KR101488851B1 - 개선된 편안함을 지닌 폴리우레탄 물품의 제조시 사용하기 위한 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

친수성 폴리올(A)와 말단 에틸렌 옥사이드 캡을 갖는 소수성 폴리올(B)의 독특한 조합이 수지 조성물 및 폴리우레탄 시스템에 사용되고, 폴리우레탄 물품, 예컨대 폴리우레탄 폼을 제조하는데 사용된다. 친수성 폴리올(A)은 에틸렌 옥사이드(EO)이 농후하고, 소수성 폴리올(B)은 프로필렌 옥사이드(PO)가 농후하다, 친수성 폴리올(A) 및 소수성 폴리올(B)은 1.5:1 내지 20:1의 중량비(A:B)로 수지 조성물 및 폴리우레탄 시스템 중에 존재한다. 그 폴리우레탄 물품은, 종래의 폴리우레탄 물품에 비하여 감소된 공명 진동수 및 감소된 피크 진동 전달율로 기인하여 차량 용도, 예컨대 자동차 및 오토바이 시트류에 사용하기에 매우 우수한 편안함을 나타낸다.

Description

개선된 편안함을 지닌 폴리우레탄 물품의 제조시 사용하기 위한 수지 조성물{A RESIN COMPOSITION FOR USE IN FORMING A POLYURETHANE ARTICLE WITH INCREASING COMFORT}
본 발명은 일반적으로 수지 조성물에 관한 것이고, 그 수지 조성물을 포함하는 폴리우레탄 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로 폴리우레탄 물품으로서 이 폴리우레탄 물품이 제조되는 상기 수지 조성물로 인하여 차량 용도에 사용하기 위한 증가된 편안함을 나타내는 폴리우레탄 물품에 관한 것이다.
자동차 및 오토바이 시트와 같은 차량 시트류에서 "편안함(comfort)"의 개선은 최근에 주의를 끌고 있다. 시트 제조자 및 OEM로부터 비롯되는 개선된 성능에 대한 세계적 수요는 시트 설계의 수 많은 측면의 재검토를 강요하고 있다. 이는 폴리우레탄 폼과 같은 폴리우레탄 물품으로부터 형성된 쿠션을 사용하는 시트를 포함한다. 일부 사례에서, 그러한 수요는 원형 시이트와 동일한 성능을 달성하면서도 쿠션의 두께를 감소시켜 공간을 증가시키고 중량을 감소키고자 하는 소망에 의해 추진되고 있다. 이 점에 있어서, 편안함은, 불편함의 부재의 관점에서 자주 설명되고 있긴 하지만, 정확한 정의를 갖고 있지 않는다. 타는 사람의 신체 비율 및 체중 뿐만 아니라 그 사람의 개인적 선호도가 그 타는 사람의 인식에 영향을 미칠 수 있다. 이는 편안함을 정량화하는데 주관성 및 난이성을 유발하게 된다.
차 시트 쿠션의 편안함에 관하여, 일본 자동차 기술 협회(JASO: Japanese Automobile Standards Organization) B-407은 진동 전달율(vibration transmissibility) 특성에 관한 규격을 규제하고 있다. 편안한 느낌을 얻기 위해서는, 도로 진동에 노출되면서, 예를 들면 고속도로에서 오토바이를 타면서, 타는 사람에게 불편함을 느끼게 하는 진동수 범위의 진동을 현저히 줄이는 것이 효과적이다. 시트와 관련하여, 불편함의 다른 공급원은 부적합한 지지 및/또는 시트에 대한 딱딱한 느낌 이외에도 타는 사람과 시트 간의 경계면에서 고압 지점을 포함한다. 경시적으로 가해진 하중에 따라 변형하는 시트내 폴리우레탄 폼의 경향은 또한 시트의 압력 분포 및 진동 전달율 양쪽에 영향을 미칠 수 있다. 크리이프(creep)는 경시적으로, 통상 3 시간까지 일정한 하중 및 진동 하에 쿠션 두께의 가역적 감소로서 정의된다.
시트의 진동 성능은 시트 성분, 예컨대 폴리우레탄 폼으로부터 형성된 쿠션의 공명 진동수(resonance frequency) 및 최고 피크 전달율(peak transmissibiity)을 조정함으로써 개선된다. 일반적으로, 공명 진동수 및 피크 전달율에 대한 보다 낮은 값이 바람직하며, 그 이유는 그것이 타는 사람에게 전달된 전체적 보다 덜 한 진동을 유도하며, 그리고 보다 큰 범위의 분리된 진동수에 걸쳐 진동을 유도하기 때문이다. 상기 설명된 바와 같이, 차 시트가 보다 더 딱딱하게 느껴지고 차 시트의 공명 진동수가 증가함에 따라, 경시적으로 크리이프와 같은 폴리우레탄 폼 특성의 변화는 편안함에 불리한 영향을 미칠 수 있다. 피로(fatigue)는 압축 테스트 및 타격 테스트를 이용하여 측정될 때 일정하거나 주기적인 하중으로부터 결과로 야기되는 특성의 비가역적 변화이다. 시트는 소비자 편안함 및 충성도를 유지하기 위해서 수십년 동안 지속되어야 하며, 시트의 피로 특성은 중요한 역할을 한다.
다양한 폴리우레탄 폼이 시트용 쿠션으로서 사용하기 위해 수년에 걸쳐 개발되고 있다. 그러나, 이러한 폴리우레탄 폼은 하나 이상의 부적합성, 예컨대 비싼 원료의 사용, 아주 많은 다수 성분의 사용, 해로운 성분의 사용, 가공 및 몰딩의 난이성, 바람직하지 못한 편안함 특성, 예컨대 고 공명 진동수 및 고 피크 전달율, 및 크리이핑 및 피로에 의한 문제점으로부터 곤란을 겪고 있다.
따라서, 감소된 피크 진동 전달율 및 감소된 공명 진동수를 비롯한 개선된 편안함 및 성능 특성을 갖는 시트 쿠션을 위한, 폴리우레탄 폼과 같은 폴리우레탄 물품의 제조시 사용하는 수지 조성물을 제공할 수 있는 기회가 여전히 남아 있다. 또한, 그 남아 있는 상기 설명된 부적합성을 해소하는 수지 조성물, 폴리우레탄 시스템 및 폴리우레탄 물품을 제공할 수 있는 기회가 여전히 남아 있다.
발명의 개요 및 이점
본 발명은 폴리우레탄 물품의 제조시 사용하기 위한 수지 조성물을 제공한다. 이 수지 조성물은 알킬렌 옥사이드를 함유하며 그리고 2 이상의 공칭 작용가(nominal functionality), 20 내지 200 mg KOH/g의 수산가(hydroxyl number) 및 알킬렌 옥사이드 100 중량부를 기준으로 한 50 중량부 이상의 에틸렌 옥사이드를 갖는 친수성 폴리올(A)을 포함한다. 상기 수지 조성물은 알킬렌 옥사이드를 함유하며 그리고 말단 에틸렌 옥사이드 캡, 2 이상의 공칭 작용가, 20 내지 100 mg KOH/g의 수산가 및 알킬렌 옥사이드 100 중량부를 기준으로 한 60 중량부 이상의 프로필렌 옥사이드를 갖는 소수성 폴리올(B)을 추가로 포함한다. 이 친수성 폴리올(A)와 소수성 폴리올(B)은 1.5:1 내지 20:1의 중량비(A:B)로 수지 조성물에 존재한다. 상기 수지 조성물은 상기 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 한 약 0.1 내지 약 30 중량부의 양으로 충전제 성분을 추가로 포함하고, 상기 충전제 성분은 스티렌, 아크릴로니트릴, 아크릴산 및 메타크릴산의 에스테르, 에틸렌계 불포화 니트릴, 아민, 아미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 단량체의 반응 생성물을 포함한다. 본 발명은 친수성 폴리올(A), 소수성 폴리올(B), 이소시아네이트 성분(C) 및 충전제 성분을 포함하는 폴리우레탄 시스템을 추가로 제공한다.
본 발명은 수지 조성물과 폴리우레탄 시스템에 사용되고 폴리우레탄 물품을 제조하는데 사용되는 친수성 폴리올(A)과 소수성 폴리올(B)의 독특한 조합을 제공한다. 폴리우레탄 물품은 이 폴리우레탄 물품이 제조되는 수지 조성물로 인하여 차량 용도에 사용하기에 매우 우수한 편안함을 나타낸다. 그 폴리우레탄 물품은 종래의 폴리우레탄 물품에 비하여 감소된 공명 진동수 및 감소된 피크 전달율을 나타낸다. 크리이프, 히스테리시스(hysteresis) 및 피로와 같은 다른 특성이 또한 매우 우수하다.
도면의 간단한 설명
본 발명의 다른 이점은, 첨부된 도면과 연관지어 이해할 경우 후술하는 상세한 설명을 참조함으로써 보다 잘 이해되는 바와 같이, 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 여기서, 상기 도면은 간단히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 비교 실시예(또는 비교예) 1 및 본 발명의 실시예 6의 진동수 변화의 함수로서 진동 전달율(vibration transmissivity)을 예시하는 라인 그래프이다.
도 2는 비교 실시예 1 및 본 발명의 실시예 6의 시간 변화의 함수로서 편향(deflection)(%)을 예시하는 라인 그래프이다.
도 3은 비교 실시예 1 및 본 발명의 실시예 6의 시간 변화의 함수로서 동적 크리이프(dynamic creep), 특히 DMA(dynamic storage modulus: 동적 저장 모듈)를 예시하는 라인 그래프이다.
도 4는 비교 실시예 3 및 본 발명의 실시예 10의 진동수 변화의 함수로서 진동 전달율을 예시하는 라인 그래프이다.
도 5는 비교 실시예 3 및 본 발명의 실시예 10의 시간 변화의 함수로서 동적 크리이프, 특히 두께 변화를 예시하는 라인 그래프이다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 폴리우레탄 폼의 제조시 사용하기 위한 수지 조성물을 제공한다. 이 수지 조성물은 친수성 폴리올(A)을 포함한다. 친수성 폴리올(A)은 전형적으로 2 이상, 보다 전형적으로 2 내지 6, 그리고 가장 전형적으로 2 내지 4의 공칭 작용가를 갖는다. "공칭 작용가"란 작용가가 제조후 폴리올의 실제 작용가보다는 오히려 개시제 분자의 작용가에 기초한다는 것을 의미한다. 그 친수성 폴리올(A)은 전형적으로 20 내지 200, 보다 전형적으로 20 내지 100, 그리고 가장 전형적으로 25 내지 55 mg KOH/g의 수산가를 갖는다. 하나의 실시양태에서, 친수성 폴리올(A)은 약 44 내지 약 47 mg KOH/g의 수산가를 갖는다.
친수성 폴리올(A)은 알킬렌 옥사이드를 함유한다. 친수성 폴리올(A)은 전형적으로 50 중량부 이상, 보다 전형적으로 70 중량부 이상의 에틸렌 옥사이드를 가지며, 각각은 알킬렌 옥사이드 100 중량부를 기준으로 한다. 따라서, 친수성 폴리올(A)은 에틸렌 옥사이드 농후 폴리올이고, 이는 친수성 폴리올(A)에게 친수성을 부여한다. 하나의 실시양태에서, 친수성 폴리올(A)은 하나 이상 유형의 알킬렌 옥사이드, 예를 들면 옥시알킬렌 단량체, 예컨대 에틸렌 옥사이드(EO) 단량체, 프로필렌 옥사이드(PO) 단량체, 부틸렌 옥사이드(BO) 단량체 등의 반응으로부터 형성된다. 본 발명은 친수성 폴리올(A)를 제조하는 임의의 특정 방법에 국한되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
하나의 실시양태에서, 친수성 폴리올(A)의 알킬렌 옥사이드는 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 혼합물을 포함한다. 다른 실시양태에서, 친수성 폴리올(A)의 알킬렌 옥사이드는 단지 에틸렌 옥사이드만을 포함한다. 추가 실시양태에서, 친수성 폴리올(A)은 약 75 중량부의 에틸렌 옥사이드 및 약 25 중량부의 프로필렌 옥사이드를 가지며, 각각은 알킬렌 옥사이드 100 중량부를 기준으로 한다. 특정 실시양태에서, 상기 언급된 바와 같이, 친수성 폴리올(A)은 해당 기술 분야에 알려진 다른 유형의 알킬렌 옥사이드, 예를 들면 부틸렌 옥사이드를, 에틸렌 옥사이드와의 조합으로, 임의로는 프로필렌 옥사이드와의 조합으로 포함한다.
친수성 폴리올(A)의 알킬렌 옥사이드는 다양한 배열, 예컨대 랜덤(헤테릭) 배열, 블록 배열, 캡핑된 배열 또는 이들의 조합으로 정렬될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 친수성 폴리올(A)은 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 헤테릭 혼합물을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 친수성 폴리올(A)은 말단 캡핑되며, 예를 들면 에틸렌 옥사이드 캡, 프로필렌 옥사이드 캡 또는 부틸렌 옥사이드 캡에 의해 말단 캡핑된다. 친수성 폴리올(A)이 말단 캡핑되는 경우, 그 친수성 폴리올(A)은, 친수성 폴리올(A) 100 중량부를 기준으로 한, 전형적으로 약 5 내지 약 25 중량부, 보다 전형적으로 약 5 내지 약 20 중량부, 그리고 가장 전형적으로 약 10 내지 약 15 중량부의 말단 캡, 예를 들면 에틸렌 옥사이드 캡을 갖는다.
본 발명의 목적에 적합한 친수성 폴리올(A)은 글리세린-개시된, 트리메틸올프로판-개시된, 그리고 수크로스-개시된 폴리에테르 폴리올, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 하나의 실시양태에서, 친수성 폴리올(A)은 글리세린-개시된 폴리에테르 폴리올이다. 친수성 폴리올(A)의 알킬렌 옥사이드는 일반적으로 친수성 폴리올(A)의 각 개시제 부분으로부터 연장되며, 그리고 임의로 상기 설명된 바와 같이 말단 캡핑된다. 적합한 친수성 폴리올(A)의 구체적 예로는 PLURACOL® 593 폴리올이 있으며, 이것은 뉴저지주 플로르햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다. 하나의 실시양태에서, 친수성 폴리올(A)는 3150 내지 4150의 수 평균 분자량을 갖는다. 친수성 폴리올(A)은 상기 언급한 친수성 폴리올 중 2 이상으로 된 임의의 조합을 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들면, 친수성 폴리올(A)은 2의 공칭 작용가를 갖는 제1 친수성 폴리올 및 3의 공칭 작용가를 갖는 제2 친수성 폴리올을 포함할 수 있다.
수지 조성물은 말단 에틸렌 옥사이드 캡을 갖는 소수성 폴리올(B)을 추가로 포함한다. 이 소수성 폴리올(B)은 전형적으로 2 이상, 보다 전형적으로 2 내지 6, 그리고 가장 전형적으로 2 내지 4의 공칭 작용가를 갖는다. 소수성 폴리올(B)은 전형적으로 20 내지 100, 보다 전형적으로 20 내지 80, 그리고 가장 바람직하게는 20 내지 60 mg KOH/g의 수산가를 갖는다. 하나의 실시양태에서, 소수성 폴리올(B)은 약 23 내지 약 26 mg KOH/g의 수산가를 갖는다. 다른 실시양태에서, 소수성 폴리올(B)은 약 34 내지 약 36 mg KOH/g의 수산가를 갖는다.
소수성 폴리올(B)은 알킬렌 옥사이드를 포함한다. 소수성 폴리올(B)은 전형적으로 60 중량부 이상, 보다 전형적으로 80 중량부 이상의 프로필렌 옥사이드를 가지며, 각각은 알킬렌 옥사이드 100 중량부를 기준으로 한다. 따라서, 소수성 폴리올(B)은 프로필렌 옥사이드 농후 폴리올이고, 이것은 소수성 폴리올(B)에 소수성을 부여한다. 하나의 실시양태에서, 소수성 폴리올(B)은 하나 이상 유형의 알킬렌 옥사이드의 반응으로부터 형성된다. 본 발명은 소수성 폴리올(B)을 제조하는 임의의 특정 방법에 국한되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
하나의 실시양태에서, 소수성 폴리올(B)의 알킬렌 옥사이드는 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 혼합물을 포함한다. 다른 실시양태에서, 소수성 폴리올(B)의 알킬렌 옥사이드는 단지 프로필렌 옥사이드만을 포함한다. 특정 실시양태에서, 소수성 폴리올(B)은 해당 기술 분야에 알려진 다른 유형의 알킬렌 옥사이드, 예를 들면 부틸렌 옥사이드를 프로필렌 옥사이드와의 조합으로, 임의로는 에틸렌 옥시이드와의 조합으로 포함한다. 소수성 폴리올(B)의 알킬렌 옥사이드는 다양한 배열, 예컨대 랜덤(헤테릭) 배열, 블록 배열, 캡핑된 배열 또는 이들의 조합으로 정렬될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 소수성 폴리올(B)은 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 헤테릭 혼합물을 포함한다.
상기 설명된 바와 같이, 소수성 폴리올(B)은 에틸렌 옥사이드에 의해 말단 캡핑된다. 소수성 폴리올(B)은, 소수성 폴리올(B) 100 중량부를 기준으로 한, 전형적으로 약 5 내지 약 25 중량부, 보다 전형적으로 약 5 내지 약 20 중량부, 가장 전형적으로 약 10 내지 약 15 중량부의 에틸렌 옥사이드 말단 캡을 갖는다. 하나의 실시양태에서, 소수성 폴리올(B)은 소수성 폴리올(B) 100 중량부를 기준으로 한 약 13 중량부의 에틸렌 옥사이드 캡을 갖는다. 특정 실시양태에서, 에틸렌 옥사이드는 단지 말단 에틸렌 옥사이드 캡으로만 존재할 수 있지만, 다른 실시양태에서, 에틸렌 옥사이드는 또한, 소수성 폴리올(B)의 알킬렌 옥사이드에서, 프로필렌 옥사이드, 그리고 임의로 다른 알킬렌 옥사이드, 예를 들면 부틸렌 옥사이드와 함께 존재할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 목적에 적합한 소수성 폴리올(B)은 글리세린-개시된, 트리메틸올프로판-개시된, 그리고 수크로스-개시된 폴리에테르 폴리올, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 하나의 실시양태에서, 소수성 폴리올(B)은 글리세린-개시된 폴리에테르 폴리올이다. 소수성 폴리올(B)의 알킬렌 옥사이드는 일반적으로 소수성 폴리올(B)의 각 개시제 부분으로부터 연장된다. 다른 실시양태에서, 친수성 폴리올(A)과 소수성 폴리올(B)은 각각 글리세린-개시된 폴리에테르 폴리올이다. 적합한 소수성 폴리올(B)의 구체적 예로는 PLURACOL® 538 및 PLURACOL® 2097이 있으며, 이들 양자는 뉴저지주 플로르햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다. 하나의 실시양태에서, 소수성 폴리올(B)은 약 4300 내지 약 5300의 수 평균 분자량을 갖는다. 소수성 폴리올(B)은 상기 언급된 소수성 폴리올 중 2 이상으로 된 임의의 조합을 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들면, 소수성 폴리올(B)은 2의 공칭 작용가를 갖는 제1 소수성 폴리올 및 3의 공칭 작용가를 갖는 제2 소수성 폴리올을 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 수지 조성물은 충전제 성분을 추가로 포함한다. 이 충전제 성분은 전형적으로 스티렌, 아크릴로니트릴, 아크릴산 및 메타크릴산의 에스테르, 에틸렌계 불포화 니트릴, 아민, 아미드 및 이들의 조합으로부터 선택된 단량체의 반응 생성물을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 그 충전제 성분은 스티렌-아크릴로니트릴(SAN)이고, 이것은 스티렌 단량체와 아크릴로니트릴 단량체의 반응 생성물이다. 다른 실시양태에서, 충전제 성분은 우레아이고, 이것은 아민 단량체와 이소시아네이트(NCO) 기, 예컨대 디이소시아네이트의 NCO 기의 반응 생성물이다. 수지 조성물에 사용된다면, 충전제 성분은 수지 조성물에 첨가될 수 있고/있거나, 하기 추가로 상세히 설명되는 친수성 폴리올(A) 및 소수성 폴리올(B) 중 하나 이상과 함께 포함될 수 있는 명백한 성분일 수 있다.
특정 실시양태에서, 친수성 폴리올(A)과 소수성 폴리올(B) 중 하나 이상은 충전제 성분을 포함한다. 이러한 실시양태에서, 친수성 폴리올(A) 및/또는 소수성 폴리올(B)은 중합체 폴리올로서 분류된다. 이 중합체 폴리올은 그라프트 폴리올, 그라프트 분산 폴리올, PHD(polyharnstoff dispersion) 폴리올, PIPA (polyisocyanate polyaddition) 폴리올, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 그라프트 및 그라프트 분산 폴리올은 폴리우레탄 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있으며, 동일계(in-situ) 중합, 즉 폴리올, 예를 들면 폴리에테르 폴리올 중에서 하나 이상의 비닐 단량체, 예를 들면 스티렌 단량체 및/또는 아크릴로니트릴 단량체의 반응에 의해 얻어진 생성물을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 소수성 폴리올(B)은 스티렌-아크릴로니트릴 그라프트 폴리올이다. 적합한 그라프트 폴리올의 구체적 예는 PLURACOL® 1365, PLURACOL® 4600, PLURACOL® 4800, PLURACOL® 4815, 및 PLURACOL® 4830을 포함하며, 이들 모두는 뉴저지주 플로르햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다. PHD 폴리올은 전형적으로 폴리올 중에서 디이소시아네이트와 디아민의 동일계 중합에 의해 형성되어 폴리우레아 입자의 안정한 분산액을 생성하게 된다. PIPA 폴리올은 PHD 폴리올과 유사하지만, 단 분산액은 전형적으로 디이소시아네이트와 아민 대신 알칸올아민의 동일계 반응에 의해 형성되어 폴리올 중의 폴리우레탄 분산액을 생성하게 된다는 점을 예외로 한다. 특정 실시양태에서, 소수성 폴리올(B)은, 조합된 소수성 폴리올(B)과 충전제 성분의 100 중량부를 기준으로 한, 전형적으로 약 5 내지 약 50 중량부, 보다 전형적으로 약 15 내지 약 40 중량부, 그리고 가장 전형적으로 약 20 내지 약 35 중량부의 양으로 충전제 성분을 포함한다. 다른 실시양태에서, 친수성 폴리올(A)은 상기 설명된 양으로 충전제 성분을 포함한다. 특정 실시양태에서, 친수성 폴리올(A) 및 소수성 폴리올(B) 양자는 충전제 성분을 포함할 수 있다. 또한 본 발명은 사용되는 경우 중합체 폴리올을 제조하는 임의의 특정 방법에 국한되는 것은 아니다.
친수성 폴리올(A) 및 소수성 폴리올(B)은 수지 조성물에 전형적으로 1.5:1 내지 20:1, 보다 전형적으로 1.5:1 내지 10:1, 그리고 가장 전형적으로 1.5:1 내지 6:1의 중량비(A:B)로 존재한다. 충전제 성분이 친수성 폴리올(A) 및/또는 소수성 폴리올(B)과 함께 포함되는 경우, 각 중합체 폴리올은 충전제 성분 및 캐리어 폴리올 부분을 포함한다. 본 발명의 목적상, 상기 설명된 중량비(A:B)는, 포함되는 경우, 충전체 성분에 의해 기인된 중량부에 적용하는 것이 아니라 캐리어 폴리올 부분의 중량부에 적용한다. 이 개념은 하기 수식에 의해 예시된다.
중량비 (A:B) = (A - XA) : (B - XB)
여기서, A는 조합된 캐리어 폴리올 부분의 중량부와 친수성 폴리올(A)의 충전제 성분의 중량부에 해당하고, XA 는 친수성 폴리올(A) 중에 존재하는 충전제 성분의 중량부에만 해당하며, B는 조합된 캐리어 폴리올 부분의 중량부와 소수성 폴리올(B)의 중량부에 해당하고, XB는 소수성 폴리올(B) 중에 존재하는 충전제 성분의 중량부에만 해당한다. 예를 들면, 친수성 폴리올(A)이 충전제 성분을 포함하지 않고 수지 조성물 중에 60 중량부의 양으로 포함되는 경우, A = 60이고 XA = 0이다. 추가로 소수성 폴리올(B)이 40 중량부의 양으로 수지 조성물에 포함되고, 소수성 폴리올(B)이 소수성 폴리올(B) 100 중량부를 기준으로 한 25 중량부의 충전제 성분 및 75 중량부의 캐리어 폴리올 부분을 포함하는 경우, B = 40이고 XB = 10이다. 따라서, 충전제 성분에 기인한 중량부를 배제하면, 친수성 폴리올(A) 및 소수성 폴리올(B)은 2:1의 중량비(A:B)로 수지 조성물에 존재한다. 그 중량비(A:B)는 수지 조성물 중에 존재하는 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드의 전체 양을 제어하는데 중요하며, 이것은 수지 조성물에 친수성/소수성 특성을 부여한다. 전반적으로, 수지 조성물은 소수성 폴리올(B)에 비하여 과량인 친수성 폴리올(A)로 인하여 친수성인 것으로 간주된다.
수지 조성물은 첨가제 성분을 추가로 포함할 수 있다. 사용되는 경우, 그 첨가제 성분은 전형적으로 계면활성제, 촉매, 충전제, 난연제, 물, 가소화제, 안정화제, 가교결합제, 사슬 연장제, 사슬 종결제, 소포제(air release agent), 습윤제, 표면 개질제, 왁스, 폼 안정화제, 수분 제거제, 건조제, 점도 감소제, 기포 크기 감소 화합물(cell-size reducing compound), 기포 개방제(cell opener), 강화제, 염료, 안료, 착색제, 몰드 이형제, 항산화제, 상용화제(compatibility), 자외선 광 안정화제, 요변제, 노화 방지제, 윤활제, 커플링제, 용매, 유동 증진제, 접착 증진제, 점증제, 매연 억제제, 정전기 방지제, 항균제, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
적합한 촉매의 구체적 예는 POLYCAT® 77, DABCO® 33LV, DABCO® BL-11, DABCO® BL-17, 및 DABCO® 8800(모두 펜실베니아주 앨런타운 소재의 Air Products and Chemicals로부터 상업적으로 구입가능함, 및 Niax® A-1(코넷티컷주 그린위치 소재의 Crompton OSi Specialties로부터 상업적으로 구입가능함)을 포함한다. 적합한 계면활성제의 구체적 예는 DC-198, DC-5043, 및 DC-5164(모두 미시간주 밀드랜드 소재의 Dow Corning Corporation으로부터 상업적으로 구입가능함), DABCO® DC-5164(펜실베니아주 앨린타운 소재의 Air Products and Chemicals로부터 상업적으로 구입가능함), 및 TEGOSTAB® B4113(버지니아주 호프웰 소재의 Degussa Goldschmidt Chemical Corporation으로부터 상업적으로 구입가능함)을 포함한다. 첨가제 성분은 상기 언급된 첨가제들의 임의 조합을 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
수지 조성물은, 사용되는 경우, 친수성 폴리올(A), 소수성 폴리올(B) 및 충전제 성분, 그리고 임의로 첨가제 성분 이외에도, 보조 폴리올을 추가로 포함할 수 있다. 이 보조 폴리올은 폴리우레탄 기술 분야에 알려진 임의의 폴리올 및 2 이상 폴리올로 된 혼합물, 예컨대 디올, 트리올 또는 이들의 혼합물일 수 있다, 적합한 보조 폴리올의 특정 예는 4의 공칭 작용가 및 약 360 내지 약 375 mg KOH/gm의 수산가를 갖는 수크로스/글리세린 개시된 폴리올(뉴저지주 플로르햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능함)이다.
친수성 폴리올(A) 및 소수성 폴리올(B)은 상기 설명된 비율을 실시하여 다양한 양으로 수지 조성물에 존재할 수 있다. 친수성 폴리올(A) 및 소수성 폴리올(B)은, 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 한, 전형적으로 약 70 내지 약 97 중량부, 보다 전형적으로 약 80 내지 약 90 중량부, 그리고 가장 전형적으로 약 80 내지 약 85 중량부의 조합된 양으로 수지 조성물에 존재할 수 있다. 따라서, 충전제 성분, 첨가제 성분 및/또는 보조 폴리올은, 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 한, 수지 조성물 100 중량부에 대한 나머지 중량부, 예를 들면 약 3 내지 약 30 중량부로 수지 조성물에 존재한다. 특정 실시양태에서, 충전제 성분은 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 한, 약 0.1 내지 약 30 중량부의 양으로 수지 조성물에 존재한다. 다른 실시양태에서, 첨가제 성분은 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 한, 약 0.1 내지 약 15 중량부의 양으로 수지 조성물에 존재한다. 또다른 실시양태에서, 보조 폴리올은 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 한, 약 0.1 내지 약 15 중량부의 양으로 수지 조성물에 존재한다. 충전제 성분, 첨가제 성분 및 보조 폴리올이 임의 성분이므로, 친수성 폴리올(A) 및 소수성 폴리올(B)은 수지 조성물의 100 중량부의 조합된 양으로 수지 조성물에 존재할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 폴리우레탄 물품의 제조시 사용하기 위한 폴리우레탄 시스템을 추가로 제공한다. 이 폴리우레탄 시스템은 친수성 폴리올(A), 소수성 폴리올(B), 이소시아네이트 성분(C) 및 충전제 성분을 포함한다. 폴리우레탄 시스템은, 수지 조성물의 설명에 관하여 상기 기술된 바와 같이, 첨가제 성분 및 보조 폴리올 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. 친수성 폴리올(A) 및 소수성 폴리올(B)은 전형적으로 1.5:1 내지 20:1, 보다 전형적으로 1.5:1 내지 10:1, 그리고 가장 전형적으로 1.5:1 내지 6:1의 중량비(A:B)로 폴리우레탄 시스템에 존재한다. 전반적으로, 폴리우레탄 시스템은 소수성 폴리올(B)에 바하여 과량인 친수성 폴리올(A)로 기인하여 친수성인 것으로 간주된다. 앞에서 설명되고 상기에서 예시된 바와 같이, 중량비(A:B)는, 친수성 폴리올(A) 및/또는 소수성 폴리올(B)과 함께 포함되는 경우, 충전제 성분에 기인한 임의 중량부에는 적용되지 않는다.
폴리우레탄 시스템은 다양한 수단으로, 예컨대 대형 드럼 및 용기 또는 소형 키트 및 팩킷으로 사용하도록 소비자에게 공급될 수 있다. 예를 들면, 1개의 키트는 수지 조성물을 함유할 수 있고, 다른 키트는 이소시아네이트 성분(C)을 함유할 수 있다. 친수성 폴리올(A) 및 소수성 폴리올(B)은 미리 조합되어 수지 조성물을 형성할 수 있거나 그렇지 않을 수도 있으며, 즉 폴리우레탄 시스템은 2, 3 또는 그 이상의 명백한 성분, 예컨대 명백한 성분들을 각각 포함하는 개별 기트를 포함할 수 있다.
하나의 실시양태에서, 이소시아네이트 성분(C)은 유기 폴리이소시아네이트이다. 적합한 유기 폴리이소시아네이트는 종래의 지방족 고리지방족, 아르지방족 및 방향족 이소시아네이트를 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 하나의 실시양태에서, 이소시아네이트 성분(C)은 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 중합체 디페닐메탄 디이소시아네이트(pMDI), 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 본 발명의 목적에 적합한 다른 이소시아네이트의 예는 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 및 이들의 조합을 포함한다. 적합한 이소시아네이트 성분(C)의 구체적 예는 LUPRANATE® M, LUPRANATE® ME, LUPRANATE® MI, 및 LUPRANATE® M20S를 포함하고, 이들 모두는 뉴저지주 플로르햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
다른 실시양태에서, 이소시아네이트 성분(C)은 이소시아네이트-말단화된 예비중합체이다. 이 이소시아네이트-말단화된 예비중합체는 이소시아네이트와 이소시아네이트-반응성 성분의 반응 생성물이다. 이소시아네이트는 해당 기술 분야의 당업자에게 알려진 임의 유형의 이소시아네이트, 예컨대 상기 설명된 유기 폴리이소시아네이트 중 하나일 수 있다. 이소시아네이트-반응성 성분은 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부탄 디올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 트리에탄올아민, 펜타에리트리톨 및 소르비톨 중 하나 이상으로부터 선택된 폴리올일 수 있다. 이소시아네이트-반응성 성분은 에틸렌 디아민, 톨루엔 디아민, 디아미노디페닐메탄 및 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민, 및 아미노알콜로부터 선택된 폴리아민일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 적합한 아미노알콜의 예는 에탄올아민 및 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 및 이들의 조합을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 이소시아네이트-반응성 성분은 1,000 초과의 수 평균 분자량을 갖는 폴리올이고, 이소시아네이트 성분(C) 100 중량부를 기준으로 한 1 내지 20 중량부의 양으로 존재한다. 이소시아네이트 성분(C)은 상기 언급된 이소시아네이트와 이소시아네이트-말단화된 예비중합체의 임의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 이소시아네이트 성분(C)을 제조하는 임의의 특정 방법에 국한되는 것은 아니다.
본 발명은 폴리우레탄 물품을 추가로 제공한다. 이 폴리우레탄 물품은 폴리우레탄 시스템, 즉 발포제 성분(D)의 존재 하에 친수성 폴리올(A), 소수성 폴리올(B), 및 이소시아네이트 성분(C)의 반응 생성물을 포함한다. 폴리우레탄 물품은 충전제 성분을 추가로 포함한다. 폴리우레탄 물품은, 수지 조성물의 설명과 관련하여 상기 기술된 바와 같이, 보조 폴리올의 반응 생성물을 포함할 수 있고/있거나, 첨가제 성분을 포함할 수 있다.
친수성 폴리올(A) 및 소수성 폴리올(B)은, 폴리우레탄 시스템을 반응을 실시하여 폴리우레탄 물품을 제조하기 전에, 전형적으로 1.5:1 내지 20:1, 보다 전형적으로 1.5:1 to 10:1, 그리고 가장 전형적으로 1.5:1 내지 6:1의 중량비(A:B)로 존재한다. 따라서, 폴리우레탄 물품은 친수성 폴리우레탄 폼이다. 또한, 폴리우레탄 물품은 전형적으로 점탄성 폴리우레탄 폼이다. 앞에서 설명되고 상기에서 예시된 바와 같이, 중량비(A:B)는, 반응을 실시하여 폴리우레탄 물품을 제조하기 전에, 친수성 중합체(A) 및/또는 소수성 폴리올(B)과 함께 포함되는 경우, 충전제 성분에 기인한 임의의 중량부에 적용하지 않는다.
폴리우레탄 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 이소시아네이트 지수는 이소시아네이트 성분(C) 내의 NCO 기 대 조합된 친수성 폴리올(A) 및 소수성 폴리올(B) 내의 OH 기의 비율이다. 이소시아네이트 성분(C), 친수성 폴리올(A) 및 소수성 성폴리올(B), 임의로 보조 폴리올은 전형적으로 약 90 내지 약 120, 보다 전형적으로 약 95 내지 약 115, 가장 전형적으로 약 100 내지 약 115의 이소시아네이트 지수를 갖는 양으로 반응되어 폴리우레탄 물품을 제조하게 된다. 그 이소시아네이트 지수는 폴리우레탄 물품의 경도를 변경하기 위해서 조정될 수 있다. 예를 들면, 폴리우레탄 물품을 보다 단단하게 제조하기 위해서, 이소시아네이트 지수는 110에서 115로 증가할 수 있다. 충전제 성분, 예를 들면 SAN은 또한 폴리우레탄 물품의 경도를 증가시킬 수 있으며, 또한 폴리우레탄 물품의 인열 강도를 증가시킬 수 있다. 폴리우레탄 기술 분야의 당업자라면, 반응을 실시하여 폴리우레탄 물품을 제조하기 전에 이소시아네이트 성분(C)의 양은, 반응을 실시하여 폴리우레탄 물품을 제조하기 전에 친수성 폴리올(A)과 소수성 폴리올(B), 및 임의로 보조 폴리올의 조합된 양과 함께 이소시아네이트 지수에 의해 결정될 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
발포제 성분(D)은 해당 기술 분야에 알려진 임의의 발포제일 수 있다. 예를 들면, 그 발포제 성분(D)은 화학적 발포제, 물리적 발포제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 발포제 성분(D)은 화학적 발포제이다. 해당 기술 분야의 당업자에게 알려진 바와 같이, 화학적 발포제는 폴리우레탄 물품을 제조하는데 사용된 성분들 하나 이상, 예컨대 이소시아네이트 성분(C)과 반응하여 기체, 예를 들면 이산화탄소를 생성하며, 이 이산화탄소는 발포하면서 폴리우레탄 물품을 형성하게 된다. 발포제 성분(D)으로서 사용된 경우, 화학적 발포제는 전형적으로 물이며, 이 물은 이소시아네이트 성분(C)과 반응하여 이산화탄소 기체를 생성하게 된다. 다른 실시양태에서, 발포제 성분(D)은 물리적 발포제이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 물리적 발포제는 발포 과정 전반에 걸쳐 원형 화학 구조를 보유하는 발포제이며, 즉 물리적 발포제는 폴리우레탄 물품을 제조하는데 사용된 성분들 중 어느 것이든지와 반응하지 않는다. 발포제 성분(D)으로서 사용되는 경우, 물리적 발포제는 전형적으로 비인화성 및 제로 오존 파괴 지수(ODP, ozone depletion potential)로 기인하여 히드로프루오로카본(HFC)이다. 본 발명의 목적에 적합한 물리적 발포제 성분의 예는 HFC-134a, HFC-152a, HFC-245fa, HFC-365mfc, HFC-22, 및 이들의 조합을 포함한다.
발포제 성분(D)의 일부 또는 전부는 본 발명의 성분들 중 하나로 이미 존재해 있을 수 있다. 예를 들면, 수지 조성물은 첨가제 성분으로서 물을 포함할 수 있으며, 이 물은 발포제 성분(D)으로서 작용한다. 특정 실시양태에서, 발포제 성분(D)은 물이고, 반응을 실시하여 폴리우레탄 물품을 제조하기 전에, 조합된 친수성 폴리올(A)과 소수성 폴리올(B)의 100 중량부를 기준으로 한, 약 0.5 내지 약 5 중량부의 양으로 포함된다.
본 발명의 폴리우레탄 물품은 다양한 용도에 사용될 수 있으며, 특히 시트류 용도에 사용하기에 적합하다. 예를 들면, 폴리우레탄 물품은 시트 쿠션 몰드 내에서 성형되어 시트 쿠션, 예를 들면 자동차 시트 쿠션, 트럭 시트 쿠션, 대형 트럭(heavy truck) 시트 쿠션, 오토바이 시트 쿠션, 자전거 시트 쿠션, 트랙터 시트 쿠션, ATV 시트 쿠션, 보트 시트 쿠션, 제트 스키 시트 쿠션, 스노우모빌 시트 쿠션 등을 헝성할 수 있다. 그 시트 쿠션 몰드는 성형 제조 기술 분야에서 알려진 임의의 시트 쿠션 몰드, 예컨대 밀폐형 또는 개방형 몰드일 수 있다. 사용되는 경우, 시트 쿠션 몰드는 전형적으로 가열되어 폴리우레탄 물품의 경화를 촉진하게 된다. 폴리우레탄 물품을 경화하는데 적합한 온도는 전형적으로 38℃(100℉) 내지 54℃(130℉)의 범위이지만, 보다 낮거나 보다 높은 온도, 예컨대 실온이 경화에 사용될 수 있는 것으로 것으로 이해되어야 한다. 바꾸어 말하면, 시트 쿠션 몰드가 가열되지 않을 수도 있다.
하나의 실시양태에서, 폴리우레탄 물품은 이 폴리우레탄 물품과 접촉한 상태의 외부 층과의 조합으로 존재하며, 그것은 본 발명의 폴리우레탄 물품으로부터 형성된 보다 얇고/얇거나 보다 연질인 시트 쿠션의 사용을 일반적으로 가능하게 한다. 사용되는 경우, 그 외부 층은 전형적으로 엘라스토머 층이며, 이것은 전형적으로 분무가능한 엘라스토머 조성물의 반응 생성물을 포함한다. 본 발명의 목적에 적합한 폴리우레탄 엘라스토머 조성물이 미국 특허 출원 번호 6,432,543(Harrison et al.에게 허여됨), 6,649,107(Harrison et al.에게 허여됨), 6,852,403(Harrison et al.,에게 허여됨) 및 6,352,658(Chang et al.에게 허여됨)에 개시되어 있으며, 이들의 개시내용은 그 전체가 본원에 참고 인용되어 있다. 본 발명의 목적에 적합한 다른 외부 층의 예는 비닐, 천, 가죽, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
상기 언급되어 있는 바와 같이, 폴리우레탄 물품은 다양한 소정의 최종 특성, 예컨대 경도, 예를 들면 약 70 파운드 힘(lbf)의 25% IFD(누름 힘 편차: indentation force deflection), 및/또는 밀도, 예를 들면 피트 세제곱 당 5 파운드(lbs/ft3)의 밀도를갖도록 배치된다. 하나의 실시양태에서, 폴리우레탄 물품은 경도, 특히 약 75 파운드 힘(lbf)의 25% IFD를 갖는다. 폴리우레탄 물품은 전형적으로 약 30 내지 약 100, 보다 전형적으로 약 40 내지 약 80, 그리고 가장 바람직하게는 약 50 내지 약 80 lbf의 25% IFD를 갖는다. 폴리우레탄 물품은 전형적으로 피로 특성을 가지며, 폴리우레탄 물품은 전형적으로 약 8 미만, 보다 전형적으로 약 5 미만, 그리고 가장 전형적으로 약 3 미만 손실의 40% IFD 변화를 갖는다. 하나의 실시양태에서, 폴리우레탄 물품은 160 kg/m3 (10 lbs/ft3) 미만의 밀도를 갖는다. 폴리우레탄 물품은 전형적으로 약 1 내지 약 10, 보다 전형적으로 약 48 내지 112(3 내지 7), 그리고 가장 바람직하게는 약 64 내지 약 96 (4 내지 약 6) lbs/ft3의 밀도를 갖는다. 폴리우레탄 물품의 경도, 피로 및 밀도는 ASTM D 3574에 따라 측정할 수 있다. 폴리우레탄 물품의 다른 물리적 특성, 예컨대 히스테레시스는 하기 설명된 실시예를 참조하여 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.
일반적으로, 폴리우레탄 물품의 2가지 중요한 물리적 특성은 진동 전달율, 특히 피크 진동 전달율 및 공명 진동수에 관한 것이다. 이 진동 전달율 특성은 앞에서 설명된 바와 같이 폴리우레탄 물품이 시트 쿠션을 제조하는데 사용되는 경우 통상적으로 중요하다. 일반적으로, 보다 낮은 공명 진동수 및 피크 진동 전달율이 바람직하며, 그 이유는 시트 쿠션을 사용하는 타는 사람에게 진동이 보다 적게 전달되기 때문이다. 하나의 실시양태에서, 폴리우레탄 물품은 3 미만의 피크 진동 전달율을 갖는다. 특정 실시양태에서, 폴리우레탄 물품은 약 4 인치의 두께 및 3 미만의 피크 진동 전달율을 갖는다. 폴리우레탄 물품은 4 인치보다 두껍거나 얇은 다양한 두께를 갖도록 배치될 수 있다. 상기 언급된 실시양태들은 일반적으로 지시되는, 예를 들면 JASO B-407에 의해 지시되는 자동차 시트류를 위한 특정 편안함 요건을 충족시키는데 일반적으로 중요하다. 피크 진동 전달율 및 공명 진동수 이외에도, 동적 모듈은 일반적으로 폴리우레탄 물품의 크리이프 특성을 결정하는데 중요하다.
폴리우레탄 물품의 동적 모듈과 진동 전달율 사이에는 연관이 있다. 공명 진동수는, 하기 수학식에 의해 예시되는 바와 같이, 일반적으로 동적 모듈의 제곱근에 따라 증가한다.
Figure 112010008177132-pct00001
식 중에서, ω0는 공명 진동수(rad/s)이고, E는 동적 모듈이며, A는 매스(mass)에 의해 피복된 단면적이고, d는 폴리우레탄 물품의 압축 두께이며, m은 매스이다. 동적 모듈은 힘 편향 곡선의 기울기이며, 즉 그것은 폴리우레탄 물품을 더 편향시키는데 요구되는 부가적인 힘의 양이다. 일반적으로, 보다 낮은 동적 모듈 값이 바람직하며, 그 이유는 그 값이, 진동에 노출될 때, 예컨대 차량에 탔을 때 타는 사람이 느끼는 압력을 줄이는 것 이외에도, 폴리우레탄 물품의 보다 낮은 공명 진동수를 유도하기 때문이다. 상기 설명된 바와 같이, 폴리우레탄 물품은 다양한 두께, 예컨대 시트류 용도에 전형적으로 사용되는 두께, 예를 들면 약 1 인치 내지 약 4 인치 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 수지 조성물, 폴리우레탄 시스템 및 폴리우레탄 물품을 예시하는 하기 실시예는 본 발명을 단지 예시하기 위한 것일 뿐 제한하기 위한 것은 아니다.
실시예
본 발명의 폴리우레탄 물품의 6개 실시예, 구체적으로 실시예 1-6를 제조한다. 또한, 실시예 1-6과 비교하기 위해, 2개의 대조군 폴리우레탄 물품, 특히 비교 실시예 1 및 2를 제조한다. 그 폴리우레탄 물품은 표준 수동-혼합 기법을 이용하여 제조한다. 이소시아네이트 1을 제외한 모든 성분들을, 3-인치 직경 혼합 블레이드를 사용하여 45 분 동안 3000 rpm으로 블렌딩하여 수지 조성물을 형성시킨다. 이어서, 수지 조성물에 이소시아네이트 1을 첨가하여 폼 혼합물을 형성시키고, 이후 이것을 추가 6 초 동안 혼합한다. 그 폼 혼합물을 물-자켓 처리되고 전기 가열되는 15 × 15 × 4 인치 직사각형 블록 몰드 내로 부어 넣고, 블록 몰드의 표면 온도를 50℃(120℉)로 유지하여 폴리우레탄 물품의 블록을 형성시킨다. 블록 몰드의 배치는 용매계 몰드 이형제 및 오픈 몰드 푸어(open mold pour)의 도포를 필요로 한다. 폴리우레탄 물품을 몰드 이형시키고, 7분 후에 즉시 수작업으로 분쇄한다. 폴리우레탄 물품을 형성시키는데 사용된 각 성분의 양 및 유형을 하기 표 1에 나타내고, 동시에 모든 값은 달리 특별하게 언급되어 있지 않는 한 반응을 실시하여 폴리우레탄 물품을 제조하기 전의 모든 성분 100 중량부를 기준으로 한 중량부로 표시한다.
실시예
성분 비교예
1		 비교예
2		 실시예
1		 실시예
2 		실시예
3		 실시예
4		 실시예
5		 실시예
6
폴리올 1 97.52 - - - - - - -
폴리올 2 - 77.00 77.00 77.00 59.00 77.00 59.00 68.00
폴리올 3 - - - 18.00 36.00 18.00 36.00 27.00
폴리올 4 - 2.00 18.00 - - - - -
폴리올 5 - 16.0 - - - - - -
촉매 1 0.165 - - - - - - -
촉매 2 0.165 - - - - - - -
촉매 3 - 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
촉매 4 - 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40
계면활성제 1 0.50 - - - - - - -
계면활성제 2 - 1.00 1.00 1.00 - 1.00 - -
계면활성제 3 - - - - 1.00 - 1.00 1.00
물 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65
이소시아네이트 1 29.68 32.45 31.72 31.30 30.44 34.59 33.65 32.49
이소시아네이트
지수		 100 95 95 95 95 105 105 100
폴리올 1은 약 21 중량% 에틸렌 옥사이드, 3의 공칭 작용가 및 26.5 내지 28.5 mg KOH/gm의 수산가를 갖는 고분자량 폴리올이며, 뉴저지주 플로르햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
폴리올 2는 약 75 중량% 에틸렌 옥사이드, 3의 공칭 작용가, 44.0 내지 47.0 mg KOH/gm의 수산가, 및 약 3650의 수 평균 분자량을 갖는 에틸렌 옥사이드 농후 친수성 폴리올이며, 뉴저지주 플로르햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
폴리올 3은 약 13 중량%의 말단 에틸렌 옥사이드 캡을 가지며 그리고 약 32% SAN 고형분, 3의 공칭 작용가 및 23 내지 26 mg KOH/gm의 수산가를 갖는 캐리어 폴리올을 포함하는 프로필렌 옥사이드 농후 소수성 그라프트 폴리올이며, 뉴저지주 플로르햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
폴리올 4는 약 13 중량%의 말단 에틸렌 옥사이드 캡, 3의 공칭 작용가, 34.0 내지 36.0 mg KOH/gm의 수산가, 및 약 4800의 수 평균 분자량을 갖는 고분자량 폴리올이며, 뉴저지주 플로르햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
폴리올 5는 약 2000의 수 평균 분자량을 갖는 히드록실 말단화된 폴리프로필렌 글리콜이며, 뉴저지주 플로르햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
촉매 1은 비스(디메틸아미노프로필)메틸아민을 포함하는 3차 아민 촉매이며, 펜실베니아주 앨린타운 소재의 Air Products and Chemicals로부터 상업적으로 구입가능하다.
촉매 2는 비스(2-디메틸아미노에틸)에테르를 포함하는 아민 발포 촉매이며, 펜실베니아주 앨린타운 소재의 Air Products and Chemicals로부터 상업적으로 구입가능하다.
촉매 3은 약 70 중량% 비스-(2-디메틸아미노에틸)에테르 및 약 30 중량% 디프로필렌 글리콜을 포함하는 아민 발포 촉매이며, 펜실베니아주 앨린타운 소재의 Air Products and Chemicals로부터 상업적으로 구입가능하다.
촉매 4는 약 33 중량% 트리에틸렌디아민 및 약 67 중량% 디프로필렌 글리콜을 포함하는 겔화 촉매이며, 펜실베니아주 앨린타운 소재의 Air Products and Chemicals로부터 상업적으로 구입가능하다.
계면활성제 1은 기포 조절 실리콘 계면활성제이며, 버지니아주 호프웰 소재의 Degussa Goldschmidt Chemical Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
계면활성제 2는 비이온성 실리콘 글리콜 계면활성제이며, 미시간주 미들랜드 소재의 Dow Corning Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
계면활성제 3은 실리콘 계면활성제이며, 미시간주 미들랜드 소재의 Dow Corning Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
이소시아네이트 1은
1) 약 2.7의 작용가 및 약 31.5 중량%의 NCO 함량을 갖는 폴리메틸렌 폴리페닐폴리이소시아네이트 약 36 중량%;
2) 약 2.0의 작용가 및 약 33.5 중량%의 NCO 함량을 갖는 실질적으로 순수한 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 약 33.0 중량%; 및
3) 2.4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 약 50 중량%와 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 약 50 중량%의 혼합물서, 약 2의 작용가 및 약 33.5 중량%의 NCO 함량을 갖는 혼합물 약 31 중량%
을 포함하는 3종 이소시아네이트의 블렌드이며, 이들 모두는 뉴저지주 플로르햄의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
폴리우레탄 물품의 다양한 물리적 특성을 시험한다. 예를 들면, IFD, 인장 강도, 낙하 볼 탄성, 및 열 노화, 밀도, 블럭 인열성, 공기 유동성, 및 영구압축변형율(compression set) 등을 ASTM D 3574에 따라 측정한다. 진동 전달율은, 시험 장치를 사용하여 폴리우레탄 물품 상에서 수행한다. 그 시험 장치는 쉐이커(shaker), 쉐이커 위의 테이블, 가속도계 및 테이블 위의 매스를 포함한다. 그 매스는 50 lb의 무게가 나가는 8-인치 직경 디스크이다. 폴리우레탄 물품의 블록은 테이블과 매스 사이의 쉐이커 상에 배치한다. 가속도계를 테이블과 매스 사이에 배치한다. 폴리우레탄 물품을 로딩한 후, 그 매스를 폴리우레탄 물품 상에 정지시킨다. 이어서, 테이블에 사인 파형(sinusoidal waveform)을 인가하고, 1 내지 10 Hz의 진동수를 150 초 내에 스캐닝하고, 동시에 데이터를 0.1 Hz마다 기록한다. 테이블에서 피크 가속화를 일정한 0.2 g으로 제어한다. 매스에서의 가속화 대 테이블에서의 가속화의 비율로서 기록한다. 디지털 필터링을 사용하여 데이터내 잡음을 감소시킨다.
DMA(Dynamic Mechanical Analysis)은, Rheometrics RSA III 및 폴리우레탄 물품의 디스크-형상 DMA 샘플을 사용하여, ASTM D 4065에 따라 수행한다. 이 DMA 샘플은 25 mm의 직경 및 13 mm의 높이를 갖는다. 데이터는 -100℃ 내지 +200℃의 온도 범위, 5℃/min의 가열 속도, 1 Hz의 진동수 및 0.2%의 변형율 진폭을 사용하여 수집한다.
동적 크리이프 분석은 Rheometrics RSA III 및 폴리우레탄 물품의 디스크 형상 크리이프 샘플을 사용하여 수행한다. 이 크리이프 샘플은 25 mm의 직경 및 25 mm의 높이를 갖는다. 크리이프 샘플을 원형 높이(25mm)의 40%로 압축하는데 요구되는 힘은 Rheometrics RSA III를 사용하여 측정하고, 샘플을 24 시간 동안 이완시킨다. 이어서, 그 크리이프 샘플을 Rheometrics RSA III으로 로딩하고, 정전기적으로 선결정된 힘까지 압축한다. 그 크리이프 샘플에 1 mm의 진폭과 1 Hz의 진동수를 지닌 진동 변형율을 인가한다. 자동 장력 특성(auto-tension feature)을 이용하여 원형 측정된 값에서 일정한 정전기력을 유지하는데, 이는 결과적으로 크리프로 인하여 크리이프 샘플의 두께의 정적 감소를 생성한다. 동적 모듈 및 샘플의 샘플 두께를 2 시간 동안 기록한다. 실시예들의 다양한 물리적 특성을 하기 표 2에 나타낸다. 비교 실시예 1과 실시예 6의 진동 전달율 및 편향(%)을 또한 도 1, 2 및 3에 예시하며, 여기서 실시예 6은 비교 실시예 1에 비하여 현저한 개선을 나타낸다.
실시예
기계적 특성 비교예
1		 비교예
2		 실시예
1		 실시예 2 실시예 3 실시예
4		 실시예 5 실시예 6
코어 밀도(1bs/ft3) 5.00 4.90 5.03 4.81 5.07 4.84 4.91 5.04
원형 25% IFD(lbf) 73.18 32.73 48.70 61.55 61.05 69.40 70.25 65.00
원형 25%R IFD(lbf) 61.98 32.05 46.11 59.12 58.01 66.54 66.58 62.45
원형 65% IFD(1bf) 184.01 80.42 99.06 131.24 138.02 146.47 160.75 148.60
SAG 인자 2.51 2.46 2.03 2.13 2.26 2.11 2.29 2.29
복원율(%) 84.70 97.92 94.68 96.05 95.02 95.88 94.78 96.08
히스테레시스(%) 24.60 6.00 9.70 9.30 11.60 9.40 11.60 8.90
공기 유동성(cfm) 1.25 6.00 0.41 0.17 0.17 0.18 7.14 0.62
블록 인열성(ppi) 1.65 1.20 0.45 0.42 0.80 0.56 0.91 0.65
파단 연신율(%) 75.73 105.87 41.70 42.87 60.97 39.17 59.53 48.70
인장 강도(psi) 12.66 10.18 4.73 6.77 11.26 7.21 12.47 10.03
원형 50% CFD(psi) 1.45 0.59 0.80 1.04 1.06 1.20 1.24 1.19
습식 노화(3 hr, 220℉)
원형의 CFD %(%)		 82.09 62.52 62.11 66.86 67.90 69.04 70.85 71.32
영구압축변형율 50% 주위(%) 2.82 0.68 1.07 0.92 1.50 0.79 0.94 0.86
영구압축변형율 90% 주위(%) 2.63 0.36 -0.61 1.13 1.57 1.23 1.62 -0.05
코어 탄성(%) 63 62 43 41 34 37 39 60
파운딩 피로
(pounding fatigue)
 비교예 1 비교예
2
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예
5		 실시예 6
% 두께 손실 1.06 0.58 0.63 0.92 0.63 0.92 0.77 0.77
40% IFD(% 손실) 8.70 2.16 4.22 2.74 5.73 3.45 2.42 2.57
진동 전달율 비교예 1 비교예
2		 실시예
1		 실시예
2		 실시예
3		 실시예 4 실시예 5 실시예 6
공명 진동수(Hz) 7.54 3.05 3.37 5.25 5.53 6.41 5.07 3.73
피크 전달율 6.21 2.92 2.13 1.55 1.53 2.41 2.95 2.67
DMA 비교예 1 비교예
2		 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예
5		 실시예 6
피크 Tan 델타 0.87 0.71 0.78 0.74 0.53 0.72 0.55 0.65
Tg(℃) -50.5 -14.7 -17.6 -19.6 -7.6 -17.8 -10.1 -15.9
모든 실시예 1-6는 비교 실시예 1와 비하여 동적 크리이프 및 진동 시험 양자를 잘 수행한다. 피크 전달율은 비교 실시예 1보다 적게 일정하고, 공명 진동수는 비교 실시예 1보다 더 우수하다. 모든 실시예 1-6에 대한 경도는 비교 실시예 2보다 크게 일정하다. 피로는 비교 실시예 1에 비하여 모든 실시예 1-6의 경우 감소한다. 실시예 6은 진동 전달율 시험에서 경도와 성능의 가장 우수한 조합을 나타낸다.
본 발명의 폴리우레탄 물품의 3개의 실시예, 구체적으로 실시예 7-9를 제조한다. 또한, 실시예 7-9와 비교하기 위해 1개의 대조군 폴리우레탄 물품, 구체적으로 비교 실시예를 제조한다. 이 폼 혼합물을 EMB 고압 우레탄 계측기를 통해 분배한다. 폼 혼합물의 총 산출량을 250 g/s의 속도로 유지한다. 수지 및 이소시아네이트 성분 온도를 양쪽 모두 27℃(80℉)로 유지한다. 블록 몰드의 표면 온도를 120℉로 유지하여 폴리우레탄 물품의 블록을 형성시킨다. 폴리우레탄 물품을 약 3 분 후에 몰드로부터 이형시킨다. 몰드 이형 직후, 폴리우레탄 물품을 수작업으로 분쇄한다. 폴리우레탄 물품을 형성시키는데 사용된 각 성분의 양 및 유형을 하기 표 3에 나타내고, 동시에 모든 값은 달리 특별하게 언급되어 있지 않는 한 반응을 실시하여 폴리우레탄 물품을 제조하기 전의 모든 성분 100 중량부를 기준으로 한 중량부로 표시한다.
실시예
성분 비교예 3 실시예 7 실시예 8 실시예 9
폴리올 1 97.52 - - -
폴리올 2 - 68.00 68.00 68.00
폴리올 3 - 27.00 27.00 27.00
촉매 1 0.165 - - -
촉매 2 0.165 - - -
촉매 3 - 0.15 0.15 0.15
촉매 4 - 0.40 0.40 0.40
계면활성제 1 0.50 - - -
계면활성제 3 - 1.00 1.00 1.00
물 1.65 1.65 1.65 1.65
이소시아네이트 1 29.68 32.49 35.80 37.40
폴리우레탄 물품의 다양한 물리적 특성을 실시예 1-6에 관하여 상기 설명된 바와 같이 시험하고, 하기 표 4에 예시하다. 피크 전달율은 비교 실시예 3에 비하여 실시예 7-9의 경우 보다 적게 일정하다.
실시예
기계적 특성 비교예 3 실시예 7 실시예 8 실시예 9
코어 밀도(1bs/ft3) 4.93 5.12 5.07 5.05
원형 25% IFD(lbf) 75.16 54.23 65.44 73.41
원형 25%R IFD(lbf) 62.80 51.85 62.67 69.94
원형 65% IFD(1bf) 206.85 119.55 146.37 160.22
SAG 인자 2.75 2.20 2.24 2.18
복원율(%) 83.56 95.61 95.77 95.27
히스테레시스(%) 26.90 10.40 10.20 11.20
공기 유동성(cfm) 0.53 0.12 0.23 0.18
블록 인열성(ppi) 1.39 0.66 0.79 0.93
파단 연신율(%) 72.13 57.37 60.00 58.13
인장 강도(psi) 20.00 9.79 12.55 13.20
원형 50% CFD(psi) 1.43 0.99 1.17 1.37
습식 노화(3 hr, 220℉)
원형의 CFD %(%)		 88.68 75.38 78.79 79.08
영구압축변형율 50% 주위(%) 2.96 1.93 2.67 2.12
습식 노화(3 hr, 220℉)
50% 영구압축변형율(%)		 - 1.39 0.15 0.65
코어 탄성(%) 52.00 28.00 32.00 38.00
진동 전달율 비교예 3 실시예 7 실시예 8 실시예 9
공명 진동수(Hz) 6.90 6.60 5.20 5.70
피크 전달율 5.40 1.90 1.80 2.20
DMA 비교예 3 실시예 7 실시예 8 실시예 9
피크 Tan 델타 0.97 0.59 0.55 0.49
Tg(℃) -49.00 -12.03 -9.78 -6.52
본 발명의 폴리우레탄 물품의 1개의 추가 실시예, 구체적으로 실시예 10을 제조한다. 또한, 실시예 10과 비교하기 위해 1개의 대조군 폴리우레탄 물품, 구체적으로 비교 실시예 4를 제조한다. 이 폴리우레탄 물품은 실시예 1-6에 대하여 상기 설명된 바와 같이 제조한다.
폴리우레탄 물품을 제조하는데 사용된 각 성분의 양 및 유형은 하기 표 5에 나타내고, 동시에 모든 값은 달리 특별하게 언급되어 있지 않는 한 반응을 실시하여 폴리우레탄 물품을 제조하기 전의 모든 성분 100 중량부를 기준으로 한 중량부로 표시한다.
실시예
성분 비교예 4 실시예 10
폴리올 6 - 69.10
폴리올 7 91.60 -
폴리올 8 - 30.90
폴리올 9 3.50 -
폴리올 10 0.60 -
촉매 3 0.05 -
촉매 4 0.60 0.25
촉매 5 - 0.54
촉매 6 0.40 -
촉매 7 0.50 -
계면활성제 1 0.30 -
계면활성제 2 - 0.50
물 2.45 2.20
이소시아네이트 2 54 -
이소시아네이트 3 - 50.8
이소시아네이트 지수 100 100
폴리올 6은 약 5 중량%의 말단 에틸렌 옥사이드 캡 및 총 약 75 중량%의 에틸렌 옥사이드, 3의 공칭 작용가 및 약 41.0 mg KOH/gm의 수산가를 갖는 에틸렌 옥사이드 농후 친수성 폴리올이며, 독일 루드빅샤펀 소재의 BASF AG로부터 상업적으로 구입가능하다.
폴리올 7은 약 14 중량% 에틸렌 옥사이드의 말단 에틸렌 옥사이드, 3의 공칭 작용가 및 약 28.0 mg KOH/gm의 수산가를 갖는 글리세린 개시된 폴리에테르 폴리올이며, 독일 루드빅샤펀 소재의 BASF AG로부터 상업적으로 구입가능하다.
폴리올 8은 약 45% SAN 고형분, 3의 공칭 작용가 및 23 내지 26 mg KOH/gm의 수산가를 갖는 그라프트 폴리올이며, 독일 루드빅샤펀 소재의 BASF AG로부터 상업적으로 구입가능하다.
폴리올 9는 에틸렌 옥사이드 농후 기포 연속화(cell opening) 폴리올이며, 미시간주 미들랜드 소재의 Dow Chemical Company로부터 상업적으로 구입가능하다.
폴리올 10은 1,4-부탄디올이며, 뉴저지주 플로르햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
촉매 5는 약 33 중량% 1,4-디아자바이시클로옥탄 및 약 67 중량% 디프로필렌 글리콜을 포함하며, 뉴저지주 플로르햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
촉매 6은 디메틸아미노에톡시에탄올(DMEE)을 포함하며, 뉴저지주 플로르햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
촉매 7은 N,N-디메틸에탄올아민 S(DMEA)을 포함하며, 뉴저지주 플로르햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
이소시아네이트 2는
1) 약 2의 작용가 및 약 33.5 중량%의 NCO 함량을 갖는 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 약 24.50 중량%;
2) 약 50 중량%의 2,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트와 약 50 중량%의 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트의 혼합물로서 약 2의 작용가 및 약 33.5 중량%의 NCO 함량을 갖는 혼합물 약 11.90 중량%;
3) 약 2.7의 작용가 및 약 31.5 중량%의 NCO 함량을 갖는 폴리메틸렌 폴리페닐폴리이소시아네이트 약 54.50 중량%; 및
4) 폴리올 6 약 9.10 중량%
를 포함하는 이소시아네이트 말단화된 예비중합체이이고, 이들 모두는 독일 루드빅샤펀 소재의 BASF AG로부터 상업적으로 구입가능하다.
이소시아네이트 3은
1) 순수 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 약 39.76 중량%;
2) 50 중량%의 2,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 및 약 50 중량%의 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트의 혼합물로서, 약 2의 작용가 및 약 33.5 중량%의 NCO 함량을 갖는 혼합물 약 31.62 중량%;
3) 약 2.7의 작용가 및 약 31.5 중량%의 NCO 함량을 갖는 폴리메틸렌 폴리페닐폴리이소시아네이트 약 9.00 중량%; 및
4) 폴리올 6 약 19.62 중량%
를 포함하며, 이들 모두는 독일 루드빅샤펀 소재의 BASF AG로부터 상업적으로 구입가능하다.
폴리우레탄 물품의 다양한 물리적 특성을 시험하고, 하기 표 6에 나타낸다. 진동 전달율 시험은 폴리우레탄 물품 상에서 수행한다. 상부 평판 및 하부 평판, 매스 및 서보-유압 장치(servo-hydraulic apparatus)를 포함하는 진동 테이블을 사용하여 폴리우레탄 물품을 시험한다. 폴리우레탄 물품의 100 × 100 × 50 mm 샘플을 상부 평판과 하부 평판 사이에, 이들 평판이 그 샘플을 완전 오버래핑하도록, 배치한다. 하부 평판을 6 mm 직경의 홀이 20 mm 이격되도록 천공한다. 무마찰 베어링(frictionless bearing)을 상부 평판의 정상부에 배치한다. 8 mm 직경의 가이딩 로드를 무마찰 베어링에 관통시키고, 상부 평판의 중심부에 관통시키며, 그리고 샘플의 중심부를 통한 보링된 홀에 관통시킨다. 매스를 상부 평판 및 가이딩 로드 상에 배치하고, 30 분 동안 정지시킨다. 가이딩 로드는 매스 및 샘플의 이동을 단일 축으로 제한한다. 테이블은 0.25 mm의 진폭으로 사인파 변위를 발생시키는 서보-유압 장치에 의해 가속시킨다. 진동수는 60 초 내에 1에서 21 Hz까지, 특히 1 분 당 2 Hz의 속도로 일정하게 증가한다. 매스 및 테이블의 변위를 고해상 레이저 신장계(high resolution laser extensometer)로 측정한다. 추를 추가함으로써, 매스를 40% 편향에서 샘플의 압축 응력 값으로 조절하며, 그 값은 샘플에 대하여 (ISO 3386-1에 따라) 미리 측정한다. 상부 평판과 하부 평판에서 변위 진폭의 비율로서 계산된 전달율을, 비교 실시예 4 및 실시예 10에 예시된 바와 같이, 진동수에 대하여 플로팅한다.
동적 조건 하에 두께 손실 시험을 폴리우레탄 물품 상에서 수행한다. 폴리우레탄 물품의 100 × 100 × 50 mm 샘플을, 상기 설명된 바와 같이, 상부 평판과 하부 평판 사이에, 이들 평판이 그 샘플을 완전 오버래핑하도록 배치한다. 샘플을 분 당 100 mm의 속도로 주기 당 4회 압축하여 70% 편향에 도달하도록 한다. 제4 주기에서 45% 편향에 도달하는 경우, 이러한 편향을 달성하는데 요구되는 개시 정전기력을 기록한다. 제4 주기의 종료를 수행한 후, 개시 정전기력을 변위의 지속적인 조절을 통해 유지하고, 1Hz 진동수 및 0.25 mm 진폭의 사인파 변위는 서보-유압 장치를 사용하여 부가한다. 공기 온도를 40℃로 유지하고, 상대 습도를 개시 상대 습도 25%와 80% 사이를 교대하면서 2 시간 마다 변경한다. 측정 지속시간은 80,000회 주기이다. 샘플의 두께는, 비교 실시예 4 및 실시예 10에 대하여 도 4에 예시된 바와 같이, 시간의 함수로서 기록한다. 도 4 및 5을 참조하면, 실시예 10은 비교 실시예 4에 비하여 현저한 개선을 나타낸다.
실시예
기계적 특성 비교예 4 실시예 10
코어 밀도(1bs/ft3) 5.38 5.92
밀도(lbs/ft3) 5.41 5.93
CLD(40%)(kPa) 11.5 10
히스테레시스(%) 14.3 11.8
파단 연신율(%) 84 116
인장 강도(kPa) 165 148
전단 강도(BMW-Norm)(N/mm) 1.9 2.3
영구압축변형율(BMW-Norm)(%) 2.6 1.9
습식 영구압축변형율(%) 6.6 -2.5
탄성(진자)(%) 72 35
탄성(볼)(%) 67 32
본 발명의 4개 수지 조성물, 구체적으로 수지 A-D를 제조한다. 수지 조성물은 실시예 1-6에 대하여 상기 설명된 바와 같이 제조한다. 수지 조성물의 상 분리가 가능한 관심대상이다. 그러므로, 수지 A 및 B를 혼합하고, 주위 온도의 석영 유리 병(jar)에 저장한다. 2개월 후, 양쪽 수지에 대하여 상 분리가 전혀 관찰되지 않는다. 수지 A의 점도가 1379 cP이고, 수지 B의 점도가 2160 cP이며, 양쪽 점도는 23℃에서 측정한 것이다. 수지 조성물을 제조하는데 사용된 각 성분의 양 및 유형을 하기 표 7에 나타내고, 동시에 모든 값은 달리 특별하게 언급되어 있지 않는 한 반응을 실시하여 폴리우레탄 물품을 제조하기 전의 모든 성분 100 중량부를 기준으로 한 중량부로 표시한다.
수지
성분 A B C D
폴리올 2 77.00 68.00 68.00 68.00
폴리올 3 8.00 27.00 27.00 27.00
촉매 3 0.15 0.15 0.15 0.15
촉매 4 0.60 0.60 0.60 0.60
계면활성제 2 0.70 - - -
계면활성제 3 - 1.00 1.50 1.50
물 1.65 1.65 1.40 1.65
본 발명의 폴리우레탄 물품의 1개의 추가 실시예, 구체적으로 실시예 11을 제조한다. 또한, 실시예 11과 비교하기 위해 2개의 대조군 폴리우레탄 물품, 구체적으로 비교 실시예 5 및 6을 제조한다. 폴리우레탄 물품의 블록은 실시예 1-6에 대하여 상기 설명된 바와 같이 제조한다. 폴리우레탄 물품을 제조하는데 사용된 각 성분의 양 및 유형을 하기 표 8에 나타내고, 동시에 모든 값은 달리 특별하게 언급되어 있지 않는 한 반응을 실시하여 폴리우레탄 물품을 제조하기 전의 모든 성분 100 중량부를 기준으로 한 중량부로 표시한다.
실시예
성분 비교예 5 비교예 6 실시예 11
폴리올 2 - - 68.00
폴리올 3 - - 27.00
폴리올 11 65.5 65.5 -
폴리올 12 34.5 34.5 -
촉매 3 0.32 0.32 1.00
촉매 5 0.08 0.08 0.10
촉매 8 1.40 1.40 -
계면활성제 2 - - 1.10
계면활성제 4 1.00 1.00 -
물 1.20 1.20 1.10
이소시아네이트 4 19.4 21.5 19.2
이소시아네이트 지수 90 100 110
폴리올 11은 약 20 중량%의 말단 에틸렌 옥사이드 캡, 2.9의 공칭 작용가 및 31 mg KOH/gm의 수산가를 갖는 글리세롤/소르비톨 동시 개시된 폴리올이며, 뉴저지주 플로르 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
폴리올 12는 약 43% SAN 고형분, 3의 공칭 작용가, 19.8 mg KOH/gm의 수산가, 및 약 19 중량%의 말단 에틸렌 옥사이드 캡을 갖는 캐리어 폴리올 부분을 갖는 그라프트 폴리올이며, 뉴저지주 플로르햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
촉매 8은 약 85 중량%의 디에탄올아민(DEOA) 및 약 15 중량%의 물을 함유하는 블렌드이며, 펜실베니아주 앨린타운 소재의 Air Products and Chemicals로부터 상업적으로 구입가능하다.
계면활성제 4는 폴리알킬렌옥시메틸 실리콘 계면활성제이며, 미시간주 미들랜드 소재의 Dow Corning Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
이소시아네이트 4는 약 80 중량%의 2,4'-톨루엔 디이소시아네이트와 약 20 중량%의 2,6'-톨루엔 디이소시아네이트의 혼합물이며, 뉴저지주 플로르햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 상업적으로 구입가능하다.
폴리우레탄 물품의 다양한 물리적 특성은 실시예 1-6에 대하여 상기 설명된 바와 같이 시험하고, 하기 표 9에 예시한다. 실시예 11은 비교 실시예 5 및 6 양쪽보다 더 낮은 피크 전달율을 갖는다.
기계적 특성 비교예 5 비교예 6 실시예 11
코어 밀도(1bs/ft3) 4.81 4.86 4.75
원형 25% IFD(lbf) 58.14 77.65 64.38
원형 25%R IFD(lbf) 51.30 68.53 57.33
원형 65% IFD(1bf) 165.18 215.70 153.64
SAG 인자 2.84 2.78 2.39
히스테레시스(%) 19.40 19.50 17.00
공기 유동성(cfm) 0.72 1.10 0.59
블록 인열성(ppi) 1.13 1.10 0.82
연신율(%) 104.03 80.60 68.93
인장 강도(psi) 20.61 19.68 10.77
원형 50% CFD(psi) 1.39 1.81 1.19
50% CFD 습식 노화
(3 시간, 105℃, 95% RH), 원형의 %(psi)		 74.51 69.02 64.36
영구압축변형율 50% 주위(%) 2.98 1.50 1.44
영구압축변형율 50% 습식 노화
(3 hr, 105℃, 95% RH)(%)		 4.35 3.69 2.78
탄성(%) 66 70 64
진동 전달율 비교예 5 비교예 6 실시예 11
공명 진동수(Hz) 7.74 7.42 6.18
피크 전달율 3.37 3.02 1.95
DMA 비교예 5 비교예 6 실시예 11
피크 Tan 델타 1.06 0.95 0.60
Tg(℃) -46.91 -46.60 -32.96
본 발명은 본원에서 예시적인 방식으로 설명되며, 사용되는 용어는 제한하기보다는 오히려 설명하는 단어의 성질로서 존재하는 것으로 이해된다. 명백하게도, 상기 교시내용에 비추어 볼 때, 본 발명의 많은 변형예 및 변경예가 가능하다. 본 발명은 첨부된 청구범위의 영역 내에서 구체적으로 설명된 것 이외에도 달리 실시할 수 있다.

Claims (20)

  1. 폴리우레탄 물품으로서, 이하의 반응 생성물, 즉,
    (A) 알킬렌 옥사이드를 함유하는 친수성 폴리올으로서,
    (i) 2 이상의 공칭 작용가(nominal functionality),
    (ii) 20 내지 200 mg KOH/g의 수산가(hydroxyl number) 및
    (iii) 상기 알킬렌 옥사이드 100 중량부를 기준으로 70 중량부 이상의 에틸렌 옥사이드를 갖는 친수성 폴리올; 및
    (B) 중합체 폴리올을 함유하는 소수성 폴리올로서, 상기 중합체 폴리올이 캐리어 폴리올 및 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN)를 포함하는 충전제 성분을 함유하고, 상기 캐리어 폴리올이 알킬렌 옥사이드를 함유하고,
    (i) 말단 에틸렌 옥사이드 캡,
    (ii) 2 이상의 공칭 작용가,
    (iii) 20 내지 100 mg KOH/g의 수산가 및
    (iv) 상기 알킬렌 옥사이드 100 중량부를 기준으로 60 중량부 이상의 프로필렌 옥사이드를 갖는 소수성 폴리올; 및
    (C) 디페닐 메탄 디이소시아네이트, 중합체성 디페닐 메탄 디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 이소시아네이트 성분;을
    (D) 발포제 성분의 존재 하에, 상기 폴리우레탄 물품을 제조하는 반응 전에 있어서, 상기 친수성 폴리올(A)과 상기 소수성 폴리올(B)이 1.5:1 내지 20:1의 중량비(A:B)가 되도록 반응시킨 반응 생성물을 포함하고,
    ASTM D 3574에 따른 25%IFD(누름 힘 편차: indentation force deflection) 경도가 30 내지 100 Ibf의 범위이고, 피크 진동 전달율(peak vibration transmissibility)이 3 미만인 것인 폴리우레탄 물품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 친수성 폴리올(A)과 상기 소수성 폴리올(B)은 1.5:1 내지 6:1의 중량비(A:B)로 존재하는 것인 폴리우레탄 물품.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소수성 폴리올(B)은 상기 알킬렌 옥사이드 100 중량부를 기준으로 80 중량부 이상의 프로필렌 옥사이드를 갖는 것인 폴리우레탄 물품.
  4. 제3항에 있어서, 상기 소수성 폴리올(B)은 상기 소수성 폴리올(B) 100 중량부를 기준으로 5 내지 20 중량부의 에틸렌 옥사이드를 갖는 것인 폴리우레탄 물품.
  5. 제1항에 있어서, 상기 친수성 폴리올(A)의 알킬렌 옥사이드는 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 혼합물을 포함하는 것인 폴리우레탄 물품.
  6. 제1항에 있어서, 상기 친수성 폴리올(A)은 3150 내지 4150의 수 평균 분자량을 갖고, 상기 소수성 폴리올(B)은 4300 내지 5300의 수 평균 분자량을 갖는 것인 폴리우레탄 물품.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이소시아네이트 성분, 상기 친수성 폴리올(A) 및 상기 소수성 폴리올(B)은 90 내지 120의 이소시아네이트 지수를 갖기 위한 양으로 반응되는 것인 폴리우레탄 물품.
  8. 제1항에 있어서, ASTM D 3574에 따른 25%IFD 경도가 40 내지 80 lbf의 범위인 것인 폴리우레탄 물품.
  9. 제1항에 있어서, ASTM D 3574에 따른 밀도가 48 내지 112 kg/m3인 것인 폴리우레탄 물품.
  10. 제1항에 있어서, 소수성 폴리올(B)은, 소수성 폴리올(B)과 충전제 성분의 조합 100 중량부를 기준으로, 충전제를 15 내지 40 중량부 포함하는 것인 폴리우레탄 물품.
  11. 제1항에 있어서, 친수성 폴리올(A)의 공칭 작용가가 2 내지 4이고, 친수성 폴리올(A)의 수산가가 25 내지 55 mg KOH/g 이며, 소수성 폴리올(B)의 공칭 작용가가 2 내지 4이고, 소수성 폴리올(B)의 수산가가 20~60 mg KOH/g인 것인 폴리우레탄 물품.
  12. 폴리우레탄 물품으로서, 이하의 반응 생성물, 즉,
    (I) 이하의 (A) 및 (B)를 포함하는 수지 조성물:
    (A) 알킬렌 옥사이드를 함유하는 친수성 폴리올으로서,
    (i) 2 내지 6의 공칭 작용가(nominal functionality),
    (ii) 20 내지 100 mg KOH/g의 수산가(hydroxyl number) 및
    (iii) 상기 알킬렌 옥사이드 100 중량부를 기준으로 70 중량부 이상의 에틸렌 옥사이드를 갖는 친수성 폴리올; 및
    (B) 중합체 폴리올을 함유하는 소수성 폴리올로서, 상기 중합체 폴리올이 캐리어 폴리올 및 충전제 성분을 포함하고, 상기 캐리어 폴리올이 알킬렌 옥사이드를 포함하고,
    (i) 상기 알킬렌 옥사이드 100 중량부를 기준으로 5 내지 20 중량부의 에틸렌 옥사이드의 말단 캡,
    (ii) 2 내지 6의 공칭 작용가,
    (iii) 20 내지 80 mg KOH/g의 수산가 및
    (iv) 상기 알킬렌 옥사이드 100 중량부를 기준으로 80 중량부 이상의 프로필렌 옥사이드를 갖고,
    상기 충전제 성분은 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN)을 포함하고, 상기 충전제 성분을, 소수성 폴리올(B) 및 충전제 성분의 조합 100 중량부를 기준으로 20 내지 35 중량부를 포함하는 소수성 폴리올; 및
    (II) 디페닐 메탄 디이소시아네이트, 폴리머성 디페닐 메탄 디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 이소시아네이트 성분;을
    (III) 발포제 성분의 존재 하에, 상기 폴리우레탄 물품을 제조하는 반응 전에 있어서, 상기 친수성 폴리올(A)과 상기 소수성 폴리올(B)이 1.5:1 내지 10:1의 중량비(A:B)이 되도록 반응시킨 반응 생성물을 포함하고,
    ASTM D 3574에 따른 25%IFD(indentation force deflection) 경도가 40 내지 80 Ibf의 범위이고, 피크 진동 전달율(peak vibration transmissibility)이 3 미만이고, ASTM D3574에 따른 밀도가 48 내지 112 kg/m3인 것인 폴리우레탄 물품.
  13. 폴리우레탄 물품으로서, 이하의 반응 생성물, 즉,
    (I) 이하의 (A) 및 (B)를 포함하는 수지 조성물:
    (A) 알킬렌 옥사이드를 함유하는 친수성 폴리올으로서,
    (i) 2 내지 4의 공칭 작용가(nominal functionality),
    (ii) 25 내지 55 mg KOH/g의 수산가(hydroxyl number),
    (iii) 상기 알킬렌 옥사이드 100 중량부를 기준으로 70 중량부 이상의 에틸렌 옥사이드 및
    (iv) 3150 내지 4150의 수평균 분자량을 갖는 친수성 폴리올; 및
    (B) 중합체 폴리올을 함유하는 소수성 폴리올로서, 상기 중합체 폴리올이 캐리어 폴리올 및 충전제 성분을 포함하고, 상기 캐리어 폴리올이 알킬렌 옥사이드를 함유하고,
    (i) 상기 알킬렌 옥사이드 100 중량부를 기준으로 10 내지 15 중량부의 에틸렌 옥사이드의 말단 캡,
    (ii) 2 내지 4의 공칭 작용가,
    (iii) 20 내지 60 mg KOH/g의 수산가,
    (iv) 상기 알킬렌 옥사이드 100 중량부를 기준으로 80 중량부 이상의 프로필렌 옥사이드,
    (v) 4300 내지 5300의 수평균 분자량을 갖고,
    상기 충전제 성분은 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN)을 포함하고, 상기 충전제 성분이, 소수성 폴리올(B)과 충전제 성분의 조합 100 중량부를 기준으로 20 내지 35 중량부 포함되어 있는 소수성 폴리올; 및
    (II) 디페닐 메탄 디이소시아네이트, 폴리머성 디페닐 메탄 디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 이소시아네이트 성분;을
    (III) 발포제 성분, 및
    (IV) 촉매 및 계면활성제로부터 선택되는 1 이상의 첨가제
    의 존재 하에, 상기 폴리우레탄 물품을 제조하는 반응 전에 있어서, 상기 친수성 폴리올(A)과 상기 소수성 폴리올(B)이 1.5:1 내지 6:1의 중량비(A:B)가 되도록 반응시킨 반응 생성물을 포함하고,
    ASTM D 3574에 따른 25%IFD(indentation force deflection) 경도가 50 내지 80 Ibf이고, 피크 진동 전달율이 3 미만이고, ASTM D3574에 따른 밀도가 64 내지 96 kg/m3인 것인 폴리우레탄 물품.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 친수성 폴리올(A) 및 상기 소수성 폴리올(B)이, 상기 수지 조성물 100 중량부에 대해서 80 내지 97 중량부의 양으로 존재하고, 상기 수지 조성물과 상기 이소시아네이트 성분은, 90 내지 115의 이소시아네이트 지수를 가지게 되는 양으로 반응되는 것인 폴리우레탄 물품.
  15. 제1항, 제12항 및 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 친수성 폴리올(A) 및 상기 소수성 폴리올(B)의 공칭 작용가가 각각 3인 것인 폴리우레탄 물품.
  16. 제1항, 제12항 및 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리우레탄 물품이 4인치의 두께를 갖는 시트 쿠션인 것인 폴리우레탄 물품.
  17. 제1항, 제12항 및 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리우레탄 물품이 폴리우레탄 물품과 접촉하는 외부 엘라스토머층과 조합되고, 상기 엘라스토머층이 분무 가능한 엘라스토머 조성물의 반응 생성물을 포함하는 것인 폴리우레탄 물품.
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