우레탄 폼의 물성개선을 위한 연구

1. 2005114001 김현섭(PPT) 2003126060 정도환(자료) 2003126034 김환민(자료) 2004126 신혜연(발표) 우레탄 폼의물성개선을 위한 연구

2. 1 실 험 동 기 및 목 적 2 실 험 이 론 3 실 험 설 계 및 방 법 4 예 상 결 과 및 고 찰 5 참 고 문 헌 목 차

3. 실험 동기 및 목적 이소시아네이트 첨가량에 따른물성변화 관찰 연 질 특 성 첨가제를 통한 황변현상 억제 황 변 현 상 냄새 특성 개선 불쾌한 냄새

4. 이소시아네이트 -N〓C 〓O 활성수산기 -OH 폴리우레탄 폼 실험이론 – 폴리우레탄 폼 형성

5. 우레탄 폼 종류 및 특성 • 연질 폴리우레탄 폼: TDI와 높은 분자량의 폴리에테르 트리올로 부터 제조 물은 연질폼 제조에 발포제로 사용된다 연질폴리우레탄의 용도: 낮은 밀도: 가구와 침구류, 높은 밀도: 자동차의자 씌우개, 반연질 폼 (Semiflexible foams)은 자동차 내부 충전물 • 경질 폴리우레탄 폼: PMDI와 높은 기능성 폴리 에테르 또는 방향족 폴리에스테르 폴리올로부터 제조 경질 폴리우레탄 폼의 용도: 단열재 (건축, 수송) • 폴리우레탄 탄성체:플라스틱의 단단함과 고무의 탄성을 지님, 반응 사출 성형으로 내장제로 주로 사용 황 또는 과산화물 개시 가교반응에 의하여 경화

6. 필수적 원료 폴리올(Polyol) 개시제 및 제품의 분자량을 변화시켜 사용 폴리에테르 폴리올 (Polyether Polyol) 폴리에스테르 폴리올 (Polyester Polyol)

7. 이소시아네이트 TDI (Tolylene diisocyanate) 상업용 이소시아네이트 MDI (Methylenediphenyl diisocyanate) • PMDI • (Polymeric isocyanate))

8. 이소시아네이트 • 이소시아네이트로는 TDI MDI가 주로 쓰임 • 폴리올과 이소시아네이트의 배합비율에 따라서 물성에 많은 차이 • 폴리올과 이소시아네이트의 반응을 통해 형성되는 폴리우레탄은 발포체를 유연하게 한다. • 물과 이소시아네이트의 반응을 통하여 형성되는 폴리우레아는 발포체의 강도를 부여하는 특징을 가진다. TDI • 저온에서도 결정이 석출되지 않음 • 발포체의 압축강도가 크고 안정성이 좋다 MDI • 증기압이 낮다 • 경화시간의 단축이 용이 • 난연화 경향 • 표재와의 접착력이 증가 • TDI는 이소시아네이트기의 함량이 48% 높고 발열이 많기 때문에 경질 발포체의 제조에 어려움이 많으므로 주로 MDI계통을 쓴다

9. 이소시아네이트 Cyclohexylmethane diisocyanate(H12MDI) • MDI의 한 종류로서 방향족링이 빠져있다. • 방향족링이 없으므로 냄새에 적은 영향을 미칠 것이다. • MW% 262.0 isocyanate-IPDI • MW% 222.3

10. Isocyanate index(NCO index) • Isocyanate Index • Isocyanate equivalent

11. 자외선 안정제(Ultraviolet Stabilizer) • 광안정제의 일종으로 작용기구에 따라 흡수제, Quenchers, HALS로 구분 • 화학구조에 따라 Phenyl Salicylates(흡수제), Benzophenone(흡수제), Benzotriazole(흡수제), 니켈유도체(Quenchers), Radical Scavenger로 구분

12. 자외선 흡수제(UV Absorber) • 자외선을 흡수하여 열에너지로 방출시키는 1차 기능과 자유 라디칼을 종결 시키는 2차 • 2차 기능은 고유의 자외선 흡수능력을 감소시키므로 HALS나 1차 산화방지제와 같은 라디칼 스케빈저를 첨가하여 기능을 보완 • 자외선 흡수제가 효과적이기 위해서는 고분자가 민감한 파장에서 흡수율이 높아야 하고 제품의 단면 두께가 커야 함

13. 자외선 흡수제(UV Absorber) • Hydroxy benzophenone과 Hydroxyphenyl benzotriazole이 가장 많이 사용되며 Arylester 나 Oxanilides 등도 사용① 벤조페논(Benzophenone) 가공중 휘발성이 적고 폴리 올레핀과의 상용성이 좋고 Compounding ,가공 또는 옥외 노출 사용시 종종 색상변화 문제가 발생②벤조트리아졸(Benzotriazole) 280~390nm 영역에서 강한 자외선 흡수능력을 갖고 있고 가시광선 영역 경계까지 큰 흡수도를 나타내 벤조페논보다 자외선 흡수능력이 큼. PS,HIPS,ABS,PC,열경화성 Polyester 등에 널리 사용되며 초기 색상과 장기 색상안정성이 우수 • 기타 Arylester,Oxanilides,Formamidine 등이 있다.

14. 켄처(Quencher) • 자외선 흡수제보다 다소 늦게 작용하며 자외선 흡수에 의해 들뜬 상태(exited state)의 chromophore로부터 발생하는 과도한 에너지를 수용하여 chromophore를 바닥상태(ground state)로 전환시키고 열에너지나 형광 또는 인광 등으로 발산 K + h.ν --▶ K* K* + Q --▶ K + Q* Q* --▶ Q + heat Q* --▶ Q + h.ν’

15. HALS(Hindered Amine Light Stabilizer) • 과산화물 분해제와 라디칼 스케빈저 기능을 동시에 만족시키는 자외선 안정제로서 tetra-methyl piperidine 구조를 갖고 있으나 주기능은 자유 라디칼을 제거하고 정지시키는 라디칼 스케빈저의 역할을 수행 • 자외선 흡수제와는 달리 표면 보호작용이 뛰어나고 얇은 단면을 갖는 제품에도 적용이 가능하며 켄처와 달리 착색을 부여하지 않음 • 단독으로도 사용이 가능하며 자외선 흡수제나 켄처와 같이 사용시 최대의 자외선 안정성을 나타냄 • 폴리올레핀, 스티렌계 고분자, 우레탄 등 광범위하게 사용.

16. 냄새의 원인 – 아민(Amine) • 폴리우레탄폼에서 수지자체엔 냄새가 없지만 이에 첨가되는 난연제, 촉매, 정포제, 경화제, 안료 등이 냄새를 유발 • 촉매로 첨가되는 아민이 가장 큰 원인

17. 실험설계 – 1. 연질특성 폼 물성결정 발포제 촉매 Isocyanate

18. 이소시아네이트의 영향 • 이미 발포제인 Silicone surfactant의 양에 따른 실험은 수행되어 그 영향이 확인됨. • Hard segment인 이소시아네이트의 양에 따라 변하는 우레탄 폼의 특성조사에 대한 필요성 • 다른 변수가 고정된 상태에서 이소시아네이트의 비율(NCO index)에 따른 물성 조사

19. 실험설계 – 2. 황변현상 황변의 원인 열 UV 가스 Isocyanate 종류

20. 황변방지 • TDI와 MDI 등의 방향족 이소시아네이트는 자외선에 의해 Quinon imide 구조를 취하여 착색 • 자외선 흡수제와 산화방지제를 첨가하거나 Benzen 핵과 -NCO사이에 Alkylene Group을 도입하여 양자의 공명을 멈추게 하거나 (XDI), 지환족 Isocyanate를 사용하거나 (H12MDI, IPDI), 공액이중결합을 함유하지 않은 (HDI) 이소시아네이트를 사용하여 황변현상을 방지 OCN-(CH2)6-NCO (HDI) 자외선 차단 산화방지제 광 안정제

21. 첨가제 고려사항 1. 소량 사용으로 효과가 나타날 수 있는 것2. UV흡수제의 흡수파장 영역은 290~400 정도3. 반응에 및 보관 중 점도에 영향을 주지 않는 것4. 열 안정성이 좋은 것5. 분해 반응을 일으키지 않는 것6. 휘발성이 적은 것7. 상용성이 좋은 것8. 용이하게 추출되지 않는 것9. 무독한 것

22. 실험설계 – 3. 냄새특성 냄새의 원인 정포제 촉매 경화제

23. 아민기가 없는 촉매사용 산성범위내 합성 금속나노 or 은나노 입자 등을 분산시킴 냄새특성 개선 냄새 저감 효과

24. 실험 구상 MDI 변수 냄새 –제외 실 험 황변현상

25. 실험 방법 • Isocyanate의 첨가비율 변화 - NCO index 80, 100, 120, 140변화 2) 발포 후 폴리우레탄의 탄성 측정 3) Isocyanate 와 계면활성제의 변화에 따른 탄성 비교

26. 실험 방법 1) 자외선흡수제(UV Absorber) 첨가 - 무첨가, 0.1%, 0.2%, 0.4%, 0.8% 첨가 2) 시간에 따른 황변 현상 관찰 3) 그 외 향을 내는 가소제 등을 첨가 할 수 있음

27. 예상결과 및 고찰 • Isocyanate의 영향에 따른 물성 변화

28. 예상결과 및 고찰 NCO Index 증가 압축강도 증가 연질 -> 경질 폴리올, 촉매, 이소시아네이트의 종류에 따라 각 NCO Index에서 압축강도 DATA를 측정한다면 취향에 맞는 물성의 우레탄폼 주문이 가능

29. 예상결과 및 고찰 2) 자외선 흡수제 첨가량에 따른 황변 정도 첨가량 증가 황변 감소 일정 범위 이상에선 차이가 없을 것으로 예상

30. 참고문헌 • http://www.e-urethane.com/raw-03.htm • 촉매와 이소시아네이트 영향/경기대학교 대학원/권순관 /2002 • 폴리우레탄의 합성과 polyol 분자량에 따른 물성에 대한 영향 / 부경 대학교 / 심완섭 /2004 • 폴리우레탄 폼의 형성인자 및 반응조건에 따른 물성 특성 연구 / 충남대학교 / 송해영 / 2004 • http://user.chollian.net/~bespon1/b11.htm

31. 경청해 주셔서 감사합니다! Thank you for your attention.

32. 질의 응답