일반기술

실란을 포함하는 저온 보냉용 나노복합화 우레탄 경질 발포체 조성물

본 발명은 LNG 저장탱크에 극저온 보냉용으로 사용되는 우레탄 경질 발포체의 조성 중 montmorillonite(MMT)를 silane 화합물을 이용해 우레탄 발포체에 나노(NANO)크기로 분산시켜 고열성과 고강도를 갖는 우레탄 나노 복합 발포체의 조성에 관한 것이다.폴리우레탄 발포체란 우레탄의 원료가 되는 이소시아네이트와 폴리올에 발포제와 촉매, surfactant 등으로 우레탄 반응을 보내면 반응 중 발생하는 반응열에 의해 발포제가 기화되어 foam을 형성하게 되고 이것이 연질이나 경질의 다공성의 우레탄이 생성되는 것을 말하며, 우수한 단열특성과 자기 접착성, 경량성, 완충성, 제조 간편성 및 다양성 등 타 단열재와 비교하여 많은 장점을 가지고 있으며, 단독 또는 타 재료와 복합화하여 단열재, 경량구조재, 완충재 등으로써 광범위하게 사용되고 있다.기존의 폴리우레탄 경질 발포체의 경우 이소시아네이트와 폴리올의 반응에 의해서 발생하는 열로 증발될 수 있는 비점이 상온인 클로로 플로로 카본(chlorofluorocarbon : CFC)과 하이드로 클로로 플로로 카본(hydro chloro fluoro carbon : HCFC)등을 발포체로 이용하여 왔으나 이상의 물질들은 지구의 오존층을 파괴하여 환경을 변화시키는 주요인으로 최근 밝혀져 사용에 규제를 받고 있으며 이를 위해 여러 가지 대체 발포물 예를 들면 R-141b등이 사용되고 있으나 기존 사용되던 CFC나 HCFC에 비해 단열능력이 떨어져서 더 많은 발포를 필요로 하고 이에 따라서 폼의 강도가 떨어지는 단점이 있어서 대체제를 사용하는데 많은 어려움이 있어 이를 개선 시키려는 노력들 즉, 복합화나 화학구조 및 조성 변화를 통해 강도와 단열성을 개선시키려는 시도들이 많이 있어 일련의 성과를 나타내었으나 아직 완전히 CFC계 발포제를 대체하면서 단열성과 강도를 확보한 물질은 완성되지 못하고 있다.MMT/폴리우레탄 나노복합 발포체를 제조하는 과정은 상기의 기존의 조성에 MMT와 silane을 나노의 크기로 분산시켜 완성하게 되는데, 기존의 발포체 제조공정 중의 단계에서는 물에 의한 반응의 개시에서부터 이소시아네이트의 화합에 의한 반응의 종결에 이르기까지의 시간이 매우 짧아서 MMT와 같은 무기 filler를 발포공정 중에는 삽입시키기가 매우 힘들므로, 첫째로 MMT와 silane을 물에 분산시키고 silane의 알콕시(alkoxy) 그룹이 하이드록시(hydroxy)그룹으로 가수분해되고 이것이 MMT의 하이드록시와 축합반응을 일으켜 생성되는 유기 silane 표면처리MMT를 폴리올에 MMT를 분산시켜 polyol/MMT 나노분산 혼합액을 제조하거나, 둘째로 유기알콕시 silane과 MMT를 폴리올과 혼합하여 나노분산 폴리올/유기silane/MMT 혼합물을 만들고 여기에 이소시아네이트와 촉매, 물, surfactant를 혼합 발포하여 MMT/ 유기silane /폴리우레탄 나노복합 발포체를 완성한다.상기의 MMT/유기 silane/폴리우레탄 나노복합 발포체를 제조하는데 있어 폴리올과 MMT, 유기알콕시silane의 혼합은 일반적인 저속의 교반기로는 오랜시간의 교반이 필요하여 최소 5시간 이상의 혼합이 필요하므로 본 발명에서는 교반속도 5000 rpm(rotation per minute : 분당 회전속도)이상의 교반기를 사용하여 약 30분에서 1시간 사이에서 혼합을 하여 아래의 그림과 같이 폴리올/MMT 나노 분산액을 제조하였으며, 여기에 이소시아네이트와 촉매, 물, 발포제 surfactant를 혼합한 후, 발포를 실시하고 얻은 발포체의 밀도와 강도를 측정하여 MMT/유기 silane/폴리우레탄 나노 복합 발포체의 물성을 측정하여 적은 필러의 량으로도 발포체 강도의 증가를 확인하였고 이것으로 CFC 발포제를 대체할 수 있는 발포제를 사용하여도 높은 발포를 통해 단열성능을 확보하고 강도도 유지할 수 있는 발포체의 제조가 가능함을 확인하였다.