KR20080066316A - 냄새 저감 및 항균성이 부가된 연질 폴리우레탄 폼 조성물및 폼의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냄새 저감 및 항균성이 부가된 연질 폴리우레탄 폼 조성물 및 폼의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연질 폴리우레탄 폼의 제조에 있어서 항균성을 가지면서도 기존의 연질 우레탄 폼보다 냄새 특성이 개선된 우레탄 폼을 제조하기 위하여 디이소시아네이트와 폴리올을 촉매 반응시켜 연질 폴리우레탄 폼을 제조함에 있어, 비닐계 화합물이 공중합된 고형물의 함량이 20 ∼ 60 중량%인 폴리에테르 폴리올에 귀금속 나노 입자를 미리 분산시킴으로써, 귀금속 나노 입자의 분산성을 확보하여 귀금속 나노 입자의 침전을 방지할 수 있고, 이러한 혼합 레진을 디이소시아네이트와 반응시킴으로써 귀금속 나노입자가 직접 연질 폴리우레탄 폼 내에 분포된 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있으며, 이러한 본 발명의 연질 폴리우레탄폼은 냄새가 기존의 폼보다 저감되고 항균 특성이 부가되어 잡화, 의류, 침가구용 등으로 사용시 더욱 바람직한 효과를 기대할 수 있는 냄새 저감 및 항균성이 부가된 연질 폴리우레탄 폼 조성물 및 폼의 제조방법에 관한 것이다.
나노 입자, 귀금속, 연질 폴리우레탄 폼, 항균, 냄새

Description

냄새 저감 및 항균성이 부가된 연질 폴리우레탄 폼 조성물 및 폼의 제조방법{Flexible polyurethane foam to reduce smell and increase the antimicrobial properties and manufacturing method for the same}
도 1은 본 발명의 실시예 1 에서 얻어진 연질 폴리우레탄 폼의 항균성을 화학시험연구원에서 측정한 성적서이고,
도 2는 비교예 1에서 얻어진 연질 폴리우레탄 폼의 항균성을 화학시험연구원에서 측정한 성적서이다.
본 발명은 냄새 저감 및 항균성이 부가된 연질 폴리우레탄 폼 조성물 및 폼의 제조방법에 관한 것이다.
연질 폴리우레탄은 다양한 물성을 구현할 수 있다는 것과 고유의 탄성 및 경량성으로 인해 자동차의 원부자재, 침가구의 큐션 재료, 의류제품, 신발 재료 등에 널리 사용되고 있다.
그러나, 현재 우레탄 폼의 냄새 저감에 대한 요구와 항균에 대한 요구가 점차 높아지고 있어 다양한 방법들이 시도되고 있다. 냄새저감을 위해 다양한 소취제가 도입/사용되고 있고, 후처리 공정의 개선을 통한 냄새 개선이 이루어지고 있고,상업화된 항균제의 사용으로 곰팡이, 세균, 바이러스의 증식을 막기 위해 우레탄 폼에 코팅/함침/투입 되어 사용되고 있다.
이 중에서도 귀금속을 이용한 항균 및 냄새 저감은 역사적으로 오랜 시간동안 검증되어 사용되어 왔고, 귀금속을 이용하여 이를 이용한 방법은 상업화되어 있다. 귀금속을 이용하여 우레탄에 직접 투입 또는 코팅의 방법으로 우레탄-금속 복합체를 이용하여 선행 특허 출원된 방법은 아래와 같다.
실용실안 제20-2004-00363 호에서 나노 실버이온을 함유한 용액을 우레탄 폼 제조시 투입한 것과, 특허 제 10-2004-0022780 호에서 베개 또는 매트리스 표면에 은나노이온을 함유한 용액으로 코팅하여 항균 효과를 낸 것이 있으나, 은나노 이온을 이용했다는 점에서 본 발명의 것과 본질적으로 다른 것이며, 실용실안 20-2005-0002233호에서는 돌기를 사용한 매트리스 중 은을 돌기 표면에 부착하여 항균 효과를 낸 것이 있으나, 우레탄 제조시 투입하여 항균 효과를 낸 것과는 차이가 있다.
또한 미국 특허 제 6,375,964 호에서는 표면 세척제의 제조에 있어서 은나노 이온을 다공성 물질에 함침한 것을 기술하고 있고, 미국 특허 5,413,788호 에서는 항균 물질로써 은나노 이온을 타이타니아 물질에 지지시켜 사용한 것을 기술하고 있으나, 본 발명의 것과는 다른 용도이고, 직접 투입 방법이 아니다.
또한 미국 특허 4,728,323 호에서는 항균 창상피복제의 제조에 있어서 은을 함유한 염을 사용한 것을 기술하고 있다.
상술한 바와 같이 우레탄폼의 항균성 및 냄새 저감을 위해서 소취제, 유기물 항균제 등의 방법이 다양하게 소개되었고, 나노 이온을 투입을 통한 방법 및 코팅을 통한 방법이 소개되어 있으나, 입자를 투입 시 분산이 어렵고, 그 이온 형태로 사용 시 그 효과가 미미하여 사용상의 어려움이 있는 실정이다.
본 발명에서 사용된 나노-귀금속 파우더를 직접 폼 제조시 투입하는 방법과 위 방법을 이용하여 제조되는 항균 및 냄새저감에 뛰어난 효과가 있는 우레탄 -나노 귀금속 파우더 복합체에 관련된 것이다. .
이에 본 발명의 발명자들은 연질 폴리우레탄 폼의 제조시 금, 은, 및 백금 등 중에서 선택된 귀금속의 나노입자를 폴리비닐계 화합물의 고형분 함량이 20 ∼ 60 중량% 함유된 폴리머릭 폴리에테르 폴리올에 미리 분산시켜 혼합할 경우 귀금속 나노입자가 균일하게 분산되고 침전되지 않아, 직접 폴리우레탄 제조시 투입될 수 있으며, 얻어진 폴리우레탄 폼의 경우 냄새가 저감되고, 항균 특성이 부가됨을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명은 귀금속 나노 입자가 적용되어 냄새 저감 및 항균성이 부가된 연질 폴리우레탄 폼 조성물 및 폼의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 폴리올, 디이소시아네이트를 포함하는 연질 폴리우레탄 폼 조성물에 있어서, 귀금속의 나노입자를 함유하는 연질 폴리우레탄 폼 조성물을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 정포제, 발포제, 가교제 및 촉매 존재 하에서 폴리올과 디이소시아네이트를 교반하여 연질 폴리우레탄 폼을 제조하는 방법에 있어서, 귀금속의 나노입자를 첨가하는 과정을 포함하는 연질 폴리우레탄 폼의 제조방법을 포함한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 이소시아네이트와 폴리올을 촉매 반응시켜 연질 폴리우레탄 폼을 제조시, 귀금속 나노 입자를 분산를 폴리비닐계 화합물의 고형분 함량이 20 ∼ 60 중량% 함유된 폴리머릭 폴리에테르 폴리올에 미리 분산하여 분산성을 확보하고, 나노입자와 혼합된 폴리머믹 폴리에테르 폴리올을 에틸렌 옥사이드 함량 0 ∼ 30 중량% 이고 프로필렌 옥사이드 함량 70 ∼ 100 중량% 이고 분자량 400 ∼ 7,000인 폴리에테르 폴리올과 최종 제품의 물성에 맞게 배합하여 정포제, 발포제, 가교제 및 촉매 존재 하에서 이소시아네이트와 반응시켜, 우레탄 폼을 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기한 방법으로 제조된 본 발명의 연질 폴리우레탄 폼은 폴리올 내에 직접 분산되어 사용된 귀금속 나노 입자는 최종제품인 연질 폴리우레탄 폼 내에 분포되므로, 폴리우레탄 폼의 냄새가 저감되고 항균 특성이 부가되는 효과를 기대할 수 있다.
상기 비닐계 화합물로는 아크릴로니트릴, 스티렌 등의 모노머가 있다.
본 발명에서 사용되는 귀금속 나노 금속 입자는 금, 은, 및 백금 등 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 상기 귀금속의 나노입자는 직경 10 ∼ 100 ㎚ 범위인 것을 사용할 수 있는데, 입자의 크기가 너무 크면 폴리올 내에 분산이 어렵고, 폴리우레탄 폼의 가공이 어려워지는 등의 문제점이 있을 수 있다.
이러한 상기 귀금속은 전체 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 0.01 ∼ 10.00 중량부 범위로 포함되는데, 너무 많이 포함되면 폼의 제조성에 영향을 주고, 원가가 상승되는 경향이 있어 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 디이소시아네이트는 방향족, 지방족, 및 지환족 디이소시아네이트를 사용할 수 있으며, 이러한 디이소시아네이트로는 한정하는 것은 아니지만, 톨루엔디이소시아네이트, 1.6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 2,5-비스(이소시아네이토메틸)비시클로[2,2,1]헵탄, 및 2,6-비스(이소시아네이토메틸)비시클로[2,2,1]헵탄 등 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 폴리올과 디이소시아네이트는 인덱스 60 ∼ 130 범위로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 80 ∼ 110 의 범위가 적당하다.
본 발명의 연질 폴리우레탄 폼은 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다.
즉, 본 발명의 연질 폴리우레탄 폼의 제조방법은, 정포제, 발포제, 가교제 및 촉매 존재 하에서 폴리올과 디이소시아네이트를 교반하여 연질 폴리우레탄 폼을 제조하는 방법에 있어서, 귀금속의 나노입자를 첨가하는 과정을 포함하여 구성된다.
상기 귀금속의 나노입자는 비닐계 화합물이 공중합된 고형물의 함량이 20 ∼ 60 중량%, 바람직하기로는 20 ∼ 45 중량%인 폴리머릭 폴리에테르 폴리올에 미리 분산시켜 사용한다.
구체적으로 설명하면, 상기 폴리올로서 관능기수 2 ∼ 5 이고, 에틸렌 옥사이드 함량 0 ∼ 30 중량%이며, 프로필렌 옥사이드 함량 70 ∼ 100 중량%인 분자량 400 ∼ 7,000 범위의 폴리에테르 폴리올 0.1 ∼ 99.9 중량%와, 비닐계 화합물이 공중합된 고형물의 함량이 20 ∼ 60 중량%인 폴리머릭 폴리에테르 폴리올 0.1 ∼ 99.9 중량%을 사용하되, 상기 폴리머릭 폴리에테르 폴리올 중에 전체 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 귀금속 나노입자 0.01 ∼ 10.0 중량부를 미리 혼합하여 사용한다. 폴리올의 배합은 물성을 고려하여 상기 범위에서 조절한다. 이 혼합된 폴리올에는 정포제, 발포제, 가교제 및 촉매 등을 포함할 수 있다.
상기 정포제는 실리콘 정포제를 사용할 수 있으며, 시판되고 있는 제품으로 는 구체적으로, 크롬프톤사의 L-580, L-600, L-603, L-3002, L-626, L-627 또는 에어프로덕트사의 DABCO DC-198, DC-5230, DC-5388 또는 데구사의 BF-2370, B-4900, B-8002, B-8680 등 중에서 선택하되, 바람직하게는 L-626, DC-198, B-8002 을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 전체 조성물 중 0.5 ∼ 3.5 중량% 사용하되 기공 생성반응 또는 발포제의 양이 많은 조성물의 경우에는 정포제 사용량을 최고 7.0 중량% 까지 늘려서 발포할 수 있다.
상기 발포제로는 물, 염화메틸렌, 액상 이산화탄소, n-펜탄, 수소화염화불화탄소(Hydrogenated Chloro Fluoro Carbon) 등을 용도 및 밀도에 맞추어 사용한다. 이러한 발포제의 사용량은 전체 조성물 중 0.5 ∼ 10 중량%가 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 촉매는 주석 촉매와 아민 촉매를 동시에 사용하는데, 상기 주석촉매로는 옥틸산 주석, 디라우르산 디부틸 주석 등이 있고, 아민 촉매로는 N-(N',N'-2-디메틸아미노에틸)모로포린, 트리(디메틸아민메틸)페놀, 펜타메틸디프로필렌트리아민, 1,8-디아자비시클로(5,4,0)운데칸-7, 디프로필렌 글리콜에 용해된 33 % 트리에틸렌 디아민, 및 비스(디메틸아미노에틸)에테르 등을 사용할 수 있다.
그 외, 필요에 따라 당 업계에서 통상적으로 사용하는 첨가제로서, 안정제, 염료, 아민 촉매 및 산화방지제 등은 본 발명의 연질 폴리우레탄 폼의 물성을 저해하지 아니하는 범위내에서 용인할 수 있는 정도로 사용할 수 있으며, 이들 첨가제의 선택사용에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
상기한 본 발명에 의하면 균일하게 분산된 소량의 귀금속 나노입자를 투입하는 것만으로도 우수한 냄새 저감 및 항균성이 발현되므로, 의류, 위생용품, 포장재, 의료용, 자동차 용품 등 다양한 용도로 사용될 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 2
귀금속 나노입자를 종류별로 아크릴로니트릴과 스티렌 모노머가 공중합된 고분자 고형분이 45 중량 %인 폴리머릭 폴리에테르 폴리올(에스케이씨의 YUKOL 7730)에 분산하여 준비하고, 아래 표 1에 제시된 바와 같은 종류 및 사용량의 폴리올, 물, 가교제, 촉매, 정포제 및 안정제로 조성된 레진 프리믹스를 만들고 이 레진 프리믹스에 위에 귀금속 나노입자가 분산된 폴리머릭 폴리올을 넣고 5,000 rpm에서 60 초간 교반한 후, 디이소시아네이트를 인덱스 110으로 혼합하여 5,000 rpm 으로 8 초간 교반하여 연질 폴리우레탄 폼을 만들었다.
실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1에는 디이소시아네이트로서 톨루엔디이소시아네이트 80 을 사용하였다. 실시예 1 ∼ 3 에서는 귀금속 나노입자의 종류를 변화시켰고, 실시예 4 에서는 폴리머릭 폴리올 30 중량부을 도입하여 폴리우레탄 폼을 제조하고 반응성 및 제반 특성을 평가했다.
한편, 비교예 1 에서는 귀금속 나노입자 없이 폴리에테르 폴리올만 사용하고, 비교예 2에서는 귀금속 나노입자 없이 폴리머릭 폴리올 30 중량부을 도입하여 폴리우레탄 폼을 제조하고 반응성 및 제반 특성을 평가했다.
실험예 : 반응성 및 폼 물성 시험
우레탄 발포시 초시계로 크림타임(초)과 라이즈타임(초)을 측정하여 반응성을 평가하고, 폼 안정성은 발포시 폼이 최고 높이에 도달한 후 가라앉는 정도를 육안으로 관찰하여 판단했다. 또한 밀도, 경도, 탄성, 인장 등의 물성은 각각 ASTM D3574으로 측정하였으며, 항균 특성은 ATCC 25922 의 방법으로 대장균을 사용하였을 때의 결과[도 1 참조]이며, 냄새 특성은 ASTM 의 주사기법을 사용하여 관능법으로 조사된 것으로, 각각의 결과는 다음 표 1에 나타내었다.
Figure 112007003111513-PAT00001
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 ∼ 3과 비교예 1을 비교하였을때, 귀금속 나노입자를 사용하였을 때, 냄새 저감과 항균 특성이 향상됨을 알 수 있고, 실시예 4와 비교예 2를 비교하였을 때, 즉 폴리머릭 폴리에테르 폴리올을 사용하였을 때에도 냄새 저감과 항균 특성이 나타나고 있음을 확인할 수 있다.
또한, 도 2에 제시된 바와 같이 은나노를 첨가하지 않은 폼은 균(포도상 구균, 대장균) 의 감소율이 18 % 인 반면[비교예 1], 도 1에 제시한 은나노 300 pmm 를 첨가한 폼은 균의 99.9 % 임을 확인할 수 있다[실시예 1].
상술한 바와 같이, 본 발명의 방법으로 제조되는 귀금속 나노입자가 부여된 연질 폴리우레탄 폼은 냄새 저감 및 항균 특성을 가지기 때문에 의류, 위생용품, 포장재, 의료용, 자동차 용품 등으로 사용되는 우레탄폼을 대체할 수 있을 것으로 판단된다.

Claims (11)

  1. 폴리올, 디이소시아네이트를 포함하는 연질 폴리우레탄 폼 조성물에 있어서, 귀금속의 나노입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 연질 폴리우레탄 폼 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 귀금속은 금, 은, 및 백금 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 연질 폴리우레탄 폼 조성물
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 귀금속의 나노입자는 직경 10 ∼ 100 ㎚ 범위인 것을 특징으로 하는 연질 우레탄 폼 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 귀금속은 전체 폴리올 100 중량부에 대하여 0.01 ∼ 10.00 중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 연질 우레탄 폼 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리올은 관능기수 2 ∼ 5 이고, 에틸렌 옥사이드 함량 0 ∼ 30 중량%이며, 프로필렌 옥사이드 함량 70 ∼ 100 중량%인 분자량 400 ∼ 7,000 범위의 폴리에테르 폴리올 0.1 ∼ 99.9 중량%와, 비닐계 화합물이 공중합된 고형물의 함량이 20 ∼ 60 중량%인 폴리머릭 폴리에테르 폴리올 0.1 ∼ 99.9 중량%의 혼합물인 것을 특징으로 하는 연질 폴리우레탄 폼 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 비닐계 화합물은 아크릴로니트릴, 스티렌, 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 연질 폴리우레탄 폼 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 디이소시아네이트는 톨루엔디이소시아네이트, 1.6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 2,5-비스(이소시아네이토메틸)비시클로[2,2,1]헵탄, 및 2,6-비스(이소시아네이토메틸)비시클로[2,2,1]헵탄 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 연질 우레탄 폼 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리올과 디이소시아네이트는 인덱스 60 ∼130 의 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 연질 우레탄 폼 조성물.
  9. 정포제, 발포제, 가교제 및 촉매 존재 하에서 폴리올과 디이소시아네이트를 교반하여 연질 폴리우레탄 폼을 제조하는 방법에 있어서,
    귀금속의 나노입자를 첨가하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연질 폴리우레탄 폼의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 귀금속 나노입자는 폴리올에 혼합한 다음 디이소시아네이트와 혼합하는 것을 특징으로 하는 연질 폴리우레탄 폼의 제조방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 폴리올로서 관능기수 2 ∼ 5 이고, 에틸렌 옥사이드 함량 0 ∼ 30 중량%이며, 프로필렌 옥사이드 함량 70 ∼ 100 중량%인 분자량 400 ∼ 7,000 범위의 폴리에테르 폴리올 0.1 ∼ 99.9 중량%와, 비닐계 화합물이 공중합된 고형물의 함량이 20 ∼ 60 중량%인 폴리머릭 폴리에테르 폴리올 0.1 ∼ 99.9 중량%을 사용하되,
    상기 폴리머릭 폴리에테르 폴리올 중에 전체 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 귀금속 나노입자 0.01 ∼ 10.0 중량부를 미리 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 연질 폴리우레탄 폼의 제조방법.
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