (코어)의내부보다 높다.
따라서, 플라스틱 성형품의 연부에서 바람직하지 않은 물질의 농도를 감소시키는 것이 특히 중요하다. 또한, 이것은 플라스틱 성형품의 표면이 특히 일용품의 경우 가공업자뿐만 아니라 이후 사용자들과 직접 접촉하는 표면을 구성하기 때문에 필수적이다.
성형품의 제조시 바람직하지 않은 물질과 반응하여 이들 물질을 "포착"하는 기능을 하는 1종 이상의 첨가제를 함유하는 이형제를 사용하는 경우, 플라스틱 성형품의 표면상 및 연부에서 바람직하지 않으며, 특히 잠재적으로 건강에 유해한 물질의 농도를 효과적으로 감소시킬 수 있다는 것이 마침내 발견되었다.
플라스틱 재료가 성형 표면 (압축 금형, 롤러 등)상에서 가공되는 모든 방법에서, 최종 생성물을 표면으로부터 손상없이 벗겨내거나 금형으로부터 손상없이 꺼낼 수 있는 것이 중요하다. 이러한 이유 때문에, 성형 표면을 개별 가공 단계 (금형의 경우) 사이 또는 연속적으로 (롤러의 경우) 이형제로 코팅하여, 플라스틱 성형품이 성형 표면에 부착되는 것을 방지한다.
본 발명에 따르면, 중간체로 형성된 바람직하지 않은 물질을 "포착"하는 기능을 하고 예를 들면 폴리우레탄 연질 성형 발포체의 경우 연부에서 방향족 아민과 화학적으로 결합하는 1종 이상의 첨가제를 함유하는 시판의 이형제에 첨가할 수 있다. 이형제를 성형품의 표면에 얇은 층 또는 필름으로 간단히 도포하여 필요한 포착제의 양을 최소화할 수 있다. 이러한 변성된 이형제가 이형제의 원래 효과 (이형성, 즉 금형으로부터 손상없이 플라스틱 성형품을 꺼내는 것을 확보함)를 유지하면서 플라스틱 성형품의 연부에서 바람직하지 않은 물질을 효과적으로 감소시킬 수 있다는 것이 놀랍게도 발견되었다. 특히, 폴리우레탄 연질 성형 발포체의 제조시, 방향족 아민의 농도가 코어와 비교하여 표피에서 높은 경우 제조 직후뿐만 아니라 저장 후에 직접적으로 상당히 감소될 수 있다.
또한, 플라스틱 성형품의 연부에 함유된 바람직하지 않은 물질과 용액 또는 순수한 형태로 반응하는 모든 화학적 화합물이 또한 원칙적으로 "포착물"로 사용되는 시판의 이형제에 첨가제로서 기능한다. "포착물"을 이형제의 불활성 매트릭스에 저농도로 혼입하는 경우, 제조되는 플라스틱 성형품의 반응 혼합물에 첨가하는 경우보다 상당히 효과적이다. 어떤 경우, 포착물이 반응 혼합물에 첨가될 때 "포착 효과"가 사실상 관찰되지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명은 성형품 제조시 형성되는 바람직하지 않은 물질, 예를 들면 방향족 아민과 반응하는 1종 이상의 첨가제를 함유하는 플라스틱 성형품을 위한 이형제를 제공한다.
폴리우레탄 중부가 생성물의 제조시 사용되는 이형제를 위한 효과적인 첨가제에는, 예를 들면 이소시아네이트류, 특히 디이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트, 무기산의 유도체, 유기산의 유도체, 탄산의 유도체, 황을 함유하는 화합물, 요소 및(또는) 그의 유도체, 및 이하에 "매크로시클릭 화합물"이라고도 지칭되는, 분자량이 200 내지 3000 g/몰, 바람직하게는 200 내지 1300 g/몰인 유기, 시클릭 화합물이 포함된다.
적합한 폴리이소시아네이트에는 지방족, 지환족, 방향 지방족, 방향족 및 복소환식 이소시아네이트류, 바람직하게는 디이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트, 예컨대 문헌 [Justus Liebigs Annalen der Chemie 562 (1949) 75]에 기재된 것들, 예를 들면 일반식 Q(NCO)n(식 중, n은 2 내지 4의 정수, 바람직하게는 2이고, Q는 탄소수 2 내지 18, 바람직하게는 6 내지 12의 지방족 탄화수소 라디칼, 탄소수 4 내지 15, 바람직하게는 5 내지 10의 지환족 탄화수소 라디칼, 탄소수 6 내지 15, 바람직하게는 6 내지 13의 방향족 탄화수소 라디칼, 또는 탄소수 8 내지 15, 바람직하게는 8 내지 13의 방향 지방족 탄화수소 라디칼임)의 이소시아네이트가 포함된다. 산업적으로 용이하게 구입할 수 있는 폴리이소시아네이트, 예를 들면 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI), 4,4'-디시클로헥사메틸렌메탄 디이소시아네이트 (H12-MDI), 1,2,4,5-테트라메틸벤젠 디이소시아네이트, 1,4-디-(이소시아네이토메틸)시클로헥산, 1,3-비스-(이소시아네이토-1-메틸에틸)벤젠 ("TMXDI"), 2,4-톨루일렌 디이소시아네이트 및 2,6-톨루일렌 디이소시아네이트뿐만 아니라 이들 이성질체의 임의의 혼합물 ("TDI", 예를 들면 데스모두르 (Desmodur; 등록상표) T80, 바이엘 아게 (Bayer AG) 제조), 아닐린-포름알데히드 축합 및 후속하는 포스겐화로 제조할 수 있는 폴리페닐-폴리메틸렌 폴리이소시아네이트 ("조 MDI", 예를 들면 데스모두르 (등록상표) 44V20L, 바이엘 아게 제조), 카르보디이미드기, 우레탄기, 알로파네이트기, 이소시아누레이트기, 요소기 또는 뷰렛기를 함유하는 폴리이소시아네이트 ("변성 폴리이소시아네이트"), 특히 2,4-톨루일렌 디이소시아네이트 및(또는) 2,6-톨루일렌 디이소시아네이트로부터 유도되고(유도되거나) 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 및(또는) 2,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트로부터 유도되고(유도되거나) 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 및(또는) 이소포론 디이소시아네이트로부터 유도되는 변성 폴리이소시아네이트가 바람직하다. 유기 디이소시아네이트 및 폴리이소시아네이트는 개별적으로 또는 혼합물의 형태로 사용될 수 있다. 특히 바람직한 것은 TMXDI 및 지환족 디이소시아네이트, 특히 IPDI, 1,4-디(이소시아네이토메틸)-시클로헥산 및 H12-MDI (예를 들면, 데스모두르 (등록상표) W, 바이엘 아게 제조)이다.
광물산의 유도체로서, 예를 들면 황산디메틸, 황산디에틸, 인산트리메틸 에스테르 및 다중 인산의 에스테르류가 사용될 수 있다.
적합한 유기산의 유도체의 예는 유기산의 에스테르류, 특히 일반식 R1C(=O)(OR2) (식 중, R1은 수소, 또는 지방족, 지환족, 방향 지방족 또는 방향족 탄화수소 라디칼을 나타내고, R2는 지방족, 지환족, 방향 지방족 또는 방향족 탄화수소 라디칼을 나타냄)의 에스테르류이다. 여기서, 라디칼은 분지 및(또는) 치환 라디칼일 수 있다. 적합한 에스테르의 예에는 메틸 포르메이트, 에틸 아세테이트, 메틸 도데카노에이트, 에틸 아세토아세테이트, 디에틸 말로네이트, 및 락톤 이외에, 예를 들면 β-프로피올락톤, γ-부티롤락톤, γ-베롤락톤, ε-카프롤락톤, γ-데카놀락톤, δ-데카놀락톤, γγ-디메틸부티롤락톤 및(또는) α-에틸-γ-메틸부티롤락톤 등의 70 내지 300 g/몰의 분자량을 갖는 C3-C6-히드록시카르복실산의 에스테르가 포함된다.
다른 적합한 유기산의 유도체는 아미드, 예를 들면 일반식 R1C(=O)(NR2R3) (식 중, R1은 수소, 또는 지방족, 지환족, 방향 지방족 또는 방향족 탄화수소 라디칼을 나타내고, R2및 R3은 지방족, 지환족, 방향 지방족 또는 방향족 탄화수소 라디칼을 나타냄)의 아미드이다. 라디칼은 분지쇄 및(또는) 치환 라디칼일 수도 있다. 예로는 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 시클로헥사논산 아미드뿐만 아니라 락탐, 특히 β-프로피올락탐, 2-피롤리돈, N-메틸피롤리돈 및 2-피페리돈 등의 70 내지 300 g/몰의 분자량을 갖는 C3-C6-아미노카르복실산의 락탐이 있다.
또한 시클릭 에스테르, 예를 들면 150 내지 500 g/몰의 분자량을 갖는 시클릭 에스테르를 사용할 수 있다. 탄소수 2 내지 15의 지방족, 지환족, 방향 지방족 및(또는) 방향족 디카르복실산, 및 탄소수 2 내지 15의 지방족, 지환족, 방향 지방족 및(또는) 방향족 이가 알코올의 축합 생성물이 바람직하다. 예로는 아디프산 및 에틸렌 글리콜 및(또는) 디에틸렌 글리콜의 시클릭 에스테르를 들 수 있다. 이들은 예를 들면 상기 성분에 기재한 폴리에스테르 폴리올의 제조시 부산물로 형성된다.
추가의 적합한 유기산의 유도체는 카르복실산 무수물, 예를 들면 카르복실기가 1 내지 10, 바람직하게는 1 내지 2인 지방족, 지환족, 방향 지방족 또는 방향족 카르복실산의 무수물이며, 여기서 혼합 무수물 또는 시클릭 무수물도 사용할 수 있다. 무수물로서, 디카르복실산 및(또는) 폴리카르복실산으로부터 얻을 수 있는 다중 무수물, 및(또는) 무수물 및 알켄의 공중합체도 사용할 수 있다. 화합물의 카르복실기는 상응하는 무수물로 대부분 전환되는 것이 바람직하고, 완전히 전환되는 것이 특히 바람직하다. 카르복실산 무수물의 분자량은 통상 60 내지 1000000 g/몰이다. 예로는 포름산 무수물, 아세트산 무수물, 프로피온산 무수물, 푸마르산 무수물, 아디프산 무수물, 프탈산 무수물, 글루타르산 무수물, 피롤리딘-2,3,4,5-테트라카르복실산 무수물, 말론산 무수물, 벤조산 무수물, 다중 말레산 무수물, 말레산 무수물, 피로멜리트산 무수물, 페닐아세트산 무수물, n-옥틸렌-숙신산 무수물, n-도디시클렌-숙신산 무수물 등의 말레산 및 알켄의 무수물, 또는 무수물 및 다른 단량체의 공중합체, 예를 들면 폴리(에틸렌-co-아크릴산 부틸 에스테르-co-말레산 무수물) 또는 폴리(스티렌-co-말레산 무수물)이 포함된다.
또한, 예를 들면 일반식 (R1O)C(=O)(OR2) (식 중, R1및(또는) R2는 지방족, 지환족, 방향 지방족 또는 방향족 탄화수소 라디칼을 나타내며, 분지쇄 및(또는) 치환, 또는 탄산의 시클릭 에스테르 형태일 수도 있음)의 탄산 에스테르 등의 탄산 유도체가 적합하다. 예로는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디페닐 카보네이트, 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트가 있다.
적합한 황을 함유하는 화합물의 예는 일반식 (R1S(=O)2(OR2) (식 중, R1및(또는) R2는 지방족, 지환족, 방향 지방족 또는 방향족 탄화수소 라디칼을 나타내며, 분지쇄 및(또는) 치환된 것일 수 있음)의 술폰산의 에스테르이고; 유사하게 지방족 및 방향족 술폰산의 시클릭 에스테르 (소위 술톤)가 적합하다. 예로는 메탄술폰산 메틸 에스테르, p-톨루엔술폰산 메틸 에스테르, 1,3-프로판술톤, 1,4-부탄술톤,2,4-부탄술톤, 톨릴술톤, 1-나프틸-8-술폰산 술톤 및 2-술포벤조산 시클로무수물이 있다.
적합한 요소의 예로는 일반식 (R1R2N)C(=O)(NR3R4) (식 중, R1, R2, R3및(또는) R4는 수소, 또는 지방족, 지환족, 방향 지방족 또는 방향족 탄화수소 라디칼을 나타내며, 분지쇄 및(또는) 치환된 것뿐만 아니라, 탄산의 지방족, 지환족, 방향 지방족 또는 방향족 아미드, 우레탄 및 시클릭 요소일 수 있음)의 화합물이 있다. 예에는 요소, 비스(트리메틸실릴) 요소, 테트라메틸 요소, 테트라페닐 요소, 에틸렌 요소 및 프로필렌 요소가 포함된다.
적합한 매크로시클릭 화합물은 시클로덱스트린, 레조카렌 (resocarenes), 시클로판 및(또는) 시클로칼릭스아렌 등의 공지된 화합물이며, 상기 화합물은 각각의 경우에 변성된 형태로 존재할 수 있다. α-시클로덱스트린, β-시클로덱스트린, γ-시클로덱스트린, 이들 시클로덱스트린과 알킬렌 옥사이드의 반응 생성물, 4-tert-부틸칼릭스[4]아렌, 4-tert-부틸칼릭스[6]아렌, 4-tert-부틸칼릭스[8]아렌, 4-술포칼릭스-[4]아렌, 4-술포칼릭스-[6]아렌, 4-술포칼릭스-[8]아렌, C-메틸칼릭스[4]-레조르신아렌, 테트라-N-펜틸칼릭스[4]레조르신아렌 및 [2.2]파라시클로판이 바람직하다.
이형제는 양 표면 사이에서 용이하게 제거할 수 있는 필름을 형성하기 때문에, 이형제는 사용시 두 인접 표면 (예를 들면, 성형품 및 금형) 사이의 접착력을 감소시키는, 즉 그들의 상호 결합을 방지하는 공정 첨가제이다. 이형제는 분산물(유탁물 또는 현탁물), 스프레이, 페이스트, 분체 및 영구적이고 통상 건조된 이형 필름의 형태로 사용된다. 플라스틱의 가공 및 성형 발포체의 제조를 위해 상기 모든 실리콘 (오일, 수중 오일 유탁물, 그리스, 수지의 형태), 왁스 (실질적으로 관능기를 함유하거나 함유하지 않는 천연 또는 합성 파라핀), 금속 비누, 그리스 및 중합체가 사용된다. 각각의 경우 가공 기술면에서 최상의 이형제를 선택하기 위해서는, 관련 PUR 시스템에 대한 기본적인 지식을 습득할 필요가 있을 뿐만 아니라, 도구 재료의 종류, 그의 표면 상태 및 성형품의 기하학적 특성이 결정적이다.
적합한 이형제는 예를 들면 아크모스 케미사 (ACMOS Chemie GmbH & Co.) (예를 들면, 아크모스 (Acmos; 등록상표) 180-52), 라테크 인터내셔널 게엠베하 (RATEC International GmbH) (예를 들면, 푸라 (PURA; 등록상표) 1448H), 고라푸르사 (Gorapur) (예를 들면, 고라푸르 (Gorapur; 등록상표) RT 835C, 고라푸르 (등록상표) LK 149, 고라푸르 (등록상표) LK 888, 고라푸르 (등록상표) LH 525, 고라푸르 (등록상표) LH 157A, 고라푸르 (등록상표) RT 2130B, 고라푸르 (등록상표) RT 1126B), 마르보 이탈리아 에스에이사 (Marbo Italia S.A.) (예를 들면, 마르보 (Marbo; 등록상표) WR 95101/A) 및 프로덕토스 콘센트롤 에스에이사 (Productos Concentrol S.A.) (예를 들면, 콘센트롤 (Concentrol; 등록상표) WB33A)에 의해 시판되고 공급된다.
폴리우레탄 성형품의 제조시, 본 발명에 따르는 1종 이상의 첨가제를 함유하는 이형제를 0.0001 중량% 내지 20 중량%, 바람직하게는 0.001 중량% 내지 10 중량%, 특히 바람직하게는 0.05 중량% 내지 5 중량% 사용하는 경우, 사용되는폴리이소시아네이트가 화학적으로 기초하는 방향족 아민의 농도는 성형품의 연부에서 상당히 감소된다. 본 발명에 따르는 이들 이형제는 방향족 폴리이소시아네이트가 이소시아네이트 성분으로 사용되는 폴리우레탄 연질 발포체 성형품에서 특히 효과적임이 입증되었다.
따라서, 본 발명은 a) 금형을 본 발명에 따른 이형제로 예비 처리하고, b) 성형품의 형성에 요구되는 플라스틱 조성물을 예비 처리된 금형에 첨가하여 성형품을 형성한 후, c) 형성된 성형품을 꺼내는, 플라스틱 성형품, 바람직하게는 반응성 플라스틱, 특히 폴리우레탄, 특히 바람직하게는 폴리우레탄 성형 발포체, 특별히 폴리우레탄 연질 성형 발포체 및 인테그랄 발포체 (integral foam)로부터 형성된 플라스틱 성형품의 제조 방법도 제공한다.
플라스틱 성형품의 제조에 적합한 금형은 대체로 당 업계의 숙련인에게 공지되어 있다. 일반적으로 이들은 금속, 예를 들면 강 (예를 들면, 검정 박철판), 매몰주조 합금 또는 알루미늄 (예를 들면 알루미늄박 또는 주조 알루미늄), 또는 플라스틱 재료 (예를 들면 에폭시 수지 또는 섬유 강화 폴리에스테르)로 이루어진다. 사용된 플라스틱 재료 및 제조되는 성형품에 따라, 성형품의 제조는 개방 또는 폐쇄된, 가열되거나 가열되지 않은 금형 내에서 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 이형제로 금형을 처리하는 것은 대체로 당 업계의 숙련인에게 공지된 방법, 예를 들면 압축 공기를 개방된 금형으로 분사하거나 브러시, 스펀지 또는 천으로 코팅하여 수행된다. 여기서, 균일한 도포가 이형제의 실제 양보다 중요하다.
성형품을 형성하기 위해 요구되는 플라스틱 조성물을 예비 처리된 금형에 첨가하여, 성형품을 형성한다. 이는 당 업계의 숙련인에게 공지된 방법으로 수행된다. 특히, 사출 성형, 반응 사출 성형 (RIM 및(또는) RRIM) 및 취입 성형 및(또는) 시트 취입이 발포체, 예를 들면 PUR 발포체, 폴리스티렌 발포체 (EPS), 스티렌-공중합체 발포체, 폴리이소시아누레이트 발포체, 폴리카르보디이미드 발포체, PVC 발포체, 폴리카보네이트 발포체, 폴리올레핀 발포체, 폴리메타크릴이미드 발포체, 폴리아미드 발포체, ABS 발포체, 페놀 수지 및 요소 수지 발포체 (UF 발포체)의 제조에 적합한 방법이다.
또한, 본 발명은 플라스틱 성형품의 제조시, 본 발명에 따른 이형제의 용도를 제공한다.
본 발명은 성형품의 연부 및 표면상에 바람직하지 않으며 잠재적으로 건강에 유해한 물질의 농도를 감소시키는 플라스틱 성형품을 제조하기 위한 이형제뿐만 아니라, 이러한 이형제를 사용하여 무독성 플라스틱 성형품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
폴리우레탄 연질 성형 발포체의 성형품의 표면상의 방향족 아민의 농도를 측정하기 위해서, 표피 대역 (연부층, 두께 1 ㎜)을 소정의 저장 시간 (암지에서 공기와 접촉하면서 저장) 후에 새롭게 제조된 성형품으로부터 제거하고, TDA용 ISOPA Ⅰ.Ⅰ.Ⅰ. 검출 방법 (ISOPA Ⅰ.Ⅰ.Ⅰ. 참조. 11397, "Robust method for the determination of toluene diamine content of flexible foams") 및(또는) MDA용 ISOPA Ⅰ.Ⅰ.Ⅰ. 검출 방법 (ISOPA Ⅰ.Ⅰ.Ⅰ. 참조. 11399, "Robust method for the determination of the diaminodiphenylmethane content of flexible polyurethane foams")으로 분석하였다. 실시예에서 명기된 TDA 및 MDA의 함량은 발포 성형품의 연부층에서의 절대량 (ppm)에 상응한다.
비교예 1
MDI 기재의 폴리우레탄 연질 성형 발포체의 제조:
하기의 출발 물질로부터 폴리올 혼합물 (A 성분)을 제조하였다:
히드록실가 (OHZ) 35 mg KOH/g, 평균 관능가 2.6 및 산화에틸렌 (EO)/산화프로필렌 (PO)비 14/86의 폴리에테르 폴리올 50 중량부,
히드록실가 (OHZ) 28 mg KOH/g, 평균 관능가 2.4 및 산화에틸렌 (EO)/산화프로필렌 (PO)비 14/86의 폴리에테르 폴리올 50 중량부,
물 3.45 중량부,
취입 촉매 (답코 (Dabco; 등록상표) BL-11, 에어 프로덕츠사 (Air Products) 제조) 0.26 중량부,
겔 촉매 (답코 (등록상표) 33LV, 에어 프로덕츠사 제조) 0.35 중량부,
디에탄올아민 (DEOA) 0.53 중량부,
실리콘 안정제 (테고스탑 (Tegostab; 등록상표) B 8715LF, 골드슈미트 아게 (Goldschmidt AG) 제조) 0.3 중량부,
히드록실가 (OHZ) 37 mg KOH/g, 평균 관능가 2.9 및 산화에틸렌 (EO)/산화프로필렌 (PO)비 72/28의 폴리에테르 폴리올 1.5 중량부.
상기 A 성분을 25 ℃의 온도에서 pMDI 18 중량%, 및 2,4'-MDI 및 4,4'-MDI의 2.3:1 비율의 혼합물 82 중량%의 혼합물 (NCO 함량 32.5 중량%; B 성분)과 혼합하였다. 성형품을 제조하기 위해, 혼합물을 60 ℃로 온도가 제어되고 이형제 (아크모스 (등록상표) 180-52, 아크모스 케미사 제조)로 처리된 9.5 ℓ용량의 금형에 첨가하여, 발포체를 제조하였다. 혼합물의 양을 계산하여 얻어지는 성형품의 밀도가 55 kg/㎥가 되도록 하였다. 지수가 100인 성형품 (비교예 1a)을 제조하기 위해서, A 성분 대 B 성분의 혼합비는 100:56이었고, 지수가 80인 성형품 (비교예 1b)은 상응하여 100:45였다. 금형을 뚜껑으로 닫고, 프레스 내에 위치하거나 봉입되어 발포 압력을 상쇄하고 금형이 닫혀진 상태로 유지되도록 하였다. 5분 후, 뚜껑을 제거하고 개방형 셀 구조가 될 때까지, 즉 어떠한 수축도 발현하지 않을 때까지 발포체를 기계적으로 압축시켰다.
성형품의 표피 대역의 MDA 함량:
비교예 지수 4,4'-MDA(ppm)a) 2,4'-MDA (ppm)a) 2,2'-MDA (ppm)a) 4,4'-MDA(ppm)b) 2,4'-MDA (ppm)b) 2,2'-MDA (ppm)b)
1a 100 < 0.2 3.1 1.1 c) c) c)
1b 80 1.8 63 5.4 0.3 5.4 0.9
a)저장 시간 24시간
b)저장 시간 7일
c)측정 안함
성형품의 기계적 특성 (7일 후 측정함):
비교예 지수 밀도 (kg/㎥) CLD 4/40 (kPa) 인장 응력 (kPa) 파단 신장률 (%) DVR 50 % (%) DVR 75 % (%)
1a 100 52.4 10.0 172 96 6.6 10.4
1b 80 50.1 4.3 106 113 6.3 7.9
CLD 4/40: DIN EN ISO 3386-1-98에 따르는 40 % 변형율에서 압축 강도 제4 주기.
DVR: 변형율 50 % 및 75 %로 설정된 압축률 (DIN EN ISO 1856).
DIN EN ISO 1798에 따르는 인장 응력, 파단 신장률.
실시예 1 내지 3
비교예 1과 유사하게 연질 발포 성형품을 제조하였다. 시판의 이형제 대신, 아크모스 (등록상표) 180-52 95 중량% 및 본 발명에 따른 첨가제 5 중량%의 혼합물로 통상의 방법대로 금형을 예비 처리하였다. 그 결과를 하기의 표 3에 요약하였다.
이하의 첨가제를 사용하였다:
A: H12-MDI (데스모두르 (등록상표) W, 바이엘 아게 제조),
B: 이소포론 디이소시아네이트 (데스모두르 (등록상표) IPDI, 바이엘 아게 제조),
C: 중합성 MDI (데스모두르 (등록상표) 44V20L, 바이엘 아게 제조).
성형품의 표피 대역의 MDA 함량:
실시예 지수 첨가제 4,4'-MDA (ppm)a) 2,4'-MDA(ppm)a) 2,2'-MDA(ppm)a) 4,4'-MDA(ppm)b) 2,4'-MDA(ppm)b) 2,2'-MDA(ppm)b)
1a 100 A < 0.2 2.4 < 0.2 c) c) c)
1b 80 A < 0.2 10 < 0.2 c) c) c)
2a 100 B < 0.2 3.1 < 0.2 c) c) c)
2b 80 B 0.3 30 3.2 < 0.2 0.6 < 0.2
3a 100 C < 0.2 4.2 < 0.2 c) c) c)
3b 80 C < 0.2 39 4.2 c) c) c)
a)저장 시간 24시간
b)저장 시간 7일
c)측정 안함
성형품의 기계적 특성 (7일 후 측정함):
실시예 지수 밀도 (kg/㎥) CLD 4/40 (kPa) 인장 응력 (kPa) 파단 신장률 (%) DVR 50 % (%) DVR 75 % (%)
2a 100 52.3 9.5 162 94 6.8 8.9
2b 80 51.4 4.6 117 113 6.3 9.2
CLD 4/40: DIN EN ISO 3386-1-98에 따르는 40 % 변형율에서 압축 강도 제4 주기.
DVR: 변형율 50 % 및 75 %로 설정된 압축률 (DIN EN ISO 1856).
DIN EN ISO 1798에 따르는 인장 응력, 파단 신장률.
비교예 2
하기의 출발 물질로부터 폴리올 혼합물 (A 성분)을 제조하였다.
히드록실가 (OHZ) 35 mg KOH/g, 평균 관능가 2.6 및 산화에틸렌 (EO)/산화프로필렌 (PO)비 14/86의 폴리에테르 폴리올 50 중량부,
히드록실가 (OHZ) 28 mg KOH/g, 평균 관능가 2.4 및 산화에틸렌 (EO)/산화프로필렌 (PO)비 14/86의 폴리에테르 폴리올 50 중량부,
물 3.45 중량부,
취입 촉매 (답코 (등록상표) BL-11, 에어 프로덕츠사 제조) 0.26 중량부,
겔 촉매 (답코 (등록상표) 33LV, 에어 프로덕츠사 제조) 0.35 중량부,
디에탄올아민 (DEOA) 0.53 중량부,
실리콘 안정제 (테고스탑 (등록상표) B 8715LF, 골드슈미트 아게 제조) 0.3 중량부,
히드록실가 (OHZ) 37 mg KOH/g, 평균 관능가 2.9 및 산화에틸렌 (EO)/산화프로필렌 (PO)비 72/28의 폴리에테르 폴리올 1.5 중량부,
이소포론 디이소시아네이트 (데스모두르 (등록상표) IPDI, 바이엘 아게 제조) 5 중량부.
상기 A 성분을 25 ℃의 온도에서 pMDI 18 중량%, 및 2,4'-MDI 및 4,4'-MDI의 2.3:1 비율의 혼합물 82 중량%의 혼합물 (NCO 함량 32.5 중량%; B 성분)과 혼합하였다. 성형품을 제조하기 위해, 혼합물을 60 ℃로 온도가 제어되고 이형제 (아크모스 (등록상표) 180-52, 아크모스 케미사 제조)로 처리된 9.5 ℓ용량의 금형에 첨가하여, 발포체를 제조하였다. 혼합물의 양을 계산하여 얻어지는 성형품의 밀도가 55 kg/㎥가 되도록 하였다. 지수가 80인 성형품을 제조하기 위해서, A 성분 대 B 성분의 혼합비는 100:45였다 (첨가제 데스모두르 (등록상표) IPDI는 지수의 계산에 포함되지 않았음). 금형을 뚜껑으로 닫고, 프레스 내에 위치하거나 봉입되어 발포 압력을 상쇄하고 금형이 닫혀진 상태로 유지되도록 하였다. 5분 후, 뚜껑을 제거하고 개방형 셀 구조가 될 때까지, 즉 어떠한 수축도 발현하지 않을 때까지 발포체를 기계적으로 압축시켰다.
성형품의 표피 대역의 MDA 함량:
비교예 지수 4,4'-MDA (ppm)a) 2,4'-MDA(ppm)a) 2,2'-MDA(ppm)a) 4,4'-MDA(ppm)b) 2,4'-MDA(ppm)b) 2,2'-MDA(ppm)b)
2 80 < 0.2 4 < 0.2 < 0.2 1.5 < 0.2
a)저장 시간 24시간
b)저장 시간 7일
성형품의 기계적 특성 (7일 후 측정함):
비교예 지수 밀도 (kg/㎥) CLD 4/40 (kPa) 인장 응력 (kPa) 파단 신장률 (%) DVR 50 % (%) DVR 75 % (%)
2 80 51.9 6.8 165 124 8.6 12.7
CLD 4/40: DIN EN ISO 3386-1-98에 따르는 40 % 변형율에서 압축 강도 제4 주기.
DVR: 변형율 50 % 및 75 %로 설정된 압축률 (DIN EN ISO 1856).
DIN EN ISO 1798에 따르는 인장 응력, 파단 신장률.
비교예 3
TDI 기재의 폴리우레탄 연질 성형 발포체의 제조:
하기의 출발 물질로부터 폴리올 혼합물 (A 성분)을 제조하였다.
히드록실가 (OHZ) 28 mg KOH/g, 평균 관능가 2.4 및 산화에틸렌 (EO)/산화프로필렌 (PO)비 18/82의 폴리올 100 중량부,
물 3.2 중량부,
취입 촉매 (답코 (등록상표) BL-11, 에어 프로덕츠사 제조) 0.1 중량부,
겔 촉매 (답코 (등록상표) 33LV, 에어 프로덕츠사 제조) 0.25 중량부,
디에탄올아민 (DEOA) 1.0 중량부,
실리콘 안정제 (테고스탑 (등록상표) B 8719, 골드슈미트 아게 제조) 1.0 중량부.
상기 A 성분을 25 ℃의 온도에서 NCO 함량 48.3 중량%의 TDI (성분 B: 데스모두르 (등록상표) T80, 바이엘 아게 제조)와 혼합하였다. 성형품을 제조하기 위해, 혼합물을 60 ℃로 온도가 제어되고 이형제 (아크모스 (등록상표) 180-52, 아크모스 케미사 제조)로 처리된 9.5 ℓ용량의 금형에 첨가하여, 발포체를 제조하였다. 혼합물의 양을 계산하여 얻어지는 성형품의 밀도가 42 kg/㎥가 되도록 하였다. 지수가 100인 성형품 (비교예 3a)을 제조하기 위해서, A 성분 대 B 성분의 혼합비는 100:36이었고, 지수가 80인 성형품 (비교예 3b)은 상응하여 100:29였다. 금형을 뚜껑으로 닫고, 프레스 내에 위치하거나 봉입되어 발포 압력을 상쇄하고 금형이 닫혀진 상태로 유지되도록 하였다. 6분 후, 뚜껑을 제거하고 개방형 셀 구조가 될 때까지, 즉 어떠한 수축도 발현하지 않을 때까지 발포체를 기계적으로 압축시켰다.
성형품의 표피 대역의 TDA 함량:
비교예 지수 2,4-TDA(ppm)a) 2,6-TDA (ppm)a) 2,4-TDA (ppm)b) 2,6-TDA(ppm)b) 2,4-TDA (ppm)c) 2,6-TDA (ppm)c)
3a 100 2.8 231.3 0.5 11.0 0.4 1.4
3b 80 8.0 484.0 _d) _d) 1.5 43.5
a)저장 시간 24시간
b)저장 시간 7일
c)저장 시간 14일
d)측정 안함
성형품의 기계적 특성 (7일 후 측정함):
비교예 지수 밀도 (kg/㎥) CLD 4/40 (kPa) 인장 응력 (kPa) 파단 신장률 (%) DVR 50 % (%) DVR 75 % (%)
3a 100 40.9 2.73 99 120 4.1 6.1
3b 80 41.8 1.82 91 173 6.1 7.8
CLD 4/40: DIN EN ISO 3386-1-98에 따르는 40 % 변형율에서 압축 강도 제4 주기.
DVR: 변형율 50 % 및 75 %로 설정된 압축률 (DIN EN ISO 1856).
DIN EN ISO 1798에 따르는 인장 응력, 파단 신장률.
실시예 4 내지 15
비교예 3과 유사하게 연질 발포 성형품을 제조하였다. 시판의 이형제 대신, 아크모스 (등록상표) 180-52 95 중량% 및 본 발명에 따른 첨가제 5 중량%의 혼합물로 통상의 방법대로 금형을 예비 처리하였다. 그 결과를 하기의 표 9에 요약하였다.
이하의 첨가제를 사용하였다:
A: H12-MDI (데스모두르 (등록상표) W, 바이엘 아게 제조),
B: 이소포론 디이소시아네이트 (데스모두르 (등록상표) IPDI, 바이엘 아게 제조),
D: 1,2,4,5-테트라메틸벤젠 디이소시아네이트,
E: 1,4-디-(이소시아네이토메틸)시클로헥산,
F: 디메틸 카보네이트,
G: 프탈산 무수물,
H: 에틸 아세토아세테이트,
I: 요소,
J: 1,3-비스-(이소시아네이토-1-메틸에틸)벤젠 (TMXDI),
K: 삼합체성 헥사메틸렌 디이소시아네이트 (데스모두르 (등록상표) N3300, 바이엘 아게 제조),
L: 이합체성 헥사메틸렌 디이소시아네이트 (데스모두르 (등록상표) N3400, 바이엘 아게 제조),
M: β-시클로덱스트린.
성형품의 표피 대역의 TDA 함량:
실시예 지수 첨가제 2,4-TDA(ppm)a) 2,6-TDA (ppm)a) 2,4-TDA (ppm)b) 2,6-TDA(ppm)b) 2,4-TDA (ppm)c) 2,6-TDA (ppm)c)
4 100 D 1.3 75 0.5 4.9 < 0.2 0.3
5a 100 E 0.5 25 0.2 0.9 < 0.2 0.2
5b 80 E 4.8 467 d) d) < 0.2 24
6a 100 B < 0.2 41 < 0.2 0.5 < 0.2 0.5
6b 80 B < 0.2 302 < 0.2 7.1 0.6 7.3
7a 100 A 0.5 15 < 0.2 0.7 < 0.2 0.3
7b 80 A 4.7 417 < 0.2 15 d) d)
8 100 F 1.3 99 0.2 4.0 < 0.2 0.3
9 100 G 1.2 88 0.5 3.5 < 0.2 0.3
10 100 H 1.5 96 < 0.2 3.9 0.5 0.3
11 100 I 0.8 93 < 0.2 1.4 0.4 0.3
12a 100 J 1.0 70 < 0.2 1.8 0.3 0.3
12b 80 J 8.2 265 < 0.2 39 d) d)
13 100 K 0.7 109 0.2 1.0 < 0.2 0.2
14 100 L 0.9 145 < 0.2 0.6 0.5 0.6
15 80 M 2.3 231 0.2 28 < 0.2 9
a)저장 시간 24시간
b)저장 시간 7일
c)저장 시간 14일
d)측정 안함
성형품의 기계적 특성 (7일 후 측정함):
실시예 지수 밀도 (kg/㎥) CLD 4/40 (kPa) 인장 응력 (kPa) 파단 신장률 (%) DVR 50 % (%) DVR 75 % (%)
6a 100 40.5 2.68 98 126 4.3 6.5
6b 80 41.3 1.87 92 177 5.8 8.7
12b 80 40.9 1.53 99 184 5.6 9.2
CLD 4/40: DIN EN ISO 3386-1-98에 따르는 40 % 변형율에서 압축 강도 제4 주기.
DVR: 변형율 50 % 및 75 %로 설정된 압축률 (DIN EN ISO 1856).
DIN EN ISO 1798에 따르는 인장 응력, 파단 신장률.
실시예 16-Ⅰ 내지 16-Ⅲ
비교예 3과 유사하게 연질 발포 성형품을 제조하였다. 시판의 이형제 대신, 아크모스 (등록상표) 180-52 및 여러 가지 농도의 IPDI (데스모두르 (등록상표) IPDI, 바이엘 아게 제조)의 혼합물로 통상의 방법대로 금형을 예비 처리하였다. 그 결과를 하기의 표 11에 요약하였다.
성형품의 표피 대역의 TDA 함량:
실시예 지수 아크모스 (등록상표) 180-52 (중량%) IPDI(중량%) 2,4-TDA(ppm)a) 2,6-TDA(ppm)a) 2,4-TDA(ppm)b) 2,6-TDA(ppm)b)
16-Ⅰ 80 99.5 0.5 11 454 c) c)
16-Ⅱ 80 98 2.0 6 350 < 0.2 1.7
16-Ⅲ 80 90 10.0 2.5 240 < 0.2 2.9
a)저장 시간 24시간
b)저장 시간 7일
c)측정 안함
비교예 4
하기의 출발 물질로부터 폴리올 혼합물 (A 성분)을 제조하였다.
히드록실가 (OHZ) 28 mg KOH/g, 평균 관능가 2.4 및 산화에틸렌 (EO)/산화프로필렌 (PO)비 18/82의 폴리올 100 중량부,
물 3.2 중량부,
취입 촉매 (답코 (등록상표) BL-11, 에어 프로덕츠사 제조) 0.1 중량부,
겔 촉매 (답코 (등록상표) 33LV, 에어 프로덕츠사 제조) 0.25 중량부,
디에탄올아민 (DEOA) 1.0 중량부,
실리콘 안정제 (테고스탑 (등록상표) B 8719, 골드슈미트 아게 제조) 1.0 중량부,
이소포론 디이소시아네이트 (데스모두르 (등록상표) IPDI, 바이엘 아게 제조) 5.0 중량부.
상기 A 성분을 25 ℃의 온도에서 NCO 함량 48.3 중량%의 TDI (성분 B: 데스모두르 (등록상표) T80, 바이엘 아게 제조)와 혼합하였다. 성형품을 제조하기 위해, 혼합물을 60 ℃로 온도가 제어되고 이형제 (아크모스 (등록상표) 180-52, 아크모스 케미사 제조)로 처리된 4.2 ℓ용량의 금형에 첨가하여, 발포체를 제조하였다. 혼합물의 양을 계산하여 얻어지는 성형품의 밀도가 42 kg/㎥가 되도록 하였다. 지수가 80인 성형품을 제조하기 위해서, A 성분 대 B 성분의 혼합비는 105:30.4였다 (첨가제 데스모두르 (등록상표) IPDI는 지수의 계산에 포함되지 않았음). 금형을 뚜껑으로 닫고, 프레스 내에 위치하거나 봉입되어 발포 압력을 상쇄하고 금형이 닫혀진 상태로 유지되도록 하였다. 5분 후, 뚜껑을 제거하고 개방형 셀 구조가 될 때까지, 즉 어떠한 수축도 발현하지 않을 때까지 발포체를 기계적으로 압축시켰다.
성형품의 표피 대역의 TDA 함량:
비교예 지수 2,4-TDA (ppm)a) 2,6-TDA(ppm)a) 2,4-TDA(ppm)b) 2,6-TDA(ppm)b)
4 80 0.2 19 < 0.2 0.3
a)저장 시간 24시간
b)저장 시간 7일
성형품의 기계적 특성 (7일 후 측정함):
비교예 지수 밀도 (kg/㎥) CLD 4/40 (kPa) 인장 응력 (kPa) 파단 신장률 (%) DVR 50 % (%) DVR 75 % (%)
4 80 41.6 3.07 118 153 7.0 49.5
CLD 4/40: DIN EN ISO 3386-1-98에 따르는 40 % 변형율에서 압축 강도 제4 주기.
DVR: 변형율 50 % 및 75 %로 설정된 압축률 (DIN EN ISO 1856).
DIN EN ISO 1798에 따르는 인장 응력, 파단 신장률.
비교예 5
IPDI 대신 TMXDI (1,3-비스(이소시아네이토-1-메틸에틸)벤젠) 5 중량부를 폴리올 조성물에 첨가한 것 이외에는, 비교예 4와 동일한 과정 및 수행.
성형품의 표피 대역의 TDA 함량:
비교예 지수 2,4-TDA (ppm)a) 2,6-TDA(ppm)a) 2,4-TDA(ppm)b) 2,6-TDA(ppm)b)
5 80 1.5 73 < 0.2 0.4
a)저장 시간 24시간
b)저장 시간 7일
성형품의 기계적 특성 (7일 후 측정함):
비교예 지수 밀도 (kg/㎥) CLD 4/40 (kPa) 인장 응력 (kPa) 파단 신장률 (%) DVR 50 % (%) DVR 75 % (%)
5 80 41.2 2.23 127 196 7.1 56.0
CLD 4/40: DIN EN ISO 3386-1-98에 따르는 40 % 변형율에서 압축 강도 제4 주기.
DVR: 변형율 50 % 및 75 %로 설정된 압축률 (DIN EN ISO 1856).
DIN EN ISO 1798에 따르는 인장 응력, 파단 신장률.
비교예 6
시판의 이형제 푸라 1448H (라테크 인터내셔널 게엠베하 제조)를 사용하여, 비교예 3과 동일한 과정 및 수행.
성형품의 표피 대역의 TDA 함량:
비교예 지수 2,4-TDA (ppm)a) 2,6-TDA(ppm)a)
6 100 3.9 207
a)저장 시간 24시간

Claims (3)

  1. 방향족 아민에 대해 반응성인 1종 이상의 화합물을 함유하는 이형제.
  2. a) 금형을 방향족 아민에 대해 반응성인 1종 이상의 화합물을 함유하는 이형제로 예비 처리하고,
    b) 성형품의 형성에 필요한 플라스틱 조성물을 예비 처리된 금형에 첨가하여 성형품을 형성한 후,
    c) 형성된 성형품을 꺼내는
    플라스틱 성형품의 제조 방법.
  3. 플라스틱 성형품의 제조에 있어서의 방향족 아민에 대해 반응성인 1종 이상의 화합물을 함유하는 이형제의 용도.
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