KR101240928B1

KR101240928B1 - 자동차 대쉬 판넬용 폴리우레탄 폼 흡음재

Info

Publication number: KR101240928B1
Application number: KR1020070129267A
Authority: KR
Inventors: 홍채환
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2013-03-08
Also published as: KR20090062155A

Abstract

본 발명은 폴리우레탄 발포 폼 흡음재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일관능성 수산기를 포함하는 모노올 0.01 ~ 3%를 함유한 폴리에테르 폴리올을 사용하여 폴리우레탄 발포 폼 흡음재를 제조함으로서, 기존의 산화프로필렌계 폴리에테르 폴리올을 사용하여 제조된 폴리우레탄 발포폼 흡음재에 비하여 소음 흡수의 경로를 확대 및 흡수된 소음을 저감시킬 수 있는 흡음재에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 일반적으로 산화프로필렌을 반응시켜 제조되는 폴리에테르 폴리올을 제조 후, 크기배제분리(size exclusion separation) 방식을 사용하여 상기 폴리에테르 폴리올 전체 중량에 대하여 일관능성 수산기를 포함하는 모노올이 0.01 ~ 3 중량%을 함유한 폴리에테르 폴리올을 사용하여 폴리우레탄 발포 폼 흡음재를 제조함으로써, 흡음특성을 대폭 향상시켰다.

흡음재, 일관능성 수산기, 폴리우레탄 발포 폼

Description

자동차 대쉬 판넬용 폴리우레탄 폼 흡음재{Polyurethane foam acoustic absorbent using dash-panel of automobile}

본 발명은 일관능성 수산기를 포함하는 모노올을 3% 이하로 함유한 폴리에테르 폴리올을 사용하여 폴리우레탄 폼 흡음재를 제조함으로서, 기존의 산화프로필렌계 폴리에테르 폴리올을 사용하여 제조된 폴리우레탄 폼 흡음재에 비하여 소음 흡수의 경로를 확대 및 흡수된 소음을 저감시킬 수 있는 폴리우레탄 발포 폼 흡음재에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 일반적으로 산화프로필렌을 반응시켜 제조되는 폴리에테르 폴리올을 제조 후, 크기배제분리(size exclusion separation) 방식을 사용하여 상기 폴리에테르 폴리올 전체 중량에 대하여 저분자량 폴리올이 3 중량% 이하가 되도록 저분자량 폴리올을 분리한 폴리에테르 폴리올을 함유하는 폴리우레탄 발포 폼 흡음재를 제조함으로써, 흡음특성 즉 방진성을 대폭 향상시켰다.

일반적으로 자동차의 실내로 유입되는 대표적인 소음으로는 엔진에서 발생하 여 차체 또는 공기를 통해 전달되는 엔진투과소음이 있으며, 이러한 엔진 투과 소음을 억제하기 위하여 통상의 자동차에서는 엔진 커버 또는 후드 인슐레이터 등을 사용하고 있으나, 이들만을 통해서는 소음을 원하는 수준으로 제거하는 데에는 한계가 있고 미흡한 점이 있다.

좀 더 구체적으로 자동차에는 여러 위치에 흡음재를 적용하고 있는데, 예컨데 엔진룸에서 발생하는 소음을 차단하기 위하여 엔진룸과 차실을 구분하는 대쉬 패널에 흡음재가 설치되고 있으며, 또한 차량 바닥으로부터 전달되는 소음을 차단하기 위한 흡음재가 플로어 패널 등에 설치되고 있다.

대쉬 패널에서는 차량의 실외에 부착된 대쉬 아우터(dash outer) 및 실내에 부착된 대쉬 이너(dash inner)가 대부분의 소음을 제거하는 역할을 하고 있다.

그리고, 플로어 패널(floor panel)에 설치되는 흡음재는 플로어 카페트의 저면에 깔리면서 설치되는데, 자동차에서 플로어 카페트에 의해 유입되는 소음은 엔진에서 발생한 음이 차체를 통해서 유입되는 소음과 타이어와 노면과의 접촉시 발생되는 소음이 차체를 통해서 유입되는 소음으로 크게 대별되며, 이러한 소음을 개선하는 방법에는 흡음성능을 개선하는 것과 차음성능을 개선하는 두 가지 방법이 있다.

보통 흡음이란 발생한 음 에너지가 소재의 내부경로를 통해 전달되면서 열에너지로 변환되어 소멸하는 것이며, 차음은 발생한 음 에너지가 차폐물에 의해 반사되어 차단되는 것이다.

흡음성능은 주로 소재의 내부 형태 및 기공 구조와 관련이 있으며, 차음성능 은 소재의 밀도 및 구조와 깊은 관련이 있다. 즉, 흡음성능을 만족하기 위해서는 우레탄 폼과 같이 미세한 오픈 셀 입자가 많이 존재해야 하며, 펠트(felt)의 경우에는 섬도가 낮은 파이버를 사용해야 한다는 것은 이미 주지의 사실이다.

폴리우레탄 폼에 있어서 흡음 메커니즘을 설명하자면 폼 표면에서의 입사. 반사에 의한 감쇄, 셀 내부에 있는 공기의 점성저항과 진동에 의한 음 감쇄, 폼에 전달된 진동에너지의 열에너지 변환에 의해 이루어진다. 이러한 흡음 메커니즘을 기본으로 할 때 흡음성능은 형태학적 측면에서 폼의 표면 상태, 밀도와 두께, 셀의 크기와 형상에 의해서, 재료적 측면에서는 폴리우레탄 미세구조와 이에 연계된 물리적 특성에 의해서 영향을 받는다. 형태학적 인자들 중 하나인 셀 구조는 폴리우레탄 원소재를 구성하는 성분들을 비롯한 발포제, 계면활성제, 기포개방제의 종류와 함량 및 촉매나 반응온도에 따른 폴리우레탄 합성반응과 발포반응의 상대적 속도 등에 의해 영향을 받으며, 셀 구조를 변화시키는 개개의 인자들은 또 다른 한편으로 폴리우레탄의 미세구조 형성과정에 직접적으로 영향을 주게 된다.

또한, 흡음재에서 면과 면의 밀도 차이가 발생할 때, 이에 따른 에너지의 손실이 커지는 원리를 이용하여 흡음재의 면밀도를 다르게 함으로써 동일 면밀도에 비해 보다 향상된 성능을 나타낼 수 있다.

차음성능을 개선하기 위해서는 별도의 차음재인 헤비레이어 소재를 사용하는 것이 일반화된 기술이다.

상술한 바와 같이 자동차에서는 소음이 가장 많이 유입되는 부분인 대쉬 패널 및 플로어 패널, 도어 패널, 루프 패널의 실내 측과 그 밖의 각종 내장재 등을 포함한 여러 위치에 흡음재가 적용되고 있다. 이러한 흡음재의 재질로는 폴리우레탄 폼 또는 섬유질 펠트가 사용되고 있으며, 특히 최근에는 흡음 및 단열성능의 향상을 위하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephtalate, 이하, "PET"로 정의한다.) 펠트가 널리 사용되고 있다. 소음을 억제하기 위하여 흡음소재로는 폴리우레탄 폼을 일반적으로 많이 사용하고 있다.

상기 폴리우레탄 폼과 같은 차량용 흡음재료는 그 자체 내부에 기공이 있어서 소리가 들어갈 수 있고, 그렇게 들어간 소리들은 재료 속에서 부딪히면서 흡수된다. 이해를 돕기 위하여 소음저감에 대해 보다 상세하게 설명하면 소음이 어떤 재료에 부딪치게 되면 일부는 반사되고 일부는 흡수된다. 여기서 흡수된 소리는 재료의 구조를 진동시키고, 그로 인해 발생된 진동에너지가 열에너지로 바뀌어 그 열에너지가 소산되는데 이런 원리로 소음을 저감시키게 되는 것이다.

일반적으로 제조되는 폴리우레탄 폼은 글리세린과 산화폴리프로필렌의 반응을 통하여 제조되는 폴리에테르 폴리올과 이소시아네이트와의 반응으로 제조되다. 그런데 상기 폴리에테르 폴리올은 반응과정에서 필연적으로 일관능성(mono-functional)수산기를 포함하는 모노올이 생성이 되는데, 상기 폴리에테르 폴리올의 분자량이 3000 g/mol 이상인 경우 일관능성 수산기를 포함하는 모노올을 약 10 중량%가 발생된다. 이로 인하여 이소시아네이트와 반응 후에 얻어지는 폴리우레탄 발포 폼에는 이소시아네이트와의 반응에 의해 도 4에 나타낸 것과 같이 망상구조를 이루지 못하는 폴리올이 존재하게 되어 흡음 특성에서 매우 불리하게 작용하는 문제점이 있다.

이에 자동차 업계 등에서는 기존의 폴리우레탄 폼의 장점을 최대한 살릴 수 있으면서도 흡음 효과가 우수한 폴리우레탄 폼 흡음재의 요구가 증대되고 있다.

상기 기존의 폴리우레탄 폼 흡음재의 문제점과 산업계의 요구에 대하여 해결하고자 본 발명자들이 끊임없이 연구 및 노력한 결과, 폴리우레탄 폼 흡음재 제조에 사용되는 폴리에테르 폴리올로부터 일관능성 수산기를 포함하는 모노올(이하, "일관능성 모노올"로 정의한다.)을 제거하면 즉, 폴리에테르 폴리올 자체 내부에 일관능성 수산기를 포함하는 모노올 함유량을 최소화시킴으로써 상대적으로 다관능성 수산기를 포함하는 모노올(이하, "다관능성 모노올"로 정의한다.)의 양이 증가시킨 폴리에테르 폴리올을 사용하여 제조한 폴리우레탄 폼은 그 내부구조가 망상구조를 지니게 됨을 안출하게 되었고, 이를 흡음재로 이용함으로써, 기존의 폴리우레탄 폼 조성물이 갖는 장점을 최대한 살리면서도 기존의 흡음재보다 주요 주파수 영역에서 흡음효과가 우수한 폴리우레탄 폼 흡음재를 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은

일관능성 수산기를 포함하는 모노올 0.01 ~3 중량%를 함유하는 폴리에테르 폴리올 100 중량부에 대하여 아민계 촉매 0.5 ~ 2 중량부, 정포제 0.5 ~ 3 중량부 및 발포제 2 ~ 7 중량부를 함유한 레진프리믹스; 및

상기 레진프리믹스와 이소시아네이트의 중량비가 레진프리믹스 : 이소시아네이트 = 1 : 0.75 ~ 1.2 로 포함하고 있는 것을 그 특징으로 하는 자동차 대쉬 판넬 용 폴리우레탄 폼 흡음재에 관한 것이다.

본 발명은 폴리우레탄 폼 흡음재에 관한 것으로서,

본 발명의 폴리우레탄 폼 흡음재는 그 내부구조가 도 3과 같은 망상구조를 같기 때문에 기존의 폴리우레탄 폼 흡음재에 비하여 소음 흡수의 경로가 확대되었고 흡수된 소음을 저감시키는 효과가 우수하다.

기존의 폴리우레탄 폼 흡음재는 도 4와 같은 내부구조를 같기 때문에 흡음효과가 떨어지는 문제가 있었으나, 본 발명자가 이에 대하여 부단히 연구한 결과, 도 3과 같은 망상구조를 같기 때문에 흡음 효과가 우수한 폴리우레탄 폼 흡음재를 발명하게 되었다. 상기의 폴리우레탄 폼 흡음재가 도 3과 같은 망상구조를 갖기 위해서는 특정 기술을 사용하여 폴리우레탄 폼 흡음재의 조성물질인 폴리에테르 폴리올로부터 일관능성 수산기를 포함하는 모노올(이하, "일관능성 모노올"로 정의한다.)을 제거해야 함을 알게 되었다.

이하에서, 본 발명에 대하여 자세하게 설명하겠다.

본 발명은 폴리우레탄 폼 흡음재에 관한 것으로서,

일관능성 수산기를 포함하는 모노올을 0.01 ~ 3 중량%로 함유하는 폴리에테르 폴리올, 아민계 촉매, 정포제 및 발포제를 함유한 레진프리믹스; 및

이소시아네이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 폴리에테르 폴리올은 일반적으로 글리세롤(C₃H₈O₃, 글리세린의 정식명칭이다.)과 산화폴리프로피렌을 반응시켜서 얻는데, 이때 일관성 모노올 및 다(多)관성 모노올이 필연적으로 발생을 한다. 통상적으로 평균 분자량이 6500 g/mol 이하인 폴리올을 저분자 폴리올이라고 하며 본 발명에서도 평균 분자량이 6500 g/mol 미만인 폴리에테르 폴리올을 저분자 폴리에테르 폴리올로 정의한다. 또한 일반적으로 폴리에테르 폴리올의 평균 분자량이 3000 g/mol 이상인 경우 보통 일관성 모노올을 약 10 중량% 이상을 포함하고 있는데, 이러한 일관성 모노올의 함유에 의하여 폴리에테르 폴리올로 제조된 폴리우레탄 폼 흡음재는 다관성 모노올의 함유량이 상대적으로 적게 되어, 도 3과 같은 망상구조를 갖지 못하고, 도 4와 같은 내부구조를 갖게 되는 것이다.

본 발명은 일관성 모노올을 폴리에테르 폴리올로부터 제거하기 위하여 크기배제분리 방식(size exclusion separation) 및 당업계에서 통상적으로 사용되는 분리 기구(Gel Permeation Chromatography) 사용하였고, 이를 통하여 일관능성 모노올 함량을 폴리에테르 폴리올 전체 중량에 대하여 0.01 ~ 3 중량% 이하의 폴리에테르 폴리올을 제조, 사용하였다. 여기서, 분리 전 폴리에테르 폴리올은 평균 분자량이 4000 ~ 6500 g/mol인 저분자 폴리에테르 폴리올을 사용하였는데, 평균 분자량이 4000 g/mol 미만인 것을 사용하면 최종 제품의 기계적 물성이 저하되어 산업적으로 적용하는데 문제가 발생하고, 6500 g/mol 초과한 것을 사용하면 높은 점 도로 인하여 폼 셀 구조의 균일성이 저하되는 문제가 발생하기 때문이다.

그리고 그 분리 여부는 GPC(gel permeation chromatography)로 검증이 가능하다.

상기 일관능성 모노올 0.01 ~ 3 중량%를 함유하는 폴리에테르 폴리올은 평균 관능기가 2 ~ 5이고, 수산기가 300 ~ 700 mg KOH/g인 것을 사용하는 것이 바람직한데 여기서, 상기 평균 관능기가 2 미만이면 폼 성형기 가교성이 떨어져 폼 성형이 원할하지 않으며, 5 초과시 과도한 가교가 발생하고 반응물의 점도가 급격히 증가하여 폼 성형이 이루어지지 않는 문제점이 발생하기 때문이다. 또한 수산기가 300 mg KOH/g 미만 시 이소시아네이트와 반응할 수 있는 폴리올의 반응기가 낮아 정상적인 폼이 형성되지 못하는 문제점이 있고 700 mg KOH/g 초과 시 과도한 가교반응이 발생하여 점도가 급격히 올라가는 문제점이 발생하기 때문이다.

상기 일관성 모노올은 평균분자량이 600 g/mol 이하인 저분자 모노올인 것이 특징인데, 이는 글리세롤(C₃H₈O₃, 글리세린의 정식명칭이다.)과 산화폴리프로피렌을 반응시 반응 균일성이 완전하지 않기 때문에 발생한다.

이하에서 본 발명의 조성물질 및 그 조성비에 대해서 더욱 상세하게 설명을 하겠다.

본 발명은

상기 레진프리믹스와 이소시아네이트의 중량비가 레진프리믹스 : 이소시아네이트 = 1 : 0.75 ~ 1.2 로 포함되어 있는 것을 그 특징으로 한다.

상기 아민계 촉매는 이소시아네이트와 폴리올의 반응을 촉진하여 망상구조를 가지게 하는 역할을 하며, 상기 아민계 촉매는 펜타메틸렌디에틸렌트리아민, 디메틸시클로헥실아민(dimethylcyclohexylamine), 트리스(3-디메틸아미노)프로필헥사히드로트리아민{tris(3-dimethylamino)propylhexahydrotriamine}, 트리에틸렌디아민(triethylenediamine) 및 이들의 유도체들 중에서 선택된 1 종 이상을 사용하는 것이 바람직하나, 가교반응 촉진특성이 우수한 펜타메틸렌디에틸렌트리아민을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 여기서, 상기 아민계 촉매가 0.5 중량부 미만 시 반응이 지연되어 경화불량이 발생하고, 2 중량부를 초과하게 되면 반응이 빨라 미충진 및 발포체의 크랙이 발생하는 문제점이 발생한다.

본 발명의 성분 중 하나인 상기 정포제는 발포체에 셀이 형성될 때 생성된 셀이 합일, 파괴되는 것을 방지하고 균일한 셀이 형성되도록 조정하는 역할을 하며, 그 종류는 당 분야에서 사용하는 것으로 특별히 한정하지 않으나 일관능성 모노올을 함유한 폴리에테르 폴리올과 이소시아네이트의 반응시 반응물 분산성 측면에서 우수한 유기 규소계 정포제를 사용할 수 있으며, 유기 규소계 정포제 중에서 실리콘 오일 및 그 유도체 등 중에서 선택된 1 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 폴리에테르 폴리올 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 3 중량부 범위로 사용하는데, 0.5 중량부 미만 시 폼 성형이 불균일 해지는 문제가 있으며 3 중량부 초과 시 폼 성형성 속도가 늦어지는 문제점이 발생한다.

본 발명의 또 다른 성분 중 하나인 상기 발포제는 물 또는 시클로펜탄(Cyclopentane)을 사용할 수 있으며, 상기 폴리에테르 폴리올 100 중량부에 대하여 2 ~ 7 중량부, 더욱 바람직하게는 2 ~ 5 중량부를 사용할 수 있다. 여기서, 2 중량부 미만이면 폴리우레탄 폼이 충분하게 발포되지 않는 문제가 발생하며, 7 중량부 초과시에는 급격한 발포로 인하여 폴리우레탄 폼 내부에 균열이 생기는 문제가 발생한다.

본 발명의 폴리우레탄 폼 흡음재는 상기 레진프리믹스와 이소시아네이트를 레진프리믹스 : 이소시아네이트 = 1 : 0.75 ~ 1.2 의 중량비로 사용하는 것이 바람직하다. 이는 상기 레진프리믹스에 대하여 이소시아네이트의 중량비가 1 : 0.75 미만이면 최종 폴리우레탄 폼 흡음재의 경도저하 문제가 발생하고, 1 : 1.2 중량비를 초과하면 경도 증강에 의하여 탄성이 떨어지는 문제가 발생한다.

상기 이소시아네이트는 특별히 한정하지는 않으나, 모노이소시아네이트, 디이소시아네이트 등을 사용하는 데 본 발명에서는 디이소시아네이트를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용되는 디이소시아네이트는 톨루엔디이소시아네이트(toluene diisocyanate, 이하 "TDI"로 정의한다.), 디페닐메탄디이소시아네이트(Diphenyl-methane diisocyanate, 이하 "MDI"로 정의한다.) 및 토릴렌디이소시아네이트(Torilene diisocyanate) 및 이들의 유도체 중에서 선택된 1 종 이상을 사용할 수 있다.

특히, 상기 디페닐메탄디이소시아네이트는 모노머릭(monomeric) 4,4-디페닐 메탄디이소시아네이트(Diphenyl-methane diisocyanate), 모노머릭(monomeric) 2,4-디페닐메탄디이소시아네이트, 2,2-디페닐메탄디이소시아네이트, 폴리머릭 4,4-디페닐메탄디이소시아네이트, 폴리머릭 2,4-디페닐메탄디이소시아네이트, 폴리머릭 2,2-디페닐메탄디이소시아네이트 및 이들의 유도체 중에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직한데, 특히, 본 발명에서 사용되는 MDI는 하기 화학식 1의 분자구조를 포함하고 평균 작용기가 2.0 ~ 3.1 인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 화학식 1에 있어서, n은 정수를 의미한다.

이하, 본 발명은 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명하겠다. 그러나, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

글리세롤(Akzo Nobel, Glycerine) 100 g과 산화폴리프로필렌(SKC, PO) 100 g을 고압 반응용기에서 반응온도 60^oC 조건에서 반응을 시켜 폴리에테르 폴리올을 제조한 후, 고분자 컬럼 분리 원리가 적용되는 기구를 이용하여 크기배제분리 방식을 사용하여 일관성 모노올 2 중량%를 함유하도록 폴리에테르 폴리올을 제조하였으 며, 분리 여부는 GPC(gel permeation chromatography)로 도 2와 같이 확인하였다.

20 + 1^oC 온도하에서 하기 표 1과 같은 조성을 갖도록 평균분자량 6000g/mol인 폴리에테르 폴리올, 아민계 촉매인 펜타메틸렌디에틸렌트리아민, 유기규소 정포제인 실리콘 오일 및 발포제인 물을 혼합하여 레진프리믹스를 제조한 후, 상기 레진프리믹스에 대하여 이소시아네이트의 중량비가 1 : 0.91 이 되게끔 상기 레진프리믹스와 이소시아네이트를 혼합하여 7 초간 격렬하게 교반한 후, 100 x 100 x 2.5 cm³ 금형에 주입하여 폴리우레탄 폼 흡음재를 제조하였다.

실시예 2 ~ 6

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 하기 표 1에 나타낸 조성을 갖도록 실시예 2 ~ 6을 각각 실시하여 폴리우레탄 폼 흡음재를 제조하였다.

비교예 1 ~ 6

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 하기 표 1에 나타낸 조성을 갖도록 비교예 1 ~ 6을 각각 실시하여 폴리우레탄 폼 흡음재를 제조하였다.

다만, 비교예 3, 5 및 6를 제외한 나머지 비교예는 일관성 모노올을 별도로 제거하지 않았다.

구 분	레진프리믹스								이소시아네이트		레진프리믹스 : 이소시아네이트 중량비
	폴리에테르 폴리올				아민계 촉매	정포제	발포제		이소시아네이트
	A	B	C	D	펜타메틸렌디 에틸렌트리아민	실리콘오일	물 (H₂O)	시클로 -펜탄	MDI	TDI
실시예1	100	-	-	-	0.6	1	3	-	95	-	1:0.91
실시예2	100	-	-	-	1	2	4	-	105	-	1:0.98
실시예3	100	-	-	-	1.5	1.5	3	-	125	-	1:1.18
실시예4	100	-	-	-	1	1.5	-	2.5	100	-	1:0.95
실시예5	100	-	-	-	1.2	1.5	-	2.5	-	110	1:1.05
실시예6	100	-	-	-	1	1.5	3	-	-	100	1:1.18
비교예1	-	100	-	-	0.6	1.	3	-	95	-	1:0.91
비교예2	-	100	-	-	1	2	4	-	105	-	1:0.98
비교예3	-	-	100	-	0.6	1	3	-	95	-	1:0.91
비교예4	-	-	-	100	0.6	1	3	-	95	-	1:0.91
비교예5	100	-	-	-	0.6	1	3	-	130	-	1:1.24
비교예6	100	-	-	-	0.6	1	3	-	75	-	1:0.72
상기에서 사용된 조성성분들은 각각 하기와 같다. ① A : 평균분자량 6000 g/mol이며, 일관성 모노올 평균 2 중량%를 함유하는 폴리에테르 폴리 올. ② B : 평균분자량 6000 g/mol이며, 일관성 모노올을 별도로 제거하지 않은 폴리에테르 폴리 올. ③ C : 평균분자량 6000 g/mol이며, 일관성 모노올을 평균 3.5 중량%를 함유하는 폴리에테르 폴리올. ④ D : 평균분자량 9000 g/mol이며, 일관성 모노올을 평균 2 중량%를 함유하는 폴리에테르 폴 리올. ⑤ 펜타메틸렌디에틸렌트리아민 : 제조사 Tosho사, 상품명 Toyocat DT 4. ⑥ 실리콘 오일 : Air Product DABCO-15 ⑦ 시클로펜탄 : 제조사 시그마알드리사 ⑧ MDI : 디페닐메탄디이소시아네이트, Diphenyl-methane diisocyanate, 제조사 ㈜금호미쯔이 화학 상품명 Cosmonate MC-70 이며, 작용기 31.2중량% 함량, 점도 197 cps/25℃ ⑨ TDI : 톨루엔디이소시아네이트, toluene diisocyanate, 제조사 BASF사, 상품명 LUPRANATE- T80

실험예

상기 실시예 및 비교예를 통하여 제조한 폴리우레탄 폼 흡음재를 하기와 같이 폼 성형성 평가, 흡음율 평가, GPC(gel permeation chromatography) 분석실험, 압축강도 및 압축경도를 수행하였다.

실험예 1

폼 외관 및 성형성 평가

폼 외관 측정은 제조가 완성된 폴리우레탄 폼 흡음재의 표면을 육안으로 확인하여 평가하였다.

폼 성형성 평가는 폼 제조시 크림타임(cream time, 이하 "CT"로 칭한다.)와 발포시간(rise time, 이하 "RT"로 칭한다.)를 측정하였다. CT는 발포 조성물들의 혼합시부터 이들 반응혼합물의 부피와 점도의 변화가 시각적으로 관찰되는 시점까지의 시간간격을 나타내며, RT는 발포 조성물의 혼합부터 발포체의 발포가 끝나는 시점까지의 시간을 나타낸다. 고분자량 정제분리 폴리올 첨가 폼과 일반 고탄성 폼을 동일 조성조건에서 성형하여 폼 성형성을 비교, 평가하였으며 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

구 분	폼 외관평가	폼 성형성평가
실시예 1	양호	양호
실시예 2	양호	양호
실시예 3	양호	양호
실시예 4	양호	양호
실시예 5	양호	양호
실시예 6	양호	양호
비교예 1	양호	양호
비교예 2	양호	양호
비교예 3	양호	양호
비교예 4	양호	양호
비교예 5	양호	양호
비교예 6	양호	양호

상기 표 2에 나타낸 폴리우레탄 폼 흡음재의 외관 및 성형성 평가를 보면,

본 발명의 폴리우레탄 폼 흡음재가 종전의 폴리우레탄 폼 흡음재와 비교하여 외관 및 성형성이 거의 동등함을 확인할 수 있다.

실험예 2

흡음율 평가

폴리우레탄 폼 재료의 흡음율 평가에 사용되는 수직입사 흡음률 관내법 평가 방법으로 1 ~ 5000 Hz 주파수 범위에서 평가하였다. 평가법에 대하여 자세히 설명하면 통상 단면치수가 25 ~ 110㎜ 정도이고 길이가 45 ~ 25㎝ 정도의 충분히 단단한 벽면을 가진 관을 사용한 관을 사용하여 관내의 길이방향으로 음의 감쇠시간에서 흡음율을 계산하였으며 그 결과는 하기 표 3에 나타내었고 흡음율 평가에 사용된 측정장치의 구성은 하기와 같다.

흡음률 α₀는 하기 수학식 1 에 의하여 구한다.

: 관 길이, c : 음속

: 시료가 없는 시료측을 완전 반사면으로 하였을 때 잔향시간.

: 시료를 붙였을 때의 잔향시간.

흡음률 α₀의 값이 1에 가까울수록 재료의 흡음 특성이 우수함을 의미한다.

구 분 (주파수)	1000 Hz	1500 Hz	2000 Hz	2500 Hz	3000 Hz	3500 Hz	4000 Hz	4500 Hz
실시예1	0.23	0.29	0.36	0.48	0.57	0.71	0.78	0.85
실시예2	0.24	0.29	0.37	0.50	0.57	0.74	0.81	0.87
실시예3	0.23	0.28	0.36	0.52	0.59	0.68	0.80	0.87
실시예4	0.22	0.27	0.36	0.51	0.55	0.70	0.77	0.85
실시예5	0.24	0.28	0.35	0.50	0.54	0.66	0.71	0.82
실시예6	0.24	0.28	0.33	0.49	0.58	0.69	0.72	0.83
비교예1	0.23	0.27	0.35	0.38	0.45	0.53	0.58	0.67
비교예2	0.25	0.30	0.34	0.40	0.46	0.55	0.63	0.69
비교예3	0.22	0.29	0.34	0.41	0.49	0.60	0.65	0.74
비교예4	0.27	0.35	0.37	0.39	0.41	0.47	0.52	0.60
비교예5	0.25	0.26	0.34	0.45	0.55	0.67	0.77	0.81
비교예6	0.28	0.31	0.35	0.46	0.53	0.66	0.75	0.83

상기 흡음률 평가실험의 결과인 표 3을 살펴보건데, 1000 Hz ~ 2000 Hz 사이에서는 실시예와 비교예가 비교적 유사한 흡음율을 보이고 있으나, 2500 Hz 부터 4500 Hz 사이의 주파수에서 실시예 1 ~ 6에서 제조한 폴리우레탄 폼 흡음재가 비교예의 폴리우레탄 폼 흡음재보다 흡음률이 크게 차이가 남을 확인할 수 있다.

특히, 일관성 모노올 3.5 중량% 함유한 폴리에테르 폴리올을 사용하여 폴리우레탄 폼 흡음재를 제조한 비교예 3의 경우, 비교예 1, 2 및 4 보다는 흡음률이 높지만, 실시예 보다는 낮은 것을 확인할 수 있으며, 이로부터 일관성 모노올 3 중량% 함유한 폴리에테르 폴리올을 사용하여 폴리우레탄 폼 흡음재를 제조하는 것이 바람직하다는 결론을 내릴 수 있다.

그리고, 실시예와는 다르게 레진프리믹스 : 이소시아네이트 = 1 : 0.75~1.2 의 범위를 벗어나게 제조한 비교예 5, 6의 흡음률 측정 결과를 보면, 흡음률이 다른 비교예 보다는 높음을 알 수 있고, 또한, 실시예만큼 높은 흡음율 측정결과를 보였다. 이로부터 레진프리믹스와 이소시아네이트의 중량비와 흡음율 간에는 상관관계가 없다는 결론에 도달할 수 있다.

흡음율 실험결과를 종합해보면, 본 발명의 제조방법을 통해 제작된 폴리우레탄 발포 폼 재료의 흡음율 평가 실험 결과에서 볼 수 있는 바와 같이 관심 주파수 영역인 1000 ~ 5000Hz, 더욱 바람직하게는 2500 ~ 5000 Hz에서 자동차용 흡음재로 적용될 경우 우수한 방음성능을 구현할 수 있음을 보여주고 있다.

실험예 3

GPC 분석실험

실시예 1 및 비교예 1에서 제조한 폴리우레탄 폼 흡음재를 GPC(gel permeation chromatography)측정분석실험을 하였고, 그 결과는 각각 도 1 및 도 2에 나타내었다. 기존의 폴리우레탄 폼 흡음재의 실험결과인 도 2에 있어서, 화살표로 표시한 부분을 살표보면, 그래프가 약간 올라와 있는 것을 볼 수 있으며 이는 일관능 모노올이 다량 존재함을 알 수 있으며, 이와 비교하여 도 1을 살펴보면, 도 2의 결과와는 달리 일관능 모노올의 함량이 매우 낮기 때문에 도 2의 화살표 표시 부분과는 달리 동일한 부분의 그래프가 완만함을 알 수 있다. 이를 통하여 크기배제분리 방식을 사용하여 폴리에테르 폴리올로부터 일관성 모노올이 제거됨을 확인할 수 있다.

실험예 4

압축강도 및 압축경도 실험

KS M 3808에 의거하여 압축강도를 평가하였으며, KS M 3015 에 의거하여 압축평가를 평가하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

구 분	압축강도 (MPa)	압축경도 (Kgf/314㎡)
실시예 1	1.58	22.35
실시예 2	1.60	21.23
실시예 3	1.84	25.17
실시예 4	1.60	22.51
실시예 5	1.61	21.11
실시예 6	1.59	22.34
비교예 1	1.59	22.16
비교예 2	1.62	23.24
비교예 3	1.65	23.27
비교예 4	1.63	23.03
비교예 5	2.12	30.32
비교예 6	1.31	18.75

상기 표 4에 나타낸 압축강도와 압축경도 결과를 살펴보면, 실시예 및 비교예에서 레진프리믹스에 대하여 이소시아네이트의 중량비가 증가하면 압축강도와 압축경도가 비교적 증가함을 확인할 수 있다. 그리고 레진프리믹스:이소시아네이트 = 1 : 0.75 ~ 1.2를 초과한 비교예 5의 경우 압축강도 및 압축경도가 너무 낮거나, 너무 높아서 폴리우레탄 폼 흡음재로서 활용하기가 부적합하다.

상기 실험예를 종합해보면, 본 발명의 폴리우레탄 폼 흡음재는 기존의 폴리우레탄 흡음재 보다 흡음성능이 우수하면서도 물성면에서도 기존의 것보다 동등함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 각종 기계류, 자동차용 흡음재로 적합하며, 특히 자동차용 인너 또는 아우터 대쉬 판넬용 폴리우레탄 폼 흡음재로 사용하는 것이 좋다.

도 1은 실험예 3에 의하여 실시예 1에서 제조된 폴리우레탄 폼 흡음재의 GPC(gel permeation chromatography) 측정결과이다.

도 2는 실험예 3에 의하여 비교예 1에서 제조된 기존의 폴리우레탄 폼 흡음재의 GPC 측정결과이다.

도 3은 실시예 1의 폴리우레탄 폼 흡음재의 내부구조의 개괄도이며, 망사구조를 이루고 있음을 확인할 수 있다.

도 4는 비교예 1의 기존 폴리우레탄 폼 흡음재의 내부구조의 개괄도이며, 부분적으로 구조가 끊어져 있어서, 망사구조를 이루지 못하고 있음을 확인할 수 있다.

Claims

일관능성 수산기를 포함하는 모노올 0.01 ~3 중량%를 함유하는 폴리에테르 폴리올 100 중량부에 대하여 아민계 촉매 0.5 ~ 2 중량부, 정포제 0.5 ~ 3 중량부 및 발포제 2 ~ 7 중량부를 함유한 레진프리믹스; 및

상기 레진프리믹스와 이소시아네이트의 중량비가 레진프리믹스 : 이소시아네이트 = 1 : 0.75 ~ 1.2 로 포함하고 있는 것을 그 특징으로 하는 자동차 대쉬 판넬용 폴리우레탄 폼 흡음재.
제 1 항에 있어서, 상기 폴리에테르 폴리올은 평균 분자량이 4000 ~ 6500 g/mol 인 것을 특징으로 하는 자동차 대쉬 판넬용 폴리우레탄 폼 흡음재.
제 1 항에 있어서, 상기 폴리에테르 폴리올은 크기배제분리(size exclysion sepation)에 의하여 자동차 대쉬 판넬용 폴리우레탄 폼 흡음재.
제 1 항에 있어서, 상기 폴리에테르 폴리올은 평균 관능기가 2 ~ 5이고, 수산기가 300 ~ 700 mg KOH/g인 것을 특징으로 하는 자동차 대쉬 판넬용 폴리우레탄 폼 흡음재.
제 1 항에 있어서, 상기 아민계 촉매는 펜타메틸렌디에틸렌트리아민, 디메틸시클로헥실아민(dimethylcyclohexylamine), 트리스(3-디메틸아미노)프로필헥사히드로트리아민{tris(3-dimethylamino)propylhexahydrotriamine} 및 트리에틸렌디아민(triethylenediamine) 중에서 선택된 1 종 이상을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 자동차 대쉬 판넬용 폴리우레탄 폼 흡음재.
제 1 항에 있어서, 상기 정포제는 유기 규소계 정포제를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 자동차 대쉬 판넬용 폴리우레탄 폼 흡음재.
제 1 항에 있어서, 상기 발포제는 물 또는 시클로펜탄을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 자동차 대쉬 판넬용 폴리우레탄 폼 흡음재.
제 1 항에 있어서, 상기 이소시아네이트는 톨루엔디이소시아네이트(toluene diisocyanate), 디페닐메탄디이소시아네이트(Diphenyl-methane diisocyanate) 및 토릴렌디이소시아네이트(Torilene diisocyanate) 중에서 선택된 1 종 이상을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 자동차 대쉬 판넬용 폴리우레탄 폼 흡음재.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 주파수 1000 ~ 4500 Hz를 흡음하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 자동차 대쉬 판넬용 폴리우레탄 폼 흡음재.