KR20180020010A - 그래핀 복합 우레탄 폼 및 이의 제조 방법 - Google Patents

그래핀 복합 우레탄 폼 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180020010A
KR20180020010A KR1020160104430A KR20160104430A KR20180020010A KR 20180020010 A KR20180020010 A KR 20180020010A KR 1020160104430 A KR1020160104430 A KR 1020160104430A KR 20160104430 A KR20160104430 A KR 20160104430A KR 20180020010 A KR20180020010 A KR 20180020010A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
urethane foam
graphene
weight
graphene composite
parts
Prior art date
Application number
KR1020160104430A
Other languages
English (en)
Inventor
남재도
서희원
Original Assignee
주식회사 엔씨티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엔씨티 filed Critical 주식회사 엔씨티
Priority to KR1020160104430A priority Critical patent/KR20180020010A/ko
Publication of KR20180020010A publication Critical patent/KR20180020010A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/0004—Use of compounding ingredients, the chemical constitution of which is unknown, broadly defined, or irrelevant
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/0066—Use of inorganic compounding ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C08K3/042—Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L75/00—Compositions of polyureas or polyurethanes; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L75/04—Polyurethanes

Abstract

본 발명은 그래핀 복합 우레탄 폼 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 흡음성능을 향상시킴과 동시에 압축 강도 등의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 또한, 경량화 및 경제적인 소재를 제공함으로써, 방음 및 강도가 요구되는 제품에 효과적으로 적용할 수 있다.

Description

그래핀 복합 우레탄 폼 및 이의 제조 방법{GRAPHENE COMPOSITE URETHANE FOAM AND MANUFACTURING MATHOD THEREOF}
본 발명은 그래핀 복합 우레탄 폼 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 높은 비표면적 및 고강도 특성을 가짐으로써, 흡음 및 압축 특성 등의 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 그래핀 복합 우레탄 폼 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근에는 주거공간 및 이동 수단 내의 공간에 있어서 안락함을 향상시키기 위하여 흡음 소재에 대한 관심이 증가하고 있으며, 흡음 성능을 향상시키기 위한 연구가 계속되고 있다.
흡음소재로서는 경도의 제어가 용이하고, 유해물질의 배출을 최소화할 수 있는 우레탄이 각광받고 있다.
우레탄 폼은 다공성 구조를 가짐으로써 낮은 밀도와 흡음 특성을 가지며, 고분자 폴리올, 첨가제 및 충전재를 혼합하여, 몰드 또는 발포기 등을 사용하여 제조할 수 있다.
종래의 우레탄 폼을 흡음 소재로서 사용하는 경우, 일반적으로 두께를 증대시키는데, 이러한 경우에는 중량 및 원가가 상승된다는 단점이 동반된다.
또한, 종래의 우레탄 폼은 난연성이 부족하므로 발포 후 열 성형이 어려워, 흡음성을 만족시키면서도, 난연성 및 강도를 보완할 수 있는 흡음 소재가 필요하다.
본 발명의 목적은 흡음성, 난연성 및 강도가 모두 개선된 그래핀 복합 우레탄 폼을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 그래핀 복합 우레탄 폼을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
복수개의 셀을 포함하는 우레탄 폼으로서 셀 평균 직경이 100 내지 400um이며,
상기 셀에 그래핀이 분산되어 있는 것인 그래핀 복합 우레탄 폼을 제공한다.
일구현예에 따르면, 상기 셀 직경의 편차가 1um 내지 100um일 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 그래핀의 비표면적은 1500 내지 3500m2/g 일 수 있다.
또한, 상기 그래핀의 함량은 그래핀 복합 우레탄 폼 100중량부를 기준으로 0.001 내지 10중량부일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면,
초임계 유체에 그래핀을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
폴리올 화합물에 상기 혼합물을 분산시켜 분산용액을 제조하는 단계;
상기 분산용액과 이소시아네이트 화합물을 반응시켜 발포원액을 제조하는 단계; 및
상기 발포원액을 발포시키는 단계;를 포함하는 그래핀 복합 우레탄 폼 제조방법을 제공할 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 폴리올 화합물은 중량평균분자량(Mw)이 100 내지 1000일 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 이소시아네이트 화합물의 이소시아네이트 작용기 수는 2 내지 5일 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 폴리올 화합물의 함량은 분산용액 100중량부를 기준으로 40 내지 60중량부일 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 발포원액에 촉매, 발포제, 셀 개방제, 사슬연장제, 난연제 및 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 그래핀 복합 우레탄 폼을 포함하는 흡음 소재를 제공할 수 있다.
기타 본 발명에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 그래핀 복합 우레탄 폼 및 그 제조 방법은, 흡음성능을 유지하면서도 강도 및 난연성 등의 기계적 물성을 향상시킬 수 있으므로, 경제적인 방법으로 우수한 물성을 갖는 흡음 소재를 제공할 수 있다.
도 1은 우레탄 폼 제조 공정을 간략하게 나타낸 모식도이다.
도 2는 우레탄 폼에 대한 주사전사형미경(SEM) 사진이다.
도 3은 우레탄 폼의 흡음성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 우레탄 폼의 압축 강도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 우레탄 폼의 셀 크기를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 구현예에 따른 그래핀 복합 우레탄 폼 및 그 제조 방법에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에 사용된 "우레탄"의 용어는 본 명세서 내에서 "폴리 우레탄"과 함께 혼용되어 기재될 수 있으며, 단수 또는 하나 이상의 개체를 포함하는 복수의 집합을 의미할 수 있다고 이해되어야 한다.
또한, "성형"이라는 용어는 본 명세서 내에서 "가공"과 함께 혼용하여 기재될 수 있으며, 열이나 압력 등을 가하여 목적으로 하는 형태를 형성하는 것으로 이해될 수 있다.
종래의 흡음 소재로서는 우레탄 폼이 일반적으로 사용되고 있으며, 우레탄 폼은 경도에 따라 경질(rigid), 연질(flexible), 반경질(semi-rigid)로 구분할 수 있다. 경질 우레탄은 외형이 딱딱하며, 외부의 힘에 의해 변형되면 원래의 형태로 복원이 어렵고, 주로 단열재, 충전재 등으로 사용할 수 있다. 연질 우레탄은 외형이 부드럽고, 외부의 힘에 의해 변형되어도 쉽게 복원되며, 주로 쿠션재, 흡음재 등으로 사용할 수 있다. 반경질 우레탄은 경질 및 연질의 중간 정도의 경도를 나타내고, 충격흡수성 및 촉감이 우수하여 주로 자동차 내장재로서 사용될 수 있다.
우레탄 폼은 제조방법에 따라 몰드 폼(mold foam), 블록 폼(block foam, box foam), 슬라브 폼(slab foam) 및 스프레이 폼 (spray foam) 등으로 구분할 수 있다. 몰드 폼(mold foam)은 내부에 일정한 공간이 형성된 금형을 사용하여 제품을 생산하거나, 실제품을 조립하여 내부 공간에 우레탄 원액을 주입 생산하는 것으로, 예를 들어, 냉장고, 냉동콘테이너, 판넬 등에 적용할 수 있다. 블럭 폼(block foam, box foam)은 사각형의 금형에 우레탄 원액을 주입하여 폼을 생산하며, 용도에 적합하게 2차 가공을 실시하는 방법이다. 슬라브 폼(slab foam)은 연속적인 켄베이어(conveyer) 라인을 이용하여 하판에 면재를 부착하고 그 위에 우레탄 원액을 분사하여 폼을 생산하는 것이다. 스프레이 폼(spray foam)은 이소시아네이트와 레진프리믹스를 혼합하여 고압의 공기를 이용하여 노즐 밖으로 강하게 분사하여, 수초 내에 표면이 불규칙한 폼으로 만들어질 수 있다.
이러한 우레탄 폼은 흡음 소재로서 사용되는 경우, 흡음 성능을 향상시키기 위하여 주로 두께를 증대시켜 적용하는데, 이 경우, 중량 및 원가를 상승시키는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 발포 후 열 성형이 어렵고, 난연성이 부족하다는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은,
복수개의 셀을 포함하는 우레판 폼으로서 셀의 평균 직경이 100 내지 400um이며,
상기 셀에 그래핀이 분산되어 있는 것인 그래핀 복합 우레탄 폼을 제공한다.
본 발명에 따른 그래핀 복합 우레탄 폼은 그래핀을 포함함으로써, 흡음 성능을 유지시키면서도, 강도 및 난연성을 강화시킬 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 그래핀은 단일층 그래핀(single-layer graphene), 이중층 그래핀(two-layer graphene) 및 다층 그래핀(multi-layer graphene 또는 graphite)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 그래핀은 기계적 박리방법, 화학증착법, 에피텍셜 합성법(epitaxial growth) 및 화학적 박리법 등의 방법으로 합성될 수 있다.
기계적 박리법은 다층으로 구성된 흑연 결정에 테이프 등을 사용하여 기계적인 힘으로 한 층을 벗겨내어 그래핀을 획득한 후, 환원 분위기에서 열처리하여 잔류 접착 성분을 제거시키는 방법을 포함할 수 있다.
화학증착법은 고온에서 탄소와의 흡착성이 우수한 전이금속 등을 촉매로 사용하여 그래핀을 합성하는 방법으로, 기판 위에 전이금속을 촉매층으로 증착시킨 후, 혼합가스 분위기에서 탄소가 촉매에 흡착되도록 한 뒤, 냉각시켜 탄소원자를 결정화하여, 기판으로부터 분리시키는 방법을 포함할 수 있다.
에피텍셜 합성법(epitaxial growth)은 탄소가 결정에 흡착되거나 포함되어 있는 재료로서 예를 들어, 실리콘 카바이드(SiC) 등의 재료를 고온 열처리하여 상기 재료의 표면 결을 따라 그래핀을 성장시키는 방법을 포함할 수 있다.
화학적 박리법은 흑연의 산화 및 환원 특성을 이용하는 방법으로서, 흑연을 강산과 산화제 등으로 산화시켜 산화흑연을 생성시킨 후, 물와 접촉시켜 산화 흑연의 면 사이에 물 분자를 침투시켜 산화흑연을 분리하고, 여기에 초음파 분쇄기 등을 사용하여 그래핀 시트를 획득하는 방법을 포함할 수 있다.
본 발명의 그래핀은 상기와 같은 방법에 의하여 제조된 것을 사용할 수 있으며, 그 뿐 아니라 그래핀 제조에 채택할 수 있는 방법이라면 상기 기재에 제한되지 않고 적용할 수 있다.
일구현예에 따르면, 본 발명의 그래핀 복합 우레탄 폼은 셀 직경의 편차가 1um 내지 100um, 예를 들어 10um 내지 30um일 수 있으며, 그래핀의 함량이 증가함에 따라 셀 크기의 분포가 정규 분포에 가까워지면서 평균 셀 크기가 작아지는 경향을 나타낼 수 있다. 즉, 그래핀 함량의 증가에 따라, 셀의 평균 직경이 감소하고, 셀의 균일성이 향상되는 경향을 나타낼 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 그래핀은 비표면적이 1500 내지 3500m2/g일 수 있으며, 예를 들어, 2000 내지 3000m2/g, 예를 들어, 2300 내지 2800m2/g일 수 있다. 상기 비표면적이 작을 경우, 흡음성능의 향상을 위한 그래핀의 필요 함량이 증가할 수 있고, 밀도가 증가함에 따라 성형성이 용이하지 않을 수 있다.
상기 그래핀은 그 함량이 적을 경우, 흡음특성 및 압축강도 등의 기계적 물성의 향상 효과가 저하될 수 있으며, 과할 경우, 분산성이 저하됨에 따라 성형이 용이하지 않을 수 있다. 그러므로, 그래핀 복합 우레탄 폼 100중량부를 기준으로 0.001 내지 10중량부, 예를 들어 0.005 내지 5중량부, 예를 들어 0.01 내지 1중량부로 포함될 수 있다.
일구현예에 따르면, 본 발명에 따른 그래핀 복합 우레탄 폼은 셀의 평균 직경이 100 내지 400um일 수 있으며, 예를 들어, 200 내지 350um, 예를 들어, 230 내지 330um일 수 있다. 상기 평균 직경이 작을 경우, 흡음 성능이 향상될 수 있고, 클 경우에는 기계적 물성이 저하될 수 있다.
본 발명이 다른 구현예에 따르면, 도 1에 도시한 바와 같이
초임계 유체에 그래핀을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
폴리올 화합물에 상기 혼합물을 분산시켜 분산용액을 제조하는 단계;
상기 분산용액에 이소시아네이트 화합물을 반응시켜 발포원액을 제조하는 단계; 및
상기 발포원액을 발포시키는 단계;를 포함하는 그래핀 복합 우레탄 폼 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 그래핀은 표면적이 넓고, 두께가 얇은 판상의 구조를 가지며, 높은 표면 에너지를 가지는 특성으로 인하여, 일반적으로 분산시키기 어려운 조건을 가진다.
본 발명에서 상기 그래핀은 나노입자의 형태로 상기 폴리올 화합물에 분산되는데, 이 때, 상기와 같이 초임계 유체를 사용하여, 그래핀 나노입자를 폴리올 화합물에 분산시킴으로써, 상기 그래핀 나노입자의 균일한 분산이 가능하다.
상기 초임계 유체는 임계점 이상의 온도와 압력에 놓인 물질로서, 기체의 확산성과 액체의 용해성, 액체와 같은 밀도 및 저점도 등의 특성을 가지며, 재활용이 가능하므로 환경 친화적으로 사용될 수 있다.
상기 초임계 유체로 사용할 수 있는 물질로는 예를 들어, 이산화탄소(CO2), 물(H2O), 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 에틸렌(C2H4), 프로필렌(C3H6), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 아세톤(C3H6O) 등을 들 수 있으며, 예를 들어, 물 또는 이산화탄소를 사용할 수 있고, 구체적으로 이산화탄소를 사용할 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 초임계 유체 상태를 유지하기 위하여, 예를 들어 압력은 40bar 내지 200bar, 예를 들어 60bar 내지 150bar, 예를 들어 70bar 내지 120bar의 조건으로 형성할 수 있다. 구체적으로, 이산화탄소의 경우 70 bar 이상에서 초임계 유체 상태가 가능하므로, 적절하게 압력을 조절할 수 있다.
상기 초임계 이산화탄소는 특히 높은 확산계수와 용해력을 가지므로, 상기 그래핀 나노입자를 폴리올 화합물에 균일하게 분산시킬 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 폴리올 화합물의 중량평균분자량(Mw)은 100 내지 1000일 수 있다. 상기 중량평균분자량(Mw)은 작을 경우, 점도가 묽을 수 있고, 클 경우에는 연성이 증가하여 압축강도가 감소할 수 있다. 그러므로, 중량평균 분자량(Mw)은 예를 들어 200 내지 800, 구체적으로 300 내지 500의 범위일 수 있다.
또한, 상기 폴리올 화합물의 함량이 적을 경우, 성형성이 저하될 수 있고, 과할 경우, 점도가 향상될 수 있다. 그러므로 일구현예에 따르면, 상기 폴리올 화합물의 함량은 분산용액 100중량부를 기준으로 40 내지 60중량부일 수 있으며, 예를 들어, 45 내지 55중량부, 구체적으로 47 내지 53중량부일 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 폴리올 화합물은 수산화기를 2개 포함할 수 있다.
상기 폴리올 화합물의 종류는 수크로스계 폴리올(sucrose base polyol), 글리세린계 폴리올(glycerine base polyol) 등을 포함할 수 있으며, 구체적으로는 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
일구현예에 따르면, 상기 이소시아네이트 화합물은 이소시아네이트기를 2 내지 5개 포함할 수 있으며, 예를 들어 3 내지 4개 포함할 수 있다. 상기 이소시아네이트기 작용기의 수가 적을 경우, 연성이 증가할 수 있으며, 과할 경우, 성형성이 저하할 수 있으므로, 상기와 같은 범위 내에서 반응을 최적화할 수 있다.
또한, 이소시아네이트 화합물 함량은 그래핀 복합 우레탄 폼 100중량부를 기준으로 40 내지 60중량부일 수 있으며, 예를 들어, 45 내지 55중량부로 포함될 수 있으나, 종류에 따라 함량을 적절하게 조절할 수 있다.
이소시아네이트 화합물의 종류로는 예를 들어, 지방족, 방향족 또는 선형 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
지방족 이소시아네이트 화합물은 예를 들어, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소프렌 디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄 디이소시아네이트 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 방향족 이소시아네이트 화합물은 예를 들어, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트, 폴리페닐렌폴리메틸렌 폴리이소시아네이트, 2,4-톨릴렌 디이소시아네이트, 2,6-톨릴렌 디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로는, 이소시아네이트 화합물로서 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 이소프렌 디이소시아네이트(IPDI) 및 디시클로헥실메탄 디이소시아네이트(DCMDI)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다. 그 외에 예를 들면, 톨루엔 디이소시아네이트 등을 들 수 있으며, 구체적으로 폴리머릭 디페닐메탄 디이소시아네이트(PMDI)을 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.
일구현예에 따르면, 본 발명의 그래핀 복합 우레탄 폼은 상기 화합물 외에도, 촉매, 발포제, 셀 개방제, 사슬연장제, 난연제 및 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 촉매는 아민, 비양성자성 염(aprotic salt) 및 유기금속 화합물 등을 포함할 수 있다.
아민 촉매는 예를 들어, 3차 아민(tertiary amine)일 수 있으며, 구체적으로, 1,4-디아자바이사이클로[2,2,2]옥탄(1,4-diazabicyclo[2,2,2]octane), 비스(2-디메틸아미노에틸)에테르( bis(2-dimethylaminoethyl)ether), 트리메틸아미노에틸에탄올아민(trimethylaminoethylethanolamine), 펜타메틸디에틸렌트리아민(pentamethyldiethylenetriamine), N,N'-디메틸에탄올아민(N,N'-dimethylethanolamine), 디메틸아미노프로필아민(dimethylaminopropylamine), N-에틸몰포린(N-ethylmorpholine), N,N-디메틸아미노에틸몰포린(N,N-dimethylaminoethylmorpholine), N,N-디메틸사이클로헥실아민(N,N-dimethylcyclohexylamine), 2-메틸-2-아자노보란(2-methyl-2-azanorbornane) 등을 포함할 수 있다.
일구현예에 따르면, 고리형 치환기를 갖는 3차 아민과 선형 3차 아민을 함께 사용할 수 있다.
비양성자성 염(aprotic salt) 촉매는 예를 들어, 4차암모늄과 알칼리 금속의 카복시산 염을 포함할 수 있다.
유기금속 화합물은 유기주석 화합물 (organotin)을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 디알킬틴 디카복시레이트(dialkyltin dicarboxylate), 구체적으로는 디부틸틴 디라우레이트(dibutyltin dilaurate), 유기금속틴촉매(예를 들어 stannous octoate), 디부틸틴 디아세테이트(dibutyltin diacetate), 디부틸틴 디머캅타이드(dibutyltin dimercaptide) 등을 포함할 수 있다. 본 발명에 포함할 수 있는 촉매로는 일반적인 것이라면 상기 기재에 제한되지 않고 사용할 수 있다.
상기 발포제는 화학적 발포제와 물리적 발포제로 구분할 수 있으며, 화학적 발포제는, 예를 들어 물을 사용할 수 있다. 구체적으로, 화학적 발포제로서 물은 폴리우레탄 반응 시 이소시아네이트와 화학적 발열 반응으로 이산화탄소를 생성시킴으로써 발포를 형성하는 원리를 이용할 수 있다.
물리적 발포제는 폴리올과 이소시아네이트가 반응하여 폴리우레탄을 형성할 때 발생하는 반응열을 이용하여 기공을 형성하는 원리를 이용할 수 있다. 물리적 발포제는 예를 들어, 클로로플루오로카본(chlorofluorocarbon, CFC), 하이드로클로로플루오로카본(hydrochlorofluorocarbon, HCFC), 펜탄(pentane) 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 사용할 수 있는 발포제는 예를 들어, 사이클로펜탄(cyclopentane)일 수 있으며, 일반적으로 사용될 수 있는 것이라면 제한되지는 않는다.
셀 개방제는 예를 들어, 폴리에테르형 셀 개방제, 카르복실기를 포함하는 셀 개방제를 포함할 수 있다. 폴리에테르형 셀 개방제는 예를 들어, 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드의 공중합체를 포함할 수 있으나, 제한되지는 않는다.
사슬연장제(chain extender)로는 예를 들어, 다이아민(diamine) 및 다이올(diol) 등을 포함하는 화합물을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 1,4-부탄다이올(1,4-butane diol) 등을 포함할 수 있으나, 상기 기재에 제한되지는 않는다.
난연제로는 예를 들어, 인계 난연제를 사용할 수 있으며, 구체적으로, 테트라메틸렌 비스(오쏘포스포릴우레아)(tetramethylene bis(orthophosphorylurea), 포스피닐 알킬포스페이트 에스테르(phosphinyl alkylphosphate ester), 레조르시놀 비스 디페닐포스페이트(resorcinol bis diphenylphosphate), 트리에틸 포스페이트(triethyl phosphate) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 계면활성제는 실리콘계 또는 비실리콘계로 구분할 수 있다.
상기 실리콘계 계면활성제는 소수성 성질을 갖는 실록산기(siloxane)와 친수성 성질을 갖는 폴리에테르 잔기(polyether side chain)를 포함할 수 있으며, 예를 들면, 폴리실록산계 화합물을 들 수 있다.
본 발명에 사용할 수 있는 계면활성제로는 일반적인 것이라면 상기 기재에 제한되지 않고 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기와 같은 그래핀 복합 우레탄 폼을 성형 및 가공하여 흡음 소재를 제공할 수 있으며, 이와 같이 제조된 흡음 소재는 그래핀을 포함함으로써, 기공의 외벽을 나노 구조 차원에서 강화시켜 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 도 1에서 생성물 확대 그림을 보면, 그래핀이 고르게 분산되어 있는 우레탄 폼의 나노 구조를 확인할 수 있다. 또한, 상기 우레탄 폼 계면의 높은 표면적으로 인하여, 전달된 진동 에너지를 마찰에 의한 열에너지로 효과적으로 변환시킬 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 흡음 소재는 자동차에 적용할 수 있으며, 예를 들어, 엔진룸용 흡음소재에 적용할 수 있고, 구체적으로는 대시 인슐레이터(dash insulator), 후드 인슐레이터(hood insulator) 등에 적용함으로써, 기존의 우레탄 폼에 비하여 중량 대비 소음의 저감 효과를 향상시킬 수 있다.
상기 그래핀 복합 우레탄 폼이 포함하는 구성 및 그래핀 복합 우레탄 폼 제조방법에 따른 단계는 그 혼입 순서 및 공정 단계의 순서 등이 제한되지 않으며, 예를 들어, 필요에 따라 그 함량을 조절할 수 있고, 예를 들어, 특정 단계를 부분적으로 반복 실시하여 진행될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 및 비교예: 우레탄 폼의 제조
하기 표 1에 따른 조성으로 각각의 우레탄 폼을 제조하였다.
초임계 유체로서 이산화탄소를 50℃ 및 200bar의 조건으로 하여, 비표면적이 2600 m2/g인 그래핀 나노 입자(rGO-V30-100, standard graphene)를 혼합하여 초임계 유체 혼합물을 제조하였다. 중량평균분자량(Mw)이 350인 폴리프로필렌글리콜에 상기 초임계 유체 혼합물을 분산시킨 후 촉매와 발포제를 첨가하였다. 여기에, 이소시아네이트 수 2 내지 3개의 polymeric methylene diphenyl isocyanate(PMDI)를 45 내지 55 중량부 첨가하여 상온 및 30초 반응시킨 후, 발포용 몰드에서 상온 및 6시간 조건으로 발포시켜 우레탄 폼을 수득하였다.
하기 표 1에서 각 함량은 중량부이다. 촉매는 아민 촉매로서 디메틸사이클로헥실아민(dimethylcyclohexylamine) 및 펜타메틸 디에틸렌 트리아민(pentamethyl diethylene triamine) 1중량부, 발포제는 수소불화탄소(HFC) 5 중량부를 첨가하였다.
구분 초임계 유체
이산화탄소		 폴리프로필렌글리콜 그래핀
실시예 1 50 50 0.03
실시예 2 50 50 0.05
실시예 3 50 50 0.07
비교예 1 50 50 -
실험예: 우레탄 폼 특성 측정
실험예 1: 우레탄 폼 셀의 평균 직경 측정
주사전사현미경(SEM)으로 실시예 및 비교예에 따른 각각의 우레탄 폼 단면을 관찰하였으며, 사진을 도 2에 나타내었다.
실험예 2: 흡음성능 측정
KS F 2805:2004에 따른 시험방법으로 흡음 측정을 하였으며, 결과를 도 3에 나타내었다.
실험예 3: 압축강도 측정
ASTM D 1621 규격에 따른 방법으로 압축강도를 측정하였으며, 결과를 도 4에 나타내었다.
실험예 4: 셀 크기의 균일성 비교
셀 직경에 따른 편차를 측정하여 비교예 및 실시예에 따른 우레탄 폼의 셀 분포를 Image J 소프트웨어로 측정하여 도 5에 나타내었다.
상기 실험예의 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이, 그래핀 함량이 증가함에 따라 셀 크기의 분포 및 평균 셀 크기가 감소하면서 균일성이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 그래핀 복합 우레탄 폼에 대한 압축강도 및 흡음성능이 비교예 1의 우레탄 폼보다 모두 향상된 값을 나타내는 것을 알 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술한 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐 이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 복수개의 셀을 포함하는 우레판 폼으로서 셀의 평균 직경이 100 내지 400um이며,
    상기 셀에 그래핀이 분산되어 있는 것인 그래핀 복합 우레탄 폼.
  2. 제1항에 있어서,
    셀 직경의 편차가 1um 내지 100um인 것인 그래핀 복합 우레탄 폼.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀의 비표면적이 1500 내지 3500m2/g 인 것인 그래핀 복합 우레탄 폼.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀의 함량이 그래핀 복합 우레탄 폼 100중량부를 기준으로 0.001 내지 10중량부인 것인 그래핀 복합 우레탄 폼.
  5. 초임계 유체에 그래핀을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
    폴리올 화합물에 상기 혼합물을 분산시켜 분산용액을 제조하는 단계;
    상기 분산용액과 이소시아네이트 화합물을 반응시켜 발포원액을 제조하는 단계; 및
    상기 발포원액을 발포시키는 단계;를 포함하는 그래핀 복합 우레탄 폼 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 폴리올 화합물은 중량평균분자량(Mw)이 100 내지 1000인 것인 그래핀 복합 우레탄 폼 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 이소시아네이트 화합물이 포함하는 이소시아네이트기의 수가 2 내지 5인 것인 그래핀 복합 우레탄 폼 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 폴리올 화합물의 함량이 분산용액 100중량부를 기준으로 40 내지 60중량부인 것인 그래핀 복합 우레탄 폼 제조방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 발포원액은 촉매, 발포제, 셀 개방제, 사슬연장제, 난연제 및 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 더 포함하는 것인 그래핀 복합 우레탄 폼 제조방법.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 그래핀 복합 우레탄 폼을 포함하는 흡음 소재.
KR1020160104430A 2016-08-17 2016-08-17 그래핀 복합 우레탄 폼 및 이의 제조 방법 KR20180020010A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160104430A KR20180020010A (ko) 2016-08-17 2016-08-17 그래핀 복합 우레탄 폼 및 이의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160104430A KR20180020010A (ko) 2016-08-17 2016-08-17 그래핀 복합 우레탄 폼 및 이의 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180020010A true KR20180020010A (ko) 2018-02-27

Family

ID=61394432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160104430A KR20180020010A (ko) 2016-08-17 2016-08-17 그래핀 복합 우레탄 폼 및 이의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180020010A (ko)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109824864A (zh) * 2019-03-16 2019-05-31 永安梦康石墨烯家居科技有限公司 一种石墨烯pu抗疲劳海绵
CN110229304A (zh) * 2019-07-09 2019-09-13 兰州大学 一种阻燃石墨烯聚氨酯复合泡沫材料及其制备方法
KR20190124601A (ko) * 2018-04-26 2019-11-05 한국조선해양 주식회사 폴리우레탄 폼, 이를 이용한 단열재 및 이들의 제조방법
CN110951035A (zh) * 2019-12-27 2020-04-03 福建安达福新材料科技有限公司 一种基于超临界二氧化碳的聚氨酯发泡材料及其制备方法
CN111518386A (zh) * 2020-04-15 2020-08-11 吴聚精 一种石墨烯泡棉及其生产工艺
WO2021067538A1 (en) * 2019-10-01 2021-04-08 Xg Sciences, Inc. Graphene-modified polymeric foams
WO2021167881A1 (en) * 2020-02-17 2021-08-26 Xg Sciences, Inc. Graphene-modified polymeric foam and articles made thereof
CN113306393A (zh) * 2020-02-27 2021-08-27 CpK室内装饰材料股份有限公司 氨基甲酸酯和石墨烯内部饰板
CN115093226A (zh) * 2022-06-21 2022-09-23 星途(常州)碳材料有限责任公司 一种高强度多功能石墨烯弹性体泡棉及其制备方法
KR20220155476A (ko) 2021-05-13 2022-11-23 경희대학교 산학협력단 나노물질 함침구조를 갖는 다공성 흡음재 및 그 제조방법

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190124601A (ko) * 2018-04-26 2019-11-05 한국조선해양 주식회사 폴리우레탄 폼, 이를 이용한 단열재 및 이들의 제조방법
CN109824864A (zh) * 2019-03-16 2019-05-31 永安梦康石墨烯家居科技有限公司 一种石墨烯pu抗疲劳海绵
CN110229304A (zh) * 2019-07-09 2019-09-13 兰州大学 一种阻燃石墨烯聚氨酯复合泡沫材料及其制备方法
WO2021067538A1 (en) * 2019-10-01 2021-04-08 Xg Sciences, Inc. Graphene-modified polymeric foams
CN110951035A (zh) * 2019-12-27 2020-04-03 福建安达福新材料科技有限公司 一种基于超临界二氧化碳的聚氨酯发泡材料及其制备方法
WO2021167881A1 (en) * 2020-02-17 2021-08-26 Xg Sciences, Inc. Graphene-modified polymeric foam and articles made thereof
CN113306393A (zh) * 2020-02-27 2021-08-27 CpK室内装饰材料股份有限公司 氨基甲酸酯和石墨烯内部饰板
CN111518386A (zh) * 2020-04-15 2020-08-11 吴聚精 一种石墨烯泡棉及其生产工艺
KR20220155476A (ko) 2021-05-13 2022-11-23 경희대학교 산학협력단 나노물질 함침구조를 갖는 다공성 흡음재 및 그 제조방법
CN115093226A (zh) * 2022-06-21 2022-09-23 星途(常州)碳材料有限责任公司 一种高强度多功能石墨烯弹性体泡棉及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180020010A (ko) 그래핀 복합 우레탄 폼 및 이의 제조 방법
KR102368323B1 (ko) 경질 폴리우레탄 발포체
JP6026518B2 (ja) 硬質ポリウレタン発泡体
US9403961B2 (en) Flame resistant flexible polyurethane foam
JP5121699B2 (ja) 硬質ポリウレタン発泡体及び硬質ポリイソシアヌレート発泡体の製造方法
US9410012B2 (en) Thermally stable flame resistant flexible polyurethane foam
JP2018532017A (ja) 騒音及び振動吸収のためのポリウレタン発泡体
JP2008517115A (ja) 硬質ポリウレタンフォームの製造方法
KR20160021119A (ko) 이소시아네이트/실록산 폴리에테르 조성물
JP2016531196A (ja) 混合発泡剤を使用して独立気泡硬質ポリウレタンフォームを作製するための真空支援方法
MX2007015169A (es) Espuma de poliuretano para vehiculo y metodo para fabricar la misma.
JP2020509145A (ja) ポリウレタンフォームおよびその製造方法
JP2015532315A (ja) 脂肪酸変性ポリエーテルポリオールを主原料とする硬質ポリウレタン及びポリイソシアヌレート
KR20170130461A (ko) 폴리우레탄 발포체 물품의 형성 방법
JP2004285319A (ja) 硬質ポリウレタンフォーム組成物及び当該組成物を用いた保冷材
KR101154191B1 (ko) 액상 핵제를 이용한 폴리이소시안우레이트 폼의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 폴리이소시안우레이트 폼
CN113272353B (zh) 硬质聚氨酯泡沫的制备
KR100738140B1 (ko) 기계적 물성이 향상된 자동차 내장재용 폴리우레탄 발포체
KR101645117B1 (ko) 경질 우레탄 폼 제조용 조성물 및 이의 제조 방법
US10927227B2 (en) Flexible foam with halogen-free flame retardant
KR20190009784A (ko) 폴리이소시아누레이트 경질 폼의 제조 방법
KR101985105B1 (ko) 폴리우레탄 조성물, 이를 포함하는 흡음재 및 폴리우레탄 폼의 제조방법
US20080161437A1 (en) Novel polyisocyanurate foam materials containing CaCO3 filler
JP2021533209A (ja) 耐火特性に優れたポリウレタンフォーム及びその製造方法
US20080161434A1 (en) Novel polyisocyanurate foam materials

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application