KR100738140B1 - Polyurethane Foam, which has been used in Automotive Interior Parts, improved in Mechanical Properties - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기계적 물성이 향상된 자동차 내장재용 폴리우레탄 발포체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리올 및 디이소시아네이트 화합물 외에 시클로펜탄과 물의 발포제를 촉매, 계면활성제 등의 첨가제와 특정량 배합시킴으로써 자동차 시트 패드 등의 내장재로 적용되는 폴리우레탄 폼의 밀도를 높이지 않고도 경도를 비롯한 압축강도 등의 기계적 물성이 기존 제품에 비하여 월등히 뛰어난 폴리우레탄 발포체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polyurethane foam for automotive interiors with improved mechanical properties, and more particularly, by combining a foaming agent of cyclopentane and water with additives such as catalysts and surfactants in addition to polyols and diisocyanate compounds, The present invention relates to a polyurethane foam excellent in mechanical properties such as hardness and compressive strength without increasing the density of the polyurethane foam applied as an interior material, and a manufacturing method thereof.
기계적 물성, 폴리우레탄 발포체, 폴리올, 디이소시아네이트 화합물, 시클로펜탄 Mechanical Properties, Polyurethane Foam, Polyols, Diisocyanate Compounds, Cyclopentane
Description
도 1은 비교예 1(a), 실시예 2(b) 및 비교예 2(c)에 의해 제조된 폴리우레탄 폼 내부의 미세 셀 구조 전자현미경 사진이다. 1 is a micro-cell structure electron micrograph of the polyurethane foam prepared by Comparative Example 1 (a), Example 2 (b) and Comparative Example 2 (c).
본 발명은 기계적 물성이 향상된 자동차 내장재용 폴리우레탄 발포체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리올 및 디이소시아네이트 화합물 외에 시클로펜탄과 물의 발포제를 촉매, 계면활성제 등의 첨가제와 특정량 배합시킴으로써 자동차 시트 패드 등의 내장재로 적용되는 폴리우레탄 폼의 밀도를 높이지 않고도 경도를 비롯한 압축강도 등의 기계적 물성이 기존 제품에 비하여 월등히 뛰어난 자동차 내장재용 폴리우레탄 발포체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polyurethane foam for automotive interiors with improved mechanical properties, and more particularly, by combining a foaming agent of cyclopentane and water with additives such as catalysts and surfactants in addition to polyols and diisocyanate compounds, The present invention relates to a polyurethane foam for automobile interior materials and a method of manufacturing the same, which have superior mechanical properties such as hardness and compressive strength without increasing the density of polyurethane foam applied as interior materials.
폴리우레탄 폼은 일반적으로 디이소시아네이트 화합물과 폴리올을 원료물질 로 사용하여 물, 클로로플루오로카본, 히드로클로로플루오로카본, 히드로플루오로카본, 이산화탄소, 시클로펜탄 등의 발포제로 발포시켜 제조한다. Polyurethane foam is generally prepared by foaming with a blowing agent such as water, chlorofluorocarbons, hydrochlorofluorocarbons, hydrofluorocarbons, carbon dioxide, and cyclopentane using diisocyanate compounds and polyols as raw materials.
디이소시아네이트 화합물로서는 톨루엔 디이소시아네이트(toluene diisocyanate; TDI), 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트가 널리 사용되고 있다. 폴리올로서는 크게 폴리에테르계 폴리올과 폴리에스테르계 폴리올이 사용되고 있다. 폴리에테르계 폴리올은 낮은 점도로 인하여 가공이 용이하며 가수분해에 안정하고 가격이 싼 장점이 있어 특히 널리 사용되고 있으며 폴리에스테르계 폴리올은 열안정성이 뛰어나고, 인장강도가 우수하며, 기름 등에 대한 내성이 뛰어나나 가격이 비싼 단점이 있다. 따라서, 현재 폴리우레탄 생산에 있어서 90% 이상이 폴리에테르계 폴리올이 이용되고 있으며 폴리에스테르계 폴리올은 특수 용도 등에 사용되고 있다. 이외에 폴리우레탄 사슬의 쇄연장제 혹은 가교제로서 저분자량의 디올 혹은 디아민이 사용된다. 발포제로서는 기존은 대기 중에서 안정한 클로로플루오로카본이나 히드로클로로플루오로카본이 널리 사용되고 있었으나, 최근에는 환경 파괴에 따라 자동차용 폴리우레탄 폼은 물을 발포제로 사용하여 제조하고 있다. 물을 발포제로 사용하면 가격 및 환경적 측면에서는 매우 좋으나, 폴리우레탄 폼 형성 반응시 지나치게 높은 발열량과 점도 상승으로 인하여 폴리우레탄 폼의 밀도 및 경도를 조절하기 위하여 원료의 선택 및 발포제 첨가량의 폭이 제한적이라는 단점이 있다. 시클로펜탄은 가격이 저렴하고 환경 친화성 발포제로 오존파괴 및 지구온난화 등의 환경 오염이 전혀 없어 많은 관심을 끌고 있으나, 시클로펜탄이 지니는 폭발성으로 인한 난연성 저하 문제로 인하여 난연성 향상을 위 한 많은 연구를 하고 있다. 촉매로서는 주석(tin)계와 아민계가 사용되며, 폴리우레탄의 낮은 난연성으로 인하여 난연제를 첨가하는 경우가 있다. 난연제는 반응형 난연제와 첨가형 난연제로 나뉘며 크게 할로겐계, 인계, 그리고 무기질 난연제로 나뉜다. 또한, 발포로 인한 폼 형성 시 작고 균일한 셀이 생성될 경우 기계적 물성에 유리하게 작용하며 이를 위하여 셀 안정제로서 실리콘계 계면활성제를 첨가하기도 한다. Toluene diisocyanate (TDI) and 4,4'- diphenylmethane diisocyanate are widely used as a diisocyanate compound. As the polyol, polyether polyols and polyester polyols are largely used. Polyether-based polyols are widely used because of their low viscosity, easy processing, stable hydrolysis, and low cost. Polyester-based polyols have excellent thermal stability, excellent tensile strength, and excellent resistance to oil. I have a disadvantage that the price is expensive. Therefore, more than 90% of polyether-based polyols are used in polyurethane production, and polyester-based polyols are used for special purposes. In addition, low molecular weight diols or diamines are used as chain extenders or crosslinking agents of polyurethane chains. Conventionally, chlorofluorocarbons and hydrochlorofluorocarbons which are stable in the air have been widely used as blowing agents, but in recent years, due to environmental degradation, polyurethane foams for automobiles are manufactured using water as a blowing agent. When water is used as a foaming agent, it is very good in terms of price and environment. However, in order to control the density and hardness of the polyurethane foam due to too high calorific value and viscosity increase during the polyurethane foam formation reaction, the selection of raw materials and the amount of blowing agent added are limited. There is a disadvantage. Cyclopentane is an inexpensive and eco-friendly blowing agent, which attracts much attention because it has no environmental pollution such as ozone depletion and global warming.However, many studies have been conducted to improve the flame retardancy due to the problem of deterioration of flame retardancy due to the explosive property of cyclopentane. Doing. Tin catalysts and amines are used as catalysts, and a flame retardant may be added due to the low flame retardancy of polyurethane. Flame retardants are divided into reactive flame retardants and additive flame retardants. The flame retardants are largely divided into halogen-based, phosphorus-based and inorganic flame retardants. In addition, when a small and uniform cell is formed during foam formation due to foaming, it advantageously acts on mechanical properties. For this purpose, a silicone-based surfactant may be added as a cell stabilizer.
자동차 경량화 기술은 환경에 대한 관심과 규제가 심화되고 있는 국제적 추세를 감안할 때 매우 중요한 기술이다. 자동차의 경량화를 위해서는 기존 사용되는 소재가 가지는 물성과 비교하여 경량화된 대체 소재의 물성이 동등하거나 그 이상이어야만 한다. 자동차 시트 패드 등의 내장재에 주로 사용되는 폴리우레탄 폼의 경우, 동일 밀도에서 경도나 강성을 향상시킬 수 있다면 보다 낮은 밀도의 폴리우레탄을 사용할 수 있기 때문에 자동차 경량화에 활용될 수 있다.Automotive lightweight technology is a very important technology in light of international trends that are intensifying environmental concerns and regulations. In order to reduce the weight of automobiles, the physical properties of lightweight alternative materials should be equal or better than those of existing materials. In the case of polyurethane foam mainly used for interior materials such as car seat pads, if the hardness or stiffness can be improved at the same density, it can be used to reduce the weight of the car because a lower density polyurethane can be used.
자동차 내장재용 폴리우레탄 폼의 경도 및 강성을 향상시키기 위해서는 밀도를 상승시키거나 유리섬유 혹은 탄소섬유 등의 충전제를 사용하는 방법이 있으나, 두 방법 모두 폴리우레탄 폼의 중량을 상승시키고 원가를 상승시키게 된다. In order to improve the hardness and rigidity of the polyurethane foam for automobile interior materials, there is a method of increasing the density or using filler such as glass fiber or carbon fiber, but both methods increase the weight and cost of the polyurethane foam. .
따라서, 밀도 상승이나 충전제 사용 없이 원가를 상승시키지 않으면서 자동차 내장재용 폴리우레탄 폼의 경도 및 강성과 같은 기계적 물성을 향상시키기 위한 연구가 절실히 필요한 실정이다.Therefore, there is an urgent need for research to improve mechanical properties such as hardness and rigidity of polyurethane foam for automobile interior materials without increasing costs without increasing density or using filler.
이에, 본 발명자들은 상승이나 충전제 사용 없이 경도 및 강성이 증대된 자동차 내장재용 폴리우레탄 폼 제조 기술을 확보하고자 연구 노력한 결과, 시클로펜탄을 발포제로 사용하되 최적의 배합비를 확립하여 내부 미세 셀 구조를 변화시켜 기존 자동차 내장재용 폴리우레탄 소재에 비하여 낮은 밀도로 제조하더라도 향상된 기계적 물성을 가질 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have made efforts to secure a polyurethane foam manufacturing technology for automobile interior materials having increased hardness and rigidity without using rising or fillers, but use cyclopentane as a foaming agent to establish an optimum blending ratio to change the internal microcell structure. The present invention was completed by confirming that the present invention may have improved mechanical properties even when manufactured at a lower density than the polyurethane material for automobile interior materials.
따라서, 본 발명은 환경 오염이 전혀 없는 시클로펜탄을 일정 함량 사용하여 밀도를 높이지 않고 기계적 물성을 향상시킨 자동차 내장재용 폴리우레탄 발포체를 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a polyurethane foam for automobile interiors in which mechanical properties are improved without increasing density by using a certain amount of cyclopentane, which is completely free of environmental pollution.
또한, 본 발명은 상기 자동차 내장재용 폴리우레탄 발포체의 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the polyurethane foam for automobile interior.
본 발명은 폴리올 100 중량부에 대하여, 디이소시아네이트 화합물 30 ~ 60 중량부, 시클로펜탄 2.0 ~ 15.0 중량부, 물 0.5 ~ 4.0 중량부 및 아민계 촉매 0.5 ~ 5.0 중량부가 함유된 기계적 물성이 향상된 폴리우레탄 발포체를 그 특징으로 한다.The present invention is a polyurethane with improved mechanical properties containing 30 to 60 parts by weight of diisocyanate compound, 2.0 to 15.0 parts by weight of cyclopentane, 0.5 to 4.0 parts by weight of water and 0.5 to 5.0 parts by weight of amine catalyst based on 100 parts by weight of polyol. It is characterized by a foam.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail as follows.
본 발명은 폴리올 및 디이소시아네이트 화합물 외에 시클로펜탄과 물의 발포제를 촉매, 계면활성제 등의 첨가제와 특정량 배합시킴으로써 자동차 시트 패드 등의 내장재로 적용되는 폴리우레탄 폼의 밀도를 높이지 않고도 경도를 비롯한 압축 강도 등의 기계적 물성이 기존 제품에 비하여 월등히 뛰어난 폴리우레탄 발포체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention is formulated with a specific amount of cyclopentane and water blowing agents in addition to polyols and diisocyanate compounds with additives such as catalysts and surfactants, compressive strength including hardness without increasing the density of polyurethane foam applied to interior materials such as car seat pads The present invention relates to a polyurethane foam having excellent mechanical properties such as that of a conventional product and a method of manufacturing the same.
즉, 본 발명에 따른 자동차 내장재용 폴리우레탄 발포체는 물리적 발포제인 시클로펜탄을 특정량 발포제로 사용됨에 따라 내부의 미세 셀 크기가 감소되어 경도 및 강성 등의 물성이 매우 향상된다.That is, in the polyurethane foam for automobile interior according to the present invention, since the cyclopentane, which is a physical foaming agent, is used as a specific amount of foaming agent, the size of the microcells in the interior is reduced, thereby improving physical properties such as hardness and rigidity.
본 발명에 사용되는 디이소시아네이트 화합물은 폴리우레탄 제조에 통상적으로 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트(4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트 중합체와 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트 모두 포함함, 이하 MDI라 함), 톨루엔 디이소시아네이트(이하 TDI라 함), 이의 유도체 또는 이의 혼합물 모두 사용 가능하다. 이의 바람직한 함량은 폴리올 100 중량부에 대하여 30 ~ 60 중량부로서, 30 중량부 미만일 경우에는 폴리올 성분이 지나치게 과량으로 존재하며 폴리우레탄 형성 후 표면의 끈적임이 심하고 미반응 폴리올이 제품 형성 후에도 지속적으로 빠져나올 수 있다는 단점이 있으며, 60 중량부를 초과하면 제조되는 폴리우레탄 폼의 강직도가 지나치게 높게 되어 깨어지기 쉬워지거나 균일한 혼합이 이루어지지 않아 제품 성형이 어려워 진다는 단점이 있다.The diisocyanate compound used in the present invention is not particularly limited as long as it is commonly used in polyurethane production, and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (4,4'-diphenylmethane diisocyanate polymer and 4,4 ') All diphenylmethane diisocyanates, hereinafter referred to as MDI), toluene diisocyanate (hereinafter referred to as TDI), derivatives thereof or mixtures thereof can be used. The preferred content thereof is 30 to 60 parts by weight with respect to 100 parts by weight of polyol. When it is less than 30 parts by weight, the polyol component is excessively present, the surface is very sticky after the polyurethane is formed, and the unreacted polyol is continuously dropped after the product is formed. There is a disadvantage in that it can come out, if the weight exceeds 60 parts by weight rigidity of the polyurethane foam to be produced is too high that it is easy to break or uniform mixing does not have the disadvantage of forming a product.
본 발명에서 사용한 MDI는 평균 작용기 2.0 ~ 3.1로서 상온에서 액상이며 그 분자구조는 다음 화학식 1과 같다.MDI used in the present invention is an average functional group of 2.0 to 3.1 in the liquid phase at room temperature and its molecular structure is represented by the following formula (1).
본 발명에 사용되는 폴리올은 폴리우레탄의 제조에 통상적으로 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않으며 폴리에테르 폴리올은 물론 폴리에스테르 폴리올도 사용할 수 있다. 상기 폴리에테르 폴리올은 낮은 점도로 인하여 가공이 용이하며 가수분해에 안정하고 가격이 싼 장점이 있어 특히 널리 사용되고 있으며, 폴리에스테르 폴리올은 열안정성이 뛰어나고 인장강도가 우수하며, 기름 등에 대한 내성이 뛰어나다는 장점이 있는 반면에 가격이 비싼 단점이 있다.The polyol used in the present invention is not particularly limited as long as it is conventionally used in the production of polyurethane, and polyether polyol as well as polyester polyol may be used. The polyether polyol is particularly widely used because of its low viscosity, which is easy to process, stable to hydrolysis, and inexpensive. Polyester polyol has excellent thermal stability, excellent tensile strength, and excellent resistance to oil. While there are advantages, there are disadvantages that the price is expensive.
상기 폴리에테르 폴리올은 에틸렌글리콜, 1,2-프로판글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 1,6-헥산디올, 1,8-옥탄디올, 네오펜틸글리콜, 2-메틸-1,3-프로판디올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 1,2,3-헥산트리올, 1,2,4-부탄트리올, 트리메틸올메탄, 펜타에리트리톨, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 트리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 디부틸렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜, 솔비톨, 슈크로스, 하이드로퀴논, 레소시놀, 카테콜, 비스페놀 또는 이들 중 2 이상의 혼합물과; 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드 또는 이들의 혼합물을 중합시켜 제조된 것일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. The polyether polyol may be ethylene glycol, 1,2-propane glycol, 1,3-propylene glycol, butylene glycol, 1,6-hexanediol, 1,8-octanediol, neopentyl glycol, 2-methyl-1, 3-propanediol, glycerol, trimethylolpropane, 1,2,3-hexanetriol, 1,2,4-butanetriol, trimethylolmethane, pentaerythritol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, Tripropylene glycol, polypropylene glycol, dibutylene glycol, polybutylene glycol, sorbitol, sucrose, hydroquinone, resorcinol, catechol, bisphenol or a mixture of two or more thereof; It may be prepared by polymerizing ethylene oxide, propylene oxide or a mixture thereof, but is not limited thereto.
또한, 상기 폴리에스테르 폴리올은 무수프탈산 또는 아디프산과; 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드 또는 이들의 혼합물을 중합시켜 제조된 것일 수 있으 며, 이 외에도 당업계에 통상적으로 알려져 있는 것이면 어느 것이든 사용할 수 있다. In addition, the polyester polyol is phthalic anhydride or adipic acid; It may be prepared by polymerizing ethylene oxide, propylene oxide, or mixtures thereof, in addition to any of those known in the art can be used.
본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체는 사슬연장제로서 디올, 트리올, 테트라올, 디아민 또는 아미노알콜을 더 포함하여 제조될 수 있는데, 이는 상기 폴리우레탄의 사슬을 연장시키거나 가교시킴으로써 분자량을 증가시키는 역할을 한다. 상기 디올로는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 1,4-부탄디올 등이 사용되고, 트리올로는 글리세린이 사용되며, 테트라올로서는 펜타에리트리톨 등이 사용된다. 한편, 디아민으로서는 헥사메틸렌디아민 또는 m-페닐렌 디아민 등을 사용할 수 있고, 아미노알콜로는 디에탄올아민 또는 트리에탄올아민 등을 사용할 수 있다. Polyurethane foam according to the present invention may be prepared by further comprising a diol, triol, tetraol, diamine or amino alcohol as a chain extender, which serves to increase the molecular weight by extending or crosslinking the chain of the polyurethane Do it. Ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, and the like are used as the diol, glycerin is used as the triol, and pentaerythritol is used as the tetraol. In addition, hexamethylenediamine, m-phenylene diamine, etc. can be used as a diamine, A diethanolamine, a triethanolamine, etc. can be used as an amino alcohol.
그 이외에 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체는 셀안정제, 난연제, 또는 이들의 혼합물을 더 포함할 수 있다. In addition, the polyurethane foam according to the present invention may further include a cell stabilizer, a flame retardant, or a mixture thereof.
상기 난연제는 폴리우레탄 폼의 낮은 난연성을 개선하기 위해 첨가되는 것으로서 반응형 난연제와 첨가형 난연제로 나뉘며 크게 할로겐계, 인계 및 무기질 난연제로 나눌 수 있다. 상기 셀안정제란 폴리우레탄 발포체를 형성시킬 경우에 발포로 인한 폼 형성시 작고 균일한 셀이 생성될 수 있도록 하는 것으로서, 예컨대, 실리콘계 계면활성제를 사용할 수 있다. The flame retardant is added to improve the low flame retardancy of the polyurethane foam is divided into a reactive flame retardant and an additive flame retardant and can be largely divided into halogen-based, phosphorus-based and inorganic flame retardants. When the cell stabilizer is used to form a polyurethane foam, a small and uniform cell may be generated during foam formation due to foaming. For example, a silicone-based surfactant may be used.
본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체는 (a) 디이소시아네이트 화합물과 폴리올을 혼합한 후 교반하며 반응시키는 단계; (b) 상기 혼합물의 반응 중에 시클로펜탄과 물을 첨가하여 발포시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에 따른 제조방법은 디이소시아네이트 화합물과 폴리올을 반응시켜 폴리우레탄을 형성시키고, 이들 반응 중에 물리적 발포제인 시클로펜탄과 화학적 발포제인 물을 첨가하여 발포시켜 폴리우레탄 발포체를 형성시키는 것에 그 특징이 있다. Polyurethane foam according to the present invention comprises the steps of (a) mixing the diisocyanate compound and a polyol and then reacting with stirring; (b) adding cyclopentane and water and foaming the reaction mixture. That is, the production method according to the present invention is characterized in that the polyurethane is formed by reacting a diisocyanate compound with a polyol, and foaming by adding cyclopentane, a physical blowing agent, and water, a chemical blowing agent, to form a polyurethane foam during these reactions. There is this.
본 발명에 따른 제조방법에서, 상기 (a) 단계에서의 반응온도는 20 ~ 35 ℃인 것이 적당한데, 20 ℃ 미만인 때에는 반응이 잘 일어나지 않고 35 ℃를 초과하는 때에는 지나치게 빠른 반응 속도로 인하여 균일한 혼합이 어려워질 염려가 있기 때문이다. In the production method according to the present invention, the reaction temperature in the step (a) is suitably 20 ~ 35 ℃, less than 20 ℃ when the reaction does not occur well when it exceeds 35 ℃ uniform because of too fast reaction rate This is because there is a risk of mixing difficult.
한편, 상기 (a)단계에서의 NCO/OH 비율은 0.7 ~ 1.0(당량비)인 것이 바람직한데, 0.7 미만일 경우에는 폴리올 성분이 지나치게 과량으로 존재하며 폴리우레탄 형성 후 표면의 끈적임이 심하고 미반응 폴리올이 제품 형성 후에도 지속적으로 빠져나올 수 있다는 단점이 있으며, 1.0을 초과하는 경우에 있어서는 제조되는 폴리우레탄 폼의 강직도가 지나치게 높게 되어 깨어지기 쉬워지거나 균일한 혼합이 이루어지지 않아 제품 성형이 어려워 진다는 단점이 있다.On the other hand, it is preferable that the NCO / OH ratio in the step (a) is 0.7 ~ 1.0 (equivalent ratio), if less than 0.7, the polyol component is present in excessive excess, the surface is very sticky after the polyurethane is formed and the unreacted polyol is It has the disadvantage of being able to continuously escape after forming the product, and in case of exceeding 1.0, the rigidity of the polyurethane foam to be manufactured is too high to be easily broken, or it is difficult to form the product because uniform mixing is not made. have.
본 발명에 따른 자동차 내장재용 시클로펜탄발포 폴리우레탄 폼의 제조방법에서는 펜타메틸디에틸렌트리아민(pentamethylenediethyeletriamine), 디메틸시클로헥실아민(dimethylcyclohexylamine), 트리스(3-디메틸아미노)프로필헥사히드로트리아민(tris(3-dimethylamino)propylhexahydrotriamine), 트리에틸렌디아민(triethylenediamine) 등 아민계 촉매를 사용할 수 있으며, 이들은 단독 또는 혼합 사용이 가능하다. 상기 촉매는 상기 (a) 단계에서 사용하는 것이 바람직하며 상기 폴리올 100 중량부를 기준으로 0.5 ~ 5.0 중량부로 사용하는 것이 바람직하다. (a) 단계에서 촉매의 함량이 0.5 중량부 미만일 경우에는 원활한 발포반 응 및 경화반응이 형성되지 못할 수 있으며 제조시간이 지나치게 길어지는 문제가 있으며, 5.0 중량부를 초과할 경우에는 지나친 반응속도의 증가로 인하여 균일한 혼합이 이루어지기 어려우며 지나친 반응속도로 인하여 셀의 파괴 현상이 발생될 염려가 있다. In the manufacturing method of the cyclopentane foamed polyurethane foam for automobile interior according to the present invention, pentamethyldiethylenetriamine (pentamethylenediethyeletriamine), dimethylcyclohexylamine, tris (3-dimethylamino) propyl hexahydrotriamine (tris ( Amine catalysts such as 3-dimethylamino) propylhexahydrotriamine) and triethylenediamine may be used, and these may be used alone or in combination. The catalyst is preferably used in the step (a) and is preferably used in 0.5 to 5.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyol. If the content of the catalyst in step (a) is less than 0.5 parts by weight, a smooth foaming reaction and a curing reaction may not be formed, and there is a problem in that the production time is excessively long. Due to this, it is difficult to achieve uniform mixing, and there is a risk of cell destruction due to excessive reaction speed.
상기 (b) 단계에서 발포제를 혼합하여 폴리우레탄 폼을 제조할 때의 온도는 5 ~ 40 ℃인 것이 적당한데, 5 ℃ 미만인 때에는 발포 반응이 잘 일어나지 않아 원하는 발포체 구조의 폼을 얻을 수 없고 40 ℃를 초과하는 때에는 지나치게 빠른 발포 반응으로 인하여 생성된 발포체가 찢어지거나 순간적으로 많은 양의 발포 기체가 빠져나감으로 인하여 발포체의 중앙에 커다란 화산분화구 형태가 생성되는 문제가 발생되는 염려가 있기 때문이다. When the polyurethane foam is prepared by mixing the blowing agent in the step (b), it is appropriate that the temperature is 5 to 40 ° C., but when it is less than 5 ° C., the foaming reaction does not occur well, so that a foam having a desired foam structure cannot be obtained and 40 ° C. This is because when the foam is exceeded, there is a concern that a large volcanic crater form is generated in the center of the foam due to tearing of the foam produced due to an excessively rapid foaming reaction or a large amount of foaming gas escapes.
상기 (b) 단계에서 폴리우레탄 발포체를 제조하기 위해서는 물과 시클로펜탄을 혼합 사용하며, 이때 물은 폴리올 100 중량부를 기준으로 0.5 ~ 4 중량부를 시클로펜탄은 2 ~ 15 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우 제조되는 폴리우레탄 폼의 밀도는 30 ~ 140 ㎏/㎥을 가지게 되며 발포제의 양을 조절함으로써 30 ㎏/㎥ 미만의 저밀도 폼이나 140 ㎏/㎥ 이상의 고밀도 폼을 제조할 수 있다. 시클로펜탄은 낮은 증발온도로 인하여 폴리우레탄 폼 제조를 용이하게 하며 또한 낮은 점도로 인하여 폴리우레탄 폼 제조에 있어서 우수한 흐름성을 부여한다. 아울러 클로로플루오로카본(CFC)계 및 히드록클로로플루오로카본(HCFC) 발포제의 단점인 오존층 파괴 및 지구 온난화 등의 환경오염이 전혀 없다. 물은 보조 발포제로서 사용되었으며 디이소시아네이트와 반응하여 우레아(urea)를 형성하면서 이산화탄소를 방출하며 방출된 이산화탄소는 폴리우레탄 폼의 발포에 사용된다. 또한, 물과 디이소시아네이트의 반응열은 시클로펜탄의 기화에도 이용된다. 물은 혼합 폴리올 100 중량부를 기준으로 0.5 ~ 4 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 물의 함량이 0.5 중량부 미만일 경우에는 물의 화학반응에 의한 안정적인 반응열 공급이 결여되어 반응온도에 지나치게 민감해져 반응온도가 조금만 낮으면 발포 반응이 원활하게 일어나지 못하고 반응온도가 조금만 높으면 발포가 순간적으로 일어나 폼이 찢어지는 문제가 발생될 수 있고, 4 중량부를 초과할 경우에는 과량의 반응열로 인하여 제조되는 폴리우레탄 발포체에 스코치(scorch)가 발생될 수 있으며, 또한 폴리우레탄 발포체 제조 시 지나친 점도 상승을 유발시키게 된다. 시클로로펜탄의 함량이 2.0 중량부 미만일 경우에는 원료물질의 점도 감소 효과가 줄어들고 시클로펜탄 사용에 따른 발포체의 미세 셀 크기 감소 효과가 미약한 문제가 있으며, 15.0 중량부 초과할 경우에는 발포기체의 양이 지나치게 증가함으로 인하여 발포체가 찢어지거나 밀도 및 경도가 지나치게 낮아져 자동차 내장재가 갖춰야 하는 강성을 갖지 못하게 될 수 있는 문제가 있다.In order to manufacture the polyurethane foam in step (b), water and cyclopentane are mixed and used, wherein water is preferably 0.5 to 4 parts by weight based on 100 parts by weight of polyol and 2 to 15 parts by weight of cyclopentane. In this case, the density of the polyurethane foam to be produced will have a 30 ~ 140 kg / ㎥ and can control the low density foam of less than 30 kg / ㎥ or a high density foam of 140 kg / ㎥ or more by adjusting the amount of the blowing agent. Cyclopentane facilitates the production of polyurethane foams due to the low evaporation temperature and also imparts excellent flowability in the production of polyurethane foams due to the low viscosity. In addition, there is no environmental pollution such as ozone layer destruction and global warming, which are disadvantages of chlorofluorocarbon (CFC) -based and hydroxychlorofluorocarbon (HCFC) blowing agents. Water was used as auxiliary blowing agent and released carbon dioxide while reacting with diisocyanate to form urea, which was used for the foaming of the polyurethane foam. The heat of reaction between water and diisocyanate is also used for vaporization of cyclopentane. Water is preferably used 0.5 to 4 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed polyol. If the water content is less than 0.5 parts by weight, there is a lack of stable reaction heat supply due to the chemical reaction of water and is too sensitive to the reaction temperature. If the reaction temperature is only a little low, the foaming reaction does not occur smoothly. The tearing problem may occur, and if it exceeds 4 parts by weight, the excess of the heat of reaction may cause scorch to be produced in the polyurethane foam, and also cause excessive viscosity increase in the production of polyurethane foam. . If the content of cychloropentane is less than 2.0 parts by weight, the effect of reducing the viscosity of the raw material is reduced, and the effect of reducing the fine cell size of the foam according to the use of cyclopentane is a weak problem. Due to this excessive increase, there is a problem that the foam may be torn or the density and hardness may be so low that the automobile interior material may not have the rigidity to be provided.
본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체는 46 kg/cm2의 동일 밀도에서 기존의 폴리우레탄 발포체에 비하여 압축, 굽힘, 인장강도가 모두 10% 이상 향상될 수 있다. Polyurethane foam according to the present invention can be improved by more than 10% in compression, bending, tensile strength than the conventional polyurethane foam at the same density of 46 kg / cm 2 .
이하, 본 발명은 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명되나, 본 발명이 이러한 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2 Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2
비교예 1 ~ 2 및 실시예 1 ~ 2 조성물의 성분 첨가량에 맞추어 프로필렌글리콜에 프로필렌 산화물 및 에틸렌 산화물을 첨가하여 중합시킨 폴리올에 계면활성제인 폴리실록산 에테르, 촉매로서 펜타메틸디에틸렌트리아민과 디메틸시클로헥실아민, 그리고 발포제로서 시클로펜탄과 물을 다음 표 1에 나타낸 비교예 1 ~ 2 및 실시예 1 ~ 2의 조성물의 성분 첨가량에 맞추어 첨가하여 레진 원액을 만들고, 여기에 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트를 다음 표 1에 나타낸 첨가량에 해당되는 양만큼 혼합, 반응시켜 발포함으로써 비교예 1 ~ 2 및 실시예 1 ~ 2 에 해당하는 폴리우레탄 발포체를 각각 제조하였다. Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2 Polysiloxane ethers, which are surfactants, and pentamethyldiethylenetriamine and dimethylcyclohexyl as catalysts in a polyol polymerized by adding propylene oxide and ethylene oxide to propylene glycol according to the component addition amount of the composition An amine, and cyclopentane and water as blowing agents were added according to the component addition amounts of the compositions of Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2 shown in the following Table 1 to prepare a resin stock solution, wherein 4,4'-diphenylmethane was added thereto. Polyisocyanate foams corresponding to Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2 were prepared by mixing and reacting the diisocyanate in an amount corresponding to the addition amount shown in Table 1 below.
상기 표 1에 나타낸 본 발명에 따라 제조된 실시예 1 ~ 2는 물에 비하여 비싼 시클로펜탄을 발포제로 사용하지만 화학적 발포제인 물의 사용이 줄어듦에 따라 물과의 발포 반응에 필요한 MDI 첨가량이 상대적으로 줄어들게 되어 결과적으로 시클로펜탄보다 비싼 MDI의 전체 첨가량이 감소되어 원가를 절감할 수 있다.Examples 1 to 2 prepared according to the present invention shown in Table 1 use expensive cyclopentane as a blowing agent compared to water, but the amount of MDI added for the foaming reaction with water is relatively reduced as the use of water, which is a chemical blowing agent, decreases. As a result, the total amount of MDI that is more expensive than cyclopentane can be reduced, resulting in cost savings.
시험예Test Example
상기 표 1에 따라 제조한 폴리우레탄 발포체의 밀도, 기계적 강도, 및 경도 물성을 측정하였으며 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.The density, mechanical strength, and hardness properties of the polyurethane foam prepared according to Table 1 were measured, and the results are shown in Table 2 below.
[측정방법][How to measure]
(1) 밀도 : ASTM D1622 방법으로 측정.(1) Density: measured by ASTM D1622 method.
(2) 셀 크기: Scanning Electron Microscopy를 사용한 셀 모폴로지 측정.(2) Cell size: Cell morphology measurement using Scanning Electron Microscopy.
(3) 압축강도: ASTM D1621 방법으로 측정.(3) Compressive strength: measured by ASTM D1621 method.
(4) 굽힘강도: KS M3830 방법으로 측정.(4) Bending strength: measured by KS M3830 method.
(5) 인장강도: ISO 1926 방법으로 측정.(5) Tensile strength: measured by ISO 1926 method.
(6) 압축경도: ASTM D3574-86 방법으로 측정.(6) Compressive hardness: measured by ASTM D3574-86 method.
전자현미경을 이용하여 비교예 1, 실시예 2, 및 비교예 2에 따라 제조된 폴리우레탄 폼 내부의 미세 셀(cell) 구조를 관찰하였다. 도 1에 전자현미경으로 관찰한 본 발명의 시클로펜탄발포 폴리우레탄 폼의 미세구조를 나타내었다. 본 발명에 따라 제조한 폴리우레탄 발포체는 기존의 수발포 폴리우레탄 폼에 비하여 작은 셀 구조를 가지고 있음을 관찰할 수 있다. 또한, 비교예 2에서 제조한 화학적 발포제인 물을 전혀 사용하지 않고 물리적 발포제인 시클로펜탄만을 발포제로 사용하여 제조한 폴리우레탄 폼은 수발포 폴리우레탄 폼에 비하여 작은 셀 구조를 가지기는 하지만 도 1에 나타난 바와 같이 셀의 파괴가 강하게 발생됨을 알 수 있었다. 화학적 발포제인 물은 발포 반응을 점진적으로 진행되게 도와줄 뿐만 아니라 셀이 안정적으로 형성되는 것을 도와주기 때문에 화학적 발포제를 소량 사용하는 것이 적당하다.Using an electron microscope, the fine cell structure inside the polyurethane foam prepared according to Comparative Example 1, Example 2, and Comparative Example 2 was observed. Figure 1 shows the microstructure of the cyclopentane-foamed polyurethane foam of the present invention observed with an electron microscope. It can be observed that the polyurethane foams prepared according to the present invention have a smaller cell structure compared to conventional water-foamed polyurethane foams. In addition, the polyurethane foam prepared by using only the cyclopentane as a blowing agent without using water, which is a chemical blowing agent prepared in Comparative Example 2, has a small cell structure compared to the water-foaming polyurethane foam, but is shown in FIG. As can be seen, the destruction of the cell is strongly generated. Water, which is a chemical blowing agent, is suitable for using a small amount of chemical blowing agent because it not only helps the foaming reaction to proceed gradually but also helps to form a stable cell.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체는 작은 셀 구조를 가짐으로 인하여 자동차 내장재용 폴리우레탄 폼의 강성 및 경도를 동일 밀도에도 불구하고 현저히 향상시킬 수 있다.As described above, the polyurethane foam according to the present invention can significantly improve the rigidity and hardness of the polyurethane foam for automobile interior materials despite the same density due to the small cell structure.
또한, 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체의 제조방법은 시클로펜탄에 비하여 가격이 비싼 MDI의 첨가량을 줄이더라도 기존 제품의 물성보다 우수한 물성을 가질 수 있기 때문에 제조 원가를 감소시킬 수 있다. 또한, 경도 및 강성 증가로 인하여 밀도를 낮추더라도 기존 제품의 물성을 확보할 수 있기 때문에 밀도를 낮춤으로 인한 자동차 내장재의 경량화에 기여할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the polyurethane foam according to the present invention can reduce the manufacturing cost because it can have superior physical properties than the physical properties of the existing product even if the amount of MDI is expensive compared to cyclopentane. In addition, even if the density is reduced due to the increase in hardness and stiffness, the physical properties of the existing product may be secured, thereby contributing to the weight reduction of the automobile interior material due to the lower density.
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