KR100883514B1

KR100883514B1 - 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물, 이를 이용하여제조된 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼, 및 인테그랄 스킨폴리우레탄 폼의 특성 평가방법

Info

Publication number: KR100883514B1
Application number: KR1020070066103A
Authority: KR
Inventors: 김태형; 배덕규; 서원진
Original assignee: 주식회사 엘지화학; 현대자동차주식회사; Kpx케미칼주식회사; 금호미쓰이화학 주식회사
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2009-02-11
Also published as: KR20090002603A

Abstract

본 발명은 폴리올 성분, 이소시아네이트 성분 및 발포제를 포함하고, 상기 이소시아네이트 성분 내 NCO 함량이 28 ~ 30 wt%인 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼(Integral Skin Polyurethane Foam) 조성물, 이를 이용하여 제조된 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼, 및 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 특성 평가방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물을 이용하여 제조된 인테그랄 스킨 폼은 우수한 화학적 결합을 가지게 되어 내구성 및 내가수분해성이 뛰어나다. 또한, 본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 특성 평가방법에 따르면, 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 화학적 분해에 의한 내구성, 내가수분해성과 같은 특성을 사전에 검증하여 상기 특성들을 개선할 수 있다.

스티어링 휠, 인테그랄 스킨 폼, 폴리우레탄, 폴리올, 이소시아네이트, 내구성, 내가수분해성

Description

인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물, 이를 이용하여 제조된 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼, 및 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 특성 평가방법{INTEGRAL SKIN POLYURETHANE FOAM COMPOSITION, INTEGRAL SKIN POLYURETHANE FOAM PREPARED BY USING THE SAME, AND METHOD FOR TESTING PROPERTY OF INTEGRAL SKIN POLYURETHANE FOAM}

본 발명은 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼(Integral Skin Polyurethane Foam) 조성물, 이를 이용하여 제조된 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼, 및 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 특성 평가방법에 관한 것이다.

일반적으로 폴리우레탄 수지는 액상의 폴리올(Polyol) 성분 및 액상의 이소시아네이트(Isocyanate) 성분으로 구성되며, 각각의 성분은 하이드록실(Hydroxyl) 관능기(-OH)와 이소시아네이트 관능기(-NCO)를 분자 내에 갖고 있다. 폴리올은 분자 내의 관능기 수에 따라 모노올(monol), 디올(diol), 트리올(triol) 등으로 구분되고, 이소시아네이트는 분자당 관능기 수에 따라 모노이소시아네이트(monoisocyanate), 디이소시아네이트(diisocyanate) 등으로 구분할 수 있다.

고분자의 폴리우레탄 수지를 제조하기 위해서는 일반적으로 2 관능기 이상의 폴리올과 이소시아네이트를 사용하여야 하며, 반응시에 각각의 성분은 분자 말단에서 관능기 간의 반응에 의해 우레탄(urethane) 그룹을 형성하게 된다. 분자 내에 이러한 우레탄 그룹을 다량으로 갖고 있는 고분자를 폴리우레탄이라 한다.

폴리우레탄은 적용 방식에 따라 발포 폴리우레탄(Foam Polyurethane)과 비발포 폴리우레탄(Non-foam Polyurethane)으로 구분할 수 있으며, 자동차 부품의 경우에는 주로 발포 폴리우레탄이 적용되고 있다. 발포를 위해서 원료인 폴리올 성분 내에 발포제가 포함되어 있으며, 이러한 발포제는 다시 물리적 발포제와 화학적 발포제로 구분할 수 있다.

물리적 발포제에는 낮은 비점을 가진 액상 화학 물질이 주로 사용되며, 프레온-11(freon-11; trichlorofluoromethane), R-22(chlorodifluoromethane), 134a(1,1,1,2-tetrafluoroethane), n-펜탄(n-pentane), 시클로펜탄(cyclo-pentane), 메틸렌 클로라이드(methylene chloride), HFC-245fa(1,1,1,3,3-pentafluoropropane), HFC-365mfc(1,1,1,3,3-pentafluorobutane) 등이 대표적인 물리적 발포제의 예이다. 또한, 화학적 발포제는 화학반응에 의해 발포제를 생성시킬 수 있는 물질을 말하며, 물(H₂O)은 발포 폴리우레탄에 사용되는 대표적인 화학적 발포제이다. 이소시아네이트와 반응한 물은 불안정한 구조의 카바믹 애시드(carbamic acid)를 형성하고, 이는 곧 아민(amine)과 이산화탄소(CO₂)로 분해된다. 아민은 다시 이소시아네이트와 반응하여 우레아(urea) 그룹을 형성하고, 분해되어 나온 이산화탄소 기체는 폴리우레탄 수지 내에서 작은 기포들을 생성시켜 최종적으로 폴리우 레탄 내에 분산된 셀(cell) 구조를 만들게 된다. 반응 메커니즘은 하기 반응식 1과 같다.

이러한 폴리우레탄 폼은 낮은 밀도, 높은 기계적 물성, 높은 내열성 등의 우수한 특성으로 인해 자동차용 부품 소재로 널리 사용되고 있으며, 스티어링 휠의 경우에는 가죽과 같은 외관을 만들 수 있는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼이 널리 사용되고 있다.

그런데, 지구 온난화 현상으로 인한 환경조건의 변화 및 운행자 또는 지역 특성에 따른 가혹한 운행조건으로 폴리우레탄은 마모 및 뜯어짐과 수분과의 연속되는 접촉으로 가수분해 현상이 나타날 수 있다.

자동차용 스티어링 휠의 경우, 자동차 전면 유리 아래에 위치하고 있으므로 직접적으로 일광에 장시간 노출되는 부품이며, 항시 운전자가 손으로 조작하면서 접촉면이 가장 많은 부품이다. 따라서, 스티어링 휠의 제조시에는 폴리우레탄 인테그랄 스킨 폼의 손상을 최소화하기 위해 인몰드 페인트(in-mold barrier coat)를 발포 금형 내부에 1차 도포한 후, 폴리우레탄을 발포하는 공법을 적용하고 있다.

하지만, 가혹한 운행조건(예컨대, 잦은 내부 세차와 손에서 발생하는 땀, 화장품류, 장시간 일광노출 등)에 따라 인몰드 페인트층이 손상되면서 폴리우레탄은 마모, 뜯김 및 가수분해가 일어날 수 있어 인몰드 페인트 외에 폴리우레탄 자체만 으로 강한 내구성이 요구되고 있다.

또한, 기존에 이용되고 있는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 특성 평가방법에 있어서는, 자동차 시트 패드용 폴리우레탄 폼에 대한 가수분해 평가방법으로서 스팀 오토클레이브(Steam Autoclave) 평가방법이 이용되고 있는데, 상기 평가방법은 단지 시트 패드의 꺼짐이나 물성 저하 관점에서 이를 평가하는 방법이다. 그러므로, 스티어링 휠과 같이 사람의 손에 의한 접촉, 세척, 닦음, 또는 주변 환경조건에 직접적으로 노출되어 있는 부품에 대해서는 이를 적용할 수 없다는 한계가 있다. 따라서, 글로벌한 자동차 운행 조건을 고려한 스티어링 휠과 같은 자동차 부품에 있어서, 가수분해성 등의 특성을 정확하게 예측할 수 있는 평가방법 개발이 절실히 필요한 실정이다.

이에 본 발명자들은 자동차용 스티어링 휠 등 자동차용 부품의 제조에 사용되는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 결합력을 강화시켜 가혹한 운행조건에서도 폴리우레탄의 손상을 최소화할 수 있는 방안에 대한 연구를 진행하여, 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 내구성 및 내가수분해성이 뛰어난 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물 및 이를 이용하여 제조된 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼과 자동차 부품을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 화학적 분해에 의한 뜯겨짐 정도를 신속, 정확하게 예측할 수 있는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 특성 평가방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 폴리올 성분, 이소시아네이트 성분 및 발포제를 포함하고, 상기 이소시아네이트 성분 내 NCO 함량이 28 ~ 30 wt%인 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물을 이용하여 제조된 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼을 포함하는 자동차용 부품을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 특성을 평가하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물 및 이를 포함하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼은, 자동차용 부품, 예컨대 자동차용 스티어링 휠에 적용시, 잦은 내부 세차, 손에서 발생하는 땀, 화장품류, 장시간 일광 노출 등과 같은 가혹한 운행조건에서도 마모 및 뜯김과 가수분해에 강한 폴리우레탄 특성을 그대로 유지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 특성 평가방법은 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 내구성 및 내가수분해성을 정확하게 예측할 수 있고, 보다 우수한 특성을 가지는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 개발 기간을 현저하게 단축시킬 수 있다.

이하 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물은 폴리올 성분, 이소시아네이트 성분 및 발포제를 포함하고, 상기 이소시아네이트 성분 내 NCO 함량이 28 ~ 30 wt%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물에 있어서, 상기 이소시아네이트 성분은 NCO 함량이 28 ~ 30 wt%인 것이 바람직하고, 28.2 ~ 29.2 wt%인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물에 있어서, 상기 NCO 함량이 28 ~ 30 wt%인 이소시아네이트 성분은 하기 화학식 1로 표시되는 MDI(methylene diphenyl diisocyanate)를 포함할 수 있다.

상기 화학식 1에서, n은 0 내지 10의 정수이다.

이하 명세서에서는 상기 화학식 1 중 n = 0인 경우 이핵체인 모노머 MDI라 하고, n ≥ 1인 경우 삼핵체 이상인 폴리머 MDI라 한다.

상기 NCO 함량이 28 ~ 30 wt%인 이소시아네이트 성분은 모노머 MDI 40 ~ 88 wt%, 폴리머 MDI 10 ~ 58 wt%, 및 폴리에테르 폴리올(polyether polyol) 2 ~ 20 wt%를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 NCO 함량이 28 ~ 30 wt%인 이소시아네이트 성분은 이핵체인 모노머 MDI 60 ~ 78 wt%, 3핵체인 폴리머 MDI 5 ~ 15 wt%, 4핵체 이상인 폴리머 MDI 15 ~ 33 wt%, 및 폴리에테르 폴리올(polyether polyol) 2 ~ 20 wt%를 혼합하여 50 ~ 200℃에서 1 ~ 5시간 반응시켜 제조된 이소시아네이트를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 NCO 함량이 28 ~ 30 wt%인 이소시아네이트 성분의 점도는 25℃ 기준으로 50 ~ 150cps인 것이 바람직하고, 비중은 25℃ 기준으로 1.21 ~ 1.23인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물에 있어서, 상기 폴리올 성분은 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리머 폴리올, 그라프트 폴리올, 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.

상기 폴리올 성분은 트리올(triol; OH-V = 20 ~ 40mg KOH/g), 그라프트 폴리올(grafted polyol; OH-V = 10 ~ 30mg KOH/g), 디올(diol : OH-V = 20 ~ 40mg KOH/g), 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

상기 폴리올은 트리올(triol; OH-V = 20 ~ 40mg KOH/g) 75 ~ 100 wt% 및 그라프트 폴리올(grafted polyol; OH-V = 10 ~ 30mg KOH/g) 0 ~ 25 wt%의 혼합물인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물에 있어서, 상기 발포제 로는 물리적 발포제, 화학적 발포제, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

상기 물리적 발포제는 낮은 비점을 가진 액상 화학 물질을 사용할 수 있으며, 프레온-11(freon-11; trichlorofluoromethane), R-22(chlorodifluoromethane), 134a(1,1,1,2-tetrafluoroethane), n-펜탄(n-pentane), 시클로펜탄(cyclo-pentane), 메틸렌 클로라이드(methylene chloride), HFC-245fa(1,1,1,3,3-pentafluoropropane), HFC-365mfc(1,1,1,3,3-pentafluorobutane) 등이 대표적인 물리적 발포제의 예이다.

상기 화학적 발포제는 화학반응에 의해 발포제를 생성시킬 수 있는 물질을 사용할 수 있으며, 물이 대표적인 화학적 발포제의 예이다.

상기 발포제는 폴리올 성분 총중량을 기준으로 n-펜탄(n-pentane) 2 ~ 5 wt% 및 물(OH-V = 6,000 ~ 7,000mg KOH/g) 0.1 ~ 1 wt%의 혼합물인 것이 바람직하다.

상기 발포제는 폴리올 성분 총중량을 기준으로 0.5 ~ 6 wt%의 함량범위로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물은 폴리올 성분 내에 쇄연장제, 경화성 촉매, 발포 촉매 또는 UV 안정제를 더 포함할 수 있다.

상기 쇄연장제, 경화성 촉매, 발포 촉매, 및 UV 안정제는 폴리올 성분 총중량을 기준으로 각각 1 ~ 15 wt%, 0.3 ~ 2 wt%, 0.1 ~ 1 wt%, 및 0.1 ~ 1 wt%로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 쇄연장제는 디올(diol)을 사용할 수 있다.

상기 쇄연장제는 디올(diol; OH-V = 1,500 ~ 2,500mg KOH/g) 및 디올(diol; OH-V = 500 ~ 1,500mg KOH/g)의 혼합물인 것이 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

상기 쇄연장제는 폴리올 성분 총중량을 기준으로 디올(diol; OH-V = 1,500 ~ 2,500mg KOH/g) 0 ~ 10 wt% 및 디올(diol; OH-V = 500 ~ 1,500mg KOH/g) 0 ~ 10 wt%의 혼합물인 것이 바람직하다.

상기 경화성 촉매 및 발포 촉매는 아민 계열 물질을 사용할 수 있다.

상기 경화성 촉매 및 발포 촉매는 3급 아민(tertiary amine) 촉매를 사용할 수 있고, 일반적으로 트리에틸렌디아민(triethylenediamine) 및 비스-(2-디메틸아미노에테르)에테르(bis-(2-dimethylaminoether)ether)의 혼합물인 것이 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

상기 UV 안정제는 하이드록시페닐 벤조트리아졸(hydroxyphenyl benzotriazole)계 물질을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폼 조성물에 있어서, 상기 폴리올 성분과 이소시아네이트 성분의 배합 비율은 폴리올 성분 100 중량부에 대해 이소시아네이트 성분이 40 ~ 70 중량부인 것이 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명은 상기 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물을 포함하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼을 제공한다.

상기 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼은 본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물을 이용하여 당 기술분야에 알려진 일반적인 제조방법을 이용하여 폴리올 성분과 이소시아네이트 성분을 반응시켜 제조할 수 있다.

상기 자동차용 부품으로는 자동차 내외장용 부품을 모두 포함하며, 구체적인 예로는 스티어링 휠 등이 있다.

자동차 스티어링 휠의 제조에 사용되는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼은 잦은 내부 세차, 손에서 발생하는 땀, 화장품류, 장시간 일광 노출 등과 같은 가혹한 운행조건에 의하여 마모 및 뜯김과 가수분해를 일으킬 수 있다.

그러나, 본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물은 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 결합력을 강화시킬 수 있으므로, 상기와 같은 가혹한 운행조건에서도 폴리우레탄의 손상을 최소화할 수 있고, 또한 본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물을 포함하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼은 내수성 및 내가수분해성이 뛰어난 특징을 가지고 있다.

또한, 본 발명은 압력이 빠져나가지 않는 밀폐 용기의 내부에 물을 채우고, 샘플을 장착한 후, 100 ~ 150℃의 온도, 0.5 ~ 3bar의 압력, 12 ~ 96시간 동안 수증기와 상기 샘플이 접촉되도록 하는 것을 특징으로 하는 내구성 평가방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 압력이 빠져나가지 않는 밀폐 용기의 내부에 물을 채우고, 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 샘플을 장착한 후, 100 ~ 150℃의 온도, 0.5 ~ 3bar의 압력, 12 ~ 96시간 동안 수증기와 상기 샘플이 접촉되도록 하는 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우페탄 폼의 특성 평가방법을 제공한다.

본 발명에 따른 내구성 평가방법 및 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 특성 평가방법은 물을 100℃ 이상으로 승온시켰을 때 발생되는 수증기를 압력이 빠져나가지 않는 완전 밀폐 용기를 사용하여 100 ~ 150℃의 고온 및 0.5 ~ 3bar의 고압 상태로 유지시키고, 이를 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼에 접촉하게 구현하여 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 화학적 분해의 대표적인 특성인 가수분해 특성을 가속화하여 평가할 수 있는 방법이다.

이하에서는 상기 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼을 포함하는 자동차 부품 중 스티어링 휠을 예로 들어 구체적으로 설명하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 특성 평가방법에 있어서, 상기 압력이 빠져나가지 않는 밀폐 용기는 오토클레이브(autoclave)인 것이 바람직하다.

상기 오토클레이브는 온도조절이 가능하며 압력이 빠져나가지 않도록 완전 밀폐될 수 있는 오토클레이브(도 3a)를 사용할 수 있고, 또한 온도조절 기능이 없고 고온의 증기압력이 빠져나가지 않도록 완전 밀폐될 수 있는 오토클레이브(도 3b)는 이를 100℃ 이상의 고온으로 일정하게 유지시킬 수 있는 챔버에 넣음으로써 사용할 수 있다.

상기 오토클레이브는 최소 1L 이상의 크기인 것이 바람직하고, 그 내부에 100 ~ 400cc의 물을 채워서 사용한다. 여기서, 오토클레이브 내부에는 평가시간을 단축시키거나 스티어링 휠이 사용되는 특이 조건을 반영하기 위해서, 1 ~ 10%의 알코올 수용액, 1 ~ 10%의 암모니아 수용액, 또는 1 ~ 10%의 아세톤 수용액을 100 ~ 400cc 채울 수도 있다.

상기 오토클레이브의 크기가 1L 미만인 경우에는 오토클레이브에 스티어링 휠 샘플을 장착한 후 고온/고압 증기 분위기를 구현하는데 문제점이 생길 수 있다. 또한, 채워 넣는 물의 양이 100cc 미만인 경우에는 내구성 또는 내가수분해성 평가시 고온/고압 수증기 조건의 구현이 어려우며, 400cc를 초과하는 경우에는 샘플 장착에 문제점이 생길 수 있다. 또한, 상기 알코올 수용액, 암모니아 수용액, 또는 아세톤 수용액은 분해반응을 촉진시키는 작용을 하므로, 10% 이상의 농도로 사용하는 경우에는 지나치게 분해반응이 빨라져서 소재들 간 분해정도의 비교시 변별력이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.

평가에 사용되는 샘플은 자동차 스티어링 휠 단품에서 직접 채취를 하고, 채취 부위는 스티어링 휠 제조시 원료 주입부를 기준으로 6시 방향(정반대 방향) 부위를 기준으로 5 ~ 15cm 가량 채취하는 것이 바람직하다. 스티어링 휠의 내구력이 가장 취약한 부위는 원료 주입부를 기준으로 6시 방향이므로, 이를 기준으로 평가를 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 채취된 스티어링 휠 샘플에서 코어 부분(금속 림)을 제거한 후 내구성 또는 내가수분해성 평가가 수행되는 것이 바람직하다. 코어 부분을 제거해야 스티어링 휠 소재가 고온/고압의 수증기와의 접촉 면적을 높일 수 있기 때문이다.

오토클레이브에 평가하고자 하는 샘플을 장착시에는 도 4와 같이 샘플의 길이 방향이 오토클레이브 바닥면에 수직되게 설치하고, 오토클레이브 내부에 채워져 있는 물과 직접적으로 접촉되지 않게 하는 것이 바람직하다. 평가 샘플이 수직되지 않게 설치되는 경우에는 본 발명의 평가시 평가에 사용된 샘플의 부위별로 고온/고압 수증기와 접촉되는 정도가 달라질 수 있는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 샘플이 물에 직접적으로 접하게 되는 경우에는 물과 접촉된 부위는 고온/고압의 수증기와 접촉되지 못하기 때문에 재현성이 떨어지는 평가 결과가 도출될 수 있는 문제점이 있을 수 있다.

본 발명에 따른 내구성 평가는 오토클레이브에 샘플 장착 후 완전 밀폐를 시키고, 수증기가 빠져나오지 못하도록 한 후, 온도를 100 ~ 150℃로 일정하게 유지시키며, 12 ~ 96시간 동안 스티어링 휠 샘플이 고온/고압 수증기와 접촉되게 유지시킨다. 단, 오토클레이브에서 고온의 수증기는 오토클레이브에서 셋팅한 온도에 해당하는 상평형 포화증기압 만큼의 압력을 가해주게 된다. 상기 오토클레이브 온도가 100℃ 미만인 경우에는 고온/고압의 수증기가 형성되지 못하며, 150℃를 초과하는 경우에는 지나치게 가수분해가 빠르게 진행되어 가수분해 개선 샘플들에 대한 변별력이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 평가시간을 12시간 미만으로 수행하는 경우에는 스티어링 휠의 분해반응이 지나치게 적게 발생되어 분해 유무를 판단하기 어려우며, 평가시간을 96시간을 초과하여 수행하는 경우에는 스티어링 휠의 분해가 지나치게 많이 진행되어 비교 평가하고자 하는 샘플들 간의 변별력이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.

오토클레이브에서 내구성 또는 내가수분해성 평가가 완료된 후에는 다음과 같은 방법으로 분해 정도를 평가할 수 있다.

(1) 200 ~ 400g, 바람직하게는 300g의 하중으로 샘플의 절개면을 손톱으로 긁어 부스러짐, 끈적거림, 및 경도변화 등을 육안으로 확인한다.

(2) 샘플의 양 끝단을 잡고 150 ~ 200도, 바람직하게는 180도로 굽혔을 때 파손 유무를 육안으로 확인한다.

(3) 샘플을 도 5a 및 도 5b와 같이 40 ~ 60%, 바람직하게는 50% 압축하여 육안으로 크랙 발생 유무를 확인한다.

본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 특성 평가방법은, 실제 차량 운행 조건에서 발생될 수 있는 스티어링 휠 등의 화학적 분해에 의한 뜯겨짐 등과 같은 품질 문제를 보다 정확히 예측할 수 있으며, 상기 품질 문제를 사전에 검증하여 분해에 의한 문제점을 현저히 개선할 수 있다.

이하에서는 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 결코 아니다.

< 실시예 >

< 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 2>

하기 표 1에 기재된 조성 비율로 혼합기에 넣고 혼합한 후, 상기 혼합물을 몰드에 주입하여 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼을 제조하였다.

* 폴리올 1 : 트리올(triol; OH-V = 20 ~ 40mg KOH/g),

폴리올 2 : 그라프트 폴리올(grafted polyol; OH-V = 10 ~ 30mg KOH/g),

MDI : 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(이핵체인 모노머 MDI 70 wt%, 3핵체인 폴리머 MDI 10 wt%, 및 4핵체 이상인 폴리머 MDI 20 wt% 포함, 조성물 총중량 대비 50 wt% 사용),

발포제 1 : n-펜탄(n-Pentane),

발포제 2 : 물(OH-V = 6,000 ~ 7,000mg KOH/g),

쇄연장제 1 : 에틸렌 글리콜(ethylene glycol; OH-V = 1,500 ~ 2,500mg KOH/g),

쇄연장제 2 : 1,4-부탄 디올(1,4-butane diol; OH-V = 500 ~ 1,500mg KOH/g)

3급 아민 촉매 : A1, TEDA(상품명),

히드록시페닐 벤조트리아졸계 : TINUVINE(상품명).

<폴리우레탄 내구성 평가>

< 실험예 1>

폴리우레탄의 내구성 평가는 스팀 오토클레이브법을 이용하였다. 우선은 1L 오토클레이브를 준비하여 내부에 100 ~ 400cc 정도 물을 채웠다. 상기 실시예 1에서 제조한 스티어링 휠 제품에서 길이 약 5 ~ 10cm 정도의 시편을 준비하여 오토클레이브에 장착하였다. 이 때 오토클레이브 내부의 물과 시편이 직접적으로 닿지 않도록 시편 거치대의 높이를 적당히 조절하였다. 시편의 셋팅이 완료된 후, 오토클레이브를 완전히 실링(sealing)하고 120℃에서 48시간 동안 숙성(aging)시켰다. 이 후, 내구성 평가는 아래와 같이 실시하였다. 300g의 하중으로 제품 절개면을 손톱으로 긁어 부스러짐, 끈적거림, 경도 변화 등을 육안으로 확인하였다. 또한, 삽입 코어(insert core)를 제외한 상태로 양산품과 동일한 밀도가 되도록 성형품을 제작한 후, 10cm로 절단하여 180도로 굽힘 시험을 하였다. 또한, 시편을 50% 압축하여 육안으로 부스러짐 유무를 확인하였다. 상기 평가결과는 하기 표 2에 나타내었다.

< 실험예 2>

상기 실시예 2에서 제조한 스티어링 휠 제품을 사용한 것 이외에는 상기 실험예 1과 동일하게 실시하였다. 평가결과는 하기 표 2에 나타내었다.

< 비교실험예 1>

상기 비교예 1에서 제조한 스티어링 휠 제품을 사용한 것 이외에는 상기 실험예 1과 동일하게 실시하였다. 평가결과는 하기 표 2에 나타내었다.

< 비교실험예 2>

상기 비교예 2에서 제조한 스티어링 휠 제품을 사용한 것 이외에는 상기 실험예 1과 동일하게 실시하였다. 평가결과는 하기 표 2에 나타내었다.

<비교 실험예 3>

기존의 스티어링 휠 제품(시트로엥, 현대자동차 스티어링 휠 제품)을 사용한 것 이외에는 상기 실험예 1과 동일하게 실시하였다. 평가결과는 하기 표 2에 나타내었다.

<비교 실험예 4>

기존에 수행되던, 자동차 시트 폼 패드에 사용되는 폴리우레탄 폼 소재의 내가수분해성 특성을 평가하는 방법을 실시하였다. 도 3a 및 도 3b에 나타낸 오토클레이브 평가 장비를 사용하여 기존의 자동차 시트 폼 패드 제품(현대자동차 시트 폼 패드)과 상기 실시예 1에서 제조한 스티어링 휠 제품에 대한 압축경도 변화율을 평가하였다. 평가는 오토클레이브에 물을 약간 채우고, 샘플을 물과 접촉되지 않게 장착한 후 완전 밀폐시킨 후, 105℃와 125℃ 각각에 대해서 4시간 방치 후 고온의 스팀에 의한 폴리우레탄 폼의 경도 변화 정도를 평가하였다. 평가결과는 하기 표 3에 나타내었다.

<비교 실험예 5>

기존에 수행되던, 자동차 내장재의 특성변화를 평가하는 방법을 수행하였다. 기존의 스티어링 휠 제품(시트로엥, 현대자동차 스티어링 휠 제품)과 상기 실시예 1에서 제조한 스티어링 휠 제품에 대하여, 도 5에 나타낸 바와 같이 120℃의 고온 조건과 -40℃의 저온 조건, 상대습도 25%와 90% 조건이 조절가능한 환경챔버를 사용하여 고온/저온/건조/다습의 조건들로 구성된 환경 사이클(cycle) 시험을 실시하였다. 평가시 1 사이클은 대략 24시간 정도이며, 3 사이클까지 실시하였다. 이 때 평가에 사용되는 샘플은 자동차 내장재 단품 전체를 사용하여 단품 전체를 환경챔버에 넣은 후 평가를 실시하고, 평가 후 단품의 변형, 단차, 변색 및 크랙 유무 등을 확인하였다. 평가결과는 하기 표 4에 나타내었다.

상기 표 3에서, 비교실험예 4의 평가(온도 105℃, 125℃ 및 시험시간 4시간)는 변별력이 없어서 평가가 불가하였다.

상기 표 2, 표 3, 및 표 4의 결과를 살펴보면, 본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼은 기존의 제품에 비해서 마모, 뜯김, 및 가수분해에 대해서 강한 특성을 가지고 있음을 알 수 있다.

또한, 기존의 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 특성 평가방법은 가혹한 사용환경 조건에 의한 가수분해를 포함한 화학적 분해 정도를 정확하게 예측할 수 없었으나, 본 발명에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 특성 평가방법은 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 내구성, 내가수분해성 등을 보다 정확하게 예측할 수 있으며, 우수한 특성을 가지는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼의 개발 기간을 단축시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 휠과 기존의 스티어링 휠의 특성을 평가한 사진이다.

도 2는 필드 사용 조건에 의해 발생된 스티어링 휠의 분해 사진이다.

도 3a는 온도 및 압력 조절이 가능한 오토클레이브를 나타낸 사진이다.

도 3b는 온도 조절기능이 없는 오토클레이브를 나타낸 사진이다.

도 4는 오토클레이브 내 샘플 장착방법을 나타낸 사진이다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 휠의 내가수분해성 평가 후, 압축시험 평가 전을 나타낸 사진이다.

도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스티어링 휠의 내가수분해성 평가 후, 50% 압축시험 평가를 나타낸 사진이다.

도 6은 환경시험 평가를 수행할 수 있는 환경 챔버를 나타낸 사진이다.

Claims

폴리올 성분, 이소시아네이트 성분 및 발포제를 포함하고, 상기 이소시아네이트 성분의 NCO 함량이 28 ~ 30 wt%이며, 상기 이소시아네이트 성분은 이핵체인 모노머 MDI 60 ~ 78 wt%, 3핵체인 폴리머 MDI 5 ~ 15 wt%, 4핵체 이상인 폴리머 MDI 15 ~ 33 wt%, 및 폴리에테르 폴리올(polyether polyol) 2 ~ 20 wt%를 혼합하여 50 ~ 200℃에서 1 ~ 5시간 반응시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 이소시아네이트 성분은 하기 화학식 1로 표시되는 MDI(methylene diphenyl diisocyanate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물:

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, n은 0 내지 10의 정수이다.
청구항 1에 있어서, 상기 이소시아네이트 성분은 모노머 MDI 40 ~ 88 wt%, 폴리머 MDI 10 ~ 58 wt%, 및 폴리에테르 폴리올(polyether polyol) 2 ~ 20 wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
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청구항 1에 있어서, 상기 이소시아네이트 성분의 점도는 25℃ 기준으로 50 ~ 150cps인 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 이소시아네이트 성분의 비중은 25℃ 기준으로 1.21 ~ 1.23인 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 폴리올 성분은 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리머 폴리올, 그라프트 폴리올, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 폴리올 성분은 트리올(triol; OH-V = 20 ~ 40mg KOH/g) 및 그라프트 폴리올(grafted polyol; OH-V = 10 ~ 30mg KOH/g)의 혼합물인 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 폴리올 성분은 트리올(triol; OH-V = 20 ~ 40mg KOH/g) 75 ~ 100 wt% 및 그라프트 폴리올(grafted polyol; OH-V = 10 ~ 30mg KOH/g) 0 ~ 25 wt%의 혼합물인 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 발포제는 물리적 발포제, 화학적 발포제, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
청구항 10에 있어서, 상기 물리적 발포제는 프레온-11(freon-11; trichlorofluoromethane), R-22(chlorodifluoromethane), 134a(1,1,1,2-tetrafluoroethane), n-펜탄(n-pentane), 시클로펜탄(cyclo-pentane), 메틸렌 클로라이드(methylene chloride), HFC-245fa(1,1,1,3,3-pentafluoropropane), 및 HFC-365mfc(1,1,1,3,3-pentafluorobutane)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
청구항 10에 있어서, 상기 화학적 발포제는 물인 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
청구항 1에 있어서, 쇄연장제, 경화성 촉매, 발포 촉매, 및 UV 안정제 중 1 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
청구항 13에 있어서, 상기 쇄연장제, 경화성 촉매, 발포 촉매, 또는 UV 안정제의 함량은 폴리올 성분 총중량을 기준으로 각각 1 ~ 15 wt%, 0.3 ~ 2 wt%, 0.1 ~ 1 wt% 및 0.1 ~ 1 wt%인 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
청구항 13에 있어서, 상기 쇄연장제는 디올인 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
청구항 13에 있어서, 상기 쇄연장제는 디올(diol; OH-V = 1,500 ~ 2,500mg KOH/g) 0 ~ 10 wt% 및 디올(diol; OH-V = 500 ~ 1,500mg KOH/g) 0 ~ 10 wt%의 혼합물인 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
청구항 13에 있어서, 상기 경화성 촉매 또는 발포 촉매는 아민 계열 물질인 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
청구항 17에 있어서, 상기 경화성 촉매 또는 발포 촉매는 3급 아민(tertiary amine) 촉매로서, 트리에틸렌디아민(triethylenediamine) 및 비스-(2-디메틸아미노에테르)에테르(bis-(2-dimethylaminoether)ether)의 혼합물인 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
청구항 13에 있어서, 상기 UV 안정제는 하이드록시페닐 벤조트리아졸(hydroxyphenyl benzotriazole)계 물질인 것을 특징으로 하는 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물.
청구항 1 내지 청구항 3, 및 청구항 5 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 따른 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼 조성물을 이용하여 제조된 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼.
청구항 20의 인테그랄 스킨 폴리우레탄 폼을 포함하는 자동차용 부품.
청구항 21에 있어서, 스티어링 휠인 자동차용 부품.
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