폴리우레탄 응용 분야

미국 에너지부에 따르면, 난방 및 냉방 비용은 일반적인 미국 가정에서 사용되는 에너지의 약 56퍼센트를 차지합니다. 화학적 특성 덕분에 폴리우레탄은 까다로운 문제 해결에 적응할 수 있고, 독특한 형태로 성형이 가능하며 산업용 및 소비자 제품을 향상시킬 수 있습니다.

폴리우레탄은 촉매와 첨가제가 적절히 존재하는 상태에서 다이이소시아네이트 또는 중합체 이소시아네이트와 폴리올(분자당 두 개 이상의 반응성 하이드록실기(-OH)를 갖는 알코올)을 반응시켜 제조합니다. 다양한 다이이소시아네이트와 광범위한 종류의 폴리올을 사용하여 폴리우레탄을 제조할 수 있기 때문에, 특정 응용 분야의 요구사항을 충족하는 다양한 물성을 가진 소재를 제작할 수 있습니다.

폴리우레탄의 종류:

✦ 유연한 폴리우레탄 폼
유연한 폴리우레탄 폼은 침구, 가구, 자동차 내장재, 카펫 쿠션재 및 포장재를 포함한 다양한 소비재 및 산업용 제품의 쿠션재로 사용됩니다. 유연한 폼은 거의 모든 형태와 경도로 제작할 수 있으며 가볍고 내구성이 뛰어나며 지지력과 편안함을 제공합니다. 유연한 폴리우레탄 폼은 전체 북미 폴리우레탄 시장의 약 30%를 차지하며 주로 침대, 가구 및 자동차 산업에서 사용됩니다.

✦ 경질 폴리우레탄 폼
경질 폴리우레탄 및 폴리이소시아네이트(Polyiso) 폼은 전 세계적으로 가장 널리 사용되며 에너지 효율적이고 다용도로 활용할 수 있는 단열재 중 하나입니다. 이러한 폼은 상업용 및 주거용 건물의 에너지 비용을 크게 절감하면서 효율성과 쾌적함을 높이는 데 기여할 수 있습니다. 미국 에너지부(DOE)에 따르면 typical한 미국 가정에서 난방과 냉방에 전체 에너지 사용량의 약 56%가 소요되어 대부분의 가정에서 가장 큰 에너지 비용을 차지합니다. 주택 및 상업용 건물에서 온도를 균일하게 유지하고 소음 수준을 낮추기 위해 건축업자들은 경질 폴리우레탄 및 폴리이소시아네이트 폼을 사용합니다. 이 폼은 지붕 및 벽 단열, 단열 창문, 문 그리고 공기 차단제 등에 사용할 수 있는 효과적인 단열 재료입니다.

✦ Coatings, Adhesives, Sealants and Elastomers (CASE)
코팅제, 접착제, 밀폐제 및 엘라스토머(CASE) 시장에서 폴리우레탄의 활용은 다양한 응용 분야와 이점을 제공하며 그 범위가 넓어지고 있습니다. 폴리우레탄 코팅제는 제품의 외관을 개선시키고 수명을 연장시킬 수 있습니다. 폴리우레탄 접착제는 강력한 접착력을 제공하며, 폴리우레탄 밀폐제는 보다 견고한 밀폐 성능을 제공합니다. 폴리우레탄 엘라스토머는 거의 모든 형태로 성형이 가능하며 금속보다 가볍고 우수한 내구성과 더불어 다양한 환경 요인에 저항성을 가집니다.

✦ 열탄화 폴리유레탄 (TPU)
열가소성 폴리우레탄(TPU)은 다양한 물성 조합과 가공 응용 분야를 제공합니다. 뛰어난 탄성과 유연성을 갖추고 있으며 마모, 충격 및 기후에 강합니다. TPU는 색상을 입히거나 다양한 방법으로 제작이 가능하며 제품의 전반적인 내구성을 향상시킬 수 있습니다. TPU는 완전히 열가소성인 엘라스토머로, 다른 모든 열가소성 엘라스토머와 마찬가지로 탄성이 있고 용융 가공이 가능합니다. 또한 압출기, 사출기, 블로우 몰딩 및 압축 성형 장비에서 가공할 수 있으며 진공 성형이나 용액 코팅도 가능하여 다양한 제작 공정에 적합합니다. TPU는 여러 가지 물리적 특성 조합을 제공하므로 건설, 자동차, 신발 등 다양한 용도로 활용할 수 있는 매우 유연한 소재입니다.

✦ 반응 사출 성형(RIM)
자동차 범퍼, 전기 장비 하우징 패널 및 컴퓨터와 통신 장비의 외함 등은 반응 사출 성형(RIM) 공법을 이용해 폴리우레탄으로 제작된 부품들입니다. 디자인의 유연성을 더해주는 이 폴리우레탄 RIM 공정은 일반적으로 다른 방식으로는 제작하기 어려운 부품들을 생산합니다. 가능 높은 강도와 가벼운 중량 외에도, 폴리우레탄 RIM 부품들은 내열성, 단열성, 치수 안정성 및 높은 수준의 동적 특성을 나타낼 수 있습니다. 자동차, 건설, 가전, 가구, 레저 및 스포츠 용품 산업 등 여러 분야에서 RIM 기술이 활용되고 있습니다.

✦ 결속기
폴리우레탄 계 접착제는 다양한 종류의 입자와 섬유를 서로 결합시키는 데 사용됩니다. 주로 사용되는 분야는 목재 패널 제조, 고무 또는 엘라스토머 계 바닥재, 그리고 주조업계의 샌드 캐스팅 공정입니다. 폴리우레탄 접착제가 가장 많이 사용되는 분야는 구조용 합판(OSB) 제작입니다. 이러한 목재 패널은 구조용 패널 및 바닥재, 조립식 주택, 보강재 및 받침대, 공장 제작 패널에 사용됩니다. 리본드 카펫 쿠션층 제조 시에는 폐기된 폼 조각들을 결합시키기 위해 폴리우레탄 접착제가 사용되며, 이 폼 조각들은 대부분 가요성 폴리우레탄 폼입니다.

✦ 수계 폴리우레탄 분산액(PUDs)
수계 폴리우레탄 분산체(PUD)는 물을 주요 용매로 사용하는 코팅제 및 접착제입니다. 휘발성 유기화합물(VOCs)과 대기 중으로 배출될 수 있는 유해 공기 오염물질(HAPs)에 대한 연방 규제가 강화됨에 따라, PUD는 점점 더 많은 산업 및 상업용 응용 분야에서 사용되고 있습니다.

폴리우레탄의 활용 분야:

✦ 의류
과학자들이 폴리우레탄을 가는 실로 제작할 수 있다는 것을 발견했을 때, 이를 나일론과 결합하여 보다 가볍고 신축성이 있는 의류를 만들었습니다. 시간이 지남에 따라 폴리우레탄은 개선되어 스판덱스 섬유, 폴리우레탄 코팅제 및 열가소성 엘라스토머로 발전하게 되었습니다. 오늘날 폴리우레탄 기술이 발전함에 따라 제조업체는 인조 피부와 가죽 등 의류, 스포츠 의상 및 다양한 액세서리에 사용되는 제품을 포함한 폭넓은 범위의 폴리우레탄 의류를 제작할 수 있게 되었습니다.

✦ 가전제품
폴리우레탄은 소비자가 매일 사용하는 가전제품에서 중요한 구성 요소입니다. 가전제품에서 폴리우레탄이 가장 일반적으로 사용되는 형태는 냉장고 및 냉동고의 열 절연 시스템에 쓰이는 경질 폼(rigid foam)입니다. 경질 폴리우레탄 폼은 소비자용 냉장고 및 냉동고에서 요구되는 에너지 효율 등급을 충족시키는 데 필수적이며 비용 효율적인 소재입니다. 우수한 단열 성능을 갖춘 경질 폴리우레탄 폼은 미세하고 닫힌 셀 구조와 열 전달을 방해하는 셀 내부 기체의 조합으로 인해 그 성능을 발휘합니다.

✦ 자동차
자동차에는 다양한 부위에 폴리우레탄이 사용됩니다. 시트를 편안하게 만들어주는 폼 이외에도 범퍼, 실내 천장(헤드라인) 부분, 차체, 스포일러, 문과 창문 등 여러 부분에 폴리우레탄이 활용되고 있습니다. 폴리우레탄은 자동차의 중량을 줄이고 연료 효율성, 승차감, 내식성, 단열성 및 흡음성을 개선함으로써 제조사가 운전자와 탑승자에게 보다 많은 주행 거리(mileage)를 제공할 수 있게 해줍니다.

✦ 건축 및 건설
오늘날의 주택에서는 강도는 높으면서도 가벼운 고성능 소재, 우수한 성능을 갖추었으면서도 설치가 용이한 소재, 내구성이 뛰어나면서도 다양한 용도로 사용할 수 있는 소재에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 폴리우레탄은 에너지 소비를 줄여 자연자원을 절약하고 환경 보존에 기여합니다. 뛰어난 강도 대비 무게 비율과 단열성, 내구성 및 다용도성을 지닌 폴리우레탄은 건설 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 이러한 다용도 소재의 경제적 접근성과 거주자에게 제공하는 쾌적함 덕분에 폴리우레탄 부품은 전 세계 주택의 필수적인 구성 요소가 되었습니다. 폴리우레탄은 집안의 여러 곳에서 사용됩니다. 바닥에서는 유연한 폼 패딩이 카펫에 완충 작용을 제공하고, 지붕에서는 폴리우레탄 폼 위에 반사 플라스틱 덮개를 설치해 햇빛과 열기를 반사시켜 집 안을 서늘하게 유지하면서 에너지 소비를 줄이는 데 도움을 줍니다. 폴리우레탄 건축 자재는 신축 주택 및 리모델링 프로젝트에 설계의 유연성을 더해줍니다. 폼 코어 패널은 벽과 지붕에 다양한 색상과 형태를 제공하며, 폼 코어 구조의 현관문 및 차고 문 역시 다양한 마감 처리와 스타일로 제작되어 선택의 폭을 넓혀줍니다.

✦ 합성목재
폴리우레탄은 합성목재와 같은 현대 소재에서 중요한 역할을 합니다. 폴리우레탄 기반 접착제는 합성목재 제품에서 유기 재료를 OSB(oriented strand board), 중밀도 섬유판(medium-density fiberboard), 장입자 각재(long-strand lumber), 적층합판 각재(laminated-veneer lumber), 심지어 스토브보드(strawboard) 및 입자판(particleboard)으로 영구적으로 접착하는 데 사용됩니다.

✦ 전자제품
일반적으로 '포팅 컴파운드(potting compounds)'라고 불리는 비발포 폴리우레탄은 전기 및 전자 산업에서 자주 사용되며, 압력에 민감한 취약한 마이크로 전자 부품, 수중 케이블 및 인쇄 회로 기판의 밀봉, 절연 및 보호에 활용됩니다. 개발자들은 다양한 물리적, 열적, 전기적 특성을 충족하도록 특수 제조된 폴리우레탄 포팅 컴파운드를 통해 우수한 절연 및 접착 특성과 더불어 용제, 물, 극한 온도에 대한 저항성을 제공함으로써 전자 제품을 보호할 수 있습니다.

✦ 바닥재
폼 형태의 하부 층재로 사용되거나 표면 코팅제로 활용되든 폴리우레탄은 우리가 매일 걷는 바닥을 더욱 내구성 있게 만들고, 관리가 용이하며 미적으로도 우수하게 만들어 줍니다. 주거용 또는 상업용 카펫의 하부 층재로 유연한 폴리우레탄 폼을 사용하면 카펫 수명을 현저히 늘려주고 외관을 보호해주며 추가적인 편안함과 지지력을 제공하고 주변 소음을 줄일 수 있습니다. 폴리우레탄은 나무 및 마루 바닥부터 시멘트 바닥에 이르기까지 다양한 바닥재의 코팅에도 사용됩니다. 이러한 보호 마감층은 마모와 용제에 강하며 청소와 유지 관리가 쉽습니다. 폴리우레탄 마감제를 적용하면 새롭게 설치한 나무, 마루 또는 시멘트 바닥은 오래도록 좋은 상태를 유지할 수 있고 낡은 바닥 또한 새로 단장하여 새것처럼 꾸밀 수 있습니다.

✦ 가구
폴리우레탄은 주로 유연 폼 형태로 가구, 침구 및 카펫 쿠션재 등 가정용 인테리어 제품에 널리 사용되는 소재 중 하나입니다. 패브릭이 덮인 가구의 쿠션 재료로서 유연한 폴리우레탄 폼은 가구를 더욱 내구성 있고 편안하고 지지력 있게 만들어 줍니다.

✦ 해양
매년 수백만 명의 미국인이 보트 탑승을 즐긴다. 보트 탑승이 지속적으로 인기를 끌고 있는 이유 중 하나는 보트 기술의 발전 덕분인데, 여기에 폴리우레탄 소재가 중요한 기여를 하고 있다. 폴리우레탄 에폭시 수지는 보트 선체를 물과 날씨, 부식 및 항주성능(수중 운항 성능) 저하와 내구성 감소를 유발하는 요소들로부터 밀폐해준다. 오늘날 보트 이용자는 특히 유연한 폴리우레탄 폼 덕분에 수상에서도 집과 같은 편안함을 누릴 수 있다. 또한 경질 폴리우레탄 폼은 소음과 온도 변화로부터 보트를 단열시키며, 마모 및 찢어짐에 강하고 최소한의 무게 증가만으로 하중 지지 능력을 향상시킨다. 열가소성 폴리우레탄 역시 해양 산업 분야에서 매우 우수한 소재이다. 이는 탄성이 있고 내구성이 뛰어나며 가공이 용이한 물질로, 전선 및 케이블 피복, 엔진 튜빙, 구동 벨트, 유압 호스 및 씰, 심지어 선박 몰딩에도 적합하다.

✦ 의료
폴리우레탄은 카테터 및 일반용 튜빙, 병원용 침구류, 수술용 덮개, 상처 드레싱 및 다양한 사출 성형 기기 등 여러 의료 분야에 일반적으로 사용됩니다. 가장 흔한 용도는 단기 임플란트입니다. 폴리우레탄은 의료 응용 분야에서 보다 경제적인 비용으로 더 오래 사용이 가능하며 내구성이 뛰어납니다.

✦ 포장
폴리우레탄 포장폼(PPF)은 운송 중 안전하게 고정되어 있어야 하는 물품을 독특하고 확실하게 보호할 수 있는 형태에 정밀하게 맞춘 완충재를 제공함으로써 보다 경제적인 비용으로 포장할 수 있습니다. PPF는 전자기기 및 의료 진단 장비, 민감한 유리 기구 및 대형 산업 부품과 같은 다양한 물품의 안전한 보호 및 운송에 널리 사용되고 있습니다. 다양한 포장 문제에 대해 현장에서 유연하게 해결할 수 있는 솔루션인 PPF는 각각의 출하물에 맞춤형 컨테이너를 제공함으로써 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.