KR100529365B1 - 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물 및 그의제조방법 - Google Patents

폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물 및 그의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 유기 층상구조점토를 변성 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 수지와 혼합하여 제조한 마스터 배치를 폴리프로필렌 수지 및 사슬연장제와 함께 용융 혼련하여 유기 층상구조점토의 박리, 분산성, 및 고분자 수지와의 친화성이 우수할 뿐만 아니라, 동시에 강성, 내열성, 내충격성 등의 기계적 물성이 현저히 향상된 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물 및 그의 제조방법 {POLYPROPYLENE-LAYERED SILICATE NANOCOMPOSITES COMPOSITION AND METHOD FOR PREPARING THEREOF}
본 발명은 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기 층상구조점토의 박리, 분산성, 및 고분자 수지와의 친화성이 우수할 뿐만 아니라, 동시에 강성, 내열성, 내충격성 등의 기계적 물성이 현저히 향상된 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
무기물 충전재로 강화된 고분자 복합체는 고분자 수지에 비해 강성, 내열성, 수치 안정성 등을 향상시킨 소재로서 자동차 소재나 전자 부품 등 많은 분야에 널리 이용되고 있다. 특히 층상구조점토를 이용하여 무기물을 나노 스케일로 분산시킨 나노복합체는 종래의 복합체에 비해 단위 부피당 표면적이 크기 때문에 무기물을 소량으로 첨가하여도 우수한 물성을 얻을 수 있다. 그 대표적인 예인 폴리아미드 6-층상구조점토 나노복합체는 4 중량%의 점토를 첨가하여도 인장탄성율 및 인장강도가 2 배나 증가하고, 열변형온도 역시 100 ℃ 가량 상승되는 결과를 나타낸다(Y. Kojima et al., J. Mater. Res., Vol 8, p1170, 1993).
상기와 같은 나노복합체 제조에 이용되는 층상구조점토는 종횡비가 50~2000 정도의 판상을 띄고 있으며, 대략 한 층은 1 ㎚의 두께를 가지고, 층간 상호인력에 의해 여러 층들이 모인 층상구조를 형성한다. 이런 층상구조 형태의 무기물을 고분자 수지에 고루 분산시키기 위해서는 고분자와 같은 유기물이 점토층 사이 공간으로 침투하여야 하며, 따라서 점토층 사이에 존재하는 친수성의 나트륨 또는 칼륨 이온이 친유기성 오늄이온(예를 들어, 알킬 암모늄 이온, 알킬 포스포늄 이온 등)으로 치환되어야 한다(미국특허 제4,889,885호). 이러한 양이온 교환 작용이 종래의 친수성 점토 표면을 친유기성으로 만들고, 층상구조점토의 층간거리를 확장시켜 고분자 수지에 대한 분산성을 향상시킬 수 있다.
고분자와 층상구조점토를 이용한 나노복합체를 제조하는 방법은 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 첫째는, 용액상에서 단량체를 유기점토에 층간삽입 시킨 후 중합시켜 점토층을 분산시키는 중합법이다. 이 방법은 미국특허 제4,739,734호 및 미국특허 제4,889,885호의 폴리아미드의 나노복합체 제조에 개시되어 있다.
둘째는, 용융상태의 고분자 수지를 기계적 혼합을 이용하여 층상구조점토에 직접 층간삽입시키는 용융 컴파운딩법이다. 이 방법은 문헌(M. Kawasumi et al., Macromolecules, 30, p6333, 1997)의 폴리프로필렌의 나노복합체 제조, 미국특허 제5,747,560호의 폴리아미드 6 나노복합체 제조, 문헌(R. A. Vaia et al., Macromolecules, 30, p8000, 1997)의 폴리스티렌의 나노복합체 제조에 개시되어 있다. 특히, 비극성인 폴리올레핀 나노복합체는 점토층과 폴리올레핀 사이의 상용성을 주어야만 효과적인 분산이 이루어 질 수 있으므로, 관능기가 도입된 변성 폴리올레핀을 상용화제로 사용해야만 가능하다(일본공개특허공보 평10-182892호).
그러나, 상기 방법에 의해 제조된 나노복합체는 점토층의 분산으로 인해 강성 및 내열성이 증가한다는 장점이 있으나, 충격특성의 저하가 크기 때문에 내충격성이 요구되는 자동차 내장부품, 전자부품 등에 사용하는데 한계가 있다는 문제점이 있다.
따라서, 강성, 내열성, 내충격성 등의 기계적 물성이 우수한 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물에 대한 연구가 더욱 필요한 실정이다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 강성, 내열성, 내충격성 등의 기계적 물성이 우수한 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 유기 층상구조점토의 박리, 분산성, 및 고분자 수지와의 친화성이 우수할 뿐만 아니라, 동시에 강성, 내열성, 내충격성 등의 기계적 물성이 현저히 향상시킬 수 있는 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물에 있어서,
a) 변성 폴리프로필렌 0.1 내지 40 중량%;
b) 유기 층상구조점토 0.1 내지 40 중량%;
c) 폴리프로필렌 수지 16 내지 99 중량%; 및
d) 사슬연장제 0.001 내지 4 중량%
를 포함하는 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체의 제조방법에 있어서,
a) 유기 층상구조점토를 변성 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 수지와
혼합하여 마스터 배치를 제조하는 단계; 및
b) 상기 a)단계의 마스터배치를 폴리프로필렌 수지 및 사슬연장제와
함께 용융 혼련하는 단계
를 포함하는 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체의 제조방법을 제공한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체의 강성, 내열성, 내충격성 등 기계적 물성을 현저히 향상시킬 수 있는 방법에 대하여 연구하던 중, 유기 층상구조점토를 변성 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 수지와 혼합하여 제조한 마스터 배치를 폴리프로필렌 수지 및 사슬연장제와 함께 용융 혼련하여 유기 층상구조점토를 폴리프로필렌 수지에 효과적으로 분산시킨 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체를 제조한 결과, 사슬연장제가 변성 폴리프로필렌의 관능기와 반응하여 점토층 사이에 삽입된 변성 폴리프로필렌의 분자량이 증가하고, 점토층의 박리, 분산정도가 증가할 뿐만 아니라, 이에 따라 강성, 내열성, 및 내충격성이 현저히 향상됨을 확인하고, 이를 토대로 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명에 따른 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물은 변성 폴리프로필렌 0.1 내지 40 중량%, 유기 층상구조점토 0.1 내지 40 중량%, 폴리프로필렌 수지 16 내지 99 중량%, 및 사슬연장제 0.001 내지 4 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 상기 변성 폴리프로필렌은 고분자 쇄의 중간이나 말단에 유기 층상구조점토와 친화성이 있는 관능기가 도입되어, 층상구조점토와 폴리프로필렌 수지 사이의 상용성을 증대시키는 작용을 한다.
상기 변성 폴리프로필렌 제조에 사용되는 폴리프로필렌은 폴리프로필렌 단독중합체, 프로필렌/α-올레핀 공중합체, 또는 프로필렌/비공액 디엔계 화합물 공중합체 등을 사용할 수 있으며, 상기 α-올레핀으로는 에틸렌, 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐, 또는 1,4-메틸펜텐 등을 사용할 수 있다.
상기 변성 폴리프로필렌은 상기의 폴리프로필렌을 관능기로 변성시킨 것으로, 상기 변성 폴리프로필렌에 도입되는 관능기로는 유기점토 표면이나 유기화제에 포함된 하이드록시, 아미노, 카르복실기 등에 친화력이 있는 카르복실산, 무수 카르복실산, 에폭시, 하이드록시, 아미노, 이소시아네이트, 티올, 또는 옥사졸린 등을 사용할 수 있다.
상기 변성 폴리프로필렌의 관능기는 폴리프로필렌에 대하여 0.01 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 5 중량%로 포함되는 것이며, 가장 바람직하게는 0.1 내지 2.5 중량%로 포함되는 것이다. 상기 관능기의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 변성 폴리프로필렌의 층간삽입이 용이하지 못하며, 10 중량%를 초과할 경우에는 폴리프로필렌 수지와의 상용성이 감소하여 점토층이 변성 폴리프로필렌에만 분산되는 상 분리가 발생하게 된다는 문제점이 있다.
상기 변성 폴리프로필렌의 중량평균분자량은 5,000 내지 5,000,000의 범위인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10,000~1,000,000의 범위인 것이고, 가장 바람직하게는 50,000~500,000의 범위인 것이다. 상기 변성 폴리프로필렌의 중량평균분자량이 5,000 미만일 경우에는 폴리올레핀 수지와의 상용성이 부족하여 물성이 저하되며, 5,000,000을 초과할 경우에는 나노복합체의 가공성 및 분산성 저하가 발생한다는 문제점이 있다.
상기 변성 폴리프로필렌은 나노복합체 조성물에 대하여 0.1 내지 40 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 20 중량%로 포함되는 것이며, 가장 바람직하게는 1 내지 10 중량%로 포함되는 것이다. 그 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 유기 층상구조점토를 폴리프로필렌 수지에 효과적으로 분산시킬 수 없어 물성 향상이 미미하고, 40 중량%를 초과할 경우에는 물성 향상에 비해 비용증가가 크게 나타난다는 문제점이 있다.
본 발명에 사용되는 상기 유기 층상구조점토는 유기 오늄 이온으로 치환된 점토로, 몬트모릴로나이트, 벤토나이트, 카올린나이트, 마이카, 헥토라이트, 불화헥토라이트, 사포나이트, 베이델라이트, 논트로나이트, 스티븐사이트, 버미큘라이트, 할로사이트, 볼콘스코이트, 석코나이트, 마가다이트, 케냐라이트, 또는 파이로필라이트 등이 암모늄 이온 또는 포스포늄 이온 등의 유기화제로 치환된 점토를 사용할 수 있다.
상기 유기화제는 2-에틸 헥실 암모늄, 옥틸 암모늄, 옥타데실 암모늄, 디옥틸 디에틸 암모늄, 디옥타데실 디메틸 암모늄, 헥실 하이드록시 에틸 암모늄, 도데실 하이드록시 에틸 디메틸 암모늄, 옥타데실 하이드록시 에틸 디메틸 암모늄, 옥틸 카르복시 에틸 암모늄, 도데실 카르복시 에틸 디메틸 암모늄, 헥사데실 카르복시 에틸 디메틸 암모늄, 옥타데실 카르복시 에틸 디메틸 암모늄, 도데실 메르캅토 에틸 메틸 암모늄, 헥사데실 메르캅토 에틸 디메틸 암모늄, 또는 옥타데실 메르캅토 에틸 디메틸 암모늄 등의 1~4차 암모늄 이온; 또는 테트라에틸 포스포늄, 트리에틸 벤질 포스포늄, 트리 n-부틸 벤질 포스포늄, 또는 n-부틸 헥사데실 포스포늄 등의 1~4차 포스포늄 이온 등을 사용할 수 있다.
상기 유기 층상구조점토는 천연물과 합성물 모두에 적용할 수 있다. 점토층의 분산으로 인한 나노복합체의 물성 증가를 극대화하기 위해서는 유기 층상구조점토의 큰 종횡비가 요구되며, 특히 유기 층상구조점토의 종횡비가 200~500의 범위인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 적어도 500인 것이다.
상기 유기 층상구조점토는 나노복합체 조성물에 대하여 0.1 내지 40 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 20 중량%로 포함되는 것이며, 가장 바람직하게는 1 내지 10 중량%로 포함되는 것이다. 그 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 점토층 분산으로 인한 물성 증가효과가 미미하며, 40 중량%를 초과할 경우에는 점토입자간의 응집현상이 발생하여 나노 크기로의 분산성이 감소하고 그에 따른 물성증가 효과가 감소한다는 문제점이 있다.
본 발명에 사용되는 상기 폴리프로필렌 수지는 폴리프로필렌 단독중합체, 고결정성 폴리프로필렌 단독중합체, 프로필렌/α-올레핀 랜덤공중합체, 프로필렌/α-올레핀 블록공중합체, 고결정성 프로필렌/α-올레핀 블록공중합체, 또는 프로필렌/비공역 디엔화합물 공중합체 등을 사용할 수 있다. 상기 α-올레핀으로는 에틸렌, 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐, 또는 1,4-메틸펜텐 등을 사용할 수 있으며, 특히 나노복합체의 강성, 내열성, 및 내충격성을 동시에 향상시키기 위해서는 일반 폴리프로필렌 단독중합체와 고강성 또는 고결정성 프로필렌/α-올레핀 블록공중합체를 블랜드하여 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 폴리프로필렌 단독중합체의 단점인 저내충격성을 고충격을 갖는 고결정성 프로필렌/α-올레핀 블록공중합체와 블랜드함으로써 극복할 수 있게 된다.
상기 폴리프로필렌 수지의 용융지수는 0.1~500 g/10 분(230 ℃, 2.16 ㎏)의 범위를 가지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.5~200 g/10 분의 범위인 것이며, 가장 바람직하게는 1~100 g/10 분의 범위인 것이다. 상기 용융지수가 0.1 미만일 경우에는 흐름성이 감소하여 성형성 저하가 발생한다는 문제점이 있으며, 200을 초과할 경우에는 내충격성이 급격히 저하된다는 문제점이 있다.
상기 폴리프로필렌 수지는 나노복합체 조성물에 대하여 16 내지 99 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 상기 사슬연장제는 점토층 사이에 삽입된 변성 폴리올레핀의 관능기와 반응하여 변성 폴리올레핀의 분자량을 증가시키고, 점토층의 분산을 나노 스케일로 확장시키는 작용을 한다.
상기 사슬연장제는 관능기가 2개 이상 포함된 다관능성 유기화합물인 것이 바람직하다. 상기 사슬연장제에 도입되는 관능기로는 카르복실산, 무수 카르복실산, 에폭시, 하이드록시, 아미노, 이소시아네이트, 티올, 또는 옥사졸린 등이 사용될 수 있다. 상기 관능기는 단독, 또는 2 종 이상 포함될 수 있다.
상기 관능기가 2개 이상 포함된 다관능성 유기화합물로는 5-아미노 펜타노익산, 7-아미노 헵타노익산, 2-부틸아미노 벤조익산, 4-부틸아미노 벤조익산, 1-아미노 시클로헥산 카르복실산, L-2-아미노 아디픽산, 2-프로필아미노 에탄올, 4-아미노-1-부탄올, 2,2'-부틸아미노 디에탄올, 3,5-디메틸 이소옥사졸-4-릴 이소시아네이트, 9,10-에폭시 옥타데카노익산, 1-(3-헥실-옥시라닐)-프로판올, 2,3,3-트리메틸-6,7-에폭시-1-헵텐-5-올, 폴리(비스페놀A-에피클로로하이드린), 1,4-부탄디올, 에틸렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 3,3',4,4'-벤조페논 테트라카르복실 디안하이드라이드, 피로멜리틱 디안하이드라이드, 4,4'-디페닐-메탄-디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디아민, 1,8-옥탄 디아민, 폴리(옥시프로필렌) 디아민, 폴리(프로필렌 글리콜) 비스(2-아미노프로필 에테르), 또는 비스(헥사메틸렌) 트리아민 등을 사용할 수 있다.
예를 들어, 변성 폴리프로필렌이 무수 말레인산으로 그래프팅된 폴리프로필렌일 경우에는 헥사메틸렌 디아민, 1,8-옥탄 디아민, 폴리(옥시프로필렌) 디아민, 또는 비스(헥사메틸렌) 트리아민 등의 관능성 디아민 및 트리아민의 사슬연장제를 사용할 수 있다.
상기 사슬연장제는 나노복합체 조성물에 대하여 0.001 내지 4 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.005 내지 2 중량%로 포함되는 것이며, 가장 바람직하게는 0.01 내지 1 중량%로 포함되는 것이다. 그 함량이 0.001 중량% 미만일 경우에는 변성 폴리프로필렌의 분자량을 크게 증가시키지 못하여 점토층 분산이 용이하지 못하며, 4 중량%를 초과할 경우에는 기계적 물성이 오히려 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
상기와 같은 성분을 포함하는 본 발명의 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물은 필요에 따라 산화방지제, 열안정제, 대전방지제, 핵제, 난연제, 내후안정제, 활제, 안료, 또는 염료 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있으며, 그 함량은 본 발명의 특징에 어긋나지 않는 범위 내에서 첨가될 수 있다.
또한 본 발명은 유기 층상구조점토를 변성 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 수지와 혼합하여 마스터 배치를 제조하는 단계, 및 상기 제조된 마스터배치를 폴리프로필렌 수지 및 사슬연장제와 함께 용융 혼련하는 단계를 포함하는 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체의 제조방법을 제공한다.
상기 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체는 상기 성분들의 혼합 순서에 따라 단계적으로 투입하는 단계적 혼련 방법 또는 상기 성분들을 동시에 투입하는 동시 혼련 방법으로 제조할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따라 단계적 혼련 방법으로 제조되는 작용 메커니즘은 도 1에 나타낸 바와 같다. 먼저, 다량의 유기 층상구조점토를 포함한 변성 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 수지를 높은 전단응력으로 혼합하여 마스터배치를 제조한 후, 상기 마스터배치를 폴리프로필렌 수지 및 사슬 연장제에 함께 용융 혼련함으로써 마스터배치에 분산된 유기점토를 폴리프로필렌 수지에 효과적으로 분산시킨 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체를 제조할 수 있다.
상기 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 제조에는 스크류 또는 로터의 회전에 의하여 전단응력을 작용시킬 수 있는 단축압출기, 동방향 회전 양축압출기, 이방향 회전 양축압출기, 연속 교반기, 또는 니이더 등의 혼련기를 이용할 수 있으며, 용융 혼련의 가공온도는 폴리프로필렌 수지의 용융온도 이상에서 실시하는 것이 좋다. 특히, 점토층 사이의 열역학적 친화력을 이기고 한층 한층의 나노 스케일로 분산시키기 위해서는 높은 전단응력이 요구되며, 따라서 폴리프로필렌 수지의 용융온도 근처의 온도에서 고속으로 혼련하여 제조하는 것이 더욱 바람직하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
변성 폴리프로필렌으로 용융지수가 100 g/10 분(190 ℃)이고, 폴리프로필렌에 대하여 무수 말레인산 관능기가 1.2 중량%로 함유되는 폴리프로필렌 단독중합체 3 중량%, 유기 층상구조점토로 디메틸, 디하이드로지네이티드 탈로우 4차 암모늄 이온으로 치환된 몬트모릴로나이트 6 중량%, 폴리프로필렌 수지로 용융지수가 8 g/10 분(230 ℃)인 폴리프로필렌 단독중합체 67 중량% 및 용융지수가 8 g/10 분(230 ℃)인 고결정성 프로필렌/에틸렌 블록공중합체 25 중량%, 및 사슬연장제로 2 개의 아미노기를 관능기로 함유하는 1,8-옥탄 디아민 0.1 중량%를 드라이 블렌딩한 후, 170 ℃, 500 rpm의 가공조건에서 동방향 회전 양축압출기를 이용하여 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체를 제조하였다. 상기 제조한 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체의 점토층 분산상태를 투과전자현미경을 이용하여 관찰하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
비교예 1~5
상기 실시예 1에서 하기 표 1과 같은 성분과 조성비로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체를 제조하였다. 하기 표 1의 단위는 중량%이다.
구분 비교예
1 2 3 4 5
용융지수 110g/10분(190℃), 무수말레인산 관능기 1.2 중량% 함유 폴리프로필렌 단독중합체 2 5 2 - -
디메틸, 디하이드로지네이티드 탈로우 4차 암모늄 이온으로 치환된 몬트모릴로나이트 6 6 6 - -
폴리프로필렌 수지 용융지수 8g/10분(230℃)인 폴리프로필렌 단독중합체 - 89 67 - 100
용융지수 8g/10분(230℃)인 고결정성 폴리프로필렌 단독중합체 92 - 25 100 -
2개의 아미노기를 관능기로 함유하는 1,8-옥탄 디아민 - - - - -
상기 실시예 1, 및 비교예 1 내지 5에서 제조한 나노복합체의 물성을 측정하기 위하여 스크류식 사출기(Battenfeld 750CD)를 이용하여 시편을 제작하고, 굴곡탄성율, 인장강도, 파단 신율, 아이조드 충격강도, 열변형온도를 ASTM 규격에 의거하여 평가하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 실시예 1 비교예
1 2 3 4 5
굴곡탄성율(㎏f/㎠) 24,000 18,800 22,100 21,800 14,200 13,200
인장강도 (㎏f/㎠) 431 350 413 405 318 366
파단신율 (%) 120 100 30 100 600 100
충격강도 (㎏f㎝/㎝) 14.3 12.8 4.7 11.1 17.0 4.2
열변형온도 (℃) 131 131 124 128 124 103
상기 표 2를 통하여, 본 발명에 따라 변성 폴리프로필렌, 유기 층상구조점토, 폴리프로필렌 수지, 및 사슬연장제를 포함하는 실시예 1의 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체가 비교예 1 내지 5와 비교하여 강성, 내열성, 및 내충격성이 동시에 우수함을 확인할 수 있었다.
한편, 고결정성 프로필렌/에틸렌 블록공중합체-층상구조점토 나노복합체인 비교예 1은 고결정성 프로필렌/에틸렌 블록공중합체인 비교예 4와 비교하여 점토층 분산효과로 인해 강성 및 내열성은 다소 증가하지만, 내충격성은 오히려 감소하였다. 또한, 일반 폴리프로필렌 단독중합체-층상구조점토 나노복합체인 비교예 3은 폴리프로필렌 단독중합체인 비교예 5와 비교하여 내충격성은 유지하면서 강성 및 내열성이 크게 증가하였다.
본 발명에 따라 제조된 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체는 유기 층상구조점토의 박리, 분산성, 및 고분자 수지와의 친화성이 우수할 뿐만 아니라, 동시에 강성, 내열성, 내충격성 등의 기계적 물성이 현저히 향상되는 우수한 효과가 있다.
제 1도는 본 발명의 일예에 따라 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체를 단계적 혼련 방법으로 제조하는 방법에 대한 개략적인 도식이다.
제 2도는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체의 점토층 분산형태를 나타내는 투과전자현미경 사진이다.

Claims (16)

  1. 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물에 있어서,
    a) 변성 폴리프로필렌 0.1 내지 40 중량%;
    b) 유기 층상구조점토 0.1 내지 40 중량%;
    c) 폴리프로필렌 수지 16 내지 99 중량%; 및
    d) 사슬연장제 0.001 내지 4 중량%
    를 포함하는 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 a)의 변성 폴리프로필렌이 폴리프로필렌 단독중합체, 프로필렌/α-올레핀 공중합체, 및 프로필렌/비공액 디엔계 화합물 공중합체로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 폴리프로필렌을 관능기로 변성시킨 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 관능기가 카르복실산, 무수 카르복실산, 에폭시, 하이드록시, 아미노, 이소시아네이트, 티올, 및 옥사졸린으로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 변성폴리프로필렌은 전체 폴리프로필렌에 대하여 관능기를 0.01 내지 10 중량%로 포함하는 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 a)의 변성 폴리프로필렌은 중량평균분자량이 5,000 내지 5,000,000인 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 b)의 유기 층상구조점토가 유기 오늄 이온으로 치환되는 점토인 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유기 오늄 이온이 암모늄 이온 또는 포스포늄 이온인 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 b)의 유기 층상구조점토가 몬트모릴로나이트, 벤토나이트, 카올린나이트, 마이카, 헥토라이트, 불화헥토라이트, 사포나이트, 베이델라이트, 논트로나이트, 스티븐사이트, 버미큘라이트, 할로사이트, 볼콘스코이트, 석코나이트, 마가다이트, 케냐라이트, 및 파이로필라이트로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 c)의 폴리프로필렌 수지가 폴리프로필렌 단독중합체, 고결정성 폴리프로필렌 단독중합체, 프로필렌/α-올레핀 랜덤공중합체, 프로필렌/α-올레핀 블록공중합체, 고결정성 프로필렌/α-올레핀 블록공중합체, 및 프로필렌/비공역 디엔화합물 공중합체로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 c)의 폴리프로필렌 수지는 용융지수가 0.1~500 g/10 분(230 ℃, 2.16 ㎏)인 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 d)의 사슬연장제가 카르복실산, 무수 카르복실산, 에폭시, 하이드록시, 아미노, 이소시아네이트, 티올, 및 옥사졸린으로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 관능기를 적어도 2 개를 포함하는 다관능성 유기화합물인 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물이 산화방지제, 열안정제, 대전방지제, 핵제, 난연제, 내후안정제, 활제, 안료, 및 염료로 이루어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 첨가제를 추가로 포함하는 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체 조성물.
  13. 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체의 제조방법에 있어서,
    a) 유기 층상구조점토를 변성 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 수지와
    혼합하여 마스터 배치를 제조하는 단계; 및
    b) 상기 a)단계의 마스터배치에 폴리프로필렌 수지 및 사슬연장제를
    가하고 함께 용융 혼련하는 단계
    를 포함하는 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 용융 혼련이 각각의 성분들을 혼합 순서에 따라 단계적으로 투입하는 단계적 혼련 방법 또는 각각의 성분들을 동시에 투입하는 동시 혼련 방법인 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체의 제조방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 용융 혼련이 폴리프로필렌 수지의 용융온도 근처의 온도에서 고속으로 실시되는 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체의 제조방법
  16. 제13항에 있어서,
    상기 혼련이 단축압출기, 동방향 회전 양축압출기, 이방향 회전 양축압출기, 연속 교반기, 및 니이더로 이루어지는 군으로부터 선택되는 가공기기에서 실시되는 폴리프로필렌-층상구조점토 나노복합체의 제조방법.
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