KR102220943B1 - 열경화성 발포체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 단열재 - Google Patents

Abstract

열경화성 수지, 발포제, C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 및 계면활성제를 포함하는 발포성 조성물의 열경화물인 열경화성 발포체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 단열재를 제공한다.

Description

열경화성 발포체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 단열재{THERMOSETTING FOAM, METHOD OF PRODUCING THE SAME, AND INSULATING MATERIAL}

열경화성 발포체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 단열재에 관한 것이다.

단열재는 열경화성 발포체를 포함하는 것이고, 단열재는 건축물의 벽면에 부착되어 열의 이동을 방지함으로써 외부의 온도 변화가 건축물의 내부 온도에 미치는 영향을 감소시켜, 보다 적은 에너지로 일정한 실내 온도를 유지하도록 할 수 있다.

한편, 단열재가 수분을 흡수하면, 물의 높은 열전도도로 인하여 단열재의 단열성이 현저히 떨어지게 된다. 또한, 단열재가 수분을 흡수하여 수분을 포함하게 되면, 외부의 급격한 온도 변화에 따라 동결융해 과정을 거치게 되면서 단열재 및 열경화성 발포체의 변형, 탈락 현상 등이 쉽게 발생할 수 있어 내구성 및 단열성이 시간이 흐름에 따라 더욱 감소되는 문제가 있다.

본 발명의 일 구현예는 열전도율을 이상 수준으로 유지하면서, 동시에 우수한 수분 저항성 및 장기 내후성을 구현하는 열경화성 발포체를 제공한다.

본 발명의 다른 구현예는 상기 열경화성 발포체의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 구현예는 상기 열경화성 발포체를 포함하는 단열재를 제공한다.

본 발명의 일 구현예에서, 열경화성 수지, 발포제, C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 및 계면활성제를 포함하는 발포성 조성물의 열경화물인 열경화성 발포체를 제공한다.

본 발명의 다른 구현예에서, 열경화성 수지, 발포제, C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 및 계면활성제를 포함하는 발포성 조성물을 준비하는 단계; 및 상기 발포성 조성물에 열을 가하여 발포 및 경화시키는 단계;를 포함하는 열경화성 발포체의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 열경화성 발포체를 포함하는 단열재를 제공한다.

상기 열경화성 발포체는 열전도율을 일정 이상의 수준으로 유지하면서, 동시에 우수한 수분 저항성 및 장기 내후성을 나타낼 수 있다.

도 1은 본 발명의 열경화성 발포체의 수분 흡수율을 측정하는 방법을 간략하게 나타낸 모식도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 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.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

또한, 본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 아울러, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

본 발명의 일 구현예에서, 열경화성 수지, 발포제, C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 및 계면활성제를 포함하는 발포성 조성물의 열경화물인 열경화성 발포체를 제공한다.

일반적으로 건축물의 벽면 등에 발포체 및 면재를 포함하는 단열재를 부착하여 단열성을 부여할 수 있으나, 단열재에 수분이 흡수되면, 물의 높은 열전도도로 인하여 단열성이 현저히 떨어지는 문제가 있다.

이에, 수분 저항성이 높은 면재를 사용하거나, 발포체 표면에 수분 저항성이 높은 물질을 도포하여 단열성 저하를 방지할 수도 있다. 그러나, 단열재를 장기간 사용함에 따라, 면재가 떨어지고, 발포체의 표면이 마모되어 단열 효과를 기대할 수 없다. 그리고, 시간이 지남에 따라, 단열재에 균열이 발생하고, 상기 균열된 틈을 통해 흡수된 수분은 외부의 급격한 온도 변화에 따라 동결융해 과정을 거치게 되면서 단열재의 내구성 및 단열성을 현저히 떨어트릴 수 있다.

이에, 일 구현예에서는, 발포체로 열경화성 수지, 발포제, C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 및 계면활성제를 포함하는 발포성 조성물의 열경화물을 포함하여 열전도율을 일정 수준으로 유지하면서, 발포체 자체의 수분 저항성을 향상시킬 수 있으며, 우수한 장기 내후성을 구현할 수 있다.

상기 발포성 조성물은 열경화성 수지를 포함한다. 상기 열경화성 수지는 에폭시계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리이소시아네이트계 수지, 폴리이소시아누레이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 페놀계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포성 조성물은 열경화성 수지로 페놀 및 포름알데히드가 반응하여 얻어질 수 있는 페놀계 수지, 예를 들어 레졸계 페놀 수지를 포함할 수 있다.

상기 발포성 조성물은 상기 열경화성 수지를 약 30 중량% 내지 약 90 중량%의 함량으로 포함할 수 있다.

상기 열경화성 수지를 상기 범위 내의 함량으로 포함함으로써 발포셀을 안정적으로 형성하고, 우수한 단열성을 구현할 수 있다. 구체적으로, 상기 열경화성 수지를 상기 범위 미만으로 포함하는 경우에는 발포셀을 형성하기 어렵고 단열성이 저하되며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 다른 첨가제 등의 비율이 상대적으로 낮아지고, 발포셀의 형상이나 발포 공정에서 불량이 발생할 수 있다.

상기 열경화성 수지는 예를 들어, 상기 페놀계 수지는 약 25℃의 온도 조건 하에서 약 1,000cps 내지 약 40,000cps의 점도를 가질 수 있고, 구체적으로는 약 15,000cps 내지 약 25,000cps 의 점도를 가질 수 있다. 상기 점도는 Brookfield 점도계를 이용하여 측정할 수 있다.

상기 발포성 조성물은 상기 범위의 점도를 갖는 열경화성 수지를 포함하여, 발포력을 적절히 조절할 수 있고, 이에 따라 발포셀이 잘 형성되고, 독립 기포율을 향상시켜 우수한 단열성을 부여할 수 있다. 구체적으로, 상기 열경화성 수지의 점도가 상기 범위 미만인 경우에는 발포 초기에 발포 가스의 손실이 발생할 수 있고, 이에 따라 열전도율이 높아져 단열성이 저하될 수 있다. 그리고, 점도가 상기 범위를 초과하는 경우에는, 원재료 교반 믹서의 압력 부하가 증가해 혼합이 균일하게 되지 못하고, 발포 배율이 낮아지고 발포압이 감소하기 때문에 정상적인 발포체를 제조하지 못하는 문제가 있을 수 있다.

또한, 상기 열경화성 수지는 수분율이 약 5 중량% 이상일 수 있고, 구체적으로는 약 10 중량% 내지 약 20 중량%일 수 있다. 상기 수분율은 Karl Fischer Titration 방법에 의해 측정할 수 있다. 상기 열경화성 수지는 상기 범위 내의 수분율을 가짐으로써 우수한 작업성 및 우수한 단열성을 구현할 수 있다. 구체적으로, 수분율이 상기 범위를 벗어나, 수분율이 너무 낮은 경우에는 빠른 경화 반응에 의해 공정상 제어가 어려우며, 수분율이 너무 높은 경우에는 경화 반응이 너무 느려져서 단열성이 저하되고, 열경화성 발포체의 접착성이 떨어져, 다른 구성, 예를 들어, 표면재 등을 라미네이트 방법에 의해 견고히 부착시키기 어려울 수 있다.

또한, 상기 페놀계 수지는 우레아 결합을 포함하지 않을 수 있다. 그에 따라 페놀 수지의 중합 과정에서 우레아-포름알데히드 반응에 따라 발생하는 수분이 생성되지 않을 수 있어 상기 발포성 조성물의 점도 및 수분을 쉽게 조절할 수 있다.

상기 발포성 조성물은 발포제를 포함하고, 상기 발포제는 히드로플루오로올레핀(hydrofluoroolefin, HFO)계 화합물, 탄화수소계 화합물, 히드로클로로플루오로카본 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 발포제를 포함할 수 있다. 상기 히드로플루오로올레핀계 화합물은 예를 들어, 염소화 히드로플루오로올레핀계 화합물, 비염소화 히드로플루오로올레핀계 화합물, 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 상기 히드로플루오로올레핀계 화합물은, 이 기술분야에서 공지된 종류를 사용할 수 있고, 예를 들어, CF3CH=CClH(1233zd), CHF2CF=CClH(1233yd), CHF2CH=CClF(1233zb), CHF2CCl=CHF(1233xe), CH2FCCl=CF2(1233xc), CHFClCF=CFH(1233ye), CH2ClCF=CF2(1233yc), CF2ClCF=CH2(1233xf) 등의 모노클로로트리플루오로프로펜; CHF₂CF=CH₂, CH₃CF=CF₂, CH₂FCF=CF₂, CH₂FCH=CF₂, CHF₂CH=CHF 등의 트리플루오로프로펜; 펜타플루오로프로펜; 헥사플루오로부텐 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 탄화수소계 화합물은 탄소수 1개 내지 5개의 탄화수소를 포함할 수 있고, 예를 들어, 염소화 탄화수소 화합물, 비염소화 탄화수소 화합물, 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 상기 수소계 화합물은 디클로로에탄, 프로필클로라이드, 이소프로필클로라이드, 부틸클로라이드, 이소부틸클로라이드, 펜틸클로라이드, 이소펜틸클로라이드, n-부탄, 이소부탄, n-펜탄, 이소펜탄, 시클로펜탄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 아니한다.

또한, 상기 히드로클로로플루오로카본은 클로로디플루오로메탄(HCFC-22) , 1,1-디클로로-1-플루오로에탄 (HCFC-141b), 클로로노나플루오로부탄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 아니한다.

상기 발포성 조성물은 상기 열경화성 수지 약 100 중량부 대비 상기 발포제를 약 5 중량부 내지 약 15 중량부로 포함할 수 있다. 상기 발포제를 상기 범위의 함량으로 포함함으로써 발포력을 조절하여, 상기 열경화성 발포체에 우수한 강도 등의 내구성을 부여하고, 안정적으로 발포셀을 형성하고, 높은 독립 기포율을 부여할 수 있다.

상기 발포성 조성물은 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물을 포함하여, 상기 발포성 조성물에 수분 저항성을 현저히 향상시킬 수 있다. 그리고, 상기 실록산계 화합물은 상기 열경화성 수지의 표면장력을 낮춰줄 수 있다. 이에, 일정 점도 및 반응성을 갖는 상기 열경화성 수지와 상기 실록산계 화합물을 적절히 혼합하여, 발포체의 발포셀을 보다 균일하게 형성하고, 발포체에 우수한 기계적 강도와 열전도도를 부여할 수 있다. 이때, C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물은 실록산계 화합물 주쇄에 소수성을 나타내는 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 측쇄로 갖는 화합물을 의미한다.

반면, C₁ 의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물을 포함하는 경우에는 낮은 소수성을 나타내기 때문에 큰 수분 저항성을 얻기 힘들다. C₁ 의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물로는 실리콘 오일 등이 있을 수 있다.

상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물은 열경화성 발포체에 높은 소수성을 부여하고, 수분 저항성을 현저히 향상시켜, 수분 흡수에 따른 중량 변화율, 즉 수분흡수율을 현저히 낮출 수 있다.

구체적으로 상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물은 에테르(ether)기를 포함하지 않을 수 있다. 구체적으로 에틸에테르, 프로필에테르 등을 포함하는 폴리에테르기를 측쇄에 포함하지 않을 수 있다. 상기 발포성 조성물이 상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물이 아닌, 에테르기를 측쇄에 포함하는 실록산계 화합물, 예를 들어, 실리콘계 계면활성제인 폴리디메틸실록산을 포함하는 경우에는 충분한 소수성을 나타내지 못하고, 수분 저항성이 저하되어, 수분흡수율이 현저히 증가할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 가질 수 있다.

[화학식 1]

상기 화학식 1중, R₁, R₃, R₅, R₇ 및 R₈은 각각 독립적으로 C₁ ∼ C₃의 알킬기이고, R₂ 및 R₆는 각각 독립적으로 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기 또는 히드록시기이고, R₄는 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 의미한다.

상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물은 상기 화학식 1에 있어서, 특히, R₄ 위치에 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 화합물로서, 높은 물 접촉각 및 수분흡수율을 현저히 낮추어 우수한 수분 저항성을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 발포성 조성물은 C₄ ∼ C₁₀의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물, 예를 들어, C₆-C₈의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물을 포함하여 더욱 향상된 효과를 부여할 수 있다.

상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물은 약 1,000 내지 약 10,000의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 구체적으로는 약 2,000 내지 약 4,000의 중량평균분자량을 가지는 것이 보다 바람직하다. 상기 중량평균분자량은 겔투과크로마토크래피(GPC, gel permeation chromatography, alliance 2695, Waters)로 측정할 수 있다. 상기 발포성 조성물은 상기 범위의 중량평균분자량을 가진 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물을 포함하여 보다 향상된 수분 저항성을 나타낼 수 있다.

상기 발포성 조성물은 상기 열경화성 수지 100 중량부 대비 상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물을 약 0.1 중량부 내지 약 2.0 중량부로 포함할 수 있다. 상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 수분 저항성의 효과를 발휘하지 못하는 문제가 있을 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 수지의 표면장력을 너무 낮추기 때문에 닫힌 셀이 형성되지 못하여 열전도도와 기계적 강도를 저하시키는 문제가 있을 수 있다.

상기 발포성 조성물은 계면활성제를 포함하여, 상기 열경화성 수지, 상기 발포제 및 상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물의 분산성을 향상시키고, 발포셀이 성장하는 과정에서 계면을 안정적이고 균일하게 형성하고, 높은 독립 기포율과, 우수한 강도 및 우수한 열전도율를 구현할 수 있다.

상기 발포성 조성물에 포함되는 상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물은 전술한 바와 같이, 높은 소수성을 가지고 우수한 수분 저항성을 부여할 수 있으나, 높은 소수성으로 인하여 상기 열경화성 수지 내에서 균일하게 분산되지 못하여 단열성이 저하되는 문제가 있다. 이에 따라, 발포셀이 터지거나 균일하게 성장하지 못하고, 독립 기포율이 떨어지고, 열전도율이 현저히 저하되는 문제가 있을 수 있다. 또한, 상기 열경화성 발포체 내에 수분 저항성이 고르게 분산되지 못할 수 있다. 특히, 열경화성 발포체의 중심 내부에 수분 저항성이 현저히 떨어질 수 있다.

상기 계면활성제는 상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물과 우수한 상용성을 가지고, 상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물이 상기 열경화성 수지 및 상기 발포제 사이에서 균일하게 분산 및 혼합되도록 하고, 발포셀이 성장하는 과정에서 계면을 안정화시켜 안정적이고 균일한 발포셀을 형성할 수 있다. 이에 따라, 이의 경화물인 열경화성 발포체는 향상된 수분 저항성과 함께 우수한 내구성 및 높은 열전도율을 일정하게 유지할 수 있다.

상기 계면활성제는 피마자유 에틸렌옥사이드, 폴리옥시알케닐렌소르비탄 알킬에스테르, 폴리옥시알킬렌 알킬에스테르, 실리콘계 계면활성제인 폴리디메틸실록산-폴리옥시알킬렌 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 바람직하게는 피마자유 에틸렌옥사이드를 포함할 수 있다.

상기 발포성 조성물은 상기 열경화성 수지 100 중량부에 대하여 상기 계면활성제를 약 1.0 중량부 내지 약 10.0 중량부의 함량으로 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 계면활성제를 상기 범위의 함량으로 포함하여 상기 발포성 조성물 내의 성분들을 용이하게 분산시킬 수 있으면서 상기 열경화성 발포체의 발포 구조를 충분하면서도 안정적으로 형성하여, 우수한 열전도도, 우수한 물리적 강도 및 우수한 수분 저항성을 나타낼 수 있다.

구체적으로, 상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 대 상기 계면활성제의 중량비는 약 1: 3 내지 약 1: 20일 수 있으며, 구체적으로, 약 1: 4 내지 약 1: 15일 수 있으며, 보다 구체적으로는 약 1:4 내지 약 1:10일 수 있다. 상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물의 중량비가 상기 범위 미만인 경우에는 충분한 수분 저항성을 나타낼 수 없고, 이에 따라 물 접촉각이 낮아지고, 수분흡수율이 높아질 수 있다. 그리고, 상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물의 중량비가 상기 범위를 초과하는 경우. 즉, 상기 계면활성제의 함량이 더 적은 경우에는 친수성을 나타내는 열경화성 수지 내에서 상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물이 고르게 분산되지 못하고, 소수성을 나타내는 발포제 또한 열경화성 수지 내에서의 분산성이 저하되어, 이를 포함하는 발포성 조성물의 열경화물인 열경화성 발포체의 셀 형성을 방해하여 독립 기포율이 낮아지고, 발포체의 강도가 저하되고, 열전도율이 낮아지는 문제가 있을 수 있다.

상기 발포성 조성물은 상기 범위의 질량비로 상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 및 상기 계면활성제를 포함하여, 가혹 조건 하에서도 우수한 열전도율을 부여할 수 있다. 따라서 상기 발포성 조성물의 열경화물인 상기 발포체는 우수한 장기 내후성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 발포체는 70℃의 고온 및 상대습도 15%의 조건, 50℃, 상대습도 50%의 다습한 조건 및 -20℃의 저온 등의 가혹 조건을 거친 후에도, 약 0.0200 W/m·K 내지 약 0.0223 W/m·K 의 열전도율을 나타낼 수 있으며, 구체적으로, 약 0.0200 W/m·K 내지 약 0.0210 W/m·K 의 열전도율을 나타낼 수 있다.

상기 발포성 조성물은 경화제, 용제, 기타 첨가제로서 난연제, 가소제, 중화제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

상기 경화제는 예를 들어, 산무수물계 화합물, 무기산계 또는 유기산계 화합물, 이소시아네이트계 화합물 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 아니한다.

상기 페놀계 수지 약 100 중량부에 대하여 상기 경화제를 약 5 중량부 내지 약 30 중량부로 포함할 수 있다.

상기 발포성 조성물이 발포 및 경화되어 상기 열경화성 발포체가 얻어질 수 있다.

상기 열경화성 발포체는 KS M ISO 2896에 따라 측정한, 하기 식 1에 의한 수분 흡수율이 약 0.5% 내지 약 4.0%일 수 있으며, 예를 들어, 약 0.5% 내지 약 3.0%일 수 있다.

[식 1]

구체적으로, 상기 수분 흡수율은 도 1과 같은 장치를 이용하여 측정할 수 있다. 상기 식 1에서, WAv는 상기 발포체의 수분 흡수율(%), m1은 물 속에 침지시키기 전의 상기 발포체(20)자체의 초기 중량, m2는 상기 발포체를 담기 위한 그물망(10) 자체의 중량, m3는 물 속에서 4일 동안 침지시킨 후의 물 속에서의 상기 발포체와 그물망을 합친 중량, V₀는 물 속에 침지시키기 전의 상기 발포체의 부피, V₁는 물 속에서 4일 동안 침지시킨 후의 상기 발포체의 부피, Vc는 발포체의 각 면에 위치하여 외부에서 관찰되는 기포의 부피, ρ는 발포체가 침지되는 물의 밀도를 의미한다.

상기 열경화성 발포체는 상기 범위의 수분 흡수율을 가짐으로써 장기간 우수한 단열성 및 내구성을 구현할 수 있다. 구체적으로, 상기 열경화성 발포체의 수분 흡수율이 상기 범위를 초과할 경우에는 장기적으로 단열재 제품의 수분 흡수에 의한 열전도도 및 내구성 저하, 결로, 곰팡이 발생 등의 문제가 발생될 수 있다.

상기 열경화성 발포체의 물 접촉각은 약 60°내지 약 120°일 수 있다. 상기 열경화성 발포체는 상기 범위의 물 접촉각을 가짐으로써 수분에 대한 높은 저항성을 나타낼 수 있고, 이에 따라, 발포체의 변형, 탈락 및 결로 현상이 방지되고, 장기간 우수한 단열성 및 내구성을 구현할 수 있다.

상기 열경화성 발포체의 두께는 약 30mm 내지 약 200mm일 수 있다. 구체적으로, 상기 열경화성 발포체의 두께가 상기 범위를 초과할 경우에는 경화 과정에서 발생하는 열이 발포체 내부 중심에 축적되어 단열성이 저하되고, 셀 구조 형성을 방해할 수 있다.

상기 열경화성 발포체는 KS L 9016의 측정 조건에 따라 평균 온도 20℃에서 측정한 열전도율이 약 0.017 W/m·K 내지 약 0.021 W/m·K 의 열전도율을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 열경화성 발포체의 열전도율은 별도의 상기와 같은 가혹 조건 없이, 상판 10℃, 하판 30℃, 평균온도 20℃의 조건 하에서 두께 방향으로 측정한 것으로서, 약 0.017 W/m·K 내지 약 0.021 W/m·K 일 수 있다.

발포성 조성물에 통상의 발수제를 사용하는 경우에는 수분 흡수율을 낮출 수 있으나, 열경화성 수지의 표면장력 조절이 용이하지 않고, 발수제가 발포 셀 형성을 방해하여 독립 기포율이 떨어지고, 열전도율이 높아질 수 있는 문제가 있을 수 있다. 반면, 상기 열경화성 발포체는 알루미늄 등의 면재 없이도 열전도율을 상기 범위로 일정하게 유지하면서 동시에 물접촉각, 수분흡수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 열경화성 발포체는 밀도가 약 20kg/m3 내지 약 50kg/m3일 수 있다. 상기 범위 내의 밀도를 가짐으로써 상기 열경화성 발포체는 우수한 강도 및 우수한 단열성을 구현할 할 수 있다.

또한, 상기 열경화성 발포체의 독립 기포율은 약 85% 내지 약 95% 일 수 있다. 구체적으로, 독립 기포율이 상기 범위 미만인 경우에는 열전도율이 높아지고 수분 흡수율이 높아지는 문제가 있다.

본 발명의 다른 일 구현예는 열경화성 수지, 발포제, C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 및 계면활성제를 포함하는 발포성 조성물을 준비하는 단계; 및 상기 발포성 조성물에 열을 가하여 발포 및 경화시키는 단계;를 포함하는 열경화성 발포체의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법에 의해 전술한 상기 열경화성 발포체를 제조할 수 있다.

상기 제조방법에서, 열경화성 수지, 발포제, C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 및 계면활성제를 포함하는 발포성 조성물을 준비하고, 상기 발포성 조성물에 대한 구체적인 사항은 전술한 바와 같다.

또한, 상기 제조방법은 상기 준비된 발포성 조성물에 열을 가하여 발포 및 경화시키는 단계를 포함한다. 상기 발포성 조성물은 발포 및 경화를 동시에 진행할 있고, 이때 발포 또는 경화 중 어느 하나를 먼저 개시하거나, 또는 이들을 동시에 개시할 수도 있다.

상기 발포 및 경화는 예를 들어, 약 50 내지 약 90의 온도 조건 하에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 발포 및 경화는 약 2분 내지 약 20분의 시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 아니하고, 발명의 목적 및 용도에 따라 적절히 달라질 수 있다.

상기 발포성 조성물은 예를 들어, 소정의 몰드 내에서 발포 및 경화되거나 또는 예를 들어, 양 표면재 사이에 주입되거나 토출되면서 발포 및 경화될 수 있으나, 이에 제한되지 아니한다.

이를 통해, 전술한 열경화성 발포체를 제조할 수 있다. 상기 열경화성 발포체는 약 0.017 W/m·K 내지 약 0.021 W/m·K 의 열전도율, 약 0.5% 내지 약 4.0%의 수분 흡수율 및 약 60°내지 약 120°의 물 접촉각을 동시에 만족시킬 수 있다. 또한, 상기 열경화성 발포체는 약 0.017 W/m·K 내지 약 0.020 W/m·K 의 열전도율, 약 0.5% 내지 약 3.0%의 수분 흡수율 및 약 75°내지 약 120°의 우수한 물 접촉각, 뿐만 아니라, 가혹 조건 하에서도, 약 0.017 W/m·K 내지 약 0.0210 W/m·K 의 우수한 열전도율을 동시에 만족시켜, 가장 좋은 성능 사양을 나타낼 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예는 상기 열경화성 발포체를 포함하는 단열재를 제공한다.

상기 열경화성 발포체는 예를 들어, 건축용 단열재의 용도로 적용될 수 있고, 그에 따라 건축용 단열재로서 요구되는 고후도 규격 및 우수한 단열성을 동시에 만족할 수 있으면서, 우수한 수분 저항성으로 곰팡이 등이 발생하는 것을 방지하여 우수한 친환경성을 구현할 수 있다.

상기 건축용 단열재는 예를 들어, 상기 열경화성 발포체의 일면 또는 양면상에 표면재를 더 포함할 수 있고, 상기 표면재는 이 기술분야에서 공지된 종류를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 유기물 또는 무기물 유래의 직물, 부직물, 천, 알루미늄 등의 금속 호일, 종이 등을 포함하는 재질일 수 있으나, 이에 제한되지 아니한다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.

< 실시예 및 비교예 >

실시예 1

25℃의 온도 조건 하에서 점도가 15,000cps이고, 수분율 10 중량%인 레졸계 페놀 수지를 20℃의 온도로 준비하였다. 상기 레졸계 페놀 수지에 대하여, 탄화수소계 화합물인 시클로펜탄과 이소펜탄을 8:2의 중량비로 혼합된 무색의 발포제와 측쇄에 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 및 계면활성제로 피마자유 에틸렌옥사이드를 포함하는 조성물을 혼합하여 발포성 조성물을 제조하였다. 이때, 상기 실록산계 화합물은 화학식 1에 있어서, R₄ 위치에 C₆ 의 알킬기, R1, R3, R5, R7 및 R8은 C₁의 알킬기, 그리고, R₂ 및 R₆는 C₂의 알킬기를 가지고, 2,000 의 중량평균분자량을 가진다. 그리고, 상기 레졸계 페놀 수지 100 중량부 대비 상기 발포제를 8 중량부 포함하고, 상기 계면활성제를 4.0 중량부 포함하도록 하였다. 그리고, 상기 실록산계 화합물 대 상기 계면활성제의 중량비는 1:3이 되도록 발포성 조성물을 제조하였다.

그리고, 상기 발포성 조성물을 캐터필러 하부에 흘려보내 최종적으로 열경화성 발포체를 제조하였다.

이때, 성형틀인 상기 캐터필러는 8 m/min의 라인속도, 70℃도의 온도에서 열경화성 발포폼의 두께가 70mm가 되도록 설정하였다.

실시예 2

상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 대 상기 계면활성제의 중량비가 1:4가 되도록 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 열경화성 발포체를 제조하였다.

실시예 3

상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 대 상기 계면활성제의 중량비가 1:10가 되도록 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 열경화성 발포체를 제조하였다.

실시예 4

상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 대 상기 계면활성제의 중량비가 1:15이 되도록 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 열경화성 발포체를 제조하였다.

실시예 5

상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물로 화학식 1에 있어서, R₄ 위치에 C₁₀ 의 알킬기, R1, R3, R5, R7 및 R8은 C₁의 알킬기, 그리고, R₂ 및 R₆는 C2의 알킬기를 갖는 화합물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2과 동일한 방법으로 열경화성 발포체를 제조하였다.

비교예 1

상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물을 포함하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 열경화성 발포체를 제조하였다.

비교예 2

상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 대신 실리콘 오일을 포함한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 열경화성 발포체를 제조하였다.

비교예 3

상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물을 미포함하고, 상기 계면활성제인 피마자유 에틸렌옥사이드 대신에, 에테르기를 측쇄에 포함하는 실록산계 계면활성제인 폴리디메틸실록산(Evonik社 TEGOSTAB B 8462 제품)을 포함하도록 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 열경화성 발포체를 제조하였다.

<평가>

실험예 1:열 전도율(W/m·K)

실시예 및 비교예의 상기 열경화성 발포체를 300mm×300mm 크기 및 두께는 상부부터 50mm로 절단하여 시편으로 각각 준비하고 이를 70℃에서 12시간 건조하여 샘플을 전처리 하였다. 그리고, 곧바로 상기 각 시편에 대해 KS L 9016(평판 열류계법 측정방법)의 측정 조건에 따라 평균 온도 20℃에서 HC-074-300(EKO社) 열전도율 기기를 사용하여 열전도율을 측정하였다. 그리고, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

실험예 2: 장기 내후성

열경화성 발포체는 단열재에 포함되어 건축물의 외벽 등에 부착되는 것으로서, 외부 기후 등에 의해 수분이 침투하여 균열이 생기기 쉽다. 이에, 하기 방법을 이용하여 다양한 기후조건에서의 상기 열경화성 발포체의 장기 내후성을 측정하였다.

상기 실시예 및 비교예의 상기 열경화성 발포체를 크기 300mm×300mm 및 두께는 상부로부터 50mm로 절단하여 시편으로 준비하였다. 그리고, 가혹 조건은 유럽 ETAG004의 Hygrothermal Behaviour 방법을 변형하여 측정하였다. 구체적으로, 제1 단계로 상기 시편을 물속에 5시간 동안 완전 침지 시킨 후 상온에서 3시간동안 자연 건조시킨다. 이후 항온항습 챔버에 상기 시편을 넣어 70℃, 상대습도 15% 조건에서 16시간 건조시킨다. 상기 제1 단계를 3번 반복 진행하였다. 그리고, 제2 단계로 상기 시편을 50℃, 상대습도 50% 조건에서 8시간 건조시키고, -20℃의 온도에서 16시간 동안 건조시킨다. 상기 제2 단계를 2번 반복 진행하였다. 이후 최종적으로 70℃에서 12시간 건조하여 상기 시편을 전처리 하였다. 그리고, 상기 각 시편에 대해 KS L 9016(평판 열류계법 측정방법)의 측정 조건에 따라 평균 온도 20℃에서 HC-074-300(EKO社) 열전도율 기기를 사용하여 열전도율을 측정하였다. 이렇게 얻어진 값은 가혹조건 하에 측정된 열전도율로서, 실험예 1에서 측정된 열 전도율과는 구별되어야 한다.

실험예 3: 수분 흡수율( % )

실시예 및 비교예의 상기 열경화성 발포체를 25±5℃의 온도 및 50±10%의 습도의 환경에서 최소 12시간 이상 건조시켰다. 그리고, 상기 열경화성 발포체를 Band saw로 절단하여 가로 15cm, 세로 15cm, 높이 4cm의 시편을 준비하였다. 이때, 상기 시편은 상기 열경화성 발포체의 중앙부 위치에서 얻어지도록 절단하여 준비하였다.

상기 시편의 수분 흡수에 따른 중량 변화율, 즉, 수분흡수율을 KS M ISO 2896 규격에 따라 측정하고, 하기 식 1에 의해 계산하여 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

[식 1 ]

구체적으로, 상기 수분 흡수율은 도 1과 같은 장치를 이용하여 측정하였다. 상기 식 1에서, WAv는 상기 발포체의 수분 흡수율(%), m1은 물 속에 침지시키기 전의 상기 발포체(20) 자체의 초기 중량, m2는 상기 발포체를 담기 위한 그물망(10) 자체의 중량을 의미한다. 상기 발포체(20)가 놓여 있는 그물망(10)을 그물망 거는 곳(40)에 걸고, 무게 추(30)를 이용하여, 상기 그물망(10)을 수조(50) 안에 침지시킨다. m3는 수조(50) 안의 물 속에서 4일 동안 침지시킨 후의 물 속에서의 상기 발포체(20)와 그물망(10)의 중량을 상기 측정 저울(60)을 이용하여 측정한 값이고, V0는 물 속에 침지시키기 전의 상기 발포체(20)의 부피, V1는 물 속에서 4일 동안 침지시킨 후의 상기 발포체(20)의 부피, Vc는 발포체(20)의 각 면에 위치하여 외부에서 관찰되는 기포의 부피, ρ는 발포체가 침지되는 물의 밀도를 의미한다.

실험예 4: 물 접촉각 (°)

실시예 및 비교예의 상기 열경화성 발포체 위에 주사기를 이용하여 한 방울의 증류수를 떨어뜨리고, 방울이 맺힌 형태를 접촉각 측정기(독일 KRUSS社, DSA100)에 구비된 현미경으로 확대하여 좌측 및 우측 끝의 임계점에서 상기 시편의 표면과 이루는 각도를 측정하였다.

상기 측정 방법으로, 상기 열경화성 발포체당 임의의 3개의 지점에서 각각 접촉각을 측정하였고, 상기 각각의 측정값을 평균하여 각각의 물 접촉각을 평가하고, 그 결과를 표 1에 기재하였다.

	열전도율	장기 내후성	수분 흡수율	물 접촉각
실시예 1	0.0210	0.0222	2.2	100
실시예 2	0.0197	0.0203	2.3	92
실시예 3	0.0194	0.0205	2.6	78
실시예 4	0.0193	0.0218	3.8	61
실시예 5	0.0204	0.0209	2.5	81
비교예 1	0.0195	0.0238	4.8	42
비교예 2	0.0210	0.0251	4.6	49
비교예 3	0.0205	0.0244	5.6	32

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 실시예는 열전도율을 0.017 W/m·K 내지 0.021 W/m·K 로 유지하면서, 동시에 수분 흡수율을 0.5% 내지 4.0%로 유지하고, 물 접촉각을 60°내지 120°로 유지할 수 있다. 뿐만 아니라, 실시예는 장기 내후성에 있어서도, 열 전도율을 0.0222 W/m·K 이하로 유지할 수 있다. 따라서, 실시예는 열전도율을 일정 수준으로 장기간 유지하면서, 동시에 우수한 수분 저항성 및 장기 내후성을 나타낼 수 있다.

10: 그물망
20: 발포체
30: 무게추
40: 그물망 거는 곳
50: 수조
60: 측정 거울

Claims (12)

1. 열경화성 수지, 발포제, C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 및 계면활성제를 포함하는 발포성 조성물의 열경화물이고,
   상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 갖는
   열경화성 발포체:
   
   [화학식 1]
   

   

   
   
   상기 화학식 1중,
   R₁, R₃, R₅, R₇ 및 R₈은 각각 독립적으로 C₁ ∼ C₃의 알킬기이고, R₂ 및 R₆는 각각 독립적으로 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기 또는 히드록시기이고, R₄는 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기이다.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 열경화성 수지는 에폭시계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리이소시아네이트계 수지, 폴리이소시아누레이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 페놀계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
   열경화성 발포체.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물의 중량평균분자량이 1,000 내지 10,000인
   열경화성 발포체.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물은 에테르(ether)기를 포함하지 않는
   열경화성 발포체.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 계면활성제는 피마자유 에틸렌옥사이드, 폴리옥시알케닐렌소르비탄 알킬에스테르, 폴리옥시알킬렌 알킬에스테르, 실리콘계 계면활성제인 폴리디메틸실록산-폴리옥시알킬렌 공중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
   열경화성 발포체.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 대 상기 계면활성제의 중량비가 1: 3 내지 1: 20인
   열경화성 발포체.
   
8. 제1항에 있어서,
   KS M ISO 2896에 따라 측정한, 하기 식 1에 의한 상기 발포체의 수분흡수율이 0.5% 내지 4.0%인
   열경화성 발포체:
   
   [식 1]
   

   

   
   상기 식 1에서, WAv는 상기 발포체의 수분 흡수율, m1은 물 속에 침지시키기 전의 상기 발포체의 초기 중량, m2는 상기 발포체를 담기 위한 그물망 자체의 중량, m3는 물 속에서 4일 동안 침지시킨 후의 물 속에서의 상기 발포체와 그물망의 무게를 합친 중량, V₀는 물 속에 침지시키기 전의 상기 발포체의 부피, V1는 물 속에서 4일 동안 침지시킨 후의 상기 발포체의 부피, Vc는 발포체의 각 면에 위치하여 외부에서 관찰되는 기포의 부피, ρ는 발포체가 침지되는 물의 밀도를 의미한다.
   
9. 제1항에 있어서,
   열경화성 발포체의 물 접촉각이 60°내지 120°인
   열경화성 발포체.
   
10. 제1항에 있어서,
    KS L 9016의 측정 조건에 따라 평균 온도 20℃에서 측정한 열전도율이 0.017 W/m·K 내지 0.021 W/m·K 인
    열경화성 발포체.
    
11. 열경화성 수지, 발포제, C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물 및 계면활성제를 포함하는 발포성 조성물을 준비하는 단계; 및
    상기 발포성 조성물에 열을 가하여 발포 및 경화시키는 단계;를 포함하고,
    상기 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기를 갖는 실록산계 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 갖는
    열경화성 발포체의 제조방법:
    
    [화학식 1]
    

    

    
    
    상기 화학식 1중,
    R₁, R₃, R₅, R₇ 및 R₈은 각각 독립적으로 C₁ ∼ C₃의 알킬기이고, R₂ 및 R₆는 각각 독립적으로 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기 또는 히드록시기이고, R₄는 C₂ ∼ C₁₅의 알킬기이다.
    
12. 제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 열경화성 발포체를 포함하는 단열재.
    

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