KR20200061899A - 페놀 수지 발포체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 단열재 - Google Patents

페놀 수지 발포체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 단열재 Download PDF

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Abstract

페놀계 수지, 발포제 및 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜을 포함하는 발포성 조성물의 열경화물이고, 평균 직경이 50㎛ 내지 75㎛ 인 발포 셀을 60% 내지 90% 포함하는 페놀 수지 발포체를 제공한다.

Description

페놀 수지 발포체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 단열재{PHENOL RESIN FOAM, METHOD OF PRODUCING THE SAME, AND INSULATING MATERIAL}
본 발명은 페놀 수지 발포체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 단열재에 관한 것이다.
열경화성 발포체는 발포 조성물을 발포 및 열경화시켜 형성되는 발포체 또는 발포폼으로서 단열성 등의 물성이 양호하여 단열재 등으로 널리 사용되고 있다.
최근 들어, 에너지 절약에 관한 의식 향상, 및 차세대 에너지 절약 기준의 의무화 등에 의해, 주택의 기밀 성능, 단열 성능의 향상이 요구되어 오고 있는바, 열경화성 발포체 중에서도 단열성이 우수한 페놀 수지 발포체가 각광을 받으면서 다양한 분야에서 많이 사용되고 있다.
한편, 페놀 수지 발포체를 건축용 외단열재로 사용하는 경우, 외부의 충격에 의해 발포체에 쉽게 크랙 등이 발생할 수 있고, 이에 따라, 단열성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 우수한 단열성 및 향상된 압축강도를 가져 내구성이 우수한 페놀 수지 발포체를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 상기 페놀 수지 발포체의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 상기 페놀 수지 발포체를 포함하는 단열재를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 페놀계 수지, 발포제 및 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜을 포함하는 발포성 조성물의 열경화물이고, 평균 직경이 50㎛ 내지 75㎛ 인 발포 셀을 60% 내지 90% 포함하는 페놀 수지 발포체를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 페놀계 수지, 발포제 및 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜을 포함하는 발포성 조성물을 준비하는 단계; 및 상기 발포성 조성물에 열을 가하여 발포 및 경화시키는 단계;를 포함하고, 평균 직경이 50㎛ 내지 75㎛ 인 발포 셀을 60% 내지 90% 포함하는 페놀 수지 발포체의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 상기 페놀 수지 발포체를 포함하는 단열재를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 페놀 수지 발포체는 작은 평균 직경을 갖는 발포 셀을 일정 이상 포함하고 우수한 단열성과 함께 향상된 압축강도를 나타낼 수 있다.
또한 본 발명에 따른 페놀 수지 발포체의 제조방법은 우수한 단열성 및 향상된 압축강도를 동시에 갖는 상기 페놀 수지 발포체를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 단열재는 상기 페놀 수지 발포체를 포함하여 우수한 단열성 및 향상된 압축강도를 동시에 나타낼 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 페놀 수지 발포체의 주사 전자현미경(SEM) 사진이다.
도 2는 본 발명의 비교예 1에 따른 페놀 수지 발포체의 주사 전자현미경(SEM) 사진이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 구현예를 설명하도록 한다.
본 발명의 일 구현 예는 페놀계 수지, 발포제 및 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜을 포함하는 발포성 조성물의 열경화물이고, 평균 직경이 50㎛ 내지 75㎛ 인 발포 셀을 60% 내지 90% 포함하는 페놀 수지 발포체를 제공한다.
일반적으로 페놀 수지 발포체는 우수한 단열성으로 건축용 외단열재 등의 다양한 분야에 사용되고 있다. 반면, 페놀 수지 발포체는 분쇄 또는 마찰에 민감하여 외부 충격에 의해 쉽게 크랙이 발생할 수 있다. 그리고, 발포체에 형성된 크랙 사이로 빗물이 들어갈 수 있으며, 외부의 급격한 온도 변화에 따라 동결융해 과정을 거치게 되면서 발포체의 변형, 탈락 현상 등이 쉽게 발생할 수 있어 내구성 및 단열성이 시간이 흐름에 따라 더욱 감소되는 문제가 있다.
상기 페놀 수지 발포체는 우수한 단열성과 함께 우수한 경도, 영률이 증가하며, 탄성 및 현저히 향상된 압축강도를 나타낼 수 있다.
구체적으로, 상기 페놀 수지 발포체는 페놀계 수지, 발포제 및 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜을 포함하는 발포성 조성물의 열경화물로서, 평균 직경이 약 50㎛ 내지 약 75㎛ 인 발포 셀을 약 60% 내지 약 90% 포함한다. 구체적으로, 상기 페놀 수지 발포체는 상기 범위의 평균 직경을 갖는 발포 셀을 약 75% 내지 약 90% 포함할 수 있으며, 또는 약 80% 내지 약 90% 포함할 수 있다.
상기 페놀 수지 발포체는 약 50㎛ 내지 약 75㎛의 평균 직경을 갖는 발포 셀을 상기 범위로 포함하여 낮은 열전도율과 함께, 현저히 향상된 압축강도 등의 향상된 물성을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 약 50㎛ 내지 약 75㎛의 평균 직경을 갖는 발포 셀을 상기 범위 미만으로 포함하거나, 발포 셀의 평균 직경이 상기 범위를 초과하는 경우에는 열전도율이 높아지고, 특히 압축강도가 현저히 저하될 수 있다. 이때, 상기 평균 직경은 셀 벽을 제외한 발포 셀이 갖는 직경의 평균 값을 의미하며, 이는 전자현미경(hitachi, FE-SEM)을 사용하여 측정할 수 있다.
구체적으로, 상기 발포성 조성물은 페놀계 수지를 포함한다. 상기 페놀계 수지는 페놀 및 포름알데히드가 반응하여 얻어질 수 있으며, 예를 들어 레졸계 페놀 수지를 포함할 수 있다.
상기 발포성 조성물은 상기 페놀계 수지를 약 30 중량% 내지 약 90 중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 상기 페놀계 수지를 상기 범위 내의 함량으로 포함함으로써 발포 셀을 안정적으로 형성하고, 우수한 열전도도를 구현할 수 있다. 구체적으로, 상기 페놀계 수지를 상기 범위 미만으로 포함하는 경우에는 발포 셀을 형성하기 어렵고 열전도율이 높아지며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 다른 첨가제 등의 비율이 상대적으로 낮아지고, 발포 셀의 형상이나 발포 공정에서 불량이 발생할 수 있다.
상기 발포성 조성물은 발포제를 포함한다. 상기 발포제는 히드로플루오로올레핀(hydrofluoroolefin, HFO)계 화합물과 탄화수소계 화합물, 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 히드로플루오로올레핀계 화합물은 예를 들어, 모노클로로트리플루오로프로펜, 트리플루오로프로펜, 테트라플루오로프로펜, 펜타플루오로프로펜, 헥사플루오로부텐 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 탄화수소계 화합물은 탄소수 1개 내지 5개의 탄화수소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄화수소계 화합물은 디클로로에탄, 프로필클로라이드, 이소프로필클로라이드, 부틸클로라이드, 이소부틸클로라이드, 펜틸클로라이드, 이소펜틸클로라이드, n-부탄, 이소부탄, n-펜탄, 이소펜탄, 시클로펜탄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발포성 조성물은 상기 페놀계 수지 100 중량부를 기준으로 상기 발포제를 약 10 중량부 내지 약 15 중량부로 포함할 수 있다. 상기 발포제를 상기 범위 내로 한정함으로써 발포력을 조절하여 상기 페놀 수지 발포체는 이의 강도를 우수한 수준으로 구현하면서 안정적인 셀 구조를 가질 수 있다.
상기 발포성 조성물은 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜을 포함한다. 상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜은 상기 페놀계 수지와 화학적으로 반응하여 가교밀도를 증가시키고, 기포 생성을 도울 수 있다. 그리고, 상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜을 포함하는 상기 발포성 조성물의 열경화물인 상기 페놀 수지 발포체는 강화된 발포 셀 벽을 갖고, 작은 크기의 상기 평균 직경을 갖는 발포 셀을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜은 반복 단위 중 탄소수가 2인 폴리에틸렌글리콜, 반복 단위 중 탄소수가 3인 폴리트리메틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 반복 단위 중 탄소수가 4인 폴리테트라메틸렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜은 선형 형태인 폴리에틸렌글리콜일 수 있다.
구체적으로, 상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜 말단의 OH기는 상기 페놀계 수지의 OH기가 반응하면서 가늘고 긴 유연한 사슬 구조를 형성할 수 있다. 상기 발포성 조성물은 상기 사슬 구조를 포함하여 발포시에 믹싱 속도와 함께 가교밀도를 증가시켜, 발포 셀의 벽을 튼튼하게 강화할 수 있다.
그리고, 상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜은 상기 페놀계 수지와 반응하여 상기 페놀계 수지의 표면 장력을 감소시켜 발포 믹싱 시에 분산도를 높이고, 작은 평균 직경을 갖는 상기 발포 셀을 형성할 수 있도록 기포 생성을 도움을 줄 수 있다.
이에 따라, 상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜은 상기 페놀 수지 발포체에 작은 상기 평균 직경을 가지면서, 튼튼하게 강화된 발포 셀 벽을 부여할 수 있으며, 우수한 단열성과 함께, 우수한 경도, 모듈러스, 탄성 및 현저히 향상된 압축강도를 부여할 수 있다.
상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜은 디에틸렌 글리콜을 포함하지 않는다. 디에틸렌글리콜은 페놀 수지 발포체에서 성형가공성을 증가시킬 뿐이며, 페놀계 수지와 반응하여 가교도를 높여 향상된 압축강도를 부여할 수 없다.
상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜의 중량평균분자량은 약 200g/mol 내지 약 1,000g/mol 일 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜의 중량평균분자량은 약 200g/mol 내지 약 400g/mol 일 수 있다. 상기 발포성 조성물은 상기 범위의 중량평균분자량을 갖는 상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜을 포함하여, 평균 직경이 약 50㎛ 내지 약 75㎛ 인 발포 셀을 약 60% 내지 약 90% 포함하고, 발포 셀의 벽이 강화되도록 하며, 우수한 단열성과 함께 현저히 향상된 압축강도를 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜의 중량평균분자량이 상기 범위 미만인 경우에는 가교가 충분히 이루어지지 않고, 상기 범위의 작은 평균 직경을 갖는 발포 셀이 형성되지 않고, 발포 셀 벽이 강화되지 못하며, 압축 강도 등의 물성 향상 효과가 나타나지 않을 수 있다. 그리고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 발포성 조성물 내에서 균일하게 혼합되지 않고, 페놀 수지 발포체에 오픈 셀을 형성하여 단열성을 저하시킬 수 있다.
상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜은 상기 발포성 조성물 100 중량부 대비 약 1 중량부 내지 약 6 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 상기 범위의 작은 평균 직경을 갖는 발포 셀을 충분히 형성하고 못하고, 압축 강도가 현저히 떨어지며, 열전도율도 상승하는 문제가 있다. 그리고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 발포성 조성물의 점도가 상승하면서, 발포시에 반응성이 저하될 수 있고, 발포 셀 벽의 두께가 증가하다가 찢어져서, 오픈 셀을 형성하고 단열성을 저하시킬 수 있다.
그리고, 상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜은 상기 페놀 수지 100 중량부 대비 약 2 중량부 내지 약 8중량부의 함량으로 포함될 수 있다.
그리고, 상기 발포성 조성물은 경화제, 계면활성제, 가소제, 요소 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 발포성 조성물은 톨루엔 술폰산, 자일렌 술폰산, 벤젠술폰산, 페놀 술폰산, 에틸벤젠 술폰산, 스티렌 술폰산, 나프탈렌 술폰산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 산경화제를 포함할 수 있다. 상기 페놀계 수지를 포함하는 상기 발포성 조성물은 상기 경화제를 포함하여 적정의 가교, 경화 및 발포성을 나타낼 수 있다. 상기 경화제는 상기 페놀계 수지 100 중량부 대비 약 18 중량부 내지 약 20 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.
그리고, 상기 발포성 조성물은 폴리실록산계, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르, 피마자유의 에틸렌옥사이드 부가물 등의 비이온성 계면 활성제 등을 이용할 수 있다. 상기 발포성 조성물은 상기 계면활성제를 포함하여 발포제 등의 소수성 물질과 수지 등의 친수성 물질의 계면 안정의 역할을 할 뿐 아니라, 발포가 진행될 때, 기포 면이 안정적으로 형성되어 찢어지지 않게 할 수 있다. 상기 계면활성제는 상기 페놀계 수지 100 중량부 대비 약 3 중량부 내지 약 4 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.
상기 발포성 조성물은 인산트리페닐, 테레프탈산디메틸, 이소프탈산디메틸, 에틸렌글리콜, 폴리에스테르 폴리올 등의 가소제를 포함할 수 있다. 상기 발포성 조성물은 상기 가소제를 포함하여 발포체의 유연성을 향상시킬 수 있다. 상기 가소제는 상기 페놀계 수지 100 중량부 대비 약 2 중량부 내지 약 3 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.
또한, 상기 발포성 조성물은 요소를 포함하여, 페놀계 수지에 안정화를 부여할 수 있다. 상기 요소는 상기 페놀계 수지 100 중량부 대비 약 5 중량부 내지 약 6 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.
상기 페놀 수지 발포체는 상기 발포성 조성물의 열경화물로서, 전술한 바와 같이, 평균 직경이 약 50㎛ 내지 약 75㎛ 인 발포 셀을 약 60% 내지 약 90% 포함하고, KS M ISO 845 에 따른 압축강도가 약 150kPa 내지 약 250kPa일 수 있다. 구체적으로, 상기 페놀 수지 발포체의 압축강도는 약 180kPa 내지 약 250kPa일 수 있다.
일반적으로, 페놀 수지 발포체는 분쇄 또는 마찰에 민감하여 외부 충격에 의해 쉽게 크랙이 발생할 수 있다. 반면, 상기 페놀 수지 발포체는 평균 직경이 약 50㎛ 내지 약 75㎛ 인 발포 셀을 약 60% 내지 약 90% 포함하고, 상기 범위의 현저히 향상된 압축강도를 나타내는 바, 외부 충격에 노출되기 쉬운 건축용 외단열재로 장기간 사용하여도 쉽게 크랙이 발생하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 페놀 수지 발포체는 우수한 내구성 및 단열성을 나타낼 수 있다.
상기 페놀 수지 발포체의 독립 기포율은 약 80% 내지 약 90%일 수 있다. 상기 페놀 수지 발포체는 상기 범위의 높은 독립 기포율과 함께, 평균 직경이 약 50㎛ 내지 약 75㎛ 인 발포 셀을 약 60% 내지 약 90% 포함하여 발포셀 내의 발포 가스가 새어나가는 것을 방지하여, 전술한 압축강도와 함께 우수한 단열성을 나타낼 수 있다.
상기 페놀 수지 발포체는 상기 범위의 우수한 압축강도와 함께, 20℃, 약 0.017W/m·K 내지 약 0.020W/m·K 의 열전도율을 나타내는 바, 우수한 단열성을 동시에 나타낼 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예는 페놀계 수지, 발포제 및 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜을 포함하는 발포성 조성물을 준비하는 단계; 및 상기 발포성 조성물에 열을 가하여 발포 및 경화시키는 단계;를 포함하고, 평균 직경이 50㎛ 내지 75㎛ 인 발포 셀을 60% 내지 90% 포함하는 페놀 수지 발포체의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법에 의해 전술한 페놀 수지 발포체를 제조할 수 있다.
상기 제조방법에 있어서, 페놀계 수지, 발포제 및 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜을 포함하는 발포성 조성물에 관한 사항은 전술한 바와 같다.
상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜은 약 200g/mol 내지 약 1,000g/mol의 중량평균분자량, 구체적으로, 약 200g/mol 내지 약 400g/mol의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜은 유리전이온도를 고려하여 액체 상태로 상기 발포성 조성물에 포함된다.
상기 페놀 수지 발포체의 제조방법은 상기 발포성 조성물에 열을 가하여 발포 및 경화시는 단계를 포함한다. 상기 발포성 조성물에 포함된 상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜은 말단의 OH기가 상기 페놀계 수지의 OH기와 반응하면서 가늘고 긴 유연한 사슬 구조를 형성할 수 있다. 상기 발포성 조성물은 상기 사슬 구조를 포함하여 발포시에 믹싱 속도와 함께 가교밀도를 증가시켜, 발포 셀의 벽을 튼튼하게 강화할 수 있다. 이때, 믹싱 속도는 약 500rpm 내지 약 3,000rpm일 수 있다. 바람직하게는 믹싱 속도는 약 1,500 rpm 내지 약 3,000rpm일 수 있다.
그리고, 상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜은 상기 페놀계 수지와 반응하고, 상기 페놀계 수지의 표면 장력을 감소시켜 발포 믹싱 시에 분산도를 높이고, 발포체에 평균 직경이 50㎛ 내지 75㎛ 인 발포 셀이 60% 내지 90% 형성될 수 있도록 기포의 생성을 도움을 줄 수 있다.
이에 따라, 상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜은 발포성 조성물의 가교도를 높이고, 상기 페놀 수지 발포체에 작은 상기 평균 직경을 가지면서, 튼튼하게 강화된 발포 셀 벽을 부여할 수 있으며, 우수한 단열성과 함께, 우수한 경도, 모듈러스, 탄성 및 현저히 향상된 압축강도를 부여할 수 있다.
상기 발포 및 경화는 예를 들어, 약 50 내지 약 90의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 발포 및 경화는 약 2분 내지 약 20분의 시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 아니하고, 발명의 목적 및 용도에 따라 적절히 달라질 수 있다.
상기 발포성 조성물은 예를 들어, 소정의 몰드 내에서 발포 및 경화되거나 또는 예를 들어, 양 면재 사이에 주입되거나 토출되면서 발포 및 경화될 수 있으나, 이에 제한되지 아니한다.
이를 통해, 전술한 페놀 수지 발포체를 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예는 상기 페놀 수지 발포체를 포함하는 단열재를 제공한다. 상기 페놀 수지 발포체는 예를 들어, 건축용 외단열재의 용도로 적용될 수 있고, 그에 따라 건축용 단열재로서 요구되는 우수한 단열성과 함께 현저히 향상된 압축강도를 동시에 만족시킬 수 있다.
상기 건축용 외단열재는 예를 들어, 상기 페놀 수지 발포체의 일면 또는 양면상에 면재를 더 포함할 수 있고, 상기 면재로 알루미늄을 포함할 수 있다.
(실시예)
실시예 1
페놀 수지: 파라포름알데히드를 1:2의 비율로 혼합하고, NaOH, KOH 및 Ba(OH)2 중에서 선택된 하나의 강염기 촉매와 반응시켜 레졸계 페놀 수지를 중합하였다. 그리고, 그리고, 상기 레졸계 페놀 수지에, 상기 레졸계 페놀 수지 100 중량부 대비 피마자유의 에틸렌옥사이드 부가물 10 중량부, 가소제로 폴리에스테르 폴리올, 요소 및 톨루엔술폰산(p-toluene sulfonic acid)을 혼합하고, 500rpm 내지 1000rpm 정도의 교반 속도로 교반시킨 후 1시간 정도 탈포시켰다. 탈포 후 발포제로 이소펜탄을 상기 레졸계 페놀 수지 100 중량부 대비 15중량부 투입하고 24시간 내지 48시간 동안 0℃ 내지 10℃도로 냉각시켰다.
그 후, 중량평균분자량 200g/mol 의 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, Tg:­50℃)을 액상으로 녹인 후 발포성 조성물 100 중량부 대비 5중량부가 되도록 첨가하여 발포성 조성물을 제조하였다.
그리고, 상기 발포성 조성물을 약 1500 rpm 내지 약 2000rpm 정도의 mechanical stirrer로 약 30 s 내지 약 60 s 동안 교반하였다. 교반이 완료된 슬러리 상태의 발포성 조성물을 몰드(200cm(L)*200cm(W)*40(T))를 사용하여 밀도(34㎏/㎤ 내지 36㎏/㎤)가 되도록 조절 후, 열풍 또는 오븐을 사용하여 약 100℃에서 열 경화를 진행시켜 페놀 수지 발포체를 제조하였다.
실시예 2
중량평균분자량 300g/mol 의 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, Tg: ­15℃ 내지­10℃)을 첨가 하여 발포성 조성물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 수지 발포체를 제조하였다.
실시예 3
중량평균분자량 400g/mol 의 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, Tg:4 내지 8℃)을 첨가하여 발포성 조성물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 수지 발포체를 제조하였다.
실시예 4
중량평균분자량 600g/mol 의 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, Tg:18℃ 내지 25℃)을 첨가하여 발포성 조성물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 수지 발포체를 제조하였다.
실시예 5
중량평균분자량 1000g/mol 의 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, Tg:33℃ 내지 40℃)을 첨가하여 발포성 조성물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 수지 발포체를 제조하였다.
비교예 1
상기 발포성 조성물에 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol)을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 수지 발포체를 제조하였다.
비교예 2
중량평균분자량 200g/mol의 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, Tg:­50℃) 대신에 디에틸렌글리콜을 첨가하여 발포성 조성물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 수지 발포체를 제조하였다.
비교예 3
중량평균분자량 2000g/mol의 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, Tg:40℃ 내지 45℃)을 첨가하여 발포성 조성물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페놀 수지 발포체를 제조하였다.
평가
실험예 1: 평균 직경 50㎛ 내지 75㎛의 발포 셀 함량
실시예 및 비교예 각각의 페놀 수지 발포체의 정중앙 부분을 1㎝(L)X1㎝ (W)X4㎝(T)로 절단하여 시편을 제조하였다. 그리고, 전자현미경(SEM)을 30배율로 확대하여 상기 시편에 포함된 발포 셀의 평균 직경을 측정하고, 평균 직경이 50㎛ 내지 75㎛인 발포 셀의 개수를 세어 전체 발포 셀의 개수 대비 함량(%)으로 표 1에 기재하였다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 페놀 수지 발포체의 주사 전자현미경(SEM) 사진이다. 그리고, 도 2는 본 발명의 비교예 1에 따른 페놀 수지 발포체의 주사 전자현미경(SEM) 사진이다.
실험예 2: 열전도율
상기 실시예 및 비교예 각각의 페놀 수지 발포체를 100㎜(L)Χ100㎜(W) Χ50㎜(T)로 절단하여 시편을 제조하였다. 이때, 두께는 상기 페놀 수지 발포체의 상부부터 50㎜가 되도록 절단하였다. 그리고, 상기 시편을 70℃에서 12시간 건조하여 시편을 전처리 하였다. 그리고, 곧바로 상기 각 시편에 대해 KS L 9016(평판 열류계법 측정방법)의 측정 조건에 따라 평균 온도 20℃에서 HC-074-300(EKO社) 열전도율 기기를 사용하여 열전도율을 측정하였다. 그리고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
실험예 3: 압축강도
상기 실시예 및 비교예 각각의 페놀 수지 발포체를 50㎜(L)Χ50㎜ (W)Χ90㎜(T)의 시편으로 준비하고, 상기 시편을 Lloyd instrument社 LF Plus 만능재료시험기(Universal Testing Machine)의 넓은 판 사이에 두고, UTM 장비에서 시편 두께의 10%/min 속도로 설정하고, 압축강도 실험을 시작하여 두께가 감소되는 중에 도달하는 최대 하중을 기록하였다. 압축강도는 KS M ISO 844 규격의 방법으로 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
실험예 4: 독립 기포율
실시예 및 비교예 각각의 페놀 수지 발포체를 2.5㎝(L)X2.5㎝ (W)X2.5㎝(T)로 절단하여 시편을 제조하였다. 그리고, ASTM D 6226-05 규격을 따라, 상기 시편의 독립기포율을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
평균 직경 50㎛ 내지 75㎛의 발포 셀 함량(%) 열 전도율
(W/m·K)		 압축 강도
(kPa)		 독립 기포율
(%)
실시예 1 82 0.01765 208 90.54
실시예 2 84 0.01833 202 91.33
실시예 3 85 0.01801 214 93.29
실시예 4 70 0.01895 175 89.92
실시예 5 60 0.01928 163 87.85
비교예 1 20 0.01965 123 80.29
비교예 2 18 0.02040 104 83.29
비교예 3 15 0.02380 95.7 77.99
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 실시예의 페놀 수지 발포체는 평균 직경이 50㎛ 내지 75㎛ 인 발포 셀을 60% 내지 90% 포함하고, 우수한 열전도율 및 현저히 향상된 압축강도를 갖는 것을 알 수 있다. 반면, 평균 직경이 50㎛ 내지 75㎛ 인 발포 셀을 60% 내지 90% 포함하지 않는 비교예의 페놀 수지 발포체는 열전도율이 상승하고, 압축강도가 현저히 떨어지는 것을 확인 할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (11)

  1. 페놀계 수지, 발포제 및 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜을 포함하는 발포성 조성물의 열경화물이고,
    평균 직경이 50㎛ 내지 75㎛ 인 발포 셀을 60% 내지 90% 포함하는
    페놀 수지 발포체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발포제는 히드로플루오로올레핀(hydrofluoroolefin, HFO)계 화합물과 탄화수소계 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    페놀 수지 발포체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜은 폴리에틸렌글리콜, 폴리트리메틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    페놀 수지 발포체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜의 중량평균분자량이 200 g/mol 내지 1,000 g/mol 인
    페놀 수지 발포체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜은 상기 발포성 조성물 100 중량부 대비 1 중량부 내지 6 중량부의 함량으로 포함되는
    페놀 수지 발포체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발포성 조성물은 경화제, 계면활성제, 가소제, 요소 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 첨가제를 더 포함하는
    페놀 수지 발포체.
  7. 제1항에 있어서,
    KS M ISO 845 에 따른 압축강도가 150kPa 내지 250kPa인
    페놀 수지 발포체.
  8. 제1항에 있어서,
    20℃, 열전도율이 0.017W/m·K 내지 0.020W/m·K 인
    페놀 수지 발포체.
  9. 제1항에 있어서,
    독립 기포율이 80% 내지 95%인
    페놀 수지 발포체.
  10. 페놀계 수지, 발포제 및 탄소수 2 내지 10의 반복단위를 갖는 폴리알킬렌글리콜을 포함하는 발포성 조성물을 준비하는 단계; 및
    상기 발포성 조성물에 열을 가하여 발포 및 경화시키는 단계;를
    포함하고,
    평균 직경이 50㎛ 내지 75㎛ 인 발포 셀을 60% 내지 90% 포함하는
    페놀 수지 발포체의 제조방법.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 페놀 수지 발포체를 포함하는 단열재.
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