KR20090089185A - 우레탄 스폰지패드의 제조방법 - Google Patents

우레탄 스폰지패드의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리우레탄패드의 제조방법으로 우레탄패드의 원료인 폴리올, 전분, 폴리비닐알코올 계면활성제 및 발포제등과 이소시아네이트를 첨가하고 혼합 발포시켜 제조함으로서 우수한 비표면적 내약품성 인장강도 및 내구성이 우수하여 청소용 패드, 지혈패드, 목욕패드 및 미생물 담체로서 이용할 수 있도록 하는 것이다.
1. 폴리올 30∼80중량％. 전분 5∼45중량％, 폴리비닐알코올 1∼10중량％, 무기물 분말 5∼25중량％를 가열탱크에 투입하고 60∼120℃범위에서 0.5∼2시간 교반하여 에스테르화 개질 폴리올을 합성(도면,10)한 후 상온으로 냉각하는 단계(도면,11)
2. 에스테르 개질 폴리올을 발포기의 제1 저장탱크에 투입하고 촉매, 정포제 및 발포제를 첨가하여 폴리올을 교반하는 단계.
3. 발포기의 제1 저장탱크에 배합된 혼합 폴리올 과 제2 저장탱크에 저장된 이소시아네이트를 적정지수에 맞추어 준비된 금형에 발포하여 폴리우레탄 스폰지패드를 제조할 수 있다(도면,12)
폴리올. 이소시아네이트 .담체. 지수(인덱스). 실리카. MEK, PEG. 에스테르 화.

Description

우레탄 스폰지패드의 제조방법{omitted}
폴리우레탄 발포체는 열경화성으로 이소시아네이트기와 반응성을 갖는 아민기 및 활성 수산기 두개이상을 가지고 있는 다 관능 폴리올, 쇄연장재, 계면활성제, 촉매, 정포제 및 발포제를 한번에 혼합하여 제조하거나 프레폴리머를 형성하고 이소시아네이트와 반응 시켜 제조하고 1일 정도 후 경화하여 완제품으로 출하한다. 일반적으로 폴리우레탄 발포체는 침구류, 필터, 자동차 내장재, 무릎보호대, 건축자재, 바디세척용, 청소용 패드, 브레이지어 컵, 신발창 등 전 산업분야에 널리 사용되고 있으며 우수한 비표면적, 내약품성, 인장강도 및 내구성이 우수하다.
폴리우레탄 경질 및 연질 발포체의 제조장비는 고압 발포기와 저압 발포기가 있으며 고압 발포기가 성능면에서 우수하나 단가가 높은게 단점이다.
범용 폴리우레탄 발포체인 스폰지패드는 흡습성, 생분해성이 낮고 연소할 때 인체에 유해한 가스를 발생하며 항균성의 결여 등의 문제점이 있다.
물청소기는 청결하고 세균이 없어야 좋으나 다중이 이용하는 공공건물, 업소 및 가정에서 사용하는 일반적인 물청소기는 항균 기능이 없기 때문에 불결하여, 가열하거나 약품 처리를 해야 하는 문제점이 있다.
또한 폴리우레탄 스폰지 청소패드의 경우 흡습성이 낮은 단점이 있다. 한국 발명특허 제10-0485884호에 연마세정용 우레탄 스폰지의 경우 항균력이 약하고 특허 제10-0529284호에 항균성 수지에 대한 기술이 등록 되어 있으나 청소용 패드로는 흡습성이 약하고 제작상의 번거로움이 있다.
한편 환경보존에 대한 인식부족으로 대기는 물론 수질오염의 정도가 심각한 지경에 이르렀다. 하천, 호수 및 댐 등이 식수원인 경우 곰팡이 냄새 및 유독성 조류의 이상 증식 등은 심각한 환경 문제로 대두 되고 있다.
최근 국내에서는 폴리우레탄 여재를 만들어 폭기조에 유동상으로 사용할 수 있도록 한 부상식 여재 등을 통해 미생물을 부착 시켜 하, 폐수를 생물학적으로 처리하는 기술이 개발 되어 있으나 유기물, 인 및 질소의 흡착효과가 저조하여 미생물의 활동력이 저하되는 문제가 있다.
종래기술의 문헌정보
[문헌1]특허등록 제 0505356호. 한국 특허 제302,326호.
[문헌2]한국 특허등록 10-0766079, 10-0531233, 10-0691857, 10-0374478.
본 발명은 상기와 같은 종래의 폴리우레탄 스폰지패드가 지닌 문제점을 해결하기 위한 것으로 폴리우레탄 스폰지패드의 원료인 폴리올에 생분해성 및 흡습성 개선을 목적으로 아밀로즈 함유량이 높은 전분과, 이소시아네이트 와 전분의 반응 성 및 생분해성을 개선할 목적으로 폴리비닐알코올을 첨가하였다.
여기에 쇄 연장제, 계면활성제, 촉매, 발포제, 항균제, 무기질 분말 등을 배합하여 혼합 폴리올 을 준비하고 이소시아네이트 와 적정지수에 맞추어 혼합 발포시켜 폴리우레탄 스폰지패드를 제조 하였다. 제조한 폴리우레탄 스폰지패드는 우수한 비표면적, 내약품성, 인장강도, 세정력 및 항균력을 가질 뿐만 아니라 내구성이 우수하여 청소용 패드, 지혈패드, 목욕패드, 건축자재, 자동차 내장재, 항균-결로 방지제 및 미생물 담체 등의 다품종 소량생산에 적합한 제조방법인 것이다.
본 발명에서는 폴리우레탄 스폰지패드는 생분해성, 흡습성, 항균성 및 폴리우레탄의 폐기물을 소각할 때 인체에 유해한 가스를 발생시키는 문제가 있어 이의 개선 방법을 제공한다.
1. 폴리올 30-80중량％, 전분5-45중량％, 폴리비닐알코올 1∼10중량％, 무기질분말 5∼25중량％, 항균제 1∼10중량％를 가열탱크에 투입하고 60∼120℃ 범위에서 0.5∼2시간 가열하여 에스테르화 개질 폴리올 단계(도면,10).
2. 에스테르 개질 폴리올을 상온으로 냉각하고 우레탄 발포기의 제1저장탱크(도면 생략)에 투입하여 계면활성제, 촉매, 발포제 등을 정량하여 혼합 교반하는 단계(도면,11).
3. 폴리우레탄 발포기 제1저장탱크의 개질 폴리올 과 제2저장탱크(도면생략)의 이소시아네이트를 적정지수에 맞추어 50∼60℃로 가열된 몰드에 혼합 발포시켜(도면,12) 상온으로 냉각하는 단계의 폴리우레탄 스폰지패드의 제조방법.
상기한 폴리올을 개질하는 방법으로 폴리우레탄 스폰지패드를 제조하여 선행 기술의 문제점을 개선할 수 있었다.
본 발명에서는 상기의 제조방법 이외 에스테르 개질 폴리올을 단계에서 기능이 다른 재료를 첨가하여 특성이 다른 제품을 제조할 수 있다,
본 폴리우레탄 스폰지패드의 제조방법은 폴리올을 개질하여 비교적 저온에서 신속하게 제품을 제조하여 발포 폴리우레탄 제품의 단점인 생분해성, 흡습성 및 항균성을 개선하였고, 소각할 경우 인체에 유해한 연소가스를 줄일 수 있는 장점이 있다.
또 제품의 용도에 따라 세척용 패드, 지혈 패드, 항균패드. 목욕패드. 건축자재, 자동차 내장재 및 미생물 담체 항균-결로방지 코팅제등을 제조할 수 있는 장점을 가지고 있다.
폴리우레탄 성형물은 열경화성 제품으로 단열재, 인조 목재 등의 경질제품 과 스폰지류 등의 연질제품이 있으며, 열가소성 제품으로 파이프, 용기 및 시트 등이 있다.
본 발명은 폴리우레탄 스폰지패드를 제조함에 있어 사용 용도에 맞추어 기능성이 다른 재료를 선정, 첨가하여 에스테르 개질 폴리올을 제조하는 방법에 특징이 있다고 할 수 있다.
폴리우레탄 스폰지패드의 조성물인 폴리올은 이소시아네이트기와 반응성을 갖는 아민기 및 활성 수산기 두개이상을 가지고 있는 다 관능 알코올 평균 분자량 400∼4000정도의 폴리에테르 또는 폴리에스테르 등을 사용한다.
상기한 폴리우레탄 열경화성 연질 스폰지패드 제조 원료 폴리올은 흡습성과 소수성으로 분류할 수 있다.
흡습성 폴리올은 폴리에틸렌글리콜(PEG) 및 옥시에티렌/옥시프로필렌 공중합체 폴리올 등이 있고 소수성 폴리올은 폴리프로필렌글리콜, 폴리카보네이트 폴리올 및 폴리카프로락톤(이하 폴리올류로 표기함)등이 있고 이들 중에서 1종 이상을 선정하여 용도에 따라 첨가할 수 있다.
이소시아네이트 화합물은 모노머릭, 폴리머릭, 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI) 및 톨루엔 디이소시아네이트(TDI) 등과 같은 방향족 화합물, 지방족 화합물은 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI)(이하 이소시아네트류로 표기함) 등이 있으며 주로 MDI, TDI, 및 IPDI가 많이 사용되고 있다.
이들 중에서 1종 이상을 선정하여 폴리올의 80∼120중량％ 범위에서 용도에 따라 사용할 수 있다.
본 발명의 생분해성 및 흡습성 개질제인 전분은 그 종류에 따라 이소시아네이트 와 작용기의 함유량이 다르기 때문에 상세히 검토 선별하여 사용함이 좋고, 전분 한 종류에 국한되지 앉고 전분박, 목재분말, 목재뿌리, 짚류, 짚류의 뿌리, 액화목재, 식물의 자당 및 폐 종이류(이하 전분류로 표기함) 중에서 1종 이상을 선정하여 폴리올의 5∼50중량％범위에서 용도에 따라 첨가하여 에스테르 개질 폴리올 을 제조할 수 있다,
생분해성 및 점착 개질제인 폴리비닐알코올은 이소시아네이트와 반응성 수산기를 함유하고 있으며 이 한 종류에 국한되지 앉고 로진, 로진에스텔, 젤라틴, 아교, 알긴산(이하 점착 개질제류로 표기함) 중에서 1종 이상을 선정, 폴리올의 1∼10중량％ 범위에서 용도에 따라 첨가하여 폴리올을 개질할 수 있다.
본 발명의 항균제로는 아나타제 이산화티탄이 우수 하나 한 종류에 국한되지 앉으며 은, 동, 아연, 금, 백금, 니켈, 망간, 알루미늄, 지르코늄 및 이들의 화화물과 인산 삼칼슘, 인산 수소칼슘, 피로인산 수소칼슘, 피로인산 칼슘, 하이드록시 인회석, 할로겐화 인회석 등의 인산 칼슘계(이하 항균제류로 표기함), 등에서 1종 이상을 선정하여 폴리올의 1∼10중량％범위에서 용도에 따라 첨가할 수 있다,
내마모성 및 세정의 기능이 있는 무기질 분말은 실리카, 황토, 질석, 운모, 석분, 탄산칼슘, 점토, 맥반석, 제올라이트, 모래, 활성탄, 알루미나, 티타니아 및 숯(이하 무기분말류로 표기함) 등의 분말 중 하나이상을 선정하여 혼합 폴리올의 5∼45％범위에서 용도에 따라 첨가하는 특징이 있다.
실험 결과 이들의 입도는 300mesh 이상의 항균제와 무기물의 분말을 선정, 첨가하였을 때 성능이 우수 하였다.
상기 쇄 연장제는 에틸렌 글리코올(EG), 1,4-부탄디올(1,4-BD), 1,3-프로판디올(이하 쇄 연장제류로 표기함) 등이 있고 이중에서 1종 이상을 용도에 따라 선정하여 폴리올의 2∼40중량％ 범위에서 첨가할 수 있다.
발포제는 화학적 발포제로 대표적인 물 과 물리적 발포제로는 노르말 펜탄, 이소펜탄, 시클로펜탄, HcFc141c, HFc계(이하 발포제류로 표기함) 등이 있고 이들 중에서 1종 이상을 선정하여 첨가할 수 있다.
계면활성제는 양이온성, 음이온성, 양쪽성 및 비이온성 계면활성제로부터 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 이소시아네이트와 반응 계면활성제에는 알카놀아민 염류, 폴리옥시알킬렌 알킬아민 에스테르염, 솔비톨 지방산에스테르 설페이트, 카스터오일 모노설페이트 및 솔비탄 지방산에스테르 포스페이트로(이하 계면활성제류로 표기함)등이 있고 중에서 1종 이상을 용도에 따라 선정하여 혼합 폴리올의 0.5∼25％ 범위에서 첨가, 사용할 수 있다,
촉매, 등은 열경화성 폴리우레탄 스폰지 제조에 상용화된 제품 중에서 선정하여 첨가 사용할 수 있다.
본 발명에서 방향족 이소시아네이트의 자외선에 의한 황변을를 개선하는 방법으로 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(HEG), 라우릴 메타아크릴레이트, 메타크릴산에스테르, 아크릴산에틸, 아크릴로니트릴, 트리메틸 프로판 아크릴아미드 및 메틸 메타아크릴레이트(MMA)(이하 아크릴류로 표기함)등에서 1종 이상을 선정하여 폴리올의 20∼70중량％ 첨가, 사용할 수 있다,
내열성 등을 개선하는 방법으로 3-메타아크릴 옥시프로필 트리메톡시실란, 3-글리시드 옥시프로필 트리메톡시실란. 폴리카르보 실란, 폴리실라잔, 폴리디메틸 실록산(PDMS) 및 알콕시실란(이하 실란류로 표기함) 중에서 1종 이상을 용도에 따라 선정, 폴리올의 0.5∼45중량％ 범위에서 첨가하여 혼합 에스테르 개질 폴리올을 제조하는 특징이 있다.
이들의 용해제로는 물, 이소프로필알코올, 디아세톤알코올, 에틸아세테이트, 아세톤, 노르말핵산 및 메틸에틸케톤(MEK)(이하 용제류로 표기함) 중에서1종 이상을 용도에 따라 선정하여 혼합 폴리올의 100％이상의 범위에서 첨가하여 사용할 수 있다.
본 발명의 폴리우레탄 제조방법은 에스테르화 하는 폴리올의 재료 및 배합 비를 변경하여 청소용 패드, 지혈패드, 미생물 담체 및 항균-결로 방지 코팅제를 제조하는 특징을 가지고 있다.
항균-결로 방지 코팅제는 에스테르 개질 폴리올 단계에서 전분대신 상기 실란류 중에서 1종 이상을 선정한 내열성 개선제와 자외선에 의한 황변 개선제로 상기 아크릴류 중에서 1종 이상을 선정 폴리올의 20∼70중량％범위에서 첨가, 교반 가열 에스테르화하여 우레탄을 개질하고 항균제를 첨가하여 제조할 수 있다.
에스테르화 단계에서 나노 수준의 무기물 분말 및 항균제를 선정 첨가 가열 교반하여 제조한 항균-결로방지 코팅제의 성능이 가장 우수 하였다.
폴리우레탄 제품은 탄성, 압축강도 및 인장강도가 우수하나 스폰지패드는 발포 성형물이라 파열 및 인장 강도가 약간 결여된다.
본 발명에서는 폴리우레탄 스폰지패드를 발포기에서 발포 성형하기 전에 미리 성형몰드에 아크릴계 및 폴리에스테르계 망사 섬유를 투입하고 고정시켜 파열 및 인장강도가 우수한 제품을 제조하는 특징을 가지고 있다.
이하 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 설명하도록 한다.
하기 표 1과 같은 배합비율로 본 발명의 폴리우레탄 스폰지패드를 제조하였다.
표 1
개질 에스테르 폴리올 (단위 : g)
Figure 112008500869268-PAT00009
폴리우레탄 스폰지패드 제조 (단위 : g)
Figure 112008500869268-PAT00003
상기 우레탄 발포기 제1 탱크에 개질 에스테르화한 폴리올, 계면활성제, 발포제, 촉매를 첨가하고 10분정도 교반한 폴리올과 제2 탱크에 저장되어 있는 이소시아네이트를 적정지수에 맞추어 혼합하여 2분정도 4800rpm으로 교반 배출하여 55℃정도의 예열된 성형몰드에서 폴리우레탄 스폰지패드를제조하였다. 성형몰드에서 제조된 폴리우레탄 스폰지패드를 탈리하여 상온에서 1일정도 후 경화 하였다.
하기 표2와 같은 배합비율로 폴리우레탄 스폰지 미생물담체를 제조하였다.
표 2
개질 에스테르 폴리올 (단위 : g)
Figure 112008500869268-PAT00004
폴리우레탄 미생물 담체 (단위 : g)
Figure 112008500869268-PAT00005
표1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 스폰지 미생물 담체를 제조하였다.
하기 표3과 같은 배합비율로 항균-결로방지 코팅제를 제조하였다.
표 3
에스테르 개질 폴리올 제조 (단위 : g)
Figure 112008500869268-PAT00006
항균-결로 방지 코팅제 (단위 : g)
Figure 112008500869268-PAT00007
상기 혼합 개질 에스테르 폴리올 에 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 촉매, 트리메틸 프로판 및 용제를 첨가하여 10분 정도 교반하고 상온에서 이소시아네이트를 적하 혼합 교반하여 항균-결로방지 코팅제를 제조하였다.
항균제는 나노 수준의 아나타제 이산화티탄 및 실리카를 사용하였고, 항균-결로방지 코팅제는 용제를 적정 증류 건조하였다.
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Claims (8)

  1. 폴리우레탄 스폰지패드의 제조방법에 있어서,
    폴리올 30-80중량％, 폴리올의 5-50중량％의 전분, 폴리올의 1-10중량％의 폴리비닐알코올 및 폴리올의 5∼45중량％의 무기질 분말을 투입하고 60-120℃ 범위에서 0.5-2시간 에스테르화 개질 폴리올 단계(도면,10).
    에스테르화 개질 폴리올을 상온에서 우레탄 발포기 제1 저장탱크(예시하지 않음)에 투입하여 계면활성제류, 촉매류, 쇄 연장제류, 발포제 등을 정량, 첨가 교반하는 단계의 개질 폴리올 혼합물(도면,11)과 제2 저장탱크(예시하지 않음)의 이소시아네이트를 적정지수에 맞추어 50-60℃로 예열된 몰드에 혼합하여 교반 발포하는 폴리우레탄 스폰지패드의 제조방법.(도면,12)
  2. 제 1항의 에스테르화 개질 폴리올 단계(도면,10)의 폴리올은 폴리올류 중에서 1종 이상과 전분박은 전분류 중에서 1종 이상을 각각 선정하여 용도에 따라 첨가하는 폴리우레탄 스폰지패드의 제조 방법.
  3. 제 1항의 에스테르화 개질 폴리올 단계(도면,10)의 폴리비닐알코올은 점착개질제 중에서 1종 이상을 선정하여 용도에 따라 첨가하는 폴리우레탄 스폰지패드의 제조 방법.
  4. 제 1항의 에스테르화 개질 폴리올 단계(도면,10)의 무기질 분말은 무기질 분말류 중에서 1종 이상을 선정하여 용도에 따라 첨가하는 폴리우레탄 스폰지패드의 제조 방법.
  5. 제 1항의 에스테르화 개질 폴리올 단계(도면,10)의 항균제는 항균제류 중에서 1종 이상을 선정하여 폴리올의 1∼10％범위에서 용도에 따라 첨가하는 폴리우레탄 스폰지패드의 제조방법.
  6. 제1항의 이소시아네이트는 이소시아네이트류 중에서 1종 이상을 선정하여 에스테르화 개질 폴리올과 적정지수에 맞추어 용도에 따라 첨가하는 폴리우레탄의 제조 방법에 특징이 있다.
  7. 제1항의 우레탄 발포기에서 발포하기(도면,12) 전에 예열된 몰드에 아크릴계 및 폴리에스테르계 섬유의 망사를 투입하는 폴리우레탄 스폰지패드의 제조방법.
  8. 제1항의 에스테르화 개질 폴리올 단계(도면,10)에서 전분 대신 실란류 중에서 1종 이상을 선정하여 폴리올의 0.1∼60％범위에서 첨가하고, 개질 폴리올 혼화 단계(도면11)에서 아크릴류 중에서 폴리올의 20∼70％의범위에서 1종 이상을 선정하여 용제류, 쇄 연장제, 계면화성제 및 촉매와 함께 첨가 교반 혼합하여 이소시아네이트와 반응시키는 폴리우레탄 항균-결로방지 코팅제의 제조방법(도면.12)
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