KR20190122702A - 발포성 코팅제 시스템 - Google Patents

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다카이 렌
홍위 첸
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Abstract

폴리올 성분; 이소시아네이트 성분; 2개 이상의 -NACH2OR 기를 갖는 잠재성 가교제(A는 H 및 -CH2OR로 이루어진 군으로부터 선택되고, 각각의 경우 R은 1 내지 4개의 탄소를 갖는 탄화수소로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 잠재성 가교제는 폴리올 중량 기준 30 중량% 이상의 농도로 존재함); 상기 제제의 총 중량 기준, 1 중량% 이상 및 10 중량% 이하의 붕소 성분; 상기 발포성 시스템의 총 중량 기준, 10 중량% 이상 및 50 중량% 이하 농도의 팽창성 흑연을 함유하는 발포성 코팅제 시스템이되, 상기 발포성 코팅제 시스템의 실온에서의 상기 반응 생성물이 ISO 37에 따라 평가시 40% 이상의 인장 신장률을 갖는 코팅제를 생성하도록 상기 폴리올 및 이소시아네이트가 선택되는, 발포성 코팅제 시스템.

Description

발포성 코팅제 시스템
본 발명은 폴리올 성분, 이소시아네이트 성분, 잠재성 가교제, 붕소 성분 및 팽창성 흑연을 함유하는 발포성 코팅제 시스템에 관한 것이다.
발포성 코팅제는 코팅제가 존재하는 기판의 내화성을 증가시키는 역할을 한다. 발포성 코팅제는 열에 노출될 경우 기판 위에 탄화물의 절연층을 생성하도록 팽창함으로써 화재 보호 기능을 제공한다. 발포성 코팅제가 유효하기 위해서는, 탄화물의 절연층은 제자리에 유지되기에 충분한 강도(무결성)를 가져야 하고, 고온 노출로부터 야기된 손상으로부터 코팅되는 기판을 보호하기에 충분한 절연 효과를 제공할 필요가 있다.
발포성 코팅제는 빌딩 및 건축 구조에 사용되고 있다. 예를 들어, 예를 들어, 미국 특허 가출원 제62/288474호는 수직벽 적용에 있어 중합체 폼 보드에 사용하기 위한 발포성 코팅제를 기술하고 있다. 이 코팅의 목적은 NFPA 285 전체 벽체 화재 시험 결과를 모델링하는 수정형 콘 열량 측정 시험(modified cone calorimetry test)에서, 중합체 폼 보드의 코팅되어 있는 보드 뒷면의 온도가 400℃ 이하로 30분간 유지될 수 있도록 하는 것이다. 수정형 콘 열량 측정 시험은 분당 약 17℃의 가열 속도를 사용한다.
발포성 코팅제는 또한 건축 구조의 I-조이스트(joist) 상에 사용된다. 대체로, 발포성 코팅제는 상업용 구조물의 금속 I-조이스트를 보호하기 위해 사용된다. 그러나, 주거용 구조물의 목재 I-조이스트에 발포성 코팅제를 사용하는 것도 바람직하다. 목재 I-조이스트 보호에 있어서의 과제는 I-조이스트를 인증하는 데 사용되는 화재 시험에서 발포성 코팅제가 열원에 직접 노출되어, 수직벽 구조 시험의 발포성 코팅제보다 훨씬 빠른 발포성 코팅제의 가열 속도를 유도한다는 것이다. 수직벽 구조 시험에서 발포성 코팅제는 클래딩(cladding)과 폼 사이에 끼워져 있으므로 클래딩이 다 타지 않는 한 또는 다 타기 전까지는 열원에 직접 노출되지 않는다. 수직벽 구조 시험에서 발포성 코팅제에는 분당 약 17℃의 가열 속도가 가해지지만, ASTM E119 I-조이스트 시험 중에는 분당 50℃의 가열 속도가 가해진다. I-조이스트 시험에 사용되는 더 높은 가열 속도는 수직벽 구조 시험에는 존재하지 않는, 발포성 코팅제가 존재하는 기판을 보호하는 데 있어서의 발포성 코팅제의 능력에 대한 기술적인 과제를 발생시킨다. 본원의 비교 실시예 A 및 B는 미국 특허 가출원 제62/288474호의 발포성 코팅제가 NFPA 285 가열 속도의 더 낮은 가열 속도 하(분당 약 30℃의 가열 속도 하에서는 보호하지 못함)에서 기판을 보호하는 방법을 규명한다.
목재 및 중합체와 같은 기판을 보호하기 위해, 금속 기판의 보호를 위한 발포성 재료에 비해 활성화 온도가 비교적 낮은 발포성 재료를 사용할 필요가 있다. 이는 목재 및 중합체 기판이 금속 기판보다 낮은 온도에서 손상되기에, 목재 및 중합체 기판에 대해서는 더 낮은 온도에서 발포 현상이 발생해야 하기 때문이다. 이러한 이유로, 팽창성 흑연은 목재 및 중합체 기판에 대한 바람직한 발포성 재료이다.
팽창성 흑연은 250℃ 미만, 심지어 200℃ 미만의 활성화 온도를 갖는 잠재적인 발포성 재료로서 당업계에 알려져 있다. 그러나, 팽창성 흑연은, 흑연의 팽창으로 인해 발포성 코팅제가 기판으로부터 박리되어 보호되어야 하는 기판의 불량한 보호를 야기하는, 발포성 코팅제의 "팝콘 효과(popcorn effect)"를 유도하는 것으로 또한 알려져 있다. 팽창성 흑연이 코팅제에서 1차 발포성 재료로서 사용될 경우 팝콘 효과는 더 심해진다. 예를 들어, 결합제를 가교 결합시킴으로써 코팅제에서 결합제를 강화시키는 것은 발포 동안 팝콘 효과의 억제를 도울 수 있지만, 이는 취급 동안, 그리고 심지어 기판의 움직임을 수용하는 코팅제의 유연성이 바람직하다고 여겨지는 건축 용도에서조차 내구성이 결여된 강성 코팅을 야기한다.
발포성 코팅제는 종종 수분에 노출될 경우 성능이 저하된다. 수분으로 인한 코팅제 내 친수성 성분은 기계적 특성 및 화재 보호 성능을 저하시킨다. 결과적으로, 발포성 코팅제는 방수성의 결여로 인해 외부 노출에는 일반적으로 적합하지 않다. 그럼에도 불구하고, 건축 자재는 건축 기간 동안 습기를 포함하는 외부 요소에 노출될 수도 있다. 따라서, I-조이스트와 같은 건축 자재가 방수성 발포성 코팅제를 가짐으로써 수분에 노출될 경우에도 코팅제의 성능 저하를 방지하는 것이 바람직할 것이다. 그러나, “방수 장벽”으로서 인정받기 위해서는 ASTM D870 시험 조건 하에서 방수 성능을 입증해야 한다. 발포성 코팅제는 방수성으로는 알려져 있지 않기 때문에, 이는 해결해야 할 과제이다.
기판 뒷면의 온도를 열원에 대한 노출 15분 후 150℃ 이하, 및 30분 후 300℃ 이하의 온도로 유지함으로써 분당 약 30℃ 이상씩 온도가 상승하는 동안 기판을 보호하는, 기판 상의 1 내지 2 밀리미터 두께의 발포성 코팅제를 제공할 수 있는 발포성 코팅제 시스템을 식별하는 것은 바람직하고 또한 건축 및 건설 기술을 발전시킬 것이다. 동시에 시스템이 정상적인 사용에서 건축 요소의 열 팽창 및 수축 동안 코팅에 무결성을 제공하기 위해, 발포하기 전에는 유연한 상태인 발포성 코팅제를 제공하는 것이 바람직하다. 본원에서 사용되는 “유연성(yielding)”은, ISO 37에 따른 시험에 있어서 23℃에서 35% 이상, 바람직하게는 40% 이상, 더욱 바람직하게는 45% 이상, 가장 바람직하게는 50% 이상의 신장률을 갖는 것을 의미한다.
본 발명은 기판 뒷면의 온도를 열원에 대한 노출 15분 후 150℃ 이하, 및 30분 후 300℃ 이하의 온도로 유지함으로써, 분당 약 30℃ 이상씩 온도가 상승하는 동안 기판을 보호하는, 기판 상의 1 내지 2 밀리미터 두께의 발포성 코팅제를 제공할 수 있는 발포성 코팅제 시스템을 제공한다. 동시에, 발포성 코팅제 시스템은 정상적인 사용에서 건축 요소의 열 팽창 및 수축 동안 코팅에 무결성을 제공하기 위해 발포하기 전에는 유연한 상태인 발포성 코팅제를 제공한다. 본원에서 사용되는 “유연성(yielding)”은, ISO 37에 따른 시험에 있어서 23℃에서 35% 이상, 바람직하게는 40% 이상, 더욱 바람직하게는 45% 이상, 가장 바람직하게는 50% 이상의 신장률을 갖는 것을 의미한다. 발포성 코팅제 시스템은 ASTM D870에 따른 방수성, 무 할로겐(halogen-free), 또는 ASTM D870에 따른 방수성 및 무 할로겐 둘 모두를 충족하는 발포성 코팅제를 더 제공할 수 있다. 또한, 발포성 시스템은 제1 발포성 재료로서 팽창성 흑연을 사용한다.
이전의 발명은 수정형 콘 열량 측정 시험에서 폼 보드 기판을 고온으로부터 보호하는 중합체 폼 보드 기판에 사용하기에 적합한 발포성 코팅제를 제공하였다(미국 특허 가출원 제62/288474호 참조). 수정형 콘 열량 측정 시험은 완전한 NFPA 285 시험을 수행했을 때 만큼의 비용은 들지 않으면서 NFPA 285의 복잡한 전체 벽체 어셈블리 시험과 유사한 기판 표면 온도 프로파일을 생성하는 바람직한 시험이다. 그러나, 이러한 시험은 분당 약 17℃의 비교적 느린 가열 속도로 물품을 처리하고, 이전 발명의 발포성 코팅제는 이 같은 가열 속도에 대해서는 기판을 보호한 데 반해, 분당 약 30℃의 더 빠른 가열 속도 적용 시에는 열로부터 기판을 보호하는 데에 덜 효과적인 것으로 나타났다(본원의 비교 실시예 A 및 B 참조). 본 발명은 이러한 종래의 코팅에 비해 의미있는 개선을 제공한다. I-조이스트 재료에 요구되는 ASTM E119 시험을 통과할 수 있는 목재 및 심지어 중합체 기판을 위한 발포성 코팅제를 개발하려면, 빠른 가열 속도에서의 보호를 위해 종래 코팅제의 성능을 향상시키는 것이 중요하다.
놀랍게도, 본 발명은 폴리우레탄 결합제에 대한 잠재성 가교제로서 작용하는 2개 이상의 -NACH2OR기를 갖는 성분과 조합된 폴리우레탄 바인더를 사용함으로써 더 빠른 가열 속도에서의 전술한 성능 및 보호를 달성하였다. “A”는 H 및 -CH2OR로 이루어진 군으로부터 선택되고, 각각의 “R”은 독립적으로 1 내지 6개의 탄소를 갖는 탄화수소이다. 잠재성 가교제는 발포 온도에 근접한 고온에서 폴리우레탄과 반응하여 발포 동안 바인더 강도를 제공한다. 결과적으로, 코팅제는 정상적인 사용 온도에서 유연성을 유지하지만 화재 상황에서의 발포 동안 가교를 거치면서 더욱 단단해진다. 이의 장점은, 흑연 발포성 물질이 발포 동안 통상적으로는 유연한 바인더를 팽창시킬 수 있고, 바인더는 고온에서 코팅이 발포함에 따라 가교를 형성할 수 있기 때문에, 결과적으로 탄화물을 손상시키는 팝콘 효과를 피할 수 있다는 것이다.
제1 양태에서, 본 발명은 (a) 폴리올 성분; (b) 이소시아네이트 성분; (c) 2개 이상의 -NACH2OR 기를 갖는 잠재성 가교제(A는 H 및 -CH2OR로 이루어진 군으로부터 선택되고, 각각의 경우 R은 1 내지 4개의 탄소를 갖는 탄화수소로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 잠재성 가교제는 폴리올 중량 기준 30 중량% 이상의 농도로 존재함); (d) 상기 제제의 총 중량 기준 1 중량% 이상 및 10 중량% 이하의 붕소 성분; (e) 상기 발포성 시스템의 총 중량 기준 10 중량% 이상 및 50 중량% 이하 농도의 팽창성 흑연을 포함하는 발포성 코팅제 시스템이며, 여기에서 폴리올 및 이소시아네이트는 본 발포성 코팅제 시스템의 실온에서의 반응 생성물이 ISO 37에 따라 평가시 40% 이상의 인장 신장률을 갖는 코팅제를 생성하도록 선택된다.
제2 양태에서, 본 발명은 본 발명의 제1 양태의 성분의 반응 생성물을 포함하는 발포성 코팅제이다.
제3 양태에서, 본 발명은 기판, 및 기판 표면의 적어도 일부를 덮는 본 발명의 제2 양태의 발포성 코팅제를 포함하는 물품이다.
본 발명은 유기 기판, 예를 들어 목재 기판 및 플라스틱 폼 기판 상의 난연성 코팅제로서 유용하다.
도 1은 복사열 패널 시험(Radiant Panel Test) 구성의 개략도를 제공한다.
도 2는 시간의 함수로서 복사 패널(10)과 발포성 코팅제(50) 사이의 공간에서 취해진 복사열 패널 시험 구성의 온도 프로파일을 제공한다.
“및/또는”은 “그리고, 또는 대안적으로”를 의미한다. 범위는 달리 명시되지 않는 한 종점값을 포함한다.
시험 방법 번호에 하이픈으로 연결된 두 자리 숫자로 날짜가 표시되지 않는 한, 시험 방법은 본 명세서의 우선일로부터 가장 최근의 시험 방법을 나타낸다. 시험 방법에 대한 참조는 시험 기관 및 시험 방법 번호에 대한 참조 모두를 포함한다. 시험 방법 기관은 다음 약어 증 하나로 참조된다: ASTM(미국 재료시험협회, ASTM International(구 American Society for Testing and Materials)); EN(유럽 표준, European Norm); DIN(독일 공업 규격, Deutsches Institut fuer Normung); 및 ISO(국제 표준화기구, International Organization for Standardization). NFPA는 미국 방화 협회(National Fire Protection Association)를 지칭한다.
본 발명의 발포성 코팅제 시스템은 발포성 코팅제를 형성하기 위해 조합될 수 있는 성분을 포함한다. 발포성 코팅제 시스템의 성분은 기판 표면 상에 발포성 코팅제를 생성하기 위해 기판 표면의 적어도 일부 상에 결합되거나 코팅될 수 있다.
본 발명의 발포성 코팅제 시스템은, (a) 폴리올 성분; (b) 이소시아네이트 성분; (c) 잠재성 가교제; (d) 붕소 성분; 및 (e) 팽창성 흑연을 포함한다.
폴리올 성분
폴리올 성분은 하나 이상의 폴리올이다. “폴리올”은 다수의 수산화(-OH)기를 함유하는 화합물이다. 폴리올은 중합체성(즉, 중합체성 폴리올)일 수도 있고, 중합체성이 아닐 수도 있다.
바람직하게는, 폴리올 성분은 폴리에스테르 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 노볼락(Novolac) 폴리올 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 폴리올을 포함하거나 이로 이루어진다. 적합한 폴리에스테르 및 폴리에테르 폴리올은 지방족 폴리올, 방향족 폴리올 또는 지방족 및 방향족 폴리올의 조합일 수 있다. 바람직하게는, 폴리올 성분 중 폴리올은 하나 이상의 방향족 폴리에스테르 폴리올을 포함하거나 이로 이루어진다.
적합한 폴리에스테르 폴리올은 예를 들어, 2 내지 12개의 탄소를 갖는 지방족 유기 디카복실산, 바람직하게는 4 내지 6개의 탄소를 갖는 지방족 디카복실산, 및 다가 알코올, 바람직하게는 2 내지 12개의 탄소를 갖는 디올로부터 제조될 수 있다. 지방족 디카복실산의 예는 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 데칸디카복실산, 말레산 및 푸마르산을 포함한다. 이에 상응하는 디카복실산 유도체, 예를 들어, 1 내지 4개의 탄소를 갖는 알코올의 디카복실산 모노-또는 디-에스테르, 또는 무수 디카복실산이 또한 사용될 수 있다. 2가 및 다가 알코올, 특히 디올의 예는 에탄디올, 디에틸렌 글리콜, 글리세린 및 트리메틸올프로판 또는 이들 디올 중 둘 이상의 혼합물을 포함한다.
유용한 방향족 폴리올은 방향족 폴리에테르 폴리올, 방향족 폴리에스테르 폴리올, 또는 이 둘의 조합을 포함한다. 특히 바람직하게는, 방향족 폴리에스테르 폴리올은 8 내지 24개의 탄소를 갖는 방향족 디카복실산이다. 방향족 폴리에스테르 폴리올은 실질적으로 순수한 방향족 디카복실산으로부터 제조될 수 있는 반면, 프탈산, 테레프탈산, 디메틸 테레프탈레이트, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 제조로부터의 부산물, 폐기물 또는 스크랩 잔류물과 같은 보다 복잡한 성분이 유리하게 사용된다. 다른 잔류물은 디메틸 테레프탈레이트(DMT) 공정 잔류물이며, 이는 DMT의 제조로부터 발생하는 폐기물 또는 스크랩 잔류물이다.
적합한 폴리올의 예는 상표명 P100(UBE Corporation)으로 판매되는 것과 같은 폴리카보네이트 디올, Cardolite 사의 캐슈넛 껍질액 기술에 기초한 NX-9001LV 및 Gx9201의 이름으로 판매되는 것과 같은 노볼락 폴리올을 포함한다. 적합한 폴리에스테르 폴리올의 예는 Stepan Company로부터의 PS2412 및 PS1752로서 입수 가능한 것을 포함한다.
본 발명의 용도에 적합한 폴리올은 바람직하게는 25℃ 이하, 바람직하게는 0℃ 이하의 유리 전이 온도(Tg)를 갖고, -10℃ 이하, -30℃ 이하, 및 심지어 -50℃ 이하의 Tg를 가질 수 있으며, 동시에 일반적으로 -80℃ 이상의 Tg를 갖는다. 폴리올의 Tg는 ASTM D7426-08에 따라 측정된다.
바람직하게는, 폴리올은 발포성 코팅제 시스템의 총 중량 기준 20 중량% 이상, 바람직하게는 30 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 35 중량% 이상의 농도로 존재하며, 바람직하게는 동시에 80 중량% 이하, 바람직하게는 70 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 65 중량% 이하의 농도로 존재한다.
바람직하게는, 폴리올은 폴리올 및 이소시아네이트 성분의 합쳐진 총 중량 기준 50 중량% 이상의 농도로 존재하며, 동시에 바람직하게는 90 중량% 이하의 농도로 존재한다.
이소시아네이트 성분
이소시아네이트 성분은 분자당 적어도 2개의 이소시아네이트 관능기를 함유하고, 적어도 3개의 이소시아네이트 관능기를 함유할 수 있는 하나 이상의 이소시아네이트-함유 화합물이다. 이소시아네이트-함유 화합물은 열경화성 폴리우레탄 폼을 제조하는데 사용되는 임의의 이소시아네이트-함유 화합물 또는 하나 이상의 이소시아네이트-함유 화합물의 조합일 수 있다. 적합한 이소시아네이트-함유 화합물은, 지방족 폴리이소시아네이트, 시클로지방족 이소시아네이트, 방향족 폴리이소시아네이트 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 톨루엔 디아민 또는 미정제 메틸렌 디페닐아민의 포스겐화에 의해 수득된 미정제 디페닐메탄 디이소시아네이트의 혼합물의 포스겐화에 의해 수득된 미정제 톨루엔 디이소시아네이트와 같은 미정제 폴리이소시아네이트 또한 본 발명의 실시에 사용될 수 있다. 바람직한 폴리이소시아네이트는 미국 특허 제3,215,652호에 개시된 바와 같은 방향족 폴리이소시아네이트이다. 폴리우레탄을 가교시키는 능력으로 인해, 메틸렌-가교 폴리페닐 폴리이소시아네이트 및 그의 미정제 디페닐메탄 디이소시아네이트와의 혼합물이 특히 바람직하다. 바람직하게는, 이소시아네이트-함유 화합물은 중합체성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(중합체 성 MDI)이거나 이를 포함한다.
이소시아네이트-함유 화합물 또는 화합물들은 바람직하게는 2개 이상의 관능기를 갖는다. 동시에, 이소시아네이트-함유 화합물의 평균 작용기가 2.7 이하인 것이 바람직하고, 2.5 이하일 수 있다.
바람직하게는, 이소시아네이트-함유 화합물은 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 중합체성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 및 크실렌 디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분의 하나 이상의 임의의 조합이다.
폴리올 성분 중 이소시아네이트-함유 화합물 및 하나 이상의 폴리올은 50℃ 이하, 바람직하게는 40℃ 이하, 보다 바람직하게는 30℃ 이하의 온도에서 혼합시 반응하여 폴리우레탄 바인더를 형성하고, 25℃ 이하,또는 23℃ 이하, 또는 심지어 20℃ 이하의 온도에서 혼합시 반응하여 폴리우레탄 바인더를 형성할 수 있다. 엄밀히 말하자면, 본 발명은 폴리우레탄 바인더를 형성하기 위한 반응이 일어나는 온도의 하한을 요구하지 않지만, 일반적으로 반응은 5℃ 이상의 온도에서 일어난다.
이소시아네이트-함유 화합물과 폴리올의 몰 비율은 폴리올 상의 히드록실기와 비교하여 과량의 이소시아네이트 반응기가 존재하도록 설정된다. 따라서, 일단 폴리우레탄 바인더가 형성되면, 바인더가 화재 상황에서 가열될 때의 잠재성 가교제와의 후속 반응에 이용 가능한 이소시아네이트기가 여전히 존재한다. 이는 본 발명의 중요한 양태이다. 폴리우레탄 바인더는 잠재성 가교제가 화재 상황 동안 폴리우레탄의 추가적인 가교를 유발할 때까지 비교적 유연한 상태로 유지된다. 잠재성 가교제가 이소시아네이트 관능기와의 추가적인 반응을 유발하기 전에, 폴리우레탄 바인더 및 발포성 코팅제 전체는 코팅된 기판 또는 기판이 약간의 움직임(예를 들어, 열 팽창 및 수축)을 겪더라도 무결성을 유지하기에 충분한 유연한 상태로 유지된다. 마찬가지로, 바인더는 팝콘 효과로 인한 무결성의 손실없이 화재 상황에서 조기에 발포성 물질의 팽창을 허용할 만큼 충분히 유연한 상태로 유지된다. 그러나, 고온의 화재 상황에 놓인 경우, 잠재성 가교제는 나머지 이소시아네이트 관능기와 반응하고, 고온의 화재 상황의 상승된 온도에서의 분해 동안 폴리우레탄 수지로부터 분리되는 이소시아네이트 관능기와 반응할 수 있어서, 팽창된 바인더가 함께 유지될 정도로 코팅을 견고하게 하며 코팅된 기판을 보호할 수 있는 결과적인 탄화물 강도를 제공한다.
이러한 시스템에서 이소시아네이트 관능기에 대한 이소시아네이트 관능기 대 -OH 관능기의 비는 적절하게는 1.0 이상, 바람직하게는 1.1 이상이며, 동시에 3.0 이하, 바람직하게는 2.0 이하, 보다 바람직하게는 1.5 이하이다. 이소시아네이트 함량은 ASTM D5155-14e1에 따라 측정된다. -OH 함량은 ASTM D4247-99에 따라 측정된다.
대체로, 발포성 코팅제 시스템의 폴리올 및 이소시아네이트-함유 성분의 조합은 발포성 코팅제 시스템 중량의 총 중량의 20 중량% 이상, 바람직하게는 30 중량% 이상, 보다 바람직하게는 35 중량% 이상이며, 동시에 대체로 80 중량% 이하, 바람직하게는 70 중량% 이하, 보다 바람직하게는 65 중량% 이하이다.
폴리올 성분 및 이소시아네이트 성분은 ISO37에 따라 측정시 발포성 코팅제 시스템 성분의 반응 생성물이 23℃에서 40% 이상 및 동시에 바람직하게는 100% 이하의 인장 신장률을 갖는 코팅제를 생성하도록 선택된다. 이러한 인장 신장률은 25℃ 미만, 바람직하게는 23℃ 이하, 보다 바람직하게는 20℃ 이하의 유리 전이 온도를 갖는 폴리올 및, 폴리올 및 이소시아네이트 성분의 합쳐진 중량에 대해 50 중량% 이상 및 90 중량% 이하의 중량% 폴리올을 사용하며, 이소시아네이트의 평균 관능기가 2.0 이상 및 2.7 이하일 경우 달성된다.
폴리올 성분 및 이소시아네이트 성분의 적합한 조합의 예는 1,5 및 1,6 헥산디올 기반 코폴리카보네이트 디올, 캐슈넛 껍질액 기술 기반 액체 노볼락 폴리올, 및 프탈산 무수물계 방향족 폴리에스테르 폴리올로부터 선택되는 하나 이상의 폴리올 중 임의의 하나 또는 이들의 조합과 혼합된 50/50 오르토/파라 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트를 포함한다.
잠재성 가교제
본 발명의 발포성 코팅제 시스템은 잠재성 가교제를 포함한다. 본원에서 사용되는 “잠재성 가교제”는 200℃ 이상, 바람직하게는 250℃ 이상의 유발 온도 및 동시에 적절하게는 300℃ 이하, 바람직하게는 250℃ 이하의 온도에서 이소시아네이트-함유 화합물 상의 이소시아네이트 관능기와 반응하는 성분을 지칭한다. 이는 이소시아네이트-함유 화합물이 가교 반응으로 폴리올과 반응하여 잠재성 가교제보다 낮은 온도에서 발포성 코팅제 시스템에 의해 형성된 발포성 코팅제의 폴리우레탄 바인더를 형성하고, 잠재성 가교제는 발포성 코팅제가 적어도 유발 온도만큼 높은 온도에 노출될 때까지 측정 가능한 정도(즉, 발포성 코팅의 인장 신장 물성에 측정 가능하게 영향을 주는 정도)의 이소시아네이트-함유 화합물과의 가교 반응은 없이 발포성 코팅제 내에 유지되기 때문에 “잠재성"이라고 지칭한다.
이론에 구속되고자 하는 것은 아니지만, 잠재성 가교제는 발포성 코팅제가 기판상의 코팅제로서 유연성을 유지하게 하지만, 팝콘 효과 거동으로 인해 유연한 코팅제가 기판으로부터 박리되게 하는 급속 가열 조건에 노출될 경우 단단해져 기판을 보호하지 못하게 된다. 본 발명 전에는, 유연한 코팅제의 이점 또는 강성 코팅제의 무결성 이점 중 택일이 필요했다. 본 발명의 잠재성 가교제의 존재는 단일 재료로 두 특성, 즉 급속 가열시 발포성 탄화물의 무결성을 제공하는, 강성 물질에 가교 결합하는 유연한 코팅제, 및 코팅된 기판을 열적으로 절연시키는 탄화물 모두를 얻을 수 있게 한다.
잠재성 가교제는 유발 온도보다 낮은 온도에서 폴리우레탄 바인더에 부착되도록 유발 온도 아래에서 이소시아네이트 관능기와 반응하는 하나의 관능기를 가질 수 있다. 이러한 경우, 잠재성 가교제는 유발 온도 또는 그 이상에서만 이소시아네이트-함유 성분 상의 이소시아네이트 관능기와 반응하는 적어도 하나의 추가적인 반응기를 가짐으로써 유발 온도 또는 그 이상의 온도에서만 측정 가능한 정도로 폴리우레탄 바인더와 가교 반응한다.
바람직하게는, 잠재성 가교제는 2개 이상의 -NACH2OR기를 가지며, A는 H 및 -CH2OR로 이루어진 군으로부터 선택되고, 각각의 R은 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 바람직하게는, R은 1개 이상, 2개 이상 또는 3개 이상의 탄소를 갖는 동시에 4개 이하의 탄소를 갖는 탄화수소로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 3개 이하, 또는 심지어 2개 이하의 탄소를 가질 수 있다.
바람직하게는, 잠재성 가교제는 전술한 바와 같은 2개 이상의 -NACH2OR기를 갖는 하나 이상의 관능화된 멜라민 화합물의 임의의 조합이거나, 이를 포함한다. 예를 들어, 잠재성 가교제는 다음의 구조를 갖는 화합물로부터 선택될 수 있다:
Figure pct00001
여기에서, 각각의 A 및 R은 NACH2OR기에 대해 전술한 바와 같이 독립적이다.
적합한 잠재성 가교제의 예는 트리스-(히드록시메틸) 멜라민, 트리스-(히드록시메틸)-트리스-(메톡시메틸) 멜라민, 헥사-(메톡시메틸) 멜라민, 헥사-(히드록시메틸) 멜라민, 테트라-(n-부톡시메틸) 멜라민), 및 메톡시/n-부톡시 메틸멜라민을 포함한다. 적합한 잠재성 가교제는 Cymel™ 303, Cymel1130 및 Cymel1125의 상표명(Cymel은 Allnex IP S.A.R. L. Societe a Responsabilite Limitee의 상표임)으로 상업적으로 입수 가능하다.
잠재성 가교제는 완전히 알콕시화되거나 부분적으로 알콕시화 될 수 있다. 바람직하게는, 잠재성 가교제는 50% 초과, 보다 바람직하게는 75% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상, 더욱 더 바람직하게는 90% 이상 알콕시화 될 수 있고, 100% (완전히) 알콕시화 될 수 있다. 알콕시화의 정도는 알콕시기를 함유하는 아민 분지(위의 구조에서는 “CH2OR” 및 “A”로 표시됨)의 개수 백분율로 나타낸다. 알콕시화 백분율은 핵 자기 공명(NMR) 분광법으로 측정될 수 있다.
잠재성 가교제는 폴리올 중량 기준 30 중량%의 농도로 존재한다. 동시에, 잠재성 가교제는 발포성 코팅제 시스템의 총 중량에 대해 10 중량% 이상, 바람직하게는 15 중량% 이상, 보다 바람직하게는 20 중량% 이상의 농도로 바람직하게 존재하는 동시에, 40 중량% 이하, 바람직하게는 35 중량% 이하의 농도로 바람직하게 존재한다.
붕소 성분
붕소 성분은 발포성 시스템에 흔히 사용되고, 본 발명의 가장 광범위한 범위에서, 본 발명의 붕소 성분은 발포성 코팅제 제제 및 코팅용으로 알려진 하나 이상의 붕소 성분 중 임의의 하나 또는 조합일 수 있다. 붕소 성분은 바람직하게는 400℃ 이상의 소결 온도를 가지며, 이는 450℃, 심지어 550℃ 이상일 수 있고, 일반적으로 600℃ 이하이다. 소결 온도는 분말로부터 형성된 고체 입자가 그 경계를 통해 연결을 시작하고 단일 물질로 병합되기 시작하는 온도를 의미한다. 소결 온도는 시차 주사 열량 측정법(differential scanning calorimetry)에 의해 측정될 때 재료의 용융 온도의 70 내지 90%의 온도이다. 붕소 성분의 소결은 발포성 코팅제에 의해 형성된 팽창된 코팅 탄화물에 강도를 부가하여 탄화된 코팅제의 절연 효과를 강화시킴으로써 코팅제가 존재하는 중합체 폼의 열 보호를 증가시킨다. 적합한 붕소 성분의 예는 암모늄 펜타보레이트, 멜라민 붕산염, 붕산 아연, 붕산 및 산화 붕소로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질 중 임의의 하나 또는 임의의 조합을 포함한다.
바람직하게는, 붕소 성분은 발포성 코팅제 제제의 총 중량 기준 1 중량% 이상, 바람직하게는 2 중량% 이상의 농도로 붕소를 제공하는 농도로 존재하며, 3 중량% 이상, 4 중량% 이상, 5 중량% 이상, 6 중량% 이상, 7 중량% 이상, 8 중량% 이상, 심지어 9 중량% 이상일 수 있고, 동시에 일반적으로 10 중량% 이하이고, 9 중량% 이하, 심지어 8 중량% 이하일 수 있다. 발포성 코팅제 시스템의 총 중량에 대한 붕소의 중량%는 X-선 형광법으로 측정될 수 있다.
팽창성 흑연
팽창성 흑연은 1차적인, 바람직하게는 본질적으로 유일한 역할을 하며, 발포성 코팅제 시스템에서 유일한 발포제일 수 있다. "1차적인” 발포제는 발포성 코팅제 시스템으로부터 제조된 발포성 코팅제의 팽창의 50% 이상을 차지한다. 발포성 코팅제 시스템에서 “본질적으로 유일한” 발포제인 발포제는 발포성 코팅제 시스템으로부터 제조된 발포성 코팅제의 팽창의 75% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상을 차지하고, 100%를 차지할 수 있다.
팽창성 흑연은 팽창성 흑연 입자로서 존재한다. 팽창성 흑연 입자는 발포성 코팅제가 도포된 목재 또는 중합체 폼과 같은 기판을 보호하기 위해 발포성 코팅제를 팽창시키기에 적합하게 낮은 바람직한 개시 온도에서 발포성 코팅제 시스템에 의해 형성된 발포성 코팅제의 팽창을 제공한다. 또한, 팽창성 흑연은 코팅제에 바람직한 탄소원을 제공한다.
팽창성 흑연 입자는 산에 노출됨으로써 삽입된 흑연 입자("플레이크(flake)"라고도 함)이다. 팽창성 흑연은 열에 노출될 경우 팽창한다. 팽창성 흑연이 팽창하기 시작하는 온도는 팽창성 흑연의 "개시(onset)” 온도("임계 "온도 또는"활성화 "온도로도 알려짐)이다. 열 기계적 분석(thermal mechanical analysis, 분당 5℃의 온도 상승률을 갖는 0.02 뉴턴 수직력)으로 측정되는 팽창성 흑연의 1% 부피 팽창을 달성하기 위해 필요한 온도를 식별하여 팽창성 흑연의 개시 온도를 측정한다. 본 발명의 팽창성 흑연은 200℃ 이하 및 대체로 150℃ 이상의 개시 온도를 갖는다.
발포성 코팅제가 임의의 방식으로 중합체 폼이 녹거나 열화될 정도의 열로부터 코팅제가 존재하는 기판을 보호하기 위한 절연층을 제공하기에 충분히 낮은 온도에서 팽창하는 것이 중요하다. 발포성 코팅제의 개시 온도가 너무 높을 경우, 발포성 코팅제가 기판을 손상으로부터 보호하기 전에 기판이 열화될 것이다. 따라서 발포성 코팅제의 개시 온도는 발포성 코팅제가 보호하는 재료의 유형과 일치되어야 한다. 예를 들어, 목재 및 중합체 폼에 필요한 개시 온도는 강철 보(girder)에 필요한 개시 온도보다 훨씬 낮다. 목재 및 중합체 폼에 필요한 개시 온도 및 이러한 개시 온도를 폼 상의 발포성 코팅제에 도입할 수 있는 물질을 발견하는 것은 본 발명의 과제의 일부였다. 예를 들어, 모든 팽창성 흑연 입자가 동일한 개시 온도를 갖는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 발포성 코팅제에서 특정 개시 온도를 갖는 팽창성 흑연을 사용할 필요가 있다. 발포성 코팅제 시스템 및 발포성 코팅제 시스템에 의해 형성된 발포성 코팅제에서, 팽창성 흑연이 적어도 1차적인, 바람직하게는 본질적으로 유일하고, 가장 바람직하게는 유일한 발포제인 것이 중요하다.
팽창성 흑연은 발포성 코팅제 시스템의 총 중량에 대해 10 중량% 이상, 바람직하게는 15 중량% 이상의 농도로 발포성 코팅제 내에 존재하고, 20 중량% 이상, 25 중량% 이상, 30 중량% 이상, 35 중량% 이상, 40 중량% 이상 및 심지어 45 중량% 이상일 수 있으며, 동시에 일반적으로 50 중량% 이하의 농도로 발포성 코팅제 내에 존재하고, 45 중량% 이하, 또는 심지어 40 중량% 이하일 수 있다. 발포성 코팅제 시스템의 총 중량에 대한 팽창성 흑연 입자의 중량%는 열중량 분석법(ASTM E1131)을 사용하여 측정한다.
바람직하게는, 팽창성 흑연 입자는 0.07 mm 이상의 평균 입자 크기를 갖고, 0.10 mm 이상, 0.15 mm 이상, 0.20 mm 이상, 0.25 mm 이상, 0.30 mm 이상, 0.40 mm 이상, 또는 심지어 0.50 mm 이상의 평균 입자 크기를 가질 수 있으며, 동시에 일반적으로 0.60 mm 이하의 평균 입자 크기를 갖고, 0.50 mm 이하, 0.40 mm 이하, 0.35 mm 이하, 또는 심지어 0.30 mm 이하의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 팽창성 흑연 입자의 평균 입자 크기는 ASTM D1920-06에 따라 측정된다.
추가 선택적인 성분
발포성 코팅제 시스템은 하나 이상의 추가적인 성분 중 임의의 하나 또는 이들의 임의의 조합을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 적합한 추가 성분의 예는, 인 화합물, 난연제, 충전제 분산제, 소포제, 착색제, 폴리올/이소시아네이트 반응을 돕는 데 유용한 촉매, 및 본원의 이전 교시와 상충하지 않는, 발포성 코팅제 제제에 사용되는 임의의 또 다른 성분(예를 들어, 팽창성 흑연 대신 1차적인 발포제로서 작용하는 발포성 성분)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상 중 임의의 하나 또는 이들의 조합을 포함한다.
적합한 인 화합물의 예는, 암모늄 포스페이트 유형 I, 암모늄 포스페이트 유형 II; 멜라민 포름알데히드 수지 변성 암모늄 폴리포스페이트; 실란 변성 암모늄 폴리포스페이트; 멜라민 폴리포스페이트; 비스페놀 A; 비스(디페닐 포스페이트); 크레실디페닐 포스페이트; 디메틸프로판 포스포네이트; 폴리포스포네이트; 금속 포스피네이트; 인 폴리올; 페닐 포스포란; 중합체성 디페닐 포스페이트; 레조르시놀-비스-디페닐포스페이트; 트리에틸 포스페이트, 트리크레실 포스페이트; 트리페닐 포스페이트, 및 암모늄 포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상 성분 중 임의의 하나 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
적합한 난연제의 예는 베마이트, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 안티몬 삼산화물, 및 할로겐화 중합체를 포함하는 할로겐화 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 임의의 하나 또는 하나 이상의 성분의 임의의 조합을 포함한다. 바람직하게는, 본 발명에는 할로겐화 난연제가 없고, 더욱 바람직하게는 할로겐화 물질이 없다.
전형적인 충전제의 예는 이산화규소, 산화아연, 산화티타늄, 활석, 몬모릴로나이트(montmorillonite) 점토, 및 차이나 점토를 포함한다.
전형적인 촉매의 예는 3급 아민 및 유기금속 촉매를 포함한다. 적합한 3급 아민의 예는 트리에틸아민; 트리에틸렌디아민; 비스(2-디메틸아미노-에틸) 에테르; N,N-디메틸시클로헥실아민; N,N,N',N',N''-펜타메틸디에틸렌트리아민; 2(2-디메틸아미노에톡시) 에탄올; 디메틸에탄올아민; 및 N-에틸모르폴린을 포함한다. 유기금속 촉매의 예는 디부틸주석 디라우레이트; 주석 옥토에이트; 칼륨 아세테이트; 칼륨 옥토에이트; 디부틸주석 머캅티드; 디부틸주석 티오카복실레이트; 디부틸주석 티오카복실레이트; 디메틸주석 디네오데카노에이트; 디옥틸주석 디네오데카노에이트; 및 디메틸주석 디올리에이트를 포함한다.
본 발명의 발포성 코팅제 시스템은 일반적으로 시스템이 발포성 코팅제를 형성하기 위해 기판에 도포될 때까지 이소시아네이트 성분으로부터 폴리올 성분의 분리를 유지하는 형태이다. 폴리올 성분 및 이소시아네이트 성분이 혼합되면, 이들은 폴리우레탄 바인더를 형성하도록 반응하여, 이를 통해 생성된 발포성 코팅제가 발포성 시스템의 다른 성분들을 함께 유지하게 할 것이다.
따라서, 발포성 코팅제 시스템의 성분을 함께 혼합하면 발포성 코팅제 시스템의 성분의 반응 생성물을 포함하는 발포성 코팅제가 형성된다. 반응 생성물은 폴리올 및 이소시아네이트 성분의 반응에 의해 형성된 폴리우레탄 바인더를 포함한다. 폴리올 및 이소시아네이트 성분 이외의 성분은 반응하지 않고 생성된 발포성 코팅제 내에 폴리우레탄 바인더에 물리적으로 결합되어 존재할 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 성분은 반응성일 수 있으며 발포성 코팅제 시스템의 성분을 함께 혼합할 때 반응할 수 있다. 예를 들어, 잠재성 가교제는 발포성 코팅제 시스템 성분의 혼합시 이소시아네이트 성분 및/또는 폴리올 성분과 반응하고, 이로 인해 잠재성 가교제 잔기 상의 하나 이상의 -NACH2OR 관능기가 잠재성 가교제의 유발 온도에서 잠재적으로 가교 결합시키도록 유발될 때까지 결합되지 않은 채로 있을 경우, 잠재성 가교제는 폴리우레탄 바인더에 결합된다.
일반적으로, 발포성 코팅제 시스템의 성분은 (폴리올 및 이소시아네이트 성분을 분리된 상태로 유지하며) 2개 이상의 용기에 제공되고, 이어서 이들은 기판상에 발포성 코팅제를 형성하기 위해 기판에 도포될 때 또는 그 직전에 혼합된다. 종종, 시스템은 이소시아네이트 함유 성분을 함유하는 "A-사이드(A-Side)” 및 폴리올을 함유하는 "B-사이드(B-Side)"를 갖는 2-파트 시스템으로 패키징되거나 제공되고, 나머지 성분은 A-사이드 및 B-사이드 중 하나에 포함되거나 둘 모두에 포함된다. 발포성 코팅제를 제조할 경우, A-사이드 및 B-사이드는 혼합되어 기판에 도포된다. 이를 통해 생성된 물품은 기판 표면의 적어도 일부를 덮는 발포성 코팅제를 갖는 기판을 포함하며, 발포성 코팅제는 발포성 코팅제 시스템의 반응 생성물에 의해 형성된 발포성 코팅제의 반응 생성물이다. 본 발명의 발포성 시스템은 일반적인 발포성 코팅제에 비교하여 팽창성 흑연의 팽창 효과가 상대적으로 낮은 온도에서 발생하기 때문에, 열에 대한 비교적 내성이 낮은 기판상에 발포성 코팅제를 도포하는데 있어서 특히 유용하다. 따라서, 발포성 코팅제 시스템은 중합체 폼, 목재 및 플라스틱 재료로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분의 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 기판에 적용하기에 특히 유용하다.
이를 통해 생성된 발포성 코팅제는 발포제 및 잠재성 가교제가 화재 조건에서 겪을 수 있는 유발 온도에 노출될 때까지 ISO37에 따라 측정시 40% 이상의 인장 신장률을 갖는다. 발포제 및 잠재성 가교제의 유발 온도에 노출될 경우, 심지어 분당 30℃ 이상의 가열 속도에 노출된 경우에도, 발포성 코팅제는 팽창하여 코팅된 기판을 보호하는 단단하게 가교된 탄화물을 형성한다.
실시예
복사열 패널 시험
다음의 복사열 패널 시험을 사용하여 발포성 코팅제의 효능을 시험하였다.
1 cm 두께의 배향성 합판(OSB, oriented strand board)의 1차 표면상에 각각의 발포성 코팅제 시스템에 대한 1.5 mm 두께의 발포성 코팅제를 도포하여 시험 샘플을 준비하였다. 시험 샘플을 10 cm x 10 cm의 사각형으로 잘랐다. 발포성 코팅제가 바깥쪽을 향해 노출되고, OSB와 세라믹 플레이트 사이에서 OSB에 접촉하는 열전대를 가진 세라믹 플레이트에 OSB의 반대편 1차 표면이 마주보도록 한 상태에서 사각형 시험 샘플을 홀더에 조립하였다. 구성품을 스테인리스 스틸 샘플 홀더에 함께 고정시켰다. 도 1에 도시된 바와 같이 복사 패널이 노출된 발포성 코팅제로부터 5 cm 떨어져 있도록 복사 패널 옆에 샘플 홀더를 위치시켰다. 참고로, 도 1은 복사 패널(10), 스테인리스 스틸 샘플 홀더(20), 세라믹 플레이트(30), OSB 기판(40), 발포성 코팅제(50) 및 열전대(60)의 위치를 개괄적으로 도시한다. 복사 패널(10)은 모델 TDWYL-2(TaiDing Hengye Testing Instrument Co., LTD, Cangzhou, China)이다. 수직 복사 시험 중, 복사 패널 및 시험 샘플은 수직으로 배열되고 복사 패널은 발포성 코팅제에 평방 미터당 25 킬로와트의 열 유속(heat flux)을 방출한다. OSB와 세라믹 플레이트 사이의 열전대로부터의 온도가 기록되며, 15분 및 30분에서의 온도가 기록되었다.
도 2는 시험 중 열원과 코팅제 사이의 온도를 시간의 함수로서 도시함으로써 복사열 패널 시험의 가열 곡선을 제공한다. 복사열 패널 시험은 100℃ 내지 400℃의 임계 온도 범위에서 분당 약 30℃의 온도 상승 프로파일을 제공한다. 발포는 약 160℃에서 발생하고 OSB 발화는 약 250 내지 300℃에서 발생하기 때문에 100 내지 400℃의 범위가 가장 중요하다. 따라서, 이는 시험되는 구성체의 임계 온도에 대응 가능하다.
시험 방법 비교 - 복사열 패널 시험에서의 급속 가열의 영향
비교 실시예 A 및 B는 각각 미국 가특허 출원 제62/288474호로부터의 실시예 7 및 8에 상응한다. 표 1은 샘플의 보다 급속한 가열을 사용하는 미국 가특허 출원 제62/288474호 및 ASTM E119에 따른 수정형 콘 시험에 따라 시험된 이들 샘플에 대한 배향성 합판의 뒷면(도 1의 샘플에 대해 도시된 바와 같은 발포성 코팅제의 반대편)의 기판 온도를 제공한다. 온도는 도 1에 도시된 바와 같이 기판의 뒷면에서 측정되었다.
Figure pct00002
표 1의 데이터는 두 시험 방법 간의 가열 차이로 인한 성능 차이를 보여준다. 복사열 패널 시험에 따라 시험할 경우, 기판 뒷면의 표면 온도가 훨씬 급속하게 상승한다는 점에서 기판 절연에 대한 시험이 훨씬 어렵다는 것을 알 수 있다.
새로운 실시예 및 비교 실시예
표 2는 비교 실시예 C 및 실시예 1 내지 6에서 사용하기 위한 성분을 나타낸다.
표 3은 비교 실시예 C 및 실시예 1 내지 6의 발포성 코팅제 시스템용 조성물을 이루는 재료를 나타낸다. 제시된 재료에 대한 값은 상대적인 중량비이다. 발포성 코팅제 시스템을 2개의 성분으로 제조하였다.
·“B” 사이드 성분은 폴리올(들), 촉매, 및 잠재성 가교제를 함유한다.
·“A” 사이드 성분은 시스템의 모든 나머지 재료를 함유한다.
150 밀리리터의 플라스틱 비이커 내에서 고분산 블레이드를 사용하여 분당 1500 회전으로 3분 동안 A 사이드 및 B 사이드 성분을 함께 혼합함으로써 발포성 코팅제 시스템으로부터 발포성 코팅제를 제조한 후, 아래의 각 특성화 방법에 대해 기술된 바와 같이 생성된 혼합물을 기판에 도포하였다. 코팅 두께를 제어하기 위한 조정 가능한 갭을 가진 박막 블레이드를 사용하여 코팅제를 기판 위에 인발하고, 25℃에서 3일 동안 중합체화하여 기판상에 발포성 코팅제를 형성하였다.
다음의 특성 분석 방법을 사용하여 각각의 발포성 코팅제 시스템으로부터 형성된 발포성 코팅제의 특성을 분석하였다:
인장 신장률 및 모듈러스(Modulus). ISO37에 따라 각 코팅제의 인장 신장률 및 모듈러스를 측정하였다. 이형지에 코팅제를 도포하고 완전히 경화된 후 이를 제거함으로써 기판으로부터 분리된 인장 신장률 및 모듈러스 시험을 위한 코팅제를 수득하였다. ISO 37에 따라 코팅제를 아령(dumbbell) 조각으로 절단하였다. 전체 길이 75 mm 및 두께 1 mm인 코팅제 샘플 및 유형 2 다이(die)를 사용하였다. 분당 50 mm의 인장 속도를 사용하였다.
방수성 다음의 변형된 ASTM D870 방법을 사용하여 각 코팅재의 방수성을 측정하였다. 10 cm x 10 cm x 2.5 cm 세라믹 기판의 1차 표면상에 발포성 코팅제를 제조함으로써 1.5 mm (최종 두께)의 코팅제를 수득하여 시험 샘플을 수득하였다. 코팅제가 안정되도록 5일 동안 놔두었다. 시험 샘플의 시험전 중량을 측정하였다. 시험 샘플을 24시간 동안 23℃의 물에 넣었다. 시험 샘플을 물에서 꺼내고 수건으로 표면수를 제거하였다. 시험 샘플을 24시간 동안 -20℃의 냉동고에 보관하였다. 시험 샘플을 냉동고에서 꺼내고 시험후 중량을 측정하였다. 시험 샘플상의 코팅제의 형상을 다음의 구분을 사용하여 평가하였다: 5- 우수함, 팽윤(swelling), 물집(blistering) 또는 박리 없음; 4- 양호함, 다소 팽윤, 물집 또는 박리 없음; 3- 적당함, 약간의 박리; 2- 열위, 약간의 물집 또는 박리; 1- 실패, 물집 또는 기판으로부터 박리. 구분 4 또는 5의 경우 “방수성”이 인정된다. 여기에서, 대상체의 “1차 표면”은 그 대상체의 최대 평면 표면적을 갖는 표면이다. “평면 표면적”은 표면 윤곽에 대한 고려 없이 평면에 투영된 표면적이다. 대상체는 양쪽면에 1차 표면을 갖는 보드와 같이, 둘 이상의 1차 표면을 가질 수 있다.
팽창비 복사열 패널 시험을 수행하기 전후에 발포성 코팅제의 두께를 측정하여 팽창비를 측정하였다. 팽창비는 코팅제의 최종 두께 대 초기 두께의 비이다.
탄화물 강도 평가 복사열 패널 시험으로부터 생성되는 탄화물 구조의 육안 관찰 및 물리적 평가를 통해 탄화물 강도를 정성적으로 평가하였다. 탄화물 강도는 다음의 구분을 사용하여 평가하였다: 1- 매우 푹신하고 열악한 점착 및 무결성, 물리적 취급 불가; 3- 양호한 점착 및 무결성, 물리적 취급 후 물리적 무결성 유지; 5- 매우 우수한 점착 및 무결성, 적당한 물리적 압축을 견딜 수 있음.
표 4는 발포성 코팅제 시스템 비교 실시예 C 및 실시예 1 내지 5로부터 제조된 발포성 코팅제에 대한 특성 분석 결과를 제공한다.
실시예 1 내지 4는 각각의 실시예 1 내지 4가 잠재성 가교제 또한 함유하는 것을 제외하고는 비교 실시예 C와 유사한 조성을 갖는 발포성 시스템을 예시한다. 표 4의 특성 분석 결과를 비교하면, 잠재성 가교제의 포함은 수직 복사열 시험 중에 OSB보다 훨씬 낮은 온도를 야기하는 것이 명백하고, 이는 잠재성 가교제가 이를 통해 생성되는 발포성 코팅제의 탄화물을 야기하여 잠재성 가교제가 없는 유사한 발포성 코팅제보다 수직 복사열 시험의 급속 가열 동안 발포성 코팅제 하의 기판을 열적으로 더욱 절연시킨다는 증거이다. 실시예 1 내지 3은 3가지 상이한 잠재성 가교제에 의한 이러한 개선을 입증한다.
실시예 5는 실시예 5가 인 물질을 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 유사하다. 발포성 시스템 둘 모두는 유사한 효과를 나타냈고, 둘 모두 비교 실시예 C보다 훨씬 우수한 절연 효과를 제공한다. 따라서, 인 물질은 선택적이라는 것이 명백하다.
실시예 6은 실시예 1 내지 5와는 상이한 폴리올 및 폴리올에 비해 더 높은 비율의 잠재성 가교제를 갖는 발포성 코팅제 시스템을 제공한다. 실시예 6은 실시예 1 내지 5보다 훨씬 우수한 절연 특성을 제공하는 발포성 코팅제를 생성한다.
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005

Claims (10)

  1. (a) 폴리올 성분;
    (b) 이소시아네이트 성분;
    (c) 2개 이상의 -NACH2OR 기를 갖는 잠재성 가교제(A는 H 및 -CH2OR로 이루어진 군으로부터 선택되고, 각각의 경우 R은 1 내지 4개의 탄소를 갖는 탄화수소로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 상기 잠재성 가교제는 폴리올 중량 기준 30 중량% 이상의 농도로 존재함);
    (d) 상기 제제의 총 중량 기준, 1 중량% 이상 및 10 중량% 이하의 붕소 성분;
    (e) 상기 발포성 시스템의 총 중량 기준, 10 중량% 이상 및 50 중량% 이하 농도의 팽창성 흑연을 포함하는 발포성 코팅제 시스템으로서,
    상기 발포성 코팅제 시스템의 실온에서의 상기 반응 생성물이 ISO 37에 따라 평가시 40% 이상의 인장 신장률을 갖는 코팅제를 생성하도록 상기 폴리올 및 이소시아네이트가 선택되는, 발포성 코팅제 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리올 성분은 폴리올 및 이소시아네이트 함유 성분의 총 중량을 기준으로 60 중량% 이상의 농도로 존재하는, 발포성 코팅제 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 이소시아네이트 성분은 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 중합체성 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 및 크실렌 디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는, 발포성 코팅제 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잠재성 가교제는 하기 구조를 갖되,
    Figure pct00006

    각각의 A는 수소 및 -CH2OR로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 각각의 R은 1 내지 4개의 탄소를 갖는 탄화수소로부터 독립적으로 선택되는, 발포성 코팅제 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 각각의 A는 독립적으로 R기인, 발포성 코팅제 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 발포성 코팅제 시스템의 반응 생성물을 포함하는 발포성 코팅제.
  7. 제6항에 있어서, 상기 잠재성 가교제가 폴리우레탄의 중량을 기준으로 20 중량% 이상의 농도로 존재하는 것을 추가의 특징으로 하는, 발포성 코팅제.
  8. a. 기판; 및
    b. 상기 기판 표면의 적어도 일부를 덮는 제6항의 발포성 코팅제를 포함하는 물품.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기판은 기판의 총 중량을 기준으로 적어도 75 중량%의 유기 물질을 포함하는, 물품.
  10. 제8항에 있어서, 상기 기판은 중합체 폼, 목재, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 물품,
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