KR20170130461A - 폴리우레탄 발포체 물품의 형성 방법 - Google Patents

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마이클 제이. 크루파
로버트 에스. 콜만
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Abstract

폴리우레탄 발포체 물품의 형성 방법은 수지 조성물을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 수지 조성물은 폴리올 성분, 아민 촉매 및 발포 성분을 포함한다. 상기 발포 성분은 히드로플루오로올레핀 및 포름산을 포함한다. 상기 방법은 또한 반응 혼합물을 형성하기 위해 수지 조성물, 재활용 수지 조성물 및 이소시아네이트 성분을 조합하는 단계, 및 폴리우레탄 발포체 물품을 형성하기 위해 반응 혼합물을 방출하는 단계를 포함한다.

Description

폴리우레탄 발포체 물품의 형성 방법
1. 개시 분야
주제 개시내용은 일반적으로 폴리우레탄 발포체 물품의 형성 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 주제 개시내용은 수지 조성물과 이소시아네이트의 반응 생성물을 포함하는 폴리우레탄 발포체 물품의 형성 방법에 관한 것이다.
2. 관련 기술의 설명
건축, 수송 및 설비 산업에서, 폴리우레탄 발포체는 구조물을 절연하는 데에 사용된다. 절연체로서, 폴리우레탄 발포체는 수분 침윤 및 곰팡이 성장의 방지, 및 에너지 사용의 감소, 예컨대 난방 및/또는 냉방 비용의 감소와 같은 많은 이익을 제공하는 무-이음매(seamless) 및 무-보수(maintenance-free) 공기 장벽으로 기능한다.
관련 기술분야에 알려져 있는 바와도 같이, 폴리우레탄 발포체는 수지 조성물과 이소시아네이트 성분, 즉 폴리우레탄 시스템(polyurethane system)의 발열 반응으로부터 형성된다. 상업적으로는, 폴리올, 발포제, 촉매 및 기타 성분들의 혼합물을 포함하는 수지 조성물이 예를 들면 A-측 성분으로서 제1 성분으로 공급된다. 수지 조성물과 반응되는 이소시아네이트 성분은 예를 들면 B-측 성분으로서 제2 성분으로 공급된다. 수지 조성물은 다양한 성분들, 예를 들면, 반응물, 촉매, 발포제를 포함하는데, 이들은 시간이 지나면서 반응함으로써, 수지 조성물의 보관 수명을 감소시키거나, 그의 재활용을 방지할 수 있다. 이에 따라, 수지 조성물 및 이소시아네이트 성분은 폴리우레탄 시스템의 저장 안정성, 적용 특성 및 재활용성을 최적화하도록, 그리고 또한 폴리우레탄 발포체 물품의 성능 특성을 특정 용도에 맞게 최적화하도록 선택된다.
[발명의 개요]
폴리우레탄 발포체 물품의 형성 방법은 수지 조성물을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 수지 조성물은 폴리올 성분, 아민 촉매 및 발포 성분을 포함한다. 상기 발포 성분은 히드로플루오로올레핀 및 포름산을 포함한다. 상기 방법은 또한 반응 혼합물을 형성하기 위해 수지 조성물, 재활용 수지 조성물 및 이소시아네이트 성분을 조합하는 단계, 및 폴리우레탄 발포체 물품을 형성하기 위해 반응 혼합물을 방출하는 단계를 포함한다.
폴리우레탄 시스템, 상기 폴리우레탄 시스템을 사용한 폴리우레탄 발포체 물품의 형성 방법, 및 폴리우레탄 발포체 물품이 개시된다. 본 개시의 폴리우레탄 발포체 물품은 통상적으로 구조물을 절연하는 데에 사용된다. 절연체로서, 상기 폴리우레탄 발포체 물품은 수분 침윤 및 곰팡이 성장의 방지, 및 난방 및 냉방 비용의 감소와 같은 많은 이익을 제공하는 무-이음매 및 무-보수 공기 장벽으로 기능한다. 상기 폴리우레탄 발포체 물품은 수지 조성물, 발포 성분 및 이소시아네이트 성분을 포함하는 폴리우레탄 시스템을 사용하여 형성된다. 상기 폴리우레탄 시스템은 폴리우레탄 발포체 물품의 적용 효율 및 성능 특성을 특정 용도에 맞게 최적화하도록 선택된다. 예를 들어, 구조물을 절연하는 데에 폴리우레탄 발포체 물품을 사용하는 경우, 폴리우레탄 시스템의 성분은 그로부터 형성되는 폴리우레탄 발포체 물품의 적용 및 성능 특성, 예컨대 절연, 접착 및 기타 특성이 최적화되도록 선택된다.
다양한 실시양태에서, 주제 개시의 폴리우레탄 시스템은 "포말(froth)" 발포체 시스템으로 기술된다. 그와 같은 실시양태에서는, (예를 들면 A-측 용기로부터의) 1종 이상의 폴리올, 발포 성분 및 기타 첨가제를 포함하는 수지 조성물을 포함하는 스트림을 (예를 들면 B-측 용기로부터의) 이소시아네이트 성분을 포함하는 스트림과 조합하여 반응 혼합물을 형성하는 것으로서, 여기서 상기 발포 성분은 분배 헤드(dispensing head)로부터의 방출시 2개의 조합된 스트림이 주변 압력에 노출될 때 충분하게 자발적으로 증기화되어 포말을 생성시키는 것에 의해, "포말 발포 혼합물"이 생성된다. 이에 따라, 발포 성분은 포말형성제로 작용한다. 방출될 때 모든 발포 성분이 반응 혼합물로부터/에서 즉시 증기화될 필요는 없으나, 적어도 기재상으로의 분배 헤드로부터의 방출시 포말을 생성시키기에 충분한 양이 그러해야 한다는 것이 이해되어야 한다.
지금부터 폴리우레탄 시스템의 구체적인 성분들을 언급하자면, 수지 조성물은 폴리올 성분, 아민 촉매, 및 임의적으로 재활용 수지 조성물을 포함한다. 일부 실시양태에서, 수지 조성물은 또한 발포 성분을 포함한다. 많은 실시양태에서, 수지 조성물은 25℃에서 약 900 미만, 대안적으로는 약 200 내지 약 800, 대안적으로는 약 300 내지 약 700, 대안적으로는 약 400 내지 약 600, 대안적으로는 약 450 내지 약 550 cps의 점도를 갖는 호박색의 액체이다.
통상적인 실시양태에서, 수지 조성물 혼합물 (이전 세대로부터의 재활용 수지 조성물, 및 (예컨대 하기되는 바와 같은 A-측 용기에서) 조합된 재활용 수지 조성물을 포함할 수 있는 수지 조성물을 포함함)은 25℃에서 약 900 미만, 대안적으로는 약 200 내지 약 800, 대안적으로는 약 300 내지 약 700, 대안적으로는 약 400 내지 약 600, 대안적으로는 약 450 내지 약 550 cps의 점도를 가진다.
상기 수지 조성물은 폴리올 성분을 포함한다. 상기 폴리올 성분은 1종 이상의 폴리올을 포함하는데, 통상적으로 폴리올들의 조합을 포함한다. 폴리올은 하나 이상의 OH 관능기, 통상적으로는 적어도 2개의 OH 관능기를 포함한다. 통상적으로, 상기 폴리올은 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리에테르/에스테르 폴리올, 바이오폴리올 및 이들의 조합의 군으로부터 선택되나; 다른 폴리올이 사용될 수도 있다. 주제 개시의 수지 조성물에 포함될 수 있는 다양한 폴리올 및 기타 성분들이 U.S. 특허 제6,534,556호에 제시되어 있는 바, 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.
일부 실시양태에서, 폴리올 성분은 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 99, 대안적으로는 약 40 내지 약 95, 대안적으로는 약 50 내지 약 80, 대안적으로는 약 60 내지 약 70 중량%의 양으로 수지 조성물에 포함된다. 폴리올 성분의 양이 상기 범위 밖으로 가변적일 수 있기는 하지만, 통상적으로는 상기 범위 내의 정수 및 분수 값 모두이다. 또한, 1종 초과의 폴리올이 폴리올 성분에 포함될 수 있으며, 이 경우 포함되는 모든 폴리올의 총량은 상기 범위 내에 존재한다는 것을 알아야 한다.
일부 실시양태에서, 폴리올 성분은 1종 이상의 폴리에테르 폴리올을 포함한다. 그와 같은 실시양태에서, 폴리올 성분은 1종 이상의 폴리에테르 수크로스-글리세린 폴리올, 즉 수크로스 및/또는 글리세린 개시제를 사용하여 형성되는 폴리올을 포함한다.
일부 실시양태에서, 폴리올 성분은 제1 폴리에테르 폴리올을 포함한다. 상기 제1 폴리에테르 폴리올은 수크로스 및/또는 글리세린 개시제로부터 형성된다. 제1 폴리올은 통상적으로 하기를 가진다: 약 400 내지 약 800, 대안적으로는 약 500 내지 약 700 g/mol의 수 평균 분자량; 약 300 내지 약 500, 대안적으로는 약 350 내지 약 450 mgKOH/g의 히드록실가; 3 초과, 대안적으로는 약 4 내지 약 5의 관능가; 및 25℃에서 약 5,000 미만, 대안적으로는 약 3,000 내지 약 4,000 cps의 점도. 물론, 제1 폴리에테르 폴리올의 상기 수 평균 분자량, 히드록실가, 관능가 및 점도는 상기한 범위 및 값들 내 정수 및 분수 양자의 모든 값 또는 값 범위일 수 있거나, 및/또는 ±5%, ±10%, ±15%, ±20%, ±25%, ±30% 등까지 상기 값 및/또는 값 범위로부터 가변적일 수 있다.
일부 실시양태에서, 수지 조성물은 폴리올 성분의 총 중량을 기준으로 약 40 내지 약 50, 대안적으로는 약 30 내지 약 60 중량%의 제1 폴리에테르 폴리올을 포함한다. 제1 폴리에테르 폴리올의 양이 상기 범위 밖으로 가변적일 수 있기는 하지만, 통상적으로는 상기 범위 내의 정수 및 분수 값 모두이다.
일부 실시양태에서, 폴리올 성분은 제2 폴리에테르 폴리올을 포함한다. 상기 제2 폴리에테르 폴리올 역시 수크로스 및/또는 글리세린 개시제로부터 형성된다. 제2 폴리올은 통상적으로 하기를 가진다: 약 500 내지 약 800, 대안적으로는 약 600 내지 약 700 g/mol의 수 평균 분자량; 약 300 내지 약 600, 대안적으로는 약 400 내지 약 500 mgKOH/g의 히드록실가; 4 초과, 대안적으로는 약 5 내지 약 6의 관능가; 및 25℃에서 약 15,000 초과, 대안적으로는 약 30,000 초과, 대안적으로는 약 15,000 내지 약 40,000, 대안적으로는 약 30,000 내지 약 40,000 cps의 점도. 물론, 제2 폴리에테르 폴리올의 상기 수 평균 분자량, 히드록실가, 관능가 및 점도는 상기한 범위 및 값들 내 정수 및 분수 양자의 모든 값 또는 값 범위일 수 있거나, 및/또는 ±5%, ±10%, ±15%, ±20%, ±25%, ±30% 등까지 상기 값 및/또는 값 범위로부터 가변적일 수 있다.
일부 실시양태에서, 수지 조성물은 폴리올 성분의 총 중량을 기준으로 약 5 내지 약 40, 대안적으로는 약 10 내지 약 20 중량%의 제2 폴리에테르 폴리올을 포함한다. 제2 폴리에테르 폴리올의 양이 상기 범위 밖으로 가변적일 수 있기는 하지만, 통상적으로는 상기 범위 내의 정수 및 분수 값 모두이다.
일부 실시양태에서, 폴리올 성분은 제3 폴리에테르 폴리올을 포함한다. 상기 제3 폴리에테르 폴리올은 통상적으로 하기를 가진다: 약 500 내지 약 900, 대안적으로는 약 600 내지 약 800 g/mol의 수 평균 분자량; 약 100 내지 약 400, 대안적으로는 약 200 내지 약 300 mgKOH/g의 히드록실가; 2 초과, 대안적으로는 약 2 내지 약 4의 관능가; 및 25℃에서 약 500 미만, 대안적으로는 약 100 내지 약 300 cps의 점도. 물론, 제3 폴리에테르 폴리올의 상기 수 평균 분자량, 히드록실가, 관능가 및 점도는 상기한 범위 및 값들 내 정수 및 분수 양자의 모든 값 또는 값 범위일 수 있거나, 및/또는 ±5%, ±10%, ±15%, ±20%, ±25%, ±30% 등까지 상기 값 및/또는 값 범위로부터 가변적일 수 있다.
일부 실시양태에서, 수지 조성물은 폴리올 성분의 총 중량을 기준으로 약 5 내지 약 40, 대안적으로는 약 10 내지 약 20 중량%의 제3 폴리에테르 폴리올을 포함한다. 제3 폴리에테르 폴리올의 양이 상기 범위 밖으로 가변적일 수 있기는 하지만, 통상적으로는 상기 범위 내의 정수 및 분수 값 모두이다.
일부 실시양태에서, 폴리올 성분은 폴리에스테르 폴리올을 포함한다. 상기 폴리에스테르 폴리올은 통상적으로 방향족 폴리에스테르 폴리올이다. 폴리에스테르 폴리올은 통상적으로 하기를 가진다: 약 500 내지 약 900, 대안적으로는 약 600 내지 약 800 g/mol의 수 평균 분자량; 약 100 내지 약 400, 대안적으로는 약 200 내지 약 300 mgKOH/g의 히드록실가; 2 초과, 대안적으로는 약 2 내지 약 3의 관능가; 및 25℃에서 약 1,500 내지 약 15,000, 대안적으로는 약 4,000 내지 약 15,000, 대안적으로는 약 6,000 내지 약 15,000, 대안적으로는 약 8,000 내지 약 14,000, 대안적으로는 약 10,000 내지 약 14,000 cps의 점도. 물론, 폴리에스테르 폴리올의 상기 수 평균 분자량, 히드록실가, 관능가 및 점도는 상기한 범위 및 값들 내 정수 및 분수 양자의 모든 값 또는 값 범위일 수 있거나, 및/또는 ±5%, ±10%, ±15%, ±20%, ±25%, ±30% 등까지 상기 값 및/또는 값 범위로부터 가변적일 수 있다.
일부 실시양태에서, 수지 조성물은 폴리올 성분의 총 중량을 기준으로 약 5 내지 약 50, 대안적으로는 약 15 내지 약 25 중량%의 폴리에스테르 폴리올을 포함한다. 폴리에스테르 폴리올의 양이 상기 범위 밖으로 가변적일 수 있기는 하지만, 통상적으로는 상기 범위 내의 정수 및 분수 값 모두이다.
일부 실시양태에서, 폴리올 성분은 글리세린 또는 피마자유와 같은 바이오-기재 폴리올을 포함한다. 상기에서 나타낸 바와 같이, 폴리올의 수 평균 분자량, 히드록실가 및 관능가는 가변적일 수 있다. 따라서, 상기에서 언급된 폴리올들은 특성상 대표적인 것으로서, 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
다양한 바람직한 실시양태에서, 폴리올 성분은 제1 폴리에테르 폴리올 및 제2 폴리에테르 폴리올을 포함한다. 그와 같은 실시양태에서, 제1 및 제2 폴리에테르 폴리올은 약 1:1 내지 약 5:1, 대안적으로는 약 1:2 내지 약 1:4의 비로 존재한다. 그와 같은 바람직한 실시양태에서, 폴리올 성분은 또한 제3 폴리에테르 폴리올 및 폴리에스테르 폴리올을 포함할 수 있다.
많은 실시양태에서, 수지 조성물은 재활용 수지 조성물을 포함한다. 상기 재활용 수지 조성물은 수지 조성물의 성분으로서, 그와 다르다. 가장 넓은 의미에서, 재활용 수지 조성물은 그것이 포함되는 수지 조성물 이전에 생성되었던 임의의 수지 조성물로 정의될 수 있다. 따라서, 재활용 수지 조성물은 수지 조성물의 생성 이전에 생성되었던 임의의 미사용 또는 잉여 수지 조성물이다. 일부 실시양태에서, 재활용 수지 조성물은 수지 조성물의 형성 이전에, 즉 수지 조성물의 성분들을 함께 혼합하여 수지 조성물을 형성하는 단계에 앞서 약 2개월 초과, 대안적으로는 약 3개월 초과, 대안적으로는 약 4개월 초과, 대안적으로는 약 5개월 초과, 대안적으로는 약 6개월 초과, 대안적으로는 약 7개월 초과, 대안적으로는 약 8개월 초과, 대안적으로는 약 9개월 초과 전에 형성된다. 예로서, 재활용 수지 조성물은 용기에 "새로운" 또는 "새" 수지 조성물을 재충전할 때 A-측 용기에 남아있는 미사용 수지 조성물일 수 있다. 달리 말하자면, 재활용 수지 조성물은 그의 사용이 환경적 및 상업적으로 경제적인, A-측 용기의 선행 사용으로부터의 잉여 수지 조성물일 수 있다.
많은 실시양태에서, 1개 이상 세대의 재활용 수지 조성물이 수지 조성물에 포함될 수 있다. 예를 들어, 수지 조성물 및 재활용 수지 조성물은 혼합된 후, A-측 용기 중에서 사용자에게 공급될 수 있다. 이와 같은 혼합물은 "수지 조성물 혼합물"로 지칭될 수 있다. 일단 사용되고 나면, A-측 용기는 수지 조성물과 재활용 수지 조성물의 혼합물이 A-측 용기에 남아있는 채로 반환된다. 일단 반환되고 나면, 수지 조성물 혼합물은 단순히 "재활용 수지 조성물"이 되며, 이와 같은 예에서는 2개 세대의 재활용 수지 조성물, 즉 2개의 별개 세대의 이전에 제조된 수지 조성물을 포함한다. 수지 조성물은 형성된 다음, 이와 같은 재활용 수지 조성물과 조합되어, A-측 용기 중에서 사용자에게 공급될 수 있다. 일단 조합되고 나면, 이와 같은 A-측 용기는 2개 세대의 재활용 수지를 포함한다. 이와 같은 재활용은 A-측 용기에 포함되어 있는 다수 세대의 재활용 수지를 사용하면서 계속하여 진행될 수 있다. 이와 같은 전개에서, 재활용되어 A-측 용기 중에서 공급되는 각 진행 세대 수지 조성물의 양은 점점 더 적어진다. 궁극적으로, 수지 조성물과 조합되며 이와 같은 예에서는 A-측 용기에 포함되는 재활용 수지의 양과 관련하여, 평형이 도달된다. 달리 말하자면, A-측 용기 중에서 수지 조성물 (새로운 수지)과 조합되는 재활용 수지의 양이 안정화된다.
선행 단락에서 제시된 재활용의 예는 특성상 예시이다. 재활용 수지 조성물은 수지 조성물 및 용기 충전물 제조 과정에서 생성되는 "잉여" 또는 "과량" 수지 조성물로서 생성될 수도 있다. 상기 전개와 같이, 제조 과정에서 생성되는 재활용 수지 조성물은 또 다른 "새로운" 수지 조성물 배치와 혼합될 수 있는 재활용 수지 조성물이 된다.
유리하게는, 수지 조성물은 수지 조성물과 재활용 수지 조성물의 혼합물 (예컨대 수지 조성물 혼합물)이 뛰어난 보관 수명을 가지도록 하는 방식으로 배합된다. 즉, 수지 조성물 혼합물 (하나 이상 세대의 재활용 수지를 포함함)은 일관된 가공 특성을 나타내며, 뛰어난 물리적 특성을 갖는 폴리우레탄 발포체 물품의 일관된 형성을 가능케 하는 일관된 반응성을 유지한다.
일부 실시양태에서, 수지 조성물은 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 10, 대안적으로는 약 0.1 내지 약 8, 대안적으로는 약 0.1 내지 약 6 중량%의 재활용 수지 조성물을 포함한다. 재활용 수지 조성물의 양이 상기 범위 밖으로 가변적일 수 있기는 하지만, 통상적으로는 상기 범위 내의 정수 및 분수 값 모두이다. 또한, 상기에서 제시된 바와 같이, 1종 초과의 유형 또는 세대의 재활용 수지 조성물이 수지 조성물에 포함될 수 있으며, 이 경우 포함되는 모든 재활용 수지 조성물의 총량은 상기 범위 내에 존재한다는 것을 알아야 한다.
다양한 대안적인 실시양태에서, 수지 조성물 및 재활용 수지 조성물은 서로 분리되어 있으며, 나중에 조합되어 수지 조성물 혼합물을 형성한 다음, 수지 조성물 혼합물과 이소시아네이트 성분 (하기함)이 조합된다. 그와 같은 실시양태에서, 수지 조성물 혼합물은 수지 조성물 혼합물의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 10, 대안적으로는 약 0.1 내지 약 8, 대안적으로는 약 0.1 내지 약 6 중량%의 재활용 수지 조성물을 포함한다.
다른 대안적인 실시양태에서, 수지 조성물, 재활용 수지 조성물 및 이소시아네이트 성분은 조합, 및 이어서 폴리우레탄 발포체 물품의 형성 단계 직전까지 분리 저장된다. 그와 같은 실시양태에서, 수지 조성물은 수지 조성물과 재활용 수지 조성물의 조합된 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 10, 대안적으로는 약 0.1 내지 약 8, 대안적으로는 약 0.1 내지 약 6 중량%의 재활용 수지 조성물을 포함한다. 재활용 수지 조성물의 양이 상기 범위 밖으로 가변적일 수 있기는 하지만, 통상적으로는 상기 범위 내의 정수 및 분수 값 모두이다. 또한, 1종 초과의 유형의 재활용 수지 조성물이 이용될 수 있으며, 이 경우 모든 재활용 수지 조성물의 총량은 상기 범위 내에 존재한다는 것을 알아야 한다.
수지 조성물은 발포 성분을 포함한다. 상기 발포 성분은 수지 조성물에 포함되는 발포제를 포함한다. 발포 성분은 히드로플루오로올레핀 (HFO) 및 포름산을 포함하며, 많은 실시양태에서, 발포 성분은 물도 포함한다. 일부 실시양태에서, 발포 성분은 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 약 45, 대안적으로는 약 5 내지 약 30, 대안적으로는 약 10 내지 약 20 중량%의 양으로 수지 조성물에 포함된다. 발포 성분의 양이 상기 범위 밖으로 가변적일 수 있기는 하지만, 통상적으로는 상기 범위 내의 정수 및 분수 값 모두이다. 또한, 1종 초과의 발포제가 발포 성분에 포함될 수 있으며, 이 경우 포함되는 모든 발포제의 총량은 상기 범위 내에 존재한다는 것을 알아야 한다.
상기에서 제시된 바와 같이, 발포 성분은 HFO를 포함한다. HFO는 수소, 플루오린 및 탄소 원자를 포함하는 화합물이다. HFO는 알칸이라기 보다는 알켄 (올레핀)의 유도체라는 것에 의해 히드로플루오로탄소 (HFC)와 구별된다. 일부 실시양태에서, HFO는 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및 이들의 조합의 군으로부터 선택된다. 바람직한 실시양태에서, HFO는 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜이거나 그것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 발포 성분은 발포 성분의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 95, 대안적으로는 약 70 내지 약 90 중량%의 HFO, 예컨대 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜을 포함한다. HFO의 양이 상기 범위 밖으로 가변적일 수 있기는 하지만, 통상적으로는 상기 범위 내의 정수 및 분수 값 모두이다.
HFO는 물리적 발포제이다. 발포 성분에서의 1종 이상 물리적 발포제의 포함은 폴리우레탄 발포체 코팅의 열 전도성을 감소시키는 것으로 여겨진다. 물리적 발포제는 통상적으로 발열 발포 온도 이하, 바람직하게는 약 50℃ 이하에서 비등한다. 수지 조성물은 추가적인 물리적 발포제를 포함할 수 있다. 바람직한 추가의 물리적 발포제에는 0의 오존 파괴능(ozone depletion potential)을 갖는 것들이 포함된다. 물리적 발포제의 예에는 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 휘발성 비-할로겐화 탄화수소 예컨대 알칸, 알켄, 6개 이하의 탄소 원자를 갖는 시클로알칸, 디알킬 에테르, 시클로알킬렌 에테르 및 케톤; 및 HFC가 포함된다. 주제 개시의 목적에 맞는 적합한 추가의 물리적 발포제에는 HFC, 클로로플루오로탄소 (CFC), 탄화수소 및 이들의 조합이 포함될 수 있다.
발포 성분은 또한 화학적 발포제인 포름산을 포함한다. 일부 실시양태에서, 발포 성분은 발포 성분의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 약 20, 대안적으로는 약 5 내지 약 15 중량%의 포름산을 포함한다. 포름산의 양이 상기 범위 밖으로 가변적일 수 있기는 하지만, 통상적으로는 상기 범위 내의 정수 및 분수 값 모두이다. 발포 성분에 포함되는 포름산은 트랜스-1-클로로-3,3,3,-트리플루오로프로펜과 같은 HFO와 아민 촉매 사이의 화학적 상호작용, 및 그에 기인하는 아민 촉매의 분해를 감소시키는 것으로 여겨진다. 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니나, 다른 청구 성분들과의 조합으로서의 포름산의 포함은 수지 조성물의 저장 안정성 및 재활용성을 증가시키는 것으로 여겨진다.
수지 조성물은 추가적인 화학적 발포제를 포함할 수 있다. 많은 실시양태에서, 발포 성분은 물과 같은 화학적 발포제도 포함한다. 물이 포함되는 경우, 발포 성분은 발포 성분의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 약 20, 대안적으로는 약 5 내지 약 15 중량%의 물을 포함한다. 물의 양이 상기 범위 밖으로 가변적일 수 있기는 하지만, 통상적으로는 상기 범위 내의 정수 및 분수 값 모두이다.
수지 조성물은 1종 이상의 촉매를 포함한다. 상기 촉매는 통상적으로 수지 조성물과 이소시아네이트 사이의 발열 반응을 촉매촉진하기 위하여 수지 조성물 중에 존재한다. 수지 조성물과 이소시아네이트 성분 사이의 발열 반응에서 통상적으로 촉매는 소비되지 않는다는 것을 알아야 한다. 상기 촉매는 관련 기술분야에 알려져 있는 임의의 적합한 촉매 또는 촉매 혼합물을 포함할 수 있다. 적합한 촉매의 예에는 겔화 촉매, 예컨대 디프로필렌 글리콜 중 아민 촉매; 발포 촉매, 예컨대 디프로필렌 글리콜 중 비스(디메틸아미노에틸)에테르; 및 금속 촉매, 예컨대 주석, 비스무트, 납 등이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 포함되는 경우, 촉매는 다양한 양으로 포함될 수 있다.
수지 조성물은 통상적으로 아민 촉매를 포함한다. 본 개시의 목적상 적합한 아민 촉매에는 촉매촉진 아민, 예컨대 일차, 이차 및 삼차, 고리형 및 비고리형 촉매촉진 아민이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다.
촉매 이외에, 수지 조성물은 임의적으로 계면활성제를 포함한다. 상기 계면활성제는 통상적으로 발포제와 폴리올의 균질화를 도우며, 폴리우레탄 발포체의 셀 구조를 조절한다. 계면활성제에는 관련 기술분야에 알려져 있는 임의의 적합한 계면활성제 또는 계면활성제 혼합물이 포함될 수 있다. 적합한 계면활성제의 비-제한적인 예에는 다양한 실리콘 계면활성제, 술폰산의 염, 예컨대 올레산, 스테아르산, 도데실벤젠- 또는 디나프틸메탄- 디술폰산, 및 리시놀레산의 알칼리 금속 및/또는 암모늄 염, 발포체 안정화제 예컨대 실록산옥시알킬렌 공중합체 및 기타 유기폴리실록산, 옥시에틸화 알킬-페놀, 옥시에틸화 지방 알콜, 파라핀 오일, 피마자 오일, 피마자 오일 에스테르, 및 리시놀레산 에스테르, 및 셀 조절제 예컨대 파라핀, 지방 알콜 및 디메틸폴리실록산이 포함된다. 일부 실시양태에서, 계면활성제는 25℃에서 약 300 내지 약 2,500 cps의 점도를 가진다. 바람직한 실시양태에서, 수지 조성물은 25℃에서 약 1800 내지 약 2500 cps의 점도를 갖는 유기실리콘 공중합체 계면활성제를 포함한다. 포함되는 경우, 계면활성제는 다양한 양으로 수지 조성물에 포함될 수 있다.
계면활성제 이외에, 수지 조성물은 임의적으로 난연제를 포함한다. 난연제에는 관련 기술분야에 알려져 있는 임의의 적합한 난연제 또는 난연제 혼합물이 포함될 수 있다. 적합한 난연제의 비-제한적인 예에는 트리크레질 포스페이트, 트리스(2-클로로에틸) 포스페이트, 트리스(2-클로로프로필) 포스페이트 (TCPP), 트리스(2,3-디브로모프로필) 포스페이트, 적인(red phosphorous), 산화 알루미늄 수화물, 안티모니 트리옥시드, 산화 비소, 암모늄 폴리포스페이트 및 칼슘 술페이트, 몰리브데넘 트리옥시드, 암모늄 몰리브데이트, 암모늄 포스페이트, 펜타브로모디페닐옥시드, 2,3-디브로모프로판올, 헥사브로모시클로도데칸, 디브로모에틸디브로모시클로헥산, 팽창성 흑연(expandable graphite) 또는 시아누르산 유도체, 멜라민 및 옥수수 전분이 포함된다. 바람직한 실시양태에서, 수지 조성물은 TCPP를 포함한다. 포함되는 경우, 난연제는 다양한 양으로 수지 조성물에 포함될 수 있다.
수지 조성물은 임의적으로 1종 이상의 첨가제를 포함한다. 상기 첨가제에는 관련 기술분야에 알려져 있는 임의의 적합한 첨가제 또는 첨가제 혼합물이 포함될 수 있다. 본 개시의 목적상 적합한 첨가제에는 사슬-연장제, 염료, 지표 염료, 가교-결합제, 사슬-종결제, 가공 조제, 접착 촉진제, 항-산화제, 소포제, 발포방지제, 수분 스캐빈저, 분자 체, 퓸드 실리카, 자외선 안정화제, 충전재, 요변제, 실리콘, 착색제, 불활성 희석제 및 이들의 조합이 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 물론, 첨가제에는 상기하지는 않았으나 관련 기술분야에 알려져 있는 촉매 및 계면활성제도 포함된다. 포함되는 경우, 첨가제는 다양한 양으로 수지 조성물에 포함될 수 있다.
다양한 실시양태에서, 수지 조성물은 통상적으로 25℃에서 약 900 미만, 대안적으로는 약 300 내지 약 700, 대안적으로는 약 400 내지 약 600 cps의 점도를 가진다. 상기에서 언급된 바와 같이, 수지 조성물은 화학적으로 안정하기 때문에, 그것은 재활용될 수 있으며, 뛰어난 보관 수명을 가질 수 있다. 보관 수명은 수지 조성물이 일관된 특성을 갖는 발포체를 생성시키는 시간 기간, 및/또는 수지 조성물의 성분이 안정한 시간 기간으로 정의될 수 있다. 실제적인 관점에서, 보관 수명은 수지 조성물을 사용하여 생성되는 발포체의 품질이 예정된 정도까지 열화되지 않는 (즉 수지를 사용하여 생성되는 발포체가 특정 품질 요건을 충족하는) 시간 기간이다. 이를 위하여, 많은 실시양태에서, 수지 조성물은 25℃에서 저장하였을 때 약 4개월 초과, 대안적으로는 약 5개월 초과, 대안적으로는 약 6개월 초과, 대안적으로는 약 7개월 초과, 대안적으로는 약 8개월 초과의 보관 수명을 가진다. 달리 말하자면, 수지 조성물은 4, 5, 6, 7, 8개월 또는 그 이상 동안 저장될 수 있으며, 그의 성분, 예컨대 아민 촉매 및 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜 및 기타 성분들이 화학적으로 또는 달리 상호작용함으로써 수지의 반응성을 감소시키지 않으며, 그로부터 형성되는 폴리우레탄 발포체 물품의 특성에 부정적인 영향을 주지 않는다.
본 개시의 폴리우레탄 시스템은 또한 이소시아네이트 성분을 포함한다. 상기 이소시아네이트 성분은 1종 이상 유형의 이소시아네이트를 포함한다. 본원에서 기술되는 여러 이소시아네이트 유형들의 어떠한 조합도 이소시아네이트 성분에 포함될 수 있다. 상기 이소시아네이트는 2개 이상의 관능기, 예컨대 2개 이상의 NCO 관능기를 갖는 폴리이소시아네이트일 수 있다. 본 개시의 목적상 적합한 이소시아네이트에는 지방족 및 방향족 이소시아네이트가 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다양한 실시양태에서, 이소시아네이트는 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI), 중합체성 디페닐메탄 디이소시아네이트 (pMDI), 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트 (HDI), 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI) 및 이들의 조합의 군으로부터 선택된다.
이소시아네이트는 이소시아네이트 예비중합체일 수 있다. 상기 이소시아네이트 예비중합체는 통상적으로 이소시아네이트와 폴리올 및/또는 폴리아민의 반응 생성물이다. 예비중합체에 사용되는 이소시아네이트는 상기한 바와 같은 임의의 이소시아네이트일 수 있다. 예비중합체를 형성하는 데에 사용되는 폴리올은 통상적으로 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부탄 디올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 트리에탄올아민, 펜타에리트리톨, 소르비톨, 바이오폴리올 및 이들의 조합의 군으로부터 선택된다. 예비중합체를 형성하는 데에 사용되는 폴리아민은 통상적으로 에틸렌 디아민, 톨루엔 디아민, 디아미노디페닐메탄 및 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민, 아미노알콜 및 이들의 조합의 군으로부터 선택된다. 적합한 아미노알콜의 예에는 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 및 이들의 조합이 포함된다.
본 개시의 목적상 사용될 수 있는 구체적인 이소시아네이트에는 톨루일렌 디이소시아네이트; 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트; m-페닐렌 디이소시아네이트; 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트; 4-클로로-1,3-페닐렌 디이소시아네이트; 테트라메틸렌 디이소시아네이트; 헥사메틸렌 디이소시아네이트; 1,4-디시클로헥실 디이소시아네이트; 1,4-시클로헥실 디이소시아네이트, 2,4,6-톨루일렌 트리이소시아네이트, 1,3-디이소프로필페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1-메틸-3,5-디에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1,3,5-트리에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1,3,5-트리이소프로필-페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 3,3'-디에틸-비스페닐-4,4'-디이소시아네이트; 3,5,3',5'-테트라에틸-디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트; 3,5,3',5'-테트라이소프로필디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트; 1-에틸-4-에톡시-페닐-2,5-디이소시아네이트; 1,3,5-트리에틸 벤젠-2,4,6-트리이소시아네이트; 1-에틸-3,5-디이소프로필 벤젠-2,4,6-트리이소시아네이트 및 1,3,5-트리이소프로필 벤젠-2,4,6-트리이소시아네이트가 포함되나, 이에 제한되는 것은 아니다.
바람직한 실시양태에서, 이소시아네이트 성분은 MDI 및 pMDI를 포함한다. 또 다른 바람직한 실시양태에서, 이소시아네이트 성분은 본질적으로 MDI 및 pMDI로 구성된다. 또 다른 바람직한 실시양태에서, 이소시아네이트 성분은 MDI 및 pMDI로 구성된다. 많은 실시양태에서, 이소시아네이트 성분은 25℃에서 약 600 미만, 대안적으로는 약 100 내지 약 500, 대안적으로는 약 100 내지 약 400, 대안적으로는 약 100 내지 약 300, 대안적으로는 약 150 내지 약 250 cps의 점도를 갖는 짙은 갈색의 액체이다.
주제 개시는 폴리우레탄 발포체 물품의 형성 방법도 제공한다. 상기 폴리우레탄 발포체 물품 형성 방법은 하기의 단계들을 포함한다: 수지 조성물을 형성하는 단계; 반응 혼합물을 형성하기 위해 수지 조성물, 재활용 수지 조성물 및 이소시아네이트 성분을 조합하는 단계; 및 폴리우레탄 발포체 물품을 형성하기 위해 반응 혼합물을 방출하는 단계. 상기 수지 조성물, 재활용 수지 조성물 및 이소시아네이트 성분은 상기한 바와 같다.
바람직한 실시양태에서, 상기 방법은 A-측 용기에 수지 조성물 (그 안에 재활용 수지 조성물을 포함함)을 제공하는 단계, B-측 용기에 이소시아네이트 성분을 제공하는 단계, 반응 혼합물을 형성하기 위해 수지 조성물을 이소시아네이트 성분과 조합하는 단계, 및 폴리우레탄 발포체를 형성하기 위해 반응 혼합물을 방출하는 단계를 포함한다. 다양한 바람직한 실시양태에서, 상기 A-측 용기는 25℃에서 약 700 미만, 대안적으로는 약 300 내지 약 600, 대안적으로는 약 400 내지 약 600, 대안적으로는 약 450 내지 약 550 psi의 압력을 가진다. 다양한 바람직한 실시양태에서, 상기 B-측 용기는 25℃에서 약 700 미만, 대안적으로는 약 300 내지 약 600, 대안적으로는 약 400 내지 약 600, 대안적으로는 약 450 내지 약 550 psi의 압력을 가진다.
일 실시양태에서는, A-측 및 B-측 용기에 미반응 수지 조성물 및 이소시아네이트 성분이 공급되는데, 이들 성분은 집합적으로 폴리우레탄 시스템으로 지칭되며, 상기한 바와 같다. 통상적으로, A-측 및 B-측 용기, 즉 폴리우레탄 시스템은 함께 공급된다. 폴리우레탄 시스템의 성분들은 특정 용도에 맞는 폴리우레탄 발포체 물품의 적용 효율 및 원하는 성능 특성을 제공하도록 선택된다. 예를 들어, 구조물을 절연하는 데에 폴리우레탄 발포체 물품을 사용하는 경우, 폴리우레탄 시스템의 성분들은 적용 강성, 수지 조성물 안정성 및 재활용성 등을 갖는 폴리우레탄 시스템을 제공하도록 선택되며, 또한 원하는 절연, 접착 및 기타 특성들을 갖는 폴리우레탄 발포체 물품을 제공하도록 선택된다.
일부 실시양태에서, 상기 방법은 A-측 용기에 수지 조성물을 제공하는 단계 전에 폴리올 성분, 아민 촉매, 재활용 수지 조성물 및 발포 성분을 혼합하는 단계를 포함한다. 그와 같은 실시양태에서, 재활용 수지 조성물은 수지 조성물의 성분들을 함께 혼합하여 수지 조성물을 형성하는 단계에 앞서 약 2개월 초과, 대안적으로는 약 3개월 초과, 대안적으로는 약 4개월 초과, 대안적으로는 약 5개월 초과, 대안적으로는 약 6개월 초과, 대안적으로는 약 7개월 초과, 대안적으로는 약 8개월 초과, 대안적으로는 약 9개월 초과 전에 형성된다.
상기에서도 제시된 바와 같이, 상기 방법은 또한 수지 조성물, 재활용 수지 조성물 및 이소시아네이트 성분을 조합하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 상기 방법은 또한 재활용 수지 조성물을 그 안에 포함하는 수지 조성물을 이소시아네이트 성분과 조합하는 단계를 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 조합 단계는 먼저 수지 조성물 혼합물을 형성하기 위해 수지 조성물과 재활용 수지 조성물을 조합한 다음, 반응 혼합물을 형성하기 위해 수지 조성물 혼합물과 이소시아네이트 성분을 조합하는 단계로서 추가로 정의된다. 바람직한 실시양태에서, 상기 방법은 반응 혼합물을 형성하기 위해 발포제의 존재하에 수지 조성물을 이소시아네이트와 조합하는 단계 전에 약 20℃ 내지 약 35℃의 온도, 더욱 바람직하게는 약 24℃ 내지 약 30℃의 온도로 그 안에 재활용 수지 조성물을 포함하는 수지 조성물 (또는 수지 조성물 혼합물, 또는 수지 조성물과 재활용 수지 조성물 각각) 및 이소시아네이트를 가열하는 단계를 포함한다. 수지 조성물 및 이소시아네이트는 관련 기술분야에 알려져 있는 임의의 메커니즘에 의해 조합되어 반응 혼합물을 형성할 수 있다. 통상적으로, 조합 단계는 정적 혼합기, 충돌 혼합 챔버 또는 혼합 펌프와 같은 혼합 장치에서 수행된다. 바람직한 실시양태에서, 조합 단계는 정적 혼합 헤드(static mix head)에서 수행된다. 조합 단계는 관련 기술분야에 알려져 있는 다양한 공정, 예컨대 분무 공정 또는 성형 공정을 포함할 수 있다. 성형되는 경우, 폴리우레탄 시스템의 많은 실시양태가 약 25 내지 약 40℃의 온도를 갖는 몰드에서 성형된다.
통상적으로, 수지 조성물/폴리올 성분과 이소시아네이트 성분은 약 75 내지 약 140, 대안적으로는 약 80 내지 약 130, 대안적으로는 약 90 내지 약 130, 대안적으로는 약 90 내지 약 120, 대안적으로는 약 105 내지 약 120, 대안적으로는 약 105 내지 약 115의 이소시아네이트 지수(isocyanate index)로 조합된다. 많은 실시양태에서, 수지 조성물과 이소시아네이트 성분은 약 0.6:1 내지 약 1.1:1의 중량비로 조합된다.
상기에서 나타낸 바와 같이, 상기 방법은 폴리우레탄 발포체 물품을 형성하기 위해 반응 혼합물을 방출하는 단계를 포함한다. 반응 혼합물은 분무, 주입(pouring) 또는 성형과 같은 다양한 기술에 의해 방출될 수 있다. 일부 실시양태에서, 반응 혼합물은 약 150 내지 약 1,000, 대안적으로는 약 300 내지 약 600, 대안적으로는 약 150 내지 약 600, 대안적으로는 약 200 내지 약 300 psi의 압력으로 방출된다. 일부 실시양태에서, 반응 혼합물은 약 1 내지 약 600, 대안적으로는 약 1 내지 약 120, 대안적으로는 약 1 내지 약 40, 대안적으로는 약 3 내지 약 40, 대안적으로는 약 4 내지 약 20, 대안적으로는 약 6 내지 약 15 lb/분의 속도로 방출된다. 반응 혼합물은 상기에서 제시된 범위 내에서 임의의 압력 또는 속도, 또는 압력 또는 속도 범위의 조합으로 방출될 수 있는 것으로 생각된다.
폴리우레탄 시스템의 성분들과 마찬가지로, 구체적인 방출/적용 기술은 특정 용도에 맞게 폴리우레탄 발포체 물품의 적용 효율 및 성능 특성을 최적화하도록 선택된다. 적용 기술에 있어서의 약간의 변화는 폴리우레탄 발포체 물품의 성능 특성에 영향을 준다. 결론적으로, 종종 특정 적용 기술에 맞게 특정 지침이 제시된다.
주제 개시는 또한 폴리우레탄 발포체 물품을 제공한다. 다양한 실시양태에서, 상기 폴리우레탄 발포체 물품은 ASTM D-1622에 따라 시험하였을 때 약 1.8 내지 약 3, 대안적으로는 약 1.6 내지 약 2.8, 대안적으로는 약 2.3 내지 약 2.35 pcf의 전체 밀도, 및 약 1.9 내지 약 2.1, 대안적으로는 약 1.9 내지 약 2.1, 대안적으로는 약 1.95 내지 약 2.05 pcf의 코어 밀도를 가진다. 다른 실시양태에서, 폴리우레탄 발포체 물품은 ASTM D-1621에 따라 시험하였을 때, 약 10 초과, 대안적으로는 약 15 내지 약 45, 대안적으로는 약 15 내지 약 25 psi의 10% 편향시 평행 방향에서의 압축 강도를 가지며, 약 10 초과, 대안적으로는 약 10 내지 약 35, 대안적으로는 약 15 내지 약 25 psi의 10% 편향시 수직 방향에서의 압축 강도를 가진다.
상기에서 제시된 바와 같이, 폴리우레탄 발포체 물품은 종종 절연체로 이용된다. 이를 위하여, 폴리우레탄 발포체 물품의 많은 실시양태는 ASTM C-518에 따라 시험하였을 때 약 0.25 BTU-in/hr/ft2/℉ 미만, 대안적으로는 약 0.16 BTU-in/hr/ft2/℉ 미만, 대안적으로는 약 0.13 BTU-in/hr/ft2/℉ 미만의 최초 K-계수(initial K-factor)를 가진다. 또한, 폴리우레탄 발포체 물품의 많은 실시양태는 ASTM D-2842에 따라 시험하였을 때 약 0.1 lb/ft2 미만, 대안적으로는 약 0.03 lb/ft2 미만의 수분 흡수율(water absorption)을 가진다.
상기 폴리우레탄 발포체 물품은 견성 또는 연성의 발포체 물품일 수 있으나, 통상적으로는 경성의 발포체 물품이다. 이에 따라, "경성" 발포체라는 용어는 통상적으로 연성 발포체를 배제한다. 많은 실시양태의 경성 발포체 물품을 구별하기 위하여 측정될 수 있는 다양한 물리적 특성들의 비-제한적인 예에는 밀도, 압축 강도, 압축 모듈러스, 공기 유동 (이의 결핍), 신장, 인장 강도 등이 포함된다. 일부 실시양태에서, "경성 발포체" 물품이라는 용어는 예컨대 약 0.5:1 이상의 높은 압축 강도 대 인장 강도 비, 및 약 10% 이하의 신장률(elongation)을 갖는 발포체를 기술하여 의미한다. 일부 실시양태에서, 폴리우레탄 발포체 물품은 약 80% 폐쇄 셀 초과, 대안적으로는 약 85% 폐쇄 셀 초과, 대안적으로는 약 90% 폐쇄 셀 초과의 폐쇄 셀 함량을 갖는 경성 발포체 물품이다.
하기의 실시예는 본 개시를 예시하고자 하는 것으로서, 어떠한 방식으로도 본 개시의 영역을 제한하는 것으로 여겨져서는 아니 된다.
[ 실시예 ]
실시예 1의 폴리우레탄 발포체는 본 개시에 따른 것이다. 하기에서 추가로 기술되는 바와 같이, 수지 조성물 1을 이소시아네이트 성분 1과 반응시켜 실시예 1의 폴리우레탄 발포체 물품을 형성하였다. 수지 조성물 1은 바로 아래 표 1에 기술하였다.
<표 1>
Figure pct00001
폴리올 A는 4.0의 공칭 관능가, 368 mgKOH/g의 히드록실가 및 25℃에서 3500 cps의 점도를 갖는 수크로스/글리세린 기재 폴리에테르 폴리올이다.
폴리올 B는 5.5의 공칭 관능가, 470 mgKOH/g의 히드록실가 및 25℃에서 35,000 cps의 점도를 갖는 수크로스/글리세린 기재 폴리에테르 폴리올이다.
폴리올 C는 2.3의 공칭 관능가, 258 mgKOH/g의 히드록실가 및 25℃에서 12,000 cps의 점도를 갖는 변형된 방향족 폴리에스테르 폴리올이다.
폴리올 D는 3의 공칭 관능가, 230 mgKOH/g의 히드록실가 및 25℃에서 270 cps의 점도를 갖는, 글리세린에 프로필렌 옥시드를 첨가함으로써 형성된 글리세린 기재 삼관능성 폴리에테르 폴리올이다.
난연제 A는 트리스(1-클로로-2-프로필) 포스페이트이다.
계면활성제 A는 실리콘 기재 공-중합체 계면활성제이다.
촉매 A는 발포 촉매이다.
촉매 B는 삼차 아민 촉매이다.
촉매 C는 디에틸렌 글리콜 중 칼륨-옥토에이트의 용액이다.
발포제 A는 포름산이다.
발포제 B는 물이다.
발포제 C는 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜이다.
이소시아네이트 성분 A는 디페닐메탄 디이소시아네이트와 중합체성 디페닐메탄 디이소시아네이트의 혼합물이다.
수지 조성물 1 및 이소시아네이트 성분 1을 80 ℉로 가열하였다. 일단 가열되고 나면, 수지 조성물 1과 이소시아네이트 성분 1을 1:1 중량비로 조합함으로써, 90℃의 온도를 갖는 몰드로 방출되는 반응 혼합물을 형성하였다. 상기 반응 혼합물은 80초의 겔화 시간, 140초의 택 시간(tack time) 및 1.6 pcf의 자유 발포 밀도(free rise density)를 가졌다. 이에 따라, 실시예 1의 폴리우레탄 발포체 물품을 형성하였다. 실시예 1의 폴리우레탄 발포체 물품을 포함하는 2 ft. × 2 ft. × 2.5 in의 시험 패널을 다양한 물리적 특성들에 대하여 시험하였다. 시험 결과를 바로 아래 표 2에 제시하였다.
<표 2>
Figure pct00002
유리하게도, 수지 조성물 1은 8개월 초과의 보관 수명을 가졌다. 또한, 재활용 수지 함유물을 포함하는 수지 조성물 1은 뛰어난 절연 및 수분 흡수 특성을 나타내는 실시예 1의 폴리우레탄 발포체 물품을 형성하는 데에 사용될 수 있었다.
첨부된 청구범위는 상세한 설명에서 기술되는 임의의 특정 화합물, 조성물 또는 방법을 표현하는 것으로 제한되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위의 영역에 속하는 구체적인 실시양태들 사이에 가변적일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다양한 실시양태들의 구체적인 특징 또는 측면을 기술함에 있어서 본원에서 사용되고 있는 소정의 마르쿠쉬 군(Markush group)과 관련하여, 다른 모든 마르쿠쉬 구성원과 관계 없이 각 마르쿠쉬 군의 각 구성원으로부터 상이하거나, 특별하거나 및/또는 예상치 못한 결과가 수득될 수 있다는 것을 알아야 한다. 마르쿠쉬 군의 각 구성원은 개별적으로 및 또는 조합으로서 사용되어 첨부된 청구범위의 영역에 속하는 특정 실시양태를 위한 적정한 기반을 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시양태를 기술하는 데에 사용되고 있는 임의의 범위 및 하위범위는 독립적으로, 그리고 집합적으로 첨부된 청구범위의 영역에 속하는 것으로서, 해당 값들이 본원에 명시적으로 기재되어 있지 않다 하더라도 그 안의 정수 및/또는 분수 값들을 포함한 모든 범위를 기술하여 고려하는 것으로 양해된다는 것 또한 이해되어야 한다. 관련 기술분야의 통상의 기술자라면, 열거된 범위 및 하위범위가 본 개시의 다양한 실시양태들을 충분히 기술하여 가능케 하며, 그와 같은 범위 및 하위범위가 관련 절반, 3분의 1, 4분의 1, 5분의 1 등으로 추가로 기술될 수 있다는 것을 잘 알고 있다. 단지 한 가지 예로서, "0.1 내지 0.9의"라는 범위는 하위 3분의 1 즉 0.1 내지 0.3, 중위 3분의 1 즉 0.4 내지 0.6, 및 상위 3분의 1 즉 0.7 내지 0.9로 추가로 기술될 수 있는 바, 이들은 개별적으로 및 집합적으로 첨부된 청구범위의 영역에 속하며, 개별적으로 및/또는 집합적으로 사용되어 첨부된 청구범위의 영역에 속하는 특정 실시양태를 위한 적정한 기반을 제공할 수 있다. 또한, "적어도", "초과", "미만", "이하" 등과 같이 범위를 한정하거나 수식하는 용어와 관련하여, 그와 같은 용어가 하위범위 및/또는 상위 또는 하위 한계를 포함한다는 것이 이해되어야 한다. 또 다른 예로서, "적어도 10"의 범위는 본질적으로 적어도 10 내지 35의 하위범위, 적어도 10 내지 25의 하위범위, 25 내지 35의 하위범위 등을 포함하며, 각 하위범위는 개별적으로 및/또는 집합적으로 사용되어 첨부된 청구범위의 영역에 속하는 특정 실시양태를 위한 적정한 기반을 제공할 수 있다. 마지막으로, 개시되는 범위 내의 개별 숫자는 사용되어 첨부된 청구범위의 영역에 속하는 특정 실시양태를 위한 적정한 기반을 제공할 수 있다. 예를 들어, "1 내지 9의" 범위는 3과 같은 다양한 개별 정수들은 물론, 4.1과 같은 소수점을 포함하는 개별 숫자 (또는 분수)를 포함하며, 사용되어 첨부된 청구범위의 영역에 속하는 특정 실시양태를 위한 적정한 기반을 제공할 수 있다.
본 개시는 예시 방식으로 기술된 바, 사용된 용어들이 특성상 제한하는 것이라기 보다는 기술하는 단어를 의미한다는 것이 이해되어야 한다. 분명히, 상기 교시에 비추어 본 개시의 많은 변형 및 변이들이 가능하다. 이에 따라, 첨부된 청구범위의 영역 내에서 구체적으로 기술된 것과 달리 본 개시가 실시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (23)

  1. (A) 하기 (i) 내지 (iii)을 포함하는 수지 조성물을 형성하는 단계:
    (i) 폴리올 성분;
    (ii) 아민 촉매; 및
    (iii) 하기 (a) 및 (b)를 포함하는 발포 성분:
    (a) 히드로플루오로올레핀, 및
    (b) 포름산;
    (B) 반응 혼합물을 형성하기 위해 수지 조성물, 재활용 수지 조성물 및 이소시아네이트 성분을 조합하는 단계; 및
    (C) 폴리우레탄 발포체 물품을 형성하기 위해 반응 혼합물을 방출하는 단계
    를 포함하는, 폴리우레탄 발포체 물품의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 수지 조성물을 형성하는 단계에 앞서 약 2개월 초과 전에 재활용 수지 조성물을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 조합하는 단계가, 먼저 수지 조성물 혼합물을 형성하기 위해 수지 조성물과 재활용 수지 조성물을 조합한 다음, 반응 혼합물을 형성하기 위해 수지 조성물 혼합물과 이소시아네이트 성분을 조합하는 단계로서 추가로 정의되는 것인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 수지 조성물 혼합물이 25℃에서 약 900 cps 미만의 점도를 갖는 것인 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 수지 조성물 혼합물이 약 6개월 초과의 보관 수명을 갖는 것인 방법.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 혼합물을 형성하기 위해 수지 조성물 혼합물과 이소시아네이트 성분을 조합하는 단계를 정적 혼합 헤드에서 수행하는 것인 방법.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 재활용 수지 조성물이 수지 조성물 혼합물의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 10 중량%의 양으로 수지 조성물 혼합물 중에 존재하는 것인 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, A-측 용기에 수지 조성물 및 재활용 수지 조성물을 제공하는 단계, 및 B-측 용기에 이소시아네이트 성분을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, A-측 및 B-측 용기가 25℃에서 약 700 psi 미만의 압력을 갖는 것인 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 포름산이 수지 조성물에 포함되는 발포제의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 약 20 중량%의 양으로 수지 조성물 중에 존재하고/거나, 히드로플루오로올레핀이 수지 조성물에 포함되는 발포제의 총 중량을 기준으로 약 30 내지 약 95 중량%의 양으로 수지 조성물 중에 존재하는 것인 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리올 성분이 25℃에서 약 5,000 cps 미만의 점도를 갖는 제1 폴리에테르 폴리올을 포함하는 것인 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리올 성분이 25℃에서 약 15,000 cps 초과의 점도를 갖는 제2 폴리에테르 폴리올을 포함하는 것인 방법.
  13. 제12항에 있어서, 제1 및 제2 폴리에테르 폴리올이 약 1:1 내지 약 5:1의 비로 존재하는 것인 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리올 성분이 25℃에서 약 500 cps 미만의 점도를 갖는 제3 폴리에테르 폴리올을 포함하는 것인 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리올 성분이 방향족 폴리에스테르 폴리올을 포함하는 것인 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 혼합물을 방출하는 단계가 약 150 내지 약 1000 psi의 분무 압력, 및/또는 분당 약 1 내지 약 40 lb의 반응 혼합물의 분무 속도로 반응 혼합물을 분무하는 단계로서 추가로 정의되는 것인 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 히드로플루오로올레핀이 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜, 2,3,3,3-테트라플루오로프로펜, 1,3,3,3-테트라플루오로프로펜 및 이들의 조합의 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 히드로플루오로올레핀이 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜을 포함하는 것인 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리우레탄 발포체 물품이 80% 초과의 폐쇄 셀 함량을 갖는 것인 방법.
  20. (i) 폴리올 성분;
    (ii) 아민 촉매;
    (iii) 하기 (a) 및 (b)를 포함하는 발포 성분:
    (a) 트랜스-1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로펜, 및
    (b) 포름산; 및
    (iv) 재활용 수지 조성물
    을 포함하는 수지 조성물.
  21. 제20항에 있어서, 상기 폴리올 성분이
    25℃에서 약 5,000 cps 미만의 점도를 갖는 제1 폴리에테르 폴리올;
    25℃에서 약 30,000 cps 초과의 점도를 갖는 제2 폴리에테르 폴리올;
    25℃에서 약 500 cps 미만의 점도를 갖는 제3 폴리에테르 폴리올; 및/또는
    방향족 폴리에스테르 폴리올
    을 포함하는 것인 수지 조성물.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 25℃에서 900 cps 미만의 점도를 갖는 수지 조성물.
  23. 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 6개월 초과의 보관 수명을 갖는 수지 조성물.
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