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KR100503644B1 - 인스트루먼트 패널의 폼층 조성물 - Google Patents

인스트루먼트 패널의 폼층 조성물 Download PDF

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KR100503644B1
KR100503644B1 KR10-2002-0028045A KR20020028045A KR100503644B1 KR 100503644 B1 KR100503644 B1 KR 100503644B1 KR 20020028045 A KR20020028045 A KR 20020028045A KR 100503644 B1 KR100503644 B1 KR 100503644B1
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polyol
foam
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김승호
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덕양산업주식회사
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Abstract

본 발명은 자동차의 인스트루먼트 패널에 폼층을 형성하는 폼층 조성물에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 차량내부의 크래쉬 패드(Crash Pad)를 구성하는 재료 중 제품에 쿠션을 부여하여 차량충돌시 실내 승객이 크래쉬 패드에 부딪히는 충격을 흡수하여 부상을 방지하기 위한 반경질 우레탄폼을 형성하는 인스트루먼트 패널의 폼층 조성물에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 자동차의 인스트루먼트 패널의 폼층 조성물에 있어서, 글리세린(Clycerin)을 출발물질로하여 고온 고압의 반응조 내에서 EO/PO(Ethylene Oxide/Propylene Oxide) 부가 반응에 의해 얻어지는 에테르(Ether)계 폴리올으로써 말단기의 수신기가 값(OH-Vaule)이 26~30(㎎KOH/g)이고 분자량이 5,000~7,000정도인 메인 폴리올 60~70중량%와, 가교구조 및 반응성에 영향을 주는 크로스 링커(cross ilnker) 3~6중량%와, 폼 밀도에 영향을 미치는 화학적 발포제(blowing agent) 1.5~2.5중량%와 우레탄 분야에서 널리 사용하고 있는 아민(Amine)계열 촉매류 0.5~1.5중량%으로 이루어진 폴리올 혼합물과, 이 폴리올 혼합물과 반응하여 폼층을 형성하는 NCO(Isocyanate)기 함유량이 31중량%인 제 1MDI와 NCO(Isocyanate) 함유량이 27중량%인 제 2MDI를 섞은 혼합 MDI 35~20중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

인스트루먼트 패널의 폼층 조성물{A composition layer of a instrument panel}
본 발명은 자동차의 인스트루먼트 패널에 폼층을 형성하는 폼층 조성물에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 차량내부의 크래쉬 패드(Crash Pad)를 구성하는 재료 중 제품에 쿠션을 부여하여 차량충돌시 실내 승객이 크래쉬 패드에 부딪히는 충격을 흡수하여 부상을 방지하기 위한 반경질 우레탄폼을 형성하는 인스트루먼트 패널의 폼층 조성물에 관한 것이다.
이전에는 인스트루먼트 패널과 에어백 도어에 각각 따로 스킨층과 폼층을 형성하여 에어백 도어를 인스트루먼트 패널에 조립하여 사용하였으나, 상기와 같은 방법은 인스트루먼트 패널에 에어백 도어가 장착된 결합선이 외부에 노출되며 인스트루먼트 패널과 에어백 도어간에 갭이나 단차가 발생하여 차량의 심미감을 저하시키는 문제점이 발생하였다.
상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 요즘에는 인스트루먼트 패널과 에어백 도어에 사용되는 스킨층을 일체로 형성하여 스킨층에 숨김기법에 의한 절개라인을 형성하여 외부에서 인스트루먼트 패널에 에어백 도어의 절개라인이 눈으로 식별이 불가능하도록 제조하여 차량내부의 심미감의 훼손을 방지하는 방향으로 제품의 고급화가 추진되고 있다.
그러나, 상기와 같은 숨김기법에 의한 방법으로 스킨층을 제조하여 크래쉬 패드에 적용할 경우 상기 인스트루먼트 패널과 에어백 도어부에 형성되어 쿠션감을 부여하고 외부 충격을 흡수하는 폼층의 개선은 이루어지지 않아 에어백이 작동하여 에어백 도어가 전개될 경우 에어백 도어와 상기 에어백 도어에 일체로 형성된 폼층의 절개 성능이 만족스럽지 못해 에어백 도어의 원활한 전개가 이루어지지 않는 문제점이 발생하였다.
또한, 상기 에어백 도어가 전개될 때 전개충격을 제대로 흡수하지 못해 폼파편이 비산되거나 스킨층에 형성된 은폐형의 절개라인이 제대로 절개되지 못하는 폐단이 발생하여 종래의 우레탄 폼층의 개선이 시급하였으나 이를 해결할 수 있는 새로운 폼층의 제공이 없었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 제공된 것으로 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 숨김기법에 의해 일체로 형성된 스킨층이 적용되는 에어백 도어가 장착되는 인스트루먼트 패널의 폼층을 개선하여, 에어백 도어가 작동할 경우 에어백 도어와 에어백 도어에 위치한 폼층이 원활하게 절개되어 에어백 도어의 전개에 따른 전개성능을 향상시키고 폼파편의 비산을 최소한으로 줄일 수 있도록 폼층을 형성하는 인스트루먼트 패널의 폼층 조성물을 제공하는데 있다.
이를 위하여 본 발명은, 자동차의 인스트루먼트 패널의 폼층 조성물에 있어서, 글리세린(Clycerin)을 출발물질로 하여 고온 고압의 반응조 내에서 EO/PO(Ethylene Oxide/Propylene Oxide) 부가 반응에 의해 얻어지는 에테르(Ether)계 폴리올으로써 말단기의 수산기가 값(OH-Vaule)이 26~30(㎎KOH/g)이고 분자량이 5,000~7,000정도인 메인 폴리올 60~70중량%와, 가교구조 및 반응성에 영향을 주는 크로스 링커(cross ilnker) 3~6중량%와, 폼 밀도에 영향을 미치는 화학적 발포제(blowing agent) 1.5~2.5중량%와, 우레탄 분야에서 널리 사용하고 있는 아민(Amine)계열 촉매류 0.5~1.5중량%으로 이루어진 폴리올 혼합물과, 이 폴리올 혼합물과 반응하여 폼층을 형성하는 NCO(Isocyanate)기 함유량이 31중량%인 제 1MDI와 NCO(Isocyanate) 함유량이 27중량%인 제 2MDI를 섞은 혼합 MDI 35~20중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 인스트루먼트 패널의 폼층 조성물에 대한 상세한 설명은 다음과 같다.
본 발명은 조수석 에어백도어와 에어백도어가 장착되는 인스트루먼트 패널에 사용되는 폼층을 조성하기 위한 폼층 조성물에 관한 것으로, 상기 인스트루먼트 패널에 형성되는 폼층과 에어백도어에 형성되는 폼층을 일원화시켜 제조에 따른 시간의 단축과 제조공정을 축소하고 종래의 폼층 일원화에 따른 에어백 도어 전개시에 발생하는 폼층의 절개성 문제 및 폼층의 비산 등의 문제점을 해결하기 위한 폼층 조성물에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 자동차의 인스트루먼트 패널과 상기 인스트루먼트 패널에 장착되는 에어백 도어의 폼층을 조성하는 폼층 조성물에 있어서, 글리세린(Clycerin)을 출발물질로 하여 고온 고압의 반응조 내에서 EO/PO(Ethylene Oxide/Propylene Oxide) 부가 반응에 의해 얻어지는 에테르(Ether)계 폴리올으로써 말단기의 수산기가 값(OH-Vaule)이 26~30(㎎KOH/g)이고 분자량이 5,000~7,000정도이며 최종 제품인 폼층을 이루는 기본 물성을 좌우하는 물질인 메인 폴리올을 60~70중량% 마련한다.
상기 메인 폴리올은 EO/PO(Ethylene Oxide/Propylene Oxide)의 비율을 3/7 수준으로 랜덤(random)배열 또는 블록(block)배열 등 여러 가지 형태로 부가 반응하여 제조하며, 생산성과 밀접한 반응성에 영향을 주며 최종 폼의 경도 및 물성에 영향을 미치게 된다.
따라서, 상기에서 말단기의 수산기가 값(OH-Vaule)이나 분자량 및 EO/PO(Ethylene Oxide/Propylene Oxide)의 비율이 상이한 경우 폼의 경도 및 물성에 영향을 미치므로 원하는 최종제품을 얻기가 어려우며, 전체에서 차지하는 함량이 70중량%를 초과할 경우에는 폼재에 크랙이나 부스러짐을 발생시키는 원인이 되며, 함량이 60중량% 미만일 경우에는 폼재의 형성시간이 지연되고 폼의 수축이 심화되며 폼재가 고형화되어 쿠션성이 저하되는 문제점이 발생하게 되므로 배합비율을 엄격히 지켜야 함은 당연하다.
그리고, 상기 메인 폴리올에 가교구조 및 반응성에 영향을 주며 제품의 목표경도 부여 및 생산성과 관계가 있는 반응성 조정을 위한 크로스 링커(cross ilnker)를 3~6중량% 혼합한다.
상기 크로스 링커가 전체에서 차지하는 함량이 6중량%를 초과할 경우에는 지나친 가교로 인하여 폼재가 딱딱하게 경화되어 전개성능에 악영향을 미치는 한편, 빠른 반응성에 의한 성형성이 저하되고, 함량이 3중량% 미만일 경우에는 가교 부족에 따른 폼 물성이 저하와 섬유화의 지연으로 인한 성형성이 저하되는 문제점이 발생한다.
또한, 상기 메인 폴리올과 크로스 링커가 혼합된 혼합물에 폼 밀도에 영향을 미치는 화학적 발포제(blowing agent)를 1.5~2.5중량% 혼합한다.
상기 발포제는 폼재의 발포 정도를 결정하는 재료로서 목적하는 폼 밀도에 따라 선정해야 하며 하기에서 설명할 상대 재료인 제 1MDI와 제 2MDI와의 화학적 반응량의 당량을 고려하여 배합량을 선정해야 한다.
상기 발포제가 차지하는 함량이 2.5중량%를 초과할 경우에는 폼 밀도 저하로 인한 폼 물성의 변화와, MDI와 화학적 반응량 차이에 따른 폼의 경화 및 수축량 증가의 원인이 되며, 함량이 1.5중량% 미만일 경우에는 폼 밀도 증가로 인한 폼 물성의 변화를 가져오는 문제점이 발생하게 된다.
또한, 상기 메인 폴리올과 크로스 링커, 발포제가 혼합된 혼합물에 폼형성 반응 발란스에 영향을 미치는 아민(Amine)계열 촉매류를 0.5~1.5중량% 혼합한다.
촉매류는 폼재의 물성 측면은 물론 성형성을 향상시키기 위해 첨가하는 조성물로, 우레탄 분야에서 사용되고 있는 아민(Amine)계열인 제 1촉매제를 전체 중량 대비 0.05~0.3중량% 첨가한다.
상기 제 1촉매제는 생산성 향상과 우수한 성형성 및 블로잉(blowing)성 향상에 기여하며 우레탄 반응에 참여하는 반응형 촉매로, 폼재에 잔류하여 표피재에 악영향을 미치는 잔류 아민(Amine)의 양을 최소화하는 것으로, 함량비가 전체 중량 대비 0.3중량%를 초과하면 폼 형성 반응의 불균형이 발생하여 성형성이 저하되며 발포 반응 촉진에 따른 밀도 저하 및 물성에 악영향을 미치고, 0.05중량% 미만일 경우에는 폼 형성반응의 불균형으로 인한 성형성 저하 및 발포 반응 저하에 따른 밀도 증가 및 물성에 악영향을 유발하게 된다.
그리고, 상기 제 1촉매제와는 달리 블로잉(blowing)성 향상과는 반대인 겔(gel)성 향상을 위한 반응형 촉매로 고분자화를 촉진화는 특성을 지닌 제 2촉매제를 전체 중량 대비 0.4~1.0중량% 첨가한다.
상기 제 2촉매제의 함량비가 전체 중량 대비 1.0중랑%를 초과하면 폼 형성 반응의 불균형으로 인해 성형성이 저하되고 섬유화 반응 촉진에 따른 밀도 증가 및 물성을 변화시키는 악영향을 유발하게 되고, 0.4중량% 미만일 경우 폼 형성 반응의 불균형에 따른 성형성의 저하 및 섬유화 반응 지연에 따른 밀도 감소와 물성에 악영향을 미치게 된다.
그리고, 제3의 촉매로는, 성형성을 향상을 주 목적으로 첨가하는 조성물로, 우레탄 분야에서 널리 사용되고 있는 미반응형 아민촉매인 제 3촉매제를 전체 중량 대비 0.05~0.2중량% 첨가한다.
상기 제 3촉매제의 함량비가 전체 중량 대비 0.2중량%를 초과하면 폼 형성 반응의 불균형으로 인해 성형성이 저하되고 잔류 촉매 증가로 인하여 PVC인 표피제에 변색을 초래하며, 0.05중량% 미만일 경우에는 폼형성 반응의 불균형에 따른 성형성의 저하 및 경화 지연에 따른 경도 저하를 유발하게 된다.
그리고, 상기 메인 폴리올과 크로스 링커, 발포제 및 촉매류가 혼합된 혼합물에 아닐린(Aniline)과 포름알데히드(Formaldehyde)의 축합반응에서 얻어진 중간물질을 포스겐(Phosgene)화하여 얻어지는 제품으로 주로 MDI라는 통상명을 지니고 있으며, 상기 메인 폴리올 말단의 수산기(OH)와 MDI의 NCO(Isocyante)기가 반응하여 우레탄(urethane)기를 형성하는 NCO 함유량 31중량%인 제 1MDI와, 폴리메릭(polymeric) MDI를 소량의 특정 폴리올과 미리 반응시켜 제조한 변성 MDI(또는 prepolymer)로 NCO 함유량이 27중량%인 제 2MDI를 섞은 혼합 MDI 35~20중량%를 혼합하여 전체적인 조성이 이루어진다.
상기에서 혼합 MDI를 조성하는 제 1MDI와 제 2MDI는 전체 혼합물에서 차지하는 함량이 각각 15~25중량%와 5~10중량%로 조성됨이 바람직하며, 제 1MDI의 함량비가 전체 혼합물 대비 25중량%를 초과하면 폼의 경화 및 수축량 증가의 원인이 되고 15중량% 미만이면 폼이 잘 부서지게 되는 원인이 된다.
또한, 제 2MDI의 함량비가 전체 혼합물 대비 10중량%를 초과하게 되면 폼의 경화와 수축량의 증가의 원인 및 부드러운 섬유화 반응에 따른 Edge 부위의 충진력 저하의 원인이 되고 5중량% 미만이면 폼의 물성 변화에 따른 전개성능에 악영향을 미치고 폼이 잘게 부서지는 원인이 된다.
상기와 같은 조성비로 각각의 조성물로 이루어진 본 발명에 따른 에어백 도어의 폼층을 조성하는 폼층 조성물로 인스트루먼트 패널과 에어백 도어에서 발포시켜 일원화 된 폼층을 형성하게 된다.
상기와 같은 조성물로 폼층을 형성하게 되면, 인스트루먼트 패널에서 에어백 도어가 작동할 경우 에어백 도어와 에어백 도어에 위치한 폼층이 원활하게 절개되어 에어백 도어의 전개에 따른 전개성능이 향상되며 폼파편이 종래에 비해 대폭적으로 줄어들게 된다.
그리고, 상기와 같은 본 발명에 별도의 보조 조성물을 첨가하여 효과를 극대화 할 수 있으며 종류에 따라 나열하면 다음과 같다.
첫째, 메인 폴리올을 보조하여 폼재의 물성을 보완하는 것으로, 상기 메인 폴리올과 동일 방법으로 제조된 폴리올 내에 분말상의 스틸렌아크로니트릴(SAN)을 물리적으로 균질하게 분산시킨 제 1서버 폴리올을 전체 중량 대비 3~10중량% 첨가한다.
상기 제 1서버 폴리올은 최종 제품인 폼재의 초기 경화 특성을 향상시키며 경도 저하를 방지하는 역할을 하는 것으로, 함량비가 전체 중량 대비 10중량%를 초과하면 목표하는 경도 보완에는 유리하나 원가 상승과 폼재의 냄새 발생의 원인이 되며, 3중량% 미만일 경우에는 제품의 목표 경도를 얻기 힘들고, 폼층 물성 개질 효과 미비에 따른 폼파편의 비산을 억제하는 효과도 줄어 들게 된다.
둘째, 표피재와의 접착력 향상을 위한 것으로, 이염기산과 글리콜류의 축합탈수 반응에 의해 얻어지는 에스테르(ester)계 폴리올인 제 2서버 폴리올을 전체 중량 대비 1~5중량% 첨가하여 한다.
상기 제 2서버 폴리올은 표피재와의 접착력 향상에 기여하며 고점도 및 비중차에 따른 폼재의 성형성을 영향을 미치는 것으로, 함량비가 전체 중량 대비 5중량%를 초과하면 접착력에 대비하여 원가 상승의 요인이 되며, 1중량% 미만일 경우에는 접착력 저하로 인한 표피재와의 박리현상이 발생하게 되는 요인이 된다.
셋째, 폼의 신축성 및 충격흡수 능력 향상을 위해 첨가하는 조성물로, 통상명이 DEA(Diethanol Amine)로써 우레탄 사슬의 확장을 통해 기계물성 및 쿠션향상에 기여하는 제 1체인 엑스텐더를 전체 중량 대비 0.1~2중량% 첨가한다.
상기 제 1체인 엑스텐더는 에어백 도어의 전개시 발생하는 전개 압력의 흡수를 돕고 쿠션성 향상에 영향을 미치는 것으로 함량비가 전체 중량 대비 2중량%를 초과하면 신축성 및 충격흡수 능력은 향상되나 지나친 원가상승을 유발하며, 0.1중량% 미만일 경우에는 폼의 신축성 및 충격 흡수력의 향상을 기대하기 어려우며 에어백 도어 전개시 전개 충격의 흡수가 저하되어 폼 비산량의 감소를 유발하지 못하게 된다.
넷째, 폼의 신율 향상을 기하기 위해 첨가하는 조성물로, Diol류 제품으로 폼재의 신율 향상에 기여하는 제 2체인 엑스텐더를 전체 중량 대비 0.1~2중량% 첨가한다.
상기 제 2체인 엑스텐더는 제 1체인 엑스텐더와 유사한 효과를 나타내므로 추가 설명은 생략한다.
이상에서 살펴본 여러 부가 조성물을 적절히 첨가하면 다양한 특성의 폼재를 형성할 수 있으므로 다양한 소비자의 욕구에 부응하는 폼재를 제조할 수 있다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 숨김기법에 의해 일체로 형성된 스킨층이 적용되는 에어백 도어가 장착되는 인스트루먼트 패널의 폼층을 개선하여, 에어백 도어가 작동할 경우 에어백 도어와 에어백 도어에 위치한 폼층이 원활하게 절개되어 에어백 도어의 전개에 따른 전개성능을 향상시키고 폼파편의 비산을 최소한으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 여러 종류의 보조 조성물을 첨가하여 성형성의 향상과 충격 흡수성 및 신축성 등 여러 가지 다양한 효과를 수반할 수 있으므로 더욱 향상된 성능의 폼재를 성형할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 자동차의 인스트루먼트 패널의 폼층 조성물에 있어서,
    글리세린(Clycerin)을 출발물질로하여 고온 고압의 반응조 내에서 EO/PO(Ethylene Oxide/Propylene Oxide) 부가 반응에 의해 얻어지는 에테르(Ether)계 폴리올으로써 말단기의 수신기가 값(OH-Vaule)이 26~30(㎎KOH/g)이고 분자량이 5,000~7,000정도인 메인 폴리올 60~70중량%와,
    가교구조 및 반응성에 영향을 주는 크로스 링커(cross ilnker) 3~6중량%와,
    폼 밀도에 영향을 미치는 화학적 발포제(blowing agent) 1.5~2.5중량%와,
    우레탄 분야에서 사용되는 아민(Amine)계열로써 우수한 성형 발란스 유지를 위한 촉매제를 전체 중량 대비 0.5~1.5중량% 첨가하여 구성된 폴리올 혼합물과,
    상기 폴리올 혼합물과 반응하여 폼층을 형성하는 NCO(Isocyanate)기 함유량이 31중량%인 제 1MDI와 NCO(Isocyanate)기 함유량이 27중량%인 제 2MDI를 섞은 혼합 MDI 35~20중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 인스트루먼트 패널의 폼층 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 메인 폴리올에 스틸렌아크로니트릴(SAN)을 균질하게 분산시킨 제 1서버 폴리올을 전체 중량 대비 3~10중량% 첨가하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인스트루먼트 패널의 폼층 조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 메인 폴리올에 이염기산과 글리콜류의 축합탈수 반응에 의해 얻어지는 에스테르(Ester)계 폴리올인 제 2서버 폴리올을 전체 중량 대비 1~5중량% 첨가하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인스트루먼트 패널의 폼층 조성물.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 메인 폴리올에 DEA(Diethanol Amine)로써 우레탄 사슬의 확장을 통해 기계물성 및 쿠션향상에 기여하는 제 1체인 엑스텐더를 전체 중량 대비 0.1~2중량% 첨가하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인스트루먼트 패널의 폼층 조성물.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 메인 폴리올에 Diol류 제품으로 폼재의 신율 향상에 기여하는 제 2체인 엑스텐더를 전체 중량 대비 0.1~2중량% 첨가하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인스트루먼트 패널의 폼층 조성물.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 아민계열 촉매중 우수한 블로잉(Blowing)성과 성형 발란스 유지 및 폼층 반응에 참가하여 잔류 아민(Amine)의 양을 최소화 하기 위한 제 1촉매제를 전체 중량 대비 0.05~0.3중량% 첨가하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인스트루먼트 패널의 폼층 조성물.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 아민(Amine)계열 촉매중 우수한 겔링(Gelling)성과 성형 발란스 유지 및 폼층 반응에 참가하여 잔류 아민(Amine)의 양을 최소화하기 위한 제 2촉매제를 전체 중량 대비 0.4~1.0중량% 첨가하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인스트루먼트 패널의 폼층 조성물.
  8. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 혼합 MDI로 폼재의 성형성 향상은 물론, 본 발명의 중심이 되는 폼층의 절개 성능 향상 및 충격 흡수 성능 향상을 통한 폼층 비산의 최소화를 위한 폼층 물성 개질의 근간이 되는 것으로써 제 1MDI와 제 2MDI를 전체 혼합물에서 차지하는 함량이 각각 15~25중량%와 5~10중량%의 조성비로 첨가하여 이루어진 것을 특징으로 하는 인스트루먼트 패널의 폼층 조성물.
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