KR20120077898A - 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물 - Google Patents

폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리우레탄수지를 바인더로 사용하고 무기분체를 다량 혼합하여 발포시킨 유?무기 복합 발포체로 단열소재로 사용되어지는 유기단열소재의 가연성 및 화재발생 시 유해물질 발생을 최대한 줄일 수 있는 새로운 단열소재에 대한 것으로, 폴리우레탄 수지, 디이소시아네이트, 경화촉진제, 발포제를 포함하도록 혼합하여 구성되는 폴리우레탄 발포체 조성물 100중량부에 대하여 무기질 충전재 50~200중량부를 첨가하여 이루어진 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물이 개시된다.

Description

폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물{Organic and inorganic complex blowing form composition using polyurethane}
본 발명은 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리우레탄수지를 바인더로 사용하고 무기분체를 다량 혼합하여 발포시킨 유?무기 복합 발포체로 단열소재로 사용되어지는 유기단열소재의 가연성 및 화재발생 시 유해물질 발생을 최대한 줄일 수 있는 새로운 단열소재에 대한 것이다.
기존 단열재 중 유기단열재의 경우 단열성능이 우수하고 시공성이 좋기 때문에 널리 사용되고 있으나 화재에 취약하며, 특히 연소 시 발생되는 유독가스는 인체에 치명적인 악영향을 미친다.
반면에 무기단열재의 경우 유기단열재에 비해 화재에 강한 내화특성은 우수하나 상대적으로 무겁고 단열성 및 시공성이 떨어진다. 또한 무기계 단열재인 그라스울이나 락울 등은 섬유상의 형태로 인해 제작 및 시공과정에서 분진이 발생되며, 섬유상으로 인체 유해성 논란에서 자유롭지 못하며 또한 수분 흡수에 따른 단열성능이 떨어진다는 문제점이 있다.
따라서 유기계 및 무기계 단열재 각각의 문제점을 해결하기 위해 유?무기 복합화를 통한 유?무기 복합 발포체 개발이 필요하다. 즉 불연성이면서도 단열성능이 우수하며, 시공성도 뛰어난 신개념의 단열소재 개발이 필요하며, 유기 단열재의 우수한 단열성, 시공 용이성과 무기 단열재의 불연성을 겸비한 유?무기 하이브리드 복합 단열재의 기술 개발이 필요하다.
본 발명은 종래의 유기단열재의 가연성 및 유해가스 발생을 해소하기 위한 목적으로 유?무기 복합 발포체에 관한 것으로, 폴리우레탄수지 조성물에 난연성을 향상시키기 위하여 탄산칼슘 등의 무기질 충전재를 다량 혼입하여 발포시켜서 발포체 제조하고, 또한 무기질 충전재의 난연성, 충전성 및 무기질 충전재의 함량 증대를 위하여 무기질 충전재의 표면을 실란 및 멜라민 처리를 함과 동시에 분산제 등을 첨가하여 난연성을 향상시킴으로써, 불연성이면서도 단열성능이 우수하며, 시공성도 우수하며, 유기 단열재의 우수한 단열성, 시공 용이성과 무기 단열재의 난연성을 겸비한 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
상기한 과제를 해결한 본 발명의 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물은 폴리우레탄 수지 30~50중량부, 디이소시아네이트 30~50중량부, 경화촉진제 0.1~5중량부, 발포제 1~10중량부를 포함하도록 혼합하여 구성되는 폴리우레탄 발포체 조성물 100중량부에 대하여 무기질 충전재 50~200중량부를 첨가하여 되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 폴리우렌탄 수지는 폴리에테르 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르 폴리올(polyester polyol) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 디이소시아네이트는 디페닐페탄 디이소이아네이트(diphenylmethand diisocyanate; MDI)인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 경화촉진제는 디메틸시클로헥실아민(dimethylcyclohexylamine; DMCHA)인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 발포제는 물이며 중량부로 1-10인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 무기질 충전재는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 탄삼칼슘, 탄산마그네슘, 석고, 황산알루미늄, 탈크, 벤토나이트, 점토로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 무기질 충전재는 그 표면에 멜라민 또는 실란을 코팅시켜 되는 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 무기질 충전재는 평균입도분포 1~50㎛인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 유?무기 복합발포체 조성물 100중량부에 대하여 폴리카복실릭 엑시드(polycarboxylic acid) 계 분산제 1~10중량부를 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제공되는 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체는 가연성인 일반 유기질계 단열재에 무기질 충전재를 다량 혼입하여 유?무기 복합 발포체를 제조함으로써, 단열성능이 우수하고, 경제성 및 시공성이 우수한 불연성 복합단열소재를 제조하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄산칼슘의 첨가량에 따른 유?무기 복합 발포체의 특성을 나타낸 SEM사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄산칼슘의 특성에 따른 점도 변화를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물은 폴리우레탄 수지 30~50중량부, 디이소시아네이트 30~50중량부, 경화촉진제 0.1~5중량부, 발포제 1~10중량부를 포함하도록 혼합하여 구성되는 폴리우레탄 발포체 조성물 100중량부에 대하여 무기질 충전재 50~200중량부를 첨가하여 이루어진다.
상기 폴리우렌탄 수지는 폴리에테르 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르 폴리올(polyester polyol) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 디이소시아네이트는 디페닐페탄 디이소이아네이트(diphenylmethand diisocyanate; MDI)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 경화촉진제는 디메틸시클로헥실아민(dimethylcyclohexylamine; DMCHA)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 발포제는 물을 사용하며 중량부로 1-10을 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 무기질 충전재는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 탄삼칼슘, 탄산마그네슘, 석고, 황산알루미늄, 탈크, 벤토나이트, 점토로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 무기질 충전재는 그 표면에 멜라민 또는 실란을 코팅시켜 되는 것을 사용하는 것이 더 좋다.
상기 무기질 충전재는 평균입도분포 1~50㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 유?무기 복합발포체 조성물 100중량부에 대하여 폴리카복실릭 엑시드(polycarboxylic acid) 계 분산제 1~10중량부를 더 첨가할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같은, 본 발명의 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물은 폴리우레탄 수지, 디이소시아네이트, 경화촉진제, 발포제를 포함하도록 혼합하여 구성되는 폴리우레탄 발포체 조성물 100중량부에 대하여 무기질 충전재 50~200중량부를 첨가하여 이루어진다.
본 발명에 따르면 상기 폴리우레탄 수지는 폴리에테르 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르 폴리올(polyester polyol) 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 30~50중량부, 디이소시아네이트로 MDI(diphenylmethand diisocyanate)를 30~50중량부 경화촉진제로 DMCHA(dimethylcyclohexylamine) 0.1~5 중량부 및 발포제 1~10 중량부를 혼합하여 구성되는 폴리우레탄 발포체 조성물 100 중량부에 대해서 1~50㎛ 범위의 입도분포를 가지는 무기질 충전재를 50~200 중량부 첨가하는 것을 특징으로 한다.
여기에 사용되는 무기질 충전재로는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화칼슘등의 수산화물과 탄삼칼슘, 탄산마그네슘등의 탄산화물, 석고, 황산알루미늄등의 결정수를 가지는 화합물이 사용될 수 있으며, 탈크, 벤토나이트, 점토등의 규산염광물이 될 수 있다. 이들 화합물을 단독 또는 2종이상 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
본 발명에 따르면, 무기질 충전재의 입도는 분산성과 밀접한 관계가 있는데 각 재료의 종류에 따라 바람직한 값이 있다. 대체적으로 그 입도분포가 1~50㎛사이의 것이 바람직하다.
만일, 입도가 1㎛ 이하로 미세한 입자를 첨가한 경우 분산성능이 떨어져서 무기질 충전재의 량을 많이 첨가할 수가 없게 되며, 50㎛를 초과할 경우 입자가 너무 크기 때문에 무기질 입자가 발포체 내에 균일하게 분포하기가 어렵다.
본 발명에서는 상기의 무기질 충전재의 첨가량은 상기 폴리우레탄 발포체 조성물 50 중량부에 대해서 100~200 중량부, 바람직하게는 120~150중량부를 첨가하는 것이 좋다.
본 발명에 따르면, 디이소시아네이트로 디메틸메탄 디이소시아네이트(MDI; diphenylmethand diisocyanate)를 사용하였다. 상기 디이소시아네이트는 30~50중량부를 포함하도록 첨가하였는데, 상기 디이소시아네이트의 첨가량이 30중량부 미만으로 첨가를 하게 되면 발포성능이 떨어지는 단점이 있고, 50중량부를 초과하여 첨가하였을 경우에는 발포체의 강도가 떨어지는 단점이 있어서 바람직하지 않다.
본 발명에 사용되는 반응촉진제 DMCHA(dimethylcyclohexylamine)는 1~5 중량부를 첨가하였는데, 만일, 1중량부 미만으로 첨가를 하면 경화하는 시간이 너무 많이 걸리고 5중량부를 초과하여 첨가를 하게 되면 경화 속도가 너무 빨라 작업성이 저하되는 문제가 있어 불리하다.
본 발명에 따르면, 상기 무기질 충전재는 바람직하게는 유?무기 복합발포체 조성물의 난연성과 분산성을 증대시키기 위하여 무기질 충전재의 표면을 개질하여 사용하는 것이 좋다. 상기 표면개질에 사용되는 개질제는 난연성 향상을 위해 멜라민을 사용하고, 충전재의 분산성을 높이기 위하여 실란을 사용하여 무기질 충전재의 표면에 코팅시켰다.
표면개질 방법은 일반적인 방법으로 멜라민 또는 실란을 탄산칼슘 등의 무기질 충전재의 표면에 코팅시켜 난연성을 증대시켰으며, 또한 실란을 코팅하여 무기질 충전재의 분산성을 향상시켜 충전재 함량 증대를 꽤하였다.
또한, 본 발명에 따르면, 무기질 충전제의 분산성을 향상시키기 위해서 본 발명의 유?무기 복합발포체 조성물 100 중량부에 대해서 폴리카복실릭 엑시드(polycarboxylic acid) 계 분산제를 1~10 중량부 더 첨가하여 구성될 수 있다. 상기 분산제를 첨가함으로서 무기질 충전재 함량을 늘릴 수 있는 장점이 있다. 만일, 상기 분산제의 첨가량이 1중량부 미만 또는 10중량부를 초과할 경우에는 본 발명에서 얻고자 하는 무기질 충전재의 분산성 향상을 얻기 어렵다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 보다 상세히 설명하기로 한다. 단, 하기의 실시예로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
폴리에테르 폴리올 수지 50 중량부, 디이소시아네이트 50중량부, 경화촉진제로 DMCHA(dimethylcyclohexylamine) 1 중량부, 발포제 5 중량부를 포함하는 폴리 우레탄 수지 100 중량부에 대해서 무기질 충전재로서 탄산칼슘을 무첨가(0중량부), 100중량부, 120중량부, 150 중량부 첨가하였다. 이때 사용된 탄산칼슘의 평균입도 분포는 5㎛이었다. 상기의 유?무기 복합발포체 조성물을 사용하여 시편을 제조하였으며, 상기 제조된 시편의 열전도율과 비중, 휨강도를 측정하였으며 그 결과는 하기 표 1과 같고, 첨부도면 도 1에 SEM 사진을 나타내었다.
전체적으로 열전도율은 탄산칼슘 100중량부 첨가하였을 경우 0.042W/mK 이였으며, 150중량부 첨가하였을 경우 열전도율은 약 0.047W/mK 였다.
Figure pat00001
[실시예 2]
폴리올 수지 50 중량부, 디이소시아네이트 50중량부, 경화촉진제로 DMCHA(dimethylcyclohexylamine) 1 중량부 및 무기질 충전재 120중량부에 대해서 발포제로서 물의 첨가량을 달리하여 시편을 제조하였다. 발포제의 함량기준은 중량부이며 물의 첨가량에 따른 특성을 시험하였고 그 결과는 표 2와 같다.
Figure pat00002
[실시예 3]
상기 실시예 1의 폴리 우레탄 수지 100 중량부에 대해서 무기질 충전재 120중량부를 첨가하여 조성물을 제조하여 되며, 상기 무기질 충전재의 입도분포 및 표면코팅 등 탄산칼슘 무기질 충친재의 입자 특성에 따른 점도 변화를 측정하였으며, 그 결과는 첨부도면 도 2와 같다.
먼저 입도의 경우 1㎛의 미세한 입자를 사용하였을 경우보다 5㎛정도의 입자를 사용하였을 경우가 점도가 더 낮아 많은 양의 무기질 충전재를 첨가할 수 있을 확률이 높았다. 그리고 멜라민, 실란 코팅을 할수록 점도가 더 낮게 나타났다. 특히 분산제로 polycarboxylic acid 계를 첨가하였을 경우 분산 효과가 우수하게 나타났다.

Claims (9)

  1. 폴리우레탄 수지 30~50중량부, 디이소시아네이트 30~50중량부, 경화촉진제 0.1~5중량부, 발포제 1~10중량부를 포함하도록 혼합하여 구성되는 폴리우레탄 발포체 조성물 100중량부에 대하여 무기질 충전재 50~200중량부를 첨가하여 되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리우렌탄 수지는 폴리에테르 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르 폴리올(polyester polyol) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 디이소시아네이트는 디페닐페탄 디이소이아네이트(diphenylmethand diisocyanate; MDI)인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 경화촉진제는 디메틸시클로헥실아민(dimethylcyclohexylamine; DMCHA)인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발포제는 물인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기질 충전재는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 탄삼칼슘, 탄산마그네슘, 석고, 황산알루미늄, 탈크, 벤토나이트, 점토로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기질 충전재는 그 표면에 멜라민 또는 실란을 코팅시켜 된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기질 충전재는 평균입도분포 1~50㎛인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물.
  9. 제 1 항 내지 제 8항 중 어느 한 항 기재의 유?무기 복합발포체 조성물 100중량부에 대하여 폴리카복실릭 엑시드(polycarboxylic acid) 계 분산제 1~10중량부를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄을 사용한 유무기 복합 발포체 조성물.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190081033A (ko) * 2017-12-29 2019-07-09 한국세라믹기술원 유무기 복합 단열재의 제조방법
KR102309426B1 (ko) * 2021-04-30 2021-10-06 대한폴리텍(주) 단열재로 사용되는 준불연성 발포체

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190081033A (ko) * 2017-12-29 2019-07-09 한국세라믹기술원 유무기 복합 단열재의 제조방법
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KR20220149378A (ko) * 2021-04-30 2022-11-08 대한폴리텍(주) 단열재로 사용되는 개질 전이금속을 포함하는 준불연성 발포체
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