KR20190072259A - 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말 - Google Patents

분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차용 내장재의 표피재로 요구되는 광택도 및 인장강도를 만족하면서도, 내스크래치성이 우수한 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말에 관한 것이다.

Description

분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말{THERMOPLASTIC POLYURETHANE POWDER FOR POWDER SLUSH MOLDING}
본 발명은 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차용 내장재의 표피재로 요구되는 광택도 및 인장강도를 만족하면서도, 내스크래치성이 우수한 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말에 관한 것이다.
현재 자동차 내장재로 많이 사용되는 열가소성 폴리우레탄(이하 'TPU'라 함) 수지는 가격에 비해 다양한 성형이 가능하고, 기계적인 물성이 양호하여 특히, 인스트루먼트 판넬(Instrument Panel), 도어트림(Door Trim), 데쉬보드(DashBoard) 등의 자동차 내장재의 표피재 및 자동차 내장 매트 백킹재 등으로 널리 사용되고 있다.
한편, 상기 TPU 수지를 이용하여 제조한 자동차 내장재의 표피재는 주로 대한민국 등록특허공보 제10-1775199호에 개시된 바와 같이 디자인 자유도가 높은 분말 슬러쉬 몰딩 공법으로 제조되는데, 상기 TPU 수지의 경우 다른 열가소성 엘라스토머에 비해 점착성이 높아 표피재를 성형 후 금형으로부터 탈형 시 작업자의 손에 의해 스크래치가 발생되는 문제점이 있었다.
종래에는 이를 해결하기 위해서, 파라핀 오일 또는 파라핀 왁스를 첨가하여 금형과 수지간의 점착성을 감소시켜 탈형을 용이하게 하고자하였으나 시간이 경과될수록 슬립성 및 내스크래치성이 저하되는 문제가 있어 표피재가 적용된 최종 제품의 사용자에 의해 스크래치가 발생되는 문제점이 있었다.
이에, 자동차용 내장재의 표피재로 요구되는 광택도 및 인장강도를 만족하면서도, 내스크래치성이 우수한 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말의 개발이 필요한 실정이다.
KR 10-1775199 B (공고일: 2017.08.30)
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 자동차용 내장재의 표피재로 요구되는 광택도 및 인장강도를 만족하면서도, 내스크래치성이 우수한 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 A) 열가소성 폴리우레탄 수지 100 중량부;
B) 스티렌계 엘라스토머 3 내지 15 중량부; 및
C) 내스크래치제 0.1 내지 10중량부를 포함하되,
상기 C) 내스크래치제는 불소계 화합물, 실리콘계 화합물, 유기 핵제 및
무기 핵제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열
가소성 폴리우레탄 분말을 제공한다.
본 발명의 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말로 형성한 표피재는 자동차 내장재의 표피재로 요구되는 광택도 및 인장강도를 만족하면서, 내스크래치성이 우수한 효과가 있다.
이하 본 발명의 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말을 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 자동차 내장재 표피재로 분말 슬러쉬 몰딩 공정에서 성형품 탈형시 발생되는 스크래치, 또는 사용자에 의한 스크래치 발생을 저감시킬 수 있는 폴리우레탄계 수지 조성물을 개발하고자 부단히 노력한 결과, 특정 종류의 내스크래치제를 일정 함량 범위 내로 사용할 경우, 내스크래치성이 향상되는 것을 확인하였고, 스티렌계 엘라스토머를 포함할 경우에 자동차 내장재 표피재로서 요구되는 광택도 및 인장강도를 만족하는 것을 확인하였다.
이러한 결과를 토대로 더욱 연구에 매진한 결과 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 A) 열가소성 폴리우레탄 수지 100중량부;
B) 스티렌계 엘라스토머 3 내지 15중량부; 및
C) 내스크래치제 0.1 내지 10중량부를 포함하되,
상기 C) 내스크래치제는 불소계 화합물, 실리콘계 화합물, 유기 핵제 및 무기 핵제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말에 관한 것이다.
본 발명의 분말 슬러쉬 몰딩은 분말 형태의 고분자를 개방 용기에 장전시킨 후, 가열된 금형과 개방 용기를 결합시켜 밀폐 시스템을 만들고 이를 회전시켜, 가열된 고온의 금형 상에 분말 형상의 수지를 분무하여 표피재를 제조하는 방식을 의미한다.
이하, 상기 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말에 포함되는 각 성분에 대하여 상세하게 설명한다.
A) 열가소성 폴리우레탄 수지
본 발명의 "열가소성 폴리우레탄 수지"는 원래 길이를 넘어 신장되고 이완될 경우 실질적으로 그 원래 길이로 수축되는 능력을 가지는 것으로 구체적으로는, 열에 노출 시 연화되고 실온까지 식히면 실질적으로 그 원래 상태로 돌아오는 폴리우레탄을 의미한다.
본 발명의 A) 열가소성 폴리우레탄 수지는 색상의 안정도가 우수한 지방족 열가소성 폴리우레탄 수지일 수 있다.
구체적으로, 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지는 디이소시아네이트를 1종 이상의 중합체성 디올, 및 1종 이상의 사슬 연장제와 반응시킴으로써 제조될 수 있다.
상기 디이소시아네이트는 일례로, 4,4'-디이소시아네이토디페닐-1-메탄, p-페닐렌 디이소시아네이트, 1,3-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산, 1,4-디-이소시아네이토시클로헥산, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트, 3,3'-디메틸-4,4'-비페닐 디이소시아네이트, 4,4'-디이소시아네이토디시클로헥실메탄, 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 및 4,4'-디이소시아네이토디페닐메탄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 중합체성 디올은 일례로, 히드록시 말단 폴리에테르, 히드록시 말단 폴리에스테르 및 히드록시 말단 폴리카르보네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 히드록시 말단 폴리에테르는 전체 2-15개의 탄소원자, 또는 2-6개의 탄소원자를 지닌 알킬렌 옥사이드, 구체적 일 예로는 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드 또는 이들의 혼합물을 포함하는 에테르와 반응되는 알킬 디올 또는 글리콜로부터 유래된 것일 수 있다.
상기 히드록시 말단 폴리에스테르는 카프로락톤 및 이작용성 개시제의 반응으로부터 유래된 것일 수 있으며, 구체적 일 예로는, 디에틸렌 글리콜로부터 제조된 폴리카프로락톤일 수 있다.
상기 히드록시 말단 폴리카르보네이트는 글리콜 및 카르보네이트의 반응으로부터 유래된 것일 수 있다.
상기 사슬 연장제는 일례로, 사슬에 2-10개 이하의 탄소 원자를 갖는 지방족 직쇄 및 분지쇄 디올일 수 있고, 구체적 일 예로는 에틸렌 글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸 글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올, 히드로퀴논비스-(히드록시에틸)에테르, 시클로헥실렌디올, 시클로헥산올, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 에탄올아민 및 N-메틸디에탄올아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 A) 열가소성 폴리우레탄 수지는 일 예로 폴리에테르 기재의 폴리우레탄 또는 폴리카프로락톤 기재의 폴리우레탄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지는 입자크기가 200-400㎛, 또는 100-600㎛일 수 있다. 상기 범위 미만일 경우 열가소성 폴리우레탄 분말의 유하성이 떨어져 분말 슬러쉬 성형 공정에 어려움이 있고, 상기 범위를 초과할 경우 성형온도인 230-260℃의 온도에서 열가소성 폴리우레탄 수지가 덜 녹게 되면서 성형성에 문제가 될 수 있으므로 상기 범위 내의 입자크기를 가질 수 있다.
상기 입자크기는 입도분포 분석(건식 또는 습식)을 통하여 유추할 수 있다.
또한, 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지는 쇼어 A 경도가 75-92 또는 80-90일 수 있다. 상기 범위 미만일 경우 내스크래치성이 저하되고, 상기 범위를 초과할 경우 자동차 내장재용 부품의 표피재로서 부드러운 감촉이 저하되므로 상기 범위 내의 쇼어 A경도를 가질 수 있다.
본 발명의 쇼어 A타입 경도는 ISO 868에 의거하여 쇼어 A타입으로 경도를 측정할 수 있다.
또한, 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지는 인장강도가 20-60Mpa 또는 22-50Mpa일 수 있다. 상기 범위 미만일 경우 자동차 내장재로서 요구되는 인장강도 및 파단신율을 만족하지 못하고 상기 범위를 초과할 경우 에어백(air bag) 전개 시 절개라인을 따라 찢어지지 못하므로 상기 범위 내의 인장강도를 가질 수 있다.
상기 인장강도는 ISO 527-2에 의거하여 측정할 수 있다.
또한, 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지는 비캣 연화점(Vicat Softening Point)가 40-60℃ 또는 45-55℃일 수 있다. 상기 범위 미만일 경우 자동차 실내 온도가 상승하면서 외관의 변화, 갈라짐 등을 유발하고, 상기 범위를 초과할 경우 표피재가 저온 조건하에서 특유의 부드러운 감촉이 저하되므로 상기 범위 내의 비캣 연화점을 가질 수 있다.
본 발명의 비캣 연화점은 ISO 306에 의거하여 측정할 수 있다.
또한, 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지의 용융 흐름 지수(MFI)는 50-150g/10min(185℃, 2.16kg) 또는 50-120g/10min(185℃, 2.16kg)일 수 있다. 상기 범위 외일 경우 가공성이 저하되므로 상기 범위 내의 용융 흐름 지수를 가질 수 있다.
B) 스티렌계 엘라스토머
본 발명의 열가소성 폴리우레탄 분말은, 유연성을 개선시킴과 아울러 내스크래치성을 다소 향상시키고, 자동차 내장재 표피재로서 적합한 광택을 유지하도록 하기 위해서, B) 스티렌계 엘라스토머를 포함한다.
상기 B) 스티렌계 엘라스토머는 일 예로, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록공중합체(SBS), 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 블록공중합체(SEPS), 스티렌-이소프렌-스티렌 블록공중합체(SIS), 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 블록공중합체(SEBS), 스티렌-에틸렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 블록공중합체(SEEPS) 및 α-메틸스티렌-부타디엔 블록공중합체(ABS) 중 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 일 구체예로서 기계적 물성 및 내후성이 뛰어난 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 블록공중합체 또는 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 블록공중합체를 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 블록공중합체(SEBS)는 상기 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS)를 수소화시킨 스티렌계 블록공중합체이다.
상기 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 블록공중합체(SEPS)는 스티렌-이소프렌-스티렌 블록공중합체(SIS)를 수소화 시킨 스티렌 블록공중합체이다.
상기 B) 스티렌계 엘라스토머 내 스티렌의 함량은 5-35중량% 또는 7-32중량%일 수 있다. 상기 범위 미만일 경우 고무상의 비율이 과도하게 높아져 스티렌에 의해 발현되는 기계적 물성 및 내후성이 저하되고, 상기 범위를 초과할 경우 상대적으로 고무상 블록의 함량이 적어져 유연성이 저하되므로 상기 범위 내의 스티렌을 포함할 수 있다.
또한, 상기 B) 스티렌계 엘라스토머는 일 예로, ASTM D1238에 의거하여 측정한 용융 흐름 지수(MFR; 230℃, 2.16kg)가 2-20g/10min 또는 5-15g/10min 일 수 있다. 이 범위 내에서 성형성이 우수한 효과가 있다.
상기 B) 스티렌계 엘라스토머는 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지 100중량부에 대하여, 3 내지 15중량부, 또는 5 내지 10중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위 미만일 경우 유연성이 저하됨과 아울러 표피재의 표면 광택이 과도하게 높아 상품성이 저하되고, 상기 범위를 초과할 경우 자동차 내장재용 표피재로서 요구되는 인장강도를 만족하지 못함과 아울러, 표면의 마찰계수가 상승하여 오히려 내스크래치성이 저하되므로 상기 함량 범위 내로 포함될 수 있다.
C) 내스크래치제
본 발명은 분말 슬러쉬 몰딩 공정에서 성형품 탈형시 탈형을 용이하게 하여, 내스크래치성을 개선하고자 상기 C) 내스크래치제를 포함한다.
상기 C) 내스크래치제는 불소계 화합물, 실리콘계 화합물, 유기 핵제 및
무기 핵제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이다.
이하, 각 내스크래치제를 구체적으로 설명하기로 한다.
C-1) 불소계 화합물
상기 불소계 화합물은 일 예로, 퍼플루오로폴리에테르, 퍼플루오로폴리알킬에테르, 퍼플루오로알콕시, 폴리에틸렌테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐플루오라이드, 폴리에틸렌클로로트리플루오로에틸렌 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에서 상기 불소계 화합물의 일 구체예로서 액상 형태로 사용이 용이하고 비교적 화학적으로 안정한 물성을 가진 퍼플루오로폴리에테르일 수 있다.
상기 불소계 화합물은 일 예로, 평균 분자량(Average Molecular weight)이 1,000 내지 10,000, 3,000 내지 7,000, 또는 3,500 내지 6,000일 수 있고, 상기 범위의 평균분자량을 만족함으로써 상기 불소계 화합물이 표피재 표면으로 이행되어 슬립성을 부여함으로써 표면에너지를 감소시킴과 아울러 내스크래치를 개선할 수 있다.
상기 불소계 화합물은 일 예로, 우베로데(Ubbelohde) 점도계를 사용하여 50℃에서 측정한 점도(Viscosity)가 90 내지 120cst, 또는 95 내지 115cst, 바람직하게는 100 내지 110cst일 수 있고, 상기 범위 내에서 시간 경과에 따라 표피재 밖으로 용출되는 것이 적은 효과가 있다.
상기 불소계 화합물을 내스크래치제로 사용할 경우, 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 대해 0.1-4.5중량부 또는 0.2-4중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위 미만일 경우 내스크래치성의 개선 효과가 미미하고, 상기 범위를 초과할 경우 자동차 내장재용 표피재로 요구되는 인장강도를 만족하지 못함과 아울러, 상기 불소계 화합물의 과도한 이행으로 인해 표면 광택이 너무 높아져 상품성이 저하되므로 상기 함량 범위 내로 포함될 수 있다.
C-2) 실리콘계 화합물
상기 실리콘계 화합물은 일 예로 폴리디메틸실록산, 폴리디페닐실록산 또는 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에서는 상기 실리콘계 화합물로 금형 표면에 대한 윤활 작용이 현우수하고 화학적으로 안정한 폴리디메틸실록산을 사용할 수 있다.
상기 실리콘계 화합물의 중량평균분자량은 40,000g/mol이상, 100,000-1,000,000g/mol 또는 200,000-1,000,000g/mol일 수 있다. 상기 범위의 중량평균분자량을 만족함으로써 상기 실리콘계 화합물이 표피재 표면으로 이행되어 슬립성을 부여함으로써 표면에너지를 감소시킴과 아울러 내스크래치를 개선할 수 있다.
또한, 내스크래치성을 향상 시키기 위해서, 상기 실리콘계 화합물에 실리카를 첨가할 수 있는데, 이 경우 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지와 폴리디메틸실록산 사이에 슬립성을 고려하였을 때, 흄드 실리카(fumed silica)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 흄드 실리카를 혼합하여 사용할 경우, 상기 내스크래치제에 대하여 폴리디메틸실록산 50 내지 80 중량% 및 흄드 실리카(Fumed Silica) 20 내지 50 중량%, 바람직하게는 폴리디메틸실록산 60 내지 70 중량% 및 흄드 실리카 30 내지 40 중량% 포함한 것을 사용할 수 있고, 이 범위 내에서 내스크래치성이 향상되는 효과가 있다.
상기 실리콘계 화합물의 중량평균분자량은 40,000g/mol이상, 100,000-1,000,000g/mol 또는 200,000-8,500,000g/mol일 수 있다. 상기 범위의 중량평균분자량을 만족함으로써 상기 실리콘계 화합물이 표피재 표면으로 이행되어 슬립성을 부여함으로써 표면에너지를 감소시킴과 아울러 내스크래치를 개선할 수 있다.
상기 실리콘계 화합물은 일 예로 펠렛화된 검(gum) 형태일 수 있으나 이로 제한되는 것은 아니다.
상기 실리콘계 화합물을 내스크래치제로 사용할 경우, 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 대해 0.1-4중량부 또는 0.5-3중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위 미만일 경우 내스크래치성의 개선 효과가 미미하고, 상기 범위를 초과할 경우 자동차 내장재용 표피재로 요구되는 인장강도를 만족하지 못함과 아울러, 상기 실리콘계 화합물의 과도한 이행으로 인해 표면 광택이 너무 높아져 상품성이 저하되므로 상기 함량 범위 내로 포함될 수 있다.
일 예로, 상기 불소계 화합물과 상기 실리콘계 화합물을 혼합하여 내스크래치제로 사용할 경우 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여, 상기 불소계 화합물 1-6중량부, 또는 2-4중량부 및 상기 실리콘계 화합물 0.1 내지 3 중량부, 또는 0.1 내지 1 중량부로 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 범위 내일 경우 불소계 화합물이 과량 포함되어 발생하는 표피재로의 과도한 이행을 방지할 수 있으며 내스크래치성이 개선되는 효과가 있다.
C-3) 무기 핵제
상기 무기 핵제는 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지의 결정화도를 높여 내스크래치성을 개선할 수 있다.
상기 무기 핵제는 탈크, 마그네슘 산화물, 알칼리 금속의 인산염, 이산화티타늄, 탄산염 및 황산염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서는 상기 무기 핵제로, 비교적 가격이 저렴하고 분산이 용이한 탈크 또는 이산화티타늄을 사용할 수 있다.
상기 무기 핵제를 내스크래치제로 사용할 경우, 일 예로 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대해, 0.1 내지 3 중량부 또는 0.5 내지 2 중량부로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 자동차 내장재용 표피재로서 요구되는 인장강도를 만족하며, 내스크래치성이 우수한 효과가 있다.
C-4) 유기 핵제
상기 유기 핵제는 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지의 결정화도를 높여 내스크래치성을 개선할 수 있다.
상기 유기 핵제는 카르복실산 금속염 또는 인산에스테르 금속염 중 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 카르복실산 금속염은 일 예로 안식향산나트륨, 4-tert-부틸안식향산알루미늄, 아디프산나트륨, 비시클로[2.2.1]헵탄-2,3-디카르복실산나트륨 중 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 인산에스테르 금속염은 일 예로 히드록시알루미늄비스(2,4,8,10-테트라-트랜즈-뷰틸-6-히드록시-12H-디벤조[d,g][1.3.2]디옥사포스핀-6옥시드), 나트륨비스(4-tert-부틸페닐)포스페이트, 및 나트륨 2,2'-메틸렌비스(4,6-디-tert-부틸페닐)포스페이트으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에서 상기 유기 핵제로 기계적 물성이 우수한 인산에스테르 금속염을 사용할 수 있고 특히 그 중에서도, 히드록시알루미늄비스(2,4,8,10-테트라-트랜즈-뷰틸-6-히드록시-12H-디벤조[d,g][1.3.2]디옥사포스핀-6옥시드)를 사용할 수 있다.
상기 유기 핵제를 내스크래치제로 사용할 경우, 일 예로 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대해, 0.1 내지 3 중량부 또는 0.5 내지 2 중량부로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 자동차 내장재용 표피재로서 요구되는 인장강도를 만족하며, 내스크래치성이 우수한 효과가 있다.
상기 C) 내스크래치제는 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지 100 중량부를 기준으로, 0.1 내지 10 중량부, 또는 0.1 내지 7 중량부로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 자동차 내장재 표피재로서 적합한 광택 및 인장강도를 만족하면서도, 내스크래치성이 우수한 효과가 있다.
상기 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말은 선택적으로 난연제, 광안정제, 고내열 안정제, 활제, 산화방지제, 내열제, 대전방지제, 항균제, 가공조제, 금속불활성화제 및 내마모제 중에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 본 발명이 목적하는 효과를 저해하지 않는 한 함량 범위를 한정하지 않는다.
본 발명의 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말은 상기 A), B) 및 C)를 포함한 조성물을 컴파운딩(compounding)한 후, 이를 분쇄하여 제조한 것일 수 있다.
본 발명의 상기 폴리우레탄 수지 분말로 형성한 표피재는 자동차 내장재용 부품의 표피재로 요구되는 광택도 및 인장강도를 만족하면서도 내스크래치성이 우수한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
[ 실시예 ]
1. 분말 슬러쉬 몰딩용 폴리염화비닐 분말을 이용한 자동차 내장재용 부품의 표피재 제조
(1) 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말 제조
하기 표 1에 기재된 조성을 컴파운딩(compounding)한 후, 이를 분쇄하여 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말을 제조하였다.
(2) 자동차 내장재용 부품의 표피재 제조
상기 (1)에서 제조한 열가소성 폴리우레탄 분말을 이용하여 분말 슬러쉬 몰딩 공법으로 자동차 내장재용 부품의 표피재를 제조하였다.
Figure pat00001
-A) 열가소성 폴리우레탄 수지(TPU): 입자크기가 200㎛, 쇼어 A 경도가 88, 인장강도가 26MPa, 비켓 연화점이 48℃, 용융 흐름 지수(MFI)가 100g/10min인 열가소성 폴리우레탄 수지를 사용하였다 (Lubrizol社, D91F88).
-B) 엘라스토머
스티렌계 엘라스토머(TPS): 상기 스티렌계 엘라스토머 내에 스티렌 함량이 30중량%이고, 유동지수(MFR; 230℃, 2.16kg)가 7g/min인 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 블록 공중합체(SEPS)를 사용하였다 (Kuraray社, SEPTON 2063).
-C) 내스크래치제
C-1) 불소계 화합물: 평균 분자량(Average Molecular weight)이 4800인 폴리플루오로에테르를 사용하였다 (Dupont社 Fluoroguard PCA).
C-2) 실리콘계 화합물: 폴리디메틸실록산 70중량% 및 흄드 실리카 30중량%를 포함하고 중량평균분자량이 800,000g/mol인 실리콘계 화합물을 사용하였다 (Wacker chemical社, Genioplast pellet S).
C-3) 무기 핵제: 이산화티타늄(영진코퍼레이션, THR-218)을 사용하였다 (영진코퍼레이션, THR-218).
C-4) 유기 핵제: 히드록시알루미늄비스(2,4,8,10-테트라-트랜즈-뷰틸-6-히드록시-12H-디벤조[d,g][1.3.2]디옥사포스핀-6옥시드)인 인산에스테르 금속염을 사용하였다 (Adeka社, NA-21).
C-5) 오일: 중량평균분자량이 400g/mol인 파라핀 오일을 사용하였다.
C-6) 왁스: 중량평균분자량이 200g/mol인 파라핀 왁스를 사용하였다.
-D) 첨가제
고내열안정제(Irganox 1010, BASF) 6중량부 및 광안정제(Tinuvin PUR 866, BASF) 0.3중량부를 사용하였다.
[ 실험예 ]
1. 표피재의 물성 및 상기 표피재의 내스크래치성 시험
상기 실시예에서 제조한 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 8의 표피재를 이용하여 내스크래치성, 광택도 및 인장강도를 측정하여 그 결과를 하기의 표 3에 나타내었다.
-내스크래치성은 JIS K 6781에 의거하여 하중 2.94N, stoke 100±5mm, 마찰 속도 100mm/s의 조건 하에서 HEIDON scratch tester로 측정하였다.
이와 함께 자동차 내장재 업계에서 평가하는 방법과 동일하게 손톱으로 표피재를 긁어 내스크래치성을 비교하였다. 외관 평가는 하기 표 2와 같이 1-5의 점수로 표기하였고 높을수록 내스크래치성이 우수한 것을 의미한다.
평가기준
1 흠집과 표면손상 발생 (테스트 후 표피재의 일부가 떨어져 나옴)
2 흠집과 표면 손상 발생
3 흠집이 선형으로 나타나지만 표면 손상은 없음
4 흠집과 표면손상이 전혀 없음, 손톱에 의한 스크래치는 발생
5 테스터기에 의한 흠집과 표면손상 없음. 손톱 스크래치 전혀 없음
-광택도는 BYK社 광택계(입사각 60°)로 ASTM D563에 의거하여 측정하였다.
-인장강도는 ISO 5207-3에 의거하여 측정하였다.
Figure pat00002
상기 표 3에서 확인된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1-5는 특정 함량의 스티렌계 엘라스토머 및 내스크래치제를 포함함으로써 자동차 내장재용 표피재로서 요구되는 광택도 및 인장강도를 만족하면서도, 내스크래치성이 개선된 것을 확인할 수 있었다.
반면, 상기 스티렌계 엘라스토머를 특정 함량 미만으로 포함한 비교예 1 및 상기 스티렌계 엘라스토머를 포함하지 않는 비교예 3은 표피재의 표면 광택도가 너무 높아 상품성이 저하되고, 특히 비교예 3의 경우는 인장강도가 너무 높아 에어백이 전개되지 않아 바람직하지 못한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 스티렌계 엘라스토머를 특정 함량을 초과하여 포함한 비교예 2의 경우 자동차 내장재용 표피재로서 요구되는 인장강도를 만족하지 못하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 내스크래치제를 포함하지 못한 비교예 4 및 내스크래치제를 특정 함량 미만으로 포함한 비교예 5는 내스크래치성이 개선되지 못하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 내스크래치제를 특정 함량 초과하여 포함한 비교예 6은 내스크래치제의 과도한 이행으로 인해 표피재의 표면 광택도가 너무 높아 상품성이 저하됨과 아울러 자동차 내장재용 표피재로서 요구되는 인장강도를 만족하지 못하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 중량평균분자량이 400g/mol인 오일 또는 200g/mol인 왁스를 내스크래치제로 포함한 비교예 7 및 8의 경우 내스크래치성이 다소 개선되기는 하나, 시간이 경과함에 따라 표피재 표면으로 용출되어 광택이 과도해짐과 아울러 사용자의 손에 묻어나오며, 최초 내스크래치성이 유지되지 못하는 단점이 있었다.

Claims (17)

  1. A) 열가소성 폴리우레탄 수지 100 중량부;
    B) 스티렌계 엘라스토머 3 내지 15 중량부; 및
    C) 내스크래치제 0.1 내지 10중량부를 포함하되,
    상기 C) 내스크래치제는 불소계 화합물, 실리콘계 화합물, 유기 핵제 및
    무기 핵제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 A) 열가소성 폴리우레탄은 쇼어 A 경도가 75-92인 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지는 인장강도가 20-60Mpa인 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 B) 스티렌계 엘라스토머는 스티렌-부타디엔-스티렌 블록공중합체(SBS), 스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 블록공중합체(SEPS), 스티렌-이소프렌-스티렌 블록공중합체(SIS), 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 블록공중합체(SEBS), 스티렌-에틸렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 블록공중합체(SEEPS) 및 α-메틸스티렌-부타디엔 블록공중합체(ABS) 중 선택되는 1종 이상인 스티렌계 엘라스토머인 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 B) 스티렌계 엘라스토머 내 스티렌의 함량은 5-35중량%인 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 스티렌계 엘라스토머는 용융 흐름 지수(MFR; 230℃, 2.16kg)가 2-20g/10min인 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 불소계 화합물은 퍼플루오로폴리에테르, 퍼플루오로폴리알킬에테르, 퍼플루오로알콕시, 폴리에틸렌테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐플루오라이드, 폴리에틸렌클로로트리플루오로에틸렌 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌 중 선택되는 1종 이상인 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 불소계 화합물은 평균 분자량(Average Molecular weight)이 1,000 내지 10,000인 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 내스크래치제로 상기 불소계 화합물을 사용할 경우, 상기 불소계 화합물은 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 대해 0.1-4.5중량부로 포함되는 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘계 화합물은 폴리디메틸실록산, 폴리디페닐실록산 또는 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산에서 선택되는 1종 이상인 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘계 화합물이 중량평균분자량은 40,000-1,000,000g/mol인 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘계 화합물은 폴리디메틸실록산 50 내지 80 중량% 및 흄드 실리카(Fumed Silica) 20 내지 50 중량%를 포함하는 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 내스크래치제로 상기 실리콘계 화합물을 사용할 경우, 상기 실리콘계 화합물은 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 대해 0.1-4중량부로 포함되는 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 내스크래치제로 상기 불소계 화합물과 상기 실리콘계 화합물을 혼합하여 사용할 경우, 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대하여, 상기 불소계 화합물 1-6중량부 및 상기 실리콘계 화합물 0.1-3중량부로 포함되는 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 무기 핵제는 탈크, 마그네슘 산화물, 알칼리 금속의 인산염, 이산화티타늄, 탄산염 및 황산염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 유기 핵제는 안식향산나트륨, 4-tert-부틸안식향산알루미늄, 아디프산나트륨, 비시클로[2.2.1]헵탄-2,3-디카르복실산나트륨, 히드록시알루미늄비스(2,4,8,10-테트라-트랜즈-뷰틸-6-히드록시-12H-디벤조[d,g][1.3.2]디옥사포스핀-6옥시드), 나트륨비스(4-tert-부틸페닐)포스페이트 및 나트륨 2,2'-메틸렌비스(4,6-디-tert-부틸페닐)포스페이트으로 이루어진 군에서 선택된 1종 인 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 내스크래치제로 상기 무기 핵제 및 유기 핵제 중 선택되는 1종을 사용할 경우, 상기 무기 핵제 또는 유기 핵제는 각각 상기 A) 열가소성 폴리우레탄 수지 100 중량부에 대해, 0.1 내지 3 중량부로 포함되는 것인 분말 슬러쉬 몰딩용 열가소성 폴리우레탄 분말.
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