KR100402377B1 - Method for Preparation of Transparent Polyurethane - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투명 폴리우레탄의 제조 방법에 관한 것으로서, 수분 함량이 0.05 중량% 이하이며, 경화제의 주원료인 폴리에스테르폴리올의 점도를 500 내지 2,000cps(40℃)로 제한하고, 가교제의 함량을 2 내지 5 중량%로 제한하며, 주제 및 경화제를 포함하는 반응 원료의 사용 온도를 50 내지 60℃로 하고, 주제와 경화제의 혼합시 임펠러의 날개 방향을 이중화하여 임펠러가 회전할 때에, 제1방향의 날개에 의하여 발생하는 기포가 제2방향으로 편향된 날개에 의하여 상쇄되도록 임펠러의 회전 방향을 이중화하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 본 발명에서 제시하는 원료 조건 및 공정 조건에 의하여, 종래에 사용되고 있던 폴리우레탄 제조 장치를 그대로 사용하면서도 투명한 폴리우레탄을 생성할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to a method for producing a transparent polyurethane, the water content is 0.05% by weight or less, the viscosity of the polyester polyol which is the main raw material of the curing agent to 500 to 2,000cps (40 ℃), and the content of the crosslinking agent is 2 to It is limited to 5% by weight, the operating temperature of the reaction raw material containing the main agent and the curing agent is 50 to 60 ℃, the blade of the first direction when the impeller is rotated by dualizing the wing direction of the impeller when mixing the main agent and the curing agent It is characterized in that the rotation direction of the impeller is doubled so that the bubbles generated by the offset by the blade deflected in the second direction. According to the present invention, the raw material conditions and the process conditions presented in the present invention have the advantage of being able to produce a transparent polyurethane while still using the polyurethane production apparatus used in the prior art.
Description
본 발명은 투명 폴리우레탄 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 폴리우레탄 발포기의 구조 변화없이 제조 공정 조건을 변화시켜서 투명한 폴리우레탄을 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a transparent polyurethane, and more particularly to a method for producing a transparent polyurethane by changing the manufacturing process conditions without changing the structure of the polyurethane foaming machine.
폴리우레탄은 폴리에스테르계와 폴리에테르계로 구분되는데, 종래 투명 폴리우레탄의 제조는 전적으로 수작업으로 진행되거나 특수한 기계를 사용하였다. 특히, 폴리에스테르계 폴리우레탄의 경우 축합 반응이 수반되므로 제조 공정 도중에 발생하는 수분이 반응기의 이소시안기(NCO)와 결합하여 이산화탄소 기체를 생성하고, 이와 같은 기체가 폴리우레탄을 뿌옇게 하여 투명도를 떨어뜨리는 주원인이 되므로, 경화 도중에 압력을 가하여 이러한 기체를 제거하기 위하여 유압기를 사용하여야만 하였다.Polyurethane is divided into polyester-based and polyether-based. In the prior art, the production of transparent polyurethane was performed entirely by hand or using a special machine. In particular, in the case of polyester-based polyurethane, the condensation reaction is accompanied, so that water generated during the manufacturing process is combined with the isocyanate group (NCO) of the reactor to generate carbon dioxide gas, and this gas causes the polyurethane to become cloudy, resulting in poor transparency. Because of the main cause of flotation, a hydraulic press must be used to remove this gas by applying pressure during curing.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 유압기와 같은 별도의 장비가 필요없이 원료 및 제조 공정 조건을 변경하여 종래에 사용하는 폴리우레탄 발포기를 이용하면서도 투명한 성질을 가지는 투명 폴리우레탄의 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to solve the conventional problems, using a polyurethane foaming machine used in the prior art by changing the raw materials and manufacturing process conditions without the need for a separate equipment, such as a hydraulic pressure, a method of producing a transparent polyurethane To provide.
도1은 일반적인 폴리우레탄 제조 공정에서 사용되는 장치의 구성도.1 is a block diagram of a device used in a general polyurethane manufacturing process.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 투명 폴리우레탄의 제조 방법은, 수분 함량이 0.05 중량% 이하이며, 경화제의 주원료인 폴리에스테르폴리올의 점도를 500 내지 2,000cps(40℃)로 제한하고, 가교제의 함량을 2 내지 5 중량%로 제한하며, 주제 및 경화제를 포함하는 반응 원료의 사용 온도를 50 내지 60℃로 하고, 주제와 경화제의 혼합시 임펠러의 날개 방향을 이중화하여 임펠러가 회전할 때에, 제1방향의 날개에 의하여 발생하는 기포가 제2방향으로 편향된 날개에 의하여 상쇄되도록 임펠러의 회전 방향을 이중화하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the object as described above, the method for producing a transparent polyurethane according to the present invention, the water content is 0.05% by weight or less, the viscosity of the polyester polyol which is the main raw material of the curing agent to 500 to 2,000cps (40 ℃) The content of the crosslinking agent is limited to 2 to 5% by weight, the use temperature of the reaction raw material including the main material and the curing agent is 50 to 60 ° C, and the impeller is doubled by the double direction of the impeller when the main material and the curing agent are mixed. When rotating, the direction of rotation of the impeller is doubled so that the bubbles generated by the vanes in the first direction are canceled by the vanes deflected in the second direction.
상기한 본 발명에 의한 투명 폴리우레탄 제조 방법에서, 우레탄의 발포를 위하여 주제와 경화제의 혼합시 임펠러의 회전 속도를 1,000 내지 5,000 rpm으로 하는 것임을 특징으로 한다.In the method for producing a transparent polyurethane according to the present invention, it is characterized in that the rotational speed of the impeller is 1,000 to 5,000 rpm when mixing the main agent and the curing agent for the foaming of the urethane.
상기한 본 발명에 의한 투명 폴리우레탄 제조 방법에서, 주제와 경화제의 혼합 이전에 주제 및 경화제의 각 원료 탱크에서 교반기를 작동시키지 않는 것임을특징으로 한다.In the above-described method for producing a transparent polyurethane according to the present invention, the stirrer is not operated in each raw material tank of the main body and the curing agent before mixing the main body and the curing agent.
상기한 본 발명에 의한 투명 폴리우레탄 제조 방법에서, 주제 및 경화제의 각 원료 탱크에 건조 공기 주입을 차단하는 것임을 특징으로 한다.In the method for producing a transparent polyurethane according to the present invention, it is characterized in that the injection of dry air into each raw material tank of the main material and the curing agent.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 투명 폴리우레탄 제조 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for preparing a transparent polyurethane according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 일반적인 폴리우레탄 제조 공정에서 사용되는 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a device used in a general polyurethane manufacturing process.
본 발명에 의한 투명 폴리우레탄 제조 방법은 도1에 도시된 일반적인 폴리우레탄 제조 공정에서 사용되는 장치를 그대로 사용하여 투명 폴리우레탄을 제조하게 된다.Transparent polyurethane production method according to the present invention is to use a device used in the general polyurethane manufacturing process shown in Figure 1 as it is to produce a transparent polyurethane.
먼저, 도1에 도시된 장치의 각 부를 간단하게 설명한다.First, each part of the apparatus shown in FIG. 1 is briefly described.
주제 탱크(10) 및 경화제 탱크(20)는 주제 및 경화제를 발포기에 투입하기 위한 것으로서, 이 안에서 반응이 생기지는 않는다. 일반적으로 주제 탱크 및 경화제 탱크에는 각 원료 내에 층분리가 생기기 않도록 교반하기 위하여 각각 교반기(11,12)가 장착되어 있다.The main tank 10 and the hardener tank 20 are for injecting the main and hardener into the foamer, and there is no reaction therein. In general, the main tank and the hardener tank are equipped with stirrers 11 and 12, respectively, in order to stir so that no separation occurs in each raw material.
원료 순환 모터 펌프(30)는 일정한 압력으로 원료(주제 및 경화제)를 발포기(40)로 주입한다. 주제와 경화제는 발포기(40)에서 비로소 혼합되어 폴리우레탄을 형성한다. 발포기(40)에는 임펠러(41)가 장착되어 있는데 임펠러(41)는 그 표면에 많은 수의 날개를 가지고 있어서 주제와 경화제가 서로 골고루 섞이게 한다. 혼합 모터(50)는 임펠러(41)를 구동한다. 온수 탱크(60)는 원료의 온도를 일정하게 유지시키기 위하여 순환하는 온수를 보관하는 것이고, 세척용제 탱크(70)는경화 후 장치 내에 남아있는 찌꺼기를 제거하기 위한 세척 용제를 보관하는 탱크이다. 도1의 장치에서 발포기(40)에서 반응하여 생성되는 폴리우레탄이 금형(80)에 부어져서 경화되어 원하는 형상의 폴리우레탄 성형품을 제조하게 된다.The raw material circulation motor pump 30 injects the raw material (the subject and the hardener) into the foamer 40 at a constant pressure. The master and the hardener are finally mixed in the foamer 40 to form the polyurethane. The foamer 40 is equipped with an impeller 41, which has a large number of wings on its surface, so that the main body and the hardener are evenly mixed with each other. The mixing motor 50 drives the impeller 41. The hot water tank 60 is to store hot water circulating to maintain a constant temperature of the raw material, the cleaning solvent tank 70 is a tank for storing the cleaning solvent for removing the residue remaining in the device after curing. In the apparatus of FIG. 1, the polyurethane produced by the reaction in the foamer 40 is poured into the mold 80 and cured to produce a polyurethane molded article having a desired shape.
도1에 도시된 바와 같은 일반적인 폴리우레탄 제조 공정에 사용되는 장치를 이용하여 투명 폴리우레탄을 제조하기 위하여, 본 발명에서는 원료 조건과 공정 조건을 제시한다.In order to manufacture the transparent polyurethane using the apparatus used in the general polyurethane manufacturing process as shown in Figure 1, the present invention presents the raw material conditions and process conditions.
먼저 원료 조건으로는, 주제 및 경화제의 반응 원료의 수분 함량이 0.05 중량% 이하로 하고, 특히 경화제의 주원료인 폴리에스테르폴리올의 점도를 500~2,000cps(40℃)로 제한하며, 가교제의 함량을 2 내지 5 중량%로 제한한다. 또한, 주제 및 경화제를 포함하는 반응 원료의 사용 온도를 50 내지 60℃로 한다.First, as raw material conditions, the water content of the reaction raw materials of the main agent and the curing agent is 0.05% by weight or less, and in particular, the viscosity of the polyester polyol which is the main raw material of the curing agent is limited to 500 to 2,000 cps (40 ° C.), and the content of the crosslinking agent is limited. It is limited to 2 to 5% by weight. In addition, the use temperature of the reaction raw material containing a main body and a hardening | curing agent shall be 50-60 degreeC.
발포 폴리우레탄의 원료의 수분 함량은 일반적으로 0.3 내지 1.0 중량%이다. 원료에 포함되어 있는 수분은 이소시안기(NCO)와 반응하여 이산화탄소 기체를 생성하고, 이러한 기체의 기포는 폴리우레탄을 뿌옇게 보이게 하므로 투명 폴리우레탄을 제조하기 위하여는 원료내의 수분의 함량을 제한하여야 한다. 본 발명자의 실험에 의하면, 수분의 함량은 최소한 0.05 중량% 이하이어야 하고, 그 최저 한계치는 0.01 중량%인 것으로 밝혀졌다.The moisture content of the raw material of the foamed polyurethane is generally from 0.3 to 1.0% by weight. Moisture contained in the raw material reacts with the isocyanate group (NCO) to produce carbon dioxide gas, and the bubble of such gas makes the polyurethane appear cloudy, so the content of moisture in the raw material must be limited in order to prepare the transparent polyurethane. . In our experiments, it was found that the content of moisture should be at least 0.05% by weight and the lowest limit was 0.01% by weight.
한편, 원료의 점도가 높을수록 투명도가 저하된다. 특히 일반적으로 경화제의 주원료인 폴리에스테르폴리올을 선택할 때에 그 점도가 2,000 내지 4,000cps( 40℃) 까지의 것들을 사용하는데, 본 발명에서는 경화제의 주원료인 폴리에스테르폴리올의 점도를 500~2,000cps(40℃)로 제한한다.On the other hand, the higher the viscosity of the raw material, the lower the transparency. In particular, when the polyester polyol which is a main raw material of the curing agent is generally selected, those having a viscosity of 2,000 to 4,000 cps (40 ° C.) are used. In the present invention, the viscosity of the polyester polyol which is the main raw material of the curing agent is 500 to 2,000 cps (40 ° C.). Restrict to).
폴리우레탄의 원료 중 가교제는, 경도, 탄성 및 촉감 성능을 향상시키기 위한 것인데, 본 발명자의 실험에 의하면 원료 중 가교제의 함량이 커지면 투명도가 낮아지는 것이 밝혀졌다. 따라서 본 발명에서는 가교제의 함량을 2 내지 5 중량%로 제한한다. 참고로, 일반적인 발포 폴리우레탄 제조시, 가교제는 6 내지 15 중량% 사용한다.The crosslinking agent in the raw material of the polyurethane is for improving the hardness, elasticity and tactile performance. According to the experiments of the present inventors, the transparency of the crosslinking agent in the raw material is lowered. Therefore, in the present invention, the content of the crosslinking agent is limited to 2 to 5% by weight. For reference, in the preparation of general foamed polyurethane, the crosslinking agent is used 6 to 15% by weight.
이외에도, 첨가제는 투명한 폴리우레탄의 제조에 불순물로 작용하기 때문에, 본 발명에서는 원료 중, 입자를 곱게 만들고 반응의 안정성을 위하여 일반적으로 사용되는 실리콘계 정포제 또는 소포제 등의 기타 첨가제를 사용하지 않는다.In addition, since the additive acts as an impurity in the preparation of the transparent polyurethane, the present invention does not use other additives such as silicon-based foam stabilizers or defoamers, which are generally used to make particles fine and stabilize the reaction.
다음은 공정 조건을 설명한다.The following describes process conditions.
공정 조건 중 기초적인 것은 사용되는 원료의 온도이다. 이는 도1에 도시된 장치에서 온수 탱크(60)에 의하여 조절된다. 본 발명자들의 실험에 의하면, 원료의 온도가 높을수록 투명도는 상승되는 것으로 확인되었다. 일반적인 폴리우레탄 원료의 사용 온도는 20 내지 40℃이다. 그러나, 본 발명에서는 폴리우레탄의 투명도를 높이기 위하여, 원료의 사용 온도를 50 내지 60℃로 한다.The basic of the process conditions is the temperature of the raw materials used. This is controlled by the hot water tank 60 in the apparatus shown in FIG. According to the experiments of the inventors, the higher the temperature of the raw material, the higher the transparency was confirmed. The use temperature of a general polyurethane raw material is 20-40 degreeC. However, in this invention, in order to raise the transparency of a polyurethane, the use temperature of a raw material shall be 50-60 degreeC.
다음으로, 공정 조건 중 가장 중요한 것은, 발포기의 임펠러의 회전 방향 및 그 속도이다. 일반적인 폴리우레탄 제조 공정에서 기포가 가장 많이 발생하는 것은 발포 공정에서 임펠러의 회전에 의하여 발생하는 기포에 의한 것이다. 발포기의 특성상 주제와 경화제가 골고루 혼합되어야 하므로 임펠러를 사용하지 않을 수는 없다.Next, the most important of the process conditions are the rotational direction and the speed of the impeller of the foaming machine. In the general polyurethane manufacturing process, the most bubbles are caused by bubbles generated by the rotation of the impeller in the foaming process. Due to the nature of the foaming machine, the impeller must be avoided because the main agent and the hardener must be evenly mixed.
따라서, 본 발명에서는 발포기에서의 임펠러의 회전 방향을 조절하여 생성된기포를 상쇄하고자 한다. 더욱 상세하게 설명하면, 임펠러의 회전 방향을 이중화하는 것이다. 회전 방향을 이중화하는 방식으로 특히, 임펠러의 날개 방향을 이중화하여 임펠러 자체는 일방향으로 구동 회전시켜도 그 날개 방향에 의하여 제1방향 날개에 의하여 발생하는 기포가 제2방향으로 편향된 날개의 의하여 상쇄되도록 한다.Therefore, in the present invention, it is intended to offset the generated bubbles by adjusting the direction of rotation of the impeller in the foaming machine. In more detail, the rotation direction of an impeller is doubled. In particular, the direction of the rotation of the impeller is doubled so that the impeller itself can be driven and rotated in one direction so that the bubbles generated by the first direction of the impeller are offset by the wing deflected in the second direction. .
또한, 본 발명에서는 제조되는 제품의 품질을 떨어뜨리지 않는 범위내에서 임펠러의 회전 속도를 최대한 제한한다. 본 발명자의 실험에 의하면, 이러한 목적을 달성하기 위하여, 바람직한 임펠러의 회전 속도는 1,000 내지 5,000 rpm의 범위이다. 참고로 일반적인 폴리우레탄 제조 공정에서 임펠러의 회전 속도는 5,000 내지 12,000 rpm이다.In addition, in the present invention, the rotation speed of the impeller is limited as much as possible without deteriorating the quality of the manufactured product. According to the experiments of the present inventors, in order to achieve this object, the preferred rotation speed of the impeller is in the range of 1,000 to 5,000 rpm. For reference, the rotation speed of the impeller in a general polyurethane manufacturing process is 5,000 to 12,000 rpm.
도1에 도시된 일반적인 폴리우레탄 제조시 사용되는 장치에서 주제 탱크 및 경화제 탱크에 교반기가 장착되어 있다. 이는 일반적으로는, 주제나 경화제 내부에 층 분리가 생기지 않도록 서서히 교반시키는 역할을 한다. 그러나, 이는 또한 주제나 경화제 원료 자체 내부에 기포를 발생시킬 수 있기 때문에 폴리우레탄의 투명도에는 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 발명에서는 주제 탱크 및 경화제 탱크의 교반기를 작동시키지 않는다. 본 발명에서 각 원료 탱크에 교반기를 작동시키지 않아도 별 문제가 없는 것은 본 발명에서 사용되는 원료에 가교제 함량이 낮고, 기타 첨가제를 사용하지 않으며, 경화제의 점도를 제한했기 때문이다.In the apparatus used in the general polyurethane production shown in FIG. 1, a stirrer is mounted on the main tank and the hardener tank. This generally serves to stir slowly so that no layer separation occurs inside the main or curing agent. However, this may also adversely affect the transparency of the polyurethane because it may generate bubbles inside the main material or the curing agent raw material itself. Therefore, in the present invention, the agitator of the main tank and the hardener tank is not operated. In the present invention, there is no problem even if the agitator is not operated in each raw material tank because the content of the raw material used in the present invention is low in crosslinking agent, does not use other additives, and limits the viscosity of the curing agent.
또한 본 발명에서는 각 원료 탱크에 건조 공기를 주입하지 않는다. 일반적인 폴리우레탄 제조 공정에서는, 발포기의 압력을 일정하게 유지시키기 위하여, 건조공기를 계속적으로 주입하게 된다. 그러나, 이러한 건조 공기에 조금이라도 포함된 수분의 영향으로 폴리우레탄의 투명도가 저하될 우려가 있으므로, 본 발명에서는 건조 공기의 주입을 차단한다.In addition, in this invention, dry air is not inject | poured into each raw material tank. In a general polyurethane manufacturing process, in order to keep the pressure of the foaming machine constant, dry air is continuously injected. However, since the transparency of polyurethane may fall by the influence of the moisture contained even in such dry air at least, in this invention, injection of dry air is interrupted | blocked.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서 제시하는 원료 조건 및 공정 조건에 의하여, 종래에 사용되고 있던 폴리우레탄 제조 장치를 그대로 사용하면서도 투명한 폴리우레탄을 생성할 수 있다.As described above, according to the raw material conditions and the process conditions presented in the present invention, a transparent polyurethane can be produced while still using the polyurethane manufacturing apparatus conventionally used as it is.
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