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KR102270004B1 - 연질 폴리우레탄 조성물, 쿠션재용 연질 폴리우레탄 폼 및 이를 포함하는 차량용 시트 - Google Patents

연질 폴리우레탄 조성물, 쿠션재용 연질 폴리우레탄 폼 및 이를 포함하는 차량용 시트 Download PDF

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KR102270004B1
KR102270004B1 KR1020200017485A KR20200017485A KR102270004B1 KR 102270004 B1 KR102270004 B1 KR 102270004B1 KR 1020200017485 A KR1020200017485 A KR 1020200017485A KR 20200017485 A KR20200017485 A KR 20200017485A KR 102270004 B1 KR102270004 B1 KR 102270004B1
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South Korea
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flexible polyurethane
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polyol
polyurethane foam
foam
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KR1020200017485A
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김정현
최현
유하린
최현준
백승환
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서울시립대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 이소시아네이트 조성물, 폴리올 조성물 및 가교제(Crosslinking agent)를 포함하는 연질 폴리우레탄 조성물, 쿠션재용 연질 폴리우레탄 폼 및 이를 포함하는 차량용 시트에 관한 것으로서, 탄소수 4 이상의 탄화수소 사슬을 포함하는 가교제를 사용함으로써, 차량용 시트에 사용시 착좌감이 향상된 효과를 가지는 연질 폴리우레탄 조성물, 쿠션재용 연질 폴리우레탄 폼 및 이를 포함하는 차량용 시트에 관한 것이다.

Description

연질 폴리우레탄 조성물, 쿠션재용 연질 폴리우레탄 폼 및 이를 포함하는 차량용 시트{FLEXIBLE POLYURETHANE COMPOSITION, FLEXIBLE POLYURETHANE FOAM FOR CUSHIONING MATERIAL AND AUTOMOTIVE SEAT HAVING THE SAME}
본 발명은 이소시아네이트 조성물, 폴리올 조성물 및 가교제(Crosslinking agent)를 포함하는 연질 폴리우레탄 조성물, 쿠션재용 연질 폴리우레탄 폼 및 이를 포함하는 차량용 시트에 관한 것으로서, 탄소수 4 이상의 탄화수소 사슬을 포함하는 가교제를 사용함으로써, 차량용 시트에 사용시 착좌감이 향상된 효과를 가지는 연질 폴리우레탄 조성물, 쿠션재용 연질 폴리우레탄 폼 및 이를 포함하는 차량용 시트를 제공한다.
폴리우레탄 폼은 셀 구조와 기계적 물성 등에 따라 연질 폴리우레탄 폼(Flexible Polyurethane Foam), 반경질 폴리우레탄 폼(Semi-Rigid Polyurethane Foam) 및 경질 폴리우레탄 폼(Rigid Polyurethane Foam)으로 구분할 수 있다.
이 중, 연질 폴리우레탄 폼은 오픈 셀(open cell) 구조로 이루어져 완충성이 우수하고, 탄성을 가지며, 이의 변형 후에 원래의 상태로 천천히 돌아오는 특성을 가짐에 따라, 자동차나 매트리스 등의 다양한 제품의 쿠션재로서 활용되고 있다.
한편, 차량용 시트는 비 주행시의 성능인 착좌감, 즉, 사용자가 자동차 주행 중이 아닌 상태에서 앉아있을 때 편안한 느낌을 갖도록 하는 특성과 주행시의 성능인 안락감을 동시에 만족하는 것이 필요하다.
착좌감은 사용자가 체중으로 시트를 눌렀을 때, 적당히 꺼지는 느낌이 들면서도, 완전히 내려앉지 않는 느낌을 주며, 앉았을 때 체중에 의해 변형되더라도, 일어나면 본래의 상태로 되돌아가는 성능이 우수할 때 착좌감이 우수하게 느껴진다.
그러나, 최근 지구온난화 및 환경오염 개선의 일환으로 연비 향상을 위한차량의 경량화가 자동차 산업에서 주요한 개발 트렌드로 자리매김함에 따라, 차량용 시트의 본 기능인 착좌감 향상만이 아니라, 이의 경량성을 함께 구비하는 것이 요구되고 있다.
착좌감을 향상시키면 소재의 밀도가 증가함에 따라 차량용 시트의 중량이 증가하는 문제가 있고, 이를 경량화시키면 착좌감이 저하되는 서로 상충되는 특성을 동시에 향상시키기 위해서는, 새로운 소재를 개발하기 보다는, 기존의 소재를 개량하여 물성을 향상시키는 것이 필요하다.
본 발명의 발명자들은 이러한 문제점을 인식하고 해결하고자 연구를 거듭한 끝에, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은 차량용 시트에 사용될 때, 향상된 착좌감을 제공하는 쿠션재용 연질 폴리우레탄 폼을 제공하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 차량용 시트의 착좌감을 평가하기 위한 척도인 히스테리시스 로스가 적고, 새그 팩터가 일정 수준 이상을 가져, 기존의 연질 폴리우레탄 폼을 이용한 차량용 시트에 비해 향상된 착좌감을 제공한다.
본 발명은 또한, 연질 폴리우레탄 폼을 제조하기 위한 신규한 가교제를 포함하는 연질 폴리우레탄 조성물 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 연질 폴리우레탄 폼 형성시 반응속도가 빠른 연질 폴리우레탄 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 조성물은, 이소시아네이트 조성물, 폴리올 조성물 및 가교제(Crosslinking agent)를 포함하는 연질 폴리우레탄 조성물로서, 상기 가교제는 화학식 1을 만족하는 연질 폴리우레탄 조성물이다.
[화학식 1]
R1-(CH2)m-NH-(CH2)n-R2
상기 R1과 R2는 각각 독립적으로 아민기 또는 히드록시기이고,
상기 m과 n은 각각 독립적으로 4 이상 10 이하의 자연수이다.
본 발명에 있어서, 상기 화학식 1의 m과 n은, 각각 독립적으로 6 이상 8 이하의 자연수일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이소시아네이트 조성물은 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene Diisocyanate, TDI), 이들의 중합체, 이들의 공중합체 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 폴리올 조성물은 폴리에테르폴리올(Polyether polyol), 폴리에스테르폴리올(Polyester polyol) 및 코폴리머폴리올(Copolymer polyol)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 연질 폴리우레탄 조성물은 촉매, 발포제, 물 및 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 연질 폴리우레탄 조성물은, 상기 폴리올 조성물에 대한 상기 이소시아네이트 조성물의 NCO 인덱스(NCO Index)가 0.8 내지 1.5이고, 상기 폴리올 조성물 100 중량부를 기준으로, 상기 가교제를 0.1 내지 1.5 중량부로 포함할 수 있다.
더욱 상세하게는, 상기 폴리올 조성물 100 중량부를 기준으로, 상기 가교제를 0.5 내지 1.1 중량부로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 조성물을 포함하는 연질 폴리우레탄 폼을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 연질 폴리우레탄 폼은 히스테리시스 로스(Hysteresis loss) 값이 17.45 % 이하이고, 새그 팩터(Sag factor) 값이 2.45 이상인 것일 수 있다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 폼을 포함하는 차량용 시트를 제공한다.
본 발명은 신규한 가교제를 포함하는 연질 폴리우레탄 조성물을 제공한다
본 발명은 기존의 차량용 시트에 사용되는 연질 폴리우레탄 폼에 비해 동등한 수준의 성형성과 동등 내지 향상된 내구성을 가지면서도, 착좌감이 우수한 효과를 가진다.
본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 조성물은 반응 속도가 빨라, 연질 폴리우레탄 폼의 제조 비용이 절감되고 제조 효율이 향상된 효과를 가진다.
도 1은 실시예와 비교예에 따른 폴리우레탄 폼의 히스테리시스 로스를 나타낸 그래프이다;
도 2는 실시예와 비교예에 따른 폴리우레탄 폼의 새그 팩터를 나타낸 그래프이다;
도 3은 실시예의 폴리우레탄 폼의 외관 사진이다;
도 4는 참고예 2의 폴리우레탄 폼의 외관 사진이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 각 구성을 보다 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.
이하에서는, 연질 폴리우레탄 폼을 제조하기 위한 전구물질로서, 단량체와 올리고머, 반응 촉매 등을 포함하는 폴리우레탄의 중합 전의 반응물을 연질 폴리우레탄 조성물로 지칭하고, 이를 이용하여 제조된 연질 폴리우레탄 폼이 이를 포함하는 것으로 표현하였다. 그러나, 이러한 표현에 제한되지 않고, 연질 폴리우레탄 조성물을 포함하는 연질 폴리우레탄 폼은 상기의 연질 폴리우레탄 조성물이 반응하여 얻어진 것으로서 이해될 것이다.
본 발명은 기존의 연질 폴리우레탄 폼의 물성을 개선하기 위한 신규한 연질 폴리우레탄 조성물과 이를 이용하여 제조된 쿠션재용 폴리우레탄 폼 및 이를 포함하는 차량용 시트에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명의 연질 폴리우레탄 조성물은, 이소시아네이트 조성물, 폴리올 조성물 및 가교제(Crosslinking agent)를 포함하는 연질 폴리우레탄 조성물로서, 상기 가교제는 화학식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
R1-(CH2)m-NH-(CH2)n-R2
상기 R1과 R2는 각각 독립적으로 아민기 또는 히드록시기이고,
상기 m과 n은 각각 독립적으로 4 이상 10 이하의 자연수이다.
폴리우레탄은 이소시아네이트와 폴리올의 반응으로 형성되는 중합물로서, 폴리우레탄의 물성에 따라, 경질, 반경질, 연질 우레탄으로 나누어진다. 폴리우레탄 내의 이소시아네이트와 폴리올의 반응 부위는, 하드세그먼트로서, 경직된 특성을 갖게 하고, 폴리올의 사슬부위는 소프트세그먼트로서 부드럽고 유연한 특성을 갖게 한다.
폴리우레탄 내의 사슬 사이의 결합을 형성하는 것이 가교제의 역할인데, 기존에 연질 폴리우레탄에 사용되는 가교제는 짧은 탄소 사슬을 포함하는 디아민, 트리아민, 다이올이나 트리올 등이 사용되었다.
본 발명에서는, 신규한 가교제로서, 기존의 가교제에 비해 긴 탄화수소 사슬을 포함하는 화합물을 사용한다. 구체적으로, 상술한 바와 같이 적어도 4개 이상의 탄소를 가지는 사슬을 포함하고 있는 아민화합물을 사용할 수 있다.
아민화합물은 질소에 두 탄화수소 사슬이 결합된 형태를 가지며, 질소에 결합된 두 탄화수소 사슬의 다른 말단에는 히드록시기 또는 아민기로 치환된 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 연질 폴리우레탄 조성물은 상기의 신규한 가교제를 포함함으로써, 기존의 연질 폴리우레탄 폼에 비해 착좌감이 향상된 연질 폴리우레탄 폼을 형성할 수 있다.
기존의 가교제는 아민기 또는 히드록시기를 2 내지 3 이상 포함하고, 탄소수 2 내지 3 인 탄화수소 사슬을 포함하는 화합물이 사용되었다. 예를 들면, 디에탄올아민, 디에탄올트리아민 등이 사용되었다.
본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 조성물에 포함되는 상기 가교제는 상세하게는, 상기 화학식 1의 m과 n이 각각 독립적으로 4 이상 10 이하의 자연수일 수 있고, 바람직하게는, 6 이상 8 이하의 자연수일 수 있다. 상기 m과 n은 반드시 동일할 필요는 없고, 상이할 수도 있다.
상기 가교제는 보다 상세하게는, 비스(헥사메틸렌)트리아민을 사용할 수 있다.
한편, 상기 이소시아네이트 조성물은 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene Diisocyanate, TDI), 이들의 중합체, 이들의 공중합체 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는, MDI, TDI 및 이들의 중합체, 이들의 공중합체를 포함하는 혼합물일 수 있고, 가장 바람직하게는, 상기 이소시아네이트 조성물의 전체 중량을 기준으로, MDI와 MDI 중합체의 함량이 60 내지 85 중량%, TDI 15 내지 40 중량%로 포함할 수 있다.
상기 함량보다 MDI와 MDI 중합체의 함량이 과다한 경우에는, 잔여 NCO기가 우레탄과 우레아와 반응하여 알로파네이트와 뷰렛을 형성하지만, 상대적으로 반응속도가 느리기 때문에 폼의 셀구조를 유지하지 못하여 구조적인 불안정하게 만드는 문제가 있고, MDI와 MDI 중합체의 함량이 적은 경우에는, 잔여 폴리올과 물이 폴리우레탄 사슬 사이에 존재해 셀구조 유지를 방해하는 문제가 있다.
상기 MDI는 2,2'-MDI, 2,4'-MDI 및 4,4'-MDI와 같이 세 종류의 이성질체를 가지는데, 본 발명에 있어서는, MDI 라면 상기 이성질체 종류에 상관없이 사용이 가능하나, 바람직하게는, 4,4'-MDI를 사용할 수 있다. 마찬가지로, 상기 MDI 중합체의 경우에도 동일하다.
상기 MDI의 중합체는 중합정도가 높지 않은 이량체(Dimer), 삼량체(Trimer), 올리고머 등일 수 있다. 연질 폴리우레탄 조성물에 포함될 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않고 사용이 가능하나, 본 발명에 있어서는, 바람직하게는, n=2 ~ 4인 MDI 중합체를 포함할 수 있다.
상기 TDI는 2,4'-TDI 와 2,6'-TDI와 같이 상용화된 TDI에 포함되는 두 가지 이성질체가 주로 사용된다. 마찬가지로, 연질 폴리우레탄 조성물에 포함될 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않고 사용이 가능하나, 본 발명에 있어서는, 바람직하게는 두 이성질체의 혼합물인 TDI를 사용할 수 있다.
상기 이소시아네이트 조성물은 이소시아네이트기(-NCO)의 함량이 상기 이소시아네이트 조성물의 전체 중량을 기준으로, 25 내지 45 중량%로 포함될 수 있고, 바람직하게는, 30 내지 40 중량%, 가장 바람직하게는, 35 내지 39 중량%일 수 있다.
상기 폴리올 조성물은 폴리에테르폴리올(Polyether polyol), 폴리에스테르폴리올(Polyester polyol) 및 코폴리머폴리올(Copolymer polyol)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 폴리올 조성물은 폴리에테르폴리올을 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 폴리에테르폴리올을 중합하기 위한 단량체의 탄소사슬을 구성하는 탄소수가 2 내지 5인 것을 중합하여 얻어진 것일 수 있고, 가장 바람직하게는, 폴리프로필렌글리콜을 중합하여 얻어진 폴리에테르폴리올일 수 있다.
상기 폴리올 조성물은 수산기가 20 내지 40 mg KOH/g일 수 있고, 더욱 바람직하게는, 25 내지 35 mg KOH/g일 수 있다. 상기 폴리올 조성물의 중량평균분자량은 4000 내지 10000일 수 있고, 보다 바람직하게는, 5000 내지 8000일 수 있다.
본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 조성물은 촉매, 발포제, 물 및 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 촉매는, 이소시아네이트기와 수산기의 반응으로 우레탄 결합을 형성하는 반응으로 이를 매개하는 우레탄 중합 반응 촉매(Urethane Synthesis catalyst)일 수 있고, 이소시아네이트기와 물의 반응으로, 이산화탄소를 형성함으로써, 발포체를 형성하는 발포 반응 촉매(Blowing Reaction catalyst)일 수 있다. 구체적인 성분으로는, 해당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 촉매이면 특별히 제한되지 않고 사용이 가능하다.
한편, 상기 연질 폴리우레탄 조성물은 상기 폴리올 조성물에 대한 상기 이소시아네이트 조성물의 NCO 인덱스(NCO Index)가 0.8 내지 1.5가 되도록 상기 이소시아네이트 조성물을 포함하는 것일 수 있고, 바람직하게는, 상기 NCO 인덱스가 0.9 내지 1.2일 수 있다.
상기 범위보다 낮은 값을 갖는 경우에는, 상기 연질 폴리우레탄 조성물 내의 폴리올 조성물의 비율이 상대적으로 증가하여, 폴리올 조성물이 전부 반응하지 못하고, 폴리우레탄의 발포 반응을 방해하는 문제가 있고, 상기 범위보다 높은 값을 갖는 경우에는, 폴리올 조성물의 함량이 과다하여, 불필요한 부가반응을 하여 잔여 이소시아네이트기가 가교 결합을 형성하게 되고, 이에 따라, 폼의 유연성(Flexibility)를 저하시키는 문제가 있을 수 있다.
상기 NCO 인덱스는 폴리올 당량에 대한 이소시아네이트의 당량비로서, 다음과 같이 정의된다.
NCO 인덱스 = (Isocyanate Equivalents/Polyol Equivalents)
상기 가교제는 상기 폴리올 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 1.5 중량부로 포함할 수 있고, 바람직하게는, 상기 가교제를 0.5 내지 1.1 중량부로 포함할 수 있다.
상기 함량보다 가교제를 소량으로 첨가하는 경우에는, 폴리우레탄 폼의 경도가 떨어지는 문제가 있고, 상기 함량보다 과량으로 첨가하는 경우에는, 폼이 형성되기 어려운 문제점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 폼은 상술한 연질 폴리우레탄 폼을 포함하는 것을 특징으로 한다. 다만, 여기에서 포함한다는 의미는, 연질 폴리우레탄 조성물을 전구물질로 하여, 이를 중합함으로써 얻어진 것을 포함한다는 의미도 내포한다.
상기 연질 폴리우레탄 폼은 히스테리시스 로스(Hysteresis loss) 값이 17.45 % 이하이고, 새그 팩터(Sag factor) 값이 2.45 이상인 것일 수 있다.
히스테리시스 로스와 새그 팩터는 모두 연질 폴리우레탄 폼의 착좌감을 측정할 수 있는 척도로서, 현재 상용화된 차량용 시트에 있어서 히스테리시스 로스는 18% 이하, 새그 팩터는 3.3 이상이 요구되고 있다.
히스테리시스 로스는 폼을 압축할 때 폼에 저장된 에너지와 압축된 폼이 원래 상태로 복원될 때 폼에서 방출되는 에너지의 차이값으로서, 히스테리시스 로스가 작을수록, 압축 시 저장된 에너지가 폼의 복원 시 방출되는 에너지와 크기가 비슷함을 의미한다.
차량용 시트에 폼을 적용하는 경우, 사용자가 시트에 착좌하여 시트가 압축될 때 시트에 저장된 에너지와 시트가 원 상태로 복원될 때의 에너지 차이값을 의미하게 되며, 이의 값이 작을수록 압축 시 저장된 에너지만큼 복원 시에 방출됨에 따라 시트에 착좌한 사용자는 적은 힘을 들이고도 시트에서 일어날 수 있게됨을 의미한다.
따라서, 이의 수치가 작을수록 사용자는 착좌 후에 시트에서 일어날 때, 작은 힘만을 들이고도 일어날 수 있게 되고, 이는 소위, 쿠션감이 우수함을 의미한다.
차량용 시트에 관한 현재 기술수준에서의 히스테리시스 로스는 18% 수준이나, 본 발명은 이를 보다 개선하여, 사용자가 착좌 후 일어날 때, 힘을 덜 들이고도 일어날 수 있도록 우수한 쿠션감을 제공하는 것을 목적으로 한다.
바람직하게는, 17% 이하, 가장 바람직하게는, 15% 이하일 수 있고, 과학적인 측면에서 압축 전 후의 에너지 손실이 없을 수는 없으므로, 상기 히스테리시스 로스는 0 %를 초과한다.
새그 팩터는 폼에 압력을 가했을 때 폼의 꺼짐 정도를 의미하는 척도로서, 변형율 25%일 때와 65%일 때의 압축강도의 비율로 나타낸다.
폼에 힘을 가하여 변형시킬 때, 새그 팩터가 낮을수록 변형 전과 후의 압축강도가 비슷함을 의미하며, 이는 곧, 초기에 가해진 힘의 수준에서 폼이 변형된다는 것을 의미한다. 반면, 새그 팩터가 높을수록 변형 전보다 변형 후의 압축강도가 더 큼을 의미하며, 이는 곧 초기에 가해진 힘보다 변형 시에 큰 힘을 가해야만 폼이 변형됨을 의미한다.
차량용 시트에 폼을 적용하는 경우, 새그 팩터가 낮을수록 사용자는 쉽게 폼이 변형되어 푹 꺼지는 느낌을 받는 반면, 새그 팩터가 높을수록 사용자는 폼이 쉽게 꺼지지 않고 사용자를 지지하여 안정감 있게 받쳐주는 느낌을 받게 된다.
상기 새그 팩터는, 바람직하게는, 2.6 이상, 더욱 바람직하게는, 3.3 이상일 수 있다. 상기 새그 팩터는 최대 5.0 미만의 수치를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 연질 폴리우레탄 폼은 특히, 차량용 시트에 사용하기 적합한 물성을 가지는 바, 이를 포함하는 차량용 시트를 제공할 수 있다.
다만, 차량용 시트에 한정되지 않고, 사무용 의자, 소파 등의 해당기술분야에서 본 발명을 사용할 수 있는 다양한 활용 분야에 적용하는 것 또한, 본 발명의 권리범위에 속한다고 볼 것이다.
이하에서는, 본 발명을 실시예에 기초하여 보다 상세히 설명하나, 이는 본 발명을 설명하기 위한 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 이에 의해 한정되지 아니 한다.
[제조예]
하기 표 1과 2의 조성을 참고하여, 다음과 같은 과정으로 폴리우레탄 폼을 제조하였다.
1. 폴리올 조성물, 촉매, 가교제, 물 및 계면활성제를 믹서에 첨가하여 1700 rpm의 속도로 10 분간 교반하였다.
2. 상기 혼합물에 이소시아네이트 조성물을 첨가하고 6000 rpm의 속도로 5초간 교반하여 반응시킨다.
3. 상기 반응물을 60 ℃로 예열된 몰드에 넣고 5초간 경화시켜 폴리우레탄 폼 시편을 얻었다.
(단위: 중량부) 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 참고예1 참고예 2
폴리올 100 100 100 100 100 100 100
비스(헥사메틸렌)트리아민 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 - 1.5
우레탄 중합 촉매 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72
발포 촉매 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08
발포제 3 3 3 3 3 3 3
정포제 1.32 1.32 1.32 1.32 1.32 1.32 1.32
이소시아네이트 인덱스 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
(단위: 중량부) 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7 비교예8 비교예9 비교예10
폴리올 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
디에탄올아민 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 - - - - -
디에틸렌트리아민 - - - - - 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
우레탄 중합 촉매 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72
발포 촉매 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08
발포제 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
정포제 1.32 1.32 1.32 1.32 1.32 1.32 1.32 1.32 1.32 1.32
이소시아네이트 인덱스 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
[실험예 1: 폴리우레탄 폼 물성 확인 실험]
실시예와 비교예의 폴리우레탄 폼 시편에 대해, i) 성형성 평가, ii) 전체 밀도와 iii) 코어 밀도 및 iv) 영구압축 줄음율을 측정하여 하기 표 3에 나타냈다. 밀도 측정 방법은 ASTM D2574-17에 따라 측정되었다.
구분 실시예 참고예1 비교예
1 2 3 4 5 1 2
성형성 좋음 좋음 좋음 좋음 좋음 좋음 좋음 좋음
전체밀도
(kg/m3)		 73.7 71.9 71.6 73.3 71.2 74.3 74.3 73.9
코어밀도
(kg/m3)		 71.1 69.4 69.5 70.9 69.1 69.4 70.3 71.3
영구압축 줄음율(%) 10.6 8.9 11.1 11.6 13.6 18.8 9.67 9.32
구분 비교예
3 4 5 6 7 8 9 10
성형성 좋음 좋음 좋음 좋음 좋음 좋음 좋음 좋음
전체밀도
(kg/m3)		 75.2 75.9 73.8 74.6 74.6 75.5 76.1 75.8
코어밀도
(kg/m3)		 72.2 72.1 70.7 71.5 71.6 71.8 71.8 72.0
영구압축 줄음율(%) 14.15 11.19 9.8 19.8 18.2 11.5 12.02 11.9
상기 표 3을 참고하면, 실시예에 따른 폴리우레탄 폼이 기존의 폴리우레탄 폼과 비교하여 동등한 수준의 성형성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 영구압축 줄음율의 값을 참고하면, 가교제가 첨가되지 않은 참고예 1과 대비할 때 비교예 6과 7을 제외한 비교예와 모든 실시예의 시편에서 낮은 값을 가지는 것으로 확인되었다. 이는, 차량용 시트로 사용될 때, 사용자가 앉았다 일어난 후에 변형정도를 예측할 수 있는 값으로서, 실시예의 시편이 대체로 착좌 후의 변형이 적음을 알 수 있다.
코어밀도는 폴리우레탄 폼의 표면을 의미하는 폼 스킨을 제외한 내부 밀도를 의미하며, 전체밀도는 폼 스킨과 내부를 포함한 폴리우레탄 폼의 전체 밀도를 의미한다. 결국, 전체밀도와 코어밀도가 비슷할수록, 해당 폴리우레탄 폼의 표면과 내부에 균일하게 폼이 형성된 것을 의미한다.
상기 표 3을 참고하면, 실시예 2를 제외한 모든 실시예에서 3.0 내외의 수치를 가져, 폴리우레탄 폼의 전체에서 균일한 폼이 형성되었음을 알 수 있고, 실시예 2와 참고예1, 비교예의 경우에는, 3.7 내외의 수치를 가져, 실시예 1, 3 내지 5에 비해 덜 균일한 폼이 형성되었음을 알 수 있다.
[실험예 2: 착좌감 확인 실험 1]
실시예와 비교예의 폴리우레탄 폼 시편에 대한 히스테리시스 로스(ASTM D2574-17)를 다음 표 4 및 도 1에 나타냈다.
히스테리시스 로스는 로딩 에너지에 대한 로딩 에너지와 업로딩 에너지의 차이 값의 비율로 계산되는데, 이는 압력을 가한 후에 원래의 형태로 되돌아오는 특성을 확인하는 척도이다. 해당 수치가 작은 값을 가질수록 원래의 형태로 돌아오는 특성이 우수하다는 것을 의미한다.
히스테리시스 로스(Hysteresis loss)
= [(Loading energy - Uploading energy) *100]/ Loading energy
구분 실시예 참고예 비교예
1 2 3 4 5 1 2
히스테리시스 로스(%) 17.45 17.36 16.88 15.74 13.06 17.49 17.69 17.79
구분 비교예
3 4 5 6 7 8 9 10
히스테리시스 로스(%) 17.75 17.42 17.56 18.55 20.08 20.86 21.49 22.08
히스테리시스 로스는 현재 상용화된 차량용 시트에 요구되는 수준이 18% 이하로서, 실시예의 시편의 경우, 18% 미만을 만족함을 확인할 수 있다.
폴리우레탄 폼을 이용한 차량용 시트에 있어서는, 히스테리시스 로스가 낮을수록 착좌감이 우수하다는 것을 의미하는 바, 실시예의 폴리우레탄 폼을 이용하는 경우, 착좌감이 더욱 향상됨을 확인할 수 있다.
특히, 실시예 4나 5의 경우에는, 기존의 요구 물성값에 비해 크게 낮은 히스테리시스 로스를 나타낸 것으로 확인되었는 바, 착좌감이 뛰어나게 개선되었음을 알 수 있다.
구체적으로, 사용자는 실시예의 폴리우레탄 폼으로 제조된 시트에 앉았다가 일어나는 경우에 큰 힘을 들이지 않고도 일어날 수 있게 되어, 소위 쿠션감이 우수하다는 느낌을 받는 반면, 상대적으로 높은 히스테리시스 로스를 나타낸 참고예 1이나 비교예의 폴리우레탄 폼으로 제조된 시트는 착좌 후 다시 일어날 때, 사용자가 비교적 힘을 들여 일어나야 한다는 느낌을 받게 될 것임을 예측할 수 있다.
[실험예 3: 착좌감 확인 실험 2]
실시예와 비교예의 폴리우레탄 폼 시편에 대한 새그 팩터(Sag factor, Support factor)(ASTM D2574-17)를 다음 표 5 및 도 2에 나타냈다.
새그 팩터는 다음과 같이 계산된다.
Sag factor = (Stress at strain 65%)/(Stress at strain 25%)
구분 실시예 참고예 비교예
1 2 3 4 5 1 2
Sag factor 2.46 2.61 2.70 3.39 4.10 2.46 2.43 2.49
구분 비교예
3 4 5 6 7 8 9 10
Sag factor 2.47 2.40 2.43 2.50 2.38 2.44 2.42 2.49
새그 팩터는 현재 상용화된 차량용 시트에 요구되는 수준이 3.3 이상으로서, 그 수치가 높을수록 착좌감이 향상된다.
실시예의 새그팩터는 기존의 폴리우레탄 폼과 동등 내지 우수한 수준으로 확인되었으며, 특히, 실시예 4와 5는 월등히 높은 수치를 가져, 착좌감이 뛰어남을 확인할 수 있다.
구체적으로, 사용자는 실시예의 폴리우레탄 폼으로 제조된 시트에 착좌 시 푹꺼진다는 느낌보다는 시트가 사용자를 안정적으로 지지하고 있다는 느낌을 받게 되어, 편안한 느낌을 얻게 될 것임을 예측해 볼 수 있다.
따라서, 실시예에 따라 제조된 폴리우레탄 폼을 차량용 시트에 적용하는 경우, 기존의 차량용 시트에 비해, 사용자의 착좌감이 보다 향상될 것임을 기대할 수 있다.
한편, 참고예 2의 경우, 폴리우레탄이 폼(발포체)으로 형성되지 않음에 따라, 하기의 실험을 진행하지 않았으며, 이의 외관 사진은 도 4에 도시하였다. 이는, 반응이 과도하게 지연됨에 따라 반응의 균형이 무너지게 되어 불완전한 발포체가 형성된 것으로 판단된다.
이와 비교하여, 실시예 1은 정상적으로 폼을 형성하였는 바, 이를 도 3에 나타냈다.
도 3과 4를 참조하면, 실시예 1에 따른 도 3의 폴리우레탄 폼의 표면은 균일한 폼이 형성됨에 따라 표면에서 불균일한 기포나 구멍이 형성되지 않은 반면, 도 4에서 불완전한 발포체를 형성한 참고예 2의 폴리우레탄 폼의 경우, 표면에 눈에 띄는 구멍이나, 기포가 확인된다. 이에 따라, 참고예 2는 폼 전체에서 균일한 폼이 형성되지 않았음을 알 수 있다.

Claims (9)

  1. 이소시아네이트(Isocyanate) 조성물, 폴리올(Polyol) 조성물 및 가교제(Crosslinking agent)를 포함하는 연질 폴리우레탄 조성물로서,
    상기 가교제는 화학식 1을 만족하고,
    상기 연질 폴리우레탄 조성물은,
    상기 폴리올 조성물에 대한 상기 이소시아네이트 조성물의 NCO 인덱스(NCO Index)가 0.8 내지 1.5이고,
    상기 폴리올 조성물 100 중량부를 기준으로, 상기 가교제를 0.1 내지 1.5 중량부로 포함하는 연질 폴리우레탄 조성물:
    [화학식 1]
    R1-(CH2)m-NH-(CH2)n-R2
    상기 R1과 R2는 각각 독립적으로 아민기 또는 히드록시기이고,
    상기 m과 n은 각각 독립적으로 4 이상 10 이하의 자연수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 m과 n은, 각각 독립적으로 6 이상 8 이하의 자연수인 것을 특징으로 하는 연질 폴리우레탄 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이소시아네이트 조성물은 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene Diisocyanate, TDI), 이들의 중합체, 이들의 공중합체 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하고,
    상기 폴리올 조성물은 폴리에테르폴리올(Polyether polyol), 폴리에스테르폴리올(Polyester polyol) 및 코폴리머폴리올(Copolymer polyol)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 연질 폴리우레탄 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연질 폴리우레탄 조성물은 촉매, 발포제, 물 및 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연질 폴리우레탄 조성물.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올 조성물 100 중량부를 기준으로, 상기 가교제를 0.5 내지 1.1 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 연질 폴리우레탄 조성물.
  7. 제1항 내지 제4항 및 제6항 중 어느 하나 따른 연질 폴리우레탄 조성물을 포함하는 연질 폴리우레탄 폼.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연질 폴리우레탄 폼은 히스테리시스 로스(Hysteresis loss) 값이 17.45 % 이하이고, 새그 팩터(Sag factor) 값이 2.45 이상인 것을 특징으로 하는 연질 폴리우레탄 폼.
  9. 제7항에 따른 연질 폴리우레탄 폼을 포함하는 차량용 시트.
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