가요성 복합 엘라스토머 폴리우레탄 스킨을 제조하기 위한 방법 document_id A220623073128

폴리우레탄 스킨은 자동차의 내부 트림부(interior trim part), 보다 구체적으로 계기 패널, 도어 패널, 콘솔, 글러브 실 커버 등에 주로 사용된다. 이러한 용도에서, 폴리우레탄 스킨은 엘라스토머 스킨과 기판 사이에 위치한 중간 반강성의 백폼층(intermediate semi-rigid backfoam layer)에 의해 강성 기판에 접착된다. 이 백폼층은 200 kg/m3 이하, 일반적으로는 120 ~ 180 kg/m3 사이에 포함되는 밀도를 갖는다. 이러한 백폼층의 존재는 트림부에 부드러운 촉감이 제공되도록 폴리우레탄 스킨이 탄력성있게 들어가도록 한다. 엘라스토머 폴리우레탄 스킨의 기본적인 특징은 이러한 면에서 충분히 가요성이 있어야 하고, 즉 적어도 30MPa 이하인 굴곡 탄성율을 가져야 한다는 것이다. 가요성의 엘라스토머 폴리우레탄 스킨을 분무하기 위해 적절한 폴리우레탄 반응 혼합물은, 예를 들면 EP-B-0 379 246에 기술되어 있다. 이 특허에 기술된 조성물은 지방족 이소시아네이트에 기초하고, 스킨의 변색을 피하기 위하여 인몰드(in-mould) 코팅(또는 후-페인팅 단계)을 요구하지 않는 광안정 폴리우레탄을 가져온다. 이 특허의 교시에 따라 제조된 Colo-Fast® 지방족 폴리우레탄 제형(Polyfast®와 Isofast® 블렌드로 이루어진: Recticel의 상표)은 ASTM D790-03에 따라 측정된 20 ~ 30MPa의 굴곡 탄성율을 갖는 가요성 폴리우레탄 스킨을 얻을 수 있게 하였다. 이러한 제형(formulation)은 또한 일반적으로 180초 미만의 비교적 짧은 경화 시간을 가졌는데, 즉 이 제형으로 제조된 스킨은 이러한 경화 시간 내에 충분한 소지 강도(green strength)를 갖게 되어 스킨의 잔류 변형을 일으키지 않고 몰드 표면으로부터 제거될 수 있었다. 그러나, 이러한 지방족 폴리우레탄 제형으로 인한 문제는, 거기에 사용된 유기납 촉매가 환경 법규로 인하여 금지되거나 미래에 금지될 것이라는 것이다. 대안적인 제형이 현재 이용 가능한데, 여기에서 유기납 촉매는, 예를 들면, 유기비스무스와 유기주석 촉매의 조합물, 선택적으로 유기아연 촉매와 추가 조합된 조합물로 대체된다(예를 들면, WO 2004/000905 참조). 이러한 촉매 조합은 180초 이하의 경화 시간을 이룰 수 있도록 하지만, 이들은 보다 더 경화된 폴리우레탄 스킨, 보다 구체적으로 약 40MPa 이상의 굴곡 탄성율을 갖는 폴리우레탄 스킨을 가져오는 다소 다른 폴리우레탄 네트워크를 생성한다. 유기납 촉매를 다른 유기금속 촉매로 대체하는 다른 단점은, 폴리우레탄 엘라스토머로부터 휘발성 유기 화합물의 방출이 증가된다는 것이다. WO 2004/000905에 기술된 바와 같이, 이 방출은 금속 원자가 올레일, 리놀레일 또는 리놀레닐기와 같은 장쇄 유기기에 결합되는 특정 유기비스무스 또는 유기주석을 사용하여 감소될 수 있다. 그러나, 실제 이러한 촉매의 사용은 이들이 첨가되는 폴리올 블렌드에서의 낮은 적합성(compatibility)으로 인하여 처리 문제를 가져올 수 있다. 휘발성 유기 화합물의 방출은 NCO 지수를 증가시켜 더 감소될 수 있지만, 이것은 예를 들면 약 55MPa의 굴곡 탄성율을 갖는, 보다 더 경화된 폴리우레탄 엘라스토머를 생성한다. 지방족 폴리우레탄 제형으로부터 폴리우레탄 스킨을 제조하는 대신, 방향족 폴리우레탄 제형으로부터, 즉 이소시아네이트 성분이 지방족 폴리이소시아네이트 대신에 방향족을 포함하는 폴리우레탄 제형으로부터 이들을 제조하는 것도 가능하다. 예를 들면, EP-B-1 079 962에 기술된 바와 같이, 이러한 방향족 폴리우레탄 제형은 지방족 폴리우레탄 제형에 비해 더 중요한 이점을 갖는다. 방향족 폴리우레탄 제형은 높은 인장 및 전단 강도와 보다 우수한 연신율 그리고 "콜드 플렉스(cold flex)" 능력과 같이 특히 더 우수한 특성을 갖는 폴리우레탄 엘라스토머를 생성한다. 또한, 이들은 지방족 폴리우레탄 제형보다 더 저렴하며, 더 빠른 경화 속도를 가져서, 결과적으로 더 짧은 디몰딩(demoulding) 시간을 갖는다. 따라서, 이들은 짧은 디몰딩 시간을 이루기 위하여 유기납 촉매를 요구하지 않는다. 또한, 이들은 휘발성 유기 화합물(VOCs)을 방출하지 않거나 지방족 폴리우레탄보다 적어도 현저히 적게 방출한다. 그러나, 방향족 폴리우레탄 엘라스토머의 단점은, 이들이 빛에 장기간 노출 후에 덜 안정화되어 외부 코팅층으로 태양광에 직접 노출되는 것으로부터 차폐되어야 한다는 것이다. 이 코팅층은 상부에 방향족 폴리우레탄 제형을 분무하기 전에 몰드 표면에 도포되는 인몰드 코팅층인 것이 바람직하다. 이 코팅층은 용매계 또는 수계로서 약 40 미크론 미만의 두께를 갖는다. 용매계 인몰드 코팅은 휘발성 유기 화합물(VOCs)을 방출하는 단점을 갖지만 수계 인몰드 코팅은 EP-B-1 079 962에 기술된 바와 같이 열원을 사용할 때에도 현저히 더 긴 건조시간을 요구한다. 하나의 폴리우레탄층의 폴리우레탄 스킨을 만드는 대신에 850 kg/m3 이상의 밀도를 갖는 외부 폴리우레탄층 및 100 ~ 750 kg/m3의 밀도를 갖는 팽창 폴리우레탄층을 포함하는 복합 폴리우레탄 스킨을 제조하는 것이 여러 특허 출원, 특히 US 2006/0008622 및 US 2006/0091574로부터 알려져 있다. 팽창된 폴리우레탄층은 방향족 폴리우레탄 엘라스토머를 포함하는 반면, 외부 폴리우레탄층은 방향족 또는 지방족 폴리우레탄 엘라스토머로 만들 수 있다. 외부 폴리우레탄층이 방향족 폴리우레탄 엘라스토머로 제조될 때는 태양광 및/또는 다른 자외선 광이 외부 폴리우레탄층에 도달하는 것을 막는 코팅이 제공되어야 한다. 이 종래기술 서류들이 복합 폴리우레탄 스킨의 어떤 가요성도 적시하고 있지 않지만, 가요성이 큰 스킨, 특히 30MPa 이하 또는 이보다 훨씬 적은 굴곡 탄성율을 갖는 스킨이 제조되어야 할 때, 당업자는 이 미국 특허출원에 개시된 전적으로 방향족 폴리우레탄 엘라스토머로 이루어진 복합 스킨을 제조할 것이라는 것이 명백하다.