KR102299012B1 - Polyurethane foam composite for shock absorption comprising shear thickening fluid and method for preparing same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공성이고, 폴리우레탄을 포함하는 매트릭스; 및 상기 매트릭스에 분포하고, 전단농화유체를 포함하는 도메인;을 포함하고, 상기 전단농화유체는 글리콜과 실리카를 포함하는 것인, 폴리우레탄 폼 복합체에 관한 것이다. 본 발명의 폴리우레탄 폼 복합체는 전단농화유체를 포함하고, 우레탄 결합으로 폴리우레탄과 전단농화유체가 연결되어, 충격 흡수 성능이 우수한 효과가 있다.The present invention relates to a matrix comprising a porous, polyurethane; And it is distributed in the matrix, and a domain comprising a shear thickening fluid; includes, wherein the shear thickening fluid will include glycol and silica, it relates to a polyurethane foam composite. The polyurethane foam composite of the present invention includes a shear thickening fluid, and the polyurethane and the shear thickening fluid are connected by a urethane bond, thereby having an excellent impact absorption performance.

Description

전단농화유체를 함유한 충격흡수용 폴리우레탄 폼 복합체 및 그 제조방법{POLYURETHANE FOAM COMPOSITE FOR SHOCK ABSORPTION COMPRISING SHEAR THICKENING FLUID AND METHOD FOR PREPARING SAME}Polyurethane foam composite for shock absorption containing shear thickening fluid and manufacturing method thereof

본 발명은 폴리우레탄 폼 복합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전단농화유체를 적용한 충격흡수용 폴리우레탄 폼 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to a polyurethane foam composite, and more particularly, to a polyurethane foam composite for shock absorption to which a shear thickening fluid is applied.

충격 흡수 소재는 충격에너지를 흡수하여 물체 또는 신체에 상해를 줄이는 역할을 하며 플라스틱 폼 소재가 대표적으로 다양하게 사용된다. 플라스틱 폼 소재는 내부에 작은 사이즈의 기공을 많이 가지고 있어 완충성이 뛰어나며, 비교적 가볍고 유연성이 우수하다는 장점을 가지고 있다. 폴리우레탄, 폴리스틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 고분자 재료가 발포제품에 주로 사용되며 그 중, 상대적으로 밀도가 높으며 딱딱하고 견고한 형태의 폴리우레탄 및 폴리스틸렌 폼이 주로 충격 흡수 소재로 사용된다.Shock absorbing materials absorb impact energy to reduce injuries to objects or bodies, and plastic foam materials are typically used in a variety of ways. The plastic foam material has a lot of small-sized pores inside, so it has excellent cushioning properties, and has the advantage of being relatively light and flexible. Polymer materials such as polyurethane, polystyrene, polypropylene, and polyethylene are mainly used for foaming products.

그러나, 종래 플라스틱 폼 형태의 충격 흡수 소재는 너무 쉽게 변형되면 효과적으로 외부 충격을 막지 못하는 반면 변형이 어려우면 폼 자체가 충격 물체가 될 수 있다. 또한, 플라스틱 폼의 충격 흡수 효과를 높이고자 할 때 부피가 커져 이를 이용할 때 불편함이 발생한다.However, when the conventional plastic foam-type shock-absorbing material is deformed too easily, it cannot effectively block external impact, whereas if it is difficult to deform, the foam itself may become an impact object. In addition, when trying to increase the impact absorption effect of the plastic foam, the volume increases, and inconvenience occurs when using the plastic foam.

본 발명의 목적은 전단농화유체를 폴리우레탄과 우레탄 결합으로 연결함으로써 충격흡수능력이 향상된 폴리우레탄 폼 복합체를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a polyurethane foam composite with improved shock absorption ability by connecting the shear thickening fluid with polyurethane and urethane bonds.

본 발명의 일 측면에 따르면, 다공성이고, 폴리우레탄을 포함하는 매트릭스; 및 상기 매트릭스에 분포하고, 전단농화유체를 포함하는 도메인;을 포함하고, 상기 전단농화유체는 글리콜과 실리카를 포함하는 것인, 폴리우레탄 폼 복합체가 제공된다.According to one aspect of the present invention, a porous matrix comprising a polyurethane; and a domain distributed in the matrix and including a shear thickening fluid, wherein the shear thickening fluid includes glycol and silica, a polyurethane foam composite is provided.

또한, 상기 도메인과 상기 매트릭스가 아래 구조식 1로 표시되는 우레탄 결합으로 연결되고, 상기 우레탄 결합이 상기 매트릭스의 폴리우레탄과 상기 전단농화유체의 글리콜을 연결할 수 있다.In addition, the domain and the matrix may be connected by a urethane bond represented by Structural Formula 1 below, and the urethane bond may connect the polyurethane of the matrix and the glycol of the shear thickening fluid.

[구조식 1][Structural Formula 1]

Figure 112019091123796-pat00001
Figure 112019091123796-pat00001

또한, 상기 폴리우레탄 폼 복합체가 상기 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 상기 전단농화유체 1 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.In addition, the polyurethane foam composite may include 1 to 30 parts by weight of the shear thickening fluid based on 100 parts by weight of the polyurethane.

또한, 상기 전단농화유체가 상기 글리콜 100 중량부에 대하여 상기 실리카 5 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.In addition, the shear thickening fluid may include 5 to 30 parts by weight of the silica based on 100 parts by weight of the glycol.

또한, 상기 폴리우레탄이 폴리올 화합물과 이소시아네이트 화합물을 축합 반응시켜 제조한 것일 수 있다.In addition, the polyurethane may be prepared by condensation reaction of a polyol compound and an isocyanate compound.

또한, 상기 폴리올 화합물이 폴리에테르 폴리올 및 폴리에스터 폴리올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the polyol compound may include at least one selected from the group consisting of polyether polyols and polyester polyols.

또한, 상기 폴리에테르 폴리올이 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리메틸렌글리콜, 및 폴리테트라메틸렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 폴리에스테르 폴리올이 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 프로판디올, 부탄디올, 네오펜틸글리콜, 펜탄디올 및 헥산디올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상과 숙신산, 아디핀산, 세바스산, 아젤라산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 푸마르산, 말레산, 옥살산 및 나프틸렌디카복실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 에스테르화 반응시켜 제조한 것으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the polyether polyol includes at least one selected from the group consisting of polyethylene glycol, polypropylene glycol, polymethylene glycol, and polytetramethylene glycol, and the polyester polyol is ethylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol , propanediol, butanediol, neopentyl glycol, pentanediol, and at least one selected from the group consisting of hexanediol, and succinic acid, adipic acid, sebacic acid, azelaic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, fumaric acid, maleic acid, oxalic acid and naph It may include at least one selected from the group consisting of a esterification reaction of at least one selected from the group consisting of tylene dicarboxylic acid.

또한, 상기 이소시아네이트 화합물이 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 카보디이미드-개질된 MDI, 폴리머릭 MDI, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 수소 첨가 MDI, 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트(H12MDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 1,4-시클로헥실메탄 디이소시아네이트(CHDI), 2,4-톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 2,6-톨루엔 디이소시아네이트(TDI) 및 아이소포론 디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the isocyanate compound is 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), carbodiimide-modified MDI, polymeric MDI, hexamethylene diisocyanate, hydrogenated MDI, 4,4'-dicyclohexylmethane Diisocyanate (H 12 MDI), isophorone diisocyanate (IPDI), 1,4-cyclohexylmethane diisocyanate (CHDI), 2,4-toluene diisocyanate (TDI), 2,6-toluene diisocyanate (TDI) And it may include at least one selected from the group consisting of isophorone diisocyanate.

또한, 상기 글리콜이 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리-1,2-프로필렌글리콜, 폴리-1,3-프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the glycol is ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, polyethylene glycol, poly-1,2-propylene glycol, poly-1,3-propylene glycol, the group consisting of polytetramethylene glycol It may include one or more selected from.

또한, 상기 폴리에틸렌글리콜의 수평균분자량이 100 내지 4,000일 수 있다.In addition, the number average molecular weight of the polyethylene glycol may be 100 to 4,000.

또한, 상기 실리카는 흄드 실리카(fumed silica), 구형 실리카(spherical silica) 및 용융 실리카(fused silica)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the silica may include at least one selected from the group consisting of fumed silica, spherical silica, and fused silica.

본 발명의 또 다른 하나의 측면에 따르면, 상기 폴리우레탄 폼 복합체를 포함하는 충격흡수소재가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a shock-absorbing material comprising the polyurethane foam composite.

본 발명의 또 다른 하나의 측면에 따르면, (a) 실리카와 글리콜을 포함하는 전단농화유체를 제조하는 단계; (b) 폴리올과 상기 전단농화유체를 혼합하고 교반하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 제1 혼합물에 이소시아네이트 화합물을 혼합하고 교반하여 몰드에 주입한 후 반응시켜 폴리우레탄 폼 복합체를 제조하는 단계;를 포함하는 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) preparing a shear thickening fluid comprising silica and glycol; (b) preparing a first mixture by mixing and stirring the polyol and the shear thickening fluid; And (c) mixing and stirring the isocyanate compound in the first mixture and reacting after injecting into a mold to prepare a polyurethane foam composite; is provided a method for producing a polyurethane foam composite comprising.

또한, 상기 전단농화유체가 상기 글리콜 100 중량부에 대하여 상기 실리카 5 내지 30 중량부를 포함할 수 있다. In addition, the shear thickening fluid may include 5 to 30 parts by weight of the silica based on 100 parts by weight of the glycol.

또한, 상기 폴리우레탄 폼 복합체가 상기 폴리우레탄 폼 복합체 100중량부에 대하여 상기 전단농화유체 1 내지 30중량부를 포함할 수 있다.In addition, the polyurethane foam composite may include 1 to 30 parts by weight of the shear thickening fluid with respect to 100 parts by weight of the polyurethane foam composite.

또한, 상기 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법이 상기 단계 (b) 이후에, (b-1) 상기 제1 혼합물에 촉매를 추가로 첨가하고 교반하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the method for producing the polyurethane foam composite after the step (b), (b-1) further adding a catalyst to the first mixture and stirring; may further include.

또한, 단계 (b)의 교반이 5 내지 120 초 동안 수행되고, 단계 (c)의 교반이 2 내지 60 초 동안 수행되고, 단계 (b-1)의 교반이 5 내지 100 초 동안 수행될 수 있다.In addition, the stirring of step (b) may be performed for 5 to 120 seconds, the stirring of step (c) may be performed for 2 to 60 seconds, and the stirring of step (b-1) may be performed for 5 to 100 seconds. .

또한, 단계 (c)의 반응이 몰드에서 40 내지 70℃의 온도로 수행될 수 있다.In addition, the reaction of step (c) may be carried out in a mold at a temperature of 40 to 70 ℃.

또한, 단계 (c)의 상기 제1 혼합물이 발포제를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the first mixture of step (c) may further include a blowing agent.

본 발명의 폴리우레탄 폼 복합체는 전단농화유체를 포함하고, 우레탄 결합으로 폴리우레탄과 전단농화유체가 연결되어 충격 흡수 성능이 우수한 효과가 있다.The polyurethane foam composite of the present invention includes a shear thickening fluid, and the polyurethane and the shear thickening fluid are connected by a urethane bond, thereby having an excellent impact absorption performance.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 제조예 1에 따라 제조된 전단농화유체의 전단속도(shear rate)에 따른 점도 변화를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 따라 제조된 폴리우레탄 폼의 주사전자 현미경 이미지를 나타낸 것이다.
도 3a는 제조예 1에 따른 전단농화유체 및 실시예 3에 따른 폴리우레탄 폼의 FT-IR 스펙트럼이고, 도 3b는 비교예 1에 따라 제조된 폴리우레탄 폼의 FT-IR 스펙트럼이다.
도 4는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 따라 제조된 폴리우레탄 폼의 후면변형을 나타낸 것이다.
These drawings are for reference in describing an exemplary embodiment of the present invention, and the technical spirit of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
1 shows the change in viscosity according to the shear rate of the shear thickening fluid prepared according to Preparation Example 1. FIG.
Figure 2 shows a scanning electron microscope image of the polyurethane foam prepared according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 1.
3a is an FT-IR spectrum of the polyurethane foam according to Example 3 and the shear thickening fluid according to Preparation Example 1, and FIG. 3b is an FT-IR spectrum of the polyurethane foam prepared according to Comparative Example 1.
Figure 4 shows the rear deformation of the polyurethane foam prepared according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 1.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily carry out the present invention.

그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention in describing the present invention, the detailed description thereof will be omitted. .

본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 도는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, element, or combination thereof described in the specification exists, but is one or more other features or It should be understood that the existence or addition of numbers, steps, acts, elements, or combinations thereof, is not precluded in advance.

또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Also, terms including an ordinal number such as first, second, etc. to be used below may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, when it is said that a component is "formed" or "stacked" on another component, it may be formed or laminated directly attached to the front surface or one surface on the surface of the other component. It should be understood that other components may be present in the .

또한, 본원에서 "매트릭스(matrix)"는 본 발명의 폴리우레탄 폼 복합체에서 기공과 기공 사이에 존재하는 폴리우레탄을 포함하는 연속상(continuous phase)을 의미한다.In addition, as used herein, "matrix (matrix)" means a continuous phase comprising the polyurethane present between the pores and pores in the polyurethane foam composite of the present invention.

또한, 본원에서 "도메인(domain)"은 상기 매트릭스 내부에 존재하고, 전단농화유체를 포함하는 불연속상(non-continuous phase)을 의미한다.In addition, as used herein, the term “domain” refers to a non-continuous phase that exists in the matrix and includes a shear thickening fluid.

이하 폴리우레탄 폼 복합체를 설명하기에 앞서 전단농화유체에 대하여 설명한다.Hereinafter, the shear thickening fluid will be described before describing the polyurethane foam composite.

전단농화유체(Shear Thickening Fluid, STF)란 비뉴턴유체의 일종으로 액상 분산매에 고체 입자가 분산되어 있는 콜로이드와 같은 현탁액에서 전단응력(shear stress)또는 전단속도(shear rate)가 증가했을 때 점도가 급격하게 증가하는 유변학적 특성으로 인하여 액상에서 고상으로의 가역적 상태변화를 일으키는 유체이다.Shear Thickening Fluid (STF) is a type of non-Newtonian fluid. In a colloid-like suspension in which solid particles are dispersed in a liquid dispersion medium, the viscosity increases when shear stress or shear rate increases. It is a fluid that causes a reversible state change from liquid to solid due to its rapidly increasing rheological properties.

전단농화유체는 평소에는 액상으로 있다가 외부에서 급격한 충격이 가해질 경우 고체상으로 상 변화가 일어나 딱딱해지는 특성으로 인해 오늘날 섬유에 함침시켜 방탄 또는 방검 재료로 이용되는 연구가 활발히 진행되고 있다.The shear thickening fluid is normally in a liquid state, but when a sudden impact is applied from the outside, the phase change occurs to a solid state and becomes hard.

이하, 본 발명의 전단농화유체를 함유한 충격흡수용 폴리우레탄 폼 복합체 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, the polyurethane foam composite for shock absorption containing the shear thickening fluid of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail. However, this is provided as an example, and the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the claims to be described later.

본 발명의 폴리우레탄 폼 복합체는 폴리우레탄 폼 및 전단농화유체를 포함한다.The polyurethane foam composite of the present invention includes a polyurethane foam and a shear thickening fluid.

상세하게는, 상기 폴리우레탄 폼 복합체는 다공성이고, 폴리우레탄을 포함하는 매트릭스; 및 상기 매트릭스에 분포하고, 전단농화유체를 포함하는 도메인;을 포함하고, 상기 전단농화유체는 글리콜과 실리카를 포함하는 것이다.Specifically, the polyurethane foam composite is porous, a matrix comprising a polyurethane; and a domain distributed in the matrix and including a shear thickening fluid, wherein the shear thickening fluid includes glycol and silica.

또한, 상기 도메인과 상기 매트릭스가 아래 구조식 1로 표시되는 우레탄 결합으로 연결되고, 상기 우레탄 결합이 상기 매트릭스의 폴리우레탄과 상기 전단농화유체의 글리콜을 연결할 수 있다.In addition, the domain and the matrix may be connected by a urethane bond represented by Structural Formula 1 below, and the urethane bond may connect the polyurethane of the matrix and the glycol of the shear thickening fluid.

[구조식 1][Structural Formula 1]

Figure 112019091123796-pat00002
Figure 112019091123796-pat00002

또한, 상기 폴리우레탄 폼 복합체가 상기 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 상기 전단농화유체 1 내지 30 중량부를 포함할 수 있다. In addition, the polyurethane foam composite may include 1 to 30 parts by weight of the shear thickening fluid based on 100 parts by weight of the polyurethane.

또한, 상기 전단농화유체가 상기 글리콜 100 중량부에 대하여 상기 실리카 5 내지 30 중량부를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 25 중량부, 더욱 바람직하게는 12 내지 20 중량부를 포함할 수 있다.In addition, the shear thickening fluid may contain 5 to 30 parts by weight of the silica based on 100 parts by weight of the glycol, preferably 10 to 25 parts by weight, more preferably 12 to 20 parts by weight.

또한, 상기 폴리우레탄이 폴리올 화합물과 이소시아네이트 화합물을 축합 반응시켜 제조한 것일 수 있다.In addition, the polyurethane may be prepared by condensation reaction of a polyol compound and an isocyanate compound.

또한, 상기 폴리올 화합물이 폴리에테르 폴리올 및 폴리에스터 폴리올을 포함할 수 있다.In addition, the polyol compound may include a polyether polyol and a polyester polyol.

또한, 상기 폴리에테르 폴리올이 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리메틸렌글리콜, 및 폴리테트라메틸렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 폴리에스테르 폴리올이 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 프로판디올, 부탄디올, 네오펜틸글리콜, 펜탄디올 및 헥산디올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상과 숙신산, 아디핀산, 세바스산, 아젤라산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 푸마르산, 말레산, 옥살산 및 나프틸렌디카복실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 에스테르화 반응시켜 제조한 것으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the polyether polyol includes at least one selected from the group consisting of polyethylene glycol, polypropylene glycol, polymethylene glycol, and polytetramethylene glycol, and the polyester polyol is ethylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol , propanediol, butanediol, neopentyl glycol, pentanediol, and at least one selected from the group consisting of hexanediol, and succinic acid, adipic acid, sebacic acid, azelaic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, fumaric acid, maleic acid, oxalic acid and naph It may include at least one selected from the group consisting of a esterification reaction of at least one selected from the group consisting of tylene dicarboxylic acid.

또한, 상기 이소시아네이트 화합물이 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 카보디이미드-개질된 MDI, 폴리머릭 MDI, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 수소 첨가 MDI, 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트(H12MDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 1,4-시클로헥실메탄 디이소시아네이트(CHDI), 2,4-톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 2,6-톨루엔 디이소시아네이트(TDI) 및 아이소포론 디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며 바람직하게는 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트를 포함할 수 있다.In addition, the isocyanate compound is 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), carbodiimide-modified MDI, polymeric MDI, hexamethylene diisocyanate, hydrogenated MDI, 4,4'-dicyclohexylmethane Diisocyanate (H 12 MDI), isophorone diisocyanate (IPDI), 1,4-cyclohexylmethane diisocyanate (CHDI), 2,4-toluene diisocyanate (TDI), 2,6-toluene diisocyanate (TDI) And it may include at least one selected from the group consisting of isophorone diisocyanate, preferably 4,4'-diphenylmethane diisocyanate.

또한, 상기 폴리우레탄은 중량평균분자량이 10,000 내지 2,000,000인 것일 수 있다. In addition, the polyurethane may have a weight average molecular weight of 10,000 to 2,000,000.

또한, 상기 글리콜이 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리-1,2-프로필렌글리콜, 폴리-1,3-프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the glycol is ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, polyethylene glycol, poly-1,2-propylene glycol, poly-1,3-propylene glycol, the group consisting of polytetramethylene glycol It may include one or more selected from.

또한, 상기 폴리에틸렌글리콜의 수평균분자량이 100 내지 4,000, 바람직하게는 100 내지 1,000 보다 바람직하게는 100 내지 500, 보다 더욱 바람직하게는 100 내지 300인 것일 수 있다. 폴리에틸렌글리콜의 수평균분자량이 100 미만일 경우 전단농화현상이 나타날 때 점도 상승이 부족하게 일어나 전단응력에 의한 충격에너지 흡수효과가 미미해짐으로 바람직하지 않고, 4,000을 초과 할 경우 유체로서의 특성이 사라지면서 전단농화현상이 발생하기 어려우므로 바람직하지 않다. In addition, the number average molecular weight of the polyethylene glycol may be 100 to 4,000, preferably 100 to 1,000, more preferably 100 to 500, even more preferably 100 to 300. When the number average molecular weight of polyethylene glycol is less than 100, when the shear thickening phenomenon occurs, the viscosity increase is insufficient, and the effect of absorbing shock energy due to shear stress is insignificant. It is not preferable because it is difficult for thickening to occur.

또한, 상기 실리카는 흄드 실리카(fumed silica), 구형 실리카(spherical silica) 및 용융 실리카(fused silica)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the silica may include at least one selected from the group consisting of fumed silica, spherical silica, and fused silica.

본 발명은 상기 폴리우레탄 폼 복합체를 포함하는 충격흡수소재를 제공한다.The present invention provides a shock-absorbing material comprising the polyurethane foam composite.

이하, 본 발명의 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, a method for manufacturing the polyurethane foam composite of the present invention will be described.

먼저, 실리카와 글리콜을 포함하는 전단농화유체를 제조한다(단계 a).First, a shear thickening fluid containing silica and glycol is prepared (step a).

다음으로, 폴리올과 상기 전단농화유체를 혼합하고 교반하여 제1 혼합물을 제조한다(단계 b).Next, the polyol and the shear thickening fluid are mixed and stirred to prepare a first mixture (step b).

다음으로, 상기 제1 혼합물에 이소시아네이트 화합물을 혼합하고 교반하여 몰드에 주입한 후 반응시켜 폴리우레탄 폼 복합체를 제조한다(단계 c).Next, the isocyanate compound is mixed with the first mixture and stirred to prepare a polyurethane foam composite by injecting it into a mold and reacting (step c).

또한, 상기 전단농화유체가 상기 글리콜 100 중량부에 대하여 상기 실리카 5 내지 30 중량부를 혼합하여 제조할 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 25 중량부, 더욱 바람직하게는 12 내지 20 중량부를 포함할 수 있다.In addition, the shear thickening fluid may be prepared by mixing 5 to 30 parts by weight of the silica based on 100 parts by weight of the glycol, preferably 10 to 25 parts by weight, more preferably 12 to 20 parts by weight. .

또한, 상기 폴리우레탄 폼 복합체가 상기 폴리우레탄 폼 복합체 100 중량부에 대하여 상기 전단농화유체 전단농화유체 1 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.In addition, the polyurethane foam composite may include 1 to 30 parts by weight of the shear thickening fluid, based on 100 parts by weight of the polyurethane foam composite.

또한, 상기 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법이 상기 단계 b 이후에, 상기 제1 혼합물에 촉매를 추가로 첨가하고 교반하는 단계(단계 b-1)를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the method for producing the polyurethane foam composite may further include a step (step b-1) of further adding and stirring a catalyst to the first mixture after step b.

또한, 상기 단계 b-1에서 촉매가 아민류를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 트리에틸렌아민(triethyleneamine), 펜타메틸에틸렌트리아민(pentamethylethylenetriamine), 디메틸시클로헥실아민(dimethylcyclohexylamine) 및 트리스(3-디메틸아미노)프로필헥사히드로트리아민(tris(3-dimethylamin)propylhexahydroamine) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고 더욱 바람직하게는 트리에틸렌아민을 포함할 수 있다. In addition, in step b-1, the catalyst may include amines, preferably triethyleneamine, pentamethylethylenetriamine, dimethylcyclohexylamine, and tris(3-dimethylamino). ) may include at least one selected from propylhexahydrotriamine (tris(3-dimethylamin)propylhexahydroamine), and more preferably include triethyleneamine.

또한, 상기 단계 b의 교반이 5 내지 120 초, 바람직하게는 10 내지 90 초, 보다 바람직하게는 15 내지 60 초, 보다 더욱 바람직하게는 20 내지 40 초 동안 수행될 수 있다. 상기 단계 b의 교반 시간이 5초 미만일 경우 전단농화유체를 폴리올에 분산시키기 부족하므로 바람직하지 않고, 120초를 초과할 경우 전단농화유체의 폴리올이 전단농화유체의 외부로 확산되어 전단농화현상시 점도 상승이 부족하게 일어나 전단응력에 의한 충격에너지 흡수효과가 미미하므로 바람직하지 않다. In addition, the stirring of step b may be performed for 5 to 120 seconds, preferably 10 to 90 seconds, more preferably 15 to 60 seconds, even more preferably 20 to 40 seconds. When the stirring time of step b is less than 5 seconds, it is not preferable because it is insufficient to disperse the shear thickening fluid in the polyol. It is not preferable because the effect of absorbing shock energy due to shear stress is insignificant due to insufficient rise.

또한, 상기 단계 c의 교반이 2 내지 60 초, 바람직하게는 3 내지 30 초, 보다 바람직하게는 5 내지 20 초, 보다 더욱 바람직하게는 7 내지 15 초 동안 수행될 수 있다. 상기 단계 c의 교반 시간이 2초 미만일 경우 이소시아네이트 화합물을 제1 혼합물에 분산시키기 부족하므로 바람직하지 않고, 60초 초과일 경우 전단농화유체의 폴리올이 전단농화유체의 외부로 확산되어 전단농화현상시 점도 상승이 부족하게 일어나 전단응력에 의한 충격에너지 흡수효과가 미미하므로 바람직하지 않다. In addition, the stirring in step c may be performed for 2 to 60 seconds, preferably 3 to 30 seconds, more preferably 5 to 20 seconds, even more preferably 7 to 15 seconds. If the stirring time of step c is less than 2 seconds, it is not preferable because it is insufficient to disperse the isocyanate compound in the first mixture, and if it is more than 60 seconds, the polyol of the shear thickening fluid is diffused to the outside of the shear thickening fluid It is not preferable because the effect of absorbing shock energy due to shear stress is insignificant due to insufficient rise.

또한, 상기 단계 c의 교반이 500 내지 5000 rpm, 바람직하게는 800 내지 4,000 rpm, 보다 더욱 바람직하게는 1,000 내지 3,000 rpm, 보다 더욱 바람직하게는 1,500 내지 2,000 rpm으로 수행될 수 있다. 상기 단계 c의 교반이 500rpm 미만일 경우 제1 혼합물 사이로 이소시아네이트 화합물과 충분히 혼합되지 못하여 바람직하지 않고, 5,000rpm 초과일 경우 전단농화유체의 도메인 형태가 파괴될 수 있어 바람직하지 않다.In addition, the stirring of step c may be performed at 500 to 5000 rpm, preferably 800 to 4,000 rpm, even more preferably 1,000 to 3,000 rpm, even more preferably 1,500 to 2,000 rpm. When the stirring in step c is less than 500 rpm, it is not preferable because it is not sufficiently mixed with the isocyanate compound between the first mixtures, and when it is more than 5,000 rpm, it is not preferable because the domain shape of the shear thickening fluid may be destroyed.

또한, 상기 단계 b-1의 교반이 5 내지 100 초, 바람직하게는 5 내지 70 초, 보다 바람직하게는 5 내지 50 초, 보다 더욱 바람직하게는 10 내지 30 초 동안 수행될 수 있다. 상기 단계 b-1의 교반 시간이 5초 미만일 경우 촉매를 제1 혼합물에 분산시키기 부족하므로 바람직하지 않고, 100초 초과일 경우 공정효율이 떨어지므로 바람직하지 않다. In addition, the stirring of step b-1 may be performed for 5 to 100 seconds, preferably 5 to 70 seconds, more preferably 5 to 50 seconds, even more preferably 10 to 30 seconds. When the stirring time of step b-1 is less than 5 seconds, it is not preferable because it is insufficient to disperse the catalyst in the first mixture, and when it exceeds 100 seconds, it is not preferable because the process efficiency decreases.

또한, 상기 단계 c의 반응이 몰드에서 40 내지 70℃의 온도로 수행될 수 있다. 단계 c의 수행 온도가 40℃ 미만일 경우 이소시아네이트 작용기와 폴리올 작용기와의 반응이 일어나기 어려워 바람직하지 않고, 70℃를 초과할 경우 지나치게 빠른 반응이 유도되어 반응을 조절하기 어려우므로 바람직하지 않다. In addition, the reaction of step c may be carried out in a mold at a temperature of 40 to 70 ℃. When the temperature of step c is less than 40° C., it is not preferable because the reaction between the isocyanate functional group and the polyol functional group does not occur because it is not preferable.

또한, 단계 c의 상기 제1 혼합물이 발포제를 추가로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 물, 시클로펜탄(cyclopentane), 아이소펜탄(isopentane), 노말펜탄(normalpentane), 클로로플루오로카본(chlorofluorocarbon), 히드로클로로플루오로카본(hydrochlorofluorocarbon) 및 히드로플루오로카본(hydrofluorocarbon) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 보다 더욱 바람직하게는 물을 포함할 수 있다.In addition, the first mixture of step c may further contain a blowing agent, preferably water, cyclopentane, isopentane, normalpentane, chlorofluorocarbon, It may include one or more selected from hydrochlorofluorocarbon (hydrochlorofluorocarbon) and hydrofluorocarbon (hydrofluorocarbon), and more preferably include water.

이상의 방법으로 제조된 폴리우레탄 폼 복합체는 충격흡수소재에 이용될 수 있다. 본 발명의 폴리우레탄 폼 복합체는 충격을 받으면 그 에너지를 흡수하도록 분자들이 결합하여 순식간에 단단해지며 충격에너지를 효과적으로 흡수하는 전단농화유체를 포함하므로, 충격흡수소재의 충격 흡수력을 상당히 개선시킬 수 있다.The polyurethane foam composite prepared by the above method can be used as a shock-absorbing material. When the polyurethane foam composite of the present invention receives an impact, the molecules combine to absorb the energy and become hard in an instant and contain a shear thickening fluid that effectively absorbs the impact energy.

[실시예] [Example]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described. However, this is for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited thereto.

제조예 1: 전단농화유체Preparation Example 1: Shear thickening fluid

3구 플라스크에 수평균 분자량(Mn) 200의 폴리에틸렌글리콜 85중량부를 투입하고 임펠라의 교반속도를 60rpm 이하로 교반하면서 흄드 실리카(SiO2 함량: 99.8wt%, 비표면적(BET): 200m2/g, pH: 4)를 15중량부를 첨가하고 50rpm 이하로 24시간동안 교반하여 균일한 전단농화유체를 제조하였다. 85 parts by weight of polyethylene glycol having a number average molecular weight (M n ) of 200 was put into a three-neck flask, and fumed silica (SiO 2 content: 99.8wt%, specific surface area (BET): 200m 2 / g, pH: 4) was added in 15 parts by weight and stirred at 50 rpm or less for 24 hours to prepare a uniform shear thickening fluid.

폴리우레탄 폼 복합체Polyurethane Foam Composite

실시예Example 1 One

수평균 분자량(Mn) 1,000의 폴리에틸렌글리콜과 수평균 분자량(Mn) 400의 폴리프로필렌글리콜을 70:30 중량 비율로 혼합한 폴리올 65중량부와 제조예 1에 따라 제조된 전단농화유체 5중량부를 교반기에 넣고 균질기(homogenizer)를 이용하여 30초간 교반하여 예비분산을 행함으로써 균일한 1차 혼합물을 제조하였다. 65 parts by weight of a polyol obtained by mixing polyethylene glycol having a number average molecular weight (M n ) of 1,000 and polypropylene glycol having a number average molecular weight (M n ) of 400 in a weight ratio of 70:30 and 5 weights of the shear thickening fluid prepared according to Preparation Example 1 A uniform primary mixture was prepared by putting the part in a stirrer and performing preliminary dispersion by stirring for 30 seconds using a homogenizer.

1차 혼합물에 촉매인 트리에틸렌아민 0.01중량부를 첨가하고, 발포제인 물을 3중량부 첨가한 후 20초간 교반하여 균일한 2차 혼합물을 제조하였다. 0.01 parts by weight of triethyleneamine as a catalyst was added to the primary mixture, 3 parts by weight of water as a foaming agent was added, and stirred for 20 seconds to prepare a uniform secondary mixture.

2차 예비혼합물을 1500rpm으로 교반하면서 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI)를 30중량부 첨가한 후 10초간 혼합하였다. 우레탄 중합반응이 시작되어 크리미한 발포액을 15초 이내에 몰드에 주입하여 50 내지 60℃의 온도로 30분간 몰드 성형하여 폴리우레탄 폼 복합체를 제조하였다. While stirring the secondary premix at 1500 rpm, 30 parts by weight of 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI) was added, followed by mixing for 10 seconds. The urethane polymerization reaction was started, and the creamy foaming solution was injected into the mold within 15 seconds, and mold-molded at a temperature of 50 to 60° C. for 30 minutes to prepare a polyurethane foam composite.

중합된 폴리우레탄의 밀도는 0.1915g/cm3이고, 경도는 78.6(Shore Hardness tester, F type)이었다.The density of the polymerized polyurethane was 0.1915 g/cm 3 , and the hardness was 78.6 (Shore Hardness tester, F type).

실시예Example 2 2

전단농화유체를 5중량부 사용한 것 대신에 전단농화유체를 10중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 폼 복합체를 제조하였다. 중합된 폴리우레탄의 밀도는 0.1949g/cm3이고, 경도는 73.6 이었다.A polyurethane foam composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that 10 parts by weight of the shear thickening fluid was used instead of 5 parts by weight of the shear thickening fluid. The polymerized polyurethane had a density of 0.1949 g/cm 3 and a hardness of 73.6.

실시예Example 3 3

전단농화유체를 5중량부 사용한 것 대신에 전단농화유체를 15중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 폼 복합체를 제조하였다. 중합된 폴리우레탄의 밀도는 0.1844g/cm3이고, 경도는 70.3 이었다.A polyurethane foam composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that 15 parts by weight of the shear thickening fluid was used instead of 5 parts by weight of the shear thickening fluid. The polymerized polyurethane had a density of 0.1844 g/cm 3 and a hardness of 70.3.

실시예Example 4 4

전단농화유체를 5중량부 사용한 것 대신에 전단농화유체를 20중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 폼 복합체를 제조하였다. 중합된 폴리우레탄의 밀도는 0.1851g/cm3이고, 경도는 39.0 이었다.A polyurethane foam composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that 20 parts by weight of the shear thickening fluid was used instead of 5 parts by weight of the shear thickening fluid. The density of the polymerized polyurethane was 0.1851 g/cm 3 , and the hardness was 39.0.

실시예Example 5 5

MDI를 30 중량부, 전단농화유체를 5 중량부 사용한 것 대신에 MDI를 29.25 중량부, 전단농화유체를 3.25 중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 폼 복합체를 제조하였다. A polyurethane foam composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that 29.25 parts by weight of MDI and 3.25 parts by weight of the shear thickening fluid were used instead of using 30 parts by weight of MDI and 5 parts by weight of the shear thickening fluid.

실시예Example 6 6

MDI를 30 중량부, 전단농화유체를 5 중량부 사용한 것 대신에 MDI를 30.79 중량부, 전단농화유체를 3.42 중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 폼 복합체를 제조하였다. A polyurethane foam composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that 30.79 parts by weight of MDI and 3.42 parts by weight of the shear thickening fluid were used instead of using 30 parts by weight of MDI and 5 parts by weight of the shear thickening fluid.

비교예comparative example 1 One

전단농화유체를 5중량부 사용한 것 대신에 전단농화유체를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 폼을 제조하였다. 중합된 폴리우레탄의 밀도는 0.1835g/cm3이고, 경도는 81.6 이었다.A polyurethane foam was prepared in the same manner as in Example 1, except that the shear thickening fluid was not used instead of using 5 parts by weight of the shear thickening fluid. The polymerized polyurethane had a density of 0.1835 g/cm 3 and a hardness of 81.6.

비교예comparative example 2 2

MDI를 30 중량부, 전단농화유체를 5중량부 사용한 것 대신에 MDI를 29.25 중량부 사용하고, 전단농화유체를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 폼을 제조하였다. A polyurethane foam was prepared in the same manner as in Example 1, except that 29.25 parts by weight of MDI was used instead of 30 parts by weight of MDI and 5 parts by weight of the shear thickening fluid, and the shear thickening fluid was not used.

하기 표 1은 실시예 1 내지 6, 비교예 1 및 2에 따른 폴리우레탄 폼 복합체의 중량부 비율을 정리하여 나타낸 것이다.Table 1 below summarizes the proportions by weight of the polyurethane foam composites according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2.

구분division 폴리올
(중량부)
polyol
(parts by weight)
이소시아네이트
(중량부)
isocyanate
(parts by weight)
전단농화유체
(중량부)
Shear thickening fluid
(parts by weight)
촉매
(중량부)
catalyst
(parts by weight)
실시예 1Example 1 6565 3030 55 0.010.01 실시예 2Example 2 6565 3030 1010 0.010.01 실시예 3Example 3 6565 3030 1515 0.010.01 실시예 4Example 4 6565 3030 2020 0.010.01 실시예 5Example 5 6565 29.2529.25 3.253.25 0.010.01 실시예 6Example 6 6565 30.7930.79 3.423.42 0.010.01 비교예 1Comparative Example 1 6565 3030 00 0.010.01 비교예 2Comparative Example 2 6565 29.2529.25 00 0.010.01

[시험예] [Test Example]

시험예test example 1: One: 전단농화유체의of the shear thickening fluid 점도 측정 Viscosity measurement

도 1은 제조예 1에 따라 제조된 전단농화유체의 전단속도(shear rate)에 따른 점도 변화를 나타낸 것이다. 상세하게는, 제조예 1에 따라 제조된 전단농화유체의 유변학적 거동을 관찰하기 위해 레오미터(Advanced Rheometric Expansion System, Rhemetic Scientific, USA)를 사용하여 정상전단속도에 따른 전단 점도를 측정하였다. 측정은 직경이 50mm이고 각도가 2°인 콘 및 플레이트 형상(Cone&plate geometry)의 점탄성측정 지그를 이용했으며 데이터의 전단속도의 범위는 0.1 내지 1000s- 1으로 측정하였다. 도 1에 따르면, 전단속도가 증가했을 때 점도가 급격하게 증가하는 유변학적 특징을 보이는 비뉴턴 유체의 일종인 전단농화유체가 제조되었음을 확인할 수 있다.1 shows the change in viscosity according to the shear rate of the shear thickening fluid prepared according to Preparation Example 1. FIG. Specifically, in order to observe the rheological behavior of the shear thickening fluid prepared according to Preparation Example 1, the shear viscosity according to the normal shear rate was measured using a rheometer (Advanced Rheometric Expansion System, Rhemetic Scientific, USA). The measurement having a diameter of 50mm was used for the angle of 2 ° cone and the plate-like viscoelasticity test fixture (Cone & plate geometry) range of shear rates of data 0.1 to 1000s - was measured at 1. According to FIG. 1, it can be confirmed that a shear thickening fluid, which is a type of non-Newtonian fluid, exhibiting a rheological characteristic in which the viscosity rapidly increases when the shear rate is increased was prepared.

시험예test example 2: 전자 현미경 이미지 2: electron microscope image

도 2는 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 따라 제조된 폴리우레탄 폼 복합체의 전자 현미경 이미지를 나타낸 것이다. 상세하게는, 폴리우레탄 폼과 전단농화유체와의 복합체 형성여부를 확인하기 위해 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 x35, x2000, x5000 및 x10000 배율로 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 따라 제조된 폴리우레탄 폼 복합체의 표면 관찰을 수행하였다.Figure 2 shows an electron microscope image of the polyurethane foam composite prepared according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. Specifically, prepared according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 at x35, x2000, x5000, and x10000 magnifications using a scanning electron microscope (SEM) to check whether a complex between the polyurethane foam and the shear thickening fluid is formed Surface observation of the polyurethane foam composite was performed.

도 2에 따르면, x35 배율 이미지에서 폴리우레탄 폼 내부에 기공이 형성된 것을 확인할 수 있으며, 기공과 기공 사이를 x2000 배율로 확대해서 관찰한 결과 실시예 1 내지 4에서 비교예 1에서는 보이지 않는 원형 모양의 점선으로 표시된 흰색의 도메인(domain)이 존재하는 것을 확인할 수 있다. According to FIG. 2, it can be confirmed that pores are formed inside the polyurethane foam in the x35 magnification image, and as a result of magnifying the observation between the pores and the pores at x2000 magnification, in Examples 1 to 4, the circular shape that is not visible in Comparative Example 1 It can be confirmed that a white domain indicated by a dotted line exists.

따라서, 실시예 1 내지 4에 따라 폴리우레탄 폼 복합체를 제조할 시 전단농화유체가 기공과 기공 사이의 폴리우레탄 폼의 지지체(matrix) 내부에 존재하는 것을 확인할 수 있다.Therefore, when preparing the polyurethane foam composite according to Examples 1 to 4, it can be confirmed that the shear thickening fluid is present inside the pores and the polyurethane foam support (matrix) between the pores.

또한, 도 2의 x5000 배율 이미지는 x2500 배율 이미지에서 사각형 및 사다리꼴 모양의 점선으로 표시된 폼의 지지체 부분과 원형 모양의 점선으로 표시된 전단농화유체를 포함하는 도메인이 존재하는 폴리우레탄 폼 지지체를 확대한 사진으로, 폴리우레탄 폼의 지지체와 전단농화유체 도메인의 형상이 확연히 다른 것을 다시 한번 확인할 수 있다. In addition, the x5000 magnification image of Figure 2 is an enlarged photo of the polyurethane foam support in which the domain containing the support part of the foam indicated by the dotted lines of the rectangle and trapezoid shape and the shear thickening fluid indicated by the dotted lines of the circular shape in the x2500 magnification image is present. As a result, it can be confirmed once again that the shape of the polyurethane foam support and the shear thickening fluid domain are significantly different.

이와 같은 결과로, 실시예 1 내지 4에 따라 제조할 시 폴리우레탄 폼 및 전단농화유체의 폴리우레탄 폼 복합체가 형성된 것을 확인할 수 있다. As a result, it can be confirmed that the polyurethane foam composite of the polyurethane foam and the shear thickening fluid was formed when prepared according to Examples 1 to 4.

시험예 3: 전단농화유체와 폴리우레탄 폼 사이의 우레탄 결합 확인Test Example 3: Confirmation of urethane bonding between shear thickening fluid and polyurethane foam

도 3a는 제조예 1에 따른 전단농화유체 및 실시예 3에 따른 폴리우레탄 폼의 FT-IR 스펙트럼이고, 도 3b는 비교예 1에 따라 제조된 폴리우레탄 폼의 FT-IR 스펙트럼으로 합성된 본 발명의 우레탄 폼 복합체의 구조를 분석하였다. 도 3a를 참조하면, 실시예 3에 따른 폴리우레탄 폼의 스펙트럼은 제조예 1에 따른 전단농화유체의 스펙트럼에 비해 OH의 신축피크를 나타내는 3390cm-1 지점에서 투과율이 약간 감소한 것이 관찰되었고 우레탄기의 C=O 신축피크를 나타내는 1726cm-1 및 우레탄기의 N-H 신축피크를 나타내는 1537cm-1 와 1241cm-1 지점에서 투과율이 증가한 것이 관찰되었다. 도 3b를 참조하면, 도 3a의 실시예 3과 유사하게 1724cm-1 및 1533cm-1 지점에서 투과율이 증가한 것으로 관찰되었다. 이는 전단농화유체 내의 폴리에틸렌글리콜이 폴리우레탄 폼을 형성하는 폴리올의 일종이므로 전단농화유체 함유 폴리우레탄 폼을 형성할 때 전단농화유체 내 폴리에틸렌글리콜이 이소시아네이트와 반응하여 우레탄 결합을 형성함에 따라 나타난 영향으로 볼 수 있다.Figure 3a is the FT-IR spectrum of the polyurethane foam according to Example 3 and the shear thickening fluid according to Preparation Example 1, Figure 3b is the present invention synthesized by the FT-IR spectrum of the polyurethane foam prepared according to Comparative Example 1 The structure of the urethane foam composite was analyzed. Referring to FIG. 3a, in the spectrum of the polyurethane foam according to Example 3, it was observed that the transmittance was slightly decreased at the 3390cm -1 point showing the expansion and contraction peak of OH compared to the spectrum of the shear thickening fluid according to Preparation Example 1. to increase the transmittance at 1537cm -1 and 1241cm -1 were observed point represents the NH stretching peak of 1726cm -1 and a urethane group that represents the C = O stretching peak. Referring to FIG. 3B , it was observed that transmittance increased at 1724 cm −1 and 1533 cm −1 points, similar to Example 3 of FIG. 3A . This is because polyethylene glycol in the shear thickening fluid is a type of polyol that forms polyurethane foam, so when forming the polyurethane foam containing the shear thickening fluid, polyethylene glycol in the shear thickening fluid reacts with isocyanate to form a urethane bond. can

따라서, 전단농화유체 함유 폴리우레탄 폼을 형성할 때 전단농화유체와 폴리우레탄 폼 사이에 우레탄 결합이 형성되는 것을 알 수 있으며 또한 전단농화유체는 폴리우레탄 폼의 기공과 기공 사이의 지지체(matrix, 벽)에 결합되어 존재하다가 외부 외력에 대해 전단응력이 발생하면 전단농화유체의 효과를 발휘하는 것을 알 수 있다.Therefore, when forming the polyurethane foam containing the shear thickening fluid, it can be seen that a urethane bond is formed between the shear thickening fluid and the polyurethane foam, and the shear thickening fluid is a support (matrix, wall) between the pores of the polyurethane foam. ), it can be seen that the effect of the shear thickening fluid is exhibited when a shear stress is generated against an external external force.

시험예 4: 저속 충격 흡수 능력 분석Test Example 4: Analysis of low-speed shock absorption capacity

도 4는 저속 충격 시험 결과에 따른 실시예 1 내지 4 및 비교예 1의 후면변형을 나타낸 것이며, 하기 표 2는 저속 충격 시험 결과에 따른 충격 깊이(trauma depth)와 충격전달량(shock resistance)을 정리하여 나타낸 것이다.4 shows the rear deformation of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 according to the low-speed impact test results, and Table 2 below summarizes the trauma depth and shock resistance according to the low-speed impact test results. is indicated by

구분division 저속 충격흡수 시험Low-speed shock absorption test 충격저항시험Impact resistance test 충격 깊이(mm)Impact depth (mm) 충격 깊이(%)Impact Depth (%) 충격 전달량(N)Shock Transmission (N) 실시예 1Example 1 42.9542.95 0.60.6 -- 실시예 2Example 2 41.6441.64 3.63.6 -- 실시예 3Example 3 35.8835.88 16.916.9 -- 실시예 4Example 4 57.0957.09 -32.2-32.2 -- 실시예 5Example 5 -- -- 12171217 실시예 6Example 6 -- -- 12681268 비교예 1Comparative Example 1 43.1943.19 00 -- 비교예 2Comparative Example 2 -- -- 16491649

실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 따라 제조된 폴리우레탄 폼 복합체를 저속 충격 시험 장치(low velocity impactor)를 사용하여 외력을 받은 폴리우레탄 폼 후면의 충격 깊이(trauma depth)를 측정하였다. 충격을 가한 뒷면에 충격을 그대로 나타내는 오아시스 폼을 사용하여 그 폼의 변형을 석고로 형상을 떠서 만든 후 측정을 수행하였다.The polyurethane foam composites prepared according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were subjected to an external force using a low velocity impactor to measure the trauma depth of the rear surface of the polyurethane foam. Measurements were carried out after the deformation of the foam was made by making a shape with gypsum using an oasis foam that shows the impact as it is on the back side of the impact.

도 4에 따르면, 후면변형의 형태로부터 충격에너지의 분산 상태와 에너지 크기를 육안으로 확인할 수 있으며, 전단농화유체가 함유된 폴리우레탄 폼의 경우 미함유된 폴리우레탄 폼에 비해 외력이 면으로 퍼져 충격방향에 대한 길이변화가 짧아진 것을 확인할 수 있다.According to FIG. 4, the dispersion state and energy size of the impact energy can be visually confirmed from the shape of the rear deformation, and in the case of the polyurethane foam containing the shear thickening fluid, the external force spreads to the surface compared to the non-containing polyurethane foam. It can be seen that the length change in the direction is shortened.

따라서, 외부의 충격에너지가 전단농화유체가 함유된 폴리우레탄 폼에서 일부 흡수되어 시험편 뒤쪽으로 전달되는 충격을 줄여주는 것으로 볼 수 있다.Therefore, it can be seen that the external impact energy is partially absorbed in the polyurethane foam containing the shear thickening fluid and reduces the impact transmitted to the back of the specimen.

표 2에 따르면, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 따라 제조된 폴리우레탄 폼 복합체의 측정된 충격 깊이(mm)가 각각 42.95, 41.64, 35.88, 57.09, 43.19로 전단농화유체 미함유 복합체 대비 0.6%, 3.6%, 16.9%, -32.2%로 나타난 것을 확인할 수 있다. According to Table 2, the measured impact depth (mm) of the polyurethane foam composites prepared according to Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were 42.95, 41.64, 35.88, 57.09, 43.19, respectively, 0.6 compared to the composite without the shear thickening fluid %, 3.6%, 16.9%, and -32.2%.

따라서, 폴리우레탄 폼 복합체에서 전단농화유체의 함량이 20중량부일 경우, 전단농화유체의 함량이 폴리우레탄 폼의 지지체 결합을 과도하게 감소시켜 연질 폴리우레탄 폼이 형성되므로 상대적인 압축경도가 감소하여 충격 깊이가 더 커지는 것으로 볼 수 있다. Therefore, when the content of the shear thickening fluid in the polyurethane foam composite is 20 parts by weight, the content of the shear thickening fluid excessively reduces the support bonding of the polyurethane foam to form a flexible polyurethane foam. can be seen to increase.

시험예test example 5: 충격전달량 측정 5: Measurement of the amount of shock transmission

충격전달량 측정은 2.5kg 덤벨을 떨어뜨려 5J의 에너지를 가하였을 때 아래쪽의 센서에 도달하는 에너지를 측정하는 방법으로 충격저항를 측정하였고, 표 2에 기재했다.To measure the amount of impact delivered, the impact resistance was measured by dropping a 2.5kg dumbbell and measuring the energy reaching the lower sensor when 5J of energy was applied, and it is described in Table 2.

표 2를 참고하면, 충격 흡수용 패드로 폴리우레탄 폼 복합체를 적용하기 위해 전단농화유체의 함량을 3.25 중량부로 사용한 실시예 5와 전단농화유체를 사용하지 않은 비교예 2의 충격전달량이 각각 1217N, 1649N인 것을 확인할 수 있다. 즉, 전단농화유체가 3.25 중량부 사용된 실시예 5의 폴리우레탄 폼 복합체의 충격전달량이 전단농화유체가 사용되지 않은 비교예 2의 폴리우레탄에 비교하여 충격전달량이 현저하게 감소한 것을 알 수 있었다. 이때 실험에 사용된 폴리우레탄 폼 복합체의 두께는 10mm를 사용하였다.Referring to Table 2, in order to apply the polyurethane foam composite as a shock-absorbing pad, the amount of impact transmission of Example 5 and Comparative Example 2 that did not use the shear thickening fluid was 1217N, respectively, in Example 5 using 3.25 parts by weight of the shear thickening fluid, It can be confirmed that it is 1649N. That is, it was found that the impact transfer amount of the polyurethane foam composite of Example 5 in which 3.25 parts by weight of the shear thickening fluid was used was significantly reduced compared to the polyurethane of Comparative Example 2 in which the shear thickening fluid was not used. At this time, the thickness of the polyurethane foam composite used in the experiment was 10mm.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (19)

(a) 실리카와 글리콜을 포함하는 전단농화유체를 제조하는 단계;
(b) 폴리올과 상기 전단농화유체를 혼합하고 교반하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
(b-1) 상기 제1 혼합물에 촉매 및 발포제를 추가로 첨가하고 교반하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 제2 혼합물에 이소시아네이트 화합물을 혼합하고 교반하여 몰드에 주입한 후 반응시켜 폴리우레탄 폼 복합체를 제조하는 단계;를 포함하고,
단계 (b)의 교반이 5 내지 120 초 동안 수행되고,
단계 (c)의 교반이 2 내지 60 초 동안 수행되고,
단계 (b-1)의 교반이 5 내지 100 초 동안 수행되고,
단계 (c)의 교반이 500 내지 5,000 rpm으로 수행되고,
상기 폴리우레탄 폼 복합체는
다공성이고, 폴리우레탄을 포함하는 매트릭스; 및
상기 매트릭스에 분포하고, 전단농화유체를 포함하는 도메인;을 포함하고,
상기 전단농화유체는 글리콜과 실리카를 포함하고,
상기 도메인과 상기 매트릭스는 아래 구조식 1로 표시되는 우레탄 결합으로 연결되고,
상기 우레탄 결합은 상기 매트릭스의 폴리우레탄과 상기 전단농화유체의 글리콜을 연결하는 것인, 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법:
[구조식 1]
Figure 112021072383145-pat00011
(a) preparing a shear thickening fluid containing silica and glycol;
(b) preparing a first mixture by mixing and stirring the polyol and the shear thickening fluid;
(b-1) further adding a catalyst and a blowing agent to the first mixture and stirring to prepare a second mixture; and
(c) mixing and stirring the isocyanate compound to the second mixture, injecting it into a mold, and reacting to prepare a polyurethane foam composite;
The stirring of step (b) is carried out for 5 to 120 seconds,
The stirring of step (c) is carried out for 2 to 60 seconds,
The stirring of step (b-1) is carried out for 5 to 100 seconds,
The stirring of step (c) is carried out at 500 to 5,000 rpm,
The polyurethane foam composite is
a porous matrix comprising polyurethane; and
Distributed in the matrix, the domain containing the shear thickening fluid; Containing,
The shear thickening fluid includes glycol and silica,
The domain and the matrix are connected by a urethane bond represented by Structural Formula 1 below,
The urethane bond is to connect the polyurethane of the matrix and the glycol of the shear thickening fluid, the method for producing a polyurethane foam composite:
[Structural Formula 1]
Figure 112021072383145-pat00011
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 폴리우레탄이 폴리올 화합물과 이소시아네이트 화합물을 축합 반응시켜 제조한 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing a polyurethane foam composite, characterized in that the polyurethane is prepared by a condensation reaction of a polyol compound and an isocyanate compound.
제5항에 있어서,
상기 폴리올 화합물이 폴리에테르 폴리올 및 폴리에스터 폴리올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The polyol compound is a method for producing a polyurethane foam composite, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of polyether polyol and polyester polyol.
제6항에 있어서,
상기 폴리에테르 폴리올이 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리메틸렌글리콜, 및 폴리테트라메틸렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 폴리에스테르 폴리올이 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 프로판디올, 부탄디올, 네오펜틸글리콜, 펜탄디올 및 헥산디올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상과 숙신산, 및 아디핀산, 세바스산, 아젤라산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 푸마르산, 말레산, 옥살산 및 나프틸렌디카복실산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 에스테르화 반응시켜 제조한 것으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법.
7. The method of claim 6,
The polyether polyol contains at least one selected from the group consisting of polyethylene glycol, polypropylene glycol, polymethylene glycol, and polytetramethylene glycol,
The polyester polyol is at least one selected from the group consisting of ethylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, propanediol, butanediol, neopentyl glycol, pentanediol and hexanediol, succinic acid, and adipic acid, sebacic acid, azelaic acid , phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, fumaric acid, maleic acid, oxalic acid and at least one selected from the group consisting of at least one selected from the group consisting of esterification reaction of at least one selected from the group consisting of naphthylene dicarboxylic acid Poly comprising Method for producing a urethane foam composite.
제5항에 있어서,
상기 이소시아네이트 화합물이 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 카보디이미드-개질된 MDI, 폴리머릭 MDI, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 수소 첨가 MDI, 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트(H12MDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 1,4-시클로헥실메탄 디이소시아네이트(CHDI), 2,4-톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 2,6-톨루엔 디이소시아네이트(TDI) 및 아이소포론 디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The isocyanate compound is 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), carbodiimide-modified MDI, polymeric MDI, hexamethylene diisocyanate, hydrogenated MDI, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate (H12MDI), isophorone diisocyanate (IPDI), 1,4-cyclohexylmethane diisocyanate (CHDI), 2,4-toluene diisocyanate (TDI), 2,6-toluene diisocyanate (TDI) and isophorone di A method for producing a polyurethane foam composite, comprising at least one selected from the group consisting of isocyanates.
제1항에 있어서,
상기 글리콜이 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리-1,2-프로필렌글리콜, 폴리-1,3-프로필렌를리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법.
According to claim 1,
The glycol is selected from the group consisting of ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, polyethylene glycol, poly-1,2-propylene glycol, poly-1,3-propylene recall, and polytetramethylene glycol. Method for producing a polyurethane foam composite comprising at least one.
제9항에 있어서,
상기 폴리에틸렌글리콜의 수평균분자량이 100 내지 4,000인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법.
10. The method of claim 9,
The method for producing a polyurethane foam composite, characterized in that the number average molecular weight of the polyethylene glycol is 100 to 4,000.
제1항에 있어서,
상기 실리카는 흄드 실리카(fumed silica), 구형 실리카(spherical silica), 및 용융 실리카(fused silica)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법.
According to claim 1,
The silica is a method of manufacturing a polyurethane foam composite, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of fumed silica, spherical silica, and fused silica.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전단농화유체가 상기 글리콜 100 중량부에 대하여 상기 실리카 5 내지 30중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing a polyurethane foam composite, characterized in that the shear thickening fluid comprises 5 to 30 parts by weight of the silica based on 100 parts by weight of the glycol.
제1항에 있어서,
상기 폴리우레탄 폼 복합체가 상기 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 상기 전단농화유체 1 내지 30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법.
According to claim 1,
The polyurethane foam composite is a method of manufacturing a polyurethane foam composite, characterized in that it comprises 1 to 30 parts by weight of the shear thickening fluid with respect to 100 parts by weight of the polyurethane.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
단계 (c)의 반응이 몰드에서 40 내지 70℃의 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법.
According to claim 1,
Method for producing a polyurethane foam composite, characterized in that the reaction of step (c) is carried out at a temperature of 40 to 70 ℃ in a mold.
삭제delete
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