KR20160108747A

KR20160108747A - 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20160108747A
Application number: KR1020150031519A
Authority: KR
Inventors: 김임석; 문준호
Original assignee: 주식회사 미래텍
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2016-09-20

Abstract

본 발명은 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리올, 이소시아네이트, 발포제, 가교제, 전자파 차폐제 및 반응촉매로 이루어지며, 폴리올 및 이소시아네이트를 혼합하는 원료혼합단계, 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물에 발포제, 가교제, 전자파 차폐제 및 반응촉매로 이루어진 첨가제를 혼합하는 첨가제혼합단계, 상기 첨가제혼합단계를 통해 첨가제가 혼합된 혼합물을 발포기에 투입하고 발포하는 발포단계 및 상기 발포단계를 통해 발포된 발포체를 경화하는 경화단계로 이루어진다.
상기의 과정을 통해 제조되는 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체는 자동차의 내장재나 플로어 카페트 등에 적용되어 우수한 전자파 차단효과를 나타내며, 특히, 향후 소비량이 증가할 것으로 예상되는 전기 자동차 등에 적용되면 탁월한 성능을 나타낼 수 있다.

Description

전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물 및 그 제조방법 {POLYURETHANE FOAM FOR VEHICLE INTERIOR HAVING ELECTRIC WAVE PREVENTING FUNCTION AND MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차의 내장재나 플로어 카페트 등에 적용되어 우수한 전자파 차단효과를 나타내며, 특히, 향후 소비량이 증가할 것으로 예상되는 전기 자동차 등에 적용되면 탁월한 성능을 나타낼 수 있는 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

미래의 자동차는 기술의 발전으로 인해 네트워크 기술과 연계된 무인자동 주행 시스템으로 진화가 예상되며, 구글은 이미 이러한 무인자동차를 개발하고 있는데, 현재는 차량 충돌사고에서 에어백 및 ABS 등이 인체의 상해를 최소화 하거나 출동을 회피하는 기능이 주가 되었으나, 미래에는 차선 이탈 경고, 사각지대 방지, 졸음 경고 및 실버사회에 맞는 다양한 편의장치, 스마트폰을 통한 차량 제어, 스마트쿠루즈 컨트롤 등 능동적인 안전시스템 보편화될 것으로 예상되며, 이에 따라 현재의 내연기관 자동차는 부품구조는 기계적 부품에서 전기를 바탕으로 하는 전기전자적인 부품 위주로 변화할 것으로 예상된다.

따라서, 미래의 자동차는 스마트기기의 증가, 차량내의 전자부품 증가 및 차량 하단부의 다양한 배터리 장착 등에 따라 자동차의 전방위적으로 전자파가 증가할 것으로 예상되며, 자동차 탑승자는 전자파에 그대로 노출될 것으로 예상된다.

한편, 종래의 기술에 의한 자동차용 플로어 카페트는 다양한 원단을 사용한 다층구조로 이루어져 있으며, 1차 성형가공과 폴리우레탄을 발포시키는 공정을 거쳐 폴리우레탄 폼을 형성하는 2차 발포성형 공정이 완료되면 자동차용 플로어 카페트를 차량의 바닥에 부착하여 완성하는 형식이며, 실내 정숙성을 향상시키고 ,주행 시 외부에서 유입되는 소음 및 진동을 차단하는 차음재 및 흡음재로서 역할을 수행하였다.

한국특허등록 제10-0457371호(2004.11.05). 한국특허등록 제10-0534841호(2005.12.01).

본 발명의 목적은 자동차의 내장재나 플로어 카페트 등에 적용되어 우수한 전자파 차단효과를 나타내며, 특히, 향후 소비량이 증가할 것으로 예상되는 전기 자동차 등에 적용되면 탁월한 성능을 나타낼 수 있는 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 폴리올, 이소시아네이트, 발포제, 가교제, 전자파 차폐제 및 반응촉매로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물은 폴리올 100 중량부, 이소시아네이트 20 내지 300 중량부, 발포제 0.1 내지 20 중량부, 가교제 0.2 내지 1 중량부, 전자파 차폐제 0.1 내지 40 중량부 및 반응촉매 1 내지 1.5 중량부로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 발포제는 물, 메틸클로라이드 및 클로로플루오로카본으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 가교제는 디에탄올아민 및 1,4-부티디엔으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 전자파 차폐제는 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌 및 나노자성체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 반응촉매는 테트라에틸렌디아민 및 디프로필렌글리콜로 이루어지는 것으로 한다.

또한, 본 발명의 목적은 폴리올 및 이소시아네이트를 혼합하는 원료혼합단계, 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물에 발포제, 가교제, 전자파 차폐제 및 반응촉매로 이루어진 첨가제를 혼합하는 첨가제혼합단계, 상기 첨가제혼합단계를 통해 첨가제가 혼합된 혼합물을 발포기에 투입하고 발포하는 발포단계 및 상기 발포단계를 통해 발포된 발포체를 경화하는 경화단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물의 제조방법을 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 발포단계는 20 내지 40℃의 온도에서 5 내지 300초 동안 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 경화단계는 20 내지 70℃온도에서 1 내지 180분 동안 이루어지는 것으로 한다.

또한, 본 발명의 목적은 상기 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물의 제조방법으로 제조된 폴리우레탄 발포체 조성물이 적층되는 것을 특징으로 하는 자동차용 플로어 카페트를 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물 및 그 제조방법은 자동차의 내장재나 플로어 카페트 등에 적용되어 우수한 전자파 차단효과를 나타내며, 특히, 향후 소비량이 증가할 것으로 예상되는 전기 자동차 등에 적용되면 탁월한 성능을 나타낼 수 있는 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물의 제조방법을 나타낸 순서도이다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명에 따른 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물은 폴리올, 이소시아네이트, 발포제, 가교제, 전자파 차폐제 및 반응촉매로 이루어지며, 폴리올 100 중량부, 이소시아네이트 20 내지 300 중량부, 발포제 0.1 내지 20 중량부, 가교제 0.2 내지 1 중량부, 전자파 차폐제 0.1 내지 40 중량부 및 반응촉매 1 내지 1.5 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 폴리올은 상기 이소시아네이트와 반응하여 본 발명에 따른 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물의 주재료인 폴리우레탄으로 제조된다. 폴리올은 분자 중에 수산기 혹인 아민기를 2개 이상 갖는 다관능 알코올 또는 방향족 아민 등의 개시제와 산화프로필렌 또는 산화에틸렌을 적정 반응시켜 얻어지는 물질로, 이소시아네이트와 함께 폴리우레탄의 필수적인 원료이며, 크게 구분하면 폴리에테르 폴리올과 폴리에스터 폴리올로 분류할 수 있으며, 사용하는 용도에 맞도록 개시제 및 분자량을 변화시켜 사용되고 있는데, 최근에는 폴리에테르 폴리올이 주로 사용되고 있다.

본 발명에서 사용되는 폴리올은 상기 이소시아네이트와 반응하여 폴리우레탄으로 제조될 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않고 어떠한 것이든 사용가능하나, 폴리에스터 폴리올과, 필요에 따라 모노올, 폴리머 분산 폴리올 등의 그밖의 폴리올이 함유될 수 있으며, 특히, 폴리올 전체 중량에서 폴리에스터 폴리올이 10 내지 95% 함유된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 폴리올은 중량평균 분자량이 5500 내지 6500인 폴리올이 전체 폴리올의 95% 이상을 차지하도록 함유되는 것이 바람직하며, 중량평균 분자량이 2500 내지 3500인 폴리올은 1 내지 2%, 중량평균 분자량이 3500 내지 4500인 폴리올은 3 내지 4%가 함유되는 것이 바람직하다.

상기 이소시아네이트는 20 내지 300 중량부가 함유되며, 상기 폴리올과 반응하여 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물로 제조된다.

이소시아네이트는 암모니아 또는 아민과 반응하여 요소 유도체를 생성하고, 알코올 및 페놀과 반응하여 우레탄을 생성한다. 또한, 물과 반응하면 대칭성의 요소 유도체를 생성하나 가수분해하여, 제1아민 RNH₂와 이산화탄소로 분리되고, 그 구조가 이소시안산 형인 R-N=C=O임을 나타낸다.

상기 발포제는 0.1 내지 20 중량부가 함유되며, 상기 폴리올과 상기 이소시아네이트가 반응하여 제조된 폴리우레탄을 발포시키는 역할을 하는데, 상기 발포제가 함유되어 발포된 폴리우레탄은 발포과정에서 다수의 기공이 형성되어 중량이 가볍고 흡음성능이 향상된다.

상기 발포제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 발포효율이 저하되며, 발포제의 함량이 15 중량부를 초과하게 되면 발포효과의 향상은 미미하면서, 제조비용을 증가시키게 된다.

또한, 상기 발포제가 함유되어 발포되는 폴리우레탄의 발포 배율은 3 내지 10배인 것이 바람직한데, 발포배율이 3배 미만이면, 기공의 수가 너무적어서 중량이 무겁고 흡음성능이 저하되며, 발포배율이 10 배를 초과하게 되면 중량이 가볍고 흡음성능은 우수하나, 기계적 물성이 저하된다.

이때, 상기 발포제는 친환경 발포제인 물(水), 또는 메틸클로라이드 및 클로로플루오로카본(CFC,chlorofluorocarbon)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 가교제는 0.2 내지 1 중량부가 함유되며, 디에탄올아민 및 1,4-부티디엔으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는데, 상기 가교제 함량이 0.2 중량부 미만이면, 가교속도가 더디고 가교율이 낮아 분자량의 증가율이 저하되며, 가교제의 함량이 1 중량부를 초과하게 되면, 폴리우레탄 발포체의 분자량이 지나치게 증가하여 가공성이 저하된다.

상기 전자파 차폐제는 0.1 내지 40 중량부가 함유되며, 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌 및 나노자성체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는데, 본 발명에 따른 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물에 전자차 차폐성을 부여하는 역할을 한다.

상기 전자파 차폐제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 폴리우레탄 발포체 조성물의 전자파 차폐성능이 저하되며, 전자파 차폐제의 함량이 40 중량부를 초과하게 되면, 폴리우레탄 발포체 조성물의 기계적 물성은 저하되면서 중량이 증가하게 된다.

이때, 상기 나노자성체는 나노사이즈를 나타내는 페라이트계(SrOFeO), 알니코계(AlNiCo), 네오디움(NdFeB), 사마륨(SmCo), 페라이트(Ferrite)계 플라스틱자석 및 네오디뮴(Neodymium)계 플라스틱자석으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 반응촉매는 1 내지 1.5 중량부가 함유되며, 상기 이소시아네이트와 상기 폴리올이 반응하여 폴리우레탄으로 제조되는 반응의 속도를 향상시키는 역할을 하는데, 반응촉매의 함량이 1 중량부 미만이면 반응속도의 향상효과가 미미하다.

이때, 상기 반응촉매는 테트라에틸렌디아민 및 디프로필렌글리콜로 이루어지며, 테트라에틸렌디아민 33%와 디프로필렌글리콜 67%로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물의 제조방법은 폴리올 및 이소시아네이트를 혼합하는 원료혼합단계(S101), 상기 원료혼합단계(S101)를 통해 제조된 혼합물에 발포제, 가교제, 전자파 차폐제 및 반응촉매로 이루어진 첨가제를 혼합하는 첨가제혼합단계(S103), 상기 첨가제혼합단계(S103)를 통해 첨가제가 혼합된 혼합물을 발포기에 투입하고 발포하는 발포단계(S105) 및 상기 발포단계(S105)를 통해 발포된 발포체를 경화하는 경화단계(S107)로 이루어진다.

상기 원료혼합단계(S101)는 폴리올 및 이소시아네이트를 혼합하는 단계로, 폴리올 100 중량부에 이소시아네이트 20 내지 300 중량부를 혼합하여 이루어지는데, 상기 원료혼합단계(S101)를 통해 혼합되는 폴리올 및 이소시아네이트는 서로 반응하여 폴리우레탄으로 제조된다.

상기 첨가제혼합단계(S103)는 상기 원료혼합단계(S101)를 통해 제조된 혼합물에 발포제, 가교제, 전자파 차폐제 및 반응촉매로 이루어진 첨가제를 혼합하는 단계로, 상기 원료혼합단계(S101)를 통해 제조된 혼합물에 함유되는 폴리올 100 중량부 대비 발포제 0.1 내지 20 중량부, 가교제 0.2 내지 1 중량부, 전자파 차폐제 0.1 내지 40 중량부 및 반응촉매 1 내지 1.5 중량부로 이루어진 첨가제를 혼합하여 이루어진다.

이때, 상기 발포제, 가교제, 전자파 차폐제 및 반응촉매의 성분 및 역할은 상기 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물에 기재된 내용과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상기 발포단계(S105)는 상기 첨가제혼합단계(S103)를 통해 첨가제가 혼합된 혼합물을 발포기에 투입하고 발포하는 단계로, 상기 첨가제혼합단계(S103)를 통해 첨가제가 혼합된 혼합물을 발포기에 투입하고, 20 내지 40℃의 온도에서 5 내지 180초 동안 발포하는 단계다.

상기의 발포단계(S105)를 거치면, 발포배율이 3 내지 10 배인 발포체가 제조되는데, 상기 발포체의 발포배율이 3배 미만이면, 기공의 수가 너무 적어서 중량이 무겁고 흡음성능이 저하되며, 발포배율이 10배를 초과하게 되면 중량이 가볍고 흡음성능은 우수하나, 기계적 물성이 저하된다.

상기 경화단계(S107)는 상기 발포단계(S105)를 통해 발포된 발포체를 경화하는 단계로, 상기 발포단계(S105)를 통해 발포된 발포체를 20 내지 70℃온도에서 1 내지 180분 동안 경화(Curing)하여 이루어진다.

상기의 온도와 시간동안 경화된 발포체는 형태안정성과 기계적 물성이 향상된다.

또한, 상기의 과정을 통해 제조된 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물은 자동차용 플로어 카페트에 적층되어 자동차용 플로어 카페트에 전자파 차단기능을 부여할 수도 있는데, 일반적으로 자동차용 플로어 카페트는 폴리우레탄폼층, 상기 폴리우레탄폼층의 상부면에 형성되는 제1기포지층, 상기 제1기포지층의 상부면에 형성되는 EVA(ethylene-vinyl acetate)코팅층, 상기 EVA코팅층의 상부면에 형성되는 폴리에틸렌코팅층, 상기 폴리에틸렌코팅층의 상부면에 형성되는 라텍스코팅층, 상기 라텍스코팅층의 상부면에 형성되는 제2기포지층 및 상기 제2기포지층의 상부면에 형성되는 카펫층으로 이루어지는데, 본 발명을 통해 제조된 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물을 상기의 구조로 이루어지는 종래에 자동차용 플로어 카페트에 적용할 때는, 상기 폴리우레탄폼층을 본 발명을 통해 제조된 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물로 대체한다.

또한, 전자파 차단효과를 더욱 향상시키기 위해서는 상기 EVA코팅층을 형성 할 때, 상기 EVA코팅층을 형성하는 주재료인 EVA에 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌 및 나노자성체 분말 등의 전자파 차폐제를 혼합하는 것이 바람직한데, 상기와 같이 전자파 차폐제가 혼합된 EVA로 이루어진 EVA코팅층이 형성된 자동차용 플로어 카페트는 전자파 차단효과가 더욱 향상된다.

이 외에도, 본 발명에 따른 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물은 시트, 그래쉬패드, 헤드라이너, 내장 트림 필라, 인스트루먼트 패널, 시트 폼, 도어내부 마감재, 시트 쿠션재, 백레스트 및 헤드레이트 쿠션재, 션바이저, 흡음패드 및 바닥패드 등과 같이 다양한 자동차 내장재 부품에 적용될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물 및 그 제조방법은 전자파 차폐제가 함유되어 우수한 전자파 차단효과를 나타내며, 특히, 향후 소비량이 증가할 것으로 예상되는 전기 자동차 등에 내장재나 플로어 카페트 등에 적용되면 우수한 전자파 차단효과를 나타낼 수 있다.

S101 ; 원료혼합단계
S103 ; 첨가제혼합단계
S105 ; 발포단계
S107 ; 경화단계

Claims

폴리올, 이소시아네이트, 발포제, 가교제, 전자파 차폐제 및 반응촉매로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물은 폴리올 100 중량부, 이소시아네이트 20 내지 300 중량부, 발포제 0.1 내지 20 중량부, 가교제 0.2 내지 1 중량부, 전자파 차폐제 0.1 내지 40 중량부 및 반응촉매 1 내지 1.5 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 발포제는 물, 메틸클로라이드 및 클로로플루오로카본으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 가교제는 디에탄올아민 및 1,4-부티디엔으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 전자파 차폐제는 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌 및 나노자성체로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 반응촉매는 테트라에틸렌디아민 및 디프로필렌글리콜로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물.
폴리올 및 이소시아네이트를 혼합하는 원료혼합단계;
상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물에 발포제, 가교제, 전자파 차폐제 및 반응촉매로 이루어진 첨가제를 혼합하는 첨가제혼합단계;
상기 첨가제혼합단계를 통해 첨가제가 혼합된 혼합물을 발포기에 투입하고 발포하는 발포단계; 및
상기 발포단계를 통해 발포된 발포체를 경화하는 경화단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물의 제조방법.
청구항 7에 있어서,
상기 발포단계는 20 내지 40℃의 온도에서 5 내지 300초 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물의 제조방법.
청구항 7에 있어서,
상기 경화단계는 20 내지 70℃온도에서 1 내지 180분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물의 제조방법.
청구항 7 내지 9중 어느 한 항에 따른 전자파 차단기능을 갖는 자동차 내장용 폴리우레탄 발포체 조성물의 제조방법으로 제조된 폴리우레탄 발포체 조성물이 적층되는 것을 특징으로 하는 자동차용 플로어 카페트.