폴리우레탄

폴리우레탄(polyurethane)은 열경화성 수지는 아니나 유사한 3차원 구조를 가진 플라스틱이다. 질기고 화학약품에 잘 견디는 특성을 가지고 있다. 전기절연체, 구조재, 기포단열재, 기포쿠션, 탄성섬유 등에 사용되며, 신축성이 좋아서 고무의 대체물질로도 사용된다. 특히 자동차 부품으로 많이 사용된다.

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개요

폴리우레탄은 알코올(alcohol)과 아이소사이아네이트(isocyanate) 사이의 첨가 반응을 통해 유레테인(urethane)기가 반복적으로 만들어지면서 생성되는 고분자를 말한다. 대한화학회에서 제정한 화학술어집에 따르면 'urethane'의 우리말 술어는 '유레테인'이지만, 관습적으로 '우레탄'을 많이 사용해 왔기 때문에 'polyurethane'의 화학술어는 당분간 폴리유레테인과 폴리우레탄을 병용하기로 했다. 보통 디이소시안산염과 글리콜을 첨가중합하여 얻는다. 합성고무·합성섬유·접착제·도료·우레탄폼 및 자동차 범퍼 등 여러 가지 용도가 있다. 폴리우레탄은 발포 폴리우레탄과 무발포 폴리우레탄이 있다. 전자는 우레탄폼이라고도 하며 초연질(超軟質)·연질·반경질(半硬質)·경질 등의 여러 가지 굳기를 가진다. 자동차 내장재에서 침구 매트리스에 이르기까지 다양한 용도로 쓰인다. 무발포 우레탄은 스판덱스, 합성피혁에서 코팅 및 실란트, 몰드 성형용으로 사용된다. 특히 중합(重合) 및 발포(發泡) 반응으로 만들어지는 발포 우레탄은 방음성·보온성이 뛰어나 냉장의 보온재나 주택의 방음단열재로 이용된다. 공업적으로 쓰이는 디이소시안산염은 종류가 많고, 글리콜 성분도 여러 가지인데, 폴리에틸렌글리콜과 폴리프로필렌글리콜, 또는 양 끝에 히드록시기(基)가 있는 폴리에스테르 등이 필요에 따라 쓰인다. 건축물이나 냉장고, 디스플레이 등 가전제품 단열재를 비롯해 침대 매트리스와 메모리폼 베개는 모두 폴리우레탄을 이용해 만든 것들이다. 폴리우레탄은 자동차 소재에도 이용되는데, 시트와 헤드레스트 뿐만 아니라 코팅제의 원료로도 쓰인다. 뿐만 아니라 폴리우레탄 소재를 신발 밑창에 적용하기도 하고, 의류와 직물을 코팅하는 데 사용하기도 한다. 폴리우레탄 코팅을 하면 직물의 수명을 늘리고 내구성도 향상시킬 수 있기 때문이다.

역사

독일 레버쿠젠에 있는 IG 파르벤(IG Farben)의 오토 베이어(Otto Bayer)와 그의 동료들은 1937년에 처음으로 폴리우레탄을 만들었다. 새로운 중합체는 올레핀을 중합하거나 다응축에 의해 만들어진 기존 플라스틱에 비해 몇 가지 장점이 있었고, 월리스 캐러스(Wallace Carothers)가 폴리에스터에 대해 얻은 특허로는 커버되지 않았다. 섬유와 유연한 발포 고무와 우레탄의 생산에 초점을 맞춘 초기 작업은 제2차 세계 대전 동안 항공기 코팅으로 제한된 규모로 적용되었다. 폴리이소시아네이트는 1952년 상용화되었고, 1954년 톨루엔 다이이소시아네이트(TDI)와 폴리에스테르 폴리에솔을 결합하여 플렉시블 폴리우레탄 폼을 생산하기 시작했다. 이 재료들은 견고한 발포 고무, 고무 고무, 엘라스토머를 생산하는데도 사용되었다. 선형 섬유는 헥사메틸렌 다이소시아네이트(HDI)와 1,4-부탄디올(BDO)로부터 생성되었다. 1956년 듀폰(DuPont)은 폴리에테르 폴리에탄올, 특히 폴리(테트라메틸렌에테르) 글리콜을 선보였고, 바스프(BASF)와 다우케미칼(Dow Chemical)은 1957년부터 폴리에틸렌글리콜을 판매하기 시작했다. 폴리에테르 폴리올은 폴리에스테르 폴리올에 비해 가격이 저렴하고 취급하기 쉬우며 내수에 강하여 더욱 인기를 끌었다. 미국의 몬산토/베이어(Monsanto/Bayer) 합작회사인 유니온 카바이드(Union Carbide)와 모베이(Mobay)도 폴리우레탄 화학제품을 만들기 시작했다. 1960년에 45,000 미터톤 이상의 유연한 폴리우레탄 발포 고무가 생산되었다. 클로로플루오로알케인 분무제, 저렴한 폴리에테르 폴리에톨, 메틸렌디페닐다이소시아네이트(MDI) 등이 사용 가능해 폴리우레탄 견고한 발포포를 고성능 단열재로 사용할 수 있었다. 1967년 우레탄으로 변형된 폴리이소시아노르산 견고한 발포 고무가 도입되어 내열성과 내화성을 더욱 향상시켰다. 1960년대 동안 계기판과 도어 패널과 같은 자동차 내부 안전 부품은 반강성 폼으로 열가소성 수지를 백필링하여 생산되었다.

1969년 베이어는 독일 뒤셀도르프에서 올 플라스틱 자동차를 선보였다. 페시아와 차체 패널과 같은 이 자동차의 부품들은 반응물을 혼합한 다음 금형에 주입하는 RIM(Reaction Injection Molding)이라는 새로운 공정을 사용하여 제조되었다. 밀링 글라스, 마이크로, 가공 광물 섬유 등의 필러가 추가되면서 RIM(강화 RIM)이 강화되어 휨 계수(강성)가 개선되고 열팽창 계수가 감소하며 열 안정성이 향상되었다. 이 기술은 1983년 미국 최초의 플라스틱 차체 자동차 폰티악 피에로(Pontiac Fiero)를 만드는 데 사용되었다. 강성은 사전 배치된 유리 매트를 RIM 몰드 캐비티에 통합함으로써 얻어졌으며, 이는 레진 사출 성형 또는 구조적 RIM이라고도 널리 알려져 있다. 1980년대 초부터, PVC 폴리머를 대체하여 자동차 패널과 공기 필터 씰을 위한 개스킷을 성형하는 데 수증식 미세 셀 플렉시블 폼이 사용되었다. 폴리우레탄 폼은 자동차 분야에서 인기를 얻었으며, 현재는 고온 오일 필터 분야에 사용되고 있다. 폴리우레탄 폼(폼 고무 포함)은 때때로 적은 양의 송풍제를 사용하여 보다 낮은 밀도의 폼, 더 나은 쿠션/에너지 흡수 또는 단열 효과를 제공한다. 1990년대 초, 오존 파괴에 미치는 영향 때문에 몬트리올 의정서는 트리클로로플루오로메탄(CFC-11)과 같은 많은 염소 함유 송풍제의 사용을 제한했다. 1990년대 후반까지 이산화탄소, 펜탄, 1,1,2-테트라플루오로에탄(HFC-134a), 1,1,3,3-펜타플루오로프로판(HFC-245fa)과 같은 송풍제가 북미와 유럽 여러 개발도상국에서 널리 사용되었다. 이후 HFC-134a도 오존파괴지수(ODP)와 지구온난화지수(GWP) 수치가 높아 사용이 금지되었고, 개발도상국에서는 HFC - 141B가 대체 송풍제로 2000년대 초에 도입되었다. 1,1-디클로로-1-플루오로에탄(HCFC-141b)은 2000년대 초 개발도상국에서 대체 송풍제로 도입되었다.

합성 방법

두 개 이상의 아이소사이아네이트기를 가진 단량체(폴리아이소사이아네이트)와 두 개 이상의 알코올기를 가진 단량체(폴리올)를 섞어주면 아이소사이아네이트기와 알코올기가 첨가 반응을 일으키면서 폴리우레탄이 형성된다. 이 반응은 기본적으로 자발적인 반응이지만 상온에서 아주 빠른 속도로 일어나지 않는 경우가 많아 특정 촉매를 넣어 반응을 촉진시킨다. 촉매로는 유기주석 화합물, 3차 아민 화합물 등이 주로 쓰인다.

재료

폴리올

폴리올은 탄화수소 사슬에 알콜기가 2개이상 붙은 액상 고분자 물질을 말한다. 폴리우레탄 제조에 사용하는 폴리올의 분자량은 300~10,000 g/mol까지 광범위하고 분자 당 알코올기의 개수도 일반적으로 2~8개까지 다양하다. 분자량이 2,000~10,000 g/mol이면서 알코올기가 2~3개 있는 폴리올을 사용하면 생성되는 폴리우레탄의 무른 성질을 향상시키고, 300~1,000 g/mol 범위의 비교적 작은 분자량이면서 3~8개의 알코올기를 갖는 폴리올을 사용하면 생성되는 폴리올의 가교결합의 밀도가 커짐으로 인해 단단한 성질이 더 증가한다. 폴리올의 종류로는 폴리(에틸렌 글라이콜)(PEG), 폴리프로필렌글라이콜(PPG)과 같은 폴리에터 계열의 폴리올과 더불어, 폴리에스터 계열, 폴리부타다이엔 계열, 아크릴 계열, 폴리실록세인 계열의 폴리올 등 다양하다.

폴리에스테르 폴리올

폴리에스테르 폴리올(Polyester polyol)은 체인 중에 에스테르기를 반복 단위로써 함유하는 고분자 화합물이고 말단에 수산기를 갖는 것이다. 폴리에테르 폴리올보다 비싸고 점성이 높지만, 내마모성, 찢김 강도, 유연성, 내유성, 내열성, 탄성이 뛰어나다. 하지만 물에 의해 가수분해 되는 단점이 있다. 특히 열과 수분이 동시에 접촉될 시 취약하며 항미생물성이 없다. 이를 보완하기 위해 폴리에스테르 폴리올의 일종인 폴리카프롤라크톤 폴리올을 사용하여 내가수분해성을 더한다. 폴리에스테르 폴리올은 이염기산과 프로필렌 글리콜이나 에틸렌 글리콜 또는 트리올과의 탈수축합반응에 의해 제조되며, 얻어지는 폴리에스테르 폴리올의 성상, 물성은 사용되는 산(Acid), 폴리올의 종류, 분자량에 따라 다양하게 변화한다. 아디핀산과 디에틸렌글리콜의 탈수축합반응 제조한 폴리에스테르 폴리올은 액상이기 때문에 폴리우레탄폼용으로 사용하고 있다. 분자 말단에 2개 이상의 알코올기를 갖는 고분자 화합물로서 샌드위치패널, PIR패널, 접착제, 인조목재, 냉장고, 냉동컨테이너 등의 경질폼에 다양하게 사용되고 있다.

폴리에테르 폴리올

폴리에테르 폴리올(Polyether polyol)은 폴리우레탄 폼 제조용으로 개발되었으며, 석유화학산업의 발전으로 사용량이 증가했다. 에테르 폴리올은 활성화수소(-OH, NH2)를 2개 이상 가진 개시제에 프로필렌 옥사이드(PO)와 에틸렌 옥사이드(EO) 혼합물을 부가시켜 제조되며 PPG, PTMEG, PEG Polyester에 비해 내가수분해성 및 저온 특성이 뛰어나다. 오일 솔벤트 등에 약하며 열 안전성이 모자라고 물리적 특성(내마모성 등)이 약하다. 폴리에테르 폴리올은 알칼리 촉매 하에서 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드를 종합하여 만든다. 개시제로서는 낮은 분자량의 di, 폴리펑셔널(polyfunctional) 알코올 또는 아민이 사용된다. 결합 구조상 에테르 타입은 에스테르 타입보다 유연한 구조로 되어 있어서 연질폼에서 많이 쓰인다. 내오존성·내마모성이 좋은 합성고무로, 자동차 타이어도 만든다. 가정에서 사용되는 침구 매트리스도 폴리에테르계 폴리우레탄에 기포가 들어 있는 우레탄폼이 이용된다. 단열재뿐만 아니라 구조재의 역할을 하고 있는 경질 폴리우레탄은 사용되는 개시제의 종류, 분자량, 관능기수 및 제품의 점도에 따라 사용 분야를 달리한다. 경질 폴리우레탄용 폴리올은 지방족 폴리올(Aliphatic Polyol)과 방향족 폴리올(Aromatic Polyol)로 구별된다.

• 지방족 폴리올 : 건자재, 컨테이너, 냉장고, 스프레이 등의 단열재, 가구류 및 건축용 판넬 등의 보강재로 사용한다. 단열성 향상보다는 기계적 강도 개선 및 치구 안정성 개선 등에 사용한다. 시스템의 점도 조절 및 생산성 향상을 위해 사용하기도 한다. 지방족 폴리올의 대표적인 개시제는 글리세린(Glycerine), 솔비톨(Sorbitol), 펜타에리트리톨(Pentaerythritol) 등이 있다.
• 방향족 폴리올 : 냉장고, 컨테이너 및 스프레이 분야에서 제품의 단열 성능을 향상시키고자 사용한다. 방향족 폴리올의 대표적인 개시제는 톨루엔다이아민(Toluenediamine), 다이아미노다이페닐메테인(Diaminophenylmethane) 등이 있다.

촉매

폴리우레탄의 제조에 많이 사용되는 촉매는 주로 3차 아민 계열의 촉매와 유기주석 화합물 계열의 촉매, 두 가지로 구분된다. 산화 수은 계열의 촉매도 사용되긴 하였으나, 독성 때문에 지금은 잘 사용하지 않는다. 기존의 아민 촉매는 트리에틸렌다이아민(TEDA 1,4- 지아자비시쿠로 [2.2.2] 옥탄 또는 DABCO), 디메틸 시클로 헥실 아민 (DMCHA) 및 디메틸 에탄올 아민 (DMEA)와 같은 제3의 아민이었다. 제3의 아민 촉매는 (폴리올+이소시아네이트 또는 젤) 반응 요소, (물+이소시아네이트 또는 블로우) 반응 요소 또는 이소시아네이트 삼량화 반응 요소인지 아닌지에 기초해서 선택된다. 3차 아민은 루이스 염기와 친핵체의 성질을 띠면서 아이소사이아네이트와 초기 반응하여 촉매 작용을 하고, 유기주석계 촉매는 약한 루이스 산의 역할을 하여 아이소사이아네이트의 친전자성을 증가시킴으로써 반응을 촉진한다.

계면활성제

게면활성제는 발포 및 비발포 폴리우레탄 폴리머의 두 특성을 변경하는 데 사용된다. 발포 폴리우레탄과 비발포 폴리우레탄은 폴리디메틸 실록산 - 폴리 옥시 알킬 렌 블록 코 폴리머, 실리콘 오일, 노닐 페놀에 톡실 레이트 및 다른 유기 화합물의 형태를 취한다. 거품은 붕괴 및 서브 표면 공극을 방지하기 위해 액체 성분을 유화 셀 크기를 조절하고 세포 구조를 안정화하는 데 사용한다. 비발표 애플리케이션은 습윤제로서, 공기 방출 및 소포제로 사용되고, 핀홀, 오렌지 껍질, 싱크마크 같은 표면 결합을 제거하기 위해 사용된다.

아이소사이아네이트

일반적으로 방향족 아이소사이아네이트는 지방족 아이소사이아네이트에 비해 반응성이 더 좋다. 방향족 아이소사이아네이트와 고리형 아이소사이네이트는 고리형이 아닌 아이소사이아네이트에 비해 견고한 구조를 가지고 있기 때문에 이를 사용하여 생성한 폴리우레탄의 미세 구조에서 경질부를 차지한다.

화학적 특성

에폭시, 폴리에스터, 페놀 등은 폴리우레탄이라 불리는 화합물들이다. 폴리우레탄은 폴리올과 이소사인염 결합체들(R−(N=C=O)n ≥ 2)간의 반응으로 수산화기 촉매(R '- (OH) N≥2)나 자외선 활성화에 의한 조건 하에서 생성된다. 폴리우레탄은 반응물인 이소사인염과 폴리올의 종류에 따라 특성이 좌우되는데, 폴리올에 함유된 긴 결합들은 부드러운 탄성 중합체가 될 수 있게 도와주고, 엄청난 양의 결합은 경질 중합체가 될 수 있게 도와준다. 두 결합의 중간정도 길이를 유지하게 되면 매우 신축성 있으면서도 적당한 단단함을 유지할 수 있다. 폴리우레탄의 3차원 결합은 이 중합체의 분자량이 엄청나다는 것을 의미하는데, 어떤 점에서 폴리우레탄 단위체는 하나의 거대한 분자로 간주될 수도 있다. 예를 들어, 폴리우레탄이 연소될 때 이 단위체들은 용융되지 않고 경화되어 성질이 바뀐다. 이것은 다른 첨가제를 단위체에 반응시켰을 때 새로운 성질의 중합체를 만들 수 있다는 것을 의미하기도 한다. 폴리우레탄의 구성물질인 이소사인화염은 매우 반응성이 좋은 재료이다. 이것은 중합체의 제조에 있어서 좀더 가용성 있는 재료가 되기도 하지만 보관 및 사용에 주의해야 한다. 방향족 이소사인화염과 MDI, TDI와 같이 정확히 두 이소사인화염을 갖는 경우 관능성이 HDI와 IPDI와 같은 지방족 이소사인화염보다 더 반응성이 뛰어나다. 예외적으로 고분자 다이페닐메탄다이이소사인화염과 같이 여러 개의 이소사인화기를 갖는 중합체들이다. 이 분자들은 2.7 이상의 관능성을 지니고 있다. 폴리올은 그 자체적으로 중합체이며, 분자 당 평균 2개 이상의 수산화기를 가지고 있다. 폴리에테르폴리올은 주로 폴리올 전구체와 에틸렌옥사이드. 프로필렌 옥사이드와의 중합을 통해 제작된다. 폴리에스테르폴리올은 폴리에스테르 중합체와 마찬가지로 생성된다. 이 중합체들은 관능성이 뛰어나기 때문에 종종 이용된다. 수산화기를 포함한 분자들의 혼합물이기 때문에. 폴리우레탄을 제조하는 폴리올은 순수한 화합물이라고 볼 수 없다. 폴리올은 유연한 폴리우레탄을 제조하는 데에는 1만 이상의 분자량을 지닌 것을 사용하지만, 경질 우레탄을 제조하는데에는 수백의 분자량으로 제조해야 한다.

특징

폴리우레탄은 성형방식에 따라 폼(foam)과 비폼(non-foam) 형태로 나뉘는데, 폼은 연질폼, 반경질폼, 경질폼으로 구분된다. 연질폼은 부드럽고 힘을 가해도 쉽게 원상태로 돌아오는 특징에 따라 주로 쿠션재나 흡음재로 사용되며, 경질폼은 딱딱하고 형태가 변형되면 복원이 힘든 특징을 지니고 있어 주로 단열재나 충전재로 사용된다. 마지막으로 반경질폼은 충격 흡수가 뛰어나 자동차 내장재 및 전자제품 등에 사용된다.

장점

과거 차량용 내장재로만 사용되던 폴리우레탄은 외장 범퍼 및 일부 영역에서 소음을 줄이기 위해서도 사용된다. 특히 이를 이용해 차체에서 발생하는 엔진 및 기타 소음을 적절히 차단할 수 있다. 일부 자동차 제조업체의 경우 배기 시스템 특히 머플러 부근에 폴리우레탄을 사용하는 것으로 알려졌다. 도로 소음의 일반적인 원인 중 하나는 노화된 머플러에서 발생하는데, 배기 시스템을 우레탄으로 제작할 경우 녹슬지 않고 오랜 시간 그대로 유지된다. 또한 폴리우레탄은 전기차의 배터리 및 기타 취약 부품의 진동과 충격으로부터 보호하는 소재로도 활용된다. 그리고 제조업체들은 다양한 부품을 전 세계 조립 공장으로 운송할 경우 부품 보호를 위해서도 우레탄 완충재를 사용 중이다. 일반적으로 폴리우레탄이 가장 많이 사용되는 부분은 자동차 실내로 제조업체들은 대부분의 부품을 폴리우레탄을 활용한다. 시트의 등과 허리를 지지하는 폼은 폴리우레탄이 사용되고 대시보드, 필러 커버 등에서도 찾을 수 있다. 이 밖에도 폴리우레탄 성분이 포함된 페인트는 차량 광택을 오래 시간 유지하는 데 효과적인 것으로 알려졌다. 또한 각종 램프류에 도포되면 내부 전기부품의 손상도 방지할 수 있다. 폴리우레탄은 자동차 제조 방식의 변화를 가속화시키는 대표적 소재로 알려졌다. 폴리우레탄을 사용할 경우 강철로 제작되는 차량에 비해 더 가볍고, 안전하며, 조용한 차량을 만들 수 있다. 또한 자동차 품질 향상과 함께 폴리우레탄을 사용하는 제조업체들은 더 적은 탄소 발자국을 기록하는 것으로 나타났다.

안정성

폴리우레탄이 생성되는 과정에서 사용된 단량체가 완전히 소모되었다면 폴리우레탄 자체는 화학적으로 비교적 안정하여 큰 문제가 되지 않는다. 그러나 풀리우레탄이 다른 고분자에 비해 고온 안정성이 그리 크지 않고, 특히 연소될 때 일산화탄소와 사이안화 수소 등의 유독성 가스를 많이 배출하므로 위험하다. 따라서 실내에서 사용하는 폴리우레탄 제품에는 방염 기능을 요구하는 경우가 많다.

활용

자동차 소재

폴리우레탄은 자동차 소재로 각광받고 있다. 자동차는 주행 중 바퀴의 충격이 떨림과 진동, 소음이 차량 내부로 그대로 전달된다. 폴리우레탄은 충격 흡수 및 소음 차단 효과가 뛰어나 운전자와 자동차 부품을 보호하여 안전한 주행을 돕는다. 또한 무게가 가벼워 자동차 경량화 소재로 사용돼 연비 향상과 이산화탄소 배출 절감에도 기여하고 있다.

• 쿠션 시트 : 자동차에서 폴리우레탄이 가장 많이 사용되고 있는 곳이다. 시트는 편안하고 안전한 승차감에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나인데, 폴리우레탄은 우수한 쿠션감으로 운전자의 등과 허리를 지지하는 폼으로 사용된다.
• 흡음재∙차음재 : 자동차 주행 중 차체에서 다양한 소음을 없애기 위해 흡음재와 차음재가 사용된다. 또한 이산화탄소 배출량 감소를 위해 흡∙차음재 소재도 경량화가 요구되면서, 무게는 가벼우면서도 효과적으로 소음을 차단할 수 있는 소재로 폴리우레탄폼이 적용되고 있다.
• 카페트·천장·트렁크 : 폴리우레탄은 충격을 흡수할 수 있는 기능이 뛰어나 운전자에게 전달되는 진동을 흡수할 필요가 있는 곳이나 충격에 민감한 부품에 대부분 사용되고 있다. 자동차 플로어에 있는 카페트부터 천장, 트렁크 등에도 폴리우레탄폼이 들어간다.
• 타이어 : 폴리우레탄 타이어는 일반 고무 제품과 비교했을 때 내마모성, 내구성, 내충격성이 뛰어나다. 특히 소음 감소에 탁월해 전기차 타이어로 주목받고 있다. 전기차는 내연기관이 없어 타이어가 노면과 마찰되는 소음이 더 큰데, 폴리우레탄 타이어는 노면에 의해 발생하는 타이어 내부 소음을 흡수해 소음을 최소화할 수 있다.

합성섬유

폴리우레탄 섬유는 탄성섬유(elastic fiber)라고도 하는 폴리우레탄 함량 85% 이상을 함유하는 고분자 화합물이다. 1937년 독일에서 폴리우레탄 수지가 개발된 이후 합성섬유로써는 제2차 세계 대전 중에 공업화되었다. 미국에서는 폴리우레탄으로 만든 합성섬유를 스판덱스(spandex)라는 일반 명칭으로 부르고 있다. 폴리우레탄 섬유의 강도는 다른 섬유에 비해 낮지만 이것으로 만든 직물은 우수한 내구성이 있으며 좋은 강력을 갖는 얇은 직물로부터 무거운 의류에 이르기까지 여러 가지가 있다. 폴리우레탄 섬유는 고무처럼 잘 늘어나 6배 이상도 늘어나며, 회복성도 좋은 단 하나뿐인 탄성섬유이다. 고무줄에 비해 산화, 땀, 화장품 및 열에 의해 영향을 받지 않으며 노화하지 않는다. 그리고 세탁내구성도 좋고 드라이클리닝에도 잘 견딘다. 다만 기계 세탁, 텀블 드라이(tumble dry) 등을 오랫동안 반복하면 천의 강도가 떨어지고 회색을 띤 변퇴색을 일으키기도 한다. 염소에 약해서 폴리우레탄 섬유로 만들어진 수영복은 풀(pool)에 섞여있는 염소 성분 때문에 수영장에서 장시간 사용하면 섬유가 퇴화한다. 염색성이 좋아서 아름다운 백색에서부터 자유롭게 다양한 색상의 염색을 할 수 있다. 폴리우레탄 섬유는 아주 가는 실까지도 만들 수 있다. 즉 천연 고무로써는 불가능한 10 데시텍스(dtex) 정도의 극세사까지도 생산이 가능하다. 다른 섬유와의 혼용에 있어 5~6%의 혼용률만으로도 충분한 신축성을 얻을 수 있다. 흡습성은 대단히 낮아서 1% 이하가 되며 비중은 1.0~1.3으로 비교적 가볍다. 폴리우레탄 장섬유사는 그 자체만으로도 사용이 가능하지만 통상 다른 섬유를 말아놓은 코어 얀(core-yarn)이나 커버드 얀(covered-yarn)을 만들어 사용하는데, 이렇게 만든 실을 사용해 다른 섬유사와 교직(交織)하거나 교편(交編)한다. 때로는 짧게 절단하여 다른 섬유와 혼방하여 혼방사를 만들기도 한다. 폴리우레탄 섬유사의 용도는 팬티 스타킹 등의 양말 종류, 여성용 내의나 파운데이션, 스포츠 웨어 등인데 여기에 착용상의 쾌적성을 추구하는 캐주얼 웨어에서부터 포멀웨어에 이르기까지 폭넓게 이용 범위가 확대되고 있다.

기타

• 육상트랙 : 경기 시 육체피로가 적으며 탄성이 풍부해 기록 향상에 도움이 되며 유지관리가 용이하다. 또한 어떤 기후에도 사용이 가능하다는 장점이 있다.
• 체육시설 : 폴리우레탄은 소재 자체의 풍부한 탄성 및 질기고 강인한 도막을 형성하며 유지보수가 용이하고 다양한 색상이 가능하다는 장점 때문에 테니스 코트 등을 비롯한 체육 시설에 많이 적용된다.
• 바닥재 : 우레탄의 특성 중 풍부한 탄성, 높은 기계적 강도, 우수한 내 마모성 등을 바닥재 용도로 응용한 제품으로 사무실 바닥, 공장 및 창고바닥, 주차장 등에 응용된다.
• 에폭시 바닥재 : 내충격성 등의 기계적 물성 및 내약품성이 우수하기 때문에 전자부품 및 정밀기기공장, 사무실바닥, 창고바닥 등에 응용된다.
• 도막방수재 : 이음새가 없는 연속된 방수층을 형성할 수 있으며 하지와의 접착력이 강한 탄성체이므로 하지의 팽창, 수축, 균열에 대해서도 강한 저항성이 있으며 어떤 재질의 하지에도 시공이 가능하다.
• 림 스프레이 : 초속경화 스프레이코팅 시스템은 기존의 방수 또는 바닥코팅 시스템에 비해 극히 빠른 경화특성이 있으므로 작업의 성력화를 이룰수 있으며 수직면에도 흐름 없이 연속적으로 소정의 도막 두께를 확보할 수 있다.
• 산업용 폼 : 우레탄 수지를 이용한 산업용 폼은 우수한 기계적 강도와 촉감이 양호하고 단열성이 뛰어나 건축, 자동차, 합성목재, 각종 산업용 자재에 널리 사용되고 있다.
• 탄성 칩바인더 : EPDM 또는 폐타이어 등의 고무칩을 우레탄 수지로 혼합하여 현장 타설 또는 일정 형태로 가공하여 골프장 보도용, 유아용 놀이터, 보도블럭 등으로 사용된다.
• 실란트 : 각종 부재간의 접합부나 간격(목지)에 충진 또는 장착시켜 목지에 수밀, 기밀성을 부여하고 유리 등에 대해서는 고정하는 역할을 하는 재료이다.
• 주형 : 저경도에서 고경도까지 다양하게 가공이 가능한 우수한 탄성체로서 특히 기계적 강도, 내마모성, 충격성, 내한성, 고탄성, 가공성이 우수하여 산업용 롤, 캐스터 휠, 톱니바퀴 등 각종 산업용 부자재로 적용이 가능한 혁신적인 폴리우레탄 시스템이다.
• 접착제 : 접착제의 대표적인 상표인 네오포스(NEOFORCE®)는 타사의 접착제와 차별화된 정밀화학의 결정체로 고품질, 고기능성의 제품군들로 고객의 다양한 요구 물성을 충분히 만족시킬 수 있는 접착제로 식품포장재용 접착제, 일반 산업용 접착제, 환경 친화성 제품인 수분산성 우레탄수지 등을 생산, 공급하고 있다.
• 합성피혁 : 합성, 인공피혁용으로 특수하게 설계된 용액형 우레탄수지인 크리스본(Crisvon)은 특유의 유연성과 강인성을 갖는 고분자구조로 내구성, 부드러운 촉감, 우수한 기계적 물성 등 고기능의 특성을 부여한 고품질의 수지이다.
• 전선 코팅 : 에나멜 와이어 코팅용으로 우레탄 수지를 사용하면 도막의 유연성, 전기 절연성, 저온납땜성 등이 우수하고 일액형 타입으로 사용이 간편한 장점이 있다.

주요 기업

바스프

바스프는 150년의 역사 동안 화학, 플라스틱, 기능성 제품, 작물보호제품 및 원유와 천연가스 등 다양한 포트폴리오를 제공하고 있는 글로벌 화학 기업이다. 바스프는 세계 최초로 폴리우레탄과 폴리아미드를 결합한 톱마운트 제품을 개발했다. 자사의 두 가지 플라스틱 전문 제품인 셀라스토(Cellasto®)와 울트라미드(Ultramid®) A3WG10 CR을 결합하여, 새로운 자동차 NVH(소음, 진동, 강도) 솔루션을 개발한 것이다. 이 솔루션을 통해 바스프는 전 세계 자동차 제조사들에게 중량 절감, 방음, 진동 감소에 최적화된 톱마운트 제품을 제공할 수 있게 되었다. 셀라스토와 울트라미드 하우징으로 구성된 새로운 톱마운트의 무게는 고무 소재를 이용한 기존의 알루미늄 다이캐스트 톱마운트보다 25% 더 가볍다. 이 톱마운트는 바스프의 시뮬레이션 도구인 울트라심(Ultrasim®) 연속 생산라인에 최적화되었다. 2019년에는 현대자동차 울산 공장에 자동차 시트 제작에 사용되는 연질 폴리우레탄 시스템 폼인 엘라스토플렉스에 대해 독점 공급 계약을 체결했다. 내구성이 뛰어난 엘라스토플렉스는 낮은 휘발성유기화합물(VOC) 솔루션으로 자동차 시트와 헤드레스트(headrest) 등 자동차 소재에 주로 적용된다. 기존 폼과 달리 엘라스토플렉스는 높은 탄성과 내하중성을 갖춰 더욱 편안한 장점을 갖췄다. 시트 제작에 활용되는 엘라스토플렉스에는 폴리올이 사용된다. 바스프는 엄격한 VOC 배출 규정을 준수하면서 동시에 생산 비용을 절감한 생산 공정 최적화를 달성했다.

금호미쓰이화학㈜

금호미쓰이화학㈜은 1989년 세계 최대의 합성고무 메이커인 금호석유화학㈜과 세계 굴지의 화학그룹인 일본 미쓰이화학(三井化学)이 합작하여 설립한 대한민국 화학 기업이다. 금호미쓰이화학은 폴리우레탄의 핵심 원료인 메틸렌 디페닐디이소시아네이트(MDI)를 생산 및 공급하고 있다. 세계적인 수준의 첨단 생산 기술과 석유화학 산업에서 금호석휴화학이 구축한 인프라를 기반으로 폴리우레탄 산업 분야를 선도하고 있다. 금호미쓰이화학은 2021년 4월 21일 400언 엔을 투입해 국내에 폴리우레탄 원료를 증산함과 동시에 리사이클 설비도 도입한다. 구체적으로 금호미쓰이화학의 여수 공장의 연간 생산 규모를 41만 톤에서 61만 톤으로 확대한다. 2021년 4월에 착공해 2023년 9월에 완공될 예정이다. 2024년 1월 영업 운전을 개시를 목표로 하고 있다.

참고자료

• 사단법인 한국폴리우레탄산업협회 공식 홈페이지 - http://www.kpua.org/company/company_view.php?idx=38&p=01
• 〈우레탄〉, 《네이버 지식백과》
• 〈폴리우레탄〉, 《네이버 지식백과》
• 〈폴리우레탄(polyurethane)〉, 《사이언스올》
• 〈Polyurethane〉, 《Wikipedia》
• 〈폴리우레탄〉, 《위키백과》
• 비만기린, 〈우레탄이란?〉, 《네이버 블로그》, 2005-08-03
• 유준기, 〈폴리우레탄의 탄생( polyurethane)〉, 《네이버 블로그》, 2020-04-01
• 케미칼부문, 〈자동차 소음과 진동 해결사, 폴리우레탄〉, 《네이버 블로그》, 2020-07-29
• 김훈기 기자, 〈폴리우레탄, 자동차 발전에 따라 새롭게 떠오르는 신소재로 주목〉, 《오토헤럴드》, 2020-03-17
• Chypre, 〈폴리우레탄(Polyurethane)〉, 《네이버 블로그》, 2019-05-20
• 〈바스프, 세계 최초로 폴리우레탄과 폴리아미드를 결합한 톱마운트 제품 개발〉, 《바스프》, 2015-09-10
• 〈바스프, 현대자동차 울산 공장에 자동차 시트용 폴리우레탄 엘라스토플렉스 독점 공급 예정 〉, 《바스프》, 2019-10-24
• 사까베 데쯔오 기자, 〈(NNA) 금호미쓰이화학, 폴리우레탄 원료 증산 추진〉, 《아주경제》, 2021-04-23
• 〈(공석붕 칼럼) 알기 쉬운 패션소재 - 폴리우레탄 섬유 이야기〉, 《한국섬유신문》, 2014-07-07

같이 보기

• 폴리머
• 우레탄
• 스판덱스

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