KR100971557B1 - 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합조성물 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PSM(Powder Slush Mould) 공법을 적용하여 자동차 내장재의 표피재 성형을 위한 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로,
PSM(Powder Slush Mould : 파우더 슬러쉬 몰드) 공법에 적용되는 표피재 성형용의 분체상 조성물로서, 상기 분체상 조성물 100중량부에 대하여, 중합공정에서 지방족 디이소시아네이트를 사용한 지방족 폴리우레탄 40 ~ 95중량부, 별도의 첨가제 투입 없이 표면 스크래치를 방지하기 위한 열가소성 하이드로젠네이티드 스티렌닉 엘라스토머(Hydrogenated styrenic elastomer) 2 ~ 50중량부 및 분체 흐름성과 성형 품질을 향상시키기 위해 SiO2를 포함하는 무기질 0.05 ~ 5중량부;를 포함한다. 본 발명의 적용시 넓은 성형온도 범위를 가지면서도 고온성형이 불필요하여 우수한 성형성을 부여할 수 있고, 소각시 환경오염 물질을 배출하지 않을 뿐만 아니라, 우수한 내스크래치성 및 저온 물성을 가지면서도 제조비용을 낮춰 경제성까지 지닌 것을 특징으로 한다.
PSM 공법, 지방족 폴리우레탄, 열가소성 엘라스토머, 표면강도
Description
본 발명은 PSM(Powder Slush Mould) 공법을 적용하여 자동차 내장재의 표피재 성형을 위한 분체상 조성물에 관한 것으로, 구체적으로는 지방족 폴리우레탄과 열가소성 하이드로젠네이티드 스티렌닉 엘라스토머(Hydrogenated styrenic elastomer)를 기조로 하여 SiO2를 주성분으로 하는 무기질을 포함함으로써, 우수한 성형성과 내스크래치성 및 저온 물성을 가질 뿐만 아니라 경제성과 환경친화성까지 제공하여, 주로 고급차종의 내장재 표피 소재로 널리 이용될 수 있는 것을 특징으로 하는 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 인스트루먼트 패널(Instrument panel)이나 플로어 콘솔(Floor console) 또는 암레스트(Arm rest) 등과 같이 자동차용 내장재로 사용되는 각종 부품의 표면에는 차량의 실내에 고급스러운 이미지를 제공함과 동시에, 탑승자의 신체적인 접촉이 예상되는 부분에 부드러운 감촉을 부여함으로서 탑승자에게 보다 안락한 분위기를 제공할 수 있도록 각종 표피재, 일명 스킨(Skin) 소재가 적용되어 사용되고 있다.
상기와 같이 자동차용 내장재 부품에 적용되는 표피재는 진공성형공법을 위한 시트(Sheet)상의 소재와 PSM(Powder slush mould) 공법을 위한 분체상(粉體狀: Powder) 소재로 크게 대변될 수 있으며, PSM 공법의 경우 진공성형공법에 비하여 표피재의 성형이 다소 까다롭기는 하지만 진공성형공법에 비하여 보다 부드러운 감촉 및 선명한 엠보싱(Embossing)을 제공할 수 있으므로 중형차 이상의 고급차종에 사용되는 내장재 부품의 표피재에 적용되고 있다.
상기 진공성형공법에 사용되는 시트상 소재의 경우에는 염화비닐수지(PVC 수지: Polyvinyl chloride resin)에 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(일명, ABS 수지)를 블랜딩(Blending)한 것이 널리 적용되고 있으며, 최근에는 재활용이 용이하고 친환경적인 소재로서 프로필렌(Propylene)을 베이스로 한 열가소성 폴리올레핀(TPO; Thermoplastic polyolefin) 소재가 적용되기 시작하여 그 빈도가 확대되는 추세에 있다.
또한 상기 PSM(Powder slush mould) 공법에 사용되는 분체상 소재의 경우는 폴리염화비닐(PVC)을 베이스로 하여 가소제 및 각종 첨가제가 컴파운드 된 폴리염화비닐 분말(PVC Powder)이 그 주류를 이루고 있으며, 일부에서는 프로필렌을 베이스로 하여 탄성을 가지는 열가소성 폴리올레핀(TPO)의 분체상 소재가 PSM 공법을 위한 소재로서 개발되고 있다.
그러나 PSM 공법을 위한 상기 PVC 분체상 소재의 경우는, PVC를 베이스로 하여 프탈레이트(Phthalates)계의 가소제를 사용함으로서 표피재의 재활용이 매우 어렵게 되고, 표피재 제품을 소각에 의하여 폐기 처분할 시 대기오염과 환경파괴의 요인이 되는 염소(Cl)계 화합물을 발생시킴으로서 그 사용이 점차적으로 규제되고 있을 뿐만 아니라, 저온조건하에서 그 물성이 저하되어 조수석 에어백의 주류인 Invisible PAB Door(전개선이 보이지 않은 조수석 에어백 도어)의 실현에 한계를 나타내는 것과 같은 많은 문제점을 노출시키는 것이었다.
한편 상기 PVC 분체상 소재가 가지는 문제점을 보완하기 위한 것으로서, 프로필렌을 베이스로 한 상기 열가소성 폴리올레핀(TPO) 분체상 소재의 경우는 PVC 분체상 소재에 비하여 표면 스크래치성이 저하되기 때문에 표피재의 성형 후 도장작업과 같은 별도의 표면처리 작업을 수행하여야 함으로서, 표피재의 생산성 및 작업환경이 저하될 뿐만 아니라 도장제에 의한 2차적인 환경오염을 유발시키는 문제점이 있었다.
또한 상기 열가소성 폴리올레핀(TPO) 소재 자체가 비극성을 가짐에 따라 발 포폼(Foam) 제품과의 접착력이 저하되기 때문에, 표피재와 폼재의 접착력을 향상시키기 위한 베이스 코팅제(Base cotting)로서 프라이머(Primer)를 사용하여야 하는 등 소재의 적용측면에서 많은 한계를 가지는 문제점이 있었고, 열가소성 폴리올레핀(TPO) 소재를 이용하여 PSM 공법으로 표피재를 성형할 경우, 높은 성형온도가 필요하며 그 성형에 따른 온도범위 또한 비교적 협소하게 되어 표피재의 제조가 까다롭게 되는 문제점이 있었다.
최근에는 프로필렌을 베이스로 한 상기 열가소성 폴리올레핀(TPO) 분체상 소재의 단점을 보완하기 위해 폴리우레탄을 베이스로 한 분체상의 소재의 경우, 폴리올레핀 소재와 비교하여 내스크래치성이 개선되는 효과가 있으나 완전하지 못하여, 별도의 내스크래치 개선 첨가제를 추가함으로써 표면의 블루밍과 같은 마이그레이션(Migration)되는 문제점과, 도장 작업을 거치지 않고도 자동차 소재로서 요구하는 내열성 및 내광성을 만족하고자 지방족 폴리우레탄을 주로 사용함으로써 제조 Cost가 크게 증가하는 문제점이 있었다.
따라서 최근에 들어서는 자동차용 내장재 부품에 적용되는 표피재를 PSM 공법으로 제조할 수 있도록 함과 동시에, 해당공법의 적용시 넓은 성형온도 범위를 가지면서도 고온성형이 불필요하여 우수한 성형성을 부여할 수 있고, 소각시 환경오염 물질을 배출하지 않을 뿐만 아니라, 우수한 내스크래치성 및 저온 물성을 가지면서 경제성을 지닌 신소재에 대한 요구가 증가하고 있는 실정이다.
따라서 본 발명에서 이루고자하는 기술적 과제는 PSM 공법의 적용을 통해 지방족 열가소성 폴리우레탄과 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer를 메인수지로 하여, 넓은 성형온도 범위를 가지면서도 고온성형이 불필요하여 우수한 성형성을 부여할 수 있고, 소각시 환경오염 물질을 배출하지 않을 뿐만 아니라, 우수한 내스크래치성 및 저온 물성을 가지면서도 경제성까지 지닌 자동차 내장재의 표피재 성형을 위한 혼합 조성물을 제공하기 위함에 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로,
PSM(Powder Slush Mould : 파우더 슬러쉬 몰드) 공법에 적용되는 표피재 성형용의 분체상 조성물로서, 상기 분체상 조성물 100중량부에 대하여, 중합공정에서 지방족 디이소시아네이트를 사용한 지방족 폴리우레탄 40 ~ 95중량부, 별도의 첨가제 투입 없이 표면 스크래치를 방지하기 위한 열가소성 하이드로젠네이티드 스티렌닉 엘라스토머(Hydrogenated styrenic elastomer) 2 ~ 50중량부 및 분체 흐름성과 성형 품질을 향상시키기 위해 SiO2를 포함하는 무기질 0.05 ~ 5중량부를 포함한다.
상기 지방족 폴리우레탄은 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시 아네이트, 디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 지방족 디이소시아네이트를 폴리올와 중합시키는 것을 특징으로 한다.
상기 지방족 폴리우레탄은 입자간의 뭉침성과 표피재의 성형성 저하를 막기 위해 초기 용융온도가 140~160℃의 범위 내인 것을 특징으로 한다.
상기 지방족 폴리우레탄은 성형된 표피재 제품이 저온 조건하에서도 부드러운 감촉의 저하를 막기 위해 최적의 유리전이온도를 -35℃이하로 한 것을 특징으로 한다.
상기 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer는 기본 구조를 Styrene-Butadiene-Styrene으로 하는 SBS를 수소화(Hydrogenation)를 거듭하여 유도된 SBBS, SEBS, Amine-Modified SEBS 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 무기질은 분체의 흐름성을 개선하기 위해 평균 입경이 2~5㎛인 뭉침방지제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 분체상 조성물 100중량부에 대해 방향족 폴리우레탄과 황변 방지 및 내구성 만족을 위한 산화방지제와 UV 안정제의 혼합물 5 ~ 50중량부를 첨가제로 조성물에 포함하여 선택적으로 적용할 수 있는 것을 특징으로 한다.
PSM 공법에 적용되는 표피재 성형용의 분체상 혼합물을 제조함에 있어, a) 지방족 열가소성 폴리우레탄(TPU), SEBS를 안료와 Super Mixer에서 1분내지 5분간 혼합하는 단계; b) 상기 믹싱된 원재료를 130~160℃ 에서 압출하여 상온의 수조에서 냉각 및 패랫화하는 단계; c) 커팅된 원재료를 50~90℃ 에서 1~5시간 건조하는 단계; d) 건조된 원재료를 0℃ 이하에서 분쇄하는 단계; e) 분쇄된 원재료를 Super Mixer에서 SiO2와 믹싱 건조하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 제조방법에서 상기 a)단계로부터의 수득물을 b) 내지 d)단계를 거치지 않고 직접 마이크로 패랫타이져로 75내지 400㎛의 분체로 제조할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 의한 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합 조성물의 효과를 살펴보면, 본 발명은 지방족 열가소성 폴리우레탄과 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer를 메인수지로 하여 무기물을 일정비율 혼합한 분체상 조성물을 제공하여, 넓은 성형온도 범위를 가지면서도 고온성형이 불필요하여 우수한 성형성을 부여할 수 있고, 소각시 환경오염 물질을 배출하지 않을 뿐만 아니라, 우수한 내스크래치성 및 저온 물성을 가지면서도 제조비용을 낮춰 경제성까지 지님으로써 중형차 이상 및 고급차종의 내장재 표피 소재로 널리 이용할 수 있도록 한다.
이하, 본 발명에 의한 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합 조성물 및 그 제조방법의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 자동차용 내장재에 사용되는 표피재의 소재로서 PSM(Powder slush mould) 공법에 적용되는 분체상(粉體狀) 조성물에 있어서, 폴리우레탄은 75 내지 95의 쇼어 A rudehd의 경도를 가지며, 내열성 및 내광성 Test 시 외관 손상을 개선하기 위해, 중합공정에서 지방족 디이소시아네이트를 사용한 지방족 폴리 우레탄을 40 내지 95중량부를 함유하고, 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer는 75 내지 95의 쇼어 A rudehd의 경도를 가지며, 별도 첨가제를 투입하지 않고 표면 스크래치를 방지하기 위해 2내지 50중량부를 혼합하며, 무기질은 SiO2를 주성분으로 하는 2 내지 20㎛의 입자이며, 분체의 흐름성을 개선하여, 성형 품질을 향상시키기 위해 0.05 내지 5중량부를 혼합한 것을 특징으로 한다.
이 혼합물은 상기 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머 보다 높은 180~230℃의 초기 용융온도를 가지며 SiO2를 주성분으로 하며 그 평균 입경(粒徑)이 2~5㎛인 뭉침방지제(Blocking inhibitor) 0.05 내지 5중량부가 혼합되어 분체의 흐름성을 개선하여, 성형 품질이 향상된 것을 특징으로 한다.
좀 더 상세하게 설명하면, 본 발명은 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트 및 이소포론 디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 지방족 디이소시아네이트와 폴리올로부터 중합된 지방족 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머 40 ~ 95중량부와, 상기 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머의 표면 강도를 강화시켜 성형된 표피재의 스크래치성을 향상시키기 위한 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer 2 ~ 50중량부와, SiO2를 주성분으로 하는 2 내지 20㎛의 입자이며, 분체의 흐름성을 개선하여 성형 품질을 향상시키기 위해 무기질 0.05 내지 5중량부를 혼합되어 이루어지게 된다.
본 발명에 의한 조성물에서 그 메인수지가 되는 상기 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머 (Thermoplastic polyurethaneelastomer)는 압출성형이나 사출성형 또는 카렌더(Calender) 성형 등이 가능한 가공성이 매우 우수한 소재로서, 종래의 표피재 성형에 사용되었던 PVC 분체상 소재와 마찬가지로 일정한 범위내의 입경(400㎛ 이하)을 가지는 분체상(粉體狀)으로 형성되며, 일반적으로는 디페닐메탄 디이소시아네이트 또는 톨루엔 디이시소시아네이트와 같은 방향족 디이소시아네이트와 폴리올로 중합 되지만, 본 발명에서 요구되어지는 것은 헥사메틸렌 디이소시아네이트 또는 이소포론 디이소시아네이트, 디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트와 같은 지방족 디이소시아네이트와 폴리올로 중합된 것이 해당된다.
열가소성 폴리우레탄 엘라스토머를 지방족 디이소시아네이트로 한정하는 이유는, 방향족 디이소시아네이트로부터 중합된 분체상 폴리우레탄 엘라스토머를 메인수지로 하여 성형된 표피재 제품은 요청되는 내광성이나 내열성을 얻어낼 수 없게 되기 때문이다.
본 발명에 적용되는 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머는 녹는점 측정기(Melting point apparatus)에 의하여 측정되는 초기 용융온도가 140~160℃의 범위 내인 것이 바람직한데, 이는 입자간의 뭉침(Blocking)이 발생하지 않고 우수한 슬러시(Slush) 유동성을 가지는 파우더(Powder)를 얻을 수 있도록 한 것으로서, 그 초기 용융온도가 140℃ 미만이 될 경우에는 수지 입자간의 뭉침성(Blocking)이 증가하고, 초기 용융온도가 160℃를 초과하게 될 경우에는 용융시의 점도가 증가하여 표피재의 성형성이 저하되는 결과를 초래한다.
또한, 본 발명에 적용되는 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머는 DSC
(Differential Scanning Calorimeter)에 의하여 측정된 유리전이온도(TG :Glass transition temperature)가 -35℃ 이하인 것이 바람직한데, 유리전이온도가 -35℃보다 높을 경우에는 성형된 표피재 제품이 저온 조건하에서 그 특유의 부드러운 감촉(Soft touch)이 저하되기 때문이다.
상기와 같은 물성을 가지는 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머를 전체 조성물 100중량부에 대하여 40중량부 미만으로 혼합시키게 되면, 본 발명의 분체상 조성물을 사용하여 PSM 공법으로 표피재를 성형할 시 전체적인 용융점도가 감소하여 성형성이 저하될 뿐만 아니라 성형된 표피재의 부드러운 감촉 즉 Soft Touch성 또한 저하되며, 95중량부를 초과하여 혼합시킬 경우에는 파우더 입자간의 뭉침 현상이 증가하여 성형된 표피재의 일반 물성이 저하되므로, 메인수지인 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머의 혼합량은 40 ~ 95중량부 범위 내가 바람직하다.
그리고 상기와 같은 특성을 가지는 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머외의 메인수지인 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer 대한 특성 및 그 조성비를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer는 별도 첨가제를 투입하지 않고도 표면 내구성 및 슬립성을 증가 시켜 표면 마찰에 의한 손상을 개선하고, 고가의 지방족 폴리우레탄을 대체하여 제품의 경제성을 향상 시킬 수 있으므로 혼합된다.
본 발명에 적용될 수 있는 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer의 종류로는 그 기본 구조를 Styrene-Butadiene-Styrene으로 하는 SBS를 수소화(Hydrogenation)을 거듭하여 유도된 SBBS, SEBS, Modified SEBS 등이 있으며, 특히 Amino기로 변성된 Amine-modified SEBS가 본 발명에 적합하다.
또한 상기 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer의 첨가비율은 전체 조성물 100중량부에 대해 2 ~ 50중량부의 범위내로 첨가하는 것이 바람직한데, 그 이유는 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer가 2중량부 미만으로 첨가될 경우에는 표피재의 성형시 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer 고유의 슬립성과 표면강도가 나타나지 않아 스크래치 방지라는 소기의 목적을 달성하기 어렵고, 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer 가 50중량부를 초과하여 첨가될 경우에는 표피재의 성형 후 성형품의 기계적 강도가 크게 저하되는 문제가 발생하기 때문이다.
상기와 같은 특성을 가지는 열가소성 엘라스토머외의 PSM 공법에 의한 표피재의 성형시 요구되는 분체의 특성인, 분체의 흐름성을 만족시키기 위한 컴파운딩용 첨가제 성분인 무기물에 대한 특성 및 그 조성비를 설명하면 다음과 같다.
상기 무기물은 SiO2를 주성분으로 하는 2내지 20㎛의 입자로, 분체화된 폴리우레탄과 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer 조성물의 외곽을 둘러싸 수지의 뭉침을 방지하고 분체상의 유동을 향상시켜, 성형 후 표피재의 외관상 핀홀과 같은 결점을 방지하기 위해 0.05 내지 5중량부를 혼합한다.
또한 상기 무기물의 첨가비율은 전체 조성물 100중량부에 대해 0.05 ~ 5중량부의 범위내로 첨가하는 것이 바람직한데, 그 이유는 뭉침방지제를 0.05중량부 미만으로 첨가하게 되면, 파우더 입자간의 뭉침현상이 발생하여 그 흐름성이 저하되므로 균일한 두께를 가지는 표피재 제품의 성형이 어렵게 되고, 5중량부를 초과하여 첨가시킬 경우에는 파우더 입자 간의 결합력이 약화되어 표피재 제품으로부터 요구하는 물성, 특히 요구하는 강도를 얻어내기가 어렵게 된다.
또한 본 발명은 1종 이상의 UV안정제 0.2 ~ 1.0중량부, 1종 이상의 산화방지제 0.2 ~ 5.0중량부 또는 방향족 폴리우레탄과 황변 방지 및 내구성 만족을 위한 산화방지제와 UV 안정제의 혼합물 5 ~ 50중량부를 첨가제로 선택하여 적용할 수 있다.
더불어 내부 윤활제, 고착 방지제(anti-seizing agent), 변색에 대한 안정화제, 난연제, 착색제, 안료, 충전제 및 보강제로 이루어진 군으로부터 선택되는 임의의 1종 이상의 첨가제도 같은 개념으로 사용될 수 있다.
상기와 같이 지방족 열가소성 폴리우레탄과 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer를 메인수지로 하여 무기물 뭉침방지제를 첨가하여 분체상으로 형성시킨 본 발명에 의한 조성물은, 지방족 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머를 그 베이스로 함에 따라 종래의 열가소성 폴리올레핀(TPO) 소재에 비하여 PSM 공법에 의한 표피재의 성형시 그 성형이 가능한 온도범위가 비교적 넓게 될 뿐만 아니라 고온성형이 불필요하게 됨으로서, 금형온도 제어방식에 따른 제약을 최소화시키고 PSM 공법에 의한 표피재 성형작업을 보다 손쉽게 수행할 수 있게 된다.
특히 본 발명의 조성물에 의하여 성형된 표피재의 경우 종래의 PVC 분체상 소재로 성형된 표피재와 비교하여 낮은 온도에서 고신율을 가지는 우수한 저온 물성을 나타내기 때문에, 추운 지방에서도 자동차 내장재 제품, 예를 들어 인스트루먼트 패널(Instrument panel)의 표면에 적용된 스킨층에 크랙이 쉽게 발생하지 않으며, PAB(조수석 에어백)의 저온전개시 스킨층의 크랙이나 비산에 대한 우려가 없 기 때문에 차량의 조수석에 탑승한 승객의 보호 측면에서 매우 유용하다.
그리고 종래의 PVC 분체상 소재와 비교하여 우수한 내열 노화성 및 내광 노화성을 가지며 기타 물성은 장기 옥외사용에 적합하기 때문에 자동차용 내장트림(Interior trim)에 적용할 시 매우 우수한 기능을 발휘하게 되며, 재활용성이 매우 뛰어날 뿐만 아니라 표피재 제품을 소각에 의하여 처리할 시에도 환경오염 물질인 염소계(Cl) 화합물을 배출하지 않기 때문에 환경오염의 방지측면에도 크게 기여할 수 있게 된다.
또한 그 표면강도가 우수하여 내스크래치성이 뛰어나기 때문에 종래의 열가소성 폴리올레핀(TPO) 소재와 같이 표면강도의 보강을 위한 별도의 표면처리(도장작업)을 수행할 필요가 없게 되며, 이로 인하여 자동차 내장재 부품을 제조하는 생산현장의 작업여건이 표피재의 표면처리작업으로 인하여 열악하게 되는 것과, 표면처리제에 의한 2차적인 환경오염을 방지할 수 있게 된다.
특히 본 발명의 조성물에 의하여 성형된 표피재가 극성을 가짐에 따라 발포 폼(Foam)과의 접착력이 매우 우수하게 됨으로서, 종래의 경우처럼 표피재와 발포 폼과의 접착력 향상을 위하여 별도의 프라이머(Primer)를 사용해야 하는 것과 같은 재료측면의 한계를 극복할 수 있게 되는 것이다.
그리고 PSM(Powder Slush Mould) 공법에 적용되는 본 발명의 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합 조성물을 제조하는 방법은 다음과 같다.
즉 본 발명에 의한 PSM 공법에 적용되는 표피재 성형용의 분체상 혼합물은, 1) 지방족 열가소성 폴리우레탄(TPU), SEBS를 안료와 Super Mixer에서 1분내지 5분간 혼합하는 단계, 2) 1)의 믹싱된 원재료를 130~160℃ 에서 압출하여 상온의 수조에서 냉각 및 패랫화하는 단계, 3) 커팅된 원재료를 50~90℃ 에서 1~5시간 건조하는 단계, 4) 건조된 원재료를 0℃ 이하에서 분쇄하는 단계, 5) 분쇄된 원재료를 Super Mixer에서 SiO2와 믹싱 건조하는 단계를 거쳐 제조된다.
또한 본 발명은 상기 1)단계로부터의 수득물을 2) 내지 4)단계를 거치지 않고 직접 마이크로 패랫타이져로 75내지 400㎛의 분체로 제조할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 의한 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합 조성물 및 그 제조방법에 관한 실시예와 기존의 제품인 비교예에 대하여 대표적인 실험예를 통한 실험결과치를 구분하여 비교 설명하면 아래와 같다.
<실시예 1~4>
PSM 공법을 적용하여 지방족 폴리우레탄과 열가소성 하이드로젠네이티드 스티렌닉 엘라스토머(Hydrogenated styrenic elastomer) 및 무기질(SiO2) 등을 포함하여 이루어지는 자동차 내장재의 표피재 성형을 위한 분체상 혼합 조성물에 대해 그 조성비를 각각 달리하여 표 1에 나타낸 것처럼 실시예 1~4와 이와 관련된 중요 실험결과치를 확인하였다.
<비교예 1~2>
비교예 1 내지 2는 기존의 열가소성 폴리우레탄 표피재 및 상기 열가소성 폴리우레탄에 쇄연장제 및 첨가제 등이 함유된 성형조성물에 관한 것으로서, 이들 제품으로부터 측정된 관련 실험결과치를 표 1에서 또한 나타냄으로써, 상기 실시예 1 내지 4와 비교 판단이 가능토록 하였다.
<표 1>
| 구 분 | 비교예 1 | 비교예 2 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | |
| 배 합 성 분 |
A | - |
- |
85.0 | 80.0 | 70.0 | 60.0 |
| B | 14.5 | 15.0 | 20.0 | 25.0 | |||
| C | 0.5 | 2.0 | 5.0 | 5.0 | |||
| D | - | 3.0 | 5.0 | 10.0 | |||
| 시 험 결 과 |
Melt Flow (g/10min) |
50 | 45 | 50 | 40 | 35 | 25 |
| 유하성 (sec) |
14 | 16 | 17 | 13 | 12 | 15 | |
| 경도 (Shore A) |
70 | 75 | 65 | 70 | 75 | 80 | |
| 인장강도 (kgf/cm2) |
170 | 135 | 175 | 170 | 155 | 145 | |
| 신율 (%) |
750 | 800 | 750 | 700 | 630 | 580 | |
| 인열강도 (kgf/cm) |
7.0 | 7.5 | 8.5 | 8.2 | 7.3 | 6.0 | |
| 내한성 ( - ) |
이상무 | 이상무 | 이상무 | 이상무 | 이상무 | 이상무 | |
| 내스크래치성 (하중 3N) |
표면손상 없음 |
미세표면 손상 |
미세표면 손상 |
표면손상 없음 |
표면손상 없음 |
표면손상 없음 |
|
| 내스크래치성 (하중 6N) |
미세표면 손상 |
표면손상 | 표면손상 | 미세표면 손상 |
표면손상 없음 |
표면손상 없음 |
|
| 내스크래치성 (하중 9N) |
표면손상 | 표면손상 | 표면손상 | 표면손상 | 미세표면 손상 |
미세표면 손상 |
|
| 내광노화성 ( 급 ) |
4 | 3~4 | 4 | 4 | 3~4 | 3~4 | |
| 내마모성 ( 급 ) |
4.5 | 4 | 4 | 4.5 | 5 | 5 | |
| 성형성 | 양호 | 양호 | 보통 | 양호 | 양호 | 양호 | |
※ 배합 성분 현황
- A : 지방족 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머
- B : 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer
- C : SiO2 무기질(뭉침 방지제)
- D : 방향족 폴리우레탄과 황변 방지 및 내구성 만족을 위한 산화방지제와
UV 안정제의 혼합물
※ 내스크래치성의 경우 인위적인 긁힘을 주기 위한 하중에 따른 스크래치 정도를
비교 하였으며, 높은 하중에서 스크래치가 발생되지 않는 것이 내스크래성이 우수함.
※ 내마모성은 일정한 하중 하에서 마찰포로 skin 표면을 회전하면서 마모시켜 skin 표면의 마모 정도를 육안 판정하는 시험 방법으로, 숫자가 클수록 마모 정도가 작은 것을 의미함.
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 기존의 비교예 1 내지 2에 대하여 본 발명에 따른 실시예는 그 배합성분 중 B~D의 조성비가 증가할수록 내스크래치성과 내마모성이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 특히 상기 실시예에서 배합성분 B, 즉 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer의 조성비 증가와 내스크래치성 및 내마모성 향상의 상관관계는 매우 밀접한 것으로 확인된다.
따라서 본 발명은 별도의 내스크래치 개선을 위한 첨가제를 추가함이 없이 상기 실시예와 같이 내스크래치성(표면강도)을 증가시킬 수 있어 환경오염 방지 측면에서 기여하는 바가 클 뿐만 아니라, 기존에 사용되는 고가의 지방족 폴리우레탄을 대체하여 조성물에 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer를 메인수지로 포함시킴으로써 제조원가를 낮추는(경제성) 효과를 갖는 것이 특징이다.
상기의 실시예는 분체상 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머를 메인수지로 하여 PSM 공법으로 표피재 제품을 성형하기 위한 최적 성분만을 한정한 것으로서, 그 이외에도 각종 안료나 유하제, 열 및 광안정제, 윤활제, 정전기 방지제, 난연제, 산화방지제와 같은 각종 첨가제는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 제조하고자 하는 표피재 제품의 특성에 맞추어 그 적절한 종류와 배합량을 선택하여 적용시킬 수 있음을 밝혀두는 바이다.
즉, 위에서 언급된 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어서는 안 될 것이다.
Claims (9)
- PSM(Powder Slush Mould : 파우더 슬러쉬 몰드) 공법에 적용되는 표피재 성형용의 분체상 조성물로서,상기 분체상 조성물 100중량부에 대하여,중합공정에서 지방족 디이소시아네이트를 사용한 지방족 폴리우레탄 40 ~ 95중량부;별도의 첨가제 투입 없이 표면 스크래치를 방지하기 위한 열가소성 하이드로젠네이티드 스티렌닉 엘라스토머(Hydrogenated styrenic elastomer) 2 ~ 50중량부; 및분체 흐름성과 성형 품질을 향상시키기 위해 SiO2를 포함하는 무기질 0.05 ~ 5중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합 조성물.
- 제 1 항에 있어서,상기 지방족 폴리우레탄은 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 지방족 디이소시아네이트를 폴리올와 중합시키는 것을 특징으로 하는 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합 조성물.
- 제 1 항에 있어서,상기 지방족 폴리우레탄은 입자간의 뭉침성과 표피재의 성형성 저하를 막기 위해 초기 용융온도가 140~160℃의 범위 내인 것을 특징으로 하는 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합 조성물.
- 제 1 항에 있어서,상기 지방족 폴리우레탄은 성형된 표피재 제품이 저온 조건하에서도 부드러운 감촉의 저하를 막기 위해 최적의 유리전이온도를 -35℃이하로 한 것을 특징으로 하는 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합 조성물.
- 제 1 항에 있어서,상기 열가소성 Hydrogenated styrenic elastomer는 기본 구조를 Styrene-Butadiene-Styrene으로 하는 SBS를 수소화(Hydrogenation)를 거듭하여 유도된 SBBS(Styrene/Butadiene/Butylens Block coplymer), SEBS(Styrene/Ethylene/Butylene-styrene block copolymer) 및 Amine-Modified SEBS 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합 조성물.
- 제 1 항에 있어서,상기 무기질은 분체의 흐름성을 개선하기 위해 평균 입경이 2~5㎛인 뭉침방지제를 포함하는 것을 특징으로 하는 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합 조성물.
- 제 1 항에 있어서,상기 분체상 조성물 100중량부에 대하여방향족 폴리우레탄과 황변 방지 및 내구성 만족을 위한 산화방지제와 UV 안정제의 혼합물 5 ~ 50중량부를 첨가제로 더 포함하여 선택적으로 적용할 수 있는 것을 특징으로 하는 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합 조성물.
- PSM(Powder Slush Mould : 파우더 슬러쉬 몰드) 공법에 적용되는 표피재 성형용의 분체상 조성물을 제조함에 있어,a) 지방족 열가소성 폴리우레탄(TPU), SEBS를 안료와 Super Mixer에서 1분내지 5분간 혼합하는 단계;b) 상기 믹싱된 원재료를 130~160℃ 에서 압출하여 상온의 수조에서 냉각 및 패랫화하는 단계;c) 커팅된 원재료를 50~90℃ 에서 1~5시간 건조하는 단계;d) 건조된 원재료를 0℃ 이하에서 분쇄하는 단계;e) 분쇄된 원재료를 Super Mixer에서 SiO2와 믹싱 건조하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합 조성물의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 a)단계로부터의 수득물을 b) 내지 d)단계를 거치지 않고 직접 마이크로 패랫타이져로 75내지 400㎛의 분체로 제조할 수 있는 것을 특징으로 하는 지방족 폴리우레탄 기조의 열가소성 엘라스토머 혼합 조성물의 제조방법.
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