KR102258434B1 - 차량시트용 폴리우레탄 폼 - Google Patents

차량시트용 폴리우레탄 폼 Download PDF

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이형규
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고재왕
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Abstract

본 발명은 차량시트용 폴리우레탄 폼에 관한 것으로, 폴리올 화합물 100 중량부, 이소시아네이트 프리폴리머 190 중량부, 글리콜 3 중량부, 황변방지제 0.5 중량부, 촉매 0.5 중량부; 및 발포제 5 중량부를 포함하며, 상기 폴리올 화합물은 에테르폴리올 중합체인 것을 특징으로 한다.

Description

차량시트용 폴리우레탄 폼{Polyurethane Foam for Vehicle Seat}
본 발명은 차량시트용 폴리우레탄폼에 관한 것으로, 주성분인 폴리올의 배합 조건에 따라 쿠션성, 기계적 강도 및 발포 시 물성제어가 가능한 차량 시트용 폴리우레탄 폼에 관한 것이다.
폴리우레탄은 용도에 따라 폼(Foam)과 비폼(Non-Foam)으로 크게 나눌 수 있으며, 폴리우레탄 폼의 적용 범위는 가벼움과 탄성이 우수하여 다양한 용도에 적용될 수 있다. 경질 폴레우레탄폼은 기계적물성과 단열성이 우수하여 보온, 냉동을 요하는 곳과 차량용, 건축 토목분야에 적용되고 있으며, 연질 type은 양호한 쿠션성, 기계적 강도(신율, 인장강도, 내마모성)가 좋고 Open Cell구조를 가짐으로써 통기성이 좋고 배합처방에 따른 광범위한 비중과 다양한 물성을 조절할 수 있어 자동차분야. 가구분야 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있다.
이러한 연질 폴리우레탄폼은 폴리하이드록실 화합물, 유기 폴리이소시아네이트, 촉매, 정포제(整泡劑), 발포제(물) 및 첨가제를 사용하여 반응시키는 방법이 제안되어 있고, 연질 폴리우레탄폼으로서 톨루엔디이소시아네이트를 이소시아네이트 성분으로 사용한 기술이 이미 널리 알려져 있다. 이와 관련된 문헌으로는 일본 특허출원 공개번호 2001-172356호가 개시된 적이 있었다.
이와 같이, 이런 연질 폴리우레탄 폼을 제조하기 위해 다양한 성분 및 방법들이 제시되어 오고 있으나, 차량 시트에 적합하도록 발포율이 우수하며 경도가 낮고, 물성의 제어가 용이한 연질 폴리우레탄에 대한 개발이 시급한 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발포률이 우수하며, 경도를 낮출 수 있음과 동시에 물성의 제어가 용이한 차량 시트용 폴리우레탄폼을 제시하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량시트용 폴리우레탄 폼은 폴리올 화합물 100 중량부, 이소시아네이트 프리폴리머 190 중량부, 글리콜 3 중량부, 황변방지제 0.5 중량부, 촉매 0.5 중량부 및 발포제 5 중량부를 포함하며, 상기 폴리올 화합물은 에테르폴리올 중합체인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 에테르 폴리올 중합체는 폴리프로필렌글리콜(Polypropylene glycol), 폴리테트라메틸렌글리콜(Polytetramethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol) 중에서 하나 이상 선택되어 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 이소시아네이트 프리폴리머는 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene diisocyanate), 4.4-디페닐메탄디이소시아네이트(4.4-Diphenyl methane diisocyanate), 헥사메틸렌디이소시아네이트(Hexamethylenediisocyanate) 및 이소포론디이소시아네이트(Isophorone diisocyanate) 중에서 선택되는 어느 하나의 이소시아네이트와 에테르 폴리올 중합체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 차량시트용 폴리우레탄 폼은 발포율이 우수하다는 이점이 있다.
또한, 발포제와 발포 몰드의 온도를 제어하여 발포률을 극대화시킬 수 있다는 이점이 있다.
또한, 경도를 낮출 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 8 따른 차량시트용 폴리우레탄 폼을 활용하여 제조된 폴리우레탄 폼을 촬영한 사진이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 차량 시트용 폴리우레탄 폼은 폴리올 화합물 100 중량부, 이소시아네이트 프리폴리머 190 중량부, 글리콜 3 중량부, 황변방지제 0.5 중량부, 촉매 0.5 중량부, 발포제 5 중량부를 포함한다.
일반적으로 폴리우레탄 폼의 원료는 폴리올 화합물(R액) 및 이소시아네이트 프리폴리머(P액)로 구분된다.
본 발명에서 폴리올 화합물은 에테르 폴리올 중합체를 사용하였으며, 구체적으로는 폴리프로필렌글리콜(Polypropylene glycol), 폴리테트라메틸렌글리콜(Polytetramethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol) 중에서 하나 이상 선택되어 혼합된 혼합물이다. 이와 같이, 폴리올 화합물로 에테르폴리올을 사용하는 것은, 폴리우레탄폼의 발포율을 극대화시키고, 경도를 최소화하기 위한 것으로 이와 관련해서는 하기 한 실험예에서 자세하게 설명하기로 한다.
촉매는 중합반응을 촉진시키되, 반응속도를 조절하기 위해 첨가되며, 발포제는 폴리우레탄 중합 반응 중, 이소시아네이트와 반응하여 기포를 형성하는 역할을 한다. 촉매 및 발포제의 첨가량은 발포율을 극대화시킴과 동시에 경도를 최소화하기 위해 최적화된 첨가량으로 이와 관련해서도 하기한 실험예에서 자세하게 설명하기로 한다.
또한, 이소시아네이트 프리폴리머는 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene diisocyanate), 4.4-디페닐메탄디이소시아네이트(4.4-Diphenyl methane diisocyanate), 헥사메틸렌디이소시아네이트(Hexamethylenediisocyanate) 및 이소포론디이소시아네이트(Isophorone diisocyanate) 중에서 선택되는 어느 하나의 이소시아네이트와 폴리올 중합체를 포함한다. 이때, 이소시아네트와 반응하는 폴리올 중합체는 에테르 폴리올 중합체인 것이 바람직하다.
이때, 이소시아네이트는 적어도 2개 이상의 이소시아네이트를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하며, 이소시아네이트 및 폴리올의 혼합 질량비는 34:16으로 혼합되는 것이 바람직하다.
그리고, 글리콜은 에틸렌글리콜(Ethylene glycol), 1,4-부탄디올(1,4-Butanol), 디에틸렌글리콜(Diethylene glycol), 3-메틸-1,5펜탄디올(3-methyl-1,5-pentanediol) 중에서 하나 선택되는 것이 바람직하다.
폴리올의 종류 및 발포제의 함량을 달리하여 폴리우레탄 폼을 제조하고, 반응성 테스트를 실험한 결과를 하기 실험예에서 설명하기로 한다.
<실험예 1>
본 실험예 1에서는 에스터 폴리올을 사용하여 본 발명에 따른 폴리우레탄 폼을 제조하고 반응성을 실험하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1에서는 폴리올로 디에틸렌 글리콜 아디핀산(diethylene glycol adipate)을 사용하였으며, 실시예 2에서는 에틸렌 글리콜콰 디에틸렌 글리콜 아디핀산(iethylene glycol adipate) 혼합하여 사용하였다. 실시예 3에서는 실시예2의 폴리올과 아크릴의 공중합으로 제조된 폴리머릭 에스터 폴리올(Polymeric of Ester polyol)을 사용하여 폴리우레탄 폼을 제조하였으며, 실시예 2의 폴리올 100중량부에 대하여, 아크릴을 40 중량부 첨가하여 중합하였다.
이소시아네이트 프리폴리머, 글리콜, 황변 방지제, 촉매 및 발포제의 첨가량은 모두 동일하게 제조하였으며, 제조 과정 중의 크림타임(C.T), Tack Free Time(T.F.T), 라이징 타임(R.T), Free Rising Density(F.B.D), 몰드 온도, 탈형 시간 및 경도를 측정하였다.
이때, 크림타임은 사출부터 발포가 시작되는 시간이며, Tack Free Time은 손으로 만져보았을 때, 폴리우레탄 원액이 묻지 않을 때까지의 시간이며, 라이징 타임은 발포가 더 이상 올라오지 않을 때까지의 시간을 말한다. 또한, Free Rising Density는 압을 받지 않을 때의 비중으로 폴리우레탄 폼의 완성도를 확인하기 위한 것이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
폴리올 화합물
(중량부)		 디에틸렌 글리콜 아디핀산
(diethylene glycol adipate)
100		 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 디에틸렌 글리콜 아디핀산(diethylene glycol adipate) 혼합물
100		 폴리머릭 에스터 폴리올(Polymeric of Ester polyol)
100
이소시아네이트 프리폴리머
(중량부)		 190 190 190
글리콜
(중량부)		 3.0 3.0 3.0
황변방지제
(중량부)		 0.5 0.5 0.5
촉매
(중량부)		 1.0 1.0 1.0
발포제
(중량부)		 1.0 1.0 1.0
실험결과 실시예 1 실시예 2 실시예 3
C.T (sec) 5 7 7
R.T (sec) 25 30 33
T.F.T (sec) 35 40 45
F.B.D (g/cc) 0.15 0.15 0.145
Mold 온도 (℃) 40 40 40
탈형시간 (min) 30 30 30
경도 (shore) 60 60 55
사진
Figure 112020003515550-pat00001
Figure 112020003515550-pat00002
Figure 112020003515550-pat00003
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 에스터계 폴리올을 사용하여 폴리우레탄 폼을 발포시키는 경우, 크림 타임이 매우 짧게 나타나며, 경도도 차량 시트에 적용하기에는 다소 높은 수치로 나타남을 알 수 있다.
<실험예 2>
본 실험예 2에서는 에테르 폴리올을 사용하여 본 발명에 따른 폴리우레탄 폼을 제조하고 반응성을 실험하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 4에서는 폴리프로필렌글리콜(Polypropylene glycol)를 사용하였으며, 실시예 5에서는 폴리프로필렌글리콜(Polypropylene glycol)과 아크릴의 공중합으로 제조된 폴리머릭 에테르 폴리올(Polymeric of ether polyol)을 사용하였으며, 실시예 6에서는 폴리에틸렌프로필렌글리콜(Polyethylenepropylene glycol)과 아크릴의 공중합으로 제조된 폴리머릭 에테르 폴리올(Polymeric of ether polyol)을 사용하였다. 이때. 실시예 5의 폴리머릭 에테르 폴리올은 플리프로필렌 글리콜 100 중량부에 대하여, 아크릴 40 중량부를 첨가하여 중합하였으며, 실시예 6의 폴리머릭 에테르 폴리올은 폴리에틸렌프로필렌글리콜 100 중량부에 대하여, 아크릴 40 중량부를 첨가하여 중합하였다.
실험예 1과같이 이소시아네이트 프리폴리머, 글리콜, 황변 방지제, 촉매 및 발포제의 첨가량은 모두 동일하게 제조하였으며, 제조 과정 중의 크림타임(C.T), Tack Free Time(T.F.T), 라이징 타임(R.T), Free Rising Density(F.B.D), 몰드 온도, 탈형 시간 및 경도를 측정하였다.
실시예 4 실시예 5 실시예 6
폴리올 화합물
(중량부)		 폴리프로필렌글리콜
(Polypropylene glycol)
100		 폴리프로필렌글리콜(Polypropylene glycol) 및 아크릴의 공중합체
(Polymeric of ether polyol)
100		 폴리 에틸렌프로필렌글리콜(Polypropylene glycol) 및 아크릴의 공중합체
(Polymeric of ether polyol)
100
이소시아네이트 프리폴리머
(중량부)		 190 190 190
글리콜
(중량부)		 3.0 3.0 3.0
황변방지제
(중량부)		 0.5 0.5 0.5
촉매
(중량부)		 1.0 1.0 1.0
발포제
(중량부)		 1.0 1.0 1.0
항 목 실시예 4 실시예 5 실시예 6
C.T (sec) 9 10 10
R.T (sec) 40 38 42
T.F.T (sec) 65 68 70
F.B.D (g/cc) 0.13 0.16 0.13
Mold 온도 (℃) 40 40 40
탈형시간 (min) 40 40 40
경도 (shore) 20 24 17
사진
Figure 112020003515550-pat00004
Figure 112020003515550-pat00005
Figure 112020003515550-pat00006
상기 표 2에 기재된 바와 같이, 실시예 4에 따른 발명은 미성형된 부분이 존재함을 알 수 있었으며, 실시예 6에 따른 폴리우레탄폼은 경도도 낮고 폼의 형상이 완전하게 형성된 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 차량 시트용 폴리우레탄 폼에 사용되는 폴리올은 에테르 폴리올을 사용하되, 폴리프로필렌글리콜(Polypropylene glycol), 폴리테트라메틸렌글리콜(Polytetramethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol) 중에서 하나 이상 선택되어 혼합된 폴리올 혼합물을 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
<실험예 3>
본 실험예 3에서는 발포제의 함량에 따른 발포성을 비교하였다. 실시예 7 내지 10에서 발포제의 함량을 2 내지 5 중량부만큼 조절하여 폴리우레탄 폼을 제조하였다. 이때, 실시예 7 내지 10 모두 상기 실험예 2에 따른 에테르계 폴리올을 사용하였으며, 이소시아네이트 프리폴리머, 글리콜, 황변 방지제, 촉매의 첨가량은 모두 동일하게 하였다.
그 후 폴리우레탄 폼의 제조 과정 중의 크림타임(C.T), Tack Free Time(T.F.T), 라이징 타임(R.T), Free Rising Density(F.B.D), 몰드 온도, 탈형 시간 및 경도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
폴리올 화합물
(중량부)		 100 100 100 100
이소시아네이트 프리폴리머
(중량부)		 190 190 190 190
글리콜
(중량부)		 3.0 3.0 3.0 3.0
황변방지제
(중량부)		 0.5 0.5 0.5 0.5
촉매
(중량부)		 0.5 0.5 0.5 0.5
발포제
(중량부)		 4.0 5.0 3.0 2.0
항 목 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
배 합 비 100/190 100/190 100/190 100/190
C.T (sec) 12 13 12 12
R.T (sec) 52 58 50 52
T.F.T (sec) 76 82 67 66
F.B.D (g/cc) 0.09 0.07 0.09 0.1
Mold 온도 (℃) 40 40 40 40
탈형시간 (min) 40 40 40 40
경도 (shore) 15 13 15 16
사진
Figure 112020003515550-pat00007
Figure 112020003515550-pat00008
Figure 112020003515550-pat00009
Figure 112020003515550-pat00010
상기 표 3에 나타난 바와 같이 실시예 8에 따른 폴리우레탄 폼의 형태가 안정적으로 형성되었으며, 경도도 가장 낮을 뿐만 아니라 크림타임도 비교적 길게 나타나 발포의 제어가 용이하며, 차량용 시트에 적합함을 알 수 있다.
본 발명에서는 상기 실시예 7을 기초로 몰드의 온도와 탈형시간을 제어하여, 본 발명에 따른 폴리우레탄 폼의 형태와 밀도 등을 적절하게 조절하였으며, 그 결과는 도 1과 같다. 이때, 몰드의 온도는 70℃, 탈형시간은 60분으로 설정하였다.
도 1은 본 발명의 실시예 8에 따른 따른 차량시트용 폴리우레탄 폼을 활용하여 제조된 폼을 촬영한 사진으로 형태가 온전한 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

Claims (3)

  1. 에테르폴리올 중합체인 폴리올 화합물 100 중량부;
    이소시아네이트 프리폴리머 190 중량부;
    글리콜 3 중량부;
    황변방지제 0.5 중량부;
    촉매 0.5 중량부; 및
    발포제 5 중량부;를 포함하며,
    상기 에테르폴리올 중합체는,
    폴리에틸렌프로필렌 글리콜(Polypropylene glycol) 100 중량부에 대하여 아크릴 40 중량부가 공중합된 폴리머릭 에테르 폴리올(Polymeric of ether polyol)인 것을 특징으로 하는 차량시트용 폴리우레탄 폼.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 이소시아네이트 프리폴리머는
    톨루엔 디이소시아네이트(Toluene diisocyanate), 4.4-디페닐메탄디이소시아네이트(4.4-Diphenyl methane diisocyanate), 헥사메틸렌디이소시아네이트(Hexamethylenediisocyanate) 및 이소포론디이소시아네이트(Isophorone diisocyanate) 중에서 선택되는 어느 하나의 이소시아네이트와
    에테르 폴리올 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량시트용 폴리우레탄 폼.
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