KR20120099934A - Rigid polyurethane foams for automobile containing biopolyol - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Hard polyurethane foam is provided to able to maintain physical properties like impact resistance, environment-friendliness, moldability, dimensional stability, flame retardance, etc by using bio-polyol having a specific number of functional groups, a specific value of hydroxy group, a specific viscosity, etc. CONSTITUTION: Hard polyurethane foam comprises polyol comprising bio polyol, and isocyanate. A core density of the hard polyurethane foam is 150 kg/m^3 or lower, a compressive strength is 2.0 kg/cm^2 or higher, a flexural strength is 3.0 kg/cm^2 or higher, an elongation is 40% or higher, a dimensional stability is -2.0% or less at 30 °C, 24 hr, and 3.0% or less at 70 °C, 24 hr. The biopolyol comprises 10-60 weight% of natural oil, 10-60 weight% of a polyfunctional active hydrogen-containing compound, 0.1-1.5 weight% of a catalyst, and 20-70 weight% of alkylene oxide. A number of functional groups is 3 or higher, a hydroxyl value of KOH/g is 200-600 mg, and a viscosity 25 25°C is 2,000-25,000.

Description

바이오 폴리올을 함유하는 자동차용 경질 폴리우레탄 폼 {Rigid Polyurethane Foams for automobile Containing Biopolyol}Rigid Polyurethane Foams for automobile Containing Biopolyol

본 발명은 바이오 폴리올을 함유하여 자동차용 재료로서의 물성을 유지할 수 있는 경질 폴리우레탄 폼에 관한 것이다.
The present invention relates to a rigid polyurethane foam containing bio polyols capable of maintaining physical properties as automotive materials.

폴리우레탄의 필수 성분인 폴리올은 통상 석유계 원료로부터 제조되며, 특히 폴리에테르 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르 폴리올(polyester polyol)은 가장 보편화된 폴리올로 알려져 있다. 이러한 폴리올은 제조하고자 하는 폴리우레탄 또는 폴리우레탄 폼의 특성에 중대한 영향을 미친다.Polyols, which are an essential component of polyurethanes, are usually prepared from petroleum-based raw materials, in particular polyether polyols, polyester polyols are known as the most common polyols. Such polyols have a significant effect on the properties of the polyurethane or polyurethane foam to be produced.

일반적으로 분자량이 크고 관능기 수(functionality)가 낮은 폴리올은 연질(soft) 우레탄 폼을 제조하는데 사용되고, 분자량이 작고 관능기 수가 높은 폴리올은 경질(rigid) 우레탄 폼을 제조하는데 사용된다.Generally, high molecular weight and low functional group polyols are used to make soft urethane foams, and small molecular weight and high functional group polyols are used to produce rigid urethane foams.

구체적으로 연질 폴리우레탄 폼에 사용되는 폴리올의 분자량은 대략 1,000 보다 크다. 경질 폴리우레탄 폼에 사용되는 폴리올의 분자량은 대략 200 내지 4,000 수준이며, 강성율(modulus of elasticity)이 약 100,000 psi 이상(23℃), 20℃ 이상의 유리전이온도, 10%를 초과하지 않는 신장율 등의 특성을 갖는다.In particular, the molecular weight of the polyols used in the flexible polyurethane foam is greater than approximately 1,000. The molecular weight of the polyol used in the rigid polyurethane foam is approximately 200 to 4,000, the modulus of elasticity of about 100,000 psi or more (23 ℃), glass transition temperature of 20 ℃ or more, elongation not exceeding 10%, etc. Has the characteristics of.

한편, 석유자원 고갈의 가속화, 기후변화에 따른 온실가스 감축, 원료가격의 상승, 재생 가능한 원료에 대한 필요성 증가 등과 같은 다양한 이유로 인하여 우레탄 분야에서는 석유계 원료로부터 제조되는 폴리올의 재생 또는 환경 친화적인 성분으로 폴리올을 대체하는 방안이 제시되어 왔다.On the other hand, in the urethane field, polyols produced from petroleum-based raw materials are recycled or environmentally friendly due to various reasons such as accelerated exhaustion of petroleum resources, reduction of greenhouse gases due to climate change, rising raw material prices, and increasing need for renewable raw materials. Has been proposed to replace the polyol.

천연오일은 일반적으로 트리글리세라이드(triglyceride) 분자로 구성되고, 글리세롤 접합(junction) 부위에 3개의 지방산(fatty acid)이 결합되어 있는 구조이다. Natural oils are generally composed of triglyceride molecules and have three fatty acids bonded to the glycerol junction.

현재, 천연오일 특히 식물성 오일(vegetable oil)을 이용한 폴리올의 제조는, 1) 에폭시화(epoxidation)-개환(ring opening) 반응(과산화수소 등을 이용하여 분자 구조 내에 활성 산소를 혼입시킨 다음, 알코올 또는 무기산 등으로 개환반응을 수행하는 방법; Kandanarachchi et al., J. Mol. Catal. A: Chem 2002, 184, 65), 2) 하이드로포밀화 반응(로듐 또는 코발트 촉매의 존재 하에서 합성가스와 천연오일을 반응시키는 방법; Petrovic et al., Polyurethanes from vegetable oils. Polymer Reviews 48: 1 109-155), 3) 오존분해(ozonolysis) 반응(천연오일을 직접 오존분해시켜 말단 위치에 히드록시기를 갖는 폴리올을 제조함)을 수행하는 방법; 및 Petrovic et al., Biomacromolecules 2005, 6, 713), 4) 에스테르화 반응(Vilar et al., 2002) 등을 수행하는 방법 등이 알려져 있다.Currently, the production of polyols using natural oils, in particular vegetable oils, involves the use of 1) incorporation of active oxygen into the molecular structure using an epoxidation-ring opening reaction (hydrogen peroxide, etc.), followed by alcohol or Method for performing ring-opening reaction with inorganic acid; Kandanarachchi et al ., J. Mol. Catal. A: Chem 2002, 184, 65), 2) Hydroformylation reaction (syngas and natural oil in the presence of rhodium or cobalt catalyst) Reaction method; Petrovic et al ., Polyurethanes from vegetable oils.Polymer Reviews 48: 1 109-155), 3) Ozone decomposition reaction (Ozone decomposition of natural oils directly to prepare polyols having hydroxyl groups at the terminal positions). How to perform; And Petrovic et al ., Biomacromolecules 2005, 6, 713), 4) esterification reactions (Vilar et al. , 2002) and the like.

천연오일로부터 제조된 바이오 폴리올을 이용한 폴리우레탄 폼이 석유계로부터 제조되는 폴리우레탄 폼에 필적하는 특성을 확보할 수 있는 가능성이 보고되고 있다. 그러나, 실제 바이오 폴리올은 낮은 반응성 등으로 폴리우레탄 폼의 물성이 저하되는 문제가 있다.It is reported that polyurethane foams using bio polyols prepared from natural oils can have properties comparable to polyurethane foams produced from petroleum oils. However, the actual bio polyol has a problem that the physical properties of the polyurethane foam is lowered due to low reactivity.

바이오 폴리올의 낮은 반응성은 2차 알코올의 존재 및 다수의 비관능성 가지의 존재가 하나의 원인으로 작용한다.The low reactivity of biopolyols is attributed to the presence of secondary alcohols and the presence of multiple nonfunctional branches.

한편, 폴리우레탄 폼(polyurethane foam), 특히 경질 폴리우레탄 폼은 다양한 분야에서 사용되고 있는 바, 해당 적용 분야에 따라 요구되는 물성에 차이가 존재한다. 이중 자동차용으로 사용되는 경우에는 특히 내충격성, 친환경성, 성형성, 치수안정성 및 난연성 등이 요구된다.On the other hand, polyurethane foam (polyurethane foam), in particular rigid polyurethane foam is used in various fields, there is a difference in the physical properties required according to the application field. In particular, when used for automobiles, impact resistance, environmental friendliness, moldability, dimensional stability, and flame retardancy are required.

그러나, 종래의 바이오 폴리올을 적용한 경질 폴리우레탄 폼은 바이오 폴리올의 낮은 관능기 수로 인하여 내충격성, 압축강도, 휨강도 및 치수안정성 등의 물리적 물성이 저하될 수 있고, 경질 폴리우레탄 폼 제조 시 셀의 성장을 방해하는 미반응된 천연오일에 의해 성형성이 저하될 수 있어 자동차용 경질 폴리우레탄 폼의 원료로 적용하기에는 한계가 있었다.However, the rigid polyurethane foam to which the conventional bio polyol is applied may be deteriorated in physical properties such as impact resistance, compressive strength, bending strength and dimensional stability due to the low number of functional groups of the bio polyol, and the growth of cells in the production of rigid polyurethane foam Moldability may be degraded by the unreacted natural oils that hinder the application of the rigid polyurethane foam for automobiles.

또한, 종래의 바이오 폴리올은 천연 오일의 특성상 저장 안정성이 저하될 위험성이 높고, 관능기 수가 충분히 높지 않으면서 점도가 높은 경우가 많아 경질 폴리우레탄 폼 제조 과정 중 반응성, 취급성 등의 문제가 발생될 수 있는 한계가 있다. 이에 적정한 관능기 수를 가지고 경질 폴리우레탄 폼으로 제조가 용이한 피마자유 또는 대두유에 대한 적용 가능성을 제시하고 있으나, 이들은 주로 식량 자원으로 사용되거나 비교적 고가이므로 경제성이 낮은 한계가 있었다.In addition, the conventional bio polyol has a high risk of deterioration in storage stability due to the nature of natural oils, and a high viscosity without having a sufficiently high number of functional groups, which may cause problems such as reactivity and handleability during the manufacturing process of rigid polyurethane foam. There is a limit. This suggests the applicability of castor oil or soybean oil, which has an appropriate number of functional groups and is easy to manufacture with rigid polyurethane foam, but these are mainly used as food resources or relatively expensive, and thus have low economical limits.

따라서, 석유계 폴리올을 이용한 자동차용 폴리우레탄 폼과 비교하여 동등 이상의 물성을 제공할 수 있는 바이오 폴리올을 이용한 자동차용 경질 폴리우레탄 폼에 대한 필요성이 요구되고 있다.
Therefore, there is a need for a rigid polyurethane foam for automobiles using bio polyols that can provide equivalent or more physical properties compared to automotive polyurethane foams using petroleum-based polyols.

본 발명은 특정의 관능기 수, 수산기 값(mgKOH/g) 및 점도 등을 갖는 바이오 폴리올을 사용하여 자동차용 경질 우레탄 폼으로서 내충격성, 친환경성, 성형성, 치수안정성 및 난연성 등의 물성을 유지할 수 있는 경질 우레탄 폼을 제공하고자 한다.
The present invention can maintain physical properties such as impact resistance, environmental friendliness, moldability, dimensional stability and flame retardancy as a rigid polyurethane foam for automobiles using a bio polyol having a specific functional group number, hydroxyl value (mgKOH / g) and viscosity, etc. To provide a rigid urethane foam.

본 발명자들은 천연 오일에, 다관능성 활성수소-함유 화합물 및 산화알킬렌을 함유하여 바이오 폴리올에 존재하는 2차 알코올 및 다수의 비관능성 가지의 수를 저하시킨 바이오 폴리올을 경질 폴리우레탄 폼의 구성 성분으로 사용함으로써, 내충격성, 친환경성, 성형성, 치수안정성 및 난연성 등의 자동차용으로서의 물성을 유지할 수 있음을 알게 되었다.The inventors of the present invention have found that a biopolyol containing a polyfunctional active hydrogen-containing compound and alkylene oxide in a natural oil to reduce the number of secondary alcohols and a plurality of nonfunctional branches present in the biopolyol is a component of the rigid polyurethane foam. By using it, it has been found that physical properties for automobiles such as impact resistance, environmental friendliness, moldability, dimensional stability, and flame retardancy can be maintained.

따라서, 본 발명은 천연 오일 10 내지 60 중량%, 다관능성 활성수소-함유 화합물 10 내지 60 중량%, 촉매 0.1 내지 1.5 중량% 및 산화알킬렌이 20 내지 70중량%를 함유하고, 관능기수가 3이상이고, 수산기 값이 200 내지 600 ㎎KOH/g이며, 점도(25℃)가 2,000 내지 25,000 cps인 바이오 폴리올을 포함하는 폴리올; 및 이소시아네이트를 포함하며,Accordingly, the present invention contains 10 to 60% by weight of natural oil, 10 to 60% by weight of polyfunctional active hydrogen-containing compound, 0.1 to 1.5% by weight of catalyst and 20 to 70% by weight of alkylene oxide, having 3 or more functional groups. A polyol comprising a bio polyol having a hydroxyl value of 200 to 600 mgKOH / g and a viscosity (25 ° C.) of 2,000 to 25,000 cps; And isocyanates,

코어밀도가 150 kg/㎥ 이하이고; 압축강도가 2.0 kg/cm2 이상이고; 굴곡강도가 1.5 kg/cm2 이상이고; 인장강도가 3.0 kg/cm2 이상이고; 신율이 40% 이상이고; 치수안정성이 30℃, 24hr에서 -2.0% 이하, 70℃, 24hr에서 3.0% 이하이고; 난연성은 자소성인 자동차용 경질 폴리우레탄 폼을 제공한다.The core density is 150 kg / m 3 or less; Compressive strength is at least 2.0 kg / cm 2 ; Flexural strength is at least 1.5 kg / cm 2 ; Tensile strength is at least 3.0 kg / cm 2 ; Elongation is at least 40%; Dimensional stability is -2.0% or less at 30 ° C and 24hr, 3.0% or less at 70 ° C and 24hr; Flame retardancy provides a rigid polyurethane foam for automobiles that is self-extinguishing.

상기 다관능성 활성수소 화합물은 다관능성 알코올, 다관능성 아민 또는 이들의 혼합물이며, 상기 다관능성 알코올은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 글리세린, 트리메탄올프로페인, 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨, 알파메틸글루코시드, 자일리톨, 솔비톨, 설탕 또는 이의 혼합물이고, 상기 다관능성 아민은 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에탄올아민, 오르소-톨루엔디아민, 디페닐메탄디아민, 디에탄올 아민 또는 이의 혼합물일 수 있다.The polyfunctional active hydrogen compound is a polyfunctional alcohol, a polyfunctional amine or a mixture thereof, the polyfunctional alcohol is ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin, trimethanol propane, pentaerythritol, dipentaerythritol, alphamethylglucoside , Xylitol, sorbitol, sugar or mixtures thereof, the multifunctional amine may be ethylenediamine, diethylenetriamine, triethanolamine, ortho-toluenediamine, diphenylmethanediamine, diethanol amine or mixtures thereof.

상기 촉매는 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화세슘, 디메틸라울아민, 디메틸팔미틸아민, N,N-디메틸도데칸-1-아민, 1-옥타데칸아민 또는 이의 혼합물일 수 있다.The catalyst may be potassium hydroxide, sodium hydroxide, cesium hydroxide, dimethyllaulamine, dimethylpalmitylamine, N, N-dimethyldodecane-1-amine, 1-octadecaneamine or mixtures thereof.

상기 산화알킬렌은 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드 또는 이의 혼합물일 수 있다.The alkylene oxide may be ethylene oxide, propylene oxide or a mixture thereof.

상기 바이오 폴리올은 a) 촉매의 존재 하에서 천연 오일과 다관능성 활성수소-함유 화합물을 교환 반응시키는 단계; 및 b) 상기 교환 반응의 생성물에 산화알킬렌을 부가 반응시키는 단계를 포함하여 제조된 것일 수 있다.The bio polyol comprises the steps of: a) exchanging a natural oil with a polyfunctional active hydrogen-containing compound in the presence of a catalyst; And b) addition reaction of alkylene oxide to the product of the exchange reaction.

상기 바이오 폴리올은 c) 상기 산화알킬렌 화합물의 부가 반응 생성물로부터 상기 촉매를 제거하는 단계를 더 포함하며, 상기 단계 c)는 촉매 흡착제 및 물을 첨가하고 교반한 다음, 여과시키는 방식으로 수행될 수 있다.The bio polyol further comprises c) removing the catalyst from the addition reaction product of the alkylene oxide compound, wherein step c) may be carried out by adding a catalyst adsorbent and water, stirring and filtering have.

상기 바이오 폴리올은 폴리올 100 중량부에 대하여 10 내지 60 중량부로 포함할 수 있다. The bio polyol may include 10 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of polyol.

상기 이소시아네이트는 관능기 수가 2.7 내지 3.0 범위이고, NCO% 값이 25 내지 35 범위이고, 이소시아네이트 인덱스는 90 내지 180 범위이며, 폴리머릭 MDI(디페닐메탄디이소시아네이트)를 포함할 수 있다.The isocyanate has a functional number ranging from 2.7 to 3.0, an NCO% value ranging from 25 to 35, an isocyanate index ranging from 90 to 180, and may include polymeric MDI (diphenylmethane diisocyanate).

상기 폴리올 100 중량부에 대하여 우레탄 촉매 0.1 내지 7.0 중량부, 발포제 0.1 내지 15 중량부 및 계면활성제 0.1 내지 5.0 중량부를 포함할 수 있다.0.1 to 7.0 parts by weight of the urethane catalyst, 0.1 to 15 parts by weight of the blowing agent, and 0.1 to 5.0 parts by weight of the surfactant based on 100 parts by weight of the polyol.

상기 경질 폴리우레탄 폼은 점도(20℃)가 200 내지 2500 cps이고, 비중(20℃)이 1.00 내지 1.30이고, 크림타임(cream time)이 5 내지 65 sec이며, 겔타임(gel time)이 40 내지 200 sec이며, 자유밀도(FD)가 20 내지 120 kg/㎥인 경질 폴리우레탄 폼 제조용 조성물로 이루어질 수 있다.
The rigid polyurethane foam has a viscosity (20 ° C.) of 200 to 2500 cps, a specific gravity (20 ° C.) of 1.00 to 1.30, a cream time of 5 to 65 sec, and a gel time of 40 To 200 sec, it may be made of a composition for producing a rigid polyurethane foam having a free density (FD) of 20 to 120 kg / ㎥.

본 발명의 경질 폴리우레탄 폼은 자동차용 재료인 경질 폴리우레탄 폼으로서 내충격성, 친환경성, 성형성, 치수안정성, 난연성 등의 물성을 유지할 수 있는 이점이 있다.The rigid polyurethane foam of the present invention has the advantage of maintaining physical properties such as impact resistance, environmental friendliness, moldability, dimensional stability, flame retardancy as a rigid polyurethane foam that is a vehicle material.

따라서, 자동차 언더커버(Under Cover), 패키지 트레이(Package Tray), 선쉐이드 보드(Sunshade Board), 충격흡수 폼(Impact Absorption Faom), 헤드 라이너(Head Liner) 등의 용도로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 일부 자동차 실내에 소음이 유입될 수 있는 대쉬 패널(Dash Panel), 플로어(Floor), 루프(Roof), 트렁크(Trunk) 등에서 방음재 역할을 수행할 수 있어 다양한 자동차 내?외장재로 유용하게 활용될 수 있다.Therefore, it can be used not only for automobile under cover, package tray, sunshade board, impact absorption foam, head liner, etc. It can play a role of soundproofing material in dash panel, floor, roof, trunk, etc., which can introduce noise into some automobile interiors, which can be useful as various interior and exterior materials of automobiles. have.

또한, 본 발명의 경질 폴리우레탄 폼은 바이오 폴리올을 이용하여 친환경적이고 재생이 가능한 이점이 있다.
In addition, the rigid polyurethane foam of the present invention has the advantage of eco-friendly and renewable by using a bio polyol.

본 발명은 바이오 폴리올을 함유하여 자동차용 재료로서의 물성을 유지할 수 있는 경질 폴리우레탄 폼에 관한 것이다.
The present invention relates to a rigid polyurethane foam containing bio polyols capable of maintaining physical properties as automotive materials.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 명세서에 있어서 사용되는 용어는 하기와 같이 정의될 수 있다.Terms used in the present specification may be defined as follows.

"폴리올"은 평균 1.0보다 큰 분자 당 히드록시기를 갖는 유기 분자를 의미한다."Polyol" means an organic molecule having hydroxy groups per molecule greater than 1.0 on average.

"폴리우레탄 폼"은 디(di-) 또는 다가이소시아네이트를 이소시아네이트-반응성 수소-함유 화합물(폴리올, 아미노알코올 및/또는 폴리아민)과 발포제(blowing agent)와 반응시켜 얻어지는 셀 구조의(cellular) 발포 생성물을 의미할 수 있다. "Polyurethane foam" is a cellular foam product obtained by reacting di- or polyisocyanates with isocyanate-reactive hydrogen-containing compounds (polyols, aminoalcohols and / or polyamines) and blowing agents. It may mean.

"천연오일"은 동물성 및 식물성 오일을 포함하는 개념으로서, 바람직하게는 식물성 오일일 수 있다. 동물성 오일의 예로는 생선 오일(fish oil), 소 기름, 돼지 기름, 양 기름 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1조오 이상일 수 있다. 또한 식물성 오일의 예로는 해바라기씨유, 캐놀라유, 야자유, 옥수수유, 면실유, 평지자유, 아마인유, 홍화씨유, 귀리유, 올리브유, 팜유, 땅콩유, 유채유, 쌀겨유, 아마씨유, 참깨유, 대두유, 피마자유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 본 발명은 상기 나열된 종류에 한정되는 것은 아니다."Natural oils" is a concept involving animal and vegetable oils, and may preferably be vegetable oils. Examples of the animal oil may be one trillion or more selected from the group consisting of fish oil, bovine oil, pork oil, sheep oil and mixtures thereof. Examples of vegetable oils include sunflower seed oil, canola oil, palm oil, corn oil, cottonseed oil, rapeseed oil, linseed oil, safflower oil, oat oil, olive oil, palm oil, peanut oil, rapeseed oil, rice bran oil, flaxseed oil, sesame oil, It may be at least one selected from the group consisting of soybean oil, castor oil and mixtures thereof. The present invention is not limited to the types listed above.

이들 중 피자마유는 피마자종자[seed of castor bean(Rucinus communis)]를 압착하여 얻어지는 기름이다. 종자 중에 이 기름이 약 45% 포함되어 있고 다른 종자에 비하여 함유율(oil content percentage)이 높다. 유지는 전체적으로 지방산과 글리세린의 트리에스테르(트리글리세리드) 구조로 되어 있다. 피마자유도 이와 유사하게 글리세린의 트리에스테르 또는 지방산의 약 90%가 리시놀레인산(ricinoleic acid)으로 구성되어 있으며, 나머지는 올레인산(oleic acid), 리놀레인산(linoleic acid) 등이 함유되어 있다.Of these, pizza horse oil is an oil obtained by compressing the seed of castor bean (Rucinus communis). Seeds contain about 45% of this oil and have a higher oil content percentage than other seeds. The fats and oils have a triester (triglyceride) structure of fatty acid and glycerin as a whole. Castor oil is similarly composed of about 90% of glycerin's triester or fatty acid with ricinoleic acid, with the remainder containing oleic acid, linoleic acid and the like.

대표적인 식물성 오일의 조성 특성은 하기 표 1에 나타내었다.Compositional properties of representative vegetable oils are shown in Table 1 below.

구 분division 올레인Olein 리놀레인Linoleine 리놀레닌Linolenin 리시놀레인Ricinoleine 스테아린stearin 팔미틴Palmitine 기타Etc 대두유Soybean oil 2424 54.554.5 6.86.8 -- 3.23.2 10.910.9 0.60.6 피마자유Castor oil 6.06.0 1.01.0 -- 89.589.5 1.01.0 2.02.0 0.50.5 홍화씨유Safflower seed oil 13.113.1 77.777.7 -- -- 2.42.4 6.56.5 0.30.3 야자유Palm oil 45.245.2 7.97.9 -- -- 3.63.6 40.840.8 2.52.5

"폴리올의 관능기 수(polyol functionality)"는 폴리올의 분자 당 히드록시기의 평균 수를 의미한다."Polyol functionality" means the average number of hydroxy groups per molecule of polyol.

"수산기 값(hydroxyl number)"은 반응에 참여할 수 있는 반응성 히드록시기의 량을 표시하는 지표로서, 폴리올 1 g으로부터 얻어진 아세틸 화합물에 결합된 초산을 중화하는데 필요한 KOH의 mg수를 의미한다(단위: ㎎KOH/g).The "hydroxyl number" is an indicator of the amount of reactive hydroxyl groups that can participate in the reaction, and refers to the number of mg of KOH required to neutralize acetic acid bound to an acetyl compound obtained from 1 g of polyol (unit: mg) KOH / g).

"닫힌 셀 폼(closed cell foam)"은 개방된 통로에 의하여 연결되지 않은 셀이 다수 비율을 차지하는 폼으로서, 바람직하게는 셀 중 개방되지 않은 셀, 독립기포율(셀 중 닫혀진 셀의 백분율을 의미함)이 적어도 약 88%, 바람직하게는 약 90%인 폼을 의미할 수 있으나, 이러한 수치는 예시적으로 이해되어야 한다.A "closed cell foam" is a foam in which a large percentage of cells are not connected by an open passage, preferably a non-open cell, an independent bubble ratio (the percentage of closed cells in a cell). May refer to a foam that is at least about 88%, preferably about 90%, although such figures are to be understood as illustrative.

"NCO%"는 이소시아네이트 샘플에 함유되어 있는 NCO의 중량%를 의미한다."NCO%" means the weight percent of NCO contained in an isocyanate sample.

"이소시아네이트 인덱스(isocyanate index)"는 우레탄 반응물 중 폴리올 내에 존재하는 히드록시기(-OH) 당량수와 이소시아네이트(-NCO)의 당량수의 비율, 즉, 이론적 당량에 대한 사용되는 이소시아네이트의 량을 의미한다. 따라서, 이소시아네이트 인덱스가 100 미만인 경우에는 과량의 폴리올이 존재함을 의미하는 반면, 이소시아네이트 인덱스가 100을 초과하는 경우에는 과량의 이소시아네이트가 존재한다는 것을 의미한다. "Isocyanate index" means the ratio of the number of equivalents of hydroxyl groups (-OH) and the number of equivalents of isocyanate (-NCO) present in the polyol in the urethane reactant, ie the amount of isocyanate used relative to the theoretical equivalent. Thus, if the isocyanate index is less than 100, it means that there is an excess of polyol, while if the isocyanate index is more than 100, it means that there is an excess of isocyanate.

"산가(acid number)"는 폴리올 샘플 1 g에 존재하는 산을 중화시키는데 필요한 KOH의 mg수를 의미한다(단위: ㎎KOH/g).
"Acid number" means the number of mg of KOH needed to neutralize the acid present in 1 g of polyol sample in mgKOH / g.

본 발명의 자동차용 경질 폴리우레탄 폼은 천연 오일 10 내지 60 중량%, 다관능성 활성수소-함유 화합물 10 내지 60 중량%, 촉매 0.1 내지 1.5 중량% 및 산화알킬렌이 20 내지 70중량% 함유되며, 관능기수가 3 이상이고, 수산기 값이 200 내지 600 ㎎KOH/g이며, 점도(25℃)가 2,000 내지 25,000 cps인 바이오 폴리올을 포함하는 폴리올; 및 이소시아네이트를 포함한다.The rigid polyurethane foam for automobiles of the present invention contains 10 to 60% by weight of natural oil, 10 to 60% by weight of polyfunctional active hydrogen-containing compound, 0.1 to 1.5% by weight of catalyst and 20 to 70% by weight of alkylene oxide, Polyols comprising a biopolyol having a functional number of 3 or more, a hydroxyl value of 200 to 600 mgKOH / g, and a viscosity (25 ° C) of 2,000 to 25,000 cps; And isocyanates.

상기 천연 오일은 위에서 정의된 바와 같으며, 10 내지 60 중량%, 바람직하기로는 15 내지 40 중량%로 사용될 수 있다. 상기 함유량이 10 중량% 미만이면 상대적으로 다른 성분의 양이 지나치게 많아 이로부터 제조된 폴리올은 바이오 폴리올이라 볼 수 없으며, 60 중량%를 초과하는 경우에는 바이오 폴리올의 낮은 관능기 수와 낮은 저장안정성으로 인하여 제조되는 경질 폴리우레탄 폼의 물성이 저하될 수 있다.The natural oil is as defined above and may be used in 10 to 60% by weight, preferably 15 to 40% by weight. When the content is less than 10% by weight, the amount of other components is relatively high, so the polyol prepared therefrom cannot be regarded as a bio polyol. When the content is more than 60% by weight, due to the low functional group number and low storage stability of the biopolyol, The physical properties of the rigid polyurethane foam to be produced may be lowered.

상기 바이오 폴리올은 a) 촉매의 존재 하에서 천연 오일과 다관능성 활성수소-함유 화합물을 교환 반응시키는 단계; 및 b) 상기 교환 반응의 생성물에 산화알킬렌을 부가 반응시키는 단계를 포함하여 제조된다.The bio polyol comprises the steps of: a) exchanging a natural oil with a polyfunctional active hydrogen-containing compound in the presence of a catalyst; And b) addition reaction of alkylene oxide to the product of the exchange reaction.

다관능성 알코올의 예로서 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 디에틸렌글리콜(diethylene glycol), 글리세린(glycerine), 트리메탄올프로페인(trimethanolpropane), 펜타에리스리톨(pentaerythritol), 디펜타에리스리톨(dipentaerythritol), 알파메틸글루코시드(α-methylglucoside), 자일리톨(xylitol), 솔비톨(sorbitol), 설탕(sucrose)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 다관능성 알코올의 관능기 수는 하기 표 2와 같다.Examples of polyfunctional alcohols include ethylene glycol, diethylene glycol, glycerine, trimethanolpropane, pentaerythritol, dipentaerythritol, and alphamethylglucose. Seed (α-methylglucoside), xylitol (xylitol), sorbitol (sorbitol), sugar (sucrose) may be used one or more selected from the group consisting of. The functional group number of the polyfunctional alcohol is shown in Table 2 below.

다관능성 알코올Polyfunctional alcohol 관능기 수(functionality)Functionality 탄수화물계Carbohydrate 설탕Sugar 88 솔비톨Sorbitol 66 알마케틸글루코시드Almarketyl Glucoside 44 지방족계Aliphatic 글리콜류Glycols 22 글리세린glycerin 33 트리메탄올프로페인Trimethanol Propane 33 펜타에리스리톨Pentaerythritol 44

또한, 상기 다관능성 아민의 예로서 에틸렌디아민(ethylenediamine), 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 트리에탄올아민(triethanolamine), 오르소-톨루엔디아민(ortho-toluenediamine, 이성질체), 디페닐메탄디아민(diphenylmethanediamine) 및 디에탄올아민(diethanolamine)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 다관능성 아민의 관능기 수는 하기 표 3과 같다.Further, examples of the multifunctional amine include ethylenediamine, diethylenetriamine, triethanolamine, ortho-toluenediamine (isomers), diphenylmethanediamine, and the like. One or more selected from the group consisting of diethanolamine may be used. The number of functional groups of the polyfunctional amine is shown in Table 3 below.

다관능성 아민Polyfunctional amine 관능기 수(functionality)Functionality 에틸렌디아민Ethylenediamine 44 디에틸렌트리아민Diethylenetriamine 55 톨루엔 디아민Toluene diamine 44 트리에탄올아민Triethanolamine 33

이러한 다관능성 활성수소-함유 화합물은 10 내지 60 중량%, 바람직하기로는 15 내지 40 중량%로 사용될 수 있다. 상기 함유량이 10 중량% 미만이면 관능기의 수가 낮아 목적으로 하는 바이오 폴리올의 물성을 나타내지 못하여 경질 우레탄 폼 및 단열재의 물성에 영향을 미치게 되는 문제가 있으며, 60중량%를 초과하는 경우에는 상대적으로 천연오일의 함량이 낮아지므로 제조된 폴리올을 바이오 폴리올이라 볼 수 없는 문제가 있다.Such polyfunctional active hydrogen-containing compounds may be used at 10 to 60% by weight, preferably 15 to 40% by weight. When the content is less than 10% by weight, the number of functional groups is low, which does not indicate the physical properties of the target biopolyol, which affects the properties of the rigid urethane foam and the heat insulating material. Since the content of the lower polyol is a problem that can not be viewed as a bio polyol.

상기 촉매는 염기성 촉매를 사용하며, 예를 들면 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화세슘(CsOH), 디메틸라울아민(dimethyl lauramine), 디메틸팔미틸아민(dimethyl palmityl amine), N,N-디메틸도데칸-1-아민(N,N-dimethyldodecan-1-amine) 및 1-옥타데칸아민(1-octadecanamine)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.The catalyst uses a basic catalyst, for example potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), cesium hydroxide (CsOH), dimethyl lauramine, dimethyl palmityl amine, N, One or more selected from the group consisting of N-dimethyldodecan-1-amine and 1-octadecanamine may be used.

이러한 촉매는 교환 반응을 수행할 수 있을 정도의 양을 사용하며, 바람직하기로는 0.1 내지 1.5 중량%, 보다 바람직하기로는 0.2 내지 1.0 중량% 사용될 수 있다.Such catalysts are used in an amount sufficient to carry out the exchange reaction, preferably 0.1 to 1.5% by weight, more preferably 0.2 to 1.0% by weight.

상기 교환 반응은 천연 오일의 약 10 내지 90 중량%, 바람직하기로는 20 내지 70 중량% 범위까지 수행되도록 반응 조건을 조절한다. 예컨대, 0.5 내지 3시간, 바람직하기로는 1 내지 2시간에 걸쳐 승온하면서 70 내지 170℃, 바람직하기로는 80 내지 120℃에서 수행될 수 있다.The exchange reaction adjusts the reaction conditions to be carried out in the range of about 10 to 90% by weight, preferably 20 to 70% by weight of the natural oil. For example, it may be carried out at 70 to 170 ° C, preferably 80 to 120 ° C while raising the temperature over 0.5 to 3 hours, preferably 1 to 2 hours.

상기에서 교환 반응되지 않은 천연오일은 산화알킬렌의 부가 반응 단계에서 부가 반응과 함께 교환 반응이 일어나도록 한다. 천연오일은 긴 알킬 사슬을 갖는 친유성 성분이고, 다관능성 활성수소-함유 화합물은 친수성 성분이므로 천연오일의 일부를 교환 반응시킨 다음 산화알킬렌을 부가시킬 경우 상기 산화알킬렌과의 부가 반응을 용이하게 수행할 수 있고, 균일한 구조의 바이오 폴리올을 얻을 수 있어 경질 폴리우레탄 폼 제조용 조성물(바이오 폴리올을 함유한 폴리올 및 기타 첨가제 등)의 저장 안정성을 높일 수 있다.
The natural oil that has not been exchanged above causes the exchange reaction to occur with the addition reaction in the addition reaction step of the alkylene oxide. Natural oil is a lipophilic component having a long alkyl chain, and a polyfunctional active hydrogen-containing compound is a hydrophilic component. Therefore, when a part of natural oil is exchanged and alkylene oxide is added, the addition reaction with the alkylene oxide is easy. It can be carried out in a simple manner, it is possible to obtain a bio-polyol of a uniform structure to improve the storage stability of the composition for producing a rigid polyurethane foam (polyols and other additives containing biopolyol, etc.).

본 발명은 교환 반응에 앞서 천연 오일을 정제하는 전처리 단계를 수행할 수 있다. 이러한 전처리 과정에서 검(gums) 성분 또는 기타 비용해성 불순물(예를 들면, 포스포리피드)을 가라 앉혀 제거할 수 있다. 또한, 분리된 천연 오일층을 알칼리 등으로 처리하여 잔류할 수 있는 유리 지방산 성분 등을 제거할 수도 있다.The present invention may perform a pretreatment step of purifying natural oil prior to the exchange reaction. In this pretreatment, gum components or other insoluble impurities (eg, phospholipids) can be settled and removed. The separated natural oil layer may also be treated with alkali or the like to remove free fatty acid components that may remain.

상기 교환 반응을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The exchange reaction is described in more detail as follows.

다관능성 활성수소-함유 화합물로서 다가 알코올을 사용할 경우, 하기 반응식 1과 같이 천연오일 내에 존재하는 트리글리세라이드는 다가 알코올과의 에스테르교환 반응을 통하여 지방산기를 잃고 디- 및 모노 치환된 히드록시 글리세라이드를 형성하고, 다가 알코올은 상기 분리된 지방산기와 지방산 에스테르를 형성할 수 있다.When a polyhydric alcohol is used as the polyfunctional active hydrogen-containing compound, triglycerides present in natural oils lose fatty acid groups through transesterification with polyhydric alcohols, and di- and mono-substituted hydroxy glycerides can be obtained. And the polyhydric alcohol may form fatty acid esters with the separated fatty acids.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

또한, 다가 아민 중 디에탄올 아민과 같이 분자 내에 히드록시기를 함유하는 다가 아민의 경우, 하기 반응식 2의 반응 메커니즘에 따라 교환 반응이 수행될 수 있다.In addition, in the case of a polyvalent amine containing a hydroxy group in a molecule such as diethanol amine in the polyvalent amine, an exchange reaction may be performed according to the reaction mechanism of Scheme 2 below.

[반응식 2]Scheme 2

Figure pat00002
Figure pat00002

또한, 분자 내에 히드록시기를 함유하지 않는 다가 아민의 경우, 하기 반응식 3의 반응 메커니즘에 따라 교환 반응이 수행될 수 있다(일종의 트랜스아미드화(transamidation) 반응).In addition, in the case of a polyvalent amine that does not contain a hydroxyl group in the molecule, an exchange reaction may be performed according to the reaction mechanism of Scheme 3 below (a kind of transamidation reaction).

[반응식 3]Scheme 3

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 교환 반응은 탈수 처리, 예를 들면 진공 탈수 처리와 함께 수행될 수 있는데, 이는 반응물인 천연오일 내에 미량 또는 소량의 수분이 함유되어 있거나, 촉매를 수용액(예를 들면, 알칼리 수산화물의 수용액) 형태로 사용할 수도 있기 때문이다.The exchange reaction can be carried out with a dehydration treatment, for example vacuum dehydration treatment, which contains a small amount or a small amount of water in the reactant natural oil, or the catalyst is in the form of an aqueous solution (eg an aqueous solution of alkali hydroxide). It can also be used as.

상술한 반응 조건 및 다관능성 활성수소-함유 화합물의 선정은 추후 산화알킬렌 부가 반응의 정도, 최종 경질 폴리우레탄 폼의 제조 과정에서 달성하고자 하는 팽창 정도, 경화 시간 등을 종합적으로 고려하여 정할 수 있다.
The above-mentioned reaction conditions and the selection of the polyfunctional active hydrogen-containing compound may be determined in consideration of the extent of the alkylene oxide addition reaction in the future, the degree of expansion to be achieved in the process of preparing the final rigid polyurethane foam, the curing time, and the like. .

본 발명은 상기 교환 반응(제1 단계 반응)의 생성물에 산화알킬렌을 부가 반응시킨다.The present invention further reacts alkylene oxide with the product of the above exchange reaction (first stage reaction).

상기 교환 반응으로 얻어진 생성물에 산화알킬렌을 특정 함량으로 부가 반응을 수행하면, 높은 관능기를 가지면서 저장 안정성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 점도를 낮게 유지할 수 있고, 이후 건축 단열재용 경질 폴리우레탄 폼에 요구되는 물성을 향상시킬 수 있다.When the addition reaction of alkylene oxide to a specific content of the product obtained by the exchange reaction is carried out, it is possible not only to increase the storage stability while maintaining a high functional group, but also to maintain a low viscosity, which is required for a rigid polyurethane foam for building insulation It can improve the physical properties.

산화알킬렌은 적어도 하나의 산화알킬렌기를 갖는 화합물로서, 예를 들면 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드(1,2-에폭시프로판), 부틸렌 옥사이드(1,4-에폭시부탄), 1,2-에폭시부탄, 2,3-에폭시부탄, 1,2-에폭시펜탄, 1,2-에폭시헥산, 1,2-에폭시헵탄, 1,2-에폭시시클로펜탄, 1,2-에폭시시클로헥산, 아밀렌 옥사이드(amylene oxide) 및 스티렌 옥사이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 상용화를 고려하면 바람직하게는 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드 및 부틸렌 옥사이드를 사용할 수 있으며, 가격적인 면과 물성 구현을 고려하면 보다 바람직하게는 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드를 사용할 수 있다.Alkylene oxide is a compound having at least one alkylene oxide group, for example, ethylene oxide, propylene oxide (1,2-epoxypropane), butylene oxide (1,4-epoxybutane), 1,2-epoxybutane , 2,3-epoxybutane, 1,2-epoxypentane, 1,2-epoxyhexane, 1,2-epoxyheptane, 1,2-epoxycyclopentane, 1,2-epoxycyclohexane, amylene oxide oxide) and styrene oxide may be used. In consideration of commercialization, ethylene oxide, propylene oxide and butylene oxide may be preferably used, and in consideration of cost and physical properties, more preferably ethylene oxide and propylene oxide may be used.

이때, 복수의 산화알킬렌을 조합하여 사용할 경우, 각각의 산화알킬렌을 연속적으로 투입하거나 동시에 투입할 수도 있으며, 산화알킬렌의 혼합 비율을 다양하게 조절하여 물성을 변화를 유도할 수 있다.In this case, when a plurality of alkylene oxides are used in combination, each of the alkylene oxides may be continuously added or simultaneously added, and the mixing ratio of the alkylene oxides may be variously adjusted to induce a change in physical properties.

또한, 교환 반응에서 사용된 촉매, 예를 들면 염기성 촉매(특히, 알칼리 수산화물 촉매)를 이용하여 산화알킬렌 부가 반응을 촉진할 수 있다.It is also possible to promote alkylene oxide addition reactions using catalysts used in the exchange reaction, for example basic catalysts (particularly alkali hydroxide catalysts).

일정량의 전체 반응물 내에서 천연오일의 사용량을 증가시키면 부가 반응에 사용되는 산화알킬렌의 양은 감소하게 된다. 본 발명은 종래에 비해 상대적으로 천연오일의 사용양을 증가시켜 바이오 폴리올을 제조하는 과정에서 투입되는 에너지의 양을 절감시킴으로써 이산화탄소의 배출을 감소시킬 수 있다. Increasing the amount of natural oil in the total amount of reactants reduces the amount of alkylene oxide used in the addition reaction. The present invention can reduce the emission of carbon dioxide by reducing the amount of energy input in the process of producing a bio polyol by increasing the amount of use of natural oil relative to the prior art.

반면, 산화알킬렌이 일정 함량 미만으로 부가되면, 오히려 바이오 폴리올의 점도가 증가하여 취급성이 저하되고 저장 안정성이 감소할 수 있다. On the other hand, when the alkylene oxide is added below a certain amount, the viscosity of the bio polyol may rather increase, resulting in decreased handleability and reduced storage stability.

또한, 천연오일의 사용량을 감소시키고 산화알킬렌의 부가량을 증가시킬 경우, 부가 반응에 소요되는 에너지 투입량을 증가시키는 요인으로 작용하며, 천연오일의 사용량을 지나치게 낮추는 것은 녹색 화학 공정을 추구하는 최근의 기술 경향에도 부합되지 않은 문제가 있다.In addition, when the amount of natural oil is reduced and the amount of alkylene oxide added is increased, the energy input amount required for the addition reaction is increased, and excessively lowering the amount of natural oil is a recent pursuit of green chemical processes. There is also a problem that is not consistent with the technology trends.

또한, 교환 반응에서 사용된 촉매, 예를 들면 염기성 촉매(특히, 알칼리 수산화물 촉매)를 이용하여 산화알킬렌 부가 반응을 촉진할 수 있다.It is also possible to promote alkylene oxide addition reactions using catalysts used in the exchange reaction, for example basic catalysts (particularly alkali hydroxide catalysts).

이처럼, 천연오일 사용에 따른 장점을 극대화하고 천연오일 사용으로부터 기인하는 문제점을 완화하기 위하여 바이오 폴리올 제조를 위한 반응물의 조성, 특히 산화알킬렌 화합물의 부가량을 적절하게 조절할 필요성이 있다.As such, there is a need to properly adjust the composition of the reactants for preparing the biopolyol, in particular the addition amount of the alkylene oxide compound, in order to maximize the advantages of using natural oil and to alleviate the problems resulting from the use of natural oil.

이와 관련하여, 천연 오일과 다관능성 활성수소-함유 화합물 간의 교환 반응 생성물에 부가되는 산화알킬렌은 20 중량% 이하, 바람직하게는 20 내지 70 중량%, 보다 바람직하게는 30 내지 60 중량%를 함유할 수 있다.In this regard, the alkylene oxide added to the exchange reaction product between the natural oil and the polyfunctional active hydrogen-containing compound contains 20% by weight or less, preferably 20 to 70% by weight, more preferably 30 to 60% by weight. can do.

상기 산화알킬렌 부가 반응은 1 내지 40 시간, 바람직하기로는 5 내지 15 시간에 걸쳐 80 내지 140℃, 바람직하기로는 100 내지 120℃의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다. 또한, 압력은 5.0 kgf/㎠ 이하, 바람직하기로는 3 내지 4 kgf/㎠에서 수행될 수 있다.The alkylene oxide addition reaction may be performed under temperature conditions of 80 to 140 ° C., preferably 100 to 120 ° C. over 1 to 40 hours, preferably 5 to 15 hours. The pressure may also be carried out at 5.0 kgf / cm 2 or less, preferably 3 to 4 kgf / cm 2.

본 발명은 산화알킬렌의 부가 반응 단계 후에는 선택적으로 생성물 내에 존재하는 촉매 성분을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 바이오 폴리올 내에 잔존할 경우에는 추후 폴리우레탄 합성 과정에서 폼의 성형성 저하 및 가교 반응이 야기될 수 있으므로 상기 단계를 수행하는 것이 바람직하다.The present invention may further comprise the step of optionally removing the catalyst component present in the product after the addition reaction step of the alkylene oxide. When remaining in the bio polyol, it is preferable to carry out the above steps, since the formability of the foam and the crosslinking reaction may be caused in the polyurethane synthesis process.

상기 촉매 성분의 제거는 촉매 흡착제를 사용하여 수행될 수 있는 바, 구체적으로 산화알킬렌 부가 반응 생성물 내에 촉매 흡착제 및 물을 투입한 다음, 이를 여과하는 방법을 이용할 수 있다. 이때, 상기 촉매 제거 단계는 교반 하에서 수행하는 것이 바람직할 수 있다.Removal of the catalyst component may be performed using a catalyst adsorbent. Specifically, a catalyst adsorbent and water may be introduced into the alkylene oxide addition reaction product, and then the method may be filtered. At this time, the catalyst removal step may be preferably performed under stirring.

상기 촉매 흡착제는 예를 들면 알루미늄 실리케이트(aluminum silicate) 및 마그네슘 실리케이트(magnesium silicate) 등의 규산염을 사용할 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 촉매 흡착제는 0.1 내지 5.0 중량%, 바람직하기로는 0.2 내지 2.0 중량% 범위로 사용할 수 있다.The catalyst adsorbent may be, for example, silicates such as aluminum silicate and magnesium silicate, and these may be used alone or in combination. In addition, the catalyst adsorbent may be used in the range of 0.1 to 5.0% by weight, preferably 0.2 to 2.0% by weight.

또한, 상기 촉매 제거 단계(촉매 흡착제 사입 및 흡착 처리)는 1 내지 15 시간, 바람직하기로는 2 내지 10 시간에 걸쳐 50 내지 140℃, 바람직하기로는 70 내지 100℃ 동안 수행될 수 있다.In addition, the catalyst removal step (catalyst adsorbent injection and adsorption treatment) may be performed for 1 to 15 hours, preferably 2 to 10 hours for 50 to 140 ℃, preferably 70 to 100 ℃.

상기 반응(교환 반응 및 산화알킬렌의 부가 반응)에 의하여 제조된 바이오 폴리올은 관능기 수가 3 이상(바람직하기로는 3 내지 7), 수산기 값은 200 내지 600 ㎎KOH/g(바람직하기로는 300 내지 500 ㎎KOH/g), 및 점도(25℃)는 약 2,000 내지 25,000 cps(바람직하기로는 3,000 내지 15,000 cps) 범위일 수 있다.The biopolyol prepared by the above reaction (exchange reaction and addition reaction of alkylene oxide) has a functional group number of 3 or more (preferably 3 to 7), and a hydroxyl value of 200 to 600 mgKOH / g (preferably 300 to 500). MgKOH / g), and viscosity (25 ° C.) may range from about 2,000 to 25,000 cps (preferably 3,000 to 15,000 cps).

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 바이오 폴리올은 관능기 수 증가 및 잔류하는 천연오일의 함량을 감소시킴으로써 우수한 물리적 성상을 나타내며, 특히 상당량의 산화알킬렌을 분자 구조 내에 부가함으로써, 점도가 상대적으로 낮아지고, 저장안정성이 개선되는 특성을 갖고 있다. 이러한 특성은 종래 기술에서는 예상치 못한 것으로서, 취급이 용이하고 장기간 보관 시에도 폴리올의 물성 변화를 억제할 수 있는 장점을 갖게 된다. 또한, 반응물의 선정, 반응물 간의 비율, 밀도, 반응성 등을 조절하여 제조하고자 하는 경질 폴리우레탄 폼의 특성을 용이하게 변경시킬 수 있다. As described above, the bio polyol prepared according to the present invention exhibits excellent physical properties by increasing the number of functional groups and decreasing the amount of remaining natural oil, and in particular, by adding a considerable amount of alkylene oxide into the molecular structure, the viscosity is relatively high. It is lowered, and the storage stability is improved. Such a characteristic is unexpected in the prior art, and has the advantage of being easy to handle and suppressing a change in physical properties of the polyol even during long-term storage. In addition, it is possible to easily change the properties of the rigid polyurethane foam to be prepared by controlling the selection of reactants, the ratio between the reactants, density, reactivity, and the like.

이러한 개선점으로 인하여, 상기 바이오 폴리올을 이용하여 제조된 경질 폴리우레탄 폼은 특히 자동차용 재료의 용도로 적합하다.
Due to these improvements, rigid polyurethane foams made using the biopolyols are particularly suitable for automotive materials.

한편, 상기에서 제조된 바이오 폴리올을 포함한 폴리올과 이소시아네이트와 우레탄 반응시킴으로써 경질 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있다. On the other hand, a rigid polyurethane foam can be prepared by urethane-reacting a polyol including the bio polyol prepared above and an isocyanate.

이러한 우레탄 반응의 메커니즘은 당 업계에서 공지되어 있으며, 제조하고자 하는 경질 폴리우레탄 폼이 자동차용 재료에 적합한 물성을 나타내도록 다양한 첨가제(예를 들면, 촉매, 발포제, 계면활성제, 난연제 등)을 혼합하여 제조될 수 있다.The mechanism of such a urethane reaction is known in the art, by mixing a variety of additives (for example, catalysts, blowing agents, surfactants, flame retardants, etc.) so that the rigid polyurethane foam to be produced exhibits suitable properties for automotive materials Can be prepared.

경질 폴리우레탄 폼의 제조방법은 특별히 한정하지는 않으며, 첨가제, 폴리올, 이소시아네이트를 동시에 혼합하여 우레탄 반응을 수행하거나, 첨가제를 먼저 폴리올에 첨가하고, 첨가제가 함유된 폴리올과 이소시아네이트를 우레탄 반응시킬 수 있다. 상기 첨가제, 폴리올 및 이소시아네이트를 동시에 혼합하는 경우 농도의 국부적인 불균일성으로 인하여 균일한 우레탄 폼의 형성이 용이하지 않으며, 폴리올의 취급성, 우레탄 폼의 성형성 등의 측면이 용이하지 않을 수 있으므로 후자의 방법이 바람직하다.The manufacturing method of the rigid polyurethane foam is not specifically limited, The urethane reaction may be performed by simultaneously mixing an additive, a polyol, and an isocyanate, or an additive may be first added to a polyol, and the polyol and the isocyanate containing an additive may be urethane-reacted. When the additive, polyol and isocyanate are mixed at the same time, the formation of uniform urethane foam is not easy due to the local nonuniformity of the concentration, and the latter may not be easy in terms of the handleability of the polyol and the moldability of the urethane foam. The method is preferred.

상기 폴리올과 이소시아네이트는 화학 양론비로 반응이 수행되나, 반응의 효율성 등을 고려하여 폴리올 100 중량부에 대하여 이소시아네이트는 80 내지 180 중량부, 바람직하기로는 90 내지 150 중량부 범위를 사용할 수 있다.The polyol and the isocyanate are reacted at a stoichiometric ratio, but considering the efficiency of the reaction, the isocyanate may be used in an amount of 80 to 180 parts by weight, preferably 90 to 150 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polyol.

또한, 제조하고자 하는 경질 폴리우레탄 폼의 특성을 고려하면, 이소시아네이트 인덱스는 60 내지 400, 바람직하기로는 90 내지 200, 자동차용을 고려하면 보다 바람직하기로는 90 내지 180 범위일 수 있다.In addition, considering the properties of the rigid polyurethane foam to be prepared, the isocyanate index may be in the range of 60 to 400, preferably 90 to 200, more preferably 90 to 180 in consideration of automotive applications.

이하에서는 상기 경질 폴리우레탄 폼을 제조하기 위한 반응물(폴리올, 이소시아네이트 및 첨가제)에 대하여 구체적으로 기술한다.Hereinafter, the reactants (polyols, isocyanates and additives) for preparing the rigid polyurethane foam will be described in detail.

본 발명의 폴리올은 바이오 폴리올을 반드시 포함하며, 추가적으로 에테르 폴리올, 에스테르 폴리올 또는 이의 혼합물을 포함할 수 있다.The polyols of the present invention necessarily include bio polyols and may additionally comprise ether polyols, ester polyols or mixtures thereof.

상기 에테르 폴리올의 예로서 글리세린(glycerine), 트리메탄올프로페인(trimethanolpropane), 펜타에리스리톨(pentaerythritol), 디펜타에리스리톨(dipentaerythritol), 알파메틸글루코시드(α-methylglucoside), 자일리톨(xylitol), 솔비톨(sorbitol) 및 설탕(sucrose) 등과 같은 다관능성 알코올; 및/또는 오르소-톨루엔 디아민(o-toluene diamine), 에틸렌디아민(ethylene diamine), 트리에탄올아민(triethanol amine) 등과 같은 다관능성 아민을 출발 물질로 하여 산화알킬렌(예를 들면, 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 부틸렌 옥사이드 또는 이들의 혼합물)을 부가한 폴리올을 들 수 있다. 이와 같이 선택적으로 함유 가능한 에테르 폴리올의 합성 방법은 당업계에서 공지되어 있는 바, 기본 반응 메커니즘은 하기 반응식 4와 같다. Examples of the ether polyols include glycerin, trimethanolpropane, pentaerythritol, dipentaerythritol, alphapentylerythritol, alpha-methylglucoside, xylitol, and sorbitol. ) And polyfunctional alcohols such as sugar (sucrose); And / or alkylene oxides (eg, ethylene oxide, propylene) starting from polyfunctional amines such as ortho-toluene diamine, ethylene diamine, triethanol amine, etc. as starting materials. Oxides, butylene oxides or mixtures thereof) may be added. Methods of synthesizing such optionally containing ether polyols are known in the art, and the basic reaction mechanism is shown in Scheme 4 below.

[반응식 4]Scheme 4

Figure pat00004
Figure pat00004

에스테르 폴리올의 예로서, 폴리하이드릭(polyhydric) 알코올과 다가산(특히 다가 카르복시산)의 반응 생성물을 들 수 있다. 이때, 다가산 대신에 이의 무수물, 저급 알코올과의 에스테르 화합물 또는 이의 혼합물을 사용할 수도 있다. 보다 구체적으로, 2가산(예를 들면, 무수프탈산, 테레프탈산, 스베린산, 세바식산, 이소프탈산, 트리멜리트산, 숙신산, 아디프산, 푸마르산 등)과 다가 알코올류(예를 들면, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 글리세린, 트리메틸롤프로판, 프로필렌 글리콜 등)를 중합하여 합성된 폴리올을 사용할 수 있다. 또한, 단일 에스테르 폴리올을 사용할 수도 있고, 2 이상의 에스테르 폴리올을 조합하여 사용할 수도 있다. 이러한 에스테르 폴리올 합성을 위한 반응 메커니즘은 하기 반응식 5와 같다.Examples of ester polyols include reaction products of polyhydric alcohols and polyhydric acids (particularly polyhydric carboxylic acids). At this time, instead of the polyacid, anhydrides thereof, ester compounds with lower alcohols, or mixtures thereof may be used. More specifically, diacid (e.g., phthalic anhydride, terephthalic acid, suberic acid, sebacic acid, isophthalic acid, trimellitic acid, succinic acid, adipic acid, fumaric acid, etc.) and polyhydric alcohols (e.g., ethylene glycol , Polyethylene synthesized by polymerizing diethylene glycol, 1,4-butanediol, glycerin, trimethylolpropane, propylene glycol and the like). In addition, a single ester polyol may be used, or two or more ester polyols may be used in combination. The reaction mechanism for the synthesis of such ester polyols is shown in Scheme 5 below.

[반응식 5]Scheme 5

Figure pat00005
Figure pat00005

열전도율, 압축 강도 등과 같은 자동차용 재료로서 요구되는 다양한 물성을 만족하기 위하여 바이오 폴리올과 함께 사용 가능한 폴리올(에테르 폴리올 및/또는 에스테르 폴리올)의 수산기 값은 50 내지 600 ㎎KOH/g 범위일 수 있다. 상기 수산기 값의 적절한 선택을 통하여 경질 폴리우레탄 폼의 물성(예를 들면, 열전도율 및 강도 특성(압축강도, 휨강도 등))을 조절할 수도 있다.The hydroxyl value of the polyols (ether polyols and / or ester polyols) that can be used with bio polyols in order to satisfy the various physical properties required for automotive materials such as thermal conductivity, compressive strength and the like can range from 50 to 600 mgKOH / g. It is also possible to adjust the properties of the rigid polyurethane foam (eg, thermal conductivity and strength properties (compressive strength, flexural strength, etc.)) through appropriate selection of the hydroxyl value.

상기 폴리올은 바이오 폴리올을 10 중량%이상, 바람직하기로는 10 내지 60 중량%로 포함할 수 있다. 또한 추가될 수 있는 에테르 폴리올은 80 중량% 이하(바람직하기로는 20 내지 70 중량%), 에스테르 폴리올은 40 중량% 이하(바람직하기로는 20 중량%이하) 사용할 수 있다. The polyol may comprise 10 wt% or more, preferably 10 to 60 wt% of the bio polyol. In addition, ether polyols which may be added may be used in an amount of 80 wt% or less (preferably 20 to 70 wt%), and ester polyols in 40 wt% or less (preferably 20 wt% or less).

일례로 에테르 폴리올은 (i) 약 5.5 내지 7의 관능기 수, 350 내지 500 ㎎KOH/g의 수산기 값을 갖는 에테르 폴리올 60 내지 100 중량% 및 (ii) 2 내지 5의 관능기 수, 100 내지 500 ㎎KOH/g의 수산기 값을 갖는 에테르 폴리올이 0 내지 40 중량%를 포함하는 혼합물로 구성할 수 있다. 또한, 에스테르 폴리올은 2 내지 4의 관능기 수, 50 내지 400 ㎎KOH/g의 수산기 값을 갖는 것을 사용할 수 있다.In one example, the ether polyol comprises (i) 60 to 100% by weight of ether polyol having a hydroxyl value of about 5.5 to 7, a hydroxyl value of 350 to 500 mgKOH / g, and (ii) a number of functional groups of 2 to 5, 100 to 500 mg It may consist of a mixture comprising 0 to 40% by weight of ether polyols having a hydroxyl value of KOH / g. Moreover, ester polyol can use what has a functional group number of 2-4, and a hydroxyl value of 50-400 mgKOH / g.

또 다른 일례로 에테르 폴리올은 (i) 5 내지 6.5의 관능기 수, 300 내지 550 ㎎KOH/g의 수산기 값을 갖는 에테르 폴리올 60 내지 100 중량% 및 (ii) 2 내지 5의 관능기 수, 30 내지 450 ㎎KOH/g의 수산기 값을 갖는 에테르 폴리올 0 내지 40중량%를 포함하는 혼합물로 구성할 수 있다. 또한, 에스테르 폴리올은 2 내지 3의 관능기 수, 50 내지 400 ㎎KOH/g의 수산기 값을 갖는 것을 사용할 수 있다.In another example, the ether polyol may comprise (i) 60 to 100% by weight of ether polyol having a functional group number of 5 to 6.5, a hydroxyl value of 300 to 550 mgKOH / g, and (ii) a functional group number of 2 to 5, 30 to 450 It may consist of a mixture comprising 0 to 40% by weight of an ether polyol having a hydroxyl value of mgKOH / g. Moreover, the ester polyol can use what has a functional group number of 2-3 and a hydroxyl group value of 50-400 mgKOH / g.

본 발명의 이소시아네이트는 폴리올과 반응하여 폼 내에 우레탄 결합을 형성하는 것으로, 이소시아네이트기에 방향족, 시클로지방족 및/또는 지방족기가 연결된 화합물을 포함한다.Isocyanates of the present invention react with polyols to form urethane bonds in the foam, and include compounds in which aromatic, cycloaliphatic and / or aliphatic groups are linked to isocyanate groups.

이소시아네이트 화합물은 당업계에서 알려져 있는 것으로, 예를 들면 에틸렌 디이소시아네이트, 1,4-테트라메틸렌 디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 1,12-도데칸 디이소시아네이트, 시클로부탄-1,3-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,3-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,4-디이소시아네이트, 1-이소시아네이토-3,3,5-트리메틸-5-이소시아네이토메틸-시클로헥산(이소포론 디이소시아네이트), 2,4-헥사히드로톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-헥사히드로톨루엔 디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄-4,4'-디이소시아네이트(수소화 MDI, 또는 HMDI), 1,3-페닐렌 디이소시아네이트, 1,4-페닐렌 디이소시아네이트, 2,4- 및 2,6-톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 디페닐메탄-2,4'-디이소시아네이트, 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트(MDI), 나프틸렌-1,5-디이소시아네이트, 트리페닐-메탄-4,4',4"-트리이소시아네이트, 폴리페닐-폴리메틸렌-폴리이소시아네이트(crude MDI), 노르보르난 디이소시아네이트, m-이소시아네이토페닐 설포닐이소시아네이트, p-이소시아네이토페닐 설포닐이소시아네이트, 과염소화 아릴 폴리이소시아네이트, 카르보디이미드-개질 폴리이소시아네이트, 우레탄-개질 폴리이소시아네이트, 알로파네이트-개질 폴리이소시아네이트, 이소시아누레이트-개질 폴리이소시아네이트, 우레아-개질 폴리이소시아네이트, 뷰렛-함유 폴리이소시아네이트, 이소시아네이트-말단 예비중합체 또는 이들의 혼합물 등이 있다. Isocyanate compounds are known in the art, for example ethylene diisocyanate, 1,4-tetramethylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, 1,12-dodecane diisocyanate, cyclobutane-1,3 -Diisocyanate, cyclohexane-1,3-diisocyanate, cyclohexane-1,4-diisocyanate, 1-isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethyl-cyclohexane ( Isophorone diisocyanate), 2,4-hexahydrotoluene diisocyanate, 2,6-hexahydrotoluene diisocyanate, dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate (hydrogenated MDI, or HMDI), 1,3- Phenylene diisocyanate, 1,4-phenylene diisocyanate, 2,4- and 2,6-toluene diisocyanate (TDI), diphenylmethane-2,4'- diisocyanate, diphenylmethane-4,4 ' Diisocyanate (MDI), naphthylene-1,5-diisocyanate , Triphenyl-methane-4,4 ', 4 "-triisocyanate, polyphenyl-polymethylene-polyisocyanate (crude MDI), norbornane diisocyanate, m-isocyanatophenyl sulfonyl isocyanate, p-iso Cyanatophenyl sulfonyl isocyanate, perchlorinated aryl polyisocyanate, carbodiimide-modified polyisocyanate, urethane-modified polyisocyanate, allophanate-modified polyisocyanate, isocyanurate-modified polyisocyanate, urea-modified polyisocyanate , Biuret-containing polyisocyanates, isocyanate-terminated prepolymers or mixtures thereof.

상기 이소시아네이트는 2.5 내지 3.5의 관능기 수, 25 내지 35의 NCO%인 것을 사용할 수 있다. 자동차용으로 적합한 이소시아네이트는 2.6 내지 3.0(바람직하기로는 대략 2.7 정도)의 관능기 수, 25 내지 35 범위의 NCO% 값(바람직하기로는 27 내지 32의 NCO% 값)을 갖는 MDI, 폴리머릭 MDI 또는 crude MDI(p-MDI, 전형적으로는 중량평균분자량(Mw): 약 350 내지 420)일 수 있다. p-MDI는 전형적으로 상온에서 갈색 액상을 띄며, 점도 범위는 100 내지 3,000 cps(보다 구체적으로, 100 내지 300 cps) 범위를 나타낼 수 있다.The isocyanate may be a functional group number of 2.5 to 3.5, NCO% of 25 to 35. Suitable isocyanates are MDI, polymeric MDI or crude having functional groups ranging from 2.6 to 3.0 (preferably around 2.7), NCO% values ranging from 25 to 35 (preferably NCO% values from 27 to 32). MDI (p-MDI, typically a weight average molecular weight (M w ): about 350 to 420). p-MDI typically has a brown liquid at room temperature and a viscosity range may range from 100 to 3,000 cps (more specifically, 100 to 300 cps).

상기 폴리올과 이소시아네이트 간의 반응은 경화 시간 등을 단축하기 위하여 우레탄 제조용 촉매의 존재 하에서 수행될 수 있다. 상기 촉매는 특별히 제한되지 않으나, 통상적으로 2급 또는 3급 아민 화합물 등과 같은 아민계 촉매, 유기 금속과 같은 금속 촉매로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.The reaction between the polyol and the isocyanate may be carried out in the presence of a catalyst for preparing urethane in order to shorten the curing time. The catalyst is not particularly limited, and at least one selected from the group consisting of an amine catalyst such as a secondary or tertiary amine compound and a metal catalyst such as an organic metal may be used.

상기 아민계 촉매로는 일례로 트리에틸렌디아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리이소프로판올아민, 트리부틸아민, 트리옥틸아민, 헥사데실디메틸아민, 테트라메틸에틸렌디아민, 3-메톡시-N-디메틸-프로필아민, 디에틸에탄올-아민, N-코코모르폴린, N,N-디에틸-3-디에틸아미노프로필 아민, 트리스(3-디메틸아미노) 프로필헥사히드로트리아민, N-메틸몰포린, N-에틸몰포린, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 디메틸에탄올아민, 트리에탄올아민, N-메틸디에탄올아민, N,N-디메틸에탄올아민, 디에틸렌트리아민, N,N,N',N'-테트라메틸부탄디아민, N,N,N',N'-테트라에틸헥사메틸렌디아민, 펜타메틸렌디에틸렌디아민, N,N'-디메틸벤질아민, N,N-디메틸시클로헥실아민, N,N,N',N',n'-펜타메틸디에틸렌트리아민 및 트리에틸렌디아민로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 이때, N,N-디메틸시클로헥실아민은 상품명 Polyact8, N,N,N',N',n'-펜타메틸디에틸렌트리아민는 상품명 Polyact5, 및 트리에틸렌디아민의 경우는 상품명 TEDA-33P 등이 사용될 수 있다.Examples of the amine catalyst include triethylenediamine, triethylamine, tripropylamine, triisopropanolamine, tributylamine, trioctylamine, hexadecyldimethylamine, tetramethylethylenediamine, 3-methoxy-N-dimethyl -Propylamine, diethylethanol-amine, N-cocomorpholine, N, N-diethyl-3-diethylaminopropyl amine, tris (3-dimethylamino) propylhexahydrotriamine, N-methylmorpholine, N-ethylmorpholine, monoethanolamine, diethanolamine, dimethylethanolamine, triethanolamine, N-methyldiethanolamine, N, N-dimethylethanolamine, diethylenetriamine, N, N, N ', N' Tetramethylbutanediamine, N, N, N ', N'-tetraethylhexamethylenediamine, pentamethylenediethylenediamine, N, N'-dimethylbenzylamine, N, N-dimethylcyclohexylamine, N, N, At least one member selected from the group consisting of N ', N', n'-pentamethyldiethylenetriamine and triethylenediamine Can be used. In this case, N, N-dimethylcyclohexylamine is a brand name Polyact8, N, N, N ', N', n'-pentamethyldiethylenetriamine is a brand name Polyact5, and in the case of triethylenediamine, a brand name TEDA-33P Can be.

또한, 상기 금속 촉매로는 일례로 포타슘옥테이트(potassium octoate), 포타슘아세테이트(potassium acetate), 비스무스계 겔 촉매(bismuth-based gel catalyst) 및 주석계 촉매(tin type catalyst)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. In addition, the metal catalyst is selected from the group consisting of, for example, potassium octoate, potassium acetate, bismuth-based gel catalyst, and tin type catalyst. More than one species may be used.

상기 겔 촉매는 우레탄 폼 내에 우레탄 사슬을 형성하는 겔 반응을 주로 촉진하는 역할을 한다. 또한, 상기 주석계 촉매는 일례로 카르복시산의 주석염, 주석 아크릴레이트, 트리알킬주석 산화물, 디알킬주석 디할라이드, 디알킬주석 산화물(디부틸주석(IV) 산화물 등), 디부틸주석 디아우레이트, 디부틸주석 디아세테이트, 디에틸주석 디아세테이트, 디헥실주석 디아세테이트, 디-2-에틸헥실주석 산화물, 디옥틸주석 디옥사이드 및 주석 옥토에이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.The gel catalyst mainly serves to promote the gel reaction to form a urethane chain in the urethane foam. In addition, the tin-based catalyst is, for example, tin salt of carboxylic acid, tin acrylate, trialkyl tin oxide, dialkyl tin dihalide, dialkyl tin oxide (dibutyltin (IV) oxide, etc.), dibutyltin diaurate, One or more selected from the group consisting of dibutyltin diacetate, diethyltin diacetate, dihexyltin diacetate, di-2-ethylhexyltin oxide, dioctyltin dioxide and tin octoate may be used.

상기 우레탄 촉매는 폴리올 100 중량부에 대하여 0.1 내지 7.0 중량부, 바람직하기로는 0.2 내지 5.0 중량부 범위로 사용할 수 있다. 통상적으로, 촉매는 사용량이 증가할수록 폴리우레탄 폼을 형성하는 반응 속도가 증가되나, 반응 속도가 지나치게 빠른 경우에는 성형 공간을 채우기 전에 폴리올 및 이소시아네이트가 고상으로 변화할 수 있고, 작업성이 나쁜 문제가 야기될 수도 있으므로 적절히 조절하는 것이 바람직하다.The urethane catalyst may be used in the range of 0.1 to 7.0 parts by weight, preferably 0.2 to 5.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyol. In general, as the amount of the catalyst increases, the reaction rate for forming the polyurethane foam increases, but when the reaction rate is too fast, the polyol and the isocyanate may change into solid phase before filling the molding space, and the problem of poor workability It may be caused, it is preferable to adjust appropriately.

발포제는 우레탄 반응 중 기포를 발생시키는 역할을 하는 바, 우레탄 반응에는 참여하지 않고 반응열에 의하여 기화(승화)되어 기포를 형성하는 물리적 발포제 및 화학적 발포제인 물(이소시아네이트와 반응하여 이산화탄소를 발생시킴)로 구분할 수 있는 바, 상기 2가지 타입을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. The foaming agent plays a role of generating bubbles during the urethane reaction. As the foaming agent does not participate in the urethane reaction, it is vaporized (sublimed) by the heat of reaction and water (chemical reaction agent which generates carbon dioxide by reacting with isocyanate) which forms bubbles. As can be distinguished, the two types may be used alone or in combination.

물리적 발포제는 반응열에 의해 발포제가 기화(승화)되며, 이로 인한 가스는 폼의 둘러싸인 셀에 의하여 쌓여짐으로써 제조되는 폼이 낮은 열전도율을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 물리적 발포제는 폴리우레탄 폼의 요구 특성(밀도 등)을 조절할 수 있다.The physical blowing agent vaporizes (sublimates) the heat of the reaction, and the resulting gas may accumulate by the enclosed cells of the foam so that the foam produced may exhibit low thermal conductivity. In addition, the physical blowing agent can adjust the required properties (density, etc.) of the polyurethane foam.

이때, 탄화수소계인 C-pentane, 수소화염화불화탄소계인 HCFC-141b(1,1-디클로로-1-플루오로에탄), 하이드로불화탄소(HFC)계인 HFC-245fa(1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판), HFC-365mfc, 혼합 HFC-365mfc/227ea, 이들의 혼합물 등을 발포제로 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 종래에 사용되었던 CFC계 발포제의 사용을 배제하는 것은 아니나, 환경 문제를 야기할 수 있으므로 가급적 사용을 배제하는 것이 바람직할 수 있다. 바람직하게는 보다 친환경적 성분인 C-Pentane, HFC계 등을 사용할 수 있다. 특히, 닫힌 셀 단열 폼 제조에 사용되는 HFC계 발포제로서 HFC-245fa를 사용할 수 있다.At this time, hydrocarbon-based C-pentane, hydrochlorofluorocarbon based HCFC-141b (1,1-dichloro-1-fluoroethane), hydrofluorocarbon (HFC) based HFC-245fa (1,1,1,3,3 -Pentafluoropropane), HFC-365mfc, mixed HFC-365mfc / 227ea, mixtures thereof and the like may be preferably used as blowing agent. Although it does not exclude the use of CFC-based blowing agents that have been used in the past, it may be preferable to exclude the use as possible because it may cause environmental problems. Preferably, more environmentally friendly components such as C-Pentane, HFC-based, and the like may be used. In particular, HFC-245fa can be used as the HFC-based blowing agent used in the manufacture of closed cell insulation foam.

상기 발포제는 폴리올 100 중량부에 대하여 0.1 내지 15 중량부를 포함할 수 있으며, 구체적으로 물리적 발포제는 폴리올 100중량부에 대하여 0.1 내지 15 중량부, 바람직하기로는 0.1 내지 10 중량부 범위일 수 있다. 또한, 화학적 발포제는 폴리올 100중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부, 보다 바람직하기로는 0.5 내지 6.0 중량부 범위일 수 있다.
The blowing agent may include 0.1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyol, and specifically, the physical blowing agent may range from 0.1 to 15 parts by weight, preferably 0.1 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polyol. In addition, the chemical blowing agent may range from 0.1 to 10 parts by weight, more preferably from 0.5 to 6.0 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polyol.

본 발명은 폴리우레탄 폼 내의 셀 구조에 영향을 주는 계면활성제를 사용할 수 있다. 상기 계면활성제는 반응 원료의 혼합 안정화, 기포 발생, 기포의 안정화 등의 작용을 할 수 있다. 예를 들면, 표면장력을 감소시켜 셀의 크기를 작게 함으로써 표면적을 증가시킬 수 있고, 표면 탄성을 증가시켜 셀 파괴가 일어나기 전에 임계적으로 확장하는 막을 회복할 수 있도록 함으로써 폼 안정성을 높일 수 있으며, 그리고 셀 구조의 변형을 감소시키는 표면점도를 증가시킬 수 있다.The present invention can use surfactants that affect the cell structure in the polyurethane foam. The surfactant may act as a mixture stabilization of the reaction raw material, bubble generation, stabilization of the bubble. For example, it is possible to increase the surface area by reducing the surface tension to decrease the size of the cell, and increase the foam stability by increasing the surface elasticity to recover the critically expanding film before cell breakdown occurs. And it is possible to increase the surface viscosity to reduce the deformation of the cell structure.

이처럼, 발포 폴리우레탄 내의 셀 구조를 고려하여 계면활성제의 종류를 적절하게 선정할 수 있으며, 이의 구체적인 예로서 실리콘계 계면활성제 또는 정포제를 들 수 있는 바, 예를 들면, Evonik 사의 제품명 B-8462, B-8871, B-8481, B-8404 등이 있다. 이와 관련하여, 닫힌 셀 형성에 유리하도록 분자량 1,000 내지 10,000 g/mol, 보다 바람직하기로는 3,000 내지 7,000 g/mol의 폴리실록산 에테르(polysiloxane ether)계를 사용할 수 있다. 특히, 발포제로서 물을 사용하는 경우, 실리콘계 계면활성제의 사용이 바람직할 수 있다.As such, the type of the surfactant may be appropriately selected in consideration of the cell structure in the foamed polyurethane. Examples thereof include silicone-based surfactants or foam stabilizers, for example, product names B-8462, manufactured by Evonik Corporation, B-8871, B-8481, and B-8404. In this regard, polysiloxane ether systems having a molecular weight of 1,000 to 10,000 g / mol, more preferably 3,000 to 7,000 g / mol, may be used to favor closed cell formation. In particular, when water is used as the blowing agent, the use of silicone-based surfactants may be preferred.

계면활성제의 사용량은 폴리올 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5.0 중량부, 보다 바람직하기로는 0.5 내지 3.0 중량부 범위일 수 있다.The amount of the surfactant used may be in the range of 0.1 to 5.0 parts by weight, more preferably 0.5 to 3.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyol.

이외에도 본 발명은 사슬 연장제, 난연제, 착색제, 필러, 내부 이형제, 대전 방지제, 항균제, 셀 조절제, 반응억제제 등을 단독으로 또는 조합하여 적절하게 첨가하여 반응시킬 수 있다.In addition to the present invention, chain extenders, flame retardants, colorants, fillers, internal mold release agents, antistatic agents, antimicrobial agents, cell control agents, reaction inhibitors and the like may be appropriately added or reacted.

상기 사슬 연장제는 저분자량의 다가알코올(예를 들면, 에틸렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 글리세린 등), 저분자량의 아민폴리올(디에탄올아민, 트리에탄올아민 등), 폴리아민(에틸렌디아민, 자일렌디아민 등)이 사용가능하다.The chain extenders include low molecular weight polyhydric alcohols (e.g., ethylene glycol, 1,4-butanediol, glycerin, etc.), low molecular weight amine polyols (dieethanolamine, triethanolamine, etc.), polyamines (ethylenediamine, xylene Diamines, etc.) can be used.

상기 난연제는 최종 제조되는 폴리우레탄 폼에 난연성을 부여하기 위하여 사용되는 성분으로서, 필요시 요구되는 수준을 고려하여 적절한 량으로 사용할 수 있다. 예를 들면, 인계 난연제(TCPP, TCEP, Phosphorus ester 등)를 사용할 수 있다.The flame retardant is a component used to impart flame retardancy to the polyurethane foam to be produced finally, may be used in an appropriate amount in consideration of the required level if necessary. For example, phosphorus flame retardants (TCPP, TCEP, Phosphorus ester, etc.) may be used.

그 밖의 첨가 성분 역시 당업계에서 사용되는 종류 및 사용량으로 선정하면 족할 것이다.Other additive ingredients may also be selected by the type and amount used in the art.

본 발명의 우레탄 반응은 통상적인 폼 형성 원리 및 관련 장치를 이용할 수 있는 바, 특히 자동차용 재료에 부합하도록 닫힌 셀 폼(closed cell foam)을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 일례로 폴리올, 이소시아네이트 및 첨가제를 접촉시키고 혼합한 다음, 셀 형 고분자 형태로 팽창/경화시킬 수 있다(구체적으로, 발포 단계). 또 다른 일례로 폴리올과 첨가제를 먼저 혼합한 다음, 반응을 위하여 이소시아네이트과 혼합하여 팽창/경화 반응을 수행할 수도 있다.The urethane reactions of the present invention may utilize conventional foam forming principles and related devices, and in particular, it may be desirable to form a closed cell foam to conform to automotive materials. In one example, the polyols, isocyanates and additives can be contacted and mixed and then expanded / cured in the form of cell-like polymers (specifically, the foaming step). As another example, the polyol and the additive may be mixed first, followed by mixing with an isocyanate for the reaction to perform an expansion / curing reaction.

또한 폼 형성을 위하여 발포기를 사용할 수 있는 바, 발포 온도는 15 내지 30℃(보다 바람직하기로는 18 내지 28℃) 및 발포 압력은 90 내지 160 bar(보다 바람직하기로는 110 내지 140 bar) 범위일 수 있다. 또한, 일 구체예에 있어서, 자동차용 경질 우레탄 폼에 특히 적합하도록 몰드의 온도를 25 내지 65℃(보다 바람직하기로는 35 내지 60℃) 또는 실온(20 내지 25℃), 탈형 시간은 4 내지 60분(보다 바람직하기로는 2 내지 40분), 숙성시간은 10 내지 72시간(보다 바람직하기로는 10 내지 48시간)으로 조절할 수 있다.
It is also possible to use a foaming machine for foam formation, the foaming temperature can range from 15 to 30 ° C. (more preferably 18 to 28 ° C.) and the foaming pressure from 90 to 160 bar (more preferably 110 to 140 bar). have. Further, in one embodiment, the temperature of the mold is 25 to 65 ° C. (more preferably 35 to 60 ° C.) or room temperature (20 to 25 ° C.), and the demolding time is 4 to 60 so as to be particularly suitable for automobile rigid urethane foams. The minutes (more preferably 2 to 40 minutes) and the aging time can be adjusted to 10 to 72 hours (more preferably 10 to 48 hours).

본 발명의 구체예에 따라 제조되는 차량충격완화 장치용, 패키지 트레이 및 언더커버용 우레탄 폼은 일정한 모양의 성형몰드에 폴리우레탄 원료를 주입하여 원하는 모양의 성형물을 제작한다.The urethane foam for vehicle shock absorbing device, package tray and undercover manufactured according to the embodiment of the present invention injects a polyurethane raw material into a molding mold of a predetermined shape to produce a molding having a desired shape.

또한, 헤드라이너용 우레탄 폼은 블록(block)폼의 형태로 발포하여, 일정 기간 숙성 후 절단하여 원하는 모양의 성형물을 제작한다. In addition, the urethane foam for the headliner is foamed in the form of a block (block), aged after a certain period of time to produce a molded article of the desired shape.

상기 경질 폴리우레탄 폼 제조용 조성물(폴리올 및 기타 첨가제)은 점도(20℃)가 200 내지 2500 cps이고, 비중(20℃)이 1.00 내지 1.30이고, 크림타임(cream time)이 5 내지 65 sec이며, 겔타임(gel time)이 40 내지 200 sec이며, 자유밀도(FD)가 20 내지 120 kg/㎥일 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 경질 폴리우레탄 폼 제조용 조성물의 점도 및 비중은 경질 폴리우레탄 폼 제조용 조성물 중 이소시아네이트가 제외된 혼합물의 물성이다.The composition for preparing the rigid polyurethane foam (polyol and other additives) has a viscosity (20 ° C) of 200 to 2500 cps, specific gravity (20 ° C) of 1.00 to 1.30, cream time of 5 to 65 sec, The gel time may be 40 to 200 sec, and the free density (FD) may be 20 to 120 kg / m 3. At this time, the viscosity and specific gravity of the composition for producing a rigid polyurethane foam according to the present invention is the physical property of the mixture isocyanate is excluded in the composition for producing a rigid polyurethane foam.

이러한 경질 폴리우레탄 폼 제조용 조성물은 자동차에 적용되는 분야에 따라 요구되는 물성이 상이하다.The composition for producing rigid polyurethane foam has different physical properties required according to the field applied to automobiles.

일례로, 차량충격완화 장치용 경질 폴리우레탄 폼의 조성물은 점도(20℃)가 900 내지 2500 cps이고, 비중(20℃)이 1.0 내지 1.20이고, 크림타임(cream time)이 10 내지 20 sec이고, 겔타임(gel time)이 40 내지 70 sec이며, 자유밀도(F/D)가 30 내지 60 kg/㎥일 수 있다. For example, the composition of the rigid polyurethane foam for a vehicle shock absorber has a viscosity (20 ℃) of 900 to 2500 cps, specific gravity (20 ℃) of 1.0 to 1.20, cream time (10 to 20 sec) and Gel time (gel time) is 40 to 70 sec, free density (F / D) may be 30 to 60 kg / ㎥.

일례로, 패키지 트레이 및 언더커버용 경질 폴리우레탄 폼의 조성물은 점도(20℃)가 800 내지 2500 cps이고, 비중(20℃)이 1.0 내지 1.20이고, 크림타임(cream time)이 30 내지 60 sec이고, 겔타임(gel time)이 50 내지 100 sec이며, 자유밀도(F/D)가 70 내지 100 kg/㎥일 수 있다. For example, the composition of the rigid polyurethane foam for package tray and undercover has a viscosity (20 ° C.) of 800 to 2500 cps, a specific gravity (20 ° C.) of 1.0 to 1.20, and a cream time of 30 to 60 sec. Gel time (gel time) is 50 to 100 sec, free density (F / D) may be 70 to 100 kg / ㎥.

일례로, 헤드라이너용 경질 폴리우레탄 폼의 조성물은 점도(20℃)가 900 내지 1500 cps이고, 비중(20℃)이 1.0 내지 1.20이고, 크림타임(cream time)이 30 내지 60 sec이고, 겔타임(gel time)이 150 내지 200 sec이며, 자유밀도(F/D)가 25 내지 40 kg/㎥일 수 있다. In one example, the composition of the rigid polyurethane foam for headliner has a viscosity (20 ℃) of 900 to 1500 cps, specific gravity (20 ℃) of 1.0 to 1.20, cream time (30 to 60 sec), gel Gel time is 150 to 200 sec, free density (F / D) may be 25 to 40 kg / ㎥.

또한, 본 발명의 경질 폴리우레탄 폼은 코어밀도가 150 kg/㎥이하이고; 압축강도가 2.0 kg/cm2이상이고; 굴곡강도가 1.5 kg/cm2이상이고; 인장강도가 3.0 kg/cm2이상이고; 신율이 40% 이상이고; 치수안정성이 30℃, 24hr에서 -2.0%이하, 70℃, 24hr에서 3.0% 이하이고; 난연성은 자소성을 나타낼 수 있다.Further, the rigid polyurethane foam of the present invention has a core density of 150 kg / m 3 or less; Compressive strength is at least 2.0 kg / cm 2 ; Flexural strength is at least 1.5 kg / cm 2 ; Tensile strength is at least 3.0 kg / cm 2 ; Elongation is at least 40%; Dimensional stability is -2.0% or less at 30 ° C and 24hr, and 3.0% or less at 70 ° C and 24hr; Flame retardancy may indicate self-extinguishing.

이러한 경질 폴리우레탄 폼은 자동차에 적용되는 분야에 따라 요구되는 물성(규격)이 상이하다.Such rigid polyurethane foams have different required physical properties (specifications) according to the field of application to automobiles.

일례로, 차량충격완화 장치용 경질 폴리우레탄 폼은 코어밀도가 70 kg/㎥ 이하이고; 압축강도가 4.0 kg/cm2 이상이고; 굴곡강도가 7.0 kg/cm2 이상이고; 독립기포율 10% 이하이고; 치수안정성이 30℃, 24hr에서 -2.0% 이하, 70℃, 24hr에서 3.0% 이하이고; 난연성은 자소성을 나타낼 수 있다.For example, the rigid polyurethane foam for a vehicle shock absorber has a core density of 70 kg / m 3 or less; Compressive strength is at least 4.0 kg / cm 2 ; Flexural strength is at least 7.0 kg / cm 2 ; Independent bubble ratio is 10% or less; Dimensional stability is -2.0% or less at 30 ° C and 24hr, 3.0% or less at 70 ° C and 24hr; Flame retardancy may indicate self-extinguishing.

일례로, 패키지 트레이 및 언더커버용 경질 폴리우레탄 폼은 코어밀도가 150 kg/㎥ 이하이고; 압축강도가 6.0 kg/cm2 이상이고; 굴곡강도가 10.0 kg/cm2 이상이고; 독립기포율 90% 이상이고; 치수안정성이 30℃, 24hr에서 -2.0% 이하, 70℃, 24hr에서 3.0% 이하이고; 난연성은 자소성을 나타낼 수 있다.In one example, the rigid polyurethane foam for package tray and undercover has a core density of 150 kg / m 3 or less; Compressive strength is at least 6.0 kg / cm 2 ; Flexural strength is at least 10.0 kg / cm 2 ; Independent bubble ratio of 90% or more; Dimensional stability is -2.0% or less at 30 ° C and 24hr, 3.0% or less at 70 ° C and 24hr; Flame retardancy may indicate self-extinguishing.

일례로, 헤더라이너용 경질 폴리우레탄 폼은 코어밀도가 40 kg/㎥ 이하이고; 압축강도가 1.0 kg/cm2 이상이고; 굴곡강도가 1.5 kg/cm2 이상이고; 인장강도가 3.0 kg/cm2 이상이고; 신율이 40% 이상이고; 난연성은 자소성을 나타낼 수 있다.
In one example, the rigid polyurethane foam for header liner has a core density of 40 kg / m 3 or less; Compressive strength is at least 1.0 kg / cm 2 ; Flexural strength is at least 1.5 kg / cm 2 ; Tensile strength is at least 3.0 kg / cm 2 ; Elongation is at least 40%; Flame retardancy may indicate self-extinguishing.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당 업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
Hereinafter, preferred examples are provided to aid the understanding of the present invention, but the following examples are merely for exemplifying the present invention, and it is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope and spirit of the present invention. Naturally, such modifications and variations fall within the scope of the appended claims.

1)천연오일1) Natural oil

팜유: Sigma-Aldrich사의 분자량(Mw): 약 950; Cas. No.: 8002-75-3 Palm oil: molecular weight (Mw) from Sigma-Aldrich; about 950; Cas. No .: 8002-75-3

대두유: Sigma-Aldrich사의 분자량(Mw) 약 968.7; Cas. No.: 8001-22-7Soybean oil: molecular weight (Mw) from Sigma-Aldrich; about 968.7; Cas. No .: 8001-22-7

피마자유: Sigma-Aldrich사의 분자량(Mw) 946.7; 관능기: 2.7; Cas No.: 8001-79-4Castor oil: molecular weight (Mw) 946.7 from Sigma-Aldrich; Functional group: 2.7; Cas No .: 8001-79-4

2)다관능성 활성수소-함유 화합물2) polyfunctional active hydrogen-containing compounds

설탕(sucrose): Sigma-Aldrich사의 분자량(Mw) 342.3; 관능기: 8; Cas No.: 57-50-1Sugar: molecular weight (Mw) 342.3 from Sigma-Aldrich; Functional group: 8; Cas No .: 57-50-1

솔비톨 : Sigma-Aldrich사의 분자량(Mw) 178.1; 관능기: 6가Sorbitol: molecular weight (Mw) 178.1 from Sigma-Aldrich; Functional group: 6

펜타에리스리톨 : Sigma-Aldrich사의 분자량(Mw) 136.2; 관능기: 4가Pentaerythritol: molecular weight (Mw) 136.2 from Sigma-Aldrich; Functional group: tetravalent

글리세린: Sigma-Aldrich사의 분자량(Mw) 92.1; 관능기: 3; Cas. No.: 56-81-5Glycerin: molecular weight (Mw) 92.1 from Sigma-Aldrich; Functional group: 3; Cas. No .: 56-81-5

o-TDA: KPX 화인케미칼(주)의 분자량(Mw) 122.2; 관능기: 4o-TDA: Molecular weight (M w ) of KPX Fine Chemical Co., Ltd. 122.2; Functional group: 4

트리에탄올아민 : Sigma-Aldrich사의 분자량(Mw) 149.2Triethanolamine: Molecular weight (Mw) of Sigma-Aldrich Co., Ltd. 149.2

에틸렌디아민 : Sigma-Aldrich사의 분자량(Mw) 60.1Ethylenediamine: Molecular weight (Mw) of Sigma-Aldrich 60.1

3)폴리올 제조 시 교환 촉매3) Exchange catalyst in the production of polyols

KOH 촉매: Sigma-Aldrich사의 KOH solution(농도: 45% solution, Cas. No.: 1310-58-3) 분자량(Mw) 56.1KOH catalyst: KOH solution of Sigma-Aldrich (concentration: 45% solution, Cas.No .: 1310-58-3) Molecular weight (Mw) 56.1

디메틸라울아민: Kao Corporation의 제품명: DM-2098; Cas. No: 112-18-5Dimethyllaulamine: the product name of Kao Corporation: DM-2098; Cas. No: 112-18-5

4)산화알킬렌4) alkylene oxide

프로필렌옥사이드(PO): SKC(주)의 분자량(Mw) 58.08; Cas. No: 75-56-9Propylene oxide (PO): molecular weight (Mw) of SKC Co., Ltd. 58.08; Cas. No: 75-56-9

에틸렌옥사이드(EO): 호남석유화학(주)의 분자량(Mw) 44.05; Cas. No75-21-8Ethylene oxide (EO): Molecular weight (Mw) of Honam Petrochemical Co., Ltd. 44.05; Cas. No75-21-8

5)이소시아네이트5) isocyanate

금호미쓰이화학(주)의 제품명 Cosmonate M-200(화합물명: p-MDI, 관능기: 2.7, NCO%: 31) Cosmonate M-200 (compound name: p-MDI, functional group: 2.7, NCO%: 31) manufactured by KUMHO MITSUI CHEMICAL Co.,

6)우레탄 촉매6) urethane catalyst

아민계 촉매: Air Product사의 제품명 Polyact5(Pentamethyldiethylenetriamine) 및 Polyact8(Dimethylcyclohexylamine), KPX케미칼(주)의 TEDA-33P(Triethylenediamine/DPG)Amine catalysts: Polyact5 (Pentamethyldiethylenetriamine), Polyact8 (Dimethylcyclohexylamine) and KPX Chemical Co., Ltd. TEDA-33P (Triethylenediamine / DPG)

7)계면활성제7) surfactants

실리콘계 계면활성제: Evonik 사의 제품명 B-8462, B-8871, B-8481 및 B-8404Silicone surfactants: product names B-8462, B-8871, B-8481 and B-8404 from Evonik

8)발포제8) foaming agent

Zhejiang Juhua Calcium Carbide Co., Ltd.사의 제품명 HCFC-141b (화합물: 1,1-dichloro-1-fluoroethane; Cas. No.: 1717-00-6)Product Name HCFC-141b (Compound: 1,1-dichloro-1-fluoroethane; Cas.No .: 1717-00-6) of Zhejiang Juhua Calcium Carbide Co., Ltd.

9)난연제9) Flame Retardant

Supresta사의 제품명 Fyrol PCF (화합물: Tris (2-chloroisopropyl) phosphate; Cas. No.: 13674-84-5)
Product name Fyrol PCF (Compound: Tris (2-chloroisopropyl) phosphate; Cas. No .: 13674-84-5)

폴리올 제조Polyol manufacturers

실시예 1Example 1

20L의 고압용기에 설탕, 팜유 및 KOH(45중량%) 촉매를 첨가하고, 질소분위기(감압치환) 하에서 교반한 후, 약 1 시간 동안 약 120℃에서 진공 탈수시키면서 반응을 수행하였다. 그 다음, 약 115℃에서 프로필렌옥사이드를 투입하여 15시간 동안 반응시켰다. Sugar, palm oil and KOH (45 wt%) catalyst were added to a 20 L high-pressure container, stirred under a nitrogen atmosphere (reduced pressure reduction), and the reaction was performed while vacuum dehydrating at about 120 ° C. for about 1 hour. Then, propylene oxide was added at about 115 ° C. for 15 hours.

상기와 같이 얻어진 반응 생성물에 촉매흡착제 및 물을 첨가하여 약 80℃에서 약 1 시간 동안 교반한 다음, 여과하여 바이오 폴리올을 합성하였다. 상기 반응물의 조성비를 하기 표 4에 나타내었다.
The catalyst adsorbent and water were added to the reaction product thus obtained, stirred at about 80 캜 for about 1 hour, and then filtered to synthesize a bio-polyol. The composition ratio of the reactants is shown in Table 4 below.

실시예 2 및 3Examples 2 and 3

반응물 중 천연 오일의 종류를 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 바이오 폴리올을 합성하였으며, 반응물의 조성비를 하기 표 4에 나타내었다.Biopolyol was synthesized in substantially the same manner as in Example 1 except for changing the type of natural oil in the reactants, and the composition ratio of the reactants is shown in Table 4 below.

구 분 (중량부)Classification (parts by weight) 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 천연오일Natural oil 팜유palm oil 200200 -- -- 대두유Soybean oil -- 200200 -- 피마자유Castor oil -- -- 200200 다관능성 활성 수소 함유 화합물Polyfunctional active hydrogen-containing compounds 설탕 Sugar 300300 300300 300300 솔비톨Sorbitol -- -- -- 펜타에리스리톨Pentaerythritol -- -- -- 글리세린glycerin -- -- -- o-TDAo-TDA -- -- -- 트리에탄올아민Triethanolamine -- -- -- 에틸렌디아민Ethylenediamine -- -- -- 물(반응)Water (reaction) 1010 1010 -- 촉매catalyst KOH(45%)KOH (45%) 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 산화알킬렌Alkylene oxide POPO 488488 488488 498498 물(처리)Water (treatment) 소량handful 소량handful 소량handful 촉매흡착제Catalyst adsorbent 마그네슘실리케이트Magnesium silicate 소량handful 소량handful 소량handful 합계Sum 1001.51001.5 1001.51001.5 1001.51001.5

실시예 4 내지 9Examples 4-9

본 실시예에서는 천연 오일로서 팜유를 사용하고, 다관능성 활성수소-함유 화합물의 종류를 변경하여 하기 표 5에 기재된 조성비에 따라 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 바이오 폴리올을 합성하였다. In this embodiment, palm oil was used as a natural oil, and the biopolyol was synthesized in substantially the same manner as in Example 1 according to the composition ratios shown in Table 5 by changing the type of the polyfunctional active hydrogen-containing compound.

구 분 (중량부)Classification (parts by weight) 실시예 4Example 4 실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 실시예 7Example 7 실시예 8Example 8 실시예 9Example 9 천연오일Natural oil 팜유palm oil 200200 200200 200200 200200 200200 200200 다관능성 활성 수소 함유 화합물Polyfunctional active hydrogen-containing compounds 설탕 Sugar 300300 - - - - - - -- - - 솔비톨Sorbitol  -- 240240 - - - - - - - - 펜타에리스리톨Pentaerythritol  -- -- 280280 - - - - - - 글리세린glycerin  -- - - - - - - - - - - o-TDAo-TDA  -- - - - - 275275 - - - - 트리에탄올아민Triethanolamine  -- - - - - -- 300300 - - 에틸렌디아민Ethylenediamine  -- - - - - - - - - 150150 물(반응)Water (reaction) 1010 -- - - - - 2020 - - 촉매catalyst KOH(45%)KOH (45%) 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 산화알킬렌Alkylene oxide POPO 488488 560560 520520 520520 480480 650650 물(처리)Water (treatment) 소량handful 소량handful 소량handful 소량handful 소량handful 소량handful 촉매흡착제Catalyst adsorbent 마그네슘실리케이트Magnesium silicate 소량handful 소량handful 소량handful 소량handful 소량handful 소량handful 합계Sum 1001.51001.5 1003.51003.5 1003.51003.5 998.5998.5 1003.51003.5 1003.51003.5

실시예 10 내지 13Examples 10 to 13

본 실시예에서는 천연 오일로서 피마자유를 사용하고, 다관능성 활성수소-함유 화합물의 종류를 변경하여 하기 표 6에 기재된 조성비에 따라 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 바이오 폴리올을 합성하였다. In this example, castor oil was used as a natural oil, and the biopolyol was synthesized in substantially the same manner as in Example 1 according to the composition ratio shown in Table 6 by changing the type of the polyfunctional active hydrogen-containing compound.

구 분 (중량부)Classification (parts by weight) 실시예 10Example 10 실시예 11Example 11 실시예 12Example 12 실시예 13Example 13 천연오일Natural oil 피마자유Castor oil 200200 200200 200200 200200 다관능성 활성 수소 함유 화합물 Polyfunctional active hydrogen-containing compounds 설탕 Sugar 300300 - - - - - - 솔비톨Sorbitol - - 230230 - - - - 펜타에리스리톨Pentaerythritol - - - - 260260 - - 글리세린glycerin - - - - - - 230230 물(반응)Water (reaction) -- - - - - - - 촉매catalyst KOH(45%)KOH (45%) 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 산화알킬렌Alkylene oxide POPO 498498 570570 540540 570570 물(처리)Water (treatment) 소량handful 소량handful 소량handful 소량handful 촉매흡수제Catalyst Absorber 마그네슘실리케이트Magnesium silicate 소량handful 소량handful 소량handful 소량handful 합계Sum 1001.51001.5 1003.51003.5 1003.51003.5 1003.51003.5

실시예 14 내지 16Examples 14-16

본 실시예에서는 천연 오일로서 팜유를 사용하고, 복수의 다관능성 활성수소-함유 화합물 간의 비율을 변경하여 하기 표 7에 기재된 조성비에 따라 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 바이오 폴리올을 합성하였다. In this example, palm oil was used as a natural oil, and biopolyols were synthesized in substantially the same manner as in Example 1 according to the composition ratios shown in Table 7 by changing the ratio between the plurality of multifunctional active hydrogen-containing compounds.

구 분 (중량부)Classification (parts by weight) 실시예 14Example 14 실시예 15Example 15 실시예 16Example 16 천연오일Natural oil 팜유palm oil 200200 250250 300300 다관능성 활성 수소 함유 화합물Polyfunctional active hydrogen-containing compounds 설탕 Sugar 300300 200200 150150 글리세린glycerin -- 100100 100100 물(반응)Water (reaction) 1010 - - 1010 촉매catalyst KOH(45%)KOH (45%) 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 산화알킬렌Alkylene oxide POPO 488488 450450 440440 물(처리)Water (treatment) 소량handful 소량handful 소량handful 촉매흡수제Catalyst Absorber 마그네슘실리케이트Magnesium silicate 소량handful 소량handful 소량handful 합계Sum 1001.51001.5 1003.51003.5 1003.51003.5

실시예 17 내지 20Examples 17-20

본 실시예에서는 산화알킬렌의 종류와 비율, 그리고 촉매 종류를 변경하여 하기 표 8에 기재된 조성비에 따라 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 바이오 폴리올을 합성하였다. In this example, the biopolyol was synthesized in substantially the same manner as in Example 1 according to the composition ratios shown in Table 8 by changing the type and ratio of alkylene oxide and the type of catalyst.

구 분 (중량부)Classification (parts by weight) 실시예 17Example 17 실시예 18Example 18 실시예 19Example 19 실시예 20Example 20 천연오일Natural oil 팜유palm oil 200200 200200 200200 200200 다관능성 활성 수소 함유 화합물 Polyfunctional active hydrogen-containing compounds 설탕 Sugar 300300 300300 300300 300300 물(반응)Water (reaction) 1010 1010 10 10 1010 촉매catalyst KOH(45%)KOH (45%) 3.5 3.5 3.53.5 -- -- 디메틸라울아민Dimethyllaulamine -- - - 10.0 10.0 - - 디메틸팔미틸아민Dimethylpalmitylamine -- -- -- 10.0 10.0 산화알킬렌Alkylene oxide POPO 488488 300300 480480 480480 EOEO -- 190190 - - - - 물(처리)Water (treatment) 소량handful 소량handful -- -- 촉매흡수제Catalyst Absorber 마그네슘실리케이트Magnesium silicate 소량handful 소량handful -- -- 합계Sum 1001.51001.5 1003.51003.5 10001000 10001000

비교예 1Comparative Example 1

2000㎖의 둥근바닥플라스크에 소르비톨 563.3 중량부 및 KOH 2 중량부를 첨가하고 질소분위기 하에서 교반한 후, 110℃에서 진공탈수하였다. 상기 혼합물에 피마자유 565.3 중량부를 첨가하여 200℃에서 약 4시간 동안 반응시킨 다음, 글리세린 127.2 중량부 및 디에틸렌글리콜 49.5 중량부를 첨가하여 3시간동안 추가 반응시켰다. 마지막으로 에스테르반응을 위하여 무수프탈산 176.7 중량부 및 TPT(tetraisopropyltitanate) 0.1 중량부를 첨가하여 230℃에서 약 15시간 정도 반응시켰다. 563.3 parts by weight of sorbitol and 2 parts by weight of KOH were added to a 2000 ml round bottom flask, followed by stirring under nitrogen atmosphere, followed by vacuum dehydration at 110 ° C. 565.3 parts by weight of castor oil was added to the mixture and reacted at 200 ° C. for about 4 hours, and then 127.2 parts by weight of glycerin and 49.5 parts by weight of diethylene glycol were further reacted for 3 hours. Finally, 176.7 parts by weight of phthalic anhydride and 0.1 parts by weight of TPT (tetraisopropyltitanate) were added for the ester reaction, and the reaction was carried out at 230 ° C. for about 15 hours.

상기 반응 생성물에 촉매흡착제로서 마그네슘실리케이트 및 물을 소량 첨가하여 80℃에서 1시간 동안 교반한 후 여과하여 바이오 폴리올을 합성하였다.
A small amount of magnesium silicate and water were added to the reaction product as a catalyst adsorbent, stirred at 80 ° C. for 1 hour, and then filtered to synthesize biopolyol.

실시예 21 및 비교예 2Example 21 and Comparative Example 2

산화알킬렌의 부가량을 변화시키면서 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 바이오 폴리올을 합성하였으며, 각각의 반응물 조성을 하기 표 9에 나타내었다. Biopolyols were synthesized in substantially the same manner as in Example 1 while varying the addition amount of alkylene oxide, and the respective reactant compositions are shown in Table 9 below.

구 분 (중량부)Classification (parts by weight) 실시예 21Example 21 비교예 2Comparative Example 2 천연오일Natural oil 팜유palm oil 105105 550550 다관능성 활성 수소 함유 화합물 Polyfunctional active hydrogen-containing compounds 설탕 Sugar 150150 150150 글리세린glycerin 100100 100100 (반응)(reaction) 1010 1010 촉매catalyst KOH(45%)KOH (45%) 3.53.5 3.53.5 산화알킬렌Alkylene oxide POPO 635635 190190 물(처리)Water (treatment) 소량handful 소량handful 촉매흡수제Catalyst Absorber 마그네슘실리케이트Magnesium silicate 소량handful 소량handful 합계Sum 1003.51003.5 1003.51003.5

시험예Test Example

상기 실시예에서 제조된 폴리올의 물성을 하기와 같은 방법으로 측정하여 표 10 내지 15에 나타내었다.The physical properties of the polyol prepared in the above Examples are measured in the following manners and are shown in Tables 10 to 15.

1) 색상 : Gardner Color 시험법으로 측정하였다. 1) Color : Measured by Gardner Color test method.

2) 수산기 값의 측정 : 무수초산-피리딘법(JISK 8004-1961, JISK 3342-1961, JISK 3361-1963)에 따라 실시예 1 내지 20에서 합성된 바이오 폴리올의 수산기 값을 측정하였다. 2) Measurement of hydroxyl value : The hydroxyl value of the biopolyol synthesized in Examples 1 to 20 was measured according to the acetic anhydride-pyridine method (JISK 8004-1961, JISK 3342-1961, JISK 3361-1963).

<측정기구><Measuring device>

삼각플라스크(200 ㎖), 공기냉각관(30 cm), 피펫(5 ㎖, 10 ㎖), 뷰렛(50 ㎖) 및 유욕조(oil bath)Erlenmeyer flask (200 mL), air cooling tube (30 cm), pipette (5 mL, 10 mL), burette (50 mL) and oil bath

<측정방법><Measurement method>

(1) 삼각플라스크에 실시예 1 내지 20에서 합성된 폴리올과 5 ㎖의 무수초산-피리딘법 혼합액을 넣고 5회 이상 진탕한 후 냉각기를 부착하여 유욕조에서 1시간 30분 동안 반응시켰다.(1) In the Erlenmeyer flask, the polyol synthesized in Examples 1 to 20 and 5 mL of acetic anhydride-pyridine mixed solution were added and shaken five times or more, followed by reaction with an oil bath for 1 hour and 30 minutes.

(2) 증류수 1 ㎖를 첨가하여 5회 이상 진탕한 다음 10분 동안 가수분해 촉진을 위하여 유욕조에 그대로 방치하였다.(2) 1 ml of distilled water was added and shaken 5 times or more, and then left in an oil bath for 10 minutes to promote hydrolysis.

(3) 유욕조에서 꺼내어 상온에서 10분 동안 방치한 후 아세톤 10 ㎖로 냉각기 내벽을 세척한 다음 5회 이상 진탕한 후, 페놀프탈레인 지시약 3 내지 4 방울을 첨가하여 0.5N KOH 표준용액으로 적정하였다.(3) After removing from the oil bath and left at room temperature for 10 minutes, the inner wall of the cooler was washed with 10 ml of acetone, shaken five times or more, and then titrated with 0.5 N KOH standard solution by adding 3 to 4 drops of phenolphthalein indicator.

수산기 값은 하기의 수학식 1에 의하여 계산하였다.The hydroxyl value was calculated by Equation 1 below.

Figure pat00006
Figure pat00006

S : 샘플의 량S: amount of sample

B : 블랭크(blank)에 필요한 0.5N KOH(㎖)B: 0.5 N KOH (ml) required for the blank

A : 본 테스트에 필요한 0.5N KOH(㎖)A: 0.5N KOH (ml) required for this test

B : 본 테스트에 사용한 샘플의 산가B: Acid value of the sample used for this test

3) 점도3) viscosity

Brookfield사의 DV-Ⅲ를 사용하여 25℃에서 측정하였다.The measurement was carried out at 25 ° C. using DV-III from Brookfield.

4) 관능기4) functional group

제조된 바이오 폴리올의 관능기는 다관능성 활성수소 함유 화합물 및 천연오일의 몰수와 관능기 수를 이용하여 하기 수학식 2의 방법으로 계산하였다.The functional group of the prepared bio polyol was calculated by the method of Equation 2 using the number of moles and functional groups of the polyfunctional active hydrogen-containing compound and natural oil.

Figure pat00007
Figure pat00007

- A (a1+a2+a3+a4+...+an) : 다관능성 활성수소 함유 화합물 및 천연오일 몰수의 합 -A (a 1 + a 2 + a 3 + a 4 + ... + a n ): sum of the polyfunctional active hydrogen-containing compound and the number of moles of natural oil

- an : 다관능성 활성수소 함유 화합물 및 천연오일 각각의 몰수-a n : moles of each of the polyfunctional active hydrogen-containing compound and natural oil

- fn : 다관능성 활성수소 함유 화합물 및 천연오일 각각의 관능기 수f n : number of functional groups of each compound containing polyfunctional active hydrogen and natural oil

5) 저장 안정성 5) storage stability

합성된 폴리올을 500 ㎖ 샘플병에 넣고 30℃ 오븐에서 100일 동안 층분리 유무를 확인하여 평가하였다.The synthesized polyol was put into a 500 ml sample bottle and evaluated by checking the presence of layer separation for 100 days in an oven at 30 ° C.

(층분리: ○, 층분리 없음: ×, 약간의 혼탁 및 불안정: △)(Layer separation: ○, no layer separation: ×, slight turbidity and instability: △)

구 분division 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 색상color 황색액상Yellow liquid 황색액상Yellow liquid 황색액상Yellow liquid 수산기 값
(mg KOH/g)
Hydroxyl value
(mg KOH / g)
440440 445445 420420
점도(25℃)Viscosity (25 ℃) 6,5006,500 6,3206,320 6,7206,720 관능기Functional group 약 6.5About 6.5 약 6.5About 6.5 약 6.9About 6.9 저장 안정성Storage stability ×× ×× ××

구 분division 실시예 4Example 4 실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 실시예 7Example 7 실시예 8Example 8 실시예 9Example 9 색상color 황색액상Yellow liquid 황색액상Yellow liquid 황색액상Yellow liquid 적색액상Red liquid 적색액상Red liquid 황색액상Yellow liquid 수산기 값
(mg KOH/g)
Hydroxyl value
(mg KOH / g)
440440 450450 455455 460460 440440 520520
점도(25℃)Viscosity (25 ℃) 6,5006,500 5,2105,210 3,8903,890 -- -- -- 관능기Functional group 약 6.5About 6.5 약 5.25.2 약 3.6Approximately 3.6 약 3.7About 3.7 약 3.0About 3.0 약 3.0About 3.0 저장 안정성Storage stability ×× ×× ×× ×× ×× ××

구 분division 실시예 10Example 10 실시예 11Example 11 실시예 12Example 12 실시예 13Example 13 색상color 황색액상Yellow liquid 황색액상Yellow liquid 황색액상Yellow liquid 황색액상Yellow liquid 수산기 값
(mg KOH/g)
Hydroxyl value
(mg KOH / g)
420420 455455 450450 445445
점도(25℃)Viscosity (25 ℃) 6,7206,720 5,7505,750 -- -- 관능기Functional group 약 6.9About 6.9 약 5.6About 5.6 약 4.3About 4.3 약 3.4About 3.4 저장 안정성Storage stability ×× ×× ×× ××

구 분division 실시예 14Example 14 실시예 15Example 15 실시예 16Example 16 색상color 황색액상Yellow liquid 황색액상Yellow liquid 황색액상Yellow liquid 수산기 값
(mg KOH/g)
Hydroxyl value
(mg KOH / g)
440440 435435 430430
점도(25℃)Viscosity (25 ℃) 6,500 6,500 5,9205,920 5,3305,330 관능기Functional group 약 6.5About 6.5 약 6.5About 6.5 약 6.5 About 6.5 저장 안정성Storage stability ×× ×× ××

구 분division 실시예 17Example 17 실시예 18Example 18 실시예 19Example 19 실시예 20Example 20 색상color 황색액상Yellow liquid 황색액상Yellow liquid 황색액상Yellow liquid 황색액상Yellow liquid 수산기 값
(mg KOH/g)
Hydroxyl value
(mg KOH / g)
440440 420420 435435 430430
점도(25℃)Viscosity (25 ℃) 6,5006,500 6,3806,380 6,3506,350 6,3506,350 관능기Functional group 약 6.5About 6.5 약 6.5About 6.5 약 6.5 About 6.5 약 6.5 About 6.5 저장 안정성Storage stability ×× ×× ×× ××

구분division 실시예 16Example 16 실시예 21Example 21 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 색상color 황색 액상Yellow liquid 황색 액상Yellow liquid 암갈색bitumen 황색 액상Yellow liquid 수산기 값
(mg KOH/g)
Hydroxyl value
(mg KOH / g)
430430 427427 325325 425425
점도(25℃)Viscosity (25 ℃) 5,3305,330 3,6203,620 29,00029,000 32,00032,000 관능기Functional group 약 6.5About 6.5 약 4.24.2 약 4.0About 4.0 약 4.24.2 저장 안정성Storage stability ×× ××

상기 표로부터 알 수 있듯이, 산화알킬렌의 부가 반응을 수행하지 않을 경우(비교예 1), 동일 조건 하에서는 실시예에 따라 수득된 바이오 폴리올에 비하여 저장 안정성 및 외관 특성이 좋지 않고, 높은 점도로 인하여 취급성이 낮음을 알 수 있다. As can be seen from the above table, when the addition reaction of the alkylene oxide is not performed (Comparative Example 1), under the same conditions, the storage stability and appearance characteristics are not as good as compared to the biopolyol obtained according to the Examples, due to the high viscosity. It can be seen that the handleability is low.

또한, 산화알킬렌이 일정량 미만으로 사용되는 경우(비교예 2), 점도가 높아 추후 우레탄 반응에서 취급성이 저하되며, 특히 저장안정성이 낮아 장기간 보관에 문제가 있음을 확인하였다.
In addition, when the alkylene oxide is used in less than a certain amount (Comparative Example 2), it was confirmed that there is a problem in long-term storage because the viscosity is high, the handleability is lowered in the urethane reaction later, especially the storage stability is low.

자동차용 경질 폴리우레탄 폼 제조Rigid Polyurethane Foam Manufacturing

실시예 22 내지 23Examples 22-23

상기 실시예 15에서 합성된 바이오 폴리올의 사용량을 변화시키면서 하기 표 16에 기재된 조성 및 통상적인 자동차용 폼의 제조 방법에 따라 차량충격완화장치(Impact absorption)용 경질 폴리우레탄 폼을 제조하였다.While varying the amount of the bio polyol synthesized in Example 15, according to the composition shown in Table 16 and the manufacturing method of a conventional automotive foam was prepared a rigid polyurethane foam for impact absorption (Impact absorption).

이때, 폼 형성을 위한 발포를 위하여 기계발포기를 사용하였으며, 폼 제조 시, 폴리올 및 이소시아네이트 간의 우레탄 발포 온도는 약 20℃, 발포압력은 약 120bar, 몰드 온도는 약 50℃, 그리고 탈형시간은 약 5분으로 조절하였다.
In this case, a mechanical foaming machine was used for foaming to form a foam. In manufacturing foam, the urethane foaming temperature between polyol and isocyanate is about 20 ° C., foaming pressure is about 120 bar, mold temperature is about 50 ° C., and demolding time is about 5 Adjusted to minutes.

비교예 3 내지 4Comparative Examples 3 to 4

종래의 폴리올 및 비교예 1로부터 합성된 바이오 폴리올을 사용하여 하기 표 16에 기재된 조성에 따라 실시예 22에서와 동일한 방법으로 차량충격완화장치(Impact absorption)용 경질 폴리우레탄 폼을 제조하였다.Using a conventional polyol and a bio polyol synthesized from Comparative Example 1, a rigid polyurethane foam for impact absorption was prepared in the same manner as in Example 22 according to the composition shown in Table 16 below.

구 분 (중량부)Classification (parts by weight) 실시예 22Example 22 실시예 23Example 23 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 폴리올 A Polyol A 40.040.0 27.027.0 53.053.0 40.040.0 폴리올 B Polyol B 35.035.0 23.023.0 47.047.0 35.035.0 비교예 1에 따른 바이오폴리올Biopolyols according to Comparative Example 1 -- -- -- 25.025.0 실시예 15에 따른 바이오폴리올 Biopolyols according to Example 15 25.025.0 50.050.0 -- -- 난연제(TCPP)Flame Retardant (TCPP) 15.015.0 15.015.0 15.015.0 15.015.0 water 3.03.0 3.03.0 3.03.0 3.03.0 계면활성제Surfactants 2.02.0 2.02.0 2.02.0 2.02.0 아민촉매 AAmine Catalyst A 2.02.0 1.91.9 2.152.15 약 2.1About 2.1 아민촉매 BAmine Catalyst B 0.300.30 0.250.25 0.300.30 약 0.350.35 approx. 합계Sum 122.3122.3 122.2122.2 122.5122.5 122.5122.5 점도(20℃)Viscosity (20 ℃) 14501450 13501350 15501550 24002400 비중(20℃)Specific gravity (20 ℃) 1.0911.091 1.0911.091 1.0901.090 1.0921.092 p-MDIp-MDI 182.5182.5 184.3184.3 180.6180.6 180.6180.6 -폴리올 A : KPX케미칼㈜사의 차량충격 완화장치용 폴리올, Sucrose base 에테르 폴리올
-폴리올 B : KPX케미칼㈜사의 차량충격 완화장치용 폴리올, Glycerine base 에테르 폴리올
-아민촉매 A : Polycat8
-아민촉매 B : Polycat5
-Polyol A: Polyol, Sucrose base ether polyol for vehicle shock absorber of KPX Chemical Co., Ltd.
-Polyol B: Polyol, Glycerine base ether polyol for vehicle shock absorber of KPX Chemical Co., Ltd.
Amine catalyst A: Polycat8
Amine catalyst B: Polycat5

실시예 24 내지 25Examples 24-25

상기 실시예 15에서 합성된 바이오 폴리올의 사용량을 변화시키면서 하기 표 17에 기재된 조성 및 통상적인 자동차용 폼의 제조 방법에 따라 차량용 패키지 트레이 및 언더커버(Package tray & Under Cover)용 경질 폴리우레탄 폼을 제조하였다.While varying the amount of the bio polyol synthesized in Example 15, the rigid polyurethane foam for a vehicle package tray and under cover according to the composition shown in Table 17 and the manufacturing method of a typical automotive foam Prepared.

이때, 폼 형성을 위한 발포를 위하여 기계발포기를 사용하였으며, 폼 제조 시, 폴리올 및 이소시아네이트 간의 우레탄 발포 온도는 약 20℃, 발포압력은 약 120bar, 몰드 온도는 약 40℃, 그리고 탈형시간은 약 5분으로 조절하였다.
In this case, a mechanical foaming machine was used for foaming to form a foam. In the manufacture of foam, the urethane foaming temperature between polyol and isocyanate is about 20 ° C, foaming pressure is about 120bar, mold temperature is about 40 ° C, and demolding time is about 5 Adjusted to minutes.

비교예 5 내지 6Comparative Examples 5 to 6

종래의 폴리올 및 비교예 1로부터 합성된 바이오 폴리올을 사용하여 하기 표 17에 기재된 조성에 따라 실시예 22에서와 동일한 방법으로 차량용 패키지 트레이 및 언더커버(Package tray & Under Cover)용 경질 폴리우레탄 폼을 제조하였다.Using a conventional polyol and a bio polyol synthesized from Comparative Example 1, a rigid polyurethane foam for a vehicle package tray and under cover was prepared in the same manner as in Example 22 according to the composition shown in Table 17 below. Prepared.

구 분 (중량부)Classification (parts by weight) 실시예 24Example 24 실시예 25Example 25 비교예 5Comparative Example 5 비교예 6Comparative Example 6 폴리올 CPolyol C 35.035.0 20.020.0 50.050.0 35.035.0 폴리올 DPolyol D 35.035.0 20.020.0 50.050.0 35.035.0 비교예 1에 따른 바이오폴리올Biopolyols according to Comparative Example 1 30.030.0 실시예 15에 따른 바이오폴리올Biopolyols according to Example 15 30.030.0 60.060.0   난연제 (TCPP)Flame Retardant (TCPP) 15.015.0 15.015.0 15.015.0 15.015.0 water 1.51.5 1.51.5 1.51.5 1.51.5 계면활성제Surfactants 1.01.0 1.01.0 1.01.0 1.01.0 아민촉매 AAmine Catalyst A 0.200.20 0.150.15 0.200.20 약 0.230.23 approx. 아민촉매 CAmine Catalyst C 2.002.00 1.951.95 2.102.10 약 2.20About 2.20 합계Sum 119.7119.7 119.6119.6 119.7119.7 119.9119.9 점도(20℃)Viscosity (20 ℃) 10201020 950950 11001100 22002200 비중(20℃)Specific gravity (20 ℃) 1.0981.098 1.0991.099 1.0981.098 1.111.11 p-MDIp-MDI 167.3167.3 165.6165.6 170.0170.0 163.3163.3 -폴리올 C : KPX케미칼㈜사의 차량용 패키지 트레이 및 언더버커용 폴리올, Sorbitol base 에테르 폴리올
-폴리올 D : KPX케미칼㈜사의 차량용 패키지 트레이 및 언더버커용 폴리올, Glycerine base 에테르 폴리올
-아민촉매 A : Polycat8
-아민촉매 C : KPX케미칼㈜사의 차량용 패키지 트레이 및 언더버커용 촉매, TEDA-33P
-Polyol C: KPX Chemical's vehicle package tray and underbucker polyol, Sorbitol base ether polyol
-Polyol D: KPX Chemical's vehicle package tray and underbucker polyol, Glycerine base ether polyol
Amine catalyst A: Polycat8
-Amine Catalyst C: TEDA-33P, a catalyst for KPX Chemical Co., Ltd.

실시예 26 내지 27Examples 26-27

상기 실시예 15에서 합성된 바이오 폴리올의 사용량을 변화시키면서 하기 표 18에 기재된 조성 및 통상적인 자동차용 폼의 제조 방법에 따라 헤드라이너(Head liner) 경질 폴리우레탄 폼을 제조하였다.While varying the amount of the biopolyol synthesized in Example 15, according to the composition shown in Table 18 and the manufacturing method of a conventional automotive foam was prepared a head liner (hard liner) rigid polyurethane foam.

이때, 폼 형성을 위한 발포를 위하여 기계발포기를 사용하였으며, 폼 제조 시, 폴리올 및 이소시아네이트 간의 우레탄 발포 온도는 약 20 ℃, 발포압력은 약 120 bar, 상온에서 블록(block) 폼 형태로 제조, 그리고 숙성 시간은 약 24시간으로 조절하였다.
In this case, a mechanical foaming machine was used for foaming to form a foam. In the manufacture of foam, the urethane foaming temperature between polyol and isocyanate is about 20 ° C., the foaming pressure is about 120 bar, and it is manufactured in the form of block foam at room temperature, and Aging time was adjusted to about 24 hours.

비교예 7 내지 8Comparative Examples 7 to 8

종래의 폴리올 및 비교예 1로부터 합성된 바이오 폴리올을 사용하여 하기 표 18에 기재된 조성에 따라 실시예 22에서와 동일한 방법으로 헤드라이너(Head liner) 경질 폴리우레탄 폼을 제조하였다.A head liner rigid polyurethane foam was prepared in the same manner as in Example 22 using the conventional polyol and the bio polyol synthesized from Comparative Example 1.

구 분division 실시예 26Example 26 실시예 27Example 27 비교예 7Comparative Example 7 비교예 8Comparative Example 8 폴리올 EPolyol E 22.522.5 15.015.0 30.030.0 22.522.5 폴리올 FPolyol F 30.030.0 20.020.0 40.040.0 30.030.0 폴리올 GPolyol G 22.522.5 15.015.0 30.030.0 22.522.5 비교예 1에 따른 바이오폴리올Biopolyols according to Comparative Example 1 -- -- -- 25.025.0 실시예 15에 따른 바이오폴리올Biopolyols according to Example 15 25.025.0 50.050.0  -- -- water 4.04.0 4.154.15 4.04.0 4.04.0 계면활성제Surfactants 0.500.50 0.60.6 0.500.50 0.500.50 아민촉매 DAmine Catalyst D 0.550.55 0.550.55 0.450.45 0.500.50 합계Sum 105.0105.0 105.1105.1 104.95104.95 105.0105.0 p-MDIp-MDI 174.3174.3 188.2188.2 168.0168.0 168.0168.0 점도(20℃)Viscosity (20 ℃) 880880 865865 895895 14501450 비중(20℃)Specific gravity (20 ℃) 1.061.06 1.061.06 1.061.06 1.061.06 -폴리올 E : KPX케미칼㈜사의 헤드라이너용 폴리올, DPG base 에테르 폴리올
-폴리올 F : KPX케미칼㈜사의 헤드라이너용 폴리올, Glycerine base 에테르 폴리올
-폴리올 G : KPX케미칼㈜사의 헤드라이너용 폴리올, TPA+DEG base 에스테르 폴리올
-아민촉매 D : KPX케미칼㈜사의 헤드라이너용 촉매, DABCO T-12
-Polyol E: Polyol for headliner, DPG base ether polyol of KPX Chemical Co., Ltd.
-Polyol F: Polyol for headliner, Glycerine base ether polyol of KPX Chemical Co., Ltd.
-Polyol G: Polyol for headliner, TPA + DEG base ester polyol of KPX Chemical Co., Ltd.
-Amine Catalyst D: Head Liner Catalyst of KPX Chemical Co., Ltd., DABCO T-12

시험예Test Example

상기 제조된 경질 폴리우레탄 폼의 물성을 하기와 같은 방법으로 측정하여 그 결과를 표 19 내지 표 21에 나타내었다.The physical properties of the prepared rigid polyurethane foam was measured in the following manner, and the results are shown in Tables 19 to 21.

1. 점도 : Brookfield사의 DV-Ⅲ를 사용하여 20℃에서 측정하였다. 1. Viscosity : measured at 20 ° C using DV-III of Brookfield.

2. 비중 : Anton Paar사의 DMA4500을 사용하여 20℃에서 측정하였다. 2. Specific gravity : It was measured at 20 ℃ using Anton Paar's DMA4500.

3. 크림타임(cream time, CT) : 발포 후 버블이 생성되고 혼합액의 색상이 진한 갈색에서 크림색으로 변화는 시점으로, 혼합액이 올라오기 시작하는 시간을 측정하였다. 3. Cream time (CT) : After foaming, bubbles were generated and the color of the mixed solution changed from dark brown to cream color, and the time when the mixed solution began to rise was measured.

4. 겔타임(Gel time, GT) : 우레탄, 우레아, 알로파네이트(allophanate) 반응이 일어나는 시점으로, 섬유(fiber)가 형성되는 시간을 측정하였다 4. Gel time (GT) : The time at which the fibers were formed was measured at the time when the urethane, urea, and allophanate reactions occurred.

5. 점착유지시간(tack free time, TFT) : 발포 후 폼의 표면이 점성을 잃는 시간을 측정하였다. 5. Tack free time (TFT) : The time taken for the surface of the foam to lose viscosity after foaming was measured.

6. 자유밀도(F/D) : ASTM D-3574에 의하여 측정하였다. 6. Free density (F / D) : measured according to ASTM D-3574.

7. 코어밀도 : ASTM 1622에 의하여 측정하였다. 7. Core density : measured according to ASTM 1622.

8. 독립기포율 : ASTM D28566을 이용하여 측정하였다. 8. Independent bubble ratio was measured using ASTM D28566.

9. 굴곡(휨)강도 : ASTM C 203에 의하여 측정하였다. 9. Flexural strength : measured according to ASTM C 203.

10. 난연성 : ASTM D 1692에 의하여 측정하였다. 10. Flame retardancy : measured according to ASTM D 1692.

11. 압축강도 : ASTM D 1621에 의하여 측정하였다. 11. Compressive strength : measured according to ASTM D 1621.

12. 치수안정성 : ASTM D 2126에 의하여 측정하였다. 12. Dimensional stability : measured according to ASTM D 2126.

13. 성형성 : 제조된 경질 폴리우레탄 폼의 표면을 눈으로 확인하여 하기 방법으로 평가하였다. 13. Moldability : The surface of the manufactured rigid polyurethane foam was visually confirmed and evaluated by the following method.

[평가방법][Assessment Methods]

1 5 101 5 10

우수 <----------------보통------------------->나쁨
Excellent <---------------- Normal -------------------> Bad

항 목Item 실시예 22Example 22 실시예 23Example 23 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 바이오 폴리올 함량%
(폴리올 기준)
Bio polyol content%
(Based on polyols)
2525 5050 00 2525
이소시아네이트 인덱스Isocyanate Index 130.0130.0 128.0128.0 132.0132.0 135.0135.0 반응성(CT/GT, sec)Reactivity (CT / GT, sec) 16/5216/52 16/5316/53 15/5215/52 16/52.516 / 52.5 코어 밀도 (kg/m3)Core density (kg / m 3 ) 65.765.7 65.365.3 65.165.1 65.965.9 자유 밀도 (kg/m3)Free density (kg / m 3 ) 55.255.2 55.555.5 55.355.3 56.156.1 독립기포율 (%)Independent Bubble Rate (%) 7.2 7.2 7.07.0 6.96.9 7.37.3 압축강도(수평/수직, kg/cm2)Compressive strength (horizontal / vertical, kg / cm 2 ) 5.39/4.415.39 / 4.41 5.31/4.305.31 / 4.30 5.41/4.485.41 / 4.48 4.65/3.834.65 / 3.83 굴곡(휨)강도(kg/cm2)Flexural Strength (kg / cm 2 ) 8.278.27 8.128.12 8.228.22 6.896.89 치수안정성 (△V%)Dimensional stability (△ V%) -30℃, 24hr-30 ℃, 24hr -1.08-1.08 -1.00-1.00 -1.21 -1.21 -1.30-1.30 70℃, 95%RH, 24hr70 ℃, 95% RH, 24hr 2.382.38 2.332.33 2.35 2.35 4.364.36 난연성Flammability 자소성Self-esteem 자소성Self-esteem 자소성Self-esteem 자소성Self-esteem 성형성Formability 33 44 22 99

항 목Item 실시예 24Example 24 실시예 25Example 25 비교예 5Comparative Example 5 비교예 6Comparative Example 6 바이오 폴리올 함량%
(폴리올 기준)
Bio polyol content%
(Based on polyols)
2525 5050 00 2525
이소시아네이트 인덱스Isocyanate Index 120.0120.0 123.0123.0 118.0118.0 125.0125.0 반응성(CT/GT, sec)Reactivity (CT / GT, sec) 55/8255/82 54/8354/83 55/8055/80 53/8653/86 코어 밀도 (kg/m3)Core density (kg / m 3 ) 110.1110.1 111.0111.0 110.5110.5 112.0112.0 자유 밀도 (kg/m3)Free density (kg / m 3 ) 89.589.5 89.189.1 88.988.9 89.589.5 독립기포율 (%)Independent Bubble Rate (%) 92.192.1 93.093.0 92.592.5 89.889.8 압축강도(수평/수직, kg/cm2)Compressive strength (horizontal / vertical, kg / cm 2 ) 7.01/5.317.01 / 5.31 6.90/5.206.90 / 5.20 6.98/5.326.98 / 5.32 6.55/4.936.55 / 4.93 굴곡(휨)강도(kg/cm2)Flexural Strength (kg / cm 2 ) 12.1212.12 12.0412.04 12.1012.10 11.8511.85 치수안정성 (△V%)Dimensional stability (△ V%) -30℃, 24hr-30 ℃, 24hr -0.85-0.85 -0.90-0.90 -0.98 -0.98 -1.20-1.20 70℃, 95%RH, 24hr70 ℃, 95% RH, 24hr 1.691.69 1.631.63 1.74 1.74 1.881.88 난연성Flammability 자소성Self-esteem 자소성Self-esteem 자소성Self-esteem 자소성Self-esteem 성형성Formability 22 33 22 99

항 목Item 실시예 26Example 26 실시예 27Example 27 비교예 7Comparative Example 7 비교예 8Comparative Example 8 바이오 폴리올 함량%
(폴리올 기준)
Bio polyol content%
(Based on polyols)
2525 5050 00 2525
이소시아네이트 인덱스Isocyanate Index 110.0110.0 108.3108.3 115.1115.1 111.7111.7 반응성(CT/GT, sec)Reactivity (CT / GT, sec) 45/17545/175 43/17743/177 45/17245/172 45/17345/173 코어 밀도 (kg/m3)Core density (kg / m 3 ) 33.033.0 32.932.9 33.533.5 33.333.3 자유 밀도 (kg/m3)Free density (kg / m 3 ) 31.531.5 32.132.1 31.631.6 31.831.8 인장강도(kg/cm2)Tensile Strength (kg / cm 2 ) 3.653.65 3.303.30 3.553.55 2.252.25 신율(%)Elongation (%) 45.045.0 40.240.2 47.047.0 33.133.1 압축강도(kg/cm2)Compressive strength (kg / cm 2 ) 1.311.31 1.351.35 1.201.20 1.111.11 굴곡(휨)강도(kg/cm2)Flexural Strength (kg / cm 2 ) 1.971.97 1.951.95 1.901.90 1.551.55 난연성Flammability 자소성Self-esteem 자소성Self-esteem 자소성Self-esteem 자소성Self-esteem 성형성Formability 44 55 22 1010

Claims (10)

천연 오일 10 내지 60 중량%, 다관능성 활성수소-함유 화합물 10 내지 60 중량%, 촉매 0.1 내지 1.5 중량% 및 산화알킬렌이 20 내지 70중량%를 함유하고,
관능기수가 3이상이고, KOH/g의 수산기 값이 200 내지 600 ㎎이며, 점도(25℃)가 2,000 내지 25,000 cps인 바이오 폴리올을 포함하는 폴리올; 및 이소시아네이트를 포함하며,
코어밀도가 150 kg/㎥ 이하이고; 압축강도가 2.0 kg/cm2 이상이고; 굴곡강도가 1.5 kg/cm2 이상이고; 인장강도가 3.0 kg/cm2 이상이고; 신율이 40% 이상이고; 치수안정성이 30℃, 24hr에서 -2.0% 이하, 70℃, 24hr에서 3.0% 이하이고; 난연성은 자소성인 자동차용 경질 폴리우레탄 폼.
10 to 60% by weight of natural oil, 10 to 60% by weight of polyfunctional active hydrogen-containing compound, 0.1 to 1.5% by weight of catalyst and 20 to 70% by weight of alkylene oxide,
Polyols comprising a biopolyol having a functional number of 3 or more, a KOH / g hydroxyl value of 200 to 600 mg, and a viscosity (25 ° C.) of 2,000 to 25,000 cps; And isocyanates,
The core density is 150 kg / m 3 or less; Compressive strength is at least 2.0 kg / cm 2 ; Flexural strength is at least 1.5 kg / cm 2 ; Tensile strength is at least 3.0 kg / cm 2 ; Elongation is at least 40%; Dimensional stability is -2.0% or less at 30 ° C and 24hr, 3.0% or less at 70 ° C and 24hr; Rigid plastic foam for automobiles with flame retardancy.
청구항 1에 있어서, 상기 다관능성 활성수소 화합물은 다관능성 알코올, 다관능성 아민 또는 이들의 혼합물이며,
상기 다관능성 알코올은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 글리세린, 트리메탄올프로페인, 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨, 알파메틸글루코시드, 자일리톨, 솔비톨, 설탕 또는 이의 혼합물이고,
상기 다관능성 아민은 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에탄올아민, 오르소-톨루엔디아민, 디페닐메탄디아민, 디에탄올 아민 또는 이의 혼합물인 자동차용 경질 폴리우레탄 폼.
The method according to claim 1, wherein the polyfunctional active hydrogen compound is a polyfunctional alcohol, polyfunctional amine or a mixture thereof,
The polyfunctional alcohol is ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin, trimethanol propane, pentaerythritol, dipentaerythritol, alphamethylglucoside, xylitol, sorbitol, sugar or mixtures thereof,
Wherein said polyfunctional amine is ethylenediamine, diethylenetriamine, triethanolamine, ortho-toluenediamine, diphenylmethanediamine, diethanol amine or mixtures thereof.
청구항 1에 있어서, 상기 촉매는 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화세슘, 디메틸라울아민, 디메틸팔미틸아민, N,N-디메틸도데칸-1-아민, 1-옥타데칸아민 또는 이의 혼합물인 자동차용 경질 폴리우레탄 폼.
The hard automobile according to claim 1, wherein the catalyst is potassium hydroxide, sodium hydroxide, cesium hydroxide, dimethyllaulamine, dimethylpalmitylamine, N, N-dimethyldodecane-1-amine, 1-octadecaneamine or a mixture thereof. Polyurethane foam.
청구항 1에 있어서, 상기 산화알킬렌은 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드 또는 이의 혼합물인 자동차용 경질 폴리우레탄 폼.
The rigid polyurethane foam for automobile according to claim 1, wherein the alkylene oxide is ethylene oxide, propylene oxide or a mixture thereof.
청구항 1에 있어서, 상기 바이오 폴리올은
a) 촉매의 존재 하에서 천연 오일과 다관능성 활성수소-함유 화합물을 교환 반응시키는 단계; 및 b) 상기 교환 반응의 생성물에 산화알킬렌을 부가 반응시키는 단계를 포함하여 제조된 것인 자동차용 경질 폴리우레탄 폼.
The method according to claim 1, wherein the bio polyol is
a) exchanging a natural oil with a polyfunctional active hydrogen-containing compound in the presence of a catalyst; And b) addition reaction of alkylene oxide to the product of the exchange reaction.
청구항 5에 있어서, 상기 바이오 폴리올은 c) 상기 산화알킬렌 화합물의 부가 반응 생성물로부터 상기 촉매를 제거하는 단계를 더 포함하며,
상기 단계 c)는 촉매 흡착제 및 물을 첨가하고 교반한 다음, 여과시키는 방식으로 수행되는 것인 자동차용 경질 폴리우레탄 폼.
The method of claim 5, wherein the bio polyol further comprises c) removing the catalyst from the addition reaction product of the alkylene oxide compound,
Wherein step c) is carried out by adding a catalyst adsorbent and water and stirring, followed by filtration.
청구항 1에 있어서, 상기 바이오 폴리올은 폴리올 100중량부에 대하여 10 내지 60 중량부로 포함하는 자동차용 경질 폴리우레탄 폼.
The rigid polyurethane foam for automobile according to claim 1, wherein the bio polyol is included in an amount of 10 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyol.
청구항 1에 있어서, 상기 이소시아네이트는 관능기 수가 2.7 내지 3.0 범위이고, NCO% 값이 25 내지 35 범위이고, 이소시아네이트 인덱스는 90 내지 180 범위이며, 폴리머릭 MDI(디페닐메탄디이소시아네이트)를 포함하는 자동차용 경질 폴리우레탄 폼.
The vehicle of claim 1, wherein the isocyanate has a functional number in the range of 2.7 to 3.0, an NCO% value in the range of 25 to 35, an isocyanate index in the range of 90 to 180, and includes polymeric MDI (diphenylmethane diisocyanate). Rigid polyurethane foam.
청구항 1에 있어서, 상기 폴리올 100중량부에 대하여 우레탄 촉매 0.1 내지 7.0 중량부, 발포제 0.1 내지 15 중량부 및 계면활성제 0.1 내지 5.0 중량부를 포함하는 자동차용 경질 폴리우레탄 폼.
The rigid polyurethane foam for automobile according to claim 1, comprising 0.1 to 7.0 parts by weight of urethane catalyst, 0.1 to 15 parts by weight of blowing agent and 0.1 to 5.0 parts by weight of surfactant.
청구항 1에 있어서, 상기 경질 폴리우레탄 폼은 점도(20℃)가 200 내지 2500 cps이고, 비중(20℃)이 1.00 내지 1.30이고, 크림타임(cream time)이 5 내지 65 sec이며, 겔타임(gel time)이 40 내지 200 sec이며, 자유밀도(FD)가 20 내지 120 kg/㎥인 경질 폴리우레탄 폼 제조용 조성물로 이루어진 자동차용 경질 폴리우레탄 폼. The method of claim 1, wherein the rigid polyurethane foam has a viscosity (20 ℃) of 200 to 2500 cps, specific gravity (20 ℃) of 1.00 to 1.30, cream time (5 to 65 sec), gel time ( Gel time) is 40 to 200 sec, the rigid polyurethane foam for automobiles made of a composition for producing a rigid polyurethane foam having a free density (FD) of 20 to 120 kg / ㎥.
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