WO2022055152A1 - 폴리우레탄 폼 조성물 및 이의 경화물을 포함하는 폴리우레탄 폼 - Google Patents

폴리우레탄 폼 조성물 및 이의 경화물을 포함하는 폴리우레탄 폼 Download PDF

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2110/00—Foam properties
    • C08G2110/0041—Foam properties having specified density
    • C08G2110/0066—≥ 150kg/m3
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    • C08J2201/022—Foams characterised by the foaming process characterised by mechanical pre- or post-treatments premixing or pre-blending a part of the components of a foamable composition, e.g. premixing the polyol with the blowing agent, surfactant and catalyst and only adding the isocyanate at the time of foaming
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    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
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    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
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    • C08K2003/321—Phosphates
    • C08K2003/327—Aluminium phosphate
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    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
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    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
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    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/34—Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring
    • C08K5/3467—Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring having more than two nitrogen atoms in the ring
    • C08K5/3477—Six-membered rings
    • C08K5/3492—Triazines
    • C08K5/34922—Melamine; Derivatives thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a polyurethane foam composition
  • a polyurethane foam composition comprising a polyurethane foam composition and a cured product thereof.
  • Polyurethane foam is relatively inexpensive, easy to mold, and has high elasticity, so it is widely used throughout household goods including automobile parts. However, when polyurethane foam is used in electronic products, etc., once the combustible polyurethane foam ignites due to a short circuit, etc., it burns out of control, resulting in product damage, large fire or explosion. .
  • a method of imparting flame retardancy by laminating a sheet or panel having a flame retardancy on one side of the polyurethane foam was mainly used, which is not fundamentally because it does not impart flame retardancy to the polyurethane foam, so the flame retardant effect is limited, the manufacturing process is complicated, and there is a problem in that the manufacturing cost is increased.
  • a flame retardant composed of a halogen compound such as a bromine compound or a chlorine compound is added, which may cause human and environmental problems due to toxic gas during combustion.
  • polyurethane foam is used as a cushioning material for buffering the volume change according to the charging and discharging of the battery cell.
  • battery cells are used in a manner in which the volume increases during charging.
  • polyurethane foam is used as a sealing agent between battery cells when manufacturing battery cells to prevent problems such as explosion by mitigating volume expansion of the battery.
  • the urethane foam In the automated process of assembling the battery pack, the urethane foam must be adsorbed with the vacuum suction plate in the automated process. However, if the adsorption pressure is too low, the polyurethane foam is not adsorbed to the required level with the vacuum adsorption plate, causing a problem that the product cannot be moved, so it cannot be applied to the automated process. And if it is too low, the suction plate and the polyurethane foam may be separated in the process of laminating the tape.
  • the present specification is intended to provide a polyurethane foam comprising a polyurethane foam composition and a cured product thereof.
  • An exemplary embodiment of the present invention includes a first polyol-based compound having a glass transition temperature of -50° C. or less; a second polyol-based compound comprising at least three functional groups reacting with an isocyanate group and having a weight average molecular weight of 5,000 g/mol or more and 30,000 g/mol or less; and a third polyol-based compound having a heat release capacity of 500 J/g ⁇ K or less; a polyol mixture comprising; isocyanate-based curing agent; and a filler, wherein the filler provides a polyurethane foam composition comprising 10 parts by weight or more and 20 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • an exemplary embodiment of the present invention provides a polyurethane foam comprising a cured product of the polyurethane foam composition.
  • Polyurethane foam composition according to an exemplary embodiment of the present invention can provide a polyurethane foam having a low density and excellent adsorption power at the same time.
  • the polyurethane foam according to an exemplary embodiment of the present invention has excellent adsorption power, it may be excellent in tape lamination workability using a vacuum adsorption plate during an automated process, and movement workability of the polyurethane foam may be convenient.
  • Polyurethane foam according to an exemplary embodiment of the present invention when applied between battery cells, can implement dimensional stability against volume change of cells, excellent stress absorption against vibration and shock, excellent restoring force and high fire resistance. there is.
  • the unit "part by weight” may mean a ratio of weight between each component.
  • a and/or B means “A and B, or A or B.”
  • the "weight average molecular weight” and “number average molecular weight” of a compound may be calculated using the molecular weight and molecular weight distribution of the compound.
  • a sample sample having a concentration of 1 wt% of the compound is prepared by putting tetrahydrofuran (THF) and a compound in a 1 ml glass bottle, and the standard sample (polystyrene, polystryere) and the sample sample are filtered (pore size). After filtration through 0.45 mm), it is injected into a GPC injector, and the molecular weight and molecular weight distribution of the compound can be obtained by comparing the elution time of the sample with the calibration curve of the standard sample.
  • Infinity II 1260 (Agilient Co.) can be used as a measuring device, the flow rate can be set to 1.00 mL/min, and the column temperature can be set to 40.0 °C.
  • Glass Temperature Tg
  • DSC Differential Scanning Calorimeter, DSC-STAR3, METTLER TOLEDO
  • the sample is heated at a heating rate of 5 °C/min in a temperature range of -60 °C to 150 °C using The glass transition temperature can be obtained by measuring the point.
  • the viscosity of the compound may be a value measured with a Brookfield viscometer at a temperature of 25 °C.
  • An exemplary embodiment of the present invention includes a first polyol-based compound having a glass transition temperature of -50° C. or less; a second polyol-based compound comprising at least three functional groups reacting with an isocyanate group and having a weight average molecular weight of 5,000 g/mol or more and 30,000 g/mol or less; and a third polyol-based compound having a heat release capacity of 500 J/g ⁇ K or less; a polyol mixture comprising; isocyanate-based curing agent; and a filler, wherein the filler provides a polyurethane foam composition comprising 10 parts by weight or more and 20 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • the polyurethane foam composition according to an exemplary embodiment of the present invention may provide a polyurethane foam excellent in adsorption properties.
  • the first polyol-based compound may have a glass transition temperature of -50°C or less.
  • the glass transition temperature of the first polyol-based compound may be -80 °C or more and -50 °C or less, or -75 °C or more and -60 °C or less.
  • the polyurethane foam including the cured product of the polyurethane foam composition may have high repulsion properties and compression recovery properties.
  • the first polyol-based compound may have a viscosity of 2,000 mPa ⁇ s or less at 25°C.
  • the viscosity of the first polyol-based compound at 25° C. may be 200 mPa ⁇ s or more and 2,000 mPa ⁇ s or less.
  • the first polyol-based compound has a glass transition temperature of -50° C. or less and a polyether-based polyol having a polyalkylene oxide unit, and has a viscosity at 25° C. of 2,000 mPa ⁇ s or less. it could be
  • the first polyol-based compound may include at least two functional groups reacting with an isocyanate group.
  • the functional group reacting with the isocyanate group may refer to a functional group having a urethane bond with the isocyanate group.
  • the functional group reacting with the isocyanate group may be a hydroxyl group, an amine group, a thiol group, or a carboxy group. More specifically, in the first polyol-based compound, hydroxyl groups are bonded to both ends of the main chain, and at least one of a hydroxyl group, an amine group, a thiol group, and a carboxy group may be included in the side chain of the first polyol-based compound.
  • the first polyol-based compound may be a polymer of a first mixture including at least one of an ether-based polyol, an ester-based polyol, and a chain extender.
  • Ether-based polyols, ester-based polyols and chain extenders may be used in the art, for example, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol, etc. may be used as ether-based polyols, and ester-based polyols Polycaprolactone polyol and the like may be used, and butane diol may be used as the chain extender.
  • the content of the first polyol-based compound may be 60 parts by weight or more and 75 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • the content of the first polyol-based compound may be 62.5 parts by weight or more and 72.5 parts by weight or less, 65 parts by weight or more and 70 parts by weight or less, or 67 parts by weight or more and 73 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the polyol mixture. .
  • the polyol mixture may refer to the entire polyol-based material including the first polyol-based compound, the second polyol-based compound, and the third polyol-based compound.
  • the polyol mixture may mean consisting of the first polyol-based compound, the second polyol-based compound, and the third polyol-based compound.
  • the second polyol-based compound may include at least three functional groups that react with isocyanate groups.
  • the functional group reacting with the isocyanate group may refer to a functional group having a urethane bond with the isocyanate group.
  • the functional group reacting with the isocyanate group may be a hydroxyl group, an amine group, a thiol group, or a carboxy group.
  • the second polyol-based compound may have a branched chain structure.
  • the second polyol-based compound may be one in which a hydroxyl group is bonded to both terminals and one or more functional groups reacting with an isocyanate group are bonded to a main chain to form a side chain.
  • the second polyol-based compound includes three or more functional groups that react with an isocyanate group, thereby forming a more dense network structure during urethane polymerization compared to a polyol having a linear structure in which a hydroxyl group is bonded only at both terminals. .
  • the weight average molecular weight of the second polyol-based compound may be 5,000 g/mol or more and 30,000 g/mol or less.
  • the weight average molecular weight of the second polyol-based compound is 7,000 g/mol or more and 28,000 g/mol or less, 10,000 g/mol or more and 25,000 g/mol or less, 12,000 g/mol or more and 20,000 g/mol or less, or 15,000 g /mol or more may be 18,000 g/mol or less.
  • the second polyol-based compound serves as a skeleton of the polyurethane foam, and when the weight average molecular weight of the second polyol-based compound is within the above-described range, the compression recovery ability of the polyurethane foam can be effectively improved.
  • the second polyol-based compound may have a viscosity of 20,000 mPa ⁇ s or more and 200,000 mPa ⁇ s or less at 25°C.
  • the viscosity of the second polyol-based compound at 25° C. is 30,000 mPa ⁇ s or more and 180,000 mPa ⁇ s or less, 35,000 mPa ⁇ s or more and 150,000 mPa ⁇ s or less, 50,000 mPa ⁇ s or more and 120,000 mPa ⁇ s or less, 60,000 mPa ⁇ s or more and 100,000 mPa ⁇ s or less, or 35,000 mPa ⁇ s or more and 70,000 mPa ⁇ s or less.
  • the viscosity of the second polyol-based compound is within the above range, uniform dispersion with other materials in the polyurethane composition is possible, thereby manufacturing a polyurethane foam of uniform quality.
  • the second polyol-based compound includes at least three functional groups reacting with an isocyanate group, a weight average molecular weight of 5,000 g/mol or more and 30,000 g/mol or less, and a viscosity at 25°C It may be a polyether-based polyol of 20,000 mPa ⁇ s or more and 200,000 mPa ⁇ s or less.
  • the second polyol-based compound a polyether-based polyol; polyfunctional isocyanate-based compounds; and a chain extender including 3 or more functional groups that react with isocyanate groups.
  • the polyether-based polyol in the second mixture may be derived from polyalkylene oxide.
  • the polyether-based polyol in the second mixture is polyethylene glycol (PEG: polyethylene glycol); polypropylene glycol (PPG: polypropylene glycol); PEG-PPG copolymer (polyethylene glycol-polypropylene glycol copolymer); and poly(tetramethylene ether)glycol (PTMG: Poly(tetramethylene ether)glycol).
  • a molar ratio of the polyether-based polyol and the polyfunctional isocyanate-based compound may be 1:0.5 or more and 1:1 or less.
  • the molar ratio of the polyether-based polyol and the polyfunctional isocyanate-based compound in the second mixture may be 1:0.6 or more and 1:0.95 or less, or 1:0.65 or more and 1:0.9 or less.
  • the viscosity is not excessively high during the preparation of the second polyol-based compound, so that compatibility with other compositions can be improved, and gelation can be prevented.
  • the polyfunctional isocyanate-based compound in the second mixture may include two isocyanate groups.
  • the polyfunctional isocyanate-based compound in the second mixture may include at least one of an aromatic polyfunctional isocyanate compound, an alicyclic polyfunctional isocyanate compound, and an aliphatic polyfunctional isocyanate compound.
  • the aromatic polyfunctional isocyanate compound is 2,4-tolylene diisocyanate (TDI), 2,6-tolylene diisocyanate (TDI: tolylene diisocyanate), m-phenylene diisocyanate, and p-phenylene diisocyanate.
  • MDI Methylene diphenyl diisocyanate
  • 2,4'-diphenylmethane diisocyanate MDI: Methylene diphenyl diisocyanate
  • 2,2'-diphenylmethane diisocyanate MDI: Methylene diphenyl diisocyanate
  • XDI xylylene diisocyanate
  • 3,3'-dimethyl-4,4'-biphenylene diisocyanate 3,3'-dimethoxy-4,4'-biphenylenedi at least one of isocyanates.
  • the alicyclic polyfunctional isocyanate compound is 4,4'-methylene dicyclohexyl diisocyanate (H12-MDI: 4,4'-Methylene dicyclohexyl diisocyanate), cyclohexane-1,4-diisocyanate, isophorone at least one of isophorone diisocyanate (IPDI), dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate, and hydrogenated xylylene diisocyanate (H6-XDI), and methylcyclohexanediisocyanate.
  • H12-MDI 4,4'-Methylene dicyclohexyl diisocyanate
  • IPDI isophorone at least one of isophorone diisocyanate
  • dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate
  • the aliphatic polyfunctional isocyanate compound may include at least one of butane-1,4-diisocyanate, hexamethylene diisocyanate (HDI), isopropylene diisocyanate, methylene diisocyanate, and lysine isocyanate.
  • HDI hexamethylene diisocyanate
  • isopropylene diisocyanate methylene diisocyanate
  • lysine isocyanate lysine isocyanate.
  • a molar ratio of the polyether-based polyol and the chain extender may be 1:0.1 or more and 1:0.45 or less.
  • the molar ratio of the polyether-based polyol and the chain extender may be 1:0.2 or more and 1:0.4 or less, or 1:0.25 or more and 1:0.35 or less, and more specifically 1:0.3.
  • the chain extender in the second mixture may be a compound including three or more functional groups that react with an isocyanate group.
  • the number of functional groups included in the chain extender may be 3 or more and 10 or less, or 3 or more and 5 or less.
  • the chain extender in the second mixture may include one or more of the following compounds.
  • the content of the second polyol-based compound may be 5 parts by weight or more and 20 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the polyol mixture. Specifically, the content of the second polyol-based compound may be 5 parts by weight or more and 15 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • the content of the second polyol-based compound is within the above-described range, it is possible to maintain the soft properties of the polyurethane foam formed by using the polyurethane foam composition and to implement excellent repulsion properties.
  • the content of the second polyol-based compound is adjusted to the above range, it is possible to minimize the loss of compression restoring force to secure the durability of the polyurethane foam.
  • the third polyol-based compound may include a polyol having a heat release capacity of 500 J/g ⁇ K or less; or a polymer of a third mixture comprising a polyol having a heat dissipation capacity of 500 J/g ⁇ K or less and a polyfunctional isocyanate-based compound;
  • the third polyol-based compound itself may have flame retardant properties, thereby improving the flame retardant performance of the polyurethane foam.
  • the third polyol-based compound has a heat release capacity of 500 J/g ⁇ K or less of a polycarbonate diol and a heat release capacity At least one of polydimethylsiloxane diol of 500 J/g ⁇ K or less may be included.
  • the polyol having a heat release capacity of 500 J/g ⁇ K or less may be a polyol having a limiting oxygen index value of 21% or more.
  • the third polyol-based compound may be a polymer formed using a third mixture including a polyol having a heat release capacity of 500 J/g ⁇ K or less and a polyfunctional isocyanate-based compound. That is, the polymer may have a heat dissipation capacity of 500 J/g ⁇ K or less.
  • the third polyol-based compound may be a polymer formed using a third mixture including a polyol having a heat release capacity of 500 J/g ⁇ K or less and a limiting oxygen index of 21% or more, and a polyfunctional isocyanate-based compound. . That is, the polymer formed using the third mixture may have a heat dissipation capacity of 500 J/g ⁇ K or less, and a limiting oxygen index of 21% or more.
  • the third polyol-based compound has a heat release capacity of 500 J/g ⁇ K or less, or a heat release capacity of 500 J/g ⁇ K or less, and a limiting oxygen index value of 21%
  • the third polyol-based compound itself may have flame-retardant properties, thereby improving the flame-retardant performance of the polyurethane foam.
  • the polyfunctional isocyanate-based compound in the third mixture may serve to improve compatibility with other compositions of the third polyol-based compound.
  • the polyfunctional isocyanate-based compound in the third mixture may be the same material as the polyfunctional isocyanate-based compound in the second mixture.
  • the molar ratio of the polyol having the heat release capacity of 500 J/g ⁇ K or less to the polyfunctional isocyanate-based compound may be 1:0.05 or more and 1:0.25 or less.
  • the molar ratio of the polyol having the heat dissipation capacity of 500 J/g ⁇ K or less to the polyfunctional isocyanate-based compound is 1:0.05 or more and 1:0.15 or less, or 1:0.07 or more and 0.12 or less, more specifically 1:0.1 can be
  • the content of the third polyol-based compound may be 15 parts by weight or more and 50 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • the content of the third polyol-based compound may be 25 parts by weight or more and 40 parts by weight or less, or 25 parts by weight or more and 35 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • the content of the third polyol-based compound By adjusting the content of the third polyol-based compound to the above-mentioned range, compatibility with other materials in the polyurethane foam composition can be secured.
  • the content of the third polyol-based compound is within the above range, the UL-94 vertical flame retardant test result of the polyurethane foam makes it possible to implement V-0 grade flame retardant properties, and minimizes the hardening of the polyurethane foam There are advantages to doing.
  • the viscosity of the third polyol-based compound may be 1,000 mPa ⁇ s or more and 7,000 mPa ⁇ s or less, or 1,500 mPa ⁇ s or more and 5,000 mPa ⁇ s or less.
  • the viscosity of the third polyol-based compound is within the above range, there is an advantage in that compatibility with other components in the polyurethane foam composition can be secured.
  • the total content of the second polyol-based compound and the third polyol-based compound may be 30 parts by weight or more and 60 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • the total content of the second polyol-based compound and the third polyol-based compound is 30 parts by weight or more and 50 parts by weight or less, or 30 parts by weight or more and 45 parts by weight or less, or 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyol mixture. It may be not less than 40 parts by weight and not more than 40 parts by weight.
  • Polyurethane foam composition according to an embodiment of the present invention includes a filler.
  • the filler may be included in the polyurethane foam composition, thereby improving the hardness and adsorption pressure of the polyurethane foam, and maintaining the CFD at an appropriate level.
  • the filler may include at least one of silicon dioxide, silica, ATH and calcium carbonate, and in particular, it may preferably include calcium carbonate, but is not limited thereto.
  • the filler may be included in an amount of 10 parts by weight or more and 20 parts by weight or less, specifically 12 parts by weight or more and 18 parts by weight or less, based on 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • the vacuum adsorption pressure is high, so the automated process workability is excellent, the permanent compression set is reduced, and the surface is smooth to achieve an excellent appearance and an appropriate level of CFD can do.
  • CFD compression Force Deformation
  • the polyurethane foam composition according to an embodiment of the present invention may include a foam stabilizer.
  • the foam stabilizer can be applied as long as it is generally used in the production of urethane foam.
  • the foam stabilizer may include at least one of a silicone-based foam stabilizer, an organosilicon-based foam stabilizer, a fluorine-based foam stabilizer, an ionic surfactant, and a non-ionic surfactant.
  • the foam stabilizer may include polyalkyloxide-substituted polydimethylsiloxane.
  • the foam stabilizer is not limited thereto, and a foam stabilizer generally used in the art may be used.
  • the foaming gas forms a suitable foam structure for the polyurethane foam and maintains stable dispersibility of the gas upon curing into the polyurethane foam to form pores of uniform size and distribution.
  • the content of the foam stabilizer is 0.5 parts by weight or more and 10 parts by weight or less, 1 part by weight or more and 5 parts by weight or less, or 2 parts by weight or more and 4 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyol mixture. may be below.
  • Polyurethane foam composition according to an embodiment of the present invention may include a gas source for foaming.
  • the gas source for foaming may interact with the foam stabilizer to form pores of the polyurethane foam by foaming.
  • the foaming gas is a gas that does not adversely affect the reaction between the polyol-based compound and the isocyanate, and may use an inert gas such as dry air and/or nitrogen gas, but is not limited thereto, and the foaming gas composition is a liquid gas.
  • an inert gas such as dry air and/or nitrogen gas, but is not limited thereto
  • the foaming gas composition is a liquid gas.
  • the gas source for foaming may be included by varying the content depending on the density of the desired polyurethane foam.
  • the isocyanate-based curing agent may form a polyurethane network by forming a urethane bond with the first polyol-based compound to the third polyol-based compound.
  • the isocyanate-based curing agent is a compound including two or three or more isocyanate groups, and may include at least one of an aromatic isocyanate compound, an alicyclic isocyanate compound, and an aliphatic isocyanate compound.
  • the aromatic isocyanate compound, the alicyclic isocyanate compound and the aliphatic isocyanate compound as the isocyanate-based curing agent may be the same materials as the aromatic isocyanate compound, the alicyclic isocyanate compound and the aliphatic isocyanate compound in the second mixture, respectively.
  • the content of the isocyanate-based curing agent may be 20 parts by weight or more and 35 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • the content of the isocyanate-based curing agent may be 25 parts by weight or more and 32.5 parts by weight or less, 27.5 parts by weight or more and 30 parts by weight or less, or 28 parts by weight or more and 32 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • the polyurethane foam composition may further include an additive including at least one of a flame retardant, a catalyst, a crosslinking agent, and a dye.
  • the flame retardant may include a non-halogen type flame retardant.
  • the flame retardant may include a solid or liquid non-halogen-type phosphorus-based flame retardant.
  • the flame retardant is phosphate (phosphate); phosphonates; phosphinate; phosphine oxide; And it may include one or more selected from the group consisting of phosphazene.
  • the flame retardant may be aluminum phosphate.
  • the present invention is not limited thereto, and phosphorus-based flame retardants commonly used in the art may be used.
  • the non-halogen phosphorus-based flame retardant reacts with a combustible material to form a carbonized film on the polymer surface, which blocks oxygen required for combustion to increase the flame retardancy of the polyurethane foam.
  • the non-halogen phosphorus flame retardant reacts with the oxygen element in the polymer to dehydrate and carbonize, and the radicals generated by the decomposition of phosphoric acid play a role in stabilizing -OH and -H, which are active radicals generated by combustion. can do.
  • the flame retardant may include a mixture of the phosphorus-based flame retardant and flame-retardant melamine powder.
  • the flame-retardant melamine powder may be MCA (melamine cyanurate).
  • the content of the flame retardant may be 20 parts by weight or more and 50 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • the content of the flame retardant may be 20 parts by weight or more and 40 parts by weight or less, 21 parts by weight or more and 30 parts by weight or less, or 25 parts by weight or more and 30 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • the content of the flame retardant is within the above range, it is possible to obtain the effect of lowering the heat release capacity of the polyol-based compound in the polyurethane foam composition and increasing the limiting oxygen index.
  • the content of the flame retardant is within the above range, it can help to form the polymer of the polyurethane foam into char during combustion, and can effectively remove radicals generated during combustion.
  • the content of the flame retardant is within the above range, it is possible to minimize the deterioration of the compression recovery performance of the polyurethane foam and ensure the flame retardancy.
  • expanded graphite may be included to further improve the flame retardancy of the polyurethane foam.
  • the size of the expanded graphite may be 150 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less. Specifically, the size of the expanded graphite may be 165 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less, 180 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less, or 200 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the expanded graphite has a layered crystal structure, and when heated, it expands to 20 times or more and 400 times or less than its original size to induce the formation of porous carbides during combustion. By controlling the size of the expanded graphite in the above-described range, it is possible to effectively improve the flame retardant properties of the polyurethane foam.
  • the polyurethane foam may have flame retardant properties of V-0 grade as a result of UL-94 vertical flame retardancy test. More specifically, the polyurethane foam satisfies the flame retardant properties of the V-0 grade as a result of the UL-94 vertical flame retardant test, and at the same time as the UL-94 vertical flame retardant test, the total after-flame time after the first contact with 5 specimens The sum may be less than 2 seconds. That is, the polyurethane foam has the advantage of having excellent flame retardant properties among the V-0 grades as a result of the UL-94 vertical flame retardancy test.
  • the size of the expanded graphite may mean the longest length from one end to the other end of the expanded graphite.
  • the expanded graphite may include a plurality of expanded graphite particles, and the size of the expanded graphite may be an average value of the sizes of the plurality of expanded graphite particles.
  • the size of the expanded graphite can be measured by adopting a method for measuring the size of particles in the art without limitation.
  • the expanded graphite may be photographed using a scanning electron microscope (SEM), and the size of the expanded graphite may be measured using the photographed image.
  • SEM scanning electron microscope
  • the content of the expanded graphite may be more than 0 parts by weight and 50 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • the content of the expanded graphite may be 21 parts by weight or more and 40 parts by weight or less, or 21 parts by weight or more and 30 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • the weight ratio of the flame retardant and the expanded graphite may be 1: 0.8 or more and 1:1.2 or less.
  • the weight ratio of the flame retardant to the expanded graphite may be 1:0.9 or more and 1:1.1 or less, and more specifically 1:1.
  • the flame retardant properties of the polyurethane foam formed using the polyurethane foam composition may be implemented as a V-0 grade.
  • the polyurethane foam may have excellent flame retardant properties among V-0 grade flame retardant properties.
  • the catalyst may be an amine-based catalyst and/or a metal catalyst.
  • the amine-based catalyst may include at least one of a monoamine compound, a diamine compound, a triamine compound, a polyamine compound, a cyclic amine compound, an alcohol amine compound, and an ether amine compound.
  • the metal catalyst may include at least one of a nickel-based compound, an organic tin compound, an organic bismuth compound, an organic lead compound, an organic nickel compound, and an organic zinc compound.
  • the catalyst may be dibutyltin dilaurate.
  • the content of the catalyst is 0.5 parts by weight or more and 10 parts by weight or less, 1 part by weight or more and 10 parts by weight or less, or 1 part by weight or more and 5 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • the crosslinking agent may be a low molecular weight compound having 2 or more and 4 or less active hydrogen-containing groups capable of reacting with an isocyanate group and having a number average molecular weight of 50 g/mol or more and 800 g/mol or less.
  • the crosslinking agent is ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, glycerin, trimethylolpropane, triethanolamine, and pentaerythritol. may include at least one of
  • the content of the crosslinking agent may be 1 part by weight or more and 20 parts by weight or less, or 5 parts by weight or more and 15 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • the dye may express the color of the polyurethane foam including the cured product of the polyurethane foam composition.
  • the dye those used as dyes in the art may be used without limitation, for example, carbon black may be used.
  • the content of the dye may be 1 part by weight or more and 3 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the polyol mixture.
  • One embodiment of the present invention provides a polyurethane foam comprising a cured product of the polyurethane foam composition.
  • An exemplary embodiment of the present invention provides a polyurethane foam formed using the polyurethane foam composition.
  • a method for producing a polyurethane foam using the polyurethane foam composition may use a generally known method for producing a polyurethane foam.
  • a polyurethane foam having an adsorption pressure of 50 kPa or more, 50 kPa or more and 95 kPa or less, or 60 kPa or more and 95 kPa or less.
  • the adsorption pressure is within the above range, the automated process workability may be excellent, and may correspond to an appropriate pressure in the process of assembling the battery pack.
  • the polyurethane foam may have flame retardant properties of V-0 grade as a result of UL-94 vertical flame retardancy test. Therefore, the flame-retardant polyurethane foam according to an exemplary embodiment of the present invention has the advantage of excellent flame-retardant properties.
  • the UL-94 vertical flame retardant test prepares a sample having a width of 125 ⁇ 25 mm, a length of 13.0 ⁇ 0.5 mm, and a thickness of 2.0 mm. Prepare 5 specimens of which two samples prepared in this way are one set, store at 23 ⁇ 2 °C and 50 ⁇ 5 % humidity, and then use a blue flame of methane gas with a calorific value of 37 MJ/m3 (flame height 20 mm, specimen Each specimen is burned twice for 10 seconds using the distance between the lower part of , and grades are given according to the criteria shown in Table 1 below.
  • the polyurethane foam, in the UL-94 vertical flame-retardant test the total sum of the after-flame time after the primary contact with five specimens may be less than 2 seconds. Specifically, when performing the UL-94 vertical flame retardant test, after burning for 10 seconds with respect to five specimens, the total sum of afterflame time remaining in the five specimens may be less than 2 seconds. According to an exemplary embodiment of the present invention, in the polyurethane foam, the total sum of after-flame time after secondary contacting for five specimens may be less than 5 seconds during the UL-94 vertical flame-retardant test. Specifically, when performing the UL-94 vertical flame retardant test, after burning twice for 10 seconds with respect to five specimens, the total sum of afterflame time remaining in the five specimens after the second combustion may be less than 5 seconds.
  • the polyurethane foam according to an exemplary embodiment of the present invention has the advantage of having excellent flame retardant properties among the UL-94 vertical flame retardant test results of V-0 grade.
  • the density of the polyurethane foam may be 0.1 g/cm 3 or more and 0.5 g/cm 3 or less, 0.1 g/cm 3 or more and 0.3 g/cm 3 or less or 0.1 g/cm 3 or more and 0.2 g/cm 3 or less.
  • the density of the polyurethane foam is adjusted within the above range, effective adsorption properties can be realized due to adhesion and excellent repulsion properties when applied to a device, while cost can be reduced, so that it is economical and the battery can be lightened.
  • the CFD of the polyurethane foam may be 0.05 to 0.18 kg/cm 2 .
  • product stability can be improved by buffering the volume change due to battery expansion when applied to the battery cell and maintaining the volume constant.
  • the thickness of the polyurethane foam may be 0.1 mm or more and 10 mm or less. Specifically, the thickness of the polyurethane foam may be 0.1 mm or more and 5 mm or less. When the thickness of the polyurethane foam is adjusted in the above range, it is possible to facilitate adhesion and shock absorption when applied to a device.
  • the polyurethane foam may be a packing material.
  • the polyurethane foam may be a sealing material between the cells of the vehicle battery.
  • polypropylene glycol having a number average molecular weight of 4,000 g/mol, a viscosity of 1,300 mPa ⁇ s, and a heat release capacity of 553 J/g ⁇ K 50 parts by weight of polypropylene glycol having a number average molecular weight of 4,000 g/mol, a viscosity of 1,300 mPa ⁇ s, and a heat release capacity of 553 J/g ⁇ K; and 50 parts by weight of polypropylene glycol having a number average molecular weight of 2,000 g/mol, a viscosity of 300 mPa ⁇ s, and a heat release capacity of 553 J/g ⁇ K, and then polymerized to obtain a viscosity of 730 mPa ⁇ s, and a glass transition temperature of -71 °C to prepare a first polyol-based compound.
  • each of H12-MDI (Evonik) and glycerol in 10 kg of a PEG-PPG copolymer (SC2204; KPX chemical) having a number average molecular weight of 2,000 g/mol was added in a molar ratio to SC2204 according to Table 2 below. was put into the reactor. Then, the temperature was raised to 60° C., 40 ppm of a catalyst (Dibutyltin dilaurate) was added, and after stirring for 4 hours, the isocyanate peak disappeared through FT-IR, and the reaction was terminated. As shown in Table 2 below, the second polyol-based compound was prepared.
  • SC2204 H12-MDI (molar ratio to SC2204) glycerol (molar ratio to SC2204) Viscosity (mPa s) Mn (g/mol) Mw (g/mol) PDI
  • Preparation 2 One 0.9 0.3 65,000 5,770 15,000 2.6
  • Preparation 2-1 One 0.75 0.3 38,000 4,000 10,000 2.5
  • Preparation 2-2 One 0.65 0.3 38,000 3,480 8,000 2.3
  • Preparation 2-3 One 0.9 0 68,000 7,500 15,000 2.0
  • Preparation 2-4 One 1.1 0.5 - - - - Preparation 2-5 One 1.1 0.3 274,000 8,000 21,000 2.6
  • the molar ratio of H12-MDI to glycerol is for 1 mole of SC2204.
  • Table 2 in the case of Preparation Example 2-3, it can be seen that a polyol having a linear structure is formed because a chain extender (glycerol) having 3 or more functional groups is not used.
  • the content of the polyfunctional isocyanate-based compound (H12-MDI) and the content of the chain extender (glycerol) having 3 or more functional groups were too high, so that gelation occurred and the polyol-based compound was not formed.
  • T5650E XDI (molar ratio to T5650E) Viscosity (mPa s) Mn (g/mol) Mw (g/mol) PDI note Preparation 3 One 0.1 3,500 1,000 2,000 2.0 Preparation Example 3-1 One 0.3 12,000 4,000 9,000 2.1 Poor compatibility with other ingredients
  • the molar ratio of XDI is for 1 mole of T5650E.
  • the content of the polyfunctional isocyanate-based compound (XDI) was too high, and the polyol was prepared with an excessively high viscosity, which had poor compatibility with other components, resulting in phase separation. It was difficult to produce a flame-retardant polyurethane foam.
  • the internal hydrogen bonding was too strong, and the self-cohesive force was high, so that the mixing of the first polyol-based compound and the second polyol-based compound was not performed well.
  • the first polyol-based compound prepared in Preparation Example 1 was prepared, the second polyol-based compound prepared in Preparation Example 2 was prepared, and the third polyol-based compound prepared in Preparation Example 3 was prepared. .
  • a flame retardant a mixture of aluminum phosphate and flame-retardant melamine powder (melamine cyanurate; MCA) is prepared, carbon black is prepared as a dye, and a polyalkyloxide-substituted polydimethylsiloxane L- 626 (Momentive) was prepared, a nickel-based catalyst LC5615 (Momentive) was prepared as a catalyst, and H12-MDI (Kumho Mitsui Chemicals) was prepared as an isocyanate-based curing agent.
  • MCA flame-retardant melamine powder
  • carbon black is prepared as a dye
  • a polyalkyloxide-substituted polydimethylsiloxane L- 626 Momentive
  • a nickel-based catalyst LC5615 (Momentive) was prepared as a catalyst
  • H12-MDI Karlho Mitsui Chemicals
  • the prepared composition, the isocyanate-based curing agent and liquid nitrogen were simultaneously supplied to the high-speed mixing head by using a metering pump in a volume ratio of the total weight of the prepared composition and the isocyanate-based curing agent to the liquid nitrogen of 4:1.
  • 28 parts by weight of the isocyanate-based curing agent was added based on 100 parts by weight of the polyol mixture, and nitrogen gas was supplied while matching density and hardness.
  • a polyurethane foam composition was prepared by uniformly mixing the three components.
  • the prepared polyurethane foam composition is coated on a polyester film, and then cured at a high temperature in the range of about 120 to 150° C. in a reaction curing machine to have a density of 0.2 g/cm 3 and a polyurethane foam sheet having a thickness of 3.0 mm prepared.
  • a polyurethane foam sheet was prepared in the same manner as in Example 1, except that the polyurethane foam composition was prepared by adjusting the contents of carbon black, calcium carbonate, foam stabilizer and catalyst as shown in Table 4 below.
  • the polyurethane foam sheet prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 was cut and mounted on a cartridge of an automation facility (LG Chem), and a vacuum was applied to the vacuum suction pad so that the polyurethane foam and the vacuum pad were adsorbed.
  • the adsorption force was measured and shown in Table 4 below.
  • Example 1 Comparative Example 1
  • Example 2 Example 3
  • Example 4 polyol mixture First polyol-based compound (parts by weight) Preparation Example 1 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 Second polyol-based compound (parts by weight) Preparation 2 10 10 10 10 10 Third polyol-based compound (parts by weight) Preparation 3 20 20 20 20 20 polyol mixture Based on 100 parts by weight flame retardant 25 25 25 25 25 25 25 25 carbon black 2 2 2 2 2 calcium carbonate 15 30 20 20 20 antifoaming agent 2 2 2 3 3 catalyst 2 2 2 3 3 Isocyanate-based curing agent 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 28 Polyurethane foam Density (g/cm3) 0.2 0.2 0.2 0.2
  • the content of the flame retardant, carbon black, calcium carbonate, foam stabilizer, catalyst, and isocyanate-based curing agent is based on 100 parts by weight of the polyol mixture (parts by weight).
  • the polyurethane foam sheets prepared in Examples 1 to 4 prepared with a polyurethane foam composition containing 15 parts by weight or 20 parts by weight of calcium carbonate had high adsorption pressure and excellent vacuum adsorption properties. You can check that it works.
  • the polyurethane foam sheet prepared in Comparative Example 1 prepared with the polyurethane foam composition containing an excess of 30 parts by weight of calcium carbonate had an adsorption pressure of only 45 kPa, so it was not properly adsorbed in the battery pack assembly process, resulting in product defect may occur.
  • the polyurethane foam composition according to an exemplary embodiment of the present invention can provide a polyurethane foam having excellent adsorption properties.
  • the polyurethane foam has a high adsorption pressure of about 53 kPa or more and has excellent adsorption properties.

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Abstract

본 발명은 폴리우레탄 폼 조성물 및 이의 경화물을 포함하는 폴리우레탄 폼에 관한 것이다.

Description

폴리우레탄 폼 조성물 및 이의 경화물을 포함하는 폴리우레탄 폼
본 발명은 2020년 9월 9일에 한국특허청에 제출된 한국 특허출원 제10-2020-0115233호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 발명에 포함된다.
본 발명은 폴리우레탄 폼 조성물 및 이의 경화물을 포함하는 폴리우레탄 폼에 관한 것이다.
폴리우레탄 폼은 비교적 저렴하고 성형이 용이하고 높은 탄성을 가지고 있으므로, 자동차 부품을 비롯한 생활 용품 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다. 그러나, 전자제품 등에 폴리우레탄 폼이 사용되는 경우, 합선 등으로 인해 가연성인 폴리우레탄 폼이 일단 발화하면 제어 불능의 연소를 하여, 작게는 제품 손상, 크게는 화재나 폭발 등이 발생하는 문제가 있었다.
이와 같은 문제점을 해소하기 위해, 폴리우레탄 폼의 일면에 난연성을 갖는 시트 또는 패널을 적층하여 난연성을 부여하는 방법이 주로 사용되었는데, 이는 근본적으로 폴리우레탄 폼에 난연성을 부여하는 것이 아니기 때문에, 난연 효과가 제한적이며, 제조공정이 복잡하고 제조비용을 증가시키는 문제점이 있었다. 또한, 폴리우레탄 폼 자체에 난연성을 부여하기 위하여, 브롬 화합물이나 염소 화합물등의 할로겐 화합물로 구성되는 난연제의 첨가가 이루어지고 있는데, 이는 연소시 유독가스로 인하여 인체 및 환경문제를 야기할 수 있다.
한편, 배터리 셀의 충방전에 따른 부피 변화를 완충하기 위한 완충재로서 폴리우레탄 폼이 사용되고 있다. 일반적으로 배터리 셀은 충전 시 부피가 증가하는 양태로 사용되고 있다. 이러한 경우, 배터리의 부피 팽창을 완화하여 폭발 등의 문제를 방지하기 위해 배터리 셀을 제조하는 경우 폴리우레탄 폼을 배터리 셀 간의 실링제로 사용하고 있다.
배터리 팩을 조립하는 자동화 공정에 있어, 우레탄 폼은 자동화 공정에서의 진공흡착판과의 흡착이 이루어져야 한다. 그러나 흡착 압력이 너무 낮은 경우, 폴리우레탄 폼이 진공흡착판과 필요한 수준까지 흡착되지 않아 제품을 옮길 수 없는 문제가 발생해 자동화 공정에 적용이 되지 않는다. 그리고 너무 낮을 경우 테이프를 라미네이트하는 과정에서 흡착판과 폴리우레탄 폼이 분리되는 현상이 발생할 수도 있다.
이러한 흡착 압력을 상승시키기 위해, 폴리우레탄 폼의 밀도를 높여 흡착력을 높이려는 시도가 있었으나, 비용 및 흡착 후 공정상의 문제도 함께 야기되었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 난연성이 우수하고 밀도가 낮으면서도 흡착력이 우수한 폼의 개발이 필요한 실정이다.
본 명세서는 폴리우레탄 폼 조성물 및 이의 경화물을 포함하는 폴리우레탄 폼을 제공하고자 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시상태는, 유리전이온도가 -50 ℃ 이하인 제1 폴리올계 화합물; 이소시아네이트기와 반응하는 작용기를 적어도 3개 포함하고, 중량평균분자량이 5,000 g/mol 이상 30,000 g/mol 이하인 제2 폴리올계 화합물; 및 열 방출 용량이 500 J/g·K 이하인 제3 폴리올계 화합물;을 포함하는 폴리올 혼합물; 이소시아네이트계 경화제; 및 필러를 포함하고, 상기 필러는 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 10 중량부 이상 20 중량부 이하로 포함되는 폴리우레탄 폼 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시상태는, 상기 폴리우레탄 폼 조성물의 경화물을 포함하는 폴리우레탄 폼을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 폴리우레탄 폼 조성물은, 저밀도이면서 동시에 흡착력이 우수한 폴리우레탄 폼을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 폴리우레탄 폼은, 흡착력이 우수하므로 자동화 공정 중 진공흡착판을 이용하여 테이프 라미네이트 작업성이 우수할 수 있고, 폴리우레탄 폼의 이동 작업성이 편리할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 폴리우레탄 폼은, 배터리 셀 간에 적용하는 경우, 셀의 부피변화에 대한 치수 안정성(dimensional stability), 진동 및 충격에 대한 우수한 응력 흡수성, 우수한 복원력 및 높은 내화성을 구현할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 단위 "중량부"는 각 성분간의 중량의 비율을 의미할 수 있다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"는 "A 및 B, 또는 A 또는 B"를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 화합물의 “중량평균분자량” 및 “수평균분자량”은 그 화합물의 분자량과 분자량 분포를 이용하여 계산될 수 있다. 구체적으로, 1 ml의 유리병에 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF)와 화합물을 넣어 화합물의 농도가 1 wt%인 샘플 시료를 준비하고, 표준 시료(폴리스티렌, polystryere)와 샘플 시료를 필터(포어 크기가 0.45 mm)를 통해 여과시킨 후, GPC 인젝터(injector)에 주입하여, 샘플 시료의 용리(elution) 시간을 표준 시료의 캘리브레이션(calibration) 곡선과 비교하여 화합물의 분자량 및 분자량 분포를 얻을 수 있다. 이 때, 측정 기기로 Infinity II 1260(Agilient 社)를 이용할 수 있고, 유속은 1.00 mL/min, 컬럼 온도는 40.0 ℃로 설정할 수 있다.
본원 명세서 전체에서, “유리전이온도(Glass Temperature, Tg)”는 시차주사열계량법(Differnetial Scanning Analysis)을 이용하여 측정할 수 있으며, 구체적으로 DSC(Differential Scanning Calorimeter, DSC-STAR3, METTLER TOLEDO社)를 이용하여, 시료를 -60 ℃ 내지 150 ℃ 의 온도 범위에서 가열속도 5 ℃/min으로 승온하며, 상기 구간에서 2 회(cycle)의 실험을 진행하여 열변화량이 있는 지점으로 작성된 DSC 곡선의 중간점을 측정하여 유리전이온도를 구할 수 있다.
본원 명세서 전체에서, 화합물의 점도는 25 ℃의 온도에서 브룩필드 점도계로 측정한 값일 수 있다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는, 유리전이온도가 -50 ℃ 이하인 제1 폴리올계 화합물; 이소시아네이트기와 반응하는 작용기를 적어도 3개 포함하고, 중량평균분자량이 5,000 g/mol 이상 30,000 g/mol 이하인 제2 폴리올계 화합물; 및 열 방출 용량이 500 J/g·K 이하인 제3 폴리올계 화합물;을 포함하는 폴리올 혼합물; 이소시아네이트계 경화제; 및 필러를 포함하고, 상기 필러는 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 10 중량부 이상 20 중량부 이하로 포함되는 폴리우레탄 폼 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 폴리우레탄 폼 조성물은, 흡착 특성이 우수한 폴리우레탄 폼을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시상태에 따른 폴리우레탄 폼 조성물의 성분에 대하여 각각 상세하게 설명한다.
(1) 제1 폴리올계 화합물
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 폴리올계 화합물은 -50 ℃ 이하의 유리전이온도를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 폴리올계 화합물의 유리전이온도는 -80 ℃ 이상 -50 ℃ 이하, 또는 -75 ℃ 이상 -60 ℃ 이하일 수 있다. 상기 제1 폴리올계 화합물의 유리전이온도가 전술한 범위 내인 경우, 상기 폴리우레탄 폼 조성물의 경화물을 포함하는 상기 폴리우레탄 폼은 높은 반발 특성 및 압축복원 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 폴리올계 화합물은 25 ℃에서의 점도가 2,000 mPa·s 이하일 수 있다. 구체적으로, 25 ℃에서의 상기 제1 폴리올계 화합물의 점도는 200 mPa·s 이상 2,000 mPa·s 이하일 수 있다. 상기 제1 폴리올계 화합물의 점도를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 폴리우레탄 폼의 제조시 원료의 분산성 및 작업성을 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 폴리올계 화합물은 유리전이온도가 -50 ℃ 이하고, 폴리알킬렌옥사이드 단위를 가지는 폴리에테르계 폴리올로서, 25 ℃에서의 점도가 2,000 mPa·s 이하인 것일 수 있다.
또한, 상기 제1 폴리올계 화합물은 이소시아네이트기와 반응하는 작용기를 적어도 2개 포함할 수 있다. 상기 이소시아네이트기와 반응하는 작용기는 이소시아네이트기와 우레탄 결합을 하는 작용기를 의미할 수 있다. 구체적으로, 상기 이소시아네이트기와 반응하는 작용기는 히드록시기, 아민기, 티올기 또는 카복시기일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 폴리올계 화합물은 주쇄의 양 말단에 히드록시기가 결합되어 있으며, 히드록시기, 아민기, 티올기 및 카복시기 중 적어도 하나 이상이 상기 제1 폴리올계 화합물의 측쇄에 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 폴리올계 화합물은 에테르계 폴리올, 에스터계 폴리올 및 사슬 연장제 중 1종 이상을 포함하는 제1 혼합물의 중합체일 수 있다.
에테르계 폴리올, 에스터계 폴리올 및 사슬 연장제는 해당 기술분야에서 사용되는 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어 에테르계 폴리올로는 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜 등을 사용할 수 있고, 에스터계 폴리올로는 폴리카프로락톤 폴리올 등을 사용할 수 있으며, 사슬 연장제로는 부탄 디올 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 폴리올계 화합물의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 60 중량부 이상 75 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 폴리올계 화합물의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 62.5 중량부 이상 72.5 중량부 이하, 65 중량부 이상 70 중량부 이하, 또는 67 중량부 이상 73 중량부 이하일 수 있다. 상기 제1 폴리올계 화합물의 함량을 전술한 범위로 조절함으로써, 폴리우레탄 폼 조성물의 경화물을 포함하는 폴리우레탄 폼의 압축복원 특성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서, 폴리올 혼합물은 상기 제1 폴리올계 화합물, 상기 제2 폴리올계 화합물 및 상기 제3 폴리올계 화합물을 포함하는 폴리올계 물질 전체를 의미할 수 있다. 또한, 폴리올 혼합물은 상기 제1 폴리올계 화합물, 상기 제2 폴리올계 화합물 및 상기 제3 폴리올계 화합물로 이루어진 것을 의미할 수 있다.
(2) 제2 폴리올계 화합물
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 폴리올계 화합물은 이소시아네이트기와 반응하는 작용기를 적어도 3개 포함할 수 있다. 상기 이소시아네이트기와 반응하는 작용기는 이소시아네이트기와 우레탄 결합을 하는 작용기를 의미할 수 있다. 구체적으로, 상기 이소시아네이트기와 반응하는 작용기는 히드록시기, 아민기, 티올기 또는 카복시기일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 폴리올계 화합물은 분지쇄 구조일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 폴리올계 화합물은 양말단에 히드록시기가 결합되고, 이소시아네이트기와 반응하는 1 이상의 작용기가 주쇄에 결합되어 측쇄를 형성한 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 폴리올계 화합물은 이소시아네이트기와 반응하는 작용기를 3개 이상 포함함으로써, 양말단에만 히드록시기가 결합된 선형 구조의 폴리올에 비하여, 우레탄 중합시 보다 치밀한 구조의 네트워크 구조를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 폴리올계 화합물의 중량평균분자량은 5,000 g/mol 이상 30,000 g/mol 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 폴리올계 화합물의 중량평균분자량은 7,000 g/mol 이상 28,000 g/mol 이하, 10,000 g/mol 이상 25,000 g/mol 이하, 12,000 g/mol 이상 20,000 g/mol 이하, 또는 15,000 g/mol 이상 18,000 g/mol 이하일 수 있다. 상기 제2 폴리올계 화합물은 상기 폴리우레탄 폼의 뼈대 역할을 하며, 상기 제2 폴리올계 화합물의 중량평균분자량이 전술한 범위 내인 경우, 상기 폴리우레탄 폼의 압축 복원 능력이 효과적으로 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 폴리올계 화합물은 25 ℃에서의 점도가 20,000 mPa·s 이상 200,000 mPa·s 이하일 수 있다. 구체적으로, 25 ℃에서의 상기 제2 폴리올계 화합물의 점도는 30,000 mPa·s 이상 180,000 mPa·s 이하, 35,000 mPa·s 이상 150,000 mPa·s 이하, 50,000 mPa·s 이상 120,000 mPa·s 이하, 60,000 mPa·s 이상 100,000 mPa·s 이하, 또는 35,000 mPa·s 이상 70,000 mPa·s 이하일 수 있다. 상기 제2 폴리올계 화합물의 점도가 전술한 범위 내인 경우, 상기 폴리우레탄 조성물 내에서의 다른 물질과의 균일한 분산이 가능하여 균일한 품질의 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 폴리올계 화합물은 이소시아네이트기와 반응하는 작용기를 적어도 3개 포함하고, 중량평균분자량이 5,000 g/mol 이상 30,000 g/mol 이하이며, 25 ℃에서의 점도가 20,000 mPa·s 이상 200,000 mPa·s 이하인 폴리에테르계 폴리올일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 폴리올계 화합물은, 폴리에테르계 폴리올; 다관능 이소시아네이트계 화합물; 및 이소시아네이트기와 반응하는 작용기를 3 이상 포함하는 사슬 연장제;를 포함하는 제2 혼합물의 중합체일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 혼합물에서의 상기 폴리에테르계 폴리올은 폴리알킬렌 옥사이드로부터 유래된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 혼합물에서의 상기 폴리에테르계 폴리올은 폴리에틸렌 글리콜(PEG: polyethylene glycol); 폴리프로필렌 글리콜(PPG: polypropylene glycol); PEG-PPG 공중합체 (polyethylene glycol-polypropylene glycol copolymer); 및 폴리(테트라메틸렌 에테르)글리콜(PTMG: Poly(tetramethylene ether)glycol) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 혼합물은 상기 폴리에테르계 폴리올과 상기 다관능 이소시아네이트계 화합물의 몰비가 1:0.5 이상 1:1 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 혼합물에서의 상기 폴리에테르계 폴리올과 상기 다관능 이소시아네이트계 화합물의 몰비는, 1:0.6 이상 1:0.95 이하, 또는 1:0.65 이상 1:0.9 이하일 수 있다.
상기 제2 혼합물에서의 상기 다관능 이소시아네이트계 화합물의 함량이 상기 범위 내인 경우, 제2 폴리올계 화합물의 제조시 점도를 지나치게 높지 않게 하여 다른 조성과의 배합성을 좋게 할 수 있으며, 겔화를 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 혼합물에서의 상기 다관능 이소시아네이트계 화합물은 이소시아네이트기를 2개 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 혼합물에서의 상기 다관능 이소시아네이트계 화합물은 방향족계 다관능 이소시아네이트 화합물, 지환족계 다관능 이소시아네이트 화합물 및 지방족계 다관능 이소시아네이트 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 방향족계 다관능 이소시아네이트 화합물은 2,4-톨릴렌디이소시아네이트(TDI: tolylene diisocyanate), 2,6-톨릴렌디이소시아네이트(TDI: tolylene diisocyanate), m-페닐렌디이소시아네이트, p-페닐렌디이소시아네이트, 4,4＇-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI: Methylene diphenyl diisocyanate), 2,4＇-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI: Methylene diphenyl diisocyanate), 2,2＇-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI: Methylene diphenyl diisocyanate), 자일릴렌 디이소시아네이트(XDI: xylylene diisocyanate), 3,3＇-디메틸-4,4＇-비페닐렌디이소시아네이트, 및 3,3＇-디메톡시-4,4＇-비페닐렌디이소시아네이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 지환족계 다관능 이소이사네이트 화합물은 4,4'-메틸렌 디사이클로헥실 디이소시아네이트(H12-MDI: 4,4'-Methylene dicyclohexyl diisocyanate), 시클로헥산-1,4-디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트(IPDI: isophorone diisocyanate), 디시클로헥실메탄-4,4＇-디이소시아네이트, 및 수화 자일릴렌 디이소시아네이트(H6-XDI: Hydrogenated xylylene diisocyanate), 및 메틸시클로헥산디이소시아네이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 지방족계 다관능 이소시아네이트 화합물은 부탄-1,4-디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트(HDI: hexamethylene diisocyanate), 이소프로필렌디이소시아네이트, 메틸렌디이소시아네이트, 및 리진이소시아네이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 혼합물은 상기 폴리에테르계 폴리올과 상기 사슬 연장제의 몰비가 1:0.1 이상 1:0.45 이하일 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리에테르계 폴리올과 상기 사슬 연장제의 몰비는, 1:0.2 이상 1:0.4 이하, 또는 1:0.25 이상 1:0.35 이하, 보다 구체적으로 1:0.3일 수 있다.
상기 제2 혼합물에서의 상기 사슬 연장제의 함량이 상기 범위 내인 경우, 상기 폴리우레탄 폼 내에서 적절한 가교를 형성하여 우수한 압축 복원 성능을 구현할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 혼합물에서의 상기 사슬 연장제는 이소시아네이트기와 반응하는 작용기를 3개 이상 포함하는 화합물일 수 있다. 또한, 상기 사슬 연장제에 포함되는 상기 작용기 수는 3 개 이상 10 개 이하, 또는 3 개 이상 5 개 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 혼합물에서의 상기 사슬 연장제는 하기 화합물 중 1 이상을 포함할 수 있다.
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본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 폴리올계 화합물의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 5 중량부 이상 20 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 폴리올계 화합물의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 5 중량부 이상 15 중량부 이하일 수 있다.
상기 제2 폴리올계 화합물의 함량이 전술한 범위 내인 경우, 상기 폴리우레탄 폼 조성물을 이용하여 형성되는 폴리우레탄 폼의 연질 특성을 유지하고 우수한 반발 특성을 구현할 수 있다. 또한, 상기 제2 폴리올계 화합물의 함량을 상기 범위로 조절함으로써, 압축 복원력의 손실을 최소화하여 상기 폴리우레탄 폼의 내구성을 확보할 수 있다.
(3) 제3 폴리올계 화합물
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 폴리올계 화합물은, 열 방출 용량이 500 J/g·K 이하인 폴리올; 또는 열 방출 용량이 500 J/g·K 이하인 폴리올 및 다관능 이소시아네이트계 화합물을 포함하는 제3 혼합물의 중합체;일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 제3 폴리올계 화합물 자체로서 난연 특성을 보유할 수 있으며, 이를 통하여 상기 폴리우레탄 폼의 난연 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 폴리올계 화합물은 열 방출 용량(heat release capacity)이 500 J/g·K 이하의 폴리카보네이트 디올(poly carbonate diol) 및 열 방출 용량(heat release capacity)이 500 J/g·K 이하의 폴리디메틸실록산 디올(poly dimethyl siloxane diol) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 열 방출 용량(heat release capacity)이 500 J/g·K 이하인 폴리올은 한계 산소 지수(limiting oxygen index) 값이 21 % 이상인 폴리올일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 폴리올계 화합물은 열 방출 용량이 500 J/g·K 이하인 폴리올 및 다관능 이소시아네이트계 화합물을 포함하는 제3 혼합물을 이용하여 형성된 중합체일 수 있다. 즉, 상기 중합체는 열 방출 용량이 500 J/g·K 이하일 수 있다. 또한, 상기 제3 폴리올계 화합물은 열 방출 용량이 500 J/g·K 이하이고 한계산소지수가 21% 이상인 폴리올, 및 다관능 이소시아네이트계 화합물을 포함하는 제3 혼합물을 이용하여 형성된 중합체일 수 있다. 즉, 상기 제3 혼합물을 이용하여 형성된 중합체는 열 방출 용량이 500 J/g·K 이하이고, 한계산소지수가 21% 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 제3 폴리올계 화합물은 열 방출 용량이 500 J/g·K 이하를 만족하거나, 또는 열 방출 용량이 500 J/g·K 이하이고 한계산소지수값이 21% 이상인 값을 만족하여, 제3 폴리올계 화합물 자체로서 난연 특성을 보유할 수 있으며, 이를 통하여 상기 폴리우레탄 폼의 난연 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 혼합물에서의 상기 다관능 이소시아네이트계 화합물은 상기 제3 폴리올계 화합물의 다른 조성과의 상용성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 제3 혼합물에서의 상기 다관능 이소시아네이트계 화합물은, 상기 제2 혼합물에서의 상기 다관능 이소시아네이트계 화합물과 동일한 물질일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 혼합물은 상기 열 방출 용량이 500 J/g·K 이하인 폴리올과 상기 다관능 이소시아네이트계 화합물의 몰비가 1:0.05 이상 1:0.25 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 열 방출 용량이 500 J/g·K 이하인 폴리올과 상기 다관능 이소시아네이트계 화합물의 몰비는 1:0.05 이상 1:0.15 이하, 또는 1:0.07 이상 0.12 이하, 보다 구체적으로는 1:0.1일 수 있다.
상기 제3 혼합물에서의 상기 다관능 이소시아네이트계 화합물의 함량이 상기 범위 내인 경우, 상기 제3 혼합물을 이용하여 형성된 중합체는 다른 조성과의 상용성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 폴리올계 화합물의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 15 중량부 이상 50 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제3 폴리올계 화합물의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 25 중량부 이상 40 중량부 이하, 또는 25 중량부 이상 35 중량부일 수 있다.
상기 제3 폴리올계 화합물의 함량을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 폴리우레탄 폼 조성물 내에서의 다른 재료와의 상용성을 확보할 수 있다. 또한, 상기 제3 폴리올계 화합물의 함량이 상기 범위 내인 경우, 상기 폴리우레탄 폼의 UL-94 수직 난연 테스트 결과 V-0 등급의 난연 특성을 구현할 수 있도록 하며, 상기 폴리우레탄 폼의 경질화를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제3 폴리올계 화합물의 점도는 1,000 mPa·s 이상 7,000 mPa·s 이하, 또는 1,500 mPa·s 이상 5,000 mPa·s 이하일 수 있다. 상기 제3 폴리올계 화합물의 점도가 상기 범위 내인 경우, 상기 폴리우레탄 폼 조성물 내의 타 성분과의 상용성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 폴리올계 화합물과 상기 제3 폴리올계 화합물의 총 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 30 중량부 이상 60 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 폴리올계 화합물과 상기 제3 폴리올계 화합물의 총 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 30 중량부 이상 50 중량부 이하, 또는 30 중량부 이상 45 중량부 이하, 또는 30 중량부 이상 40 중량부 이하일 수 있다.
상기 제2 폴리올계 화합물과 상기 제3 폴리올계 화합물의 총 함량을 전술한 범위 내로 조절함으로써, 상기 폴리우레탄 폼 조성물의 경화물을 포함하는 폴리우레탄 폼의 난연 특성 및 압축 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
(4) 필러
본 발명의 일 실시상태에 따른 폴리우레탄 폼 조성물은 필러를 포함한다. 필러는 폴리우레탄 폼 조성물에 포함됨으로써, 폴리우레탄 폼의 경도 및 흡착 압력을 향상시킬 수 있고, CFD를 적정 수준으로 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 필러는 이산화규소, 실리카, ATH 및 탄산칼슘 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 특히 탄산칼슘을 포함하는 것이 바람직할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 필러는 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 10 중량부 이상 20 중량부 이하, 구체적으로는 12 중량부 이상 18 중량부 이하로 포함될 수 있다. 필러를 상기 범위 내의 함량으로 포함함으로써, 제품의 적정 경도를 유지하면서도 진공 흡착 압력이 높아 자동화 공정 작업성이 우수하고, 영구 압축 변형율이 감소하며 표면이 매끈하여 외관이 우수하면서도 적정한 수준의 CFD를 달성할 수 있다.
CFD(Compression Force Deformation)란, 측정 대상을 압축시켰을 때의 반발력을 의미하는 파라미터이다. 구체적으로, CFD는 폴리우레탄 폼을 5 cm * 5 cm의 규격으로 재단하여 UTM과 같은 기기를 이용하여 압축시켰을 때의 반발력을 측정하여 이를 CFD로 평가할 수 있으며, 약 0.05 내지 0.18 kg/cm2인 경우 적정한 값일 수 있다. CFD가 적정 수준의 값을 갖는 경우, 폴리우레탄 폼이 배터리 셀에 적용되었을 때 배터리 팽창에 의한 부피 변화를 완충하여 체적을 일정하게 유지함으로써 제품 안정성을 향상시킬 수 있다.
(5) 정포제 및 조포용 기체 공급원
본 발명의 일 실시상태에 따른 폴리우레탄 폼 조성물은 정포제를 포함할 수 있다. 폼 형상을 제조하기 위해 첨가되는 것으로서, 상기 정포제는 일반적으로 우레탄 폼의 제조시 사용되는 것이면 적용할 수 있다. 구체적으로, 상기 정포제는 실리콘계 정포제, 유기 규소계 정포제, 불소계 정포제, 이온계 계면활성제 및 비이온계 계면활성제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 정포제는 폴리알킬옥사이드가 치환된 폴리디메틸실록산을 포함할 수 있다. 다만, 상기 정포제는 이에 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 일반적으로 사용되는 정포제를 이용할 수 있다. 상기 정포제를 사용함으로써, 조포용 기체가 폴리우레탄 폼에 적합한 거품 구조를 형성하고 상기 폴리우레탄 폼으로의 경화시 기체의 안정한 분산성을 유지하여 균일한 크기와 분포의 기공을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 정포제의 함량은, 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 이상 10 중량부 이하, 1 중량부 이상 5 중량부 이하, 또는 2 중량부 이상 4 중량부 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 폴리우레탄 폼 조성물은 조포용 기체 공급원을 포함할 수 있다. 조포용 기체 공급원은 정포제와 상호작용하여 발포함으로써 폴리우레탄 폼의 기공을 형성할 수 있다.
상기 조포용 기체는 폴리올계 화합물과 이소시아네이트와의 반응에 악영향을 주지 않는 기체로서, 건조 공기 및/또는 질소 가스와 같은 불활성 가스를 이용할 수 있으나 상기에 제한되지 않으며, 상기 조포용 기체 조성물은 액상 가스일 수 있고, 예를 들어 액체 질소를 사용할 수 있다.
조포용 기체 공급원은 목적하는 폴리우레탄 폼의 밀도에 따라 함량을 달리하여 포함될 수 있다.
(6) 이소시아네이트계 경화제
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이소시아네이트계 경화제는 상기 제1 폴리올계 화합물 내지 제3 폴리올계 화합물과 우레탄 결합을 형성하며 폴리우레탄 네트워크를 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이소시아네이트계 경화제는 2개 또는 3개 이상의 이소시아네이트기를 포함하는 화합물로서, 방향족계 이소시아네이트 화합물, 지환족계 이소시아네이트 화합물, 및 지방족계 이소시아네이트 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 이소시아네이트계 경화제로서의 방향족계 이소시아네이트 화합물, 지환족계 이소시아네이트 화합물 및 지방족계 이소시아네이트 화합물은 각각 전술한 제2 혼합물에서의 방향족계 이소시아네이트 화합물, 지환족계 이소시아네이트 화합물 및 지방족계 이소시아네이트 화합물와 동일한 물질을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이소시아네이트계 경화제의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 20 중량부 이상 35 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 이소시아네이트계 경화제의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 25 중량부 이상 32.5 중량부 이하, 27.5 중량부 이상 30 중량부 이하, 또는 28 중량부 이상 32 중량부 이하일 수 있다. 상기 이소시아네이트계 경화제의 함량을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 폴리올 혼합물에 포함되는 제1 폴리올계 화합물 내지 제3 폴리올계 화합물과의 우레탄 결합 반응이 효과적으로 수행될 수 있다.
(7) 기타 첨가제
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄 폼 조성물은 난연제, 촉매, 가교제 및 염료 중 1종 이상을 포함하는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 난연제는 비할로겐형 난연제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 난연제는 고상 또는 액상의 비할로겐형 인계 난연제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 난연제는 포스페이트(phosphate); 포스포네이트(phosphonate); 포스피네이트(phosphinate); 포스핀옥사이드(phosphine oxide); 및 포스파젠(phosphazene)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 난연제는 알루미늄 포스페이트일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 당 업계에서 일반적으로 사용되는 인계 난연제를 사용할 수 있다.
상기 비할로겐형 인계 난연제는 가연성 물질과 반응하여 고분자 표면에 탄화막을 형성하고, 이는 연소에 필요한 산소를 차단하여 상기 폴리우레탄 폼의 난연성을 높일 수 있다. 또한, 상기 비할로겐형 인계 난연제는 고분자내 산소 원소와 반응하여 탈수 탄화 작용을 하고, 인산의 분해에 의하여 생성된 라디칼은 연소에 의하여 발생하는 활성 라디칼인 -OH 및 -H를 안정화시키는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 난연제는 상기 인계 난연제와 난연 멜라민 파우더를 혼합한 것을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 난연 멜라민 파우더는 MCA(melamine cyanurate)일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 난연제의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 20 중량부 이상 50 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 난연제의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 20 중량부 이상 40 중량부 이하, 21 중량부 이상 30 중량부 이하, 또는 25 중량부 이상 30 중량부 이하일 수 있다.
상기 난연제의 함량이 상기 범위 내인 경우, 상기 폴리우레탄 폼 조성물 내의 폴리올계 화합물의 열방출용량을 낮추고 한계산소지수를 높이는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 난연제의 함량이 상기 범위 내인 경우, 연소시 폴리우레탄 폼의 고분자를 탄화물(char)로 형성하는 데에 도움을 줄 수 있으며, 연소시 발생하는 라디칼을 효과적으로 제거할 수 있다. 나아가, 상기 난연제의 함량이 상기 범위 내인 경우, 상기 폴리우레탄 폼의 압축 복원 성능의 저하를 최소화하며 난연성을 확보하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 폴리우레탄 폼의 난연성을 더 향상시키기 위해 팽창 흑연을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 팽창 흑연의 크기는 150 ㎛ 이상 300 ㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 팽창 흑연의 크기는 165 ㎛ 이상 300 ㎛ 이하, 180 ㎛ 이상 300 ㎛ 이하, 또는 200 ㎛ 이상 300 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 팽창 흑연은 층상의 결정구조를 가지고 있으며, 가열되면 본래의 크기보다 20배 이상 400배 이하까지 팽창되어 연소시 다공성 탄화물의 형성을 유도할 수 있다. 상기 팽창 흑연의 크기를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 폴리우레탄 폼의 난연 특성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 팽창 흑연의 크기가 전술한 범위 내인 경우, 상기 폴리우레탄 폼은, UL-94 수직 난연 테스트 결과 V-0 등급의 난연 특성을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 폴리우레탄 폼은, UL-94 수직 난연 테스트 결과 V-0 등급의 난연 특성을 만족함과 동시에, UL-94 수직 난연 테스트 시, 5 개의 시편에 대한 1차 접염 후의 잔염 시간의 총 합이 2 초 미만일 수 있다. 즉, 상기 폴리 우레탄 폼은 UL-94 수직 난연 테스트 결과 V-0 등급 중에서도, 우수한 난연 특성을 가지는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 팽창 흑연의 크기는 팽창 흑연의 일단에서 타단까지 길이 중에서 가장 긴 길이를 의미할 수 있다. 또한, 상기 팽창 흑연은 복수의 팽창 흑연 입자를 포함할 수 있으며, 상기 팽창 흑연의 크기는 상기 복수의 팽창 흑연 입자의 크기의 평균값일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 팽창 흑연의 크기는 당업계에서 입자의 크기를 측정하는 방법을 제한없이 채택하여, 측정할 수 있다. 예를 들면, 전자현미경(scanning electron microscope, SEM)을 이용하여 상기 팽창 흑연을 촬영하고, 촬영된 이미지를 이용하여 상기 팽창 흑연의 크기를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 팽창 흑연의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 0 중량부 초과 50 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 팽창 흑연의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 21 중량부 이상 40 중량부 이하, 또는 21 중량부 이상 30 중량부 이하일 수 있다. 상기 팽창 흑연의 함량을 상기 범위 내로 조절하는 경우, 상기 폴리우레탄 폼의 압축 복원력을 저하시키지 않으면서 난연성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 난연제와 상기 팽창 흑연의 중량비는 1: 0.8 이상 1:1.2 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 난연제와 상기 팽창 흑연의 중량비는 1:0.9 이상 1:1.1 이하일 수 있고, 보다 구체적으로 1:1일 수 있다.
상기 난연제 및 상기 팽창 흑연의 함량이 상기 범위 내로 조절하는 경우, 상기 폴리우레탄 폼 조성물을 이용하여 형성되는 폴리우레탄 폼의 난연 특성을 V-0 등급으로 구현할 수 있다. 또한, 상기 폴리우레탄 폼은 V-0 등급의 난연 특성 중에서도 우수한 난연 물성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 촉매는 아민계 촉매 및/또는 금속 촉매일 수 있다. 구체적으로, 상기 아민계 촉매는 모노아민 화합물, 디아민 화합물, 트리아민 화합물, 폴리아민 화합물, 환상 아민 화합물, 알코올 아민 화합물, 및 에테르 아민 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속 촉매는 니켈계 화합물, 유기 주석 화합물, 유기 비스머스 화합물, 유기 납 화합물, 유기 니켈 화합물 및 유기 아연 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 촉매는 디부틸주석 디라우레이트(Dibutyltin dilaurate)일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 촉매의 함량은, 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 이상 10 중량부 이하, 1 중량부 이상 10 중량부 이하, 또는 1 중량부 이상 5 중량부 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가교제는 이소시아네이트기와 반응 가능한 활성 수소 함유기를 2개 이상 4개 이하로 가지며, 수평균 분자량이 50 g/mol 이상 800 g/mol 이하의 저분자 화합물일 수 있다. 구체적으로, 상기 가교제는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 글리세린, 트리메틸올프로판, 트리에탄올아민, 및 펜타에리트리톨 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가교제의 함량은, 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 1 중량부 이상 20 중량부 이하, 또는 5 중량부 이상 15 중량부 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 염료는 상기 폴리우레탄 폼 조성물의 경화물을 포함하는 폴리우레탄 폼의 색상을 발현시킬 수 있다. 상기 염료로서, 당업계에서 염료로 사용되는 것을 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 카본 블랙을 사용할 수 있다.
상기 염료의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 1 중량부 이상 3 중량부 이하일 수 있다. 상기 염료의 함량을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 폴리우레탄 폼의 물성에 영향을 미치지 않으며, 폴리우레탄 폼에 색상을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는, 상기 폴리우레탄 폼 조성물의 경화물을 포함하는 폴리우레탄 폼을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는, 상기 폴리우레탄 폼 조성물을 이용하여 형성된 폴리우레탄 폼을 제공한다. 상기 폴리우레탄 폼 조성물을 이용하여 폴리우레탄 폼을 제조하는 방법은 일반적으로 알려진 폴리우레탄 폼의 제조방법을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는. 흡착 압력이 50 kPa 이상, 50 kPa 이상 95 kPa 이하 또는 60 kPa 이상 95 kPa 이하인 폴리우레탄 폼을 제공한다. 상기 범위 내의 흡착 압력을 갖는 경우, 자동화 공정 작업성이 우수할 수 있고, 배터리 팩을 조립하는 공정에서의 적정 압력에 해당할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄 폼은, UL-94 수직 난연 테스트 결과 V-0 등급의 난연 특성을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시상태에 따른 난연성 폴리우레탄 폼은 난연 특성이 우수한 장점이 있다.
도 1은 UL-94 수직 난연 테스트를 위한 모식도를 나타낸 것이다. 구체적으로, 상기 UL-94 수직 난연 테스트는 가로가 125±25 ㎜, 세로가 13.0±0.5 ㎜, 두께가 2.0 ㎜인 샘플을 제조한다. 이와 같이 제조된 샘플 두개가 하나의 세트인 시편을 5개 준비하고, 23±2 ℃, 50±5 % 습도에서 보관 후, 37 MJ/㎥ 열량의 메탄 가스의 파란색 불꽃(불꽃 높이 20 ㎜, 시편의 아래 부분과 버너 끝 간의 거리 9.5 ㎜)을 이용하여 각각의 시편을 10 초간 두번 연소시키고, 두번째 10 초간 불꽃 연소 후 불꽃이 사라지는 시간(t2)과 무염연소가 지속되는 시간(t3)을 측정하여, 하기 표 1과 같은 기준에 따라 등급을 부여한다.
UL-94 V test Rating V-O V-1 V-2
각 시편의 첫번째 또는 두번째 연소 후 소화 시간(t1 or t2) ≤ 10 ≤ 30 ≤ 30
5개 시편의 총 연소 후 소화 시간의 합(t1+t2) ≤ 50 ≤ 250 ≤ 250
각 시편의 두번째 연소 후 소화시간과 무연연소 시간의 합(t2+t3) ≤ 30 ≤ 60 ≤ 60
불꽃 파편이나 덩어리가 떨어져, 시편 305 ㎜ 아래의 솜이 연소하는지 여부 NO NO YES
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄 폼은, UL-94 수직 난연 테스트 시, 5 개의 시편에 대한 1차 접염 후의 잔염 시간의 총 합이 2 초 미만일 수 있다. 구체적으로, 상기 UL-94 수직 난연 테스트의 수행 시, 5 개의 시편에 대하여 10초간 연소 시킨 후, 5개의 시편에 잔류하는 잔염 시간의 총 합이 2 초 미만일 수 있다. 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄 폼은, UL-94 수직 난연 테스트 시, 5 개의 시편에 대한 2차 접염 후의 잔염 시간의 총 합이 5 초 미만일 수 있다. 구체적으로, 상기 UL-94 수직 난연 테스트의 수행 시, 5 개의 시편에 대하여 10초간 두번 연소 시킨 후, 두번째 연소 후의 5개의 시편에 잔류하는 잔염 시간의 총 합이 5 초 미만일 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시상태에 따른 폴리 우레탄 폼은 UL-94 수직 난연 테스트 결과 V-0 등급 중에서도, 우수한 난연 특성을 가지는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄 폼의 밀도는 0.1 g/㎤ 이상 0.5 g/㎤ 이하, 0.1 g/㎤ 이상 0.3 g/㎤ 이하 또는 0.1 g/㎤ 이상 0.2 g/㎤ 이하일 수 있다. 상기 폴리우레탄 폼의 밀도를 상기 범위로 조절하는 경우, 기기에 적용시 밀착성 및 우수한 반발 특성에 의하여 효과적인 흡착 특성을 구현할 수 있으면서도 비용을 절감할 수 있어 경제적이고, 배터리를 경량화할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄 폼의 CFD는 0.05 내지 0.18 kg/cm2 일 수 있다. 상기 폴리우레탄 폼의 CFD가 상기 범위 내인 경우, 배터리 셀에 적용되었을 때 배터리 팽창에 의한 부피 변화를 완충하여 체적을 일정하게 유지함으로써 제품 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄 폼의 두께는 0.1 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리우레탄 폼의 두께는 0.1 ㎜ 이상 5 ㎜ 이하일 수 있다. 상기 폴리우레탄 폼의 두께를 상기 범위로 조절하는 경우, 기기에 적용시 밀착성 및 충격 흡수를 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄 폼은 패킹재일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 폴리우레탄 폼은 자동차 배터리의 셀 간의 실링재일 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
폴리올계 화합물의 제조
제조예 1: 제1 폴리올계 화합물의 제조
수평균분자량이 4,000 g/mol이고, 점도가 1,300 mPa·s이며, 열 방출 용량이 553 J/g·K 인 폴리프로필렌글리콜 50 중량부; 및 수평균분자량이 2,000 g/mol이고, 점도가 300 mPa·s이며, 열 방출 용량이 553 J/g·K 인 폴리프로필렌글리콜 50 중량부를 포함하는 혼합물을 준비한 후 이를 중합하여, 점도가 730 mPa·s이고, 유리전이온도가 -71 ℃인 제1 폴리올계 화합물을 제조하였다.
제조예 2: 제2 폴리올계 화합물의 제조
질소가 환류되는 반응기에, 수평균분자량이 2,000 g/mol인 PEG-PPG 공중합체(SC2204; KPX chemical) 10 kg에 H12-MDI(Evonik)와 글리세롤 각각을 하기 표 2에 따라 SC2204에 대한 몰비로 반응기에 투입하였다. 그리고, 60 ℃로 승온하여 40 ppm의 촉매(Dibutyltin dilaurate)를 투입하고, 4시간 동안 교반 후 FT-IR을 통하여 이소시아네이트 피크가 사라짐을 확인하고 반응을 종료하여 하기 표 2와 같이 제2 폴리올계 화합물을 제조하였다.
SC2204 H12-MDI
(SC2204에 대한 몰비)		 글리세롤
(SC2204에 대한 몰비)		 점도
(mPa·s)		 Mn
(g/mol)		 Mw
(g/mol)		 PDI
제조예 2 1 0.9 0.3 65,000 5,770 15,000 2.6
제조예 2-1 1 0.75 0.3 38,000 4,000 10,000 2.5
제조예 2-2 1 0.65 0.3 38,000 3,480 8,000 2.3
제조예 2-3 1 0.9 0 68,000 7,500 15,000 2.0
제조예 2-4 1 1.1 0.5 - - - -
제조예 2-5 1 1.1 0.3 274,000 8,000 21,000 2.6
상기 표 2에서, H12-MDI와 글리세롤의 몰비는 SC2204의 1 몰에 대한 것이다. 상기 표 2에서 알 수 있듯이, 제조예 2-3의 경우 3 이상의 관능기를 가지는 사슬 연장제(글리세롤)를 사용하지 않아 선형 구조의 폴리올이 형성됨을 알 수 있다. 또한, 제조예 2-4의 경우, 다관능 이소시아네이트계 화합물(H12-MDI)의 함량 및 3 이상의 관능기를 가지는 사슬 연장제(글리세롤)의 함량이 지나치게 높아 겔화 현상이 발생하여 폴리올계 화합물을 형성하지 못하였다. 또한, 제조예 2-5의 경우, 다관능 이소시아네이트계 화합물(H12-MDI)의 함량이 높아 점도가 크게 상승하여 다른 조성과의 배합이 곤란한 폴리올이 형성되었다.
제조예 3: 제3 폴리올계 화합물의 제조
질소가 환류되는 반응기에 수평균분자량이 500 g/mol인 폴리카보네이트 디올(T5650E; Aksai Kasai chemical) 10 kg에 XDI(Takenate 600, Mitsui Chemical)을 하기 표 3과 같이 T5650E에 대한 몰비로 반응기에 투입하였다. 그리고, 60 ℃로 승온하여 40 ppm의 촉매(Dibutyltin dilaurate)를 투입하고, 4시간 동안 교반 후 FT-IR을 통하여 이소시아네이트 피크가 사라짐을 확인하고 반응을 종료하여 하기 표 3와 같이 열방출용량이 400 J/g·K인 제3 폴리올계 화합물을 제조하였다.
T5650E XDI
(T5650E 에 대한 몰비)		 점도
(mPa·s)		 Mn
(g/mol)		 Mw
(g/mol)		 PDI 비고
제조예 3 1 0.1 3,500 1,000 2,000 2.0
제조예 3-1 1 0.3 12,000 4,000 9,000 2.1 타 성분과 상용성 불량
상기 표 3에서, XDI의 몰비는 T5650E의 1 몰에 대한 것이다. 상기 표 3에서 알 수 있듯이, 제조예 3-1은 다관능 이소시아네이트계 화합물(XDI)의 함량이 지나치게 높아, 지나치게 높은 점도로 폴리올이 제조되었으며, 이는 타 성분과의 상용성이 불량하여 상분리 현상이 발생하여 난연성 폴리우레탄 폼의 제조가 곤란하였다. 또한, 제조예 3-1은 내부의 수소 결합이 지나치게 강하여, 자체 응집력이 높아 제1 폴리올계 화합물 및 2 폴리올계 화합물과의 혼합이 잘 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
실시예 1: 폴리우레탄 폼의 제조
제1 폴리올계 화합물로 상기 제조예 1에서 제조된 것을 준비하고, 제2 폴리올계 화합물로 상기 제조예 2에서 제조된 것을 준비하고, 제3 폴리올계 화합물로 상기 제조예 3에서 제조된 것을 준비하였다.
또한, 난연제로서 알루미늄 포스페이트(Al phosphate)와 난연 멜라민 파우더(melamine cyanurate; MCA)가 혼합된 것을 준비하고, 염료로서 카본블랙을 준비하고, 정포제로서 폴리알킬옥사이드가 치환된 폴리디메틸실록산인 L-626(모멘티브 社)를 준비하고, 촉매로서 니켈계 촉매인 LC5615(모멘티브 社)를 준비하고, 이소시아네이트계 경화제로서 H12-MDI(금호미쓰이화학 社)을 준비하였다.
이후, 제1 폴리올계 화합물 70 중량부, 제2 폴리올계 화합물 10 중량부 및 제3 폴리올계 화합물 20 중량부를 혼합하여 폴리올 혼합물을 제조하고, 2000 rpm까지 고속 교반이 가능한 교반 장치를 장착한 스테인레스 스틸 재질의 배합조에 폴리올 혼합물을 투입하고, 상온에서 균일하게 교반하였다. 그리고, 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 난연제 25 중량부, 카본블랙 2 중량부 및 탄산칼슘 15 중량부를 첨가하여 잘 분산시킨 다음, 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 정포제 2 중량부, 촉매 2 중량부를 투입하고 약 1 시간 이상 고속으로 교반하여 균일한 조성물을 제조하였다. 이 때, 수분의 유입은 우레탄 반응을 저해하므로 최대한 억제하였다.
나아가, 상기 제조된 조성물, 이소시아네이트계 경화제 및 액체 질소를 정량 펌프를 사용하여 제조된 조성물과 이소시아네이트계 경화제의 총 중량 대 액체 질소의 부피 비율을 4:1 로 하여 고속 믹싱 헤드에 동시에 공급하였다. 이 때, 이소시아네이트계 경화제는 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 28 중량부를 첨가하였고, 질소 가스는 밀도와 경도를 맞추면서 공급하였다. 세 가지 성분을 균일하게 믹싱하여 폴리우레탄 폼 조성물을 제조하였다.
이후, 제조된 폴리우레탄 폼 조성물을 폴리에스테르 필름 상에 코팅한 후, 반응 경화기에서 약 120~150℃ 범위의 고온에서 경화시켜 밀도가 0.2 g/㎤ 이고, 두께가 3.0 ㎜인 폴리우레탄 폼 시트를 제조하였다.
실시예 2 내지 3 및 비교예 1
하기 표 4와 같이 카본블랙, 탄산칼슘, 정포제 및 촉매의 함량을 조절하여 폴리우레탄 폼 조성물을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 폼 시트를 제조하였다.
실시예 4
제조된 조성물과 이소시아네이트계 경화제의 총 중량 대 질소 가스의 부피 비율을 2:1 로 하여 고속 믹싱 헤드에 동시에 공급함으로써 폴리우레탄 폼 조성물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 폴리우레탄 폼 시트를 제조하였다.
흡착 압력의 측정
자동화 설비(LG Chem社)의 카트리제에 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 에서 제조한 폴리우레탄 폼 시트를 재단하여 장착하고, 진공 흡착패드에 진공을 가하여 폴리우레탄 폼과 진공패드가 흡착이 이루어졌을 때의 흡착력을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.
실시예 1 비교예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
폴리올
혼합물		 제1 폴리올계 화합물
(중량부)		 제조예 1 70 70 70 70 70
제2 폴리올계 화합물
(중량부)		 제조예 2 10 10 10 10 10
제3 폴리올계 화합물(중량부) 제조예 3 20 20 20 20 20
폴리올
혼합물
100 중량부 기준		 난연제 25 25 25 25 25
카본블랙 2 2 2 2 2
탄산칼슘 15 30 20 20 20
정포제 2 2 2 3 3
촉매 2 2 2 3 3
이소시아네이트계 경화제 28 28 28 28 28
폴리우레탄
폼		 밀도 (g/㎤) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3
흡착 압력 (kPa) 75 45 53 58 76
상기 표 4에서, 난연제, 카본블랙, 탄산칼슘, 정포제, 촉매 및 이소시아네이트계 경화제의 함량은 폴리올 혼합물 100 중량부에 대한 것(중량부)이다. 상기 표 4를 참고하면, 탄산칼슘이 15 중량부 또는 20 중량부로 포함된 폴리우레탄 폼 조성물로 제조된 실시예 1 내지 실시예 4에서 제조된 폴리우레탄 폼 시트는 흡착 압력이 높아 진공 흡착 특성이 우수한 효과가 있는 것을 확인할 수 있다.
반면, 탄산칼슘이 30 중량부로 과량 포함된 폴리우레탄 폼 조성물로 제조된 비교예 1 에서 제조된 폴리우레탄 폼 시트는 흡착 압력이 45kPa에 불과하여 배터리 팩 조립 공정에서 흡착이 제대로 되지 않아 제품 불량의 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실상태에 따른 폴리우레탄 폼 조성물은, 흡착 특성이 우수한 폴리우레탄 폼을 제공할 수 있음을 알 수 있다. 특히, 상기 폴리우레탄 폼은 흡착 압력이 약 53 kPa 이상으로 높아 우수한 흡착 특성을 가지는 것을 알 수 있다.

Claims (14)

  1. 유리전이온도가 -50 ℃ 이하인 제1 폴리올계 화합물; 이소시아네이트기와 반응하는 작용기를 적어도 3개 포함하고, 중량평균분자량이 5,000 g/mol 이상 30,000 g/mol 이하인 제2 폴리올계 화합물; 및 열 방출 용량이 500 J/g·K 이하인 제3 폴리올계 화합물;을 포함하는 폴리올 혼합물;
    이소시아네이트계 경화제; 및
    필러를 포함하고,
    상기 필러는 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여 10 중량부 이상 20 중량부 이하로 포함되는 폴리우레탄 폼 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 필러는 이산화규소, 실리카, ATH 및 탄산칼슘 중 1종 이상을 포함하는 것인 폴리우레탄 폼 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 폴리올계 화합물의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 60 중량부 이상 75 중량부 이하인 폴리우레탄 폼 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 폴리올계 화합물의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 5 중량부 이상 20 중량부 이하인 폴리우레탄 폼 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 폴리올계 화합물의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 15 중량부 이상 50 중량부 이하인 폴리우레탄 폼 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 폴리올계 화합물은,
    폴리에테르계 폴리올; 다관능 이소시아네이트계 화합물; 및 이소시아네이트기와 반응하는 작용기를 3 이상 포함하는 사슬 연장제;를 포함하는 제2 혼합물의 중합체인 폴리우레탄 폼 조성물.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 혼합물은 상기 폴리에테르계 폴리올과 상기 사슬 연장제의 몰비가 1:0.1 이상 1:0.45 이하인 폴리우레탄 폼 조성물
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 폴리올계 화합물은,
    열 방출 용량이 500 J/g·K 이하인 폴리올; 또는
    열 방출 용량이 500 J/g·K 이하인 폴리올 및 다관능 이소시아네이트계 화합물을 포함하는 제3 혼합물의 중합체인 폴리우레탄 폼 조성물.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제3 혼합물은 상기 열 방출 용량이 500 J/g·K 이하인 폴리올과 상기 다관능 이소시아네이트계 화합물의 몰비가 1:0.05 이상 1:0.25 이하인 폴리우레탄 폼 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서,
    난연제, 촉매, 가교제 및 염료 중 1종 이상을 포함하는 첨가제를 더 포함하는 것인 폴리우레탄 폼 조성물.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 난연제의 함량은 상기 폴리올 혼합물 100 중량부에 대하여, 20 중량부 이상 50 중량부 이하인 폴리우레탄 폼 조성물.
  12. 청구항 1에 따른 폴리우레탄 폼 조성물의 경화물을 포함하는 폴리우레탄 폼.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 폴리우레탄 폼은, 흡착 압력이 50 kPa 이상인 것인 폴리우레탄 폼.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 폴리우레탄 폼의 밀도는 0.1 g/㎤ 이상 0.5 g/㎤ 이하인 것인 폴리우레탄 폼.
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