KR20140114676A

KR20140114676A - 식물성 오일/폴리올을 이용한 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더 조성물

Info

Publication number: KR20140114676A
Application number: KR1020130029312A
Authority: KR
Inventors: 박희문; 김부일; 유평준; 최지영; 김태우
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2014-09-29

Abstract

본 발명은 주차장이나 보도, 공원 등의 공공장소 등 친환경성이 요구되는 장소의 포장재 또는 건축자재에 혼합되어 사용될 수 있는 식물성 오일/폴리올을 이용한 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더 조성물에 관한 것으로, 본 발명에 따른 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더 조성물은, 바이오 오일/폴리올 30 ~ 70 중량부와, 분자량이 100 ~ 1000이고 관능기가 3 ~ 10개인 경질 폴리올 5 ~ 20 중량부와, 분자량이 1000 ~ 6000이고 관능기가 2 ~ 3개인 연질 폴리올 35 ~ 50 중량부와, 수지화 촉매(Gelling catalyst) 0 ~ 0.5 중량부와, 소포제 0.1~2중량부와, 흡습제 5 ~ 10중량부를 포함하고, 점도가 700 ~ 1300cps/23℃인 주제와; NCO 함량이 30 ~ 32중량%이고, 점도가 20 ~ 250cps/23℃이고, 비중이 1.20 ~ 1.25이고 관능기수(Functionality)가 2 ~ 3인 것을 특징으로하는 이소시아네이트 화합물로 이루어진 경화제로 구성되고; 상기 주제와 경화제의 혼합 비율은 중량비로 100 : 30 ~ 100인 것을 특징으로 한다.

Description

식물성 오일/폴리올을 이용한 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더 조성물{Nature-friendly Bio-Polyurethane Binder Composition Using Vegetable Oil/Polyol}

본 발명은 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주차장이나 보도, 공원 등의 공공장소 등 친환경성이 요구되는 장소의 포장재 또는 건축자재에 혼합되어 사용될 수 있는 식물성 오일/폴리올을 이용한 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더 조성물에 관한 것이다.

종래 보도, 자전거 도로, 공원의 산책로 등의 바닥 포장은 통상 표층부에 콘크리트나 아스팔트를 포설하여 하는 포장이나, 돌, 벽돌, 시멘트, 나무 등의 각종 블록을 표층부에 깔아 시공하는 블록 포장이 주로 이용되었다. 그러나 상기와 같은 블록 포장은 강도가 강하고, 탄성감이 없기 때문에 보행시 느낌이 딱딱하고 충격 흡수력이 떨어져 충격으로 인한 부상을 유발할 수 있는 문제점이 있었다.

이에 최근에는 보도, 자전거 도로, 공원의 산책로나 놀이터 등의 바닥 포장시 폴리우레탄수지, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 칩과 같은 열가소성 탄성체 칩, 폐타이어칩이나 재생고무칩 등을 이용하여 바닥에 충분한 탄성이 부여된 탄성 포장 시공을 하는 사례가 증가하는 추세이다.

상기와 같은 탄성 포장 시공은 폐타이어칩, EPDM 칩 등과 같은 고무칩을 바인더와 혼합하여 포장한 뒤, 경화시켜 탄성 포장재를 형성하는 것이 일반적이며, 이때 사용되는 바인더로는 통상적으로 우레탄 바인더가 탄성이 있고, 내마모성 및 내충격성이 우수한 특성을 갖고 있으며, 실온에서 경화될 수 있어 많이 사용된다.

그러나 열가소성 탄성체 칩이나 폐타이어 등과 같은 폐고무칩을 재활용한다는 장점에도 불구하고, 화학적인 바인더를 사용하기 때문에 포름알데히드나 휘발성 유기화합물 등과 같은 각종 유해물질이 발생되어 인체에 악영향을 미칠 수 있다는 문제점을 갖고 있었다.

또한 종래의 도로 등의 노면 포장에 사용하는 아스팔트 콘크리트와 시멘트 콘크리트에도 탄성 포장재의 내구성과 강도를 향상시키고 경화 속도를 제어하기 위한 목적으로 폴리우레탄 계열의 폴리머를 바인더로 사용하고 있는데, 이러한 폴리우레탄 계열의 폴리머 바인더는 골재용 바인더가 아니라, 탄성이 있는 고무칩용 바인더로서 상기 프리폴리머에 상대적으로 독성이 강한 TDI를 사용하고 있기 때문에 시공 과정에서 환경 오염물질이 발생할 수 있는 문제가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1218804호(2012년 12월 28일 등록) : 친환경 흙 포장용 바인더 및 그 제조 방법 대한민국 등록특허공보 제10-0975356호(2010년08월05일 등록) : 탄성 포장 시공용 친환경 습기경화형 폴리우레탄 바인더

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 식물성 오일/폴리올을 이용함으로써 이산화탄소(CO₂)나 먼지, 질소산화물(NoX) 및 황산화물(SoX)와 같은 환경 오염물질의 발생을 대폭 절감할 수 있으며, 동절기에도 가열을 하지 않고 사용할 수 있어서 연료 소모량을 절감할 수 있는 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더 조성물은, 바이오 오일/폴리올 30 ~ 70 중량부와, 분자량이 100 ~ 1000이고 관능기가 3 ~ 10개인 경질 폴리올 5 ~ 20 중량부와, 분자량이 1000 ~ 6000이고 관능기가 2 ~ 3개인 연질 폴리올 35 ~ 50 중량부와, 수지화 촉매(Gelling catalyst) 0 ~ 0.5 중량부와, 소포제 0.1~2중량부와, 흡습제 5 ~ 10중량부를 포함하고, 점도가 700 ~ 1300cps/23℃인 주제와; NCO 함량이 30 ~ 32중량%이고, 점도가 20 ~ 250cps/23℃이고, 비중이 1.20 ~ 1.25이고 관능기수(Functionality)가 2 ~ 3인 것을 특징으로하는 이소시아네이트 화합물로 이루어진 경화제로 구성되고; 상기 주제와 경화제의 혼합 비율은 중량비로 100 : 30 ~ 100인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폴리 우레탄 바인더 조성물은 -20℃ ~ 40℃의 온도에서 사용 가능하기 때문에 동절기에도 시공을 위해 가열을 할 필요가 없고, 동시에 친환경 식물성 오일/폴리올을 원료로 사용함으로써 시공 과정에서 환경 오염물질을 거의 발생시키지 않는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 폴리 우레탄 바인더 조성물을 주차장이나 보도 포장재에 사용할 경우, 기존의 도로 포장재 보다 높은 탄성을 유지함으로써 도로 표층이 울퉁불퉁하게 소성 변형하거나 일부가 파손되어 포트 홀(Pot hole)이 형성되는 문제를 방지할 수 있고, 나아가 골재와 골재 사이에 적정한 공극이 형성되어 배수성이 향상되는 효과도 얻을 수가 있다.

본 발명에 따른 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더는 주제와 경화제로 이루어지며, 주제와 경화제의 혼합 비율은 중량비로 100 : 30 ~ 100 로 만들어진다.

상기 주제는 바이오 오일/폴리올 30 ~ 70 중량부와, 분자량이 100 ~ 1000이고 관능기가 3 ~ 10개인 경질 폴리올 5 ~ 20 중량부와, 분자량이 1000 ~ 6000이고 관능기가 2 ~ 3개인 연질 폴리올 35 ~ 50 중량부와, 수지화 촉매(Gelling catalyst) 0 ~ 0.5 중량부와, 소포제 0.1~2중량부와, 흡습제 5 ~ 10중량부를 포함하고, 점도가 700 ~ 1300cps/23℃ 이다.

상기 경화제는 NCO 함량이 30 ~ 32중량%이고, 점도가 20 ~ 250cps/23℃이고, 비중이 1.20 ~ 1.25이고 관능기수(Functionality)가 2 ~ 3인 것을 특징으로하는 이소시아네이트 화합물로 이루어진다.

상기 바이오 오일/폴리올은 식물성 천연 오일/폴리올로서 피마자유(Caster oil) 80 ~ 100 중량부와 대두유 폴리올(SOYBEAN BASED POLYOL) 1 ~ 20 중량부로 이루어진다.

상기 바이오 오일/폴리올 중 피마자유(Caster oil)는 분자량이 900 ~ 1100이고, OH가(OH value)가 150 ~ 170mgKOH/g이고, 점도는 800 ~ 1200이고, 비중은 0.95 ~ 1.02이고, 관능기수(Functionality)가 1 ~ 2이다.

그리고, 상기 바이오 오일/폴리올 중 대두유 폴리올(SOYBEAN BASED POLYOL)은 분자량이 1000 ~ 1300이고, OH가(OH value)가 170 ~ 200mgKOH/g이고, 점도는 3800 ~ 4800이고, 비중은 1.00 ~ 1.20이고, 관능기수(Functionality)가 2 ~ 4이다.

이와 같이 상기 바이오 오일/폴리올은 본 발명의 바인더 조성물이 친환경적인 성능을 갖게 함과 동시에 탄성을 향상시켜 주는 기능을 한다. 상기 바이오 오일/폴리올은 그 함량은 30 ~ 70 중량부인 것이 바람직하다. 만일 바이오 오일/폴리올의 함량이 30 중량부 미만이면, 원하는 친환경 효과나 탄성을 얻을 수 없고, 반대로 70 중량부를 초과하면 다른 구성성분들과의 상용성이 불량하게 될 우려가 있다.

상기 경질 폴리올과 연질 폴리올은 포장재 혹은 건축자재의 경화 후 강성을 향상시켜 주는 작용을 한다. 상기 경질 폴리올로는 예를 들어 폴리에테르 폴리올이나 폴리에스테르 폴리올을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 수지화 촉매(Gelling catalyst)는 유기 금속계 촉매나 아민계 촉매를 사용할 수 있는데, 유기 금속계 촉매로는 DBTL(Dibutyltin dilaurate)이나 스테너스옥토에이트(stannous octoate)를 사용할 수 있고, 아민계 촉매로는 TEDA(triethylene diamine), DMEA(dimethyl ethanol amine), TMBDA(tetramethyl butane diamine), DMCHA(dimethyl cyclohexyl amine), TEA(triethyl amine) 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

한편, 상기 주제는 추가적으로 가교제나 사슬연장제 0.1 ~ 1.5 중량부를 포함할 수 있다. 상기 가교제는 고분자 사슬에 가지(Branch)나 망상 구조를 형성하는 물질로서, 트리올, 테트라올, 폴리아민과 같은 다관능성 물질이 주로 사용된다. 또한, 사슬연장제는 중합 내지 분자간 결합을 강하게 하기 위해 사용되는 반응성 단분자 물질로서, 디올이나 디아민과 같은 2관능성 물질이 주로 사용된다.

또한, 상기 주제는 필요에 따라 흡습제나 안료, 난연제 등과 같은 여러 가지 첨가제를 포함할 수도 있다.

상기 주제의 제조방법은 23 ~ 25℃의 온도에서 먼저 중량비가 큰 바이오 오일/폴리올과 경질 폴리올을 혼합하고, 여기에 촉매와 기타 가교제나 첨가제를 순서대로 투입하고 교반한다. 이렇게 하여 제조되는 주제는 점도가 600 ~ 1500cps/23℃인 액체로서, 색상은 담황색 또는 유색이다. 상기 주제는 대기 중 수분에 노출될 경우, 물성이 변할 수 있으므로 취급 시 주의를 요하며, 23 ~ 25℃의 온도에서 밀봉 상태로 보관하는 것이 바람직하다.

다음으로 경화제는 경화 후 포장재나 건축자채의 강성 및 배수 기능을 향상시키는 특징이 있다. 상기 경화제는 NCO 함량이 30 ~ 32중량%이고, 점도가 20 ~ 250cps/23℃인 이소시아네이트 화합물을 사용할 수 있다. 본 발명에서 NCO 함량은 이소시아네이트 화합물 중에 포함되어 있는 NCO의 중량을 백분율(중량%)로 나타낸 것으로, KS M 5969(우레탄 중간체 또는 프리폴리머 중의 이소시아네이트기 함유량 시험방법)에 따라 측정할 수 있다. 상기 제1 경화제에서 NCO 함량이 낮아질수록 바인더 조성물의 점도가 상승하는 경향을 보이는데, 상기 점도가 20 cps/23℃인 미만이면 상기 주제와 교반할 때 주제와의 점도 차이로 인해 교반 효율이 저하되는 문제가 있고, 반대로 250cps/23℃를 초과하면 점도가 너무 높아져서 사용 시 외부 온도가 낮을 때는 가온을 해야 하는 문제가 발생한다.

본 발명에 따른 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더 조성물은 주제와 경화제를 따로 보관하고 있다가 시공 직전에 서로 혼합하여 사용한다. 이 때, 주제와 경화제의 혼합 비율은 100 : 30 ~ 100 중량비인 것이 바람직하다. 상기 주제와 경화제는 서로 혼합한 후 2시간 정도 경과하면 경화되므로 혼합 후 2시간 이내에 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더 조성물은 주차장이나 보도, 공공장소 등의 바닥면의 포장재로 사용할 경우, 우수한 휨 강도와 복원 탄성력을 나타내며, 특히 고온에서도 소성 특성이 나타나지 않기 때문에 표면이 소성 변형되거나, 탈리 또는 포트 홀 생성 등의 파손 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 바인더 조성물을 사용하여 포장을 실시할 경우, 골재와 골재 사이에 적정한 공극율을 유지함으로써, 여름철 집중 호우로 인한 배수 및 침수의 문제나 교통량 증가로 인한 소음 문제 등을 해결할 수 있고, 나아가 석유가 아닌 자연으로부터 얻어지는 친환경 바이오 오일/폴리올을 원료로 사용함으로써 제조 및 시공 과정에서 탄소의 발생을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims

바이오 오일/폴리올 30 ~ 70 중량부와, 분자량이 100 ~ 1000이고 관능기가 3 ~ 10개인 경질 폴리올 5 ~ 20 중량부와, 분자량이 1000 ~ 6000이고 관능기가 2 ~ 3개인 연질 폴리올 35 ~ 50 중량부와, 수지화 촉매(Gelling catalyst) 0 ~ 0.5 중량부와, 소포제 0.1~2중량부와, 흡습제 5 ~ 10중량부를 포함하고, 점도가 700 ~ 1300cps/23℃인 주제와;
NCO 함량이 30 ~ 32중량%이고, 점도가 20 ~ 250cps/23℃이고, 비중이 1.20 ~ 1.25이고 관능기수(Functionality)가 2 ~ 3인 것을 특징으로하는 이소시아네이트 화합물로 이루어진 경화제로 구성되고;
상기 주제와 경화제의 혼합 비율은 중량비로 100 : 30 ~ 100인 것을 특징으로 하는 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더 조성물.
제1항에 있어서, 상기 바이오 오일/폴리올은 피마자유(Caster oil) 80 ~ 100 중량부와 대두유 폴리올(SOYBEAN BASED POLYOL) 1 ~ 20 중량부인 것을 특징으로 하는 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더 조성물.
제 1항과 2항에 있어서, 상기 바이오 오일/폴리올 중 피마자유(Caster oil)은 분자량이 900 ~ 1100이고, OH가(OH value)가 150 ~ 170mgKOH/g이고, 점도는 800 ~ 1200이고, 비중은 0.95 ~ 1.02이고, 관능기수(Functionality)가 1 ~ 2인 것을 특징으로 하는 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더 조성물.
제 1항과 2항에 있어서, 상기 바이오 오일/폴리올 중 대두유 폴리올(SOYBEAN BASED POLYOL)은 분자량이 1000 ~ 1300이고, OH가(OH value)가 170 ~ 200mgKOH/g이고, 점도는 3800 ~ 4800이고, 비중은 1.00 ~ 1.20이고, 관능기수(Functionality)가 2 ~ 4인 것을 특징으로 하는 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더 조성물.
제1항에 있어서, 상기 경질 폴리올과 연질 폴리올은 폴리에테르 폴리올이나 폴리에스테르 폴리올인 것을 특징으로 하는 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수지화 촉매(Gelling catalyst)는 DBTL(Dibutyltin dilaurate)나 스테너스옥토에이트(stannous octoate), TEDA(triethylene diamine), DMEA(dimethyl ethanol amine) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 친환경 바이오 폴리 우레탄 바인더 조성물.