KR20080090217A - 저밀도 폴리실리콘 발포 폼 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저밀도 폴리실리콘 발포 폼 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리디메틸실록산과 폴리디메틸실라놀을 최적의 비로 혼합한 실리콘 혼합물에 백금촉매, 가교제 및 발포제가 일정비율로 함유되어 이루어진 조성물에 관한 것으로 상기 조성물을 축합 및 발포 반응에 의하여 제조된 발포 폼은 성형성이 우수하며, 저밀도를 가지므로 중량 저감 특성을 가지며 악취가 발생하지 않아 기존의 자동차 시트 소재로 사용되어진 폴리우레탄 폼을 대신하여 사용이 가능한 저밀도 폴리실리콘 발포 폼 조성물에 관한 것이다.
폴리디메틸실록산, 폴리디메틸실라놀, 백금촉매, 저밀도, 자동차, 시트, 발포 폼

Description

저밀도 폴리실리콘 발포 폼 조성물{Compositions of low density polysilicone Foam}
본 발명은 저밀도 폴리실리콘 발포 폼 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리디메틸실록산과 폴리디메틸실라놀을 최적의 비로 혼합한 실리콘 혼합물에 백금촉매, 가교제 및 발포제가 일정비율로 함유되어 이루어진 조성물에 관한 것으로 상기 조성물을 축합 및 발포 반응에 의하여 제조된 발포 폼은 성형성이 우수하며, 저밀도를 가지므로 중량저감 장점이 향상되며 악취가 발생하지 않아 기존의 자동차 시트 소재로 사용되어진 폴리우레탄 폼을 대신하여 사용이 가능한 저밀도 폴리실리콘 발포 폼 조성물에 관한 것이다.
최근 자동차 내부 실내 쾌적성의 중요성이 크게 대두되고 있다. 왜냐하면 과거에 비하여 자동차 내부에서 체류하는 시간이 많아졌기 때문이며, 소비자의 자동차 내부 쾌적성에 관한 요구수준이 매우 높아졌기 때문이다. 현재 대부분 자동자 시트용 폼 재료로는 연질 폴리우레탄 폼이 사용되고 있으며, 폼 재료로 연질 폴리우레탄 폼을 사용하는 이유는 쿠션성이 양호하며 기계적 강도(신율, 인장강 도, 내마모성)가 좋고, 개방 셀(open cell) 구조를 가짐으로써 통기성이 우수할 뿐만 아니라 배합처방에 따라 광범위한 비중을 가지며 다양한 방법으로 물성을 조절할 수 있는 장점을 가지고 있기 때문이다. 상기 연질 폴리우레탄 폼의 주 원료는 폴리올 및 이소시아네이트(Isocyanate)로 이소시아네이트는 메틸렌디이소시아네이트(MDI), 톨루엔디이소시아네이트(TDI) 및 MDI/TDI 혼합제품이 사용되며, 폴리올은 낮은 가교 결합력(관능기 2 ~ 4)을 가지고 있는 고분자량(Mw 3000 ~ 8000)의 폴리올이 사용된다.
그러나 상기 연질 폴리우레탄 폼은 다양한 장점을 갖는 동시에 산/알칼리에 의하여 쉽게 가수분해되고, 쉽게 인화되어 화재 시 난연성이 떨어지며 표면이 빛에 의한 변색의 문제점이 발생한다. 또한 폼 제조 시 정포제, 안료 및 난연제 등을 첨가하여 사용 시 최종 발포 폼에서 악취가 발생하는 경우도 생기며, 주 원료로 사용하는 이소시아네이트가 반응하지 않고 잔존할 경우 서서히 유출되어 작업자의 건강과 더불어 자동차 실내 환경오염을 일으키는 문제점이 발생 하였다.
이에, 본 발명자들은 종래의 시트에 적용된 폴리우레탄 발포 폼이 가진 변색, 성형성 및 밀도 등의 문제점을 해결 하고자 하였다.
그 결과 실리콘 혼합물에 백금촉매, 가교제 및 발포제가 일정비율로 함유되어 이루어진 조성물을 축합 및 발포 반응에 의하여 제조된 발포폼은 성형성이 우수하며, 저밀도로 인하여 중량저감 장점이 향상되었으며 악취가 발생하지 않는다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 자동차 등에 사용되는 시트 등에 적용 시 악취가 발생하지 않고 성형성이 우수하며 저밀도로 인해 중량저감 효과가 향상된 저밀도 폴리실리콘 발포 폼 조성물을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 폴리디메틸실록산 45 ~ 65 중량%와 폴리디메틸실라놀 35 ~ 55 중량%가 함유된 실리콘 혼합물 100 중량부, 백금촉매 0.3 ~ 0.7 중량부, 가교제 2.5 ~ 5 중량부 및 발포제 0.5 ~ 1 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 자동차 시트용 저밀도 폴리실리콘 발포 폼 조성물에 특징이 있다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
종전에는 폴리우레탄 발포 폼 조성물이 공지 되었으나 악취가 발생하지 않고 빛에 의한 변색을 방지하며, 성형성이 우수하며 저밀도로 인하여 중량 저감 효과가 우수한 발포 폼 조성물은 전무한 실정이다. 그리하여 본 발명은 폴리디메틸실록산과 폴리디메틸실라놀을 최적의 비로 혼합 후 백금촉매, 가교제 및 발포제를 투입 혼합하여 자동차 시트 등에 사용하는 발포 폼에 적용 시 악취가 발생하지 않고, 빛에 의한 변색을 방지하며 성형성이 우수한 저밀도 폴리실리콘 발포 폼 조성물 이다.
이러한 본 발명의 저밀도 폴리실리콘 발포 폼 조성물을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 사용하는 실리콘 혼합물에 함유된 폴리디메틸실록산은 점도가 1000 ~ 10000 cps/25 ℃ 범위인 것을 45 ~ 65 중량% 범위로 사용한다. 상기 점도가 1000 cps/25 ℃ 미만 시 최종 제품의 기계적 물성이 저하되며 발포 시 셀 구조가 균일하지 못한 단점이 있으며 10000 cps/25 ℃ 초과 시 높은 점도로 인하여 균일한 발포가 이루어지지 못하여 발포 셀의 크기가 매우 커지는 부분과 매우 작은 부분이 혼재하게 되어 최종 제품의 물성 측면에서 바람직하지 못하다. 상기 사용량이 45 중량% 미만 시 또는 65 중량% 초과 시 배합비율의 균형이 파괴되어 인장강도가 저하되는 문제점이 발생한다.
상기 실리콘 혼합물에 함유된 폴리디메틸실라놀은 점도가 1000 ~ 10000 cps/25 ℃ 범위인 것을 35 ~ 55 중량% 범위로 사용하며, 상기 점도가 1000 cps/25 ℃ 미만 시 제품의 기계적 물성이 저하되며 발포 시 셀 구조가 균일하지 못한 단점이 있으며, 10000 cps/25 ℃ 초과 시 높은 점도로 인하여 균일한 발포가 이루어지지 못하여 발포 셀의 크기가 매우 커지는 부분과 매우 작은 부분이 혼재하게 되는 문제점이 발생한다. 상기 폴리디메틸실라놀의 사용량이 35 중량% 미만 시 또는 55 중량% 초과 시 배합비율의 균형이 파괴되어 인장강도가 저하되는 문제점이 발생한다.
본 발명에서 사용하는 백금촉매는 상기 폴리디메틸실록산과 폴리디메틸실라놀을 혼합 사용 시 우수한 촉매역할을 하며, 상기 백금촉매의 사용량은 상기 실리콘 혼합물 100 중량부에 대하여 0.3 ~ 0.7 중량부 범위로 사용하며 상기 사용량이 0.3 중량부 미만 시 중합반응 저하에 따른 최종 반응물의 기계적 물성 저하 문제가 발생하고, 0.7 중량부 초과 시 과도한 중합 반응으로 인한 급격한 점도 증가 문제점이 발생한다. 상기 백금촉매는 Pt(NH3)2(NO2)2, (CH3C5H4)Pt(CH3)3 및 Pt(CH3)2(C2H3N)2 등 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물을 사용한다.
본 발명에서 사용하는 가교제의 사용량은 상기 실리콘 혼합물 100 중량부에 대하여 2.5 ~ 5 중량부 범위로 사용하며 상기 사용량이 2.5 중량부 미만 시 가교도가 낮게 되어 최종 제품의 인장강도의 저하 문제가 발생하며, 5 중량부 초과 시 높은 가교도에 따른 발포 시 발포 셀 구조의 불균일 현상이 발생한다. 상기 가교제로는 당 분야에서 사용하는 것으로 그 성분을 특별히 한정하지 않으나 탄소수 2 ~ 20 인 것을 사용하는 것이 효과적이며 그 중에서도 1,3-프로판 다이올을 사용하는 것이 보다 효과적이다.
본 발명에서 사용하는 발포제는 발포 폼 구조를 생성시키는 역할을 하며 그 사용량은 상기 폴리디메틸실록산과 폴리디메틸실라놀 혼합물 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 1 중량부 범위로 사용하며 0.5 중량부 미만 시 발포정도가 매우 낮아 본 발명이 추구하는 저밀도 발포 폼 제조가 어려우며, 1 중량부 초과 시 과도한 발포에 따른 최종 제품의 기계적 물성 저하 현상이 발생한다.
본 발명에서 자동차 시트용 저밀도 폴리실리콘 발포 폼의 제조 방법은 먼저 폴리디메틸실록산과 폴리디메틸실라놀을 상기 언급된 비율로 혼합한 후 기계식 교반장치를 사용하여 혼합한다. 이후 상기 언급된 함량의 촉매 및 가교제 및 발 포제를 투입한 후 2차 기계식 교반을 실시한다. 이때 총 교반시간은 20 ~ 40 초가 된다. 이후 상기 혼합물을 시트 형상 금형에 투입한 후 약 50 ~ 70 ℃ 에서 15 분 체류하여 중합반응과 발포반응이 이루어지도록 하여 최종 수득물을 제조 한다. 제조 된 발포 폼의 밀도가 30 ~ 35 kg/㎥로 기존의 폴리우레탄 발포 폼에 비하여 밀도가 크게 떨어져 자동차 등에 사용되는 시트 등의 소재에 적용 시 가벼우며, 높은 기계적 물성을 가지는 한 장점을 보인다.
이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ~ 2 및 비교예 1 ~ 4
아래 표 1 에 나타낸 바와 같이 각 성분을 조성비를 적용하여 4000 g 이 되도록 한 후 20 ~ 40 초간 2000 rpm 속도로 교반 후 50 ~ 70 ℃ 로 조절된 200 × 200 × 100 ㎣ 금형에 주입하여 발포 폼을 제조하였고 아래 시험방법에 의해 시험 후 그 결과를 표 2 에 나타내었다.
구분 (중량부) 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
(A) 45 100 55 100 75 100 25 100 100 100 - 100 - 100
(B) - - - - - 45 55
(C) 55 45 25 75 - - -
(D) - - - - - 55 45
(E) 0.3 0.5 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
(F) 2.5 3.5 2.5 3.5 2.5 2.5 3.5
(G) 0.7 1 0.7 1 0.7 0.7 1
(A): 폴리디메틸실록산(점도 6500 cps/25℃) (B): 폴리디메틸실록산(점도 900 cps/25℃) (C): 폴리디메틸실라놀(점도 8000 cps/25℃) (D): 폴리디메틸실라놀(점도 900 cps/25℃) (E): 백금촉매(Aldrich社 Pt(NH3)2(NO2)2 ) (F): 가교제(1,3-프로판다이올) (G): 발포제(탄산수소나트륨)
[시험방법]
1. 폼성형성 : 폼 성형성 평가는 폼 제조 시 반응물의 축 중합 및 발포에 의해서 액상 혼합물의 폼 라이즈 타임(RT)을 측정하였다. 라이즈 타임(RT)은 발포 조성물들의 혼합시작부터 이들 반응 혼합물의 부피와 점도의 변화가 시각적으로 관찰이 되면서 발포체의 라이징이 끝나는 시점까지의 시간을 나타낸다. 기준 라이즈 타임(RT)은 20 ~ 25 초이다. 이 기준을 벗어나는 경우 실제 산업적으로 적용이 불가능하며, 균일한 축중합 반응 및 발포가 되지 않음을 의미한다.
2. 외관 평가 : 외관평가는 발포 성형체 외관 평가를 광학 현미경을 분석을 통한 표면 거칠음 정도로 평가를 하였다. 발포 불균일이 발생하는 경우 최종 발포체의 표면이 매우 거칠어지는 현상이 발생하기 때문이다.
3. 영구압축변형율 : 영구압축 변형율은 시트 패드 재료의 중요한 물성 중 하나로서 상온에서 측정하였다. 초기 두께 5 cm 직육각형 시료를 압축장치에 삽입한 후 상온에서 24시간 방치 후 압축장치를 제거한 후 제품의 두께를 측정하여 초기 두께대비 변화율을 계산하였다.
4. 밀도 : 최종 수득물을 가로 10 cm, 세로 10 cm, 높이 10 cm를 절취한 질량 측정을 통하여 밀도 값을 계산하였다.
5. 인장강도 : ASTM D368 에 의거 덤벨형 시편을 절취한 후 만능시험기 장비를 사용하여 인장강도를 측정하였다.
6. 냄새 : 자동차 업체에서 일반적으로 사용하는 방법으로 2 L 데시케이터에 시료 (가로 10 cm, 세로 10 cm, 두께 1 cm)를 투입하고 80 ℃ 오븐에서 2 시간 체류 후 데시케이터 뚜겅을 열어 냄새를 맡는 관능평가 방법에 의하여 시험하였다. 냄새발생 정도에 따라 1 ~ 5등급으로 구분하는데 그 구분은 다음과 같다. (1등급 : 거의 냄새가 안남, 2등급 : 냄새 발생 인지 가능. 3등급 : 냄새 발생 인지가 가능하나 역겨운 수준은 아님, 4등급 : 냄새 발생 인지가 되며 역겨운 수준임, 5등급 : 냄새 발생 인지가 매우 확실히 되며 매우 역겨운 수준)
구분 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
폼성형성 (RT) 20 양호 21 양호 45 불량 48 불량 45 불량 46 불량 47 불량
외관평가 양호 양호 표면거칠음 표면거칠음 표면거칠음 표면거칠음 표면거칠음
영구압축줄음률 2 2.5 13 11 13 14 15
밀도(kg/㎥) 30 31 45 46 42 50 51
인장강도(MPa) 16 15 13 13 12 11 12
냄새 2 2 3 3 3 4 4
상기 표1의 결과에서 보면, 본 발명의 실시예 1 ~ 2의 폼 조성물이 비교예 1 ~ 5의 폼 조성물과 비교하여 폼 성형성, 외관이 양호하며, 영구압축줄음률이 월등히 우수하며 밀도가 낮아 가벼우며 외관성도 매우 우수하고, 인장강도가 우수한 것으로 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 자동차 시트용 저밀도 폴리실리콘 발포 폼 조성물에 의하면 밀도가 낮으며, 최종 폼 성형성 측면에서 균일한 셀 구조를 가져 압력 하중 조건에서 균일한 분포를 가지게 되어 자동차 등의 시트에 적용될 경우 기존의 폴리우레탄 폼을 대체할 수 있다.

Claims (7)

  1. 폴리디메틸실록산 45 ~ 65 중량%와 폴리디메틸실라놀 35 ~ 55 중량%가 함유된 실리콘 혼합물 100 중량부;
    백금촉매 0.3 ~ 0.7 중량부;
    가교제 2.5 ~ 5 중량부; 및
    발포제 0.5 ~ 1 중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 저밀도 폴리실리콘 발폼 폼 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리디메틸실록산은 점도가 1000 ~ 10000 cps/25 ℃인 것을 특징으로 하는 저밀도 폴리실리콘 발포 폼 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리디메틸실라놀은 점도가 1000 ~ 10000 cps/25 ℃인 것을 특징으로 하는 저밀도 폴리실리콘 발포 폼 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 백금촉매는 Pt(NH3)2(NO2)2, (CH3C5H4)Pt(CH3)3 및 Pt(CH3)2(C2H3N)2 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 저밀도 폴리실리콘 발포 폼 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가교제는 1,3-프로판 다이올인 것을 특징으로 하는 저밀도 폴리실리콘 발포 폼 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발포제는 탄산수소나트륨인 것을 특징으로 하는 저밀도 폴리실리콘 발포 폼 조성물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서.
    상기 조성물을 이용하여 제조된 것으로 밀도가 30 ~ 35 (kg/m3)인 폴리실리콘 발포 폼.
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