KR100522624B1 - 차량 내장재의 반경질 우레탄폼 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량 내장재의 반경질 우레탄폼 조성물에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 차량에 쿠션감을 부여하고 차량 충돌 시 차량 탑승객이 차내에 부딪히는 충격을 흡수, 완화하여 부상을 방지하도록 설치된 인스트루먼트 패널과 헤드레스트, 대시패널, 플로어 콘솔 및 선바이저 등의 다양한 내장재를 구성하는 반경질 우레탄폼을 형성하는데 소요되는 반응시간을 단축시켜 제품생산 사이클을 대폭적으로 줄일 수 있어 생산성 향상에 기여할 수 있는 조성물에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 차량 내장재의 반경질 우레탄폼 조성물에 있어서, 글리세린(Glycerin)을 출발물질로 하여 고온 고압의 반응조 내에서 EO/PO(Ethylene Oxide/Propylene Oxide) 부가 반응에 의해 얻어지는 에테르(Ether)계 폴리올(Polyol)로써 말단기의 수산기가 값(OH-Value)이 26~30이고 분자량이 5,000~7,000 정도인 메인 폴리올과, 제품의 경도 유지 및 생산성과 밀접한 트리에탄올 아민(Triethanol Amine)을 배합한 가교제인 크로스 링커(cross linker)와, 블로잉(blowing) 반응 향상과 우레탄폼의 물성 측면 대비 성형성 측면의 특성에 영향을 미치는 제 1촉매제와, 겔(gel) 반응 향상과 우레탄폼의 물성 측면 대비 성형성 측면의 특성에 영향을 미치는 제 2촉매제와, 폼 밀도에 영향을 미치는 화학적 발포제(blowing agent) 및 아닐린(Aniline)과 포르말린(Formalin)의 축합반응에서 얻어진 중간물질을 포스겐(Phosgene)화하여 얻어지는 제품인 중합 MDI를 특정 폴리올과 미리 반응하여 제조된 프레폴리머(prepolymer 또는 변성 MDI)로 NCO 함량이 27중량%인 이소시안산염(Isocyanate)으로 조성된 것 을 특징으로 한다.

Description

차량 내장재의 반경질 우레탄폼 조성물{Semi-rigid polyurethane foam formulation for automotive interiors}
본 발명은 차량 내장재의 반경질 우레탄폼 조성물에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 차량에 쿠션감을 부여하고 차량 충돌 시 차량 탑승객이 차내에 부딪히는 충격을 흡수·완화하여 부상을 방지하도록 설치된 인스트루먼트 패널과 헤드레스트, 대시패널, 플로어 콘솔 및 선바이저 등의 다양한 내장재를 구성하는 반경질 우레탄폼을 형성하는데 소요되는 반응시간을 단축시켜 제품생산 사이클을 대폭적으로 줄일 수 있어 생산성 향상에 기여할 수 있는 조성물에 관한 것이다.
차량 내부에 설치되는 내장재를 구성하는 우레탄폼은 금형에 안치된 패널에 액상의 조성물을 분사한 후 일정 압력과 온도하에서 발포시켜 쿠션성을 띈 발포층으로 변형되는 것인 바, 종래에는 상기와 같이 패널에 발포된 우레탄폼을 형성하기 위한 발포공정에 소요되는 시간이 평균 6~7분 간격의 사이클을 가지고 있었으며, 패널 형성 및 금형에서 탈형된 우레탄폼이 형성된 패널의 잔처리 작업에 소요되는 시간을 합산하면 실제 제품 생산 간격은 10~12분 간격의 사이클을 가지게 되어 제품 생산의 생산성 저하가 심각한 수준이었다.
상기와 같이 생산성이 저하되는 이유로는 액상의 조성물이 발포되어 경화되기 위해 반응하는데 걸리는 시간이 너무 느리게 진행되는 것이 가장 큰 요인으로 작용하고 있으며, 상기와 같이 느린 공정을 타 공정과의 시간에 제품을 생산하는 횟수를 맞추기 위해서는 많은 수의 금형을 따로 설치하여 느린 경화 공정을 양으로 대처하고 있는 실정이다.
그러나, 상기와 같이 많은 수의 금형을 설치하기 위해서는 별도의 생산라인과 그에 따른 인원 확보 및 금형을 설치하기 위한 비용을 부담하여야 하는 문제점이 있었으나 이를 해소할 수 있는 별도의 수단은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 쿠션성을 부여하여 탑승자의 안전을 확보하고 소음 흡수 및 쾌적한 차내 환경을 조성하도록 각종 패널에 발포되는 우레탄폼을 형성하는데 소요되는 시간을 대폭적으로 단축시켜 최종 패널의 제조 시간에 소요되는 사이클의 단축을 유발할 수 있어 종래의 발포 금형을 대량으로 설치하여야 하는 설비투자 및 작업에 투입되는 인원을 줄일 수 있도록 하는데 있다.
이를 위하여 본 발명은, 차량 내장재의 반경질 우레탄폼 조성물에 있어서, 글리세린(Glycerin)을 출발물질로 하여 고온 고압의 반응조 내에서 EO/PO(Ethylene Oxide/Propylene Oxide) 부가 반응에 의해 얻어지는 에테르(Ether)계 폴리올(Polyol)로써 말단기의 수산기가 값(OH-Value)이 26~30이고 분자량이 5,000~7,000 정도인 메인 폴리올과, 제품의 경도 유지 및 생산성과 밀접한 트리에탄올 아민(Triethanol Amine)을 배합한 가교제인 크로스 링커(cross linker)와, 블로잉(blowing) 반응 향상과 우레탄폼의 물성 측면 대비 성형성 측면의 특성에 영향을 미치는 제 1촉매제와, 겔(gel) 반응 향상과 우레탄폼의 물성 측면 대비 성형성 측면의 특성에 영향을 미치는 제 2촉매제와, 폼 밀도에 영향을 미치는 화학적 발포제(blowing agent) 및 아닐린(Aniline)과 포르말린(Formalin)의 축합반응에서 얻어진 중간물질을 포스겐(Phosgene)화하여 얻어지는 제품인 중합 MDI를 특정 폴리올과 미리 반응하여 제조된 프레폴리머(prepolymer 또는 변성 MDI)로 NCO 함량이 27중량%인 이소시안산염(Isocyanate)으로 조성된 것 을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 차량 내장재의 반경질 우레탄폼 조성물에 대한 상세한 설명은 다음과 같다.
본 발명은 차량의 각종 내장재에 사용되는 우레탄폼을 조성하기 위한 우레탄폼 조성물에 관한 것으로, 상기 차량의 각종 내장재에 발포 형성되는 반경질의 우레탄폼을 형성하는데 소요되는 공정시간을 대폭적으로 감축시켜 타공정과의 시간의 갭차를 줄여 원활한 생산이 진행될 수 있으며, 그에 따라 우레탄폼 형성 라인의 확보와 생산라인 시설추가 및 작업인원에 소요되는 공간과 비용을 줄일 수 있도록 하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 자동차의 내부에 장착되는 각종 내장재에 발포되어 충격과 소음을 흡수하고 탑승자에게 편의성을 제공하는 반경질의 우레탄폼을 조성하는 조성물에 있어서, 글리세린(Glycerin)을 출발물질로 하여 고온 고압의 반응조 내에서 EO/PO(Ethylene Oxide/Propylene Oxide) 부가 반응에 의해 얻어지는 에테르(Ether)계 폴리올(Polyol)로써 말단기의 수산기가 값(OH-Value)이 26~30이고 분자량이 5,000~7,000 정도이며 최종 제품인 반경질 우레탄폼을 이루는 기본 물성을 좌우하는 메인 폴리올을 60~65중량% 마련한다.
상기 메인 폴리올은 빠른 반응의 진행과 경화가 가능하도록 조제된 포리올로써 메인 폴리올의 말단 구조내에 PO(Propylene Oxide) 대비 입체 장애 효과가 적은 EO(Ethylene Oxide) Capped 정도를 향상 하므로써 상대 반응물인 NCO의 반응 접근을 용이하게 하여, 빠른 수지화 반응 진행과 전체적인 경화 시간을 단축할 수 있게 조제된 것으로, 생산성과 밀접한 반응성에 영향을 주며 최종 우레탄폼의 경도 및 물성에 영향을 미치게 된다.
따라서, 상기에서 말단기의 수산기가 값(OH-Value)이나 분자량 및 EO/PO(Ethylene Oxide/Propylene Oxide)의 비율이 상이한 경우 우레탄폼의 경도 및 물성에 영향을 미치므로 원하는 최종 제품을 얻기가 어려우며, 전체에서 차지하는 함량이 65중량%를 초과할 경우에는 우레탄폼의 크랙 또는 부스러짐을 발생하는 원인이되며, 함량이 60중량% 미만일 경우에는 우레탄폼의 형성에 소요되는 시간이 지연되고 우레탄폼의 수축이 심화되어 모양이 뒤틀리며 폼재가 고형화되어 쿠션성이 저하되는 문제점이 발생하므로 배합비율을 엄격히 지켜야 한다.
그리고, 상기 메인 폴리올에 우레탄폼 분야에서 가교제로써 우레탄폼의 경도 유지와 생산성에 밀접한 관계가 있는 반응성을 조정하는데 주로 사용하는 트리에탄올 아민(Triethanol Amine)인 크로스 링커(Cross Linker)를 0.9~1.4중량% 혼합한다.
상기 크로스 링커가 전체에서 차지하는 함량이 1.4중량%를 초과할 경우에는 우레탄폼의 경도의 증가 및 의도된 반응성 보다 빠른 반응 진행에 따른 우레탄폼의 밀도 저하에 따른 미충진 현상이 발생되고, 함량이 0.9중량% 미만일 경우에는 경도의 저하 및 반응성의 지연에 따른 생산성 지연과 흐름성 증가에 따른 누액 증가로 성형성이 저하되는 문제점이 발생한다.
또한, 상기 메인 폴리올과 크로스 링커가 혼합된 혼합물에 블로잉(blowing) 반응 향상 및 반응에 참여하여 폼제에 잔존하여 우레탄폼을 덮는 표피재에 악영향을 미치는 아민의 양을 최소화하여 우레탄폼의 성형성 측면의 특성을 좌우하는 제 1촉매제(반응형 강활성 촉매)를 0.01~0.2중량% 혼합한다.
상기 제 1촉매제가 차지하는 함량이 0.2중량%를 초과할 경우에는 우레탄폼 형성 반응의 불균형이 발생하여 성형성 저하와 지나친 발포 반응 촉진에 따른 겔(gel) 및 경화가 불안정해지며, 함량이 0.01중량% 미만일 경우에는 우레탄폼 형성 반응의 불균형이 발생하여 성형성 저하와 발포 반응 저하에 따른 밀도 증가 및 물성에 악영향을 끼치게 문제점이 발생하게 된다.
그리고, 상기 메인 폴리올과 크로스 링커 및 제 1촉매제가 혼합된 혼합물에 겔성 향상과 우레탄폼의 물성 측면 대비 성형 측면의 특성을 좌우하고 속성 경화를 위한 물질인 강활성 계열의 제 2촉매제를 0.19~0.5중량% 혼합한다.
상기 제 2촉매제는 가교제와의 상호 관계를 고려하여 성형성에 문제가 없도록 첨가량을 조정하여야 하며, 제 2촉매제가 차지하는 함량이 0.5중량%를 초과할 경우에는 우레탄폼 형성 반응의 불균형이 발생하여 성형성이 저하되고 겔 반응 촉진에 따른 밀도의 저하 및 반응물의 급격한 점도 변화가 발생하며, 함량이 0.19중량% 미만일 경우에는 우레탄폼 형성 반응의 불균형이 발생하여 성형성이 저하되고 겔 반응의 지연에 따른 의도된 경화 특성을 발휘하지 못하는 문제점이 발생하게 된다.
또한, 상기 메인 폴리올과 크로스 링커, 제 1촉매제 및 제 2촉매제가 혼합된 혼합물에는 우레탄폼의 밀도와 발포 정도를 결정하는 화학적 발포제(Blowing agent)를 1.0~1.5중량% 혼합한다.
상기 화학적 발포제는 후술할 상대 재료인 이소시안산염(isocyanate)과의 화학적 반응량인 당량을 고려하여 배합량을 선정하여야 하며, 함량이 1.5중량%를 초과할 경우에는 우레탄폼의 밀도 저하로 인한 물성에 변화를 초래하고 이소시안산염과의 화학적 반응량 차이에 따른 우레탄폼이 딱딱하게 경화되어 수축량 증가의 원인이 되며, 함량이 1.0중량% 미만일 경우에는 우레탄폼의 밀도 증가로 인한 물성의 변화를 초래하는 문제점이 발생한다.
그리고, 상기 메인 폴리올과 크로스 링커, 제 1촉매제, 제 2촉매제 및 화학적 발포제가 혼합된 혼합물에 아닐린(Aniline)과 포르말린(Formalin)의 축합반응에서 얻어진 중간물질을 포스겐(Phosgene)화하여 얻어지는 제품인 중합 MDI를 특정 폴리올과 미리 반응하여 제조된 프레폴리머(prepolymer 또는 변성 MDI)로 NCO 함량이 27중량%이고 빠른 반응에 따른 반응물의 급격한 점도 변화를 방지하여 성형성의 유지 및 물성 만족도를 향상시키기 위한 이소시안산염을 37~30중량% 혼합하여 전체적인 조성이 이루어진다.
상기 이소시안산염은 화학적 발포제와 반응하는 상대 원료로서 말단의 NCO기와 상기 혼합물 중의 수산기(OH기)가 반응하여 우레탄사슬을 형성하는 이액형 원료이며, 함량이 37중량%를 초과할 경우에는 우레탄폼이 딱딱하게 경화되어 수축량 증가의 원인이 되고 점진적인 섬유화 반응에 따른 충진력 저하의 원인이 되며, 함량이 30중량% 미만일 경우에는 우레탄폼의 물성 변화에 따른 전개성능에 악영향을 미치는 한편 우레탄폼이 부스러지기 쉬운 상태가 되는 문제점이 발생한다.
상기에서 제 1촉매제는 본 발명의 목적인 속성 경화를 위해 블로우(blow) 활성이 강한 아민 계열의 촉매를 사용하며, 제 2촉매제는 겔(gel) 및 경화(cure) 활성에 강한 반응형 아민계열 촉매를 사용함이 바람직하다.
한편, 상기 조성물에는 메인 폴리올과 동일한 방법으로 제조된 말단기의 수산기가 값(OH-Value)이 33~37이며 분자량이 4000~5600 정도이며 메인 폴리올을 보조하여 우레탄폼의 물성과 경화를 보완하고 최종 제품인 우레탄폼의 초기 경화 특성을 향상시키는 물리적으로 균질하게 분산시킨 스틸렌아크로니트릴(SAN)을 전체 중량 대비 0.9~1.4중량%를 선택적으로 혼합하여 제조할 수 있다.
상기 스틸렌아크로니트릴의 함량이 1.4중량%를 초과할 경우에는 경도의 증가와 원가 상승의 요인이 되며, 함량이 0.9중량% 미만일 경우에는 초기 경화성 저하로 인한 생산성의 저하와 제품 탈형 직후 작업자의 부주의한 취급에 의한 불량의 원인이 될 수 있는 문제점이 있다.
이상에서 살펴본 바와 같은 조성비로 제조된 본 발명에 따른 조성물로 우레탄폼을 형성할 경우 종래에 비해 우레탄폼이 형성되는 시간이 6~7분 정도에서 2분 이내로 대폭 줄어들어 타 공정과의 사이클에 시간을 맞출 수 있으므로 전체적인 제조 공정에 소요되는 시간을 5~6분 정도로 사이클을 단축할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은, 차량의 내부에 설치되는 내장재에 발포되는 반경질의 우레탄폼을 형성하는데 소요되는 시간을 대폭적으로 줄일 수 있어 발포공정을 타 공정과 사이클을 맞출 수 있으므로 종래의 불필요하게 많이 설치해야 하는 발포금형을 줄일 수 있으며, 그에 따라 작업장의 축소와 작업에 투입되는 인력을 줄일 수 있어 원가 절감을 꾀할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 차량 내장재의 반경질 우레탄폼 조성물에 있어서,
    글리세린(Glycerin)을 출발물질로 하여 고온 고압의 반응조 내에서 EO/PO(Ethylene Oxide/Propylene Oxide) 부가 반응에 의해 얻어지는 에테르(Ether)계 폴리올(Polyol)로써 말단기의 수산기가 값(OH-Value)이 26~30이고 분자량이 5,000~7,000 정도이며, 빠른 반응의 진행과 경화가 가능하도록 폴리올 말단 구조내에 PO(Propylene Oxide) 대비 입체 장애 효과가 적은 EO(Ethylene Oxide) Capped 정도를 향상 하므로 써 상대 반응물인 NCO의 반응 접근을 용이하게 하여, 빠른 수지 화 반응 진행과 전체적인 경화 시간을 단축할 수 있게 합성된 메인 폴리올과,
    제품의 경도 유지 및 생산성과 밀접한 트리에탄올 아민을 배합한 가교제인 크로스 링커(cross linker)와,
    블로잉(blowing) 반응 향상과 우레탄폼의 물성 측면 대비 성형성 측면의 특성에 영향을 미치는 제 1촉매제와,
    겔(gel) 반응 향상과 우레탄폼의 물성 측면 대비 성형성 측면의 특성에 영향을 미치는 제 2촉매제와,
    폼 밀도에 영향을 미치는 화학적 발포제(blowing agent) 및
    아닐린(Aniline)과 포르말린(Formalin)의 축합반응에서 얻어진 중간물질을 포스겐(Phosgene)화하여 얻어지는 제품인 중합 MDI를 특정 폴리올과 미리 반응하여 제조된 프레폴리머(prepolymer 또는 변성 MDI)로 NOC 함량이 27중량%인 이소시안산염(Isocyanate)으로 조성된 것 을 특징으로 하는 차량 내장재의 반경질 우레탄폼 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 메인폴리올은 전체 중량 대비 60~65중량%이며, 크로스 링커는 전체 중량 대비 0.9~1.4 중량%이고, 제 1촉매제는 전체 중량 대비 0.01~0.2중량%이며, 제 2촉매제는 전체 중량 대비 0.19~0.5중량%이며, 화학적 발포제는 전체 중량 대비 1.0~1.5중량%이고, 이소시안산염은 전체 중량 대비 37~30중량%의 조성비로 조성된 것을 특징으로 하는 차량 내장재의 반경질 우레탄폼 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 메인 폴리올과 동일한 방법으로 제조된 말단기의 수산기가 값(OH-Value)이 33~37이며 분자량이 4000~5600 정도인 스틸렌아크로니트릴(SAN)을 물리적으로 균질하게 분산시킨 것을 특징으로 하는 차량 내장재의 반경질 우레탄폼 조성물.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 스틸렌아크로니트릴은 전체 중량 대비 0.9~1.4중량%인 것을 특징으로 하는 차량 내장재의 반경질 우레탄폼 조성물.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기에서 제 1촉매제는 속성 경화를 위해 블로우(blow) 활성이 강한 아민 계열의 촉매이고, 제 2촉매제는 겔(gel) 및 경화(cure) 활성에 강한 반응형 아민계열 촉매인 것을 특징으로 하는 차량 내장재의 반경질 우레탄폼 조성물.
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