KR100361549B1 - 열가소성올레핀계엘라스토머수지조성물및그제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 결정성 올레핀계 수지와 에틸렌-프로필렌계 공중합 고무, 폴리 에틸렌계 수지, 무기 충전제, 지방산 아마이드를 첨가하여 제조한 열가소성 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물에 관한 것으로서 도장성 및 내충격성이 우수하고 특히 이형성이 향상되고 수축율이 낮은 효과를 갖는다.

Description

열가소성 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물 및 그 제조방법
본 발명은 도장성 및 내충격성이 우수하고, 향상된 이형성과 낮은 수축율을 갖는 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 결정성 올레핀계 수지와 에틸렌-프로필렌계 공중합 고무, 폴리에틸렌계 수지, 무기 충전제 및 지방산 아마이드를 첨가하여 제조한, 도장성 및 내충격성이 우수하고 특히 이형성이 향상된 일가소성 올레핀게 엘라스토머 수지 조성물과 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물은 고무의 신축성과 플라스틱의 성질을 동시에 가지고 있으며 열가소성의 성질을 가지고 있기 때문에 일반 열가소성 올레핀계 수지와 동일한 가공 설비를 이용하여 성형 및 가공을 용이하게 할 수 있다. 엘라스토머 수지 조성물은 가공이 용이하고 설계가 고무보다 자유롭고 또 최근 재활용 문제가 대두되면서 재활용이 가능한 재료로 각광을 받아 고무 대체 성형품의 재료로 검토되고 있으며 범퍼류 및 튜브류 등에 광범위하게 적용되고 있다.
일반적인 고무는 여러 가지 첨가제와 블렌딩하여 이 블렌딩한 제품을 니딩한 다음 금형에 사출한 후 가교시킨다. 이러한 가공방법은 특별한 성형기계를 필요로하며 최종제품을 성형하는데 오랜 시간이 소요된다. 이러한 단점 때문에 대량 생산에 어려움이 있어서 고무와 유사한 성질을 가지며 공정 중 가교가 필요없는 엘라스토머 수지가 개발되었고 오래전부터 고무 대체품으로 연국되어 왔다. 그러나 올레 핀계 엘라스토머 수지는 폴리올레핀수지에 에틸렌-프로필렌계 고무 등 여러 종류의 고무와 블렌딩하여 제조하는 것이 일반적이지만 수지와 고무와의 점도차이 때문에 흐름이 일정치 않아서 성형성이 불량하게 된다. 또한 폴리올레핀이 결정성 수지이며 수축율이 커서 제품과 제품 사이의 면차, 계절별 수축율의 차이 발생 등이 문제로 되어 왔다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 성형성을 향상시키고 수축율을 줄이는 방향으로 많은 연구가 진행되고 있다. 예를 들면 일본국 특개소 62-260846호에서는 성형성을 향상시키기 위하여 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체와 스타일렌-에틸렌-부타디엔 고무를 블렌딩하여 엘라스토머를 제조하였으나 이 방법은 성형성은 양호하지만 비결정성인 랜덤 공중합체를 사용하였기 때문에 물성이 저하되었다.
미국특허 제 4,212,787호와 제 4,247,652호에서는 성형성을 개선하기 위하여 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리이소부틸렌 및 미네랄 오일을 밤바리 믹서에서 혼합한 후 그 혼합물을 자르고, 자른 커팅물과 가교제 및 가교 조제를 혼합하여 익스트루더에서 혼련시켜 이 혼련물을 다시 잘라, 자른 커팅물을 폴리프로필렌 수지와 익스트루더에 혼련시켜 엘라스토머를 제조하였다. 이 엘라스토머는 가공성, 물성, 도장성 등은 양호하나 여러 단계의 가공 방법을 거치므로 가공 방법이 복잡하여 제조경비가 비쌌다. 또한 미네랄 오일은 액상타입이므로 블렌딩하기가 곤란하며 블렌딩할 때 균일하게 블렌딩하기가 어려운 단점이 있었다.
미국특허 제 5,240,983호 및 유럽특허 0409542A2에서도 성형성 및 작업성 향상을 위하여 폴리프로필렌 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌 디엔 고무, 오가노실란 가교제, 미네랄 오일을 혼합하여 엘라스토머를 제조하였으나 상기의 경우와 같이 액상 타입 미네랄 오일을 사용하므로 블렌딩하기가 곤란하여 균일한 블렌딩이 어려웠다.
이에 본 발명자들은 사출성형시 가공성이 양호하며 가공 후 성형 수축율이 적은 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물의 개발을 위해 노력한 결과, 도장성 및 내충격성이 우수하고 특히 이형성이 향상된 열가소성 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물에서 고무 점도조절과 분산제로서 지방산 아마이드의 사용에 의하여 사출성형 가공성이 좋고 가공후 치수 안정성이 우수한 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 서술한 바와 같은 종래의 복잡한 성형 방법을 거치지 않고 니딩과 혼합을 연속적으로 수행하므로써 엘라스토머 수지 조성물을 간단하게 제조할 수 있는 올레핀계 엘라스토머 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
조성비
본 발명에 따른 열가소성 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물은 결정성 올레핀계 수지 10∼65중량%, 에틸렌-프로필렌계 공중합 고무 30∼80중량%, 폴리에틸렌계 수지 1∼30중량%, 무기 충전제로서 탈크 1∼20중량%, 분산제로서 지방산 아마이드 0.01∼10중량%의 조성비로 구성된다.
본 발명에서 사용되는 올레핀계 수지는 결정성 수지로서 신축성을 부여하여 강성 및 내열성을 향상시킨다. 또한 점도가 높은 고무와 혼합될때 상대적으로 낮은 점도를 가지므로 흐름성을 향상시킨다. 본 발명에 사용가능한 결정성 올레핀계 수지는 예를 들면, 아이소택틱 폴리프로필렌, 프로필렌-에틸렌 코폴리머, 프로필렌-1-부텐 코폴리머, 프로필렌-1-헥센 코폴리머, 프로필렌-4-메틸-1-펜텐 코폴리머등 소량의 다른 알파-올레핀과 프로필렌과의 코폴리머, 랜덤 공중합체 또는 이들의 혼합물이 될 수 있다. 올레핀계 수지의 용융지수는 1∼70g/10분(ASTM D1238,230℃)이며, 바람직하게는 10∼50g/10분이다. 올레핀계 수지의 역할은 엘라스토머의 흐름성을 향상시키고 내열성을 높인다. 본 발명의 조성물에서 올레핀계 수지는 10∼65중량%를 사용하며, 바람직하게는 20∼60중량%를 사용한다. 65중량% 이상이 혼합되면 엘라스토머의 탄성과 유연성이 떨어지게 되며 충격감도가 급격히 저하되고, 10중량% 이하로 처리되면 내열성과 흐름성이 떨어지며 강성의 저하로 사용이 어렵게 된다.
본 발명에서의 에틸렌-프로필렌계 공중합 고무는 에틸렌-프로필렌 코폴리머 고무, 에틸렌-프로필렌-디싸이클로-펜타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌-1,4-헥사디엔고무, 에틸렌-프로피렌-씨클로-펜타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌-메틸렌-노보넨 고무, 에틸렌-프로필렌-에틸리덴-노보덴 고무가 될 수 있으며, 에틸렌/프로필렌의 비는 70/30에서 90/10까지, 바람직하게는 60/40에서 85/15까지의 비를 가지며, 무늬 점도(ML1~4, 100℃)가 10~100, 바람직하게는, 30~80인 에틸렌-프로필렌계 공중합 고무가 사용된다. 에틸렌-프로필렌계 공중합 고무는 신축성이 있는 것으로서 탄성과 유연성이 나타낸다. 무늬점도(ML1~4, 100℃)가 10 이하의 고무를 사용하면 흐름성은 향상되지만 기계적 물성이 저하되며, 무늬점도(ML1~4, 100℃)가 100 이상인 고무를 사용하면 기계적 물성은 향상되지만 흐름성이 저하되어 성형이 어려워진다. 본 발명의 조성물에서 에틸렌-프로필렌계 공중합 고무는 30~80중량%를 사용하며, 바람직하게는 40~80중량% 사용한다. 30중량% 이하로 혼합되면 엘라스토머의 탄성과 유연성이 떨어지게 되면, 80중량% 이상으로 처리되면 내열성과 흐름성이 떨어져서 상업적으로 사용이 어렵게 된다.
본 발명에서 바람직한 폴리에틸렌계 수지는 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형의 저밀도 폴리에틸렌이 될 수 있으며, 용융지수(ASTM D1238, 190℃)가 5∼50g/10분이며 밀도가 0.920∼0.960인 올리에틸렌계 수지이다. 폴리에틸렌계 수지는 올레핀계 수지와 에틸렌-프로필렌계 공중합 고무와의 상용화제로 사용되며, 적정함량으로 처리한 경우 도장성이 향상된다. 본 발명의 조성물에서 폴리에틸렌계 수지는 1∼30중량%를 사용하며, 바람직하게는 3∼20중량%를 사용한다. 1중량% 이하로 혼합되면 혼합으로 인한 영향이 거의 나타나지 않으며 30중량% 이상으로 처리되면 성형 수축율이 커지며 인장 강도 등 기계적 물성이 저하된다.
본 발명에서 무기 충전제로서 사용되는 탈크(3MgO · 4SiO2· H2O)는 순도가 95% 이상, 모아경도 4~5, 융점이 1200℃ 이상, 애스팩비가 2~50 이며 판상형의 입자 모양을 갖고 평균입자의 크기는 1~50㎛이다. 탈크는 이형성 향상 및 성형성 향상을 위하여 사용된다. 애스팩비가 2 미만인 제품인 강성 저하의 문제점이 있고 50 이상일 경우 외관 및 충격물성 저하의 문제점이 있으며, 평균 입자 크기가 1㎛ 미만일 경우 압출 가공시 입자 뭉침에 의해 생산성이 떨어지고 50㎛ 이상일 경우 외관 및 충격물성 저하의 문제점이 있다. 본 발명의 조성물에서 탈크는 1~20중량%를 사용하고, 바람직하게는 1~15중량%를 사용한다. 탈크 함유량이 1중량% 미만인 경우 이형성 및 성형성 향상 효과를 낼 수 없으며 20중량%를 넘으면 압출 가공성 및 사출성형시 흐름 자국이 발생하여 외관 특성 및 충격강도가 급격히 저하된다.
한편 본 발명에서 분산제로서 사용되는 지방산 아마이드는 수지 조성물 내에 첨가되는 무기 충전제 및 안료의 분산 또는 촉매잔사의 중화를 목적으로 엘라스토머의 성형성 및 작업성을 향상시키기 위하여 사용되는 것으로서, 그 종류에는 특별한 제한이 없으며, 대표적인 예로는 팔미틱 아마이드, 스테아릭 아마이드, 올레익 아마이드, 리놀레익 아마이드 등을 들 수 있다, 그 사용량은 0.01∼10중량%를 사용하고, 바람직하게는 0.01∼5중량%를 사용한다. 지방산 아마이드가 0.01중량% 이하로 혼합되면 혼합 영향이 거의 나타나지 않고 10중량% 이상으로 처리되면 성형시 블루밍이 발생하여 외관이 불량하게 된다.
본 발명의 조성물에서는 각종 첨가제, 보강제, 충진제, 예를 들면 내열안정제, 내후안정제, 대전방지제, 활제, 슬립제(SLIP제), 헥제, 난연제, 규회석, 탄산 칼슘, 마이카, 카올린, 클레이, 황산바륨, 황산칼슘 등을 본 발명의 목적에 어긋나지 않는 범위에서 첨가하는것이 가능하다.
수지 조성물의 제조방법
본 발명의 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물의 제조 방법은 먼저 결정성 올레핀계 수지와 에틸렌-프로필렌계 공중합 고무를 결정성 올레핀계 수지/에틸렌-프로필렌계 공중합 고무의 비를 10/90~50/50의 비로 하여 150~250℃의 범위에서 니더, 롤, 밤바리 믹서 등의 혼련기에서 니딩한 후 펠레타이징한다. 펠레타이징한 제품에 폴리에틸렌계 수지, 무기 충전제로서 탈크, 분산제에서 지방산 아마이드를 150~250℃ 범위에서 니딩하고 연속적으로 150~250℃ 범위에서 1축 압출기 또는 2축 압출기 등에서 혼합하여 제조한다.
실시예
이하 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명하겠지만, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예에 있어서 약호는 다음의 내용을 의미한다.
1 ) 폴리프로필렌
PP : 음융지수 20g/10min(230℃), 에틸렌 단위함량 25mol% 이하
2) 폴리에틸렌
HDPE : 용융지수 10g/10min(190℃)
3) 에틸렌-프로필렌계 공중합 고무(EPM)
EPM-1 : 에틸렌-프로필렌계 공중합 고무, 무늬 점도(ML1∼4125℃) 13, 에틸렌 함량 69중량%,
EPM-2 : 에틸렌-프로필렌계 공중합 고무, 무늬 점도(ML1-4125℃) 27, 에틸렌 함량 69중량%,
4) 지방산 아마이드 : 스테아릭 아마이드, 융점 70∼80℃
실시예 및 비교실시예에 대한 물성은 ASTM 물성시험방법에 따라 평가하고, 금형이형성은 다음과 같이 하여 평가하였다.
이형성 평가:
이형성 평가용 금형을 이용하여 동일 성형 조건으로 성형기 금형내에서 사출물의 이형정도를 육안 판정에 의하여 실시하였다.
◎ : 이형성 우수
○ : 이형성 양호
△ : 이형성 보통
X : 이형성 불량
실시예 1∼2 및 비교예 1∼4
하기 표 1의 조성으로, 상기한 수지조성물의 제조방법에 따라 수지 조성물을 제조하여, 물성을 시험하였고, 그 결과는 표 2와 같다.
[표 1]
(단위 : 중량%)
Figure pat00002
[표 2]
Figure pat00003
* NB : No Break (깨지지 않음)
상기 표 2에서 알 수 있듯이, 비교예 1은 실시예 1의 경우에서 HDPE 및 지방산 아마이드를 제거시 금형이형성이 월등히 떨어지고, 비교예 2는 실시예 2에서 오일로 대체시 금형이형성이 떨어진다는 것을 알 수 있고, 또한 비교예 3은 실시예 2에서 지방산 아마이드를 칼시움스테아레이트로 대체시 금형이형성이 떨어지고, 비교예 4는 실시예 1의 경우에서 지방산 아마이드와 탈크 제거시 금형이형성이 월등히 떨어지는 경우이다.
이상의 실시예 및 비교예에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 조성에 따라 올레핀계 수지와 에틸렌-프로필렌계 공중합 고무, 폴리에틸렌계 수지, 탈크, 지방산 아마이드를 첨가하여 본 발명의 방법으로 열가소성 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물을 제조할 경우 도장성 및 내충격성이 우수하고 이형성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 결정성 올레핀계 수지 10∼65중량%, 에틸렌-프로필렌계 공중합 고무 30∼80중량%, 폴리에틸렌계 수지 1~30중량%, 탈크 1~20중량% 및 지방산 아마이드 0.01~10중량%를 포함하는 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 결정성 올레핀계 수지는 용융지수가 1∼70g/10분인 것을 특징으로 하는 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 에틸렌-프로필렌계 공중합 고무는 에틸렌/프로필렌의 비로 70/30에서 90/10까지의 에틸렌/프로필렌비를 가지며 무늬점도(ML1-4100℃)가 10∼100인 것을 특징으로 하는 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌계 수지는 용융지수가 5∼50g/10분이며, 밀도가 0.902-0.960인 것을 특징으로 하는 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 탈크는 순도가 95% 이상이고, 모아 경도가 4∼5이며, 융점이 1200℃ 이상이고, 애스팩비가 2∼50이며 판상형의 입자모양을 갖고 평균 입자 크기는 1∼50㎛인 것을 특징으로 하는 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물.
  6. 결정성 올레핀계 수지와 에틸렌-프로필렌계 공중합 고무를 결정성 올레핀계 수지/에틸렌-프로필렌계 공중합 고무의 비를 10/90~50/50의 비로 하여 150~250℃ 범위에서 혼련기에서 니딩한 후 펠레타이징하고, 펠레타이징한 제품과 폴리에틸렌계 수지, 무기 충전제로서 탈크, 지방산 아마이드를 150~250℃ 범위에서 니딩하고 연속적으로 150~250℃ 범위에서 1축 압출기 또는 2축 압출기에서 혼합하는 것을 특징으로 하는 제 1항에 따른 올레핀계 엘라스토머 수지 조성물의 제조방법.
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KR20020055282A (ko) * 2000-12-28 2002-07-08 이계안 고강성/저선팽창의 폴리올레핀계 복합수지 조성물

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