KR20230119888A - 난연 조성물 및 이를 이용한 준불연 우레탄 단열재 - Google Patents

난연 조성물 및 이를 이용한 준불연 우레탄 단열재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (A) 액상 인계 분산제 100 중량부에 대하여 적린 10~40 중량부 및 수산화알루미늄 5 내지 30 중량부를 포함하는 난연 조성물, (B) 폴리올 조성물 및 (C) 이소시아네이트계 화합물을 포함하는 폴리우레탄계 발포 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폴리우레탄계 발포 조성물로부터 제조된 발포체는 준불연 성능을 가지며 화재 시 유해 가스 발생량을 억제할 수 있다.

Description

난연 조성물 및 이를 이용한 준불연 우레탄 단열재{FLAME RETARDANT COMPOSITION AND SEMI-NON-FLAMMABLE URTHANE INSULATION USING THE SAME}
본 발명은 컬러강판 또는 알루미늄 재질의 표면재 사이에 포함되는 준불연성 폴리우레탄 단열재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 난연 조성물, 폴리올조성물 및 이소시아네아트계 화합물이 포함된 조성물로 제조된 준불연성 폴리우레탄계 발포체 및 이를 이용한 준불연성 폴리우레탄 단열재에 관한 것이다.
건축용 단열재는 여름에는 시원함을, 겨울에는 따뜻함을 주는 요소이어서 건물을 건축할 때 뺄 수 없는 자재이다. 또 다른 한편으로는 건축 단열재에 의해 화재 확산이 일어나는 사건들이 종종 발생하여 근래 단열재에 대해 많은 연구자들의 관심이 집중되고 있다.
단열 시공에 사용되는 단열재의 종류로는 경질 우레탄 폴리 이소시아누레이트폼 (PIR), 페놀 폼(PF), 발포 폴리스티렌, 압축 스티로폼, 용융유리를 섬유화 하여 만들어 제조한 글라스울(Glass Wool), 미네랄울, 셀룰로오스 등이 있다.
폴리우레탄 계열의 단열재는 우수한 단열성을 가질 뿐만 아니고, 난연성까지 확보되어 복합 단열재나 주거용 단열재로 많이 사용되었다. 하지만 유기물 단열재의 근본적인 한계 때문에 화재 안정성이 무기 단열재인 글라스울(Glass Wool), 미넬랄울보다 취약할 수밖에 없다. 따라서 근본적으로 단열재의 난연성을 향상시키는 것이 매우 중요하다.
최근 심심찮게 일어나고 있는 건축물 대형화재로 인해 인명 및 재산피해가 적지 않아 건축물의 화재안정성 확보에 관심이 높아짐과 동시에 그 규정도 강화되고 있다.
이러한 건축물의 대형화재는 이천냉동창고 화재로부터 알 수 있 듯 단열재(이 경우는 알루미늄 소재의 표면재와 심재를 포함하는 개념임) 내에 포함되는 심재, 부속품의 난연 성능이 대형화재의 원인이 된다. 불에 타기 쉬운 재료는 화재 발생 시 화염과 동시에 짧은 시간에 많은 양의 유독가스를 발생시켜 화재확산의 원인이 된다. 이에 건축물 마감재료의 난연성능에 관한 규격이 개정되었고, 2021년12월23일부터 개정된 규정이 시행되었다. 개정된 법규정에 의하면 건축물 내부 마감재 및 외벽 마감재료에는 불연 또는 준불연 등급의 단열재가 사용되어야 한다. 그러나 종래 사용되고 있는 단열재는 개정된 법규정을 충족시키지 못하는 문제가 있어 강화된 기준에 부합하는 단열재 개발이 시급하다. 또한 단열재만으로 준불연 성능을 구현하기 위해서는 난연성을 부여하는 난연 조성물의 개선이 요구된다.
공개특허공보 제10-2011-0133107호(2011.12.12 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 인출된 것으로, 단열재 자체에 준불연 성능을 부여할 수 있는 폴리우레탄계 발포 조성물을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 일 과제는 강화된 난연성능 평가에 따른 준불연 성능을 갖는 폴리우레탄계 발포체 및 이를 이용한 단열재를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 (A) 액상 인계 분산제, 상기 액상 인계 분산제 100 중량부에 대하여 적린 10 내지 40 중량부 및 수산화알루미늄 5 내지 30 중량부를 포함하는 난연 조성물, (B) 폴리올 조성물 및 (C) 이소시아네이트계 화합물을 포함할 수 있는 폴리우레탄계 발포 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 액상 인계 분산제는 액상 포스페이트계 난연제일 수 있고, 상기 액상 포스페이트계 난연제는 트리스할로알킬포스페이트 및/또는 트리알킬포스페이트일 수 있는 폴리우레탄계 발포 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 또한 폴리우레탄계 발포 조성물은 폴리올 조성물 100 중량부에 대하여 상기 난연 조성물은 10 내지 40 중량부 및 상기 이소시아네이트계 화합물은 50 내지 300 중량부를 포함할 수 있는 폴리우레탄계 발포 조성물을 제공할 수 있다.
일 구현예에서 상기 폴리올 조성물은 폴리올, 촉매, 발포제 및 브롬계 반응형 난연제를 포함하는 폴리우레탄계 발포 조성물일 수 있다.
일 구현예에서 상기 발포제는 화학발포제, 물 및 물리적 발포제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있는 폴리우레탄계 발포 조성물을 제공할 수 있다.
일 구현예에서 상기 폴리올 조성물은 폴리올 100 중량부에 대하여 브롬계 반응형 난연제 5 내지 30중량부를 포함하는 폴리우레탄계 발포 조성물일 수 있다.
일 구현예에서 상기 폴리올 조성물에는 촉매, 액상 인계 난연제, 정포제 및 발포제로 이루어진 군에서 하나 이상 더 포함될 수 있다.
일 구현예에서 상기 이소시아네이트계 화합물의 점도가 100cp~1000cp인 폴리우레탄계 발포 조성물일 수 있다.
일 구현예로서, 본 발명은 상기 폴리우레탄계 발포 조성물로부터 얻어지는 준불연성 폴리우레탄계 발포체를 제공하는 것일 수 있다.
일 구현예로서, 상기 난연성 폴리우레탄 발포체는 KS F ISO 5660-1의 콘칼로리미터 시험 방법으로 측정하였을 때, 총 방출열량이 8MJ/m2 이하이고, 두께 수축률이 20% 미만인 준불연 성능을 갖는 것일 수 있다.
이 구현예에서 상기 난연성 폴리우레탄 발포체는 상기 물성을 만족하는 동시에 가스유해성 시험(KS F 2271)에서 마우스 행동 정지시간이 9분 이상, 좋게는 10분 이상, 아주 좋겠는 11분 이상으로 매우 우수한 난연성을 부여할 수 있다.
일 구현예로서, 본 발명은 준불연성 폴리우레탄계 발포체를 포함하는 준불연성 단열재를 제공하는 것일 수 있다.
또한 일 구현예로서 본 발명은 폴리우레탄계 발포 조성물을 이용하여 더블컨베이어에서 나무 몰드에서 제조하는 단계를 포함하는 준불연성 폴리우레탄계 발포체의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 폴리우레탄계 발포 조성물 및 이를 이용하여 제조하는 폴리우레탄계 발포체 및 상기 폴리우레탄계 발포체를 포함하는 단열재는 준불연 성능을 가지므로, 화재확산을 막을 수 있을 뿐만 아니라 화재 유해 가스 발생양을 억제할 수 있다.
하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
본 발명에서 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 갖는다. 본 발명의 설명에서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미한다.
또한 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, (A), (B), (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
또한 본 발명의 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도될 수 있다.
본 발명에서 사용하는 "단열재"는 알루미늄 재질 표면재 사이에 포함되는 것을 의미하고, 본원발명의 단열재는 심재와 같은 의미이다.
이하 본 발명인 폴리우레탄계 발포 조성물 및 이로부터 얻어지는 난연성 폴리우레탄계 발포체에 대해 상세히 설명한다.
1) 난연 조성물
일 구현예로서 상기 난연 조성물은 액상 인계 분산제, 적린 및 수산화알루미늄을 포함할 수 있다.
일 구현예로서, 상기 난연 조성물에는 액상 인계 분산제 100 중량부에 대하여 적린 10 내지 40 중량부 및 수산화알루미늄 5 내지 30 중량부가 포함될 수 있다.
일 구현예로서, 상기 액상 인계 분산제는 액상 포스페이트계 난연제를 사용할 수 있으며, 상기 액상 포스페이트계 난연제를 사용하는 경우 저장안정성도 담보할 수 있어서 더욱 선호된다.
상기 액상 인계 난연제는 액상 포스페이트계 난연제라면 특별히 제한되지 않지만 예를 들면, 트리할로알킬포스페이트 및/또는 트리알킬포스페이트일 수 있고, 일 예를 든다면, 트리(클로로이소프로필)포스페이트(TCPP) 및/또는 트리에틸포스페이트(TEP)일 수 있지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 적린(Red Phosphate)은 폴리우레탄계 발포 조성물에 포함되어 발포체 연소 시 발열량 억제 효과를 나타내기에 더욱 좋고, 발포체의 안정성 및 취급 용이성 측면에서 멜라민으로 코팅된 적린 또는 수분이 함유된 적린을 사용하는 것이 더 선호된다.
상기 적린의 함량은 본 발명의 목적을 달성하는 것에서는 제한되지는 않지만, 예를 들면, 액상 인계 분산제 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부를 사용할 수 있고, 좋게는 20 내지 40중량부를 사용할 수 있으며, 상기 사용량의 경우 연소 시 발열량 억제 효과 발현에 더욱 좋아서 선호되지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니다. 또한 적린의 사용량은 사용되는 발포제의 밀도에 따라 그 함량을 조절하면 발출열량 억제에 효과적일 수 있다.
상기 수산화알루미늄은 상기 적린과 함께 포함되어 가스 발생량 감소 및 난연 조성물의 저장안정성을 향상시키는 것에 더욱 좋다. 또 실라놀 또는 실리콘계 화합물로 표면 처리된 수산화알루미늄을 적린과 함께 사용할 경우 응집되지 않고, 액상으로 분산되어 안정적으로 액상으로 유지되는 것에 더욱 좋다. 또한 상기 표면 처리된 수산화알루미늄을 사용하면 응집되더라도 재분산 시 분산이 쉽게 일어나 더욱 좋다.
상기 수산화알루미늄의 함량은 본 발명의 목적을 달성하는 것에서는 제한되지는 않지만, 예를 들면, 상기 액상 인계 분산제 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부를 사용할 수 있고, 더욱 좋게는 10 내지 30중량부, 더욱 더 좋겠는 10 내지 25중량부를 사용할 수 있으며, 상기 사용량의 경우 가스 발생량을 감소시킬 수 있고 난연 조성물의 저장안정성을 향상시키는 더욱 효과적이지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
2) 폴리올 조성물
상기 폴리올 조성물은 예를 들면, 폴리올, 촉매, 발포제, 및 반응성 브롬계 난연제가 포함될 수 있다.
또한 상기 폴리올 조성물은 액상 인계 난연제, 계면활성제, 겔링 또는 삼량화 촉매가 더 포함될 수 있다.
일 구현예로서 상기 폴리올 조성물은 상기 폴리올 100 중량부에 대하여 브롬계 반응성 난연제 5 내지 30 중량부, 발포 촉매 1.5~2.5 중량부, 물리적 발포제 12~15 중량부, 실리콘계 계면활성제 1.5~3 중량부가 포함된 것일 수 있다.
상기 폴리올의 일 예로는 제한하지 않지만 경질 폴리우레탄/폴리이소시아누레이트 폼에 사용되는 폴리에스테르 폴리올을 사용할 수 있는데, 이는 조성물의 난연성 및 내열성을 증대시킬 수 있다는 점에서 더욱 선호되지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 폴리에스테르 폴리올의 예를 들면 무수프탈산계, 테레프탈산계의 방향족 폴리에스테르 폴리올이 사용될 수 있지만 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 폴리에스테르 폴리올의 구체적인 예를 들면, 방향족 디카르복실산과 다가 알코올로 제조된 히드록시가 150~300인 것을 사용할 수 있다. 상기 히드록시가 범위를 갖는 폴리에스테르 폴리올을 사용하면 발포체에 준불연성을 부여할 수 있으며, 발생되는 독성 가스의 양을 억제시킬 수 있고, 경질 폴리우레탄계 발포체의 입축강도 및 휨강도등을 조절할 수 있어서 더욱 선호되지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 방향족 디카르복실산은 테레프탈산, 디메틸 테레프탈레이트(DMT), 무수프탈산(Pan) 및 이소프탈산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 다가 알코올은 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 디에틸렌글리콜 (diethylene glycol), 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 글리세린(glycerine), 트리메탄올프로판 (trimethanolpropane), 펜타에리스톨(pentaerythriol), 디펜타에리스톨 (dipentaerythriol), 알파메틸글루코시드(α-methylglucoside), 자일리톨(xylitol), 솔비톨(sorbitol)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 폴리올 조성물에 포함되는 발포 촉매는 예를 들면, 트리에틸아민, N-메틸모르폴린비스(2-디메틸아미노에틸)에테르, N,N,N',N",N"-펜타메틸디에틸렌 트리아민, N,N,N'-트리메틸아미노 에틸 에탄올 아민, 및/또는 비스(2-디메틸아미노에틸)에테르가 사용될 수 있고, 폴리올 조성물에 포함되는 성분들과 반응성을 고려하여 상기 촉매들 중 어느 하나 이상과 함께 삼량화 촉매로 디에틸렌 글리콜에 희석되어 있는 포타슘 옥토에이트(K-15)를 사용할 수 있다.
상기 발포제는 물리적 또는 화학적 발포제를 사용할 수 있다.
저비점을 가지는 물리적 발포제는 폴리올과 이소시아네이트가 반응하여 폴리우레탄을 형성할 때 발생하는 반응열에 의해 기화되어 발포가 이루어진다.
반면에 화학적 발포제로는 일반적으로 물이 사용되고 있으며, 물은 폴리우레탄 반응 시 이소시아네이트와 화학적 발열 반응으로 CO2가 생성되고, 생성된 CO2에 의해 폼의 발포가 이루어진다.
화학적 발포제로 물을 사용하는 경우 다음과 같은 반응 메커니즘으로 폴리우레탄이 생성되고 발포된다.
R-NCO+H2O → R-NH-CO-OH → R-NH2 + CO2
R-NH2 + R'- NCO → R- NH-CO-NH-R'
물분자와 이소시아네이트가 반응하여 불안정한 탄산이 형성되고 이것이 아민과 이산화탄소로 분해된다. 상기 아민은 다시 여분의 이소시아네이트와 반응하여 우레아 결합을 형성하게 되고 이산화탄소는 수지 내에 새로운 기포를 형성하며 계속하여 발생하는 가스는 이미 존재하는 기포를 성장시킴과 동시에 새로운 기포도 생성하게 된다.
발포체의 난연성 및 내열성을 유지하는 관점에서 물리적 발포제가 더욱 선호된다. 본 발명에서 사용되는 물리적 발포제로 수소화염화불화탄소계인 HCFC-141b(1,1-dichloro-1-fluoroethane, CAS No. 1717-00-6), 하이드로불화탄소계인 HFC-365mfc(CH3CF2CH2CF3, CAS No. 406-58-6), HCFC-245fa(CHF2CH2CF3, CAS No.460-73-1) 및/또는 탄화수소계인 (cyclo-, iso-, 또는 normal-)pentane이 사용될 수 있다. 친환경적 관점에서 C-Pantane를 사용하는 것이 좋지만, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 폴리올 조성물에 더 추가될 수 있는 계면활성제는 특별히 제한하지 않지만, 예를 들면, 실리콘계 계면활성제(에보닉 사의 제품명 B-8462)를 사용할 수 있다. 또한 상기 계면활성제는 반응원료의 혼합 안정화, 기포 발생, 기포의 안정화 등의 작용을 할 수 있다. 예를 들면, 표면장력을 감소시켜 셀의 크기를 작게 함으로써 표면적을 증가시킬 수 있고, 표면 탄성을 증가시켜 셀 파괴가 일어나기 전에 임계적으로 확장하는 막을 회복할 수 있도록 함으로써 폼 안정성을 높일 수 있으며, 셀 구조의 변형을 감소시키는 표면 점도를 증가시킬 수 있는 정포제의 역할을 한다. 상기 계면활성제는 폴리올 100 중량부에 대하여 1.5 내지 3 중량부가 포함될 수 있다.
상기 폴리올 조성물에 포함되는 반응형 브롬계 난연제는 난연제 내의 관능기(functional group)와 이소시아네이트계 화합물의 이소시아네이트기(-NCO)의 반응을 통해 폴리우레탄계 발포체 내에 화학적 결합되어 포함되므로 난연제가 외부 유출되는 blooming 현상이 없고, 난연 효과가 지속적으로 유지될 수 있다. 반응형 브로계 난연제의 Br은 난연 조성물에 포함되는 액상 인계 분산제와 상호작용으로 난연 효과를 상승시킬 수 있다.
상기 반응형 브롬계 난연제로 테트라브로모프탈레이트디올(CAS No. 77098-07-8), 테트라브로모비스페놀 A를 사용할 수 있지만, 이에 한정하는 것은 아니다.
3) 이소시아네이트계 화합물
일 구현예로서 상기 이소시아네이트계 화합물은 경질 폴리우레탄/폴리이소시아누레이트 폼에 사용되는 방향족 이소시아네이트계 화합물이 사용될 수 있지만, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 방향족 이소시아네이트계 화합물의 예로는 톨루엔디이소시아네이트, 톨릴렌디이소시아네이트, 메틸렌디페닐디이소시아 네이트, 테트라메틸크실렌디이소시아네이트, 나프탈렌디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 폴리메틸렌폴리페닐이소시아네이트, 수소화 메틸렌디페닐디 이소시아네이트, 수소화 톨릴렌디이소시아네이트, 이소시아네이트 함량이 25~50%인 폴리머릭 메틸렌디페닐디시소시아네이트 및 이들의 혼합물 등일 수 있지만, 상기 목적을 달성하는 데에는 이를 제한하지 않는다. 경질 폴리우레탄계 발포체를 형성한다는 관점에서 점도 100 내지 1000cp인 이소시아네이트계 화합물을 사용하는 것이 더 선호되지만 이에 한정하는 것은 아니다.
4) 기타 첨가제
본 발명의 폴리우레탄 발포체는 필러를 더 포함할 수 있다.
상기 필러는 입상 충진제, 층상 층진제, 섬유상 충진제 등을 포함한다. 상기 필러의 일 예를 들어보면, 탄산칼슘, 황산바륨, 실리카, 클레이, 탈크, 알루미늄하이드록 사이드, 멜라민 등의 입상 충진제, 마이카, 윌라스토나이트, 알루미늄 등의 층상 충진제 또는 각종 유리섬유, 탄소섬유, 알루미나섬유, 포타슘티타네이트 등의 섬유상 충진제 등을 예로 들 수 있다. 필러는 발포체의 경도를 상승시켜 주고 열안정성을 향상시키며 탄성 모듈러스를 향상시켜 주며 에너지 흡수에도 효과적이다.
이외에도 산화방지제, 오존방지제, UV안정제, 도전성 중합체 등과 같은 첨가제도 할 수 있다.
이하 본 발명의 일실시예에 따른 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법을 설명한다.
난연 조성물, 폴리올 조성물, 이소시아네이트계 화합물이 준비되면 각 원료를 일정 배합비율로 혼합한다. 일 구현예로서 상기 준불연 폴리우레탄 발포체는 먼저 폴리올 조성물 100 중량부에 대하여 난연 조성물 10 내지 40 중량부를 혼합하고, 폴리올 조성물 100 중량부에 대하여 이소시아네이트계 화합물 140 내지 160중량부가 되도록 상기 혼합물에 첨가하여 혼합한다. 폴리올 조성물과 난연 조성물을 먼저 혼합하고, 이소시아네이트계 화합물을 첨가하여 폴리올과 이소시아네이트계 화합물을 우레탄 반응시키는 경우, 우레탄 폼의 성형성이 더욱 우수하고, 폼의 품질이 균일하여 국부적인 불균일성이 없어서 선호되지만 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 일 구현예에 따른 본 발명의 폴리우레탄 발포체는 발포체의 강도와 난연성이 향상되고, 연소 시 가스 발생량이 감소하여 좋다.
이하, 본 발명의 물성 측정방법에 대하여 설명한다.
발포체의 난연성 평가
1) 콘칼로미터 시험법(KS F ISO 5660-1): 폼을 100mm(길이)x100mm(폭)x 50mm(두께)가 되도록 콘칼로리미터 시험용 샘플을 만들고, KS F ISO 5660-1에 준하여 복합 단열재의 심재로 사용되는 본 발명의 폴리우레탄계 발포체의 준불연재로서 난연 성능 평가하였다. 50kW/m2 복사열을 맞추어 콘히터의 온도 776℃, Blower의 속도는 24L/min, 산소농도는 20.950%에서 시험을 시작하여 10분간 진행하였다. 이로부터 총 방출열량, 최대 열방출률을 확인하였고, 두께 수축률은 50mm 두께의 본 발명 발포체를 상기 시험법에 따라 시험한 후 발포체의 두께 변화를 계산하여 두께 변화율을 평가하였다.
2) 가스유해성 시험(KS F 2271): 폼을 1,800mm(길이) x 1,300mm(폭) x 600mm(두께)가 되도록 가스유해성 시험용 샘플을 만들고, 상기 샘플에 열을 가하여 샘플에서 발생하는 연기에 실험용 흰쥐를 노출시키고 그 행동을 규정된 시간동안 지속적으로 측정, 쥐가 행동을 정할 때까지의 시간(행동 정지 시간)을 측정하였다. 이때 열은 220V 직류, 60Hz, 15A 전류를 가하여 발생시켰고, 프로판 가스를 70L/s 속도로 흘려 보냈다.
이하 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1
액상 난연 분산제인 트리(클로로이소프로필)포스페이트(TCPP) 100 중량부, 적린 40 중량부, 수산화알루미늄 20 중량부를 혼합하여 난연 조성물을 제조하였다.
테레프탈산 및 무수프탈산과 디에틸렌 글리콜로부터 제조되고, 히드록시가 240인 폴리에스테르 폴리올 100 중량부에 대하여 반응형 브롬계 난연제인 테트라브로모프탈레이트디올 10 중량부, 액상 인계 난연제인 트리(클로로이소프로필)포스페이트(TCPP) 15 중량부, 물 1.0 중량부, 실리콘계 계면활성제(에보닉 사의 B-8462) 2.0 중량부, 촉매로 N,N,N',N", N"-펜타메틸 디에틸렌트리아민 및 디에틸렌 글리콜에 희석되어 있는 포타슘 옥토에이트(K-15)를 2.0 중량부, 발포제 Cyclo-pentane 13 중량부를 혼합하여 폴리올 조성물을 제조하였다.
4000rpm까지 고속 교반이 가능한 교반 장치를 장착한 스테인레스 스틸 재질의 1L 용량의 배합조에 폴리올 조성물 100 중량부를 투입하여 상온에서 균일하게 교반하였다. 여기에 상기 폴리올 조성물 100 중량부에 대하여 난연 조성물 30 중량부, 경화제인 이소시아네이트계 화합물인 25~50%인 폴리머릭 메틸렌디페닐디시소시아네이트를 150 중량부를 혼합하여 7초간 3,500rpm 속도로 교반 후 나무 몰드에 부어 10분간 상온에서 경화한 후 나무 몰드로 부터 발포체를 탈형시켜 폴리이소시아네이트 우레탄(폴리우레탄계)발포체를 제조하였다. 그 결과를 표 2에 수정하였다.
실시예 2
히드록시가 240인 폴리에스테르 폴리올 100 중량부에 대하여 반응형 브롬계 난연제인 테트라브로모프탈레이트디올 15 중량부, 액상 인계 난연제인 트리(클로로이소프로필)포스페이트(TCPP) 15 중량부, 물 1.0 중량부, 실리콘계 계면활성제(에보닉 사의 B-8462) 2.0 중량부, 촉매로 N,N,N',N", N"-펜타메틸 디에틸렌트리아민 및 디에틸렌 글리콜에 희석되어 있는 포타슘 옥토에이트(K-15)를 2.0 중량부, 발포제 Cyclo-pentane 13 중량부를 혼합하여 폴리올 조성물을 제조한 것을 제외하면 실시예 1과 동일하게 제조하였다. 그 결과를 표 2에 수록하였다.
실시예 3
히드록시가 240인 폴리에스테르 폴리올 100 중량부에 대하여 반응형 브롬계 난연제인 테트라브로모프탈레이트디올 20 중량부, 액상 인계 난연제인 트리(클로로이소프로필)포스페이트(TCPP) 15 중량부, 물 1.0 중량부, 실리콘계 계면활성제(에보닉 사의 B-8462) 2.0 중량부, 촉매 N,N,N',N", N"-펜타메틸 디에틸렌트리아민 및 디에틸렌 글리콜에 희석되어 있는 포타슘 옥토에이트(K-15)를 2.0 중량부, 발포제 Cyclo-pentane 1.3 중량부를 혼합하여 폴리올 조성물을 제조한 것을 제외하면 실시예 1과 동일하게 제조하였다. 그 결과를 표 2에 수록하였다.
비교예 1
히드록시가 240인 폴리에스테르 폴리올 100 중량부에 대하여 액상 인계 난연제인 트리(클로로이소프로필)포스페이트(TCPP) 15 중량부, 물 1.0 중량부, 실리콘계 계면활성제(에보닉 사의 B-8462) 2.0 중량부, 촉매 N,N,N',N", N"-펜타메틸 디에틸렌트리아민 및 디에틸렌 글리콜에 희석되어 있는 포타슘 옥토에이트(K-15)를 2.0 중량부, 발포제 Cyclo-pentane 13 중량부를 혼합하여 제조된 폴리올 조성물 100 중량부에 대하여 이소시아네이트계 화합물 25~50%인 폴리머릭 메틸렌디페닐디시소시아네이트를 150 중량부를 혼합하여 7초간 3,500rpm 속도로 교반하여 폴리우레탄계 발포 조성물을 제조하였다. 교반한 폴리우레탄계 발포 조성물을 나무 몰드에 부어 10분간 상온에서 경화한 후 나무몰드로부터 발포체를 탈형시켜 폴리이소시아네이트 우레탄(폴리우레탄계)발포체를 제조하였다. 그 결과를 표 2에 수록하였다.
비교예 2
표 1과 같이, 비교예 1에서 반응형 난연제를 사용하지 않고, 대신에 수산화알루미늄을 난연 조성물에 40 중량부 더 포함한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 그 결과를 표 2에 수록하였다.
비교예 3
표 1과 같이, 비교예 1에서 반응형 난연제를 사용하지 않고, 난연 조성물에 적인을 40 중량부 더 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다. 그 결과를 표 2에 수록하였다.
표 1
표 2
표 2에는 각 실시예 및 비교예에 따른 폴리우레탄계 발포체의 난연 효과에 대한 데이터를 나타내었다.
준불연성 발포체는 콘칼로리미터법(KS F ISO 5660-1)에 따른 총열방출량이 8MJ/m2 이하이고, 열방출량이 연속으로 200kW/m2를 초과하는 시간이 10sec 이하이며, 시험체를 관통하는 방화상 유해한 균열 및 구멍이 없으며, 두께 수축율이 20% 이하이며, 또한 가스유해성시험(KS F 2271)이 9분 이상을 만족하였다.
본 발명의 실시예 1 내지 3은 총열방출량, 열방출량, 두께 수축률, 마우스행동정시간 모든 항목에서 준불연 성능을 만족하였다. 그러나 난연제가 포함되지 않은 비교예 1은 마우스행동정지시간이 다른 경우에 비해 매우 짧았으며, 본 발명의 난연조성물과 반응형 브롬계 난연제 함량이 많을수록 전반적으로 난연성능이 향상되는 것을 알 수 있다. 또한 실시예 1 내지 3에 있어서 방화상 유해한 균열이나 구멍은 육안으로 확인되지 않았다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (15)

  1. (A) 액상 인계 분산제 100 중량부에 대하여 적인 10~40 중량부 및 수산화알루미늄 5 내지 30 중량부를 포함하는 난연 조성물, (B) 폴리올 조성물 및 (C) 이소시아네이트계 화합물을 포함하는 폴리우레탄계 발포 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액상 인계 분산제는 액상 포스페이트계 난연제인 폴리우레탄계 발포 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액상 포스페이트계 난연제는 트리스할로알킬포스페이트 및/또는 트리알킬포스페이트인 폴리우레탄계 발포 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리우레탄계 발포 조성물은 폴리올 조성물 100 중량부에 대하여 상기 난연 조성물은 10 내지 40 중량부 및 상기 이소시아네이트계 화합물은 50 내지 300 중량부를 포함하는 폴리우레탄계 발포 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올 조성물은 폴리올, 촉매, 발포제 및 반응형 브롬계 난연제를 포함하는 것인 폴리우레탄계 발포 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발포제는 화학발포제, 또는 물리적 발포제인 폴리우레탄계 발포 조성물.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 폴리올 조성물은 폴리올 100 중량부에 대하여 반응형 브롬계 난연제 5 내지 30 중량부를 포함하는 폴리우레탄계 발포 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이소시아네이트계 화합물의 점도가 100cp~1000cp인 폴리우레탄계 발포 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중에서 선택되는 어느 한 항의 폴리우레탄계 발포 조성물로부터 얻어지는 준불연성 폴리우레탄계 발포체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 난연성 폴리우레탄 발포체는 KS F ISO 5660-1의 콘칼로리미터 시험 방법으로 측정한 총 방출열량이 8MJ/m2 이하인 준불연성 폴리우레탄계 발포체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 난연성 폴리우레탄 발포체는 KS F ISO 5660-1의 콘칼로리미터 시험 방법으로 측정하였을 때 두께 수축률이 20% 미만인 준불연성 폴리우레탄계 발포체.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 난연성 폴리우레탄 발포체는 가스유해성 시험에서 마우스 행동 정지 시간이 9분 이상인 준불연성 폴리우레탄계 발포체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 난연성 우레탄 발포체는 가스 유해성 시험에서 마우스 행동 정지 시간이 10분 이상인 준불연성 폴리우레탄계 발포체.
  14. 제9항의 준불연성 폴리우레탄계 발포체를 내부에 장착한 준불연성 단열재.
  15. 제1항 내지 제8항 중에서 선택되는 어느 한 항의 폴리우레탄계 발포 조성물을 더블컨베이어 상의 나무 몰드에서 발포체를 제조하는 단계를 포함하는 준불연성 폴리우레탄계 발포체의 제조방법.
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JP2018131555A (ja) * 2017-02-16 2018-08-23 積水化学工業株式会社 難燃性ウレタン樹脂組成物
JP2020007386A (ja) * 2018-07-03 2020-01-16 旭有機材株式会社 難燃性ポリウレタンフォーム用発泡性組成物

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