발명의 개요
한 관점에서, 본 발명은 폴리우레탄 폼 제조용 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물은 폴리올, 폴리이소시아네이트, 히드로할로카본을 포함하는 발포제 및 하기 화학식 1의 분자량이 약 500 g/mol 미만인 하나 이상의 화합물을 포함하는 발포제 강화제를 포함한다:
RO-(CH2CHR''O)n-R'
상기 화학식 1에서,
R은 C1-C10 지방족기, C5-C10 지환족기, C7-C10 아르지방족기, 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C1-C10 지방족기, 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C5-C10 지환족기 및 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C7-C10 아르지방족기로 구성되는 군으로부터 선택되고;
R'은 R, 수소, 아세틸, 프로피오닐 및 부티릴로 구성되는 군으로부터 선택되나, 단 상기 하나 이상의 화합물은 분자당 1개 이하의 히드록실기를 보유하며;
R''은 수소 또는 C1-C5 알킬기이며;
n은 1 이상의 정수이다.
다른 관점에서, 본 발명은 폴리우레탄 폼의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 1) 히드로할로카본을 포함하는 발포제 및 2) 하기 화학식 1의 분자량이 약 500 g/mol 미만인 하나 이상의 화합물을 포함하는 발포제 강화제의 존재 하에서 폴리올과 폴리이소시아네이트를 배합하는 단계를 포함한다:
화학식 1
RO-(CH2CHR''O)n-R'
상기 화학식 1에서,
R은 C1-C10 지방족기, C5-C10 지환족기, C7-C10 아르지방족기, 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C1-C10 지방족기, 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C5-C10 지환족기 및 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C7-C10 아르지방족기로 구성되는 군으로부터 선택되고;
R'은 R, 수소, 아세틸, 프로피오닐 및 부티릴로 구성되는 군으로부터 선택되나, 단 상기 하나 이상의 화합물은 분자당 1개 이하의 히드록실기를 보유하며;
R''은 수소 또는 C1-C5 알킬기이며;
n은 1 이상의 정수이다.
다른 관점에서, 본 발명은 폴리우레탄 폼 제조용 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물은 폴리올, 폴리이소시아네이트, 히드로할로카본을 포함하는 발포제 및 하기 화학식 2의 분자량이 약 500 g/mol 미만인 하나 이상의 화합물을 포함하는 발포제 강화제를 포함한다:
ROH
상기 화학식 2에서,
R은 C1-C10 지방족기, C5-C10 지환족기, C7-C10 아르지방족기, 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C1-C10 지방족기, 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C5-C10 지환족기 및 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C7-C10 아르지방족기로 구성되는 군으로부터 선택되나, 단 상기 하나 이상의 화합물은 분자당 단지 하나의 히드록실기를 포함한다.
추가의 관점에서, 본 발명은 폴리올과 폴리이소시아네이트 사이의 반응 생성물을 포함하는 폴리우레탄 조성물에 관한 것이다. 상기 반응은 1) 히드로할로카본을 포함하는 발포제 및 2) 하기 화학식 1의 분자량이 약 500 g/mol 미만인 하나 이상의 화합물을 포함하는 발포제 강화제의 존재 하에서 일어난다:
화학식 1
RO-(CH2CHR''O)n-R'
상기 화학식 1에서,
R은 C1-C10 지방족기, C5-C10 지환족기, C7-C10 아르지방족기, 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C1-C10 지방족기, 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C5-C10 지환족기 및 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C7-C10 아르지방족기로 구성되는 군으로부터 선택되고;
R'은 R, 수소, 아세틸, 프로피오닐 및 부티릴로 구성되는 군으로부터 선택되나, 단 상기 하나 이상의 화합물은 분자당 1개 이하의 히드록실기를 보유하며;
R''은 수소 또는 C1-C5 알킬기이며;
n은 1 이상의 정수이다.
추가의 관점에서, 본 발명은 폴리우레탄 폼 제조용 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물은 1) 폴리올과 폴리이소시아네이트중 하나(둘 다는 아님), 2) 히드로할로카본을 포함하는 발포제 및 3) 하기 화학식 1의 분자량이 약 500 g/mol 미만인 하나 이상의 화합물을 포함하는 발포제 강화제를 포함한다:
화학식 1
RO-(CH2CHR''O)n-R'
상기 화학식 1에서,
R은 C1-C10 지방족기, C5-C10 지환족기, C7-C10 아르지방족기, 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C1-C10 지방족기, 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C5-C10 지환족기 및 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C7-C10 아르지방족기로 구성되는 군으로부터 선택되고;
R'은 R, 수소, 아세틸, 프로피오닐 및 부티릴로 구성되는 군으로부터 선택되나, 단 상기 하나 이상의 화합물은 분자당 1개 이하의 히드록실기를 보유하며;
R''은 수소 또는 C1-C5 알킬기이며;
n은 1 이상의 정수이다.
본 발명의 다른 구체예는 본원에 기술한 바와 같은 히드로할로카본을 포함하는 발포제 및 발포제 강화제의 배합물에 관한 것이다. 이러한 배합물은 폴리우레탄 폼을 제조하는 데 유용하면 상업적으로 판매 가능한 제품으로서의 잇점을 보유할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예는 본원에 기술한 바와 같은 실리콘계 계면활성제 및 발포제 강화제의 배합물에 관한 것이다. 이러한 배합물은 폴리우레탄 폼을 제조하는 데 유용하며 상업적으로 판매 가능한 제품으로서의 잇점을 보유할 수 있다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 강성 폴리우레탄 및/또는 폴리이소시아네이트 폼의 제조에서 히드로할로카본 발포제의 효능을 개선시키기 위한 발포제 강화제로서 저분자량 에테르 및 알콜의 용도에 관한 것이다. 본원에서 사용한 용어 "폴리우레탄"은 당업계에서 이해되는 바와 같이 통상의 폴리우레탄 및/또는 폴리이소시아네이트를 의미한다. 따라서, 강성 폴리우레탄 폼은 강성 폴리우레탄 및/또는 폴리이소시아누레이트 폼일 수 있다. 본원에서 사용한 용어 "히드로할로카본"은 탄소, 수소, 및 플루오로와 염소중 하나 또는 둘 다를 함유하고 다른 원소를 함유하지 않는 의미로 사용된 것이다.
본 발명에 따라, 히드로할로카본을 포함하는 발포제의 존재 하에서 폴리이소시아네이트와 폴리올의 반응에서 유용한 강화제가 제공된다. 전형적으로, 상기 반응은 우레탄 촉매의 존재 하에서 수행되며, 전형적으로 계면활성제의 존재 하에서 수행된다. 상기 강화제는 저분자량 알콜 또는 에테르, 예를 들어 디(에틸렌 글리콜)메틸 에테르를 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 강성 폴리우레탄 폼을 제조하기 위한 통상적인 수단을 이용하여 용이하게 수행할 수 있으나, 히드로할로카본 발포제, 바람직하게는 C1-C4 히드로플루오로카본을 이용하는 강성 폴리우레탄 폼의 일반적인 제법을 발포제 효능을 개선시키기 위해 본 발명에 따라 발포제 강화제를 이용하여 수행하는 것은 제외한다.
폴리이소시아네이트
본 발명에 따라 제조된 강성 폴리우레탄 생성물은 강성 폴리우레탄 폼을 제조하기 위해 당업계에 널리 공지된 임의의 적합한 유기 폴리이소시아네이트를 이용하여 제조할 수 있는데, 이들의 예로는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 페닐렌 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트(TDI) 및 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)를 들 수 있다. 특히 적합한 이소시아네이트는 다우 케미칼에서 PAPI로 시판되고 상업적으로 "미정제(crude) MDI"로 알려진 디이소시아네이트인데, 이는 약 60%의 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트와 함께 다른 이성질체성 및 유사한 고급 폴리이소시아네이트를 함유한다. 다른 적합한 이소시아네이트는 2,4- 및 2,6-TDI인데, 개별적으로 제공되거나, 또는 그들의 시판되는 혼합물로서 함께 제공된다. 또한, 폴리이소시아네이트와 폴리에테르 또는 폴리에스테르 폴리올의 부분적으로 전처리된 혼합물을 포함하는 이들 폴리이소시아네이트의 "예비중합체"도 적합하다. 전형적으로, 상기 폴리이소시아네이트는 폴리올에 대해 상대적인 양을 사용하여 이소시아네이트 지수가 80∼400 범위가 되도록 한다.
폴리올
적합한 폴리올은 강성 폴리우레탄 폼을 제조하기 위해 당업계에서 전형적으로 사용되는 것인데, 그 예로는 폴리알킬렌 에테르 및 폴리에스테르 폴리올을 들 수 있다. 폴리알킬렌 에테르 폴리올은 폴리(에틸렌 옥사이드) 및 폴리(프로필렌 옥사이드) 중합체 및 공중합체를 포함하는데, 이들은 다가 화합물, 예를 들어 디올 및/또는 트리올로부터 유도된 말단 히드록실기를 보유한다. 이러한 디올 및 트리올의 예로는 에틸렌 클리콜, 프로필렌 글리콜, 1.3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 펜타에리트리톨, 글리세롤, 디글리세롤, 트리메틸올 프로판, 당(예, 수크로즈) 및 다른 저분자량 폴리올을 들 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 또한, 아민, 예를 들어 에틸레디아민, 디에틸렌트리아민, 톨릴렌디아민, 디페닐메탄디아민, 트리에탄올아민 등과 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드를 반응시켜 제조할 수 있는 아민 폴리에테르 폴리올도 유용하다.
본 발명의 실시에서, 단일 고분자량 폴리에테르 폴리올, 예를 들어 본원에 기술한 폴리올을 사용할 수 있다. 또한, 이러한 고분자량 폴리에테르 폴리올, 예를 들어 상이한 다기능성 재료의 혼합물 및/또는 상이한 분자량 또는 상이한 화학 조성을 가진 화합물의 혼합물도 사용할 수 있다. 유용한 폴리에스테르 폴리올은 디카르복실산과 과량의 디올, 예를 들어 아디프산 또는 프탈산 무수물과 에틸렌 글리콜 또는 부탄디올의 반응, 또는 락톤, 예를 들어 카프로락톤과 과량의 디올, 예를 들어 프로필렌 글리콜의 반응에 의해 제조된 것을 포함할 수 있다.
발포제
강성 폼을 제조하기 위해 본 발명에서 사용한 히드로할로카본 발포제의 예로는 HCFC(히드로클로로플루오로카본) 화합물, HFC(히드로플루오로카본) 화합물 및 이들의 혼합물을 들 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 히드로클로로플루오로카본 화합물은 분자당 각각 하나 이상의 수소, 염소 및 플루오르를 포함한다. 히드로플루오로카본 화합물은 분자당 각각 하나 이상의 수소 및 플루오르를 포함하며 염소 원자는 포함하지 않는다. 이러한 히드로할로카본 발포제는 전형적으로 5∼45 pphb(폴리올 100부당 부), 바람직하게는 10∼25 pphp로 사용된다.
적합한 HCFC 화합물의 비제한적인 예로는 HCFC-123, HCFC-141b, HCFC-22, HCFC-142b 및 이의 혼합물을 들 수 있다. 적합한 HFC 화합물의 비제한적인 예로는 HFC-134a, HFC245fa, HFC-245ca, HFC-236ea, HFC-365mfc 및 이의 혼합물을 들 수 있다. 바람직한 발포제로는 HCFC-141b, HFC-134a, HFC-245fa 및 이의 2개 이상의 혼합물을 들 수 있다. 더 바람직한 것은 분자량이 50∼170 g/mol이고, 비등점이 -60∼50℃이고, 바람직하게는 오존층 파괴 지수(ODP)가 <0.10인 제3 세대 C1-C4 HFC 발포제이다. ODP는 Synthesis of the Reports of the Ozone Scientific Assessment Panel, Environmental Effect Assessment Panel Technology and Economic Assessment Panel, prepared by the Assessment Chairs for the Parties to the Montreal Protocol, 1991. 11에 기술된 바와 같다. 이들 조건을 충족하는 HFC의 예로는 HFC-134a, HFC-236ea, HFC-365mfc 및 가장 바람직하게는 HFC-245fa를 포함한다. 또한, 이들의 혼합물을 사용할 수도 있다. 물은 0∼4 pphp(폴리올 100부당 부)로 상기 배합물에 포함될 수 있다. 필요에 따라 본 발명에 따른 HFC 발포제와 병용할 수 있는 다른 발포제의 예로는 HCFC, CFC(클로로플루오로카본), 히드로카본, 예를 들어 펜탄 등을 들 수 있다. 본 발명의 한 구체예에서, 상기 발포제는 하나 이상의 CFC와 함께 또는 단독으로 본질적으로 분자당 하나 이상의 플루오르 원자를 포함하는 하나 이상의 히드로할로카본으로 구성된다.
발포제 강화제
본 발명에 따른 발포제 강화제는 하기 화학식 1의 분자량이 약 500 g/mol 미만인 하나 이상의 화합물을 포함한다:
화학식 1
RO-(CH2CHR''O)n-R'
상기 화학식 1에서,
R은 C1-C10 지방족기, C5-C10 지환족기, C7-C10 아르지방족기, 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C1-C10 지방족기, 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C5-C10 지환족기 및 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C7-C10 아르지방족기로 구성되는 군으로부터 선택되고;
R'은 R, 수소, 아세틸, 프로피오닐 및 부티릴로 구성되는 군으로부터 선택되나, 단 상기 하나 이상의 화합물은 분자당 1개 이하의 히드록실기를 보유하며;
R''은 수소 또는 C1-C5 알킬기이며;
n은 1 이상의 정수이다.
전형적으로, n은 1 내지 7이다(1과 7도 포함됨). 또한, 상기 화학식 1에 부합되는 화합물의 혼합물도 사용할 수 있다.
R"에 대해 유용한 적합한 C1-C5 알킬기로는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 2-부틸, 이소부틸, n-펜틸, 2-메틸부틸 및 3-메틸부틸을 들 수 있다. 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C1-C10 지방족기 및 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 C5-C10 지환족기의 예로는 질소 원자가 아민기의 형태로 혼힙된 기 및 산소 원자가 에테르기, 히드록실기 또는 카르보닐기로서 혼입된 기를 들 수 있다. 질소 원자 또는 산소 원자를 포함하는 적합한 C7-C10 아르지방족기의 예로는 질소 원자가 아민기의 형태로 혼입된 기 또는 헤테로시크릭 고리의 멤버로서 혼입된 기, 및 산소 원자가 에테르기, 히드록실기, 카르보닐기로서 혼입된 기, 또는 헤테로시클릭 고리의 멤버로서 혼입된 기를 들 수 있다.
상기 화학식 1에 따른 예시적인 화합물의 예로는 2개의 말단 에테르기를 보유한 화합물, 하나의 말단 에테르기와 하나의 말단 히드록실기를 보유한 화합물, 및 후자 화합물의 아세틸, 프로피오닐 또는 부티릴 에스테르를 들 수 있다. 바람직한 강화제는 옥시에티렌-(CH2CH2O)- 기 및/또는 옥시프로필렌-(CH2CH(CH
3)O)- 기를 포함한다.
한 구체예에서, 2개의 말단 에테르 기를 함유하는 상기 화학식에 따른 발포제 강화제의 예로는 디프로필렌 글리콜 디메틸 에테르를 들 수 있다.
하나의 말단 에테르기 및 하나의 말단 히드록실기를 함유하는 상기 화학식 1에 따른 발포제 강화제의 예로는 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 페닐 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노부틸 에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르 및 트리프로필렌 글리콜 모노부틸 에테르를 들 수 있다.
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르 및 프로필렌 글리콜 모노부틸 에테르가 특히 유용하다.
하나의 말단 에테르기 및 하나의 말단 에스테르기를 함유하는 상기 화학식 1에 따른 발포제 강화제의 예로는 하나의 말단 에테르기 및 하나의 말단 히드록실기를 함유하는 화합물의 아세틸, 프로피오닐 또는 부티릴 에스테르, 예를 들어 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트를 들 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 적합한 발포제 강화제의 예로는 분자량이 약 500 g/mol 미만이고, 화학식 2의 ROH(식중, R은 상기 정의한 바와 같음)인 화합물을 들 수 있다. 이 카테고리내의 적합한 화합물의 예로는 메탄올, 에탄올 및 프로판올의 임의의 이성질체, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 헵탄올, 옥탄올, 노난올 및 데칸올을 들 수 있다.
또한, 상기 화학식 1로 나타낸 강화제중 임의의 것과 상기 강화제중 임의의 것의 혼합물을 사용할 수도 있다. 생성된 폼의 소정 특성에 따라 임의 량의 강화제를 사용할 수 있다. 그러나, 전형적으로 발포제 강화제 또는 발포제 강화제들의 혼합물은 조성물의 2 pphp 이상, 더욱 전형적으로 4 pphp 이상, 더욱 더 전형적으로 5 pphp 이상을 구성한다. 전형적으로, 발포제 강화제 또는 이들의 혼합물은 12 pphp 이하, 더욱 전형적으로 7 pphp 이하, 더욱 더 전형적으로 6 pphp 이하를 구성한다.
상업적인 면에서 유용한 본 발명의 관점은 히드로할로카본 발포제 및 발포제 강화제를 포함하는 조성물이다. 이러한 조성물은 60∼95 중량%의 발포제 및 40∼5 중량%의 발포제 강화제, 바람직하게는 75∼90 중량%의 발포제 및 25∼10 중량%의 발포제 강화제를 포함할 수 있다.
촉매
촉매를 사용하여 본 발명에 따른 폴리우레탄 폼을 형성하는 반응을 촉진시킬 수 있다. 촉매 조성물은 우레탄 업계에서 널리 알려진 촉매, 예를 들어 3차 아민, 유기주석 화합물, 및 카르복실레이트 우레탄 촉매(겔화 및/또는 발포)일 수 있다. 유용한 촉매의 전형적인 예로는 아민 촉매, 예를 들어 트리에틸렌디아민, 디메틸시클로헥실아민, 테트라메틸헥산디아민, 비스(디메틸아미노에틸)에테르, 트리(디메틸아미노프로필)헥사히드로트리아진, 1-이소부틸-2-메틸아미다졸, 1,2-디메틸이미다졸, 디메틸아미노에탄올, 디에틸아미노에탄올, 펜타메틸디에틸렌트리아민, 펜타메틸디프로필렌트리아민, 메틸모프폴린, 에틸모르폴린, 4차 암모늄 염, 유기산의 염 및 디부틸주석 디라우레이트 등과 같은 주석 촉매를 들 수 있다.
촉매 조성물의 촉매 유효량이 폴리우레탄 제제에 사용된다. 더 구체적으로, 촉매 조성물의 적합한 양은 전형적으로 폴리우레탄 제제내에 폴리올 100부당 약 0.01∼10 중량부(0.01∼10 pphp), 바람직하게는 0.5∼4 pphp이다.
계면활성제
계면활성제는 본 발명에 따른 폴리우레탄 폼 조성물 및 방법에 사용할 수 있다. 폴리우레탄 제조에서 폼 특성을 조절하기 위해 적합한 다수의 계면활성제가 당업계에 공지되어 있다. 계면활성제의 예로는 실리콘계 계면활성제, 예를 들어 폴리에테르-폴리실록산 공중합체를 들 수 있으며, 이들 계면활성제에는 미국 특허 5,883,142(Chojnacki 등)에 개시된 것을 포함한다. 이러한 계면활성제는 전형적으로 0.5∼7 pphp, 바람직하게는 2.5∼4 pphp로 사용된다.
본 발명의 다른 유용한 상업적인 구체예는 실리콘계 계면활성제 및 발포제 강화제를 포함하는 조성물이다. 이러한 조성물은 10∼90 중량%의 실리콘계 계면활성제 및 90∼10 중량%의 발포제 강화제, 바람직하게는 25∼75 중량%의 실리콘계 계면활성제 및 75∼25 중량%의 발포제 강화제를 포함할 수 있다.
다른 성분
폴리우레탄 강성 폼 제제에 사용될 수 있는 다른 전형적인 제제로는 난연제 및 사슬 증량제, 예를 들어 에틸렌 글리콜과 부탄디올을 들 수 있다.
실시예
본 발명의 발포제 강화제 및 제3 세대 발포제, 예를 들어 HFC-245fa를 함유하는 밀도가 1.5∼2.5 lb/ft3(24∼40 kg/m3)인 전형적인 범위의 종래 강성 폼 제제(표 1)는 하기 성분(중량부; pbw)을 포함할 수 있다:
일반 강성 폼 제제
성분 |
pbw |
폴리올 |
100 |
실리콘 계면활성제 |
1∼3 |
발포제 |
20∼40 |
물 |
0∼3 |
촉매 |
1∼3 |
폴리이소시아네이트 |
NCO 지수 = 80∼400 |
표 1 및 이하 사용된 바와 같이, 본원에 사용한 용어 "NCO 지수"는 이소시아네이트 지수를 나타내는데, 이 용어는 폴리우레탄 업계에서 통상적으로 사용하는 용어이다. 제제를 기재한 표에서 상기 용어의 사용은 적당한 양의 폴리이소시아네이트가 지정된 NCO 지수를 보유하는 제제를 획득하기 위해 사용되어야 함을 나타낸다.
하기 실시예에서, 특정 강성 폴리우레탄 폼 제제(표 2에 도시함)은 폼 제조용의 대조 제제로서 사용하였다. 발포제 강화제는 표 3에 도시한 바와 같이 제제내로 혼입하였으며, 표 2 및 표 3의 제제를 이용한 폼 제로로부터 얻은 결과는 표 4에서 비교하였다.
대조군 제제
성분 |
pbw |
폴리올* |
100 |
실리콘 계면활성제 |
4.0 |
HFC-245fa |
35.0 |
물 |
1.3 |
아민 촉매** |
2.3 |
폴리이소시아네이트 |
NCO 지수 = 105 |
* 수산가가 약 350∼400인 수크로즈 개시된 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드 공중합체** 미국 펜실베니아 알렌타운에 소재하는 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스 인크.에서 시판되는 폴리카트(등록상표)5 및 폴리카트(등록상표)41의 2:1 중량/중량 혼합물*** 미국 뉴저지 웨스트 뎁트포드에 소재하는 헌츠만 폴리우레탄에서 루비네이트(등록상표)M으로 시판되는 중합체 MDI |
제제예
성분 |
pbw |
폴리올 |
100.0 |
실리콘 계면활성제 |
4.0 |
HFC-245fa |
35.0 |
물 |
1.3 |
아민 촉매 |
2.3 |
발포제 강화제 |
6.0 |
폴리이소시아네이트 |
NCO 지수 = 105 |
실시예 1
중합체 MDI를 제외하고 표 2 및 표 3에 기재된 성분을 배합하고, 혼합물이 평형 온도에 이를때 까지 10℃에서 항온처리하였다. 수지는 종이컵으로 평량하고, 중합체 MDI는 이소시아네이트(NCO) 지수가 105가 되도록 하는 양으로 상기 컵에 첨가하였다. 혼합물은 고속 혼합기로 8초 동안 교반하고, 이어서 폼 형성 매스를 보유한 컵은 폼 유동 및 다른 물리적 특성을 측정하기 위해 디자인된 L-몰드내에 위치시켰다. L-몰드는 49℃로 가열하고, 발포제 강화제의 초기 스크리닝을 위해 사용하였다. 대조군 제제(표 2)는 발포제 강화제를 함유하는 폼(표 3)과 비교하기 위해 폼 유동 및 폼 밀도를 측정하기 위한 참조용 폼을 제조하는 데 사용하였다.
폼 유동은 일정량(475 g)의 폼 제제가 L-몰드내로 투입되는 경우, L-몰드의 충전률(%)을 측정함으로써 측정하였는데, 더 높은 충전률(%)은 동일한 매스의 샘플에 대해 더 양호한 유동을 나타낸다. 폼 유동 및 밀도를 비교하는 것 이외에, 각 제제로 제조한 폼은 k-인자 및 압축 강도를 측정하기 위해 평가하였다. 폼의 상부 12 인치는 3개의 섹션으로 자르고 이어서 -30℃에서 72 시간 동안 저장하여 부피 변화를 측정하여 2% 미만의 변화가 있음을 확인하였는데, 이는 통상적으로 받아들여지는 산업 표준에 따른 충분한 치수 안정성을 나타내는 것이다. 폼의 다음 섹션은 코어 샘플을 절단하는데 사용하여 레이저콤프 폭스 200 열 유량계에서 k-인자 또는 열 유동을 측정하였다.
표 4는 본 발명에 따른 다수의 발포제 강화제에 대한 폼 성능 데이타를 요약한 것이다. 각각의 강화제에 있어서, L-몰드내의 상응하는 충전율% 및 k-인자를 기록하였다.
발포제 강화제의 성능
ID |
화합물 |
충전률% |
k-인자(W/mK) |
1 |
대조군(강화제 없음) |
92.5 |
0.0206 |
2 |
디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 |
99.2 |
0.0206 |
3 |
트리프로필렌 글리콜 모노부틸 에테르 |
95.6 |
0.0206 |
4 |
프로필렌 글리콜 모노부틸 에테르 |
97.7 |
0.0209 |
5 |
디프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르 |
94.8 |
0.0212 |
6 |
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 |
98.0 |
0.0208 |
7 |
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 |
99.0 |
0.0212 |
8 |
에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 |
96.1 |
0.0221 |
9 |
디프로필렌 글리콜 디메틸 에테르 |
97.2 |
0.0222 |
10 |
디프로필렌 글리콜 모노부틸 에테르 |
96.1 |
0.0215 |
11 |
디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 |
96.7 |
0.0212 |
12 |
프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르 |
97.7 |
0.0212 |
13 |
에틸렌 글리콜 페닐 에테트 |
95.9 |
0.0215 |
14 |
트리프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르 |
95.7 |
0.0216 |
대조군(1)과 비교하는 경우, 발포제 강화제 2 내지 14는 모두 개선된 유동(충전률%의 경우, 더 큰 값)을 나타냈으며, 이는 단지 약간 열화된(더 큰 값)의 k 인자에 필적하였다. 최고의 유동 및 k-인자를 얻은 발포제 강화제는 (2) 또는 디(에틸렌 글리콜)메틸 에테르였다.
실시예 2
발포제 감소에 대한 디(에틸렌 글리콜)메틸 에테르의 효능을 추가로 입증하기 위해, 더 큰 규모의 고압 기계 평가를 수행하였다. 중합체 MDI를 제외하고 표 3의 성분을 5 갤론들이 가압 탱크에서 배합하고 혼합물이 평형 온도에 이를때까지 26.7℃에서 항온처리하였다. 중합체 MDI는 별도의 5 갤론 들이 가압 데이 탱크내에서 항온처리하였다. 양 데이 탱크 내의 성분들을 평형처리한 후, 이들은 고압 작용 혼합 헤드를 통해 13,790 kPa(2000 psi)에서 서로 혼합하였다. 이 반응 매스는 49℃로 가열된 200 x 20 x 5 cm내로 쏟아부었다.
충분한 폼 형성 혼합물은 몰드 내로 첨가하여 여러가지 밀도, 예를 들어 최소 충전에서 패널을 생성하였다. 몇몇 과-팩킹된 밀도는 물리적 특성 조건을 충족시킨 가장 낮은 밀도를 측정하기 위해 생성시켰다. 6분 후에 상기 몰드로부터 폼 패널을 제거하고 23℃에서 18-24 시간 동안 숙성시켰다. 20.3 x 20.3 x 2.54 cm(8 x 8 x 1 인치) 부분을 상기 패널의 바닥으로부터 잘라내고, 각각에 대한 k-인자는 레이저콤프 폭스 200 열 유량계에서 평가하였다. 지수 안정성이 획득되는 밀도를 결정하기 위해 상기 패널의 상부(20.3 x 10.2 x 5.1 cm(8 x 4 x 2 인치)로부터 4개의 샘플을 잘라냈다.
표 5는 표 3의 제제에서 디(에틸렌 글리콜)메틸 에테르를 6 pbw로 이용하는 폼 성능 데이타를 수집한 것이다. 본 실시예의 목적은 HFC-245fa 감소를 최대화하면서 대조군의 밀도 및 폼 성능을 매칭시키기 위한 것이다. 표 5로부터 명백히 확인할 수 있는 바와 같이, 디(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 발포제 강화제는 폼 열 특성 및 압축 강도에 대한 개선점에 대한 현저한 악영향 없이 HFC-245fa 농도를 감소시키는 것이 가능하다. 압축 강도 값은 파괴시까지 폼을 물리적으로 파쇄시키는 데 필요한 힘을 측정한 값이다. 더 큰 힘은 최종 제품(예를 들어, 냉장고)의 구조적 완전성을 부여하는 개선된 폼의 물리적 특성에 관한 것이다. 표 5는 HFC-245fa의 19% 감소가 압축 강도를 동일하거나 더 개선된 상태로 유지하면서 균등한 k-인자의 폼을 획득하기 위해 발포제 강화제로서 디(에틸렌 글리콜)메틸 에테르를 이용함으로써 얻을 수 있음을 예시한다.
발포제 사용량의 감소
제제 |
강화제(pphp) |
HFC-245fa(pphp) |
최소 충전(밀도 kg/m3) |
k-인자(W/mK) |
압축 강도(kPa)Perp./Parallel |
1 |
없음 |
35.2 |
32.84 |
0.0195 |
138/159 |
2 |
6.0 |
28.5 |
32.68 |
0.0195 |
165/193 |
3 |
6.0 |
28.5 |
32.04 |
0.0198 |
159/200 |
4 |
6.0 |
28.5 |
33.00 |
0.0196 |
152/186 |
전술한 실험 데이타는 히드로할로카본 발포제, 특히 HFC-245fa를 이용하는 강성 폴리우레탄 폼의 생성에서, 본 발명에 따른 발포제 강화제의 이용은 더 많은 양의 발포제를 사용하고 발포제 강화제를 사용하지 않는 참조용 폼에 대해 적어도 동일한 물리적 특성을 보유하면서 감소된 양의 발포제를 이용하여 폼을 제조하는 것을 가능하게 해준다. 몇몇 경우에서, 압축 강도는 강화제의 사용으로 개선된다.
이상과 같이 특정 구체예를 참고로 본 발명을 예시하고 기술하였지만, 본 발명을 개시된 사항으로 제한하려는 의도는 없다. 오히려, 후술하는 특허청구의 범위에 의해 정해지는 본 발명의 범위는 본 발명의 효과를 획득하고 상세히 기술될 수 있는 다양한 변형예를 포함한다.