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KR19980031089A - 내황변성 캐스팅 테이프의 제조방법 - Google Patents

내황변성 캐스팅 테이프의 제조방법 Download PDF

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KR19980031089A
KR19980031089A KR1019960050620A KR19960050620A KR19980031089A KR 19980031089 A KR19980031089 A KR 19980031089A KR 1019960050620 A KR1019960050620 A KR 1019960050620A KR 19960050620 A KR19960050620 A KR 19960050620A KR 19980031089 A KR19980031089 A KR 19980031089A
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Abstract

본 발명은 내황변성 캐스팅 테이프의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다음 구조식(I)로 표시되는 비스페놀A 모포리노에틸 에톡시레이트 촉매 존재하에서 지방족 및 방향족 디이소시아네이트 화합물과 분자량 200~5,000 범위의 폴리올 화합물을 중합하여 얻은 우레탄 프리폴리머를 유리섬유 또는 합성섬유 등의 캐스팅 지지체에 도포하여 내황변성 및 파쇄강도가 우수하고 장기간 보존 가능한 캐스팅 테이프를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

내황변성 캐스팅 테이프의 제조방법
본 발명은 내황변성 캐스팅 테이프의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다음 구조식(I)로 표시되는 비스페놀A 모포리노에틸 에톡시레이트 촉매 존재하에서 지방족 및 방향족 디이소시아네이트 화합물과 분자량 200~5,000 범위의 폴리올 화합물을 중합하여 얻은 우레탄 프리폴리머를 유리섬유 또는 합성섬유 등의 캐스팅 지지체에 도포하여 내황변성 및 파쇄강도가 우수하고 장기간 보존 가능한 캐스팅 테이프를 제조하는 방법에 관한 것이다.
외과나 정형외과 분야에서 신체의 골절부위를 고정하기 위하여 석고붕대(plaster of paris)를 비롯하여 다양한 캐스팅 방법이 개발되어 사용되고 있다. 지금까지 가장 널리 이용되어온 석고붕대(plaster of paris)의 경우 중량에 대한 강도(strength-to-weightratio)가 낮아 강도유지를 위해서는 많은 양의 캐스팅이 필요하고 이로인해 부피가 커지고 무거워서 환자가 활동하기에 많은 불편이 있었다. 또한, 석고붕대는 통풍성이 나빠서 상처부위로부터 수분증발이 어렵고, 엑스-선(x-ray) 투과성이 나쁘기 때문에 치료의 진행상황을 파악하기 어려운 문제가 있었다.
이와같은 석고붕대의 단점을 해결하기 위해 많은 연구가 진행되어 왔고, 석고붕대를 대체할 수 있는 새로운 합성 캐스팅 테이프 또는 이와 다른 형태의 붕대가 개발된 바 있다[미국특허 제 3,241,501 호; 미국특허 제 3,881,473 호; 미국특허 제 3,932,526 호; 미국특허 제 4,131,114 호 등]. 또한 미국특허 제 4,376,438 호, 제 4,427,001 호 및 제 4,411,261 호에서는 우레탄 프리폴리머를 유리섬유 등의 매트릭스에 코팅한 캐스팅 테이프를 석고붕대처럼 물에 침지한 후 꺼내어 골절부위에 감으면 우레탄 프리폴리머와 물과의 반응에 의해 경화(cross-linking)가 일어나 단단하게 굳음으로써 상처부위를 고정시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이러한 방법에서 사용된 대부분의 프리폴리머는 포장상태에서 경화가 일어나 장기간 보존하기가 어렵거나 경화가 되었을때 파쇄강도 값이 낮아지는 문제가 있고, 특히 환자에 적응 후 시간이 지남에 따라 황색으로 변하여 미관상 문제가 있었다.
본 발명에서는 상기 종래 발명의 문제점을 보완하기 위하여, 지방족 및 방향족 디이소아네이트 혼합물과 특정 분자량 범위의 폴리올 화합물을 상기 구조식(I)로 표시되는 촉매하에서 중합하여 제조한 우레탄 프리폴리머를 캐스팅 지지체에 도포시켜 기존의 캐스팅 테이브 보다 내황변성 및 파쇄강도가 우수하고 장기간 보존 가능한 캐스팅 테이프를 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 우레탄 프리폴리머를 캐스팅 지지체에 도포시켜 캐스팅 테이프를 제조하는 방법에 있어서, 상기 우레탄 프리폴리머는 다음 구조식(I)로 표시되는 비스페놀A 모포리노에틸 에톡시레이트 촉매 존재하에서 지방족 및 방향족 디이소시아네이트 화합물과 분자량 200~5,000 범위의 폴리올 화합물을 중합시킨 것을 사용하는 내황변성 캐스팅 테이프의 제조방법을 그 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 우레탄 프리폴리머를 캐스팅 지지체에 도포하는 통상의 캐스팅 테이프 제조방법에서 우레탄 프리폴리머의 제조방법에 그 특징이 있다. 다시말하면, 본 발명에서는 우레탄 프리폴리머 제조시 이소시아네이트 화합물로서 방향족 디이소시아네이트 화합물과 지방족 디이소시아네이트 화합물을 혼합하여 사용하므로써 방향족 디이소시아네이트 화합물 사용에 따른 취급 및 저장안정성을 개선하고, 지방족 디이소시아네이트 화합물 사용에 따른 내황변성 및 내광성을 크게 개선하였다. 상기 디이소시아네이트 화합물의 혼합 비율에 있어서, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 방향족 디이소시아네이트 화합물에 대하여 지방족 디이소시아네이트 화합물을 1:3~1:12 중량% 혼합하여 사용하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명에서 사용될 수 있는 방향족 디이소시아네이트 화합물을 구체적으로 예시하면 4,4'-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI; 4,4'-methylenediphenyl diisocyanate), 톨루엔 디이소시아네이트(TDI; toluene diisocyanate), 나프탈렌 디이소시아네이트(NDI; naphthalene diisocyanate) 및 자일렌 디이소시아네이트(XDI; xylene diisocyanate) 등 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용하며, 특히 MDI를 사용하는 것이 취급 및 저장 안정성 개선에 바람직하다. 또한, 본 발명에서 사용될 수 있는 지방족 디이소시아네이트 화합물을 구체적으로 예시하면 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI; hexamethylene diisocyanate), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI; isophoron diisocyanate), 수소화된 MDI(hydrogenated 4,4'-methylenediphenyl diisocyanate) 및 수소화된 XDI(hydrogenated xylene diisocyanate) 등 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용하며, 특히 IPDI를 사용하는 것이 내황변성, 내광성 및 기계적·열적 특성 개선에 바람직하다.
또한, 폴리올 화합물로는 분자량 500~2,000 범위의 폴리카프로락톤 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 및 이들의 공중합체 등 중에서 선택된 다양한 종류의 폴리에스테르 폴리올 또는 폴리에테르 폴리올 등이 사용될 수 있으며, 특히 바람직하기로는 분자량 500~2,000 범위의 폴리프로필렌 글리콜과 폴리(옥시에틸렌-옥시프로필렌)블럭공중합체를 5:1~20:1 몰비로 혼합하여 사용하는 것이다.
본 발명에 따른 우레탄 프리폴리머 제조시 폴리올 화합물에 비교하여 과량의 디이소시아네이트 화합물을 사용하게 되는데, 프리폴리머내의 잔존하는 이소시아네이트 함량(NCO%)이 너무 크면 초기 경화시간(set time)이 길어지고 경화시 기포가 과도하게 발생하는 문제가 있고, 이소시아네이트 함량(NCO%)이 너무 작으면 경화시 접착력이 약해지고 경화후에는 캐스팅 테이프의 강도가 약해지는 등의 문제가 있다. 따라서, 바람직하기로는 프리폴리머 내에 잔존하는 이소시아네이트 함량(NCO%)dmf 5~30 중량% 범위로 유지하는 것이다. 이를 디이소시아네이트 화합물과 폴리올 화합물의 투입비로 환산하면 사용되는 폴리올 화합물의 종류에 따라 달라질 수 있지만, 대략 폴리올 화합물 1몰에 대하여 디이소시아네이트 화합물은 2~15 몰비로 투입한다.
또한, 캐스팅 테이프를 물에 침지한 후 꺼내어 골절부위에 적용했을때 디이소시아네이트 화합물과 물과의 반응에 의한 경화를 촉진하기 위하여 우레탄 프리폴리머 제조시 본 발명에서는 상기 구조식(I)로 표시되는 비스페놀A 모포리노에틸 에톡시레이트; 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 테트라메틸-1,3-부탄디아민, 비스-2-디메틸아미노에틸에테르, 트리에틸렌디아민 등의 아민류(amines); N-메틸모포린, N-에틸모포린, 디모포리노 디에틸에테르 등의 모포린계 화합물; 그리고 우레탄 프리폴리머에서는 녹지 않지만 물에는 녹을 수 있는 중탄산나트륨, 탄산나트륨, 탄산칼슘 등의 무기물질 등 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 촉매로 사용한다. 이 촉매는 완성된 캐스팅 테이프의 포장상태에서 최소한 2년 동안 경화가 일어나지 않도록 하는 것을 사용하여야 한다. 상기 촉매 중 가장 바람직하기로는 상기 구조식(I)로 표시되는 비스페놀A 모포리노에틸 에톡시레이트를 총반응물에 대하여 0.1~5.0 중량% 범위로 사용하는 것이다.
상기 촉매 이외에도 우레탄 프리폴리머 제조시 안정제로서 벤조일 클로라이드, 토실 클로라이드, 유기산 및 유기산 무수물 등 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용한다. 안정제가 과량 첨가되면 초기 경화시간(set time)이 길어지는 문제가 있으므로 그 첨가량은 총반응물에 대하여 0.1~5 중량% 범위가 바람직하다.
또한, 캐스팅 테이프를 환자에 적용했을때 이소시아네이트와 물과의 경화시 거품을 발생하게 되면 이로 인해 캐스트의 강도는 약화되고, 또한 캐스트 내의 통기구 수(數)를 감소시켜 통풍성을 저해시킬 수 있기 때문에 거품발생은 최소화 하여야만 한다. 이를 위한 방법으로서 프리폴리머에 존재하는 이소시아네이트 함량(NCO%)을 감소시키는 방법도 있으나, 이는 반응성, 작업성 및 점성도의 저하를 동반하기 때문에 이를 적용하는데는 한계가 있다. 이에 본 발명에서는 물과의 경화시 거품생성을 방지하기 위해 소포제로서 점성도가 1,000~10,000 센티포아즈(cps) 범위인 실리콘 화합물을 프리폴리머 제조시 첨가하는 바, 가장 바람직하기로는 폴리실록산을 우레탄 프리폴리머 제조시 총반응물에 대하여 0.1~3.0 중량% 범위로 사용하는 것이다.
상기에서 설명한 바와 같이 이소시아네이트 화합물, 폴리올, 화합물, 촉매, 안정제 및 소포제 등을 특정 비율로 투입하여 통상의 중합방법에 의해 제조된 우레탄 프리폴리머는 이소시아네이트 함량(NCO%)이 5~30%를 유지하게 되며, 이는 강력한 접착력과 세팅시간 단축의 면에서 특히 유리하다.
상기와 같은 제조과정에 의해 제조된 우레탄 프리폴리머를 캐스팅 지지체에 도포시켜 본 발명에 따른 캐스팅 테이프를 제조하게 되는 바, 이때 프리폴리머는 1㎡의 매트릭스 면적에 대하여 50~500g, 더욱 바람직하기로는 100~300g이 되도록 도포한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 캐스팅 지지체는 유리섬유, 폴리에스테르, 아크릴, 폴리에틸렌 및 나일론 등을 직물이나 편직물 형태로 직조한 것으로서 어느것을 사용해도 무방하다.
또한 우레탄 프리폴리머와 대기중의 수분과의 반응성을 고려하여 도포 즉시 공기중의 수분이 통과할 수 없는 포장지에 넣어 포장한다. 이때 사용한 포장지는 공기중의 수분과 물이 스며들 수 없는 것을 사용한다.
포장되어 있는 캐스팅 테이프 사용시 포장지를 제거한 후 물속에 10~30초 동안 담근 후 꺼내어 탈지면으로 보호된 상처부위에 감아 사용하였으며, 캐스팅 테이프의 고정시간은 최소한 1~30분 정도이며 가장 바람직하게는 3~6분 정도가 소요되는 것이 좋다.
상기와 같은 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 내황변성 캐스팅 테이프는 종래의 캐스팅 테이프에 비교하여 파쇄강도 및 내황변성이 우수하고 장기간 보존이 가능한 특성이 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~15 및 비교예 1~2
교반기, 태프론 교반봉, 온도계 및 질소라인이 장착된 잘 건조된 유리 반응기에 방향족 디이소시아네이트(HD 폴리우레탄(주)제품, Isonate 143LK; 143 eq./g), 지방족 이소시아네이트로서 이소포론 이소시아네이트(IPDI; 111 eq./g), 소포제로서 폴리실록산(럭키-디씨 실리콘(주) 제품; DC ANTIFOAM 1400) 및 안정제로서 벤조일 클로라이드를 다음 표 1에 제시된 양 만큼 조심스럽게 투입한 후, 질소기류하에서 20분 동안 교반하였다. 여기에 폴리프로필렌 글리콜(HD 폴리우레탄(주)제품, H-750D; 375eq./g) 폴리(옥시에틸렌-옥시프로피렌)블럭공중합체(한국 포리올(주) 제품, KONION PE-61; 875 eq./g) 및 촉매로서 비스페놀A 모포리노에틸 에톡시레이트를 투입한 다음, 온도와 교반속도가 각각 60℃ 및 200rpm이 되도록 천천히 상승시켰다. 60℃에서 2시간동안 반응시킨 후, 질소기류하에서 상온으로 냉각하여 우레탄 프리폴리머를 얻었다. 제조된 우레탄 프리폴리머를 유리섬유 편직물에 도포한 후 알루미늄 포장지로 포장하여 캐스팅 테이프를 얻었다.
[표1]
[표1] (계속)
(1) 방향족 디이소시아네이트: HD 폴리우레탄(주)제품, Isonate 143LK; 143 eq./g).
(2) 지방족 디이소시아네이트: 이소포론 이소시아네이트(IPDI; 111 eq./g).
* 실시예 14에서 지방족 디이소시아네이트로서 이소포론 디이소시아네이트 대신에 수소화된 MDI(알드리치사 제품; H12MDI)를 사용
** 실시예 15에서 지방족 디이소시아네이트로서 이소포론 디이소시아네이트 대신에 헥사메틸렌 디이소시아네이트(알드리치사 제품, HDI; 84 eq./g)를 사용
(3) 소포제: 폴리실록산(럭키-디씨 실리콘(주) 제품; DC ANTIFOAM 1400)
(4) 안정제: 벤조일 클로라이드
(5) 폴리올 화합물: 폴리프로필렌 글리콜(HD 폴리우레탄(주)제품, H-750D; 375 eq./g)
(6) 폴리올 화합물: 폴리(옥시에틸렌-옥시프로필렌)블럭공중합체(한국 포리올(주) 제품, KONION PE-61; 875 eq./g)
(7) 촉매: 비스페놀A 모포리노에틸 에톡시레이트
비교예 3
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 캐스팅 테이프를 제조하되, 다만 촉매로서 배스페놀A 모포리노에틸 에톡시레이트 대신에 디모포리노디에틸에테르(DMDEE)를 사용하였다.
실시예 16
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 캐스팅 테이프를 제조하되, 다만 캐스팅 지지체로서 유리섬유 편직물 대신에 폴리에스테르 섬유 편직물을 사용하였다.
실시예 17
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 캐스팅 테이프를 제조하되, 다만 캐스팅 지지체로서 유리섬유 편직물 대신에 아크릴 섬유 편직물을 사용하였다.
[실험예 1]
상기 실시예 1~17 및 비교예 1~3에서 제조한 우레탄 프리폴리머는 다음과 같은 방법으로 이소시아네이트 함량(NCO%) 및 점도를 측정하였으며, 그 결과는 다음 표 2에 나타내었다.
· 디이소시아네이트 함량(NCO%): 프리폴리머 내에 잔존하는 이소시아네이트 함량은 ASTM D2456에 제시된 아민당량법(Amine Equivalent Method)에 의해 측정하였다.
·점도: 프리폴리머의 점도는 Brookfield사의 디지틀 점도계(Model DV-II+)를 사용하여, 25에서 스핀들(spindle #6)의 회전속도를 10rpm으로 하여 측정하였다.
[표2]
[표2] (계속)
[실험예 2]
상기 실시예 1~17 및 비교예 1~3에서 제조한 캐스팅 테이프 각각은 다음과 같은 방법으로 물성을 측정하였으며, 그 결과는 다음 표 3에 나타내었다.
· 파쇄강도: 포장한지 4주가 지난 폭 3인치의 캐스팅 테이프를 물에 30초동안 침지한 후 꺼내어 두손으로 눌러 과량의 물을 짜내고, 면 붕대로 둘러싼 직경 5인 알루미늄 원통에 6번 감았다. 그리고 일정 시간이 경과되면 경화된 캐스팅 테이프를 원통으로부터 빼내어, 본 발명의 파쇄강도 측정시험을 위하여 고안·제작한 고정대가 장착된 인스트론(instron Model 4204)의 고정대 사이에 놓고 크로스헤드를 하강시켜 캐스팅 테이프가 1cm 눌렸을때 소요된 힘을 기록하였다. 크로스헤드의 하강속도는 2.8mm/min으로 하였다.
· 초기 경화시간(Set Time): 파쇄강도 측정과 동일한 방법으로 캐스팅 테이프를 원통에 감은 후, 매 30초마다 검지 손가락으로 눌러서 손가락이 들어가지 않을 정도의 시간을 기록하였다.
· 제품 유효기간(Shelf Life): 캐스팅 테이프의 제품 유효기간은 가속실험을 통하여 측정하였다. 프리폴리머를 지지체에 도포하여 포장한 캐스팅 테이프를 70℃로 유지되는 오븐에 보관하고, 일정 시간이 경과하면 꺼내어 경화정도를 확인하여 표면이 경화된 시간을 기록하였다. 이 시간을 겔타임(Gel Time)이라 하는데, 일반적으로 70℃에서 겔타임이 10일이면 23℃에서 9개월 유효하고, 겔타임이 30일이면 2년 유효하다고 본다.
· 색가: 파쇄강도 측정과 동일한 방법으로 캐스팅 테이프를 원통에 감아서 경화시킨 후, 일정시간이 경과하면 색차계(Nippon Densyoku Kogyo사, Model SZ-∑90)로 측정한 L/a/b 값을 기록하였다. L은 명도의 척도로서 0~100 사이의 값을 가지며 숫자가 클수록 밝은 색상이다. a는 양(+)의 방향으로 큰 값을 가질수록 적색 계열의 색상이고, 음(-)의 방향으로 큰 값을 가질수록 녹색 계열의 색상이다. b는 양(+)의 방향으로 큰 값을 가질수록 황색 계열의 색상이고, 음(-)의 방향으로 큰 값을 가질수록 청색 계열의 색상이다.
[표3]
[표3] (계속)
*시판제품 1: 3M 사 제품, Scotch CastTMplus
* 시판제품 2: Zimmer 제품, ZIM-FLXTM
상기 표 1~3의 결과에 의하면, 본 발명에 따른 실시예 1~18은 장시간 변색되지 않으며, 강도가 우수하고 장기간 보존 가능한데 반하여, 비교예 1~ 2 및 시판제품들은 자외선에 장기간 노출되었을 경우 황색으로 변하고 강도가 낮으며 제품 유효기간이 짧았다.
본 발명에 따른 내황변성 캐스팅 테이프는 내황변성 및 파쇄강도가 우수하고 장기간 보존가능한 특성을 지니고 있어서 외과나 정형외과 환자에게 사용시 특히 유용하다.

Claims (8)

  1. 우레탄 프리폴리머를 캐스팅 지지체에 도포시켜 캐스팅 테이프를 제조하는 방법에 있어서, 상기 우레탄 프리폴리머는 다음 구조식(I)로 표시되는 비스페놀A 모포리노에틸 에톡시레이트 촉매 존재하에서 지방족 및 방향족 디이소시아네이트 화합물과 분자량 200~5,000 범위의 폴리올 화합물을 중합반응시켜 제조된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 내황변성 캐스팅 테이프 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물은 지방족 디이소시아네이트 화합물에 대하여 3~12 중량배로 사용하는 것을 특징으로 하는 내황변성 캐스팅 테이프의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 지방족 디이소시아네이트 화합물로는 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI; hexamethylene diisocyanate), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI; isophoron diisocyanate), 수소화된 MDI(hydrogenated 4,4'-methylenediphenyl diisocyanate) 및 수소화된 XDI(hydrogenated xylene diisocyanate) 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 내황변성 캐스팅 테이프의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물로는 4,4'-메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI; 4,4'-methylenediphenyl diisocyanate), 톨루엔 디이소시아네이트(TDI; toluene diisocyanate), 나프탈렌 디이소시아네이트(NDI; naphthalene diisocyanate) 및 자일렌 디이소시아네이트(XDI; xylene diisocyanate) 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 내황변성 캐스팅 테이프의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 폴리올 화합물 1 몰에 대하여 지방족 및 방향족 디이소시아네이트 화합물은 2~10 몰비로 사용하는 것을 특징으로 하는 내황변성 캐스팅 테이프의 제조방법.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 폴리올 화합물로는 폴리카프로락톤 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 및 이들의 공중합체 등 중에서 선택된 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 내황변성 캐스팅 테이프의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 우레탄 프리폴리머는 이소시아네이트 함량이 5~30%가 되도록 제조하는 것을 특징으로 하는 내황변성 캐스팅 테이프의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 구조식(Ⅰ)로 표시되는 비스페놀A 모포리노에틸 에톡시레이트 촉매는 총 반응물에 대하여 0.1~5 중량% 사용하는 것을 특징으로 하는 내황변성 캐스팅 테이프의 제조방법.
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