KR101875439B1

KR101875439B1 - 폴리우레탄 폼 형성용 조성물, 폴리우레탄 폼 및 이를 포함하는 차량용 내장재

Info

Publication number: KR101875439B1
Application number: KR1020160112245A
Authority: KR
Inventors: 최권용; 정동우; 강석남; 임병국; 박상도; 이승영; 정순준; 이성훈; 송준호; 김슬기; 허승무; 유병식
Original assignee: 현대자동차주식회사; 금호석유화학 주식회사
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2018-08-02
Also published as: KR20180025055A

Abstract

저온의 조건에서도 슬로우 리커버리 성능을 유지할 수 있고, 인체에 유해한 난연제를 첨가하지 않고도 난연성을 가질 수 있는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물, 폴리우레탄 폼 및 이를 포함하는 차량용 내장재를 제공한다.
일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물은, 50% 이상 100% 이하의 EO (Ethylene Oxide) 함량을 갖고, 4000 이상 7000 이하의 분자량을 갖는 폴리에테르 폴리올을 포함하는 제1폴리올; 0% 이상 20% 이하의 EO 함량을 갖고, 500 이상 4000 이하의 분자량을 갖는 폴리에테르 폴리올을 포함하는 제2폴리올; 및 MDI(Methylene Diphenyl Diisocyanate)를 포함하는 이소시아네이트 혼합물;을 포함한다.

Description

폴리우레탄 폼 형성용 조성물, 폴리우레탄 폼 및 이를 포함하는 차량용 내장재{COMPOSITION FOR FORMING POLYURETHANE FOAM, POLYURETHANE FOAM AND VEHICLE INTERIOR TRIM HAVING THE SAME}

개시된 발명은 폴리우레탄 폼 형성용 조성물, 이를 이용하여 제조되는 폴리우레탄 폼 및 폴리우레탄 폼을 포함하는 차량용 내장재에 관한 것이다.

폴리우레탄 폼은 셀 구조와 기계적 물성 등에 따라 연질 폴리우레탄 폼(Flexible Polyurethane Foam), 반경질 폴리우레탄 폼(Semi-Rigid Polyurethane Foam) 및 경질 폴리우레탄 폼(Rigid Polyurethane Foam)으로 구분할 수 있다.

특히 연질 폴리우레탄 폼은 열린 셀(open cell) 구조로 이루어져 투과성과 완충성이 우수하고, 이 외에도 쿠션성, 내마모성 등의 기계적 물성이 우수하여 자동차, 가구, 의류 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.

또한, 연질 폴리우레탄 폼에 메모리 특성이 부여된 메모리폼은 압축 후 탄성 회복되는 시간인 슬로우 리커버리(Slow Recovery) 시간이 길기 때문에 시트의 재질로 사용했을 때 사용자가 편안한 착좌감을 느낄 수 있다.

한편, 메모리폼은 유리전이온도 이하인 환경에서는 경도가 급격히 증가하고 슬로우 리커버리 특성을 잃게 되기 때문에, 유리전이온도에 따라 슬로우 리커버리 성능을 구현할 수 있는 특정 환경에서만 사용 가능한 제약이 있다.

저온의 조건에서도 슬로우 리커버리 성능을 유지할 수 있고, 인체에 유해한 난연제를 첨가하지 않고도 난연성을 가질 수 있는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물, 폴리우레탄 폼 및 이를 포함하는 차량용 내장재를 제공한다.

일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물은, 50% 이상 100% 이하의 EO (Ethylene Oxide) 함량을 갖고, 4000 이상 7000 이하의 분자량을 갖는 폴리에테르 폴리올을 포함하는 제1폴리올; 0% 이상20% 이하의 EO 함량을 갖고, 500 이상 4000 이하의 분자량을 갖는 폴리에테르 폴리올을 포함하는 제2폴리올; 및 MDI(Methylene Diphenyl Diisocyanate)를 포함하는 이소시아네이트 혼합물;을 포함한다.

상기 제1폴리올은, 상기 제1폴리올 및 상기 제2폴리올의 전체 중량 대비 60 이상 90 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖고, 상기 제2폴리올은, 상기 전체 중량 대비 10 이상 40 이하의 범위에서 선택된 중량부를 가질 수 있다.

10% 이상 80% 이하의 EO 함량을 갖고, 3000 이상 6000 이하의 분자량을 갖는 폴리에테르 폴리올을 포함하는 제3폴리올;을 더 포함할 수 있다.

상기 제1폴리올은, 상기 제1폴리올, 상기 제2폴리올 및 상기 제3폴리올의 전체 중량 대비 60 이상 90 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖고, 상기 제2폴리올은, 상기 전체 중량 대비 10 이상 30 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖고, 상기 제3폴리올은, 상기 전체 중량 대비 60 이상 90 이하의 범위에서 선택된 중량부를 가질 수 있다.

30% 이상 50% 이하의 SAN(Styrene-Acrylonitrile) 함량을 갖고, 500 이상 4000 이하의 4000 이하의 분자량을 갖는 폴리에테르 폴리올을 포함하는 제4폴리올을 더 포함할 수 있다.

상기 제1폴리올은, 상기 제1폴리올, 상기 제2폴리올, 상기 제3폴리올 및 상기 제4폴리올의 전체 중량 대비 60 이상 90 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖고, 상기 제2폴리올은, 상기 전체 중량 대비 10 이상 30 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖고, 상기 제3폴리올은, 상기 전체 중량 대비 60 이상 90 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖고, 상기 제4폴리올은, 상기 전체 중량 대비 0 이상 10 이하의 범위에서 선택된 중량부를 가질 수 있다.

상기 아이소시아네이트 혼합물은, 2,4'- MDI 이성체, 2,2'-MDI 이성체 및 4,4'-MDI 이성체를 포함할 수 있다.

상기 아이소시아네이트 혼합물은, 80 이상 100 이하의 인덱스(index)를 가질 수 있다.

상기 전체 중량 대비 0 이상 3 이하의 중량부를 갖는 가교제; 상기 전체 중량 대비 0.2 이상 2.5 이하의 중량부를 갖는 정포제 및 상기 전체 중량 대비 1 이상 3 이하의 중량부를 갖는 발포제;를 더 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물은, 0% 이상 20% 이하의 EO 함량을 갖고, 500 이상 4000 이하의 분자량을 갖는 폴리에테르 폴리올을 포함하는 제2폴리올; 10% 이상 80% 이하의 EO 함량을 갖고, 3000 이상 6000 이하의 분자량을 갖는 폴리에테르 폴리올을 포함하는 제3폴리올; 및 MDI(Methylene Diphenyl Diisocyanate)를 포함하는 이소시아네이트 혼합물;을 포함한다.

상기 제2폴리올은, 상기 제2폴리올 및 상기 제3폴리올의 전체 중량 대비 60 이상 90 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖고, 상기 제3폴리올은, 상기 전체 중량 대비 10 이상 40 이하의 범위에서 선택된 중량부를 가질 수 있다.

상기 제1폴리올에 포함되는 폴리에테르 폴리올은, 장사슬(long chain)을 가질 수 있다.

상기 제1폴리올에 포함되는 폴리에테르 폴리올은, 친수성(Hydrophilic)을 가질 수 있다.

일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물은, 상기 폴리우레탄 폼 형성용 조성물에 의해 제조될 수 있다.

일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물은, 상기 폴리우레탄 폼을 포함할 수 있다.

저온의 조건에서도 슬로우 리커버리 성능을 유지할 수 있고, 인체에 유해한 난연제를 첨가하지 않고도 난연성을 가질 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물을 구성하는 물질들의 예시를 나타낸 표이다.
도 2는 일반적인 연질 폴리우레탄 폼의 경도 상승률 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 기존의 메모리폼의 경도 상승률 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물에 의해 형성된 메모리폼의 경도 상승률 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 차량용 내장재의 예시를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면, 화학식 및 표를 참조하여 폴리우레탄 폼 형성용 조성물의 실시예를 구체적으로 설명한다.

폴리우레탄(Polyurethane)은 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate)를 반응시켜 생성되는 고분자 화합물이다. 폴리올로는 폴리에스테르 폴리올(Polyesther Polyol), 폴리에테르(Polyether Polyol) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물은 열린 셀 구조를 갖는 연질 폴리우레탄 폼을 형성하는데 사용될 수 있으며, 특히 점탄성(viscoelasticity)을 갖는 연질 폴리우레탄 폼을 형성하는데 사용될 수 있다. 점탄성을 갖는 연질 폴리우레탄 폼은 형상 기억 특성 및 압력 경감 특성을 갖는바, 이러한 특성으로 인해 메모리폼으로 지칭되기도 한다.

구체적으로, 메모리폼은 외부에서 어떤 물체에 의해 가해지는 압력에 반응하여 점진적으로 해당 물체의 윤곽에 따라 형상화되며, 가해지는 압력을 모두 흡수하면서 해당 물체를 지지할 수 있다. 압력이 제거되면, 점진적으로 원래의 형상으로 복원된다. 이러한 특성을 슬로우 리커버리(Slow Recovery) 특성이라 한다.

기존의 메모리폼은 일반 연질 폴리우레탄 폼에 비하여 높은 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)를 갖기 때문에 0도 이하의 저온 환경에서 경도가 급격히 상승하고, 슬로우 리커버리 특성을 잃게 되는 문제가 있었다.

일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물은 친수성 폴리올(Hydrophilic Polyol)을 사용함으로써, 폴리우레탄 폼의 유리전이온도를 낮출 수 있고, 낮아진 유리전이온도로 인해 저온 환경에서도 낮은 경도 및 슬로우 리커버리 특성을 유지할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물을 구성하는 물질들의 예시를 나타낸 표이다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물은 친수성 폴리올을 포함할 수 있고, 이소시아네이트로는 MDI(Methilene Diphenyl Diisocyanate)를 포함할 수 있다.

폴리올은 수산기(Hydroxyl Grghkfmfoup, -OH) 또는 아민기(Aming Group, -NH2)와 같은 활성화 수소를 2개 이상 갖는 다관능(Multifunctional) 알코올 또는 방향족 아민 등의 개시제(Initiator)와 에틸렌 옥사이드(Ethylene Oxide: EO) 또는 프로필렌 옥사이드(Propylene Oxide: PO)를 반응시켜 얻을 수 있다.

EO를 이용한 중합은 1차 말단 수산기(Primary terminal hydroxyl groups)를 생성하고, 프로필렌 옥사이드(Propylene Oxide: PO)를 이용한 중합은 2차 말단 수산기(Secondary terminal hydroxyl groups)을 생성한다. 따라서, EO 또는 PO를 함유한 폴리올은 친수성을 갖게 된다. 한편, 1차 수산기가 2차 수산기에 비해 3배 정도 큰 반응성을 가지므로, EO의 함량 및 폴리올 내에서의 분산에 따라 물과의 반응성을 조절할 수 있다. EO의 폴리올 내에서의 분산은 랜덤한 방식(random polyol) 또는 미리 정해진 시퀀스에 따른 방식(block polyol)에 의해 이루어질 수 있다. 또한, PO 역시 친수성을 부여할 수 있으므로, 필요에 따라 폴리올에 PO를 포함시키는 것도 가능하다.

또한, 폴리올은 주 사슬(main chain)의 길이가 긴 장사슬(long chain) 폴리올을 포함할 수 있다. 기존의 메모리폼은 주로 단사슬(short chain) 폴리올을 사용하였는바, 일 실시예에 따른 조성물에 의해 형성되는 메모리폼은 장사슬 폴리올을 사용함으로써 사슬을 연결하는데 필요한 가교(Crosslinking)의 수가 줄어들고 내구성 및 연성이 향상될 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene Glycol, PEG), 폴리프로필렌 글리콜(Polypropylene glycol, PPG) 등의 폴리올을 사용할 수 있다.

또한, 폴리올은 두 종류 이상의 폴리올로 이루어진 폴리올 혼합물을 사용할 수도 있다. 일 예로, 필요에 따라 가교도나 경도를 상승시키기 위해 단사슬 폴리올을 추가적으로 사용하는 것도 가능하다.

구체적인 예로, 제1폴리올은 분자량 4000 내지 6000대(또는 4000 이상 7000 이하)의 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있고, 50% 이상 100% 이하의 EO 함량을 가질 수 있다. 또한, 제2폴리올은 분자량 500 내지 3000 대(또는, 500 이상 4000 이하)의 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있고, 0% 이상 20% 이하의 함량으로 랜덤하게 분산된 EO 를 갖거나 80% 이상 100% 이하의 PO 함량을 가질 수 있다. 또한, 제3폴리올은 분자량 3000 내지 5000 대(또는, 3000 이상 6000 이하)의 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있고, 10% 이상 80% 이하의 함량으로 랜덤하게 분산된 EO를 가질 수 있다. 또한, 제4폴리올은 분자량 500 내지 3000 대(또는, 500 이상 4000 이하)의 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있고, 30% 이상 50% 이하의 SAN(Styrene-Acrylonitrile) 함량을 가질 수 있다.

일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물은 제1폴리올, 제2폴리올, 제3폴리올 및 제4폴리올 중 둘 이상의 폴리올을 선택적으로 포함할 수 있다.

예를 들어, 폴리우레탄 폼 형성용 조성물은 전체 폴리올 혼합물의 합계량 100 중량부를 기준으로 하여, 60 이상 90 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제1폴리올 및 10 이상 40 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제2폴리올을 포함할 수 있다.

또는, 60 이상 90 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제1폴리올, 10 이상 30 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제2폴리올 및 60 이상 90 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제3폴리올을 포함할 수 있다.

또는, 60 이상 90 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제1폴리올, 10 이상 30 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제2폴리올, 60 이상 90 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제3폴리올 및 0 이상 10 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제4폴리올을 포함할 수 있다.

또는, 60 이상 90 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제1폴리올, 10 이상 40 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제2폴리올 및 0 이상 10 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제4폴리올을 포함할 수 있다.

또는, 10 이상 30 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제2폴리올, 60 이상 90 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제3폴리올 및 0이상 10 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제4폴리올을 포함할 수 있다.

또는, 60 이상 90 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제2폴리올 및 10 이상 40 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 제3폴리올을 포함할 수 있다.

다만, 전술한 조성은 일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물에 적용되는 예시들에 불과하고, 이 외에도 다양한 조성 및 그 비율에 따라 폴리우레탄 폼 형성용 조성물이 생성될 수 있음은 물론이다.

일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물은 MDI(Methilene Diphenyl Diisocyanate)를 포함할 수 있다. 페닐아민(phenylamine)과 메탄알(methanal)을 반응시켜 MDA(Methylenedianiline)로 알려진 아민 혼합물을 생성하고, 이 아민 혼합물을 카르보닐 클로라이드(carbonyl chloride)와 반응시켜 MDI를 생성할 수 있다.

MDI는 이성체(isomer)들의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 아래 [화학식 1]에 따른 2,4'- MDI 이성체, 아래 [화학식 2]에 따른 2,2'-MDI 이성체 및 아래 [화학식 3]에 따른 4,4'-MDI 이성체의 혼합물이 사용될 수 있다.

[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

기존의 메모리폼은 주로 아래 [화학식 4]에 따른 2,4-TDI(toluene Diisocyanate) 이성체 및 아래 [화학식 5]에 따른 2,6-TDI 이성체의 혼합물 사용하였다. 상기 [화학식 1] 내지 [화학식 3]에 나타난 MDI 이성체는 벤젠 고리가 2개인 반면, 아래 [화학식 4] 및 [화학식 5]에 따른 TDI는 벤젠 고리가 1개이다. 따라서, MDI의 열적 안정성이 TDI보다 더 우수하고, MDI를 포함한 폴리우레탄 폼 형성용 조성물에 의해 형성되는 메모리폼은 별도의 난연제를 첨가하지 않더라도 우수한 난연 성능을 갖게 된다. 또한, MDI를 사용하게 되면, 경화 속도가 빨라지므로 작업 성능이 향상될 수 있다.

[화학식 4]

[화학식 5]

한편, 이소시아네이트와 폴리올의 1:1 당량비를 이소시아네이트 인덱스(NCO index)라 한다. 이소시아네이트 인덱스가 작을수록, 형성되는 메모리폼의 점탄성이 낮아지고, 이소시아네이트 인덱스가 클수록, 형성되는 메모리폼의 점탄성이 높아진다. 일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물에서는 이소시아네이트 인덱스를 80 이상 100 이하로 조절할 수 있다.

일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물은 폴리올과 이소시아네이트 외에도 다양한 첨가물을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 분자간 결합을 강하게 만드는 가교제(cross-linker)를 더 포함할 수 있다. 가교제로서, 3 관능성 이상의 다관능 물질을 사용할 수 있고, 예를 들어, 다이에탄올아민(Diethanolamine, DEOA), 트리에탄올아민(Triethanolamine, TEOA), 글리세린(Glycerin) 등을 가교제로 사용할 수 있다. 폴리올의 합계량 100중량부를 기준으로 하면, 가교제는 0 이상 3.0 이하의 중량부를 가질 수 있다.

또한, 수지화 반응, 발포 반응 등의 속도를 조절하기 위해 촉매(Catalyst)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 트리에틸렌디아민(triethylenediamine)과 같은 아민 촉매의 존재 하에서 폴리올과 이소시아네이트를 반응시킬 수 있다. 아민 촉매로는 33%의 트리에틸렌디아민과 67%의 디프로필렌 글리콜을 혼합한 33LV를 사용할 수 있다. 폴리올의 합계량 100중량부를 기준으로 하면, 촉매는 0 이상 2.0 이하의 중량부를 가질 수 있다.

또한, 계면활성 작용으로 폼 내의 셀 구조에 영향을 미치는 정포제 또는 계면활성제(surfactant)를 더 포함할 수 있다. 메모리 특성을 보유하는 연질 폴리우레탄 폼은 초기 셀 안정화가 매우 중요하고, 일정 시간 경과 후에는 셀 개방이 적절히 진행되어야 한다. 계면 활성제는 연질 폴리우레탄 폼 발포 시 폼이 스스로 지지할 수 있을 때까지 셀 윈도우 안정화를 통한 셀의 붕괴를 막아주고, 셀 윈도우의 안정화를 통하여 셀 변형을 감소시켜 셀 사이즈 조절을 가능하게 한다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물은 실리콘 폴리에테르 가지 공중합체(silicone polyether branched copolymer)와 같은 실록산 계면활성제를 포함할 수 있다. 폴리올의 합계량 100중량부를 기준으로 하면, 계면활성제는 0 .2이상 2.5 이하의 중량부를 가질 수 있다.

또한, 우레탄 반응 중 이소시아네이트와 반응하여 기포를 형성하고 폼을 부풀어오르게 하는 물질인 발포제(Blowing agent)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 화학적 발포제인 물(H2O) 또는 물리적 발포제인 수소불화탄소(HFC: Hydero Fluoro Carbon)를 포함할 수 있다. 폴리올의 합계량 100중량부를 기준으로 하면, 발포제는 1 이상 3 이하의 중량부를 가질 수 있다.

도 2는 일반적인 연질 폴리우레탄 폼의 경도 상승률 특성을 나타낸 그래프이고, 도 3은 기존의 메모리폼의 경도 상승률 특성을 나타낸 그래프이며, 도 4는 일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물에 의해 형성된 메모리폼의 경도 상승률 특성을 나타낸 그래프이다.

도 2를 참조하면, 메모리 특성을 갖지 않는 일반적인 연질 폴리우레탄 폼은 -50℃ 내외에서 tan δ곡선이 급격히 증가하기 시작한다. 즉, -50℃ 내외에서 유리전이온도(Tg)가 형성됨을 알 수 있고, -50℃ 이하의 온도에서 경도가 급격하게 증가한다.

도 3을 참조하면, 기존의 메모리폼은 10℃ 내지 20℃의 온도에서 tan δ곡선이 급격히 증가하여 유리전이온도가 형성됨을 알 수 있다. 또한, -10℃ 이하의 온도에서 경도가 10배 이상 급격히 증가함을 알 수 있는바, 이러한 경우 영하의 저온 환경에서 쿠션재의 기능을 구현하기 어렵다.

도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물에 의해 형성된 메모리폼은 -15℃ 내외에서 온도에서 tan δ곡선이 급격히 증가하여 유리전이온도가 형성됨을 알 수 있다. 즉, 기존의 메모리폼에 비하여 낮은 유리전이온도를 갖게 되고, -20℃ 정도의 저온 환경에서도 경도 상승률이 적어 지역 및 계절에 상관없이 슬로우 리커버리 성능을 유지하면서 사용할 수 있다.

일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼은 전술한 폴리우레탄 폼 형성용 조성물을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 폴리우레탄 폼은 몰드(mold) 방식 또는 슬랩스톡(slabstock) 방식을 이용하여 제조될 수 있다.

몰드 방식은 일정한 형태를 갖는 몰드에 조성물을 주입하여 경화시키는 것으로서, 자동차 시트 패드, 인 패널(In-panel), 헤드레스트(head rest) 등의 제조 시에 적용될 수 있다.

경화 온도에 따라 고온 경화 몰드 폼(Hot Cured Mold Foam) 또는 저온 경화 몰드 폼(Cold Cure Mold Foam)이 제조될 수 있다. 일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물은 MDI를 사용하기 때문에 상대적으로 몰드 온도가 낮은 50 내지 70℃의 온도에서 경화시켜 저온 경화 몰드 폼을 제조할 수 있다. 일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물을 이용하여 저온 경화 몰드 폼을 제조할 경우, 빠른 점도 상승과 경화속도(탈형시간 30초 내지 240초)에 의해 생산성이 향상되고, 폼 손실(Foam Loss)이 적으며, 일체 성형이 가능하다. 또한, 낮은 온도에서 성형이 가능하므로 에너지 절약 면에서도 유리하다.

구체적인 예로, 일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물을 교반기에 넣고 3000RPM 내지 5000RPM의 교반속도로 5초 내지 30초 동안 교반시킬 수 있다. 교반한 용액을 일정 형상을 갖는 몰드에 주입하고 20 시간 내지 26시간 동안 상온에서 경화시켜 일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있다. 후술하는 실시예에서, 일 실시예에 따른 폴리우레탄 폼을 메모리폼이라고도 칭할 수 있다.

<비교예>

[비교예 1]

하기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 전체 폴리올 중량 대비 제5폴리올 30 중량부 및 제6폴리올 70 중량부를 포함하고, 인덱스 85의 TDI를 포함하는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물을 이용하여 메모리폼을 제조하였다.

제5폴리올은 분자량 700 이상 2000 이하의 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있고, 10% 이상 30% 이하의 함량으로 랜덤하게 분산된 EO를 가질 수 있다.

제6폴리올은 분자량 3000 이상 4000 이하의 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있고, 0% 이상 10% 이하의 함량으로 랜덤하게 분산된 EO를 가질 수 있으며, 10% 이상 20% 이하의 SAN 함량을 가질 수 있다.

여기에 더하여, 정포제 0.4 내지 1.0 중량부, 촉매 0.5 내지 1.2 중량부, 발포제 1.0 중량부 및 난연제를 첨가하였다.

여기서, 정포제로는 실리콘을 사용하였고, 촉매로는 아민 촉매, 발포제로는 물을 사용하였다.

[비교예 2]

하기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 전체 폴리올 중량 대비 제5폴리올 30 중량부 및 제6폴리올 70 중량부를 포함하고, 인덱스 85의 TDI를 포함하는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물을 이용하여 메모리폼을 제조하였다. 여기에 더하여, 정포제 0.4 내지 1.0 중량부, 촉매 0.5 내지 1.2 중량부 및 발포제 1.0 중량부를 첨가하였고, 난연제는 첨가하지 않았다.

<실시예>

[실시예 1]

하기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 전체 폴리올 중량 대비 제1폴리올 70 중량부, 제2폴리올 20 중량부 및 제4폴리올 10 중량부를 포함하고, 인덱스 90의 MDI를 포함하는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물을 이용하여 메모리폼을 제조하였다. 여기에 더하여, 가교제 2.0 중량부, 정포제 0.8 내지 1.5 중량부, 촉매 0.5 내지 1.2 중량부 및 발포제 1.5 중량부를 첨가하였고, 난연제는 첨가하지 않았다.

여기서, 정포제로는 실리콘을 사용하였고, 가교제로는 글리세린, 촉매로는 아민 촉매, 발포제로는 물을 사용하였다.

[실시예 2]

하기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 전체 폴리올 중량 대비 제1폴리올 80 중량부, 제2폴리올 15 중량부 및 제4폴리올 5 중량부를 포함하고, 인덱스 90의 MDI를 포함하는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물을 이용하여 메모리폼을 제조하였다. 여기에 더하여, 가교제 2.0 중량부, 정포제 0.8 내지 1.5 중량부, 촉매 0.5 내지 1.2 중량부 및 발포제 1.5 중량부를 첨가하였고, 난연제는 첨가하지 않았다.

[실시예 3]

하기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 전체 폴리올 중량 대비 제1폴리올 70 중량부 및 제2폴리올 30 중량부를 포함하고, 인덱스 90의 MDI를 포함하는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물을 이용하여 메모리폼을 제조하였다. 여기에 더하여, 가교제 1.0 중량부, 정포제 0.8 내지 1.5 중량부, 촉매 0.5 내지 1.2 중량부 및 발포제 2.5 중량부를 첨가하였고, 난연제는 첨가하지 않았다.

[실시예 4]

하기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 전체 폴리올 중량 대비 제2폴리올 20 중량부, 제3폴리올 70 중량부 및 제4폴리올 10 중량부를 포함하고, 인덱스 90의 MDI를 포함하는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물을 이용하여 메모리폼을 제조하였다. 여기에 더하여, 가교제 2.0 중량부, 정포제 0.8 내지 1.5 중량부, 촉매 0.5 내지 1.2 중량부 및 발포제 1.5 중량부를 첨가하였고, 난연제는 첨가하지 않았다.

[실시예 5]

하기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 전체 폴리올 중량 대비 제2폴리올 30 중량부 및 제3폴리올 70 중량부를 포함하고, 인덱스 90의 MDI를 포함하는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물을 이용하여 메모리폼을 제조하였다. 여기에 더하여, 정포제 0.8 내지 1.5 중량부, 촉매 0.5 내지 1.2 중량부 및 발포제 2.5 중량부를 첨가하였고, 난연제는 첨가하지 않았다.

[표 1]

[비교예 1], [비교예 2], [실시예 1], [실시예 2], [실시예 3], [실시예 4] 및 [실시예 5]에 따라 제조된 메모리폼에 대해 밀도, 저온 경도, 경도 상승률, 히스테레시스 손실(Hysteresis Loss)율, 압축 영구 변형률(Compression set) 및 난연 성능을 포함하는 물성을 평가하였다. 물성 평가 결과는 아래 [표 2]에 도시된 바와 같다.

[표 2]

상기 [표 2]를 참조하면, [비교예 1] 및 [비교예 2]에 따라 제조된 메모리폼의 밀도는 63 kg/m³(25, 1 atm 기준)로 측정되었고, [실시예 1]에 따라 제조된 메모리폼의 밀도는 60 kg/m³(25, 1 atm 기준), [실시예 2]에 따라 제조된 메모리폼의 밀도는 63 kg/m³(25, 1 atm 기준), [실시예 3]에 따라 제조된 메모리폼의 밀도는 45 kg/m³(25, 1 atm 기준), [실시예 4]에 따라 제조된 메모리폼의 밀도는 65 kg/m³(25, 1 atm 기준), [실시예 5]에 따라 제조된 메모리폼의 밀도는 45 kg/m³(25, 1 atm 기준)로 측정되었다.

저온 경도를 측정하기 위해 -20의 저온 환경에서 메모리폼을 25% 압축하여 걸리는 힘을 측정하였다. [비교예 1]에 따른 메모리폼의 저온 경도는 42.9 kgf/cm²로 측정되었고, [비교예 2]에 따른 메모리폼의 저온 경도는 44.6 kgf/cm²로 측정되었다. [실시예 1]에 따른 메모리폼의 저온 경도는 23.4 kgf/cm²로, [실시예 2]에 따른 메모리폼의 저온 경도는 12 kgf/cm²로, [실시예 3]에 따른 메모리폼의 저온 경도는 6.9 kgf/cm²로, [실시예 4]에 따른 메모리폼의 저온 경도는 17.2 kgf/cm²로, [실시예 5]에 따른 메모리폼의 저온 경도는 6.8 kgf/cm²로 측정되었다.

또한, 유리전이온도 근처에서 나타나는 경도 상승률을 측정하였는바, [비교예 1]에 따른 메모리폼의 경도 상승률은 666%로 측정되었고, [비교예 2]에 따른 메모리폼의 경도 상승률은 619%로 측정되었다. [실시예 1]에 따른 메모리폼의 경도 상승률은 66%, [실시예 2]에 따른 메모리폼의 경도 상승률은 71%, [실시예 3]에 따른 메모리폼의 경도 상승률은 116%, [실시예 4]에 따른 메모리폼의 경도 상승률은 42%, [실시예 5]에 따른 메모리폼의 경도 상승률은 94%로 측정되었다.

즉, [실시예 1] 내지 [실시예 5]에 따른 메모리폼은 -20의 저온 환경에서 경도가 급격하게 증가하는 문제가 개선되어, 지역 및 계절에 상관없이 메모리 특성을 유지할 수 있다.

또한, 내구성능을 나타내는 히스테레시스 손실율 측정하였는바, 히스테레시스 손실율이 낮을수록 우수한 내구성을 나타낸다. [비교예 1]에 따른 메모리폼의 히스테레시스 손실율은 42.4%, [비교예 2]에 따른 메모리폼의 히스테레시스 손실율은 41.7%로 측정되었다. [실시예 1]에 따른 메모리폼의 히스테레시스 손실율은 22.9%로, [실시예 2]에 따른 메모리폼의 히스테레시스 손실율은 24.0%로, [실시예 3]에 따른 메모리폼의 히스테레시스 손실율은 32.6%로, [실시예 4]에 따른 메모리폼의 히스테레시스 손실율은 22.1%로, [실시예 5]에 따른 메모리폼의 히스테레시스 손실율은 29.2%로 측정되었다. 즉, [실시예 1] 내지 [실시예 5]에 따른 메모리폼의 내구성이 향상된 것을 확인할 수 있다.

또한, 제조된 메모리폼을 75%의 비율로 압축하여 건조한 상태의 80에서 보관한 후 변형된 높이를 측정하는 방식으로 압축 영구 변형률을 측정하였다. [비교예 1]에 따른 메모리폼의 압축 영구 변형률은 32%, [비교예 2]에 따른 메모리폼의 압축 영구 변형률은 30%로 측정되었다. [실시예 1]에 따른 메모리폼의 압축 영구 변형률은 2.3%로, [실시예 2]에 따른 메모리폼의 압축 영구 변형률은 5.4%로, [실시예 3]에 따른 메모리폼의 압축 영구 변형률은 10.5%로, [실시예 4]에 따른 메모리폼의 압축 영구 변형률은 1.4%로, [실시예 5]에 따른 압축 영구 변형률은 9.9%로 측정되었다. 즉, [실시예 1] 내지 [실시예 5]에 따른 메모리폼은 일반 폴리우레탄 폼 수준의 압축 영구 변형률을 갖는바, 우수한 내구성을 갖는 것을 확인할 수 있다.

한편, 메모리폼이 자동차 내장재로 사용될 경우, 일정 규격에 따른 난연 성능을 만족해야 한다. 따라서, [비교예 1], [비교예 2], [실시예 1] 내지 [실시예 5]에 대해 FMVSS-302(미연방 자동차 실내 안전규격:수평법)에 따른 난연 성능 테스트를 수행하였다. 테스트 결과, 난연제를 포함한 [비교예 1]에 따른 메모리폼은 자기 소화되어 테스트를 통과하였고, 난연제를 포함하지 않은 [비교예 2]에 따른 메모리폼은 테스트를 통과하지 못하였다. 그러나, 난연제를 포함하지 않은 [실시예 1] 내지 [실시예 5]에 따른 메모리폼은 모두 자기 소화되어 테스트를 통과하였다. 즉, [실시예 1] 내지 [실시예 5]에 따른 메모리폼은 난연제를 포함하지 않았음에도 불구하고, MDI가 갖는 열적 안정성으로 인해 난연 성능을 갖게 된다. 따라서, 인체에 유해한 난연제가 첨가된 메모리폼이 자동차 내장재로 적용될 때 운전자나 동승자가 밀폐된 공간에서 난연제로 인한 휘발성 유기 화합물에 노출되는 폐해를 막을 수 있다.

전술한 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 폴리우레탄 폼은 자동차, 가구, 의류, 생활용품 등 다양한 제품을 제조하는데 사용될 수 있다.

일 실시예에 따른 자동차용 내장재는 전술한 실시예에 따른 폴리우레탄 폼을 포함할 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 차량용 내장재의 예시를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 전술한 실시예에 따른 폴리우레탄 폼은 차량(1) 내부에 마련되는 시트 쿠션(110), 등받이(120), 헤드 레스트(Head Rest)(130), 암 레스트(Arm Rest)(140), 도어 트림(Door trim)(150), 에너지 & 사운드 흡수 폼(160), 진동 감쇠 폼(170) 등의 자동차용 내장재를 제조하는데 사용될 수 있다.

다만, 도 5에 도시한 차량용 내장재의 종류는 예시에 불과하고, 차량용 내장재의 실시예가 이에 한정되는 것은 아닌바, 전술한 예시들 외에도 메모리 특성을 갖는 연질 폴리우레탄 폼에 의해 제조될 수 있는 차량용 내장재는 모두 본 발명의 실시예에 포함될 수 있다.

전술한 실시예에 따른 폴리우레탄 폼 형성용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 폴리우레탄 폼에 의하면, 저온 환경에서도 경도 상승률이 적어 특정 지역 및 특정 계절이 상관없이 슬로우 리커버리 특성을 유지할 수 있다.

또한, 일반 폴리우레탄 폼 수준의 압축 영구 변형률을 갖게 되어 내구성이 향상될 수 있다.

또한, 유해물질인 난연제를 사용하지 않더라도 난연 성능을 가짐으로써, 안정성과 친환경성을 모두 획득할 수 있다.

1: 차량
110: 시트 쿠션
120: 등받이
130: 헤드레스트
140: 암레스트
150: 도어 트림

Claims

50% 이상 100% 이하의 EO (Ethylene Oxide) 함량을 갖고, 4000 이상 7000 이하의 분자량을 갖는 폴리에테르 폴리올을 포함하는 제1폴리올;
0% 이상 20% 이하의 EO 함량을 갖고, 500 이상 4000 이하의 분자량을 갖는 폴리에테르 폴리올을 포함하는 제2폴리올;
30% 이상 50% 이하의 SAN(Styrene-Acrylonitrile) 함량을 갖고, 500 이상 4000 이하의 분자량을 갖는 폴리에테르 폴리올을 포함하는 제4폴리올; 및
MDI(Methylene Diphenyl Diisocyanate)를 포함하는 이소시아네이트 혼합물;을 포함하는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
제 1항에 있어서,
전체 폴리올 중량을 100중량부로 하여,
제1 폴리올은 60 이상 85 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖고,
제2 폴리올은 10 이상 35 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖고,
제4 폴리올은 0 초과 10 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
제 1항에 있어서,
10% 이상 80% 이하의 EO 함량을 갖고, 3000 이상 6000 이하의 분자량을 갖는 폴리에테르 폴리올을 포함하는 제3폴리올;을 더 포함하는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
삭제
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 이소시아네이트 혼합물은,
2,4'- MDI 이성체, 2,2'-MDI 이성체 및 4,4'-MDI 이성체를 포함하는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 제1폴리올에 포함되는 폴리에테르 폴리올은,
장사슬(long chain)을 갖는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 제1폴리올에 포함되는 폴리에테르 폴리올은,
친수성(Hydrophilic)을 갖는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 이소시아네이트 혼합물은,
80 이상 100 이하의 인덱스(index)를 갖는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
제 2 항에 있어서,
상기 전체 폴리올 100중량부 대비 0 이상 3 이하의 중량부의 가교제;
상기 전체 폴리올 100중량부 대비 0.2 이상 2.5 이하의 중량부의 정포제 및
상기 전체 폴리올 100중량부 대비 1 이상 3 이하의 중량부의 발포제;를 더 포함하는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
0% 이상 20% 이하의 EO 함량을 갖고, 500 이상 4000 이하의 분자량을 갖는 폴리에테르 폴리올을 포함하는 제2폴리올;
10% 이상 80% 이하의 EO 함량을 갖고, 3000 이상 6000 이하의 분자량을 갖는 폴리에테르 폴리올을 포함하는 제3폴리올;
30% 이상 50% 이하의 SAN(Styrene-Acrylonitrile) 함량을 갖고, 500 이상 4000 이하의 분자량을 갖는 폴리에테르 폴리올을 포함하는 제4폴리올; 및
MDI(Methylene Diphenyl Diisocyanate)를 포함하는 이소시아네이트 혼합물;을 포함하는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
제 12항에 있어서,
전체 폴리올 중량을 100중량부로 하여,
제2 폴리올은 10 이상 30 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖고,
제3 폴리올은 60 이상 85 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖고,
제4폴리올은 0 초과 10 이하의 범위에서 선택된 중량부를 갖는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
제 12항에 있어서,
상기 이소시아네이트 혼합물은,
2,4'- MDI 이성체, 2,2'-MDI 이성체 및 4,4'-MDI 이성체를 포함하는 폴리우레탄 폼 형성용 조성물.
제1항 내지 제3항 및 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항의 폴리우레탄 폼 형성용 조성물에 의해 제조되는 폴리우레탄 폼.
제 15항에 따른 상기 폴리우레탄 폼을 포함하는 차량용 내장재.