꿈의 소재(폴리우레탄) 도입 60년사(9) - PU Non-Foam의 전개(B)

[표운]

꿈의 소재(폴리우레탄) 도입 60년사(9) - PU Non-Foam의 전개(B)

5. 전천후 탄성포장

폴리우레탄 Non-foam중 최근 우리나라에서 큰 주목을 받은 것이 PU 탄성포장이다,

어떠한 기후에도 사용 가능하기 때문에 탄성 바닥재는 스포츠 용으로 주목을 받아 왔다.

육상 경기장, 테니스 장, 경마장, 골프장 등에 PU 탄성 포장은 각광을 받고 있다. 내구성이 풍부하고 장기간 사용해도 변질이 적으며 유지관리가 용이한 장점이 있다. 또한 일상생활이나 경기에서 육체피로가 적고 하지와의 접착이 우수하여 부풀음과 박리가 없다는 장점이 있으며 우천시는 물론 전천후 사용이 가능한 소재이다. 올림픽 경기장을 위시하여 전 세계 육상 경기장은 PU 탄성포장을 채택하여 매년 기록이 놀랄 만큼 향상하고 있어 꿈의 포장재로 불렀다.

클린턴 대통령과 김영삼 대통령 두 분은 아침마다 죠깅을 하면서 건강을 유지한 것으로 잘 알려저 있다. 1995년 7월25일부터 27일간 미 백아관을 방문한 김영삼과 클린턴 두 정상은 백아관 주위에 깔린 탄상포장 위에서 15분 이상 죠깅하였다. 이 뉴스를 전 셰계인이 보았지만 우리나라 국민이 이와 같이 훌륭한 소재를 외면하지는 않았다.  

우리나라는 1976년 9월에 동대문 윤동장 트렉에 탄성 포장을 적용한 것이 효시라 할 수 있다. 이 당시는 고무와 우레탄을 병용한 미국회사의 제품명 타탄(Tartan)으로 시공한 것이다.

국내에서 처음으로 일본기술로 강남화성이 81년 11월 대구 시민운동장에 PU 탄성포장을 시공하였고 그 기술을 바탕으로 1988년 서울 올림픽 주 경기장도 PU 탄성포장을 이루는 발전을 하였다. 1993년까지 국내 36개 시도 공설운동장 트렉에 PU 탄성포장을 깔아 왔다

그 후 1990년에 들어 와 전국 초, 중, 고, 대학교 운동장 트렉을 단계적으로 포장하였고 또한 지방자치단체들로 공원길, 산책길 등에 너나 나나 다 폴리우레탄 탄성포장을 깔기 시작했다.

PU 탄성포장 공사가 붐을 이루었다. 한 때 PU원료와 System회사도 최고의 전성기를 맞이했다. 우리 학생들은 학교에서 안락한 운동을 하였고 또한 주민들도 산책길, 공원길을 즐기면서 걷고, 죠깅하면서 건강을 지켜주니 폴리우레탄은 100세 시대 장수 소재가 되었다고 할 수 있지 않은가?

그러나 호사(好事)에는 다마(多魔)라고 하지 않던가? 물론 경쟁 소제로 부터의 질시도 있었지만 한꺼번에 공사가 밀리다보니 값싼 수주로 무분별한 유해성분 원료(첨가제) 선택과 고무 Filler의 부족으로 유해한 폐타이아 분쇄가루를 사용하다 보니 지난 2016년 초부터 건강에 유해한 탄성포장이 지적되면서 큰 위기에 봉착하였다. 냄비근성이 여기에도 예외 없이 몰아쳤다. 각종 언론 매체는 연일 폴리우레탄의 유해성과 건강문제를 시리즈로 보도하며 공격하였다.

드디어 폴리우레탄은 환경과 건강, 화재의 공공의 적으로 평가되었다. 전국의 PU포장을 전수 조사하여 유해성분이 검출 되면 전부 걷어 냈다. 부작용이 너무 심했다.

그러나 이러한 폴리우레탄 위기 때 폴리우레탄은 아무도 대응을 못하였다. 아니 안하였다.

폴리우레탄 원료, 시스템 공급자들도 오명을 씻을 수 없었다. 이 현장에 폴리우레탄 산.학.연

단체가 있었지만 침묵으로 일관했다.

이러한 보도로 모든 국민이 악명 높은 폴리우레탄으로 인식되고 있을 때 PU 단체는 언론 매체와 관계 기관들을 초청하여 국내외 전문가들이 당당하게 폴리우레탄의 우수성과 방지 방법을 역설함으로서 언론들에게 올바르게 일깨울 수 있지 않았던가. 이와 함께 과감하게 폴리우레탄의 매력 포인트를 광고했으면 사태를 반전시킬 수 있지 않았을까 아쉬움이 남는 대목이다. 이에 따라 우리나라 PU 탄성포장 System은 전세계에서 가장 까다로운 환경 규격이 되었다. 그 후 서서히 그래도 마사토를 까는 것 보다 폴리우레탄으로 포장하는 것이 유리하다고 판단하여 재시공 대부분이 PU포장으로 돌아섰음은 다행이라고 할 수 있다. 만약 PU단체가 10을 홍보비로 투자했으면 100 이상의 효과를 볼 수 있을 터인데 아쉬운 마음 그지없다.

6. Coating

PU Coating은 초기 PU 제품 연구시 주로 독일에서 그 후에는 미국에서 개발되었다. Otto Bayer 박사는 Polyether-Polyisocyanates 코팅(Desmophen-Desmodur combination)을 개발하여 나무, 금속, 고무, 가죽, 섬유와 종이에 적용하였다.

Polyester와 Isocyanates, NCO/OH 비율의 여러 가지 type과 정도로서 유연하거나 딱딱하거나 부서지기 쉬운 Film에 적용하여 여러 가지 좋은 물성을 얻을 수 있다. Bayer박사는 󰡒uralkyd󰡓라고 불리 우는 󰡐urethane oil󰡑과 같은 코팅을 개발했다.

여기서 Monomeric MDI의 사용은 건강에 위험을 줄 수 있다. 이러한 이유로 Isocyanates 부가물이나 유도물은 낮은 증기압으로 발전된다. 이러한 부가물의 예(例)는 1955년에 소개된 trimethylolpropane과 hexanetriol이 TDI와의 반응으로 생성된다. 1961년에는 3 mole의 물과 HDI의 Biuret반응이 소개되었다.

TDI와 MDI와 같은 방향족 isocyanates에 의한 Polyurethane은 햇빛과 UV빛에 노출되면 산화작용으로 변색이 된다. 그러나 HDI, H12MDI나 IPDI와 같은 지방 족이나 cycloaliphatic isocyanate를 사용하면 막을 수 있다.(G.Mennicken Oil Color Chem Ass.49,639 1966년)

1액형, Moisture-cure Urethane Coating은 1956년 Heiss에 의하여 보고되었다. NCO-Terminated Prepolymers가 polyether, castor oil, castor oil 유도체와 저 분자량의 Polyol이 TDI와 MDI와의 반응으로 이루어진다. 이것은 공기 속의 수분으로 curing이 된다.

Coating의 Curing은 우수한 접착력과 전기적인 특성을 갖춘 가진 Film에서 160℃에서 유효하였다.

많은 blocked isocyanate system이 Otto Bayer 박사와 Peterson에 의해 개발되었다. polyol에 안정된 blocked Isocyanates는 일반적으로 140～160℃온도에서 free isocyanates로 전환된다.

Blocked Isoyanates coating은 전기용의 wire enamel에 적용되었다. 그러나 그 후 coil 코팅, powder 코팅 그리고 양이온 electrodeposition(전기 침전)코팅까지 용도를 넓혀 갔다.

Polyether-based urethane coating은 1959년에 가죽과 같은 연질 제품의 코팅이나 목재 광택용을 포함한 여러 가지 제품의 코팅에 1액형(moisture cure) 또는 2액형 코팅이 상업적으로 만들어 졌다.

안정적인 수계(水系) PU Coating은 초기 Polyester-based urethane 분산이 가수로 약화되기 때문에 더디게 발전하였다.

7. Urethane Adhesives

초기의 접착제는 Isocyates를 적용한 것이다. 󰡐Buna S󰡓 본드는 2차 세계대전 중 4,4󰡑4󰡓- tryphenylmethane triisocyanate(Desmodur R)를 사용하여 개발하였고 고무와 금속의 접착제로 이용하였다(O. Bayer, Angew. Chem. A 59,257 1947년). 이 접착제로서 Tank Caterpillar에 이용하였다. Desmodur R은 금속은 물론 고무와 섬유의 접착에도 사용한다.

Otto Bayer 박사는 Polyester와 Diisocyanates로부터 상품화된 󰡒Polystal󰡓이란 PU 접착제를 개발하였다.

2차 세계대전 중 미국은 구명정과 구명 조끼에 이용된 접착제(고무와 Neoprene이 합성섬유와 접착)는 MDI를 사용하였다.(BA Dombrow 󰡒Polyurethanes󰡓 1957년)

Mobay가 설립 전, Monsanto는 castor oil, polyether polyol과 diisocyanates로 PU 접착제를 연구하였다.(J.H. Saunders & KC Frisch Polyurethanes Part 2, 1964)

여러 가지의 용제 또는 수성 PU 또는 PU-Urea 접착제가 최근에는 PU melt 접착제가 개발되어 인류 생활에 이바지하고 있다.

8. Sealants

PU Sealants는 1950년 대에 Polyester계로 시작하였으나 가수분해 안정성이 떨어져 시장에서 채택되지 않았으나 1967년 A.Damusis가 가수 안정성과 경제성이 있는 Polyether계 PU Sealant를 연구 개발하였다. PU Sealants는 건축, Pipe, 조선, 고속도로, 교량, 자동차, 비행기 등 여러 분야에서 광범위하게 적용되고 있다. 국내에서는 일본 DIC의 지원으로 국내 최초로 1970년 말에 강남화성이 콩크리트 도로 용 실란트를 개발하여 국내 도로 포장의 대명사가 되었다. 이후 많은 시공업자가 출현하여 국내 고속도로는 물론 모든 도로 포장에 시공함으로서 국네 PU Sealant산업은 급속히 성장하여 왔다. 초기에는 2액형 Sealant로 적용하였으나 그후 1액형을 개발하였다. 용도도 수로, 항만, 활주로, 터널 등 토목공사와 컨테이너, 아파트, 빌딩, 주택에 적용하고 있다. 그 후 경제성과 작업성이 뛰어난 제품 개발, 표면 내후성과 단열성 향상, 황변방지 기술을 개발하였고 특히 1액형은 속경화 실란트를 개발하였다.

9. PU Binder

PU binder는 PU Adhesives와 밀접한 연관이 있으나 나무, 농업용 제품, 고무, 주물 사(Foundry Sand)등 비 유기물질을 위하여 개발되었다.

Di-또는 Polyisocyanates나 Quasi-prepolymer를 사용한 󰡐Vericulite󰡑가 개발 응용되고 있다.(G. Wood󰡑 The ICI Polyurethane Book 1990)

최근에는 Isocyanates-based binders가 PU 연질 폼 Scrap를 재생하여 󰡒Rebond Foam󰡓 생산에 이용하고 있다. 이제는 이 Rebond Foam이 Carpet Underlay나 가구 등에 광범위하게 사용하고 있다.

10. PU 의료용

1967년 Boretos가 Dupont의 Spandex 󰡒Lycra󰡓를 이용하여 인공심장용 펌프를 사용한 후 의료용 PU 소재가 괄목할 만큼 개발되고 있다. 인공 심장을 위시하여 신체 조직의 이식, 신장 등 인체내 장기, 뼈를 고정하는 장치 등 여러 분야에 PU 소재가 인간의 건강을 지켜 주고 있다. 미국의 3ㅡ등에서 인공장기 개발을 활발히 진행하고 있다. TNL의 최윤소 박사는 정형외과용 고정재등을 개발, 국민 건강에 이바지하고 있다.

PU Foam으로도 의료용 제품 즉 건강의자, 건강침대 등의 용도로 적용되고 있다.

폴리우레탄으로 인공 장기를 대체함으로 장수 100세 시대에 큰 기여를 하고 있음을 자랑으로 생각하는 바이다.

결론적으로 PU Non-Foam도 1930년대부터 발전을 거듭하여 지금은 우리 인류에 없어서는 아니 될 주요 소재로 등장하였으며 앞으로도 계속 원료, 가공, 기계와 적용이 개발될 것이다. 우리 PU 인은 자긍심과 사명감으로 더욱 매진할 것을 기원하는 바이다. (Non-Foam 끝)

                                  표민웅/한국폴리우레탄학회 고문, 폴리우레탄세계 회장