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톨루엔 디이소시아네이트

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1. 개요

톨루엔 디이소시아네이트(TDI)는 폴리우레탄 제품 생산에 사용되는 화학 물질이다. 톨루엔을 니트로화하여 디니트로톨루엔을 만들고, 이를 수소화하여 톨루엔디아민을 생성한 후, 포스겐을 처리하여 제조한다. TDI는 물, 특정 물질과 반응하며, 흡입 시 호흡기 자극 및 천식을 유발할 수 있으며, 피부 자극을 일으키기도 한다. 작업 환경에서는 노출 기준이 설정되어 있으며, 화재나 누출 시에는 특별한 주의가 필요하다. 대한민국에서는 화학 물질 심사 및 제조 규제, 노동 안전 위생, 화학 물질 관리, 소방, 선박 안전, 해양 오염 방지, 대기 오염 방지 관련 법규에 의해 규제된다.

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톨루엔 디이소시아네이트 - [화학 물질]에 관한 문서
기본 정보
톨루엔 디이소시아네이트 구조식
톨루엔 디이소시아네이트
톨루엔-2,4-디이소시아네이트 3D 공 막대 모델
톨루엔-2,4-디이소시아네이트 공 막대 모델
IUPAC 명칭2,4-디이소시아네이토-1-메틸벤젠
기타 이름톨루엔 디이소시아네이트
톨루엔-2,4-디이소시아네이트
메틸 페닐렌 디이소시아네이트
벤질렌 2,4-디이소시아네이트
2,4-디(니트로젠카르보닐)톨루엔
분자식C₉H₆N₂O₂
몰 질량174.2 g/mol
외관무색 액체
냄새날카롭고 자극적임
식별 정보
CAS 등록번호584-84-9
CAS 등록번호 (2,6 이성질체)91-08-7
Beilstein 등록번호744602
ChEBI53556
ChEBI (2,6 이성질체)53557
ChEMBL1086446
ChEMBL (2,6 이성질체)1443390
ChemSpider13835351
ChemSpider (2,6 이성질체)6773
DTXSIDDTXSID2026157
EC 번호209-544-5
EC 번호 (2,6 이성질체)202-039-0
PubChem CID11443
PubChem CID (2,6 이성질체)7040
RTECSCZ6300000
RTECS (2,6 이성질체)CZ6310000
UNII17X7AFZ1GH
UNII (2,6 이성질체)78243HXH5O
UN 번호2078
SMILESCc1ccc(cc1…=C=O)…=C=O
InChI1/C9H6N2O2/c1-7-2-3-8(10-5-12)4-9(7)11-6-13/h2-4H,1H3
InChIKeyDVKJHBMWWAPEIU-UHFFFAOYAL
표준 InChI1S/C9H6N2O2/c1-7-2-3-8(10-5-12)4-9(7)11-6-13/h2-4H,1H3
표준 InChIKeyDVKJHBMWWAPEIU-UHFFFAOYSA-N
InChI (2,6 이성질체)1S/C9H6N2O2/c1-7-8(10-5-12)3-2-4-9(7)11-6-13/h2-4H,1H3
InChIKey (2,6 이성질체)RUELTTOHQODFPA-UHFFFAOYSA-N
물리적 성질
밀도1.214 g/cm³ (액체)
용해도반응함
녹는점21.8 °C
끓는점251 °C
증기압0.01 mmHg (25°C)
위험성
신호어위험
NFPA 704건강: 3
반응성: 1
화재: 1
인화점127 °C
즉시 생명에 위협이 되는 농도 (IDLH)Ca [2.5 ppm]
허용 노출 기준 (PEL)C 0.02 ppm (0.14 mg/m³)
권장 노출 기준 (REL)Ca
폭발 한계0.9–9.5%
LC50쥐: 14 ppm (4시간)
기니피그: 13.9 ppm (4시간)
생쥐: 9.7 ppm (4시간)
토끼: 11 ppm (4시간)
관련 화합물
기타 이소시아네이트메틸렌 디페닐 디이소시아네이트
나프탈렌 디이소시아네이트
1,3-디이소시아네이토벤젠
관련 화합물폴리우레탄
한국 산업안전보건공단 물질안전보건자료 (MSDS)
MSDS물질안전보건자료 (MSDS)

2. 제조

디니트로톨루엔의 수소화 반응으로 생성된 톨루엔디아민(TDA)에 CDC(카보닐 다이클로라이드)를 처리하여 톨루엔 디이소시아네이트를 제조한다.[4]

톨루엔 디이소시아네이트 합성 과정


TDI 제조 공정은 다음과 같다:[9]

  • 톨루엔의 니트로화
  • 디니트로톨루엔의 수소 첨가
  • 톨루엔디아민의 포스겐화

2. 1. 합성

일반적인 제조공정은 디니트로톨루엔(DNT)의 수소화 반응에 의해 생성된 톨루엔디아민(TDA)에 CDC(carbonyl dichloride)를 처리하여 제조한다.

2,4-TDI는 톨루엔을 거쳐 다이니트로톨루엔과 2,4-디아미노톨루엔(TDA)을 거치는 세 단계로 제조된다. 마지막으로 TDA는 포스겐으로 처리하는 ''포스겐화''를 거쳐 TDI를 형성한다. 이 마지막 단계에서는 부산물로 염산이 생성되며, 이는 산업용 염산의 주요 공급원이다.[4]

조잡한 TDI 혼합물을 증류하면 2,4-TDI와 2,6-TDI가 80:20으로 혼합된 TDI (80/20)가 생성된다. TDI (80/20)을 분별하거나 분리하면 순수한 2,4-TDI와 2,4-TDI와 2,6-TDI가 65:35로 혼합된 TDI (65/35)를 생산할 수 있다.

TDI 제조 공정은 다음과 같은 공정으로 이루어져 있다.[9]

  • 톨루엔의 니트로화 공정을 통해 디니트로톨루엔 이성체 혼합물을 제조한다.
  • 디니트로톨루엔의 수소 첨가 공정을 통해 톨루엔디아민 이성체 혼합물을 제조한다.
  • 톨루엔디아민의 포스겐화 공정을 통해 톨루엔디이소시아네이트 이성체 혼합물을 제조한다.

2. 2. 생산

일반적인 제조공정은 디니트로톨루엔(DNT)의 수소화 반응에 의해 생성된 톨루엔디아민(TDA)에 CDC(카보닐 다이클로라이드)를 처리하여 제조한다.

2,4-TDI는 톨루엔을 거쳐 다이니트로톨루엔과 2,4-디아미노톨루엔(TDA)을 거치는 세 단계로 제조된다. 마지막으로 TDA는 TDI를 형성하기 위해 ''포스겐화'', 즉 포스겐으로 처리된다. 이 마지막 단계에서는 부산물로 염산이 생성되며, 이는 산업용 염산의 주요 공급원이다.[4]

조잡한 TDI 혼합물을 증류하면 2,4-TDI와 2,6-TDI가 80:20으로 혼합된 TDI (80/20)가 생성된다. TDI (80/20)을 분별하거나 분리하면 순수한 2,4-TDI와 2,4-TDI와 2,6-TDI가 65:35로 혼합된 TDI (65/35)를 생산할 수 있다.

TDI 제조 공정은 다음과 같은 공정으로 이루어져 있다.[9]

  • 디니트로톨루엔 이성체 혼합물을 제조하기 위한 톨루엔의 니트로화 공정
  • 톨루엔디아민 이성체 혼합물을 제조하기 위한 디니트로톨루엔의 수소 첨가 공정
  • 톨루엔디이소시아네이트 이성체 혼합물을 제조하기 위한 톨루엔디아민의 포스겐화 공정

3. 반응성 및 물리적 특징

보관 중에는 녹는점(11~14 °C) 이상으로 온도를 유지해야 한다. 인화점(135°C) 이상의 온도에서 점화원에 노출되면 불이 붙을 수 있으므로 주의해야 한다. 물, 암모니아, 폴리올, 알코올, 아민류, 수산화나트륨, 수산화칼슘 등 특정 물질과 반응하여 열과 이산화탄소를 발생시키므로, 혼합 후 시간이 지나면 밀폐된 용기 내 압력이 과도하게 높아질 수 있다.

이소시아네이트 작용기는 TDI 내의 하이드록실기와 반응하여 카바메이트(우레탄) 결합을 형성한다. 톨루엔 디이소시아네이트의 두 이소시아네이트기는 서로 다른 속도로 반응한다. 4-위치가 2-위치보다 약 4배 더 반응성이 크다. 2,6-TDI는 대칭 분자이므로 2,4-TDI의 2-위치와 유사하게 반응성을 가진 두 개의 이소시아네이트기를 갖는다. 그러나 두 이소시아네이트기가 동일한 방향족 고리에 부착되어 있기 때문에, 한 이소시아네이트기의 반응은 두 번째 이소시아네이트기의 반응성에 변화를 일으킨다.[3]

4. 응용

폴리우레탄 제품의 원료로 사용되며,[5] 고온 안정성이 높은 경질 폴리우레탄 폼 생산에 사용된다. 연질 폴리우레탄, 코팅, 엘라스토머 제품 제조에도 사용된다.[9] 때때로 로켓 추진제에도 사용된다.[5]

5. 안전보건

톨루엔 디이소시아네이트(TDI)의 안전 및 보건 관련 정보는 다음과 같다.[8]


  • 정보 제공: TDI 취급, 개인 보호 장비, 노출 모니터링, 운송, 보관, 샘플링 및 분석, 사고 처리, 건강 및 환경 문제에 대한 정보가 제공된다.
  • 국제 이소시아네이트 연구소: 모든 주요 TDI 생산 업체는 국제 이소시아네이트 연구소의 회원이며, 이 연구소는 작업장, 지역 사회 및 환경에서 TDI의 안전한 취급을 증진하는 것을 목표로 한다.
  • 참고 문헌: TDI에 관한 개인 보호구 취급, 수송·보관·샘플링·분석 시 노출 모니터링 방법, 문제 해결 방법 및 건강·환경 측면에서의 주의사항은 문헌에 정리되어 있다.
  • 추가 정보:
  • 유럽: TDI의 위험 유해성 분류 및 라벨 세부 사항은 "[https://www.isopa.org/ European Diisocyanate and Polyol Producers Association, 약칭: ISOPA]" 웹사이트에서 얻을 수 있다. TDI에 관한 상세 정보를 포함한 REACH 데이터베이스는 "European Chemicals Agency, 약칭: ECHA"에서 얻을 수 있다.
  • 일본: TDI의 GHS 분류 및 제품 안전 데이터 시트(SDS)는 [https://www.nite.go.jp/chem/ghs/ghs_download.html 독립 행정법인 제품 평가 기술 기반 기구(약칭: NITE) 웹사이트], [https://anzeninfo.mhlw.go.jp/anzen_pg/GHS_MSD_FND.aspx 후생노동성 웹사이트], 또는 우레탄 원료 공업회(JURA)와 우레탄 폼 공업회(JUFA)가 조직한 일본 우레탄 공업 협회 (JUII) 웹사이트에서 얻을 수 있다.

5. 1. 노출 기준 및 위험성

톨루엔 디이소시아네이트(TDI)는 흡입 시 입, 기관지, 폐에 자극을 주어 가슴 압박, 기침, 호흡곤란, 눈물, 피부 가려움 등을 일으킬 수 있다. 이러한 증상은 즉시 또는 24시간 이내에 나타날 수 있다. 작업 환경에서 8시간 평균 노출 기준(TWA)은 50ppm이다.[4]

낮은 농도의 증기라도 장기간 노출되면 천식 증상과 함께 기관지염을 일으킬 수 있다. 따라서 취급 시에는 환기가 잘 되는 작업장에서 네오프렌 장갑, 안전 안경, 긴소매 작업복을 착용해야 한다. TDI 증기를 흡입하지 않도록 국소 배기 장치(Hood)가 있는 곳에서 취급하거나, 없는 곳에서는 유기용 필터가 장착된 마스크를 반드시 착용해야 한다.[4]

화재 시에는 발생하는 가스나 증기에 중독되지 않도록 에어팩이나 송기 마스크를 착용하고, 장화, 헬멧, 고무옷 등을 착용한 후 포소화약제, 분말소화약제, 이산화탄소 소화약제를 이용하거나 다량의 물을 사용하여 화재를 진압해야 한다.[4]

누출 시에는 호흡기 보호 장비를 착용하고, 새어 나온 부근을 환기해야 한다. 중화제를 사용하여 오염 물질을 제거하고, 폐기물은 수분과 반응하여 이산화탄소가 발생해 용기를 팽창시켜 파열될 수 있으므로 밀폐하지 않아야 한다.[4]

다량 누출 시에는 외부인의 출입을 금지하고, 화기 사용을 절대 금지하며, 배수구 등에 흘러 들어가지 않도록 추가 조치해야 한다. TDI에 피폭되어 옷이 오염된 경우, 옷을 벗어 두 겹의 비닐 백에 넣어 폐기물 처리하고, 노출된 피부와 머리카락은 적어도 15분간 물로 씻어야 한다. 눈에 들어갔을 때도 흐르는 물이나 식염수에 15분간 충분히 씻은 후 의료진의 처방을 받아야 한다.[4]

증기를 흡입했을 때는 신선한 공기를 마실 수 있는 곳으로 옮겨 안정을 취하게 하고 체온 유지에 주의하며 의사의 진찰을 받아야 한다. 특히 호흡기 계통에 강한 자극을 느끼거나 기관지 발작이 있으면 의사의 진찰이 필요하다.[4]

TDI의 LD50은 경구 접촉 시 5800mg/kg이며, 증기의 LC50은 610mg/m3이다. 낮은 독성에도 불구하고, TDI는 유럽 공동체에서 "매우 유독성"으로 분류된다.[4]

미국 직업 안전 보건 관리청(OSHA)은 0.02ppm(0.14mg/m3)의 상한선을 갖는 허용 노출 기준을 설정했다. 반면, 국립 직업 안전 보건 연구원(NIOSH)은 TDI를 직업적 발암 가능 물질로 분류하여 권장 노출 기준을 설정하지 않았다.[6] 이 화학 물질은 2015년 8월 12일 대규모 폭발이 발생한 중국 톈진의 화학 창고에 보관된 물질 중 하나였다.[7]

TDI 취급, 개인 보호 장비, 노출 모니터링, 운송, 보관, 샘플링 및 분석, 사고 처리, 건강 및 환경 문제에 대한 정보가 제공된다.[8]

TDI 과다 노출은 기관지 천식으로 이어질 수 있다. 노동 안전 보건법으로 규정된 관리 농도(0.005ppm), 일본 산업 위생 학회가 권고하는 허용 농도(TWA 0.005ppm(0.035mg/m3), 최대 허용 농도 0.02ppm(0.14mg/m3))를 엄수해야 한다. 기관지 천식을 한 번 앓으면 디이소시아네이트에 과민해져 허용 농도 이하에서도 다시 기관지 천식을 일으킬 수 있다. TDI 증기, 에어로졸, 미스트는 눈에 자극을 일으킨다. TDI는 중간 정도의 피부 자극성이 있으며, 드물게 피부 감작이나 피부염을 일으킨다. TDI를 잘못 삼킨 경우 독성은 크지 않지만, 호흡기 흡입으로 독성이 나타난다. TDI 노출 하에서 일하는 노동자의 건강에 관한 장기적인 연구가 진행 중이나, 호흡기 증상 외에 노출 관련 임상적 영향은 보고되지 않았다. TDI가 육상이나 수중 동식물에게 미치는 독성은 작으며, 물과 반응하여 고체 폴리우레아 화합물을 생성하므로 TDI 누출에 따른 환경 영향은 미미하다.

5. 2. 취급 시 주의사항

톨루엔 디이소시아네이트(TDI)는 흡입 시 입, 기관지 및 폐에 자극을 주어 가슴 압박, 기침, 호흡곤란, 눈물, 피부 가려움 등을 일으킬 수 있다. 이러한 증상은 즉시 또는 24시간 이내에 나타날 수 있다.[4] 농도가 낮은 증기라도 장기간 노출될 경우 천식 증상이 나타나면서 기관지염을 일으킬 수 있다. 고수준 노출은 반응성 기도 기능 장애 증후군을 유발할 수 있다. TDI 과다 노출은 기관지 천식으로 이어질 수 있으므로, 노동 안전 보건법으로 규정된 관리 농도(0.005ppm)를 엄수해야 한다.

취급 시에는 환기가 잘되는 작업장에서 네오프렌 장갑, 안전안경, 긴소매 작업복을 착용하고, TDI 증기를 흡입하지 않도록 국소배기장치가 있는 곳에서 취급하거나 국소배기장치가 없는 곳에서는 유기용 필터가 장착된 마스크를 반드시 착용하여야 한다.

화재 시에는 발생하는 가스나 증기에 중독되지 않도록 반드시 에어팩을 착용하거나 송기마스크를 착용함은 물론 장화, 헬멧, 고무옷 등을 착용한 후 포소화약제, 분말소화약제, 이산화탄소 소화약제를 이용하거나 다량의 물을 사용하여 화재를 진압하여야 한다.

누출 시에는 호흡기 보호장비를 반드시 착용한 후, 새어 나온 부근의 환기부터 잘되도록 조치한 후 중화제를 사용하여 오염물질을 제거하고, 폐기물은 수분과 반응해서 이산화탄소가 발생하며 용기를 팽창시켜 파열시킬 수 있으므로 용기를 밀폐하지 않도록 하여야 한다. 다량으로 누출될 시에는 외부인의 출입을 금지하고, 화기 사용을 절대 금지하며, 배수구 등에 흘러들지 않게 추가 조치한다.

톨루엔 디이소시아네이트에 피폭되어 옷이 오염된 경우 옷은 벗어서 두 겹으로 된 비닐백에 넣어 폐기물 처리하고, 노출된 피부와 머리카락은 적어도 15분간 물로 씻어 내야 한다. 눈에 들어갔을 때도 반드시 흐르는 물이나 식염수에 15분간 충분히 씻어낸 후 의료진의 처방을 받아야 한다. 증기를 흡입했을 때는 곧 신선한 공기를 마실 수 있는 곳으로 옮겨 안정을 취하게 하고 체온 유지 등에 주의를 기울인 후 의사의 진찰을 받도록 한다.

미국 직업 안전 보건 관리청(OSHA)은 0.02 ppm (0.14mg/m3)의 상한선을 갖는 허용 노출 기준을 설정한 반면, 국립 직업 안전 보건 연구원(NIOSH)은 톨루엔 디이소시아네이트를 직업적 발암 가능 물질로 분류하여 권장 노출 기준을 설정하지 않았다.[6]

5. 3. 사고 발생 시 대처

톨루엔 디이소시아네이트(TDI)는 흡입 시 입, 기관지, 폐에 자극을 주어 가슴 압박, 기침, 호흡곤란, 눈물, 피부 가려움 등을 유발할 수 있다. 이러한 증상은 즉시 또는 24시간 이내에 나타날 수 있으며, 장기간 노출될 경우 천식기관지염을 일으킬 수 있다.[4] 따라서 취급 시에는 환기가 잘 되는 곳에서 네오프렌 장갑, 안전 안경, 긴소매 작업복을 착용하고, 국소배기장치가 없는 곳에서는 유기용 필터가 장착된 마스크를 반드시 착용해야 한다.

화재 시에는 발생하는 유독 가스 및 증기에 중독되지 않도록 에어팩 또는 송기마스크, 장화, 헬멧, 고무옷 등을 착용하고, 포소화약제, 분말소화약제, 이산화탄소 소화약제를 사용하거나 다량의 물을 사용하여 진압한다.

누출 시에는 호흡기 보호장비를 착용하고 환기를 실시한 후, 중화제로 오염물질을 제거한다. 폐기물은 수분과 반응하여 이산화탄소를 발생시켜 용기를 파열시킬 수 있으므로 밀폐하지 않아야 한다. 다량 누출 시에는 외부인의 출입과 화기 사용을 금지하고, 배수구 등으로 흘러 들어가지 않도록 추가 조치를 해야 한다.

TDI에 오염된 옷은 두 겹의 비닐백에 넣어 폐기하고, 노출된 피부와 머리카락은 15분 이상 물로 씻어내야 한다. 눈에 들어갔을 경우에도 흐르는 물이나 식염수로 15분간 충분히 씻은 후 의료진의 처방을 받아야 한다. 증기를 흡입했을 때는 신선한 공기를 마시며 안정을 취하고, 체온 유지에 주의하며 의사의 진찰을 받도록 한다. 특히 호흡기 계통에 강한 자극이나 기관지 발작이 있으면 반드시 의사의 진찰을 받아야 한다.

미국 직업 안전 보건 관리청(OSHA)은 톨루엔 디이소시아네이트의 허용 노출 기준 상한선을 0.02 ppm (0.14 mg/m3)으로 설정했지만, 국립 직업 안전 보건 연구원(NIOSH)은 권장 노출 기준을 설정하지 않고 직업적 발암 가능 물질로 분류했다.[6]

5. 4. 응급 조치

톨루엔 디이소시아네이트(TDI)는 흡입 시 입, 기관지, 폐에 자극을 주어 가슴 압박, 기침, 호흡곤란, 눈물, 피부 가려움 등을 일으킬 수 있다.[4] 이러한 증상은 즉시 또는 24시간 이내에 나타날 수 있다. 농도가 낮은 증기라도 장기간 노출될 경우 천식 증상이 나타나면서 기관지염을 일으킬 수 있으며, 고농도 노출은 반응성 기도 기능 장애 증후군을 유발할 수 있다. TDI 과다 노출은 기관지 천식으로 이어질 수 있으므로 주의해야 한다.

TDI에 피폭되어 옷이 오염된 경우 옷은 벗어서 두 겹으로 된 비닐 백에 넣어 폐기물 처리하고, 노출된 피부와 머리카락은 적어도 15분간 물로 씻어 내야 한다. 눈에 들어갔을 때도 반드시 흐르는 물이나 식염수에 15분간 충분히 씻어낸 후 의료진의 처방을 받아야 한다.

증기를 흡입했을 때는 곧바로 신선한 공기를 마실 수 있는 곳으로 옮겨 안정을 취하게 하고 체온 유지 등에 주의를 기울인 후 의사의 진찰을 받도록 한다. 특히 호흡기 계통에 강한 자극감을 느끼거나 기관지 발작이 있으면 의사의 진찰을 받아야 한다.

6. 대한민국의 관련 법규

관련 법률내용
화학 물질 심사 및 제조 등의 규제에 관한 법률 (약칭: 화심법)
노동 안전 위생법
노동 기준법질병 화학 물질 (법 제75조 제2항, 시행 규칙 제35조 별표 제1의 2 제4호): 톨루엔 디이소시아네이트
특정 화학 물질의 환경 배출량의 파악 등 및 관리 개선의 촉진에 관한 법률 (약칭: 화학 관리법)제1종 지정 화학 물질: 톨루엔 디이소시아네이트 (정령 번호: 345)
소방법위험물: 제4류 제3석유류 (비수용성)
선박 안전법위험물 (위험 규칙 제2, 3조 위험물 고시 별표 제1): 등급 6.1 "독물"
항공법위험물 (시행 규칙 제194조 위험물 고시 별표 제1): 등급 6.1 "독물"
해양 오염 등 및 해상 재해의 방지에 관한 법률 (해양 오염 방지법)유해 액체 물질 (시행령 별표 제1): Y류 물질 (톨루엔 디이소시아네이트)
대기 오염 방지법유해 대기 오염 물질에 해당하는 가능성이 있는 물질 (중앙 환경 심의회의 제9차 답변): 톨루엔 디이소시아네이트 (별칭: 톨루엔 디이소시아네이트)


참조

[1] PGCH PGCH 0621
[2] IDLH Toluene-2,4-diisocyanate
[3] 서적 The Polyurethanes Book Wiley
[4] Ullmann Isocyanates, Organic
[5] 웹사이트 Ababil-100/Al Fat'h https://www.globalse[...]
[6] 웹사이트 Documentation for Immediately Dangerous To Life or Health Concentrations (IDLHs) https://www.cdc.gov/[...] Centers for Disease Control and Prevention 1994-05-00
[7] 뉴스 Tianjin explosion: Dozens dead, areas of Chinese port city devastated http://edition.cnn.c[...] 2023-08-13
[8] 서적 MDI and TDI: Safety, Health and the Environment: A Source Book and Practical Guide Wiley
[9] 서적 The Polyurethanes Book https://ndlsearch.nd[...] Wiley
[10] 서적 MDI and TDI: safety, health and the environment: a source book and practical guide Wiley
[11] 웹사이트 TDI and the environment http://www.polyureth[...]
[12] 문서 TDI Classification and Labelling requirements
[13] 웹사이트 ウレタン原料工業会 ポリウレタン原料資料 https://www.urethane[...]
[14] PGCH PGCH 0621
[15] IDLH Toluene-2,4-diisocyanate



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