KR20130068781A

KR20130068781A - 난연성을 갖는 친환경적인 발포 팽창 폴리우레탄폼 조성물

Info

Publication number: KR20130068781A
Application number: KR1020110136147A
Authority: KR
Inventors: 함철수
Original assignee: 대동공영(주)
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-06-26

Abstract

본 발명에 따른 발포 팽창 폴리우레탄폼 조성물은 레진혼합물(A)과 디이소시아네이트를 주성분으로 한 반응제(B)로 이루어지고, 상기 레진혼합물(A)은 폴리올 성분 100 중량부에 난연제 20∼30 중량부, 정포제 1∼2 중량부, 발포제 6∼15 중량부, 가소제 4∼6 중량부, 촉매 3∼6 중량부, 및 조촉매 0.5∼2 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 난연제로는 TRIS(클로로 프로판올) 포스페이트가 바람직하고, 정포제로는 폴리에테르 변성 폴리실록산, 가소제로는 디옥틸 프탈레이트, 촉매로는 3가 아민, 조촉매로는 포름산이 바람직하다. 발포제로는 물과 메틸 포메이트(methyl formate)가 사용되는데, 폴리올 성분 100 중량부에 물은 2∼5 중량부, 메틸 포메이트는 4∼10 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.

Description

난연성을 갖는 친환경적인 발포 팽창 폴리우레탄폼 조성물 {Flame-retardant and Eco-friendly Expanded Polyurethane Composition}

본 발명은 주거용 건축물 단열, 저온창고, 냉동창고, 기타 건축물, 조립식패널과 같은 건축자재, 선박이나 가전제품 등에 사용되는 단열재 등의 용도로 사용되는 발포 팽창 폴리우레탄폼에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 발포 팽창된 폴리우레탄폼으로 난연성을 가질 뿐만 아니라 친환경적이며 열린기포(open cell)의 구성을 저하시켜 우수한 접착력을 부여함으로써 단열재로서 우수한 물성을 갖는 폴리우레탄폼 조성물에 관한 것이다.

발포 팽창 폴리우레탄폼은 단열재와 같은 건축자재로서 주거용 건축물 단열,저온창고, 냉동창고, 기타 건축물에 발포하여 단열재로 사용하거나 조립식패널과 같은 건축자재에 사용되기도 하고 선박이나 가전제품 등에도 광범위하게 사용되고 있다.

이러한 발포 팽창 폴리우레탄폼은 폴리올 성분을 주성분으로 한 레진혼합물(A)과 디이소시아네이트를 주성분으로 한 반응제(B)로 이루어지고, 이 두 혼합물(A, B)을 혼합하여 분사장비를 이용하여 필요한 건축물이나 건축자재에 팽창된 폴리우레탄폼을 형성한다.

반응제(B)는 이제까지 크루드(crude)계 메틸렌 디이소시아네이트(methylene diisocyanate: MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(toluene diisocyanate: TDI), 프리폴리머(prepolymer) 등에서 선택된 물질로 사용되기 때문에 기술적으로 문제가 될 것이 없다. 하지만 레진혼합물(A)은 각종 폴리올을 비롯하여 난연제, 정포제, 발포제, 촉매 등이 혼합되고, 이들 첨가물에 따라 물성이 달라지기 때문에 발포 팽창 풀리우레탄폼 제조에 기술적으로 매우 중요하게 취급되어 왔다.

종래의 발포 팽창 폴리우레탄폼용 레진혼합물(A)은 CFC, HFC, HCFC 등과 같은 성분을 함유하였는데, 이러한 성분들은 오존층을 파괴하는 물질로서 환경오염의 주범이었다. 또한 종래의 레진혼합물(A)은 인체에 유해한 포름알데히드나 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds: VOCs)을 방출하여 암, 새집증후군, 아토피, 호흡기질환 등과 같은 질병을 유발하는 것으로도 알려져 있다.

그리고 발포 팽창 폴리우레탄폼은 건축물이나 건축자재에 사용되기 때문에 화재로 인한 인명 피해나 재산상의 피해를 예방하기 위하여 절대적으로 난연성이 요구되는 품목이다.

상기와 같은 여러 가지 필수적으로 요구되는 물성 때문에 발포 팽창 폴리우레탄폼은 다양한 방향으로 연구를 계속하여왔다.

특허등록 제978577호에는 CFC, HFC, HCFC 등과 같은 오존층을 파괴하는 불소성분의 물질을 사용하지 않고, 발포 팽창 폴리우레탄폼을 제조하기 위한 방법을 개시하고 있다. 이 방법에서는 폴리올을 주성분으로 하고 정포제, 물, 촉매제, 및 보조제를 사용한 레진혼합물(A)을 개시하는데, 이때 정포제로서 실리콘 정포제, 비이온성 정포제, 또는 비실리콘 정포제를 사용하며, 촉매제는 아민계 촉매로서 펜타 메틸렌, 디에틸렌 트리아민, 디메틸 시클로헥실 아민, 트리에틸렌 디아민, 디메틸 에탄올 아민 을 사용하며, 보조제로는 난연제 및 발포성 또는 다공성 무기질을 사용한다.

특허등록 제978577호에서는 CFC, HFC, HCFC 등과 같은 오존층을 파괴하는 불소성분의 물질을 사용하지 않는다는 점에서는 새로운 기술이지만, 발포 팽창 폴리우레탄폼이 기본적으로 갖추어야 할 물성을 갖추지 못하기 때문에 또 다른 문제점이 나타나고 있다.

특허등록 제978577호에 개시된 발포 팽창 폴리우레탄폼은 오픈 셀(Open Cell: 열린기포) 형성가 되어 발포후의 폴리우레탄폼이 부스러지고 따라서 접착력이 약화되는 치명적인 결점이 나타난다.

본 발명자는 상기와 같은 종래의 발포 팽창 폴리우레탄폼이 갖는 결점을 모두 제거하여 발포 팽창 폴리우레탄폼으로서 갖추어야 할 양호한 본 발명의 새로운 발포 팽창 폴리우레탄폼을 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 발포 팽창 폴리우레탄폼에 사용되는 발포제 CFCㆍHCFC_S를 배제하고 친환경적인 물(H₂O)과 메틸 포메이트(Methyl Formate)를 사용하여 친환경적인 발포 팽창 폴리우레탄폼을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 열린기포(open cell)의 구성을 저하시켜 발포후 우수한 접착력을 갖는 발포 팽창 폴리우레탄폼용 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 발포후의 표면이 거칠지 않고 스무스 오렌지 필(smooth orange peel) 상태가 유지되는 발포 팽창 폴리우레탄폼용 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 발포 팽창 폴리우레탄폼 조성물은 레진혼합물(A)과 디이소시아네이트를 주성분으로 한 반응제(B)로 이루어지고, 상기 레진혼합물(A)은 폴리올 성분 100 중량부에 난연제 20∼30 중량부, 정포제 1∼2 중량부, 발포제 6∼15 중량부, 가소제 4∼6 중량부, 촉매 3∼6 중량부, 및 조촉매 0.5∼2 중량부를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

상기 폴리올 성분은 폴리에테르 트리올, 폴리에테르 디올, 폴리옥시프로필렌글리콜, 폴리옥시에틸렌 글리콜, 폴리에테르 폴리올, 테트라브로모프탈레이트 디올, 폴리에테르 아민, 변성 폴리올, 및 폴리에스터 폴리올로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 혼합 폴리올이 바람직하다. 더 바람직한 것은 폴리에테르 폴리올(수크로스염), 폴리에테르 폴리올(아민염), 및 폴리에스터 폴리올의 혼합물인데 이들은 각각 20∼40 중량%, 40∼60 중량%, 20∼40 중량% 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.

난연제로는 TRIS(클로로 프로판올) 포스페이트가 바람직하고, 정포제로는 폴리에테르 변성 폴리실록산, 가소제로는 디옥틸 프탈레이트, 촉매로는 3가 아민, 조촉매로는 포름산이 바람직하다. 발포제로는 물과 메틸 포메이트(methyl formate)가 사용되는데, 폴리올 성분 100 중량부에 물은 2∼5 중량부, 메틸 포메이트는 4∼10 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 발포 팽창 폴리우레탄폼 조성물은 레진혼합물(A) 45∼55 중량%와 반응제(B) 55∼45 중량%를 혼합한다.

레진혼합물(A)은 촉매를 혼합한 후에 500∼700 pcs의 점도를 유지하는 것이 바람직하며 이는 균질성을 확보하기 위한 것이다.

반응제(B)는 이제까지 크루드(crude)계 메틸렌 디이소시아네이트(methylene diisocyanate: MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(toluene diisocyanate: TDI), 프리폴리머(prepolymer) 등에서 선택된 물질로 사용되고 있고, 본 발명에서도 이 반응제를 사용한다.

본 발명은 발포 팽창 폴리우레탄폼에 사용되는 발포제 CFCㆍHCFC_S를 배제하고 친환경적인 물(H₂O)과 메틸 포메이트를 사용하여 친환경적인 발포 팽창 폴리우레탄폼을 제공하고, 열린기포(open cell)의 구성을 저하시켜 발포후 우수한 접착력을 가지며 발포후의 표면이 거칠지 않고 스무스 오렌지 필(smooth orange peel) 상태가 유지되는 발포 팽창 폴리우레탄폼용 조성물을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

본 발명은 주거용 건축물 단열, 저온창고, 냉동창고, 기타 건축물, 조립식패널과 같은 건축자재, 선박이나 가전제품 등에 사용되는 단열재 등의 용도로 사용되는 발포 팽창 폴리우레탄폼에 관한 것으로, 발포 팽창된 폴리우레탄폼으로 난연성을 가질 뿐만 아니라 친환경적이며 열린기포의 구성을 저하시켜 우수한 접착력을 부여함으로써 단열재로서 우수한 물성을 갖는 폴리우레탄폼 조성물에 관한 것이다.

발포 팽창 폴리우레탄폼은 건축물이나 건축자재에 사용되기 때문에 화재로 인한 인명 피해나 재산상의 피해를 예방하기 위하여 절대적으로 난연성이 요구된다. 난연제는 종래에 사용되는 난연제를 사용할 수 있지만 TRIS(클로로 프로판올) 포스페이트가 바람직하다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서는 열린기포(open cell)의 구성을 저하시켜 발포후 우수한 접착력을 갖는 발포 팽창 폴리우레탄폼용 조성물을 제공하는데, 이를 위해서 가소제를 첨가한다. 사용되는 가소제로는 디옥틸 프탈레이트가 바람직하다. CFC, HFC, HCFC 등과 같은 오존층을 파괴하는 불소성분의 물질을 사용하지 않는다는 점에서는 새로운 기술이지만, 발포 팽창 폴리우레탄폼이 기본적으로 갖추어야 할 물성을 갖추지 못하기 때문에 또 다른 문제점이 나타나고 있다.

본 발명에서는 CFC, HFC, HCFC 등과 같은 오존층을 파괴하는 불소성분의 물질을 사용하지 않고, 발포제로 물과 메틸 포메이트(methyl formate)를 사용하는데, 폴리올 성분 100 중량부에 물은 2∼5 중량부, 메틸 포메이트는 4∼10 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.

촉매와 함께 촉매의 활성을 유지하기 위한 조촉매가 사용된다. 촉매로는 3가 아민, 조촉매로는 포름산이 바람직하다.

본 발명의 발포 팽창 폴리우레탄폼은 건축자재 오염물질 방출량 시험결과 TVOC 및 HCHO 미량 검출되고, 5 VOCs가 검출되지 않아서 친환경적인 폴리우레탄폼을 제조할 수 있다. 기타 발포 팽창 폴리우레탄폼의 크림타임(cream time), 라이스 타임(rise time), 프리 라이스 밀도(free rise density)도 시험결과 양호하여 접착성, 점도, 반응시간 등과 같은 제반물성이 상용화에 적합한 것으로 나타났다.

본 발명에서 제조된 레진혼합물(A) 45∼55 중량%와 반응제(B) 55∼45 중량%를 혼합하여 분사장비를 이용하여 시공현장에 발포 팽창 폴리우레탄폼을 형성한다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기 실시예는 본 발명의 예시목적으로만 기재되는 것으로 본 발명의 권리범위를 제한하거나 한정하는 의도로 기재되는 것은 아니다.

실시예 1-4

폴리올 성분으로 폴리에테르 폴리올(수크로스염), 폴리에테르 폴리올(아민염), 및 폴리에스터 폴리올의 혼합물을 사용하였다. 이들은 각각 25 중량%, 50 중량%, 25 중량% 비율로 혼합하여 100 중량부를 구성하도록 하였다.

상기 폴리올 성분에 폴리올 성분에 난연제, 정포제, 발포제, 가소제로서로서의 물과 메틸 포메이트, 촉매, 및 조촉매를 하기 표 1과 같은 조성으로 혼합하여 레진혼합물(A)을 제조하였다.

상기 실시예에서 제조된 레진혼합물(A) 50 중량%와 반응제(B)로서의 메틸렌 디이소시아네이트(methylene diisocyanate: MDI) 50 중량%를 혼합하여 분사장비를 이용하여 발포 팽창 폴리우레탄폼을 형성하였다.

상기 실시예에 대하여 크림타임(cream time), 라이스 타임(rise time), 프리 라이스 밀도(free rise density)를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

물성 시험 : 한국 표준규격 KS M 3809에 따라 오염물질 방출량 시험을 비롯하여 겉보기 밀도, 열전도율, 흡수량, 난연성을 시험하였다.

시험체는 165 x 165 mm로 절단한 2개의 시험체를 각각 알미늄 호일의 빛나는 면을 밖으로 하여 포장한 후, 고정틀에 넣어 143 x 143 mm의 면적만이 노출되도록 해당하는 알미늄 호일을 제거하고 소형 챔버의 중앙부에 고정시켜 7일 후 방출강도를 측정하였다.

측정 결과, TVOC는 0.02 mg/m²h 이하인 미량 검출되었으며, 5VOCs는 검출되지 않았고, HCHO는 0.005 mg/m²h 이하인 미량 검출되었다. 5VOCs는 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌, 스티렌을 의미한다.

겉보기 밀도는 33 kg/m³, 열전도율은 0.021 W/(m·K), 흡수량은 1.1 g/100 cm², 난연성은 이상이 없는 것으로 측정되었다.

본 발명의 보호범위는 하기 첨부되는 특허청구범위에 의하여 구체화될 것이며, 본 발명의 단순한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

레진혼합물(A)과 디이소시아네이트를 주성분으로 한 반응제(B)로 이루어지고, 상기 레진혼합물(A)은 폴리올 성분 100 중량부에 난연제 20∼30 중량부, 정포제 1∼2 중량부, 발포제 6∼15 중량부, 가소제 4∼6 중량부, 촉매 3∼6 중량부, 및 조촉매 0.5∼2 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포 팽창 폴리우레탄폼 조성물.
제1항에 있어서, 상기 폴리올 성분은 폴리에테르 트리올, 폴리에테르 디올, 폴리옥시프로필렌글리콜, 폴리옥시에틸렌 글리콜, 폴리에테르 폴리올, 테트라브로모프탈레이트 디올, 폴리에테르 아민, 변성 폴리올, 및 폴리에스터 폴리올로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 혼합 폴리올인 것을 특징으로 하는 발포 팽창 폴리우레탄폼 조성물.
제1항에 있어서, 상기 폴리올 성분은 폴리에테르 폴리올(수크로스염), 폴리에테르 폴리올(아민염), 및 폴리에스터 폴리올의 혼합물로서, 이들은 각각 20∼40 중량%, 40∼60 중량%, 20∼40 중량% 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 발포 팽창 폴리우레탄폼 조성물.
제1항에 있어서, 상기 발포제는 폴리올 성분 100 중량부에 물이 2∼5 중량부, 메틸 포메이트가 4∼10 중량부로 사용되는 것을 특징으로 하는 발포 팽창 폴리우레탄폼 조성물.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 난연제는 TRIS(클로로 프로판올) 포스페이트이고, 정포제는 폴리에테르 변성 폴리실록산이고, 가소제는 디옥틸 프탈레이트이고, 촉매는 3가 아민이고, 조촉매는 포름산인 것을 특징으로 하는 발포 팽창 폴리우레탄폼 조성물.
제1항에 있어서, 상기 레진혼합물(A)은 45∼55 중량%로 사용되고 상기 반응제(B)는 55∼45 중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 발포 팽창 폴리우레탄폼 조성물.
제1항에 있어서, 상기 반응제(B)는 이제까지 크루드(crude)계 메틸렌 디이소시아네이트(methylene diisocyanate: MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(toluene diisocyanate: TDI), 프리폴리머(prepolymer)에서 선택되는 것을 특징으로 하는 발포 팽창 폴리우레탄폼 조성물.