KR20200059020A - 침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트, 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상대적으로 경도가 작은 제 1 폴리우레탄 발포 시트; 및 상기 제 1 폴리우레탄 시트 상에 위치하며, 상대적으로 경도가 큰 제 2 폴리우레탄 발포 시트;를 포함하는, 침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트 및 이의 제조방법{MULTI-LAYERD POLYURETHANE FOAM SHEET FOR UNDER SLEEPER PAD, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 철도의 선로에 설치되는 침목(枕木, sleeper)은 레일을 체결하여 레일의 위치를 정하고, 궤간을 정확하게 유지하며, 레일로부터 전해지는 열차하중을 도상(道床) 아래로 널리 분산시키며, 궤도좌굴에 대한 저항력의 대부분을 부담하는 궤도의 중간구조이다.
한편, 철도 운행시 차량 내부의 편안한 승차감과 쾌적한 승차환경을 유지하기 위해 철도차량이나 선로에서 발생하는 공기 전파음과 지반을 통하여 전파되는 지반진동을 일정수준 이하로 제어하여야 한다.
최근 들어 철도의 고속화와 더불어, 조용하고 안락한 승차감과 안전성을 원하는 승객의 요구를 만족시키기 위해서 철도 궤도공학과 함께 방음 및 방진 소재 기술이 점진적으로 발전하고 있다.
철도의 진동 및 소음은 철도 궤도와 궤도를 지지하는 구조물에서 지반을 따라 인접구조물로 전파되고, 또한 궤도의 방음/방진 성능에 의해서 가장 큰 영향을 받는다. 따라서 철도 진동 및 소음의 원천적인 방진대책의 수립측면에서 궤도의 방진설계는 매우 중요하며, 실효성 및 경제성 측면에서 가장 뚜렷한 효과를 얻을 수 있는 기술이다.
이를 위한 일 방책으로, 침목 하부에 탄성을 갖는 침목 패드를 부설하여 침목의 기본적인 역할을 수행케 하면서 방진 및 방음 기능을 부여하는 방법이 있다.
이러한 경우, 방진 및 방음과 함께 자갈 등 도상저항에 따른 침목 패드의 손상 등 침목 패드의 내구성 또한 고려되어야 한다.
본 발명의 일 양태는, 우수한 흡음 및 흡진 성능을 보여 방음 및 방진 성능이 우수하고, 동시에 침목 패드에 요구되는 높은 내구성이 구현될 수 있는 다층형 폴리우레탄 발포 시트를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 양태의 폴리우레탄 발포 시트는 상이한 물성을 갖는 2종 이상의 폴리우레탄 발포 시트가 적층된 복합체 형태의 신규한 침목 패드용 폴리우레탄 발포 시트로서, 장기간 사용이 가능하며, 방음 및 방진 성능이 우수하다.
본 발명의 일 양태는 별도의 접착공정 없이 본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트를 제조할 수 있는 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 양태는, 상대적으로 경도가 작은 제 1 폴리우레탄 발포 시트; 및 상기 제 1 폴리우레탄 시트 상에 위치하며, 상대적으로 경도가 큰 제 2 폴리우레탄 발포 시트;를 포함하는, 침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트를 제공한다.
상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트의 동탄성계수, 및 정탄성계수는 각각 상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 동탄성계수, 및 정탄성계수보다 작을 수 있다.
상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트의 인장강도는 상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 인장강도보다 클 수 있다.
상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트의 신율은 상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 신율보다 클 수 있다.
상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트는 수평균분자량이 4000 내지 10000인 폴리올 성분을 포함하고, 상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트는 수평균분자량이 500 내지 3000인 폴리올 성분을 포함할 수 있다.
상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 폴리올은 각각 독립적으로 폴리에테르계 폴리올을 포함할 수 있다.
상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 폴리올은 각각 독립적으로 폴리프로필렌글리콜계 폴리올, 또는 폴리테트라메틸렌글리콜계 폴리올을 포함할 수 있다.
상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 경계에 위치하고, 상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트 사이의 물성을 갖는 중간층을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트는 상기 중간층을 매개로 자기접착되어 있는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 양태는, 상기 본 발명의 일 양태의 침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트를 제조하는 방법으로서, 상대적으로 경도가 큰 제 2 폴리우레탄 발포 시트를 제조하기 위한 프리폴리머 및 폴리올 함유 혼합물을 몰드에 투입 및 발포하는 단계; 상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 경화가 완료되기 전에 상대적으로 경도가 작은 제 1 폴리우레탄 발포 시트 제조를 위한 프리폴리머 및 폴리올 함유 혼합물을 상기 경화중인 제 2 폴리우레탄 발포 시트 위에 도포 및 발포하는 단계;를 포함하는 침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트의 제조방법을 제공한다.
상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 경화가 완료되기 전에 상대적으로 경도가 작은 제 1 폴리우레탄 발포 시트 제조를 위한 프리폴리머 및 폴리올 함유 혼합물을 상기 경화중인 제 2 폴리우레탄 발포 시트 위에 도포 및 발포하는 단계;에서, 상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 경계에 상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트 사이의 물성을 갖는 중간층이 형성되는 것일 수 있다.
상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 경화가 완료되기 전에 상대적으로 경도가 작은 제 1 폴리우레탄 발포 시트 제조를 위한 프리폴리머 및 폴리올 함유 혼합물을 상기 경화중인 제 2 폴리우레탄 발포 시트 위에 도포 및 발포하는 단계;에서, 상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트는 상기 중간층을 매개로 자기접착되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태의 침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트는 우수한 흡음 및 흡진 성능을 보여 방음 및 방진 성능이 우수하고, 동시에 침목 패드에 요구되는 높은 내구성이 구현될 수 있다.
본 발명의 일 양태의 침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트는 상이한 물성을 갖는 2종 이상의 폴리우레탄 발포 시트가 적층된 복합체 형태의 신규한 침목 패드용 폴리우레탄 발포 시트로서, 장기간 사용이 가능하며, 방음 및 방진 성능이 우수하다.
본 발명의 일 양태는 별도의 접착공정 없이 본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트를 제조할 수 있는 제조방법을 제공할 수 있다.
다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서 전체에서 특별히 다른 정의가 없는 한, "A 내지 B"는 "A 이상 B 이하"를 의미할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 양태의 침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트는 상이한 물성을 갖는 2종 이상의 폴리우레탄 발포 시트가 적층된 복합체 형태의 신규한 침목 패드용 폴리우레탄 발포 시트로서, 우수한 흡음 및 흡진 성능을 보여 방음 및 방진 성능이 우수하고, 동시에 침목 패드에 요구되는 높은 내구성이 구현될 수 있다.
이에, 본 발명의 일 양태의 침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트는 장기간 사용이 가능하며, 방음 및 방진 성능이 우수할 수 있다.
본 발명의 일 양태는, 상대적으로 경도가 작은 제 1 폴리우레탄 발포 시트; 및 상기 제 1 폴리우레탄 시트 상에 위치하며, 상대적으로 경도가 큰 제 2 폴리우레탄 발포 시트;를 포함하는, 침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트를 제공한다.
본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트는, 하층에 상대적으로 소프트(soft)한 폴리우레탄 발포 시트를 포함하고, 상층에 상대적으로 하드(hard)한 폴리우레탄 발포 시트를 포함한다.
이에, 침목 패드에 채택될 때, 상대적으로 소프트한 하층은 지면 쪽에 위치시키고, 상대적으로 하드한 상층은 침목 쪽에 위치시킬 수 있는데, 이렇게 함으로써 상대적으로 하드한 상층 뿐 아니라 상층에 비해 소프트한 하층을 통해 지반으로 전달되는 음파와 진동을 더욱 흡수 할 수 있다. 이에 따라, 침목 패드의 방음 및 방진 성능이 우수해질 수 있다. 나아가 상대적으로 하드한 상층을 통해 내구성이 확보될 수 있고, 상대적으로 소프트한 하층을 포함함으로써, 지반과의 사이에서 발생하는 기계적인 충격의 흡수가 가능하며, 침목 패드의 손상이 저감되어 내구성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 경도는 쇼어 C(Shore C) 경도일 수 있고, 구체적으로 상대적으로 경도가 작은 제 1 폴리우레탄 발포 시트는 5 내지 20의 쇼어 C 경도를 가질 수 있고, 상대적으로 경도가 큰 제 2 폴리우레탄 발포 시트는 25 내지 40의 쇼어 C 경도를 가질 수 있다.
이러한 경우 우수한 방음 및 방진 성능과 우수한 내구성이 확보될 수 있어 좋을 수 있다.
본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트에서, 상대적으로 소프트한 제 1 폴리우레탄 발포 시트의 동탄성계수, 및 정탄성계수는 각각 상대적으로 하드한 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 동탄성계수, 및 정탄성계수보다 작은 것일 수 있다.
상대적으로 소프트한 제 1 폴리우레탄 발포 시트의 동탄성계수 및 정탄성계수가 상대적으로 하드한 제 2 폴리우레탄 발포 시트에 비해 작은 경우, 하층의 제 1 폴리우레탄 발포 시트가 상대적으로 큰 탄성을 갖게 되어 지반으로 전달되는 소음 및 진동 흡수 성능이 우수할 뿐 아니라, 지반과의 사이에서 발생하는 기계적인 충격의 흡수가 가능하며, 침목 패드의 뒤틀림, 레일의 뒤틀림 등의 손상이 저감되어 내구성이 향상될 수 있다.
구체적으로 상대적으로 소프트한 제 1 폴리우레탄 발포 시트의 정탄성계수는 20kN/mm 내지 40kN/mm, 구체적으로는 20kN/mm 내지 30kN/mm일 수 있고, 상대적으로 하드한 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 정탄성 계수는 35kN/mm 내지 65kN/mm, 구체적으로는 40kN/mm 내지 60kN/mm일 수 있다.
상대적으로 소프트한 제 1 폴리우레탄 발포 시트의 동탄성계수는 25kN/mm 내지 45kN/mm일 수 있고, 상대적으로 하드한 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 동탄성계수는 40kN/mm 내지 75kN/mm일 수 있다.
여기서 정탄성계수는 KRS TR-0014 규격(시험하중 P1 = 18kN, P2 = 68kN, 4지점 변위 측정법, 시험속도 = 100kN/min)에 의한 것일 수 있다.
여기서 동탄성계수는 KRS TR-0014 규격(초기하중 = 43kN, 시험변위 = ± 0.05mm, 시험주파수 = 20Hz)에 의한 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트에서, 상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트는, 5 kN 내지 75 kN의 하중 대해 4Hz로 3×106회 반복하중시험을 하였을 때 30% 이하, 구체적으로는 20% 이하의 정탄성계수 변화율, 및 동일 범위의 동탄성계수 변화율을 가질 수 있다.
이에, 반복적인 하중이 가해진 후에도 기존의 탄성을 유지하여 내구성이 우수할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트는, KS M ISO 1856 기준(23±2℃, 70시간, 50%)으로 측정하였을 때 7% 이하, 구체적으로는 5% 이하의 영구압축줄음율을 가질 수 있다.
본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트에서, 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 동탄성계수/정탄성계수 비율은 1.0 내지 1.5의 범위일 수 있다. 이 범위에서 외부의 큰 하중에 대해서도 기공이 유지되어 내구성이 유지되며, 소음 흡수 특성이 유지될 수 있다. 보다 구체적으로는 1.0 내지 1.4, 1.0 내지 1.35, 1.0 내지 1.3, 1.1 내지 1.5, 1.1 내지 1.4, 1.1 내지 1.35, 1.1 내지 1.3, 1.2내지 1.5, 1.2 내지 1.4, 또는 1.2 내지 1.35일 수 있다.
본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트에서, 상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트의 인장강도는 상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 인장강도보다 큰 것일 수 있다.
상대적으로 소프트한 제 1 폴리우레탄 발포 시트의 인장강도가 상대적으로 하드한 제 2 폴리우레탄 발포 시트에 비해 큰 경우, 하층의 제 1 폴리우레탄 발포 시트가 상대적으로 소프트한 특성을 갖게 되어 지반으로 전달되는 소음 및 진동 흡수 성능이 우수할 뿐 아니라, 지반과의 사이에서 발생하는 기계적인 충격의 흡수가 가능하며, 침목 패드의 손상이 저감되어 내구성이 향상될 수 있다.
더하여, 상대적으로 소프트한 제 1 폴리우레탄 발포 시트의 신율이 상대적으로 하드한 제 2 폴리우레탄 발포 시트에 비해 클 수 있다. 이러한 경우, 하층의 제 1 폴리우레탄 발포 시트가 상대적으로 소프트한 특성을 갖게 되어 지반으로 전달되는 소음 및 진동 흡수 성능이 우수할 뿐 아니라, 지반과의 사이에서 발생하는 기계적인 충격의 흡수가 가능하며, 침목 패드의 손상이 저감되어 내구성이 향상될 수 있다.
구체적으로, 상대적으로 소프트한 제 1 폴리우레탄 발포 시트의 인장강도 및 신율은 각각 6Mpa 내지 15Mpa 및 300% 내지 400%일 수 있고, 상대적으로 하드한 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 인장강도 및 신율은 각각 4Mpa 내지 8Mpa 및 200% 내지 300%일 수 있다.
여기서 인장강도 및 신율은 KS M 6515에 의거한 것일 수 있다.
또한, 상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트는 고온 등의 가혹한 조건에서도 초기의 인장강도 및 신율을 유지하여 내구성이 우수할 수 있다. 구체적으로, 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트는 70±1℃의 온도에서 96시간 보관하여 노화시킨 후 측정된 인장강도 및 신율이 초기대비 모두 85% 이상 유지될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트는 상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 경계에 위치하는 중간층을 더 포함할 수 있다.
이러한 중간층은 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 적층형 시트를 제조할 때, 예를 들어, 제 2 폴리우레탄 발포 시트가 완전 경화되기 전에 제 1 폴리우레탄 발포 시트 제조를 위한 조성물을 도포, 발포 및 경화시킴으로서 자연적으로 발생될 수 있다.
이러한 중간층은 제 1 폴리우레탄 발포 시트와 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 중간 수준의 물성, 즉 상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트와 제 2 폴리우레탄 발포 시트 사이의 물성을 가질 수 있으며, 이러한 경우 제 1 폴리우레탄 발포 시트와 제 2 폴리우레탄 발포 시트를 별도의 접착공정 없이 우수한 접착력으로 형성할 수 있다.
상기 중간층은, 예를 들어, 15 내지 35의 쇼어 C 경도, 25kN/mm 내지 50kN/mm의 정탄성계수, 35kN/mm 내지 65kN/mm의 동탄성계수, 1.0 내지 1.5의 동탄성계수/정탄성계수 비율, 6Mpa 내지 10Mpa의 인장강도, 250% 내지 350%의 신율을 가질 수 있다.
본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트의 총 두께는 예를 들어 1mm 내지 100mm, 1mm 내지 70mm, 1mm 내지 30mm, 5mm 내지 20mm, 또는 10mm 내지 15mm일 수 있다.
제 1 폴리우레탄 발포 시트의 두께는 예를들어 0.5mm 내지 50mm, 0.5mm 내지 35mm, 0.5mm 내지 15mm, 2.5mm 내지 10mm 또는 5mm 내지 7.5mm일 수 있다.
제 2 폴리우레탄 발포 시트의 두께는 예를들어 0.5mm 내지 50mm, 0.5mm 내지 35mm, 0.5mm 내지 15mm, 2.5mm 내지 10mm 또는 5mm 내지 7.5mm일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트는 원형 시트, 사각 시트 등 제한없이 다양한 형태를 가질 수 있고, 제 1 폴리우레탄 발포 시트와 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 형태가 필요에 따라 다르게 조절될 수도 있다.
이하, 본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트의 조성에 대해 자세히 설명한다.
본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트에서, 제 1 폴리우레탄 발포 시트, 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트는 말단 자유 이소시아네이트(-NCO)기를 갖는 프리폴리머, 폴리올, 및 발포제의 혼합물을 발포시켜 제조할 수 있다.
제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트 공통으로, 프리폴리머는 이소시아네이트 성분 및 폴리올 성분을 반응시켜 제조될 수 있다.
여기서 이소시아네이트 성분은 예를들어, 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트, 3,3'-디메틸-4,4'-바이페닐렌 디이소시아네이트, p-페닐렌 디이오시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트일 수 있고, 보다 구체적으로는 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트일 수 있으나, 반드시 이에 제한되지 않는다.
상기 프리폴리머를 구성하는 폴리올 성분은 폴리에테르계 폴리올이 바람직할 수 있다.
여기서 폴리에테르계 폴리올은 폴리프로필렌글리콜계 폴리올, 또는 폴리테트라메틸렌글리콜계 폴리올일 수 있는데, 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트는 각각 상이한 분자량을 갖는 폴리올 성분을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트는 수평균분자량이 4000 내지 10000인 폴리올 성분을 포함하고, 상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트는 수평균분자량이 500 내지 3000인 폴리올 성분을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로는 상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트는 수평균분자량이 5000 내지 8000인 폴리올 성분을 포함하고, 상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트는 수평균분자량이 1000 내지 2500인 폴리올 성분을 포함할 수 있다.
각 발포 시트에 포함되는 폴리올 성분은 상기의 범위의 분자량을 만족하는 1종의 폴리올 성분이거나, 상기의 범위의 분자량을 만족하면서 2종 이상의 폴리올이 혼합된 것일 수도 있다.
이렇게 상이한 분자량을 갖는 폴리올 성분을 포함함으로써, 전술한 물성들을 갖는 다층형 폴리우레탄 발포 시트의 제조가 가능하고, 이에 따라 상대적으로 소프트한 하층은 지면 쪽에 위치시키고, 상대적으로 하드한 상층은 침목 쪽에 위치시킬 수 있는데, 이렇게 함으로써 소프트한 하층을 통해 지반으로 전달되는 음파와 진동을 더욱 흡수 할 수 있다. 나아가, 침목 패드의 방음 및 방진 성능이 우수해질 수 있고, 소프트한 하층 뿐 아니라 상대적으로 하드한 상층을 통해 내구성이 확보될 수 있다. 또한, 상대적으로 소프트한 하층을 포함함으로써, 지반과의 사이에서 발생하는 기계적인 충격의 흡수가 가능하며, 침목 패드의 손상이 저감되어 내구성이 향상될 수 있다.
상기 프리폴리머는 이소시아네이트 성분과 폴리올 성분을 20:80 내지 80:20의 중량비, 구체적으로는 30:70 내지 70:30의 중량비, 보다 더 구체적으로는 40:60 내지 60:40의 중량비로 포함할 수 있으나, 본 발명을 반드시 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 프리폴리머는 말단 자유 NCO기를 5중량% 내지 25중량%의 범위, 10중량% 내지 25중량%의 범위, 또는 10중량% 내지 20중량%로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트에서, 상기 프리폴리머와 추가적으로 반응되는 폴리올은 상기 프리폴리머에 포함되는 폴리올과 동일한 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트에서, 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 기공은 50㎛ 내지 200㎛의 범위의 평균 직경을 가질 수 있으며, 이 범위에서 외부하중에 대한 내구성이 보다 우수할 수 있다.
또한, 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트는 프리폴리머 100중량부에 대해 폴리올 80중량부 내지 100중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트 제조시, 발포제로는 물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한 발포 시에 첨가제로서 가교제, 사슬연장제, 촉매, 정포제, 산화방지제, 및 항균제로 이루어진 군으로부터 1 이상의 첨가제가 더 포함될 수 있다.
상기 가교제는 필요에 따라 포함될 수 있으며, 예컨대 트리메틸프로판올(TMP), 글리세롤 또는 4,4-메틸렌 비스(2-클로로아닐린)(MOCA)을 들 수 있고, 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 0 내지 3 중량부로 사용될 수 있다.
상기 사슬 연장제는 2 내지 4개의 하이드록시기를 갖는 분자량 500 이하의 C2-C10 탄화수소일 수 있으며, 예컨대 1,4-부탄디올, 1,3-프로판디올, 에틸렌글리콜 또는 1,6-헥산디올일 수 있고, 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 내지 30 중량부, 바람직하게는 5 중량부 내지 20 중량부로 사용될 수 있다.
상기 촉매는 예를들어, 유기금속 화합물(예컨대 유기 카르복실산의 주석(II) 염, 구체적으로 주석(II) 디옥토에이트, 주석(II) 디라우레이트, 디부틸주석 디아세테이트 및 디부틸주석 디라우레이트 등), 3급 아민(예컨대 테트라메틸 에틸렌디아민, N-메틸모르폴린, 디에틸벤질아민, 트리에틸아민, 디메틸시클로헥실아민, 디아자비시클로옥탄, N,N'-디메틸피페라진, N-메틸,N'-(4-N-디메틸아미노)부틸피페라진, N,N,N',N",N"-펜타메틸디에틸렌트리아민 등), 아미딘(예컨대 2,3-디메틸-3,4,5,6-테트라히드로피리미딘), 트리스-(디알킬아미노알킬)-s-헥사히드로트리아진(예컨대 트리스-(N,N-디메틸아미노프로필)-s-헥사히드로트리아진), 테트라알킬암모늄 수산화물(예컨대 테트라메틸 암모늄 수산화물), 알칼리 금속 수산화물(예컨대 수산화나트륨), 알칼리 금속 알콜레이트(예컨대 소듐메틸레이트 및 포타슘 이소프로필레이트), 및 10 내지 20개 탄소 원자 및 임의로 측쇄 OH 기를 갖는 장쇄 지방산의 알칼리 금속 염을 들 수 있고, 바람직하게는 2,6-디메틸모폴린에틸에터 및 테트라메틸에틸렌디아민을 들 수 있다.
촉매는 반응성에 따라 프리폴리머 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 내지 3 중량부, 바람직하게는 1 중량부 내지 2 중량부의 양으로 사용될 수 있다.
상기 정포제는 주제의 상 분리 현상을 방지할 수 있으며, 제조되는 폴리우레탄의 표면 장력을 낮춰 기포를 성장시키고, 점도 상승 시 기포 불안정화로 인한 셀의 파괴를 예방할 수 있다. 또한, 상기 정포제는 폼의 유동성과 몰드 발포시 충전성을 좋게하여 제품밀도를 균일하게 하는데, 바람직하게는 실리콘 정포제일 수 있다.
상기 정포제는 프리폴리머 100 중량부에 대하여 0.3 중량부 내지 3 중량부, 바람직하게는 0.5 중량부 내지 2.5 중량부로 사용될 수 있다.
상기 산화방지제는 통상적으로 사용되는 산화방지제라면 특별히 제한되지 않으며 힌더드페놀(hindered phenol)계 또는 힌더드아릴아민(hindered arylamine)계 산화방지제를 들 수 있다. 상기 산화방지제의 함량은 프리폴리머 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 1.0 중량부일 수 있다.
상기 항균제는 통상적으로 사용되는 항균제라면 특별히 제한되지 않으며, 상기 항균제의 함량은 프리폴리머 100중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 1.0 중량부일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트를 제조할 수 있는 제조방법에 대해 자세히 설명한다.
먼저, 프리폴리머를 제조한다. 프리폴리머는 폴리올 성분과 이소시아네이트 성분을 혼합한 뒤, 50 내지 80℃의 온도에서 2 내지 5시간 동안 교반과 함께 반응을 수행하여 제조할 수 있다.
상대적으로 소프트한 제 1 폴리우레탄 발포 시트와 그 위에 위치하는 상대적으로 하드한 제 2 폴리우레탄 발포 시트를 포함하는 2층 형태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트는 경우를 예로 들어 본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트의 제조방법을 설명한다.
본 발명의 일 양태의 다층형 폴리우레탄 발포 시트는 예시적으로 아래 두 부류의 공정을 통해 제조될 수 있다.
(공정 1)
먼저 상대적으로 하드한 폴리우레탄 발포 시트를 형성하기 위한 프리폴리머, 폴리올, 및 필요시 촉매 등 첨가제의 혼합물을 몰드(mold)에 부어 40 내지 80℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 반응시킨 뒤, 발포제를 투입 및 발포한다.
이 때, 상대적으로 하드한 폴리우레탄 발포 시트가 완전 경화되기 전에(부분 경화) 상대적으로 소프트한 폴리우레탄 발포 시트를 제조하기 위해 미리 교반 및 혼합된 프리폴리머 및 폴리올 함유 조성물(필요시 촉매 등 첨가제를 더 혼합할 수 있음)을 상기 부분 경화된 상대적으로 하드한 폴리우레탄 발포 시트 위에 도포한다.
이 때, 상대적으로 하드한 폴리우레탄 발포 시트가 경화되는 중에 시편을 만지면 초기에는 흐물한 액체상태에서 점점 굳어지는데, 경화 중 발생하는 표면이 끈적끈적한 성질(tacky성)이 사라지기 전에(부분 경화) 상대적으로 소프트한 폴리우레탄 발포 시트를 형성하기 위한 조성물을 투입할 수 있다.
이후 상기와 같은 방법으로 발포 및 경화를 진행하면, 자기접착에 의해 상대적으로 하드한 폴리우레탄 발포 시트와 상대적으로 소프트한 폴리우레탄 발포시트가 접착된 2층의 폴리우레탄 발포 시트를 제조할 수 있다.
구체적으로, 자기접착시 상대적으로 하드한 폴리우레탄 발포시트와 상대적으로 소프트한 폴리우레탄 발포시트의 경계면에 원료가 섞여서 양자의 중간 정도의 물성을 갖는 중간층이 형성되면서 자기접착될 수 있다.
(공정 2)
다른 공정으로, 상대적으로 하드한 폴리우레탄 발포 시트 및 상대적으로 소프트한 폴리우레탄 발포 시트를 각각 제조한 뒤 별도의 우레탄 접착제 도입을 통하여 제조하거나, 또는 선행 제조 되어진 하드한 폴리우레탄 발포 시트에 소프트한 폴리 우레탄 제품을 발포하여 자기 접착형태를 통하여 제조할 수 있다.
각 발포 시트는 프리폴리머, 폴리올, 및 필요시 촉매 등 첨가제의 혼합물을 몰드(mold)에 부어 40 내지 80℃의 온도에서 30분 내지 2 시간 동안 반응시킨 뒤, 발포제를 투입하여 경화 및 발포함으로서 제조될 수 있다.

Claims (12)

  1. 상대적으로 경도가 작은 제 1 폴리우레탄 발포 시트; 및
    상기 제 1 폴리우레탄 시트 상에 위치하며, 상대적으로 경도가 큰 제 2 폴리우레탄 발포 시트;를 포함하는,
    침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트.
  2. 제 1항에서,
    상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트의 동탄성계수, 및 정탄성계수는 각각 상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 동탄성계수, 및 정탄성계수보다 작은,
    침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트.
  3. 제 1항에서,
    상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트의 인장강도는 상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 인장강도보다 큰,
    침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트.
  4. 제 1항에서,
    상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트의 신율은 상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 신율보다 큰,
    침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트.
  5. 제 1항에서,
    상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트는 수평균분자량이 4000 내지 10000인 폴리올 성분을 포함하고, 상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트는 수평균분자량이 500 내지 3000인 폴리올 성분을 포함하는,
    침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트.
  6. 제 5항에서,
    상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 폴리올은 각각 독립적으로 폴리에테르계 폴리올을 포함하는,
    침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트.
  7. 제 6항에서,
    상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 폴리올은 각각 독립적으로 폴리프로필렌글리콜계 폴리올, 또는 폴리테트라메틸렌글리콜계 폴리올을 포함하는,
    침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트.
  8. 제 1항에서,
    상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 경계에 위치하고, 상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트 사이의 물성을 갖는 중간층을 더 포함하는,
    침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트.
  9. 제 8항에서,
    상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트는 상기 중간층을 매개로 자기접착되어 있는 것인,
    침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트.
  10. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트를 제조하는 방법으로서,
    상대적으로 경도가 큰 제 2 폴리우레탄 발포 시트를 제조하기 위한 프리폴리머 및 폴리올 함유 혼합물을 몰드에 투입 및 발포하는 단계;
    상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 경화가 완료되기 전에 상대적으로 경도가 작은 제 1 폴리우레탄 발포 시트 제조를 위한 프리폴리머 및 폴리올 함유 혼합물을 상기 경화중인 제 2 폴리우레탄 발포 시트 위에 도포 및 발포하는 단계;를 포함하는,
    침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트의 제조방법.
  11. 제 10항에서,
    상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 경화가 완료되기 전에 상대적으로 경도가 작은 제 1 폴리우레탄 발포 시트 제조를 위한 프리폴리머 및 폴리올 함유 혼합물을 상기 경화중인 제 2 폴리우레탄 발포 시트 위에 도포 및 발포하는 단계;에서,
    상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 경계에 상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트 사이의 물성을 갖는 중간층이 형성되는 것인,
    침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트의 제조방법.
  12. 제 11항에서,
    상기 제 2 폴리우레탄 발포 시트의 경화가 완료되기 전에 상대적으로 경도가 작은 제 1 폴리우레탄 발포 시트 제조를 위한 프리폴리머 및 폴리올 함유 혼합물을 상기 경화중인 제 2 폴리우레탄 발포 시트 위에 도포 및 발포하는 단계;에서,
    상기 제 1 폴리우레탄 발포 시트 및 제 2 폴리우레탄 발포 시트는 상기 중간층을 매개로 자기접착되는,
    침목 패드용 다층형 폴리우레탄 발포 시트의 제조방법.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113773471A (zh) * 2021-09-17 2021-12-10 湖州高裕家居科技有限公司 一种多层聚氨酯复合枕垫及其制备方法

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