KR20040059499A - 실란을 포함하는 저온 보냉용 나노복합화 우레탄 경질발포체 조성물 - Google Patents

실란을 포함하는 저온 보냉용 나노복합화 우레탄 경질발포체 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실란을 포함하는 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 경질 발포체 조성물 및 발포체의 제조 방법에 관한 것으로서, 이 조성물은 폴리올; 유기 알콕시 실란; 나노 클레이; 이소시아네이트; 아민계 촉매; 계면활성제; 발포제; 및 물을 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 유기 알콕시 실란 및 나노 클레이를 충진재로 사용한 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 발포체 조성물은 기존의 CFC계 발포체를 대체하는 발포제를 사용하면서 우수한 강도를 나타내는 성형체를 제조할 수 있어 공업적으로 매우 유용함을 알 수 있다.

Description

실란을 포함하는 저온 보냉용 나노복합화 우레탄 경질 발포체 조성물{NANO COMPOSITE RIGID FOAM COMPOSITION FOR ICE PACK COMPRISING SILANE}
[산업상 이용 분야]
본 발명은 실란을 포함하는 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 경질 발포체 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 발포를 하여도 충분한 강도 및 물리적 특성을 나타낼 수 있는 실란을 포함하는 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 경질 발포체 조성물에 관한 것이다.
[종래 기술]
폴리우레탄 발포체란 우레탄의 원료가 되는 이소시아네이트와 폴리올에 발포제와 촉매, 계면활성제 등을 혼합하여 반응시켜, 반응 중 발생하는 반응열에 의해 발포제가 기화되어 폼(foam)이 형성된 연질이나 경질의 다공성 우레탄을 말한다. 상기 폴리우레탄 발포체는 우수한 단열특성과 자기 접착성, 경량성, 완충성, 제조간편성 및 다양성 등 타 단열재와 비교하여 많은 장점을 가지고 있어, 단독 또는 타 재료와 복합화하여 단열재, 경량구조재, 완충재 등으로 광범위하게 사용되고 있다.
상기 발포제로 이소시아네이트와 폴리올의 반응에 의해서 발생하는 열로 증발될 수 있는 비점이 상온인 클로로 플로로 카본(chlorofluorocarbon : CFC)과 하이드로 클로로 플로로 카본(hydro chloro fluoro carbon : HCFC) 등을 발포제로 이용하여 왔으나 이상의 물질들은 지구의 오존층을 파괴하여 환경을 변화시키는 주요인으로 최근 밝혀져 사용에 규제를 받고 있다.
따라서 여러 가지 대체 발포물 예를 들면 R-141b(HFC-14b: 하이드로 플루오로 카본) 등이 사용되고 있으나 기존 사용되던 CFC나 HCFC에 비해 단열능력이 떨어져서 더 많은 발포를 필요로 하고 이에 따라서 폼의 강도가 떨어지는 단점이 있다.
따라서 복합화나 화학구조 및 조성 변화를 통해 강도와 단열성을 개선시킨 다른 대체 발포물에 관한 시도가 많이 있었으나 아직 완전히 CFC계 발포제를 대체하면서 단열성과 강도를 확보한 물질은 완성되지 못하고 있다.
미국 특허 제 5,151,483 호에는 섬유 메트(fiber mat) 존재 하에 밀폐된 성형틀(closed mold)에서 반응성 사출성형(reaction injection molding ; RIM) 공법을 이용하여 강화 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법이 기술되어 있으나, 섬유의 함량이 높아 무게가 상대적으로 무거워지고 성형이 밀폐된 성형틀 속에서 미리 진행되어 LNG 저장탱크에 극저온 보냉용 재료로는 사용이 힘들다. 또한, 미국 특허 제 4,243,755 호에서는 발포제로 물을 사용하고, 충진재(filler)가 분산되어 있는폴리올에 이소시아네이트를 반응시켜 강화 폴리우레탄 폼(foam)을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 그러나 이 방법으로 제조된 강화 폴리우레탄 폼은 전체 무게가 증가되어 가벼운 발포체의 특성이 없어지는 단점을 나타내었다.
이외에도 다양한 방법으로 폴리우레탄 발포체를 강화시키려는 노력들이 있어 왔으나 사용되는 충진재의 무게로 인해 전체적으로 발포체의 무게가 무거워지고 발포능도 떨어져서 단열효과와 경량성, 접착성 등을 충분히 나타내지 못하는 등의 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 CFC나 HCFC 계열의 발포제를 대체한 발포제를 사용하여 충분한 단열 성능을 나타내기 위해 높은 발포를 하여도 충분한 강도와 물리적 특성을 나타낼 수 있는 실란을 포함하는 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 경질 발포체 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 조성물을 이용한 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 경질 발포체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 나노 클레이와 실란의 혼합물과 폴리올을 반응시켜 폴리올/나노 클레이 혼합액을 제조하는 공정을 간략하게 나타낸 도면.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리올; 유기 알콕시 실란; 나노 클레이; 이소시아네이트; 아민계 촉매; 계면활성제; 발포제; 및 물을 포함하는 실란을 포함하는 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 경질 발포체 조성물을 제공한다.
이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 경질 발포체 조성물에 관한 것으로서, 기존의 CFC나 HCFC 계열의 발포제를 대체하기 위해 제조된 사이클로펜탄계열 또는 HFC(하이드로 플루오로 카본) 계열 발포제를 사용하여도 높은 강도 및 우수한 물리적 특성을 나타낼 수 있는 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 경질 발포체 조성물에 관한 것이다. 즉, 종래 우레탄 경질 발포체를 제조하기 위해 발포제로 사용되던 CFC나 HCFC가 환경 보호 차원에서 규제됨에 따라 대체 물질로 사이클로펜탄 계열 또는 HCF 계열 물질이 개발되었으나, 이 물질은 단열 효과가 다소 낮아 단열 성능을 증가시키기 위해서는 발포를 높게 하여야 하고, 이에 따라 강도가 저하되는 문제점이 있어서 적용하기가 힘들었다. 그러나 본 발명에서는 실란과 나노 클레이 충진재를 더욱 사용함에 따라 상기 사이클로펜탄계 또는 HFC 계열 발포제를 사용하여 높은 발포를 하여도 충분한 강도 및 물리적 특성, 즉 경량성과 접착성을 나타낼 수 있는 폴리우레탄 경질 발포체 조성물을 제조할 수 있었다.
본 발명의 폴리우레탄 경질 발포체 조성물은 폴리올, 유기 알콕시 실란; 나노 클레이, 이소시아네이트, 아민계 촉매, 이소시아네이트 및 물을 포함한다.
본 발명에서 상기 유기 알콕시 실란의 알콕시 그룹이 물 중에서 하이드록시 그룹으로 가수분해되고 이 하이드록시 그룹이 나노 클레이의 하이드록시와 축합반응을 일으키고, 이 축합 생성물은 폴리올과의 친화력이 증가되어 고강도의 폴리우레탄 경질 발포체를 제조할 수 있다.
상기 유기 알콕시 실란으로는 γ-아미노프로필트리메톡시실란, 3-(2-아미노에틸)아미노프로필메틸디메톡시실란, (3-트리메톡시 실릴프로필)디에틸렌아민, 비스(2-하이드록에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란, γ-글리시드옥시프로필트리메톡시실란(γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane) 또는 비스(트리메톡시실릴)에탄을 사용할 수 있다.
본 발명의 폴리우레탄 경질 발포체 조성물에서 상기 유기 알콕시 실란의 함량은 폴리올 100 중량부에 대하여 0.1 내지 2 중량부가 바람직하며, 0.1 내지 1 중량부가 보다 바람직하다. 상기 유기 알콕시 실란의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우에는 강도 증가 효과가 미미하며, 2 중량부면 강도 증가 효과가 충분하게 나타나며, 더 이상 과량으로 사용해도 더 이상의 강도 증가 효과가 나타나지 않으므로 더 이상 사용할 필요는 없다.
상기 스멕타이트계 나노 클레이로는 몬모릴로나이트(montmorillonite), 헥토라이트(hectorite) 또는 벤토나이트(bentonite)를 사용할 수 있다. 상기 스멕타이트계 나노 클레이는 층상 실리케이트(phyllosilicate)로서 기본 구조는 실리카 테트라헤드랄(silica tetrahedral) 시트와 알루미나 옥타헤드랄(alumina octahedral) 시트가 2 : 1의 조합으로 나노 크기의 판상의 형태를 갖는 물질이다. 상기 판과 판 사이의 실리카와 알루미나를 나트륨(Na)이나 칼륨(K) 등의 양이온으로 치환하여, 물에 의해 쉽게 층간이 넓어져서 분리되어 나노 크기를 유지할 수 있으며, 표면에 하이드록시기를 갖고 있어 유기 알콕시 실란과 혼합하여 사용하는 경우 층간에 다른 유기물 즉 고분자가 삽입되어 나노복합재의 제조가 용이하기 때문에 바람직하다.
본 발명의 폴리우레탄 경질 발포체 조성물에서 상기 유기 알콕시 실란과 나노 클레이의 혼합 중량은 폴리올 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부가 바람직하며, 1 내지 7 중량부가 보다 바람직하다. 상기 혼합 중량이 1 중량부 미만인 경우에는 나노화 분산이 일어나지 않는 문제점이 있고 10 중량부를 초과하는 경우에는 더 이상의 강도 증가 효과가 나타나지 않으므로 더 이상 사용할 필요는 없다. 나노 클레이의 함량은 혼합 중량 1 내지 10 중량부 범위 내에서 유기 알콕시 실란 0.1 내지 2.0 중량부의 사용량에 따라 적절하게 조절하여 사용하면 된다.
상기 폴리올은 이소시아네이트와 함께 반응하여 폴리우레탄을 형성하는 기본 원료로서, 중량 평균 분자량이 5000 내지 8000인 것을 사용하며, 그 예로는 글리세린 계열 폴리에테르 폴리올(glycerine base polyether polyol), 펜타에리트리톨 계열 폴리에테르 폴리올(pentaerythritol base polyether polyol) 또는 소비톨 계열 폴리에테르 폴리올(sorbitol base polyether polyol)을 사용할 수 있다.
본 발명의 발포체 조성물에서 이소시아네이트는 폴리올과 함께 반응하여 폴리우레탄을 형성하는 기본 원료로서, 폴리머성 디페닐메탄 디이소시아네이트(polymeric diphenylmethane diisocyanate) 또는 톨루엔 디이소시아네이트를 사용할 수 있으며, 그 양은 폴리올 100 중량부에 대하여 115 내지 135 중량부가 바람직하다.
상기 아민계 촉매는 폴리올과 이소시아네이트 반응이 활발하게 일어나도록 도와주는 역할을 하는 물질로서, 이러한 역할을 하는 물질은 어떠한 것도 사용할 수 있다. 그 대표적인 예로 디메틸사이클로헥실아민, N,N,N',N",N"-펜타 메틸 디에틸렌 트리아민 또는 트리에틸 디아민 등을 사용할 수 있다.
상기 계면활성제는 원료 물질의 균질성을 도와주며, 형성되는 기포의 구조를 조절하는 역할을 하는 물질로서, 실란계 화합물을 사용할 수 있다. 그 대표적인 예로는 하기 화학식 1의 화합물을 들 수 있다. 본 발명의 폴리우레탄 경질 발포체 조성물에서 계면활성제의 함량은 폴리올 100 중량부에 대하여 1 내지 2 중량부가 바람직하다.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서, x 및 y는 1 내지 20이고, m 및 n은 1 내지 20이고 R은 알킬기이다)
상기 발포제로는 기존에 발포제로 널리 사용되었던 CFC 또는 HCFC를 대체하기 위해 개발된 사이클로펜탄 계열 또는 HCF 계열 화합물을 사용할 수 있으며, 이 발포제는 오존층 파괴 등의 문제점이 없다. 상기 발포제의 함량은 폴리올 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부가 바람직하다.
또한, 본 발명의 발포체 조성물은 반응 조촉매로 물을 폴리올 100 중량부에 대하여 0.3 내지 1.0 중량부로 포함한다.
본 발명의 실란을 포함하는 나노 복합화 폴리우레탄 경질 발포체 조성물은 먼저 나노 클레이와 유기 알콕시 실란을 물에 분산시킨 후, 이 분산액에 폴리올을 첨가한다. 상기 나노 클레이와 유기 알콕시 실란을 물에 분산시키면, 도 1에 나타낸 것과 같이, 실란의 알콕시 그룹이 하이드록시 그룹으로 가수분해되고, 이 하이드록시 그룹이 나노 클레이의 하이드록시와 축합 반응을 일으켜 유기 실란 표면 처리된 나노 클레이가 제조된다. 이 유기 실란 표면 처리된 나노 클레이를 폴리올과 혼합하면, 나노 클레이를 이루는 판들이 붕괴되어 폴리올 내에 분산된 폴리올/나노 클레이 분산액이 제조된다.
또는 나노 클레이, 유기 알콕시 실란 및 폴리올을 모두 함께 혼합하여 상기 반응을 유도할 수도 있으나 나노 클레이와 유기 알콕시 실란을 물에 분산시킨 후, 이 분산액에 폴리올을 첨가하는 상기 공정이 보다 바람직하다.
상기 두 방법 중 어떠한 방법을 사용하는 경우에도 폴리올 100 중량부에 대한 유기 알콕시 실란 및 나노 클레이의 혼합 중량은 1 내지 10 중량부가 바람직하다.
상기 유기 알콕시 실란 및 나노 클레이와 폴리올 및 이소시아네이트를 함께 혼합하는 경우에는 폴리올과 이소시아네이트의 반응 시간이 너무 짧아서 나노 클레이를 사용함에 따른 나노 복합화가 되지 않으므로 유기 알콕시 실란 및 나노 클레이와 폴리올을 먼저 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 혼합 공정은 일반적인 저속의 교반기로는 오랜시간의 교반이 필요하여 최소 5시간 이상의 혼합이 필요하므로, 본 발명에서는 교반속도 5000 rpm(rotationper minute : 분당 회전속도)이상의 교반기를 사용하여 약 30분에서 1시간 사이에서 혼합 공정을 실시한다.
상기 폴리올/나노 클레이 혼합액에 이소시아네이트, 아민계 촉매, 물 및 계면활성제를 혼합하여 발포체 조성물을 제조한다. 이 조성물을 발포 성형하여 폴리우레탄 발포체를 제조한다.
상술한 공정으로 얻어진 발포체는 높은 강도를 나타내었으며, CFC 발포제를 대체할 수 있는 발포제를 사용하여도 높은 발포를 통해 단열성능을 확보하고 강도도 유지할 수 있는 발포체를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 실험예 및 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명하지만, 이 실시예로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
* 폴리올/나노 클레이 분산액
(실험예 1 내지 6)
폴리올로 솔비톨 계열 폴리에테르 폴리올(상품명 KFT-101, KPC사) 100 중량부, 나노 클레이로 Na-몬모릴로나이트 4 중량부 및 하기 표 1에 나타낸 유기 알콕시 실란을 0.3 중량부 혼합하여 폴리올/나노 클레이 분산액을 제조하였다.
(실험예 7)
유기 알콕시 실란을 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일하게 실시하였다.
상기 실험예 1 내지 7의 폴리올/나노 클레이 분산액을 5000rpm의 속도로 약 30분간 교반한 후, 방치하여 폴리올과 나노 클레이가 층분리되는 시간을 측정하여그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실험예 7 실험예 1 실험예 2 실험예 3 실험예 4 실험예 5 실험예 6
유기 알콕시 실란 사용안함 γ-APS AEPS TSDEA BHAPS γ-GPS BTSE
분리 시간 7일 4주 이상 4주 이상 4주 이상 4주 이상 4주 이상 4주 이상
γ-APS: γ-아미노프로필트리메톡시실란
AEPS: 3-(2-아미노에틸)아미노프로필메틸디메톡시실란
TSDEA: (3-트리메톡시 실릴프로필)디에틸렌아민
BHAPS: 비스(2-하이드록시에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란
γ-GPS: γ-글리시드옥시프로필트리메톡시실란
BTSE: 비스(트리메톡시실릴)에탄
상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 실험예 7과 같이 나노 클레이만 사용하여도 장기간(7일) 동안 상분리가 일어나지 않으나, 유기 알콕시 실란을 더욱 사용한 실험예 1 내지 6의 경우에는 4주 이상 상분리가 일어나지 않으므로 폴리올과 나노 클레이의 친화성을 유기 알콕시 실란이 보다 증가시킴을 알 수 있다.
* 폴리우레탄 경질 발포체 제조
(실시예 1)
폴리올에 γ-아미노프로필트리메톡시실란 및 몬모릴로나이트를 첨가하여 폴리올/나노 클레이 분산액을 제조하였다. 이때, 상기 폴리올 100 중량부에 대하여 γ-아미노프로필트리메톡시실란은 0.3 중량부로 하였으며, γ-아미노프로필트리메톡시실란과 몬모릴로나이트 혼합 중량은 1 중량부로 하였다.
제조된 폴리올/나노 클레이 혼합액에 이소시아네이트인 폴리머성 디페닐메탄 디이소시아네이트를 폴리올 100 중량부에 대하여 135.77 중량부, 하이드로 플로오로 카본 (상품명: HFC-141b) 발포제를 9.0 중량부, 디메틸사이클로헥실아민 촉매를 0.5 중량부, 실리콘 코폴리머 계면활성제를 1.5 중량부 및 물 0.5 중량부를 첨가하여 혼합하였다. 이 혼합물을 발포성형하여 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 경질 발포체를 제조하였다.
(실시예 2)
폴리올 100 중량부에 대하여 γ-아미노프로필트리메톡시실란 및 몬모릴로나이트 혼합 중량을 3 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(실시예 3)
폴리올 100 중량부에 대하여 γ-아미노프로필트리메톡시실란 및 몬모릴로나이트 혼합 중량을 5 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(실시예 4)
폴리올 100 중량부에 대하여 γ-아미노프로필트리메톡시실란 및 몬모릴로나이트 혼합 중량을 7 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(실시예 5)
폴리올 100 중량부에 대하여 γ-아미노프로필트리메톡시실란 및 몬모릴로나이트 혼합 중량을 10 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(실시예 6)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 3-(2-아미노에틸)아미노프로필메틸디메톡시실란을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(실시예 7)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 3-(2-아미노에틸)아미노프로필메틸디메톡시실란을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하였다.
(실시예 8)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 3-(2-아미노에틸)아미노프로필메틸디메톡시실란을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 실시하였다.
(실시예 9)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 3-(2-아미노에틸)아미노프로필메틸디메톡시실란을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일하게 실시하였다.
(실시예 10)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 3-(2-아미노에틸)아미노프로필메틸디메톡시실란을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일하게 실시하였다.
(실시예 11)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 (3-트리메톡시 실릴프로필)디에틸렌아민을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(실시예 12)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 (3-트리메톡시 실릴프로필)디에틸렌아민을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하였다.
(실시예 13)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 (3-트리메톡시 실릴프로필)디에틸렌아민을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 실시하였다.
(실시예 14)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 (3-트리메톡시 실릴프로필)디에틸렌아민을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일하게 실시하였다.
(실시예 15)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 (3-트리메톡시 실릴프로필)디에틸렌아민을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일하게 실시하였다.
(실시예 16)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 비스(2-하이드록시에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(실시예 17)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 비스(2-하이드록시에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하였다.
(실시예 18)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 비스(2-하이드록시에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 실시하였다.
(실시예 19)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 비스(2-하이드록시에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일하게 실시하였다.
(실시예 20)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 비스(2-하이드록시에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일하게 실시하였다.
(실시예 21)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 γ-글리시드옥시프로필트리메톡시실란을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(실시예 22)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 γ-글리시드옥시프로필트리메톡시실란을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하였다.
(실시예 23)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 γ-글리시드옥시프로필트리메톡시실란을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 실시하였다.
(실시예 24)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 γ-글리시드옥시프로필트리메톡시실란을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일하게 실시하였다.
(실시예 25)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 γ-글리시드옥시프로필트리메톡시실란을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일하게 실시하였다.
(실시예 26)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 비스(트리메톡시실릴)에탄을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
(실시예 27)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 비스(트리메톡시실릴)에탄을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하였다.
(실시예 28)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 비스(트리메톡시실릴)에탄을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 실시하였다.
(실시예 29)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 비스(트리메톡시실릴)에탄을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일하게 실시하였다.
(실시예 30)
γ-아미노프로필트리메톡시실란 대신 비스(트리메톡시실릴)에탄을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일하게 실시하였다.
(참고예 1)
폴리올 100 중량부에 Na-몬모릴로나이트 1 중량부를 첨가하여 폴리올/나노 클레이 분산액을 제조하였다.
제조된 폴리올/나노 클레이 혼합액에 이소시아네이트인 폴리머성 디페닐메탄 디이소시아네이트를 폴리올 100 중량부에 대하여 135.77 중량부, 하이드로 플로오로 카본 (상품명: HCFC-141b) 발포제를 9.0 중량부, 디메틸사이클로헥실아민 촉매를 0.5 중량부, 실리콘 코폴리머 계면활성제를 1.5 중량부 및 물 0.5 중량부를 첨가하여 혼합하였다. 이 혼합물을 발포성형하여 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 경질 발포체를 제조하였다.
(참고예 2)
폴리올 100 중량부에 대하여 Na-몬모릴로나이트 3 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 상기 참고예 1과 동일하게 실시하였다.
(참고예 3)
폴리올 100 중량부에 대하여 Na-몬모릴로나이트 5 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 상기 참고예 1과 동일하게 실시하였다.
(참고예 4)
폴리올 100 중량부에 대하여 Na-몬모릴로나이트 7 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 상기 참고예 1과 동일하게 실시하였다.
(참고예 5)
폴리올 100 중량부에 대하여 Na-몬모릴로나이트 10 중량부를 첨가한 것을 제외하고는 상기 참고예 1과 동일하게 실시하였다.
상기 실시예 1 내지 30 및 참고예 1 내지 5의 성형체의 밀도 및 강도를 측정하여 하기 수학식 1에 따라 비강도를 계산하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[수학식 1]
비강도=강도/밀도
비강도
실시예 1 0.091
실시예 2 0.095
실시예 3 0.087
실시예 4 0.088
실시예 5 0.086
실시예 6 0.093
실시예 7 0.099
실시예 8 0.088
실시예 9 0.087
실시예 10 0.084
실시예 11 0.094
실시예 12 0.095
실시예 13 0.091
실시예 14 0.089
실시예 15 0.089
실시예 16 0.089
실시예 17 0.099
실시예 18 0.096
실시예 19 0.096
실시예 20 0.089
실시예 21 0.099
실시예 22 0.110
실시예 23 0.098
실시예 24 0.099
실시예 25 0.087
실시예 26 0.094
실시예 27 0.092
실시예 28 0.089
실시예 29 0.088
실시예 30 0.085
참고예 1 0.079
참고예 2 0.078
참고예 3 0.078
참고예 4 0.075
참고예 5 0.071
상기 표 2에 나타낸 것과 같이, 유기 알콕시 실란을 더욱 사용한 실시예 1 내지 30의 경우 나노 클레이만 사용한 참고예 1 내지 5에 비해 비강도가 월등히 높음을 알 수 있다.
(실시예 31)
폴리올 100 중량부에 나노 클레이로 몬모릴로나이트 3 중량부와 γ-아미노프로필트리메톡시실란 0.1 중량부를 첨가하여 폴리올/나노 클레이 혼합액을 제조하였다.
상기 폴리올/나노 클레이 혼합액을 사용하여 상기 실시예 1과 동일하게 폴리우레탄 경질 발포체를 제조하였다.
(실시예 32)
γ-아미노프로필트리메톡시실란의 첨가량을 폴리올 100 중량부에 대하여 0.3 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 31과 동일하게 실시하였다.
(실시예 33)
γ-아미노프로필트리메톡시실란의 첨가량을 폴리올 100 중량부에 대하여 0.5 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 31과 동일하게 실시하였다.
(실시예 34)
γ-아미노프로필트리메톡시실란의 첨가량을 폴리올 100 중량부에 대하여 1.0 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 31과 동일하게 실시하였다.
(실시예 35)
γ-아미노프로필트리메톡시실란의 첨가량을 폴리올 100 중량부에 대하여 2 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 31과 동일하게 실시하였다.
(참고예 6)
γ-아미노프로필트리메톡시실란을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 31과 동일하게 실시하였다.
상기 실시예 31 내지 35 및 참고예 6의 비강도를 측정하여 그 결과를 하기표 3에 나타내었다.
참고예 6 실시예 31 실시예 32 실시예 33 실시예 34 실시예 35
비강도 0.078 0.087 0.095 0.099 0.098 0.099
상기 표 3에 나타낸 것과 같이, 유기 알콕시 실란의 함량이 증가할수록 비강도가 증가함을 알 수 있으며, 또한 1.0 중량부 이상 사용하는 경우에는 비강도가 더 이상 증가되지 않고 유지되는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 유기 알콕시 실란 및 나노 클레이를 충진재로 사용한 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 발포체 조성물은 기존의 CFC계 발포체를 대체하는 발포제를 사용하면서 우수한 강도를 나타내는 성형체를 제조할 수 있어 공업적으로 매우 유용함을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 폴리올;
    유기 알콕시 실란;
    나노 클레이;
    이소시아네이트;
    아민계 촉매;
    계면활성제;
    발포제; 및
    물
    을 포함하는 실란을 포함하는 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 경질 발포체 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 알콕시 실란의 양은 상기 폴리올 100 중량부에 대하여 0.1 내지 2.0 중량부인, 실란을 포함하는 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 경질 발포체 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 알콕시 실란과 상기 나노 클레이의 혼합 중량은 상기 폴리올 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부인, 실란을 포함하는 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 경질 발포체 조성물.
  4. 스멕타이트계 나노 클레이와 유기 알콕시 실란을 혼합하여 유기 실란 표면처리 나노 클레이를 제조하고;
    폴리올 100 중량부에 대하여 상기 유기 실란 표면 처리 나노 클레이를 1 내지 10 중량부의 양으로 혼합하여 폴리올/나노클레이 혼합액을 제조하고;
    상기 폴리올/나노클레이 혼합액에 이소시아네이트, 아민계 촉매, 계면활성제 및 물을 혼합하고;
    얻어진 혼합물을 발포 성형하는
    공정을 포함하는 실란을 포함하는 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 경질 발포체의 제조 방법.
  5. 제 5 항에 있어서, 상기 유기 알콕시 실란의 양은 상기 폴리올 100 중량부에 대하여 0.1 내지 2.0 중량부인 실란을 포함하는 저온 보냉용 나노 복합화 폴리우레탄 경질 발포체의 제조 방법.
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