KR20010051990A - 폴리우레탄 재질의 성형체 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리우레탄 재질의 성형체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 최소한 한 개의 폴리우레탄 겔과 최소한 한 개의 폴리우레탄 발포제로 이루어지는 최소한 두 종류의 서로 상이한 폴리우레탄 재질로 이루어지고, 상기 폴리우레탄 겔과 발포제가 두 개의 서로 상이한 공간에 배열되며 또한 우레탄 제조시에 자체 접착력에 의해 서로 결합된 폴리우레탄 재질의 성형체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

폴리우레탄 재질의 성형체 및 이의 제조방법 {Form body of polyurethane and method for preparing the same}

본 발명은 폴리우레탄 재질의 성형체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 특히 시트 패드(seat pad) 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 상기 성형체의 제조방법에는 주형주물방식 및 이와 유사한 다양한 종류가 있다.

폴리우레탄은 다양한 형태로 광범위한 분야에 사용된다. 폴리우레탄 발포제품이 사용되는 분야에는, 예로서 큐션 가구제품, 시트, 특히 자동차 시트 그리고 시트 패드(seat pad)를 들 수 있다. 시트 등에 사용될 경우 이 재질은 성형체 또는 블럭으로 절단되어 사용된다.

자동차 분야를 예로 들자면 현재 80% 이상의 자동차에 폴리우레탄 발포제품 재질의 시트가 장착되고 있지만, 간혹 이런 시트 패드의 편리성이 부정적으로 평가되기도 한다.

이 뿐만 아니라 폴리우레탄 재질의 겔도 시트 패드의 재질로 사용되기도 한다.

특허 유럽특허 제57838호에는 낮은 특성값, 즉 일명 저교차결합(under-cross linkage)을 특징으로 하는 데쿠비투스(dekubitus)를 방지하기 위해 겔을 사용하는 것에 대해 기술되어 있다. 폴리이소시아네이트를 짧은 사슬을 갖지 않는 긴 사슬 형태의 폴리올을 이용해 치환함으로써 이것들을 생산할 수 있다. 폴리우레탄 미가공 원료로 이루어진 이런 형태 안정적인 겔은 매트리스나 매트리스 삽입물, 자동차 시트 그리고 큐션 가구 분야에 사용될 수 있다.

유럽특허 제511570호에는 긴 사슬의 폴리에테르와 짧은 사슬의 폴리에테르의 혼합물로 생산되는 낮은 특성값의 폴리이소시아네이트와 폴리올로 이루어지는 개선된 겔에 대해 기술되어 있다. 이런 재질은 신발에 사용되는 완충 패드, 자전거 안장, 좌석의 상단면, 상해를 방지하기 위한 커버, 안면 마스크, 말안장 하단의 완충용 패드에 사용될 수 있다고 기술되어 있다.

순수한 겔로 이루어진 시트 패드는 열용량(heat capacity)이 크고 중량이 무겁다는 것이 단점이다. 높은 열용량으로 인해 사용자는 착석할 때 차가운 느낌을 받게 되는데, 그 이유는 겔 재질의 시트에 않을 때 사용자는 좌석을 데우는데 많은 양의 체온을 빼앗기기 때문이다.

본 발명의 과제는 전술한 단점을 현재 기술수준으로 보완하고 부하 방향에서의 성형체의 완충력이나 탄력성을 개선해 좌석의 안락감을 개선한 폴리우레탄 재질의 발포제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

이 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는 최소한 한 개의 폴리우레탄 겔과 최소한 한 개의 폴리우레탄 발포제로 구성되는, 최소한 두 종류의 서로 상이한 폴리우레탄 재질로 이루어진 성형체를 사용하는데, 이 폴리우레탄 발포제와 폴리우레탄 겔은 두 개의 서로 상이한 공간에 배열되며, 이것들은 우레탄 제조동안 자체 접착력에 의해 서로 결합한다.

본 발명에 따른 성형체는 발포제품 제조시에 통상적으로 사용되는 주형에서 주형주물방식으로 제조될 수 있다. 발명에 따른 성형체는 각 재질의 탄력성 또는 완충력을 최적으로 유지시켜 좌석의 안락성을 극대화한다. 또한 예를 들어 여러 가지 재질을 층상으로 배열하는 방식과 같은 다양한 방식도 가능하다. 좌석의 요구되는 특성에 맞게 예를 들어 한 종류의 재질을 특정 구역에만 방식을 선택할 수도 있다.

바람직하게도 성형체에는 특히 폴리우레탄 겔이 투과할 수 없는 외측의 커버층이 포함되어 있다.

이 커버층은 호일, 특히 폴리우레탄 호일, 염화폴리비닐호일 또는 가죽 또는 예를 들어 마이크로 섬유와 같은 직물 재질로 이루어질 수 있다. 원칙적으로 호일 재질로는 팽창력이 있는 다양한 재질이 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 폴리우레탄 발포제와 폴리우레탄 겔이 최소한 두 개의 층으로 중첩되게 배열되어 있기 때문에, 이렇게 층상으로 배열된 발포제와 겔이 부하가 가해지는 횡단 방향에 대해 탄력부재 또는 완충부재의 기능을 이행한다.

다른 실시예의 경우에는 한 개의 겔 층이 최소한 부분적으로 발포제에 의해 둘러쌓이거나, 또는 한 개의 발포제 블럭이 최소한 부분적으로 겔에 의해 둘러쌓일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 성형체가 시트 패드(seat pad)로 사용될 수 있는데, 이 경우 이 시트 패드의 상부면을 추가적으로 직물 커버층으로 씌우는 것이 바람직하다. 이러한 방법은 특히 후발포(after foaming)시 호일이 사용될 경우에 더욱 필요하다. 이 경우 시트 패드(seat pad)는 일반적으로 나중에 씌어 진다.

발명의 전술된 실시예에서 외측에 직물이 씌어질 경우 이 직물은 겔 면에 대해 진공으로 밀봉되어야 한다. 직물 커버를 직접 커버층으로 사용할 경우 아직 액체 상태인 겔 재질이 직물로 침투되는 것을 방지해야 함으로써 거친 일반적 재질의 직물을 사용할 수 없다. 직물 커버층을 씌우기 위해서, 예를 들어 열가소성 폴리우레탄 또는 셀(cell)이 밀폐된 절단된 폴리우레탄 발포제로 이루어진 호일이 사용될 수 있다.

폴리우레탄 발포제를 생산하기 위해 통상적으로 사용되는 폴리올과 폴리이소시아네이트를 반응시켜야 한다. 이와 관련된 가공 기술이나 전형적인 원료에 대해서는 예를 들어 G. 외르텔의 저서 '폴리우레탄 핸드북'에 기술되어 있다.

겔의 제조를 위해서는 유럽 특허 제57838호와 제511570호에 기술되어 있는 원료를 사용할 수 있다.

폴리우레탄 재질의 성형체를 제조하기 위한 발명에 따른 방법은 성형체가 주형주물방식을 통해 폴리우레탄 겔과 발포 형성력이 있는 폴리우레탄 반응 혼합물로 제조된다는 것을 특징으로 한다. 이 방법에서는 이 두 가지 물질이 발포 형성 과정이나 경화 과정 중에 서로 결합하게 된다.

이런 방법에 따라 제조된 성형체의 장점은 서로 상이한 폴리우레탄으로 이루어진 샌드위치 구조에 의해 이들 재질의 접착특성이 최대로 활용된다는 점이다.

바람직하게도 재질이 주형공구내에 삽입된 커버층 상으로 주입되거나 또는 커버층이 완성된 결합물에 놓이게 된다.

필요하다면 제작된 성형체는 그 다음 과정에서 다른 재질로 코팅될 수 있다.

다른 실시예에서는, 커버층으로 코팅된 주형에 겔로서 폴리이소시아네이트와 폴리올로 이루어진 바로 제작된 혼합물을 주입하고, 그 다음 과정에서 발포제 제조를 위해 폴리우레탄 재질의 미가공 원료 혼합물을 겔 층에 공급하고 발포 형성 및 경화에 필요한 조건을 유지시키는 형태로 발명에 따른 방법을 진행할 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에서는 사전에 이미 제조된 겔 층을 커버층에 맞게 설계된 주형에 주입하고, 그 다음 폴리우레탄 재질의 미가공 원료 혼합물을 발포제 제조를 위해 공급한 후 성형체의 경화와 발포 형성에 필요한 조건, 즉 특정한 온도와 특정한 체류시간을 유지시키는 형태로 제조공정이 진행될 수 있다.

사전에 이미 제작된 겔층은 예를 들어 주형 바닥에 놓여지거나 주형 상단에 고정될 수 있다.

다른 실시예에서는 사전에 이미 제작된 발포제 블럭을 주형에 주입하고 그 다음 주형에 겔을 충전한 후 폴리우레탄-겔의 제작에 필요한 반응 조건을 유지시키는 형태로 제조공정이 진행된다.

이소시아네이트 작용기와 폴리올 성분의 작용기가 최소 5.2, 바람직하게는 6.5, 더욱 바람직하게는 7.5인 미가공 원료를 이용해 폴리우레탄 겔을 제조하는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에서는 겔 제조를 위한 폴리올 성분은, 히드록시 수(hydroxyl Number)가 112 이하인 한 개의 폴리올 또는 여러 개의 폴리올(a)와 히드록시 수의 범위가 112 내지 600인 한 개의 폴리올 또는 여러 개의 폴리올(b)의 혼합물로 이루어진다. 여기에 성분 (a)와 (b)의 중량부는 90:10에서 10:90이며, 반응 혼합물의 이소시아네이트 특성값은 15 내지 59.81이고 폴리올 성분의 작용기와 이소시아네이트 작용기는 최소 6.15이다.

다른 특수한 실시예의 경우 겔 제조를 위한 미가공 원료의 재질은 다음 성분으로 이루어진다.

a) 한 개 또는 여러 개의 폴리이소시아네이트,

b) 다음으로 이루어진 폴리올 성분,

- 히드록시 수가 112 이하인 한 개 또는 여러 개의 폴리올(b1);

- 히드록시 수가 112 내지 600인 한 개 또는 여러 개의 폴리올(b2);

c) 이소시아네이트기와 히드록시기 사이의 반응을 위해 경우에 따라 사용되는 촉매,

d) 폴리우레탄 화학 분야에서 이미 잘 알려져 있는 충진제 또는 첨가제.

이 때 성분(b2)에 대한 성분(b1)의 중량비율은 90:10 내지 10:90이며, 반응 혼합물의 이소시아네이트 특성값은 15 내지 59.81이고 폴리올 성분의 이소시아네이트 기능성은 최소 6.15이다.

겔 제조를 위해 사용되는 폴리올 성분은 분자량이 1000내지 12000이며, OH-수가 20 내지 112인 한 개 또는 여러 개의 폴리올로 이루어지는 것이 바람직한데, 이 때 폴리우레탄을 형성하는 성분의 작용기는 최소 5.2이며 이소시아네이트 수는 15 내지 60이다.

겔 제조에는 화학식이 Q(NCO)n인 이소시아네이트를 사용하는 것이 바람직한데, 여기에 n은 2 내지 4이며 Q는 탄소원자의 수가 8 내지 18인 지방족 탄화수소나 탄소원자의 수가 4 내지 15인 고리형 지방족 탄화수소 또는 탄소원자의 수가 8 내지 15인 방향족 탄화수소를 의미한다. 이소시아네이트는 순수한 형태로 투입되거나 또는 우레탄화, 알로판화(allophanization) 또는 비우레이트화(biuret reaction)를 통해 변형된 형태로 투입될 수 있다.

다음에서는 실시예를 통해 발명에 대해 상세히 기술하고자 한다.

본 발명의 한 실시예에서는 진공 밀봉된 호일이 포함된 직물이나 또는 호일이 시트 주형에서 디프 드로잉(deep drawing) 처리된다. 주형의 하단면은 이후에 시트의 상단면이 된다. 그 다음 금방 생산된 폴리올과 폴리이소시아네이트의 혼합물을 액체상태로 주형에 주입한다. 이 겔 형태의 물질은 충진 후 시트면을 완전히 덮거나 부분적으로 덮는다. 이 혼합물이 완전히 또는 부분적으로 폴리우레탄-겔로서 반응을 한 후에 그 다음 단계에서 폴리우레탄 재질의 미가공 원료의 액체형 또는 일차 처리된 발포형 혼합물을 주형발포제 생산을 위해 주형에 주입한다. 이 혼합물은 발포제로서 팽창하기 시작하면 주형의 커버를 밀폐시키고 10분 이내의 통상적 경화 시간이 경과한 후 시트 패드(seat pad)를 주형에서 분리시킨다.

발명의 다른 실시예에서는 폴리우레탄 겔이 개별적으로 생산되며 형태 안정적(form stable) 겔로서 일회 과정으로 또는 수 차례에 걸쳐 주형에 주입된다. 이 겔은 호일 상으로 주입되거나 또는 적층된 직물 상으로 주입된다. 주형에서 거픔으로 팽창한 후 시트 상단면의 특정 위치에서 폴리우레탄 발포제에 의해 겔이 고정된다. 이렇게 함으로써 겔은 좌석의 안락성을 더욱 개선하는 기능을 갖게된다. 이 실시예의 경우에는 겔 큐션을 주형 커버에 위치시킬 수도 있는데, 이 경우 겔큐션은 좌석의 하단면에 놓이게 된다. 이렇게 함으로써 폴리우레탄 겔의 압력 분재 특성으로 인해 착석감이 개선될 수 있다.

본 발명의 세 번째 실시예에서는 반응성 겔에 의해 겔과 절단된 폴리우레탄 발포제제이 서로 결합하게 된다. 이 과정은 예를 들어 다음과 같이 진행된다. 겔을 디프 드로잉(deep drawing)된 호일이나 또는 진공 밀봉된 직물상에 주입하고 그 다음 완전히 반응하지 않은 겔 상에 발포제를 올려놓는다. 반응이 완전히 진행되면 겔과 발포제는 서로 견고하게 결합한다.

본 발명은 폴리우레탄 재질의 성형체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 최소한 한 개의 폴리우레탄 겔과 최소한 한 개의 폴리우레탄 발포제로 이루어지는 최소한 두 종류의 서로 상이한 폴리우레탄 재질로 이루어지고, 상기 폴리우레탄 겔과 발포제가 두 개의 서로 상이한 공간에 배열되며 또한 우레탄 제조시에 자체 접착력에 의해 서로 결합된 폴리우레탄 재질의 성형체 및 이의 제조방법하여 안락한 조재를 얻을 수 있다.

Claims (18)

1. 폴리우레탄 재질의 성형체에 있어서, 최소한 한 개의 폴리우레탄 겔과 최소한 한 개의 폴리우레탄 발포제로 이루어지는 최소한 두 종류의 서로 상이한 폴리우레탄 재질로 이루어지고, 상기 폴리우레탄 겔과 발포제가 두 개의 서로 상이한 공간에 배열되며 또한 우레탄 제조시에 자체 접착력에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 재질의 성형체.
2. 제1항에 있어서, 상기 성형체는 폴리우레탄 겔이 투과할 수 없는 외측의 커버층으로 피복되는 것을 특징으로 하는 성형체.
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리우레탄 발포제와 폴리우레탄 겔이 최소한 두 개의 층으로 배열되는 것을 특징으로 하는 성형체.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 겔층이 최소한 부분적으로 발포제에 의해 둘러쌓이거나, 또는 발포제 블럭이 최소한 부분적으로 겔에 의해 둘러쌓이게 되는 것을 특징으로 하는 성형체.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커버층이 폴리우레탄 호일 또는 염화폴리비닐과 같은 호일 또는 가죽 또는 마이크로 섬유 재질의 직물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 성형체.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 성형체가 시트 패드(seat pad)로 사용되는 것을 특징으로 하는 성형체.
7. 제6항에 있어서, 상기 시트 패드의 최소한 상단면에는 추가적으로 직물 커버층이 존재하는 것을 특징으로 하는 성형체.
8. 폴리우레탄 겔과 발포 형성력이 있는 폴리우레탄 반응 혼합물을 이용한 주형주물방식을 통해 성형체를 제조하고, 상기 두 가지 물질이 발포형성과정이나 경화 과정 중에 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 제1항 또는 제7항의 어느 한 항에 따른 폴리우레탄 성형체의 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 폴리우레탄의 재질은 커버층, 바람직하게는 호일 상으로 주입되거나, 또는 이 커버층이 결합 재질상에 놓이게 되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 성형체의 제조방법.
10. 제8항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 커버층으로 코팅된 주형에 겔 물질로서 폴리이소시아네이트와 폴리올로 이루어진 혼합물이 주입되고, 그 후에 발포제 생산을 위해 폴리우레탄 재질의 미가공 원료혼합물이 겔 층에 공급되며, 발포 형성 및 경화에 필요한 조건을 유지시키는 형태로 진행되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 성형체의 제조방법.
11. 제8항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 사전에 이미 제작된 겔 층이 커버층에 맞게 설계된 주형에 주입되며, 그 다음 폴리우레탄 재질의 미가공 원료 혼합물이 발포제의 제조를 위해 공급되고, 그 다음 성형체 경화와 발포 형성에 필요한 조건이 유지되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 성형체의 제조방법.
12. 제11항에 있어서, 사전에 이미 제작된 겔 층이 주형의 바닥에 위치되거나 또는 주형의 커버에 고정되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 성형체의 제조방법.
13. 제8항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 사전에 이미 제작된 발포제 블럭이 주형에 삽입되며 주형이 겔로 충진되고, 폴리우레탄 겔의 제조를 위해 상기 반응 조건이 유지되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 성형체의 제조방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리올 성분의 작용기와 이소시아네이트 작용기가 최소 5.2, 바람직하게는 6.5, 더욱 바람직하게는 최소 7.5인 미가공 원료로 겔이 생산되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 성형체 제조방법.
15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 겔 제조에 사용되는 폴리올 성분은, 히드록시 수가 112 이하인 한 개의 폴리올 또는 여러 개의 폴리올(a)과, 히드록시 수의 범위가 112 내지 600인 한 개의 폴리올 또는 여러 개의 폴리올(b)의 혼합물로 이루어지며, 여기서 성분 (a)와 (b)의 중량부는 90:10에서 10:90이고, 반응 혼합물의 이소시아네이트 특성값은 15 내지 59.81이며 폴리올 성분의 작용기와 이소시아네이트 작용기가 최소 6.15임을 특징으로 하는 폴리우레탄 성형체의 제조방법.
16. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 겔 제조에 사용되는 미가공 원료의 재질이, a) 한 개 또는 여러 개의 폴리이소시아네이트,

    b) 다음으로 이루어진 폴리올 성분,

    - 히드록시 수가 112 이하인 한 개 또는 여러 개의 폴리올(b1)

    - 히드록시 수가 112 내지 600인 한 개 도는 여러 개의 폴리올(b2)

    c) 이소시아네이트기와 히드록시기 사이의 반응을 위해 경우에 따라 사용되는 촉매,

    d) 폴리우레탄 화학 분야에서 이미 잘 알려져 있는 충진제 또는 첨가제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 성형체의 제조방법.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 겔 제조를 위해 사용되는 폴리올 성분은 분자량이 1000 내지 12000이며, OH-수가 20 내지 112인 한 개 또는 여러 개의 폴리올로 이루어지고, 이 때 폴리우레탄을 형성하는 성분의 작용기가 최소 5.2이며 이소시아네이트 수가 15 내지 60임을 특징으로 하는 폴리우레탄 성형체의 제조방법.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 겔 제조시에 화학식이 Q(NCO)n인 이소시아네이트가 사용되는데, 여기서 n은 2 내지 4이며 Q는 탄소수가 8 내지 18인 지방족 탄화수소나 탄소수가 4 내지 15인 고리형 지방족 탄화수소 또는 탄소수가 8 내지 15인 방향족 탄화수소이고, 상기 이소시아네이트는 순수한 형태로 투입되거나, 또는 우레탄화, 알로판화(allophanization) 또는 비우레이트화 반응(biuret reaction)을 통해 변형된 형태로 투입될 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 성형체의 제조방법.