KR20090019798A - 폴리우레탄계 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

예를 들어, 고무계 구성요소의 표면을 복구하기에 유용한 폴리우레탄계 수지는 폴리올 성분과 조합된 예비-중합체 성분을 포함한다. 예비-중합체 성분은 폴리아이소시아네이트, 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔 및 에테르 다이올을 포함한다. 폴리올 성분은 지방족 오일, 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔 및 방향족 다이아민을 포함한다. 폴리올 성분과 예비-중합체 성분은 선택된 양의 시간 동안 조합되어 함께 반응하여 폴리우레탄계 수지를 형성한다. 수지는 고무계 구성요소의 표면에 도포될 수 있다.
폴리우레탄계 수지, 폴리올, 예비-중합체, 페이스트, 고무계 구성요소

Description

폴리우레탄계 수지 조성물{POLYURETHANE BASED RESIN COMPOSITION}
본 발명은 손상된 고무계 구성요소를 복구하기 위한 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 고무계 구성요소의 손상된 표면을 복구하기 위한 폴리우레탄계 수지에 관한 것이다.
천연 중합체로 제작되든지, 합성 중합체로 제작되든지 개질 중합체로 제작되든지 간에, 고무계 구성요소는 드라이브 벨트, 코팅 및 기계 부품을 비롯한 다양한 용도로 사용된다. 각각의 이들 용도에서, 고무계 구성요소는 시간이 지남에 따른 마모로 인하여 점차적으로 손상되게 되는 경향이 있다. 고무계 구성요소는 또한 물체에 의한 충격으로 인해 갑자기 손상될 수 있다.
손상된 고무계 구성요소를 복구하기 위한 전형적인 방법은 접착제 또는 가황 공정 중 어느 하나를 이용하여 손상된 고무계 구성요소에 고무계 물질의 시트를 접착시키는 것을 포함한다. 그러나, 상기 시트는 고무계 구성요소의 불규칙적이고 손상된 표면으로 인하여 조기에 마모되게 되는 경향이 있다. 상기 시트는 또한 고무계 구성요소의 표면 상에 심(seam)을 생성하는데, 이는 시트의 마모를 가속화할 수 있다.
발명의 개요
본 발명은 고무계 구성요소의 표면을 복구하기 위해 이용될 수 있는 폴리우레탄계 수지를 포함한다. 폴리우레탄계 수지는 폴리올 성분과 혼합되는 예비-중합체 성분을 포함한다. 예비-중합체 성분은 적어도 하나의 폴리아이소시아네이트, 적어도 하나의 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔 및 적어도 하나의 에테르 다이올을 포함한다. 폴리올 성분은 일반적으로 피마자유, 적어도 하나의 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔 및 적어도 하나의 방향족 다이아민을 포함한다. 예비-중합체 성분 및 폴리올 성분은 선택된 양의 시간 동안 혼합되고 함께 반응하여 폴리우레탄계 수지를 형성한다. 폴리우레탄 수지는 고무계 구성요소의 표면에 도포하기에 유용하다.
본 발명은 폴리우레탄계 수지를 포함한다. 이 수지는 예를 들어, 고무계 구성요소의 복구에 유용하다. 본 발명의 폴리우레탄은 일반적으로 내마멸성이며, 물 및 탄화수소, 예를 들어 오일 및 그리스에 대하여 내성이고, 고무계 구성요소에 도포될 때 상대적으로 짧은 시간 내에 경화(또는 응고)되게 된다. 본 발명의 폴리우레탄은 전형적으로 예를 들어, 약 -10℃ 내지 약 80℃의 넓은 온도 범위에 걸쳐 유용하다.
바람직한 폴리우레탄 수지는 열경화성 수지, 또는 인성(toughness), 접착성, 및 상대적으로 낮은 수축성을 특징으로 할 수 있는 가교결합된 중합체 밀착(tight) 구조를 형성할 수 있는 수지를 포함한다. 그러한 수지는 전형적으로 표면 코팅 및 접착제에 이용된다.
상기에 기재된 것을 비롯한 폴리우레탄 수지는 고무계 구성요소의 복구에 유용하다. 그러한 고무계 구성요소는 일반적으로 분자량이 약 10,000보다 큰 천연, 합성 및/또는 개질 중합체로 전형적으로 만들어진 임의의 고무계 물질을 포함한다. 그러한 성분 또는 조성물은 일반적으로 탄성 특성을 나타내며, 가황 후, 탄성 회복을 나타낸다. 본 발명의 폴리우레탄계 수지를 이용하여 복구될 수 있는 구체적인 예시적 고무계 구성요소에는 드라이브 벨트, 호스, 코팅 또는 기타 무수한 산업용 기계류 구성요소 및 장치가 포함된다.
본 발명은 일반적으로 함께 혼합될 때 "요변성(thixotropic)" 폴리우레탄계 수지를 형성하는 예비-중합체 성분과 폴리올 성분을 포함하는 2부분 시스템을 포함한다. 용어 "요변성"은 일반적으로 휘젓고/휘젓거나, 교반하고/교반하거나 혼합될 때 젤, 페이스트를 형성하거나 또는 다르게는 반고체 상태가 되는 액체 또는 액체 혼합물의 특성을 말한다. 예비-중합체 성분과 폴리올 성분은 고무계 구성요소의 손상된 영역을 복구하는 데 유용한 흐름 안정성(non-sag)(즉, 하방 이동에 대하여 내성임)의 요변성 폴리우레탄을 생성하는 데 유효한 선택된 비로 함께 혼합될 수 있다.
예비-중합체 성분은 일반적으로 적어도 하나의 폴리아이소시아네이트, 적어도 하나의 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔 수지 및 적어도 하나의 에테르 다이올을 포함한다. 가소제를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 성분이 또한 예비-중합체 성분에 첨가될 수 있다. 예비-중합체 성분의 성분들의 전형적인 범위가 하기 표 1에 나온다.
Figure 112008080293015-PCT00001
예비-중합체는 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔 수지, 에테르 다이올 및 선택적 가소제를 포함하는 활성 수소-함유 물질과 폴리아이소시아네이트를 약 45℃ 내지 약 110℃의 온도에서 균질한 혼합물을 형성하기에 충분한 시간 동안 질소 분위기에서 혼합하거나 또는 다르게는 조합함으로써 제조될 수 있다. 균질한 혼합물은 일반적으로 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔 수지와 에테르 다이올에서 일어나는 반응으로 인해 11 중량％ 미만의 아이소시아네이트를 포함할 것이다. 이어서, 균질한 예비-중합체는 바람직하게는 사실상 무산소 분위기를 갖는 용기 내에 포장된다.
유용한 폴리아이소시아네이트에는 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 컴퍼니(Dow Chemical Company)에 의해 상표명 "아이소네이트(Isonate) 143"으로 판매되는 것; 독일 레베르쿠센 소재의 바이엘 악티엔게젤샤프트(Bayer Aktiengesellschaft)에 의해 "데스모두르(Desmodur) 1806"으로 판매되는 것; 및 미국 유타주 솔트레이크 시티 소재의 헌츠맨 인터내셔널 엘엘씨(Huntsman International LLC)에 의해 "루비네이트(Rubinate)"로 판매되는 것이 포함된다. 유용한 액체 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔 수지에는 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 페트로플렉스(Petroflex)에 의해 상표명 "리퀴플렉스 에이치(Liquiflex H)"로 판매되는 것 및 미국 펜실베니아주 엑스톤 소재의 사토머(Sartomer)에 의해 "에이치티(HT) 45"로 판매되는 것이 포함된다. 유용한 에테르 다이올에는 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 컴퍼니에 의해 상표명 "보라놀(Voranol) 2120" 및 "보라놀 2040"으로 판매되는 것이 포함된다. 유용한 가소제에는 다이옥틸 프탈레이트 및 다이-아이소노닐 프탈레이트가 포함되는데, 이 둘 모두는 브라질 상파울로 소재의 스칸디플렉스(Scandiflex)로부터 구매가능하다.
폴리올 성분은 예를 들어, 하나 이상의 일반적인 지방족 오일, 예를 들어 피마자유(바람직하게는 ㎎ KOH/㎎ 오일로 측정할 때 0.8 이하의 산도를 가짐); 하나 이상의 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔; 및 적어도 하나의 방향족 다이아민을 포함한다. 오일과 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔의 블렌드는 폴리우레탄내로 물이 흡수되는 것을 최소화하며 그럼으로써 고무계 구성요소에 도포될 때 폴리우레탄에 가수분해 안정성을 부여한다.
방향족 다이아민, 예를 들어 다이에틸 톨루엔 다이아민은, 예비-중합체 성분이 폴리올 성분과 혼합될 때 폴리우레탄을 페이스트로 증점시키는 가교결합된 구조를 형성하도록 중합체 쇄를 가교결합시킴으로써 요변제로서 작용한다. 전형적인 방향족 다이아민으로는 미국 유타주 솔트레이크 시티 소재의 헌츠맨 인터내셔널 엘엘씨에 의해 제조된 다이에틸 톨루엔 다이아민이 있다. 폴리올 성분에서 이용될 수 있는 다른 요변제는 아미드 왁스, 가수분해된 피마자유 및 가소제와 탄화수소와 같은 불활성 담체에서 생성되는 우레아 유도체를 포함한다.
폴리올 성분은 또한 충전제, 가소제, 카본 블랙, 실란, 수분 제거제(예를 들어, 제올라이트) 및 산화방지제를 포함하지만 이에 한정되지 않는 기타 성분을 선택적으로 포함할 수 있다. 전형적인 충전제는 무기 염, 예를 들어 규산알루미늄, 규산마그네슘 및 탄산칼슘뿐만 아니라 기타 무기 염을 포함한다. 충전제는 요변제로서 폴리올 성분에 첨가될 수 있으며, 또한 고무계 구성요소에 도포될 때 폴리우레탄의 내마멸성을 증가시키기 위하여 이용될 수 있다.
카본 블랙은 고무계 구성요소의 색과 유사한 흑색으로 폴리우레탄을 착색시키기 위한 안료로서 폴리올 성분에 첨가될 수 있다. 폴리우레탄에서 안료로서 카본 블랙을 이용하는 것에 의해 고무계 구성요소 상에서 복구된 표면이 드러나는 것이 최소화될 수 있다.
가소제는 전형적으로 고무계 구성요소에 접착되는 응고되거나 경화된 폴리우레탄의 가요성을 증가시키기 위해 폴리올 성분에 첨가된다. 전형적인 가소제에는 다이옥틸 프탈레이트 및 다이-아이소노닐 프탈레이트가 포함되는데, 이 둘 모두는 브라질 상파울로 소재의 스칸디플렉스 코포레이션(Scandiflex Corporation)으로부터 구매가능하다.
산화방지제는 폴리우레탄의 불포화 성분의 산화가 시간이 지남에 따라 폴리우레탄의 분해를 야기할 수 있기 때문에, 적어도 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔의 산화를 방지하기 위하여 폴리올 성분에 첨가될 수 있다.
하나 이상의 실란 성분이 또한 고무계 구성요소의 표면에의 폴리우레탄의 접착을 증가시키기 위하여 폴리올 성분에 첨가될 수 있다. 전형적인 실란에는 예를 들어, 제품명 "A1170"으로 제너럴 일렉트릭 코포레이션(General Electric Corporation)으로부터 구매가능한 유기실란이 포함된다.
폴리올 성분을 포함하는 성분들의 전형적인 범위(중량％)가 하기 표 2에 나온다.
Figure 112008080293015-PCT00002
폴리올 성분의 요소는 바람직하게는 균질한 혼합물을 생성하는 방식으로 사실상 무산소 환경에서 함께 혼합된다. 이어서 폴리올 성분은 바람직하게는 성분들의 산화를 방지하기 위하여 사실상 무산소 환경에서 포장된다.
고무계 구성요소를 복구하기 위하여 폴리우레탄계 수지를 이용할 때, 이 구성요소의 표면은 바람직하게는 폴리우레탄을 형성하기 위하여 폴리올 성분과 예비-중합체 성분을 혼합하기 전에 수지를 수용하도록 준비된다. 그러한 표면 준비는 전형적으로 수분 및 표면 오염물질, 예를 들어 먼지, 도료 및 모래의 제거를 포함할 것이다. 수분과 오염물질의 제거 후, 상기 표면은 또한 바람직하게는 고무 강판(rubber rasp) 또는 기타 연마 공구(예를 들어, 연삭기에 부착된 와이어 휠(wire wheel))로 연마된다. 연마는 고무계 구성요소의 표면을 거칠게 하며, 전형적으로 고무계 구성요소로부터 오일과 그리스를 방출시키는데, 상기 오일 및 그리스는 산업용 세제(industrial cleaner)로 제거된다.
당해 표면은 또한 표면에 사실상 잔류물이 없을 때까지 깨끗한 천으로 닦아낼 수 있다. 표면은 천으로 표면 위를 닦아내는 경우 천이 고무계 구성요소 잔류물을 더 이상 긁어 모으지(pick up) 못할 때 수지를 수용할 만큼 충분히 깨끗한 것으로 간주될 수 있다.
고무계 구성요소의 표면이 준비되면, 이어서 폴리올 성분과 예비-중합체 성분이 폴리우레탄계 수지를 제조하기 위하여 선택된 비로 혼합되거나 또는 다르게는 조합될 수 있다. 예비-중합체 성분과 폴리올 성분은 일반적으로 40 중량％의 예비-중합체 성분과 60 중량％의 폴리올 성분 내지 30 중량％의 예비-중합체 성분과 70 중량％의 폴리올 성분의 범위 또는 그 사이의 임의의 비로 조합된다.
폴리올 성분과 예비-중합체 성분이 조합될 때, 발열 반응이 일어나는데, 이는 폴리우레탄의 온도를 증가시킨다. 폴리올 성분과 예비-중합체 성분의 약 60 초 동안의 조합 후, 폴리우레탄 수지는 전형적으로 요변제로 인해 페이스트의 주도를 얻는다.
폴리우레탄 수지는 임의의 적합한 도구, 예를 들어, 스패튤라 또는 퍼티 나이프(putty knife)를 이용하여 고무계 구성요소의 표면에 도포될 수 있다. 고무계 구성요소에의 수지의 도포를 완료한 후, 폴리우레탄은 전형적으로 수지를 경질화시키고 이를 고무계 구성요소에 접착시키기에 충분한 시간 동안 경화된다. 일반적으로, 수지를 약 90분 동안 경화시킨 후 고무계 구성요소를 안전하게 다시 사용할 수 있게 된다.
일반적으로, 폴리우레탄은 약 90분 내에 경화되지만, 수지는 고무계 구성요소에의 폴리우레탄의 추가 도포를 방지하기 위하여 혼합 후 약 7분 내에 충분히 경질화된다. 따라서 일반적으로 본 발명의 수지를 제조하기 전에 고무계 구성요소의 표면을 준비하는 것이 유익하다.
하기 실시예는 단지 예시적이며 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다.
실시예 1
손상된 표면을 가진 가황된 고무 컨베이어 벨트를 본 발명의 폴리우레탄계 수지를 이용하여 복구하였다. 폴리우레탄을 혼합하기 전에, 사실상 모든 수분과 오염물질, 예를 들어 먼지, 도료 및 모래를 제거하여 손상된 표면을 준비하였다. 폴리우레탄계 폴리우레탄을 더 잘 수용하도록 표면을 거칠게 하기 위하여 표면을 연마하였다. 연마 과정 동안, 그리스와 오일이 방출되었고 이를 세제로 제거하였다. 이어서 천에 흑색 잔류물이 접착되지 않을 때까지 백색 천으로 표면을 깨끗하게 닦았다.
표면을 준비한 후, 폴리올 성분과 예비-중합체 성분을 약 65 중량％의 폴리올 성분과 약 35 중량％의 예비-중합체 성분의 선택된 비로 혼합하였다. 예비-중합체 성분과 폴리올 성분을 약 1분 동안 함께 혼합하여 연마된 표면에 도포하기에 적당한 주도를 갖는 페이스트를 형성하였다. 혼합 과정 동안, 발열 반응이 일어나는데, 이는 폴리우레탄의 온도를 최대 약 60℃까지 상승시켰다.
스패튤라를 이용하여 페이스트를 컨베이어 벨트에 도포하여 손상된 표면을 재건하였다. 폴리우레탄이 흐름안정성 특성을 가졌기 때문에, 페이스트는 원하는 형상을 보유하였으며 컨베이어 벨트의 에지를 벗어나 유동하지 않았다. 페이스트 형성한지 약 5 내지 7분 후에, 폴리우레탄은 컨베이어 벨트에 도포될 수 없는 주도로 경질화되었다.
수지는 약 25℃에서 약 30분 후에 무점착성이 되었다. 약 25℃에서 약 2시간 후에, 수지는 ASTM D2240의 프로토콜을 이용하여 시험할 때 컨베이어 벨트가 다시 사용될 수 있을 만큼 충분히 경화되었다.
컨베이어 벨트를 복구하기 위해 이용한 예비-중합체의 조성물을 하기 표3에 재생하였다.
Figure 112008080293015-PCT00003
컨베이어 벨트를 복구하기 위해 이용한 폴리올 성분의 조성물을 하기 표 4에 재생하였다.
Figure 112008080293015-PCT00004
혼합 전 폴리올 성분과 예비-중합체 성분의 물리적 특성이 하기 표 5에 요약되어 있다.
Figure 112008080293015-PCT00005
24시간 후 폴리우레탄은 표 6에 열거된 것과 같은 하기 특성을 가졌다.
Figure 112008080293015-PCT00006
일단 다시 사용할 수 있게 되면, 컨베이어 벨트는 재건된 표면의 가속화된 마모 없이 장기간 동안 원하는 기능을 수행할 수 있었다.
발명을 바람직한 실시 형태들과 관련하여 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서 형태 및 세부 사항에서 본 발명에 변경이 이루어질 수도 있음을 인지할 것이다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 폴리아이소시아네이트, 적어도 하나의 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔 및 적어도 하나의 에테르 다이올을 포함하는 예비-중합체 성분과;
    적어도 하나의 지방족 오일, 적어도 하나의 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔 및 적어도 하나의 방향족 다이아민을 포함하는 폴리올 성분을 포함하며,
    폴리올 성분과 예비-중합체 성분은 조합되어 함께 반응하여 폴리우레탄계 수지를 형성하는 폴리우레탄계 수지.
  2. 제1항에 있어서, 폴리아이소시아네이트는 예비-중합체 성분의 약 40 내지 약 60 중량％로 포함되는 수지.
  3. 제1항에 있어서, 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔은 예비-중합체 성분의 약 15 내지 약 25 중량％로 포함되는 수지.
  4. 제1항에 있어서, 선택된 양의 에테르 다이올은 예비-중합체 성분의 약 5 내지 약 12 중량％로 포함되는 수지.
  5. 제1항에 있어서, 지방족 오일은 폴리올 성분의 약 40 내지 약 60 중량％로 포함되는 수지.
  6. 제1항에 있어서, 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔은 폴리올 성분의 약 7 내지 약 15 중량％로 포함되는 수지.
  7. 제1항에 있어서, 예비-중합체 성분은 혼합 폴리우레탄의 약 30 내지 약 40 중량％로 포함되는 수지.
  8. 제1항에 있어서, 폴리올 성분은 혼합 폴리우레탄의 약 60 내지 약 47 중량％로 포함되는 수지.
  9. 적어도 하나의 폴리아이소시아네이트, 적어도 하나의 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔 및 적어도 하나의 에테르 다이올을 약 45℃ 내지 약 110℃ 범위의 온도에서 사실상 무산소 분위기에서 제1 균질 혼합물을 형성하기에 충분한 시간 동안 함께 혼합함으로써 예비-중합체 성분을 제조하는 단계와;
    사실상 무산소 환경을 갖는 제1 용기 내에 예비-중합체 성분을 보관하는 단계와;
    적어도 하나의 지방족 오일, 적어도 하나의 하이드록실 종결된 폴리-부타디엔 및 적어도 하나의 다이에틸 톨루엔 다이아민을 사실상 무산소 분위기에서 제2 균질 혼합물을 형성하기에 충분한 시간 동안 함께 조합함으로써 폴리올 성분을 제조하는 단계와;
    사실상 무산소 환경을 갖는 제2 용기 내에 폴리올 성분을 보관하는 단계와;
    예비-중합체 성분의 적어도 일부와 폴리올 성분의 적어도 일부를 페이스트를 형성하기에 충분한 시간 동안 함께 혼합하는 단계와;
    고무계 구성요소의 표면에 페이스트를 도포하고, 페이스트가 경질화되어 고무계 구성요소에 접착하기에 충분한 시간 동안 페이스트를 고무계 구성요소 상에서 경화시키는 단계를 포함하는 고무계 구성요소의 복구 방법.
  10. 제9항에 있어서, 페이스트는 약 30 내지 약 40 중량％의 예비-중합체와 약 60 내지 약 70 중량％의 폴리올 성분을 포함하는 방법.
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