KR102625087B1 - 난연성 폴리우레탄 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 폴리우레탄 입자의 응집이 감소되며, 난연성이 우수한 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물에 관한 것으로, 본 개시에 따른 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물은 수산기가 10~30mg KOH/g인 폴리올, 가교제, 촉매, 계면활성제, 기포개방제 및 발포제를 포함하는 레진 프리믹스; 이소시아네이트; 난연제; 및 분산제;를 포함한다.
Description
본 개시는 난연성 폴리우레탄 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물에 관한 것이다.
폴리우레탄 폼은 가볍고, 유연성이 뛰어나며, 강도 및 내구성이 우수한 특성을 가지고 있고, 건축, 자동차, 포장 등 전 산업분야에서 수요가 지속적으로 증가하고 있는 추세이다.
그러나, 폴리우렌탄 폼은 화염에 취약하고, 인화성이 높은 단점이 있어 난연성을 요하는 분야에서는 제한적으로 사용되고 있고, 화재 발생시 유독가스를 방출하고, 폼이 녹아 흘러내려 2차 피해를 발생시키는 문제점이 있다.
이에, 폴리우레탄 폼의 난연성을 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있으며, 다양한 난연제가 개발되고 있으나, 난연제를 첨가하는 경우, 폴리우레탄 입자의 응집으로 인한 발포 특성이 저하되는 문제점이 있어, 이를 해결할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
본 개시는 "난연재 및 분산제를 포함한 연질 우레탄폼 배합"에 대한 연구결과에 기초하여 안출된 것으로서, 폴리우레탄 입자의 응집이 감소되며, 난연성이 우수한 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시에 따르면, 수산기가 10~30mg KOH/g인 폴리올, 가교제, 촉매, 계면활성제, 기포개방제 및 발포제를 포함하는 레진 프리믹스; 이소시아네이트; 난연제; 및 분산제;를 포함하는 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물을 통해 전술한 과제를 효과적으로 해결할 수 있다.
본 개시에서, 상기 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물은 폴리올 55~65중량%, 가교제 0.1~1중량%, 촉매 0.1~1중량%, 계면활성제 0.1~1중량%, 기포개방제 0.5~5중량% 및 발포제 0.5~5중량%, 이소시아네이트 15~35중량%, 난연제 5~15중량% 및 분산제 0.1~3.0중량%를 포함할 수 있다.
본 개시에서, 상기 이소시아네이트는 이소시아네이트기(NCO)의 함량이 30~40중량%일 수 있다.
본 개시에서, 상기 난연제는 팽창 흑연일 수 있다.
본 개시에서, 상기 분산제는 지방산계 분산제, 인산계 분산제 및 멜라민계 분산제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 개시에서, 상기 자동차 부품은 자동차 시트일 수 있다.
본 개시에 따른 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물은, 분산제를 포함함으로써 인장강도 및 연신율을 향상시킬 수 있다.
또한, 특정 분산제를 포함함으로써, 인열강도 및 경도를 향상시킬 수 있으며, 난연성을 극대화시킬 수 있고, 이에 따라 자동차 시트에 적용 시 난연성을 나타낼 수 있다.
도 1은 분산제에 따른 점도를 측정한 결과이다.
도 2는 분산제에 따른 침전 특성을 측정한 결과이다.
도 3은 분산제에 따른 발포 특성을 분석한 결과이다.
도 4는 실험예 3에 따른 폴리우레탄 폼의 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 실험예 3에 따른 폴리우레탄 폼을 SEM으로 촬영한 도면이다.
도 6은 실험예 4에 따른 폴리우레탄 폼의 인장강도 및 연신율을 나타낸 도면이다.
도 7은 실험예 5에 따른 폴리우레탄 폼의 인열강도 및 밀도를 나타낸 도면이다.
도 8은 실험예 6에 따른 폴리우레탄 폼의 경도를 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10은 실험예 7에 따른 폴리우레탄 폼의 난연성을 나타낸 도면이다.
도 2는 분산제에 따른 침전 특성을 측정한 결과이다.
도 3은 분산제에 따른 발포 특성을 분석한 결과이다.
도 4는 실험예 3에 따른 폴리우레탄 폼의 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 실험예 3에 따른 폴리우레탄 폼을 SEM으로 촬영한 도면이다.
도 6은 실험예 4에 따른 폴리우레탄 폼의 인장강도 및 연신율을 나타낸 도면이다.
도 7은 실험예 5에 따른 폴리우레탄 폼의 인열강도 및 밀도를 나타낸 도면이다.
도 8은 실험예 6에 따른 폴리우레탄 폼의 경도를 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10은 실험예 7에 따른 폴리우레탄 폼의 난연성을 나타낸 도면이다.
이하, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 개시의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 본 개시에서 수치와 관련하여 용어 "약(about)", "대략(approximately)" 또는, 적어도(at least)와 같은 유사한 표현이 사용되는 경우, 해당 수치를 기준으로 ±10%, ±7%, ±5%, ±3%, ±2%, 또는 ±1%의 이론적, 실험적, 통계적, 또는 경험칙상의 오차가 허용되는 것으로 의도된다.
본 개시의 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물은, 수산기가 10~30mg KOH/g인 폴리올, 가교제, 촉매, 계면활성제, 기포개방제 및 발포제를 포함하는 레진 프리믹스; 이소시아네이트; 난연제; 및 분산제;를 포함한다.
본 개시에서, 레진 프리믹스는 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물을 구성하는 주원료로서, 폴리올, 가교제, 촉매, 계면활성제, 기포개방제 및 발포제를 포함할 수 있다.
레진 프리믹스를 구성하는 폴리올은 폴리에테르 폴리올(Polyether Polyol) 또는 폴리머 폴리올(Polymer Polyol)일 수 있으며, 바람직하게는 폴리에테르 폴리올 및 폴리머 폴리올의 혼합물일 수 있다. 상기 폴리에테르 폴리올은 수산기가 10~30mg KOH/g, 바람직하게는 20~30mg KOH/g일 수 있고, 상기 폴리머 폴리올은 수산기가 10~30mg KOH/g, 바람직하게는 15~25mg KOH/g일 수 있다. 본 개시에서 폴리올의 수산기 함량이 전술한 범위를 벗어나면 강도 및 탄성이 저하되어 전술한 범위가 바람직하다.
또한, 폴리올의 함량은 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물 전체 중량% 대비 55~65중량%일 수 있고, 바람직하게는 58~61중량%일 수 있다. 폴리올의 함량이 전술한 범위를 벗어나면, 연질 폴리우레탄 폼의 독립 기포가 많아지며 연질 폴리우레탄 폼의 수축이 생기며 양호한 흐름성과 성형성이 나오지 않아, 상기 범위가 바람직하다.
본 개시에서, 가교제(Cross-linker)는 고분자의 가교를 위해 첨가되는 것으로서, 상기 가교제는 디에탄올아민(Diethanolamine)일 수 있으며, 가교제의 함량은 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물 전체 중량% 대비 0.1~1중량%일 수 있고, 바람직하게는 0.2~0.4중량%일 수 있다. 가교제의 함량이 전술한 범위를 벗어나면 반응 제어가 어렵고, 충분한 화학 가교가 발생하지 않아, 상기 범위가 바람직하다.
본 개시에서, 촉매(Catalyst)는 가교가 용이하게 진행될 수 있도록 하기 위하여 첨가되는 것으로, 본 개시에서 촉매는 Momentive사의 A-1(BL-11) 또는 33LV일 수 있고, 바람직하게는 A-1(BL-11) 및 33LV의 혼합 촉매일 수 있다. 촉매의 함량은 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물 전체 중량% 대비 0.1~1중량%일 수 있고, 바람직하게는 0.3~0.5중량%일 수 있다. 촉매의 함량이 전술한 범위를 벗어나면, 가교 등이 용이하지 않아, 상기 범위가 바람직하다.
본 개시에서, 계면활성제(Surtactant)는 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물의 안정화를 위해 첨가되는 것으로, 본 개시에서 상기 계면활성제는 실리콘계 계면활성제일 수 있으며, 바람직하게는 EVONIC사의 B-8734LF2 또는 B-8736LF2일 수 있고, 더욱 바람직하게는 이들의 혼합물일 수 있다. 계면활성제의 함량은 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물 전체 중량% 대비 0.1~1중량%일 수 있고, 바람직하게는 0.3~0.8중량%일 수 있다. 계면활성제의 함량이 전술한 범위를 벗어나면, 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물이 불안정하여 발포 등이 용이하지 않아, 상기 범위가 바람직하다.
본 개시에서, 기포개방제(Cell Opener)는 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물의 발포가 용이하게 진행될 수 있도록 하기 위하여 첨가되는 것으로, 기포개방제의 함량은 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물 전체 중량% 대비 0.5~5중량%일 수 있고, 바람직하게는 1~3중량%일 수 있다. 기포개방제의 함량이 전술한 범위를 벗어나면, 기포 발생이 용이하지 않을 수 있어, 상기 범위가 바람직하다.
본 개시에서, 발포제(Blowing agent)는 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물의 발포가 용이하게 진행될 수 있도록 하기 위하여 첨가되는 것으로, 본 개시에서 발포제는 물일 수 있다. 발포제의 함량은 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물 전체 중량% 대비 0.5~5중량%일 수 있고, 바람직하게는 1~3중량%일 수 있다. 발포제의 함량이 전술한 범위를 벗어나면, 발포가 용이하지 않을 수 있어, 상기 범위가 바람직하다.
본 개시에서, 이소시아네이트는 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물을 구성하는 주원료로서, 상기 이소시아네이트는 이소시아네이트기(NCO)의 함량이 30~40중량%일 수 있고, 바람직하게는 33~38중량%일 수 있으며, 상기 이소시아네이트는 메틸렌 다이페닐 다이아이소사이아네이트 (Methylene diphenyl diisocyanate)일 수 있다. 이소시아네이트기의 함량이 전술한 범위를 벗어나면 폴리올과의 결합이 용이하지 않고, 이에 따라 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물의 물성 등이 저하될 수 있어 상기 범위가 바람직하다.
본 개시에서, 이소시아네이트의 함량은 15~35중량%일 수 있고, 바람직하게는 20~30중량%일 수 있다. 이소시아네이트의 함량이 전술한 범위를 벗어나면 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물의 기계적 물성이 저하될 수 있어, 상기 범위가 바람직하다.
본 개시에서, 난연제는 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물에 난연성을 부여하기 위한 것으로, 흑연일 수 있으며, 바람직하게는 팽창흑연(EG; Expanded Graphite)일 수 있다. 난연제의 함량은 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물 전체 중량% 대비 5~15중량일 수 있고, 바람직하게는 6~12중량%일 수 있다. 난연제의 함량이 전술한 범위를 벗어나면 난연성이 저하되거나, 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물의 기계적 물성이 저하될 수 있어, 상기 범위가 바람직하다.
본 개시에서, 분산제는 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물의 입자가 뭉치는 것을 방지하고, 난연제의 분산을 도와 폴리우레탄 조성물의 난연성을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 분산제는 지방산계 분산제, 인산계 분산제 및 멜라민계 분산제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 지방산계 분산제일 수 있다.
본 개시에서, 지방산계 분산제는 당업계에 널리 알려진 것이라면 제한없이 사용할 수 있으나, 본 개시에서 바람직하게는 BYK사의 BYK-220S 또는 ANTI-TERRA-U를 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 BYK-220S 를 사용할 수 있다.
본 개시에서, 인산계 분산제는 당업계에 널리 알려진 것이라면 제한없이 사용할 수 있으나, 본 개시에서 바람직하게는 BYK 사의 BYK-111 또는 BYK-180 를 사용할 수 있다.
본 개시에서, 멜라민계 분산제는 당업계에 널리 알려진 것이라면 제한없이 사용할 수 있으나, 본 개시에서 바람직하게는 EVONIC사의 PE40을 사용할 수 있다.
본 개시에서, 분산제의 함량은 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물 전체 중량% 대비 0.1~3.0중량%일 수 있고, 바람직하게는 0.5~1.0중량%일 수 있다. 분산제의 함량이 전술한 범위를 벗어나면 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물의 기계적 물성, 난연성 등이 저하될 수 있어, 상기 범위가 바람직하다.
또한, 본 개시에 따른 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물은 휘발성 유기화합물(VOCs; Volatile organic compounds)의 저감을 위하여 VOCs 저감제를 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물 전체 중량% 대비 0.5~1중량% 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물은 난연제 및 분산제를 모두 포함함으로써, 폴리우레탄 폼의 인장강도 및 연신율을 모두 향상시킬 수 있으며, 난연제만을 포함하는 경우보다 인장강도 및 연신율을 모두 향상시킬 수 있다.
또한, 본 개시에 따른 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물은 분산제를 포함함으로써 경도가 향상되며, 인열강도 및 난연성이 향상될 수 있다.
또한, 본 개시에 따른 자동차 부품은 바람직하게는 자동차 시트일 수 있고, 본 개시에 따른 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물은, 자동차 시트에 폼의 형태로 포함될 수 있으며, 이에 따라 자동차 시트는 난연성을 가질 수 있다.
이하, 본 개시의 구체적인 실시예 및 실험예를 통해 더욱 자세하게 설명하도록 한다.
실시예에 사용된 원료는 하기 표 1과 같다.
| 구분 | 원료 | 제조사 |
| 폴리에테르 폴리올 | KE-810(Hydroxyl value : 25mg KOH/g) | KPX |
| 폴리머 폴리올 | KE-737(Hydroxyl value : 18mg KOH/g) | KPX |
| 가교제 | DEOA(Diethanolamine) | 그린케미칼 |
| 촉매 | A-1(BL-11), 33LV | Momentive |
| 계면활성제 | B-8734LF2, B-8736LF2 | EVONIC |
| 기포개방제 | FA103 | KPX |
| 발포제 | 물 | - |
| Methylene Diphenyl diisocyanate(MDI) | COSMONATE MC-82W(NCO 35중량%) | KMC |
| 난연제 | 팽창흑연(GP-120) | 유일케미칼 |
| VOCs 저감제 | HM-B2 | HM솔루션 |
| 지방산계 분산제 | BYK-220S, ANTI-TERRA-U | BYK |
| 인산계 분산제 | BYK-111, BYK-180 | BYK |
| 멜라민계 분산제 | PE40 | EVONIC |
실시예
1 내지 5
하기 표 2에 따른 함량으로 폴리올, 가교제, 촉매, 계면활성제, 기포개방제 및 발포제를 25℃±2℃에서 혼합하여 레진 프리믹스를 제조하였다. 제조된 레진 프리믹스, 이소시아네이트, 난연제, VOCs 저감제 및 분산제를 25℃±2℃에서 3분간 혼합하여 폴리우레탄 발포 조성물을 제조하였으며, 분산제는 실시예 1에 BYK-220S, 실시예 2에 ANTI-TERRA-U, 실시예 3에 BYK-111, 실시예 4에 BYK-180, 실시예 5에 PE40를 사용하였다.
| 성분 | 물질 | 첨가량(g) | 중량% |
| 폴리올 | KE-810 | 72.3 | 53.2 |
| 폴리올 | KE737 | 8 | 5.9 |
| 기포개방제 | FA103 | 2.4 | 1.8 |
| 가교제 | DEOA | 0.4 | 0.3 |
| 촉매 | A1(BL-11) | 0.1 | 0.1 |
| 촉매 | 33LV | 0.4 | 0.3 |
| 계면활성제 | B8734LF2 | 0.6 | 0.4 |
| 계면활성제 | B8736LF2 | 0.2 | 0.1 |
| 발포제 | H2O | 2.2 | 1.6 |
| Voc 저감제 | HM-B2 | 1.2 | 0.9 |
| 난연제 | GP120 | 12.2 | 9.0 |
| 이소시아네이트 | MC-82W | 35 | 25.7 |
| 분산제 | - | 1 | 0.7 |
비교예
분산제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 폴리우레탄 조성물을 제조하였다.
실험예 1
분산제에 따른 침전특성을 확인하기 위하여, 실시예 1의 레진프리믹스 100중량부에 난연제 및 분산제를 각각 5중량부씩 혼합하여 1,000rpm으로 혼합물을 제조하였으며, 제조된 혼합물에 사용된 난연제 및 분산제는 하기 표 3과 같다.
제조된 혼합물의 점도는 SV-100 진동형 점도계로 측정하였으며 이에 대한 결과는 하기 표 4 및 도 1에 나타내었다.
또한, 제조된 혼합물을 200ml를 실린더에 정치 후 시간 변화에 따른 침전량을 분석하였으며, 이에 대한 결과를 도 2에 나타내었다.
도 1 및 도 2에서 혼합물 1은 BYK-220S로, 혼합물 2는 ANTI-TERRA-U로, 혼합물 3은 BYK-111로, 혼합물 4는 BYK-180로, 혼합물 5는 PE40로, 혼합물 6은 Polyol+ GP-120로 표시하였다.
| 구분 | 난연제 | 분산제 |
| 혼합물 1(BYK-220S) | GP-120 | BYK-220S |
| 혼합물 2(ANTI-TERRA-U) | GP-120 | ANTI-TERRA-U |
| 혼합물 3(BYK-111) | GP-120 | BYK-111 |
| 혼합물 4(BYK-180) | GP-120 | BYK-180 |
| 혼합물 5(PE40) | GP-120 | PE40 |
| 혼합물 6(Polyol+ GP-120) | GP-120 | - |
| 구분 | 점도(Viscosity, P) |
| 혼합물 1(BYK-220S) | 16.6 |
| 혼합물 2(ANTI-TERRA-U) | 18.3 |
| 혼합물 3(BYK-111) | 14.7 |
| 혼합물 4(BYK-180) | 16.7 |
| 혼합물 5(PE40) | 15.1 |
| 혼합물 6(Polyol+ GP-120) | 16.7 |
상기 표 4 및 도 1을 참조하면, 분산제로 ANTI-TERRA-U(혼합물 2)를 사용한 경우만이, 분산제를 사용하지 않은 경우(혼합물 6) 대비, 점도가 향상된 것을 확인할 수 있다.또한, 도 2를 참조하면, 혼합물 1(BYK-220S) 및 혼합물 2(ANTI-TERRA-U)를 사용한 경우, 분산제를 사용하지 않은 경우 대비 시간에 따른 침전량이 적고, 분리현상이 줄어든 것을 확인할 수 있다.
실험예 2
실시예 1 내지 5 및 비교예에서 제조된 폴리우레탄 조성물의 발포 특성을 분석하기 위하여 컵 발포를 진행하였으며, 발포는 상온에서 자유 발포되었다. 컵 발포에 따른 Cream time, Rise time 및 Settling rate를 측정하였으며, 이에 대한 결과는 하기 표 5 및 도 3에 나타내었다.
도 3에서 실시예 1은 BYK-220S로, 실시예 2는 ANTI-TERRA-U로, 실시예 3은 BYK-111로, 실시예 4는 BYK-180로, 실시예 5는 PE40로, 비교예는 Polyol+ GP-120로 표시하였다.
Cream time: 폴리우레탄 조성물의 원료가 혼합된 시점부터 부풀어 오르기 시작하기까지 걸린 시간
Rise time: 폴리우레탄 조성물의 원료가 혼합된 시점부터 최대로 부풀어 오르기까지 걸린 시간
Settling rate: 자유 발포하는 폼에서 최대로 부풀어 오르고 난 직후에 폼의 높이가 관찰 가능할 정도로 줄어드는 현상
| 구분 | Cream time | Rise time | Settling rate |
| 실시예 1(BYK-220S) | 20 | 124 | 5 |
| 실시예 2(ANTI-TERRA-U) | 17 | 133 | 6.4 |
| 실시예 3(BYK-111) | 35 | 244 | collapse |
| 실시예 4(BYK-180) | 20 | 129 | collapse |
| 실시예 5(PE40) | 16 | 107 | 6.1 |
| 비교예(Polyol+ GP-120) | 25 | 110 | 10. |
상기 표 5 및 도 3을 참조하면, 실시예 5(PE40)를 제외한 경우에서, Rise time이 대부분 증가함을 확인하였으며 Settling rate가 분산제를 투입하지 않은 경우에 비해 감소함을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 3(BYK-111) 및 실시예 4(BYK-180)의 경우, collapse(경화되기전 붕괴)가 발생한 것을 확인할 수 있다.
실험예 3
상기 실험예 2에 따라, collaps가 발생하지 않은, 실시예 1, 2, 5 및 비교예에서 제조된 폴리우레탄 조성물을 1,000rpm으로 교반시킨 후, 200mm X 200mm의 오픈 몰드에서 사각 시편으로 발포시켰다. 제조된 폴리우레탄 폼의 단면은 도 4에 나타내었고, Sigma500(Carl-Zeiss,Jena,Germany)을 사용하여 표면 백금 코팅 후 10kV의 가속전압으로 측정한 모습을 도 5에 나타내었다.
도 4 및 도 5에는 실시예 1은 BYK-220S로, 실시예 2는 ANTI-TERRA-U로, 실시예 5는 PE40로, 비교예는 Polyol+ GP-120로 표시하였다.
도 4를 참조하면, 실시예 5의 경우, 기공이 많고, 셀이 매우 거친 것을 확인할 수 있으며, 도 5를 참조하면, 실시예 2의 경우 셀의 사이즈가 증가하였으나, 윈도우 사이즈(Window size)는 작아졌으며, 실시예 1의 경우, 비교예 대비 클로즈드 셀(Closed cell)의 비율이 높은 것을 확인할 수 있으며, 실시예 5는 셀의 경계가 모호하고, 윈도우 사이즈가 작으며 무너진 셀벽이 다수 확인되었다.
실험예 4
실시예 1, 2, 5 및 비교예에서 제조된 폴리우레탄 조성물을 1,000rpm으로 교반시킨 후, 200mm X 200mm의 오픈 몰드에서 사각 시편으로 발포시켰다. 제조된 폴리우레탄 폼의 인장강도 및 연신율을 하기 측정방법으로 측정하고 이에 대한 결과를 도 6 및 표 6에 나타내었다.
도 6에는 실시예 1은 BYK-220S로, 실시예 2는 ANTI-TERRA-U로, 실시예 5는 PE40로, 비교예는 Polyol+ GP-120로 표시하였다.
[측정방법]
인장강도 및 연신율: KS M 6518 규격에 의해 두께 10mm의 아령형 시험편을 200mm/min의 속도로 시험하며 시험편 파단 시 최대하중 및 거리를 측정함
| 구분 | 인장강도(kPa) | 연신율(%) |
| 실시예 1(BYK-220S) | 92.1 | 97.75 |
| 실시예 2(ANTI-TERRA-U) | 79.2 | 123.91 |
| 실시예 5(PE40) | 69.9 | 88.59 |
| 비교예(Polyol+ GP-120) | 89.5 | 95.09 |
상기 표 6 및 도 6을 참조하면, 비교예 대비 실시예 1의 경우, 인장강도 및 연신율이 상승한 것을 확인할 수 있으며, 실시예 2, 5는 인장강도가 크게 감소하였다.
실험예 5
실시예 1, 2, 5 및 비교예에서 제조된 폴리우레탄 조성물을 1,000rpm으로 교반시킨 후, 200mm X 200mm의 오픈 몰드에서 사각 시편으로 발포시켰다. 제조된 폴리우레탄 폼의 인열강도 및 밀도를 하기 측정방법으로 측정하고 이에 대한 결과를 도 7 및 표 7에 나타내었다.
도 7에는 실시예 1은 BYK-220S로, 실시예 2는 ANTI-TERRA-U로, 실시예 5는 PE40로, 비교예는 Polyol+ GP-120로 표시하였다.
[측정방법]
인열강도: JIS K-6301 규격에 의해 200mm/min 속도로 시험하여 절단 시 최대하중 및 거리를 측정하였음
밀도: 부피 및 무게를 측정하여 구함
| 구분 | 인열강도(kPa) | 밀도(kg/m3) |
| 실시예 1(BYK-220S) | 41.99 | 46 |
| 실시예 2(ANTI-TERRA-U) | 36.68 | 42 |
| 실시예 5(PE40) | 33.52 | 43 |
| 비교예(Polyol+ GP-120) | 40.7 | 43 |
상기 표 7 및 도 7을 참조하면, 비교예 대비 실시예 1의 경우, 인열강도 및 밀도가 증가한 것을 확인할 수 있다.
실험예 6
실시예 1, 2, 5 및 비교예에서 제조된 폴리우레탄 조성물을 1,000rpm으로 교반시킨 후, 200mm X 200mm의 오픈 몰드에서 사각 시편으로 발포시켰다. 제조된 폴리우레탄 폼의 경도 및 압축률을 하기 측정방법으로 측정하고 이에 대한 결과를 도 8 및 표 8에 나타내었다.
도 8에는 실시예 1은 BYK-220S로, 실시예 2는 ANTI-TERRA-U로, 실시예 5는 PE40로, 비교예는 Polyol+ GP-120로 표시하였다.
[측정방법]
경도(Indentation Load Deflection): 성형된 폼을 초기 두께의 25% 및 65% 압축하여 걸리는 힘을 JIS K-6301 규격에 따라 측정함
압축률: 50mm X 50mm X 25mm 사이즈의 시편을 분당 60회의 속도로 초기 두께의 50%로 압축될 때까지 총 80,000번 반복 압축 후 두께를 측정하여 초기 두께와의 차이를 측정함
| 구분 | 두께(mm) | 압축률(%) | 경도 | 경도 | |
| 전 | 후 | (25%, ILD) | (65%, ILD) | ||
| 실시예 1(BYK-220S) | 2.5 | 2.5 | 0 | 6.74 | 18.03 |
| 실시예 2(ANTI-TERRA-U) | 2.8 | 2.8 | 0 | 4.32 | 14.73 |
| 실시예 5(PE40) | 2.9 | 2.9 | 0 | 3.87 | 13.40 |
| 비교예(Polyol+ GP-120) | 2.9 | 2.7 | 6.9 | 3.94 | 13.63 |
상기 표 8 및 도 8을 참조하면, 실시예 1의 경우, 경도가 크게 향상된 것을 확인할 수 있으며, 비교예의 경우, 6.9%의 변형이 발생되었으나, 실시예 1, 2 및 5는 변형이 발생되지 않은 것을 확인할 수 있다.
실험예 7
실시예 1, 2, 5 및 비교예에서 제조된 폴리우레탄 조성물을 1,000rpm으로 교반시킨 후, 200mm X 200mm의 오픈 몰드에서 사각 시편으로 발포시켰다. 제조된 폴리우레탄 폼의 난연성을 하기 측정방법으로 측정하고 이에 대한 결과를 도 9 및 도 10에 나타내었다.
도 9 및 도 10에는 실시예 1은 BYK-220S로, 실시예 2는 ANTI-TERRA-U로, 실시예 5는 PE40로, 비교예는 Polyol+ GP-120로 표시하였다.
[측정방법]
난연성: 시편을 수평으로 고정 후 10초간 화염에 노출시킨 후 불꽃을 제거하여 연소 특성을 측정
도 9 및 도 10을 참조하면, 실시예 1의 경우, 난연성이 실시예 2, 5 및 비교예 대비 우수한 것을 확인할 수 있다.
실험예 8
실시예 1, 2, 5 및 비교예에서 제조된 폴리우레탄 조성물을 1,000rpm으로 교반시킨 후, 200mm X 200mm의 오픈 몰드에서 사각 시편으로 발포시켰다. 제조된 폴리우레탄 폼의 난연성(한계산소지수)을 하기 측정방법으로 측정하고, 이에 대한 결과를 표 9에 나타내었다.
[측정방법]
한계산소지수(Limited Oxygen Index, LOI): 10mm*10mm*50mm의 시편을 ISO 4589 규정에 따라 시험하고, 하기 수학식 1에 따라 측정함
[수학식 1]
| 구분 | 연소시간(S) | 연소길이(mm) | 연소비율 (mm/min) |
무게감소율(%) | Dripping | LOI(%) |
| 실시예 1(BYK-220S) | 97 | 39 | 24.1 | 3.6 | N | 23 |
| 실시예 2(ANTI-TERRA-U) | 204 | 78 | 22.9 | 7.1 | N | 22 |
| 실시예 5(PE40) | 161 | 65 | 24.2 | 6.6 | N | 23 |
| 비교예(Polyol+ GP-120) | 185 | 73 | 23.7 | 8.7 | N | 22 |
상기 표 9를 참조하면, 실시예 1의 경우, 난연 특성이 가장 우수하고, 중량 감소도 가장 낮은 것을 확인할 수 있다.
또한, LOI 는 연소를 지속하는데 필요한 최소한의 산소 체적분율을 의미하며, 모두 22% 이상의 값을 나타내고 있음을 확인할 수 있다.
이와 같이, 실험예 1 내지 8을 참조하면, 분산제로 BYK-220S를 사용하는 경우, 폴리우레탄 폼의 기계적 특성 및 열적 난연 특성을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있으며, 이에 따라 자동차 시트에 적용 시 난연성을 나타낼 수 있다.
Claims (6)
- 수산기가 10~30mg KOH/g인 폴리올, 가교제, 촉매, 계면활성제, 기포개방제 및 발포제를 포함하는 레진 프리믹스;
이소시아네이트;
팽창흑연; 및
지방산계 분산제;
를 포함하는 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물로서,
상기 조성물 전체 중량% 기준으로 폴리올 58~61중량%, 가교제 0.2~0.4중량%, 촉매 0.3~0.5 중량%, 계면활성제 0.3~0.8 중량%, 기포 개방제 1~3 중량%, 발포제 1~3 중량%, 팽창흑연 6~12 중량%, 지방산계 분산제 0.5~1중량% 및 이소시아네이트 20~30 중량%를 포함하는 것인, 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 이소시아네이트는 이소시아네이트기(NCO)의 함량이 30~40중량%인 것인, 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 자동차 부품은 자동차 시트인 것인, 자동차 부품용 난연성 폴리우레탄 조성물.
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2023
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