KR20230164870A - 준불연성 폴리우레탄계 발포체 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 준불연성 폴리우레탄계 발포체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 난연 조성물, 폴리올조성물 및 이소시아네아트계 화합물이 포함된 조성물로 제조된 준불연성 폴리우레탄계 발포체 및 이를 이용한 준불연성 폴리우레탄 단열재에 관한 것이다.
Description
본 발명은 준불연성 폴리우레탄계 발포체 및 이의 제조방법에 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. 그러나 다른 한편으로는 건축 단열재에 의해 화재 확산이 일어나는 사건들이 종종 발생하여 종래에 단열재 소재에 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(Mineral Wool) 및 셀룰로오스 등이 있다.
폴리우레탄 계열의 단열재는 우수한 단열성뿐만 아니라 난연성까지 확보되어 복합 단열재나 주거용 단열재로 많이 사용되어 왔다. 다만, 비교적 취급이 간편하며 광범위한 적용이 가능한 상기 폴리우레탄 계열의 단열재의 경우 화재에 취약하며, 불에 타는 동안 유독가스를 발생하는 문제점으로 점차 규제가 늘고 있으며, 사용이 점점 어려워지고 있다.
더욱이, 요즘 건축물 대형화재로 인해 인명 및 재산피해가 적지 않아 건축물의 화재안정성 확보에 관심이 높아짐과 동시에 그 규정도 강화되고 있다.
이러한 건축물의 대형화재는 단열재 내에 포함되는 심재, 부속품의 난연 성능이 대형화재의 원인이 된다. 불에 타기 쉬운 재료는 화재 발생 시 화염과 동시에 짧은 시간에 많은 양의 유독가스를 발생시켜 화재확산 및 대부분의 인명피해의 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.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 단열재 자체에 준불연 성능을 부여할 수 있는 폴리우레탄계 발포 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 강화된 난연성능 평가에 따른 준불연 성능을 갖는 폴리우레탄계 발포체 및 이를 이용한 단열재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따라, (A) 액상 유기인산 난연제; 적린; 무기계 난연제 및 카본 소재를 포함하는 난연조성물; 및 (B) 폴리 에스테르계 폴리올, 이소시아네이트계 화합물 및 발포제를 포함하는 폴리올 조성물;을 포함하여 제조된 준불연성 폴리우레탄계 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 난연조성물은 액상 유기인산 난연제 100 중량부에 대하여 적린 10 내지 40 중량부, 무기계 난연제 5 내지 30 중량부, 카본 소재 5 내지 30중량부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 액상 유기인산 난연제는 액상 포스페이트계 난연제를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 무기계 난연제는 금속 수산화물을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 금속 수산화물은 수산화 알루미늄을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 카본 소재는 팽창흑연, 카본블랙 및 활성탄에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 카본 소재는 팽창흑연 및 카본블랙 또는 팽창흑연 및 활성탄을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 폴리에스테르계 폴리올 화합물은 방향족 디카르복실산과 다가 알코올로 제조된 것을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 폴리올 조성물은 촉매 및 브롬계 반응형 난연제를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 폴리올 조성물은 정포제를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 폴리올 조성물은 폴리올 100 중량부에 대하여 브롬계 반응형 난연제 5 내지 30중량부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 준불연성 폴리우레탄계 조성물은 폴리올 조성물 100 중량부에 대하여 상기 난연 조성물은 10 내지 40 중량부 및 상기 이소시아네이트계 화합물은 50 내지 300 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 이소시아네이트계 화합물의 점도가 100cp~1000cp인 것을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 상술된 폴리우레탄계 발포 조성물로 제조되는 준불연성 폴리우레탄계 발포체을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 준불연성 폴리우레탄계 발포체는 KS F ISO 5660-1에 따른 총 열방출열량이 8 MJ/m2이하이며, 두께 수축율은 20% 이하이며, 열방출율이 연속으로 200kW를 초과하는 시간(초)이 10초 이하인 것을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 준불연성 폴리우레탄계 발포체는 상기 물성을 만족하는 동시에 가스유해성 시험(KS F 2271)에서 마우스 행동 정지시간이 9분 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 준불연성 폴리우레탄계 발포체를 포함하는 준불연성 폴리우레탄 단열재를 제공할 수 있다.
본 발명은 S1)액상 난연 분산제, 적린, 무기계 난연제 및 카본소재를 혼합하여 난연조성물을 제조하는 단계; S2)폴리에스테르 폴리올, 반응형 브롬계 난연제, 액상 인계 난연제, 물, 정포제, 촉매 및 발포제를 혼합하여 폴리올 조성물을 제조하는 단계; S3)상기 제조된 폴리올 조성물에 상기 제조된 난연조성물 및 경화제를 혼합하여 경화한 후, 내부 발포체를 탈형시켜 준불연성 폴리우레탄계 발포체를 제조하는 것인, 준불연성 폴리우레탄계 발포체의 제조방법을 제공한다.
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.
또한, 본 발명에 따른 상기 폴리우레탄계 발포체를 포함하는 단열재는 총 열방출열량이 8 MJ/m2이하로 매우 낮으면서 동시에 열에 의한 두께 수축율이 20% 이하로, 화재발생시 상기 단열재의 폼 형태를 일정수준 이상 유지할 수 있는 장점이 있다.
이하 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 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.
본 발명에서 사용하는 "단열재"는 알루미늄 재질 또는 칼라강판 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.
본 발명은 (A) 액상 인계 분산제, 적린, 무기계 난연제 및 카본 소재를 포함하는 난연조성물; 및 (B) 폴리 에스테르계 폴리올, 이소시아네이트계 화합물 및 발포제를 포함하는 폴리올 조성물; 을 포함하여 제조된 준불연성 폴리우레탄계 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 난연 조성물은 액상 유기인산 난연제 100 중량부에 대하여 적린 10 내지 40 중량부, 무기계 난연제 5 내지 30 중량부, 카본 소재 5 내지 30 중량부를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 액상 인계 분산제는 액상 포스페이트계 난연제를 포함하는 것일 수 있으며, 구체적으로 상기 액상 포스페이트계 난연제는 트리할로알킬포스페이트 및/또는 트리알킬포스페이트일 수 있고, 구체적으로, 트리(클로로이소프로필)포스페이트(TCPP) 및/또는 트리에틸포스페이트(TEP)일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 폴리우레탄계 조성물에 상기 적린(Red phosphorus)이 포함됨에 따라, 상기 폴리우레탄계 조성물이 발포된 발포체 연소 시 발열량 억제 효과를 나타내기에 더욱 좋고, 구체적으로 발포체의 안정성 및 취급 용이성 측면에서 멜라민으로 코팅된 적린 또는 수분이 함유된 적린을 사용하는 것이 더 선호될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 적린의 함량은 본 발명의 목적을 달성하는 것에서는 제한되지는 않지만, 구체적으로, 액상 인계 분산제 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부를 사용할 수 있고, 구체적으로 20 내지 40 중량부를 사용할 수 있으나, 이 또한 제한되는 것은 아니다.
상기 적린이 상기 함량을 만족하는 경우 연소 시 발열량 억제 효과 발현에 더욱 좋아서 선호될 수 있지만 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 적린의 사용량은 사용되는 발포제의 밀도에 따라 그 함량을 조절하면 발열량 억제에 효과적일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 무기계 난연제는 금속 수산화물을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 금속 수산화물은 수산화 알루미늄을 포함하는 것일 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 재분산시 분산이 쉽게 일어나 더욱 좋다.
상기 무기계 난연제의 함량은 상기 액상 인계 분산제 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부를 사용할 수 있고, 구체적으로 10 내지 30 중량부, 구체적으로 10 내지 25 중량부를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 카본 소재는 팽창흑연, 카본블랙 및 활성탄에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있으며, 상기 액상 인계 분산제 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부를 사용할 수 있고, 구체적으로 10 내지 30 중량부, 구체적으로 10 내지 25 중량부를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 사용량의 경우 적린 함량을 감소 시켜도 방출열량을 낮출 수 있고 가스 유해성(마우스행동정지시간)을 개선 시킬 수 있다.
상기 팽창 흑연은 팽창률은 200배 이상, 예를 들면, 200~300배 일 수 있으며, 팽창 흑연의 입도는 특별히 한정하지 않지만 예를 들면 20 내지 200 메쉬(mesh), 좋게는 70 내지 180 메쉬, 더욱 좋게는 70 내지 160 메쉬의 것을 채택할 수 있지만 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 팽창 흑연의 입도가 상기 조건을 만족하는 경우 발포 시 노즐 및 필터가 막히는 문제를 억제할 수 있으며, 생산공정이 진행되기 어렵고 폼 강도가 저하될 수 있으며, 작으면 충분한 난연성능 구현이 어려워질 수 있다.
상기 카본블랙은 아세틸렌블랙 계열로 오일에 대한 흡수가 100 ~ 200(ml/100g), 비표면적 지표인 요오드흡착량 30 ~ 60mg/g의 제품을 사용하였다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 카본 소재는 팽창흑연, 카본블랙 및/또는 활성탄을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 상기 준불연성 폴리우레탄계 조성물이 팽창 흑연 및 카본블랙 또는 팽창흑연 및 활성탄을 포함함에 따라, 단독으로 팽창흑연, 카본블랙 또는 활성탄을 포함한 것 보다 더욱 우수한 난연 효과를 가질 수 있으며, 구체적으로
팽창흑연과 카본블랙을 혼합한 경우 더더욱 우수한 난연효과를 가질 수 있다.
상기 팽창흑연 및 카본블랙 또는 팽창흑연 및 활성탄의 혼합비는 제한되는 것은 아니나, 구체적으로 3:7 내지 7:3 일 수 있으며, 구체적으로 4:6 내지 6:4일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 폴리에스테르계 폴리올 화합물은 방향족 디카르복실산과 다가 알코올로 제조된 것을 포함할 수 있다.
상기 폴리에스테르 폴리올의 구체적인 예를 들면, 방향족 디카르복실산과 다가 알코올로 제조된 히드록시가 150~300 KOH/인 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 압축강도 및 휨강도등을 조절할 수 있어서 더욱 선호되지만 이제 제한되는 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) 및 자일리톨(xylitol), 솔비톨(sorbitol) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따라, 폴리올 조성물은 촉매 및 브롬계 반응형 난연제를 더 포함하는 것일 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 블루밍(blooming) 현상이 없고, 난연 효과가 지속적으로 유지될 수 있다.
반응형 브로계 난연제의 Br은 난연 조성물에 포함되는 액상 인계 분산제와 상호작용으로 난연 효과를 더욱 상승시킬 수 있다.
상기 반응형 브롬계 난연제로 테트라브로모프탈레이트디올(CAS No. 77098-07-8), 테트라브로모비스페놀 A를 사용할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따라, 본 발명의 일 양태에 따른, 상기 발포제는 화학발포제 또는 물리발포제일 수 있으며, 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 화학적 발포제로는 이제 제한되는 것은 아니지만 구체적으로 물을 포함하는 것일 수 있다. 상기 물은 폴리우레탄 반응 시 이소시아네이트와 화학적 발열 반응으로 CO2가 생성되고, 생성된 CO2에 의해 폼의 발포가 이루어진다.
상기 물리적발포제는 탄화수소계 발포제, 수소화염화불화탄소계 발포제, 하이드로불화탄소(HFC)계 발포제 또는 이들의 혼합물일 수 있으며 구체적으로 탄화수소계 발포제 일 수 있으며, 구체적으로 n-pentane 및/또는 Cyclo-pentane 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따라, 상기 폴리올 조성물에 정포제를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 정포제는 폴리우레탄 폼층의 기공을 형성하여 폴리우레탄 폼 형상을 제조하기 위해 첨가되는 것으로서, 상기 정포제는 일반적으로 우레탄 폼의 제조시 사용되는 것이면 적용할 수 있다. 구체적으로, 상기 정포제는 실리콘계 정포제 및 비이온계 계면활성제 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 정포제는 폴리알킬렌옥사이드가 치환된 폴리디메틸실록산을 포함할 수 있으며, 상기 폴리알킬렌옥사이드는 폴리에틸렌 옥사이드 또는/및 폴리프로필렌옥사이드를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다만 상기 정포제는 이에 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 일반적으로 사용되는 정포제를 이용할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 폴리올 조성물은 폴리올 100 중량부에 대하여 브롬계 반응형 난연제 5 내지 30중량부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 준불연성 폴리우레탄계 조성물은 폴리올 조성물 100 중량부에 대하여 상기 난연 조성물은 10 내지 40 중량부 및 상기 이소시아네이트계 화합물은 50 내지 300 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른, 상기 이소시아네이트계 화합물의 점도가 100cp~1000cp인 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 이소시아네이트계 화합물은 구체적으로 경질 폴리우레탄/폴리이소시아누레이트 폼에 사용되는 방향족 이소시아네이트계 화합물이 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 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 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으며, 구체적으로 수소화 메틸렌디페닐디 이소시아네이트, 수소화 톨릴렌디이소시아네이트, 이소시아네이트 함량이 25~50%인 폴리머릭 메틸렌디페닐디시소시아네이트 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 경질 폴리우레탄계 발포체를 형성한다는 관점에서 점도 100 내지 1000cp인 이소시아네이트계 화합물을 사용하는 것이 더 선호될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따라, 본 발명은 상기 준불연성 폴리우레탄계 조성물로 제조되는 준불연성 폴리우레탄계 발포체를 제공할 수 있다. 상기 준불연 폴리우레탄계 발포체의 경우 우수한 난연성 및 낮은 열전달성을 가지고 있으며, 기계적 물성 또한 우수하여 장기간 동안 사용하여도 난연성이 저하되는 것을 최대한 억제할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 준불연성 폴리우레탄계 발포체는 KS F ISO 5660-1에 따른 총 열방출열량이 8 MJ/m2이하이며, 두께 수축율은 20% 이하이며, 열방출율이 연속으로 200kW를 초과하는 시간(초)이 10초 이하인 것을 포함하는 것일 수 있다.
구체적으로 상기 준불연성 폴리우레탄계 발포체는 KS F ISO 5660-1에 따른 총 열방출열량이 1 내지 8MJ/m2 일 수 있으며, 구체적으로 2 내지 5 MJ/m2 일 수 있으며, 구체적으로 3 내지 4 MJ/m2 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 준불연성 폴리우레탄계 발포체는 상기 물성을 만족하는 동시에 가스유해성 시험(KS F 2271)에서 마우스 행동 정지시간이 9분 이상인 것을 포함하는 것일 수 있으며, 구체적으로 10분 이상일 수 있으며, 구체적으로 11 내지 15분 일수 있으며, 구체적으로 12 내지 15분일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 상기 준불연성 폴리우레탄계 발포체를 포함하는 준불연성 폴리우레탄 단열재를 제공할 수 있다.
본 발명은 S1)액상 난연 분산제, 적린, 무기계 난연제 및 카본소재를 혼합하여 난연조성물을 제조하는 단계; S2)폴리에스테르 폴리올, 반응형 브롬계 난연제, 액상 인계 난연제, 물, 정포제, 촉매 및 발포제를 혼합하여 폴리올 조성물을 제조하는 단계; S3)상기 제조된 폴리올 조성물에 상기 제조된 난연조성물 및 경화제를 혼합하여 경화한 후, 내부 발포체를 탈형시켜 준불연성 폴리우레탄계 발포체를 제조하는 것인, 준불연성 폴리우레탄계 발포체의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 액상 난연 분산제, 적린, 무기계 난연제 및 카본소재에 대해서는 앞서 상세히 설명하였으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 난연 조성물은 액상 유기인산 난연제 100 중량부에 대하여 적린 10 내지 40 중량부, 무기계 난연제 5 내지 30 중량부, 카본 소재 5 내지 30 중량부를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 폴리에스테르 폴리올, 반응형 브롬계 난연제, 액상 인계 난연제, 물, 정포제, 촉매 및 발포제에 대해서는 앞서 자세히 설명하였으므로, 여기서는 생략한다.
상기 폴리올 조성물은 폴리올 100 중량부에 대하여 브롬계 반응형 난연제 5 내지 30중량부를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 준불연성 폴리우레탄계 조성물은 폴리올 조성물 100 중량부에 대하여 상기 난연 조성물은 10 내지 40 중량부 및 상기 이소시아네이트계 화합물은 50 내지 300 중량부를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 폴리올 조성물과 난연조성물 및 이소시아네이트는 상온에서 혼합되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 혼합은 1,000 내지 5,000 rpm의 교반속도로 혼합될 수 있으며, 혼합시간은 1 내지 60초에서 혼합될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 교반속도 및 혼합시간을 만족함에 따라 매우 짧은 시간동안 경화되지 않고 상기 조성물들을 균일하게 혼합할 수 있는 장점이 있다.
상기 교반된 준불연성 폴리우레탄계 조성물은 상온에서 경화시키고 이후 발포체를 탈형하여 준불연성 폴리우레탄계 발포체를 제공할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다.
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 20.95%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 2,200mm(길이) x 2,200mm(폭) 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.
이하 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다.
[실시예 1]
액상 난연 분산제인 트리(클로로이소프로필)포스페이트(TCPP) 100 중량부, 적린 30 중량부, 수산화알루미늄 15 중량부, 카본블랙 10 중량부, 팽창흑연 10 중량부를 혼합하여 난연 조성물을 제조하였다.
테레프탈산 및 무수프탈산과 디에틸렌 글리콜로부터 제조되고, 히드록시가 220인 폴리에스테르 폴리올 100 중량부에 대하여 반응형 브롬계 난연제인 테트라브로모프탈레이트디올 10 중량부, 액상 인계 난연제인 트리(클로로이소프로필)포스페이트(TCPP) 15 중량부, 물 1.0 중량부, 정포제(실리콘계 정포제, 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.
1L 용량의 배합조에서 폴리올 조성물 100 중량부를 투입하여 상온에서 균일하게 교반하였다. 여기에 상기 폴리올 조성물 100 중량부에 대하여 난연 조성물 30 중량부, 경화제인 이소시아네이트계 화합물인 31%인 폴리머릭 메틸렌디페닐디시소시아네이트((Lupranat M20, BASF Co.)를 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 3에 나타내었다.
[실시예 2]
액상 난연 분산제인 트리(클로로이소프로필)포스페이트(TCPP) 100 중량부, 적린 30 중량부, 수산화알루미늄 15 중량부, 활성탄 10 중량부, 팽창흑연 10 중량부를 혼합하여 난연 조성물을 제조한 것을 제외하면 실시예 1과 동일하게 제조하였다. 그 결과를 표 2에 수록하였다.
[실시예 3]
액상 난연 분산제인 트리(클로로이소프로필)포스페이트(TCPP) 100 중량부, 적린 30 중량부, 수산화알루미늄 15 중량부, 팽창흑연 20 중량부를 혼합하여 난연 조성물을 제조한 것을 제외하면 실시예 1과 동일하게 제조하였다. 그 결과를 표 2에 수록하였다.
[비교예 1]
액상 난연 분산제인 트리(클로로이소프로필)포스페이트(TCPP) 100 중량부, 적린 50 중량부를 혼합하여 난연 조성물을 제조한 것을 제외하면 실시예 1과 동일하게 제조하였다. 그 결과를 표 2에 수록하였다.
[비교예 2]
액상 난연 분산제인 트리(클로로이소프로필)포스페이트(TCPP) 100 중량부, 적린 50 중량부, 전이금속인 CuO를 15 중량부를 혼합하여 난연 조성물을 제조한 것을 제외하면 실시예 1과 동일하게 제조하였다. 그 결과를 표 2에 수록하였다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교예1 | 비교예2 | |
| 난연조성물 (중량부) |
분산제 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 적인 | 30 | 30 | 30 | 50 | 50 | |
| 수산화알루미늄 | 15 | 15 | 15 | |||
| 카본블랙 | 10 | |||||
| 팽창흑연 | 10 | 10 | 20 | |||
| 활성탄 | 10 | |||||
| 전이금속(CuO) | 15 | |||||
| 난연조성물 배합비 (폴리올 혼합물 100 기준) |
30 | 30 | 30 | 30 | 30 | |
| 시험 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교예1 | 비교예2 | |
| 열방출 시험 | 총 방출열량 (MJ/m2) |
3.7 | 3.9 | 5.2 | 7.7 | 11.3 |
| 두께 수축률 (20% 미만) |
○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |
| 열방출율이 연속으로 200kW를 초과하는 시간(초) | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |
| 가스유해성 시험 | 마우스행동정지시간 (분:초) |
12:40 | 10:06 | 11:39 | 8:44 | 9:31 |
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.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Claims (18)
- (A) 액상 유기인산 난연제; 적린; 무기계 난연제 및 카본 소재를 포함하는 난연조성물; 및
(B) 폴리 에스테르계 폴리올, 이소시아네이트계 화합물 및 발포제를 포함하는 폴리올 조성물;을 포함하여 제조된 준불연성 폴리우레탄계 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 난연조성물은 액상 유기인산 난연제 100 중량부에 대하여 적린 10 내지 40 중량부, 무기계 난연제 5 내지 30 중량부, 카본 소재 5 내지 30중량부를 포함하는 것인, 준불연성 폴리우레탄계 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 액상 유기인산 난연제는 액상 포스페이트계 난연제를 포함하는 것인, 준불연성 폴리우레탄계 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 무기계 난연제는 금속 수산화물을 포함하는 것인, 준불연성 폴리우레탄계 조성물.
- 제 4항에 있어서,
상기 금속 수산화물은 수산화 알루미늄을 포함하는 것인, 준불연성 폴리우레탄계 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 카본 소재는 팽창흑연, 카본블랙 및 활성탄에서 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 준불연성 폴리우레탄계 조성물.
- 제 6항에 있어서,
상기 카본 소재는 팽창흑연 및 카본블랙 또는 팽창흑연 및 활성탄을 포함하는 것인, 준불연성 폴리우레탄계 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 폴리에스테르계 폴리올 화합물은 방향족 디카르복실산과 다가 알코올로 제조된, 준불연성 폴리우레탄계 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 폴리올 조성물은 촉매 및 브롬계 반응형 난연제를 더 포함하는 것인, 준불연성 폴리우레탄계 조성물.
- 제 9항에 있어서,
상기 폴리올 조성물은 정포제를 더 포함하는 것인, 준불연성 폴리우레탄계 조성물.
- 제 9항에 있어서,
상기 폴리올 조성물은 폴리올 100 중량부에 대하여 브롬계 반응형 난연제 5 내지 30중량부를 포함하는 것인, 준불연성 폴리우레탄계 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 준불연성 폴리우레탄계 조성물은 폴리올 조성물 100 중량부에 대하여 상기 난연 조성물은 10 내지 40 중량부 및 상기 이소시아네이트계 화합물은 50 내지 300 중량부를 포함하는 것인, 준불연성 폴리우레탄계 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 이소시아네이트계 화합물의 점도가 100cp~1000cp인 준불연성 폴리우레탄계 조성물.
- 제 1항 내지 제 13항에서 선택되는 어느 한 항의 폴리우레탄계 발포 조성물로 제조되는 준불연성 폴리우레탄계 발포체.
- 제 14항에 있어서,
상기 준불연성 폴리우레탄계 발포체는 KS F ISO 5660-1에 따른 총 열방출열량이 8 MJ/m2이하이며, 두께 수축율은 20% 이하이며, 열방출율이 연속으로 200kW를 초과하는 시간(초)이 10초 이하인 것인, 준불연성 폴리우레탄계 발포체.
- 제 14항에 있어서,
상기 준불연성 폴리우레탄계 발포체는 상기 물성을 만족하는 동시에 가스유해성 시험(KS F 2271)에서 마우스 행동 정지시간이 9분 이상인 것인, 준불연성 폴리우레탄계 발포체.
- 제 14항의 준불연성 폴리우레탄계 발포체를 포함하는 준불연성 폴리우레탄 단열재.
- S1)액상 난연 분산제, 적린, 무기계 난연제 및 카본소재를 혼합하여 난연조성물을 제조하는 단계;
S2)폴리에스테르 폴리올, 반응형 브롬계 난연제, 액상 인계 난연제, 물, 정포제, 촉매 및 발포제를 혼합하여 폴리올 조성물을 제조하는 단계;
S3)상기 제조된 폴리올 조성물에 상기 제조된 난연조성물 및 경화제를 혼합하여 경화한 후, 내부 발포체를 탈형시켜 준불연성 폴리우레탄계 발포체를 제조하는 것인, 준불연성 폴리우레탄계 발포체의 제조방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR20110133107A (ko) | 2010-06-04 | 2011-12-12 | 한서대학교 산학협력단 | 내화성 복합 소재 제조방법 |
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