KR960013128B1 - 2성분형 폴리우레탄 조성물 - Google Patents

Abstract

없음

Description

2성분형 폴리우레탄 조성물

본 발명은 2성분형 폴리우레탄 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 우레탄 프레폴리머의 기제부분과 이와 혼합 사용되는 경화제부분으로 분리 구성되어 있으면서 경화제부분은 폴리올 화합물, 폴리아민 화합물, 가소제, 무기충전재, 촉매 및 안료가 함유되어 있고 폴리올 화합물과 폴리아민 화합물이 일정 당량비를 유지하고 있어 인열강도 등 기타 우수한 물리적 성질을 가지고, 또한 산화칼슘 또는 산화마그네슘 등의 가소제를 적당량 첨가하여 폴리우레탄 조성물의 발포현상을 방지하는 효과를 가지고 있어 건물의 바닥재 등으로 유용하게 사용되는 2성분형 폴리우레탄 조성물에 관한 것이다.

1성분형 바닥재는 경화제를 별도로 분리하여 사용하지 않고 카트리지 또는 소세지형의 단일포장에 프레폴리머(기제), 가소제, 충전제 및 기타 첨가제로 구성되어 있으며, 이때 사용되는 촉매에 의해 프레폴리머의 NCO와 대기중의 H₂O 사이의 반응이 촉진됨으로써 경화가 이루어진다. 따라서, 1성분형 바닥재에서는 별도의 경화제를 사용하지 않고 공기중에 실란트를 노출시켜 경화한다.

반면에 2성분형 실란트는 프레폴리머의 기제부분과 경화제부분을 별도로 분리하여 구성한 후 이를 사용시 현장에서 혼합 사용하도록 되어 있다. 이러한 2성분형 실란트 제조시 기재로서 아크릴 고무계, 클로르프렌 고무계, 고무 아스팔트계, 에폭시계 또는 우레탄 고무계 등의 재료를 사용하고 있다. 그 중에서 우레탄 고무계를 기재로 사용하는 경우 시공이 상대적으로 용이하고, 이음새가 없는 방수층을 구성할 수 있으며, 색상을 자유롭게 선택할 수 있고, 노출공법을 사용하면 옥상이나 바닥의 하중을 최소한으로 줄일 수가 있기 때문에 실내 바닥재로서 선호되고 있다. 그러나, 우레탄 고무계는 고온다습한 조건에서는 이산화탄소 기체가 발생하는 단점을 가지고 있어서 우리나라의 여름과 같은 고온 다습한 시기에 시공을 할 경우에는 방수층의 내부에서 발포현상이 일어나기 때문에 표면이 고르지 못하고, 울룩불룩 솟아오르는 하자가 발생한다.

이에 종래에도 우레탄 조성물 제품을 실란트, 도막방수제, 바닥재로 사용하는 경우에 산화칼슘과 같은 무기첨가제를 사용하여 발포를 억제시키고자 하였으나, 원하는 부위에 우레탄 조성물을 도포할 경우 도포부위에 습기가 과량 존재하는 경우 무기첨가제 만으로는 한계가 있었다. 즉, 기제의 말단 NCO와 도포면에 존재하는 습기(H₂O)보다 더 빨리 반응하게 할 수 있을 때만이 CO₂발생을 근본적으로 해결할 수 있다. 다시말하면, 종래 2성분형 폴리우레탄 조성물에 있어서 경화제부분에 소포제로서 무기첨가제를 투입하려면 통상적으로 사용되고 있는 말단부분이 수산기로 이루어진 폴리올을 단독으로 사용하지 않고 NCO와의 반응성이 수산기보다 훨씬 더 빠른 아민기를 가진 폴리아민 화합물을 병용하여 사용하면 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 2성분형 폴리우레탄 조성물의 경화제부분에 폴리올 화합물과 폴리아민 화합물을 일정 당량비로 함유시켜 인열강도 등의 물성을 우수하게 하면서 발포억제도 시키고 여기에 추가적으로 발포방지를 위하여 통상 사용하는 산화칼슘 또는 산화마그네슘을 첨가함으로써 작업성이 우수하고, 발포현상이 일어나지 않는 2성분형 폴리우레탄 조성물을 제조하게 되었다.

본 발명은 종래 2성분형 폴리우레탄 조성물의 경화제부분에 산화칼슘 및 산화마그네슘 중에서 선택된 소포제를 첨가하여 발포현상이 일어나지 않도록 한 2성분형 폴리우레탄 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 우레탄 프레폴리머를 기제부분으로 구성하고 이와 별도로 경화제부분에는 폴리올 화합물, 폴리아민 화합물, 소포제, 가소제, 무기충전재, 촉매 및 안료가 함유되어 있어 기제부분과 경화제부분을 분리 구성하고 이를 사용시 혼합하여 사용토록 이루어진 2성분형 폴리우레탄 조성물에 있어서, 상기 소포제로는 산화칼슘 또는 산화마그네슘이 경화제부분을 구성하는 전체 조성에 대해 0.05~3중량%로 함유되어 있는 것을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 2성분형 폴리우레탄 조성물은 우레탄 프레폴리머의 기제부분과 경화제부분이 별도로 구성되고 있고, 사용시에는 우레탄 프레폴리머의 기제부분 25~35중량%에 경화제부분 75~65중량%를 혼합하여 사용하도록 되어 있다. 그리고 경화제부분은 폴리올 화합물과 폴리아민 화합물이 5~30중량% 함유되고 여기에 가소제 3~30중량%, 무기충전재 10~70중량%, 산화칼슘 및 산화마그네슘 중에서 선택된 소포제 0.05~3중량%, 촉매 0.02~5중량% 및 안료 0.1~5.0중량%가 함유되어 이루어진 것이다.

본 발명에 있어서, 기제부분으로 사용되는 우레탄 프레폴리머는 2개 이상의 수산기를 함유하고 분자량이 60~12,000인 폴리올 화합물 50~90중량%와 이소시아네이트기(-NCO)기를 2개 이상 함유하는 폴리이소시아네이트 화합물 10~50중량%로 구성되어 있으며, 이때 이소시아네이트기와 수산기의 당량비([NCO]/[OH])가 1.0~10.0이 되도록 한다. 만약 상기 [NCO]/[OH]가 1.0 미만이면 기계적 강도가 매우 낮게 되고, 10.0을 초과하면 저장안정성이 좋지 않을 뿐 아니라 경제적이지 못하여 부적합하다. 이러한 폴리올 화합물로는 예컨대 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등을 사용할 수 있으며, 특히 프로필렌글리콜을 사용하는 것이 효과적이다. 폴리이소시아네이트 화합물로는 톨리렌디이소시아네이트(TDI), 디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트(HMDI) 또는 나프탈렌디이소시아네이트(NDI) 등을 사용할 수 있으며, 특히 TDI, MDI를 사용하는 것이 다른 소재보다 경제적인 면에서 바람직하다. 또한, 상기 기제부분을 구성하는 우레탄 프레폴리머의 폴리올 화합물의 분자량이 60 미만이면 합성후 제품물성에 문제가 있고, 12,000을 초과하면 반응성에 문제가 있다.

다른 한편으로, 본 발명에 따른 2성분형 폴리우레탄 조성물의 경화제부분은 폴리올 화합물, 폴리아민 화합물 등으로 구성되어 있다. 폴리올 화합물은 상기 기제부분인 우레탄 프레폴리머의 이소시아네이트기와 반응하는 것으로서 기제부분의 폴리올 화합물과 거의 동일한 화합물을 사용하되, 분자량이 60~12,000인 것을 사용하는 것이 적당한 바, 분자량이 60 보다 작으면 증점제로 작용하여 최종 제품의 점도가 너무 높게 되고, 12,000 보다 크면 자체점도가 높아 혼합과정 중 소요시간이 많이 요구된다.

그리고, 폴리아민 화합물은 분자내에 2개 이상의 아민기(-NH₂)를 가진 물질로서, 주로 사용되는 폴리아민으로는 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 디아미노디페닐메탄, 메틸렌비스오르토클로로아닐린, 페닐렌디아민 또는 크실렌디아민이 있으며, 이 중에서 특히 메틸렌비스오르토클로로아닐린을 사용하는 것이 일반적이다.

폴리올 화합물과 폴리아민 화합물은 경화제부분을 구성하는 조성성분 중에 5~30중량% 범위로 하고 수산기와 아민기의 당량비([OH]/[NH₂])가 0.1~10.0 되도록 하는데, 특히 [OH]/[NH₂]가 0.5~5.0이 되도록 혼합 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 만약 [OH]/[NH₂] 당량비가 0.1 보다 작으면 경화속도가 너무 빨라 작업성을 잃게 되고, 10.0 보다 크면 발포억제 효과가 크게 개선되지 않는다.

상기 경화제부분에는 폴리올 화합물, 폴리아민 화합물 이외에도 가소제, 무기충전재, 산화칼슘 및 산화마그네슘 중에서 선택된 소포제, 촉매 및 안료 등이 함유된다.

가소제는 보통 유변적인 성질을 개선하기 위하여 한종류 이상씩을 사용하며, 이러한 물질은 수분을 흡수하지 않고, 화학적으로는 이소시아네이트기에 비활성이며, 주성분인 폴리머와의 상용성이 좋아야 한다. 상기의 요건들을 만족시키는 가소제로는 디부틸프탈레이트, 디옥틸프탈레이트, 할로겐화 방향족 탄화수소 또는 염화파라핀 등이 있는데, 본 발명에서는 프탈레이트계 가소제를 경화제부분을 구성하는 조성성분중에 3~30중량% 범위로 함유시켰다. 여기서 가소제의 사용량이 3중량% 미만이면 점도가 높아 작업시에 평활성이 떨어지게 되고, 30중량%를 초과하면 조성물의 기계적 강도가 약화된다.

또한, 본 발명에 사용되는 촉매는 카르복실산의 금속염중 디부틸틴 디라우레이트, 디부틸틴 디아세테이트, 틴옥토에이트, 2-에틸헥사노믹에시드 또는 레드옥틸레이트 등을 사용하는데, 본 발명에서는 이러한 화합물을 경화제부분을 구성하는 조성성분중에 0.02~5중량% 함유시켰다. 만일 촉매의 사용량이 0.02중량% 미만이면 경화시간이 너무 느리고, 5중량%를 초과하면 경화시간이 너무 빠르게 되어 작업성이 나쁘게 된다.

또한, 본 발명에 사용되는 무기충전재로는 탄산칼슘, 클레이(clay), 고령토, 탈크, 퓸드실리카, 침강실리카 등이 있는데, 특히 탄산칼슘, 클레이 등을 사용하는 것이 가장 좋다. 그 사용량은 경화제부분을 구성하는 조성성분중에 10~70중량% 함유시키는 바, 그 사용량이 10중량% 미만이면 경제성이 떨어지고, 70중량% 보다 과다하면 점도가 너무 높아 평활성이 좋지 않다.

또한, 본 발명에 사용할 수 있는 안료로는 TiO₂, 카본블랙, 아연옥사이드 등을 들 수 있으며, 그 사용량은 경화제부분을 구성하는 조성성분중에 0.1~5중량% 함유시킨다.

본 발명에서 특징적으로 사용되는 소포제는 우레탄의 발포현상의 억제를 위해서 사용하는 것으로 산화칼슘 및 산화마그네슘 중에서 선택하여 사용한다. 이러한 소포제는 폴리우레탄 조성물 속에 함유되어 있는 수분과 결합함으로써 수산화칼슘 또는 수산화마그네슘을 형성하여 폴리우레탄 조성물 중의 수분을 제거하기 때문에 발포현상을 억제시킬 수 있다. 이러한 소포제의 사용량은 경화제부분을 구성하는 조성성분중에 0.05~3중량% 함유되도록 하며, 그 사용량이 0.05중량% 미만이면 발포억제 효과가 너무 낮고, 3중량% 보다 과다하면 본 발명의 폴리우레탄 조성물의 기계적인 강도에 악영향을 미치는 문제점이 있다.

이상과 같이 제조된 경화제부분은 우레탄 프레폴리머의 기제부분에 혼합시켜 사용하되, 그 사용 당량비는 우레탄 프레폴리머의 기제부분에 함유된 폴리이소시아네이트 중 유리이소시아네이트기와 경화제부분을 구성하는 수산기와 아민기를 합한 값의 당량비 즉, ([유리NCO]/[OH]+[NH₂])가 0.1~5.0되도록 혼합하는데, 특히 0.5~3.0으로 혼합하는 것이 바람직하다. 만일[유리NCO]/[OH]+[NH₂]가 0.1 미만이면 인장 및 인열강도가 낮고, 5.0을 초과하면 신율이 너무 낮게 된다.

따라서, 상기에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 폴리우레탄 조성물은 우레탄 프레폴리머를 기제로 하고 별도로 조성된 경화제부분으로 구성된 2성분형으로서, 특히 경화제부분을 구성하는 폴리올 화합물과 폴리아민 화합물의 조성을 적정범위에서 조정하고 산화칼슘 및 산화마그네슘 중에서 선택된 소포제를 첨가하므로써 제반물성이 우수하고 작업성이 양호하며, 특히 발포현상이 일어나지 않아 건물의 실내 바닥재, 옥상 방수재 등에 유용하게 널리 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1~2

평균 분자량이 3,000인 폴리프로필렌글리콜 60중량부, MOCA[4,4'-메틸렌-비스-(2-클로로아닐린)] 10중량부에 가소제인 디옥틸프탈레이트(DOP)를 45중량부를 넣고 혼합한 후, 이 혼합용액에 칼슘카보네이트 150중량부를 넣고 교반하다 추가적으로 안료인 TiO₂와 카본블랙 각 1.0중량부와 촉매인 레드옥틸레이트와 2-에틸헥사노믹에시드를 각각 1.0 넣고 산화칼슘 3중량부를 가한 후에 경화제 조성물이 잘 혼합될 때까지 교반하였다.

실시예 3~4

평균 분자량 3,000인 폴리프로필렌글리콜 30중량부와 평균 분자량이 4,000인 폴리프로필렌글리콜트리올 25중량부, 가소제 40중량부, 칼슘카보네이트 160중량부를 넣고 혼합한 후, 안료인 TiO₂와 카본블랙, 촉매 및 분말 산화칼슘 또는 산화마그네슘을 다음 표 1과 같이 첨가하여 경화제 조성물이 잘 혼합될 때까지 교반하였다. 이때 안료와 촉매의 사용량은 실시예 1~2와 동일하다.

비교예 1~2

평균 분자량이 3,000인 폴리프로필렌글리콜 60중량부와 가소제 45중량부, 칼슘카보네이트 155중량부를 넣고 혼합한 후, 안료와 촉매를 상기 실시예 1~2에서와 같이 넣고 혼합 교반하여 균일한 경화제 조성물을 제조하였다.

상기 실시예 1~4 및 비교예 1~2에 따라 제조된 경화제 조성물을 다음 표 1에 나타내었으며, 이의 물성 측정결과는 다음 표 2에 나타내었다.

표 1

(단위 : 중량부)

(1) 폴리우레탄 프레폴리머 : 유리 이소시아네이트의 사용량은 3.5중량%인 우레탄 프레폴리머이다.

(2) MOCA : 4,4'-메틸렌-비스-(2-클로로아닐린)

(3) 칼슘카보네이트 : 평균 입자크기에 따라 분류한 것임.

(4) 칼슘카보네이트(0.08μ) : 지방산으로 표면처리된 제품임.

(5) 안료 : TiO₂와 카본블랙을 각 1중량부씩 첨가함.

(6) 촉매 : 레드옥틸레이트와 2-에틸헥사노믹에시드를 각 1중량부씩 첨가함.

표 2. 2성분형 폴리우레탄 조성물의 물성표^*

* 물성측정은 KS F3211 방법에 준하여 실시함.

** 발포현상 : 측정방법은 표준상태 150m/m×150m/m×5m/m 크기의 시편제작틀에 조성물을 부은 후 70℃, 상대습도 60% 쳄버에 15시간 방치한 후 육안으로 판단한다.

상기 표 2에서 나타낸 바와같이 본 발명의 실시예에 의한 폴리우레탄 조성물은 비교예의 폴리우레탄 조성물에 비해 물성이 우수하고, 특히 발포현상이 발생하지 않은 것을 알 수 있다.

Claims (4)

1. 우레탄 프레폴리머를 기제부분으로 구성하고 이와 별도로 경화제부분에는 폴리올 화합물, 폴리아민 화합물, 소포제, 가소제, 무기충전재, 촉매 및 안료가 함유되어 있어 기제부분과 경화제부분을 분리 구성하고 이를 사용시 혼합하여 사용토록 이루어진 2성분형 폴리우레탄 조성물에 있어서, 상기 경화제부분을 구성하는 폴리올 화합물의 수산기와 폴리아민 화합물의 아민기의 당량비([OH]/[NH₂])가 0.1~10.0을 유지하되, 소포제로서 산화칼슘 또는 산화마그네슘이 경화제부분을 구성하는 전체 조성에 대해 0.05~3중량%로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 2성분형 폴리우레탄 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 우레탄 프레폴리머 기제부분을 구성하는 폴리이소시아네이트와 폴리올 화합물의 당량비([NCO]/[OH])가 1.0~10.0 사이인 것을 특징으로 하는 2성분형 폴리우레탄 조성물.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 폴리올 화합물의 분자량은 60~12,000 사이인 것을 특징으로 하는 2성분형 폴리우레탄 조성물.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 우레탄 프레폴리머 기제부분의 유리 이소시아네이트기와 경화제부분의 수산기와 아민기를 합한 값의 당량비([유리NCO]/[OH]+[NH₂])가 0.1~5.0 범위를 유지하는 것을 특징으로 하는 2성분형 우레탄 조성물.