KR101491089B1 - 연질 폴리우레탄폼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연질 폴리우레탄폼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 겉보기 밀도 25~31kg/㎥, 압축경도 4.2~5.7kgf/314㎠, 반발탄성율 60~70%, 탄성비 0.05~0.10 범위를 가진 열린 셀 기공형태의 깨진 셀(cell) 구조를 가지는 저경도 고탄성의 안락감이 우수한 MDI(Methylene diphenyl diisocyanate) 것에 그 특징이 있다.

Description

연질 폴리우레탄폼{Flexible polyurethane foam}

본 발명은 연질 폴리우레탄폼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 겉보기 밀도 25~31kg/㎥, 압축경도 4.2~5.7kgf/314㎠, 반발탄성율 60~70%, 탄성비 0.05~0.10 범위를 가진 열린 셀 기공형태의 깨진 셀(cell) 구조를 가지는 저경도 고탄성의 안락감이 우수한 MDI(Methylene diphenyl diisocyanate) 연질 폴리우레탄폼에 관한 것이다.

종래의 자동차 시트 용도의 폴리우레탄 폼은 타 소재와의 계면접착성이 용이한 측면의 기능성을 갖춘 소재와 불꽃접착성을 가짐과 동시에 열린 셀 기공구조의 통풍성이 우수한 막처리한 다공성 형태의 연질 슬라브 PU폼으로 나누어지며, 이러한 소재구성을 가지는 연질 슬라브 PU폼은 종래의 기술적 한계상 초기 난연성과 대비하여 중장기간 사용시 난연성능의 저하와 난연제에 의한 Fog 및 VOC유기휘발분 발생량 증가, 그리고 할로겐 성분의 배출 등과도 같은 문제점을 가지고 있다.

한편, 종래의 MDI(Methylene diphenyl diisocyanate)를 주원료로 하여 제조된 연질 폴리우레탄폼은 높은 밀도(kg/㎥)와 압축경도(kgf/314㎠) 그리고 낮은 반발탄성율(%)로 인하여 폼이 딱딱해지고(hard) 탄력성이 떨어져 쿠션성이 나빠, 인체 하중이 반복적으로 부하되는 자동차 내장재 및 가구, 침장 용도에서 안락감이 좋지 않은 문제점이 있었다. 즉, 종래의 MDI(Methylene diphenyl di-isocyanate)를 원료로 하여 제조한 연질 폴리우레탄폼은 밀도가 35kg/㎥ 이상으로 높고, 압축경도는 5.7kgf/314㎠ 이상으로 딱딱(hard)할 뿐만 아니라 반발탄성율은 50% 이상의 값을 얻기가 어려웠다.

따라서 종래의 MDI를 기반으로 하는 연질 폴리우레탄폼은 압축경도 값을 반발탄성율(%) 값으로 나눈 수치 값인 탄성비(彈性比 : 경도/탄성) 값이 0.10을 초과하므로 인체와 접촉되는 자동차 내장재나 가구 및 침장 등의 생활용품으로 응용시 안락감이 좋지 않은 문제점이 있었다.

대한민국등록특허공보 제0847882호. 대한민국등록특허공보 제1243417호. 대한민국공개특허공보 제2014-0025350호.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 우수한 탄성비(彈性比 : 경도/탄성), 로우 포깅성(low fogging) 및 지속적인 난연성을 가지는 제품으로 특히 RoHs 규정에서 명시하고 있는 할로겐 성분을 함유하지 않은 고접착성을 가지는 자동차 시트용도 및 가구용 침장제품의 쿠션재로 널리 사용될 수 있는 친환경적인 낮은 탄성비를 가지는 저경도 고탄성의 안락감이 우수한 연질 폴리우레탄폼을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.

또한, 본 발명은 특히 자동차 용도의 내장재 등에서 요구하고 있는 냄새 및 포깅성(Fogging), 안락감 제공 등에 주된 초점을 맞추어 유기휘발분 발생량이 적음과 동시에 우수한 불꽃접착성을 용이하게 가지도록 함으로써, 타 소재와의 계면접착성 증강에도 크게 기여하는 측면이 있으며, 가구용 쿠션재로서의 안락감 제공 및 VOC휘발분 감소, 그리고 난연기능을 가지는 소재로서의 이점을 동시에 만족하는 친환경적인 낮은 탄성비를 가지는 저경도 고탄성의 안락감이 우수한 연질 폴리우레탄을 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.

또한, 본 발명은 별도의 난연제를 전혀 사용하지 않으면서도 지속적인 난연성을 가지는 연질 폴리우레탄폼을 제공하는 것을 또 다른 해결과제로 한다.

또한, 본 발명에서는 종래의 MDI(Methylene diphenyl di-isocyanate)를 주원료로 하여 제조된 연질 폴리우레탄폼의 높은 밀도(kg/㎥)와 압축경도(kgf/314㎠) 그리고 낮은 반발탄성율(%)로 인하여 폼이 딱딱해지고(hard) 탄력성이 떨어져 쿠션성이 나빠, 인체 하중이 반복적으로 부하되는 자동차 내장재 및 가구, 침장 용도에서 안락감이 좋지 않은 문제점을 해결한 연질폴리우레탄폼을 제공하는 것을 또 다른 해결과제로 한다.

상기한 본 발명의 목적은 겉보기 밀도 25~31kg/㎥, 압축경도 4.2~5.7kgf/314㎠, 반발탄성율 60~70%, 탄성비 0.05~0.10을 가지는 것을 특징으로 하는 연질 폴리우레탄 폼에 의하여 달성된다.

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여기서, 상기 연질 폴리우레탄 폼은 불꽃라미 접착으로 합지한 천과 연질 폴리우레탄폼의 계면박리강도가 0.4~0.5kgf/inch인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제조방법에 의해 제조되는 연질 폴리우레탄폼은 우수한 불꽃접착성을 가지게끔 하여 자동차 시트 용도로서 타 소재와 계면접착성을 용이하게 가짐과 동시에 높은 반발탄성률과 낮은 탄성비(JIS K-6401의 시험방법으로 측정한 25% 가압상태의 압축 값을 탄성률(%) 값으로 나눈 수치라 정의함) 보유하여 안락감을 증진시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의해 제공되는 연질 폴리우레탄폼은 냄새 및 포깅성, 그리고 VOC 휘발분 발생 등을 획기적으로 저감하여 자동차 및 가구용도의 내장재 등에 널리 적용될 수 있는 측면도 있다.

특히, 종전의 자동차 및 가구용도의 쿠션재는 범용의 이소시아네이트인 TDI(2.4/2.6-isomer = 80/20%)를 사용함으로 낮은 증기압으로 대기중에 쉽게 증발되는 문제점으로 변색 및 VOC 등을 유발하는 주요 원인이기도 하였으나, 본 발명에서 사용되는 이소시아네이트는 높은 증기압으로 휘발이 용이하게 되지 않는다는 이점을 가질 수 있었다.

또한, 본 발명에 의해 제공되는 연질 폴리우레탄폼은 별도의 난연제를 사용하지 않으면서도 지속적인 난연성을 유지하는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 종래의 MDI(Methylene diphenyl di-isocyanate)를 기반한 연질용 폴리우레탄폼의 단점인 높은 경도(kgf/314㎠)와 밀도(kg/㎥), 그리고 상대적으로 낮은 반발탄성율(%)로 인한 높은 값의 탄성비로 인한 폼의 안락감의 열세를 개선하기 위해 연질 폴리우레탄폼의 겉보기 밀도(kg/㎥)와 압축경도(kgf/314㎠)를 낮추고 반발탄성율(%)을 높이는 한편 폼의 탄성비를 0.05~0.10 로 낮게 조정하므로 저경도 고탄성의 안락감이 우수한 연질 폴리우레탄폼을 얻을 수 있고, 또한 불꽃라미 방식으로 합지 접착한 연질 폴리우레탄폼과 폴리에스테르 천이나 타 소재와의 계면박리강도를 개선하므로 반복하중이 인체 등의 부하가 걸리는 자동차용도의 내장재에서 내구성이 향상되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연질 폴리우레탄폼과 종래 사용되는 자동차용 시트커버링 폼과 가열노화에 따른 난연성(연소성)을 비교시험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연질 폴리우레탄폼과 종래 사용되는 자동차용 시트커버링폼과 포그(fog) 발생량을 비교시험한 결과를 나타낸 막대그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연질 폴리우레탄폼과 종래 사용되는 자동차용 시트커버링폼과 냄새 테스트를 한 결과를 나타낸 막대그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연질 폴리우레탄폼과 종래 사용되는 자동차용 시트커버링폼의 난연성을 비교시험한 결과를 나타낸 막대그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연질 폴리우레탄폼의 겉보기밀도 대비 탄성비를 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연질 폴리우레탄폼의 경도 대비 탄성비를 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 연질 폴리우레탄폼의 탄성비를 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 0.05~0.10 영역의 낮은 탄성비를 가지는 저경도 고탄성의 안락감이 우수한 MDI(Methylene diphenyl di-isocyanate) 기반의 연질용 폴리우레탄폼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 JIS K-6401의 시험방법으로 측정한 연질 폴리우레탄폼의 겉보기 밀도가 25~31 kg/㎥이고, 같은 시험방법으로 25% 압축상태에서 측정한 압축경도가 4.2~5.7 kgf/314㎠ 영역의 아주 낮은 탄성비를 형성하며 또한 같은 시험방법으로 측정한 반발탄성율(%)이 60~70%로 아주 높은 값을 가지며 열린 셀 기공형태의 깨진 셀(cell) 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 연질 폴리우레탄폼에 관한 것이다. 뿐만 아니라 불꽃라미접착으로 합지한 천과 연질 폴리우레탄폼의 계면박리강도가 0.4~0.5kgf/inch 인 것을 특징으로 하는 연질폴리우레탄폼에 관한 것이다.

이러한 특성을 가지는 본 발명에 의한 연질 폴리우레탄폼은 사람의 신체가 폼에 접촉시 우수한 안락감을 제공하므로 자동차 시트패드(seat pad) 등의 자동차 내장재 또는 가구용도의 침장제품 등 생활용품에 널리 이용될 수 있다.

상기 JIS K-6401의 시험방법으로 측정한 25% 가압상태의 압축경도값을 반발탄성율(%) 값으로 나눈 수치를 탄성비로 정의하면, 본 발명에 의한 제품의 경우는 하기 식 1을 만족하는 탄성비가 0.05~0.10 영역의 값을 가진다.

본 발명에 의한 MDI 기반의 연질폴리우레탄폼은 사람의 신체와 접촉하는 부분에서 안락감을 대폭 개선한 것으로 종래 MDI 기반의 연질폴리우레탄폼에 비하여 밀도(kg/㎥)와 압축강도(kgf/314㎠)는 낮추고 대신 반발탄성율(%)을 높였다.

뿐만 아니라 연질폴리우레탄폼은 자동차내장재로 응용시 불꽃라미방식으로 폴리에스테르 원단과 같은 천을 접착하는데 연질 폴리우레탄폼과 천이 접착된 계면에서의 박리강도가 우수해야만 장기간의 반복하중이 부하되어도 계면에서 분리를 막을 수 있다.

종전의 MDI 기반의 연질 폴리우레탄폼을 불꽃라미 접착할 경우 천과 연질 폴리우레탄폼의 계면박리강도를 JIS K-6401방법으로 측정한 값이 0.250kgf/inch 이하였으나, 본 발명에 의한 연질폴리우레탄폼을 불꽃라미접착 가공하여 자동차 시트패드(seat pad) 용도로 사용시 천과 우레탄폼의 계면박리강도가 0.4~0.5kgf/inch 인 것으로 종전의 MDI 기반의 연질 폴리우레탄폼 보다 우레탄폼과 천의 계면에서 박리강도를 향상시켜 장기간 반복하중이 부하되어도 계면에서의 높은 박리강도로 인하여 내구성이 유지되는 장점을 가지게 된다.

(식 1) 탄성비 = 25% 압축경도(kgf/314㎠)/ 반발탄성율(%)

본 발명에 따른 낮은 탄성비를 가지는 저경도 고탄성의 안락감이 우수한 연질 폴리우레탄폼의 제조방법은 하기의 공정을 포함하여 이루어진다.

(1) 관능기수 2~4 범위의 수평균분자량이 4,000~8,000이면서 온도범위가 20인 에테르계 폴리올과; NCO 함량이 30%이상이면서 화학적 당량이 100~130인 이소시아네이트와; 촉매제와; 물; 실리콘 정포제를 일정 비율로 계량 후, 혼합한 반응액을 정량펌프를 통해 고압의 믹싱헤드로 이송하는 공정;

(2) 상기 반응액을 믹싱헤드에서 교반기의 회전속도를 2,000~6,000rpm의 조건으로 발포시키고, 분당 2.0~6.0m/min의 일정속도로 연속적으로 이동하는 컨베이어 상부에 토출시키는 공정; 및

(3) 상기 (2)공정에서 발포된 번(bun)형태의 폴리우레탄 발포체를 단척(short block) 또는 장척(long block)으로 24~48시간 경화 숙성시킨 후, 해당되는 두께가 2~20규격을 가지도록 재단하는 공정으로 이루어진다.

상기 제(3)공정에서 경화숙성시간이 24시간 미만이면 경화가 덜 이루어져 물성특성을 발현하기 어려운 단점이 있고, 48시간을 초과할 경우에는 너무 딱딱(hard)해 지는 문제가 있다.

본 발명에 따르면, 상기 제(1)공정의 반응액은 에테르계 폴리올 100중량부에 대하여 이소시아네이트 80~90중량부, 촉매제 0.15~0.25중량부, 화학적발포제 2.5~3.7중량부, 실리콘 정포제 1.5~2.0중량부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

이때, 상기 이소시아네이트의 혼합량은 상기 임계치를 벗어날 경우, 즉, 80중량부 미만일 경우에는 반응성이 떨어져 겔링(gelling) 반응이 지연되어 경화가 안되는 문제점이 있고, 90중량부를 초과할 경우에는 Hard-segment가 과도하게 증가하게 되어 수축현상이 일어나는 문제가 있다. 본 발명에 따른 상기 이소시아네이트는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate), 이소포론 다이이소시아네이트(Isoporon diisocyanate)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용한다. 보다 좋게는 NCO 함량이 30%이상, 바람직하게는 30%~50%의 범위 내이고, 당량이 100~130을 만족하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 촉매제는 반응성을 향상시키기 위해 사용되는 것으로, 상기 촉매제의 혼합량은 그 임계치를 벗어날 경우, 즉, 0.15중량부 미만일 경우에는 반응 시간이 많이 소요되며 셀 형성이 잘 이루어지지 않는 문제점이 있고, 0.25중량부를 초과할 경우에는 반응시간이 짧아져 셀 벽을 두텁게 만들어 기공의 크기 또한 작아져 수축현상을 발생하는 문제가 있다.

또한, 상기 실리콘 정포제는 원부재료간 균일한 분산성을 제공함과 동시에 기포의 정상적 생성을 촉진하는 효과가 있는 것으로, 상기 실리콘 정포제의 혼합량은 상기 임계치를 벗어날 경우, 즉, 1.5중량부 미만일 경우에는 셀 형성시간이 지연되어 기공구조를 흐트러지게 하여 정상적인 반발탄성율(%)을 저해하거나 셀 벽이 약해 반응시 무너지는 현상과도 같은 문제점이 있고, 2.0중량부를 초과할 경우에는 셀 벽이 너무 두텁게 하여 셀 수축현상이 일어나는 문제가 있다.

또한, 상기 화학적 발포제는 그 임계치를 벗어날 경우, 즉, 2.6중량부 미만일 경우에는 발포율(%)이 낮아져 밀도가 올라감으로서 경도도 함께 상승되는 효과로 인해 반발탄성율(%)이 떨어지는 효과로 탄성비가 올라가며, 반대로 3.7중량부 이상일 경우는 발포율(%)이 과다하게 높아져 탄성은 상승되나 압축경도(kgf/314㎠)는 낮아지는 결과를 가져와 너무 낮은 탄성비(彈性比 : 경도/탄성) 값을 얻게 된다. 이럴 경우 신체하중으로 인해 폼이 바닥에 닿음으로 인체의 안락감은 크게 기대하기 어렵게 된다. 이와 같이 압축경도(kgf/314㎠)가 높아지고, 반발탄성율(%)이 낮아져 결과적으로 탄성비가 0.10을 초과하여 폼이 딱딱해지고 탄력성이 떨어지게 되면 쿠션성이 나빠, 인체 하중이 반복적으로 부하되는 자동차 내장재 및 가구 침장 용도에서 안락감이 좋지 않은 문제점이 있고, 3.7중량부를 초과할 경우에는 압축경도(kgf/314㎠)가 너무 낮아지고, 탄성률(%)이 너무 높아져 탄성비가 0.05 미만의 값을 가지게 되어 너무 연질의 것으로 자동차 내장재 및 가구 침장 용도에 적합하지 않은 단점이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 에테르계 폴리올은 폴리 프로필렌 글리콜(PPG), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 공중합 폴리올(POP)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하며, 보다 더 바람직하게는 관능기수가 2~4이면서 수평균분자량이 4,000~8,000인 것을 사용하는 것이 좋다.

본 발명에 따르면, 상기 이소시아네이트는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate), 이소포론 다이이소시아네이트(Isoporon diisocyanate)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 것을 사용하는 것이 좋다.

여기서, 상기 촉매제는 트리프로필 아민, 트리부틸 아민, 트리에틸 아민, 디메틸 벤질아민, 유기주석 촉매(stannous octoate), 디부틸틴디라우레이트(dibutyltin dilaurate) 로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 사용하는 것이 좋다.

여기서, 상기 실리콘 정포제는 실록산 코폴리머(Siloxane copolymer)로 구성되며, DC-5160(제조사 air-products사), DC-5258(제조사 air-products사), SZ-1919(제조사 dow-corning사), L-580(제조사 momentive), L-532(제조사 momentive)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 사용하는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 화학적 발포제는 통상 우레탄발포폼을 제조시 사용되는 화학적 발포제라면 어느 것을 사용하여도 무방하며, 본 발명에서는 화학적 발포제로 물(H₂O)을 사용하였다.

본 발명에 따르면, 이상에서 개시되는 제조방법들에 의해 겉보기 밀도 25~35kg/㎥, 압축경도 4.2~5.7kgf/314㎠, 반발탄성율 50~70%, 0.05~0.10 영역의 탄성비를 가진 열린 셀 기공형태의 깨진 셀(cell) 구조를 가지는 연질 폴리우레탄 폼을 제공할 수 있는 것이다.

이하에서는 본 발명을 설명하기 위해 바람직한 실시예를 들어 보다 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기에 기술되는 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 일예로, 하기의 실시예들로 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 변형 가능한 것이다.

[실시예 1~6]

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성비를 가지도록 반응액을 준비한 다음, 상기 반응액을 일정량 0.05 ~ 100 Litre/min의 양으로 토출되는 정량펌프를 통하여 고압의 믹싱헤드로 이송한 다음, 믹싱헤드의 교반기 회전속도 2,000~6,000rpm 조건으로 혼합하여 발포시키고, 분당 2.0~6.0m/min 속도로 연속적으로 이동하는 컨베이어 상부에 반응액을 토출시켜, 이렇게 발포된 번(bun)형태의 폴리우레탄 발포체를 단척(short block) 또는 장척(long block)으로 24시간 경화 숙성시킨 후, 재단하여 시료를 준비하였다.

[비교예 1~3]

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성비를 가지도록 반응액을 준비하고, 종래 사용되는 폴리우레탄 발포폼을 제조하는 방법으로 폴리우레탄 폼 시료를 준비하였다.

구 분		실시예(단위:중량부)						비교예(단위:중량부)
		1	2	3	4	5	6	1	2	3
처방	PPG-4701(수산기=25~35)	100	100	100	100	100	100	-	-	-
	H-3022(수산기=50~60)	-	-	-	-	-	-	100	100	32
	CS-845(수산기=27~33)	-	-	-	-	-	-	-	-	35
	Y-1720(수산기=80~100)	-	-	-	-	-	-	-	-	13
	FA-410(수산기=50~56)	-	-	-	-	-	-	-	-	20
	포스페이트계난연제(TCPP)	-	-	-	-	-	-	-	-	15
	실리콘정포제(DC-194)	1.5 ~ 2.0	1.5 ~ 2.0	1.5 ~ 2.0	1.5 ~ 2.0	1.5 ~ 2.0	1.5 ~ 2.0	1.5	1.5	1.5
	금속틴촉매(D-19)	0.15 ~ 0.25	0.15 ~ 0.25	0.15 ~ 0.25	0.15 ~ 0.25	0.15 ~ 0.25	0.15 ~ 0.25	0.25	0.25	0.25
	화학적발포제(H20)	4.20	3.70	3.00	2.60	2.40	2.20	3.30	3.30	2.70
	아민촉매(TEDA)	0.05 ~ 0.25	0.05 ~ 0.25	0.05 ~ 0.25	0.05 ~ 0.25	0.05 ~ 0.25	0.05 ~ 0.25	0.10 ~ 0.15	0.10 ~ 0.15	0.10
	NCO(당량=100~120)/INDEX	85.0	85.0	85.0	85.0	85.0	85.0	85.0	-	-
	NCO(당량=80~90)/INDEX	-	-	-	-	-	-	-	85.0	110
특성	겉보기 밀도(kg/㎥)	21.09	26.13	31.80	34.64	37.09	40.10	32.06	30.12	34.22
	압축경도(kgf/314㎠)	2.40	4.21	5.13	5.59	5.83	6.43	7.29	5.01	14.13
	반발탄성율(%)	68	66	60	52	44	42	34	36	34
	탄성비	0.03	0.06	0.08	0.10	0.13	0.15	0.21	0.14	0.41

* PPG-4701 : polypropylene glycol

* H-3022 : polypropylene glycol

* CS-845 : copolymer polyol

* Y-1720 : ethylene-oxide propylene glycol

* FA-410 : ethylene-oxide propylene glycol

* 실리콘정포제(DC-194) : siloxane copolymer.

* 금속틴촉매(D-19) : stannous octoate

* 화학적발포제(H20) : water

* TEDA : TRIETHYLENE DIAMINE (1,4-DIAZABICYCLOOCTANE)

* NCO : isocyanate group

위 표 1의 결과, 실시예 5 및 6은 탄성비가 0.1을 초과하는 경우에는 본 발명에서 목적하는 연질폴리우레탄폼의 물성을 만족하지 못하는 것을 알 수있었다. 이는 화학적발포제의 첨가량이 적게 사용됨으로써 가교도가 높아져 딱딱해지는 현상으로 보여진다.

비교예 또한 탄성비가 0.1을 초과함을 알 수 있으며, 이로써 알 수 있는 것은 매우 딱딱한 형태의 폼임을 알 수 있고, 압축경도 값(kgf/314㎠)이 매우 높고, 반발탄성율(%)이 매우 낮아 인체와 접촉되는 자동차 내장재나 가구 및 침장생활용품으로 응용시 안락감이 좋지 않게 된다.

상기 실시예들의 물리적 특성과 탄성비와의 관계를 분석하여 보았으며, 그 결과는 도 5 내지 6에 나타내었다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연질 폴리우레탄폼의 겉보기밀도 대비 탄성비를 시험한 결과를 나타낸 그래프로, 겉보기 밀도가 25~35kg/㎥의 범위일 때 탄성비가 본 발명에서 목적하는 0.05~0.10의 값을 나타냄을 알 수 있었다.

또한, 도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연질 폴리우레탄폼의 압축경도 대비 탄성비의 시험한 결과를 나타낸 그래프로, 압축경도가 4.2~5.7kgf/314㎠의 범위 내일 때 탄성비가 본 발명에서 목적하는 0.05~0.10의 값을 나타냄을 알 수 있었다. 이 결과로 압축경도가 너무 낮으면 폼에 하중이 부과될 때 바닥까지 닿게 되어 오히려 안락감이 저해하는 요인이 되게 되므로 본 발명에서는 압축경도의 값을 4.2~5.7kgf/314㎠의 범위를 유지하도록 연질 폴리우레탄폼을 제조하였다.

또한, 도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연질 폴리우레탄폼의 반발탄성율 대비 탄성비를 시험한 결과를 나타낸 그래프로, 반발탄성율 50~70% 범위 내일 때, 탄성비가 본 발명에서 목적하는 0.05~0.10의 값을 나타냄을 알 수 있었다.

이상의 결과로, 본 발명에서 제공되는 연질 폴리우레탄폼은 겉보기 밀도 25~35kg/㎥, 압축경도 4.2~5.7kgf/314㎠, 반발탄성율 50~70%, 0.05~0.10 영역의 탄성비를 가진 열린 셀 기공형태의 깨진 셀(cell) 구조를 가지는 것으로, 매우 우수한 탄성을 가지게 되고, 적정 쿠션특성을 발현함으로써 자동차용 내장재 또는 가구, 침장 용도로 사용시 우수한 안락감을 제공할 수 있는 것이다.

한편, 상기 표 1에서 본 발명에서 목적하는 물성을 만족하는 실시 예 1~4의 조성으로 제조된 각각의 연질폴리우레탄폼 시료와 종래 MDI기반의 연질폴리우레탄폼 시료 4개를 준비하여 계면박리강도를 비교시험하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구 분	실시예				비교예
	1	2	3	4	1	2	3	4
계면박리강도 (kgf/inch)	0.492	0.502	0.414	0.452	0.193	0.201	0.216	0.199
평균 (kgf/inch)	0.465				0.202

<계면접착강도 시험방법 및 조건>

* 시험방법 : JIS K-6401

* 시험기기 : 만능시험기(UTM기, Instron5565 model)

* 시료 규격(T*W*L) : 해당두께(㎜)*25.4*150㎜

* 시험 속도 : 200/min

* 시험 방향 : MD(machine-direction) 방향

상기 표 2의 결과로 본 발명에서 제공되는 제조방법에 의해 제조된 연질폴리우레탄 폼은 우수한 계면박리강도를 가지는 것임을 알 수 있었으며, 이러한 결과로 불꽃라미 방식으로 합지 접착한 연질폴리우레탄폼과 폴리에스테르 천의 계면박리강도 개선으로 반복하중의 인체 등의 부하가 걸리는 자동차용도의 내장재에서 내구성이 향상되는 이점을 가지게 된다.

다른 한편으로, 본 발명의 상기 실시 예들 중, 비교적 우수한 물성을 가지는 것으로 판단되는 실시 예 3으로부터 얻어진 연질폴리우레탄폼과 종래 사용되는 자동차용 시트커버링폼(Seat Covering Foam)과 가열노화에 따른 난연성의 비교시험, 포그(fog) 발생량을 비교시험, 냄새 테스트, 난연성 비교시험을 실시하여 보았으며, 그 결과는 도 1 내지 4에 도시된 바와 같다.

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연질 폴리우레탄폼과 종래 사용되는 자동차용 시트커버링 폼과 가열노화에 따른 난연성(연소성)을 비교시험한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 1의 시험은 준비된 시료를 MS300-08기준에 따라 난연성 테스트를 10회 진행하여 그 평균값을 그래프에 나타내었다. 그 결과, 본 발명에서 제공되는 연질폴리우레탄폼은 가열노화시간이 증가됨에도 불구하고 연소길이 수치는 '0'을 유지하여 난연성이 탁월함을 알 수 있었다. 반면, 종래 폼은 가열노화 시간(일)이 증가 됨에 따라 연소길이 또한 증가됨을 알 수 있었다. 이는 시간이 결과됨에 따라 난연제 휘발로 인한 난연성의 저하가 원인인 것으로 판단된다.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 연질 폴리우레탄폼과 종래 사용되는 자동차용 시트커버링폼과 포그(fog) 발생량을 비교시험한 결과를 나타낸 막대그래프이다. 포그(fog) 발생량은 MS300-55의 평가기준에 따라 측정하였으며, 준비된 시료를 10회 반복시험하여 그 결과를 그래프로 나타내었다. 그 결과, 본 발명의 폼은 평균수치 2%로 매우 안정적인 Fog 값을 나타낸 반면, 종래 폼은 Fog 값이 평균 수치 13%를 보임을 알 수 있었다. 이 결과는, 본 발명의 폼은 휘발물질, 즉 별도의 난연제를 사용하지 않음으로써 얻어진 결과로 판단된다.

도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연질 폴리우레탄폼과 종래 사용되는 자동차용 시트커버링폼과 냄새 테스트를 한 결과를 나타낸 막대그래프이다. 상기 냄새 테스트는 관능평가 방법으로 비교시험하였으며, 그 시험은 10회 반복시험하여 냄새등급을 평가하였다. 그 결과, 본 발명의 폼은 그 평균값이 2.1, 종래 폼의 평균값 2.8을 나타내어, 본 발명의 폼은 냄새등급 2급을 나타내었고, 종래 폼은 3.0급을 나타내었다. 이러한 결과로 본 발명의 폼은 첨가제 등 휘발 물질이 없거나 미량으로 냄새에 매우 안정적임을 알 수 있었다.

도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연질 폴리우레탄폼과 종래 사용되는 자동차용 시트커버링폼의 난연성을 비교시험한 결과를 나타낸 막대그래프이다. 여기서, 상기 비교대상용 시트커버링폼은 올레핀이 코팅된 제품을 사용하였다. 난연성 시험은 MS300-08 시험 방법으로 10회 반복하여 실시하였고, 그 결과를 그래프로 나타내었다. 난연성 시험 결과, 본 발명의 폼은 연소 길이가 '0'을 나타내어 난연성이 매우 탁월함을 알 수 있었다. 반면, 종래 올레핀 코팅폼은 '0.5'를 보여 난연성 기준을 만족하는 것이나. 이러한 연소길이의 변화는 올레핀 코팅 가공시 열에 의해 난연성 휘발 가중으로 난연성이 저하되는 것으로 판단된다.

또 다른 한편으로, 본 발명의 실시예 3의 폼과 종래 시트커버링폼과 할로겐 함량을 이온 크로마토크래피법으로 비교 시험하여 보았으며, 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.

구 분	할로겐 함량(ppm)	비고
실시예 1의 우레탄폼	122	브롬 : 0, 염소 : 122
기존 시트커버링폼	17,735

위 표 3의 결과, 본 발명에서 제공되는 우레탄폼은 환경규제물질인 브롬이 전혀 검출되지 않아 매우 친환경적인 제품임을 알 수 있었다. 이는 RoHs규정에서 명시하고 있는 할로겐 성분을 함유하지 않는 것으로, 우수한 친환경성을 가지는 것이다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에서 제공되는 제조방법에 의해 얻어지는 낮은 탄성비를 가지는 저경도 고탄성의 안락감이 우수한 연질 폴리우레탄폼은 자동차 시트용도 및 가구용 침장제품 등에 널리 적용될 수 있는 연질 슬라브 PU폼으로, 주요하게는 우수한 탄력성과 소프트터치성(Soft touch), 로우포깅성(Low fogging) 및 지속적인 난연성을 가지는 제품으로, 보다 상세하게는 RoHs 규정에 명시하고 있는 할로겐 성분을 함유하지 않은 제품임을 알 수 있다.

특히, 자동차 용도의 내장재 등에서 요구하고 있는 냄새 및 포깅(fogging)성, 안락감 제공 등에 주된 초점을 맞추어 유기휘발분 발생량이 적음과 동시에 우수한 불꽃 접착성을 용이하게 가지도록 함으로써 타 소재와의 계면접착성 증강에도 크게 기여하는 측면이 있었다. 뿐만 아니라 가구용 쿠션재로서의 안락감 제공 및 VOC휘발분 감소, 그리고 난연 기능을 가지는 소재의 이점을 동시에 만족하는 측면도 있음을 알 수 있다. 그 결과로 우수한 물성과 친환경성, 그리고 난연제 첨가 없이도 우수한 난연성을 확보한 연질 폴리우레탄폼을 제공할 수 있고, 이를 이용한 자동차용 시트 또는 가구용 쿠션재를 제공할 수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 겉보기 밀도 25~31kg/㎥, 압축경도 4.2~5.7kgf/314㎠, 반발탄성율 60~70%, 0.05~0.10 범위의 탄성비와 열린 셀 기공형태의 깨진 셀(cell) 구조를 가지는 연질 폴리우레탄폼으로써,
   상기 연질 폴리우레탄 폼은 불꽃라미접착으로 합지한 천과 연질 폴리우레탄폼의 계면박리강도가 0.4~0.5kgf/inch인 것을 특징으로 하는 연질 폴리우레탄폼.
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