KR20200065560A - 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물, 자동차 시트 쿠션용 발포체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물, 자동차 시트 쿠션용 발포체 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (A) 폴리프로필렌계 수지 49.5 중량% 내지 80 중량%; (B) 융점(Tm)이 60℃ 내지 110℃이고, ASTM D1238에 따라 190℃에서 2.16kg 하중으로 측정한 MI (melting index) 값이 0.5 g/10min 내지 4 g/10min인 변성 올레핀계 엘라스토머 수지 19.5 중량% 내지 50 중량%; 및 (C) 충진제 0.1 중량% 내지 0.5 중량%; 를 포함하는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물, 자동차 시트 쿠션용 발포체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물, 자동차 시트 쿠션용 발포체 및 이의 제조 방법{COMPOSITION FOR AUTOMOTIVE SEAT CUSHION FOAM, AUTOMOTIVE SEAT CUSHION FOAM AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물, 자동차 시트 쿠션용 발포체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 신율이 높고, 압축 강도 및 고온압축줄음률이 동시에 낮고, 정하중 시 변위가 높아, 쿠션성과 착좌감이 우수한 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물, 자동차 시트 쿠션용 발포체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
폴리우레탄 재질의 발포체가 적용된 시트 쿠션은 다른 소재의 쿠션과 대비해 이물감이 없으며, 쿠션성과 소재 복원력이 검증된 장점이 있다. 하지만, 폴리우레탄 재질의 발포체가 자동차용 시트 쿠션에 적용될 경우, 사고 시 인체의 하중에 따라 시트 쿠션이 꺼지는 현상이 발생하여 충격이 가중될 수 있다.
이를 방지하기 위해 종래의 자동차용 시트 쿠션은 금속 프레임 또는 금속 와이어가 폴리우레탄 재질의 발포체를 감싸도록 오버몰딩 되거나, 금속 프레임 또는 금속 와이어에 폴리우레탄 재질의 발포체를 부착 및/또는 끼우는 구조로 형성된다. 그러나, 이러한 경우 금속 프레임 또는 금속 와이어 등에 의해 전체 시트 쿠션의 중량이 높아져 자동차 경량화에 어려움이 있다.
이에 따라, 최근에는 폴리우레탄 소재 일부를 올레핀계 수지로 대체하여 제조한 발포체를 금형에 넣고 스팀으로 융착시킴으로써, 지지를 위한 프레임이나 와이어를 생략하는 구조의 시트 쿠션을 제조하는 기술이 제안되고 있다. 그러나, 이러한 올레핀계 수지 소재의 시트 쿠션에서는 우수한 쿠션성과 착좌감을 구현하는 것이 쉽지 않다.
예를 들면, 다양한 종류의 변성올레핀 혹은 메탈로센계열, 비정형 폴리프로필렌계 등의 수지를 블랜드하여 금속 와이어를 생략하면서도, 우수한 착좌감을 갖는 소재를 구현하고자하는 노력이 이어지고 있으나, 일부 올레핀계 수지의 경우 높은 융점을 갖고 있어 블랜드 시 발포체로 제조하기가 어렵다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 제1357937호 등에 기술되어 있다.
본 발명의 하나의 목적은 신율이 높고, 압축 강도 및 고온압축줄음률이 동시에 낮고, 정하중 시 변위가 높아 쿠션성과 착좌감이 우수한 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물, 자동차 시트 쿠션용 발포체 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
1. 본 발명의 하나의 관점은 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 구체예에서는 (A) 폴리프로필렌계 수지 49.5 중량% 내지 80 중량%; (B) 융점(Tm)이 60℃ 내지 110℃이고, ASTM D1238에 따라 190℃에서 2.16kg 하중으로 측정한 MI (melting index) 값이 0.5 g/10min 내지 4g/10min인 변성 올레핀계 엘라스토머 수지 19.5 중량% 내지 50 중량%; 및 (C) 충진제 0.1 중량% 내지 0.5 중량%; 를 포함한다.
2. 상기 1의 구체예에서, 상기 (A) 폴리프로필렌계 수지는 에틸렌 모노머 함량이 2 중량% 내지 5 중량%이고, 프로필렌 모노머 함량이 95 중량% 내지 98 중량%인 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체를 포함하는 것일 수 있다.
3. 상기 1~2의 구체예에서, 상기 (B) 변성 올레핀계 엘라스토머 수지는 에틸렌-부텐 고무(Ethylene Butene Rubber, EBR) 및 에틸렌-옥텐 고무(Ethylene Octene Rubber, EOR) 중 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
4. 상기 1~3의 구체예에서, 상기 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물은 전체 조성물 내의 에틸렌 유래 단위의 함량이 60 중량% 이하일 수 있다.
5. 본 발명의 다른 구현예는 전술한 1~4 구체예의 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물을 발포하여 형성된 자동차 시트 쿠션용 발포체에 관한 것이다.
6. 상기 5의 구체예에서, 상기 자동차 시트 쿠션용 발포체는 평균 발포 셀 사이즈가 1 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있다.
7. 상기 5~6의 구체예에서, 상기 자동차 시트 쿠션용 발포체의 성형품은 ISO 844 규격에 의거하여 측정한 압축 강도가 0.4 kg/cm2 이상 1.4 kg/cm2 미만이고, 동시에 ISO 1856-A 규격에 의거하여 측정한 고온압축줄음률이 50% 미만이고, ISO R 1080 규격에 의거하여 55kgf에서 측정한 정하중 시 변위가 30 mm 내지 80 mm일 수 있다.
8. 상기 5~7의 구체예에서, 상기 자동차 시트 쿠션용 발포체는 ISO 1798에 따라 측정한 신율이 40% 이상일 수 있다.
9. 본 발명의 또 다른 구현예는 전술한 1~4 구체예의 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물을 물리적 발포하는 것을 포함하는 자동차 시트 쿠션용 발포체 제조 방법에 관한 것이다.
10. 상기 9의 구체예에서, 상기 물리적 발포는 상기 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물을 압출한 후, 반응기에 상기 압출물과 분산매, 첨가제 및 물리 발포제를 투입하여, 140℃ 내지 147℃의 온도 및 30kg/cm2 내지 60kg/cm2의 압력에서, 평균 셀 사이즈가 1 ㎛ 내지 150 ㎛가 되도록 발포시키는 것을 포함한다.
본 발명은 고온에서의 신율이 높고, 압축 강도 및 고온압축줄음률이 동시에 낮고, 정하중 시 변위가 높아, 쿠션성과 착좌감이 우수한 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물, 자동차 시트 쿠션용 발포체 및 이의 제조 방법을 제공한다.
도 1은 일반적인 자동차 시트 쿠션의 구조를 나타낸 도면이다.
본 명세서에서 수치범위를 나타내는 "a 내지 b" 에서 "내지"는 '≥ a 이고 ≤ b' 으로 정의한다.
본 발명의 일 구현예는 (A) 폴리프로필렌계 수지 49.5 중량% 내지 80 중량%; (B) 융점(Tm)이 60℃ 내지 110℃이고, ASTM D1238에 따라 190℃에서 2.16kg 하중으로 측정한 MI (melting index) 값이 0.5 g/10min 내지 4 g/10min인 변성 올레핀계 엘라스토머 수지 19.5 중량% 내지 50 중량%; 및 (C) 충진제 0.1 중량% 내지 0.5 중량%; 를 포함하는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물에 관한 것이다. 이를 통해, 본 발명의 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물은 신율이 높고, 압축 강도 및 고온압축줄음률이 동시에 낮고, 정하중 시 변위가 높아, 쿠션성과 착좌감이 우수한 자동차 시트 쿠션용 발포체를 제공할 수 있다.
또한, 상기 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물은 화학적 발포제를 포함하지 않는 것일 수 있다. 이러한 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물은 화학적 발포제 없이 물리적 발포 방식을 적용할 수 있으며, 이를 통해 인체 유해 물질의 사용을 생략하여, 인체 무해성을 구현하고, 자동차용 시트 쿠션의 휘발성 물질 발생을 저감할 수 있다.
본 발명에서 화학적 발포제는 질소 가스를 발생시키는 발포제로서, 예를 들면, 아조디카본아미드 (azo dicarbon amide), 하이드라지드, 디니트로소 펜타메틸렌테트라민, p-톨루엔술포닐 세미카바지드, 5-페닐테트라졸 등과 같이 질소 함유 유기 발포제를 의미한다.
상기 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물은 발포체를 물리적으로 형성하기 위한 분산매, 첨가제 및 물리 발포제 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 이러한 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물은 화학적 발포제 없이 물리적 발포 방식을 적용할 수 있으며, 이를 통해 인체 유해 물질의 사용을 생략하여, 인체 무해성을 구현하고, 자동차용 시트 쿠션의 휘발성 물질 발생을 저감할 수 있다.
구체예에서, 상기 분산매는 물, 에틸렌 글리콜, 글리세린, 메탄올 및 에탄올 중 1종 이상일 수 있다. 이러한 경우, 자동차용 시트 쿠션의 발포성 및 분산성이 더욱 향상되어, 충분한 크기로 발포되기에 유리할 뿐만 아니라, 더욱 우수한 쿠션성과 착좌감을 구현할 수 있다.
상기 분산매의 함량은 전체 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물 100 중량부를 기준으로 0.001 중량부 내지 500 중량부, 구체적으로 0.1 내지 300 중량부, 보다 구체적으로 0.01 내지 100 중량부일 수 있다. 이러한 경우, 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물은 물성을 저해하지 않으면서도, 첨가제에 의한 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
구체예에서, 상기 첨가제는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 분산제, 핵제, 염료, 열안정제, 자외선 흡수제, 산화 방지제, 셀 안정제, 셀 조절제, 활제 등일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 분산제는 도데실 벤젠술폰산 나트륨, 올레산나트륨 등의 음이온계 계면활성제; 황산 알루미늄; 등일 수 있다. 상기 예시의 분산제는 1종을 단독으로 사용하거나, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 경우, 자동차용 시트 쿠션의 발포성 및 분산성이 더욱 향상되어, 충분한 두께로 발포되기에 유리할 뿐만 아니라, 더욱 우수한 쿠션성과 착좌감을 구현할 수 있다.
상기 첨가제의 함량은 전체 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물 100 중량부를 기준으로 0.001 중량부 내지 10 중량부, 구체적으로 0.01 내지 5 중량부, 보다 구체적으로 0.1 내지 5 중량부일 수 있다. 이러한 경우, 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물은 물성을 저해하지 않으면서도, 첨가제에 의한 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
구체예에서, 상기 물리 발포제는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 프로판, 노말부탄, 이소부탄, 노말펜탄, 이소펜탄, 사이클로펜탄, 노말헥산, 이소헥산, 사이클로헥산, 이산화탄소, 산소, 질소 등일 수 있다.
상기 물리 발포제의 첨가량은 전체 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물 100 중량부를 기준으로 1 중량부 내지 200 중량부, 구체적으로 1 내지 100 중량부, 보다 구체적으로 10 내지 80 중량부일 수 있다. 이러한 경우, 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물은 발포 셀 크기의 조절이 용이하면서도, 발포성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물은 (A) 폴리프로필렌계 수지의 함량이 (B) 변성 올레핀계 엘라스토머 수지 보다 큰 것일 수 있다. 이를 통해, 상기 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물은 화학적 발포제 없이 물리적 발포 방식을 적용하기에 유리한 특성을 갖는다.
구체예에서, 상기 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물은 전체 조성물 내의 에틸렌 함량이 60 중량% 이하, 구체적으로 5 중량% 내지 60 중량%, 보다 구체적으로 30 중량% 내지 45 중량%일 수 있다. 상기 범위 내에서, 상기 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물은 화학적 발포제 없이 물리적 발포 방식을 적용하기에 유리한 특성을 구현하며, 신율을 더욱 높고, 압축 강도 및 고온압축줄음률을 동시에 더욱 낮추고, 정하중 시 변위를 더욱 높일 수 있다.
상기 에틸렌 함량은 전체 조성물에 대해, FT-IR 분석 방법으로 측정할 수 있다.
(A) 폴리프로필렌계 수지
본 발명의 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물에 사용되는 (A) 폴리프로필렌계 수지는 특별히 제한되지 않으나, 구체적으로 에틸렌 모노머 및 프로필렌 모노머 유래의 공중합체일 수 있다. 이러한 경우, 종래의 자동차 시트 쿠션용 소재 예를 들면, 폴리 우레탄 소재에 비해 고온에서의 신율을 향상시키면서도, 압축줄음률을 낮게 유지할 수 있다.
구체예에서, 상기 폴리프로필렌계 수지는 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체는 에틸렌 모노머를 2 중량% 내지 5 중량%, 구체적으로 3 중량% 내지 5 중량%, 보다 구체적으로 3 중량% 내지 4 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위 내에서, 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 신율 및 쿠션성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체는 프로필렌 모노머를 95 중량% 내지 98 중량%, 구체적으로 95 중량% 내지 97 중량%, 보다 구체적으로 96 중량% 내지 97 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위 내에서, 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 신율 및 쿠션성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 (A) 폴리프로필렌계 수지는 중량평균 분자량이 10,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 구체적으로 50,000 g/mol 내지 800,000 g/mol, 보다 구체적으로 50,000 g/mol 내지 500,000 g/mol일 수 있다. 이러한 경우, 폴리프로필렌계 수지는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 신율 및 쿠션성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 (A) 폴리프로필렌계 수지는 수평균 분자량이 10,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol, 구체적으로 50,000 g/mol 내지 800,000 g/mol, 보다 구체적으로 50,000 g/mol 내지 500,000 g/mol일 수 있다. 이러한 경우, 폴리프로필렌계 수지는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 신율 및 쿠션성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 분자량은 각각 일반적인 중량평균 분자량 또는 수평균 분자량 측정 기준에 의거하여 젤 투과 크로마토그래피(Gel permeation chromatography)에 의거하여 에서 측정된 값이다.
상기 폴리프로필렌계 수지는 분자량 분포(Mw/Mn)가 1 내지 10, 구체적으로 1.5 내지 8, 보다 구체적으로 2 내지 3일 수있다. 이러한 경우, 폴리프로필렌계 수지는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 신율 및 쿠션성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물 중 상기 (A) 폴리프로필렌계 수지는 49.5 중량% 내지 80 중량%로 포함된다. 상기 (A) 폴리프로필렌계 수지의 함량이 49.5 중량% 미만인 경우, 내열성 및 기계적 물성이 저하되고, 80 중량% 초과인 경우, 압축 강도가 과도하게 높아져, 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물에 적용되기에 어려움이 있다. 구체예에서 상기 (A) 폴리프로필렌계 수지의 함량은 55 중량% 내지 75 중량%, 보다 구체적으로 60 중량% 내지 70 중량%로 포함될 수 있다. 이러한 경우, 폴리프로필렌계 수지는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 쿠션성과 착좌감을 균형있게 구현하면서도 더욱 우수한 범위로 향상시킬 수 있다.
(B) 변성 올레핀계 엘라스토머 수지
본 발명의 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물에 사용되는 (B) 변성 올레핀계 엘라스토머 수지는, 밀도가 낮고, 탄성이 높아 종래의 자동차 시트 쿠션용 소재, 예를 들면, 폴리 우레탄 소재에 비해 쿠션성 및 착좌감을 향상시키면서도, 압축줄음률 및 압축 강도를 낮게 유지할 수 있다.
상기 (B) 변성 올레핀계 엘라스토머 수지는 에틸렌-부텐 고무(Ethylene Butene Rubber, EBR) 및 에틸렌-옥텐 고무(Ethylene Octene Rubber, EOR) 중 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 예시의 변성 올레핀계 엘라스토머 수지는 1종이 단독으로 사용되거나 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다. 이러한 경우, 변성 올레핀계 엘라스토머 수지는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 쿠션성 및 착좌감을 더욱 향상시킬 수 있다.
구체예에서, 에틸렌-부텐 고무는 에틸렌 유래 모노머 함량이 10 중량% 내지 90 중량%이고, 부텐 유래 모노머 함량이 10 중량% 내지 90 중량%일 수 있다. 이러한 경우, 변성 올레핀계 엘라스토머 수지는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 고온에서의 발포성을 향상시키고, 압축줄음률을 더욱 낮출 수 있다.
구체예에서, 에틸렌-옥텐 고무는 에틸렌 유래 모노머 함량이 10 중량% 내지 90 중량%이고, 옥텐 유래 모노머 함량이 10 중량% 내지 90 중량%일 수 있다. 이러한 경우, 변성 올레핀계 엘라스토머 수지는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 고온에서의 발포성을 향상시키고, 기계적 물성을 더욱 높일 수 있다.
상기 (B) 변성 올레핀계 엘라스토머 수지는 융점(Tm)이 60℃ 내지 110℃인 것을 사용한다. 상기 융점이 60℃ 미만인 경우 가공 온도에서 발포체의 형성이 어려울 수 있고, 110℃ 초과인 경우 발포체의 고온압축줄음률, 인장 강도, 압축 강도, 신율 등이 저하될 수 있다. 구체예에서, 상기 (B) 변성 올레핀계 엘라스토머 수지의 융점은 60℃ 내지 100℃, 보다 구체적으로 90℃ 내지 105℃일 수 있다. 이러한 경우, 변성 올레핀계 엘라스토머 수지는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 발포성을 더욱 향상시키고, 쿠션성과 착좌감을 균형있게 구현하면서도 더욱 우수한 범위로 향상시킬 수 있다.
상기 융점(Tm)은 시차주사열량계를 통해 ASTM D3418법에 의거하여 측정된다.
상기 (B) 변성 올레핀계 엘라스토머 수지는 MI (melting index) 값이 0.5 g/10min 내지 4 g/10min인 것을 사용한다. 상기 MI 값이 0.5 g/10min 미만인 경우 가공 온도에서 발포체의 형성이 어려울 수 있고, MI 값이 4 g/10min 초과인 경우 발포체의 고온압축줄음률, 인장 강도, 압축 강도, 신율 등이 저하될 수 있다. 구체예에서, 상기 (B) 변성 올레핀계 엘라스토머 수지의 MI 값은 0.5 g/10min 내지 3 g/10min, 보다 구체적으로 0.5 g/10min 내지 1 g/10min 일 수 있다. 이러한 경우, 변성 올레핀계 엘라스토머 수지 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 발포성을 더욱 향상시키고, 쿠션성과 착좌감을 균형있게 구현하면서도 더욱 우수한 범위로 향상시킬 수 있다.
상기 MI 값은 ASTM D1238에 따라 190℃에서 2.16kg 하중으로 측정된다.
본 발명의 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물 중 상기 (B) 변성 올레핀계 엘라스토머 수지는 19.5 중량% 내지 50 중량%로 포함된다. 상기 (B) 변성 올레핀계 엘라스토머 수지의 함량이 19.5 중량% 미만인 경우, 발포성이 저하되어 충분한 두께의 시트 쿠션을 구현하기 어렵고, 50 중량% 초과인 경우, 고온압축줄음률이 높아져 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물에 적용되기에 어려움이 있다. 구체예에서 상기 (B) 변성 올레핀계 엘라스토머 수지의 함량은 25 중량% 내지 45 중량%, 보다 구체적으로 30 중량% 내지 40 중량%로 포함될 수 있다. 이러한 경우, 변성 올레핀계 엘라스토머 수지는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 쿠션성과 착좌감을 균형있게 구현하면서도 더욱 우수한 범위로 향상시킬 수 있다.
(C) 충진제
본 발명의 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물에 사용되는 (C) 충진제는 상기 발포체 조성물에 작용하여, 내열성 및 기계적 물성을 향상시키는 효과를 구현한다.
상기 (C) 충진제는 구체적으로, 탈크, 클레이, 탄산칼슘, 월라스토나이트, 황산칼슘, 산화마그네슘, 칼슘스테아레이트, 마이카, 규산칼슘, 카본블랙, 실리카, 카올린, 붕산아연, 유기입자 등이 사용될 수 있다. 상기 예시의 충진제는 1종이 단독으로 사용되거나 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다. 이러한 경우, 충진제는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 내열성과 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.
상기 (C) 충진제는 보다 구체적으로, 카올린, 탈크, 실리카, 붕산아연 및 클레이 중 1종 이상이 사용될 수 있다. 이러한 경우, 충진제는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 내열성과 기계적 물성을 균형있게 구현하면서도 더욱 우수한 범위로 향상시킬 수 있다.
상기 (C) 충진제의 형상은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 구형, 중공형, 플레이크형, 침상형 등일 수 있다. 이러한 경우, 충진제는 분산성이 우수하여, 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 내열성과 기계적 물성을 균형있게 구현하면서도 압출 및/또는 사출 성형 시 작업성을 향상시킬 수 있다.
상기 (C) 충진제는 평균 입경(D50)이 1 ㎛ 내지 30 ㎛, 1 ㎛ 내지 20 ㎛, 5 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다. 이러한 경우, 충진제는 분산성이 우수하여, 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 내열성과 기계적 물성을 균형있게 구현하면서도 압출, 사출 성형 및/또는 발포 시 작업성을 향상시킬 수 있다.
상기 평균 입경(D50)은 D50(분포율이 50% 되는 지점의 입경)을 입도 분석기로 측정한 수평균 입경을 의미한다.
상기 (C) 충진제는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면 유기 개질된 충진제일 수 있다. 이때, 유기 개질 방식은 제한되지 않으면, 동일 기술 분야에 알려진 일반적인 방식에 따라 수행될 수 있다. 이러한 경우, 충진제의 함량을 낮추면서도 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 내열성과 기계적 물성을 균형있게 구현할 수 있어, 비중을 상대적으로 낮출 수 있으며, 경량성 확보에 보다 유리할 수 있다.
본 발명의 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물 중 상기 (C) 충진제는 0.1 중량% 내지 0.5 중량%로 포함된다. 상기 (C) 충진제의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우, 내열성 및 기계적 물성이 저하되고, 0.5 중량% 초과인 경우, 흐름성 및 성형성이 저하되어, 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물에 적용되기에 어려움이 있다. 구체예에서 상기 (C) 충진제의 함량은 0.2 중량부 내지 0.5 중량부, 보다 구체적으로 0.2 중량부 내지 0.3 중량부로 포함될 수 있다. 이러한 경우, 충진제는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물의 내열성과 기계적 물성을 균형있게 구현하면서도 더욱 우수한 범위로 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 전술한 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물을 물리적으로 발포하여 형성된 자동차 시트 쿠션용 발포체에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 자동차용 시트 쿠션의 예시적인 구조를 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 일반적인 자동차용 시트 쿠션(100)은 등받이(20) 및 등받이 하단의 시트 쿠션 (10)을 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 이때, 시트 쿠션(10)은 차량의 뒷좌석 하단에 설치되어 탑승자의 대퇴부를 포함하는 하체를 지지하는 역할을 한다.
또한, 종래의 시트 쿠션(10)은 시트 쿠션 발포체 (11), 상기 시트 쿠션 발포체의 상부에 구비되는 커버(12)를 포함할 수 있으며, 시트 쿠션 발포체 (11)를 감싸도록 오버몰딩 되거나 결착되는 금속 와이어(13) 또는 금속 프레임(14)을 포함할 수 있다.
본 발명의 자동차용 시트 쿠션 발포체은 자동차 뒷자석 시트(2열 시트)의 하단에 위치하는 시트 쿠션 발포체(11)로 사용될 수 있다. 이러한 경우, 본 발명의 시트 쿠션 발포체는 고중량의 금속 와이어(13) 또는 금속 프레임(14)을 생략하면서도 장시간 탑승객의 하중을 지지하는 경우에도 인체에 부담을 주지 않도록 우수한 쿠션성과 착좌감을 구현할 수 있다.
본 발명의 자동차 시트 쿠션용 발포체는 평균 발포 셀 사이즈가 1 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있다. 이러한 경우, 장시간 운전자의 하중을 지지할 수 있도록 충분한 두께로 발포될 수 있으면서도, 인체에 부담을 주지 않도록 우수한 연성도(softness)를 구현할 수 있다.
상기 평균 발포 셀 사이즈는 발포체 시편을 광학전자현미경 혹은 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microsope)으로 촬영하여 단위면적 내에서의 셀 사이즈를 측정한 후, 평균하여 산출할 수 있다.
상기 자동차 시트 쿠션용 발포체는 ISO 844 규격에 의거하여 측정한 압축 강도가 0.4 kg/cm2 이상 1.4 kg/cm2 미만이고, 동시에 ISO 1856-A 규격에 의거하여 측정한 고온압축줄음률이 50% 미만일 수 있다. 이러한 경우, 탑승자의 하중을 지지하면서도, 인체에 부담을 주지 않도록 우수한 연성도(softness)를 구현하고, 금속 프레임 또는 금속 와이어를 생략하면서도, 쿠션 시트의 쿠션성과 착좌감을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 자동차 시트 쿠션용 발포체는 ISO 1798에 따라 측정한 신율이 40% 이상, 구체적으로 40% 내지 150%, 보다 구체적으로 40% 내지 100%일 수 있다. 이러한 경우, 탑승자의 하중을 지지하면서도, 인체에 부담을 주지 않도록 우수한 연성도(softness)를 구현하고, 신율이 높아짐에 따라 사고 시 추가 부상의 위험을 저감하는 효과를 향상시킬 수 있다.
상기 자동차 시트 쿠션용 발포체는 KS R 1080 규격에 의거하여 55kgf에서 측정한 정하중 시 변위가 30 mm 내지 80 mm, 구체적으로 30 mm 내지 60 mm, 보다 구체적으로 30 mm 내지 50 mm일 수 있다. 이러한 경우, 탑승자의 하중을 지지하면서도, 인체에 부담을 주지 않도록 우수한 연성도(softness)를 구현하고, 더욱 우수한 쿠션성과 착좌감을 구현할 수 있다.
상기 압축 강도, 고온압축줄음률 및 신율은 각각 후술하는 실시예에 기재된 방법에 의거하여 측정된다.
본 발명의 또 다른 구현예는 전술한 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물을 물리적으로 발포하는 것을 포함하는 자동차 시트 쿠션용 발포체 제조 방법에 관한 것이다.
상기 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물은 발포하는 것은 화학적 발포가 아닌 물리적 발포 방식이라면 특별히 제한되지 않는다.
상기 물리적 발포는 상기 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물을 압출한 후, 반응기에 상기 압출물과 분산매, 첨가제 및 물리 발포제를 투입하여 평균 셀 사이즈가 1 ㎛ 내지 150 ㎛가 되도록 발포시키는 것을 포함한다.
상기 압출 시 압출 조건은 예를 들면, 100℃ 내지 250℃의 온도에서 상기 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물을 압출기에서 투입 후, 예를 들면 길이 1.4 mm 내지 1.65 mm, 두께 0.75 mm 내지 1.0 mm, 개당 중량 0.1 mg 내지 1.5 mg 미만의 크기로 펠렛화 하는 것일 수 있다. 이러한 경우, 자동차용 시트 쿠션의 발포성이 더욱 향상되어, 충분한 크기로 발포되기에 유리할 뿐만 아니라, 더욱 우수한 쿠션성과 착좌감을 구현할 수 있다.
상기 발포 시 투입되는 분산매, 첨가제 및 물리 발포제에 대한 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.
하나의 예시에서, 상기 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물은 상기 (A) 폴리프로필렌계 수지; (B) 융점(Tm)이 60℃ 내지 110℃이고, ASTM D1238에 따라 190℃에서 2.16kg 하중으로 측정한 MI (melting index) 값이 0.5 g/10min 내지 4g/10min인 변성 올레핀계 엘라스토머 수지; 및 (C) 충진제;를 압출하여 펠렛화한 후, 분산매인 물, 분산제인 음이온계 계면활성제 및 물리적 발포제인 이산화탄소와 함께 반응기에 투입한 후 물리 발포시킬 수 있다. 이러한 경우, 인체 무해성을 구현하고, 자동차용 시트 쿠션의 휘발성 물질 발생을 저감할 수 있으면서도, 발포성을 더욱 향상시켜, 신율을 더욱 높이고, 압축 강도 및 고온압축줄음률을 동시에 더욱 낮추고, 정하중 시 변위를 더욱 높일 수 있다.
상기 발포는 140℃ 내지 147℃의 온도 및 30kg/cm2 내지 60kg/cm2의 압력 조건에서 수행되는 것일 수 있다. 이러한 경우, 자동차용 시트 쿠션의 발포성이 더욱 향상되어, 충분한 크기로 발포되기에 유리할 뿐만 아니라, 더욱 우수한 쿠션성과 착좌감을 구현할 수 있다.
상기와 같은 제조 방법에 따라, 제조된 자동차 시트 쿠션용 발포체는 ISO 844 규격에 의거하여 측정한 압축 강도가 0.4 kg/cm2 이상 1.4 kg/cm2 미만이고, 동시에 ISO 1856-A 규격에 의거하여 측정한 고온압축줄음률이 50% 미만일 수 있다.
상기와 같은 제조 방법에 따라, 제조된 자동차 시트 쿠션용 발포체는 ISO 1798에 따라 측정한 신율이 40% 이상, 구체적으로 40% 내지 150%, 보다 구체적으로 40% 내지 100%일 수 있다.
상기와 같은 제조 방법에 따라, 제조된 자동차 시트 쿠션용 발포체는 KS R 1080 규격에 의거하여 55kgf에서 측정한 정하중 시 변위가 30 mm 내지 80 mm, 구체적으로 30 mm 내지 60 mm, 보다 구체적으로 30 mm 내지 50 mm일 수 있다.
상기 압축 강도, 고온압축줄음률 및 신율은 각각 후술하는 실시예에 기재된 방법에 의거하여 측정된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
실시예
(A) 폴리프로필렌계 수지
(A1): 제조사: SEP-550H, 제품명: 롯데케미칼, 에틸렌 함량: 4 중량%, 프로필렌 함량 : 96 중량%, 융점 : 141℃, 중량 평균 분자량(Mw): 250,900, 수평균 분자량(Mn): 90,700, 분자량 분포(Mw/Mn): 2.77
(B) 변성 올레핀계 엘라스토머 수지
(B1): 폴리올레핀 엘라스토머, 제조사: LG화학, 제품명: LUCENE LC090, MI (ASTM D1238, 190℃, 2.16kg하중),: 0.8 g/10min, Tm : 95 ℃
(B2): 폴리올레핀 엘라스토머, 제조사: LG화학, 제품명: LUCENE LC565, MI (ASTM D1238, 190℃, 2.16kg하중): 5.0 g/10min, Tm : 36 ℃
(C) 충진제
: 탈크, 제조사: 코츠(Koch), 제품명: KCM-6300, 수평균입경: 5.5±1.0 ㎛
실시예 1
반응기에 하기 표 1에 기재된 조성에 따라 각 성분을 투입한 다음, 니더를 통한 혼합 믹싱 작업을 하여 균일하게 혼합하여 조성물을 제조하였다.
이와 같이 조성물을 압출기에서 크기 개당 중량 1.5mg 미만의 펠렛으로 압출하여 압출물을 제조하고, 반응기에 상기 압출물, 분산매인 물 70 중량부와 분산제인 음이온계 계면활성제(제조사: 시그마알드리치, 제품명: 도데실벤젠설폰산나트륨, 화합물명: Sodium dodecylbenzensulfonate) 0.05 중량부, 발포제인 이산화탄소(제조사: 대성산업가스주식회사, 제품명: 이산화탄소, 순도: 98%) 50 중량부를 함께 투입 후 147℃, 45kg/cm2 압력에서 배출하는 물리 발포 방법을 이용하여 발포체를 제작하였다.
상기 발포체는 다시 알루미늄 등의 소재로 제작된 금형에 투입 시키고, 스팀이 투과되어 발포체 입자가 서로 융착시키고 건조하여 성형한 후, 물성을 측정하였다.
상기 성형은 금형에서 발포체를 2.5bar, 10시간 동안 사전 가압을 시키며 공기를 함침시키는 과정 거치며, 가압된 발포체를 스팀이 내부로 투과할 수 있도록 알루미늄으로 제작된 45cm*45cm*5cm의 부피의 금형에 충진시켜 제조하였다. 이때, 3.5bar의 스팀을 10초 동안 투과 시킨 후, 80초 동안 25℃ 온도의 물로 금형 표면에 분사시켜 냉각시켜, 45cm*45cm*5cm 크기의 정사각 판형상의 시편을 제조하였다.
실시예 2 내지 4
하기 표 1에 기재된 바와 같이 조성을 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 시트 쿠션용 발포체를 제조하였다.
구분 단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
(A) Wt% 59.9 59.8 59.5 79.9
(B1) Wt% 40 40 40 20
(B2) Wt% 0 0 0 0
(C) Wt% 0.1 0.2 0.5 0.1
합계 Wt% 100 100 100 100
FT-IR 분석
(에틸렌함량)		 % 40 미만 40 미만 40 미만 25 미만
비교예 1 내지 6
하기 표 2에 기재된 바와 같이 조성을 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 시트 쿠션용 발포체를 제조하였다.
구분 단위 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
(A) Wt% 99.9 100 99.5 39.9 79.9 59.9
(B1) Wt% 0 0 0 60 0 0
(B2) Wt% 0 0 0 0 20 40
(C) Wt% 0.1 0 0.5 0.1 0.1 0.1
합계 Wt% 100 100 100 100 100 100
FT-IR 분석
(에틸렌함량)		 % 4 미만 4 미만 4 미만 61 미만 25 미만 40 미만
<물성 평가>
상기 실시예와 비교예에서 제조한 조성물의 물성을 측정하기 위하여 다음과 같은 항목의 물성을 평가하였고, 그 결과를 표 3 및 표 4에 나타내었다. 또한, 하기의 각 물성 측정 기준에 따라 열선 커터를 사용하여 실시예 및 비교예에서 제조된 시편의 크기를 조절하였다.
(1) 고온압축줄음률 (%): ISO 1856-A 규격에 따라 70℃ 온도에서 일정 높이로 압축한 상태에서 22 시간 동안 시편을 방치한 후 시편을 꺼낸 후, 상온 상황에서의 최종 높이를 측정하고, 하기 식 1에 따라 고온압축줄음률을 산출하였다.
<식 1>
고온 압축 줄음률 (%) = │( A - B ) / A │ x 100
상기 식 2에서, A는 시험전 시험편의 초기 두께로 50mm*50mm*25mm(가로*세로*높이)중 높이 25mm에 해당되며, B는 시편을 70℃에서 두께의 50%(=12.5mm)로 압축한 상태에서 22시간 방치한 후 시편을 꺼내고, 규격에 규정된 열전도율을 갖는 나무 위에 30분을 방치한 후 측정한 높이이다.
(2) 인장 강도 및 신율: ISO 1798(연질 발포 고분자 재료 - 인장 강도 및 신장률 측정 방법) 규격에 따라 측정하였다.
(3) 정하중 시 변위: KS R 1080(자동차용 좌석의 쿠션성 시험방법 중 "쇠벼루형 가압판"을 사용한 측정 방식)규격에 따라 55kgf 하중을 200mm/분의 속도로 가하면서 변위 값을 측정하였다. 상기 정하중 시 변위는 규정된 규격의 폴리우레탄폼을 시편 위에 부착한 후 측정하였다.
물성 평가 결과 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
발포 조건 온도 ℃ 144 144 144 144
압력 kgf/cm2 45 45 45 45
배율 배 30 30 30 30
Cell size (평균) um 150 120 100 150
성형품
물성		 고온압축줄음률 % 45 45 45 40
신율 % 40 40 40 40
압축 강도 kgf/cm2 0.4 0.4 0.6 0.4
적층된 구조물 물성 정하중 시 변위(@55kgf) mm 47 38 34 29
물성 평가 결과 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
발포 조건 온도 ℃ 147 147 147 144 140 140
압력 kgf/cm2 45 45 45 45 45 45
배율 배 30 30 30 30 30 30
Cell size
(평균)		 um 150 200 100 150 150 150
성형품 물성 고온압축줄음률 % 10 10 10 51
(NG)		 50
(NG)		 53
(NG)
신율 % 20 20 20 40 40 40
압축 강도 kgf/cm2 1.4 1.7 1.7 0.4 0.4 0.4
적층된 구조물 물성 정하중 시 변위(@55kgf) mm 25 25 21 34 29 46
상기 표 3 및 표 4의 결과를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 실시예 1 내지 4와 같이 (A) 폴리프로필렌계 수지 49.5 중량% 내지 80 중량%; (B) 융점(Tm)이 60℃ 내지 110℃인 변성 올레핀계 엘라스토머 수지 19.5 중량% 내지 50 중량%; 및 (C) 충진제 0.1 중량% 내지 0.5 중량%; 를 포함하는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물로부터 제조된 발포체는 0.4 kg/cm2 이상 1.4 kg/cm2 미만이고, 동시에 고온압축줄음률이 50% 미만이며, 신율이 40% 이상, 정하중 시 변위가 30 mm 내지 80 mm인 물성을 만족하였다.
반면, 변성 올레핀계 엘라스토머 수지를 전혀 포함하지 않는 비교예 1 내지 3은 신율이 낮고, 압축 강도와 고온압축줄음률을 동시에 적정 범위로 만족시키기 어려움을 알 수 있다. 또한, 비교예 1 내지 3은 압축 강도가 과도하게 높고, 정하중시 변위가 낮아 우수한 쿠션성과 착좌감을 구현하기 어려웠다.
또한, 본원발명의 함량 범위를 벗어나는 비교예 4와, 융점(Tm)이 60℃에 미달하는 변성 올레핀계 엘라스토머 수지를 사용한 비교예 5 및 6은 고온압축줄음률이 50%를 초과하는 물성을 구현하여, 자동차용 시트 쿠션에 적용하기 어려운 특성을 보였다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (10)

  1. (A) 폴리프로필렌계 수지 49.5 중량% 내지 80 중량%;
    (B) 융점(Tm)이 60℃ 내지 110℃이고, ASTM D1238에 따라 190℃에서 2.16kg 하중으로 측정한 MI (melting index) 값이 0.5 g/10min 내지 4 g/10min인 변성 올레핀계 엘라스토머 수지 19.5 중량% 내지 50 중량%; 및
    (C) 충진제 0.1 중량% 내지 0.5 중량%; 를 포함하는 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (A) 폴리프로필렌계 수지는,
    에틸렌 모노머 함량이 2 중량% 내지 5 중량%이고,
    프로필렌 모노머 함량이 95 중량% 내지 98 중량%인 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체를 포함하는 것인, 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (B) 변성 올레핀계 엘라스토머 수지는 에틸렌-부텐 고무(Ethylene Butene Rubber, EBR) 및 에틸렌-옥텐 고무(Ethylene Octene Rubber, EOR) 중 1종 이상을 포함하는 것인 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물은 전체 조성물 내의 에틸렌 유래 단위의 함량이 60 중량% 이하인 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물을 발포하여 형성된 자동차 시트 쿠션용 발포체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 자동차 시트 쿠션용 발포체는 평균 셀 사이즈가 1 ㎛ 내지 150 ㎛인 자동차 시트 쿠션용 발포체.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 자동차 시트 쿠션용 발포체는 ISO 844 규격에 의거하여 측정한 압축 강도가 0.4 kg/cm2 이상 1.4 kg/cm2 미만이고, 동시에 ISO 1856-A 규격에 의거하여 측정한 고온압축줄음률이 50% 미만이고, ISO R 1080 규격에 의거하여 55kgf에서 측정한 정하중 시 변위가 30 mm 내지 80 mm인 자동차 시트 쿠션용 발포체.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 자동차 시트 쿠션용 발포체는 ISO 1798에 따라 측정한 신율이 40% 이상인 자동차 시트 쿠션용 발포체.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물을 물리적 발포하는 것을 포함하는 자동차 시트 쿠션용 발포체 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 물리적 발포는 상기 자동차 시트 쿠션용 발포체 조성물을 압출한 후, 반응기에 상기 압출물과 분산매, 첨가제 및 물리 발포제를 투입하여, 140℃ 내지 147℃의 온도 및 30kg/cm2 내지 60kg/cm2의 압력에서, 평균 셀 사이즈가 1 ㎛ 내지 150 ㎛가 되도록 발포시키는 것을 포함하는 자동차 시트 쿠션용 발포체 제조 방법.
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