KR20050097809A

KR20050097809A - 상변화성 물질 함유층을 갖는 폴리우레탄 발포 성형품

Info

Publication number: KR20050097809A
Application number: KR1020040023069A
Authority: KR
Inventors: 최정섭
Original assignee: 최정섭
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2005-10-10

Abstract

본 발명은 폴리우레탄과 상변화성 물질을 함유하는 표면층(1) 및 폴리우레탄으로 이루어진 내부(코아)층(2)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리우레탄 발포 성형품에 관한 것으로, 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포 성형품은 상변화성 물질을 함유함으로써 주위의 온도변화에 따라 자동온도 조절기능을 갖는다.

Description

상변화성 물질 함유층을 갖는 폴리우레탄 발포 성형품 {POLYURETHANE FOAM ARTICLES HAVING PHASE CHANGE MATERIAL-CONTAINED LAYER}

본 발명은 상변화성 물질 함유층을 갖는 폴리우레탄 발포 성형품에 관한 것으로, 특히 베개, 매트, 매트리스, 쿠션 등에 유용한 폴리우레탄 발포 성형품에 관한 것이다.

최근, 폴리우레탄 스폰지의 우수한 쿠션 기능을 이용한 다양한 성형품에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히, 건강에 대한 일반인의 관심이 높아지면서 인간의 기본활동인 수면의 중요성이 대두됨에 따라, 다양한 성형품 중에서도 신체중 머리부분과 밀접한 관계를 갖는 베개의 구조, 형상 및 소재를 개선시키기 위한 노력이 지속적으로 이루어져 왔다.

일반적으로, 폴리우레탄 스폰지를 소재로 하는 종래의 베개는 단순히 폴리우레탄 스폰지 원료를 금형에 주입시켜 성형함으로써 제조되었으며, 이는 폴리우레탄 스폰지의 우수한 쿠션 기능만을 갖는 베개이다.

그러나, 이러한 폴리우레탄 베개, 쿠션, 매트리스 등은 이용시에 신체와 장시간 접촉하게 되므로 체온에 의해 신체와의 접촉부위는 온도가 올라가고 사용자의 몸에 땀이 차게 된다.

이에, 본 발명자는 신체의 온도상태를 균형있게 유지하여 땀이 차는 것을 방지하는 기능을 갖는 폴리우레탄 베개 등의 폴리우레탄 성형품을 제조하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 신체와 장시간 접촉사용시에도 온도가 균형있게 유지될 수 있는, 폴리우레탄 발포 성형품을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리우레탄과 상변화성 물질을 함유하는 표면층(1) 및 폴리우레탄 스폰지로 이루어진 내부층(2)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리우레탄 성형품을 제공한다.

본 발명에 따른 상변화성 물질 함유층을 갖는 폴리우레탄 성형품은 베개, 매트, 매트리스, 쿠션 등의 속재료로 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서 사용되는 상변화성 물질(phase change material: PCM)은 통상적으로 마이크로캡슐화되어 이용되는 것으로서, 14 내지 35℃에서 고유의 상변화 온도를 가져 상변화 온도 이상에서는 자체적으로 열을 흡수하여 액체가 되면서 주위 온도를 감소시키는 한편, 상변화 온도 이하에서는 자체적으로 열을 방출하여 고체가 되면서 주위 온도를 증가시킨다.

즉, 본 발명은 폴리우레탄 성형품이 적정 온도를 유지하도록 하기 위해서 상기와 같은 특성을 갖는 상변화성 물질을 성형제품의 표면층에 사용함으로써 체온에 따라 반응하도록 한 것이 특징이다.

본 발명에서 사용될 수 있는 상변화성 물질의 예로는 n-헥사트리아콘탄, n-펜타트리아콘탄, n-테트라트리아콘탄, n-트리트리아콘탄, n-도트리아콘탄, n-넨트리아콘탄, n-트리아콘탄, n-노나코산, n-옥타코산, n-헵타코산, n-헥사코산, n-펜타코산, n-테트라코산, n-트리코산, n-도코산, n-헤네이코산, n-에이코산, n-노나데칸, n-헵타데칸, n-헥사데칸, n-펜타데칸, n-테트라데칸 및 n-트리데칸으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 파라핀 탄화수소, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올(DMP), 2-히드록시메틸-2-메틸-1,3-프로판디올(HMP) 등이 포함된다.

이러한 상변화성 물질을 제품화한 예로는 미국의 프리스바이 테크놀로지 인코포레이티드(Frieby Technologies, Inc)의 THERMASORB(등록상표명) ADDITIVE TY 83, THERMASORB ADDITIVE TY 95, THERMASORB ADDITIVE TY 65 등이 있으며, 본 발명에서는 THERMASORB ADDITIVE TY 83 (상변화온도: 28℃), THERMASORB ADDITIVE TY 95(상변화온도: 35℃) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으나, 체온과 유사한 온도범위에서 상변화를 일으키는 물질이면 어느 것이라도 무방하다. 또한, 온도조절 효과를 더 좋게 하기 위해, 본 발명에서는 THERMASORB ADDITIVE TY 83 및 THERMASORB ADDITIVE TY 95를 임의의 비율, 예를 들어, 1:1 중량비로 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명에서 상변화성 물질은 표면층의 전체 중량을 기준으로 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 8∼15 중량%로 사용될 수 있다. 표면층중에 상변화성 물질이 5 중량% 미만으로 함유되는 경우에는 폴리우레탄 성형품이 전체적으로 적정 온도를 원활하게 유지하기 어려우며, 20 중량%를 초과하게 되는 경우에는 성형제품의 제조 비용이 증가하게 되어 바람직하지 못하다.

또한, 본 발명에 따른 폴리우레탄 성형품의 표면층은 기타 기능성 첨가제로서 종래에 공지된 모든 첨가제, 예를 들면 원적외선 방사 세라믹 분말, 옥 분말, 숯가루, 안료 등을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 폴리우레탄 성형품은 예를 들면 본 발명자의 한국 실용신안등록 제0261500호(등록일: 2002년 1월 10일)에 개시된 방법으로 제조될 수 있다. 구체적인 제조 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 첨부된 도면은 성형품이 베개인 경우로서, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니다.

먼저, 도 1a 및 1b에 제시된 바와 같은 폴리우레탄 내부층(2)위에 폴리우레탄 및 상변화성 물질을 함유하는 표면층(1)이 적층되는 이중 구조를 갖도록 성형하기 위해서는 두 대의 발포기 및 특수 구조로 제작된 금형이 필요하며, 이들 금형의 구조는 각각 도 2a 및 2b에 도시한 바와 같다. 도한, 도 3a 및 3b에 도시된 발포기(16)에는 폴리우레탄 원료와 상변화성 물질을 잘 혼합하여 충진하게 되고, 발포기(18)에는 순수한 폴리우레탄 원료를 넣게 된다.

금형으로서 상형은 표면층 성형용 상형(10)과 폴리우레탄 내부층 성형용 상형(12) 등 두 개의 층을 성형할 수 있도록 별도로 제작하며, 하형(14)은 상형(10)과도 일치되고, 상형(12)과도 일치되도록 한 개를 제작한 후 성형을 수행한다.

구체적으로, 금형(상형 및 하형)을 도 3a와 같은 상태로 위치시킨 후, 상변화성 물질이 혼합·충진된 폴리우레탄 발포기(15)와 주입헤드(16)를 사용하여 원료를 금형속으로 주입하고 표면층(1)을 성형한다. 표면층(1)이 반경화 상태에 이르렀을 때 금형의 하형(14)을 도 3b와 같은 위치로 이동시키고 같은 방식으로 폴리우레탄 스폰지 원료가 들어있는 폴리우레탄 발포기(17)와 주입헤드(18)를 통하여 폴리우레탄 스폰지 원료를 반경화 상태로 성형되어 있는 하형(14)내의 표면층 위로 주입하여 성형을 수행한 후, 일정한 시간동안 경화시키면 상변화성 물질을 함유하는 표면층과 폴리우레탄 스폰지로 구성된 내부층이 일체로 성형된 이중구조를 가진 폴리우레탄 성형품이 제조될 수 있다.

본 발명에 따른, 이중구조의 폴리우레탄 성형품은 두 개의 층이 일체형으로 결합되어 분리되지 않고 폴리우레탄 스폰지의 뛰어난 탄력성이 그대로 유지되면서, 상변화성 물질의 사용에 따른 온도조절 기능이 있어, 특히 여름철에 성형제품에 땀이 차는 것을 방지하며 겨울철에는 따뜻하게 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 한정하지는 않는다.

실시예 1

상변화물질로서 THERMASORB ADDITIVE TY(등록상표명) 83(프리스바이 테크놀로지 인코포레이티드) 45g 및 폴리우레탄 405g을 도 3a에 도시된 바와 같은 발포기(15) 및 주입헤드(16)에 혼합·충진시킨 후에 금형속으로 주입하여 표면층(1)을 성형하였다. 표면층(1)이 반경화 상태에 이르렀을 때 금형의 하형(14)을 도 3b와 같은 위치로 이동시키고 같은 방식으로 폴리우레탄 750g을 발포기(17)와 주입헤드(18)에 충전시킨 후 반경화 상태로 성형되어 있는 하형(14)내의 표면층 위로 주입하여 성형을 수행하였다. 약 5분 경과 후에, 표면층과 내부층으로 구성된 이중구조의 폴리우레탄 베개를 얻었다.

실시예 2

상변화물질로서 THERMASORB ADDITIVE TY 83(프리스바이 테크놀로지 인코포레이티드) 22.5g 및 THERMASORB ADDITIVE TY 95(프리스바이 테크놀로지 인코포레이티드) 22.5g을 혼합하여 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정을 수행하였다.

실험예 2

본 발명에 따른 상변화성 물질 함유층을 갖는 폴리우레탄 베개의 주위 온도 변화에 따른 열 흡수 여부를 확인하기 위해, 실시예 1에서 얻은 폴리우레탄 베개의 시차주사열량계(DSC) 분석을 실시하였다.

도 4는 실시예 1에서 얻은 폴리우레탄 베개의 DSC 분석 결과를 도시한 것으로, 실시예 1에서 얻은 폴리우레탄 베개가 31.6℃에서 순간적으로 열을 흡수하였음을 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 상변화성 물질 함유층을 갖는 폴리우레탄 성형품은 주위 온도변화에도 불구하고 신체의 온도상태를 균형있게 유지할 수 있어 여름철과 같이 땀이 나는 계절에도 쾌적하게 사용할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명에 따른 성형품의 사시도 및 단면도이다.

도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따른 성형품의 표면층 및 내부(코아)층의 성형용 금형의 단면도이고;

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 따른 성형품의 표면층 및 내부층을 성형할 때의 발포기와 금형의 모식도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 상변화성 물질을 함유시켜 성형한 표면층

2: 폴리우레탄 내부층

10: 표면층을 성형하기 위한 금형의 상형

12: 내부층을 성형하기 위한 금형의 상형

14: 표면층 및 내부층 성형시 금형의 하형

15: 상변화성 물질을 포함하는 폴리우레탄 발포기

16: 상변화성 물질을 포함하는 폴리우레탄 주입헤드

17: 내부층용 폴리우레탄 발포기

18: 내부층용 폴리우레탄 주입헤드

Claims

폴리우레탄과 상변화성 물질을 함유하는 표면층(1) 및 폴리우레탄 스폰지로 이루어진 내부층(2)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리우레탄 발포 성형품.
제1항에 있어서,

베개, 매트, 매트리스 또는 쿠션의 속재료로 사용되는 것을 특징으로 하는, 폴리우레탄 발포 성형품.
제1항에 있어서,

상변화성 물질이 표면층의 전체 중량을 기준으로 5 내지 20 중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는, 폴리우레탄 발포 성형품.
제1항에 있어서,

상변화성 물질이 n-헥사트리아콘탄, n-펜타트리아콘탄, n-테트라트리아콘탄, n-트리트리아콘탄, n-도트리아콘탄, n-넨트리아콘탄, n-트리아콘탄, n-노나코산, n-옥타코산, n-헵타코산, n-헥사코산, n-펜타코산, n-테트라코산, n-트리코산, n-도코산, n-헤네이코산, n-에이코산, n-노나데칸, n-헵타데칸, n-헥사데칸, n-펜타데칸, n-테트라데칸 및 n-트리데칸으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 파라핀 탄화수소인 것을 특징으로 하는, 폴리우레탄 발포 성형품.
제1항에 있어서,

폴리우레탄과 상변화성 물질을 함유하는 표면층(1) 및 폴리우레탄 스폰지로 이루어진 내부층(2)이 일체로 성형된 것을 특징으로 하는, 폴리우레탄 발포 성형품.