KR100305319B1 - 폴리올레핀계 고분자에서 촉매중화제 및 윤활제로 사용되는 고성능 복합체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

촉매중화성능이 우수한 금속산화물 또는 수산화물에 윤활성이 뛰어난 지방산 금속염을 복합시킴으로써, 고분자에서 중화제 및 윤활제로 범용적으로 사용될 수 있는 고효율의 복합체를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 본 발명에 따른 제조방법에서는, C₅-C₂₅의 포화 또는 불포화지방산에 Li, Zn, Al, Ca, Mg, Co, Cu, Ti, Na, Zr, K, Ba, Mn 또는 Sn이 치환된 염화물인 금속비누를 제조하는 중에 무기산화물 또는 수산화물을 함께 넣어 제조한다. 이때, 상기 금속산화물 또는 상기 수산화물에 대한 상기 금속비누의 함량은 0.1∼80wt%이다. 이와는 달리, 상기 금속비누를 제조한후, 건식법, 습식법 또는 분무법을 이용하여, 금속 산화물이나 수산화물의 표면에 상기 금속비누를 0.1∼80wt%의 양으로 코팅 또는 혼합처리하여 제조할 수도 있다.

Description

폴리올레핀계 고분자에서 촉매중화제 및 윤활제로 사용되는 고성능 복합체의 제조방법{Method of producing a highly efficient complex used as a catalytic neutralizer and a lubricant in polyolefine polymer}

본 발명은 촉매중화성능이 우수한 금속산화물 또는 수산화물에 윤활성이 뛰어난 지방산 금속염을 복합시킴으로써, 고분자에서 중화제 및 윤활제로 범용적으로 사용될 수 있는 고효율의 복합체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

폴리올레핀계 고분자는 우리생활에 이미 없어서는 안될 중요한 일부분으로 자리잡고 있다. 현재 석유화학 업체에서 대부분 생산되고 있는 고분자는 PE, PP, LDPE, HDPE 등을 중심으로 생산량이 크게 증가하고 있으며, 고분자와 병행하여 첨가제의 시장도 더욱 커지고있는 추세이다.

첨가제는 크게 윤활제, 산화방지제, 대전방지제, 핵제, 촉매불활성화제 등이 있는데, 각기 그 용도에 따라 다른 여러가지 종류의 물질들이 사용된다. 그중에서 윤활제는 고분자의 가공에 있어서 매우 중요한 역할을 하며, 윤활제에 따라 가공성, 이형성, 물성 등에 매우 큰 영향을 준다.

현재 폴리올레핀계 고분자에서 사용되고 있는 윤활제 및 촉매 중화제는 지방산 금속염으로 스테아린산칼슘과 무기촉매 중화제인 하이드로탈사이트를 단독 또는 병용하여 사용하고 있으며, 사용업체별로 투입량이나 배합비가 일정치 않고 일반적인 등급(Grade)에서는 스테아린산칼슘을 많이 사용하고 있다. 그리고, 필름의 투명성이나 내열성 또는 블리드 아웃(Bleed out) 현상의 방지가 필요한 제품에서는 고가인 하이드로탈사이트가 사용되고 있는 실정이다.

그런데, 폴리올레핀계 고분자에 범용적으로 사용되고 있는 스테아린산칼슘은 고온의 가공조건에서 내열성을 잃기 쉬우며, 투명성의 저하를 가져온다. 또한, 염소제거제인 하이드로탈사이트는 무기물이므로 가공성이 좋지 않기 때문에 몰드의 보호 및 분산성을 위해 유기물로 코팅된 하이드로탈사이트를 사용하나, 가격이 비싸 원가상승의 원인이 되고, 정전기 및 코팅물질에 의한 칼라변색 등의 단점이 있다.

따라서, 고분자 내에서 기존 윤활제 및 안정제로 사용되고 있는 금속비누의 성능을 충분히 발휘할 뿐만아니라 촉매염화물의 중화작용도 겸할수 있는 새로운 고효율 윤활제의 개발 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점 및 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 촉매중화성능이 우수한 금속산화물 또는 수산화물에 윤활성이 뛰어난 지방산 금속염을 복합시켜 기존 윤활제의 결점들을 제거하고 저렴한 가격에 고분자에서 중화제 및 윤활제로 범용적으로 사용될 수 있는 새로운 개념의 고성능 복합체 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,

C₅-C₂₅의 포화 또는 불포화지방산에 Li, Zn, Al, Ca, Mg, Co, Cu, Ti, Na, Zr, K, Ba, Mn 또는 Sn이 치환된 염화물인 금속비누를 제조하는 중에 무기산화물 또는 수산화물을 함께 넣어 제조하며, 상기 금속산화물 또는 상기 수산화물에 대한 상기 금속비누의 함량이 0.1∼80wt%인 것을 특징으로 하는 복합체의 제조방법을 제공한다.

이와는 달리, 본 발명은,

C₅-C₂₅의 포화 또는 불포화지방산에 Li, Zn, Al, Ca, Mg, Co, Cu, Ti, Na, Zr, K, Ba, Mn 또는 Sn이 치환된 염화물인 금속비누를 제조한후, 건식법, 습식법 또는 분무법을 이용하여, 금속 산화물이나 수산화물의 표면에 상기 금속비누를 0.1∼80wt%의 양으로 코팅 또는 혼합처리 하는 것을 특징으로 하는 복합체의 제조방법을 제공한다.

상기 금속산화물은 산화아연 또는 산화칼슘으로 이루어진다.

상기 수산화물은 수산화칼슘, 수산화알루미늄, 수산화아연 또는 수산화마그네슘으로 이루어진다.

이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 복합체는, 촉매중화성능이 우수한 무기물에 윤활성분이 뛰어난 금속비누계를 복합시켜서 제조한다.

이하, 본 발명에 따른 고성능 복합체의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에서는, 촉매중화성능이 우수한 무기물에 윤활성분이 뛰어난 금속비누계를 복합시켜서 기존 윤활제 및 중화제의 단점을 보완하고 우수한 가공성을 나타내어 공정개선 및 품질향상에 많은 도움을 줄 수 있는 새로운 단일의 복합 윤활제를 개발, 사용함으로써, 폴리올레핀계 고분자의 품질을 향상시키고 가공중의 문제들을 해결하고자 한다.

본 발명에서 촉매중화성능이 우수한 무기물로 사용되는 금속은, 산화아연, 산화칼슘, 수산화칼슘, 수산화알루미늄, 수산화아연, 수산화마그네슘 등이다.

또한, 윤활성이 뛰어난 지방산 금속염으로 사용되는 금속비누는, C5-C25의 포화 또는 불포화지방산에 Li, Zn, Al, Ca, Mg, Co, Cu, Ti, Na, Zr K, Ba, Mn, Sn 등이 치환된 염화물이다.

금속과 지방산 금속염의 복합체는 지방산 금속염을 제조하는 중에 중화성능이 우수한 금속산화물이나 수산화물과 함께넣어 제조하며, 이때 금속산화물 또는 수산화물에 대한 금속비누의 함량은 0.1∼80wt%이다.

이와는 달리, 지방산 금속염을 제조한후 금속산화물이나 수산화물의 표면에 코팅 및 혼합처리하여 제조한다. 이때, 코팅 및 혼합처리하는 양은 금속산화물이나 수산화물 100에 금속비누를 0.01∼80w%의 양으로 하며, 처리방법은 다음과 같은 3가지 방법중에서 1가지 방법을 선택하여 이용한다.

① 건식법 : 믹서(Mixer)내에 코팅수용액을 분무 후 혼합 건조하는 방식

② 습식법 : 처리하려는 무기물을 액상에 슬러리(Slurry)화 한 후 교반하며코팅물질을 투입하는 방식

③ 분무(Spray)법 : 제조공정이 주로 건식법과 혼용으로 사용하며, 코팅 및 혼합효율의 증가를 위해서는 연속적으로 흐르는 무기계의 온도와 흐름속도를 감안하여 희석농도등을 결정한다음 분무하는 방식

〈실시예 1〉

5,000㎖ 용량의 비이커에 물을 3,000㎖를 넣고, 여기에 Ca(OH)₂700g, 스테아린산 70g, NaOH 3g을 첨가한후 80℃에서 1시간 동안 교반한후 필터링을 한다. 그런 후에, 100℃의 건조기에서 24시간 건조를 시킨후 325메쉬(Mesh)로 분쇄하여 '샘플 1'을 얻었다.

〈실시예 2〉

Ca(OH)₂700g을 고속 믹서에 넣고 스테아린산 28g을 용융 분사하여 혼합 코팅을 시켜 Ca-St의 반응을 유도함과 동시에 Ca(OH)₂의 표면에 금속비누가 코팅되게한 후, 325메쉬로 분쇄하여 '샘플 2'를 얻었다.

〈실시예 3〉

5,000㎖ 용량의 비이커에 Na-St 20g이 용융분산 되어있는 수용액 3,000㎖를 넣고 Ca(OH)₂700g을 분산시켜서 20분간 교반을 시킨다. 그런 후에, 100℃의 건조기에서 24시간 동안 건조시킨다. 건조후 325메쉬로 분쇄하여 '샘플 3'을 얻었다.

결과 및 고찰

〔폴리올레핀계에서의 중화성능 실험〕

1) Ziegler-Natta촉매를 사용한 폴리에틸렌수지(MI 1.1g/10min)와 폴리프로필렌수지(MI 3.5g/10min)에 산화방지제 1,000ppm과 측정하고자하는 시료(Ca-St, 하이드로탈사이트 및 샘플 1∼3)를 각각 1,000ppm 첨가한 후, 사포로 청소한 철판면 위에 프레스를 이용하여 280℃에서 10분간 가열하여 압착한다.

2) 수지를 급냉시킨후 떼어낸 다음, 철판을 23℃, 100% 습윤 챔버(humidity chamber)에 넣고 24시간 방치한다.

3) 철판을 육안으로 관찰하여 부식정도를 평가한다.

[MULTI-EXTRUSION 평가〕

1) LLDPE(MI 1.1g/10min)수지에 각각의 시료를 1,000ppm 첨가한후 압출기(Ø40MM, SINGLE EXTRUDER, 온도:190℃-220℃, RPM:70)에서 압출을 시킨다.

2) 각각의 시료별로 COMPOUNDING된 수지를 MULTI-EXTRUSION(190-240℃)하여 MI 변화를 측정한다.

〔정전기 테스트〕

1) 폴리에틸렌수지(MI 1.1g/10min)와 폴리프로필렌수지(MI 3.5g/10min)에 산화방지제 1,000ppm과 측정하고자하는 시료(Ca-St 및 샘플1∼3)를 각각 1,000ppm 첨가한 후 Compounding한다.

2) 수지가 압출기에서 용융된 상태에서 압출되어 나올 때 수지에서 발생하는 정전기를 Portable static electtricity meter를 측정한다.

이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 고효율의 복합체는, 촉매중화성능이 우수한 무기물에 윤활성분이 뛰어난 금속비누계를 복합시켜서 제조됨으로써,촉매 중화제로 사용하고 있는 스테아린산칼슘과 무기촉매 중화제인 하이드로탈사이트의 혼합, 병용 사용으로 인한 생산성의 저하를 없앨 수 있고, 가공중에 정전기발생, 내열성저하, 흄의 발생 등과 같은 단점을 해결할 수 있다. 또한, 스테아린산칼슘과 같은 고분자의 고온 가공 조건시 블리드 아웃(Bleed Out) 현상 등을 해결할 수 있다. 게다가, 저가의 무기산화물이나 수산화물에 윤활성이 뛰어난 금속비누를 0.1∼80% 복합시킴으로서, 기존의 중화제나 윤활제 보다 가격 경쟁력이 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. C₅-C₂₅의 포화 또는 불포화지방산에 Li, Zn, Al, Ca, Mg, Co, Cu, Ti, Na, Zr, K, Ba, Mn 또는 Sn이 치환된 염화물인 금속비누를 제조하는 중에 무기산화물 또는 수산화물을 함께 넣어 제조하며, 상기 금속산화물 또는 상기 수산화물에 대한 상기 금속비누의 함량이 0.1∼80wt%인 것을 특징으로 하는 복합체의 제조방법.
2. C₅-C₂₅의 포화 또는 불포화지방산에 Li, Zn, Al, Ca, Mg, Co, Cu, Ti, Na, Zr, K, Ba, Mn 또는 Sn이 치환된 염화물인 금속비누를 제조한후, 건식법, 습식법 또는 분무법을 이용하여, 금속 산화물이나 수산화물의 표면에 상기 금속비누를 0.1∼80wt%의 양으로 코팅 또는 혼합처리하는 것을 특징으로 하는 복합체의 제조방법.