KR20160034609A - 발포단열재의 제조방법 및 그로부터 제조된 발포단열재 - Google Patents

발포단열재의 제조방법 및 그로부터 제조된 발포단열재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (S1) 폴리올(polyol) 100 중량부, 폴리메릭 엠디아이(polymeric MDI) 120 내지 180 중량부, 발포제 10 내지 40 중량부, 난연제 10 내지 35 중량부, 정포제 2 내지 4 중량부 및 촉매 2 내지 5.3 중량부를 포함하는 원료 조성물을 혼합하는 크림 타임 단계; (S2) 상·하의 두 면재 사이에 상기 혼합된 원료 조성물을 투입하고, 상기 투입된 원료 조성물을 발포반응시켜, 발포체를 형성하는 겔링 타임 단계; (S3) 상기 발포체 표면의 발포반응이 종료되면서, 상기 발포체의 표면에서 접착력이 제거되는 태크-프리 타임 단계; 및 (S4) 상기 발포체의 표면에 형성된 상기 상·하의 두 면재를 제거하여 발포단열재를 수득하는 단계;를 포함하되, 상기 (S2) 단계와 상기 (S3) 단계의 간격이 30 내지 60초인 발포단열재의 제조방법 및 그로부터 제조된 발포단열재에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 겔링 타임 단계와 태크-프리 타임 단계의 간격을 적절하게 조절하여, 발포체의 제조시 사용되는 면재 표면에서 발포체의 발포반응을 최대한 억제함으로써, 면재와 발포체의 접착강도를 최소화할 수 있고, 이로써, 발포체의 셀 성장이 안정적으로 일어남과 동시에, 면재의 이형성(releasability)을 향상시켜 면재를 발포체로부터 용이하게 제거할 수 있다.

Description

발포단열재의 제조방법 및 그로부터 제조된 발포단열재{Manufacturing method of foamed insulation material and foamed insulation material manufactured therefrom}
본 발명은 발포단열재의 제조방법 및 그로부터 제조된 발포단열재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연속 경질 폴리이소시아누레이트 발포체의 제조방법에서 사용되는 면재를 용이하게 제거할 수 있는 발포단열재의 제조방법 및 그로부터 제조된 발포단열재에 관한 것이다.
건축재료는 경량이고 단열성능이 높고 난연성을 지닌 제품이 선호되고 있다. 이는 건축물의 내·외장재로서 가벼우면서도 단열성이 우수한 제품들이 건축물의 외적인 미감과 사용상의 경제성을 가져다 준다는 경험칙에 근거하여 현대인들로부터 폭 넓게 요구되고 있는 점에 기인한다.
이러한 건축물들이 현대인들의 주거환경뿐만 아니라, 공장의 내·외벽으로서의 사용, 냉동창고의 벽면의 형성, 조립식 건물에서의 사용 등과 같이 다양한 모습으로 사용되고 있고, 그 사용 및 관리 소홀로 인한 불의의 화재 시에 안전상의 대책이 동시에 요구되고 있다. 따라서, 건축물에 사용되는 건축재료로서는 경량성, 단열성 및 난연성을 필수적으로 갖추고 있어야 한다.
한편, 통상적으로 사용되는 건축용 단열재로는, 폴리스티렌(polystylene)이 발포되어 형성된 스티로폼, 폴리이소시아누레이트(polyisocyanurate, PIR) 발포체 또는 폴리우레탄(polyurethane, PUR) 발포체 등이 있다.
특히, 일반적인 연속 경질 폴리이소시아누레이트 발포체는, 연속적으로 투입되는 상·하의 두 면재 사이에 액상의 원료 조성물을 투입한 후, 이렇게 투입된 원료 조성물이 발포반응 및 경화되면서 연속적으로 생산된다.
이러한 폴리이소시아누레이트 발포체의 반응거동은 크게 크림 타임 단계, 겔링 타임 단계 및 태크-프리 타임 단계로 나눌 수 있다. 크림 타임 단계는, 폴리올, 폴리메릭 엠디아이, 발포제, 난연제 및 기타 첨가제를 포함하는 원료 조성물들이 서로 섞이면서 색깔이 짙은 노락색에서 우윳빛 크림 색으로 변하는 단계이고, 겔링 타임 단계는, 크림 타임 단계를 거친 원료 조성물이 발포반응이 이루어지면서 급격히 팽창하여, 발포체의 모양을 형성하는 단계이며, 태크-프리 타임 단계는, 겔링 타임 단계를 거친 발포체 표면의 반응이 종료되면서, 표면에서의 접착력이 사라지는 단계를 나타낸다.
이때, 면재로는 일반적으로 부직포, 종이, 강판, 알루미늄 판 등이 이용되고 있고, 이러한 연속 경질 폴리이소시아누레이트 발포체의 제조공정에서, 이러한 면재 없이 발포체를 생산하는 것은 아직까지는 불가능한 실정이다.
이러한 면재 중에서 강판이나 알루미늄 판은 그 자체가 난연성을 갖고 있지만, 부직포나 종이의 경우, 난연성을 부여하기 위해서는 과량의 난연제를 함침할 수 있도록 그 두께를 증가시켜야 한다. 하지만 난연제 투입량에 비해 난연성이 떨어지기 때문에 경제성이 없고, 난연성을 부여하는 것에 한계가 따른다.
따라서, 일반적으로 부직포나 종이는 단지 연속생산을 위한 면재로만 이용되고 있을 뿐이고, 강판이나 알루미늄 판은 비용이 비싼 단점이 있기 때문에, 폴리이소시아누레이트 발포체의 난연성을 향상시키는 데에는 제한이 따르게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 연속 경질 발포체의 제조방법에서 사용되는 면재의 이형성(releasability)을 향상시켜, 면재와 발포체간의 접착강도를 최소화함으로써 면재를 용이하게 제거할 수 있는 발포단열재의 제조방법 및 그로부터 제조된 발포단열재를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, (S1) 폴리올(polyol) 100 중량부, 폴리메릭 엠디아이(polymeric MDI) 120 내지 180 중량부, 발포제 10 내지 40 중량부, 난연제 10 내지 35 중량부, 정포제 2 내지 4 중량부 및 촉매 2 내지 5.3 중량부를 포함하는 원료 조성물을 혼합하는 크림 타임 단계; (S2) 상·하의 두 면재 사이에 상기 혼합된 원료 조성물을 투입하고, 상기 투입된 원료 조성물을 발포반응시켜, 발포체를 형성하는 겔링 타임 단계; (S3) 상기 발포체 표면의 발포반응이 종료되면서, 상기 발포체의 표면에서 접착력이 제거되는 태크-프리 타임 단계; 및 (S4) 상기 발포체의 표면에 형성된 상기 상·하의 두 면재를 제거하여 발포단열재를 수득하는 단계;를 포함하되, 상기 (S2) 단계와 상기 (S3) 단계의 간격이 30 내지 60초인 발포단열재의 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 폴리올은, 에스테르계 폴리올, 에테르계 폴리올 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
이때, 상기 혼합물은, 상기 혼합물 중, 상기 에스테르계 폴리올의 함량은 70 중량% 이상이고, 상기 에테르계 폴리올의 함량은 30 중량% 이하일 수 있다.
그리고, 상기 폴리올의 수산기값은, 150 내지 250 mgKOH/g일 수 있다.
그리고, 상기 폴리메릭 엠디아이는, 이소시아네이트(-NCO)의 함량이 30 내지 32 중량%이고, 점도가 170 내지 230 mPa·s일 수 있다.
그리고, 상기 난연제는, 할로겐계 난연제, 인계 난연제 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 정포제는, 실리콘, 실리콘 글리콜 코폴리머, 폴리실록산 에테르 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 촉매는, 아민계 촉매, 금속계 촉매 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
이때, 상기 혼합물은, 상기 아민계 촉매 1.0 내지 2.8 중량부 및 상기 금속계 촉매 1.0 내지 2.5 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 면재는, 비극성 수지로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 비극성 수지는, 폴리올레핀 수지, 폴리스티렌 수지 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 면재의 두께는, 20 ㎛ 내지 2 mm일 수 있고, 상기 면재의 밀도는, 0.015 내지 1 g/l일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 본 발명의 제조방법으로부터 제조된 발포단열재가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 겔링 타임 단계와 태크-프리 타임 단계의 간격을 적절하게 조절하여, 발포체의 제조시 사용되는 면재 표면에서 발포체의 발포반응을 최대한 억제함으로써, 면재와 발포체의 접착강도를 최소화할 수 있다.
이로써, 발포체의 셀 성장이 안정적으로 일어남과 동시에, 면재의 이형성(releasability)을 향상시켜 면재를 발포체로부터 용이하게 제거할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 발포단열재의 제조방법은 다음과 같다.
우선, 폴리올(polyol) 100 중량부, 폴리메릭 엠디아이(polymeric MDI) 120 내지 180 중량부, 발포제 10 내지 40 중량부, 난연제 10 내지 35 중량부, 정포제 2 내지 4 중량부 및 촉매 2 내지 5.3 중량부를 포함하는 원료 조성물을 혼합하는 크림 타임 단계(S1)가 수행된다.
원료 조성물의 함량이 상기 수치를 만족하게 되면, 추후 발포단열재의 형성이 원활하게 이루어지고, 형성된 발포단열재 표면의 난연성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 폴리올은, 에스테르계 폴리올, 에테르계 폴리올 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 이때, 상기 혼합물 중, 상기 에스테르계 폴리올의 함량은 70 중량% 이상이고, 상기 에테르계 폴리올의 함량은 30 중량% 이하일 수 있다. 에테르계 폴리올의 가격이 에스테르계 폴리올보다 더 비싸기 때문에, 에테르계 폴리올의 함량이 30 중량%를 초과하면 경제성이 없다.
그리고, 상기 폴리올의 수산기값은, 150 내지 250 mgKOH/g일 수 있다. 수산기값이 150 mgKOH/g 미만이면 이소시아네이트와 반응할 수 있는 폴리올의 반응기가 낮아 정상적인 발포체가 형성되지 못하는 문제점이 있고, 250 mgKOH/g를 초과하면 과도한 가교반응이 발생하여 점도가 급격히 올라가는 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 상기 폴리메릭 엠디아이는, 이소시아네이트(-NCO)의 함량이 30 내지 32 중량%이고, 점도가 170 내지 230 mPa·s일 수 있다. 상기 이소시아네이트기의 함량이 30 중량% 미만이면, 치수 안정성이 떨어질 수 있고, 32 중량%를 초과하면 압축, 인장강도가 저하되고, 유동성이 저하될 수 있다. 그리고, 점도의 수치가 상기 범위를 벗어나면 반응성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 이때의 점도는 25 ℃ 하에서 측정한 수치이다.
그리고, 상기 발포제는, 수지 반응에는 참여하지 않고, 반응열에 의하여 기화되어 기포를 형성하는 성분, 예를 들면 CFC-11, HCFC-141b, 시클로 펜탄, 노르말 펜탄, 이소 펜탄의 펜탄류 또는 HFC류 등의 염화불화탄소계 화합물이 선택적으로 사용될 수 있고, 이 중에서, HCFC-141b 또는 펜탄류 등을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 발포제의 함량은, 전술한 바와 같이, 폴리올 100 중량부에 대하여, 10 내지 40 중량부가 사용되는데, 10 중량부 미만인 경우에는 발포체의 경도 및 비중이 매우 높아지고, 40 중량부를 초과하면, 과도한 발포에 의해 안정한 셀 구조의 발포체를 얻을 수 없어서 발포체의 기계적 물성이 급격히 저하되는 단점이 있다.
그리고, 상기 난연제는, 트리스(2-클로로프로필) 포스페이트(Tris(2-chloropropyl) phosphate), 트리스(2-클로로에틸) 포스페이트(Tris(2-chloroethyl) phosphate), 염화파라핀(chlorinated paraffins) 등의 할로겐계 난연제, 트리에틸포스페이트(Triethyl phosphate) 등의 인계 난연제, 멜라민 시아누레이트 등의 질소계 난연제, 알루미늄 포스피네이트 등의 무기계 난연제 등이 사용될 수 있고, 이 중에서, 할로겐계 난연제 또는 인계 난연제 등을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 난연제의 함량은, 전술한 바와 같이, 폴리올 100 중량부에 대하여, 10 내지 35 중량부가 사용되는데, 10 중량부 미만인 경우에는 필요한 난연 효과가 발휘되지 않고, 35 중량부를 초과하면, 발포체의 원료 조성물의 물성을 저하시킬 수 있다.
한편, 상기 정포제는, 실리콘(silicon), 실리콘 글리콜 코폴리머(silicon glycol copolymer), 폴리실록산 에테르(polysiloxane ether) 등의 실리콘계 정포제, 비닐-2-피롤리돈(Vinyl-2-pyrrolidone) 등의 비실리콘계 정포제 등이 사용될 수 있고, 그 중에서 실리콘계 정포제를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 정포제의 함량은, 전술한 바와 같이, 폴리올 100 중량부에 대하여, 2 내지 4 중량부가 사용되는데, 2 중량부 미만인 경우에는 반응물의 균일성이 저하되고, 셀 크기가 증가하게 되어 발포체의 물성과 단열성이 떨어지게 되고, 4 중량부를 초과하면 셀이 과도하게 개방되어 붕괴(Collapse)되는 현상이 발생할 수 있다.
그리고, 상기 촉매는, 트리에틸렌디아민 (triethylenediamine), 디메틸에탄올아민 (dimethylethanolamine), 테트라메틸 부탄디아민 (tetramethyl butanediamine), 디메틸시클로헥실아민 (dimethylcyclohexylamine), 트리에틸아민 (triethylamine), 펜타메틸디에틸렌트리아민 (pentamethyldiethylenetriamine), 트리스[3-(디메틸아미노)프로필] 헥사히드로트리아진 (tris[3-(dimethylamino)propyl] hexahydrotriazine) 등의 아민계 촉매, 디부틸틴 디라우레이트 (dibutyltin dilaurate), 포타슘 옥토에이트 (potassium octoate), 디부틸틴 디메르캅티드 (dibutyltin dimercaptide), 스태너스 옥토에이트 (stannous octoate) 등의 금속계 촉매 등이 사용될 수 있다. 이때 상기 아민계 촉매는 디에틸렌 글리콜과 혼합되어 사용될 수도 있다.
상기 촉매의 함량은, 전술한 바와 같이, 폴리올 100 중량부에 대하여, 2 내지 5.3 중량부가 사용된다. 그리고, 아민계 촉매와 금속계 촉매가 서로 혼합되어 사용될 수도 있는데, 이때, 아민계 촉매는 1.0 내지 2.8 중량부, 금속계 촉매는 1.0 내지 2.5 중량부가 사용될 수 있다.
아민계 촉매와 금속계 촉매가 각각 1.0 중량부 미만으로 사용될 경우, 후술하는 겔링 타임 단계와 태그-프리 타임 단계의 간격이 길어질 수 있다. 이때 면재 표면에서 발포체의 반응이 지속되어, 면재와 발포체간의 접착력이 상승하면서 추후 면재의 제거가 원활히 이루어지지 않을 수 있다. 한편, 아민계 촉매가 2.8 중량부를 초과하거나, 금속계 촉매가 2.5 중량부를 초과하게 되면, 발포반응의 속도가 너무 빨라서, 셀 성장이 안정적으로 일어나지 않을 수 있다.
이어서, 상·하의 두 면재 사이에 상기 혼합된 원료 조성물을 투입하고, 상기 투입된 원료 조성물을 발포반응시켜, 발포체를 형성하는 겔링 타임 단계(S2)가 수행된다.
이때, 상기 면재는, 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, LLDPE) 등의 폴리올레핀 수지나 폴리스티렌(polystyrene, PS) 수지 등의 비극성 수지와, 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 등의 극성 수지가 사용될 수 있고, 그 중에서 비극성 수지를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
그리고, 상기 면재의 두께는, 20 ㎛ 내지 2 mm일 수 있다.
면재의 두께가 20 ㎛ 미만인 경우, 면재의 인장강도 약해서, 추후 면재의 제거 중 자체적으로 찢어질 수 있어 면제 제거에 어려움이 따를 수 있다. 그리고, 2 mm를 초과하게 되면 너무 두꺼워서 비효율적이다.
그리고, 상기 면재의 밀도는, 0.015 내지 1 g/l일 수 있다.
면재의 밀도가 0.015 g/l 미만인 경우, 면재의 인장강도 약해서, 추후 면재의 제거 중 자체적으로 찢어질 수 있어 면제 제거에 어려움이 따를 수 있다. 그리고, 1 g/l를 초과하게 되면 강도가 너무 높아 비효율적이다.
이어서, 상기 발포체 표면의 발포반응이 종료되면서, 상기 발포체의 표면에서 접착력이 제거되는 태크-프리 타임 단계(S3)가 수행된다.
이때, 전술한 겔링 타임 단계(S2)와 태크-프리 타임 단계(S3)의 간격을 30 내지 60 초로 조절하여, 상기 면재 표면에서 발포체의 반응을 최대한 억제함으로써, 면재와 발포체의 접착강도를 최소화할 수 있다.
이때, 겔링 타임 단계와 태크-프리 타임 단계의 간격이 30 초 미만이면 반응속도가 너무 빨라 발포체의 셀 성장이 안정적으로 일어나지 않고, 60 초를 초과하면 면재 표면에서 발포체의 반응이 지속되면서 면재와 발포체간의 결합력이 높아지면서 면재가 쉽게 제거되지 않게 된다.
이어서, 상기 발포체의 표면에 형성된 상기 상·하의 두 면재를 제거하여 발포단열재를 수득하는 단계(S4)가 수행된다.
이러한 방법에 의해 제조된 발포단열재는, 그의 제조 단계에서 사용된 연소되기 쉬운 면재가 제거됨으로써, 면재로 인한 표면연소를 방지할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
발포체 제조의 반응속도 제어 실험
하기 표들에 기재된 조성을 갖는 혼합물을 대기압, 20 ℃의 조건하에서 약 4000 RPM의 교반기로 10 초간 혼합하였다. 그 후, 상기 혼합물을 면재가 바닥에 깔려있는 몰드에 부은 후, 하기 표들에 기재된 각 단계를 일정 시간 동안 거쳐 폴리이소시아누레이트 발포체를 제조하였다.
이렇게 제조된 발포체의 표면에 부착된 면재의 이형성 및 표면 연소길이를 아래의 기준에 따라 각각 평가하였다.
<이형성 평가 기준>
발포체에 형성된 면재의 한 쪽 끝을 손으로 잡고 당겨서 면재가 완전히 제거되면 이형성이 '우수'한 것이고, 면재가 제거되나 일부만이 부착된 상태로 존재하면 이형성이 '양호'한 것이며, 면재가 제거되지 않으면 이형성이 '불량'한 것으로 판단하였다.
<표면 연소길이 평가 기준>
발포체의 표면에서 면재가 제거되면 면재가 없는 상태로, 면재가 제거되지 않으면 면재가 있는 상태 그대로, 두께 12.5 mm, 폭 50 mm, 길이 250 mm로 재단하여 발포체의 한쪽 끝에서 소형 화염원을 부여하여, 기준점으로부터 발포체의 표면이 얼마나 타 들어가는지를 측정하였다.
(1) 발포제의 종류 및 반응속도에 따른 평가
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
폴리올(중량부) 100 100 100 100
폴리메릭 엠디아이(중량부) 150 150 150 150
발포제 1(중량부) 20 - 20 20
발포제 2(중량부) - 20 - -
난연제 1(중량부) 20 20 20 20
정포제 1(중량부) 3 3 3 3
촉매 1(중량부) 1.5 1.5 1.0 3
촉매 2(중량부) 1.0 1.0 0.5 3
촉매 3(중량부) 0.4 0.4 0.4 0.4
면재 LDPE LDPE LDPE LDPE
크림 타임 단계(S1) (sec) 13 14 18 6
겔링 타임 단계(S2) (sec) 47 51 65 22
태크-프리 타임 단계(S3) (sec) 67 72 93 31
(S2)와 (S3)의 간격 (sec) 54 58 75 25
면재의 이형성 우수 우수 불량 불량
(발포체 미형성)
표면 연소길이(mm) 0 0 40 -
발포제 1: HCFC-141b
발포제 2: 시클로 펜탄
난연제 1: 트리스(2-클로로프로필) 포스페이트
정포제 1: 실리콘 글리콜 코폴리머
촉매 1: 포타슘 옥토에이트
촉매 2: 디메틸시클로헥실아민
촉매 3: 트리에틸렌디아민(33%)+디에틸렌 글리콜(67%)
상기 표 1을 참조하면, 겔링 타임 단계와 태크-프리 타임 단계의 간격이 30초 미만(비교예 2)인 경우에는 반응속도가 너무 빨라서 발포체의 셀 성장이 안정적으로 일어나지 않았음을 알 수 있다.
그리고, 겔링 타임 단계와 태크-프리 타임 단계의 간격이 60초를 초과(비교예 1)한 경우에는 면재 표면에서 발포체의 발포반응이 지속되면서 면재와 발포체간의 접착력이 높아짐으로써 면재가 제거되지 않았다.
반면에, 겔링 타임 단계와 태크-프리 타임 단계의 간격이 30 내지 60 초인 경우(실시예 1 및 2), 발포제의 종류에 관계없이 면재의 이형성이 우수하였다. 면재가 제거된 발포단열재는 표면에서 연소가 발생하지 않았다.
(2) 난연제의 종류에 따른 평가
실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
폴리올(중량부) 100 100 100 100
폴리메릭 엠디아이(중량부) 150 150 150 150
발포제 1(중량부) 20 20 20 20
난연제 1(중량부) 20 - - -
난연제 2(중량부) - 20 - -
난연제 3(중량부) - - 20 -
난연제 4(중량부) - - - 20
정포제 1(중량부) 3 3 3 3
촉매 1(중량부) 1.7 1.7 1.7 1.7
촉매 2(중량부) 1.5 1.5 1.5 1.5
촉매 3(중량부) 0.4 0.4 0.4 0.4
면재 LDPE LDPE LDPE LDPE
크림 타임 단계(S1) (sec) 10 10 11 9
겔링 타임 단계(S2) (sec) 36 37 40 32
태크-프리 타임 단계(S3) (sec) 51 53 56 46
(S2)와 (S3)의 간격 (sec) 41 43 45 37
면재의 이형성 우수 우수 양호 양호
표면 연소길이(mm) 0 0 20 18
발포제 1: HCFC-141b
난연제 1: 트리스(2-클로로프로필) 포스페이트
난연제 2: 트리에틸포스페이트
난연제 3: 알루미늄 포스피네이트
난연제 4: 멜라민 시아누레이트
정포제 1: 실리콘 글리콜 코폴리머
촉매 1: 포타슘 옥토에이트
촉매 2: 디메틸시클로헥실아민
촉매 3: 트리에틸렌디아민(33%)+디에틸렌 글리콜(67%)
상기 표 2를 참조하면, 겔링 타임 단계와 태크-프리 타임 단계의 간격을 30 내지 60 초 사이로 조절하였음에도, 난연제의 종류에 따라 면재의 이형성이 상이하였다.
트리스(2-클로로프로필) 포스페이트, 트리에틸포스페이트와 같은 할로겐계 및 인계 난연제의 경우(실시예 3 및 4), 면재의 이형성이 우수하였지만, 알루미늄 포스피네이트 또는 멜라민 시아누레이트의 난연제의 경우, 면재의 이형성이 양호하였다.
즉, 난연제로서, 할로겐계 또는 인계 난연제를 사용하는 것이 더욱 효과적이라는 점을 알 수 있고, 이 경우에도 면재가 제거된 경우, 발포단열재는 표면에서 연소가 발생하지 않았다.
(3) 정포제의 종류에 따른 평가
실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
폴리올(중량부) 100 100 100 100
폴리메릭 엠디아이(중량부) 150 150 150 150
발포제 1(중량부) 20 - 20 -
발포제 2(중량부) - 20 - 20
난연제 1(중량부) 20 - 20 -
난연제 2(중량부) - 20 - 20
정포제 1(중량부) 3 3 - -
정포제 2(중량부) - - 3 3
촉매 1(중량부) 2 2 2 2
촉매 2(중량부) 1.7 1.7 1.7 1.7
촉매 3(중량부) 0.4 0.4 0.4 0.4
면재 LDPE LDPE LDPE LDPE
크림 타임 단계(S1) (sec) 8 7 8 7
겔링 타임 단계(S2) (sec) 29 25 30 24
태크-프리 타임 단계(S3) (sec) 41 38 40 39
(S2)와 (S3)의 간격 (sec) 33 31 32 32
면재의 이형성 우수 우수 양호 양호
표면 연소길이(mm) 0 0 19 18
발포제 1: HCFC-141b
발포제 2: 시클로 펜탄
난연제 1: 트리스(2-클로로프로필) 포스페이트
난연제 2: 트리에틸포스페이트
정포제 1: 실리콘 글리콜 코폴리머
정포제 2: 비닐-2-피롤리돈
촉매 1: 포타슘 옥토에이트
촉매 2: 디메틸시클로헥실아민
촉매 3: 트리에틸렌디아민(33%)+디에틸렌 글리콜(67%)
상기 표 3을 참조하면, 발포제로서, HCFC-141b와 시클로 펜탄을 사용하고, 할로겐계 난연제 또는 인계 난연제를 사용하면서, 겔링 타임 단계와 태크-프리 타임 단계의 간격을 30 내지 60 초 사이로 조절하였음에도, 정포제의 종류에 따라 면재의 이형성이 상이하였다.
실리콘 글리콜 코폴리머와 같은 실리콘계 정포제의 경우(실시예 7 및 8), 면재의 이형성이 우수하였지만, 비닐-2-피롤리돈과 같은 비실리콘계 정포제의 경우, 면재의 이형성이 양호하였다.
즉, 정포제로서, 실리콘계 정포제를 사용하는 것이 더욱 효과적이라는 점을 알 수 있고, 이 경우에도 면재가 제거된 경우, 발포단열재는 표면에서 연소가 발생하지 않았다.
(4) 면재의 종류 및 반응속도에 따른 평가 1
실시예 11 실시예 12 비교예 3 비교예 4
폴리올(중량부) 100 100 100 100
폴리메릭 엠디아이(중량부) 150 150 150 150
발포제 1(중량부) 20 - 20 20
발포제 2(중량부) - 20 - -
난연제 1(중량부) 20 - 20 -
난연제 2(중량부) - 20 - 20
정포제 1(중량부) 3 3 3 3
촉매 1(중량부) 1.2 2 0.8 3.5
촉매 2(중량부) 0.8 2 0.5 3
촉매 3(중량부) 0.4 0.4 0.4 0.4
면재 LDPE LLDPE LDPE LLDPE
크림 타임 단계(S1) (sec) 15 7 22 5
겔링 타임 단계(S2) (sec) 50 27 79 18
태크-프리 타임 단계(S3) (sec) 74 38 113 26
(S2)와 (S3)의 간격 (sec) 59 31 91 21
면재의 이형성 우수 우수 불량 불량
(발포체 미형성)
표면 연소길이(mm) 0 0 42 -
발포제 1: HCFC-141b
발포제 2: 시클로 펜탄
난연제 1: 트리스(2-클로로프로필) 포스페이트
난연제 2: 트리에틸포스페이트
정포제 1: 실리콘 글리콜 코폴리머
촉매 1: 포타슘 옥토에이트
촉매 2: 디메틸시클로헥실아민
촉매 3: 트리에틸렌디아민(33%)+디에틸렌 글리콜(67%)
상기 표 4를 참조하면, 발포제로서, HCFC-141b와 시클로 펜탄을 사용하고, 할로겐계 난연제 또는 인계 난연제를 사용하며, 실리콘계 정포제를 사용하였음에도, 겔링 타임 단계와 태크-프리 타임 단계의 간격이 30 초 미만(비교예 4)인 경우에는 발포체를 형성하지 않았고, 60초를 초과(비교예 3)한 경우에는 면재의 이형성이 불량하였다. 이 경우에도 면재가 제거된 경우에는 발포단열재의 표면에서 연소가 발생하지 않았다.
(5) 면재의 종류 및 반응속도에 따른 평가 2
실시예 13 실시예 14 실시예 15 실시예 16
폴리올(중량부) 100 100 100 100
폴리메릭 엠디아이(중량부) 150 150 150 150
발포제 1(중량부) 20 - 20 20
발포제 2(중량부) - 20 - -
난연제 1(중량부) 20 - 20 -
난연제 2(중량부) - 20 - 20
정포제 1(중량부) 3 3 3 3
촉매 1(중량부) 1.5 1.7 1.5 1.7
촉매 2(중량부) 1.0 1.5 1.0 1.5
촉매 3(중량부) 0.4 0.4 0.4 0.4
면재 PS LDPE+LLDPE PET 나일론
크림 타임 단계(S1) (sec) 13 10 14 9
겔링 타임 단계(S2) (sec) 48 40 52 36
태크-프리 타임 단계(S3) (sec) 66 53 71 48
(S2)와 (S3)의 간격 (sec) 53 43 57 39
면재의 이형성 우수 우수 양호 양호
표면 연소길이(mm) 0 0 18 19
발포제 1: HCFC-141b
발포제 2: 시클로 펜탄
난연제 1: 트리스(2-클로로프로필) 포스페이트
난연제 2: 트리에틸포스페이트
정포제 1: 실리콘 글리콜 코폴리머
촉매 1: 포타슘 옥토에이트
촉매 2: 디메틸시클로헥실아민
촉매 3: 트리에틸렌디아민(33%)+디에틸렌 글리콜(67%)
상기 표 5를 참조하면, 발포제로서, HCFC-141b와 시클로 펜탄을 사용하고, 할로겐계 난연제 또는 인계 난연제를 사용하였으며, 실리콘계 정포제를 사용하면서, 겔링 타임 단계와 태크-프리 타임 단계의 간격을 30 내지 60 초 사이로 조절하였음에도, 면재의 종류에 따라 면재의 이형성이 상이하였다.
면재로서, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 폴리스티렌(PS) 등과 같은 비극성 수지를 사용한 경우(실시예 13 및 14), 면재의 이형성이 우수하였지만, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 나일론 등의 극성 수지를 사용한 경우(실시예 15 및 16), 면재의 이형성이 양호하였다.
즉, 면재로서, 비극성 수지를 사용하는 것이 더욱 효과적이라는 점을 알 수 있고, 이 경우에도 면재가 제거된 경우에는 발포단열재의 표면에서 연소가 발생하지 않았다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. (S1) 폴리올(polyol) 100 중량부, 폴리메릭 엠디아이(polymeric MDI) 120 내지 180 중량부, 발포제 10 내지 40 중량부, 난연제 10 내지 35 중량부, 정포제 2 내지 4 중량부 및 촉매 2 내지 5.3 중량부를 포함하는 원료 조성물을 혼합하는 크림 타임 단계;
    (S2) 상·하의 두 면재 사이에 상기 혼합된 원료 조성물을 투입하고, 상기 투입된 원료 조성물을 발포반응시켜, 발포체를 형성하는 겔링 타임 단계;
    (S3) 상기 발포체 표면의 발포반응이 종료되면서, 상기 발포체의 표면에서 접착력이 제거되는 태크-프리 타임 단계; 및
    (S4) 상기 발포체의 표면에 형성된 상기 상·하의 두 면재를 제거하여 발포단열재를 수득하는 단계;를 포함하되,
    상기 (S2) 단계와 상기 (S3) 단계의 간격이 30 내지 60초인 발포단열재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올은, 에스테르계 폴리올, 에테르계 폴리올 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 발포단열재의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 혼합물은, 상기 혼합물 중, 상기 에스테르계 폴리올의 함량은 70 중량% 이상이고, 상기 에테르계 폴리올의 함량은 30 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 발포단열재의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올의 수산기값은, 150 내지 250 mgKOH/g인 것을 특징으로 하는 발포단열재의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리메릭 엠디아이는, 이소시아네이트(-NCO)의 함량이 30 내지 32 중량%이고, 점도가 170 내지 230 mPa·s인 것을 특징으로 하는 발포단열재의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 난연제는, 할로겐계 난연제, 인계 난연제 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 발포단열재의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 정포제는, 실리콘, 실리콘 글리콜 코폴리머, 폴리실록산 에테르 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 발포단열재의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 촉매는, 아민계 촉매, 금속계 촉매 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 발포단열재의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 혼합물은, 상기 아민계 촉매 1.0 내지 2.8 중량부 및 상기 금속계 촉매 1.0 내지 2.5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포단열재의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 면재는, 비극성 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 발포단열재의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 비극성 수지는, 폴리올레핀 수지, 폴리스티렌 수지 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 발포단열재의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 면재의 두께는, 20 ㎛ 내지 2 mm인 것을 특징으로 하는 발포단열재의 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 면재의 밀도는, 0.015 내지 1 g/l인 것을 특징으로 하는 발포단열재의 제조방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 제조방법으로부터 제조된 발포단열재.
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