KR102477902B1 - 폴리우레탄 폼 시트 및 이를 포함하는 자동차용 배터리 모듈 - Google Patents
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Abstract
구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트는 2종 이상의 난연 화합물이 혼합된 난연제를 포함하기 때문에 반발 특성 및 난연성 등의 물성이 우수하면서 경제성을 확보할 수 있다. 따라서 상기 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트는 충격흡수, 실링 등의 기능과 더불어 고난연성 등의 물성이 요구되는 다양한 분야(예컨대, 자동차, 백색가전, 건축물 등)에 경제적으로 적용될 수 있다.
Description
구현예는 충격흡수, 실링 등의 기능을 가지면서 고난연성을 나타낼 수 있는 폴리우레탄 폼 시트 및 이를 포함하는 자동차용 배터리 모듈에 관한 것이다.
전기 자동차에 사용되는 파우치 타입의 배터리 모듈에는 충방전 시 부피변화로 인해 발생하는 진동을 잡아주는 역할로, 폴리우레탄 폼 시트가 적용되고 있다. 이러한 폴리우레탄 폼 시트는 최근 배터리 모듈에서 화재가 발생하는 것이 이슈화되면서 충격흡수, 실링 등의 기능뿐만 아니라 높은 난연성을 갖는 것이 요구되고 있다. 구체적으로 배터리 모듈에는 주로 수평 난연 HBF를 만족하는 폴리우레탄 폼 시트가 통상 사용되었는데, 화재 발생이 이슈화되면서 수평 난연 HBF보다 난연성이 높은 수직 난연 V-O를 만족하는 폴리우레탄 폼 시트의 개발에 대한 관심이 높아진 것이다.
상기 수직 난연 V-0를 만족하는 폴리우레탄 폼 시트로는 흑연 함유 폴리우레탄 폼 시트가 제안된 바 있다(특허문헌 1 참조). 그러나 흑연 함유 폴리우레탄 폼 시트는 두께 및 반발 특성 제어에 한계가 있고 흑연으로 인한 내전압 문제로 인해 배터리 모듈 시장에서 그 사용이 현저히 감소되고 있다.
이외에 고난연성을 나타내는 운모 시트와 기존 폴리우레탄 폼 시트가 합지된 시트 적층체, 또는 실리콘 재질의 폼 시트가 난연 소재로 제안된 바 있다. 그러나 이러한 난연 소재는 반발 특성이 떨어지고 가격이 고가임에 따라 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 본 발명자들은 다양한 연구를 진행하였으며, 그 결과, 특정 조성의 난연제를 포함하는 조성물을 이용하여 폴리우레탄 폼 시트를 형성함으로써 폴리우레탄 폼 시트의 반발 특성 및 난연성을 높이고 경제성을 확보할 수 있다는 점을 도출하게 되었다.
따라서 구현예의 과제는 반발 특성, 난연성 등과 같은 물성이 우수하면서 경제성이 있는 폴리우레탄 폼 시트(구체적으로 연질 폴리우레탄 폼 시트)를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해 구현예에 따르면, 폴리에스테르 폴리올 및 난연제를 포함하는 주제; 및 이소시아네이트계 경화제를 포함하는 조성물로부터 형성되고, 상기 난연제가 유기 인계 화합물 및 무기 인계 화합물을 포함하며, UL 94 난연 등급 V-0를 만족시키고, ASTM D149에 따른 시편 두께 1 ㎜를 기준으로 한 절연파괴전압이 3 kV 이상인 폴리우레탄 폼 시트를 제공한다.
또한 다른 구현예에 따르면, 상기 폴리우레탄 폼 시트를 포함하는 자동차용 배터리 모듈을 제공한다.
상기 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트는 2종 이상의 난연 화합물이 혼합된 난연제를 포함하기 때문에 UL94 난연등급 기준 V-O 수준을 만족하는 고난연성을 나타낼 수 있다.
또한 상기 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트는 탄성 고무를 포함하기 때문에 반발 특성이 확보되어 충격흡수, 실링 등의 기능을 원활히 수행할 수 있다.
또 상기 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트는 흑연계 화합물을 포함하지 않기 때문에 그 두께 제어가 보다 자유롭게 이루어질 수 있으며, 향상된 내전압 특성을 나타낼 수 있다.
또한 상기 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트는 운모 시트와 기존 폴리우레탄 폼 시트가 합지된 시트 적층체, 또는 실리콘 재질의 폼 시트 등과 같은 종래의 난연 소재에 비해 가격이 저렴하기 때문에 경제성을 확보할 수 있다.
따라서 상기 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트는 충격흡수, 실링 등의 기능과 더불어 고난연성 등의 물성이 요구되는 다양한 분야(예컨대, 자동차, 백색가전, 건축물 등)에 효율적으로 적용될 수 있다. 특히, 상기 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트는 자동차용 배터리 모듈에 적용되어 자동차용 배터리 모듈의 고난연성을 구현할 수 있다.
도 1은 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트의 다양한 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 4는 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트가 적용된 자동차용 배터리 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 2는 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 4는 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트가 적용된 자동차용 배터리 모듈을 나타낸 단면도이다.
이하, 구현예를 통해 발명을 설명한다. 여기서 구현예는 이하에서 개시된 내용에 한정되는 것이 아니라 발명의 요지가 변경되지 않는 한, 다양한 형태로 변형될 수 있다.
본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상/하에 형성되거나 서로 연결 또는 결합된다는 기재는, 이들 구성요소 간에 직접 또는 또 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로 형성, 연결 또는 결합되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상/하에 대한 기준은 대상을 관찰하는 방향에 따라 달라질 수 있는 것으로 이해하여야 한다.
본 명세서에서 "포함"한다는 기재는 특정 특성, 영역, 단계, 공정, 요소 및/또는 성분을 구체화하기 위한 것이며, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 특성, 영역, 단계, 공정, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
폴리우레탄 폼 시트
구현예에서는 특정 조성의 난연제를 포함하는 조성물을 이용하여 제조된 폴리우레탄 폼 시트를 제공한다. 구체적으로 본 발명의 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트는 폴리에스테르 폴리올 및 난연제를 포함하는 (A) 주제와, (B) 이소시아네이트계 경화제를 포함하는 2액형 조성물로부터 형성되는데, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.
(A) 주제
(A-1) 폴리에스테르 폴리올
상기 주제(A)에 포함되는 폴리에스테르 폴리올(A-1)은 폴리우레탄 폼 시트를 형성하는 주요 고분자로, 분자 구조 내에 결합된 산소의 함유량이 낮아 폴리우레탄 폼 시트의 난연성을 높일 수 있다. 즉, 종래에는 연질 특성을 나타내는 폴리우레탄 폼 시트를 형성하기 위해 주요 고분자로 경도가 낮은 폴리에테르 폴리올이 사용되었는데, 이는 분자 구조 내에 결합된 산소의 함유량이 높아 연소 시 라디칼 생성으로 인해 연소가 촉진됨에 따라 폴리우레탄 폼 시트의 난연성이 떨어지는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명의 구현예에 따른 폴리에스테르 폴리올(A-1)은 폴리에테르 폴리올에 비해 분자 구조 내에 결합된 산소의 함유량이 낮아 연소 시 라디칼 생성이 최소화됨에 따라 폴리우레탄 폼 시트의 난연성을 높일 수 있다.
특히, 본 발명의 구현예에 따른 폴리에스테르 폴리올(A-1)은 폴리우레탄 폼 시트의 난연성과 더불어 경도가 제어되어 폴리우레탄 폼 시트가 연질 특성을 나타낼 수 있도록 지방족 폴리에스테르 폴리올(A-1a)과 방향족 폴리에스테르 폴리올(A-1b)을 포함할 수 있다. 구체적으로 본 발명의 구현예는 지방족 폴리에스테르 폴리올(A-1a)에 의해 폴리우레탄 폼 시트의 연질 특성을 확보하고, 방향족 폴리에스테르 폴리올(A-1b)에 의해 폴리우레탄 폼 시트의 난연성을 확보한 것이다.
상기 지방족 폴리에스테르 폴리올(A-1a)과 방향족 폴리에스테르 폴리올(A-1b) 각각은 구체적으로 디카르복실산과 디올을 반응시켜 얻어진 것일 수 있다. 상기 디카르복실산은 구체적으로 숙신산, 글루타르산, 아디핀산, 피멜린산, 수베린산, 아젤라인산, 세바신산, 프탈산, 테레프탈산, 이소프탈산, 말레인산, 푸말산, 이타콘산, 테트라브로모프탈산, 트리메리틴산, 이들의 에스테르 유도체 및 이들의 산무수물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 디올은 구체적으로 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부탄디올, 펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,8-옥탄디올, 네오펜틸글리콜, 트리메틸올프로판, 글리세린, 펜타에리트리톨, 퀴니톨, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 디글리세린, 텍스트로즈 및 솔비톨로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 우레탄 반응성, 폴리우레탄 폼 시트의 난연성 및 경도 등을 고려할 때, 상기 지방족 폴리에스테르 폴리올(A-1a)은 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물일 수 있고, 상기 방향족 폴리에스테르 폴리올(A-1b)은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, n은 1 내지 7의 정수이다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, R은 C1 내지 C5의 알킬렌기이고, n은 1 내지 2의 정수이며, m은 1 내지 2의 정수이다.
[화학식 3]
이러한 폴리에스테르 폴리올(A-1)의 함량은 주제(A) 총 중량을 기준으로, 30 중량% 이상, 또는 30 내지 60 중량%, 또는 40 내지 55 중량%일 수 있다. 폴리에스테르 폴리올(A-1)의 함량이 상기 범위 내임에 따라 폴리우레탄 폼 시트가 요구되는 경도 및 연질 특성을 나타내면서 난연성이 우수할 수 있다.
또한 폴리에스테르 폴리올(A-1)에 포함되는 지방족 폴리에스테르 폴리올(A-1a)과 방향족 폴리에스테르 폴리올(A-1b)의 혼합비율(A-1a:A-1b)은 80 내지 100:0 내지 20, 또는 85 내지 99:1 내지 15, 또는 90 내지 98:2 내지 10의 중량비일 수 있다. 지방족 폴리에스테르 폴리올(A-1a)과 방향족 폴리에스테르 폴리올(A-1b)의 혼합비율이 상기 범위 내임에 따라 폴리우레탄 폼 시트의 연질 특성을 확보하면서 난연성을 높일 수 있다.
(A-2) 난연제
상기 주제(A)에 포함되는 난연제(A-2)는 폴리우레탄 폼 시트에 난연성을 부여하기 위한 것으로, 유기 인계 화합물(A-2a) 및 무기 인계 화합물(A-2b)을 포함한다.
상기 유기 인계 화합물(A-2a)은 폴리우레탄 폼 시트의 연소 시 탄화막을 형성하고 산소가 침투하는 것을 차단하여 라디칼 생성을 억제하는 역할을 한다. 이러한 유기 인계 화합물(A-2a)은 멜라민 인계 화합물일 수 있다. 유기 인계 화합물(A-2a)이 멜라민 인계 화합물임에 따라 탄화막의 형성이 잘 이루어지면서 라디칼 생성을 보다 효율적으로 억제할 수 있다. 여기서 멜라민 인계 화합물은 구체적으로 멜라민 포스페이트(melamine phosphate), 멜라민 폴리포스페이트(melamine polyphosphate), 멜라민-메탈-포스페이트(melamine-metal-phosphate) 및 멜라민 알루미늄 포스페이트(melamine aluminium phosphate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 유기 인계 화합물(A-2a)의 함량은 난연제(A-2) 총 중량을 기준으로, 20 내지 50 중량%, 또는 25 내지 45 중량%, 또는 30 내지 40 중량%일 수 있다. 또한 유기 인계 화합물(A-2a)의 함량은 주제(A) 총 중량을 기준으로, 10 내지 20 중량%, 또는 12 내지 18 중량%, 또는 14 내지 16 중량%일 수 있다. 유기 인계 화합물(A-2a)의 함량이 상기 범위 내임에 따라 폴리우레탄 폼 시트의 경도 및 연질 특성을 확보하면서 우수한 난연성을 나타낼 수 있다.
상기 무기 인계 화합물(A-2b)은 유기 인계 화합물(A-2a)에서 유래된 잉여 성분(예컨대, 멜라민 인계 화합물에 함유된 질소(N))과 반응하여 팽창탄화막을 형성함으로써 폴리우레탄 폼 시트의 연소 시 산소와의 접합 면적을 최소화하는 역할을 한다. 여기서 무기 인계 화합물(A-2b)에 함유된 인(P)의 함유량은 무기 인계 화합물 총 중량을 기준으로 30 중량% 이상, 또는 30 내지 85 중량%, 또는 40 내지 80 중량%일 수 있다. 무기 인계 화합물(A-2b)에 함유된 인(P)의 함유량이 상기 범위 내임에 따라 팽창탄화막의 형성이 잘 이루어져 우수한 난연성을 나타내면서 무기 인계 화합물(A-2b)의 보관성(취급성)을 확보할 수 있다. 이러한 무기 인계 화합물(A-2b)은 구체적으로 알루미늄 포스피네이트(aluminium phosphinate), 암모늄 포스페이트(Ammonium Phospate), 암모늄 폴리-포스페이트(Ammonium Poly-Phospate) 및 적인(red phosphorus)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 무기 인계 화합물(A-2b)의 함량은 난연제(A-2) 총 중량을 기준으로, 35 내지 70 중량%, 또는 38 내지 60 중량%, 또는 40 내지 50 중량%일 수 있다. 또한 무기 인계 화합물(A-2b)의 함량은 주제(A) 총 중량을 기준으로, 10 내지 30 중량%, 또는 12 내지 25 중량%, 또는 14 내지 20 중량%일 수 있다. 무기 인계 화합물(A-2b)의 함량이 상기 범위 내임에 따라 폴리우레탄 폼 시트의 경도 및 연질 특성을 확보하면서 우수한 난연성을 나타낼 수 있다.
한편 본 발명의 구현예에 따르면, 상기 난연제(A-2)는 금속 수산화물(A-2c)을 더 포함할 수 있다. 상기 금속 수산화물(A-2c)은 폴리우레탄 폼 시트의 연소 시 탈수 반응이 일어나 폴리우레탄 폼 시트가 녹는점에 도달하는 것을 지연시키는 역할을 한다. 이러한 금속 수산화물은 구체적으로 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 탄산수산화마그네슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 특히, 금속 수산화물은 수산화알루미늄일 수 있다. 수산화알루미늄은 약 180 ℃에서 탈수 반응이 일어나 폴리우레탄 폼 시트의 녹는점인 약 200 ℃까지 폴리우레탄 폼 시트의 온도가 상승하는 것을 지연시킬 수 있어(열분산), 폴리우레탄 폼 시트의 난연성을 보다 높일 수 있다.
상기 금속 수산화물(A-2c)의 함량은 난연제(A-2) 총 중량을 기준으로, 1 내지 15 중량%, 또는 2 내지 8 중량%, 또는 3 내지 6 중량%일 수 있다. 또한 금속 수산화물(A-2c)의 함량은 주제(A) 총 중량을 기준으로, 1 내지 10 중량%, 또는 1.5 내지 8 중량%, 또는 2 내지 5 중량%일 수 있다. 금속 수산화물(A-2c)의 함량이 상기 범위 내임에 폴리우레탄 폼 시트의 열분산이 잘 이루어져 우수한 난연성을 확보하면서 폴리에스테르 폴리올(A-1)의 우레탄 반응이 잘 이루어질 수 있다.
이와 같이 본 발명의 구현예에 따르면, 난연제(A-2)가 유기 인계 화합물(A-2a), 무기 인계 화합물(A-2b) 및 금속 수산화물(A-2c)을 포함하는 특정 조성으로 이루어짐에 따라 폴리우레탄 폼 시트가 연소 시 산소차단, 라디칼 생성 억제 및 열분산이 잘 이루어질 수 있고, 이로 인해 폴리우레탄 폼 시트가 고난연성을 나타낼 수 있다.
여기서 유기 인계 화합물(A-2a) 및 무기 인계 화합물(A-2b)을 포함하면서 선택적으로 금속 수산화물(A-2c)을 포함하는 난연제(A-2)의 함량은 주제 총 중량을 기준으로, 25 내지 50 중량%, 또는 30 내지 45 중량%, 또는 40 내지 43 중량%일 수 있다. 난연제(A-2)의 함량이 상기 범위 내임에 따라 폴리우레탄 폼 시트의 탄성(복원력)을 확보하면서 우수한 난연성을 나타낼 수 있다.
이러한 난연제(A-2)는 난연 소재인 흑연계 화합물(예컨대, 팽창 흑연)을 포함하지 않을 수 있다. 난연제(A-2)가 흑연계 화합물을 포함하지 않음에 따라 폴리우레탄 폼 시트의 내전압 특성을 향상시킬 수 있으며, 폴리우레탄 폼 시트의 제조과정에서의 공정오염을 최소화할 수 있다.
(A-3) 탄성 고무
본 발명의 구현예에 따른 주제(A)는 폴리우레탄 폼 시트의 탄성(복원력)을 높이기 위해 탄성 고무(A-3)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 폴리에스테르 폴리올(A-1)을 포함하는 주제(A)의 우레탄 반응을 통해 폴리우레탄 폼 시트를 형성할 경우, 경도가 높은 폴리우레탄 폼 시트를 얻을 수 있는데, 이는 탄성이 거의 없어 난연 소재로 사용되는 폴리우레탄 폼 시트에서 요구되는 복원력 및 연질 특성을 만족시키기 어려울 수 있다. 이에 따라 본 발명의 구현예에서는 주제(A)에 탄성 고무(A-3)를 더 포함시켜 폴리우레탄 폼 시트의 고난연성을 구현함과 동시에 탄성(복원력)이 확보되도록 하였다.
상기 탄성 고무(A-3)는 유리전이온도(Tg)가 -80 내지 -20 ℃, 또는 -70 내지 -30 ℃, 또는 -60 내지 -50 ℃인 탄성 고무일 수 있다. 탄성 고무(A-3)의 유리전이온도(Tg)가 상기 범위 내임에 따라 폴리우레탄 폼 시트의 탄성(복원력)을 요구되는 수준으로 확보할 수 있다. 이러한 탄성 고무(A-3)는 구체적으로 천연 고무(NR), 이소프렌 고무(IR), 부틸 고무(IIR), 부타디엔 고무(BR), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR), 실리콘 고무(VMQ) 및 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 탄성 고무(A-3)의 함량은 주제(A) 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 5 중량%, 또는 0.2 내지 3 중량%, 또는 0.3 내지 1 중량%일 수 있다. 탄성 고무(A-3)의 함량이 상기 범위 내임에 따라 폴리우레탄 폼 시트의 탄성(복원력)을 요구되는 수준으로 확보할 수 있다.
(A-4) 첨가제
한편 본 발명의 구현예에 따른 주제(A)는 폴리우레탄 폼 시트의 물성을 높이기 위해 사슬연장제, 촉매, 정포제, 안료, 산화방지제 및 용매로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제(A-4)를 더 포함할 수 있다.
상시 사슬연장제는 폴리우레탄 폼 시트의 성형 안정성을 높이는 역할을 한다. 이러한 사슬 연장제는 구체적으로, 트리에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,4-시클로헥산디메탄올, 트리메틸올프로판, 에틸렌디아민, 1,2-디아미노프로판, 1,3-디아미노프로판, 1,4-디아미노부탄, 2,3-디아미노부탄, 1,5-디아미노펜탄, 1,6-헥사메틸렌디아민 및 1,4-시클로헥산디아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 촉매는 폴리우레탄 폼 시트의 형성을 위한 발포 과정에서 이소시아네이트계 경화제(B)의 반응성을 높이는 역할을 한다. 이러한 촉매는 구체적으로 유기계 주석 촉매, 또는 유기계 납 촉매일 수 있다.
상기 정포제는 폴리우레탄 폼 시트 내의 셀 균일도 및 크기를 조절하는 역할을 한다. 이러한 정포제는 구체적으로 실리콘계 정포제일 수 있다.
상기 안료는 폴리우레탄 폼 시트에 색상을 부여하면서 폴리우레탄 폼 시트의 기계적 강도(내구성)를 높이는 역할을 한다. 이러한 안료는 통상적으로 공지된 유기 안료, 무기 안료, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 산화방지제는 폴리우레탄 폼 시트의 변색을 방지하는 역할을 한다. 이러한 산화방지제는 구체적으로 페놀계 산화방지제, 인계 산화방지제, 시오에스테르계 산화방지제 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 용매는 폴리우레탄 폼 시트 형성을 위한 조성물의 점도 및 분산성을 조절하는 역할을 한다. 이러한 용매는 통상적으로 공지된 유기 용매일 수 있다.
상기 첨가제(A-4)의 함량은 폴리우레탄 폼 시트의 물성을 고려할 때, 주제(A) 총 중량을 기준으로, 0.5 내지 10 중량%, 또는 1 내지 8 중량%, 또는 2 내지 7 중량%일 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 성분들을 포함하는 주제(A)의 점도는 500 내지 5,000 cPs, 또는 1,000 내지 4,500 cPs, 또는 2,000 내지 4,000 cPs일 수 있다. 주제(A)의 점도가 상기 범위 내임에 따라 폴리우레탄 폼 시트의 형성이 잘 이루어지면서 공정 안정성을 확보할 수 있다.
(B) 이소시아네이트계 경화제
상기 조성물에 포함되는 이소시아네이트계 경화제(B)는 주제(A)에 포함된 폴리에스테르 폴리올(A-1)과 우레탄 반응을 한다. 이러한 이소시아네이트계 경화제(B)는 구체적으로 에틸렌디이소시아네이트, 톨루엔디이소시아네이트, 톨릴렌디이소시아네이트, 메틸렌디페닐디이소시아네이트, 테트라메틸크실렌디이소시아네이트, 나프탈렌디이소시아네이트, 크실렌디이소시아네이트, 폴리메틸렌폴리페닐이소시아네이트, 수소화 메틸렌디페닐디이소시아네이트, 수소화 톨릴렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트 및 트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 구현예에 따른 이소시아네이트계 경화제(B)는 폴리우레탄 폼 시트의 난연성을 높이기 위해 방향족 구조를 포함하는 메틸렌디페닐디이소시아네이트일 수 있다.
상기 이소시아네이트계 경화제(B)의 함량(사용량)은 우레탄 반응이 잘 이루어질 수 있도록 주제(A) 총 중량에 대하여 10 내지 30 중량부, 또는 20 내지 25 중량부일 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 주제(A)와 상기 이소시아네이트계 경화제(B)를 포함하는 조성물로부터 형성된 폴리우레탄 폼 시트는 고난연성을 나타낼 수 있다. 구체적으로 폴리우레탄 폼 시트는 UL 94 난연 등급 V-0를 만족시킬 수 있다.
상기 UL 94 난연 등급은 UL 94 V(Vertical Burning Test)에 의거한 난연성 평가 결과에 따라 부여되는 것으로, 하기 시험조건에 따른 결과가 하기 5가지 조건을 만족할 경우, V-0 등급이 부여될 수 있다. 본 발명의 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트는 하기 5가지 조건을 만족함에 따라 UL 94 난연 등급을 기준으로 V-0 등급을 나타낼 수 있다.
시험조건 1: 20㎜ 길이의 불꽃을 10 초 동안 시편(가로*세로*두께=13㎜*125㎜*신청두께㎜)에 접염 후, 시편의 연소 시간 t1 측정 및 연소 양상(적하에 의한 탈지면발화 여부, 클램프까지의 연소 여부 등) 기록
시험조건 2: 1 차 접염 후 연소가 종료되면, 다시 10 초 동안 접염 후 시편의 연소시간 t2와 불똥이 맺힌 시간(glowing time) t3 측정 및 연소 양상(적하에 의한 탈지면발화 여부, 클램프까지의 연소 여부 등) 기록
조건 1: 개별 연소 시간(Individual afterflame time, t1 or t2)이 10 초 이하
조건 2: 전처리 조건 별 전체 연소 시간(Total afterflame time for any condition set, 총 5개의 시편의 t1+t2)이 50 초 이하
조건 3: 불꽃을 두 번 가한 후의 연소 및 불똥이 맺힌 시간(Afterflame plus afterglow time for each individual specimen after the second flame application, t2+t3)이 30 초 이하
조건 4: 클램프(125mm 표시)까지 연소(Burning up to the holding clamp)가 일어나지 않음
조건 5: 적하에 의한 탈지면의 발화(Cotton Ignition)가 일어나지 않음
또한 본 발명의 구현예에 따르면, 상기 주제(A)와 상기 이소시아네이트계 경화제(B)를 포함하는 조성물로부터 형성된 폴리우레탄 폼 시트는 UL 94 5V 난연 등급 5VA를 만족시킬 수 있으며, 이로 인해 고난연성을 나타낼 수 있다.
상기 UL 94 5V 난연 등급은 UL 94 5V(125㎜ Vertical Burning Test)에 의거한 난연성 평가 결과에 따라 부여되는 것으로, 하기 시험조건에 따른 결과가 하기 3가지 조건을 만족할 경우, 5VA 등급이 부여될 수 있다. 본 발명의 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트는 하기 3가지 조건을 만족함에 따라 UL 94 5V 난연 등급을 기준으로 5VA 등급을 나타낼 수 있다.
시험조건 1: 시편(가로*세로*두께=13㎜*125㎜*신청두께㎜)에 125㎜ 불꽃을 5 초 동안 가한 후 후 5 초 동안 불꽃을 제거하는 것을 5회 반복하고 난 후 잔염(t1) 및 glowing(t2) 시간 측정
시험조건 2: 시편(가로*세로*두께=150㎜*150㎜*신청두께㎜)의 중심에 125mm 불꽃을 5 초 동안 가한 후 5 초 동안 불꽃을 제거하는 것을 5회 반복하고 30 초 후 3mm 이상의 hole이 생겼는지 확인
조건 1: 불꽃을 다섯 번 가한 후의 연소 및 불똥이 맺힌 시간 (Afterflame plus afterglow time after fifth flame application for each Individual bar specimen)이 60초 이하
조건 2: 적하에 의한 탈지면의 발화(Cotton Ignition for any bar specimen)가 일어나지 않음
조건 3: 불꽃 및 연소에 의한 시편에 3mm 이하 hole 발생(Burn-through of any plaque specimen) 없음
또 본 발명의 구현예에 따르면, 상기 주제(A)와 상기 이소시아네이트계 경화제(B)를 포함하는 조성물로부터 형성된 폴리우레탄 폼 시트는 ASTM D149에 따른 시편 두께 1 ㎜를 기준으로 한 절연파괴전압이 3 kV 이상, 또는 3 내지 5 kV, 또는 3.2 내지 4.8 kV, 또는 3.5 내지 4.5 kV를 나타낼 수 있으며, 이로 인해 향상된 내전압 특성 및 우수한 내구성 등을 나타낼 수 있다.
한편 본 발명의 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트는 두께 방향으로 20% 압축했을 때(예컨대, 두께 1 mm의 폴리우레탄 폼 시트를 압축하여 두께 0.8 mm의 폴리우레탄 폼 시트 제조)의 압축반발력(Compression Force Deflection)이 4 내지 60 kPa, 또는 5 내지 45 kPa, 또는 7 내지 30 kPa, 또는 8 내지 20 kPa일 수 있다. 폴리우레탄 폼 시트의 압축반발력이 상기 범위 내임에 따라 요구되는 연질 특성 및 우수한 내충격성 등을 나타낼 수 있다.
또한 본 발명의 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트는 두께가 3 ㎜ 이하, 또는 0.5 내지 2.5 ㎜, 또는 0.5 내지 1 ㎜일 수 있다. 특히, 본 발명의 구현예에서는 폴리우레탄 폼 시트의 두께가 비교적 얇은 0.5 ㎜이더라도 폴리우레탄 폼 시트가 고난연성을 나타낼 수 있다. 이는 폴리우레탄 폼 시트를 형성하기 위한 조성물에 포함되는 난연제가, 폴리우레탄 폼 시트의 두께 제어에 영향을 미치는 흑연계 화합물을 포함하지 않으면서 2 종 이상의 난연 화합물을 포함함으로써 가능할 수 있다.
또 본 발명의 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트는 쇼어 OO(shore OO) 경도가 50 이하, 또는 20 내지 45, 또는 25 내지 40일 수 있다. 폴리우레탄 폼 시트의 쇼어 00 경도가 상기 범위 내임에 따라 우수한 내구성, 내충격성 및 연질 특성 등을 나타낼 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 상기 주제(A)와 상기 이소시아네이트계 경화제(B)를 포함하는 조성물로부터 형성된 폴리우레탄 폼 시트는 도 1에 도시된 바와 같이 주제(A) 및 이소시아네이트계 경화제(B)를 포함하는 조성물로 형성된 발포시트층(11) 단독으로 이루어진 폴리우레탄 폼 시트(10, 도 1의 (a)); 또는 기재 및 이형필름의 역할을 하는 이형층(21), 발포시트층(11) 및 발포시트층(11)의 표면 보호 및 이형필름의 역할을 하는 또 다른 이형층(22)이 적층된 폴리우레탄 폼 시트(10, 도 1의 (b))의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 또한 이형층(21, 22)과 발포시트층(11) 사이에는 폴리우레탄 폼 시트(10)의 결합력을 높이거나 공정성을 개선하기 위해 접착층, 표면코팅층 등이 선택적으로 개재될 수 있다.
이러한 폴리우레탄 폼 시트는 일례로 다음의 과정을 통해 제조할 수 있다. 구체적으로 도 2 및 도 3을 참조하면, 폴리우레탄 폼 시트는 주제, 경화제 및 발포제를 혼합하여 발포혼합물을 형성하는 단계(S-1 단계); 상기 발포혼합물을 이형필름에 코팅하는 단계(S-2 단계); 및 상기 발포혼합물이 코팅된 이형필름을 열처리하여 발포시트층을 형성하는 단계(S-3 단계)를 거쳐 제조할 수 있다.
상기 S-1 단계는 주제, 경화제 및 발포제를 각각 준비하고, 준비한 주제, 경화제 및 발포제를 저압발포믹서기(201)에 투입 및 혼합하는 과정으로 이루어질 수 있다. 구체적으로 S-1 단계에서 얻어지는 발포혼합물은 질소가스 등과 같은 물리적 발포제가 사용되는 무기 발포 과정을 통해 형성될 수 있다. 또한 발포혼합물은 화학적 발포제가 사용되는 유기 발포 과정을 통해 형성될 수도 있다.
상기 S-2 단계는 발포혼합물을 이형필름에 코팅하는 과정으로 이루어질 수 있다. 상기 코팅 방법으로는 콤마 코팅, 슬롯다이 코팅, 닥터블레이드 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅 등을 들 수 있으며, 그 중 콤마 코팅기(202)를 이용한 콤마 코팅이 발포시트층의 두께를 균일하게 제어할 수 있다는 점에서 바람직할 수 있다. 또한 이형필름으로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 또는 실리콘 수지 등으로 이루어진 이형필름이 사용될 수 있다.
상기 코팅 방법을 통해 이형필름에 코팅된 발포혼합물은 상기 S-3 단계를 진행하기 전에 건조되는 과정을 거칠 수 있다. 상기 건조는 IR 히터(203)를 통해 0 내지 80 ℃, 또는 10 내지 70 ℃의 온도로 발포혼합물을 열처리하는 과정으로 이루어질 수 있다. 이러한 건조 과정을 거침에 따라 발포혼합물의 표면건조가 일어나 추후 형성되는 발포시트층의 외관 균일성을 높일 수 있다.
상기 S-3 단계는 발포혼합물이 코팅된 이형필름을 히팅드럼(204) 등으로 이송하면서 UV 존(205)에서 열처리하는 과정을 통해 이루어질 수 있다. 구체적으로, S-3 단계는 발포혼합물을 경화시켜 발포시트층을 형성하는 단계로, 발포혼합물의 경화를 위한 온도는 130 내지 150 ℃, 또는 135 내지 145 ℃일 수 있고, 라인스피드는 1 내지 4 mpm일 수 있다. 발포혼합물의 경화 온도가 상기 범위 내임에 따라 발포혼합물의 경화가 원활히 이루어지면서 라인스피드를 적절히 올릴 수 있고, 이형필름이 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또한 라인스피드가 상기 범위 내임에 따라 발포시트층의 외관 균일성을 높일 수 있다.
한편 본 발명의 구현예에 따르면, 폴리우레탄 폼 시트는 상기 S-3 단계를 거쳐 형성된 발포시트층을 표면처리하는 단계(S-4 단계)를 더 거쳐 제조할 수 있다.
상기 S-4 단계는 발포시트층의 표면에 표면처리제를 코팅하는 과정으로 이루어질 수 있다. 상기 표면처리제가 발포시트층의 표면에 코팅됨에 따라 발포시트층의 표면 끈적임이 제어되어 발포시트층을 포함하는 폴리우레탄 폼 시트의 운반성 등을 높일 수 있다. 상기 표면처리제는 아크릴 우레탄계 화합물 또는 아크릴계 화합물일 수 있다.
이와 같은 과정을 거쳐 제조한 폴리우레탄 폼 시트는 적용분야에 따라 다양한 크기 및 형태로 재단한 후, 이형필름이 제거된 상태로 사용될 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트는 충격흡수, 실링 등의 기능과 더불어 고난연성을 나타내기 때문에 자동차, 백색가전, 건축물 등과 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명의 구현예에 따른 폴리우레탄 폼 시트는 비교적 얇은 두께로도 고난연성을 나타낼 수 있으며, 경제적이기 때문에 자동차(예컨대, 전기자동차) 배터리 모듈의 난연성을 확보하는데 유용하게 적용될 수 있는데, 이에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
자동차용 배터리 모듈
본 발명의 구현예는 폴리우레탄 폼 시트를 포함하는 자동차용 배터리 모듈을 제공하는데, 이에 대해 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 구현예에 따른 자동차용 배터리 모듈(100)은 하우징(101), 배터리 셀(102) 및 폴리우레탄 폼 시트(103)를 포함한다.
상기 하우징(101)은 배터리 셀(102)을 감싸는 것으로, 금속(예컨대, 알루미늄) 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
상기 배터리 셀(102)은 양극, 음극 및 전해액을 포함하는 구조를 가지며, 하우징(101) 내에 복수로 구비될 수 있다.
상기 폴리우레탄 폼 시트(103)는 상술한 주제(A) 및 이소시아네이트계 경화제(B)를 포함하는 조성물로부터 형성되는 것으로, UL 94 난연 등급 V-0를 만족시키며, ASTM D149에 따른 시편 두께 1 ㎜를 기준으로 한 절연파괴전압이 3 kV 이상일 수 있다. 이러한 폴리우레탄 폼 시트(103)는 배터리 셀(102) 사이에 각각 구비되는 것으로, UL 94 난연 등급 V-O를 나타내는 고난연성을 가짐에 따라 자동차용 배터리 모듈(100) 내에서 화재가 발생할 경우, 화재가 빠르게 진화되도록 할 수 있다.
한편 하우징(101) 내의 배터리 셀(102)과 폴리우레탄 폼 시트(103)는 접착제(104)(Thermal adhesive)를 통해 고정될 수 있다.
상기 내용을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 실시예의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
주제 및 경화제를 포함하는 조성물을 하기 표 2(단위: 중량부)의 조성으로 각각 준비하였다. 다음, 주제, 경화제 및 질소가스(발포제)를 저압발포믹서기에 투입 및 혼합하여 발포혼합물을 형성한 후, 형성된 발포혼합물을 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(이형필름) 사이에 주입하면서 콤마 코팅하였다. 그 다음, 발포혼합물이 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 IR 히터 존(IR Heater Zone)으로 이동시키고 50 내지 60 ℃로 열처리하여 발포혼합물의 표면을 건조시켰다. 다음, 표면 건조된 발포혼합물이 코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 히팅드럼으로 이동시키고 약 140 ℃로 열처리하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 사이에 발포시트층(두께: 1 내지 3 ㎜)을 형성하는 과정을 거쳐 폴리우레탄 폼 시트를 제조하였다.
여기서 폴리우레탄 폼 시트의 연질 특성을 고려하여 하기 표 1을 참고하면서 당량비(폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트계 경화제의 당량비)를 하기와 같이 제어하여 폴리우레탄 폼 시트를 제조하였다.
* 당량비 = [{폴리올 관능기/분자량(당량의 역수) × 투입량}의 총합]:[이소시아네이트 관능기/분자량(당량의 역수) × 투입량] = 1:0.75 내지 0.9
| 구분 | 에스테르 폴리올 (U-1410 유니온 화성) |
에스테르 폴리올 (U-1405 유니온 화성) |
에스테르 폴리올 (U-1415 유니온 화성) |
에테르 폴리올 (DF 1000 MCNS) |
사슬연장제 (triethylene glycol) |
이소시아네이트계 경화제 (M200) |
| 분자량 | 1000 | 500 | 1500 | 1000 | 150 | 337 |
| 관능기 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2.7 |
| 당량 g/eq |
500 | 250 | 750 | 500 | 75 | 125 |
[실시예 2 내지 8]
조성물의 조성을 하기 표 2와 같이 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 폼 시트를 제조하였다.
[비교예 1 내지 7]
조성물의 조성을 하기 표 3(단위: 중량부)과 같이 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 폼 시트를 제조하였다.
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | 실시예 7 | 실시예 8 |
| 에스테르 폴리올 (U-1410 유니온 화성) |
55 | - | 31 | 43.5 | 25 | 25 | 53.5 | 25.5 |
| 에스테르 폴리올 (U-1405 유니온 화성) |
- | 25 | 21 | 10 | 25.5 | 25 | - | 25 |
| 에스테르 폴리올 (U-1415 유니온 화성) |
- | 28 | - | - | - | - | - | - |
| 에테르 폴리올 (DF 1000 MCNS) |
- | - | - | - | - | - | - | - |
| 탄성 고무 (KBR-710S 금호석화) |
- | - | - | - | 0.5 | 1 | 1.5 | 0.5 |
| 사슬연장제 (triethylene glycol) |
1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 정포제 (L-5617) |
2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 유기 인계 화합물 (멜라민 포스페이트) |
13 | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 | 13 | 10 |
| 무기 인계 화합물 (적인) |
14 | 14 | 14 | 14 | 14 | 14 | 14 | 10 |
| 금속 수산화물 (Al(OH)3) |
3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 10 |
| 이소시아네이트계 경화제 (M200) |
12 | 14 | 15 | 13.5 | 16 | 16 | 12 | 16 |
| 구분 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | 비교예 5 | 비교예 6 | 비교예 7 |
| 에스테르 폴리올 (U-1410 유니온 화성) |
- | - | - | 25.5 | 25.5 | 25.5 | 30 |
| 에스테르 폴리올 (U-1405 유니온 화성) |
21 | - | - | 25 | 25 | 25 | - |
| 에스테르 폴리올 (U-1415 유니온 화성) |
- | - | - | - | - | - | - |
| 에테르 폴리올 (DF 1000 MCNS) |
31 | 55 | 56 | - | - | - | 26 |
| 탄성 고무 (KBR-710S 금호석화) |
- | - | - | 0.5 | 0.5 | 0.5 | - |
| 사슬연장제 (triethylene glycol) |
1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 정포제 (L-5617) |
2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 유기 인계 화합물 (멜라민 포스페이트) |
13 | 13 | 13 | 15 | - | - | 13 |
| 무기 인계 화합물 (적인) |
14 | 14 | 14 | - | 10 | - | 14 |
| 금속 수산화물 (Al(OH)3) |
3 | 3 | 3 | 15 | 20 | - | 3 |
| 이소시아네이트계 경화제 (M200) |
15 | 12 | 11 | 16 | 16 | 16 | 11 |
[시험예 1] 밀도 측정
실시예 및 비교예 각각에서 제조한 폴리우레탄 폼 시트를 10 cm × 10 cm 크기로 재단한 후, 부피와 무게를 측정하여 밀도를 계산하였다.
[시험예 2] 난연성 평가
실시예 및 비교예 각각에서 제조한 폴리우레탄 폼 시트로, UL 94 V-0 TEST를 위한 시편 1(크기: 13 mm × 125 mm, 두께: 1 mm)과 시편 2(크기: 13 mm × 125 mm, 두께: 3 mm)를 각각 준비하였다. 준비한 시편을 자체 제작한 장비를 활용하여 UL 94 V-0 TEST를 모사하였으며, 하기 평가방법 및 평가기준(표 4)에 따라 평가하였다.
1. 20 mm 길이의 불꽃을 10 초 동안 시편에 접염 후, 시편의 연소 시간 t1을 측정하고, 연소 양상을 기록
2. 1 차 접염 후 연소가 종료되면, 다시 10 초 동안 접염 후 시편의 연소시간 t2 및 불똥이 맺힌 시간(glowing time) t3를 측정하고, 연소 양상을 기록
3. t1 t2 t3의 연소시간 및 연소 양상(적하에 의한 탈지면발화 여부, 클램프까지의 연소 여부 등)을 판단하여 난연 등급을 산출)
| 구분 | V-0 | V-1 | V-2 |
| 개별 연소 시간(t1 or t2) | ≤ 10 초 | ≤ 30 초 | ≤ 30 초 |
| 전처리 조건 별 전체 연소 시간(총 5개의 시편의 t1+t2) | ≤ 50 초 | ≤ 250 초 | ≤ 250 초 |
| 불꽃을 두 번 가한 후의 연소 및 불똥이 맺힌 시간(t2+t3) | ≤ 30 초 | ≤ 60 초 | ≤ 60 초 |
| 클램프 (125㎜ 표시)까지 연소 | No | No | No |
| 적하에 의한 탈지면의 발화 | No | No | Yes |
| V-O 등급일 경우: ○ 9초 이내 발화될 경우: △ 지속발화 또는 탄화체가 하락할 경우: × |
|||
[시험예 3] 경도 평가
실시예 및 비교예 각각에서 제조한 폴리우레탄 폼 시트로, 경도 측정을 위한 시편(크기: 100 mm × 100 mm, 두께: 10 mm가 되도록 적층)을 각각 준비한 후, ASTM D2240 규격에 의거하여(테클락 Shore 00 경도계 이용) 경도를 측정하였다.
[시험예 4] 압축반발력 평가
실시예 및 비교예 각각에서 제조한 폴리우레탄 폼 시트로, 압축반발력 측정을 위한 시편(크기: 50 mm × 50 mm, 두께: 4 mm 내외가 되도록 적층)을 각각 준비한 후, ASTM D3574 규격에 의거하여(가나시험기의 GNT-300 장비 이용, 압축속도: 8 mpm, 압축정도: 시편 두께의 20%를 압축) 압축반발력을 측정하였다.
[시험예 5] 절연파괴전압 평가
실시예 및 비교예 각각에서 제조한 폴리우레탄 폼 시트로, 절연파괴전압 측정을 위한 시편(크기: 50 mm × 50 mm, 두께: 1 mm)을 각각 준비한 후, ASTM D149 규격에 의거하여(절연파괴시험장치(Phenix, 6CCEI00-5/D149) 이용, 초기전압상승속도: 500 V/s, 단계 간 전압상승속도: 250 V/s, 초기전압: 3 Kv, 단계 별 유지시간: 30 s, 단계 상승전압: 500 V) 절연파괴전압을 측정하였다.
상기 측정된 결과를 하기 표 5 및 표 6에 나타내었다.
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | 실시예 7 | 실시예 8 |
| 밀도 | 0.32 | 0.32 | 0.32 | 0.32 | 0.32 | 0.32 | 0.32 | 0.32 |
| 난연성(V-0기준) | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
| 난연성(t1 or t2) | 0 | 9 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 8 |
| 난연성(t1+t2) | 0 | 9 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 8 |
| 난연성(t2+t3) | 0 | 9 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 8 |
| CFD (20%) | 45 kPa | 16 kPa | 35 kPa | 40 kPa | 10 kPa | 8 kPa | 20 kPa | 20 kPa |
| 경도 Shore 00 | 50 | 25 | 35 | 45 | 20 | 20 | 30 | 25 |
| 절연파괴전압 (1 mm) |
3 kV | 3.5 kV | 3 kV | 3.5 kV | 3.5 kV | 3.5 kV | 3 kV | 3.5 kV |
| 구분 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | 비교예 5 | 비교예 6 | 비교예 7 |
| 밀도 | 0.32 | 0.32 | 0.32 | 0.32 | 0.32 | 0.32 | 0.32 |
| 난연성(V-0기준) | △ (8초발화) |
× | × | × | × | × | △ (8초 발화) |
| 난연성(t1 or t2) | 8 | 11 | 16 | - | - | - | 8 |
| 난연성(t1+t2) | 8 | - | - | - | - | - | 8 |
| 난연성(t2+t3) | 8 | - | - | - | - | - | 8 |
| CFD (20%) | 20 kPa | 10 kPa | 10 kPa | 10 kPa | 45 kPa | 10 kPa | 50 kPa |
| 경도 Shore 00 | 25 | 20 | 20 | 20 | 40 | 20 | 45 |
상기 표 5 및 표 6을 참조하면, 본 발명의 구현예에 따른 조성물로 폴리우레탄 폼 시트를 형성할 경우, 난연성, 반발 특성 및 내전압 특성이 우수하고 연질 폴리우레탄 폼 시트에서 요구되는 경도 범위를 나타내는 반면에, 비교예들은 난연성이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 9 내지 11]
조성물의 주제 점도에 따른 공정 안정성을 평가하기 위해 하기 표 7(단위: 중량부)과 같이 조성물의 주제 조성을 조절하여 주제를 제조하였다.
| 구분 | 실시예 9 | 실시예 10 | 실시예 11 |
| 에스테르 폴리올 (U-1410 유니온 화성) |
25.5 | - | - |
| 에스테르 폴리올 (U-1405 유니온 화성) |
10 | 30.5 | 31.5 |
| 에스테르 폴리올 (U-1415 유니온 화성) |
20 | 10 | 20 |
| 에테르 폴리올 (DF 1000 MCNS) |
- | 10 | - |
| 탄성 고무 (KBR-710S 금호석화) |
0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 사슬연장제 (triethylene glycol) |
1 | 1 | 1 |
| 정포제 (L-5420) |
2 | 2 | 2 |
| 유기 인계 화합물 (멜라민 포스페이트) |
13 | 13 | 13 |
| 무기 인계 화합물 (적인) |
14 | 14 | 14 |
| 금속 수산화물 (Al(OH)3) |
3 | 3 | 3 |
[시험예 6] 공정 안정성 평가
실시예에서 각각 제조한 주제의 점도를 브룩필드 점도계를 사용하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
또한 제조한 주제에 이소시아네이트계 경화제(M200)를 조성물 100 중량부가 되도록 저압발포믹서기에 투입하고 질소가스(발포제)와 함께 혼합하여 발포혼합물을 형성한 후, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(이형필름) 사이에 주입하기 위해 발포혼합물의 토출이 잘 이루어지는지를 확인하였으며, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
| 구분 | 실시예 5 | 실시예 9 | 실시예 10 | 실시예 11 |
| 점도 | 5000cps | 6000cps | 4000cps | 3000cps |
| 공정 토출온도(℃) | 35 | 토출문제 발생 | 25 | 25 |
상기 표 8을 참조하면, 주제의 점도가 5000 cPs를 초과함에 따라 발포혼합물의 토출온도가 40 ℃ 이상으로 상승하여 믹서기에서 조성물의 경화 반응이 일어나고 압력이 높아짐에 따라 공정 안정성에 문제가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라 주제의 점도는 5000 cPs 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
10, 103: 폴리우레탄 폼 시트
11: 발포시트층
21, 22: 이형층
100: 배터리 모듈
101: 하우징
102: 배터리 셀
104: 접착제
11: 발포시트층
21, 22: 이형층
100: 배터리 모듈
101: 하우징
102: 배터리 셀
104: 접착제
Claims (13)
- 폴리에스테르 폴리올 및 난연제를 포함하는 주제; 및 이소시아네이트계 경화제를 포함하는 조성물로부터 형성되고,
상기 난연제가 상기 난연제 총 중량을 기준으로, 유기 인계 화합물 20 내지 50 중량%, 무기 인계 화합물 35 내지 70 중량% 및 금속 수산화물 1 내지 15 중량%를 포함하며,
UL 94 난연 등급 V-0를 만족시키고,
ASTM D149에 따른 시편 두께 1 ㎜를 기준으로 한 절연파괴전압이 3 kV 이상인, 폴리우레탄 폼 시트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 폴리우레탄 폼 시트를 두께 방향으로 20% 압축했을 때, 압축 반발력(Compression Force Deflection)이 4 내지 60 kPa인, 폴리우레탄 폼 시트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 난연제가 흑연계 화합물을 포함하지 않는, 폴리우레탄 폼 시트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 주제가 상기 주제 총 중량을 기준으로, 상기 난연제 25 내지 50 중량%를 포함하는, 폴리우레탄 폼 시트.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 무기 인계 화합물에 함유된 인(P)의 함유량이 상기 무기 인계 화합물 총 중량을 기준으로 30 중량% 이상인, 폴리우레탄 폼 시트.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 주제가 탄성 고무를 더 포함하고,
상기 탄성 고무의 유리전이온도(Tg)가 -80 내지 -20 ℃인, 폴리우레탄 폼 시트.
- 제 9 항에 있어서,
상기 주제가 상기 주제 총 중량을 기준으로, 상기 탄성 고무 0.1 내지 5 중량%를 포함하는, 폴리우레탄 폼 시트.
- 제 9 항에 있어서,
상기 주제의 점도가 500 내지 5,000 cPs인, 폴리우레탄 폼 시트.
- 제 1 항에 있어서,
두께가 3 mm 이하이고,
쇼어 OO(shore OO) 경도가 50 이하인, 폴리우레탄 폼 시트.
- 폴리우레탄 폼 시트를 포함하는 자동차용 배터리 모듈로서,
상기 폴리우레탄 폼 시트는 폴리에스테르 폴리올 및 난연제를 포함하는 주제; 및 이소시아네이트계 경화제를 포함하는 조성물로부터 형성되고, UL 94 난연 등급 V-0를 만족시키며, ASTM D149에 따른 시편 두께 1 ㎜를 기준으로 한 절연파괴전압이 3 kV 이상이고,
상기 난연제가 상기 난연제 총 중량을 기준으로, 유기 인계 화합물 20 내지 50 중량%, 무기 인계 화합물 35 내지 70 중량% 및 금속 수산화물 1 내지 15 중량%를 포함하는, 자동차용 배터리 모듈.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220007454A KR102477902B1 (ko) | 2022-01-18 | 2022-01-18 | 폴리우레탄 폼 시트 및 이를 포함하는 자동차용 배터리 모듈 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| KR102477902B1 true KR102477902B1 (ko) | 2022-12-15 |
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|---|---|
| KR (1) | KR102477902B1 (ko) |
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