KR101578059B1

KR101578059B1 - 산 경화제를 사용하지 않고 발포한 페놀수지 기반의 경질 폴리우레탄 폼 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101578059B1
Application number: KR1020140000883A
Authority: KR
Inventors: 김상범; 조좌룡; 김보라; 이주찬; 서중석; 임지형
Original assignee: 경기대학교 산학협력단; 한국원자력연구원
Priority date: 2014-01-03
Filing date: 2014-01-03
Publication date: 2015-12-17
Also published as: KR20150081398A; WO2015102373A1

Abstract

본 발명은 기존의 페놀 폼이 고온에서 열적으로 안정하지만 강도가 약해 쉽게 부스러지고 단열성이 떨어진다는 문제와, 기존의 경질 폴리우레탄 폼이 단열성과 강도는 우수하지만 200℃이상에서 급격히 분해되는 문제가 있다는 점에 착안하여 페놀수지 기반의 폴리우레탄 폼을 합성함으로써 두 물질의 단점을 서로 보완하고, 기존의 발표된 연구와는 달리 산 경화제를 사용하지 않음으로써 금속의 부식을 유발하지 않는 페놀수지 기반의 경질 폴리우레탄 폼에 관한 것이다.

Description

산 경화제를 사용하지 않고 발포한 페놀수지 기반의 경질 폴리우레탄 폼 및 이의 제조방법{FOAMED HARD POLYURETHANE FOAM BASED ON PHENOLIC RESIN WITHOUT USING ACID HARDENER AND METHOD FOR PRODUCING IT}

본 발명은 기존의 페놀 폼이 고온에서 열적으로 안정하지만 강도가 약해 쉽게 부스러지고 단열성이 떨어진다는 문제와, 기존의 경질 폴리우레탄 폼이 단열성과 강도는 우수하지만 200℃ 이상에서 급격히 분해되는 문제가 있다는 점에 착안하여 페놀수지 기반의 폴리우레탄 폼을 합성함으로써 두 물질의 단점을 서로 보완하고, 또한 기존의 발표된 연구와는 달리 산 경화제를 사용하지 않고 발포함으로써, 금속의 부식을 유발하지 않는 페놀수지 기반의 경질 폴리우레탄 폼 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일상생활에 널리 사용되고 있는 고분자 물질은 우수한 가공성, 경량성, 경제성이 뛰어나다는 장점을 바탕으로 항공기, 차량, 열차, 건축 구조재 및 내장재, 생활용 품등 금속 재료나 무기재료를 대신하여 많은 부분을 차지하고 있다. 하지만 고분자 물질의 특성상 낮은 열과 화염에 약하고 반응 시 인체에 치명적인 독성 가스와 다량의 연기를 발생시키는 단점이 있다.

발생한 연기는 사람의 가시성과 방향성을 잃게 하여 독성가스에 노출되는 시간을 길어지게 하고 결과적으로 대피능력을 상실하게 한다는 단점이 있다.

또한 고분자 물질에 할로겐이나 인계의 난연재를 첨가한 단열재가 사용되고 있지만 각종 할로겐이나 인계의 난연재를 첨가하여도 수지 자체가 열에 약하고 가소성이기 때문에 열적 안정성에는 한계가 있으며, 난연재 첨가시 생산단가가 고가이기 때문에 난연재의 사용을 기피하고 있는 실정이다. 더욱이 인계화합물은 수용성의 것이 많기 때문에 폐기시에 용출하여 환경오염을 유발시킨다.

고분자 물질의 사용이 증가함에 따라 고분자 물질의 열적 안정성을 개선하고자 하는 연구는 더욱 활발히 진행되어 지고 있는 가운데 최근에는 내열성 단열재의 연구에 할로겐이나 인계의 난연재를 사용하지 않고 그 자체가 열에 강하고 연소하기 어려운 구조를 갖는 페놀수지 성형재료를 이용한 단열재의 개발 움직임이 확산되고 있다.

페놀수지는 반응하는 결합수를 많이 갖는 다관능형이고 성형재료 전체로서 용이하게 탄화되고 불꽃을 차단하는 피막을 형성하기 때문에 종래 환경부하가 큰 난연재를 첨가하지 않아도 그 자체가 극히 높은 내열성 및 난연성을 갖는다.

이 같은 요망에 부응하기 위하여 국.내외적으로 난연성 수지재료로 페놀수지(phenol resin)를 활용하려는 연구가 진행되고 있다. 특히 페놀수지(phenol resin)는 연소시에 할로겐 화합물과 같은 유해가스가 발생하지 않고 열안전성이 우수하기 때문에 전 세계적으로 페놀수지를 이용한 단열재의 연구가 집중되고 있다.

이와 관련하여, 종래 대한민국 공개특허 10-2009-0090298(공개일자 2009.08.25) '경질 폴리우레탄 폼의 제조 방법 및 경질 폴리우레탄 폼'; 대한민국 공개특허 10-2010-0075414(공개일자 2010.07.02) '경질 폴리우레탄 폼 제조용 조성물 및 경질 폴리우레탄 폼'; 대한민국 등록특허 10-0568213(등록일자 2006.03.30) '경질 폴리우레탄 폼의 제조방법'; 대한민국 공개특허 10-2006-0135528(공개일자 2006.12.29) '폴리이소시아네이트 성분 및 경질 폴리우레탄 폼'; 대한민국 공개특허 10-2011-0139273(공개일자 2011.12.28) '경질 폴리우레탄 폼의 제조 방법'; 대한민국 등록특허 10-1177751(등록일자 2012.08.22) '경질 폴리우레탄폼 및 이소시아누레이트 변성 경질폴리우레탄폼 제조용 촉매조성물 및 그것을 사용한 원료 배합조성물'에 대한 기술이 개시된 바 있다.

그러나 페놀수지에 산 경화제를 첨가하여 발포한 기존의 페놀 폼의 경우는 쉽게 부스러지며 강도가 약하고 단열성이 떨어진다는 단점이 있으며, 또한 이를 보완하기 위하여 페놀수지에 이소시아네이트와 산경화제를 첨가하여 폼을 발포하는 종래의 연구가 진행된 바 있지만 산경화제를 첨가하였기 때문에 금속을 부식시켜 장비의 수명을 단축한다는 단점이 여전히 존재하고 있다.

이에 본 발명자는 기존에 사용되는 폴리에테르 및 에스테르계 수지를 이용해 발포한 폴리우레탄 폼의 열 안정성 문제를 해결하기 위해 연구하던 중 수지 자체가 열적으로 안정한 공명구조를 갖는 페놀수지를 이소시아네이트와 반응시켜 발포 유/무를 확인하고 발포조건을 확립하기 위하여 이소시아네이트 예비중합체를 사용하였으며, 그 물성을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

대한민국 공개특허 10-2009-0090298(공개일자 2009.08.25) 대한민국 공개특허 10-2010-0075414(공개일자 2010.07.02) 대한민국 등록특허 10-0568213(등록일자 2006.03.30) 대한민국 공개특허 10-2006-0135528(공개일자 2006.12.29) 대한민국 공개특허 10-2011-0139273(공개일자 2011.12.28) 대한민국 등록특허 10-1177751(등록일자 2012.08.22)

상기의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기존에 사용되던 페놀 폼이 고온에서 안정하다는 장점과 함께 기계적 강도가 약해 쉽게 부스러지고 단열성이 떨어지며, 산 경화제가 금속을 부식시켜 장비의 수명을 단축한다는 단점과,

기존의 경질 폴리우레탄 폼이 높은 기계적 강도와 단열성을 갖지만 200℃이상에서 급격히 분해된다는 단점을 상호보완하기 위해 공명구조를 갖는 페놀수지를 이용하여 폴리우레탄 폼을 발포하여 높은 열 안정성을 확보하고, 우레탄 작용기 간의 2차 결합과 가교 작용으로 기존 페놀 폼의 단점인 기계적 강도를 보완함으로써 종래 기술의 문제를 해결할 뿐만 아니라, 종래에 연구된 페놀수지 기반 폴리우레탄 폼과는 다르게 산 경화제를 사용하지 않기 때문에 산 경화제에 의한 금속의 부식 문제를 해결할 수 있는 경질 폴리우레탄 폼 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 페놀수지;와,

이소시아네이트 프리폴리머;를 혼합 발포하여 제조된, 산 경화제를 사용하지 않고 발포한 페놀수지 기반의 경질 폴리우레탄 폼을 제공한다.

그리고 상기 경질 폴리우레탄 폼의 제조방법으로서,

폴리올(Polyol) 5~20wt%와, PMDI(4,4-Diphenylmethane diisocyante) 80~95wt%를 교반하여 반응이 진행됨에 따른 온도 상승이 더 이상 나타나지 않는 시점에 65~75℃의 온도 조건에서 150~250rpm으로 1.5~2.5시간 동안 가열, 교반하여 진한 갈색의 액상 생성물을 수득하는 이소시아네이트 프리폴리머(Prepolymer) 제조단계와,

페놀수지 100 중량부에 대하여 상기 이소시아네이트 프리폴리머 100 중량부~150 중량부로 투여하여 2500~3500rpm으로 교반하여 경질 폴리우레탄 폼을 합성하는 단계로 이루어지는 경질 폴리우레탄 폼 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 페놀수지 기반의 경질 폴리우레탄 폼은 페놀 폼에 산 경화제를 사용하지 않음으로써 종래 기술의 부식발생 문제를 해결할 수 있으며, 기존의 폴리우레탄 폼보다 고온에서의 열 안정성이 개선된 페놀수지 기반 폴리우레탄 폼을 제공할 수 있다는 장점을 갖는다.

도 1은 연소 후의 폼의 형태를 보인 사진.
도 2는 프리폴리머(Prepolymer)의 NCO%에 따른 페놀 레진 발포 폼의 열 중량 분석 그래프.
도 3은 폴리에스테르 폴리올을 이용해 합성한 우레탄 폼과 페놀수지를 이용해 합성한 폼을 비교한 그래프.

이하, 상기의 기술 구성에 대한 구체적인 내용을 살펴보고자 한다.

기존의 경질 폴리우레탄 폼은 우수한 단열성과 내약품성 및 높은 압축강도를 갖는 물질이지만, 200℃이상에서 급격히 분해된다는 문제가 있으며, 기존의 페놀 폼은 높은 내열성을 갖지만 강도가 약해 쉽게 부스러지고 경화시 산경화제를 넣어서 제품을 부식시키는 단점이 있다. 이런 문제를 개선하기 위하여 페놀수지와, 산경화제를 섞는 기존의 페놀 폼에 이소시아네이트를 첨가하는 연구가 진행된 바 있다.

하지만, 산경화제는 금속을 부식시켜 장비의 수명을 단축하게 한다는 치명적인 단점이 있기에, 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 산경화제를 사용하지 않고 페놀수지와 이소시아네이트만을 이용하여 페놀수지 기반 경질 폴리우레탄 폼을 합성하였다.

즉, 본 발명은 산경화제를 사용하지 않은 페놀수지 기반 경질 폴리우레탄 폼에 관한 것으로서,

상기 경질 폴리우레탄 폼은 페놀수지;와,

이소시아네이트 프리폴리머;를 혼합 발포하여 제조된다.

상기 페놀수지는 레졸(Resol) 형 페놀수지임을 특징으로 한다.

페놀수지는 페놀(Phenol)류와 포름알데히드(Formaldehyde)류를 반응시켜 생기는 열경화성 수지로 노볼락(Novolac) 타입과 레졸(Resol) 타입이 있다. 노볼락 타입은 산성 촉매 하에서 반응시키면 얻어지는 것이다. 상온 시에는 고체상으로 가열하면 용융하지만 경화되지 않는다. 가교제를 가하여 가열하면 경화한다.

그리고 상기 레졸 타입은 알칼리성 촉매 하에서 반응시켜 얻어지는 것으로 가열하면 경화된다. 가교제가 불필요하기 때문에 암모니아 발생이 없는 경화 수지를 얻을 수 있다.

다음의 화학식 1은 레졸형(resol type) 페놀수지의 일반적인 구조이다.

상기 이소시아네이트 프리폴리머는 폴리올(Polyol) 5~20wt%와, PMDI(4,4-Diphenylmethane diisocyante) 80~95wt%를 교반하여 반응이 진행됨에 따른 온도 상승이 더 이상 나타나지 않는 시점에 65~75℃의 온도 조건에서 150~250rpm으로 1.5~2.5시간 동안 가열, 교반하여 제조되는 것이며, 이소시아네이트 프리폴리머는 NCO%가 5~30wt%임을 특징으로 한다.

NCO%가 낮은 프리폴리머와 반응하여 생성된 경질우레탄 폼의 경우 압축강도가 증가하고 시간에 따른 폴리우레탄 폼의 분해 속도에는 크게 영향을 미치지 않았으며, 페놀수지를 사용한 폴리우레탄 폼의 경우 기존의 일반적인 폴리우레탄 폼의 경우보다 300~600℃구간에 높은 열안정성을 갖는 것이 확인되었다.

본 발명에 따른 산 경화제를 사용하지 않고 발포한 페놀수지 기반의 경질 폴리우레탄 폼의 제조과정은 상기 폴리올(Polyol) 5~20wt%와, PMDI(4,4-Diphenylmethane diisocyante) 80~95wt%를 교반하여 반응이 진행됨에 따른 온도 상승이 더 이상 나타나지 않는 시점에 65~75℃의 온도 조건에서 150~250rpm으로 1.5~2.5시간 동안 가열, 교반하여 진한 갈색의 액상 생성물을 수득하는 이소시아네이트 프리폴리머(Prepolymer) 제조단계와,

페놀수지 100 중량부에 대하여 상기 이소시아네이트 프리폴리머 100 중량부 ~ 150 중량부로 투여하여 2500~3500rpm으로 교반하여 경질 폴리우레탄 폼을 합성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 페놀수지 100 중량부에 대하여 이소시아네이트 프리폴리머를 100 중량부 미만으로 넣을 경우에는 미반응 페놀수지의 유출문제가 발생하며, 이소시아네이트 프리폴리머를 150 중량부 초과하여 투여할 경우에는 이소시아네이트 프리폴리머의 중합에 의해 내열성이 저하되는 단점이 있기 때문에, 상기 이소시아네이트 프리폴리머의 사용량은 페놀수지 100 중량부에 대하여 100 중량부 ~ 150 중량부의 범위 내로 사용량을 한정하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 110중량부를 사용한다.

이하, 본 발명에 따른 경질 폴리우레탄 폼의 제조단계별 구체적인 내용에 대해 살펴보도록 한다.

[ 프리폴리머 ( Prepolymer ) 제작]

열전쌍 온도계와 기계식 교반기가 부착된 4구 플라스크에 PMDI(4,4-Diphenylmethane diisocyante)와 수산가가 220이고 작용기가 3인 아디프산과 디에틸렌 글리콜, 트리메틸올 프로판 기반의 폴리올(Polyol)을 넣고 200RPM으로 교반 하여 각각 10wt%~30wt%의 NCO%를 갖는 프리폴리머를 제조하였다.

반응이 진행됨에 따라 온도가 상승하며, 온도가 더 이상 오르지 않는 지점에서 맨틀로 4구 플라스크를 옮겨 70℃, 교반속도 200RPM조건으로 2시간 동안 가열/ 교반 하여 진한 갈색의 액상인 생성물을 얻는다.

상기 프리폴리머(Prepolymer)를 합성하기 위한 배합비율은 다음의 표 1과 같다.

Materials	폴리올(polyol(g))	피디엠아이(PMDI(g))
Materials	Contents
NCO%= 10	311.51	688.49
NCO%= 15	239.07	760.93
NCO%= 20	166.62	833.38
NCO%= 24	108.67	891.33
NCO%= 28	50.71	949.29
NCO%= 30	21.73	978.27

[폴리우레탄 폼 합성]

페놀수지를 이용한 폴리우레탄 폼에 대한 프리폴리머(Prepolymer)의 영향을 알아보기 위하여 NCO%가 각각 10wt%, 15wt%, 20wt%, 24wt%, 28wt%, 30wt% 프리폴리머(Prepolymer)를 페놀수지와 혼합, 발포하였으며, 기존에 사용되는 경질 폴리우레탄 폼과의 비교를 위하여 폴리에테르 수지와 혼합, 발포하여 열 안정성 및 기계적 물성을 비교하였다.

아래의 표 2에는 교반 속도, 교반 시간 및 프리폴리머(Prepolymer)와 폴리올(Polyol)의 교반 비율 및 발포의 유/무를 나타내었다.

Prepolymer 종류	페놀(g)	NCO index	Mixing time(s)	교반속도 (rpm)	발포 유/무
PMDI	100	110	120	3000	무
30wt% Prepolymer	100	110	45	3000	유
28wt% Prepolymer	100	110	45	3000	유
24wt% Prepolymer	100	110	20	3000	유
20wt% Prepolymer	100	110	20	3000	유
15wt% Prepolymer	100	110	20	3000	유
10wt% Prepolymer	100	110	20	3000	유

상기 표 2에서, 발포의 유무는 경질의 발포체가 형성되는 것으로 판단하였다.

페놀수지를 1L PE컵에 넣고 28wt% Prepolymer를 110 중량비로 투여했으며, 혼합물을 3000RPM으로 교반하여 생성된 경질 우레탄폼을 각각 P-1으로 지정하였고, 압축강도를 알아보기 위하여 30mm×30mm×30mm로 시료를 절단하여 밀도를 측정하였으며, UTM(universal testing machine)을 이용하여 ASTM D1621로 압축강도를 측정하였다.

경도는 TECLOCK사의 GS-701N제품을 사용하였으며 표면을 5회 측정하여 평균값을 내었다. 측정된 밀도, 경도 및 압축강도를 아래의 표 3에 나타내었다.

시편	밀도 (Kg/㎥)	압축강도 (Kgf/㎠)	압축강도/밀도 (Kgf*m/Kg)	경도 (g)
P-1	271.03	49.7	1834	795.6

페놀수지를 1L PE컵에 넣고 24wt% Prepolymer를 110 중량비로 투여했으며, 혼합물을 3000RPM으로 교반하여 생성된 경질 우레탄폼을 각각 P-2으로 지정하였고,

압축강도를 알아보기 위하여 30mm×30mm×30mm로 시료를 절단하여 밀도를 측정하였으며, UTM(universal testing machine)을 이용하여 ASTM D1621로 압축강도를 측정하였다.

경도는 TECLOCK사의 GS-701N제품을 사용하였으며 표면을 5회 측정하여 평균값을 내었다. 측정된 밀도, 경도 및 압축강도를 아래의 표 4에 나타내었다.

시편	밀도 (Kg/㎥)	압축강도 (Kgf/㎠)	압축강도/밀도 (Kgf*m/Kg)	경도 (g)
P-2	223.67	85.9	3840	829.8

페놀수지를 1L PE컵에 넣고 20wt% 프리폴리머(prepolymer)를 110 중량비로 투여했으며, 혼합물을 3000RPM으로 교반하여 생성된 경질 우레탄 폼을 각각 P-3으로 지정하였고,

경도는 TECLOCK사의 GS-701N제품을 사용하였으며 표면을 5회 측정하여 평균값을 내었다. 측정된 밀도, 경도 및 압축강도를 아래의 표 5에 나타내었다.

시편	밀도 (Kg/㎥)	압축강도 (Kgf/㎠)	압축강도/밀도 (Kgf*m/Kg)	경도 (g)
P-3	236.13	101.6	4303	835

페놀수지를 1L PE컵에 넣고 10wt% Prepolymer를 110 중량비로 투여했으며, 혼합물을 3000RPM으로 교반하여 생성된 경질 우레탄폼을 각각 P-3으로 지정하였고,

경도는 TECLOCK사의 GS-701N제품을 사용하였으며 표면을 5회 측정하여 평균값을 내었다. 측정된 밀도, 경도 및 압축강도를 아래의 표 6에 나타내었다.

시편	밀도 (Kg/㎥)	압축강도 (Kgf/㎠)	압축강도/밀도 (Kgf*m/Kg)	경도 (g)
P-4	240.2	105.3	4384	837

폴리우레탄 폼의 발포 안정 조건을 확립하기 위하여 PMDI(4,4-Diphenylmethane diisocyante)와 Polyol을 이용해 액상의 프리폴리머를 제조하고 이를 페놀수지과 반응시켜 페놀수지 기반 경질 폴리우레탄 폼을 합성한 후, 기존의 폴리우레탄 폼과 비교하였다.

[비교예 1]

폴리에스테르 폴리올을 1L PE컵에 넣고 28% Prepolymer를 110 중량비로 투여했으며, 혼합물을 3000 RPM으로 교반하여 생성된 경질 우레탄폼을 각각 R-1으로 지정하였고,

경도는 TECLOCK사의 GS-701N제품을 사용하였으며 표면을 5회 측정하여 평균값을 내었다. 측정된 밀도, 경도 및 압축강도를 아래의 표 7에 나타내었다.

시편	밀도 (Kg/㎥)	압축강도 (Kgf/㎠)	압축강도/밀도 (Kgf*m/Kg)	경도 (g)
R-1	221.11	44.3	2004	778.5

[비교예 2]

폴리에스테르 폴리올을 1L PE컵에 넣고 24% Prepolymer를 110 중량비로 투여했으며, 혼합물을 3000RPM으로 교반하여 생성된 경질 우레탄폼을 각각 R-2으로 지정 하였고,

경도는 TECLOCK사의 GS-701N제품을 사용하였으며 표면을 5회 측정하여 평균값을 내었다. 측정된 밀도, 경도 및 압축강도를 아래의 표 8에 나타내었다.

시편	밀도 (Kg/㎥)	압축강도 (Kgf/㎠)	압축강도/밀도 (Kgf*m/Kg)	경도 (g)
R-2	233.86	49.6	2121	787.1

[비교예 3]

폴리에스테르 폴리올을 1L PE컵에 넣고 20% Prepolymer를 110 중량비로 투여했으며, 혼합물을 3000RPM으로 교반하여 생성된 경질 우레탄폼을 각각 R-3으로 지정하였고,

경도는 TECLOCK사의 GS-701N제품을 사용하였으며 표면을 5회 측정하여 평균값을 내었다. 측정된 밀도, 경도 및 압축강도를 아래의 표 9에 나타내었다.

시편	밀도 (Kg/㎥)	압축강도 (Kgf/㎠)	압축강도/밀도 (Kgf*m/Kg)	경도 (g)
R-3	273.95	61.9	2260	795.6

전체적으로 이소시아네이트 예비중합체(이소시아네이트 프리폴리머)의 NCO%가 낮아질수록 경도, 압축강도가 증가하는 경향성을 나타내었으며, 기존의 폴리우레탄 폼에 비하여 경도, 압축강도가 떨어지지 않았다.

[시험예 1]

페놀수지를 이용한 폼의 연소시간 측정

페놀수지를 이용한 폼의 연소거리 및 연소시간을 측정하기 위하여 50mm×20mm×5mm의 크기로 절단하고, 불꽃에 15초간 시편 끝을 대어 연소한 거리와 시간을 측정하였다. 연소시간은 가열이 종료된 후에 측정하기 시작하였으며, 우레탄 폼 표면의 불꽃이 사라지는 시점으로 측정하였다.

연소거리는 연소가 종료된 후의 거리로 측정하였으며, 사용된 불꽃은 청색을 띄고 불꽃의 길이는 50mm를 유지하였다.

시편과의 거리는 시편의 끝부분을 기준으로 50mm를 유지하여 실험하였으며, P-1과 R-1, P-2와 R-2의 시편 5개를 시험에 이용하여 평균을 내었다. 도 1은 연소 후의 폼의 형태를 나타내었고, 아래의 표 10은 연소시간 및 연소거리를 나타내었다.

시료	연소시간(s)	연소거리(mm)	형태변형
P-1	24이상	-	○
P-2	23이상	-	○
R-1	1.59	10	×
R-2	1.54	0.8	×

R-1과 R-2의 경우 모두 가열이 끝난 뒤 20~25초가 경과한 뒤 시편의 끝까지 연소되어 연소시간과 연소거리를 측정할 수 없었다.

페놀수지를 사용한 P-1과 P-2의 경우 연소시간은 1.2~1.9초 사이의 값을 가졌으며 연소거리는 10mm×2mm로 폴리에스테르 폴리올을 사용한 우레탄 폼보다 연소시간 및 연소거리가 짧았다.

페놀수지를 이용한 폼의 열분해 거동

페놀수지를 이용한 폼의 열안정성을 측정하기 위하여 TGA(Thermogravimetric Analyzer) 장비를 이용하였다. 측정프리폴리머의 함유량에 따른 내열성의 차이는 크지 않았으며, 페놀수지가 첨가된 경질 우레탄 폼의 경우 기존의 폴리우레탄 폼에 비해 열적 안정성이 증가함을 알 수 있다.

도 2는 프리폴리머(Prepolymer)의 NCO%에 따른 페놀수지 발포 폼의 열 중량 분석 그래프이다. 그리고, 도 3은 폴리에스테르 폴리올을 이용해 합성한 우레탄 폼과 페놀수지를 이용해 합성한 폼을 비교한 그래프이다.

페놀수지 발포 폼의 TGA곡선 분석 결과 NCO%에 내열성 차이는 거의 나타나지 않았으며 300℃~600℃구간에서의 내열성은 폴리에스테르 폴리올을 사용한 경우보다 페놀수지를 사용한 경우의 발포 폼이 더욱 안정하였으며 특히 300℃~500℃구간에서의 내열성은 큰 차이를 나타내었다.

본 발명에 따른 경질 폴리우레탄 폼은 기존의 폴리우레탄 폼보다 고온에서의 열안정성이 우수하고, 산경화제를 사용하지 않아 부식이 발생하지 않기 때문에 산업상 이용가능성이 크다.

Claims

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폴리올(Polyol) 5~20wt%와, PMDI(4,4-Diphenylmethane diisocyante) 80~95wt%를 교반하여 반응이 진행됨에 따른 온도 상승이 더 이상 나타나지 않는 시점에 65~75℃의 온도 조건에서 150~250rpm으로 1.5~2.5시간 동안 가열, 교반하여 진한 갈색의 액상 생성물을 수득하는 이소시아네이트 프리폴리머(Prepolymer) 제조단계와,
페놀수지 100 중량부에 대하여 상기 이소시아네이트 프리폴리머 100 중량부 ~ 150 중량부로 투여하여 2500~3500rpm으로 교반하여 경질 폴리우레탄 폼을 합성하는 단계로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 산 경화제를 사용하지 않고 발포한 페놀수지 기반의 경질 폴리우레탄 폼 제조방법.