KR100387650B1 - 폴리프로필렌 수지조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리프로필렌 수지를 제조함에 있어, 고결정성의 폴리프로필렌, 저분자량의 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌, 무기충진재 및 활제를 함유시켜 내열성, 내충격성 및 내스크래치성을 향상시키고, 자동차 내장재용 부품에 사용시 종래 사용되던 수십 등급의 폴리프로필렌 내장재를 한 종류로 대체하여 원가 절감 및 생산성 향상 효과를 유도하고, 재활용시 재생재료의 물성을 증가시킬 수 있는 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.

Description

폴리프로필렌 수지조성물{Composition of polypropylene resin}
본 발명은 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리프로필렌 수지를 제조함에 있어, 고결정성의 폴리프로필렌, 저분자량의 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌, 무기충진재 및 활제를 함유시켜 내열성, 내충격성 및 내스크래치성을 향상시키고, 자동차 내장재용 부품에 사용시 종래 사용되던 수십 등급의 폴리프로필렌 내장재를 한 종류로 대체하여 원가 절감 및 생산성 향상 효과를 유도하고, 재활용시 재생재료의 물성을 증가시킬 수 있는 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.
종래에 내충격성이나 강성 및 내열성의 물성이 요구되는 분야에 사용되어오던 엔지니어링 수지인 ABS/PC, ABS 및 PPF 수지는 각 부품에서 요구되는 물성을 만족시킬 수 있었으나, 가격면에서 고가이기 때문에 근래에 들어서 저가인 범용 수지로 대체하려는 연구가 많이 이루어지고 있다.
이에, 상기 엔지니어링 수지의 대체 재료로서 제안된 범용 수지의 하나로서 폴리프로필렌 수지는 분자구조상 균형이 잘 잡혀 있고, 가격에서도 저가이고 강성,충격강도 및 굽힘성(hinge 효과)이 우수한 특징을 가지고 있다. 그러나, 내열성 및 내스크래치성이 취약하여 자동차 내장재용 부품에 적용하는데 있어 열변형 문제와 흠집으로 인한 부품의 품질 불량 문제점이 발생되고 있으며, 충격 강도가 취약하여 장시간 사용시 외부 충격에 의한 제품내의 크랙 발생 문제점을 지니고 있다. 또한, 사출시 280℃ 이상의 온도에서는 열분해에 의한 분자량 저하가 현저하여 물성의 열화를 일으키게 된다. 이러한 취약한 물성으로 인하여 자동차 내장재용 고기능성 부품에 적용하는 데 많은 문제점이 있었다. 또한, 종래 자동차의 내장재용 부품에 적용되는 폴리프로필렌 수지는 각 부품의 특성을 만족시키기 위하여 수십 등급의 폴리프로필렌 수지가 사용됨으로써, 제작시 각 부품간의 색상의 조화(color matching)가 떨어지게 되고 서로 다른 등급의 수지를 사용할 때마다 사출기내의 수지를 교체해야 하므로, 이에 따른 생산성 저하가 심하고 수십 등급의 폴리프로필렌 수지를 관리하는데 따른 물류관리 효율성 저하로 생산비용이 상승하는 문제점이 있다. 또한, 부품의 재활용시 폴리프로필렌 수지의 각 등급별 분리작업을 요하므로, 인건비의 상승과, 재생수지 물성의 하락을 가져오게 되어 재생재료의 상업적 가치가 떨어진다.
이에, 근래에 토요다(TOYOTA)사의 경우 내장재 통합용 폴리프로필렌 수지를 개발하여 토요다(TOYOTA)사의 자동차에 사용된 수십 등급의 폴리프로필렌 수지를 단일 통합화함으로써, 재활용시 등급별 분리 작업이 불필요하게 되어, 인건비의 절감과 재생 수지의 물성을 향상시켜 재생 수지의 상업적 가치를 높이고 있다. 이러한 통합화 방안은 긍정적인 평가를 받고 있다.
따라서, 본 발명은 종래 폴리프로필렌 수지에서 발생되는 문제점을 개선하기 위하여 고결정성의 폴리프로필렌, 저분자량의 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌, 무기충진재 및 활제를 함유시킨 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조함으로써, 충격 강도와 열변형 온도를 향상시켜 제품내 열변형, 흠집 및 크랙 발생이 최소가 되도록 내구성을 증가시키고, 자동차 부품에 적용시켜 재료를 통합함으로서 생산성 향상과 원가 절감의 효과 및 부품간 색상의 조화도를 증가시키고, 재활용시 재생재료의 물성을 향상시킴에 따라 자동차의 필러나 트림 부품에 적용할 수 있는 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 폴리프로필렌계 수지 조성물에 있어서, 고결정성 폴리프로필렌 50 ∼ 90 중량%, 저분자량 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 5 ∼ 50 중량%, 무기충진재 0.1 ∼ 3 중량% 및 활제 0.1 ∼ 0.5 중량%가 함유되어 있는 폴리프로필렌계 수지 조성물을 그 특징으로 하고 있다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물은 프로필렌 단량체를 주성분으로 고결정성의 프로필렌 단일중합체 또는 에틸렌이 함유된 에틸렌-프로필렌 블록공중합체를 사용하는 것을 그 특징으로 하고 있다.
본 발명에서 사용되는 고결정성 폴리프로필렌은 높은 결정화도로 인하여 수지에 내구성과 내스크래치성을 부여한다. 본 발명의 고결정성 폴리프로필렌은13C 핵자기공명 분광기(NMR spectroscopy)에 의해 측정된 펜타드분율(%mmmm)이 97%이상인 프로필렌 단일중합체 단독 또는 에틸렌-프로필렌 블록공중합체와 혼합하여 사용한다. 본 발명의 상기 고결정성 폴리프로필렌은 용융지수(MI) 0.5 ∼ 50 g/10min인 것이 바람직하다. 상기 고결정성 폴리프로필렌의 경우, 전체 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 50 ∼ 90 중량%, 바람직하기로는 70 ∼ 80 중량%가 적당하다. 이때, 상기 함량이 50 중량% 이하이면 고결정성 폴리프로필렌의 내스크래치성이나 굴곡탄성율과 같은 강성을 유지하기 힘들고, 90 중량% 이상이면 용융지수가 12 이상의 고유동성이 요구되는 경우에 있어 내스크래치성 또는 충격강도 등이 부족하여 바람직하지 못하다. 본 발명에서 고결정성의 에틸렌-프로필렌 블록공중합체는 에틸렌이 3 ∼ 20 중량%가 함유된 것이 사용된다.
또 다른 성분으로서, 본 발명에서 저분자량 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 은 성형시 수지의 흐름성을 좋게 하고 저온에서의 낮은 충격강도를 보완하기 위해서 첨가된다. 상기 폴리프로필렌은 단일중합체 또는 에틸렌-프로필렌 블록공중합체를 단독 또는 혼합하여 사용하고, 용융지수(MI) 0.5 ∼ 50 g/10min인 것이 바람직하다. 저분자량 폴리프로필렌은 낮은 용융지수의 경우 전체 폴리프로필렌 수지 조성물의 충격강도 향상을 위해 첨가되고, 높은 용융지수의 경우 유동성 향상을 위해 첨가된다. 본 발명에서는 저분자량의 프로필렌 단일중합체와 에틸렌-프로필렌 블록공중합체가 단독 또는 혼합하여 사용되고, 전체 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 함량이 5 ∼ 50 중량%, 바람직하기로는 20 ∼ 30 중량%가 적당하다. 만일, 그 함량이 5 중량% 미만이면 유동성에 영향을 주지 못하며, 50 중량% 초과되면 충격강도가 부족하게되어 내스크래치성이 떨어지게 된다. 에틸렌-프로필렌 블록공중합체의 경우 에틸렌 함량이 3 ∼ 20 중량%인 것이 바람직하게 사용된다.
또한, 본 발명의 폴리에틸렌은 폴리프로필렌 수지 조성물의 저온에서의 약한 충격강도를 보완하기 위하여 첨가된다. 통상적인 방법으로 제조된 폴리에틸렌은 용융지수(MI)가 1 ∼ 25 g/10min 및 비중은 0.915 ∼ 0.964인 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 폴리에틸렌의 함량은 전체 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 5 ∼ 50 중량%, 바람직하기로는 20 ∼ 30 중량%가 적당하다. 5 중량% 미만이면 저온에서의 충격강도 효과가 나타나지 않고, 50 중량%가 초과되면 내스크래치성과 강성이 부족하게 된다.
본 발명의 또 다른 조성으로 사용되는 무기충진재는 폴리프로필렌 수지 조성물내에서 핵제역할을 하여 내스크래치성과 강성을 향상시키고, 수지내에서 충진 역할을 하여 원가 절감, 약간의 보강 및 가교효과를 나타낸다. 본 발명에서 상기 무기충진재의 입자는 작고 구형일수록 입자 표면의 장력을 크게 하여 보강 효과를 유도하는데, 평균 입자크기가 1 ∼ 4㎛, 바람직하기로는 2 ∼ 3㎛인 것이 사용된다. 만일, 상기 입자크기가 1㎛ 미만이면 기존의 배합(Compounding)방법으로는 균일한 분산이 어렵고, 4㎛ 초과되면 입자를 중심으로 크랙이 발생될 우려가 있고 신율이 부족하게 된다. 또한, 상기 무기충진재의 함량은 전체 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 0.1 ∼ 3 중량%로, 바람직하기로는 0.1 ∼ 3 중량%가 사용된다. 만일, 상기 함량이 0.1 중량% 미만이면 폴리프로필렌 수지내에서의 핵제 역할을 충분히 하지 못하고, 3 중량%가 초과되면 신율이 부족하게된다. 본 발명에서 무기충진재는 탈크(talc) 및 울라스토나이트(wollastonite) 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용되는 활제(antiadditive)는 전체 폴리프로필렌 수지 조성물의 유동성과 내스크래치성을 향상시키기 위하여 사용되고, 주로 지방산, 지방산 아마이드 및 모노에스테르가 40 ∼ 95 중량% 함유된 글리세린 모노스테아레이트가 사용될 수 있다. 본 발명에서 상기 활제는 전체 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 0.1 ∼ 0.5 중량%로, 바람직하기로는 0.3 ∼ 0.4 중량%가 사용된다. 만일, 상기 함량이 0.1 중량% 미만이면 유동성 향상의 효과가 나타나지 않고, 0.5 중량% 초과되면 더 이상 내스크래치성이 향상되지 않는다.
이외에, 본 발명에서 상기의 조성을 함유한 폴리프로필렌 수지 조성물에 필요에 따라 1 ∼ 2 중량%의 탄성체(elastomer)가 사용될 수 있다. 에틸렌-프로필렌 탄성체(EPR), 에틸렌-프로필렌-디엔계 탄성체(EPDM), 또는 메탈로센 족매로 제조한 폴리에틸렌 탄성체, 에틸렌-프로필렌 공중합에 의한 탄성체 단독 또는 이들의 혼합물 중에서 선택된 것이 사용될 수 있다. 또한, 첨가제로 상기 조성물 외에 산화방지제, 열안정제, 가공조제 및 자외선 안정제를 소량으로 적절하게 첨가될 수 있다.
이와같은, 본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물은 통상적으로 다음과 같은 공정으로 제조된다. 먼저, 고결정성 폴리프로필렌, 저분자량의 폴리프로필렌또는 폴리에틸렌, 무기충진재, 활제 및 기타 첨가제를 혼합/혼련한 다음 펠렛화하고 사출성형을 통해 폴리프로필렌 수지 조성물을 원료로 하는 부품들을 제조한다.
본 발명에 의해 제조된 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용하여 자동차의 필러나 트림 부위에 적용시킬 수 있다. 상기 필러나 트림 부위에 적용되던 수십 등급의 폴리프로필렌 수지를 본 발명에 따라 제조된 폴리프로필렌 수지로 단일 통합함으로써, 각 사출기내 수지 교체 공정과 수지관리가 대폭 개선되어 원가 절감과 함께 부품간의 색의 조화도가 증가되고, 재활용시 재생재료의 물성의 향상이 기대된다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ∼ 3
고결정성 폴리프로필렌, 저분자량의 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌, 무기충진재 및 활제를 표 1의 조성을 가지도록 준비한 다음, 폴리프로필렌 수지를 각각의 함량비대로 180 ∼ 230 ℃의 온도의 조건하에서 트윈스크류 압출기(twin screw extruder)에서 용융 혼합/혼련하고, 펠렛(pellet) 제조 후, 사출기를 이용하여 물성 측정을 위한 시료를 제작하였다.
상기 표 1의 고결정성 폴리프로필렌의 에틸렌 함량은 적외선 분광법(FT-IR)에 의해 측정하였다.
실험예
실시예 1 ∼ 3에서 제조된 폴리프로필렌 수지 조성물에 대한 각 물성시험 결과는 다음과 같은 방법을 이용하여 측정하였고, 그 결과는 다음 표 2에 나타내었다.
[시험 방법]
가. 용융지수(MI, g/10min): ASTM D-1238(230℃, 2.16kg)에 의거하여 실시하였다.
나. 비중(g/㎖): ASTM D-791 에 의거하여 실시하였다.
다. 인장강도(kg/㎤): ASTM D-638(시편두께 3mm, 23℃) 에 의거하여 실시하였다.
라. 굴곡탄성율(kg/㎤): ASTM D-79 (시편두께 6mm, 23℃) 에 의거하여 실시하였다.
마. 충격강도(NOTCHED IZOD, kg·㎝/㎝): ASTM D-256(시편두께 6mm, 23℃)에 의거하여 실시하였다.
바. 열변형온도(℃): ASTM D-648(4.6kg load, 시편두께 6mm)에 의거하여 실시하였다.
사. 연필 경도: JIS K-0202 에 의거하여 실시하였다.
상기 표 2의 결과로 본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물은 기존의 폴리프로필렌 수지 조성물보다 내열성, 내충격성 및 내스크래치성이 우수하여, 자동차용 내구부품의 단일 통합에 응용하는 것이 바람직하다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 폴리프로필렌 수지 조성물은 종래 엔지니어링 수지의 물성과 동등하고, 기존의 폴리프로필렌 수지에 비해 내열성, 내충격성 및 내스크래치성이 우수할 뿐만 아니라 자동차 내장재용 필러와 트림 및 주변부품에 사용하기에 적합하다.

Claims (7)

  1. 폴리프로필렌 수지 조성물에 있어서,13C NMR에 의해 측정된 펜타드 분율(%mmmm)이 97% 이상이고, 용융지수가 0.5 ∼ 50 g/10min인 고결정성 폴리프로필렌 50 ∼ 90 중량%, 저분자량 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 5 ∼ 50 중랑%, 무기충진재 0.1 ∼ 3 중량%, 및 활제 0.1 ∼ 0.5 중량%가 함유되어 있는 것임을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 저분자량 폴리프로필렌은 용융지수 0.5 ∼ 50 g/10min인 것으로, 프로필렌 단일중합체 또는 에틸렌-프로필렌 블록공중합체를 단독 또는 혼합 사용하는 것임을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 수지는 용융지수가 1 ∼ 25 g/10min인 것임을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 무기충진재는 평균 입경이 1 ∼ 4㎛인 것으로, 탈크 및 울라스토나이트 중에서 선택된 것으로 첨가하는 것임을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 활제(antiadditive)는 지방산, 지방산 아마이드 및 모노에스테르가 40 ∼ 95 중량% 함유된 글리세린 모노스테아레이트(Glycerin mono-stearate)중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
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