KR20050077551A - 팽창성 흑연을 사용한 건축단열용 폴리이소시아누레이트 발포체 및 이를 제조하기위한 폴리올 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명의 폴리올 조성물은 건축용 단열재, 충격보강재, 및 건축 내외장재 에 사용되는 난연성능이 우수한 폴리이소시아누레이트 발포체를 제조하기위한 것으로서 팽창성 흑연을 사용하여 화재시 탄화막을 형성하며 이소시아네이트간의 삼량화 반응을 위하여 위하여 NCO/OH 비율을 증가시킨후 삼량화 촉매를 사용하여 이소시아네이트간의 삼량화 반응을 일으키게 하여 난연성을 개선할 수 있다.

Description

팽창성 흑연을 사용한 건축단열용 폴리이소시아누레이트 발포체 및 이를 제조하기위한 폴리올 조성물 {Polyiscianurate foam for construction insulation using expandable graphite and and its polyol composition}

본 발명은 건축단열용 폴리이소시아누레이트 발포체의 제조 및 이를 제조하기위한 폴리올 조성물에 관한 것으로 특히 팽창성 흑연을 사용하여 난연성을 향상시킨 폴리이소시아누레이트 발포체의 제조에 관한 것이다.

폴리우레탄은 냉장고, 건축단열재, 선박 내부 등을 비롯하여 특히 각종 건축물의 단열시공을 위한 방법으로 사용되어 오고 있다. 폴리우레탄을 시공하기 위해서는 메틸렌 디 이소시아네이트(MDI) 용액과 폴리올 용액을 일정한 비율로 혼합하여 우레탄 발포체를 성형하였다. 이제까지 사용되고있는 폴리우레탄 발포체의 가장 큰 문제점은 충분한 난연 성능을 유지하지 못하는 것이 었다.

상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 할로겐계 난연제가 사용되고있지만 발화시 생기는 유독가스의 문제로 인하여 사용의 제한을 받고 있는 실정이며 인계난연제도 난연성능을 만족시키지 못하고 있다.

본 발명은 종래 건축단열용 폴리우레탄 발포체의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 난연 성능이 우수하고 , 연소시 유독가스의 배출을 최소한으로 줄이는 팽창성 흑연이 첨가된 건축단열재용 폴리이소시아누레이트 발포체의 제조법을 제공하는데 목적이 있다.

이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 폴리이소시아누레이트 발포체는 우수한 열적 성질을 갖는 폴리에스테르계열의 폴리올이 일반 경질 에테르 폴리올과 함께 첨가되고 난연제로서인계난연제와 열팽창성 흑연을 사용하여 발화시 탄화막을 형성하고 삼량화 촉매를 이용하여 이소시아네이트 간의 삼량화 반응을 일으켜 우수한 난연성을 갖는 폴리이소시아누레이트 발포체를 제조하는 것을 특징으로 한다.

상기 팽창성 흑연은 결정성 흑연 박편을 사용하여 제조되는데, 상기 결정성 흑연은 카본원자가 적층되게 배열된 층형태의 결정으로 되어있으며, 이들 두 층의 간격은 1.35Å으로 약한 결합력으로 부착되어있다. 이러한 구조를 이용하여 화학물질을 상기 층사이에 스며들게 하여 팽창성 흑연을 제조하는 것이다. 팽창성 흑연의 제조방법을 간단이 살펴보면 흑연입자에 황산을 일정 시간과 온도에서 스며들게한후 세척한 뒤 건조시켜 제조되는 것이다. 상기의 층구조를 가진 흑연이 열에 노출되면 층사이에 스며든 황산이 Redox반응을 일으키게 되어 SO₂ 가스를 발생하게 되어 이때 상기 흑연층은 발생된 가스에 의하여 팽창하게 되는 것이다. 이때 팽창된 흑연은 저비중이고 비 연소성이며 단열성을 가지게 되는 탄화막을 형성한다. 팽창성 흑연의 크기는 80-100mesh 정도이고 팽창비율은 100-300(ml/g)이다.

또한 NCO/OH 비율을 증가시킨후 삼량화 촉매를 사용하여 이소시아네이트간의 삼량화 반응을 일으키게 하면 난연성능을 향상시킬수 있다.

본 발명의 조성은 난연성능을 강화시키기위한 것으로 두종류의 폴리에테르 폴리올이 각각 10∼40중량부로서 사용되었고 , 폴리에스테르폴리올이 10∼60중량부로 이루어진 폴리올 100 중량부에 반응성을 조절하는 촉매가 각각 1∼10중량부가 사용되었으며 폴리이소시아누레이트 반응을 위한 삼량화 촉매가 1∼10중량부가 사용된다.

본 발명에서는 상기 폴리올 100중량부에 대하여 0.1∼5 중량부의 정포제, 5∼25 중량부의 인계난연제, 0∼70 중량부의 팽창성흑연이 사용되었다.

본 발명에서는 발포제가 상기 폴리올 100 중량부에 대하여 10∼70 중량부의 양으로 사용되 사용되었다.

본 발명에서는 폴리이소시아누레이트 반응에의한 난연성 개선을위해 NCO/OH 비율을 증가시키는 방법으로 이소시아네이트 조성물의 NCO INDEX를 200 이상으로 변화시켜 사용할수있으며 통상 NCO INDEX는 350을 넘지 않는다.

실시예 : 폴리이소시아누레이트 발포체의 제조

상기 폴리올 프리믹스 조성물에는 폴리올 및 촉매, 정포제, 인계난연제, 및 발포제를 첨가하였다. 폴리이소시아누레이트 발포체를 제조하기위하여 표1의 실시예 1-4까지 NCO/OH 비율을 NCO INDEX를 150부터 300까지 변화를 준 이소시아네이트 조성물을 발포기내에서 혼합하여 사용하여 폴리이소시아누레이트 발포체를 형성하였다. 실시예에 따른 각 발포제에 대하여 가열실험을 한결과 NCO INDEX가 150인 실시예1은 발화 즉시 도1과 같이 발포체 표면이 수축하면서 연소되어 곳곳에 구멍이 생기며 가열실험후 연소부위를 충격을가하면 부서지는 현상을 보임에따라 난연성능이 좋지 않은 것을 알수있었다. NCO INDEX가 200인 실시예 2는 실시예 1에 비해서 수축되거나 구멍이 생기는 현상은 줄어들었지만 여전히 수축현상이 나타나고 만족할만한 난연성능을 나타내지 못했다. NCO INDEX가 250인 실시예 3은 수축되거나 구멍이생기는 현상은 거의 나타나지 않았고 연소된 부위가 부서지는 현상없이 형태를 유지하였으며 NCO INDEX가 300인 실시예 4는 실시예 1-4중에서 가장 좋은 난연성능을 보이며 특별한 외형변화가 없이 가열후 일정한 탄화막을 형성하면서 실시예 1-3에서 나타났던 현상들이 나타나지않았다. 이 현상들로 보아 NCO INDEX를 높인 실시예에서 이소시아네이트간의 삼량화 반응에 의하여 이소시아누레이트의 형성이 많아짐에따라 난연성능이 증가되었다.

표 1

성 분(중량부)	실시예 1	실시예2	실시예3	실시예4
폴리에스테르 폴리올	40	40	40	40
폴리 에테르 폴리올A	30	30	30	30
폴리 에테르 폴리올B	30	30	30	30
반응성 촉매	8	8	8	8
삼량화 촉매	7	7	7	7
정포제	1	1	1	1
인계난연제	25	25	25	25
발포제	45	45	45	45
MDI(NCO INDEX)	150	200	250	300

표2와 같이 상기 폴리올 100중량부에대하여 팽창성 흑연의 함량을 30∼70중량부로 변화하면서 실시예 5-7의 폴리올 조성물을 NCO INDEX를 250으로 고정시킨 이소시아누레이트 조성물과 혼합하여 팽창성 흑연이 첨가된 폴리이소시아누레이트 발포체를 형성하였다. 팽창성 흑연이 첨가된 폴리이소시아누레이트 발포체는 가열시험에 의한 발화시 도2와 같이 발포체의 표면에서 팽창성흑연의 팽창이일어나 내부로 열을 전달하지 않는 탄화막을 형성하여 더 이상의 발화를 막는 효과를 나타내었다. 팽창성 흑연의 함량이 많아질수록 더욱 두껍고 촘촘한 탄화막을 형성하였고 그 결과 팽창성 흑연의 양이 적은 실시예 5에서는 팽창성 흑연에 의한 탄화막이 전체 표면을 못채우고 탄화막 실시예 6은 탄화막이 전체표면을 채우고 탄화막의 두께도 실시예 5에 비하여 상당히 두꺼워져 내부로의 열전달을 막는 역할을 하였다. 실시예 7은 발포체가 인화되기 전에 발포체의 표면 전체에 두터운 탄화막을 형성하여 내부로의 열전달을 차단하며 실시예중에서 가장 좋은 난연성능을 나타내었다.

표2

성 분(중량부)	실시예 5	실시예6	실시예7
폴리에스테르 폴리올	40	40	40
폴리 에테르 폴리올A	30	30	30
폴리 에테르 폴리올B	30	30	30
반응성 촉매 A	8	8	8
삼량화 촉매	7	7	7
정포제	1	1	1
인계난연제	25	25	25
팽창성 흑연	30	50	70
발포제	45	45	45
MDI(NCO INDEX)	250	250	250

본 발명은 건축단열재, 충격보강재 및 건축내외장재로 사용되는 우수한 난연성능을 갖춘 팽창성 흑연이 첨가된 폴리이소시아누레이트 발포체를 제조함으로써 폴리이소시아누레이트 반응에의한 난연효과 이외에도 팽창성 흑연이 첨가됨으로써 화재발생시 발포체가 인화하기 전에 탄화층을 형성함으로서 내화성능을 극대화 시키는 효과에 의하여 기존의 건축단열재로 사용되던 폴리우레탄 발포체의 난연문제를 해결할수있었다.

도1과 도2는 본 발명의 실시예에의하여 제조된 발포체의 가열실험 후의 표면을 비교한 사진이다.

도1 실시예 1에의한 발포체의 가열실험후 표면

도2 실시예 7에의한 발포체의 가열실험후 표면

Claims (4)

1. 두종류의 폴리에테르 폴리올이 10∼40중량부로서 사용하였고 폴리에스테르폴리올이 10∼60중량부로 이루어진 폴리올 100 중량부에 반응성을 조절하는 촉매가 1∼10중량부 폴리이소시아누레이트 반응을 위한 삼량화 촉매가 1∼10중량부, 정포제 0.1∼5중량부, 인계난연제 5∼30중량부, 팽창성흑연 0∼70중량부, 발포제 10∼70중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로하는 건축단열용 난연성 폴리이소시아누레이트 발포체를 제조하기위한 폴리올 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 난연제는 인계난연제와 팽창성 흑연을 사용하여 서로 상승작용을 하는 건축단열용 난연성 폴리이소시아누레이트 발포체를 제조하기위한 폴리올 조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 발포제는 CFC-11, HCFC-22, HCFC-141b, HFC-365mfc 및 HFC-245fa중에서 선택된는 것을 특징으로 하는 건축단열용 난연성 폴리이소시아누레이트 발포체를 제조하기위한 폴리올 조성물.
4. 제 1항에 있어서, 폴리올 조성물과 NCO/OH 비율을 높이기 위하여 NCO INDEX를 200이상으로 증가시킨 메틸렌 디이소시아네이트 조성물을 혼합하여 발포하는 것을 특징으로 하며 통상적으로 NCO INDEX는 350을 넘지않는 건축단열재용 난연성 폴리이소시아누레이트 발포체.