KR20030097391A - 폴리우레탄 폼 성형용 착색제의 조성 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리우레탄 폼 성형용 저점도 및 고착색력의 착색제를 제조하여 소량을 발포효율에 영향을 미치지 않도록 첨가하여 원하는 은폐의 색상을 얻도록 함을 특징으로 하는 착색제의 발명이다.

종래의 착색제는 폴리우레탄 폼 수지인 폴리에테르폴리올에 각종 유기, 무기 안료를 분산하여 착색제로 사용하므로서 다른 원료들과의 상용성에는 문제가 없으나 수지 자체의 점도가 높고 여기에 안료를 분산함으로 착색제의 점도가 더 증가하기 때문에 안료의 사용량은 한계가 있어 착색제가 요구하는 착색력에 미치지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 저점도, 고착색력의 착색제 조성물은 바인더로 디 부틸 프탈레이트 또는 디 옥틸 프탈레이트 34∼73중량부, 분산제로 알킬 암모늄 염 4∼8중량부, 백색의 경우 안료 산화티탄 60∼65중량부, 흑색은 산성의 카본 블랙 30∼35중량부, 황색은 리드 크로메이트-리드 슬페이트 60∼65중량부, 녹색은 쿠퍼 폴리클로로 프탈로시아닌 그린 20∼25 중량부, 청색은 쿠퍼 프탈로 시아닌 20∼25중량부, 적색은 아조 화합물 30∼35중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 성형용 착색제의 조성 및 그 제조방법

Description

폴리우레탄 폼 성형용 착색제의 조성 및 그 제조 방법{The formation of pigment pastes for molding polyurethane form and method for preparing the same}

본 발명은 폴리우레탄 폼 성형용 저점도 및 고착색력의 착색제를 제조하여 소량을 발포효율에 영향을 미치지 않도록 첨가하여, 원하는 은폐의 색상을 얻도록 함을 특징으로 하는 착색제의 발명에 관한 것이다.

근래의 자동차의 내, 외장부품은 종래에 비해 플라스틱 성형품의 채용이 확대되고 있다. 이는 연비절감을 위한 경량화, 방청성, 안정성 향상 및 부품의 복합화에 의한 종합적인 원가절감을 위해서이며, 더 나아가 다양한 소비자의 요구에 부응하는 개성 있는 자동차 제작에 적합하기 때문이다.

즉, 자동차의 스테어링 휠, 도어 암 레스트, 센터 암 레스트, 헤드 레스트 등의 생산에는 리엑션 인젝션 몰딩 방식 증에 인테그럴 스킨 폼 성형방법으로 생산하고 있다.

이와 같은 1회 주입 발포에 의해 동일한 물질의 연속한 발포체와 솔리드 표층부를 성형하는 폴리우레탄 폼을 인테그럴 스킨 폼이라고 한다. 인테그럴 스킨 폼은 발포체로부터 표층부로 감에 따라서 밀도가 높아지고 표층부 형성은 몰드의 온도 및 발포압력 등의 상호작용에 의해 영향을 받는다. 원료를 선택하고 함량을 조정하는 등 발포율을 변화시키는 것에 따라서 마이크로 셀의 크기도 변화하여 탄성율이 높은 것에서부터 낮은 것과 같이 즉, 경질, 반경질, 연질의 인테그럴 스킨 폼의 경도조정이 가능하다.

인테그럴 스킨 폼의 성형방법에는 두 가지 방법이 일반적이다.

첫째는 몰드가 열린 상태로 하여 비교적 반응성이 낮은 원액을 믹싱 헤드를 통하여 주입 후 몰드를 닫아 성형하는 방식을 오픈 몰드 방식이라고 한다.

둘째는 밀폐 몰드에 발포기의 믹싱 헤드와 몰드 게이트를 통해서 고반응성 원액을 고압 주입하는 리엑션 인젝션 몰딩 방식이 있는데 이는 생산성이 높은 성형방법으로 실용화 되어있다.

폴리우레탄 폼 원료의 주요 성분들은 일반적으로 폴리에테르 폴리올 과 이소시아네이트에 가교제, 촉매, 발포제, 첨가제 등으로 이루어지며 여기에 색상을 부여하기 위해서는 착색제가 추가된다.

분산된 유기 또는 무기안료 및 유기, 무기 혼합의 착색제 특성으로는 폴리에테르 폴리올 및 이소시아네이트로서 원료와 상용성이 아주 양호하여야만 한다. 그래야 발포기의 믹싱 헤드에서 폴리우레탄 폼 원료가 순간적으로 혼합될 때 균일하게 혼합되어지고 동일한 색상의 성형품을 얻을 수 있다. 그렇지 않은 경우에는 부분적인 착색불량으로 성형품에 색상 줄무늬가 발생하는 불량품이 발생하거나, 심한 경우에는 다른 원료의 혼합을 방해하여 발포불량, 경도 불균일 등의 불량을 야기할수 도 있다.

착색제는 고유의 특성으로 높은 착색력이 요구된다. 착색력이 낮을 경우에는 솔리드 표층부에 착색이 부족하고 원하는 색상을 얻을 수 없으며, 특히 발포체의 마이크로 셀의 밀도가 낮으므로 마이크로 셀에는 거의 착색이 되지 않은 상태로 남게된다. 이런 경우 폴리우레탄 폼 원료 중 착색제 함량을 증가시켜야 하는데, 이때는 원료의 배합 함량 비율을 재조정 해야하는 어려움이 있고, 착색제의 착색력이 색상에 따라서 다르기 때문에 색상변경과 함께 원료의 배합 재조정이 필요해진다.

또 일반적으로 폴리우레탄 폼 원료 착색제가 상대적으로 점도가 높기 때문에 착색제의 함량을 증가시킬 경우 원료탱크와 몰드 사이 배관의 원료 순환에서 저항이 증가하고, 저항의 증가로 인하여 원료를 몰드 주입 순간에 몰드 게이트에 선도장된 베리어코트가 벗겨져 폼의 몸체까지 벗겨지는 불량이 발생하기도 한다.

이러한 폴리우레탄 폼 원료 중 착색제는 고착색력, 낮은 점도와 다른 원료들과의 상용성 등이 아주 중요한 조건이다.

자동차 내장재로 반경질 폴리우레탄 성형품의 채용이 확대되고 소비자의 요구에 부응하는 디자인이 우수하고 개성있는 제품과 색상이 다양화가 요구되고 있으며 이에 대한 디자인 개발이 활발히 진행되고 있다. 그러나 포리우레탄 폼 성형용 착색제의 착색력 부족, 고점도로 인하여 성형 작업의 어려움 등으로 소비자의 요구에 맞고 디자인 개발자의 의도를 충족시키는 자동차 내장재 생산에 어려움이 있는 것이 현실이다.

종래의 착색제는 바인더로 폴리우레탄 폼 수지인 폴리에테르 폴리올에 각종유기, 무기안료를 분산하여 착색제로 사용하였다. 폴리에테르 폴리올 수지를 사용함으로서 다른 원료들과의 상용성에는 전혀 문제가 없으나, 수지 자체의 점도가 높고 여기에 안료를 분산함으로 착색제의 점도가 아주 높아지는 것은 당연하며 점도 증가 때문에 안료의 사용량도 한계가 있어 착색제가 요구하는 착색력에 미치지 못하는 것이 현실이다.

착색제의 아주 높은 점도로 인하여 착색제 생산 분산공정에서도 생산성이 상대적으로 높고 분산 효율이 좋은 샌드 밀, 다이노 밀, 바스켓 밀 등의 자동분산기를 사용하지 못하고 고전적인 분산방식 3본 롤 밀을 사용하여 제조할 수밖에 없음으로 생산성 측면에서도 상당히 어려움이 많다.

[비교예]

하기 [표 1]에 나타난 바와 같은 조성으로 종래의 폴리우레탄 폼 성형용 착색제를 제조하였다.

[표 1]

1. 바인더 ; 등록 상품명, "POLYOL KE-807", 한국폴리올(주) 제품

2. 분산제 ; 등록 상품명, "BYK-P-104S", BYK CHEMIC Co. 제품

3. 분산제 : 등록 상품명, "SOLSPERSE#20000", ZENECA COLOURS, UK

상기 [표 1]에 표시한 것처럼 1∼3의 조성물을 순서대로 배합용기에 가한 후 10분간 혼합 교반, 혼합된 1-3에 각 색상에 따라서 4∼10의 안료를 투입하여 20분간 교반한다. 그 후 3본밀을 이용하여 입도가 20마이크론 이하로 분산될 수 있도록 4∼5회 분산한다.

이와 같이 분산된 착색제들의 물성들은 [표 2]와 같다.

[표 2]

이와 같이 생산된 높은 점도의 착색제는 발포기의 착색제 탱크에 넣어지고 폴리에테르 폴리올, 이소시아네이트와 함께 일반적으로 아래 [표 3]과 같은 비율로 몰드에 주입되어 발포되어진다.

[표 3]

상기에 언급된 착색제는 이러한 단점을 가지고 있기 때문에 본 발명자는 심도 있게 연구하여 위에서 열거한 착색제가 가지고 있는 문제점을 해결할 수 있는 새로운 착색제를 발명하게 되었다.

본 발명품의 저점도, 고착색력 조성물들은 바인더로 디 부틸 프탈레이트 또는 디 옥틸 프탈레이트 34∼73중량부, 분산제로 알킬 암모늄 염 4∼8중량부, 백색의 경우 안료 산화티탄 60∼65중량부, 흑색은 산성의 카본 블랙 30∼35중량부, 황색은 리드 크로메이트-리드 슬페이트 60∼65중량부, 녹색은 쿠퍼 폴리클로로 프탈로시아닌 그린 20∼25중량부, 청색은 쿠퍼 프탈로 시아닌 20∼25중량부, 적색은 아조 화합물 30∼35중량부로 이루어진다. 그 외 조색 색상은 색상에 따라서 착색안료를 선택하여 공분산으로 제조하거나 미리 제조된 원색을 혼합하여 원하는 색상을 얻을 수 있다.

이하 본 발명은 실시예에 의해 보다 상세히 설명하면, 다만 하기 착색제 실시예는 예시적인 것일 뿐 발명을 한정하는 것은 아니다. 아래 착색제 분산 실시예를 나타낸 것이다.

[착색제 분산 실시예 I]

하기 [표 4]에 나타난 바와 같은 흑색 착색제 조성으로 실시예 1∼2의 착색제 조성물을 분산 실험하였고, 실시예와 비교하기 위하여 분산제를 변경하여 실시예 3∼4와 같은 조성으로 분산 실험하여 분산제 효능을 실험하였다.

[표 4]

상기의 실시예 3∼4의 분산 실험에서는 점도가 아주 높아 거의 겔 상태로 분산이 불가능하고, 점도 측정 역시 불가능하였다. 상기 실시예 1∼2의 분산실험에서는 상대적으로 점도가 낮아 분산이 용이하여 입도가 약 10마이크론으로 분산상태가 양호하고 최종 점도가 72∼75Ku(25℃)로 상대적으로 아주 낮은 폴리우레탄 착색제를 얻을 수 있다.

[착색제 분산 실시예 Ⅱ]

하기 [표 5]에 나타난 바와 같은 흑색 착색제 조성으로 실시예 5∼6의 착색제 조성물을 분산 실험하였고, 실시예와 비교하기 위하여 바인더를 변경하여 실시예 7과 같은 조성으로 분산 실험하여 바인더 변화에 따른 폴리우레탄 착색제를 실험하였다.

[표 5]

상기의 실시예 7의 분산 실험에서는 점도가 아주 높아 거의 겔 상태로 분산이 불가능하고, 점도 측정 역시 불가능하였다. 상기 실시예 5∼6의 분산실험에서는 상대적으로 점도가 낮아 분산이 용이하여 입도가 약 10마이크론으로 분산상태가 양호하고 최종 점도가 72∼75Ku(25℃)로 상대적으로 아주 낮은 폴리우레탄 착색제를 얻을 수 있다.

[착색제 분산 실시예 Ⅲ]

하기 [표 6]에 나타난 바와 같은 흑색 착색제 조성으로 실시예 8∼9의 착색제 조성물을 분산 실험하였고, 실시예와 비교하기 위하여 바인더의 종류 및 안료의 PH에 따른 실시예 10∼11을 같은 조성으로 분산 실험하여 안료의 PH 변화에 따른 폴리우레탄 착색제의 변화를 실험하였다.

[표 6]

상기의 실시예 10∼11의 분산 실험에서는 점도가 아주 높아 거의 겔 상태로 분산이 불가능하고, 점도 측정 역시 불가능하였다. 상기 실시예 8∼9의 분산 실험에서는 상대적으로 점도가 낮아 분산이 용이하여 입도가 약 10마이크론으로 분산상태가 양호하고 최종 점도가 72∼75Ku(25℃)로 상대적으로 아주 낮은 폴리우레탄 착색제를 얻을 수 있다. 안료의 PH가 산성일 경우에 낮은 점도의 착색제가 가능함을 알 수 있다.

[착색제 분산 실시예 Ⅳ]

하기[표 7]에 나타난 바와 같이 착색제의 원색 즉, 백색, 흑색, 황색, 녹색, 청색, 적색의 원료 배합조성으로 분산 제조하여 폴리우레탄 폼 성형시험을 시행하였다.

상기 실시예 12의 각 원색의 밀 베이스 점도가 낮기 때문에 생산성 이 상대적으로 우수한 바스켓 밀 분산기로 분산 할 수 있었으며 입도 10마이크론 이하의 우수한 착색제 생산이 가능하였다.

[표 7]

이와 같이 생산된 폴리우레탄 폼용 착색제들의 물성결과는 [표 8]과 같다.

[표 8]

상기와 같이 생산된 착색제로 하기 [표 9]와 같은 폴리우레탄 폼 원료의 조성 비율로 자동차용 스테어링 휠 몰드에 주입하여 성형하여 솔리드 표층부는 물론발포체 마이크로 셀 부분까지 착색이 양호한 스테어링 휠 생산이 가능하였다.

[표 9]

상기에 나타난 바와 같이 본 발명의 저점도, 고착색력을 가진 폴리 우레탄 폼용 착색제는 종래의 기술에 비하여 점도가 낮으므로 착색제 생산에서 자동 분산기로 분산이 가능하여 생산성 향상에 기여하고, 발포기 의 원료 순환에서 저항이 낮아 원료순환이 양호하며, 높은 착색력으로 보다 적은 양을 사용하더라도 원하는 색상의 폴리우레탄 폼 제품생산이 가능한 것이 본 발명의 효과라고 할 수 있다..

Claims (2)

1. 착색제의 조성물은 바인더로 디이 부틸 프탈레이트 또는 디이 옥틸 프탈레이트 34∼73중량부, 분산제로 알킬 암모늄 염 4∼8중량부, 산성 착색 안료로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 성형용 착색제의 조성 및 그 제조방법
2. 상기 1항에 있어서, 상기 균일한 분산물은 분산기를 이용하여 입자경 10마이크론 이하의 입자로 구성된 분산물인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼 성형용 착색제의 조성 및 그 제조방법