KR20120101378A - 가요성 폴리우레탄 발포체의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

25 내지 70 kg/m3의 밀도 및 5 내지 15 kPa의 압축 하중 변형을 갖는 가요성 폴리우레탄 발포체. 가요성 폴리우레탄 발포체의 제조 방법 및 식물 생장 배지로서 및 식생 지붕 및 식생 벽에서의 용도.

Description

가요성 폴리우레탄 발포체의 제조 방법{PROCESS FOR MAKING A FLEXIBLE POLYURETHANE FOAM}
본 발명은 가요성 폴리우레탄 발포체 및 가요성 폴리우레탄 발포체의 제조 방법과, 그러한 발포체를 포함하는 식물 생장 배지 및 식물 생장 배지로서의 그러한 발포체의 용도에 관한 것이다.
가요성 폴리우레탄 발포체를 포함하는 식물 생장 배지는 알려져 있다.
US 3798836는 내부에 분산된 열가소성 입자를 갖는 수불용성 개포 발포된(open celled foamed) 폴리우레탄 매트릭스를 개시한다.
US 3889417는 예비중합체를 많은 양의 물과 반응시킴으로써 친수성 발포체를 제조한다. 이 발포체는 원예 분야에서 사용될 수 있다. 적용된 물 지수는 1300 내지 78000이다. 비슷한 방법이 WO 96/16099에 개시되는데, 여기서는 이소시아네이트 지수 및 물 지수에 대한 특별한 지침이 주어져 있지 않았고; 실시예에서 물 지수는 1700 초과였으며 이소시아네이트 지수는 6 미만이었다. 사용된 예비중합체는 1000 이상의 분자량을 갖는 폴리올로부터 제조되었다.
US 3970618는 식물을 경작하기 위한 기질을 개시하고 있는데, 이 기질은 폴리이소시아네이트와 폴리올을 낮은 NCO 지수에서 반응시킴으로써 제조되는 친수성 폴리우레탄 발포체이고, 폴리올은 900 내지 1800의 수산기 값을 가지며 폴리이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트(TDI)류의 폴리이소시아네이트이다.
US 5155931는 식생 매트(plant mat)로 발포체를 사용하며, 발포체는 유기 이소시아네이트, 바람직하게는 TDI와 폴리올을 90 내지 120의 NCO-지수에서 반응시킴으로써 제조된다.
US 6479433는 예비중합체와 물을 선택된 충진 물질의 존재 하에서 반응시킴으로써 제조된 원예 생장 배지를 개시한다.
US 2005/0131095는 가요성인 것을 포함하는 폴리우레탄 발포체를 40 내지 150의 NCO-지수에서 제조하는 방법을 개시한다. 물 지수에 특별한 주의가 주어져 있지 않았고; 실시예에서 NCO-지수는 85 내지 106이었고 물 지수는 93 내지 120 사이에서 변했다.
적은 양 및 많은 양의 물을 사용하는 낮은 이소시아네이트 지수에서의 폴리우레탄 발포체의 제조 방법은 EP 309217 및 EP 309218에 각각 기술되어있다.
놀랍게도, 폴리우레탄 발포체는 특히, 낮은 밀도에서의 높은 압축 하중 변형(compression load deflection)과 함께 100% 수분 포화시 발포체 안정성 및 물 완충 용량에 관하여 더욱 개선될 수 있다.
놀랍게도 본 발명자들은 또한 그러한 신규한 폴리우레탄 발포체의 신규한 제조 방법을 발견했다.
그러므로 본 발명은 25 내지 70 kg/m3의 밀도, 5 내지 15 kPa의 40%에서의 압축 하중 변형(CLD), 25% 이하의 수분 포화시 부피 증가 및 40 내지 60%의 물 완충 용량을 갖는 가요성 폴리우레탄 발포체에 관한 것이다.
추가로 본 발명은 20 내지 70의 이소시아네이트 지수 및 200 내지 400의 물 지수에서
-30 내지 80 중량%의 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI) 및 20 내지 70 중량%의 상기 디이소시아네이트의 3 이상의 이소시아네이트 관능가를 갖는 상동체를 포함하는 폴리이소시아네이트(둘 모두의 양은 폴리이소시아네이트의 양을 기준으로 계산됨) 및 62 내지 1000의 평균 분자량과 2 내지 4의 평균 공칭 히드록실 관능가를 갖는 폴리올을 반응시킴으로써 제조된, 20 내지 30 중량%의 NCO-값을 갖는 폴리이소시아네이트 예비중합체,
-2 내지 4의 평균 공칭 히드록실 관능가, 2000 내지 8000의 평균 분자량 및 25 내지 50 중량%의 평균 옥시에틸렌 함량을 갖는 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올 또는 그러한 폴리올의 혼합물(각각 상기 폴리올 또는 혼합물의 중량을 기준으로 계산됨),
-물, 및
-임의로 60 내지 1999의 평균 분자량을 갖는 이소시아네이트-반응성 쇄 연장제 및/또는 가교제를
-임의로 폴리우레탄 업계에서 사용되는 보조제 및 첨가제의 존재 하에
반응시키는 것을 포함하는, 가요성 폴리우레탄 발포체의 제조 방법에 관한 것이다.
바람직하게는 발포체는 26 내지 60 kg/m3의 밀도 및 5 내지 12 kPa의 40%에서의 압축 하중 변형(CLD)를 갖는다. 더욱 바람직하게는 발포체는 추가적으로 15% 이하의 수분 포화시 부피 증가를 갖는다.
또한, 추가로 본 발명은 본 발명에 따른 가요성 폴리우레탄 발포체를 포함하는 식물 생장 배지에 관한 것이다.
마지막으로, 본 발명은 식물 생장 배지로서 및 식생 벽(green wall) 및/또는 식생 지붕(green roof)에서의 본 발명에 따른 가요성 폴리우레탄 발포체의 용도에 관한 것이다.
낮은 이소시아네이트 지수에서 비교적 높은 옥시에틸렌 함량을 갖는 폴리올을 사용하는 폴리우레탄 발포체의 제조 방법은 DE 3710731, US 4833176, US 4365025, US 4910231, US 5459170, US 5521226, US 6417241, US 7022746 및 WO 2007/110286에 기재되어있다.
그러나 본 발명에 따른 발포체 및 방법은 개시되어있지 않다. 발포체는 건조 및 습윤 상황 하에서 우수한 압축 경도 및 압축 변형 저항성과 같은 물리적 특성을 보유하면서 우수한 습윤성(wetting), 흡상성(wicking), 수분 보유 및 수분 방출 특성을 가지기 때문에 식물 생장 배지로서 사용하기에 매우 적합하다.
본 발명에 따른 발포체는 또한 과거에 식물 생장 지지 물질로 제안되어왔던 펄라이트(perlite), 자갈(gravel), 광물면(mineral wool), 나무 섬유, 코이어(coir), 토탄(peat) 및 폴리스티렌 발포체 비드와 같은 다른 물질들에 비해 상기 특성 중 하나 이상에서 뛰어나다.
바람직한 방법은 본 발명에 따른 방법으로, 예비중합체를 제조하는데 사용되는 폴리에테르 폴리올이 이 폴리올의 중량을 기준으로 계산할 때 50 중량% 이상의 양으로 옥시에틸렌기를 포함하고, 이 폴리올이 250 내지 800의 평균 분자량을 갖는 것이다. 가장 바람직하게는 이 폴리에테르 폴리올이 250 내지 800의 평균 분자량을 갖는 폴리옥시에틸렌 트리올인 것이다.
본 출원에 관련해서 하기 용어들은 하기 의미를 갖는다:
1) 이소시아네이트 지수 또는 NCO 지수 또는 지수:
배합물에 존재하는 이소시아네이트-반응성 수소 원자에 대한 NCO-기의 비율은 백분율로 나타내면 다음과 같다:
Figure pct00001
달리 말하자면, NCO-지수는 배합물에서 사용된 이소시아네이트-반응성 수소의 양과 반응하는데 이론적으로 필요한 이소시아네이트의 양에 대한, 배합물에서 실제로 사용된 이소시아네이트의 백분율을 표현한다.
본원에서 사용된 이소시아네이트 지수는 그 반응 단계에서 사용된 이소시아네이트 성분 및 이소시아네이트-반응성 성분을 수반하는 실제 발포 공정의 관점에서 고려된 것으로 보아야 한다. 오직 실제 발포 단계에서 존재하는 자유 이소시아네이트기 및 자유 이소시아네이트-반응성 수소(물 중의 것들도 포함)만 계산에 넣는다.
물 지수는 비율 100Y/X (%)이며, 여기서 Y는 배합물에서 실제로 사용된 물의 그램으로 나타낸 양이고 X는 100의 이소시아네이트 지수를 얻기 위해 동일한 배합물에서 이론적으로 필요한 전체 물의 그램으로 나타낸 양이다
2) 이소시아네이트 지수를 계산하려는 목적으로 본원에서 사용된 표현 "이소시아네이트-반응성 수소 원자"는 반응성 조성물에 폴리올, 폴리아민 및/또는 물의 형태로 존재하는 전체 히드록실 및 아민 수소 원자를 지칭한다. 이는 실제 발포 공정에서 이소시아네이트 지수를 계산하려는 목적으로 하나의 히드록실기가 하나의 반응성 수소를 포함하는 것으로 간주되고 하나의 물 분자가 두개의 활성 수소를 포함하는 것으로 간주되는 것을 의미한다.
3) 본원에서 사용된 표현 "폴리우레탄 발포체"는 일반적으로 발포제를 사용하여 폴리이소시아네이트를 이소시아네이트-반응성 수소 함유 화합물과 반응시킴으로서 얻어지는 세포성 생성물을 지칭하며, 특히 반응성 발포제로서 물(물의 이소시아네이트기와의 반응을 수반하여 우레아 연결 및 이산화탄소를 수득하고 폴리우레아-폴리우레탄 발포체를 생성함)을 가지고 얻어지는 세포성 생성물을 포함한다.
4) 용어 "공칭 히드록실 관능가" 또는 "공칭 관능가" 또는 "히드록실 관능가"는 본원에서 이것이 그들의 제조에 사용된 개시제(들)의 관능가(분자당 활성 수소 원자의 갯수)라는 가정 하에 폴리올 조성물의 관능가(분자당 히드록실기의 갯수)를 나타내는 것으로 사용되지만, 실제로는 일부 말단 불포화로 인하여 종종 다소 적을 것이다. 용어 "당량"은 분자 내 이소시아네이트 반응성 수소당 분자량을 지칭한다.
5) 단어 "평균"은 "수 평균"을 지칭한다.
6) 단어 "원샷(one shot)"은 성분을 반응시켜 발포체를 제조하는 방법을 지칭하며, 여기서 1000 초과의 평균 분자량을 갖는 모든 폴리올은 물의 존재 하에서 폴리이소시아네이트와 반응한다.
7) 밀도: ISO 845에 따라 측정된 밀도.
8) 경도 CLD : 경도가 첫번째 주기 동안 측정된다는 조건 하에 ISO 3386/1에 따라 측정된 40%에서의 압축 하중 변형.
9) 발포체 안정도 △V는 %로 나타낸 100% 수분 포화시 부피 증가이다:
Figure pct00002
여기서, V2는 물 흡수하지 않은 발포체의 부피이고, V1은 최대 물 흡수에서의 발포체의 부피이고, 둘 모두 23℃ 및 50% 상대 습도에서이다. V1을 측정하기 위해, 발포체를 물에 24시간 동안 상압 및 23℃에서 담근다.
10) 물 완충 용량(WBC, %)는 Φ0 - Φ32이며, 여기서
Figure pct00003
이고
Figure pct00004
이며, 여기서 Vf는 ml로 나타낸 발포체 샘플의 부피이고, Vu는 ml로 나타낸 24시간 동안 물에 담갔을 때의 이 발포체 샘플의 물 흡수이며, Vr은 물을 함유한 이 발포체 샘플에 -32 cm H2O 컬럼의 압력을 24시간 동안 가한 후 보유하는 물의 부피(ml로 나타냄)이다.
Vf, Vu 및 Vr은 다음과 같이 측정한다: 발포체 샘플을 잘라 치수 100x120x75 mm(길이x너비x높이)를 얻는다. 그러므로 샘플의 Vf는 900 ml이다. 발포체 샘플의 건조 중량을 105℃에서 측정한다. 그 후 높은 방향의 샘플의 1 cm가 물 표면 위로 뻗어있는 방식으로 발포체 샘플을 6시간 동안 대기압 및 23℃에서 수조에 담근다.
그 후 샘플을 18시간 동안 대기압 및 23℃에서 완전히 담근다. 후속으로 샘플을 동일한 압력 및 온도에서 0.5 내지 1 cm의 메쉬를 갖는 체 위에 놓고 30분 동안 물을 방출하게 한다. 마지막으로 발포체 샘플의 중량(잔류 물을 함유)을 다시 측정하여 Vu를 계산하며, 이때 H2O의 밀도는 1 kg/dm3로 가정한다.
그 후 샘플(물을 갖는)을 24시간 동안 23℃에서 폐쇄 환경에 놓고 샘플의 아래 표면에 대기보다 낮은 압력을 가한다. 압력은 샘플의 중간에서 -32 cm H2O이다.
마지막으로 샘플의 중량을 다시 측정하고 샘플 내에 보유된 물의 부피 Vr을 계산한다(물의 밀도는 1 kg/dm3로 가정함).
샘플의 아래 표면에 대기보다 낮은 압력 환경을 생성하는데 사용될 수 있는 장치는 이른바 네덜란드 회사 에이지켈캄프(Eijkelkamp)(www.eijkelkamp.com)의 샌드박스(Sandbox)이고 pF-측정에 사용된다.
발포체의 WBC는 40 내지 60%, Φ0은 바람직하게는 60 내지 80 및 가장 바람직하게는 65 내지 75%여야한다.
폴리이소시아네이트 에비중합체를 제조하기 위해 사용된 폴리이소시아네이트는 당업계에 알려져 있다. 중합성 또는 조(crude) MDI 및 중합성 또는 조 MDI의 혼합물 및 MDI로 널리 불린다.
중합성 또는 조 MDI는 MDI 및 3 이상의 이소시아네이트 관능가를 갖는 상동체를 포함하고 당업계에 잘 알려져 있다. 그들은 아닐린 및 포름알데히드의 산 축합으로 얻어지는 폴리아민의 혼합물의 포스겐화로 제조된다.
폴리아민 혼합물 및 폴리이소시아네이트 모두의 제조는 잘 알려져 있다. 강산, 예컨대 염산의 존재 하에 포름알데히드와 아닐린의 축합은 더 높은 관능가의 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민과 함께 디아미노디페닐메탄을 함유하는 반응 생성물을 생성하고, 정확한 조성물은 알려진 방식, 그중에서도 아닐린/포름알데히드 비율에 의존한다. 폴리이소시아네이트는 폴리아민 혼합물의 포스겐화로 제조되고 디아민, 트리아민 및 더 복잡한 폴리아민의 다양한 비는 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트 및 더 복잡한 폴리이소시아네이트의 관련된 비를 낳는다. 그러한 조 또는 중합성 MDI 조성물 내의 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트 및 더 복잡한 폴리이소시아네이트의 상대 비는 조성물의 평균 관능가를 결정하고, 이는 분자당 이소시아네이트기의 평균 갯수이다. 출발 물질의 비를 변경함으로써, 폴리이소시아네이트의 평균 관능가는 2 내지 3보다 약간 더 또는 더 높게 변화될 수 있다. 실제로는, 그러나, 평균 이소시아네이트 관능가는 바람직하게는 2.3 내지 2.8의 범위이다. 이들 중합성 또는 조 MDI의 NCO 값은 30 중량% 이상이다. 중합성 또는 조 MDI는 디페닐메탄 디이소시아네이트를 함유하고, 나머지는 2 초과의 관능가의 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리이소시아네이트이다. 원한다면 이 중합성 또는 조 MDI는 폴리이소시아네이트가 디이소시아네이트 및 3 이상의 이소시아네이트 관능가를 갖는 상동체의 필요량을 갖는다면 MDI와 혼합될 수 있다. 예를 들어 그러한 폴리이소시아네이트는 약 80 중량부의 4,4'-MDI 및 약 20 중량부의 2,4'-MDI 및 2 중량부 미만의 2,2'-MDI를 함유하는 수프라섹(SUPRASECR) MI 20(헌트스만(Huntsman)으로부터 입수가능) 및 30.7 중량%의 NCO 값을 갖는 중합성 MDI인 수프라섹 2185(헌트스만으로부터)를 적당한 상대량으로 혼합함으로써 제조될 수 있으며; 약 38 중량%의 디이소시아네이트를 포함하고, 나머지는 3 이상의 이소시아네이트 관능가를 갖는 상동체이며; 약 6 중량%의 디이소시아네이트는 2,4'-MDI이고 1 중량% 미만의 디이소시아네이트는 2,2'-MDI이다. 수프라섹 2185 및 수프라섹 MPR(4'4-디페닐메탄 디이소시아네이트, 또한 헌스트만으로부터)의 혼합물 또한 사용될 수 있다.
폴리이소시아네이트는 30 내지 80 및 바람직하게는 50 내지 70 중량%의 MDI 및 20 내지 70 및 바람직하게는 30 내지 50 중량%의 MDI의 상동체를 포함하며, 상동체는 3 이상의 이소시아네이트 관능가를 갖고, 여기서 두 양 모두 폴리이소시아네이트의 양을 기준으로 계산된 것이다.
62 내지 1000의 평균 분자량 및 2 내지 4의 평균 공칭 히드록실 관능가를 갖고 폴리이소시아네이트 예비중합체를 제조하는데 사용될 수 있는 폴리올은 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 메틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 부탄디올, 글리세롤, 트리에탄올아민, 트리메틸올프로판, 1,2,6-헥산트리올, 펜타에리트리톨, 폴리옥시에틸렌 폴리올, 폴리옥시프로필렌 폴리올, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올 및 그들의 혼합물을 포함한다.
바람직한 것은 에틸렌 옥시드 및 임의로 프로필렌 옥시드의, 필요하다면, 다관능성 개시제의 존재 하에 중합으로 얻어지는 폴리올이다. 적합한 개시제 화합물은 복수개의 활성 수소 원자를 함유하고 물, 부탄디올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 시클로헥산-디메탄올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 1,2,6-헥산트리올 및 펜타에리트리톨을 포함한다. 개시제의 혼합물 및/또는 시클릭 옥시드가 사용될 수 있다. 선행 문헌에 충분히 기재된 바와 같이 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리올은 개시제에 에틸렌 및 프로필렌 옥시드의 동시 또는 순차적인 첨가로 얻어진다. 무작위 공중합체, 블록 공중합체 및 그들의 조합이 사용될 수 있다. 바람직한 것은 중합체 쇄의 말단(캡핑(capped) 또는 팁핑된(tipped))에서 적어도 부분 및 바람직하게는 전부가 옥시에틸렌기를 갖는 것들이다. 상기 폴리올의 혼합물 역시 사용될 수 있다.
가장 바람직한 것은 2 내지 4, 가장 바람직하게는 3의 평균 공칭 히드록실 관능가, 250 내지 800의 평균 분자량 및 폴리올의 중량을 기준으로 계산하였을 때 50 중량% 이상의 옥시에틸렌 함량을 갖는 폴리옥시에틸렌 폴리올 및 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올이다. 그러한 폴리올은 상업적으로 입수 가능하다. 예로는 퍼스토프(Perstorp)의 폴리올 3380이다.
폴리이소시아네이트 예비중합체는 공지된 방식으로 폴리이소시아네이트와 폴리올을 20 내지 30 중량%의 NCO-값을 갖는 예비중합체가 얻어지는 상대량으로 합하고 혼합하며 그들이 반응하도록 함으로써 제조된다. 원한다면 우레탄기의 형성을 촉진시켜주는 촉매가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 가요성 발포체를 제조하는데 사용될 수 있고 폴리이소시아네이트 예비중합체와 반응하는 폴리올은 필요하다면, 다관능성 개시제의 존재 하에 에틸렌 옥시드 및 프로필렌 옥시드의 중합으로 얻어지는 생성물을 포함한다. 적당한 개시제 화합물은 복수개의 활성 수소 원자를 함유하고 물, 부탄디올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 디프로피렌 글리콜, 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 시클로헥산 디메탄올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 1,2,6-헤산트리올 및 펜타에리트리톨을 포함한다. 개시제의 혼합물 역시 사용될 수 있다. 선행 문헌에 충분히 기재된 바와 같이 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리올은 개시제에 에틸렌 및 프로필렌 옥시드의 동시 또는 순차적인 첨가로 얻어진다. 명시한 양의 옥시에틸렌기를 갖는 무작위 공중합체, 블록 공중합체 및 그들의 조합이 사용될 수 있다.
폴리올의 혼합물 역시 사용될 수 있다. 폴리올의 혼합물이 사용될 경우 혼합물은 2 내지 4의 평균 공칭 히드록실 관능가, 2000 내지 8000의 평균 분자량 및 폴리올의 혼합물의 중량을 기준으로 계산할 때 25 내지 50 중량%의 평균 옥시에틸렌 함량을 가져야 한다. 혼합물을 구성하는 폴리올은 또한 2 내지 4의 공칭 히드록실 관능가 및 2000 내지 8000의 분자량을 갖는다. 혼합물을 구성하는 개별 폴리올은 혼합물이 이 혼합물의 중량을 기준으로 계산할 때 25 내지 50 중량%의 평균 옥시에틸렌 함량을 가진다면 관련된 폴리올의 중량을 기준으로 계산할 때 20 내지 90 중량%의 옥시에틸렌 함량을 가질 수 있다.
그러한 폴리올은 잘 알려져 있으며 상업적으로 입수 가능하다. 예로는 달토셀(DaltocelR) F489 및 달토셀 F442이다. 그러한 혼합물의 예로는 달토셀 F489 폴리올 및 달토셀 F442 폴리올의 4 : 1의 중량비로의 혼합물이다. 폴리올 모두는 3의 공칭 히드록실 관능가 및 2000 내지 8000의 평균 분자량을 갖는다. 그들의 옥시에틸렌 함량은 폴리올의 중량을 기준으로 계산할 때 각각 약 27 및 76 중량%이다. 달토셀 F489 및 F442는 모두 헌트스만으로부터 입수 가능하다. 달토셀은 모든 나라는 아니지만 하나 이상의 나라에서 등록되어있는 헌스트만 코포레이션 또는 그들의 계열사의 상표명이다.
물은 이소시아네이트 지수가 20 내지 70이고 물 지수가 200 내지 400인 양으로 사용된다.
추가로 우레탄기의 형성을 촉진시켜주는 촉매가 사용될 수 있다. 바람직하게는 (모든 이소시아네이트 반응성 성분에) 0.1 내지 2 중량%의 양으로 사용된다. 그러한 촉매는 일반적으로 당업계에 알려져있다. 예로는 아민 촉매, 예컨대 트리에틸렌디아민, N,N-디메틸에탄올아민, 비스(N,N-디메틸아미노에틸)에테르, 2-(2-디메틸아미노에톡시)-에탄올, N,N,N'-트리메틸-N'-히드록시에틸비스아미노에틸-에테르, N-(3-디메틸아미노프로필)-N,N-디이소프로판올아민, N,N'-디에틸피페라진 및 1-(비스(3-디메틸-아미노프로필)아미노-2-프로판올 및 유기금속 화합물, 예컨대 주석 옥토산염(stannous octoate) 및 디부틸틴 디라우레이트(dibutyltin dilaurate)이다. 촉매의 혼합물 역시 사용될 수 있다.
임의로 발포체는 폴리우레탄 업계에서 사용되는 첨가제 및 보조제, 예컨대 발화 지연제, 계면활성제, 다른 발포제, 발연 억제제, 착색제, 카본 블랙, 항미생물제, 항산화제, 성형 이형제(mould release agents), 충진제 및 비료의 존재 하에 제조될 수 있다.
발포제는 모든 성분을 합하고 혼합하여 반응이 일어나도록 함으로써 제조된다. 발포체는 자유 상승 공정(free rise process), 성형 공정, 슬랩스톡 공정(slabstock process), 적층 공정 또는 스프레이 공정에 따라 제조될 수 있다.
공정의 유형과 관계 없이, 발포제는 발포체의 상승이 제한되지 않거나 발포체의 밀도가 이 발포체의 밀도보다 20% 이하 및 바람직하게는 10% 이하로 더 큰 정도로 제한된 방법으로 제한되는 방식으로 제조된다. "자유 상승" 발포체는 발포체를 제조하는 성분이 반응하도록 하고 물질을 반응 및 발포시켜 수직 방향으로 자유롭게 팽창시킴으로써 제조된 발포체이다. "제한된 자유 상승"이 수행되는 경우, 더욱 사각형 모양인 발포체를 제조하고 고르지 못한 위 표면의 형성을 피하기 위한 수단이 사용된다. 이는 발포체 폐기물의 양을 줄여준다. 몇몇 방법이 존재하여 이 더욱 사각형인 모양을 달성한다. 당업계에 알려진 예로는 이른바 부유 리드(floating lid), 드라카/펫제타키스 공정(Draka/Petzetakis process), 맥스폼 공정(Maxfoam process), 파니블록 공정(Panibloc process), 쿼드로폼 공정(Quadrofoam process) 및 버티폼 공정(Vertifoam process)의 사용이다. "제한된 자유 상승"이 수행되는 경우, 본 발명의 문맥상 적용된 제한이 밀도 증가가 가능한한 상기 나타낸 것과 같이 제한되는 유형인 것으로 이해되어야 한다. 모든 밀도는 ISO845에 따라 측정된다.
성분은 독립적으로 발포 기계의 혼합 헤드에 공급될 수 있다. 바람직하게는 이소시아네이트 반응성 성분이 폴리이소시아네이트와 혼합되기 전에 임의로 폴리우레탄 업계에서 사용되는 첨가제 및 보조제와 함께 사전 혼합된다.
얻어진 발포체는 25 내지 70 및 바람직하게는 26 내지 60 kg/m3의 밀도를 갖는다. 발포체는 발포체를 특히 야채 및 꽃을 자라게 하기 위한 식물 생장 배지로의 사용 및 식생 벽 및/또는 식생 지붕 및 식물을 위한 물 경제 관리와 관련된 다른 분야에서의 사용을 적합하게 만드는 공기 흐름 및 세포 열림(cell openness) 수준을 갖는다.
본 발명은 하기 실시예로 설명된다.
<실시예 1 내지 5>
자유 상승 조건 하에서 하기 배합물을 반응시킴으로써 가요성 발포체를 제조했다. 밀도, 경도(CLD), 발포체 안정도 △V, WBC 및 Φ0을 측정하기 위해 발포체를 물리적 시험을 받게 했다.
배합물 및 물리적 특성은 아래와 같았다. 양은 중량부(pbw)로 나타냈다. 실시예 1은 비교예이다.
Figure pct00005
폴리이소시아네이트 1은 47.6 pbw의 수프라섹 2020, 10.4 pbw의 수프라섹 2185 및 47.6 pbw의 수프라섹 MPR의 혼합물이고; 이 모든 폴리이소시아네이트는 헌트스만으로부터 입수 가능하다. 폴리이소시아네이트 2는 93 pbw의 수프라섹 2185 과 7 pbw의 제폭스(Jeffox) WL-440(344 mg KOH/g의 OH 값을 갖는 헌트스만의 폴리옥시에틸렌트리올)과의 반응으로 얻어지는 예비중합체이고 약 26.7 %w의 NCO 값을 갖는다.
폴리이소시아네이트 3은 54 pbw의 수프라섹 2185 및 36 pbw의 수프라섹 MPR 및 10 pbw의 폴리올 3380(382 mg KOH/g의 OH 값을 갖는 퍼스토프의 폴리옥시에틸렌 트리올)의 반응으로 얻어지는 예비중합체이고 약 25.9 %w의 NCO 값을 갖는다.
폴리올 1 : 달토셀 F442, 3의 공칭 관능가, 약 42 mg KOH/g의 OH 값을 갖고 옥시에틸렌 및 옥시프로필렌기를 포함하는 헌트스만의 폴리에테르 폴리올, 옥시에틸렌기의 양은 약 76 중량%(폴리올에).
폴리올 2 : 달토셀 489, 3의 공칭 관능가, 약 28 mg KOH/g의 OH 값을 갖고 옥시에틸렌 및 옥시프로필렌기를 포함하는 헌트스만의 폴리에테르 폴리올, 옥시에틸렌기의 양은 약 27.5 중량%(폴리올에).
폴리올 3 : 제폭스 WL 660, 약 31 mg KOH/g의 OH 값을 갖는 폴리옥시에틸렌 모노올.
촉매 1 : 헌트스만의 제프캣(Jeffcat) DPA.
촉매 2 : 헌트스만의 제프캣 ZF-10.
촉매 3 : 헌트스만의 제프캣 Z130.
계면활성제 1 : 에보니크(Evonik)의 테고스탭(Tegostab) B8724LF.
계면활성제 2 : 에어 프로덕트(Air Products)의 댑코(Dabco) DC2525.
수프라섹, 달토셀, 제프캣 및 제폭스는 모든 나라는 아니지만 하나 이상의 나라에서 등록되어있는 헌트스만 코포레이션 또는 그의 계열사의 상표이다.
추가 비교예
1) 실시예 2를 동일한 이소시아네이트 지수 및 물 지수에서 폴리이소시아네이트 2 대신에 수프라섹 2591 폴리이소시아네이트로 반복하였다. 얻어진 발포체는 고작 1.8의 40%에서의 CLD를 가졌다. 수프라섹 2591은 약 6000의 분자량을 갖는 폴리올로부터 제조된 예비중합체이며 US 2005/0131095의 실시예 7의 비교 실험 1에서 사용되었다.
2) 실시예 2를 동일한 이소시아네이트 지수 및 물 지수에서 폴리이소시아네이트 2 대신에 수프라섹 1002 폴리이소시아네이트로 반복하였다. 발포체는 붕괴되었다. 수프라섹 1002는 WO 96/16099의 실시예 1의 실험 5에서 사용된 예비중합체와 비슷했다.
3) 실시예 4(상기)를 이소시아네이트 지수 및 물 지수 모두 100으로 반복했다. 발포체는 열등한 흡상성 특성을 보였고 물 완충 용량은 고작 26%였다. 발포체 샘플(길이 x 너비 x 높이 = 2 x 2 x 7.5 cm)을 물에 띄우고 바닥에서 2.5 cm가 물로 채워진 75 ml의 유리 병 바닥으로 가라앉는 시간을 관찰하여 흡상성 성능을 시험했다. 실시예 4의 발포체가 20 초내에 가라앉은 반면 이 비교 샘플은 전혀 가라앉지 않았다.
4) WO 96/16099의 실시예 1, 실시예 5를 반복했다. 발포체는 완전히 폐쇄되었고 쓸모없었다. 실험을 70 pbw의 물로 반복함은 86 kg/m3(건조)의 밀도를 갖는 발포체와 106%의 포화로의 부피 증가(물 지수는 약 4000)를 낳았다.

Claims (7)

  1. 25 내지 70 kg/m3의 밀도, 5 내지 15 kPa의 40%에서의 압축 하중 변형(CLD), 25% 이하의 수분 포화시 부피 증가 및 40 내지 60%의 물 완충 용량을 갖는 가요성 폴리우레탄 발포체.
  2. 제1항에 있어서, 밀도가 26 내지 60 kg/m3이고, CLD가 5 내지 12 kPa이며, 부피 증가가 15% 이하인 발포체.
  3. 20 내지 70의 이소시아네이트 지수 및 200 내지 400의 물 지수에서
    -30 내지 80 중량%의 디페닐메탄 디이소시아네이트 및 20 내지 70 중량%의 상기 디이소시아네이트의 3 이상의 이소시아네이트 관능가를 갖는 상동체를 포함하는 폴리이소시아네이트(둘 모두의 양은 폴리이소시아네이트의 양을 기준으로 계산됨) 및 62 내지 1000의 평균 분자량과 2 내지 4의 평균 공칭 히드록실 관능가를 갖는 폴리올을 반응시킴으로써 제조된, 20 내지 30 중량%의 NCO-값을 갖는 폴리이소시아네이트 예비중합체,
    -2 내지 4의 평균 공칭 히드록실 관능가, 2000 내지 8000의 평균 분자량 및 25 내지 50 중량%의 평균 옥시에틸렌 함량을 갖는 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 폴리올 또는 그러한 폴리올의 혼합물(각각 상기 폴리올 또는 혼합물의 중량을 기준으로 계산됨),
    -물, 및
    -임의로 60 내지 1999의 평균 분자량을 갖는 이소시아네이트-반응성 쇄 연장제 및/또는 가교제를
    -임의로 폴리우레탄 업계에서 사용되는 보조제 및 첨가제의 존재 하에
    반응시키는 것을 포함하는, 제1항 또는 제2항의 폴리우레탄 발포체의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 예비중합체를 제조하는데 사용된 폴리올이 이 폴리올의 중량을 기준으로 계산했을 때 옥시에틸렌기를 50 중량% 이상의 양으로 포함하고, 이 폴리올이 250 내지 800의 평균 분자량을 갖는 것인, 발포체의 제조 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 발포체가 자유 상승 공정(free rise process) 또는 제한된 자유 상승 공정에 따라 제조되는, 발포체의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 따른 발포체 및/또는 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따라 제조된 발포체를 포함하는 식물 생장 배지, 식생 벽(green wall) 및/또는 식생 지붕(green roof).
  7. 식생 지붕 및/또는 식생 벽에서의 제1항 또는 제2항에 따른 발포체 및/또는 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따라 제조된 발포체의 용도.
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