KR20170109710A - 폴리우레탄 폼 조성물 및 폴리우레탄 폼 - Google Patents
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Abstract
우수한 흡수성을 갖는 폴리우레탄 폼 조성물 및 폴리우레탄 폼에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 폴리우레탄 폼 조성물 및 폴리우레탄 폼은 가지사슬형(branched type) 폴리우레탄계 수지, 발포제, 이소시아네이트(isocyanate)계 경화제, 계면활성제 및 폴리올(polyol)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 폴리우레탄 폼 조성물 및 폴리우레탄 폼은 가지사슬형(branched type) 폴리우레탄계 수지, 발포제, 이소시아네이트(isocyanate)계 경화제, 계면활성제 및 폴리올(polyol)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 흡수성이 우수한 폴리우레탄 폼 조성물 및 폴리우레탄 폼에 관한 것이다.
흡수성을 갖는 일반적인 폴리우레탄 폼의 경우, 폼 조성물에 발포제를 첨가하여 폼 내부에 오픈 셀(open cell)을 형성한다. 이때, 폴리우레탄 폼을 원하는 두께로 제작하기 어렵기 때문에, 폼을 제조한 후 추가적인 슬라이싱 공정을 필요로 한다.
특히, 의료용 테이프에 적용되는 폴리우레탄 폼은 우수한 흡수성과 저밀도를 필요로 하는데, 일반적인 폴리우레탄 폼이 의료용 테이프에 적용되는 경우, 박막 두께의 폼을 형성하기 어렵고, 삼출물의 흡수력을 향상시키는데 한계가 있다.
따라서, 저밀도이고, 우수한 흡수성을 갖는 폴리우레탄 폼이 요구되고 있다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제 10-2013-0098717호(2013.09.05. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 폴리우레탄 폼 테이프 및 그 제조방법이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 박막 두께의 폼을 제조할 수 있는 폴리우레탄 폼 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저밀도이고, 우수한 흡수성을 갖는 폴리우레탄 폼을 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폴리우레탄 폼 조성물은 가지사슬형(branched type) 폴리우레탄계 수지, 발포제, 이소시아네이트(isocyanate)계 경화제, 계면활성제 및 폴리올(polyol)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가지사슬형 폴리우레탄계 수지는 중량평균분자량이 20000~100000일 수 있다.
상기 발포제는 평균 직경이 0.01~100㎛일 수 있다.
상기 가지사슬형 폴리우레탄계 수지 100중량부에 대하여, 발포제 0.1~10중량부를 포함할 수 있다.
상기 가지사슬형 폴리우레탄계 수지 100중량부에 대하여, 이소시아네이트계 경화제 1~40중량부를 포함할 수 있다.
상기 가지사슬형 폴리우레탄계 수지 100중량부에 대하여, 계면활성제 0.1~10중량부를 포함할 수 있다.
상기 가지사슬형 폴리우레탄계 수지 100중량부에 대하여, 폴리올 20~60중량부를 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폴리우레탄 폼은 가지사슬형(branched type) 폴리우레탄계 수지, 발포제, 이소시아네이트(isocyanate)계 경화제, 계면활성제 및 폴리올(polyol)을 포함하는 조성물로부터 열경화 및 발포되어 형성되고, 흡수량이 2.2~2.8이고, 밀도가 0.1~0.3g/cm3인 것을 특징으로 한다.
상기 폴리우레탄 폼의 두께는 10~200㎛일 수 있다.
본 발명에 따른 폴리우레탄 폼 조성물은 코팅 방식으로 도포되어 열경화 및 발포가 동시에 수행될 수 있다. 이로 인해, 박막 두께의 폴리우레탄 폼 형성이 가능하다. 또한, 조성물에 폴리올이 포함됨으로써, 폴리우레탄 폼의 흡수성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 조성물 및 폴리우레탄 폼에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
폴리우레탄계 수지는 폼, 탄성체, 도료와 접착제의 원료로 매우 다양하게 이용되고 있다. 폼(foam)은 기포를 생성하는 고분자 반응에 의해 생성된 벌집형태의 물질을 의미한다.
흡수성을 갖는 폴리우레탄 폼은 폼 내부에 오픈 셀(open cell) 구조를 갖는다. 이러한 구조는 조성물에 발포제를 첨가한 후 발포함으로써 형성될 수 있다. 이때, 폼의 두께를 박막 두께로 제조하기 어려워, 추가적인 슬라이싱(slicing) 공정이 수행된다.
본 발명의 폼 조성물은 발포가 가능한 가지사슬형 폴리우레탄계 수지, 발포제, 경화제, 계면활성제 및 폴리올을 포함하고, 각각의 함량을 조절하여 열경화 및 발포가 동시에 가능한 폴리우레탄 폼을 제공할 수 있다.
아울러, 폴리우레탄 폼이 박막 두께를 갖을 수 있어, 추가적인 슬라이싱 공정을 생략할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제조된 폴리우레탄 폼은 우수한 흡수성 및 저밀도에 의해, 의료용 테이프에 적용될 수 있다.
본 발명의 폴리우레탄 폼 조성물은 가지사슬형(branched type) 폴리우레탄계 수지, 발포제, 이소시아네이트(isocyanate)계 경화제, 계면활성제 및 폴리올(polyol)을 포함한다.
가지사슬형(branched type) 폴리우레탄계 수지
폴리우레탄은 발포 고분자로서, 고분자 주쇄에 우레탄 구조(-NH-CO-O-)를 가진다.
폴리우레탄계 수지는 예를 들어, 2개 단량체인 디올과 디이소시아네이트를 중합하여 제조되며, 일반적인 제조방법을 통해 폴리우레탄계 수지를 제조할 수 있다.
본 발명의 폴리우레탄 폼 조성물은 발포성이 거의 없는 선형(linear type) 폴리우레탄계 수지를 포함하지 않고, 발포성이 우수한 가지사슬형 폴리우레탄계 수지를 포함하는 것이 바람직하다.
선형 폴리우레탄계 수지란, 고분자 주쇄에 사슬이 없는 선형 구조를 가진 폴리우레탄계 수지를 가리킨다.
가지사슬형 폴리우레탄계 수지는 고분자 주쇄에 연결된 사슬이 많고, 비선형 폴리우레탄계 수지라고도 불린다. 보다, 구체적으로는 폴리프로필렌글리콜(PPG)과 이소포론 디이소시아네이트(IPDI)를 반응시켜 제조된 우레탄 구조를 갖는 형태이며, 우레탄 구조가 가지 사슬형으로 뻗어나가는 형태이다. 이러한 형태를 갖는 가지사슬형 폴리우레탄계 수지는 중량평균분자량이 20000~100000일 수 있다. 가지 사슬형 폴리우레탄계 수지는 주쇄 및 가지사슬 말단 부분에 OH기가 랜덤하게 존재하고, OH기가 수지 중합반응 과정에서 NCO와 반응한다. 이때, 랜덤하게 존재하는 OH기에 의해, 열경화 및 발포되는 과정에서 기포가 작용기 사이사이에 형성되면서 가지사슬형 폴리우레탄계 수지가 복잡한 구조로 경화될 수 있다. 이에 반해, 선형 폴리우레탄계 수지는 주쇄의 말단에만 OH기가 존재하기 때문에, 가지사슬형 폴리우레탄계 수지에 비하여 발포가 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 조성물에 발포가 가능한 가지사슬형 폴리우레탄계 수지를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가지사슬형은 선형에 비하여 상대적으로 밀도가 작고, 성형성이 우수하여 연질 및 저밀도의 폴리우레탄 폼을 형성할 수 있다.
폴리우레탄 폼은 통상 경질, 연질, 반경질로 구분되는데, 경질 폴리우레탄 폼은 외부의 힘에 의해 변형되면 원래 형태로 복원이 어려워 주로 단열재, 충전재 등으로 사용된다. 연질 폴리우레탄 폼은 외형이 부드러우며, 외부의 힘에 의해 변형되어도 원래 형태로 쉽게 복원될 수 있어, 주로 쿠션재, 흡수재, 흡음재 등으로 사용된다. 반경질 폴리우레탄 폼은 외형이 경질 및 연질의 중간 정도의 경도를 나타내고, 주로 자동차 내장재 등에 사용된다.
발포제
상기 폴리우레탄 폼 조성물은 발포제를 포함하여 이를 발포시킴으로써, 오픈 셀을 갖는 폼 형태로 제조할 수 있다. 상기 폼의 오픈 셀은 폼 조성물이 발포되는 과정에서 발포제로부터 발생한 기체가 기포를 형성하고, 상기 기포가 계속적으로 성장하다가 파열되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 기포가 성장함에 따라 이웃한 기포들과 격리시키는 이들 사이의 기포 벽면이 점점 얇아지면서 기포들의 파열에 의해 형성될 수 있다.
발포제는 대략 100~180℃의 온도에서 발포되는 물질로서, 평균 직경이 0.01~100㎛인 미소구 발포제를 포함하는 것이 바람직하다. 미소구 발포제는 폼 조성물에 균일하게 분산되어 있으며, 폼에 쿠션 성질을 부여하면서, 경량화 효과를 제공한다. 상기 발포제는 가지사슬형 폴리우레탄계 수지 100중량부에 대하여, 0.1~10중량부를 포함할 수 있다. 0.1중량부 미만일 경우, 발포제 역할이 불충분할 수 있으며, 10중량부를 초과하는 경우, 발포제가 너무 쉽게 파열될 수 있어, 폼의 표면이 거칠어질 수 있다.
이소시아네이트(isocyanate)계 경화제
상기 폴리우레탄 폼 조성물은 이소시아네이트계 경화제를 포함함으로써, 겔 함량을 높여 우수한 내구성을 부여한다.
상기 이소시아네이트계 경화제는 가지사슬형 폴리우레탄계 수지 100중량부에 대하여, 1~40중량부를 포함할 수 있다. 함량이 1중량부 미만인 경우, 경화가 충분히 이루어지지 않아 내구성이 저하될 수 있다. 반대로, 함량이 40중량부를 초과하는 경우, 과경화에 의해 폴리우레탄 폼이 고체처럼 굳어질 수 있어 의료용, 피부 부착용으로 부적합할 수 있다.
상기 이소시아네이트계 경화제로는 예를 들어, 메틸 이소시아네이트 경화제, 나프틸 이소시아네이트 경화제, 오르가노실리콘 이소시아네이트 경화제, 테트라메틸린 디이소시아네이트 경화제, 페닐 이소시아네이트 경화제 등이 있다.
계면활성제
계면활성제는 폴리우레탄 폼 조성물 내에 균일하게 분포하여 기포의 크기를 조절하며, 정포제라고도 불린다.
상기 계면활성제는 실리콘계 계면활성제 등을 사용할 수 있으며, 폼 제조시 기포 안정성 및 발포의 균일성을 부여한다. 또한, 실리콘계 계면활성제와 아민계 실리콘 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 계면활성제는 가지사슬형 폴리우레탄계 수지 100중량부에 대하여, 0.1~10중량부를 포함할 수 있다.
함량이 0.1중량부 미만인 경우, 첨가량이 미미하여 기포 크기 조절이 어려울 수 있다. 반대로, 함량이 10중량부를 초과하는 경우, 계면활성제의 분산성, 상용성이 저하되어 물성이 저하될 수 있다.
폴리올(polyol)
폴리올은 다가(多價) 알코올, 즉 2개 이상의 수산기(-OH)를 가진 지방족 화합물로서, 폴리우레탄계 수지와의 상용성이 우수하고, 친수성이 높기 때문에, 폴리우레탄 폼의 흡수성을 향상시키는 효과가 있다.
상기 폴리올은 폼의 우수한 흡수성을 나타내기 위해, 가지사슬형 폴리우레탄계 수지 100중량부에 대하여, 20~60중량부를 포함할 수 있다. 함량이 20중량부 미만인 경우, 흡수성 향상을 기대하기 어렵다. 상기 폴리올은 경화제와 함께 경화반응에도 참여하므로, 폴리올이 60중량부를 초과하는 경우, 열경화가 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 이를 위해 경화제를 다량 첨가하는 경우, 물성 조절이 어려울 수 있다.
상기 폴리우레탄 폼 조성물은 가지사슬형(branched type) 폴리우레탄계 수지, 발포제, 이소시아네이트(isocyanate)계 경화제, 계면활성제 및 폴리올(polyol) 이외에도 점착부여제, 대전방지제 등을 포함하는 첨가제가 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 폴리우레탄 폼 조성물은 점착층 상에 코팅 방식으로 도포한 후, 열경화 및 발포를 통해 폴리우레탄 폼을 형성할 수 있다. 열경화 및 발포는 대략 100~180℃에서 동시에 수행될 수 있으며, 이를 통해 0.1~0.3g/cm3을 만족하는 저밀도 폼을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 폴리우레탄 폼은 가지사슬형(branched type) 폴리우레탄계 수지, 발포제, 이소시아네이트(isocyanate)계 경화제, 계면활성제 및 폴리올(polyol)을 포함하는 조성물로부터 열경화 및 발포되어 형성된다.
아울러, 폴리우레탄 폼은 흡수량이 2.2~2.8이고, 밀도가 0.1~0.3g/cm3인 것에 의해, 의료용 테이프에 적용되어 삼출물 흡수력이 높은 효과가 있다. 상기 폴리우레탄 폼의 밀도가 0.1g/cm3 미만인 경우, 폼의 부드러운 물성은 증가하나 폼이 작은 힘에도 쉽게 찢어지는 문제점이 있다. 폴리우레탄 폼의 밀도가 0.3g/cm3를 초과하는 경우, 폼의 부드러운 물성이 감소될 수 있다.
또한, 상기 폴리우레탄 폼의 두께는 10~200㎛일 수 있다. 박막 두께를 갖는 폴리우레탄 폼은 저밀도 및 우수한 흡수성을 가지기 때문에, 의료용 테이프에 적용될 수 있다.
이와 같이 폴리우레탄 폼 조성물 및 폴리우레탄 폼에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
1. 폴리우레탄 폼의 제조
실시예
1 및
비교예
1~3
중량평균분자량이 20000인 가지사슬형 폴리우레탄 수지(LHG_PU1), 평균 직경 10㎛인 발포제(MS-4600FS), 경화제(TKA-100), 실리콘 계면활성제(L-580) 및 폴리올(FA-103)을 하기 [표 1]에 기재된 함량으로 포함하는 폴리우레탄 폼 조성물을 준비하였다.
점착층 상에 상기 폴리우레탄 폼 조성물을 도포한 후, 165℃의 온도에서 열경화 및 발포를 통해 100㎛의 두께를 갖는 폴리우레탄 폼을 제조하였다.
비교예 4
폴리우레탄 폼 조성물에 선형 폴리우레탄 수지(LHG_PU2)가 포함되는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 폼을 제조하였다.
[표 1]
상기 폴리우레탄 폼 조성물에 포함되는 발포제, 경화제, 계면활성제 및 폴리올의 함량은 가지사슬형 폴리우레탄 수지 100중량부를 기준으로 한 중량부로 기재하였다.
흡수량 측정 : EN13726-1 시험법에 의해 측정하였다. 상기 실시예 1 및 비교예 1~4에 의해 제조된 폼의 샘플을 가로, 세로 2×2cm2크기로 절단한 후, 건조된 상태에서 샘플의 무게(Adry)를 측정한다. 샘플을 37℃의 증류수에 담근 후, 30분 후에 젖은 샘플의 무게(Awet)를 측정한다.
흡수량 : (Awet-Adry)/Adry
표 1을 참조하면, 폴리우레탄 폼 조성물의 함량을 모두 만족한 실시예 1의 경우, 흡수량이 2.5이고, 밀도가 0.2g/cm3인 결과를 나타내었다.
반면, 폼 조성물 중 폴리올의 함량이 5중량부 이하로 포함된 비교예 1, 2의 경우, 흡수량이 0.7이하의 결과를 보여주었다. 계면활성제를 포함하지 않은 비교예 3의 경우, 흡수량 및 밀도의 결과가 본 발명에서 제시한 범위를 만족하지 못하였다. 선형 폴리우레탄 수지가 포함된 비교예 4는 실시예 1에 비하여 상대적으로 낮은 흡수량을 보였고, 밀도 또한 0.4 g/cm3 이상으로 높았다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (9)
- 가지사슬형(branched type) 폴리우레탄계 수지, 발포제, 이소시아네이트(isocyanate)계 경화제, 계면활성제 및 폴리올(polyol)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 가지사슬형 폴리우레탄계 수지는 중량평균분자량이 20000~100000인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 발포제는 평균 직경이 0.01~100㎛인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 가지사슬형 폴리우레탄계 수지 100중량부에 대하여, 발포제 0.1~10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 가지사슬형 폴리우레탄계 수지 100중량부에 대하여, 이소시아네이트계 경화제 1~40중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 가지사슬형 폴리우레탄계 수지 100중량부에 대하여, 계면활성제 0.1~10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 가지사슬형 폴리우레탄계 수지 100중량부에 대하여, 폴리올 20~60중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 조성물.
- 가지사슬형(branched type) 폴리우레탄계 수지, 발포제, 이소시아네이트(isocyanate)계 경화제, 계면활성제 및 폴리올(polyol)을 포함하는 조성물로부터 열경화 및 발포되어 형성되고,
흡수량이 2.2~2.8이고, 밀도가 0.1~0.3g/cm3인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼.
- 제8항에 있어서,
상기 폴리우레탄 폼의 두께는 10~200㎛인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼.
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| KR20050008347A (ko) * | 2003-07-15 | 2005-01-21 | 주식회사 헵스켐 | 우레탄폴리올 프리폴리머, 다공성 폴리우레탄체 및 이의제조방법 |
| KR20140134044A (ko) * | 2013-05-13 | 2014-11-21 | 현대자동차주식회사 | 다기능성 바이오 폴리우레탄 폼 및 이의 제조방법 |
-
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