KR20120101264A - 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체의 제조방법 - Google Patents

초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체의 제조 방법에 관한 것으로, 종래의 폴리우레탄 발포제로 쓰여 오던 클로로플로로카본류(CFC계), 하이드로클로로플로로카본류(HCFC계), 하이드로플로로카본류(HFC계), 사이클로펜탄(C-Pentane) 등과 같은 오존층 파괴 및 지구온난화에 영향을 미치는 발포제를 사용하지 않고 물만을 발포제로 사용하여 지구온난화를 예방 할 수 있으면서 물리적 성질이 우수하다는 장점을 가지고 있다.
또, 수발포 우레탄폼의 특성상 극복 할 수 없었던 열전도율, 갈라짐 현상, 접착성, 흐름성, 저밀도 등과 같은 특성들을 개선하여 얻어지는 발포체의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 물만을 발포제로 하고 레진프리믹스와 이소시아네이트를 반응시켜 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법이다.

Description

초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체의 제조방법{Superhigh insulation performance water based polyurethane foam manufacture process}
본 발명은 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체의 제조 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 발포제로서 물만을 사용해서 발포한 발포체가 그 동안 폴리우레탄 발포제로 쓰여 오던 클로로플로로카본류(CFC계), 하이드로클로로플로로카본류(HCFC계), 하이드로플로로카본류(HFC계), 사이클로펜탄(C-Pentane) 등을 이용한 발포체에 비해 수발포 폴리우레탄 발포체의 단점인 높은 열전도율, 갈라짐 현상, 접착성, 흐름성 등과 같은 제품의 성능을 향상시키며 지구의 오존층 파괴와 지구온난화등과 같은 것에 영향이 없는 환경 친화성을 위한 것이다.
경질 폴리우레탄 발포체 적용분야는 복합 부재이며 건축용, 전자제품용, 패널용, 선박용등과 같이 산업 전반 많은 분야에 널리 사용되고 있는 가장 뛰어난 단열재이기도 하다.
지금까지 사용되어 오던 폴리우레탄 발포체의 가장 큰 문제점은 발포제로 사용되어 오던 CFC (염화불화탄소) 또는 이를 대체하기 위한 HCFC (수소화염화플루오르화탄소), HFC (수소화불화탄소)를 비롯한 VOCs (휘발성유기화합물) 인 C-Pentane, N-Pentane 등은 지구의 오존층 파괴와 지구온난화의 주범으로 사용에 규제를 받고 있다.
또, 기존의 폴리우레탄 발포체에 쓰이는 발포제의 규제로 인한 사용의 제한을 받고 있어 이를 대체하기 위해 수발포 폴리우레탄을 개발하였지만 수발포의 단점인 높은 열전도율, 접착력 저하와 부스러짐 현상 등이 큰 원인이 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 기술이 가지고 있는 발포체의 문제점을 해결하고자 본 발명자는 새로운 조성을 갖는 폴리올 조성물을 개발하기에 이르렀고, 이 폴리올 조성물을 사용하여 만들어진 폴리우레탄 발포체를 사용할 경우 초고성능의 단열성으로 에너지 효율을 높일 수 있으며 시공시 물성의 안전성등 프레온가스나 대체프레온가스 그리고 휘발성유기화합물을 사용하지 않고 물만을 발포제로 사용하였어도 기존의 조성물과 똑같은 물성을 가질 수 있음을 밝히게 된 것이다.
본 발명의 목적은 열전도율이 KS M 3809를 만족하는 0.023 W/mK (0.0198 kcal/mhr℃ ) 이하의 우수한 단열성능을 보일 뿐 아니라 더 나아가 지금까지 사용되어 오던 C-Pentane, HCFC, HFC 등을 이용한 냉장고, 전기밥솥, 김치냉장고, 쇼케이스와 같은 전자제품용에 쓰이는 우레탄 발포체와 같은 0.020 W/mK (0.0172 kcal/mhr℃) 이하의 우수한 단열성을 갖는 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 GWP(지구온난화지수)가 0 이며, ODP(오존층파괴지수)가 0 인 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 스프레이용, 전자제품용, 패널용, 선박용 등에 적합한 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 우수한 접착력, 압축강도, 굽힘강도, 치수안정성, 흡수율, 연소성을 갖는 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 밀도가 25~50kg/㎥의 경질 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 KS M 1998-2의 HCHO(폼알데하이드 방출량)을 기준치 2mg/㎡h 이하 T-VOC(휘발성유기화합물총방출량) 기준치 1.25mg/㎡h 이하에 만족하기 위한 초고단열성 폴리우레탄 발포체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 VOCs(휘발성유기화합물) 함유량이 (ISO 11890-2:2006)의 조건을 만족하기 위한 초고단열성 폴리우레탄 발포체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명인 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체의 제조 방법은 기술적 과제를 해결하기 위한 폴리에스테르나 일반 경질 에테르 폴리올을 사용하고 발포제로는 물을 사용하여 조성한 레진혼합물 100중량부와 이소시아네이트 100~110 중량부를 혼합 발포하여 얻어지는 발포체를 특징으로 한다.
본 발명인 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체 조성물의 구성은 레진혼합물폴리올과 이소시아네이트로 구성된다.
본 발명의 구성 상기 레진혼합물 폴리올 100중량부에 있어 관능기가 2~6의 평균 관능기와 20~1000㎎KOH/g의 평균 수산기를 갖는 폴리에스터 폴리올, 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올 등 폴리올 50~85 중량부, 반응 시간을 조절하기 위한 촉매 0.5~13 중량부, 정포제 및 가교제 0.5~15 중량부, 보조제 5~30 중량부, 발포제 물 0.3~7 중량부로 구성된다.
본 발명의 구성 상기 이소시아네이트(isocyanate)는 MDI(메틸렌 디페닐 디이소이아네이트) 또는 TDI(톨루엔 디페닐 디이소시아네이트), PREPOLYMER로 구성된다.
상기 구성의 레진 혼합물 폴리올 100중량부와 상기 이소시아네이트 100~110 중량부를 혼합하여 발포하여 얻어지는 발포체인 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체를 특징으로 한다.
또 이 발포체를 이용한 것으로는 건축용 스프레이폼, 전자제품용, 건축용 샌드위치 패널, 선박용 내장재, 파이프 보온재, 컨테이너 박스, 냉동저온창고, 규격보드 등의 단열재로 예를 들 수 있다.
본 발명의 방법으로 제조된 폴리우레탄 발포체는 현재 사용중인 CFC (염화불화탄소) 또는 이를 대체하기 위한 HCFC (수소화염화플루오르화탄소), HFC (수소화불화탄소)를 발포제로 사용하지 않기에 오존층 파괴 및 지구온난화를 예방 할 수 있으며 열전도율, 접착성, 갈라짐 현상 등과 같은 이러한 문제점들을 해결함으로서 그동안 수발포 폴리우레탄 발포체가 기존의 우레탄 발포체를 적용되어 지던 분야에 적용될 수 있게 되었다.
또, VOCs (휘발성유기화합물) 인 C-Pentane, N-Pentane 와 같은 발포제를 사용하지 않아 폭발방지를 위한 방폭 설비가 필요하지 않아 설비의 추가비용 부담이 없어 생산원가의 절약도 가져올 수 있다.
본 발명의 구성은 레진혼합물 폴리올 100 중량부와 이소시아네이트 100 중량부로 이루어지며 이 두가지를 혼합 발포하여 얻어지는 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체이다.
본 발명의 구성 상기 레진혼합물 폴리올 100중량부에 있어 관능기가 2~6의 평균 관능기와 20~1000㎎KOH/g의 평균 수산기를 갖는 폴리올 50~85 중량부, 반응 시간을 조절하기 위한 촉매 0.5~13 중량부, 정포제 및 가교제 0.5~15 중량부, 보조제 5~30 중량부, 발포제 물 0.3~7 중량부로 구성된다.
본 발명의 구성 상기 이소시아네이트(isocyanate)는 MDI(메틸렌 디페닐 디이소이아네이트) 또는 TDI(톨루엔 디페닐 디이소시아네이트), PREPOLYMER로 구성된다.
본 발명에서는 상기 레진혼합물 폴리올 100중량부에 있어 폴리올 50~85 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 이때 2~6의 평균 관능기와 20~1000㎎KOH/g의 평균 수산기를 갖는 폴리에테르 폴리올이나 폴리에스테르 폴리올, 폴리에스터 폴리올 등을 사용 할 수 있으며, 이때 폴리에테르 폴리올이나 폴리에스테르 폴리올을 단독으로 사용을 하여도 무방하며 필요에 따라 폴리에테르 폴리올과 폴리에스테르 폴리올 2가지 이상 배합하여 사용하여도 무방하다.
상기 레진혼합물 폴리올 100중량부에 있어 반응 시간을 조절하기 위한 촉매 0.5~13 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 이때 사용되어지는 촉매는 아민계 촉매로 디 메틸에탄올 아민(dimethyletanol amine, DMEA), 디미텔시클로헥신아민(dimethylcyclohexyl amine, DMCHA), 펜타메틸렌디에틸렌트리아민(pentametylenediethylene triamine, PMDETA), 테트라메틸렌-헥실디아민(tertamethylene-hexyldiamine, TMHDA) 등이 있으며, 또, 포타슘(potassium) 촉매를 같이 사용할 수 있으며 이 중 1종을 사용하여도 무방하며 2종 이상을 혼합하여 사용 할 수 있다.
상기 레진혼합물 폴리올 100 중량부에 있어 정포제 및 가교제는 0.5~15 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 이때 사용되어지는 정포제 및 가교제는 반응으로 인한 발포체 내의 셀을 형성할 대 생성된 셀이 서로 합해 지거나 생성된 셀이 파괴되는 것을 방지하는 등 셀을 안정화 및 균일화시키기 위한 것으로서, 폴리에테르폴리디메틸실로산 공중합체, 기타 폴리디메틸폴리실록산 공중합체 중 2종 이상을 선택하여 사용 할 수 있다.
상기 레진혼합물 폴리올 100 중량부에 있어 보조제는 5~30 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 사용용도에 따라 일정한 물성을 향상시키며 이때 사용되는 보조제로는 인계 난연제를 일반적으로 사용 할 수 있으며, 필요에 따라 질소계, 무기계 난연제 등 기타 보조제를 혼합하여 사용 할 수 있다.
상기 레진혼합물 폴리올 100 중량부에 있어 발포제 물 0.3~7 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 이때 사용되어지는 발포제로는 물만을 단독으로 사용된다.
상기 이소시아네이트는 레진혼합물 폴리올 100 중량부 이소시아네이트는 100~110 중량부가 사용하는 것이 바람직하며, 디 메틸디 이소시아네이트, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 방향족 폴리이소시아네이트 2,4- 또는 2,6-톨루엔디이소시아네이트(TDI), 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 4,4-디페닐메탄디이소시아네이트로 제조된 MDI유도체와 이들의 이량체, 삼량체 이상으로 구성된 crude MDI 등 중 1가지를 선택하여 사용 할 수 있다.
구성된 레진혼합물 폴리올 100 중량부와 이소시아네이트(isocyanate) 100 중량부를 혼합할 때 보다나은 발포체를 얻기 위해 레진혼합물 폴리올과 이소시아네이트(isocyanate)의 혼합 전 두 재료의 온도는 20~60℃ 사이에서 혼합발포 하는 것이 바람직하다.
실시예 표1
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
성분 및 시험 중량부 및
시험성적서
중량부 및
시험성적서
중량부 및
시험성적서
중량부 및
시험성적서
폴리올 A 100 70 65 65
폴리올 B - 30 25 25
폴리올 C - - 10 -
폴리올 D - - - 10
isocyanate 100~110 100~110 100~110 100~110
재료온도 15~60℃ 15~60℃ 15~60℃ 15~60℃
열전도율 0.022kcal/mhr℃ 0.019kcal/mhr℃ 0.017kcal/mhr℃ 0.017kcal/mhr℃
밀도 40kg/㎥ 43kg/㎥ 45kg/㎥ 43kg/㎥
T-VOC 0.034mg/㎡h - - -
HCHO 0.005mg/㎡h - - -
VOCs함유량 0.5g/l - - -

Claims (9)

  1. 레진혼합물 폴리올 100중량부에 있어 한가지 이상의 폴리올 50~85 중량부, 반응 시간을 조절하기 위한 촉매 0.5~13 중량부, 정포제 및 가교제 0.5~15 중량부, 보조제 5~30 중량부, 발포제 물 0.3~7 중량부로 구성되고,
    이소시아네이트(isocyanate) 100~110 중량부를 혼합하여 얻어진 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어 2~6의 평균 관능기와 20~1000㎎KOH/g의 평균 수산기를 갖는 폴리에테르 폴리올이나 폴리에스테르 폴리올, 폴리에스터 폴리올 중 단독으로 사용하거나 2가지 이상 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어 반응 시간을 조절하기 위한 촉매로는 아민계 촉매와 포타슘 촉매를 사용하며 단독으로 사용하거나 2가지 이상 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체의 제조방법.
  4. 제1항에 있어 보조제는 인계난연제, 질소계난연제, 무기계난연제를 사용함에 있어 인계난연제를 단독으로 사용 할 수 있으며 필요에 따라 두가지 이상의 난연제를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어 발포제로는 물을 사용하는 것을 특징으로 하는 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어 이소시아네이트(isocyanate)는 MDI(메틸렌디페닐디이소시아네이트), TDI(톨루엔디이소시아네이트), PREPOLYMER를 특징으로 하는 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체의 제조방법.
  7. 제1항에 있어 수발포 폴리이소시아누레이트 폴리우레탄 발포체의 밀도가 25~50kg/㎥, 열전도율 0.020 W/mK (0.0172kcal/mhr℃)이하, 독립기포율 90%이상인 것을 특징으로 하는 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체의 제조방법.
  8. 제1항에 있어 수발포 폴리이소시아누레이트 폴리우레탄 발포체를 발포하기 전 레진혼합물 폴리올과 이소시아네이트(isocyanate) 두 재료의 온도가 15~60℃ 인 것을 특징으로 하는 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체의 제조방법.
  9. 제1항에 있어 레진혼합물 폴리올의 ODP(오존층파괴지수)가 0 이며, GWP(지구온난화지수)가 0 인 것을 특징으로 하는 초고단열성 수발포 폴리우레탄 발포체의 제조방법.
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