KR20080003968A

KR20080003968A - 내화 폴리우레탄폼의 제조방법

Info

Publication number: KR20080003968A
Application number: KR1020060062300A
Authority: KR
Inventors: 노상언
Original assignee: 노상언
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2008-01-09

Abstract

본 발명은 내화성능이 취약한 폴리우레탄 폼을 화재와 유독가스에 대하여 안정성을 갖는 내화 폴리우레탄 폼의 제조방법을 제공하고자 하는 것으로, 더욱 구체적으로는 본 발명의 내화 폴리우레탄 폼의 제조방법은 폴리우레탄 폼 제조용 폴리올 100 중량부에 팽창흑연 5 내지 10 중량부, 펜타에리스리톨 9 내지 12 중량부, 폴리인산암모늄 17 내지 20 중량부를 첨가하며, 상기 폴리우레탄 폼 제조용 폴리올과 중량비를 적정비율로 하여 이소시아네이트와 교반믹서기 또는 혼합기에서 100 rpm 이상으로 5분 이상 혼합 교반하여 반응시키는 것을 특징으로 하며, 또한 폴리올 100 중량부에 대해서 발포제인 멜라민염의 사용량을 5 내지 15 중량부로 첨가하고, 트리크레실포스페이트로 폴리올의 점도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의한 내화 폴리우레탄 폼의 제조방법은 종래의 폴리우레탄 폼의 취약한 내화성능을 개선할 수 있고, 팽창비율이 높고 단단한 탄화막을 갖고 있어 유독가스를 차단할 수 있는 내화성능을 갖는 폴리우레탄 폼을 제공할 수 있다.

폴리우레탄 폼, 폴리올, 이소시아네이트, 내화성, 팽창흑연, 펜타에리스리톨, 멜라민염, 트리크레실포스페이트

Description

내화 폴리우레탄폼의 제조방법{The Manufacturing Method of Fire Stopping Polyurethane Foam}

본 발명은 폴리우레탄 폼(polyurethane foam)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내화 폴리우레탄 폼(fire stopping polyurethane foam)에 관한 것이다.

통상적으로, 우레탄 조성물은 우수한 인장강도, 인열강도 및 높은 신장성과 함께 우수한 내마모성, 내충격성, 내후성 및 내화학성을 가진 것으로 알려져 있으며, 섬유, 종이, 차량, 목재, 산업용 보수 코팅제 시장 등의 분야에서 코팅제나 내부 충진제 등으로 사용되고 있다.

이러한 우레탄 조성물 중의 하나로서 폴리우레탄 폼(발포체)은 연질 폴리우레탄 폼과 반경질 폴리우레탄 폼 그리고 경질 폴리우레탄 폼으로 구분된다. 그 중 경질 폴리우레탄 폼이 기계적 성질, 내열성이 좋고 특히 단열성이 뛰어나 단열재, 구조재로서 사용되고 있다. 단열재로서 경질 폴리우레탄 폼은 그 사용범위가 광범위하고, 단열재로서 탁월한 단열성능을 가지고 있음에도 불구하고 내화성능이 극히 취약할 뿐 아니라 화재 시에는 유독가스가 발생 되는 등의 문제점이 있어 그 사용 에 있어서 제한을 받고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 내화성능이 취약한 폴리우레탄 폼의 내화성을 제공하여 화재에 대해 안정성을 가질 뿐 아니라 유독가스에 대하여 안정성을 갖는 내화 폴리우레탄 폼의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 내화 폴리우레탄 폼의 제조방법은 폴리우레탄 폼 제조용 폴리올(polyol) 100 중량부에, 팽창흑연 5 내지 10 중량부, 펜타에리스리톨(pentaerythritol) 9 내지 12 중량부, 폴리인산암모늄(ammonium polyphosphate) 17 내지 20 중량부를 첨가하고, 상기 폴리우레탄 폼 제조용 폴리올과 중량비를 1 대 0.6 내지 1.4로 이소시아네이트(isocyanate)를 반응시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 내화 폴리우레탄 폼의 제조방법은 폴리올 100 중량부에 대해서 발포제로서 멜라민염의 사용량을 5 내지 15 중량부로 첨가하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 내화 폴리우레탄 폼의 제조방법은 트리크레실포스페이트(Tricresyl Phosphate : TCPP)로 폴리올의 점도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 내화 폴리우레탄 폼의 제조방법에 의한 폴리우레탄 폼은 이소시아 네이트 성분을 발포제 및 내화성 첨가제의 존재 하에서 폴리올 성분과 반응시켜 제조하는 것이다. 즉, 폴리올에 팽창 흑연, 펜타에리스리톨을 촉매로 사용하는 인산암모늄, 다가 알콜 등과 같은 촉매제를 하나 또는 공동으로 사용하면서 발포제의 팽창작용에 의하여 폴리올과 디이소시아네이트의 연결고리 사이에 char(숯)를 생성하여 피막을 형성하고, 그 피막은 폴리올의 분자고리가 열에 의하여 녹는 것을 차단함으로써 기존의 폴리우레탄 폼의 문제점인 화재에 대한 취약성을 개선하여 화재시 발생하는 유독가스발생 또한 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명이 제공하는 내화 폴리우레탄 폼의 제조방법은 폴리우레탄의 원료로서 이소시아네이트는 디페닐메탄 -4,4′-디이소시아네이트(diphenylmethane-4,4′-diisocyanate : MDI)를 이용한다. 상기 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)는 일반적으로 아닐린(aniline)과 포름알데히드(formaldehyde)가 축합되어 생성된 디페닐메탄디아민(diphenylmethane diamine : MDA)에 포스겐(phosgene)을 처리하여 얻어지는 물질이다. 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)는 monomeric MDI와 polymeric MDI로 구분할 수 있는데, 주로 발포 폴리우레탄 폼 제조에 널리 사용되는 것은 후자인 polymeric MDI이다. 상기 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)는 내화제와 촉매 등을 포함하는 폴리올과 중량비 1 대 0.6 내지 1.4로 혼합하여 폴리우레탄 폼을 형성한다.

폴리우레탄의 또 하나의 원료인 폴리올에 있어서 본 발명에서 사용하는 폴리올은 폴리에스테르 폴리올(polyester polyol)을 사용하는 것이 바람직하며, 이들의 예를 들면, 카르복실산 및/또는 그의 유도체 또는 폴리카르복실산 무수물을 다가 알콜과 반응시켜 제조된 것들이 포함된다. 폴리카르복실산은 공지된 지방족, 지환족, 방향족 및/또는 헤테로시클릭 폴리카르복실산 중 어느 것일 수 있고 치환 및/또는 불포화될 수 있다. 적절한 카르복실산 및 무수물의 예로는 옥살산, 말론산, 글루타르산, 피멜산, 석신산, 아디프산, 수베르산, 아제라산, 세바크산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 트리멜리트산, 트리멜리트산 무수물, 피로멜리트산 2 무수물, 프탈산 무수물, 테트라히드로프탈산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물, 엔도메틸렌 테트라히드로프탈산 무수물, 글루타르산 무수물, 말레산, 말레산 무수물, 푸마르산, 및 단량체형 지방산과 혼합물을 형성할 수 있는 올레산과 같은 이량체형 및 삼량체형 지방산이 포함된다. 테레프탈산 디메틸에스테르, 테레프탈산 비스글리콜 및 그의 추출물과 같은 폴리카르복실산의 단순한 에스테르가 사용될 수 있다. 방향족 폴리에스테르 폴리올이 상기 나열한 바와 같은 실질적으로 순수한 반응물로부터 제조될 수 있지만, 프탈산, 프탈산 무수물, 테레프탈산, 디메틸 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 제조로부터의 측류, 폐기물 또는 스크랩 잔기와 같은 보다 복합적인 성분들이 유리하게 사용될 수 있다.

폴리올과 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)를 혼합하기 전에 폴리올에 촉매, 정포제, 발포제, 및 내화제를 혼합하는데, 이때 상승하는 폴리올의 점도는 트리크레실포스페이트(tricresyl phosphate : T.C.P.P)로 조절할 수 있다.

폴리올 100 중량부에 촉매인 팽창 흑연만 10 내지 20 중량부를 첨가하고 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)와 1 대 1의 중량비로 혼합하여 형성된 폴리우레탄 폼은 내화 실험에서 발포력은 보이나 팽창부분이 약하여 화염에 의해서 발포부분이 대부분 소실된다. 그러므로 폴리올 100 중량부에 대하여 10 내지 20 중량부 첨가된 팽창 흑연은 화염에 의하여 소실되기 때문에 탄화막을 얻을 수 없다. 그러나 팽창 흑연은 폴리올 100 중량부에 대하여 5 내지 10 중량부를 첨가할 때에는 단단한 탄화막을 형성할 수 있다.

따라서, 본 발명에서 사용되는 팽창 흑연은 폴리올 100 중량부에 기준하여 5 내지 10 중량부가 바람직하다.

상기 팽창흑연은 발포성 무기화합물로서 150 ~ 200℃ 사이에서 부피팽창을 하여 우레탄 폼이 인화하기 전에 탄화층을 형성하여 화재가 발생하면 우레탄 폼에 내화성능을 부여하고 또한 유독가스를 차단하는 기능을 한다.

폴리올 100 중량부에 폴리인산암모늄 17 내지 20 중량부, 펜타에리스리톨 9 내지 12 중량부, 발포제로서 멜라민염을 5 내지 15 중량부로 사용하며, 이 때 사용하는 멜라민염은 멜라민 시아누레이트, 멜라민, 모노포스네이트, 디포스네이트, 폴리포스테이트를 포함한다.

상기 폴리올과 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)를 중량비 1 대 1로 혼합하고 발포함으로써 폴리우레탄 폼을 형성할 수 있다.

상기 폴리인산암모늄은 무기 난연제이기도 하며, 상기 펜타에리스리톨은 다가 알콜 중에서 우레탄에 혼합이 잘 되는 것으로 5 내지 15 중량부 첨가할 수 있으 나, 더 안정적인 결과를 얻을 수 있는 9 내지 12 중량부를 첨가하는 것이 바람직하며, 상기 다가 알콜은 촉매제로서 글리세린(glycerine), 모노펜타에리스톨, 디펜타에리스톨, 폴리펜타에리스톨, 트리펜타에리스톨, 전분 등을 포함한다. 발포제로 사용하는 멜라민염 중 상기 멜라민 시아누레이트는 비할로겐 난연제이기도 하다.

디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)와 혼합하기 전의 촉매 등이 첨가된 폴리올은 점도가 상승하게 되는데, 이때 T.C.P.P를 사용하여 200 ~ 300 cp 정도의 점도로 맞쳐서 상승된 폴리올의 점도를 낮출 수 있다.

그런데 상기의 중량비에 의하여 형성된 폴리우레탄 폼은 단단한 탄화막을 갖고 있어 내화 실험에서 화염으로부터는 보호받을 수 있으나, 팽창 비율이 낮아서 발포력이 미진하여 열전도율이 좋지 않다.

따라서, 본 발명이 제공하는 내화 폴리우레탄 폼의 제조방법은 폴리올 100 중량부에 대하여 팽창 흑연 5 내지 10 중량부, 다가 알콜 5 내지 15 중량부, 가스 충진제 5 내지 15 중량부를 첨가하는 것이 바람직하며, 상기 촉매제, 내화제 등이 첨가된 폴리올과 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)는 중량비를 1 대 0.6 내지 1.4로 하여 혼합하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 내화 폴리우레탄 폼의 제조방법은 종래의 폴리우레탄 폼의 취약한 내화성능을 개선한 것으로서, 팽창비율이 높고 단단한 탄화막을 갖고 있어 유독가스를 차단할 수 있고 내화성능이 있는 폴리우레탄 폼을 제공할 수 있다.

Claims

폴리우레탄 폼 제조용 폴리올 100 중량부에 팽창흑연 5 내지 10 중량부, 펜타에리스리톨 9 내지 12 중량부, 폴리인산암모늄 17 내지 20 중량부를 첨가하며, 상기 폴리우레탄 폼 제조용 폴리올과 중량비를 1 대 0.6 내지 1.4로 이소시아네이트를 반응시키는 것을 특징으로 하는 내화 폴리우레탄 폼의 제조방법.
제1항에 있어서,

폴리올 100 중량부에 대해서 발포제로서 멜라민염의 사용량이 5 내지 15 중량부인 것을 특징으로 하는 내화 폴리우레탄 폼의 제조방법.
제1항에 있어서,

트리크레실포스페이트로 폴리올의 점도를 조절하는 것을 특징으로 하는 내화 폴리우레탄 폼의 제조방법.