본 연구에서는 LNG나 LPG등과 같은 초저온용 단열재로 사용되는 폴리우레탄 폼을 대체하기 위한 연구의 일환으로 레졸형 페놀수지를 사용하여 페놀 폼을 합성하였다. 페놀 수지 발포 폼을 합성하기 위해 HCFC-141b, HFC-365mfc와 HFC-227fa의 혼합물, n-pentane, cyclopentane, n-hexane 및 cyclohexane을 발포제로 사용하여 발포제에 따른 페놀수지 폼의 물성변화를 고찰하였다. 발포제로 cyclohexane을 사용하였을때 가장 우수한 단열성능과 압축강도를 나타내었으며 동일한 발포제를 사용하여 합성한 폴리우레탄 폼과의 내열성을 비교한 결과 폴리우레탄 폼에 비해 매우 우수한 내열성을 나타내었다.
본 연구에서는 LNG나 LPG등과 같은 초저온용 단열재로 사용되는 폴리우레탄 폼을 대체하기 위한 연구의 일환으로 레졸형 페놀수지를 사용하여 페놀 폼을 합성하였다. 페놀 수지 발포 폼을 합성하기 위해 HCFC-141b, HFC-365mfc와 HFC-227fa의 혼합물, n-pentane, cyclopentane, n-hexane 및 cyclohexane을 발포제로 사용하여 발포제에 따른 페놀수지 폼의 물성변화를 고찰하였다. 발포제로 cyclohexane을 사용하였을때 가장 우수한 단열성능과 압축강도를 나타내었으며 동일한 발포제를 사용하여 합성한 폴리우레탄 폼과의 내열성을 비교한 결과 폴리우레탄 폼에 비해 매우 우수한 내열성을 나타내었다.
In this study, we synthesized a phenol foam using a resol-type phenol resin as a research for replacing the polyurethane foam used as an insulator for cryogenic temperature, such as LNG or LPG. Foaming agents for synthesizing a phenolic foam was used HCFC-141b or n-pentane, cyclopentane, n-hexane, c...
In this study, we synthesized a phenol foam using a resol-type phenol resin as a research for replacing the polyurethane foam used as an insulator for cryogenic temperature, such as LNG or LPG. Foaming agents for synthesizing a phenolic foam was used HCFC-141b or n-pentane, cyclopentane, n-hexane, cyclohexane and a mixture of HFC-365mfc and HFC-227ea respectively. Cyclohexane as a blowing agent exhibited the most superior insulating performance and compressive strength. The heat resistance of polyurethane foam and phenolic foam blown by the cyclohexane, was higher than polyurethane foam.
In this study, we synthesized a phenol foam using a resol-type phenol resin as a research for replacing the polyurethane foam used as an insulator for cryogenic temperature, such as LNG or LPG. Foaming agents for synthesizing a phenolic foam was used HCFC-141b or n-pentane, cyclopentane, n-hexane, cyclohexane and a mixture of HFC-365mfc and HFC-227ea respectively. Cyclohexane as a blowing agent exhibited the most superior insulating performance and compressive strength. The heat resistance of polyurethane foam and phenolic foam blown by the cyclohexane, was higher than polyurethane foam.
본 연구에서는 LNG선박 및 저장탱크의 보냉재로 사용되는 폴리우레탄 폼을 대체하기 위한 연구의 일환으로 발포제를 변화시키면서 페놀 폼을 각각 합성하여 기계적 물성과 열전도도를 비교하였다. 또한 합성된 페놀 폼과 폴리우레탄 폼의 내열성을 비교하여 페놀 폼의 보냉제 사용가능성을 알아보았다.
본 연구에서는 LNG선박 및 저장탱크의 보냉재로 사용되는 폴리우레탄 폼을 대체하기 위한 연구의 일환으로 발포제를 변화시키면서 페놀 폼을 각각 합성하여 기계적 물성과 열전도도를 비교하였다. 또한 합성된 페놀 폼과 폴리우레탄 폼의 내열성을 비교하여 페놀 폼의 보냉제 사용가능성을 알아보았다.
제안 방법
레졸형 페놀수지를 사용하여 페놀 폼을 합성하였다. 폼 합성시 발포제를 HCFC-141b, HFC-365mfc와 HFC-227ea의 혼합물, n-pentane, cyclopentane, n-hexane 및 cyclohexane으로 변화하면서 발포제에 따른 페놀수지 폼의 물성변화를 고찰하였다.
레졸형 페놀수지를 사용하여 페놀 폼을 합성하였다. 폼 합성시 발포제를 HCFC-141b, HFC-365mfc와 HFC-227ea의 혼합물, n-pentane, cyclopentane, n-hexane 및 cyclohexane으로 변화하면서 발포제에 따른 페놀수지 폼의 물성변화를 고찰하였다. Cyclo-hexane을 사용한 페놀 폼이 열전도도와 압축강도면에서 가장 우수한 성능을 나타내었다.
대상 데이터
본 연구에서 사용한 페놀수지는 한국 스미더스 오아시스에서 제공한 resol type을 사용하였으며 계면활성제는 Goldschmidt사의 실리콘 공중합체인 B-8462를 사용하였다. 산경화제로는 Junsei의 Phenol-sulfonic acid를 사용하였고, 유화제는 대정화금의 Polyethylene glycol derivative를 사용하였다.
6종의 물리적 발포제를 변화시키면서 페놀 폼을 합성한 후 열전도도를 비교하였다. 사용한 발포제는 탄화수소계 발포제인 n-Pentane과 cyclopentane, n-Hexane 및 cyclohexane과 HCFC-141b와 대체발포제로 사용되고 있는 HFC-365mfc와 HFC-227ea의 혼합발포제이다.
페놀 폼과 물성을 비교하기 위한 폴리우레탄 폼의 합성에 사용된 폴리올은 KPX사의 작용기가 3이고 분자량이 400인 글리세린 기반의 폴리에스테르 폴리올을 사용하였다. 이소시아네이트는 BASF사의 NCO (isocyanate) 함유량이 31 ± 0.
데이터처리
독립기포율을 측정하기 위하여 ASTM D2850방법을 사용하였다. 페놀폼과 폴리우레탄 폼의 열 안정성은 NETZSCH의 STA-MS를 사용하여 질소분위기에서 승온속도 10℃/min에 따른 무게감량을 측정하였다.
이론/모형
압축강도와 굴곡강도는 (주)경성시험기의 UTM (Universal Testing Machine)을 이용하여 KS M 6518방법으로 측정하였고 열전도도는 Anacon사의 Thermal Conductivity Analyser (TCA POINT2)를 사용하였으며 시편은 170 mm (L) × 200 mm(W) × 30 mm (T)로 제작하였다. 독립기포율을 측정하기 위하여 ASTM D2850방법을 사용하였다. 페놀폼과 폴리우레탄 폼의 열 안정성은 NETZSCH의 STA-MS를 사용하여 질소분위기에서 승온속도 10℃/min에 따른 무게감량을 측정하였다.
압축강도와 굴곡강도는 (주)경성시험기의 UTM (Universal Testing Machine)을 이용하여 KS M 6518방법으로 측정하였고 열전도도는 Anacon사의 Thermal Conductivity Analyser (TCA POINT2)를 사용하였으며 시편은 170 mm (L) × 200 mm(W) × 30 mm (T)로 제작하였다. 독립기포율을 측정하기 위하여 ASTM D2850방법을 사용하였다.
성능/효과
폼 합성시 발포제를 HCFC-141b, HFC-365mfc와 HFC-227ea의 혼합물, n-pentane, cyclopentane, n-hexane 및 cyclohexane으로 변화하면서 발포제에 따른 페놀수지 폼의 물성변화를 고찰하였다. Cyclo-hexane을 사용한 페놀 폼이 열전도도와 압축강도면에서 가장 우수한 성능을 나타내었다. 동일 발포제를 사용하여 발포된 폴리우레탄 폼과 단열성능 및 기계적 물성을 비교하였을때 페놀 폼의 단열성능 및 기계적 강도가 폴리우레탄 폼에 비해 조금씩 떨어짐을 확인할 수 있었다.
동일 발포제를 사용하여 발포된 폴리우레탄 폼과 단열성능 및 기계적 물성을 비교하였을때 페놀 폼의 단열성능 및 기계적 강도가 폴리우레탄 폼에 비해 조금씩 떨어짐을 확인할 수 있었다. 그러나 TGA를 사용한 내열성 평가에서 페놀 폼은 폴리우레탄 폼에 비해 월등한 내열성을 나타내어 내열성을 요구하는 부분에서 폴리우레탄 단열재를 대체할 가능성을 보여주었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
페놀수지는 어떠한 물질들이 반응하여 생성되는가?
페놀수지는 페놀과 포름알데히드가 반응하여 생성되며 촉매로 산과 염기에 각각 반응하며 촉매의 종류에 따라 노볼락(novolac)과 레졸(resole)형태의 수지가 만들어진다.
폴리우레탄 폼의 문제점은 무엇인가?
폴리우레탄 단열재는 우수한 기계적강도와 뛰어난 단열성능으로 인해 LNG나 LPG, 에틸렌과 같이 초저온에서 이송하거나 저장해야 하는 물질의 단열재로 이용되고 있다. 그러나 폴리우레탄 폼은 가연성재료로써 난연성능과 내열성이 취약한 문제를 가지고 있다.
폴리우레탄 폼은 가연성재료로써 난연성능과 내열성이 취약한 문제를 가지고 있는데, 이 문제를 해결하기 위한 연구는 어떻게 진행되고 있는가?
첫번째는 난연제에 의한 난연성능의 향상이다. 이전에 사용되었던 할로겐계 난연제의 사용이 규제되고 있으므로 이를 대체할 인계난연제의 개발이나 난연폴리올 개발 연구등이 진행되고 있다[1-4].
두번째는 구조에 의한 난연화이다. 폴리우레탄 합성시 과량의 이소시아네이트 첨가를 통해 이소시아누레이트구조를 합성함으로써 난연성능을 올리는 방법이다. 폴리이소시아누레이트(PIR)폼은 단열성능이 폴리우레탄 폼에 비해 우수하며 준 불연급의 난연성능을 나타내는 것으로 알려져 있으나 구조가 매우 단단하여 내충격성이 약한 취약점을 갖고 있다[5-11].
세번째는 새로운 단열재의 개발을 통한 폴리우레탄 폼의 대체이다. 에어로젤은 가볍고 뛰어난 단열성능으로 대체 단열재로 많은 연구가 진행되고 있으나 가격적인 측면에서 아직은 적용에 어려움을 겪고있다. 페놀 폼은 미반응 포름알데히드의 방출과 산경화제 사용으로 인한 철 구조물의 부식문제등으로 사용이 기피되었으나 최근 그 문제가 해소되고 연소시에 할로겐 화합물과 같은 유해가스가 발생하지 않고 열안전성이 우수하다는 장점이 부각되면서 전세계적으로 페놀수지를 이용한 단열재의 연구가 활발히 진행되고 있다[12-15].
참고문헌 (15)
D Drysdale, Fire and cellular polymers, Elsevier Applied Science, London, (1987)
A. Magnusson, S. Lundmark, A. Andersson, UTECH Europe 2006, 63 (2006)
Z. Tang, M. Valer, J. M. Anderson, J. W. Miller, M. L. Listemann, P. L. McDaniel, and D. K. Morita, W. R. Furlan, Polymer, 43, 6471, (2002)
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