KR100559625B1

KR100559625B1 - 자동차 내장재용 폴리에틸렌계 수지조성물

Info

Publication number: KR100559625B1
Application number: KR1020030055088A
Authority: KR
Inventors: 정기연
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2006-03-10
Also published as: KR20050017153A

Abstract

본 발명은 자동차 내장재용 폴리에틸렌계 수지조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캘린더(Calender) 성형성이 우수한 고밀도 폴리에틸렌 수지에 극성기를 가지는 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene-Vinyl Acetate) 공중합체와 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트(Ethylene-Glycidyl methacrylate) 공중합체(copolymer)를 소정 함량비율로 첨가시켜 수지조성물을 제조함으로써, 이를 고주파 융착용 자동차 내장 표피재로 사용시 캘린더 가공성이 우수하고 고주파 융착(Welding)이 가능하며 냄새가 없어 자동자 내장재용으로 매우 유용한 폴리에틸렌계 수지조성물에 관한 것이다.

폴리에틸렌 수지, 극성, 비극성, 압출코팅, 캘린더 가공, 고주파 융착

Description

자동차 내장재용 폴리에틸렌계 수지조성물{A polyethylene resin composition for automobile interior materials}

도 1은 본 발명에 따른 수지조성물을 고주파 융착 후 내열주기 시험을 위한 1 주기를 나타낸 것이다.

현재 자동차 분야의 내장재 소재로서 고주파 융착 방법으로 접합을 해서 사용하는 제품 중에서 자동차 내장 표피재, 예를 들면 선바이저 표피재, 카매트 윌패드, 시트(seat) 커버 등의 소재로는 캘린더 가공으로 성형을 한 연질 폴리비닐클로라이드(Polyvinylchloride, PVC)가 널리 사용되고 있다.

이중에서도 상기 선바이저 표피재의 경우는 심재(core)로서 비드(Bead)형 폴리프로필렌 폼을 사용하고, 심재를 외관 향상을 목적으로 한 PVC캘린더링 쉬트(Sheet)가 둘러싸고 있으며 그 둘러싼 주위를 고주파 융착으로 접합하고 있다.

그리고, 카매트 휠패드의 경우는 3층구조로 이루어져 있는데, 카매트-상층은 주로 나일론 섬유이며, 중간층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리비닐아세테이트 공중합체 섬유가 직조되어 있고, 최하위층인 백킹재의 경우는 폴리비닐클로라이드 또는 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 공중합체와 PVC캘린더링 쉬트로 된 휠패드를 고분자 융착으로 접합하여 사용하고 있으며, 시트 커버의 경우 PVC캘린더링 쉬트로 된 표피재로 시트를 둘러싸고 그 이음새 부위를 고주파 융착으로 접합하여 사용하고 있다.

상기와 같은 자동차 내장 표피재로 사용되는 PVC수지는 용융장력이 우수하고 롤과의 점착성이 적어 캘린더 가공을 통해 쉬트 성형이 용이하며 또한, 구조적으로 H-C-Cl기를 가지고 있어 고주파 융착이 가능하다. PVC내의 극성 구조인 H-C-Cl은 분자간 전기음성도 차이가 커서 H는 +로 Cl은 -로 분극이 되기 때문에 여기에 고주파 융착 공정 시 고주파가 가해지면 H와 Cl사이의 전이차가 생겨서 큰 마찰열이 발생하고 쉽게 융착이 가능하게 된다.

그러나 이러한 PVC수지의 경우 환경호르몬을 함유하고 있으며 소각시 다이옥신을 생성하기 때문에 유럽에서는 소각에 의한 에너지로의 회수를 금지하고 매립만 허용하고 있는 실정이고, 또한 성형 후 PVC고유의 불쾌한 냄새가 심하다.

이와 같이, 연질의 PVC수지는 캘린더 가공성이 우수하고 저가라는 장점 때문에 현재까지 가장 널리 사용되고 있으나, 재활용이 불가능하고 무엇보다 전세계적으로 환경보호차원에서 엄격히 사용을 규제하고 있어서 실제로 유럽에서는 법률적 규제차원까지 준비된 상태이며 또한, 가소재로 인한 냄새도 심하다.

따라서, PVC수지를 사용할 경우에 발생하는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해서 자동차 생산 업체들은 대체소재 개발에 많은 노력을 기울이고 있는 상황이며, 이러한 대체소재는 높은 용융장력을 지니고 롤과의 점착성이 적어 캘린더 가공을 통한 쉬트의 제조가 가능해야 하며 또한, 고주파 융착에 의한 접합이 가능하도록 극성을 지녀야 하며 성형 후 냄새 또한 없어야 한다.

현재 대체소재로 재활용성이 우수하고 염소성분이 없어서 환경오염 문제가 전혀 없으며 폐기 시 소각에 의한 에너지 회수가 가능하고 냄새 또한 발생하지 않는 폴리올레핀계 열가소성 수지가 대표적으로 사용되고 있으나, 폴리올레핀계 열가소성 수지는 대체로 용융장력이 취약하여 캘린더 가공이 어렵고 또한 구조적으로 비극성이므로 고주파 융착이 불가능한 단점이 있다.

그외에도, 다른 대체소재로서 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체이 사용되나, 이 경우 캘린더 가공성 및 다른 물성은 어느 정도 양호하지만, 불쾌한 냄새는 피할 수 없는 문제로 인식되고 있다.

상기 폴리올레핀계 소재 중 폴리프로필렌계 소재는 인장강도, 굴곡강도, 강성 등의 기계적 물성 및 내약품성 등은 비교적 우수하나 용융장력이 취약하여 캘린더 가공을 통한 쉬트의 제조가 용이하지 않으며 또한 구조적으로 비극성이어서 극성기를 가지고 있어야만 가능한 고주파 융착이 불가능 하다.

또한, 폴리프로필렌계의 이러한 문제점을 해결하고자 폴리프로필렌계 중 용융장력이 우수한 반응형(Reactor Type) 폴리프로필렌을 사용하여 용융장력을 향상시켜 캘린더 가공이 가능하고 폴리프로필렌과 상용성을 가지며 극성이 있는 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트-메틸아크릴레이드(Ethylene-Glycidyl methacrylate-Methyl acrylate) 삼원공중합체 화합물을 과량 첨가하여 고주파 융착을 가능한 폴리프로필렌계 수지가 개발 되었으나, 반응형 폴리프로필렌과 극성 메타크릴레이트 수지가 아주 고가여서 경제성이 좋지 못하며, 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트-메틸아크릴레이트 삼원공중합체가 폴리프로필렌과의 상용성도 우수하지 못해 쉬트의 물성이 저하되는 단점이 있고, 또한 냄새가 아주 심하여 자동차 내장재용 소재로서는 실제로 사용되지는 못하고 있는 실정이다.

이에 본 발명자는 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 연구를 거듭한 결과 용융장력이 우수하고 저렴한 고밀도 폴리에틸렌 수지에 에틸렌과 상용성을 가지는 극성 폴리머를 블렌드하여 그 함량을 적절히 조절하면 캘린더 가공을 통한 양호한 쉬트의 제조가 가능하고 또한 고주파 융착이 가능하며 냄새가 전혀 없는 고주파 융 착용 자동차 내장재용 폴리에틸렌계 수지조성물을 개발할 수 있음을 알게 되었다.

이를 위해, 본 발명자는 용융장력이 우수하고 저렴한 고밀도 폴리에틸렌과 극성 부여 및 폴리에틸렌과 상용성이 있는 에틸렌-비닐아세테이트(Ethylene-Vinyl Acetate) 공중합체, 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체를 적정 비율로 혼합하면 물성의 저하 없이 캘린더 가공을 통한 양호한 쉬트의 성형이 가능하고 고주파 융착이 가능하고 냄새가 전혀 없는 고주파 융착용 자동차 내장재용 폴리에틸렌계 수지조성물을 얻을 수 있음을 알고 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 캘린더 가공을 통한 양호한 쉬트 제조와 고주파 융착이 가능하고 냄새나 공해가 전혀 없는 고주파 융착용 자동차 내장 표피재 예를 들면, 카매트(Car Mat) 휠패드, 선바이저 표피재, 시트 커버용 등의 소재로 매우 유용한 자동차 내장재용 폴리에틸렌계 수지 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 고밀도폴리에틸렌 수지 30 ∼ 70 중량부, 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트(Ethylene-Glycidyl methacrylate) 공중합체 30 ∼ 40 중량부, 및 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene-Vinyl Acetate) 공중합체 10 ∼ 20 중량부를 함유하는 자동차 내장재용 폴리에틸렌계 수지조성물을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 캘린더 성형성이 우수한 고밀도 폴리에틸렌 수지에 고주파 융착이 가능하도록 극성을 부여하기 위해, 폴리에틸렌 수지와 상용성이 있고 극성기를 가 지는 수지인 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체와 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체를 첨가함으로써 냄새가 없으며 캘린더 가공성이 우수하고 또한 고주파 융착이 가능하여 고주파 융착용 자동차 내장 표피재 예를 들면, 카매트 휠패드, 선바이저 표피재, 시트 커버 용으로 매우 유용한 자동차 내장재용 폴리에틸렌 수지조성물에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 수지조성물을 구성하는 성분에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 폴리에틸렌 수지조성물에서 기본 원료로 사용되는 고밀도 폴리에틸렌 수지는 전체 수지조성물 중에 30 ∼ 70 중량부 함유한다. 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지는 밀도 0.935 ∼ 0.965 g/cm³의 것을 사용하는 것이 캘린더 가공성면에서 우수하다. 또한, 용융지수가 0.05 ∼ 5 g/10min(190 ℃)을 사용하며, 더욱 바람직하게는 용융지수 3 g/10min(190 ℃) 이하의 것을 사용하는 것이 좋으며, 용융지수가 5 g/10min을 초과하면 용융장력이 취약하여 캘린더 가공을 통한 쉬트로의 제조가 불가능하다. 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지의 함량이 30 중량부 미만이면 상대적으로 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체와 에틸렌비닐아세테이트공중합체가 많아져 캘린더 가공시 롤에 점착이 심하여 캘린더 가공성이 좋지 못하며, 70 중량부를 초과하면 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체와 에틸렌비닐아세테이트공중합체 사용량이 줄어들어 극성이 충분히 부여되지 못해 고주파 융착이 불가능하다.

본 발명의 폴리에틸렌 수지조성물에서 조성물에 고주파 융착을 위한 극성 부여를 위해 사용하는 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체는 전체 수지조성물 중에 30 ∼ 40 중량부 함유한다. 이때, 상기 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체는 글리시딜메타크릴레이트(Glycidyl Methacrylate) 함량이 30 중량부 이상인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 30 ∼ 40 중량부인 것이 좋다. 이러한 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체의 에틸렌 부분은 폴리에틸렌과의 상용성을 부여해 주고, 글리시딜메타크릴레이트 부분은 극성을 부여해 준다. 따라서, 글리시딜메타크릴레이트의 함량이 많을수록 극성을 많이 가지므로 고주파 융착에 유리하나 냄새가 심해지고 점착성이 증가하는 단점이 있다. 따라서 이러한 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체의 함량이 30 중량부 미만이면 극성기 함량이 충분하지 않아 고주파 융착이 불가능하거나 융착이 가능하더라도 내열 주기(CYCLE) 테스트 3회 실시 후에는 융착이 유지되지 않고 떨어져 버리는 문제가 있고, 40 중량부를 초과하면 가격이 높아 원가부담이 클 뿐 아니라 점착성이 높아져 캘린더 가공시 롤에 점착이 심하여 캘린더 가공이 용이하지 못한 문제가 있다.

본 발명의 폴리에틸렌 수지조성물에서 조성물에 고주파 융착을 위한 극성 부여를 위해 사용하는 에틸렌비닐아세테이트 공중합체는 전체 수지조성물 중에 10 ∼ 20 중량부 함유한다. 이때, 상기 에틸렌비닐아세테이트 공중합체는 비닐아세테이트 함량이 30 ∼ 40 중량부, 용융지수 3 ∼ 10 g/10min(190 ℃), 바람직하게는 3 ∼ 5 g/10min(190 ℃) 인 것을 사용하며, 용융지수가 3 g/10min(190 ℃) 미만이면 롤에 점착되어 캘린더 가공성 불가능한 문제가 있고, 10 g/10min(190 ℃)를 초과하면 캘린더 성형서 시트 처짐현상이 심하여 캘린더 가공성이 불가능한 문제가 있다. 상기 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체의 에틸렌 부분은 폴리에틸렌과의 상용성을 부여해 주고, 비닐아세테이트 부분은 극성을 부여해 준다. 따라서, 비닐아세테이트 함량이 많을수록 극성을 많이 가지므로 고주파 융착에 유리하나, 바람직하게는 상기 범위의 것이 좋다. 따라서 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 함량이 10 중량부 미만이면 융착을 위해서는 상대적으로 고가인 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체를 많이 첨가해야 하므로 원가 상승과 캘린더 가공의 어려움 등의 문제점들이 있어 실제적으로 적용하기에는 불가능하며, 20 중량부를 초과하면 캘린더 가공 시 점착성이 높아 롤에 점착이 발생하여 캘린더 가공이 용이하지 못한 문제가 있다.

상기 나타낸 바와 같이 본 발명에서 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체와 에틸렌비닐아세테이트공중합체는 공히 고주파 융착을 위한 극성기 부여를 위해 사용되는데 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체를 단독으로 사용해도 극성기 부여가 뛰어나 융착이 잘되나 가격이 고가여서 실제 산업에 적용하는데 거의 불가능할뿐 아니라 캘린더 가공시 롤 표면으로 저분자 물질이 이행되어 생성된 쉬트를 실제적으로 적용하기가 어렵고 냄새도 심하다. 따라서, 저가이면서 극성을 가지는 에틸렌비닐아세테이트공중합체를 혼합하는 것인데, 상기 에틸렌비닐아세테이트공중합체단독으로는 극성부여가 충분치 못하여 융착이 되지 않으므로, 본 발명에서는 이를 해결하기 위해 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체와 에틸렌비닐아세테이트공중합체를 적절히 혼합하여 사용하므로서 본 발명의 목적을 달성할 수 있게 된 것이다.

이와 같이, 본 발명은 폴리올레핀계 소재 중 폴리프로필렌계에 비해 상대적으로 용융장력이 우수하여 캘린더 가공은 유리하고 경제성 또한 우수한 고밀도 폴리에틸렌 수지를 사용하고, 고주파 융착이 가능하게 하기 위해 비극성인 폴리에틸렌 수지에 극성을 부여해 줄 목적으로 극성기를 가지는 수지인 에틸렌-비닐아세테 이트 공중합체와 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체를 첨가하는 데 특징이 있다.

특히, 본 발명은 극성고분자와 우수한 상용성을 가지는 폴리에틸렌 수지를 사용하는데 특징이 있는 바, 이는 극성고분자의 대부분이 에틸렌 블록을 가지는 공중합체 이기 때문이다. 상기 극성고분자로는 에틸렌 블록과 극성기를 가지는 카르복실기, 수산화기, 에폭시기 등의 블록을 가지는 공중합체를 함유하는 고분자를 사용할 수 있으며, 특히 본 발명에서는 폴리에틸렌과 블렌드시 물성 저하가 전혀 없이 극성을 가지는 에틸렌비닐아세테이트 공중합체와 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체를 사용하는데 특징이 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 용융장력이 우수한 고밀도 폴리에틸렌 수지에 폴리에틸렌 수지와 상용성을 가지는 극성고분자를 블렌딩하여 그 함량을 적절히 조절함으로써 캘린더 가공을 통한 쉬트의 제조가 용이하며 또한 고주파 융착이 가능하고 냄새가 전혀없는 고주파 융착용 자동차 내장 표피재 예를 들면, 카매트(Car Mat) 휠패드, 선바이저 표피재, 시트 커버 용으로 매우 유용한 자동차 내장재용 폴리에틸렌계 수지 조성물을 얻을 수 있다.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는 바, 다음 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.

실시예1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 6

고밀도 폴리에틸렌(A, A-1), 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체(B, B- 1), 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(C)를 다음 표 1에 나타낸 함량과 같이 혼합하여 수지 조성물을 제조한 후, 조성물을 캘린더 성형기에서 쉬트형태로 제조하여 고주파 융착을 하여 고주파 융착성, 냄새 등을 다음과 같이 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

상기한 방법에 의해 제조된 조성물의 특성 평가 방법은 다음과 같다. 각 조성물을 캘린더 가공으로 300 mm ×500 mm ×2 mm의 쉬트로 휠커버를 제조하여, 고주파를 흘려주어 카매트와 융착을 하고 냄새를 측정하여 실제적으로 적용이 가능한 양호한 쉬트로의 성형이 가능한지와 융착이 가능한지, 그리고 냄새가 양호한지에 대해 평가를 하는데 그 평가 방법은 다음과 같다.

1) 캘린더 가공을 통한 양호한 쉬트 제조성: 캘린더 가공을 통해 쉬트로의 제조가 가능해야 하며 제조한 쉬트도 카매트 휠커버용으로 적용이 가능하도록 표면 상태가 양호 해야함.

2) 고주파 융착성: 하기 두가지 항목에 대하여 평가

① 고주파 융착 직후의 육안 확인: 고주파 융착 직 후 융착됨을 육안으로 확인한다.

② 고주파 융착 후 내열 주기 테스트 3회 실시 후의 융착 유지 확인: 고주파 융착 후 내열 주기 시험기에 융착한 제품을 넣고 도 1과 같이 시간에 따라 온도와 습도를 설정하여 1 주기(Cycle)로 정의 하고 이를 3회를 실시 후 융착이 유지됨을 확인한다.

3) 냄새: 카매트 완제품을 10 cm ×10 cm ×1.5 cm의 크기로 절단 후 4 리터 용량 의 밀폐된 용기에 넣은 후 60 ±2 ℃로 1시간 20분 가량 가열 후 20분간 방냉한 후 냄새를 측정하였다. 냄새 평가는 5인이 평가를 하며 총 5등급으로 하여 냄새가 난다고 평가하는 사람수를 5에서 차감하여 평가한다. 통상 자동차사가 원하는 수준은 4급 이상을 양호하다고 평가한다. 냄새의 경우 등급이 높을수록 냄새가 없는 것으로 의미하며 자동차 내부의 실내 환경과 품질의 상승 차원에서 그 의미가 있다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 ∼ 4의 수지조성물은 캘린더 가공성이 우수하고, 고주파 융착이 가능하며 냄새 또한 없는 것을 확인 할 수 있었다. 반면에, 본 발명의 범위를 벗어난 고밀도 폴리에틸렌 수지를 사용한 비교예 1은 캘린더 가공성이 나쁜 문제가 있음을 확인하였으며, 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체를 사용하지 않은 비교예 2는 내열주기시험3회 실시 후 융착이 유지되지않고 떨어져 버리는 문제가 있으며, 본 발명의 범위를 벗어난 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트-메틸아크릴레이트 삼원공중합체를 사용하여 냄새가 발생하며 내열주기시험3회 실시 후 융착이 유지되지않고 떨어져 버리는 문제가 있으며, 본 발명의 범위를 벗어난 함량을 갖는 비교예 4와 6은 캘린더 가공성이 나쁘며 냄새 또한 발생함을 확인하였다. 그리고, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체를 함유하지 않은 비교예 5도 캘린더 가공성이 나쁘며 냄새 또한 발생함을 확인하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리에틸렌계 수지조성물은 고밀도 폴리에틸렌 수지, 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 공중합체 및 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체를 사용하여 제조함으로서 캘린더 가공을 통한 쉬트의 제조와 고주파 융착이 가능하고 냄새가 전혀 없어, 기존의 자동차 내장재용 PVC 수지를 대체하여 사용시 환경 호르몬의 폐해를 막을 수 있으며, 100% 재활용이 가능하여 환경 친화적인 소재로서 매우 경제적인 효과가 있다. 또한 PVC사용 시 발생하는 냄새 문제도 해결되어 자동차 내장재의 품질향상도 가능하므로, 자동차 내장 표피재 예를 들면, 카매트 휠패드, 선바이저 표피재, 시트 커버용으로 매우 유용하게 사용할 수 있다.

Claims

고밀도폴리에틸렌 수지 30 ∼ 70 중량부,

에틸렌-글리시딜메타크릴레이트(Ethylene-Glycidyl methacrylate) 공중합체 30 ∼ 40 중량부, 및

에틸렌비닐아세테이트(Ethylene-Vinyl Acetate) 공중합체 10 ∼ 20 중량부

를 함유하는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 폴리에틸렌계 수지조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 고밀도폴리에틸렌 수지는 밀도 0.935 ∼ 0.965 g/cm³이고, 용융지수가 0.05 ∼ 5 g/10min(190 ℃)인 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 폴리에틸렌계 수지조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트(Ethylene-Glycidyl methacrylate) 공중합체는 글리시딜메타크릴레이트의 함량이 30 ∼ 40 중량부인 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 폴리에틸렌계 수지조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 에틸렌비닐아세테이트(Ethylene-Vinyl Acetate) 공중합체는 비닐아세테이트 함량이 30 ∼ 40 중량부이고, 용융지수가 3 ∼ 10 g/10min(190 ℃)인 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 폴리에틸렌계 수지조성물.