KR100402377B1 - 투명 폴리우레탄 제조 방법 - Google Patents

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.

Description

투명 폴리우레탄 제조 방법{Method for Preparation of Transparent Polyurethane}

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.

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.

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.

도1은 일반적인 폴리우레탄 제조 공정에서 사용되는 장치의 구성도.

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.

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.

상기한 본 발명에 의한 투명 폴리우레탄 제조 방법에서, 주제와 경화제의 혼합 이전에 주제 및 경화제의 각 원료 탱크에서 교반기를 작동시키지 않는 것임을특징으로 한다.

상기한 본 발명에 의한 투명 폴리우레탄 제조 방법에서, 주제 및 경화제의 각 원료 탱크에 건조 공기 주입을 차단하는 것임을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 투명 폴리우레탄 제조 방법을 상세하게 설명한다.

도1은 일반적인 폴리우레탄 제조 공정에서 사용되는 장치의 구성도이다.

본 발명에 의한 투명 폴리우레탄 제조 방법은 도1에 도시된 일반적인 폴리우레탄 제조 공정에서 사용되는 장치를 그대로 사용하여 투명 폴리우레탄을 제조하게 된다.

먼저, 도1에 도시된 장치의 각 부를 간단하게 설명한다.

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.

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.

도1에 도시된 바와 같은 일반적인 폴리우레탄 제조 공정에 사용되는 장치를 이용하여 투명 폴리우레탄을 제조하기 위하여, 본 발명에서는 원료 조건과 공정 조건을 제시한다.

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.

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.

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.

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.

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.

다음은 공정 조건을 설명한다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (5)

1. 수분 함량이 0.05 중량% 이하이며, 경화제의 주원료인 폴리에스테르폴리올의 점도를 500~2,000cps(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 하는 투명 폴리우레탄의 제조 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   우레탄의 발포를 위하여 주제와 경화제의 혼합시 임펠러의 회전 속도를 1,000 내지 5,000 rpm으로 하는 것임을 특징으로 하는 투명 폴리우레탄의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,

   주제와 경화제의 혼합 이전에 주제 및 경화제의 각 원료 탱크에서 교반기를 작동시키지 않는 것임을 특징으로 하는 투명 폴리우레탄의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,

   주제 및 경화제의 각 원료 탱크에 건조 공기 주입을 차단하는 것을 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 투명 폴리우레탄의 제조 방법.