KR20120033482A - 파이프 라이닝용 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물 - Google Patents

파이프 라이닝용 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리이소시아네이트(Polyisocyanate) 또는 이소시아네이트를 아민류나 폴리올류와 반응시킨 prepolymer를 주제로 포함하고, 폴리아민(Polyamine) 조합물 및 OH-기능기 물질의 조합물을 경화제로 포함하는 것을 특징으로 하는 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 조성물은 노후관로의 갱생의 코팅제로 사용시에 노후관로 습윤면 시공성, 진동에 의한 하자, 음용성 적합성, 얇은 두께의 시공 등등이 우수하다.

Description

파이프 라이닝용 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물{Quickly Hardening Poly Urea Urethane Composition for Pipe Lining}
본 발명은 노후관로 갱생용 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물에 관한 것이다.
신관/건축용 코팅제로는 과거에는 에폭시, 에나멜몰탈 물질이 사용되었고 최근에는 폴리우레아, 폴리우레탄, FBE 등이 사용되고 있다. 그러나, 이들 코팅제는 노후관로의 갱생에는 적용이 곤란하다.
이에, 본 발명자들은 노후관로의 갱생에 사용가능한 코팅제를 개발하고자 노력하던 중, 폴리이소시아네이트(Polyisocyanate)를 주제로 포함하고, 폴리아민(Polyamine) 조합물 및 OH-기능기 물질의 조합물을 경화제로 포함하는 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물을 개발하고, 이들의 노후관로 습윤면 시공성, 진동에 의한 하자, 음용성 적합성, 얇은 두께의 시공 등등의 우수성을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 상수관거 갱생과 같은 노후 관로 습윤면에 시공이 가능한 노후관로 갱생용 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리이소시아네이트(Polyisocyanate) 또는 이소시아네이트를 아민류나 폴리올류와 반응시킨 prepolymer를 주제로 포함하고, 폴리아민(Polyamine) 조합물 및 OH-기능기 물질의 조합물을 경화제로 포함하는 것을 특징으로 하는 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물에 있어서, 상기 주제 폴리이소시아네이트 100 중량부를 기준으로 35 내지 60 중량부의 경화제 및 1 내지 6 중량부의 기타 물질을 포함하는 것이 바람직한데, 이때 폴리이소시아네이트는 TDI(Toluene diisocyanate), MDI(4,4-Diphenylnethane diisocyanate), NDI(1,5-Naphthalene diisocyanate), XDI(Xylene diisocyanate) 및 PPDI(P-phenylene diisocyanete)로 이루어진 방향족 화합물(Aromatic Compound) 군중에서 선택되거나 HDI(1,6-Hexamethylene diisocyanate), IPDI(Isophrone diisocyanate), H12MDI(Cyclohexylmethane diisocyanate), TMDI(Trimethylhexane-1.6-diisocyanate) 및 CHDI(1,4-Cyclohexane diisocyanate)로 이루어진 지방족 화합물(Aliphatic Compound) 군중에서 선택되는 것이 바람직하며, 특히 HDI 기반의 NCO-Prepolymer 및/또는 PPG Triol, Polyether-amine 복합 Prepolymer인 Aliphatic Polyisocyanate인 것이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명의 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물에 있어서, 상기 경화제중 폴리아민은 DETA(Diethylene amine), TETA(Triethylene amine), DETDA(diethyltoluenediamine), DMDPA(Dimethyldipropylentriamine), DPTA(Dipropylenetriamine), CHAPA(Cyclohexylaminopropylamine), IPDA(Isophorondiamine), TMPDA(n,n,n,n'-Tetramethyl-1-3-propanediamine), TMHDA(n,n,n,n'-Tetramethyl-1-6-hexanediamine), DMCHA(n,n'-Dimethylcyclohexylamine), MOCA(4,4-Methylene bis(2-chloro aniline), DMEA(n,n'-Dimethylethylamine), DMIPA(n,n'-Dimethylisopropylamine) 및 Polyetheramine로 이루어진 군중에서 선택된 아민류인 것이 바람직하고, DETDA인 것이 가장 바람직하다. 또한, 상기 OH-기능기 물질의 조합물은 EG, DEG, DPG, 1.2PG, 1.3BG, 1.4BG, 1.6HD, NPG, MPD, TEA(Triethanolamine) 및 TMP로 이루어진 군 중에서 선택된 monomer OH류; PEG(Polyethylene Glycol), PPG계(Polypropylene Polyol), PTMG(Polytetramethylene Glycol), PCL(Polycaprolactone Polyol) 및 PC(Polycarbonate Polyol)로 이루어진 군 중에서 선택된 폴리올; 및 adipic Acid로 이루어지는 Polyester계 폴리올;로 이루어진 군 중에서 선택된 물질인 것이 바람직하고, PCL(Polycaprolactone)계 폴리올, Triol 또는 Tetraol의 PPG계 폴리올 및 Monomer로 구성되는 것이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명의 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물에 있어서, 상기 기타 물질은 Filler, 반응안정제, 레벨링제, 촉매 및 노화방지제로 이루어진 군중에서 1종 이상이 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명의 폴리우레아우레탄(Poly Urea Urethane; PUU)은 60초 전, 후의 겔(gel) 시간을 가지므로, 20초 이내의 빠른 겔 시간을 갖는 Hybrid Urea나 Urea 시스템보다 반응속도가 늦은 편이다. 또한, 일반적인 Hybrid Urea system 보다도 OH-functional의 사용량이 높은 편이고, Elongation이 약간 높은 편이다.
PUU의 조성은 주제 물질로 Polyisocyanate 90-100 중량부, 경화제로 Polyamine 조합물 35-50 중량부 및 OH-functional 물질 조합물 35-50 중량부 및 기타 물질 1-5 중량부가 포함된다.
상기 주제 물질인 Polyisocyanete는 Isocyanate 자체를 사용할 수도 있으나, Amine류나 OH류와 반응시켜 Propolymer로 변형하여 사용하며, 이때에 내부에 Urea 결합이 많게 할 수도 있고 Urethane 결합이 많은 구조로도 유도할 수도 있다. 관능기 수, NCO% 등은 원하는 목적에 맞게 다양하게 변형조절이 가능하다. 상품화된 Isocyanate의 종류는 다양하며 변형-Isocyanate 상품도 다양하다. 그리고 NCO-prepolymer와 상품화된 Isocyanate를 혼용할 수도 있다.
사용가능한 Isocyanate의 종류로는 TDI(Toluene diisocyanate), MDI(4,4-Diphenylnethane diisocyanate), NDI(1,5-Naphthalene diisocyanate), XDI(Xylene diisocyanate) 및 PPDI(P-phenylene diisocyanete)로 이루어진 방향족 화합물(Aromatic Compound), HDI(1,6-Hexamethylene diisocyanate), IPDI(Isophrone diisocyanate), H12MDI(Cyclohexylmethane diisocyanate), TMDI(Trimethylhexane-1.6-diisocyanate) 및 CHDI(1,4-Cyclohexane diisocyanate)로 이루어진 지방족 화합물(Aliphatic Compound) 등이 있다.
경화제 amine류로는 DETA(Diethylene amine), TETA(Triethylene amine), DETDA(diethyltoluenediamine) 이외의 Amine-functional 물질로 DMDPA(Dimethyldipropylentriamine), DPTA(Dipropylenetriamine), CHAPA(Cyclohexylaminopropylamine), IPDA(Isophorondiamine), TMPDA(n,n,n,n'-Tetramethyl-1-3-propanediamine), TMHDA(n,n,n,n'-Tetramethyl-1-6-hexanediamine), DMCHA(n,n'-Dimethylcyclohexylamine), MOCA(4,4-Methylene bis(2-chloro aniline), DMEA(n,n'-Dimethylethylamine), DMIPA(n,n'-Dimethylisopropylamine), Polyetheramine 등등의 아민류를 사용할 수 있다.
OH류(Monomer)로는 EG, DEG, DPG, 1.2PG, 1.3BG, 1.4BG, 1.6HD, NPG, MPD, TEA(Triethanolamine), TMP 등등이 사용가능하다.
기타 OH류 중에서 Polyester계 폴리올은 모노글리콜류와 Acid(주로 Adipic Acid)로 만들어지는 폴리올이며, 기타 Polyol류로는 PEG(Polyethylene Glycol), PPG계(Polypropylene Polyol), PTMG(Polytetramethylene Glycol), PCL(Polycaprolactone Polyol), PC(Polycarbonate Polyol) 등등의 폴리올류를 사용할 수 있다. 폴리올은 대단히 다양하게 만들 수 있으며 상용화된 폴리올 상품도 매우 다양하다.
우레탄 조성이 높아질수록 반응성이 현격히 느려지는 것이 일반적이나 폴리올에 따라 삼관능화 이상의 폴리올들은 반응성이 대단히 빠르게 조절가능하다. 주제 물질의 프리폴리머측에서도 우레탄 반응을 일정량 결합-도입시킬 수 있으며 경화제의 조성에서도 우수한 성능의 폴리올을 상당량 함유하게 하여 라이닝(Lining) 용도에 적합한 PUU를 구축할 수 있다.
노후관로 갱생에서 본 발명의 속경화성 폴리우레아우레탄 신물질은 기존 물질이나, 단수한 우레아, 우레탄에 비하여 매우 우수하다. 이것을 압축하여 하기 표 1 및 표 2에 기재하였다.
구분 기존 물질 폴리우레아우레탄
노후 관로 습윤면 시공성 불가능 가능
진동에 의한 하자 크랙 또는 파괴 우레탄의 탄성 성분으로 내진동성 우수
음용성 적합성 발암물질 논란(비스페놀 A, 벤조피렌) 발암물질 없음(53개 항목 검사)
1~5 ㎜ 두께로 시공 가능여부 (내력관 형성) 흘러 내리거나 시공불가 시공성 우수, 크랙/작은 구멍(5 ㎜)은 누수 차단
구 분 폴리우레아우레탄 우레아 우레탄
습윤면 갱생 적합 접착력 부재 적합
기존 사용 용도 (신규) 상수관거 갱생 신관 단열재,바닥재,기타
반응 속도(관로갱생 최적 시간) 속경화
(60초)		 초속경화
(5초이내)		 경화속도 느림
(10분이상)
탄성도 Flexible
(진동 시 파열 방지)		 Hard Soft
본 발명의 속경화성 폴리우레아우레탄은 습윤면에서 라이닝을 가능하게 하는데, 그 원리는 다음과 같다.
먼저, 주제 물질인 프리폴리머가 이소시아네이트류, 폴리올류를 반응시켜 합성된다. 즉, R1-NCO + R3-O-H -----> R2-NCO와 같은 반응식에 의해 생성된다.
두 번째, 주제 프리폴리머의 특성은 급반응성을 억제하는 효과와 수반응성을 안정화시키는 특성을 나타내어 수분과의 반응성을 조절할 수 있다. 이러한 수분과의 반응 메카니즘은 다음과 같은 반응식으로 이루어진다.
Figure pat00001
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 조성물은 노후관로의 갱생의 코팅제로 사용시에 노후관로 습윤면 시공성, 진동에 의한 하자, 음용성 적합성, 얇은 두께의 시공 등등이 우수하다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 보다 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
<조성예>
하기 표 3의 조성으로 지방족 폴리이소시아네이트를 주제 물질로 하고, DETDA 및 PCL(Polycaprolactone)계 폴리올, PPG계 Triol, Tetraol 및 Monomer 폴리올을 경화제에 Filler, 반응안정제, 레벨링제, 촉매, 노화방지제를 첨가한 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물을 제조하였다.
항목 조성 물질 비율
주제 물질 Aliphatic Polyisocyate 90-100 중량부
-HDI based NCO-Prepolymernate 90-
-PPG Triol, Polyether-amine복합 Prepolymer
경화제 DETDA 35-50 중량부
PCL(Polycaprolactone)계 폴리올
PPG계 폴리올 Triol, Tetraol
Monomer		 35-50 중량부
기타물질 Filler, 반응안정제, 레벨링제, 촉매, 노화방지제 1-5 중량부
이때, 상기 주제 물질인 polyisocyante는 isocyanate 자체를 사용할 수도 있으나, 아민류나 폴리올류와 반응시켜 prepolymer로 변형하여 사용할 수도 있다. 또한, 상기 PCL계 폴리올로는 Capa 3022, Capa 3031, Capa 3041, Capa 3050, Capa 4101 (Solvay) 등등을 사용하였다. 아울러, PPG계 폴리올로는 GR-600 (Basf), HD-402, NE-240 (Sanyo Chemical) 등등을 사용하였다. Monomer로는 1.3BG, MPD, TEOA 등등을 사용하였다.
한편, 본 발명의 구체적 범위는 상기 기술한 실시예 보다는 특허청구범위에 의하여 한정지어지며, 특허청구 범위의 의미와 범위 및 그 등가적 개념으로 도출되는 모든 변경 및 변형된 형태를 본 발명의 범위로 포함하여 해석하여야 한다.

Claims (9)

  1. 폴리이소시아네이트(Polyisocyanate) 또는 이소시아네이트를 아민류나 폴리올류와 반응시킨 prepolymer를 주제로 포함하고, 폴리아민(Polyamine) 조합물 및 OH-기능기 물질의 조합물을 경화제로 포함하는 것을 특징으로 하는 노후관로 갱생용 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 주제 폴리이소시아네이트 100 중량부를 기준으로 35 내지 60 중량부의 경화제 및 1 내지 6 중량부의 기타 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 노후관로 갱생용 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 폴리이소시아네이트는 TDI(Toluene diisocyanate), MDI(4,4-Diphenylnethane diisocyanate), NDI(1,5-Naphthalene diisocyanate), XDI(Xylene diisocyanate) 및 PPDI(P-phenylene diisocyanete)로 이루어진 방향족 화합물(Aromatic Compound) 군중에서 선택되거나 HDI(1,6-Hexamethylene diisocyanate), IPDI(Isophrone diisocyanate), H12MDI(Cyclohexylmethane diisocyanate), TMDI(Trimethylhexane-1.6-diisocyanate) 및 CHDI(1,4-Cyclohexane diisocyanate)로 이루어진 지방족 화합물(Aliphatic Compound) 군중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 노후관로 갱생용 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리이소시아네이트는 HDI 기반의 NCO-Prepolymer 및/또는 PPG Triol, Polyether-amine 복합 Prepolymer인 Aliphatic Polyisocyanate인 것을 특징으로 하는 노후관로 갱생용 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 경화제중 폴리아민은 DETA(Diethylene amine), TETA(Triethylene amine), DETDA(diethyltoluenediamine), DMDPA(Dimethyldipropylentriamine), DPTA(Dipropylenetriamine), CHAPA(Cyclohexylaminopropylamine), IPDA(Isophorondiamine), TMPDA(n,n,n,n'-Tetramethyl-1-3-propanediamine), TMHDA(n,n,n,n'-Tetramethyl-1-6-hexanediamine), DMCHA(n,n'-Dimethylcyclohexylamine), MOCA(4,4-Methylene bis(2-chloro aniline), DMEA(n,n'-Dimethylethylamine), DMIPA(n,n'-Dimethylisopropylamine) 및 Polyetheramine로 이루어진 군중에서 선택된 아민류인 것을 특징으로 하는 노후관로 갱생용 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물.
  6. 제 1항, 제 2항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리아민은 DETDA인 것을 특징으로 하는 노후관로 갱생용 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 OH-기능기 물질의 조합물은 EG, DEG, DPG, 1.2PG, 1.3BG, 1.4BG, 1.6HD, NPG, MPD, TEA(Triethanolamine) 및 TMP로 이루어진 군 중에서 선택된 monomer OH류; PEG(Polyethylene Glycol), PPG계(Polypropylene Polyol), PTMG(Polytetramethylene Glycol), PCL(Polycaprolactone Polyol) 및 PC(Polycarbonate Polyol)로 이루어진 군 중에서 선택된 폴리올; 및 adipic Acid로 이루어지는 Polyester계 폴리올;로 이루어진 군 중에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 노후관로 갱생용 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물.
  8. 제 1항, 제 2항 및 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 OH-기능기 물질의 조합물은 PCL(Polycaprolactone)계 폴리올, Triol 또는 Tetraol의 PPG계 폴리올 및 Monomer로 구성되는 것을 특징으로 하는 노후관로 갱생용 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 기타 물질은 Filler, 반응안정제, 레벨링제, 촉매 및 노화방지제로 이루어진 군중에서 1종 이상이 선택되는 것을 특징으로 하는 노후관로 갱생용 속경화성 폴리우레아우레탄 조성물.
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