KR20140070184A - Voc 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 폴리우레탄 폼 - Google Patents

Voc 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 폴리우레탄 폼 Download PDF

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Abstract

본 발명은 VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 폴리우레탄 폼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 0.1 내지 2 wt%의 VOC 저감재를 포함하며, 차량용 부품에 사용되기 적합할 정도의 발포성 및 VOC 저감 뿐만 아니라 야적 공정에 필요한 시간을 70% 이상 감소시키어 제조 비용의 감축 및 생산성을 향상시키는 발명에 관한 것이다.

Description

VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 폴리우레탄 폼{Method for preparing polyurethane foam comprising volatile organic compounds reduction material and polyurethane foam prepared by same}
본 발명은 VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 폴리우레탄 폼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 0.1 내지 2 wt%의 VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조를 통해 VOC의 저감 뿐만 아니라 차량용 부품 냄새 제거를 위해 필수적으로 실시되는 야적 공정에 소요되는 시간(일반적으로 한 달)을 70% 이상 감소시킬 수 있는 폴리우레탄 폼의 제조 방법 및 상기 제조 방법에 의해 제조되는 폴리우레탄 폼을 제공하고자 한다.
현대인들은 일상생활의 90% 이상을 실내에서 생활하는데, 이러한 실내의 대기환경은 입자상 오염물질, 화학적 오염물질, 생물학적 오염물질, 중금속, 방사성 물질 등의 여러 오염물질에 의해 오염되어 있는 경우가 많다. 실내 공기 오염은 거주자의 건강을 심각하게 위협할 수 있기 때문에, 실내 대기질 제어는 매우 중요한 환경문제가 되고 있다.
최근에는 특히 새로 지어진 건물이 휘발성유기화합물(VOC : volatile organic compounds 이하, VOC로 칭한다)와 포름알데히드 등에 의해 오염되어 있다는 연구결과가 많이 나오고 있다. 신축 건물의 내장재에서 방출되는 VOC와 포름알데히드 등에 지속적으로 노출될 경우 새집증후군(sick building syndrome : SBS)을 유발할 수 있는데, 이는 호흡기 및 눈 자극, 호흡 문제, 코 및 목 질환, 피부 질환, 두통, 기억력 감퇴 등의 원인이 될 수 있다.
또한, 카페트에서 발생하는 VOC는 쥐들의 신경장애, 심각한 호흡 곤란과 더불어 최악의 경우 사망에까지 이를 수 있다. 이에 따라 VOC의 저감방법에 대한 연구가 활발하게 이루어지는 등 실내 공간에서의 VOC 농도 제어에 대한 관심이 크게 증가하고 있다.
최근 차량 내부의 VOC 연구도 활발히 이루어지고 있는데, 이는 차량의 경우에도 내장재에서 각종 VOC가 방출될 수 있기 때문이다.
전술한 바와 같은 시대적 요구에 따라 현재 차량 제작사는 실내 공기질 개선을 위하여 각 제조사별 규정 수립 및 수립 예정 계획을 가지고 있으며, 전체적인 차량 실내 공기질에 대한 규정 및 각 해당 부품에 대한 VOC 기준은 수립되어 있다.
차량 보급 증대로 인하여 현대인들은 차량 내에서 머무르는 시간이 증가되어 차량 실내공간이 거주공간의 일부로 자리 잡게 되면서 차량 실내 공기질에 대한 관심도 증가하고 있다. 이에 국가적으로 국토해양부는 "07년 신규제작차량의 실내 내장부품으로부터 방출되는 인체 유해 물질"에 대하여 적절한 관리가 이루어지도록 함으로써 국민의 안전 운전을 도모하고 건강을 보호함을 목적으로 하는 관리 기준을 발표하였다. 또한, 2009년 07월 01일 이후 "신규제작 차량 실내 공기질 관리기준" 공표에 따라 신차부터 VOC(벤젠, 톨루엔, 자일렌, 스티렌, 포름알데히드)를 규제치 이하로 유지되도록 권고하고 있으며, 또한 세계 각국의 VOC 권고 및 규제 기준을 설정, 적용하고 있다.
전술한 바와 같이 국내외 환경규제에 대응하기 위한 차량 내부 부품에서 방출되는 VOC를 저감하기 위한 대책이 시급하며, 차량 실내 공기질을 개선할 수 있는 필요성이 있다.
또한, VOC 저감재 도포량 조절과 희석비율에 따라 VOC 효과는 달라지므로 보다 효과적인 VOC 저감 효율을 높일 수 있는 기술이 시급한 실정이다.
아울러, 부품 자체 냄새 제거를 위해 실시되는 한 달 이상의 야적 공정은 차량용 부품의 제작에 있어서 상당 부분의 시간 및 비용을 차지하고 있는 바 효율적이지 못한 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하고자 하며, 최적량의 VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼을 제공하여, 보다 효과적으로 VOC를 저감시키고, 폴리우레탄 폼에서 나는 냄새를 제거하기 위한 야적 시간을 상당 부분 단축시키고자 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 (a) VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 수지액을 제조하는 단계; (b) 상기 폴리우레탄 수지액과 경화제를 교반하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에 의한 혼합물을 발포하는 단계를 포함하며, 상기 VOC 저감재는 상기 폴리우레탄 수지액의 0.1 내지 2 wt % 인 것을 특징으로 하는 VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 폴리우레탄 수지액은, 폴리올, 발포제, 촉매, 난연제, 정포제 및 기타 첨가제를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (c)단계는, 슬라브 폼 형태로 발포되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (c) 단계는, 몰드 폼 형태로 발포되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 경화제는, TDI(Toluene Diisocyanate), MDI(diphenyl methane diisocyanate) 인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, (a) 폴리우레탄 수지액을 제조하는 단계; (b) VOC 저감재를 포함하는 경화제와 상기 폴리우레탄 수지액을 교반하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에 의한 혼합물을 발포하는 단계를 포함하며, 상기 VOC 저감재는 상기 폴리우레탄 수지액의 0.1 내지 2 wt % 인 것을 특징으로 하는 VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 폴리우레탄 수지액은, 폴리올, 발포제, 촉매, 난연제, 정포제 및 기타 첨가제를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (c)단계는, 슬라브 폼 형태로 발포되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (c) 단계는, 몰드 폼 형태로 발포되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 경화제는, TDI(Toluene Diisocyanate), MDI(diphenyl methane diisocyanate) 인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제조 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼을 제공한다.
또한, 상기 폴리우레탄 폼은, 밀도가 15 내지 120kg/m3이며, 그리고 발포 배율은 15 내지 40배인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따르면, VOC를 효과적으로 제거한 폴리우레탄 폼의 제공이 가능하여 인체에 미치는 유해성을 감소시킨다.
또한, 본 발명의 실시 예는 차량용 부품에 사용되기 적합할 정도의 발포성을 가진다.
또한, 폴리우레탄 폼의 특성상, 인체에 유해한 냄새 제거 및 숙성을 위하여 야적장에 한 달이상 보관하여 제품화하는 것이 일반적이다. 다만, 본 발명에 따르면 일주일 정도의 기간이면 충분히 유해 물질 및 냄새가 제거되어 보관 시간을 70% 이상 단축시키며, 이에 따른 제조 비용 역시 감축되어 생산성이 향상된다.
도 1는 VOC 저감재 양에 따른 발포 정도를 나타낸 것이다.
도 2은 슬라브 폼을 형성하는 단계이다.
도 3는 몰드 폼을 형성하는 단계이다.
도 4는 발포된 폼의 냄새 및 VOC 저감을 위한 야적 공정이다.
도 5는 일반 폼 및 VOC 저감재가 적용된 폼의 시간에 따른 냄새의 정도를 측정한 결과이다.
도 6는 VOC 저감재 첨가량에 따른 VOC 저감 효과를 실험한 결과이다.
본 발명에 따른 VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 폴리우레탄 폼의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.
본 발명에서 '저감재'라는 용어는 명세서 전체를 통하여 대기 중에 존재하는 VOC를 탈취할 수 있는 화합물을 지칭한다. 여기서, 저감재는 폴리우레탄 폼 제조 공정 중 폴리우레탄 수지액 또는 경화제에 첨가하는 것임에 유의한다.
본 발명의 제 1 실시 예에 따른 VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법은 (a) VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 수지액을 제조하는 단계, (b) 상기 폴리우레탄 수지액과 경화제를 교반하는 단계 및 (c) 상기 (b) 단계에 의한 혼합물을 발포하는 단계를 포함한다.
우선 (a)단계에서 사용되는 VOC 저감재 및 폴리우레탄 수지액에 대해 설명한다.
폴리우레탄 수지액은 차량용 부품을 제조하기 위해 사용되는 것으로서, 발포 및 차량용 부품 특성을 나타내기 위한 어떠한 물질의 혼합도 가능하나, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 폴리우레탄 수지액은 폴리올, 촉매, 난연제, 정포제 및 기타 첨가제를 포함할 수 있다.
폴리올은 분자 중에 수산화기를 2개 이상 가진 화합물을 말하며, 일례로써 폴리에테르폴리올(또는 모디파이 폴리에테르폴리올), 폴리에스테르폴리올 등이 있다.
상기 언급한 물질 이외에 실리콘 정포제, 가교제 등이 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 제조 방법은 상기 언급한 물질들을 포함하도록 직접 제조된 폴리우레탄 수지액을 사용할 수 있으며, 다른 방법으로는 이미 상기 물질들이 배합된 폴리우레탄 수지액을 사용할 수도 있다.
또한, 폴리우레탄 수지액은 발포제를 포함한다.
VOC 저감재는 폴리우레탄 수지액에 포함되며, VOC 저감재는 배출되는 VOC를 저감하기 위한 어떠한 물질도 가능하나, 발명의 일례로써 규산염화합물을 정제수에 분산시킨 후, 염화아연 및 염화망간을 첨가하여 담지시키는 단계를 통해 제조되는 고분자 소재의 냄새 제거용 탈취제를 사용하는 것이 바람직하다.
위와 같은 저감재의 경우, VOC와는 물리적 흡착을 하며, 냄새와는 물리적, 화학적 흡착을 하여 이를 제거하는 기능을 한다.
VOC 저감재는 이하 공정에 걸쳐 폴리우레탄 수지액의 0.1 내지 2 wt%를 차지한다. 상기 범위가 가장 효과적임을 증명하기 위해 본 출원인은 다양한 수치를 가지는 폴리우레탄 폼에 대한 실험을 실시하였다.
우선, VOC 저감재가 0.5 내지 2.0 wt% 이하인 경우에 대해 실험을 실시하였다(도 1 참조)
도 1의 (a) 및 (b)는, 본 출원인이 실시한 다수의 실험 중 VOC 저감재가 각각 0.5 wt%, 2.0 wt%인 경우로써, 혼합물이 정상적으로 발포됨을 확인하였다.
반면, VOC 저감재가 2 wt% 를 초과하여 포함되는 경우에는 도 1의 (c), (d)에 도시된 바와 같이 정상적인 발포가 일어나지 않음을 확인할 수 있었다.
보다 상세하게 살펴보면, 도 1의 (c) 및 (d)는 VOC 저감재가 각각 2.1 wt%, 3.0 wt% 포함된 경우로서, 정상적인 발포가 일어나지 않음을 육안으로도 관측이 가능하다. 특히, 차량용 부품에 사용됨에 있어서 부품의 정밀도는 차량의 완성도 또는 다른 기술적 특징을 실시함에 있어서 상당한 영향을 미치는바, 도 1의 (c) 및 (d)와 같이 극히 비정상적인 발포는 차량용 부품으로서 사용 불가능함을 알 수 있다.
또한, 도 6의 VOC 저감재의 첨가량에 따른 VOC 저감효과 실험 결과를 보면 VOC 저감재가 3% 첨가되어도 2% 대비 저감효과의 상승폭이 그리 크지 않음을 확인할 수 있다.
즉, 정상적인 발포가 이루어지면서, VOC 저감재의 비용 대비 효율을 극대화하기 위해서는 VOC 저감재의 첨가량이 2 wt%가 넘지 않음이 바람직하다.
따라서, VOC 저감재의 경우 저감재의 상태(예를 들어, 분말 또는 액상)에 무관하게 0.1 wt%~ 2 wt%임이 바람직함을 실험을 통해 확인하였다.
다음으로, (b) 상기 폴리우레탄 수지액과 경화제를 교반하는 단계를 설명한다.
(a) 단계를 통해 제조된 폴리우레탄 수지액을 경화제와 함께 교반한다.
경화제는 해당 기술분야에서 자유로이 사용되는 어떠한 경화제도 가능하나, 발명의 일례로써 경화제는 이소시아네이트 특히, TDI(Toluene Diisocyanate), MDI(diphenyl methane diisocyanate) 인 것이 바람직하다.
경화제는 (b) 단계 이후 혼합물이 발포되고 차량용 부품으로 사용되기 위한 필수 물질이므로, 상기 TDI 또는 MDI 와 같은 물질에서 VOC가 방출됨에도 불구하고 사용되고 있다.
다음으로, (c) 상기 (b) 단계에 의한 혼합물을 발포하는 단계를 설명한다.
상기 (c) 단계는 폴리우레탄 수지액과 경화제를 교반한 혼합물이 화학 반응을 일으켜 부풀어 오르는 단계이다. 발포되는 어떠한 방법도 가능하나, 발명의 일례로써 슬라브 폼 형태 또는 몰드 폼 형태로 발포될 수 있다.
슬라브 폼은, 일정 형태의 몰드가 아닌 벨트 형태의 장치에 상기 혼합물을 자유로이 방치하여 발포시킨 후, 적당한 형상과 크기로 절단하여 사용하는 폼에 해당한다(도 2 참조). 차량용 헤드라이너에는 주로 이와 같은 슬라브 폼이 사용된다.
반면, 몰드 폼은 일정 형태를 가지는 몰드에 뚜껑을 열고 폴리우레탄 수지액을 포함하는 혼합물을 주입하고 뚜껑을 닫은 후에, 일정시간 동안 경화시켜 얻어낸 폼을 말한다(도 3 참조). 차량용 시트에는 이와 같은 몰드 폼이 사용되는 것이 일반적이다.
위와 같이 교반 및 발포를 통해 반응이 완료되면 폴리우레탄 폼이 생성된다. 상기 폴리우레탄 폼은 외형이 부드러우며 외부의 힘에 의해 변형되어도 쉽게 복원이 된다. 또한, 우수한 쿠션성, 기계적 강도(인장 강도, 내마모성), 우수한 통기성 등을 가지므로 차량의 다양한 분야에서 응용이 가능하다.
또한, 위와 같은 공정을 통해 제조된 폴리우레탄 폼은 극도로 심한 냄새를 풍기므로 한 달 이상 야적장에 보관하는 공정을 거치는 것이 일반적이다.
다만, 본 발명의 실시 예에 따라 0.1 wt% ~ 2 wt%의 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼은 불과 일주일의 시간만으로도 충분히 냄새가 제거됨을 실험을 통해 확인하였다(도 4 및 5 참조).
도 5는 시간에 따른 냄새의 정도를 측정한 결과로, 냄새의 정도를 Grade 1 내지 6으로 표현한다. Grade 숫자가 클수록 악취의 정도가 심한 것으로, Grade 5는 자극적이고 심한 악취를, Grade 1은 냄새가 나지 않음을 의미한다. 도 5에 따르면, 일반 폼의 경우 Grade 1까지 냄새를 제거하기 위해 4주의 시간이 걸리는 반면, 본 발명의 VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼은 1주만에 냄새의 정도가 Grade 1까지 제거됨을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, (a') 폴리우레탄 수지액을 제조하는 단계, (b') 상기 폴리우레탄 수지액과 VOC 저감재를 포함하는 경화제를 교반하는 단계 및 (c') 상기 (b') 단계에 의한 혼합물을 발포하는 단계를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 제 1 실시예와 비교하여, VOC 저감재가 폴리우레탄 수지액이 아닌 경화제에 포함된다는 점이 상이하며, 이외의 공정은 상기 서술한 바와 같다.
본 발명의 또 다른 실시 예는, 상기 공정을 통해 제조되는 VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼이다. 상기 폴리우레탄 폼은 상술한 바와 같이 배출되는 VOC를 저감시키며, 야적 시간을 상당히 단축시켰다.
또한, 폴리우레탄 폼은 상기 공정에 의해 제조되는 어떠한 특성도 가질 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 따르면 밀도가 15 내지 120kg/m3이며, 그리고 발포 배율은 15 내지 40배일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. (a) VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 수지액을 제조하는 단계;
    (b) 상기 폴리우레탄 수지액과 경화제를 교반하는 단계; 및
    (c) 상기 (b) 단계에 의한 혼합물을 발포하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 VOC 저감재는 상기 폴리우레탄 수지액의 0.1 내지 2 wt % 인 것을 특징으로 하는,
    VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 수지액은,
    폴리올, 발포제, 촉매, 난연제, 정포제 및 기타 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    슬라브 폼 형태로 발포되는 것을 특징으로 하는,
    VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    몰드 폼 형태로 발포되는 것을 특징으로 하는,
    VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 경화제는,
    TDI(Toluene Diisocyanate), MDI(diphenyl methane diisocyanate) 인 것을 특징으로 하는,
    VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
  6. (a) 폴리우레탄 수지액을 제조하는 단계;
    (b) VOC 저감재를 포함하는 경화제와 상기 폴리우레탄 수지액을 교반하는 단계; 및
    (c) 상기 (b) 단계에 의한 혼합물을 발포하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 VOC 저감재는 상기 폴리우레탄 수지액의 0.1 내지 2 wt % 인 것을 특징으로 하는,
    VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 수지액은,
    폴리올, 발포제, 촉매, 난연제, 정포제 및 기타 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    슬라브 폼 형태로 발포되는 것을 특징으로 하는,
    VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    몰드 폼 형태로 발포되는 것을 특징으로 하는,
    VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 경화제는,
    TDI(Toluene Diisocyanate), MDI(diphenyl methane diisocyanate) 인 것을 특징으로 하는,
    VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항에 있어서,
    상기 제조 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는,
    VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 폼은,
    밀도가 15 내지 120kg/m3이며, 그리고 발포 배율은 15 내지 40배인 것을 특징으로 하는,
    VOC 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼.
KR1020120138366A 2012-11-30 2012-11-30 Voc 저감재를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 폴리우레탄 폼 KR101475836B1 (ko)

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