KR20180098006A - 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리우레탄 시트 쿠션 패드의 폼 중합에 필요한 폴리올에 분자량이 적은 바이오계 폴리올을 혼합함으로써 휘발성 유기화합물 배출량을 저감하고 친환경 설계환경 규제 대응이 가능한 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드는, 석유계 폴리올과 바이오 폴리올이 혼합된 폴리올을 발포시켜 성형된 것을 특징으로 한다.

Description

바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드{ECO FRIENDDLY SEAT CUSHION PAD USING BIO POLYOL}
본 발명은 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리우레탄 시트 쿠션 패드의 폼 중합에 필요한 폴리올에 분자량이 적은 바이오계 폴리올을 혼합함으로써 휘발성 유기화합물 배출량을 저감하고 친환경 설계환경 규제 대응이 가능한 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드에 관한 것이다.
최근의 환경 규제, 연비경쟁, 배기가스 저감 등의 규제에 대응하기 위해서는 경량화, 친환경 부품의 적용이 필수적으로 필요하다. 이에 따라 친환경 자동차에 대한 국제적인 관심과 시장 대응을 위한 노력이 급증하고 있으며 시트 또한 시트 폼을 위주로 최소한의 환경 법규를 만족시키기 위한 노력을 기울이고 있다.
한편, 고감성 전동식 시트를 적용하기 위해서는 시트 모듈의 중량을 최대한 낮출 수 있는 경량 소재를 적용한 기술의 개발 적용이 반드시 필요하며, 자동차 시트의 경우 쿠션에 의한 정적, 동적 성능이 승차감을 좌우 하는 경우가 많고, 착좌 전후의 하중 변형 패턴에 의해 주행 시 차체의 진동 성능에 큰 변화를 준다.
최근 자동차 시트에 이용되는 연질 몰드폼용 원료 시스템은 Hot Cure System에서 Cold Cure System으로 변화되고 있으며, 저밀도화된 Cold Cure System으로 시트 성능을 유지, 향상시킬 수 있는 원료의 디자인 및 제조 기술이 필요하다.
한편, 연질 폴리우레탄 폼은 디이소시아네이트와 폴리올을 원료물질로 사용하여 물, 시클로펜탄 등의 발포제로 발포시켜 제조한다. 연질 폴리우레탄 폼에 사용되는 성분 중에 폴리올로는 크게 폴리에테르계 폴리올과 폴리에스테르계 폴리올이 사용되고 있다. 현재까지 사용되고 있는 폴리올은 대부분 석유에서 유래된 석유계 폴리올로써 석유자원의 고갈로 인한 원유가격의 상승과 지구 자원 보호에 대한 관심고조로 식물에서 유래한 바이오 폴리올에 대한 관심이 고조되고 있다.
바이오 폴리올로는 피마자유 유래 폴리올과, 팜유 유래 폴리올, 콩기름 유래 폴리올 등이 있으며, 이들을 개질하여 연질 폴리우레탄 폼에 적용하려는 연구가 최근 전개되고 있으며, 이는 대한민국 등록특허 제10-1204125호(폴리에스터 폴리올, 폴리우레탄용 조성물, 폴리우레탄 폼용 조성물, 폴리우레탄 수지 및 폴리우레탄 폼), 대한민국 공개특허 제10-2014-0079265호(다기능성 바이오 폴리우레탄 폼) 및 대한민국 공개특허 제10-2013-0077715(피마자유 유래 폴리올을 사용한 폴리우레탄 폼 조성물과 이를 이용한 자동차용 시트폼)에 개시되어 있다.
한편, 자동차용 시트폼의 경우 착좌감, 바닥접촉감, 쿠션성, 내압 분산성, 진동흡수 등의 진동특성 및 압축 등의 내구변화율 등 등 여러 물성치에 대한 조건을 만족해야하는데 이로 인해 바이오 폴리올을 함유한 폴리우레탄 폼이 상용화되지 못하고 있는 실정이다.
이에 반하여 최근 석유의 감소와 친환경적인 원료의 사용 요구 증대 등으로 인해 식물 유래 폴리올 첨가량을 증가시키면서도 반발 탄성이나 기계적 물성이 저하되지 않는 시트용 폴리우레탄 시트폼 개발이 시급한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1204125호 : 폴리에스터 폴리올, 폴리우레탄용 조성물, 폴리우레탄 폼용 조성물, 폴리우레탄 수지 및 폴리우레탄 폼 대한민국 공개특허 제10-2014-0079265호 : 다기능성 바이오 폴리우레탄 폼 대한민국 공개특허 제10-2013-0077715 : 피마자유 유래 폴리올을 사용한 폴리우레탄 폼 조성물과 이를 이용한 자동차용 시트폼
본 발명은 상기와 같은 점을 인식하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 폴리우레탄 시트 쿠션 패드의 폼 중합에 필요한 폴리올에 분자량이 적은 바이오계 폴리올을 혼합함으로써 휘발성 유기화합물 배출량을 저감하고 친환경 설계환경 규제 대응이 가능한 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리우레탄 시트 쿠션 패드의 폼 중합에 필요한 폴리올에 분자량이 적은 바이오계 폴리올을 혼합함으로써 휘발성 유기화합물 배출량을 저감하고 친환경 설계환경 규제 대응이 가능한 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드는, 석유계 폴리올과 바이오 폴리올이 혼합된 폴리올을 발포시켜 성형된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드는, 상기 석유계 폴리올과 바이오 폴리올은 9:1 함량비로 혼합되고, 발포제는 물이 이용되고, 석유계 폴리올과 바이오 폴리올이 혼합된 폴리올 100중량부 대비 발포제가 50 내지 70중량비로 혼합된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드는, 상기 바이오 폴리올은 대두유, 야자유, 피마자유, 해바라기씨유 중 어느 하나에서 얻어진 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드는 폴리우레탄 시트 쿠션 패드의 폼 중합에 필요한 폴리올에 분자량이 적은 바이오계 폴리올을 혼합함으로써 휘발성 유기화합물 배출량을 저감하고 친환경 설계환경 규제 대응이 가능한 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드의 제조 과정을 개념적으로 도시한 흐름도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드의 제조 과정에 이용되는 금형 및 시트폼 제품을 도시한 도면
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드의 제조에서 발포제 함량에 따른 폴리우레탄폼 발포 형상의 사진
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드의 제조에서 발포제 함량에 따른 광학현미경을 이용한 우레탄폼의 셀 분석 사진
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드의 제조에서 순수 Polyol에 대한 FT-IR 스펙트럼을 도시한 그래프
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드의 제조에서 발포제 함량에 따른 우레탄 폼에 대한 FT-IR 스펙트럼을 도시한 그래프
이하에서는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드의 제조 과정을 개념적으로 도시한 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드의 제조 과정에 이용되는 금형 및 시트폼 제품을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드의 제조에서 발포제 함량에 따른 폴리우레탄폼 발포 형상의 사진이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드의 제조에서 발포제 함량에 따른 광학현미경을 이용한 우레탄폼의 셀 분석 사진이며, 도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드의 제조에서 순수 Polyol에 대한 FT-IR 스펙트럼을 도시한 그래프이고, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드의 제조에서 발포제 함량에 따른 우레탄 폼에 대한 FT-IR 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드는, 석유계 폴리올과 바이오 폴리올이 혼합된 폴리올을 발포시켜 성형된 것을 특징으로 한다. 본 발명은 식물 유래 폴리올을 첨가함으로써 석유의 감소와 친환경적인 원료의 사용 요구 증대에 대응할 수 있을 뿐만 아니라 차량 시트에 요구되는 반발 탄성이나 기계적 물성이 저하되지 않는 시트용 폴리우레탄 시트폼을 제조할 수 있도록 한다. 아울러, 본 발명에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드는 바이오 폴리올이 대두유, 야자유, 피마자유, 해바라기씨유 중 어느 하나로부터 유래된 것을 이용함으로써 자원의 활용도를 향상시킨다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 폴리올 혼합된 폴리올을 발포시켜 시트 쿠션폼이 제조되는 과정을 개념적으로 도시한 것이다.
본 발명에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드는 제품의 성능과 기계적 성능을 발포제의 함량을 조절하여 확보하는 것을 특징으로 하는데, 본 발명은 상기 석유계 폴리올과 바이오 폴리올은 9:1 함량비로 혼합되고, 발포제는 물이 이용되고, 석유계 폴리올과 바이오 폴리올이 혼합된 폴리올 100중량부 대비 발포제가 50 내지 70중량비로 혼합된 것을 특징으로 한다.
이하에서는 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바이오 폴리올을 이용한 친환경 쿠션 패드를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
<실시예1 : 바이오 폴리올을 이용한 폼 성형>
폴리우레탄 합성에 사용한 이소시아네이트(Isocyanate)는 BASF사의 이소시아네이트기(NCO) 함량이 31±5%인 중합 MDI(polymeric MDI(Methylene diphenyl diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate))이다.
폴리올(Polyol)은 작용기가 2~3이고 하이드록실 밸류(OH-value)가 28인 폴리에테르계를 사용하였다.
분자간 결합을 강화하기 위하여 다관능 가교제를 소량 첨가하였고, 실리콘계 계면활성제를 이용하여 폼 내의 기포수와 크기를 조절하였다.
발포제로는 증류수를 사용하였다. 폴리올과 이소시아네이트의 우레탄 반응, 이소시아네이트와 물과의 우레아 반응은 수지화 촉매(gelling catalyst)와 포화 촉매(blowing catalyst)를 각각 사용하여 촉진되었다.
본 발명에 따른 실시예에 사용한 모든 첨가제는 Air products사(社)에서 구입하였고 별도의 처리없이 제공받은 그대로 사용하였다.
표 1은 함량을 정리한 것으로, 표 1의 함량으로 MDI를 제외한 폴리올과 각종 첨가제를 넣은 레진프리믹스(Resin Premix) B액을 충분히 교반하여 균일한 혼합액을 만든 후 상온에서 24시간 정도 보관하였다.
Formation(pbw) 시험군1
(C-1-B-1)		 시험군2
(C-1-B-3)		 시험군3
(C-1-B-5)		 시험군4
(C-1-B-7)		 시험군5
(C-1-B-9)
Petroleum Polyol 90 90 90 90 90
Bio Polyol 10 10 10 10 10
Catalyst(Gel) 1 1 1 1 1
Catalyst(Blow) 1 1 1 1 1
Surfactant(실리콘) 4 4 4 4 4
Blowing agent(물) 1 3 5 7 9
가교제 2 2 2 2 2
난연제 10 10 10 10 10
MDI 40 40 40 40 40
(단위(g or L 기타 등등)가 필요함!!!!)
( 가교제 및 난연제의 종류 또는 제품명이 있으면 기재가 요청됨!!!!)
<실시예2:바이오 폴리올을 이용한 폼의 특성 분석>
프리믹싱(premixing)한 B액을 투입한 후 MDI를 넣고 1000rpm의 속도로 약 30초 동안 교반시키고, 크림타임(cream time, C/T)과 젤타임(gel time, G/T)을 각각 측정하여 반응속도를 평가하였다.
크림타임은 30초 혼합 후 발포 중인 폼의 색깔이 한 가지 색깔로 균일하게 되는 시점으로 측정하였고, 젤타임은 발포중인 폼에서 실 같은 것이 따라서 나오는 시점을 측정하였다.
폴리올과 이소시아네이트의 반응은 푸리에변환형적외분광광도계(Fourier transform infrared spectrophotometer, FT-IR)를 사용하여 관찰하였고, 셀(cell) 구조는 광학현미경을 이용하여 발포제의 파단면을 관찰하였다.
도 3은 발포제(blowing agent) 함량에 따른 발포 폼 형성을 비교한 사진이다. 도 3에서 (a)는 MDI가 미반응된 상태이며, (b)는 발포제가 부족한 상태이고, (c)는 폼이 안정적으로 형성된 상태이며, (d)는 발포제가 과다한 상태의 사진이다.
발포제의 함량이 적을 경우 물과 이소시아네이트의 반응이 충분히 진행되지 못하여 미반응 MDI가 관찰되었고(도 3의 (a)와 (b), 발포제가가 과량 첨가할 경우 반응은 빠르게 진행되었으나 기공 크기와 가교도가 떨어져 원하는 수준의 기계적 강도가 구현되지 않은 것으로 나타났다(도 3의 (d)).
광학현미경을 이용하여 제조된 우레탄 폼의 셀 구조 및 크기를 분석하였다. 발포제(Blowing agent) 함량에 따라 기공의 크기가 달라졌으며 이는 곧 폼의 가교도와도 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다. 도 4는 광학현미경을 이용한 우레탄폼의 셀 분석 사진이다.
도 5a 및 도 5b는 석유계 폴리올과 바이오 폴리올을 혼합하여 제조된 폴리우레탄 폼에 대하여 FT-IR을 분해해 본 결과에 대한 그래프를 도시한 것이다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 3,300cm-1, 1,530cm-1에서 -NH 기를 나타내고 있으며, 3600cm-1부근의 -OH 피크는 더 이상 나타나지 않았다. 90% 이상이 close 셀 구조로 폼의 탄성 및 물성을 안정화 시키는 역할을 수행 하고 있음을 확인하였다.
반응 속도, 셀 구조, 화학 결합 분석 결과를 바탕으로 최적의 조성을 선정한 뒤 시제품을 제조하였다. 도 2는 시제품 성형을 위한 과정 및 시제품을 도시한 사진이다. 도 2를 참조하면, 폴리올과 첨가제가 균일하게 혼합된 B액을 MDI와 섞은 후 시트폼 금형에 넣고 발포성형한 결과 도 2의 (d)에서와 같은 시트폼 제품을 얻었다.

Claims (3)

  1. 석유계 폴리올과 바이오 폴리올이 혼합된 폴리올을 발포시켜 성형된 것을 특징으로 하는 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 석유계 폴리올과 바이오 폴리올은 9:1 함량비로 혼합되고,
    발포제는 물이 이용되고, 석유계 폴리올과 바이오 폴리올이 혼합된 폴리올 100중량부 대비 발포제가 50 내지 70중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바이오 폴리올은 대두유, 야자유, 피마자유, 해바라기씨유 중 어느 하나에서 얻어진 것을 특징으로 하는 바이오 폴리올을 이용한 친환경 시트 쿠션 패드.



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