KR20230067980A - 폴리우레탄 폼용 조성물, 성형품 및 이의 제조 방법 - Google Patents

폴리우레탄 폼용 조성물, 성형품 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20230067980A
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임병국
박재범
이일곤
이민우
서승희
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현대자동차주식회사
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금호미쓰이화학 주식회사
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Abstract

본 발명은 폴리우레탄 폼용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 연질 폴리 우레탄 폼의 원소재인 이소시아네이트와 폴리에테르폴리올을 특정 함량으로 배합해 화학적 특성을 조절함으로써 낮거나 높은 인덱스에서 발생하기 쉬운 반응성, 경화성 개선을 통해 발포 가능한 인덱스 범위를 확장하고 해당 인덱스에서의 안정적인 경도 및 물성구현을 향상시키는 폴리우레탄 폼용 조성물, 성형품 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

폴리우레탄 폼용 조성물, 성형품 및 이의 제조 방법{COMPOSITION FOR POLYURETHANE FOAM, MOLDED ARTICLE THEREOF AND MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 폴리우레탄 폼용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 연질 폴리 우레탄 폼의 원소재인 이소시아네이트와 폴리에테르폴리올을 특정 함량으로 배합해 화학적 특성을 조절함으로써 낮거나 높은 인덱스에서 발생하기 쉬운 반응성, 경화성 개선을 통해 발포 가능한 인덱스 범위를 확장하고 해당 인덱스에서의 안정적인 경도 및 물성구현을 향상시키는 폴리우레탄 폼용 조성물, 성형품 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
시트는 자동차에서 승객에게 만족스러운 컴포트 성능을 제공하는 역할을 수행하며, 시트 폼 패드는 컴포트 성능 구현에 가장 큰 역할을 하고 있는 부품이다. 자동차 산업에서는 다양한 차종 컨셉과 승객의 신체가 접촉하는 부위별 최적의 컴포트 성능을 제공하기 위해 다양한 경도가 구현 가능한 패드를 생산하게 요구하고 있다. 이러한 요구사항에 대응하기 위해 산업 전반에는 평균적으로 한 패드 부품 생산 업체에서 4~6차종의 시트 패드를 생산하기 위해 20종 이상의 배합을 사용하고 있으며, 원료의 종류도 폴리에테르폴리올 1~3종과 이소시아네이트 1~3종을 개별 또는 혼합으로 사용하고 있다.
상기 기술한 산업 전반의 생산 형태로 인해, 원료 자체의 경도 구현 범위를 벗어나는 수준의 패드를 생산하는 경우, 물성(컴포트, 내구성능)이 열화되거나 성형성이 부족하여 제대로 된 제품이 생산되지 않는 두 가지 문제점이 발생할 수 있다. 생산 업체에서는 성형성이 부족할 경우 불량품으로 처리되어 수율 및 생산성에 손실이 발생하므로, 다소의 물성 열화를 감수하고 성형성 만족을 최우선하여 폴리우레탄 원료가 가지는 고유의 가용 인덱스 범위 외에서 원료를 과투입하여 무리하게 생산하고 있으며, 생산 품질 산포가 커지게 되며 시트 컴포트 및 내구 상품성 저하의 주요 원인이 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 연질 폴리우레탄 폼의 주원소재인 이소시아네이트와 폴리에테르폴리올을 특정 함량으로 배합해 화학적 특성을 조절함으로써 통상적으로 사용되는 원료 대비하여 경도 범위가 300% 이상 향상된 폴리우레탄 원료 및 배합을 만드는 것을 우선 목표로 하여, 해당 경도를 구현함과 동시에 양산 금형에서의 성형성 및 물성도 확보하려 한다.
연질 폴리우레탄 폼의 인덱스 및 경도 범위를 확장하기 위해서는 기본적으로 인덱스 변화에 따라 높은 경도 상승율이 발현되어야 한다. 또한 높은 인덱스에서도 폼의 붕괴를 최소화해야 하므로 가교 반응을 높여 폼의 안정성을 유지해야 할 뿐만 아니라 낮은 인덱스에서 수축으로 인한 폼 변형을 방지하기 위해 닫힌 셀 분포를 최소화하며 추가로 시트 패드의 성형성 확보를 위해 반응속도의 조절이 관건이라고 할 수 있다. 낮은 인덱스에서 발포 반응성 및 경화성이 부족할 경우 수축 등이 발생할 수 있으며, 높은 인덱스에서는 경화성 부족으로 손자국이나 탈형 시 찢김 현상 등이 발생하기 쉽다. 연질 폴리우레탄 폼의 원소재인 폴리에테르폴리올과 이소시아네이트의 화학적 특성을 조절함으로서 낮거나 높은 인덱스에서 발생하기 쉬운 반응성, 경화성 개선을 통해 발포 가능한 인덱스 범위를 확장하고 해당 인덱스에서의 안정적인 경도 및 물성을 구현할 수 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 더욱 분명해질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명에 따른 폴리우레탄 폼용 조성물은 이소시아네이트, 및 수산기(hydroxyl value)가 400 mgKOH/g 내지 600 mgKOH/g인 제1 폴리에테르폴리올을 포함하는 제1 성분; 및 제2 폴리에테르폴리올을 포함하는 제2 성분;을 포함할 수 있다.
상기 이소시아네이트는 4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4- Methylene Diphenyl Diisocyanate; 4,4-MDI), 2,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(2,4- Methylene Diphenyl Diisocyanate; 2,4-MDI), 폴리메틸렌디페닐디이소시아네이트(Poly Methylene Diphenyl Diisocyanate; P-MDI), 변성이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 이소시아네이트는 4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4- Methylene Diphenyl Diisocyanate; 4,4-MDI)는 50 중량% 내지 70 중량%; 2,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(2,4- Methylene Diphenyl Diisocyanate; 2,4-MDI)는 0.01 중량% 내지 10 중량%; 폴리메틸렌디페닐디이소시아네이트(Poly Methylene Diphenyl Diisocyanate; P-MDI)는 5 중량% 내지 25 중량%; 및 변성이소시아네이트는 0.01 중량% 내지 5 중량%;를 포함할 수 있다.
상기 4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4-MDI)는 중량평균분자량이 220 g/mol 내지 280 g/mol이고, 상기 폴리메틸렌디페닐디이소시아네이트(P-MDI)는 중량평균분자량이 350 g/mol 내지 450 g/mol 일 수 있다.
상기 이소시아네이트는 NCO 함량이 30 중량% 내지 32 중량% 일 수 있다.
상기 제1 성분은 상기 제1 폴리에테르폴리올을 0.01 중량% 내지 5중량%로 포함할 수 있다.
상기 제2 성분에 포함된 제2 폴리에테르폴리올은 평균 수산기수가 3개이고, 수산기(hydroxyl value)가 10 mgKOH/g 내지 40 mgKOH/g이며 에틸렌옥사이드(EO) 함유량이 0.01 중량% 내지 20 중량%인 폴리에테르폴리올a; 고체 함량이 30 % 내지 60 % 이고, 수산기(hydroxyl value)가 10 mgKOH/g 내지 50 mgKOH/인 폴리에테르폴리올b; 및 평균 수산기수가 2개 내지 6개이고, 수산기(hydroxyl value)가 10 mgKOH/g 내지 60 mgKOH/g이고, 에틸렌옥사이드(EO) 함유량이 50 중량% 이상인 폴리에테르폴리올c; 를 포함하고, 상기 제2 폴리에테르폴리올은 상기 제1 성분 100 중량부를 기준으로 상기 폴리에테르폴리올a는 60 중량부 내지 100 중량부, 상기 폴리에테르폴리올b는 0.01 중량부 내지 40 중량부 및 상기 폴리에테르폴리올c는 0.01 중량부 내지 1 중량부를 포함할 수 있다.
상기 제2 성분은 가교제, 발포제, 촉매 및 정포제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 1종 이상을 더 포함하며, 상기 제1 성분 100 중량부를 기준으로 상기 가교제는 1 중량부 내지 3 중량부, 상기 발포제는 2 중량부 내지 4 중량부, 상기 촉매는 0.01 중량부 내지 1 중량부, 상기 정포제는 0.01 중량부 내지 1 중량부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 성형품은 전술한 폴리우레탄 폼용 조성물을 포함할 수 있다.
상기 성형품은 MS257-06에 의해 측정된 겉보기 밀도가 60 kg/m3 내지 70 kg/m3 이고, 인덱스 범위 65 내지 115에서 측정한 ILD 25% 경도(Hardness)가 10 kgf/314cm2 내지 45 kgf/314cm2 일 수 있다.
상기 성형품은 자동차 시트 패드일 수 있다.
본 발명에 따른 폴리우레탄 폼의 제조 방법은 이소시아네이트, 및 수산기(hydroxyl value)가 400 mgKOH/g 내지 600 mgKOH/g인 제1 폴리에테르폴리올을 포함하는 제1 성분을 준비하는 단계; 제2 폴리에테르폴리올을 포함하는 제2 성분을 준비하는 단계; 제1 성분과 제2 성분을 교반하는 단계; 및 상기 교반하는 단계에서 수득한 혼합물을 금형에 주입한 후 탈형하는 단계; 를 포함할 수 있다.
종래의 연질 폴리우레탄 원료에서는 다양한 요구사항 중 특히 ILD 25% 경도가 10 kgf/314cm2 내지 45 kgf/314cm2 범위가 되기 위하여, 이소시아네이트 1종과 2종 또는 그 이상의 종류의 폴리에테르폴리올을 사용하여야만 했지만, 본 발명을 통해 개발된 이소시아네이트 1종, 폴리에테르폴리올 1종만을 사용하여도 동일 수준의 경도를 구현할 수 있다.
또한 종래의 원료에서는 자동차용 시트에서 요구하는 경도가 18 kgf/314cm2 이하이거나, 35 kgf/314cm2 이상일 경우에 성형성이나 재료 물성 등이 자동차 제조사의 요구 기준에 불합격하는 경우가 많았으나, 본 발명을 통해 그러한 문제점을 개선할 수 있고, 잠재적인 불량 및 리콜에 대한 예방 효과도 기대할 수 있다.
상기에서 기술한 바와 같이, 종래의 원료를 사용할 경우 자동차용 시트 폼 패드 생산 라인을 구축할 시, 폴리에테르폴리올 2종 이상, 이소시아네이트 1종 이상을 사용할 수 있는 장비를 구축하는 것이 불가피하나, 본 발명의 원료를 사용할 경우 그러한 강제사항이 없어 신규 설비 구축 시의 잠재적인 매몰 비용을 절감할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 기존 설비가 폴리에테르폴리올 2종 이상, 이소시아네이트 1종 이상을 사용할 수 있는 장비일 경우에도 사용 및 관리하여야 하는 원료가 줄어듦으로서 설비 운용 비용 측면에서의 절감 효과도 기대할 수 있고, 여분의 원료 라인이 존재할 경우 갑작스러운 신규 원료 평가에 대비하여 라인 운용의 유연성을 확보할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1a는 본 발명의 비교예 1의 조성으로 제조된 폴리우레탄 폼 패드에 대한 경화성 실험 결과이다.
도 1b는 본 발명의 실시예 1의 조성으로 제조된 폴리우레탄 폼 패드에 대한 경화성 실험 결과이다.
도 2a는 본 발명의 비교예 1의 조성으로 제조된 폴리우레탄 폼 패드에 대한 수축성 실험 결과이다.
도 2b는 본 발명의 실시예 1의 조성으로 제조된 폴리우레탄 폼 패드에 대한 수축성 실험 결과이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 발명에 따른 폴리우레탄 폼용 조성물은 이소시아네이트, 및 제1 폴리에테르폴리올을 포함하는 제1 성분 및 제2 폴리에테르폴리올을 포함하는 제2 성분을 포함할 수 있다.
이하 상기 수지 조성물의 각 성분에 대해 구체적으로 설명한다.
(A) 제1 성분
상기 제1 성분은 이소시아네이트, 및 제1 폴리에테르폴리올을 포함할 수 있다.
1) 이소시아네이트
본 발명에서는 상기 이소시아네이트는 폴리우레탄 폼용 이소시아네이트 중 메틸렌디페닐디이소시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI)만을 사용한 폼을 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 이소시아네이트는 4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4- Methylene Diphenyl Diisocyanate; 4,4-MDI), 2,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(2,4- Methylene Diphenyl Diisocyanate; 2,4-MDI), 폴리메틸렌디페닐디이소시아네이트(Poly methylene diphenyl diisocyanate; P-MDI), 변성이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 이소시아네이트는 NCO 함량이 30 중량% 내지 32 중량% 일 수 있다.
상기 4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4-MDI)는 사용하는 이소시아네이트 성분 중에 구조적으로 톨루엔디이소시아네이트(Toluene Diisocyanate, TDI)와 가장 유사하며 초기의 빠른 반응성과 물성면에서 연질폼의 경도를 나타낼 수 있다.
상기 4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4-MDI)는 중량평균분자량이 220 g/mol 내지 280 g/mol일 수 있다.
상기 4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4-MDI)는 이소시아네이트 중 50 중량% 내지 70 중량%로 포함할 수 있다.
상기 4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4-MDI)가 50 중량% 미만이면 폼의 수축이 발생할 뿐만 아니라 동일 인덱스 범위에서 폼의 경도발현 범위가 좁아질 수 있다.
상기 4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4-MDI)는 함량이 높을수록 동일 인덱스 범위에서 폼의 경도 발현 범위가 증가되나 70 중량%를 초과하면 열린 셀을 많이 형성하게 되어 폼이 붕괴되거나 폼 표면이 거칠게 되는 불량 현상이 발생할 수 있다.
상기 2,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(2,4-MDI)는 우수한 신율이나 인장강도를 발현할 수 있으나 함량이 높을 경우 폼의 수축이 발생할 뿐만 아니라 동일 인덱스 범위에서 폼의 경도발현 범위가 좁아질 수 있다.
상기 2,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(2,4-MDI)는 이소시아네이트 중 0.01 중량% 내지 10 중량%로 포함할 수 있다.
상기 2,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(2,4-MDI)는 함량이 높을 경우 폼의 수축이 발생할 뿐만 아니라 동일 인덱스 범위에서 폼의 경도 발현 범위가 좁아지기 때문에 0.01 중량% 내지 10중량% 범위로 제한될 수 있다.
상기 폴리메틸렌디페닐디이소시아네이트(P-MDI)는 중량평균분자량이 350 g/mol 내지 450 g/mol 일 수 있다.
상기 폴리메틸렌디페닐디이소시아네이트(P-MDI)는 관능기수가 2.5 내지 3 일 수 있다.
상기 폴리메틸렌디페닐디이소시아네이트(P-MDI)는 관능기수가 증가할수록 분자량이 커지고 반응성이 느려지며 우레탄 반응시 가교밀도를 증가시킬 수 있다.
상기 폴리메틸렌디페닐디이소시아네이트(P-MDI)는 이소시아네이트 중 5 중량% 내지 25 중량% 또는 15 중량% 내지 35 중량%로 포함할 수 있다.
상기 폴리메틸렌디페닐디이소시아네이트(P-MDI)가 5 중량% 미만이면 탄성이 감소되어 승차감이 저하될 수 있다.
상기 폴리메틸렌디페닐디이소시아네이트(P-MDI)가 25 중량%를 초과하면 가교밀도가 높아서 닫힌 셀을 많이 형성하게 되어 반응이 끝난 후 폼이 수축되어 제품의 형상이 유지되지 않을 수 있다.
상기 변성이소시아네이트는 우레톤이민기(Uretonimine), 카보디이미드(Carbodiimide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI)를 포함할 할 수 있다.
상기 변성이소시아네이트는 이소시아네이트 중 0.01 중량% 내지 5 중량%를 포함할 수 있다. 일반적으로 자동차 시트 패드 폼 용 MDI 내 변성이소시아네이트는 저온안전성이 우수하기 때문에 5 중량% 내지 10 중량% 범위로 포함되나 반응성을 지연시켜 폼의 경화성이 저하되고 경도 발현 범위도 좁아지기 때문에 본원 발명에서는 5 중량% 이하로 제한될 수 있다.
2 ) 제1 폴리에테르폴리올
상기 제1 폴리에테르폴리올은 에틸렌옥사이드(EthyleneOxide, EO)와 프로필렌옥사이드(Propylene Oxide, PO)를 중합개시제하에 부가중합시켜 얻은 폴리에테르폴리올을 포함할 수 있다.
상기 중합 개시제로는 글리세린(Glycerine), 트리에탄올아민(Triethanol Amine), 트리메틸올프로판(Trimethylol Propane), 펜타에리스리톨(Pentaerythritol), 톨루엔디아민(Toluene Diamine), 에틸렌디아민(Ethylene Diamine) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제1 폴리에테르폴리올은 수산기(hydroxyl value)가 400 mgKOH/g 내지 600 mgKOH/g 일 수 있다.
상기 제1 성분은 상기 제1 폴리에테르폴리올을 0.01 중량% 내지 5 중량%로 포함할 수 있다.
상기 제1 폴리에테르폴리올가 5중량%를 초과하면 탄성 등 시트의 승차감의 문제가 생길 수 있어 5 중량% 이하로 제한되었다.
(B) 제2 성분
상기 제2 성분은 제2 폴리에테르폴리올을 포함할 수 있다.
상기 제2 성분은 가교제, 발포제, 촉매 및 정포제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 성분은 폴리우레탄 폼의 제조분야에서 통상적으로 사용되는 첨가제를 포함할 수 있다.
1) 제2 폴리에테르폴리올
상기 제2 폴리에테르폴리올은 폴리에테르폴리올a, 폴리에테르폴리올b 및 폴리에테르폴리올c를 포함할 수 있다.
상기 상기 제2 폴리에테르폴리올은 상기 제1 성분 100 중량부를 기준으로 상기 폴리에테르폴리올a는 60 중량부 내지 100 중량부, 상기 폴리에테르폴리올b는 0.01 중량부 내지 40 중량부 및 상기 폴리에테르폴리올c는 0.01 중량부 내지 1 중량부를 포함할 수 있다.
상기 폴리에테르폴리올a는 평균 수산기수가 1개 내지 5개일 수 있다.
상기 폴리에테르폴리올a는 수산기(hydroxyl value)가 10 mgKOH/g 내지 40 mgKOH/g 일 수 있다.
상기 폴리에테르폴리올a는 에틸렌옥사이드(EO) 함유량이 0.01 중량% 내지 20 중량% 일 수 있다.
상기 폴리에테르폴리올a는 3관능성 폴리에테르폴리올을 포함할 수 있다.
상기 폴리에테르폴리올b는 고체 함량(Solid Content)이 30 % 내지 60 % 일 수 있다.
상기 폴리에테르폴리올b는 수산기(hydroxyl value)가 10 mgKOH/g 내지 50 mgKOH/g 일 수 있다.
상기 폴리에테르폴리올c는 평균 수산기수가 2개 내지 6개일 수 있다.
상기 폴리에테르폴리올c는 수산기(hydroxyl value)가 10 mgKOH/g 내지 60 mgKOH/g 일 수 있다.
상기 폴리에테르폴리올c는 에틸렌옥사이드(EO) 함유량이 50 중량% 이상일 수 있다.
상기 폴리에테르폴리올c는 바람직하게는 에틸렌옥사이드(ethylene oxide)와 프로필렌옥사이드(Propylene Oxid)가 랜덤으로 부가 중합되어 있는 구조일 수 있다.
상기 폴리에테르폴리올c는 바람직하게는 에틸렌옥사이드(ethylene oxide)가 말단 또는 블록으로서 부가 중합된 구조일 수 있다.
상기 가교제는 수산기수가 2개 내지 3개 일 수 있다.
상기 가교제는 수산기(hydroxyl value)가 200 mgKOH/g 내지 2000 mgKOH/g 일 수 있다.
상기 가교제는 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 1,4-부탄디올(1,4-butanediol), 디에틸렌글리콜(Diethylene glycol), 트리에틸렌글리콜(Triethylene glycol), 디프로필렌글리콜(Dipropylene glycol), 모노에탄올아민(Monoethanolamine), 디에탄올아민(Diethanolamine), 트리에탄올아민(Triethanolamine), 글리세린(Glycerin) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 발포제는 물을 포함한다.
상기 촉매는 이소시아네이트와 폴리에테르폴리올간의 반응을 촉진시키기 위한 구성이다.
상기 촉매는 트리에틸렌디아민(Triethylenediamine), 트리에틸아민(Triethyl amine), 다이에타놀아민(Diethanolamine), 트리에타놀아민(Triethanolamine), N-메틸몰포린(N-Methyl morpholine), N-에틸몰포린(N-Ethyl morpholine) 등의 아민 촉매 및 스테너스옥토에이트(Stannous octoate), 디부틸틴 디라우레이트 (DBTDL, Dibutyltin dilaurae) 등의 유기주석 촉매로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 정포제는 폴리우레탄 폼 내부에서 셀(Cell)이 형성될 때 생성된 셀이 합일 또는 파괴되는 것을 방지하고 균일한 모양 및 크기를 가지는 셀이 형성되도록 조정하기 위한 구성이다.
상기 정포제는 해당 분야에서 통상적으로 사용하는 것으로 특별히 한정하지 않으나, 실리콘계 정포제가 일반적으로 포함될 수 있다.
상기 실리콘계 정포제는 폴리실록산(Polysiloxane) 및 그 유도체등으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 실리콘계 정포제는 구체적으로 폴리알킬렌옥시드메틸실록산 공중합체일 수 있다.
다른 관점에서, 본 발명은 상술한 폴리우레탄 폼용 조성물을 포함하는 성형품에 관한 것이다.
상기 성형품은 그 이용되는 분야에 제한이 없으나, 자동차 시트 패드에 적용될 수 있다.
상기 성형품은 MS257-06에 의해 측정된 겉보기 밀도가 60 kg/m3 내지 70 kg/m3 일 수 있다.
상기 성형품은 인덱스 범위 65 내지 115에서 측정한 ILD 25% 경도(Hardness)가 10 kgf/314cm2 내지 45 kgf/314cm2 일 수 있다.
상기 성형품은 70℃ 내지 90℃에서 20시간 내지 24시간동안 50% 압축시킨 후의 영구압축률이 25% 이하일 수 있다.
인덱스(index)란 이소시아네이트를 폴리에테르폴리올과 반응시켜 폴리우레탄을 제조할 때 이소시아네이트와 폴리에테르폴리올의 투입량을 나타내는 지수로서 이소시아네이트를 화학량론적(stoichiometry) 투입량과 동일하게 투입하는 경우 이 인덱스는 100 이고 화학량론적 투입량보다 과량 투입할 때 이 인덱스는 100보다 큰 것이라고 말한다.
상기 성형품은 index 70 내지 120의 성형품을 포함할 수 있다.
상기 비율은 특별히 제한되지 않으나, 제2 성분 100중량부 기준으로 제1 성분 33중량부 내지 58중량부일 수 있다.
상기 폴리우레탄 포용 조성물의 제조방법은 이소시아네이트, 및 수산기(hydroxyl value)가 400 mgKOH/g 내지 600 mgKOH/g인 제1 폴리에테르폴리올을 포함하는 제1 성분을 준비하는 단계; 제2 폴리에테르폴리올을 포함하는 제2 성분을 준비하는 단계; 제1 성분과 제2 성분을 교반하는 단계; 및 상기 교반하는 단계에서 수득한 혼합물을 금형에 주입한 후 탈형하는 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 성분과 제2 성분을 교반하는 단계는 4000 rpm 내지 6000 rpm에서 5초 내지 10초로 교반할 수 있다.
상기 교반하는 단계에서 수득한 혼합물을 금형에 주입한 후 탈형하는 단계는 50℃ 내지 70℃인 금형에 주입한 후 250초 내지 300초 후 탈형할 수 있다.
이하, 하기 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예1 및 비교예 1 내지 비교예 3
하기 표 1 및 표 2와 같은 조성으로 폴리우레탄 폼 조성물을 제조하였다.
구체적으로, 하기 표 1 및 표 2에 나타낸 성분 및 함량에 따른 제1 성분 및 제2 성분을 각각 혼합해 제조하였다. 이렇게 제조한 제1 성분과 제2 성분을 약 5000 rpm에서 약 7초 교반한 후 50℃ 내지 70℃로 승온된 400*400*100mm--- 3 알루미늄 금형에 주입한 후 금형을 닫고 270초 경과 후 탈형해 폴리우레탄 폼 패드를 제조했다.
[표 1]
Figure pat00001
[표 2]
Figure pat00002
실험예
실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 패드를 항온항습이 유지된 장소에 1일 보관 후 우레탄 폼 물성규격인 MS200-34에 준하도록 물성을 측정하였다. 그 결과는 표 3, 표 4, 표 5 및 표 6 과 같다.
[평가방법]
(1) 인덱스(index): 이소시아네이트를 폴리에테르폴리올과 반응시켜 폴리우레탄을 제조할 때 이소시아네이트와 폴리에테르폴리올의 투입량을 나타내는 지수이다.
(2) 겉보기밀도: 패드에서 절취한 샘플을 측정하는 코어 밀도 기준 57 kg/m3 내지 63 kg/m3 수준으로 제작하였고, 시트 부품 단위의 중량 및 기본 요구 성능을 충족시키는 조건 하에 물성을 평가하였다.
(3) 경도: UTM(만능시험기)으로 400*400 mm, 두께 100 mm의 시편을 고정지그 (KSM 6549(FORM RUBBER))에 고정 후 가압판에 속도 100 mm/min으로 하중을 가하고, 원래 두께의 25%까지 압축시킨 상태에서 30초 후의 압력 (kPa) 값을 측정한다.
(4) 영구줄음률: 50*50 mm, 두께 20 mm 내지 50 mm 시험편 중앙부분에서 두께를 측정하고 평행압축판으로 두께의 75% 압축 고정 후 측정 온도에서 22시간동안 유지하 뒤 30분동안 실온에 방치한 후 두께를 측정하였다.
Figure pat00003
(5) 경화성: 400*400*20 mm3 의 사각 금형 장비를 사용하여 제1 성분과 제2 성분을 index 100, 110 및 120 비율로 교반하여 몰드에 투입한다. 투입량은 밀도 60 kg/m3에 준하도록 계산하여 투입한다. 사각 금형 장비에 투입한 후 270초 경과 시 폼을 탈형한다. 탈형 시 한 모서리부를 한 손으로 폼을 잡아 탈형하며 이 때 발생하는 손자국을 확인한다. 그리고 추가로 10초 간격으로 폼 가운데를 손가락으로 눌러 눌린 손자국이 발생하지 않는 시간까지 확인한다.
탈형 후 손자국이 발생할 경우를 X, 탈형 후 손자국이 1분 내로만 발생할 경우를 △, 탈형 후 손자국이 발생하지 않을 경우를 O라 나타내었다.
(6) 수축성: 400*400*100 mm3의 사각 금형 장비를 사용하여 제1 성분과 제2 성분을 index 70, 80, 90 및 100 비율로 교반하여 몰드에 투입한다. 투입량은 밀도 70 kg/m3에 준하도록 계산하여 투입한다. 사각 금형 장비에 투입한 후 270초 경과 시 폼을 탈형하고 1분 후 표면 및 폼 전체적으로 수축으로 인한 폼 외관 변형이 발생했는지 확인한다.
탈형 후 수축 발생이 심할 경우를 X, 탈형 후 표면에 미세하게 수축이 발생할 경우를 △, 탈형 후 전혀 수축 및 폼 변형이 발생하지 않을 경우를 O라 나타내었다.
[표 3]
Figure pat00004
[표 4]
Figure pat00005
[표 5]
Figure pat00006
[표 6]
Figure pat00007
표 3 내지 표 6의 물성 결과를 살펴보면, 비교예 1은 종래의 자동차 시트 패드 제조용 조성물로 인덱스가 낮을수록 수축이 발생하고 인덱스가 높을수록 경화성이 크게 저하되는 것을 확인할 수 있다. 도 1a는 본 발명의 비교예 1의 조성으로 제조된 폴리우레탄 폼 패드에 대한 경화성 실험 결과이다. 일반적으로 발포 index가 높을수록 폼의 경화성은 저하된다. 도 1a를 통해 비교예 1은 index 100에서도 경화 부족으로 인해 손자국이 발생한 것을 알 수 있다. 따라서, 비교예 1에 따른 폴리우레탄 폼에 대한 이를 통해 온전하게 성형이 가능한 인덱스 범위는 90 내지 100 수준임을 확인할 수 있다. 또한 인덱스 상승에 따른 경도 상승률이 낮기 때문에 자동차 시트의 사이드 볼스터 등 경도가 높은 폼을 제작해야 할 경우 별도의 경도가 높은 원료를 배합하여 사용할 수 밖에 없다. 도 2a는 본 발명의 비교예 1의 조성으로 제조된 폴리우레탄 폼 패드에 대한 수축성 실험 결과이다. 일반적으로 발포 index가 낮을수록 폼의 수축변형이 발생된다. 도 2a를 통해 비교예 1은 index 80에서도 표면에 수축이 발생한 것을 알 수 있다. 특히 낮은 경도의 폼을 제작할 경우 index 80 이하의 폼도 제작해야 하기 때문에 폼의 변형이 더욱 심해질 수 있다.
비교예 2 및 비교예 3은 4,4-MDI 함량을 증대시켜 인덱스에 따른 경도 상승율을 개선하였으나 경화성 및 수축성을 개선하기에는 상대적으로 효과의 차이가 크지 않음을 알 수 있다.
한편 실시예 1의 경우, 상기 비교예 1 내지 비교예 3과 비교하여 4,4-MDI 함량을 증대시키고 2,4-MDI, P-MDI 및 변성이소시아네이트 함량을 낮추었으며 중합용 폴리에테르폴리올의 종류를 변경하여 인덱스 변화에 따른 경도 상승률을 극대화할 수 있었다. 도 1b는 본 발명의 실시예 1의 조성으로 제조된 폴리우레탄 폼 패드에 대한 경화성 실험 결과이다. 일반적으로 발포 index가 높을수록 폼의 경화성은 저하된다. 도 1b를 통해 실시예 1은 index 120에서도 경화 부족으로 인한 손자국이 전혀 발생되지 않았으며 성형성도 우수한 것을 알 수 있다. 도 2b는 본 발명의 실시예 1의 조성으로 제조된 폴리우레탄 폼 패드에 대한 수축성 실험 결과이다. 일반적으로 발포 index가 낮을수록 폼의 수축변형이 발생된다. 도 2b를 통해 본 발명의 실시예 1은 index 70에서도 수축으로 인한 폼 변형이 전혀 발생하지 않은 것을 알 수 있다.
따라서, 실시예 1은 낮은 인덱스에서 폼 변형이 전혀 발생하지 않았으며 높은 인덱스에서 경화 부족에 의한 손자국도 전혀 발생하지 않아 자동차 시트의 성형 가능 인덱스 범위가 약 70 내지 120 수준임을 확인할 수 있다. 그리고 그 외 영구 줄음률 등 기타 물성도 크게 저하되지 않아 자동차 시트 패드용 조성물로 적합함을 확인할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (17)

  1. 이소시아네이트, 및 수산기(hydroxyl value)가 400 mgKOH/g 내지 600 mgKOH/g인 제1 폴리에테르폴리올을 포함하는 제1 성분; 및
    제2 폴리에테르폴리올을 포함하는 제2 성분;을 포함하는 폴리우레탄 폼용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이소시아네이트는 4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4- Methylene Diphenyl Diisocyanate; 4,4-MDI), 2,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(2,4- Methylene Diphenyl Diisocyanate; 2,4-MDI), 폴리메틸렌디페닐디이소시아네이트(Poly methylene diphenyl diisocyanate; P-MDI), 변성이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 폴리우레탄 폼용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이소시아네이트는
    4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4- Methylene Diphenyl Diisocyanate; 4,4-MDI)는 50 중량% 내지 70 중량%;
    2,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(2,4- Methylene Diphenyl Diisocyanate; 2,4-MDI)는 0.01 중량% 내지 10 중량%;
    폴리메틸렌디페닐디이소시아네이트(Poly Methylene Diphenyl Diisocyanate; P-MDI)는 5 중량% 내지 25 중량%; 및
    변성이소시아네이트는 0.01 중량% 내지 5 중량%;를 포함하는 폴리우레탄 폼용 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이소시아네이트는 NCO 함량이 30 중량% 내지 32 중량% 인 폴리우레탄 폼용 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 성분은 상기 제1 폴리에테르폴리올을 0.01 중량% 내지 5중량%로 포함하는 폴리우레탄 폼용 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 폴리에테르폴리올은
    평균 수산기수가 1개 내지 5개이고, 수산기(hydroxyl value)가 10 mgKOH/g 내지 40 mgKOH/g이며 에틸렌옥사이드(EO) 함유량이 0.01 중량% 내지 20 중량%인 폴리에테르폴리올a;
    고체 함량이 30 % 내지 60 % 이고, 수산기(hydroxyl value)가 10 mgKOH/g 내지 50 mgKOH/인 폴리에테르폴리올b; 및
    평균 수산기수가 2개 내지 6개이고, 수산기(hydroxyl value)가 10 mgKOH/g 내지 60 mgKOH/g이고, 에틸렌옥사이드(EO) 함유량이 50 중량% 이상인 폴리에테르폴리올c;를 포함하고,
    상기 제2 폴리에테르폴리올은 상기 제1 성분 100 중량부를 기준으로
    상기 폴리에테르폴리올a는 60 중량부 내지 100 중량부,
    상기 폴리에테르폴리올b는 0.01 중량부 내지 40 중량부 및
    상기 폴리에테르폴리올c는 0.01 중량부 내지 1 중량부를 포함하는 폴리우레탄 폼용 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 성분은 가교제, 발포제, 촉매 및 정포제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 1종 이상을 더 포함하며,
    상기 제1 성분 100 중량부를 기준으로
    상기 가교제는 1 중량부 내지 3 중량부,
    상기 발포제는 2 중량부 내지 4 중량부,
    상기 촉매는 0.01 중량부 내지 1 중량부,
    상기 정포제는 0.01 중량부 내지 1 중량부를 포함하는 폴리우레탄 폼용 조성물.
  8. 제1항에 내지 제7항 중 어느 한 항의 폴리우레탄 폼용 조성물을 포함하는 성형품.
  9. 제8항에 있어서,
    MS257-06에 의해 측정된 겉보기 밀도가 60 kg/m3 내지 70 kg/m3 이고, 인덱스 범위 65 내지 115에서 측정한 ILD 25% 경도(Hardness)가 10 kgf/314cm2 내지 45 kgf/314cm2 인 성형품.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 성형품은 자동차 시트 패드인 성형품.
  11. 이소시아네이트, 및 수산기(hydroxyl value)가 400 mgKOH/g 내지 600 mgKOH/g인 제1 폴리에테르폴리올을 포함하는 제1 성분을 준비하는 단계;
    제2 폴리에테르폴리올을 포함하는 제2 성분을 준비하는 단계;
    제1 성분과 제2 성분을 교반하는 단계; 및
    상기 교반하는 단계에서 수득한 혼합물을 금형에 주입한 후 탈형하는 단계;
    를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 이소시아네이트는 4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4- Methylene Diphenyl Diisocyanate; 4,4-MDI), 2,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(2,4- Methylene Diphenyl Diisocyanate; 2,4-MDI), 폴리메틸렌디페닐디이소시아네이트(Poly Methylene Diphenyl Diisocyanate; P-MDI), 변성이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 이소시아네이트는
    4,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(4,4- Methylene Diphenyl Diisocyanate; 4,4-MDI)는 50 중량% 내지 70 중량%;
    2,4-메틸렌디페닐디이소시아네이트(2,4- Methylene Diphenyl Diisocyanate; 2,4-MDI)는 0.01 중량% 내지 10 중량%;
    폴리메틸렌디페닐디이소시아네이트(Poly Methylene Diphenyl Diisocyanate; P-MDI)는 5 중량% 내지 25 중량%; 및
    변성이소시아네이트는 0.01 중량% 내지 5 중량%;를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 이소시아네이트는 NCO 함량이 30 중량% 내지 32 중량% 인 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 성분은 상기 제1 폴리에테르폴리올을 0.01 중량% 내지 5중량%로 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제2 폴리에테르폴리올은
    평균 수산기수가 1개 내지 5개이고, 수산기(hydroxyl value)가 10 mgKOH/g 내지 40 mgKOH/g이며 에틸렌옥사이드(EO) 함유량이 0.01 중량% 내지 20 중량%인 폴리에테르폴리올a;
    고체 함량이 30 % 내지 60 % 이고, 수산기(hydroxyl value)가 10 mgKOH/g 내지 50 mgKOH/인 폴리에테르폴리올b; 및
    평균 수산기수가 2개 내지 6개이고, 수산기(hydroxyl value)가 10 mgKOH/g 내지 60 mgKOH/g이고, 에틸렌옥사이드(EO) 함유량이 50 중량% 이상인 폴리에테르폴리올c;를 포함하고,
    상기 제2 폴리에테르폴리올은 상기 제1 성분 100 중량부를 기준으로
    상기 폴리에테르폴리올a는 60 중량부 내지 100 중량부,
    상기 폴리에테르폴리올b는 0.01 중량부 내지 40 중량부 및
    상기 폴리에테르폴리올c는 0.01 중량부 내지 1 중량부를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제2 성분은 가교제, 발포제, 촉매 및 정포제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 1종 이상을 더 포함하며,
    상기 제1 성분 100 중량부를 기준으로 상기 가교제는 1 내지 3 중량부,
    상기 발포제는 2 내지 4 중량부,
    상기 촉매는 0.01 내지 1 중량부 및
    상기 정포제는 0.01 내지 1 중량부를 포함하는 폴리우레탄 폼의 제조 방법.
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