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KR20150017359A - 리그닌을 포함하는 분산물의 형태를 갖는 조성물, 이의 제조 방법 및 이의 용도 - Google Patents

리그닌을 포함하는 분산물의 형태를 갖는 조성물, 이의 제조 방법 및 이의 용도 Download PDF

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KR20150017359A
KR20150017359A KR1020147035691A KR20147035691A KR20150017359A KR 20150017359 A KR20150017359 A KR 20150017359A KR 1020147035691 A KR1020147035691 A KR 1020147035691A KR 20147035691 A KR20147035691 A KR 20147035691A KR 20150017359 A KR20150017359 A KR 20150017359A
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KR
South Korea
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lignin
mpas
polyol
foam
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Withdrawn
Application number
KR1020147035691A
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English (en)
Inventor
닥터 헨리 제이. 엠. 그륀바우어
Original Assignee
스토라 엔소 오와이제이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스토라 엔소 오와이제이 filed Critical 스토라 엔소 오와이제이
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Abstract

본 발명은 분산물의 형태를 갖는 조성물, 상기 조성물의 제조 방법 및 이의 용도에 관한 것이다.

Description

리그닌을 포함하는 분산물의 형태를 갖는 조성물, 이의 제조 방법 및 이의 용도{A COMPOSITION IN THE FORM OF A DISPERSION COMPRISING A LIGNIN, A METHOD FOR THE MANUFACTURING THEREOF AND USE THEREOF}
본 발명은 분산물의 형태를 갖는 조성물 상기 조성물의 제조 방법 및 상이한 응용분야, 가령 접착제, 결합제, 주조물, 발포체 (가령 냉장고 및 냉동고의 단열 및 건설 및 토목 분야를 위한 강성 폴리우레탄 및 폴리이소시아누레이트 발포체, 반- 폴리우레탄 발포체, 분사 발포체, 가요성 폴리우레탄 발포체 주조성형된 뿐만 아니라 적층된, 마이크로셀형 발포체 및 점탄성 발포체), 충전제, 풀, 밀봉제, 탄성중합체 및 고무 분야에서의 이의 용도에 대한 것이다.
본 발명은 또한 발포체의 제조 방법 및 상기 발포체의 용도에 대한 것이다.
최근 수 년간, 우리 세계의 생태적 균형에 나쁜 쪽으로 영향을 주는 것으로 공지된 현재의 광물-오일계 제품에 대한 지속가능한 대안을 찾는 과정에서 리그닌 및 리그닌-계 제품이 점점 더 큰 중요성을 획득하고 있다. 현재 맥락에서 각광받고 있는 중요한 분야는 다수의 중합체 자료 가령 예컨대. 고무, 에폭시 및 우레탄-계 네트워크 및 중합체를 위한 보강 충전제로서 리그닌의 사용이다.
추가로, US 제3,223,697호는 리그닌 분말을 개시하며 US 제5,008,378호는 리그닌 분산물을 개시한다. 부가적으로, CN 제1462760호는 리그닌 폴리우레탄 발포체를, JP 2011-184643호는 리그닌-계 물질을 이용한 발포체를 개시한다.
그러나 이들 문서 중 어느 것도 리그닌이 열경화성 및 열가소성 산업적 생성물의 중합체 뼈대의 일부로서 요망되는 영향을 가할 수 있는 그러한 제품에 이들 입자를 포함시키기 위한 효율적인 방법으로 상기 분산물의 사용을 가능하게 하는 입자 크기를 가지는 리그닌의 분산물을 개시하고 있지 않다.
추가적으로, 이들 분말이 효과적일 수 있는 다수의 산업적 제품의 생산에 적합한 마이크론미만 및/또는 나노미터 크기의 리그닌 입자를 생산하기 위한 단순하고, 비용-효과적인 공정에 대한 수요가 또한 존재한다.
본 발명은 하나 이상의 상기 문제를, 제1 양태에 따라 하나 이상의 분산제, 및 리그닌, 바람직하게는 알칼리성 리그닌을 포함하는, 분산물의 형태를 갖는 조성물을 제공함으로써 해결하며, 여기서 상기 리그닌은 약 100 nm 내지 약 2000 nm, 바람직하게는 약 100 내지 약 1000 nm, 가장 바람직하게는 약 200 내지 약 600 nm의 범위의 평균 입자 크기를 가지며, 여기서 상기 분산제는 약 18 내지 약 30 MPa1 /2의 용해성 변수 및 약 15 mPas 내지 약 20,000 mPas, 더 바람직하게는 약 15 mPas 내지 약 10,000 mPas, 특히 바람직하게는 약 20 mPas 내지 약 1000 mPa, 가장 바람직하게는 약 20 mPas 내지 약 500 mPas의 점도를 가진다. 상기 용해성 변수 및 점도의 값은 실온에서 측정되거나 계산된다.
본 발명은 또한 제2 양태에 따라 발포체, 고무, 접착제, 반응성 충전제의 제조를 위한 또는 충전 물질로서 사용하기 위한 제1 양태에 따른 조성물의 용도를 제공한다. 상기 분산물은 예컨대 개인용 전자기기(I appliance) (가령 가정용 전자기기; 예컨대 냉장고 및 냉동고) 또는 건설 및 토목 분야에서 사용될 수 있다. 상기 분산물은 또한 냉장고 및 냉동고와 같이 단열이 요구되는 응용분야에서 사용될 수 있다. 상기 분산물은 또한 발포체에서 사용될 수 있다 (가령 이중-밴드 적층으로 생성된 분사-발포체, 강성-표면 및 가요성-표면 패널, 불연속 패널, 블록 발포체, 직접-주입 발포체 및 파이프 절연용 발포체). 이들 후자의 패널 내 발포체는 폴리우레탄 또는 폴리이소시아누레이트 유형를 가질 수 있다. 상기 분산물은 또한 마이크로셀형 발포체 및 점탄성 발포체, 가요성 슬라브재(slabstock) 및 유연성 주조성형된 폴리우레탄 발포체, 가령 침구, 가구, 신발 (예컨대 신발 밑창) 및 자동차 응용분야에 사용되는 발포체에서 사용될 수 있다. 상기 분산물은 또한 복합재, 코팅제, 결합제, 밀봉제, 고무, 접착제, 반응성 충전제에서 사용될 수 있거나 충전 물질로서 사용될 수 있다. 상기 분산물은 또한 중합체 주조물, 가령 에폭시 주조물 또는 폴리올레핀 주조물 내 반응성 충전제/충전 물질로서 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 제3 양태에 따라 하기 단계를 포함하는 제1 양태에 따른 분산물의 형태를 갖는 조성물을 제조하기 위한 방법을 제공한다:
i) 리그닌, 바람직하게는 알칼리성 리그닌을 제공하는 단계,
ii) 한 가지 폴리올 또는 폴리올 혼합물을 부가하는 단계, 및
iii) 상기 성분을 혼합하여 상기 조성물을 제공하는 단계.
본 발명은 또한 제4 양태에 따라 제3 양태에 따른 방법에 의해 수득되는 분산물의 형태를 갖는 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한 제5 양태에 따라 하기 단계를 포함하는 발포체를 제조하기 위한 방법을 제공한다:
a) 제1 또는 제4 양태에 따른 조성물을 제공하는 단계,
b) 상기 조성물에 하나 이상의 팽창제를 부가하는 단계,
c) 임의로 하나 이상의 첨가제를 부가하는 단계,
d) 상기 조성물에 이소시아네이트를 부가하는 단계,
e) 단계 d)에서 수득된 혼합물을 교반하는 단계 및
f) 단계 e)에서 교반된 혼합물 몰드에 부어넣어 연속적으로 또는 불연속적으로 (즉 회분-방식으로) 발포체를 제공하는 단계.
본 발명은 또한 제6 양태에 따라 제5 양태에 따른 방법에 의해 수득가능한 발포체를 제공한다.
본 발명은 또한 제7 양태에 따라 제5 양태에 따라 수득된 발포체의 용도를 제공한다. 상기 발포체는 건설 및 토목 분야, 전자 기기 (가령 가정용 전자기기, 예컨대 냉장고 및 냉동고), 단열, 자동차 응용분야 또는 가구 또는 침구 응용분야에서 사용될 수 있다. 상기 분산물은 또한 단열이 요구되는 응용분야, 가령 냉장고 및 냉동고, 이중-밴드 적층에 의해 제조되는 분사-발포체, 강성-표면 및 가요성-표면 패널, 불연속 패널, 블록 발포체, 직접-주입 발포체 및 파이프 절연용 발포체에서 사용될 수 있다. 이들 후자의 패널 내 발포체는 폴리우레탄 또는 폴리이소시아누레이트 유형를 가질 수 있다. 상기 발포체는 또한 언급된 바와 같이 침구, 가구 및 자동차 응용분야(예컨대 카 시트)에서 사용될 수 있다. 상기 발포체는 추가로 신발 분야(예컨대 신발 밑창)에서 사용될 수 있다.
도 1은 에틸렌 글리콜에 분산된 크래프트 리그닌에 있어서 강도에 의한 크기 분포를 개시한다.
도 2는 폴리에틸렌 글리콜 400에 분산된 크래프트 리그닌에 있어서 강도에 의한 크기 분포를 개시한다.
도 3은 폴리에틸렌 글리콜 600에 분산된 크래프트 리그닌에 있어서 강도에 의한 크기 분포를 개시한다.
도 4는 1-헥사놀 상청액에 분산된 크래프트 리그닌에 있어서 강도에 의한 크기 분포를 개시한다.
본 명세서 전반에 걸쳐 표현 "리그닌"은 분산물을 제조하기 위해 사용될 수 있는 임의의 리그닌을 포괄하는 것으로 의도된다. 바람직하게는 리그닌은 알칼리성 리그닌이다. 이는 예컨대 크라프트(Kraft) 리그닌일 수 있다. 리그닌은 바람직하게는 EP 1794363에 개시된 공정을 이용하여 수득될 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐 표현 "이소시아네이트"는 발포체 응용분야에서 사용하기에 적절한 임의의 이소시아네이트 화합물을 포괄하는 것으로 의도된다. 이소시아네이트는 단량체 디이소시아네이트, 중합체일 수 있거나 또한 이소시아네이트 전구중합체일 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐 표현 "마이크론미만"은 1 nm 이상 2000 nm 미만을 포괄하는 것으로 의도된다.
본 명세서 전반에 걸쳐 표현 "난연제"는 발포체 또는 충전제 응용분야에서 유용한 임의의 난연제를 포괄하는 것으로 의도된다. 난연제는 액체 유기인, 유기할로겐 및 할로겐화 유기인계 난연제일 수 있다. TCPP 및 DEEP은 바람직한 예시이다.
본 명세서 전반에 걸쳐 표현 "주형"은 강성 발포체 제조에서 사용될 수 있는 임의의 주형을 포괄하는 것으로 의도된다. 상기 주형은 예컨대 인-시추(in-situ) 발포체를 위한 주형 (여기서 물질을 주조성형하기 위해 분사 기술을 사용할 수 있고; 이는 불연속 기술임), 블록을 제공하기 위한 주형 (이는 불연속 및 연속 둘다일 수 있음), 절연 판을 만들기 위한 주형 (이는 불연속 및 연속 둘다일 수 있음), 이중 굽힘 라미네이터(laminator) (예컨대 금속이 접하는 샌드위치 패널을 제조하기 위한 것; 이는 추가로 연속 기술임)일 수 있다. 상기 기술은 "The polyurethane book", 2010, editors David Randall and Steve Lee.에 더욱 기술되어 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐 용어 용해성 변수는 유기, 물리적 및 중합체 화학 분야에서 다른 유기 화합물 또는 용매 내에서 유기 화합물의 용해성을 기술하기 위해 사용되는, δ로 표현되는 특성을 지칭하는 것으로 의도된다. 단편 분포로부터 δ를 계산하는 것은 당해 분야에 공지되어 있다. [예를 들면, Handbook of Solubility Parameters and other Cohesion Parameters, Barten, A., CRC Press, Florida (1984) 및 Properties of Polymers: their Estimation and Correlation with Chmical Structure, van Krevelen, D.W.; Hoftijzer, P.J., Elsevier, Amsterdam 2nd. edn (1976)를 참조하라]
본 발명의 제1 양태의 바람직한 구체예에 따르면 상기 리그닌은 크래프트 리그닌이다.
본 발명의 제1 양태의 바람직한 구체예에 따르면 상기 분산제는 폴리올, 바람직하게는 에틸렌 글리콜 또는 폴리에틸렌 글리콜 또는 이들의 조합, 가장 바람직하게는 PEG (폴리에틸렌 글리콜), DEG (디에틸렌 글리콜), TEG (트리에틸렌 글리콜) 및 MEG (모노에틸렌 글리콜) 또는 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 폴리올이다.
본 발명의 제1 양태의 바람직한 구체예에 따르면 폴리올은 PEG이고 바람직하게는 약 100 내지 약 5000, 특히 바람직하게는 약 100 내지 약 600, 가장 바람직하게는 약 400의 분자량을 가지는 PEG이다.
본 발명의 제1 양태의 바람직한 구체예에 따르면 상기 폴리올은 상이한 PEG의 혼합물을 포함하고, 여기서 상기 혼합물은 바람직하게는 약 400의 분자량을 가지는 한 가지 PEG 및 약 600의 분자량을 가지는 한 가지 PEG를 포함한다.
본 발명의 제1 양태의 바람직한 구체예에 따르면 상기 조성물은 또한 하나 이상의 알카놀아민, 가령 에탄올아민, 디에탄올아민, 프로판올아민, 모노에탄올아민 (MEA) 또는 이들의 조합, 바람직하게는 MEA를 포함하는 점이 제시된다.
본 발명의 제1 양태의 바람직한 구체예에 따르면 상기 조성물은 또한 하나 이상의 난연제, 바람직하게는 TCPP (트리스 (1-클로로-2-프로필)포스페이트) 또는 DEEP (디에틸 에틸 포스포네이트) 또는 상기 두 가지의 조합을 포함하는 점이 제시된다.
본 발명의 제3 양태의 바람직한 구체예에 따르면 하나 이상의 난연제가 혼합 단계 전에 부가된다.
본 발명의 제3 양태의 바람직한 구체예에 따르면 상기 혼합은 적어도 약 1000 rpm, 바람직하게는 적어도 약 5000 rpm, 가장 바람직하게는 적어도 약 20000 rpm의 고전단 혼합이다.
본 발명의 제5 양태의 바람직한 구체예에 따르면 상기 하나 이상의 첨가제는 하나 이상의 계면활성제, 바람직하게는 하나 이상의 폴리디메틸실록산 공-중합체 (가령 PDMS), 하나 이상의 폴리우레탄 촉매, 바람직하게는 하나 이상의 삼차 아민 또는 하나 이상의 트리아민, 하나 이상의 난연제, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 제5 양태의 바람직한 구체예에 따르면 하나 이상의 하이드록실-함유 화합물 및/또는 하나 이상의 촉매가 상기 하나 이상의 팽창제, 바람직하게는 하나 이상의 폴리에스테르 폴리올 및/또는 하나 이상의 폴리에테르 폴리올의 부가 전에 부가되고 촉매로는 삼량체 촉매 (가령 알칼리 옥테이트)가 부가된다.
본 발명의 제5 양태의 바람직한 구체예에 따르면 상기 하나 이상의 팽창제는 하나 이상의 탄화수소 화합물, 또는 당해 분야에 공지된 다른 팽창제, 바람직하게는 n-펜탄, i-펜탄 및 사이클로펜텐 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 팽창제이다.
한 바람직한 구체예에서 상기 제시된 바와 같이, 본 발명은 적절한 비- 액체 분산제 내 크래프트 리그닌의 안정한 마이크론미만 분산물 및 이를 제조하기 위한 공정에 대한 것이다.
상기 제시된 바와 같이 본 발명은 또한 비-수성 분산제 내 크래프트 리그닌의 마이크론미만 분산물을 포함하는 즉시 사용(ready-to-use) 액체 조성물을 제공하며 상기 조성물은 추가의 고체 취급 및 장황한 고체-액체 습윤 및 혼합 절차를 거치지 않고서도 최종-생성물을 제공하기 위한 추후 가공 단계로 들어갈 수 있다.
본 발명은 따라서 상기 제시된 바람직한 구체예에 따라 다음을 제공한다:
- 비교적 단순한 혼합 공정 여기서 크래프트 리그닌은 적절한 분산제를 이용하여 충분한 전단 속도로 혼합되어 분산물을 제공함,
- 이들 분산제는 리그닌 입자가 표적 최종-생성물 내에 포함되는 의도하는 제조 공정으로 조정되게 하기 위해 이들의 점도 및 용해성 변수 만을 특징으로 함,
- 포함되는 리그닌 입자는 대부분 마이크론미만 및/또는 나노미터 크기이며 이 때문에 최종-생성물의 제조 공정에서 효과적인 첨가물이 됨.
- 따라서 본 발명의 제3 양태에 따른 상기 공정은 표적하는 제조 공정에 들어가는 재료와 화합성인 비-수성 분산물의 형태로 이들 입자를 운반함.
본 발명의 각각의 양태의 바람직한 특징은 필요한 변경만 제외하고는 각각의 다른 양태에 대한 것과 마찬가지이다. 본 명세서에 언급된 선행기술 문헌은 법이 허용하는 최대 한도까지 포함된다. 본 발명은 첨부된 도면과 함께 하기 실시예에서 더욱 기술되며, 이들은 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 본 발명의 구체예는 첨부된 도면과 함께, 구체예의 실시예를 보조로 하여 더 자세하게 언급되는 바와 같이 기술되며, 이들의 유일한 목적은 본 발명을 설명하는 것이며 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
실시예
실시예 1
두 가지 속도로 작동하는 Heidolph DIAX 900 분산기를 이용하여, 처음에는 18800 rpm/분으로 적어도 1 분간 건조 리그닌을 분산시킨 후에, 최대 분산성을 보장하도록 일 분간 25000 rpm으로 분산시켜 에틸렌 글리콜 내 5, 10 및 15% w/w 로딩의 크래프트 리그닌의 분산물을 제조하였다. 이들 분산물에서 얻은 샘플을 약 50-배 희석한 후에 입자 크기 및 입자 크기 분포를 Malvern Zetasizer Nano ZS로 측정하였다. 상기 장비는 브라운 운동 하에 운동하는 입자의 확산을 측정하며 이를 Stokes-Einstein 관계식을 이용하여 크기 및 크기 분포로 전환시킨다. 각각의 샘플을 3-5 차례 스캔하였다. 도 1에 제시된, 10% w/w 로딩에서의 전형적인 결과는 큰 변동을 나타내며, 입자 사이의 연속되는 응집 및 탈-응집 과정을 시사한다. 이러한 거동은 대략적으로 표 1에서 '등급 1'로 분류된다. 각각의 샘플에 있어서, 표 1에 기록된 바와 같은 각각의 스캔의 모든 측정된 강도 분포를 중량평균냄으로써 중간 입자 직경을 산출하였고 또한 모든 샘플에 대한 중간 직경 수치 평균을 제공하였다.
실시예 2
실시예 1에 개략된 절차를 이용하여 디에틸렌 글리콜 내 5, 10 및 15% w/w 로딩의 크래프트 리그닌의 분산물을 제조하였다. 입자 크기 및 이들의 분포는 실시예 1에서와 같이 변동하였다. 중간 입자 직경에 대한 분류 및 수치는 표 1에 제시된다.
실시예 3
실시예 1에 개략된 절차를 이용하여 폴리에틸렌 글리콜 200 내 5, 10 및 15% w/w 로딩의 크래프트 리그닌의 분산물을 제조하였다. 입자 크기 및 이들의 분포는 실시예 1에서와 같이 변동하였다. 중간 입자 직경에 대한 분류 및 수치는 표 1에 제시된다.
실시예 4
실시예 1에 개략된 절차를 이용하여 폴리에틸렌 글리콜 400 내 5, 10 및 15% w/w 로딩의 크래프트 리그닌의 분산물을 제조하였다. 입자 크기 및 이들의 분포는 도 2에 보여지는 바와 같은 이상성 패턴을 나타내었다. 이러한 거동은 중간 입자 직경에 대한 수치를 또한 제공하는 표 1에 '등급 2'로 표시된다.
실시예 5
실시예 1에 개략된 절차를 이용하여 폴리에틸렌 글리콜 600 내 5, 10 및 15% w/w 로딩의 크래프트 리그닌의 분산물을 제조하였다. 입자 크기 및 이들의 분포는 도 3에 보여지는 바와 같은 단분산 거동을 나타내었다. 이러한 거동은 중간 입자 직경에 대한 수치를 또한 제공하는 표 1에 '등급 3'으로 표시된다.
실시예 6
실시예 1에 개략된 절차를 이용하여 에탄올아민 내 5 및 10 % w/w 로딩의 크래프트 리그닌의 분산물을 제조하였다. 입자 크기 및 이들의 분포는 단분산 거동을 나타내었고 중간 입자 직경에 대한 수치를 또한 제공하는 표 1에 상응하게 분류되었다.
실시예 7
실시예 1에 개략된 절차를 이용하여 보라놀(Voranol)TM P1010 (Dow Chemical Company사의 1000 MW 폴리프로필렌 글리콜) 내 5, 10 및 15% w/w 로딩의 크래프트 리그닌의 분산물을 제조하였다. 입자 크기 및 이들의 분포는 리그닌의 느린 침전으로 야기된 분산물의 탁해짐으로 인해 측정될 수 없었다. 이러한 거동은 표 1에서 '등급 4'로 분류된다.
실시예 8
실시예 1에 개략된 절차를 이용하여 1-헥사놀 내 5 및 10 % w/w 로딩의 크래프트 리그닌의 분산물을 제조하였다. 입자 크기 및 이들의 분포는 빠른 침전으로 인한 분산물의 탁해짐으로 인해 측정될 수 없었다 (표 1의 등급 4). 침전 후에, 색상이 있는 상청액을 남기고 이를 추가로 희석하지 않고 측정하였다. 결과가 도 4에 나타나며 여기서 장비의 검출 한계를 넘는 매우 큰 입자 크기가 관찰된다.
실시예 9
실시예 1에 개략된 절차를 이용하여 사이클로펜탄 내 5 및 10 % w/w 로딩의 크래프트 리그닌의 분산물을 제조하였다. 입자 크기 및 이들의 분포는 빠른 침전으로 인한 분산물의 탁해짐으로 인해 측정될 수 없었다 (표 1의 등급 4). 침전 후에, 투명한 상청액을 남기고 이를 추가로 희석하지 않고 측정하였으나 입자는 검출되지 않았다.
표 1은 문헌 또는 공급자로부터 얻은 분산제의 점도를 비롯한 모든 데이터의 요약을 제공한다. 용해성 변수를 A.F.M Barton 저 'Handbook of solubility parameters and other cohesion parameters', (CRC Press Inc., 1983)로부터 얻거나 동일 문헌에 기술된 바와 같은 Hoy-van Krevelen 방법을 이용하여 분자 단편 값을 계산하여 얻었다.
분산제 용해성 변수
(Mpa1 /2)		 점도
(mPa.s)		 시험된
샘플 번호		 등급 런당 중간 직경 (nm) 전체 중간 직경 (nm)
에틸렌 글리콜 29.901 16.1
 3 1 702, 837, 1504 1014
디에틸렌 글리콜 28.651 30.2 3 1 866, 990, 1440 1099
폴리에틸렌 글리콜 200 22.672 50.0 3 1 403, 302, 332 346
폴리에틸렌 글리콜 400 20.562 91.0 4 2 351, 332, 207, 148 260
폴리에틸렌 글리콜 600 19.882 135.0 2 3 422, 427 425
에탄올아민 27.541 21.1 2 3 440, 488 444
보라놀TM P1010 17.402 150.0 3 4 ? 1000 (3x) n.d.
1-헥사놀 18.911 4.58 2 4 ? 1000 (2x) n.d.
사이클로펜탄 16.571 0.416 2 4 ? 1000 (2x) n.d.
표 1: 실시예로부터의 데이터의 요약. 기호: 1=Barton 문헌의 수치, 2=Hoy-van Krevelen 방법으로 계산한 것.
에틸렌 글리콜 (또는 모노에틸렌 글리콜 (MEG))은 ABCR Chemicals에서 입수하였다.
에탄올아민, 2-아미노에탄올 또는 모노에탄올아민 (MEA)은 Riedel-de Haen에서 입수하였다.
디에틸렌 글리콜 (DEG)은 Merck에서 입수하였다.
폴리에틸렌 글리콜 200 (PEG200 또는 E200)을 Merck에서 입수하였다. (하기 PEG 400 및 PEG 600 참조)
1-헥사놀을 Fluka Chemicals에서 입수하였다.
폴리이소시아누레이트 발포체의 실시예
본 발명의 적용가능성은 추가로 수동혼합 발포에 의한 (이는 따라서 불연속, 회분-방식, 공정임) 폴리이소시아누레이트 발포체의 제조를 포함하는 실시예 10-17에서 입증된다. 이를 위해, 리그닌 함유 폴리올 조성물을 표적량의 리그닌을 판지 비이커에서 칭량하고, 선택된 분산제를 부가하고, 그 후에 팽창제(들)를 제외한 모든 다른 폴리올 성분 및 첨가제를 부가하여 제조하였다. 상기 혼합물을 이후에 두 가지 속도로 작동하는 Heidolph DIAX 900 분산기를 이용하여, 처음에는 18800 rpm/분으로 적어도 1 분간 건조 리그닌을 분산시킨 후에, 최대 분산성을 보장하도록 최소한 일 분간 25000 rpm으로 분산시켰다. 팽창제는 하기 기술된 Heidolph 교반기를 이용하여 항상 마지막에 부가하였고, 그 직후에 폴리올 배합물을 언제나 PMDI로서 사용되는 BASF사의 Lupranat M20S로 혼합하였다.
수동혼합 발포체를 하기와 같이 타이머 및 rpm 계수기가 구비된 Heidolph 실험용 교반기를 이용하여 제조하였다. 판지 비이커에서 폴리올 배합물을 제조한 후에, 칭량된 양의 Lupranat M20S를 비이커에 부었다. 그 후에, 혼합물을 10초간 4000 rpm으로 교반하고, 이후 반응물질을 20x20x20 cm3의 판지 박스에 붓고, 이것이 자유롭게 부풀고 경화되도록 방치하였다. 박스 내에서 크림같은 물질로의 전이를 눈으로 관찰하는 일반적인 방법으로 핵화를 기록하였다. 완전히 형성된 발포체를 이후 발포 물질 내 섬유의 형성을 확인하기 위해 일회용 (나무) 스패출러로 시험하였다. 이들 섬유의 최초 출현을 '섬유 시점'으로 기록하였다. 마지막으로, 동일한 스패출러를 사용하여 완전히 부풀어오른 발포체의 '점착성'을 시험하였다. 점착성이 최초로 사라진 시점을 '점착 없음' 시점으로 기록하였다. 폴리이소시아누레이트 (PIR) 발포체를 본 발명의 능력을 증명하기 위한 제1 표적으로서 선택하였으나, 이는 이 특정 적용에 제한되지 않는다.
발포체의 중심 10x10x10 cm3 큐브로부터 여덟 개의 5x5x5 cm3 샘플 조각에 대한 발포체의 코어 밀도를 이들의 중량:부피 비율을 평균하여 측정하였다. 부력에 대한 보정은 하지 않았다. 동일한 샘플에 대해 유사하게 5 mm/분으로 이동하는 Zwick 1425 동적기계 분석기에서 발포 방향에 대해 수직으로 4회 및 발포 방향에 대해 평행으로 4회의 측정을 평균냄으로써 측정하였다. 샘플의 10% 압축을 위해 요구되는 평균 압력(kPa)을 발포체의 압축 강도로서 기록하였다.
사용된 제형은 표 1에 제시되며 여기서 폴리에틸렌 글리콜 400 또는 이들의 폴리에틸렌 글리콜 600과의 혼합물을 언제나 리그닌에 대한 분산제로서 사용하였다. 다양한 폴리올, 첨가제 및 탄화수소 팽창제를 포함하는 제형의 세부 내용이 리그닌이 없는 기준 제형에 대한 데이터와 함께 표 2에 명시된다. 이들 발포체의 반응성, 코어 밀도 및 압축 강도 성능이 표 3에 제시된다. 이들은 우수한 특성을 가지는 PIR 발포체가 본 발명의 리그닌 분산물을 이용하여 제조될 수 있음을 보여준다.
Lupraphen ® 8007은 디카르복실산을 기초로 하는 이관능성(bifunctional) 폴리에스테르폴리올이다. 제조사는 BASF이었다.
Stepanpol 2402 B는 디카르복실산을 기초로 하는 이관능성 폴리에스테르 폴리올이다. 제조사는 Stepan이었다.
리그닌은 내부적으로 수득한 크래프트 리그닌이었다.
폴리에틸렌 글리콜 PEG 400은 Pluriol ® E 400이었고 제조사는 BASF이었다.
폴리에틸렌 글리콜 PEG 600은 Pluriol ® E 600이었고 제조사는 BASF이었다.
KOSMOS ® 75 MEG는 발포체를 제조할 때 사용하는 중간 점성 촉매이다. 이것은 에틸렌 글리콜 내에 용해된 칼륨 옥테이트이다. 제조사는 Evonik Industries AG이었다.
TEGOAMIN ® PMDETA (펜타메틸디에틸렌트리아민)을 Evonik Industries AG를 통해 입수하였다.
TEGOAMIN ® DMCHA (N,N-디메틸사이클로헥실-아민)을 또한 Evonik Industries AG에서 입수하였다.
TEGOSTAB ® B 8491은 가수분해-저항성 폴리에테르 폴리디메틸실록산 공중합체이다. 제조사는 Evonik Industries AG이었다.
TCPP (상표명)는 트리스 (1-클로로-2-프로필) 포스페이트이며 제조사는 상기 화합물에 대해 상표 Fyrol ® PCF를 보유한 ICL이었다.
Lupranat ® M 20 S는 높은 관능성 올리고머 및 이성질체를 갖는 4,4'-디페닐-메탄-디-이소시아네이트 (MDI)를 기초로 하는 무-용매 생성물이다. 제조사는 BASF이었다.
사이클로펜탄 및 n-펜탄은 Alfa Aesar에서 입수하였다.
Figure pct00001
표 2: 폴리이소시아누레이트 발포체를 위한 리그닌-함유 제형
Figure pct00002
표 3: 리그닌-함유 폴리이소시아누레이트 발포체의 물리적 특성
실시예 10-16으로부터의 발포체의 반응성, 코어 밀도 및 압축 강도 성능이 표 3에 제시된다. 이들은 우수한 반응성 및 기계적 성능을 가지는 PIR 발포체가 본 발명의 리그닌 분산물을 이용하여 제조될 수 있음을 보여준다. 실시예 17은 발포체의 단열 성능뿐 아니라 난연성이 기준 발포체에 필적함을 나타내기 위해 표에 포함된다. 23.85의 람다 값은 기준보다 더 좋으며 또한 DIN 4102에서 10.50 cm인 화염 높이는 본 발명의 발포체가 DIN B2 규격을 충족한다는 것을 보여준다.
본 발명의 다양한 구체예가 상기 기술되었으나 당해 분야의 숙련가는 본 발명의 범위 내에 속할 미미한 변형을 더욱 인식할 것이다. 본 발명의 폭과 범위는 어떠한 상기-기술된 예시적인 구체예에 의해서도 제한되지 않으며, 이하의 청구 범위 및 이들의 균등물에 따라서만 정의되어야 한다. 예를 들면, 임의의 상기-언급된 조성물 또는 방법은 다른 공지의 방법과 조합될 수 있다. 본 발명의 범위 내의 다른 양태, 장점 및 변형이 본 발명이 속하는 당해 분야의 숙련가에게 명백할 것이다.

Claims (18)

  1. 하나 이상의 분산제, 및 리그닌, 바람직하게는 알칼리성 리그닌을 포함하는, 분산물의 형태를 갖는 조성물이되, 여기서 상기 리그닌은 약 100 nm 내지 약 2000 nm, 바람직하게는 약 100 내지 약 1000 nm, 가장 바람직하게는 약 200 내지 약 600 nm의 범위의 평균 입자 크기를 가지며, 여기서 상기 분산제는 약 18 내지 약 30 MPa1 /2의 용해성 변수 및 약 15 mPas 내지 약 20,000 mPas, 더 바람직하게는 약 15 mPas 내지 약 10,000 mPas, 특히 바람직하게는 약 20 mPas 내지 약 1000 mPa, 가장 바람직하게는 약 20 mPas 내지 약 500 mPas의 점도를 가지는 조성물.
  2. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리그닌은 크래프트(Kraft) 리그닌인 조성물.
  3. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분산제는 폴리올, 바람직하게는 에틸렌 글리콜 또는 폴리에틸렌 글리콜 또는 이들의 조합, 가장 바람직하게는 PEG, DEG, TEG 및 MEG 또는 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 폴리올인 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 폴리올은 PEG이고, 바람직하게는 상기 PEG는 약 100 내지 약 5000, 특히 바람직하게는 약 100 내지 약 600, 가장 바람직하게는 약 400의 분자량을 가지는 조성물.
  5. 제3항에 있어서, 상기 폴리올은 상이한 PEG의 혼합물을 포함하고, 여기서 상기 혼합물은 바람직하게는 약 400의 분자량을 가지는 한 가지 PEG 및 약 600의 분자량을 가지는 한 가지 PEG를 포함하는 조성물.
  6. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 알카놀아민, 바람직하게는 MEA를 더욱 포함하는 조성물.
  7. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 난연제(flame retarding agent), 바람직하게는 TCPP 또는 DEEP 또는 이들의 조합을 더욱 포함하는 조성물.
  8. 발포체, 고무, 접착제, 반응성 충전제의 제조를 위한 또는 충전 물질로서 사용하기 위한 전술된 청구항 중 어느 한 항에 따른 조성물의 용도.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른, 분산물의 형태를 갖는 조성물을 제조하기 위한 방법이되, 하기 단계를 포함하는 방법:
    i) 리그닌, 바람직하게는 알칼리성 리그닌을 제공하는 단계,
    ii) 한 가지 폴리올 또는 폴리올의 혼합물을 부가하는 단계, 및
    iii) 상기 성분을 혼합하여 상기 조성물을 제공하는 단계.
  10. 제9항에 있어서, 하나 이상의 난연제가 혼합 단계 전에 부가되는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 혼합은 적어도 약 1000 rpm, 바람직하게는 적어도 약 5000 rpm, 가장 바람직하게는 적어도 약 20000 rpm의 고전단 혼합인 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 수득되는 분산물의 형태를 갖는 조성물.
  13. 발포체를 제조하기 위한 방법이되, 하기 단계를 포함하는 방법:
    a) 제1항 내지 제7항 또는 제12항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 제공하는 단계,
    b) 상기 조성물에 하나 이상의 팽창제를 부가하는 단계,
    c) 임의로 하나 이상의 첨가제를 부가하는 단계,
    d) 상기 조성물에 이소시아네이트를 부가하는 단계,
    e) 단계 d)에서 수득된 혼합물을 교반하는 단계 및
    f) 단계 e)에서 교반된 혼합물 몰드에 부어넣어 연속적으로 또는 불연속적으로 발포체를 제공하는 단계.
  14. 제13항에 있어서, 상기 하나 이상의 첨가제는 하나 이상의 계면활성제, 바람직하게는 하나 이상의 폴리디메틸실록산 공-중합체, 하나 이상의 폴리우레탄 촉매, 바람직하게는 하나 이상의 삼차 아민 또는 하나 이상의 트리아민, 하나 이상의 난연제, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 하나 이상의 팽창제는 하나 이상의 탄화수소 화합물, 또는 바람직하게는 i-펜탄, n-펜탄 및 사이클로펜텐 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 방법.
  16. 제13항에 있어서, 하나 이상의 하이드록실-함유 화합물 및/또는 하나 이상의 촉매는 상기 하나 이상의 팽창제, 바람직하게는 하나 이상의 폴리에스테르 폴리올 및/또는 하나 이상의 폴리에테르 폴리올이 부가되기 전에 부가되고 촉매로는 삼량체 촉매가 부가되는 방법.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득되는 발포체.
  18. 건설 및 토목 분야, 단열, 자동차 응용분야, 가전 기기, 신발 또는 가구 또는 침구 응용분야에서의 제17항에 따른 발포체의 용도.
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