KR101893878B1 - 바이오매스 함량이 높은 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

바이오매스 함량이 높은 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이오매스 함량이 높은 폴리우레탄 폼 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로 구체적으로 본 발명은 석유계 폴리올, 바이오 폴리올, 셀오프너, 아민계 촉매, 계면활성제 및 발포제를 포함하는 레진프리믹스; 및 바이오 이소시아네이트;를 포함하는, 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물은 바이오매스 유래의 폴리올과 이소시아네이트를 사용함으로써 종래 폴리우레탄 폼에 비해 바이오매스 함량이 더 높아 친환경적인 효과가 있으며, 발포특성, 물성특성 및 성형특성이 모두 양호하여 자동차 흡음재 용도로 사용하기에 유용한 효과가 있다.

Description

바이오매스 함량이 높은 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물 및 이의 제조방법{Polyurethane foam composition with high biomass contents for sound absorbing material of vehicle and method thereof}
본 발명은 바이오매스 함량이 높은 폴리우레탄 폼 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 바이오매스 유래 이소시아네이트 및 폴리올을 이용한 바이오매스 고함량 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 실내로 유입되는 대표적인 소음으로는 엔진에서 발생하여 차체 또는 공기를 통해 전달되는 엔진투과소음이 있고, 이러한 엔진 투과 소음을 억제하기 위하여 통상의 자동차에서는 엔진 커버 또는 후드 인슐레이터 등을 사용하고 있으나, 이들만을 통해서는 소음을 원하는 수준으로 제거하는 데에는 한계가 있고 미흡한 점이 있다. 구체적으로 자동차에는 여러 위치에 흡음재를 적용하고 있는데, 예컨데 엔진룸에서 발생하는 소음을 차단하기 위하여 엔진룸과 차실을 구분하는 대쉬 패널에 흡음재가 설치되고 있으며, 또한 차량 바닥으로부터 전달되는 소음을 차단하기 위한 흡음재가 플로어 패널 등에 설치되고 있다.
보통 흡음이란 발생한 음 에너지가 소재의 내부경로를 통해 전달되면서 열에너지로 변환되어 소멸하는 것이며, 차음은 발생한 음 에너지가 차폐물에 의해 반사되어 차단되는 것이다. 흡음성능은 주로 소재의 내부 형태 및 기공 구조와 관련이 있으며, 차음성능은 소재의 밀도 및 구조와 깊은 관련이 있다. 즉, 흡음성능을 만족하기 위해서는 우레탄 폼과 같이 미세한 오픈 셀 입자가 많이 존재해야 하며, 펠트(felt)의 경우에는 섬도가 낮은 파이버를 사용해야 한다는 것이 당업계에 잘 알려져 있다.
폴리우레탄 폼에 있어서 흡음 메커니즘을 설명하자면 폼 표면에서의 입사. 반사에 의한 감쇄, 셀 내부에 있는 공기의 점성저항과 진동에 의한 음 감쇄, 폼에 전달된 진동에너지의 열에너지 변환에 의해 이루어진다. 이러한 흡음 메커니즘을 기본으로 할 때 흡음성능은 형태학적 측면에서 폼의 표면 상태, 밀도와 두께, 셀의 크기와 형상에 의해서, 재료적 측면에서는 폴리우레탄 미세구조와 이에 연계된 물리적 특성에 의해서 영향을 받는다. 형태학적 인자들 중 하나인 셀 구조는 폴리우레탄 원소재를 구성하는 성분들을 비롯한 발포제, 계면활성제, 기포개방제의 종류와 함량 및 촉매나 반응온도에 따른 폴리우레탄 합성반응과 발포반응의 상대적 속도 등에 의해 영향을 받으며, 셀 구조를 변화시키는 개개의 인자들은 또 다른 한편으로 폴리우레탄의 미세구조 형성과정에 직접적으로 영향을 주게 된다.
일반적으로 자동차 흡음재로 사용되고 있는 폴리우레탄 폼은 글리세린과 산화폴리프로필렌의 반응을 통하여 제조되는 폴리에테르 폴리올과 이소시아네이트와의 반응으로 제조된다. 그런데 폴리에테르 폴리올은 반응과정에서 필연적으로 일관능성(mono-functional) 수산기를 포함하는 모노올이 생성이 되는데, 폴리에테르 폴리올의 분자량이 3000 g/mol 이상인 경우 일관능성 수산기를 포함하는 모노올이 약 10 중량%가 발생되며, 이로 인해 이소시아네이트와 반응 후에 얻어지는 폴리우레탄 발포 폼에는 이소시아네이트와의 반응에 의해 망상구조를 이루지 못하는 폴리올이 존재하게 되어 흡음 효과가 저조한 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 자동차의 생산 및 판매는 전 세계적인 산업 발전과 더불어 그 수가 증가하고 있으나 이로 인한 환경적인 문제가 대두됨에 따라 자동차 부품에 대한 환경문제 개선 가능 소재의 활용에 대한 이목이 집중되고 있다.
이러한 점에서 최근에 일명 바이오 폴리우레탄 폼이 개발되었으며, 종래 개발된 바이오 폴리우레탄 폼은 식물유 유래 바이오 폴리올과 석유계 이소시아네이트를 이용한 우레탄 폼 또는 식물유 유래 바이오 폴리올과 이를 이용한 이소이아네이트 프리폴리머(PREPOLYMER)와 석유계 이소시아네이트와의 혼합된 형태의 이소시아네이트를 이용한 우레탄 폼이 자동차 흡음재용 우레탄 폼으로 개발되었으나, 바이오매스 함량이 15% 미만으로, 여전히 환경문제를 개선하기에는 역부족인 상황이다.
따라서 바이오매스 함량이 더욱 증진된 새로운 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼의 개발이 시급한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1240928호
이에 본 발명자들은 종래 문제점을 해결하기 바이오매스 유래 이소시아네이트 및 폴리올을 이용하여 고함량의 바이오매스 폴리우레탄 폼 조성물의 제조하였고, 이의 우수한 자동차 흡음재로서의 작용을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 바이오매스 함량이 높은 친환경 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 본 발명의 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 석유계 폴리올, 바이오 폴리올, 셀오프너, 아민계 촉매, 계면활성제 및 발포제를 포함하는 레진프리믹스; 및 바이오 이소시아네이트;를 포함하는, 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 레진프리믹스는 석유계 폴리올 60~70 중량부, 바이오 폴리올 20~30 중량부, 셀오프너 2.0~3.5 중량부, 아민계 촉매 1.0~2.5 중량부, 계면활성제 1.0~2.0 중량부 및 발포제 3.0~4.0 중량부로 함유되어 있는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 석유계 폴리올은 디올 폴리올 대 트리올 폴리올이 1:10~1:20의 중량비로 혼합되어 있는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 바이오 이소시아네이트는 석유계 이소시아네이트 대 바이오 이소시아네이트가 1.5:1.0 ~ 2.0: 1.0의 중량비로 혼합되어 있는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 석유계 이소시아네이트는 MDI계 이소시아네이트 대 TDI계 이소시아네이트가 50:10~60:10의 중량비로 혼합되어 있는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 바이오 이소시아네이트와 레진프리믹스는 40:100~50:100의 배합비로 혼합되어 있는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 폴리우레탄 폼 조성물은 15% 이상의 바이오매스를 함유하고 있는 것일 수 있다.
또한, 본 발명은, (1) 석유계 폴리올, 바이오폴리올, 셀오프너, 아민계 촉매, 계면활성제 및 발포제를 혼합하여 레진프리믹스를 제조하는 단계; (2) 아이소소바이드 디올과 락테이트(Lactate)를 반응시켜 아이소소바이드 디올 락테이트(ISB di(lactate))를 합성한 후, NCO-프리몰리머를 합성하는 단계를 통해 바이오 이소시아네이트를 제조하는 단계; 및 (3) 상기 제조된 바이오 이소시아네이트 및 레진프리믹스를 혼합하고 반응시키는 단계를 포함하는, 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 레진프리믹스는 석유계 폴리올 60~70 중량부, 바이오 폴리올 20~30 중량부, 셀오프너 2.0~3.5 중량부, 아민계 촉매 1.0~2.5 중량부, 계면활성제 1.0~2.0 중량부 및 발포제 3.0~4.0 중량부로 함유되어 있는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 석유계 폴리올은 디올 폴리올 대 트리올 폴리올이 1:10~1:20의 중량비로 혼합되어 있는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (3) 단계에서 석유계 이소시아네이트인 MDI계 이소시아네이트와 TDI계 이소시아네이트를 추가로 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 석유계 이소시아네이트인 MDI계 이소시아네이트 대 TDI계 이소시아네이트는 50:10~60:10의 중량비로 첨가되고, 상기 석유계 이소시아네이트 대 바이오 이소시아네이트는 1.5:1.0 ~ 2.0: 1.0의 중량비로 첨가되어 혼합되는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 석유계 이소시아네이트와 바이오 이소시아네이트를 함유하는 이소시아네이트 대 레진프리믹스는 40:100~50:100의 배합비로 혼합하는 것일 수 있다.
본 발명은 석유계 폴리올, 바이오 폴리올, 셀오프너, 아민계 촉매, 계면활성제 및 발포제를 포함하는 레진프리믹스; 및 바이오 이소시아네이트;를 포함하는, 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물은 바이오매스 유래의 폴리올과 이소시아네이트를 사용함으로써 종래 폴리우레탄 폼에 비해 바이오매스 함량이 더 높아 친환경적인 효과가 있으며, 발포특성, 물성특성 및 성형특성이 모두 양호하여 자동차 흡음재 용도로 사용하기에 유용한 효과가 있다.
본 발명은 고함량의 바이오매스를 함유하는 친환경 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물을 제공함에 특징이 있다.
앞서 기술한 바와 같이, 종래 개발된 바이오 폴리우레탄 폼은 바이오매스 함량이 15% 미만으로 흡음성이 미약하고 친환경적이지 못한 문제점이 있었다.
이에 본 발명자들은 보다 친환경적인 바이오매스 고함량 폴리우레탄 폼을 개발하기 위해 연구하던 중, 15% 이상의 바이오매스를 함유할 수 있는 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물 및 이의 제조방법을 확립하였다.
본 발명에 따른 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물은 석유계 폴리올, 바이오 폴리올, 셀오프너, 아민계 촉매, 계면활성제 및 발포제를 포함하는 레진프리믹스; 및 바이오 이소시아네이트;를 포함한다.
특히 본 발명에서는 고함량 바이오매스 함유 폴리우레탄 폼 조성물을 제조하기 위해, 바이오 폴리올을 함유한 레진프리믹스와 바이오 이소시아네이트를 혼합하여 반응시켰으며, 상기 레진프리믹스에 함유된 각 성분, 즉 석유계 폴리올은 60~70 중량부, 바이오 폴리올 20~30 중량부, 셀오프너 2.0~3.5 중량부, 아민계 촉매 1.0~2.5 중량부, 계면활성제 1.0~2.0 중량부 및 발포제 3.0~4.0 중량부로 사용하였다.
종래 고함량 바이오 폴리우레탄 폼의 제조 시, 바이오 폴리올의 적용량을 증가시켜 특성을 분석하였는데, 그 결과 함량 증가에 따라 반응 속도가 느려질 뿐만 아니라 인장강도와 신율, 그리고 탄성률이 저하되는 문제점이 발생하였고, 특히 폴리올 구성 중 바이오 폴리올이 불필요하게 많은 양으로 포함되면 폴리우레탄의 기계적 물성이 급속히 저하되는 문제점이 발생하였다.
이에 본 발명에서는 바이오매스 함량을 높이고 부가반응물로 인한 우레탄 폼의 물성 저하을 개선하고자 본 발명에 사용한 상기 바이오 폴리올은 식물유 기반의 비식용 바이오 소스 유래의 바이오 폴리올을 사용하였고, 바람직하게는 피마자 오일(castor oil) 유래의 바이오매스 함량이 90% 이상인 고함량 바이오 폴리올을 사용하였다.
또한, 이러한 바이오매스 고함량 바이오 폴리올 적용 시, 에스터(ester) 간의 응집을 저하시킬 수 있고, 1차 알코올 형태의 석유계 폴리올보다 2차 알코올을 가지는 바이오 폴리올의 반응성 저하 문제점은 반응형 아민계 촉매적용으로 내부 경화성을 보완할 수 있도록 하여, 결과적으로는 바이오매스 고함량(15% 이상 함유)의 친환경적인 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼의 제조를 가능하게 하였다.
본 발명의 일실시예에서는 바이오매스 함량 90% 이상이고 Castor oil 반응용 신규 촉매가 적용된 바이오 폴리올(B-2466, OHV : 66mg KOH/g, MCNS)을 사용하였다.
본 발명에 따른 폴리우레탄 폼 조성물에는 바이오 폴리올 이외에도 석유계 폴리올을 사용할 수 있는데, 상기 석유계 폴리올은 디올(diol) 폴리올 대 트리올(triol) 폴리올이 1:10~1:20의 중량비로 혼합된 형태로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용한 상기 바이오 이소시아네이트는 종래 바이오 이소시아네이트가 갖는 문제점을 해결하고 바이오매스 고함량 바이오 이소시아네이트를 제조하여 사용한 것으로, 아이소소바이드(Isosorbide, OHV : 767.8mg KOH/g, ㈜삼양사) 유래 Lactate 유도체를 이용한 바이오 이소시아네이트를 사용하였고, 이때 아이소소바이드 유래 Lactate 유도체의 바이오매스 함량은 73%이며, 이를 이용한 바이오매스 함량 14%인 고함량 바이오 이소시아네이트를 제조하여 사용하였다.
한편, 종래 바이오 이소시아네이트는 자동차용 흡음재에 적용되고 있는 석유계 이소시아네이트(방향족 이소시아네이트)와는 다른 지방족 이소시아네이트이며, 선행된 아이소소바이드를 이용한 바이오 이소시아네이트의 적용분야도 강도 강화를 위한 중합제, 필름, 엘라스토머, 접착제 및 코팅 등 비폼(NON FOAM)분야에 한정되어 있는 문제점이 있다. 일부의 경우, 발포체에 적용하였으나 자동차 소재용 연질폼과는 물성적 차이가 있으며, 연질(Flexible foam)보다는 경질(Rigid foam)에 가까운 형상을 나타내며 폼의 물성 또한 매우 불안정(Brittle)하여 발포제 적용에 어려움이 있었다.
이에 본 발명에서는 상기와 같은 지방족 특성 및 경질 특성을 보완한 고함량 바이오 이소시아네이트를 아이소소바이드 디올(ISB diol)과 Lactate를 이용하여 ISB di(Lactate) 합성(1단계)과 NCO-Prepolymer 합성(2단계)을 거쳐 제조한 바이오 이소시아네이트로 사용하였다.
본 발명에 따른 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물의 제조를 위해 사용한 이오시아네이트는 아이소소바이드 디올(ISB diol)과 Lactate를 이용하여 제조한 바이오 이소시아네이트 이외에도 석유계 이소시아네이트를 혼합하여 사용하였으며, 이때 석유계 이소시아네이트 대 바이오 이소시아네이트가 1.5:1.0 ~ 2.0: 1.0의 중량비로 혼합하여 사용하였다.
또한, 상기 석유계 이소시아네이트는 MDI계 이소시아네이트 대 TDI계 이소시아네이트가 50:10~60:10의 중량비로 혼합된 것을 사용하였고, 본 발명에 따른 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물에 함유된 바이오 이소시아네이트와 레진프리믹스는 40:100~50:100의 배합비로 혼합되어 있다.
본 발명의 조성물에 함유된 셀오프너는 당업계에 사용되고 있는 것이라면 제한 없이 사용 가능하며, 2.0~3.5 중량부의 함량으로 사용할 수 있다.
아민계 촉매로는 반응형 아민촉매(2차 알콜)인 N-(3-dimethylaminopropyl)-N,N-diisopropanolamine 및 반응형 아민 촉매(1차 알콜) N,N,N’trimethyl-N’hydroxyethyl-bis(amino ethyl) ether을 사용할 수 있으며, 1.0~2.5 중량부로 사용할 수 있다.
계면활성제는 1.0~2.0 중량부로 사용할 수 있으며, 발포제로는 물 또는 시클로펜탄(Cyclopentane)을 사용할 수 있고 3.0~4.0 중량부의 함량을 사용하는 것이 적절하다.
본 발명에 따른 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물에 함유된 각 성분 및 상기 성분의 함량은 상기 기술된 범위 내의 함량으로 함유되어야만 자동차 흡음재로서의 우수한 성능을 도출할 수 있다.
나아가 본 발명은, 15% 이상의 바이오매스를 함유하는 친환경적 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물의 제조방법을 제공할 수 있다.
바람직하게 상기 방법은, (1) 석유계 폴리올, 바이오폴리올, 셀오프너, 아민계 촉매, 계면활성제 및 발포제를 혼합하여 레진프리믹스를 제조하는 단계; (2) 아이소소바이드 디올과 락테이트(Lactate)를 반응시켜 아이소소바이드 디올 락테이트(ISB di(lactate))를 합성한 후, NCO-프리몰리머를 합성하는 단계를 통해 바이오 이소시아네이트를 제조하는 단계; 및 (3) 상기 제조된 바이오 이소시아네이트 및 레진프리믹스를 혼합하고 반응시키는 단계를 포함한다.
또한 상기 (3) 단계에서는 석유계 이소시아네이트인 MDI계 이소시아네이트와 TDI계 이소시아네이를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명에 따른 방법에서 사용된 각 성분의 정의 및 함량은 앞서 기술한 내용과 같다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
바이오매스 고함량 폴리우레탄 폼 조성물의 제조
본 발명자들은 바이오매스가 고함량으로 함유된 폴리우레탄을 폼 조성물을 하기와 같은 방법으로 제조하였다.
본 발명에 따른 고함량 바이오매스 폴리우레탄 폼 조성물은 바이오 이소시아네이트와 바이오 폴리올을 함유한 레진프리믹스를 이용하여 바이오매스 함량이 15% 이상인 폴리우레탄을 폼을 제조하였다.
먼저 본 발명의 폴리우레탄 폼 제조를 위해 바이오 이소시아네이트를 준비하였는데, 바이오 이소시아네이트는 아이소소바이드 디올(ISB diol)과 Lactate를 이용하여 ISB di(Lactate) 합성(1단계)하고, 이후 NCO-Prepolymer 합성(2단계)하는 단계를 거쳐 지방족 특성 및 경질 특성이 보완된 바이오 이소시아네이트를 제조하였다. 바이오 이소시아네이트의 제조공정은 하기와 같다.
Figure 112017056812936-pat00001
<본 발명에서 사용한 바이오 이소시아네이트 제조공정>
또한, 바이오 폴리올은 식물유 기반 중 비식용 바이오 소스로서 Castor oil을 이용한 바이오매스 함량 90% 이상인 고함량 바이오 폴리올(B-2466, OHV : 66mg KOH/g, MCNS)을 사용하였다.
이상과 같이, 본 발명은 바이오매스 고함량 바이오 이소시아네이트와 바이오매스 고함량 바이오 폴리올을 함유한 레진프리믹스을 이용하여 바이오 매스함량이 15%이상인 고함량 바이오 폴리우레탄 폼을 제조하였다.
< 실시예 2>
본 발명의 바이오매스 고함량 폴리우레탄 폼의 특성분석
본 발명자들은 다양한 종류의 바이오 이소시아네이트 및 바이오 폴리올을 사용하여 폴리우레탄 폼을 제조하고, 제조된 폴리우레탄 폼에 함유된 바이오 매스 함량과 특성(발포특성, 물성특성, 성형특성)을 분석하였다. 각 제조를 위해 사용한 성분 및 종류는 다음과 같다.
(1) 이소시아네이트
Figure 112017056812936-pat00002
상기에서 바이오 ISO SYSTEM은 자동차 흡음재용 우레탄 폼 제조 시 사용되는 바이오 이소시아네이트로서, 삼양사에서 개발된 바이오 ISO와 석유계 ISO(MDI계 이소시아네이트, TDI계 이소시아네이트)와의 배합설계로 자동차 흡음재용 우레탄 폼 성형을 위해 제조한 것이며, 특히 ISO DASH PAD용 이소시아네이트는 우수한 흐름성과 경화성 및 통기성을 위해 배합 설계되었다.
또한, 아이소소바이드 유도체를 기반으로 하는 바이오 ISO을 적용함에 있어서 자동차 흡음재용 석유계 ISO의 특성 중 흐름성과 통기성을 위해 석유계 ISO TDI계 함량을 11%로 구성하고 경화성을 위해 석유계 ISO MDI계 함량을 54%로 최적 설계하였다(상기 표에서 EXP-BSAI-02 참고).
(2) 폴리올
Figure 112017056812936-pat00003
상기에서 바이오 폴리올 SYSTEM은 자동차 흡음재용 우레탄 폼 제조 시 사용되는 바이오 폴리올 시스템으로서, MCNS에서 개발된 고함량 바이오 폴리올과 석유계 폴리올과의 배합설계로 자동차 흡음재용 우레탄 폼 성형을 위해 개발된 것이다. 특히 ISO DASH PAD용 폴리올 시스템은 우수한 흐름성(Flowability)과 성형성(Moldability)을 위해 배합 설계되었다. 그러나, 고함량 바이오 우레탄 폼을 위해 바이오 폴리올의 함량 증가로 인한 물성저하를 개선하고자 고함량의 바이오 폴리올을 적용하였으나, 고함량의 바이오 폴리올(분자량 2400)이 자동차 흡음재용 폴리올 시스템에 적용되는 석유계 폴리올(분자량 6000)과 차이가 있어 이로 인한 폼의 발포 흐름성, 반응성, 통기성, 탄성 등에서 기능 저하가 발생되었다.
이에, 석유계 폴리올 구성에 있어 분자량 변화(6000~7500) 및 Diol 형태의 폴리올 적용, 반응형 아민 촉매의 포화/수지화(Blowing/Gelling) 비율, 셀오프너 적용량 및 바이오 폴리올과의 상용성 보완을 위한 정포제 함량 조정으로 자동차 흡음재용 바이오 폴리올 시스템의 최적화를 배합 설계하였으며, 최적 설계된 바이오 폴리올 시스템은 하기와 같다(EXP-BSAP-24 참고).
구분 바이오 폴리올 SYSTEM(EXP-BSAP-24)
성분 석유계
폴리올		 바이오 폴리올 셀오프너 아민계
촉매		 계면
활성제		 발포제
함량
(중량부)		 64.85 25.94 2.59 2.12 1.11 3.39
(3) 촉매
촉매의 경우, 내부 경화성을 촉진하고자 반응형 아민 촉매의 경우에도 2차 알콜(Secondary OH) 및 1차 알콜(Primary OH) 형태의 반응형 촉매를 혼용 적용하였으며, 급격한 수지화 반응을 일으키는 유기금속촉매의 사용배제로 흐름성을 보완하였다. 또한, 일반적인 3차 아민형태의 촉매사용을 완전히 배제하고 반응형 아민 촉매로 전환 적용하여 폼 내의 아민 촉매로 인한 냄새 발생도 저하시켰다.
Figure 112017056812936-pat00004
(4) 본 발명의 바이오매스 고함량 폴리우레탄 폼의 성능분석
앞서 기술한 바와 같이 본 발명자들은 본 발명에 따른 바이오매스를 고함량으로 갖는 폴리우레탄을 제조하기 위한 각 성분(이소시아네이트, 폴리올, 촉매)에 대한 특성 분석 및 최적 성분을 선택하였고, 이를 이용하여 하기와 같은 함량으로 폴리오레탄 폼을 제조하였으며, 이의 성능을 각각 분석하였다. 또한 하기 표에 바이오 PU FOAM의 바이오매스 함량은 PU FOAM 100g을 기준으로 배합비(바이오 ISO SYSTEM/바이오 폴리올 SYSTEM) 40/100 조건에서 바이오 PU FOAM에서의 바이오매스 함량을 이론적으로 표기하였다.
Figure 112017056812936-pat00005
분석 결과, 상기 표에 기재된 바와 같이 제조예 1~3 모두 바이오 매스 함량은 15% 이상으로 고함량인 것으로 나타났으며, 또한 상기 제조된 제조예 3가지 중에서, 특히 제조예 2는 발포특성, 성형특성, 물성특성 모두 양호한 것으로 나타났으며, 바이오매스 함량이 19%로 매우 높은 것으로 나타났다.
이상과 같은 결과를 통해 본 발명자들은 본 발명에서 개발한 바이오매스 고함량 폴리우레탄 폼은 이소시아네이트 및 폴리올 모두 바이오매스에서 유래된 것을 사용하여 제조된 것으로, 종래 폴리우레탄에 비해 바이오매스 함량이 높은 고함량 폴리우레탄 폼을 제조할 수 있음을 확인하였고, 성능이 우수한 자동차 흡음재 소재로 사용할 수 있음을 알 수 있었다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 석유계 폴리올, 바이오 폴리올, 셀오프너, 아민계 촉매, 계면활성제 및 발포제를 포함하는 레진프리믹스; 및
    바이오 이소시아네이트 및 석유계 이소시아네이트를 포함하는 이소시아네이트;를 포함하고,
    상기 석유계 폴리올은 디올 폴리올 대 트리올 폴리올이 1:10~1:20의 중량비로 혼합되고,
    상기 석유계 이소시아네이트 대 바이오 이소시아네이트가 1.5:1.0 ~ 2.0: 1.0의 중량비로 혼합되며,
    상기 바이오 이소시아네이트는 아이소소바이드 디올과 락테이트(Lactate)를 반응시켜 아이소소바이드 디올 락테이트(ISB di(lactate))를 합성한 후, NCO-프리폴리머를 합성하는 단계를 통해 제조된 프리폴리머인 것을 특징으로 하는, 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레진프리믹스는 석유계 폴리올 60~70 중량부, 바이오 폴리올 20~30 중량부, 셀오프너 2.0~3.5 중량부, 아민계 촉매 1.0~2.5 중량부, 계면활성제 1.0~2.0 중량부 및 발포제 3.0~4.0 중량부로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는, 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 석유계 이소시아네이트는 MDI계 이소시아네이트 대 TDI계 이소시아네이트가 50:10~60:10의 중량비로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는, 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이소시아네이트와 레진프리믹스는 40:100~50:100의 중량비로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는, 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 폼 흡음재는 15% 이상의 바이오매스를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는, 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물.
  8. (1) 석유계 폴리올, 바이오폴리올, 셀오프너, 아민계 촉매, 계면활성제 및 발포제를 혼합하여 레진프리믹스를 제조하는 단계;
    (2) 아이소소바이드 디올과 락테이트(Lactate)를 반응시켜 아이소소바이드 디올 락테이트(ISB di(lactate))를 합성한 후, NCO-프리폴리머를 합성하는 단계를 통해 바이오 이소시아네이트를 제조하고, 석유계 이소시아네이트를 더 첨가하여 이소시아네이트를 준비하는 단계; 및
    (3) 상기 제조된 이소시아네이트 및 레진프리믹스를 혼합하고 반응시키는 단계를 포함하고,
    상기 (1)단계에서, 상기 석유계 폴리올은 디올 폴리올 대 트리올 폴리올이 1:10~1:20의 중량비로 혼합되어 첨가되고,
    상기 (2)단계에서 상기 석유계 이소시아네이트 대 바이오 이소시아네이트는 1.5:1.0 ~ 2.0: 1.0의 중량비로 첨가되어 혼합되는,
    자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 레진프리믹스는 석유계 폴리올 60~70 중량부, 바이오 폴리올 20~30 중량부, 셀오프너 2.0~3.5 중량부, 아민계 촉매 1.0~2.5 중량부, 계면활성제 1.0~2.0 중량부 및 발포제 3.0~4.0 중량부로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는, 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 (3) 단계에서 석유계 이소시아네이트는 MDI계 이소시아네이트 및 TDI계 이소시아네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    석유계 이소시아네이트인 MDI계 이소시아네이트 대 TDI계 이소시아네이트는 50:10~60:10의 중량비로 첨가되는 것을 특징으로 하는, 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 이소시아네이트 대 레진프리믹스는 40:100~50:100의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는, 자동차 흡음재용 폴리우레탄 폼 조성물의 제조방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102140941B1 (ko) 2019-04-30 2020-08-05 (주)대한솔루션 자동차용 폴리우레탄 흡음재 제조방법 및 그 폴리우레탄 흡음재

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030005994A (ko) * 2001-07-11 2003-01-23 현대자동차주식회사 자동차 방음용 폴리우레탄 폼 조성물
KR20110131980A (ko) * 2010-06-01 2011-12-07 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 바이오폴리올을 포함하는 흡음재용 폴리우레탄 폼 및 이의 제조방법
KR20120053748A (ko) * 2010-11-18 2012-05-29 금호석유화학 주식회사 바이오 폴리올을 이용한 친환경 폴리우레탄 발포체 및 그 제조 방법
KR101240928B1 (ko) 2007-12-12 2013-03-08 기아자동차주식회사 자동차 대쉬 판넬용 폴리우레탄 폼 흡음재
JP2013517341A (ja) * 2010-01-12 2013-05-16 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア ポリウレタンフォームを含む装置
KR20130125526A (ko) * 2012-05-09 2013-11-19 애경유화주식회사 자동차 방음용 폴리우레탄 조성물
KR20140134044A (ko) * 2013-05-13 2014-11-21 현대자동차주식회사 다기능성 바이오 폴리우레탄 폼 및 이의 제조방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030005994A (ko) * 2001-07-11 2003-01-23 현대자동차주식회사 자동차 방음용 폴리우레탄 폼 조성물
KR101240928B1 (ko) 2007-12-12 2013-03-08 기아자동차주식회사 자동차 대쉬 판넬용 폴리우레탄 폼 흡음재
JP2013517341A (ja) * 2010-01-12 2013-05-16 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア ポリウレタンフォームを含む装置
KR20110131980A (ko) * 2010-06-01 2011-12-07 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 바이오폴리올을 포함하는 흡음재용 폴리우레탄 폼 및 이의 제조방법
KR20120053748A (ko) * 2010-11-18 2012-05-29 금호석유화학 주식회사 바이오 폴리올을 이용한 친환경 폴리우레탄 발포체 및 그 제조 방법
KR20130125526A (ko) * 2012-05-09 2013-11-19 애경유화주식회사 자동차 방음용 폴리우레탄 조성물
KR20140134044A (ko) * 2013-05-13 2014-11-21 현대자동차주식회사 다기능성 바이오 폴리우레탄 폼 및 이의 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOURNAL OF POLYMER SCIENCE. PART A. POLYMER CHEMISTRY 2014. 52. 867-875 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102140941B1 (ko) 2019-04-30 2020-08-05 (주)대한솔루션 자동차용 폴리우레탄 흡음재 제조방법 및 그 폴리우레탄 흡음재

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