KR20210101737A

KR20210101737A - 난연성이 우수한 친환경 자동차 시트용 발포체 조성물

Info

Publication number: KR20210101737A
Application number: KR1020200016043A
Authority: KR
Inventors: 박은영; 임성욱; 서은호; 우승건
Original assignee: 한국신발피혁연구원; 주식회사 무진
Priority date: 2020-02-11
Filing date: 2020-02-11
Publication date: 2021-08-19
Also published as: KR102315752B1

Abstract

본 발명은 난연성이 우수한 친환경 자동차 시트용 발포체 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 자동차 시트용 발포체 조성물의 기재로 바이오 EPDM(bio ethylene propylene diene monomer)을 사용함으로써 친환경적인 자동차 시트용 발포체를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 상기와 같은 자동차 시트용 발포체에 대해 인계 난연제와 팽창 흑연(expanded graphite)을 혼합한 난연제 마스터 배치를 적용함으로써 인계 난연제의 사용량을 줄여 적정 생산비용을 유지하면서도, 팽창 흑연의 층상(層狀) 간극(間隙) 내에 산소가 갇히고 차단되어 자기 소화성을 향상시킴에 따라 우수한 난연성을 구현할 수 있도록 하는 친환경 자동차 시트용 발포체 조성물에 관한 것이다.

Description

난연성이 우수한 친환경 자동차 시트용 발포체 조성물{ECO FRIENDLY FOAM COMPOUNDS HAVING EXCELLENT FLAME RETARDANT FOR VEHICLE SEAT}

본 발명은 친환경적인 자동차 시트용 발포체를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 적정 생산비용을 유지하면서도 자기 소화성 등이 향상되어 우수한 난연성을 가질 수 있도록 하는, 난연성이 우수한 친환경 자동차 시트용 발포체 조성물에 관한 것이다.

일상 생활에 폭넓게 사용되는 합성수지는 일반적으로 폴리우레탄(polyurethane) 수지, 폴리에틸렌(polyethylene) 수지, 폴리프로필렌(polypropylene) 수지, 폴리염화비닐(polyvinyl chloride) 수지 또는 아크릴(acrylic) 수지 등이며, 이러한 합성수지는 성형성, 경량성, 내충격성, 내약품성 등이 비교적 우수하여 각종 플라스틱 성형품 및 자동차의 내외장재에 폭넓게 사용되고 있다.

하지만, 상기와 같은 석유계 합성수지를 자동차 시트 등에 적용할 경우 휘발성 유기화합물을 고농도로 배출하여 환경 및 인체에 유해하며, 대기 중에서 광화학반응을 하여 광화학산화물 등 2차 오염 물질을 생성시키는 등 환경오염을 유발시킬 수 있을 뿐만 아니라 사용 후 재활용이 어려워 사후 처리가 매우 곤란하여 친환경적이지 못한 문제가 있다.

따라서, 최근에는 석유계 합성수지의 사용을 대체하여 환경오염을 줄이면서 휘발성 유기화합물의 배출이 적은 친환경적인 새로운 소재가 개발되고 있으며, 대표적으로 바이오 열가소성 가황물(Bio thermalplasticvulcanize, Bio TPV) 등이 있다.

상기 바이오 열가소성 가황물은 바이오매스(bio mass)로부터 생성된 바이오 폴리에틸렌 수지(Bio polyethylene) 등을 포함하며, 보다 구체적으로 상기 바이오 폴리에틸렌 수지는 바이오 에탄올(bio ethanol)을 탈수하여 생성된 에틸렌(ethylene)을 중합하여 제조하는데, 상기 바이오 에탄올은 옥수수, 돼지감자, 사탕수수 및 사탕무 등의 바이오 매스에서 추출한 당을 알코올(alcohol) 발효시켜 얻는다.

이를 이용하여 특허문헌 1에서와 같이 바이오 열가소성 가황물을 자동차 시트에 적용하는 기술을 제안하였으나, 이 경우 난연성이 취약한 단점이 있다.

이를 해결하기 위하여 일반적으로 난연성이 우수한 인계 난연제를 사용하여 난연성을 향상시킬 수 있지만, 인계 난연제는 매우 고가이므로 제조원가나 제품가격 등의 생산비용을 상승시키는 원인이 된다.

따라서 대체 수단으로 비교적 저가인 비할로겐계 난연제인 수산화알루미늄을 적용할 수도 있으나 비할로겐계 난연제의 경우, 요구되는 난연성을 만족시키기 위해서는 난연제를 다량 사용해야하며 이로 인해 기타 다른 물성이 저하되는 문제점이 있다.

특허문헌 1 : 대한민국 등록실용신안공보 제10-1729083호 "자동차 내장재용 바이오 시트"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자동차 시트용 발포체 조성물의 기재로 바이오 EPDM(bio ethylene propylene diene monomer)을 사용함으로써 친환경적인 자동차 시트용 발포체를 제조할 수 있도록 함을 과제로 한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 자동차 시트용 발포체에 대해 인계 난연제와 팽창 흑연(expanded graphite)을 혼합한 난연제 마스터 배치(master batch)를 적용함으로써 인계 난연제의 사용량을 줄여 적정 생산비용을 유지하면서도, 팽창 흑연의 층상(層狀) 간극(間隙) 내에 산소가 갇히고 차단되어 자기 소화성을 향상시킴에 따라 우수한 난연성을 구현할 수 있도록 함을 다른 과제로 한다.

그리고, 상기 난연제 마스터 배치의 제조 시 그 표면에 액상의 가교조제를 코팅함으로써, 난연제 마스터 배치의 분산성을 향상시키고 이로 인해 난연 효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 함을 또 다른 과제로 한다.

본 발명은 자동차 시트용 발포체 조성물에 있어서, 바이오 EPDM 100 중량부에 대하여, 난연제 마스터 배치 10 ~ 30 중량부 및 발포체용 첨가제를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 난연성이 우수한 자동차 시트용 발포체 조성물을 과제의 해결 수단으로 한다.

여기서, 상기 난연제 마스터 배치는 인계 난연제와 팽창 흑연을 1 : 1 ~ 1 : 2 중량비로 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 난연제 마스터 배치는 액상의 가교조제로 코팅되되, 액상의 가교조제 100 중량부에 대하여, 난연제 마스터 배치 50 ~ 100 중량부를 침지 및 교반하여 난연제 마스터 배치의 표면에 액상의 가교조제를 코팅시키며, 상기 액상의 가교조제는 트리알릴시아누레이트, 트리알릴이소시아누레이트, 트리메틸올 또는 프로판트리메타크릴레이트인 것이 바람직하다.

한편, 상기 인계 난연제는 멜라민폴리포스페이트, 암모늄폴리포스페이트, 디암모늄포스페이트, 모노암모늄포스페이트, 폴리인산아미드, 인산아미드, 멜라민포스페이트 또는 레드포스페이트 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용할 수 있으나 상기 종류에 반드시 한정되는 것은 아니고 이미 공지된 다양한 종류의 인계 난연제의 사용이 가능하다.

본 발명은 친환경적인 자동차 시트용 발포체를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 적정 생산비용을 유지하면서도 자기 소화성 등이 향상되어 우수한 난연성을 가지는 효과가 있다.

상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 난연성이 우수한 친환경 자동차 시트용 발포체 조성물에 관한 것으로서, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하, 본 발명에 따른 난연성이 우수한 친환경 자동차 시트용 발포체 조성물을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 난연성이 우수한 친환경 자동차 시트용 발포체 조성물은 바이오 EPDM 100 중량부에 대하여, 난연제 마스터 배치 10 ~ 30 중량부 및 발포체용 첨가제를 혼합하여 이루어진다.

상기 바이오 EPDM은 바이오 매스에서 추출한 당을 알코올 발효시켜 바이오 에탄올을 획득하고 이를 탈수시켜 얻어진 에틸렌을 중합하여 제조되는 것으로, 이는 이미 공지된 바이오 수지의 한 종류로써 본 발명에서는 이미 공지된 다양한 종류의 바이오 EPDM을 선택하여 사용할 수 있다.

즉, 본 발명은 종래 석유계 합성수지를 대체하여 바이오 EPDM을 사용함에 따라 인체에 무해하고 환경오염을 최소화하는 등 친환경적인 자동차 시트용 발포체를 제조할 수 있다.

상기 난연제 마스터 배치는 인계 난연제와 팽창 흑연을 1 : 1 ~ 1 : 2 중량비로 혼합하여 이루어지는 것을 사용한다. 여기서 혼합비가 상기 범위를 벗어날 경우 생산비용이 불필요하게 증가되거나 또는 자기 소화성이 미비해질 우려가 있다.

한편, 상기 인계 난연제로는 멜라민폴리포스페이트(melamine polyphosphate), 암모늄폴리포스페이트(ammonium polyphosphate), 디암모늄포스페이트(diammonium phophate), 모노암모늄포스페이트(mono ammonium phophate), 폴리인산아미드 또는 멜라민포스페이트(melamine phosphate) 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용할 수 있으나 상기 종류에 반드시 한정되는 것은 아니고 이미 공지된 다양한 종류의 인계 난연제의 사용이 가능하다.

그리고 상기 팽창 흑연은 결정질 흑연을 크롬산이나 황산 용액 등으로 초기 부피에 비해 100 ~ 700%로 팽창시킨 흑연으로써, 팽창에 의해 층상을 가진다. 즉, 상기 층상 간극 내에 산소를 가두고 차단시켜 자기 소화성을 가진다.

따라서, 본 발명은 자동차 시트용 발포체에 대해 인계 난연제와 팽창 흑연을 혼합한 난연제 마스터 배치를 적용함으로써, 인계 난연제의 사용량을 줄여 적정 생산비용을 유지하면서도, 자기 소화성에 의해 우수한 난연성을 구현하는 것이다. 여기서 상기 난연제 마스터 배치의 함량이 10 중량부 미만일 경우 난연성이 향상 효율이 미비해질 우려가 있으며, 30 중량를 초과할 경우 생산비용이 증가하게 될 우려가 있다.

한편, 상기 난연제 마스터 배치는 액상의 가교조제로 코팅된 것을 사용한다.

보다 구체적으로 액상의 가교조제 100 중량부에 대하여, 난연제 마스터 배치 50 ~ 100 중량부를 침지 및 교반하여 난연제 마스터 배치의 표면에 액상의 가교조제를 코팅시키며, 상기 액상의 가교조제는 트리알릴시아누레이트(triallylcyanurate), 트리알릴이소시아누레이트(triallylisocyanurate), 트리메틸올(trimethylol) 또는 프로판트리메타크릴레이트(propanetrimethacrylate)를 사용한다. 여기서 상기 난연제 마스터 배치의 침지 함량이 상기 범위를 벗어날 경우 난연제 마스터 배치의 표면에 가교조제가 제대로 코팅되지 못할 우려가 있다.

따라서, 난연제 마스터 배치의 분산성을 향상시키고 이로 인해 난연 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 발포체용 첨가제는 발포체 조성물에 사용되는 일반적은 첨가제로써 예를 들면, 가교제, 발포제, 금속산화물, 스테아린산, 충전제, 촉진제 등을 적용할 수 있다.

보다 구체적인 예로는 기재 100 중량부에 대하여, 가교제는 황 가교제 또는 유기과산화물 가교제(디큐밀퍼옥사이드 등) 등을 0.1 ~ 1.5 중량부, 발포제는 아조디카르본아미드(ADCA), 디니트로소펜타메틸렌테트라민(DPT) 등을 1 ~ 10 중량부, 금속산화물은 산화아연, 산화마그네슘 등을 1 ~ 5 중량부, 스테아린산은 1 ~ 5 중량부, 충전제는 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 산화티타늄, 실리카 등을 0.5 ~ 10 중량부, 촉진제는 트리알릴시아누르산염(TAC), 메르캅토벤조티아졸(MBT), 디벤조티아졸디술피드(MBTS), 디펜타메틸렌티우람테프라설파이드(DPTT) 등을 0.1 ~ 0.5 중량부로 사용할 수 있으나, 반드시 상기 종류 및 함량에 한정되는 것은 아니고, 발포체의 사용 목적이나 요구 물성 및 사용환경 등에 따라 이미 공지된 다양한 발포체의 종류 및 함량의 적용이 가능하다.

이하, 본 발명을 아래 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

1. 자동차 시트용 발포체의 제조

(실시예 1)

바이오 EPDM 100 중량부에 대하여, 난연제 마스터 배치 10 중량부, 가교제(디큐밀퍼옥사이드) 1.5 중량부, 발포제(아조디카르본아미드) 4 중량부, 금속산화물(산화아연) 3 중량부, 스테아린산은 1 중량부, 충전제(탄산칼슘) 1 중량부, 촉진제(트리알릴시아누르산염) 0.1 중량부를 충분히 혼련시킨 후, 이 혼련물을 155℃, 120kg/cm²의 조건하에서 40분간 성형하여 발포체를 제조하였다.

여기서, 상기 난연제 마스터 배치는 인계 난연제(멜라민폴리포스페이트)와 팽창 흑연을 1 : 1 중량비로 혼합한 후, 액상의 가교조제(트리알릴시아누레이트) 100 중량부에 대하여 상기 난연제 마스터 배치 50 중량부를 침지 및 교반하여 난연제 마스터 배치의 표면에 액상의 가교조제를 코팅시켜 사용하였다.

(실시예 2)

바이오 EPDM 100 중량부에 대하여, 난연제 마스터 배치 30 중량부, 가교제(디큐밀퍼옥사이드) 1.5 중량부, 발포제(아조디카르본아미드) 4 중량부, 금속산화물(산화아연) 3 중량부, 스테아린산은 1 중량부, 충전제(탄산칼슘) 1 중량부, 촉진제(트리알릴시아누르산염) 0.1 중량부를 충분히 혼련시킨 후, 이 혼련물을 155℃, 120kg/cm²의 조건하에서 40분간 성형하여 발포체를 제조하였다.

여기서, 상기 난연제 마스터 배치는 인계 난연제(암모늄폴리포스페이트)와 팽창 흑연을 1 : 2 중량비로 혼합한 후, 액상의 가교조제(트리알릴이소시아누레이트) 100 중량부에 대하여 상기 난연제 마스터 배치 100 중량부를 침지 및 교반하여 난연제 마스터 배치의 표면에 액상의 가교조제를 코팅시켜 사용하였다.

(비교예 1)

실시예 1과 동일하게 제조하되, 인계 난연제만을 사용하였다.

(비교예 2)

실시예 2와 동일하게 제조하되, 팽창 흑연만을 사용하였다.

2. 발포체의 평가

상기 실시예 및 비교예에 따른 발포체의 자기 소화성을 B2-DIN-4102 규격(자기 소화성 시험)을 기준으로 측정하였으며, 그 결과는 아래 [표 1]에 나타내었다.

구분	자기 소화성
실시예 1	45mm연소(10초 연소 후 소화)
실시예 2	47mm연소(11초 연소 후 소화)
비교예 1	48mm연소(11초 연소 후 소화)
비교예 2	지속연소(70초 연소 후 소화)

상기 [표 1]에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자동차 시트용 발포체는 바이오 EPDM을 사용함에 따라 친환경적일 뿐만 아니라, 인계 난연제만을 사용한 비교예 1과 동등 이상의 자기 소화성이 있음을 고려할 때 인계 난연제의 사용량을 줄여 적정 생산비용을 유지하면서도 우수한 난연성을 구현함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 난연성이 우수한 친환경 자동차 시트용 발포체 조성물은 상기의 바람직한 실시 예를 통해 설명하고, 그 우수성을 확인하였지만 해당 기술 분야의 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

자동차 시트용 발포체 조성물에 있어서,
바이오 EPDM 100 중량부에 대하여, 난연제 마스터 배치 10 ~ 30 중량부 및 발포체용 첨가제를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 난연성이 우수한 자동차 시트용 발포체 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 난연제 마스터 배치는,
인계 난연제와 팽창 흑연을 1 : 1 ~ 1 : 2 중량비로 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 난연성이 우수한 자동차 시트용 발포체 조성물.
제 2항에 있어서,
상기 난연제 마스터 배치는 액상의 가교조제로 코팅되되,
액상의 가교조제 100 중량부에 대하여, 난연제 마스터 배치 50 ~ 100 중량부를 침지 및 교반하여 난연제 마스터 배치의 표면에 액상의 가교조제를 코팅시키며,
상기 액상의 가교조제는 트리알릴시아누레이트, 트리알릴이소시아누레이트, 트리메틸올 또는 프로판트리메타크릴레이트인 것을 특징으로 하는, 난연성이 우수한 자동차 시트용 발포체 조성물.
제 2항에 있어서,
상기 인계 난연제는,
멜라민폴리포스페이트, 암모늄폴리포스페이트, 디암모늄포스페이트, 모노암모늄포스페이트, 폴리인산아미드, 인산아미드, 멜라민포스페이트 또는 레드포스페이트 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용하는 것을 특징으로 하는, 난연성이 우수한 자동차 시트용 발포체 조성물.