폴리우레탄 반응사출공정에 사용되는 디이소시아네이트는 주로 MDI계이지만 순도가 99wt% 이상의 단량체 MDI는 응고점이 38.0℃ 이상으로 상온에서 고체이며 매우 불안정하여 보관 또는 취급 중에 변색되거나 자체중합에 의한 불용성 침전물이 생성되기 때문에 MDI의 순도저하는 물론 이를 사용시 기계적 성질이 떨어지는 요인이 되며, 자체 중합에 의한 2량체화는 실온에서 빠르게 진행되며, 3량체화는 고온에서 용해할 때 생성되기 때문에 제품을 항상 -20℃의 냉동 창고에 보관해야 하는 단점이 있다.
이러한 단점을 개선시킨 변형(modified) MDI는 액상 MDI라 불리우며 단량체 MDI의 자체 성질을 이탈하지 않는 범위내에서 물성을 화학적 수단에 의해 변형시킨 것으로 관능기수를 변화시켜 화학활성의 조절이 가능하도록 만들거나 저분자 단량체 또는 가교제를 첨가하여 고분자화 시키는 방법을 사용함으로써 원재료의 저장 안정성과 작업환경의 개선, 가공성의 향상 및 타분야에 응용이 용이하도록 만든 것이다.
한편 폴리이소시아네이트와 함께 사용되는 폴리에테르폴리올은 연질폼, 경질폼, 도료, 접착재, 씰런트 등에 용도가 많으며 우레탄 RIM, grouting재, 엘라스토머의 용도에 사용되는 기능성 폴리올은 산화에틸렌, 산화프로필렌의 공중합 폴리올이며 주로 계면활성제의 중간물질로 사용되어 왔으나 차츰 우레탄 산업에 응용이 확대되고 있다.
따라서 기능성 폴리우레탄의 제조 및 응용에 관한 연구 중 crude MDI의 정제 및 단량체 MDI의 안정화에 대한 연구에서는 디(di-), 트리(tri-), 테트라 (tetra-) 및 폴리이소시아네이트의 혼합물인 crude MDI를 정제하여 고순도의 단량체 MDI와 반응성이 양호한 고분자 MDI를 얻기 위해 1차 및 2차 증류와 단량체 MDI의 변색 및 중합방지를 위하여 첨가제 사용 실험을 하였다. 또한 고분자 MDI는 표준 폴리올 system으로 우레탄 반응을 유도하여 반응성을 조사하였다. 1차 증류에서 증류분이 약 32wt% 일 때 4,4'-MDI의 함량이 98wt% 이상으로 유지되었으며, 2차 증류에서는 2,4'-MDI의 혼입을 최소화하기 위해 초류분을 약 20wt% 분리하고 잔류분으로 약 9wt%를 남겼다. 환류비를 2이상으로 유지했을 때 최종 증류분인 단량체 MDI의 응고점은 38.4℃ 이상으로 나타났다. 단량체 MDI는 매우 불안정하여 착색이 용이하고 자체 중합체를 형성한다. 따라서 이를 방지하기 위해 페놀계 1차 산화 방지제 및 황계 2차 산화 방지제, UV 흡수제, hindered amine계 광 안정제를 조합하여 사용하고, 중합 방지제로는 벤조일 클로 라이드를 사용한 결과 45일 경과 후에도 색도는 APHA 20 이하이고, 2량체 생성율은 0.36wt% 이하로 유지되었다.
우레탄 변형 MDI와 카보디이미드형 변형 MDI의 제조와 응용에 관한 연구에서는 저순도의 단량체 MDI(4,4'MDI :96.4 wt%)를 사용하여 우레탄 변형 MDI와 카보디이미드 변형 MDI를 제조할 때 반응물의 조성변화를 조사했으며 국내에서 사용되고 있는 외국산 제품들과 각 성분을 비교하였다. 그 결과 우레탄 변형 MDI의 이소시아네이트 함량은 23=0.5wt%이고 카보디이미드형 변형 MDI의 이소시아네이트 함량은 28.8--29.1wt%로서 표준제품의 규격범위 내에 있었다. 또한 표준 폴리올 혼합물과 반응시켜 우레탄 발포체가 형성될 때 반응속도를 비교한 결과와 자동차 범퍼와 핸들 그리고 우레탄 신발 중창을 사출성형의 방법으로 제조하여 기계적 물성을 측정한 결과 정규제품의 단량체 MDI(99.0 wt% 이상)로 제조된 제품과 기계적 물성이 동일함을 확인하였다.
이소시아네이트 말단 폴리우레탄 예비중합체의 제조와 응용에 대한 연구에서는 산화에틸렌, 산화프로필렌의 공중합체인 블록 공중합 폴리올과 랜덤 공중합 폴리올을 파일럿 플렌트에서 제조하여 그 특성을 비교한 결과 블록 공중합 폴리올의 반응성이 더 빨랐으며 이소시아네이트와의 반응을 통해 얻어진 예비중합체의 기계적 물성을 측정한 결과 블록 공중합 폴리올을 사용한 수지는 인장강도와 인열강도가 더 우수하였으며, 랜덤 공중합 폴리올을 사용한 수지는 파단신율이 더 우수하였다. 이때 블록 형태의 것은 인장강도 20kg/㎠, 인열강도 13kg/cm이고 랜덤 형태의 것은 파단신율이 870% 이었다. 또한 예비중합체의 농도가 20wt% 일 때 기계적 물성이 가장 우수했으며 반응온도에 따른 경화시간을 t = ae^(-bt)의 함수로 표현한 결과 예비중합체의 농도가 20wt%일 때 a와 b의 값이 472.2895와 0.0641이고 10wt%일 때는 a와 b의 값이 727.8441과 0.0563으로 실측값과 거의 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 또한 경화제로 사용되는 물의 알칼리도가 증가할수록 경화속도는 빨라지며 첨가제인 DMDEE 500ppm을 투입하여 저장 안정성을 90일 이상 개선하였다.
기능성 폴리우레탄의 응용에 대한 연구에서는 블록 공중합 폴리올을 사용해서 합성한 이소시아네이트 말단 예비중합체를 seed spray 시공법(잔디조성공법)에 적용하는 실험을 실시했으며. 파일럿 플랜트에서 제조된 카보디이미드 변형 MDI와 폴리올을 사용하여 무 진동 무 소음 암반 발파공법과 RIM spray 시공법에 적용하는 실험을 실시한 결과 seed spray 시공법에 적용한 결과 20일 경과 후 성장한 녹색의 잔디를 얻을 수 있었으며 무 진동 무 소음 공법에 적용한 결과 소음과 진동은 30dB(A)과 20dB(V)로 매우 낮았다. 또한 RIM spray 시공법에 의해 코팅막 재료를 실험하여 얻은 결과 경도(shore A)가 96인 경질의 코팅막과 파단신율이 250%인 연질의 코팅막을 얻을 수 있었다.
이상의 결과로부터 단량체 MDI 생산을 위한 최적조건을 확립했으며 폐MDI의 재사용을 통한 원가 절감과 수입되는 제품의 국산화를 이루었으며 지속적인 용도 개발을 통해 응용 범위의 확대 가능성을 확인하였다.