KR100619642B1 - 폴리올레핀 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특정한 카르복실산 변성도(Pc1), 수소 결합성 카르복실 변성도 PcH)의 변성 폴리올레핀 수지, 변성 층상 규산염 및 폴리올레핀 수지를 함유하는 폴리올레핀 수지 조성물을 제공하며, 상기 폴리올레핀 수지 조성물은 내열성 및 난열성이 우수하다.
카르복실산 변성도, 수소 결합성 카르복실 변성도, 변성 폴리올레핀 수지, 변성 층상 규산염, 폴리올레핀 조성물, 폴리에틸렌 수지

Description

폴리올레핀 수지 조성물 {Polyolefin Resin Composition}
본 발명은 내열성, 난연성이 우수한 폴리올레핀 수지 조성물 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등으로 대표되는 폴리올레핀 수지는 포장용 자재, 자동차 재료, 가전 제품 재료 등 여러가지 용도로 사용되고 있다. 이들 폴리올레핀 수지의 기계 특성이나 내열성을 개선하기 위해 활석이나 유리 섬유와 같은 무기물을 충전제로서 혼합하는 방법이 이전부터 검토되어 왔다. 그러나, 이들 방법에서 무기 충전제는 수지 중에서 마이크로미터 오더로 응집되어 있기 때문에 충분한 효과를 얻기 위해서는 상당한 양의 무기 충전제가 필요하며, 경량화를 필요로 하는 용도에는 부적합하다는 문제가 있었다.
한편, 양이온성 계면 활성제로 처리한 층상 규산염과 나일론, 폴리아세탈 등의 극성 중합체를 용융 혼련함으로써 얻어지는 복합 재료는 층상 규산염이 수지 중에 나노오더로 분산되어 있기 때문에, 비교적 적은 첨가량으로 수지의 탄성률이나 내열성을 향상시킨다는 것이 보고되어 있다. 그러나, 상기 방법은 층상 규산염과 친화성이 높은 극성 중합체로 한정되어 있고, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀에는 적용할 수 없었다.
상기 문제를 해결하기 위해 일본 특허 공개 (평)10-30039호 공보에는 불포화 카르복실산 또는 그의 유도체, 및 이들과의 반응성비의 곱이 1 이하가 되는 단량체(예를 들면 스티렌 등)를 블럭 공중합 또는 그래프트 공중합시킨 변성 폴리올레핀 수지와 변성 처리한 층상 규산염을 용융 혼련하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 의하면, 충전제인 층상 규산염을 폴리올레핀 수지 중에 균일하게 분산할 수 있다고 보고되어 있고, 이 방법으로 얻어진 폴리올레핀 복합 재료는 탄성률, 내열성이 우수하다고 보고되어 있다. 그러나, 이 방법에서는 불포화 카르복실산 또는 그의 유도체와 스티렌 등의 단량체와의 2종을 블럭 공중합 또는 그래프트 공중합시키지 않으면 효과가 발현되지 않기 때문에, 그의 제조 공정이 복잡하다는 문제점이 있었다. 또한, 변성 폴리올레핀 중의 변성량이 많기 때문에, 소수성 등의 본래의 폴리올레핀의 특성이 상실된다는 문제점이 있었다.
한편, 일본 특허 공개 (평)10-182892호 공보에는 관능기 함유 폴리올레핀 올리고머에 의해 삽입시킨 층상 규산염을 사용함으로써, 폴리올레핀 수지 매트릭스 중에 층상 점토 광물을 양호하게 분산시키는 방법이 개시되어 있다. 구체적으로는 폴리프로필렌 중에 층상 규산염을 고분산시키기 위해, 특정량의 말레산 변성 폴리올레핀 올리고머가 첨가되어 있다.
그러나, 개시된 방법은 폴리프로필렌에는 적용할 수 있어도 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 등의 폴리에틸렌 수지에는 동일한 수법을 이용하여도 층상 규산염을 고분산시킬 수는 없다는 것이 본 발명자의 연구에 의해 밝혀졌다.
본 발명자는 변성 층상 규산염, 변성 폴리올레핀 수지 및 폴리올레핀 수지를 함유하는 폴리올레핀 수지 조성물의 변성 폴리올레핀 수지가 특정한 조건을 충족하는 카르복실산 변성 폴리올레핀인 경우, 폴리에틸렌을 포함하는 모든 폴리올레핀 수지 중에 계면 활성제로 처리하여 얻어지는 변성 층상 규산염을 균일하게 분산시킬 수 있다는 것을 발견하고, 그와 같이 하여 얻어진 본 발명의 폴리올레핀 수지 조성물은 본래의 폴리올레핀 수지가 갖는 소수성 등의 특성을 잃지 않고서도 내열성 및 난연성이 향상된다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
또한, 층상 규산염의 변성제로서 비이온성 계면 활성제를 사용했을 경우에는 층상 규산염을 처리한 후 변성 층상 규산염을 단리할 필요가 없기 때문에, 간편하게 폴리올레핀 수지 조성물을 제조할 수 있다는 것을 발견하였다.
즉, 본 발명은 이하와 같다.
1. 변성 층상 규산염, 변성 폴리올레핀 수지 및 폴리올레핀 수지를 함유하는 폴리올레핀 수지 조성물이며, 상기 변성 폴리올레핀 수지가 적외 흡수 스펙트럼으로부터 수학식 1을 이용하여 구한 카르복실산 변성도(Pc1)가 0.030 내지 0.100이고, 수학식 2를 이용하여 구해지는 수소 결합성 카르복실 변성도(PcH)가 0.80 이상인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물.
Pc1 = ICO3/ICH2
PcH = ICO2/(ICO1+ICO2)
식 중, ICH2는 2920 cm-1에서 존재하는 피크의 적외 흡수 강도이고, ICO1은 1780 내지 1790 cm-1에서 존재하는 피크의 적외 흡수 강도이며, ICO2는 1710 내지 1720 cm-1에서 존재하는 피크의 적외 흡수 강도이고, ICO3은 ICO1+ICO2이다.
2. 상기 1에 있어서, 상기 변성 층상 규산염, 변성 폴리올레핀 수지 및 폴리올레핀 수지의 질량 조성비(변성 층상 규산염 / 변성 폴리올레핀 수지 / 폴리올레핀 수지)가 0.01 내지 40 / 0.1 내지 50 / 50 내지 99.89인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물.
3. 상기 1 또는 2에 있어서, 상기 변성 층상 규산염이 층상 규산염의 층간에 비이온성 계면 활성제를 삽입하는 층간 삽입법에 의해 제조된 것임을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물.
4. 상지 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리올레핀 수지가 폴리에틸렌 수지인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물.
5. 상기 변성 층상 규산염, 변성 폴리올레핀 수지 및 폴리올레핀 수지를 용융 혼련하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 상기 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 폴리올레핀 수지 조성물의 제조 방법.
도 1은 실시예 1에서 사용한 변성 폴리올레핀 수지의 적외 흡수 스펙트럼이다.
도 2는 도 1의 적외 흡수 스펙트럼의 1600 cm-1 내지 1900 cm-1의 확대도이다.
도 3은 비교예 4에서 사용한 변성 폴리올레핀 수지의 적외 흡수 스펙트럼이다.
도 4는 도 3의 적외 흡수 스펙트럼의 1600 cm-1 내지 1900 cm-1의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1, 비교예 1, 비교예 4에서 얻어진 폴리올레핀 수지 조성물 필름의 X선 회절 패턴을 나타내는 그래프이다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에서 사용되는 변성 층상 규산염은 층상 규산염을 변성한 것이다. 층상 규산염이란 활석(talc), 납석(pyrophillite), 녹점토(smectite), 질석(vermiculite), 운모(mica) 등의 2:1형의 점토 광물이다. 이들은 천연 광물을 정제한 것, 수열 합성, 용융 합성, 소성 합성에 의해 얻어진 것 등 중 하나일 수 있으며, 그 중에서도 녹점토 및 운모, 특히 불소화한 합성 운모 등이 바람직하다. 녹점토의 경우에는 그 종류로서 천연산 몬모릴로나이트나 베이델라이트, 합성 헥토라이트, 합성 사포나이트 등을 들 수 있다.
본 발명에서 변성 층상 규산염에서의 변성이란 호스트인 층상 규산염과 별도의 화합물이 화학적 결합, 이온 결합, 수소 결합 등을 한 것이면 특별히 제한되지 않는다.
구체적인 변성 방법으로서는, 예를 들면 층상 규산염의 각 층의 마이너스 전하와 수소 결합할 수 있는 화합물을 층간에 삽입하는 층간 삽입 방법이 있다.
층간 삽입 방법을 위한 화합물은 한정되지 않으며, 예를 들면 장쇄의 알코올, 카르복실산, 계면 활성제, 실란 커플링제 등이 사용되지만, 그 중에서도 계면 활성제가 바람직하다.
계면 활성제로서 음이온성, 양이온성, 비이온성 및 양성의 계면 활성제를 사용할 수 있다. 바람직하게는 양이온성 및 비이온성 계면 활성제이다.
양이온성 계면 활성제의 예로서는, 도데실트리메틸암모늄 브로마이드 또는 도데실트리메틸암모늄 클로라이드나, 옥타데실트리메틸암모늄 브로마이드 등의 4급 암모늄염, 옥타데실트리메틸아민 등의 아민류 등을 들 수 있다.
비이온성 계면 활성제의 친수부로서는 에틸렌옥시드(EO), 프로필렌옥시드(PO), 또는 그의 공중합체, 수산기 등을 들 수 있다. 소수부로서는 장쇄의 포화 또는 불포화의 알킬기 등을 들 수 있다. 따라서, 비이온성 계면 활성제의 구체예 로서, 예를 들면 폴리에틸렌글리콜 스테아릴에테르, 폴리에틸렌글리콜 라우릴에테르 등의 폴리에틸렌글리콜의 에테르류, 폴리에틸렌글리콜 스테아레이트, 폴리에틸렌글리콜 라우레이트 등의 폴리에틸렌글리콜의 카르복실산 에스테르류 등을 들 수 있다.
본 발명에서는 변성 수단으로서 층상 규산염 말단의 실라놀기를 커플링제 처리하는 방법 등으로 층상 규산염끼리 3차원 가교하는 수단도 들 수 있다.
또한, 본 발명에서 폴리올레핀 수지 조성물이 높은 내열성, 난연성을 나타내기 위해서는, 원료인 변성 층상 규산염의 층간 거리(h0)를 특정한 값으로 하는 것이 바람직하다. 대략 5.83 옹스트롬 초과 20.00 옹스트롬 미만인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 8.90 옹스트롬 초과 15.50 옹스트롬 미만이다.
또한, h0의 값은 X선 회절에 의해 하기 수학식으로 구할 수 있다.
h0(옹스트롬) = d0(옹스트롬)-9.5
(여기서, d0(옹스트롬) = 1.54/2 sinθ임)
h0은 층상 규산염의 변성제, 예를 들면 계면 활성제의 경우에는 그의 소수부의 쇄 길이에 의해 제어할 수 있다. 쇄 길이가 길 수록 h0은 커진다. 양이온성 계면 활성제를 사용하는 경우에는 암모늄염의 헤드 그룹(1급, 2급 또는 3급)에 의해서도 h0을 변화시킬 수 있다. 동일한 계면 활성제를 사용하는 경우에도 이온 교환량(charge exchange capacity: CEC)이 다른 층상 규산염을 사용함으로써 h0을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리올레핀 수지 조성물이 보다 우수한 내열성 및 높은 난연성을 나타내기 위해서는, 층상 규산염의 미결정의 종횡비(층의 길이/층의 두께)가 500 이상인 것이 바람직하고, 3000 이상인 것이 보다 바람직하다. 층상 규산염의 종횡비는 주사형 전자 현미경(SEM) 또는 투과형 전자 현미경(TEM)의 측정으로부터 구할 수 있다.
이어서, 본 발명에서 사용되는 변성 폴리올레핀 수지란, 폴리올레핀 수지의 주쇄 및 측쇄를 화학 수식한 것을 의미한다. 화학 수식은 적어도 카르보닐기를 갖는 변성기로 수식되어 있을 수 있으며, 카르보닐기 이외에 수산기, 니트로기, 이미드기 등의 관능기를 함유할 수도 있다. 또한, 변성기는 폴리올레핀 수지의 분자 말단에 존재하는 것이 바람직하다. 양쪽 말단이 변성기인 폴리올레핀 수지도 바람직하게 사용된다. 폴리올레핀 수지 구조가 분지되어 있는 경우에는 말단이 3개 이상 존재하는 경우가 있다. 이 경우, 기본적으로는 어느 말단이나 변성기를 함유할 수도 있지만, 주쇄 말단에 변성기가 있는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 말단에 변성기를 갖는 것, 다른 종류의 변성기를 복수개 포함하는 폴리올레핀 수지도 바람직하게 사용된다.
변성 폴리올레핀 수지의 제조 방법에 특별히 한정은 없으며, 폴리올레핀 수지를 중합하고 나서 변성하는 중합형, 또는 고분자량 폴리올레핀 수지를 분해할 때 변성하는 방법 등을 들 수 있는데, 그 중에서도 중합법이 바람직하다.
또한, 본 발명의 변성 폴리올레핀 수지에 사용하는 폴리올레핀 수지로서는, 예를 들면 에틸렌, 프로필렌, 부텐-1, 헥센-1 등의 α-올레핀의 단독중합체 또는 이들의 2종 이상을 포함하는 랜덤 또는 블럭 공중합체가 있으며, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐-1, 폴리이소부텐, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등을 들 수 있다. 또한, 미쯔이 가가꾸(주) 제조의 아펠(상표), 닛본 제온(주) 제조의제오넥스(상표) 등으로 대표되는 환상 폴리올레핀도 바람직하게 사용된다.
폴리에틸렌 수지로서는 고압법 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 에틸렌에 α-올레 핀을 공중합한 직쇄상 저밀도 및 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 에틸렌-α-올레핀 공중합 플라스토머 또는 엘라스토머, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌 프로필렌-디엔 고무(EPDM) 등을 들 수 있고, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
변성 폴리올레핀 수지의 분자량에는 한정은 없지만, 폴리올레핀 수지와의 상용성면에서 중량 평균 분자량(Mw)이 1000 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에서 폴리올레핀 수지 조성물이 높은 내열성 및 난연성을 나타내기 위해서는, 변성 폴리올레핀 수지의 카르복실산 변성도 Pc1이 0.030 내지 0.100의 범위인 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는 0.040 내지 0.060의 범위이다. Pc1이 0.030보다 낮은 경우에는, 전체 카르복실산 변성도가 낮기 때문에 얻어지는 폴리올레핀 수지 조성물의 물성이 향상되지 않는다. 0.100보다 큰 경우에도 마찬가지로 물성은 향상되지 않는다.
또한, Pc1의 범위가 0.030 내지 0.100인 것에 추가하여, 수소 결합성 카르복실 변성도 PcH가 0.80 이상인 경우에는, 얻어지는 폴리올레핀 수지 조성물 중에서의 변성 층상 규산염의 분산성이 현저하게 높고 내열성 및 난연성이 보다 향상된다. 또한, PcH는 0.85 이상인 것이 바람직하고, 0.88 이상인 것이 보다 바람직하다.
PcH의 상한선은 특별히 없지만, 모두가 수소 결합성 카르복실기(PcH = 1)일 수도 있다.
본 발명의 변성 폴리올레핀 수지의 카르복실산 변성도(Pc1) 및 수소 결합성 카르복실 변성도(PcH)는 적외 흡수 스펙트럼 측정에 의해 구해진다.
또한, 카르복실산 변성도(Pc1) 및 수소 결합성 카르복실 변성도(PcH)는 하기 수학식 1 및 2로 정의된다.
<수학식 1>
Pc1 = ICO3/ICH2
<수학식 2>
PcH = ICO2/(ICO1+ICO2)
식 중, ICH2는 2920 cm-1에서 존재하는 피크의 적외 흡수 강도이고, ICO1은 1780 내지 1790 cm-1에서 존재하는 피크의 적외 흡수 강도이며, ICO2는 1710 내지 1720 cm-1에서 존재하는 피크의 적외 흡수 강도이고, ICO3은 ICO1+ICO2이다.
여기서, ICH2는 메틸렌기의 비대칭 신축 진동에 귀속되는 피크의 적외 흡수 강도이고, 변성 폴리올레핀 수지의 주골격에 대응하는 것이며, 모든 폴리올레핀 수지에서 확인된다. 경우에 따라서는 피크 정상이 (2920±3) cm-1가 되는 경우가 있는데, 그 경우에는 그 피크의 적외 흡수 강도를 ICH2로 한다.
한편, ICO1 및 ICO2는 모두 카르보닐의 신축 진동에 귀속하는 피크의 적외 흡수 강도이고, ICO1은 카르복실산끼리 탈수 축합 중합하여 발생한 카르복실산 무수물의 카르보닐로부터 유래하는 피크의 적외 흡수 강도이며, ICO2는 카르복실산으 로부터 유래하는 카르보닐 피크의 적외 흡수 강도이다.
이들 귀속에 대해서는, 예를 들면 "적외선 흡수 스펙트럼"(나까니시 고지, P.H.Solomon, 후루다떼 노부오 공저, 난꼬도)에 기재되어 있다. 또한, ICO3은 ICO1과 ICO2의 합이다.
이하에 본 발명에서 사용되는 적외 흡수 스펙트럼의 측정 방법에 대해 설명한다.
변성 폴리올레핀의 적외 흡수 스펙트럼 측정을 행하기 위해서는 변성 폴리올레핀 수지의 고체 샘플을 분쇄하고, 그 박편을 그대로 투과법으로 적외 흡수 측정하는 것으로 하지, 용제에 용해한 후 필름 등으로 성형하는 방법은 이용하지 않는다. 이것은 용해, 건조 과정 등에서 변성 폴리올레핀 수지의 변성도가 변화될 가능성이 있기 때문이다.
이하, 도 1 내지 도 4를 예로 들어 변성도 Pc1 및 PcH의 산출법을 구체적으로 설명한다.
도 1은 실시예 1의 변성 폴리올레핀 수지의 적외 흡수 스펙트럼의 차트이다. ICH2에 대응하는 피크를 도면 중에 나타내었다. 도 2는 도 1의 적외 흡수 스펙트럼의 차트 중에서 카르보닐기에 상당하는 흡수가 확인되는 1600 cm-1 내지 1900 cm-1 부근의 스펙트럼을 확대하여 나타낸 것이다. ICO1, ICO2에 대응하는 피크를 각각 도면 중에 나타내었다.
ICO1 및 ICO2의 적외 흡수 강도를 산출하는 경우에는, 기준선을 그어 그 기 준선에 피크 정상으로부터 직선을 긋고 기준선까지의 거리를 IC01 및 IC02라고 한다. 따라서, 도 1, 도 2로부터 구하는 Pc1은 0.058이 되고, PcH는 0.88이 된다.
도 3는 비교예 4의 변성 폴리올레핀 수지의 적외 흡수 스펙트럼의 차트이다. 또한, 도 4는 도 3의 차트의 1600 cm-1 내지 1900 cm-1 부근의 확대도이다. 도 1, 도 2의 경우와 마찬가지로 Pc1, PcH를 구하면 Pc1은 0.101이 되고, PcH는 0.49가 된다.
본 발명에서 사용할 수 있는 변성 폴리올레핀 수지는 이상의 요건을 충족하면 상관없지만, 바람직한 예로서 말레산 변성 올레핀 올리고머인 미쯔이 가가꾸(주) 제조의 하이-왁스 2203A, 하이-왁스 1105A(모두 상표명) 등의 시판품을 들 수 있다. 그 중에서도 하이-왁스 2203A가 보다 바람직하다.
이상, 본 발명에서 사용할 수 있는 변성 폴리올레핀 수지에 대해 설명했지만, 변성 폴리올레핀 수지와 함께 본 발명의 폴리올레핀 수지 조성물에 사용되는 폴리올레핀 수지는, 변성 폴리올레핀 수지에 사용한 폴리올레핀 수지와 동일한 폴리올레핀 수지를 사용할 수 있다. 또한, 폴리올레핀 수지는 변성 폴리올레핀 수지에 사용한 폴리올레핀 수지와 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
이상, 본 발명의 폴리올레핀 수지 조성물을 구성하는 변성 층상 규산염, 변성 폴리올레핀 수지, 폴리올레핀 수지에 대해 설명하였다.
또한, 변성 층상 규산염은 폴리올레핀 수지 조성물의 내열성 및 난연성 향상에 기여하고 있지만, 변성 층상 규산염의 비율이 지나치게 크면 용융 점도가 증가 하고, 가공성이 저하된다. 따라서, 변성 층상 규산염, 변성 폴리올레핀 수지 및 폴리올레핀 수지의 질량 조성비(변성 층상 규산염 / 변성 폴리올레핀 수지 / 폴리올레핀 수지)는 0.01 내지 40 / 0.1 내지 50 / 50 내지 99.89일 필요가 있다. 바람직하게는 0.1 내지 20 / 2 내지 30 / 60 내지 97.9이고, 보다 바람직하게는 2 내지 10 / 5 내지 10 / 80 내지 93이다.
본 발명의 폴리올레핀 수지 조성물에는 해당 분야에서 통상 사용되는 산화 방지제, 블록킹 방지제, 열안정제, 자외선 흡수제, 난연제, 염료, 안료, 가소제 등의 첨가제를 첨가할 수 있다. 필요에 따라 무기, 유기의 보강제를 첨가할 수 있다. 또한, 폴리올레핀 수지 이외의 수지를 블렌드할 수도 있다.
이어서, 본 발명의 폴리올레핀 수지 조성물의 제조 방법에 대해 설명한다.
변성 층상 규산염, 변성 폴리올레핀 수지 및 폴리올레핀 수지의 혼합 방법으로서는 해당 분야에서 사용되는 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 벤버리 믹서, 롤 믹서 등의 혼련기나 2축 압출기 등 통상 이용하는 방법으로 혼합 분산하는 것이 바람직하며, 혼련기를 이용하는 경우에는 각 성분의 첨가 순서를 이하와 같이 하는 것이 바람직하다. (1) 변성 폴리올레핀 수지와 변성 층상 규산염을 혼합하여 5 내지 10 분 정도 혼련하고, 이어서 폴리올레핀 수지를 첨가하여 추가로 5 내지 10 분 정도 혼련하는 혼합 방법, 또는 (2) 변성 폴리올레핀 수지와 변성 층상 규산염을 용융 혼련하여 마스터 배치로 하고 나서 그 일부에 폴리올레핀 수지를 고체 상태로 혼합한 후, 용융 혼련하는 혼합 방법, 또는 (3) 압출기를 사용하는 경우에는 혼련 전에 변성 폴리올레핀 수지, 변성 층상 규산염, 폴리올레핀 수지를 고체 상태로 혼 합한 후, 압출기에 투입하여 용융 혼련하는 혼합 방법을 들 수 있다.
이상과 같이 하여 얻어지는 본 발명의 폴리올레핀 수지 조성물은 변성 층상 규산염이 균일하게 분산되어 있기 때문에 내열성, 난연성이 우수한데, 본 발명에서 분산성은 이하의 방법으로 평가한다.
구체적으로는, 본 발명에 있어서 변성 층상 규산염의 분산성이 높은지의 여부는 X선 회절법에 의해 구해지는 변성 층상 규산의 층간 거리(h)로부터 평가한다.
h가 큰, 예를 들면 65 옹스트롬 이상인 폴리올레핀 수지 조성물은 현저하게 내열성 및 난연성이 높다. 폴리올레핀 수지 조성물 중의 변성 층상 규산의 층간 거리(h)는 X선 회절법을 이용하여 하기 수학식에 의해 구할 수 있다.
h(옹스트롬) = d(옹스트롬)-9.5
여기서, 9.5 옹스트롬은 변성 층상 규산염의 1층의 두께이고, 어느 변성 층상 규산염을 사용하더라도 값은 거의 변하지 않는다. d는 X선 회절 측정에 의해 변성 층상 규산의 001 면의 저면 반사에 상당하는 피크 위치(2θ)로부터 하기 브래그식을 이용하여 산출할 수 있다.
d(옹스트롬) = 1.54/2 sinθ
도 5를 이용하여 더 설명한다. 도 5 중의 a, b, c는 각각 실시예 1, 비교예 1, 비교예 4의 폴리올레핀 수지 조성물 중의 변성 층상 규산염이고, 도 5 중의 d는 원료인 변성 층상 규산염(나노머 1.30P)의 X선 회절 패턴이다.
도 5 중의 실시예 1의 폴리올레핀 수지 조성물 중의 변성 층상 규산염의 패턴 a는 피크 위치가 저각인 2θ = 1에서도 나타나지 않고, h가 65 옹스트롬을 초과 (2θ = 1에서 h = 78.7 옹스트롬)한다는 것을 알 수 있다. 원료에 사용하는 변성 층상 규산염의 패턴 d의 피크 위치(2θ = 3.4)로부터 산출되는 h가 16.5 옹스트롬이기 때문에, a로 나타나는 폴리올레핀 수지 조성물 중의 변성 층상 규산염은 분산 상태가 현저히 높다고 할 수 있다.
한편, 비교예 4의 폴리올레핀 수지 조성물 중의 변성 층상 규산염의 패턴 c와 같이 피크 위치가 2θ = 2.3으로 원료인 변성 층상 규산염의 패턴 d의 2θ = 3.4에 비하여 저각측으로 변이되어도, 패턴 c에서 산출되는 h의 값이 28.9 옹스트롬으로 65 옹스트롬보다 작은 경우, 폴리올레핀 수지의 내열성 및 난연성은 그다지 향상되지 않고, 분산 상태는 불충분하다고 할 수 있다.
또한, 비교예 1의 폴리올레핀 수지 조성물 중의 층상 규산염의 패턴 b와 같이, 폴리올레핀 수지 조성물이라도 X선 회절로 관측되는 피크 위치가 2θ = 3.4로 그 원료인 변성 층상 규산염의 피크 위치와 전혀 다르지 않은 경우, 변성 층상 규산염은 전혀 분산되지 않기 때문에 물성은 거의 향상되지 않는다.
즉, h가 65 옹스트롬 이상인 폴리올레핀 수지 조성물이 내열성, 난연성이 우수하고, 보다 바람직하게는 h는 75 옹스트롬 이상이다.
이상, 본 발명의 폴리올레핀 수지 조성물에 대해 설명하였다.
또한, 당연한 것이겠지만, 본 발명의 폴리올레핀 수지 조성물은 수냉 또는 공냉의 팽창 성형, T 다이에 의한 압출 성형, 압출 적층 성형 등의 압출 성형으로 필름화할 수 있다.
본 발명에서의 폴리올레핀 수지 조성물은 상기 필름을 더 연신한 랩 필름으 로도 성형할 수 있다. 또한, 그 밖에도 사출 성형, 블로잉 등에 의한 성형품, 비드 발포, 압출 발포 등의 발포 성형품, 보드 성형 등에 의한 시트품에도 사용할 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 이용되는 측정법 등은 이하와 같다.
(1) 변성 층상 규산염의 분산 상태의 평가(X선 회절 측정)
폴리올레핀 수지 조성물의 필름(2 mm 두께)을 리가꾸(주) 제조의 X선 회절 장치 RINT 2000(상표)을 이용하여 Cu의 Kα선을 이용하여 측정한다. 그 밖의 측정 조건은 이하에 나타낸 바와 같다.
가속 전압: 40 kV, 가속 전류: 200 mA, 주사 속도: 2 °/분, 발산, 산란 슬릿 1/6 °, 수광 슬릿폭: 0.15 mm
(2) 변성 폴리올레핀 수지의 적외 흡수 측정(IR 측정)
스펙트라 테크(주) 제조의 IRμs의 현미 IR 측정 장치를 이용한다. 변성 폴리올레핀 수지의 펠릿을 분쇄하고, 그 박편을 투과법에 의해 측정한다. 측정 조건은 이하에 나타낸 바와 같다.
측정 범위: 400 cm-1 내지 4000 cm -1, 분해능: 4 cm-1
(3) 난연성 시험
ASTM(미국 재료 시험 협회) E1354(건축 재료의 연소 시험법)에 준하여 시험편(100 mm 길이× 3 mm 두께)에 콘 열량계(cone calorimeter)에 의해 50 kW/㎡의 열량을 조사하고, 최대 발열 속도(Heat Release Rate, 이하 HRR이라고 함. 연소시의 발열량을 나타내는 양이고, 이 값이 작을 수록 연소가 억제되며, 난연화되어 있다는 것을 나타냄)를 난연성의 지표로 한다.
(4) 열변형 온도
JIS(일본 공업 구격)-K7207에 준하여 가열 욕조 중의 시험편에 규정의 굽힘 응력을 가하면서 일정한 속도로 전열 매체를 승온시키고, 시험편이 규정의 굴곡량에 도달했을 때의 전열 매체의 온도를 열변형 온도로 한다.
이 온도가 90 ℃ 이상이 된 것을 ○, 85 ℃ 이상 90 ℃ 미만인 것을 △, 85 △ 미만인 것을 ×라고 평가한다.
<실시예 1>
변성 층상 규산염으로서 나노코어사 제조의 유기 변성 몬모릴로나이트 나노머 1.30P(상표) 4 g, 변성 폴리올레핀 수지로서 미쯔이 가가꾸(주) 제조의 하이-왁스 2203A(상표) 16 g을 분말상으로 혼합한 후, 120 ℃에서 도요 세끼(주) 제조의 혼련기 라보 플라스토밀 MR50형(상표)으로 5 분간 혼합하였다. 여기에 폴리올레핀 수지로서 아사히 가세이(주) 제조의 고밀도 폴리에틸렌 수지 S360을 80 g 투입하고, 추가로 10 분간 혼련하여 폴리올레핀 수지 조성물을 얻었다. 혼합 조건은 이하와 같다.
회전 속도: 50 rpm, 온도: 180 ℃.
얻어진 조성물을 180 ℃에서 가압 압축한 후 급냉한 것을 80 ℃에서 회분식 이축 연신 장치로 3×3배로 연신하여 두께 30 ㎛ 정도의 필름을 얻었다.
상기 필름을 이용하여 HRR, 열변형 온도를 평가한 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 본 실시예에서 사용한 변성 폴리올레핀 수지의 적외 흡수 스펙트럼을 도 1, 도 2에 나타내었다. 얻어진 폴리올레핀 수지 조성물 필름의 X선 회절 패턴을 도 5의 a에, 원료인 변성 층상 규산염의 X선 회절 패턴을 도 5의 d에 나타내었다.
<실시예 2>
실시예 1에서 사용한 하이-왁스 2203A 대신에 미쯔이 가가꾸(주) 제조의 하이-왁스 1105A(상표)를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 조건으로 폴리올레핀 수지 조성물의 필름을 얻었다.
얻어진 폴리올레핀 수지 조성물의 필름의 HRR, 열변형 온도를 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 3>
양이온성 계면 활성제로서 옥타데실트리메틸암모늄브로마이드(알드리치(주) 제조) 4 g을 에탄올 200 g에 용해하였다(A액이라고 함). 또한, 층상 규산염으로서 콥 케미컬(주) 제조의 합성 불소화 운모인 소마시프(ME100, 상표, CEC = 120 meq/100 g) 5 g을 탈이온수 300 g에 호모믹서를 이용하여 분산시켰다(B액이라고 함). A액과 B액을 혼합한 후 50 ℃에서 24 시간 교반하였다.
얻어진 침전물을 여과, 분별하여 에탄올로 수회 세정한 후, 100 ℃에서 5 시 간 진공 건조하여 변성 층상 규산염(ME100C18)을 얻었다. 얻어진 변성 층상 규산염 4 g과 변성 폴리에틸렌 수지 16 g(미쯔이 가가꾸(주) 제조의 하이-왁스 2203A)을 120 ℃에서 라보 플라스토밀 MR50형(도요 세끼(주) 제조)으로 5 분간 혼합하였다. 여기에 아사히 가세이(주) 제조의 고밀도 폴리에틸렌 수지 S360을 80 g 투입하고, 추가로 10 분간 혼련하여 폴리올레핀 수지 조성물을 얻었다. 혼합 조건은 이하와 같다.
회전 속도: 50 rpm, 온도: 180 ℃
상기 폴리올레핀 수지 조성물을 실시예 1과 동일한 조건으로 필름화하여 폴리올레핀 수지 조성물 필름을 얻었다.
상기 필름의 HRR, 열변형 온도를 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 4>
실시예 3에서 사용한 층상 규산염인 합성 불소화 운모를 쿠니미네 고교(주) 제조의 천연 몬모릴로나이트인 쿠니피아 F(상표, CEC = 110 meq/100 g)로 바꾸어 변성 층상 규산염(MGC18)으로 한 것 이외에는, 실시예 3과 동일한 조건으로 폴리올레핀 수지 조성물의 필름을 얻었다. 상기 필름을 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 5>
비이온성 계면 활성제로서 Brij 72(폴리옥시메틸렌 스테아릴 에테르, 알드리치(주) 제조) 4 g과 쿠니미네 고교(주) 제조의 천연 몬모릴로나이트인 쿠니피아 F(상표, CEC = 110 meq/100 g) 10 g을 혼합하여 50 ℃에서 10 분간 가온하였다. 상 기 샘플을 1 MPa의 압력으로 가압하여 펠릿상 샘플을 제조하고, 60 ℃에서 10 시간 방치하여 변성 층상 규산염(MGBrij72)으로 하였다.
얻어진 변성 층상 규산염 4 g과 변성 폴리올레핀 수지로서 실시예 1에서 사용한 하이-왁스 2203A 16 g을 폴리올레핀 수지로서 아사히 가세이(주) 제조의 고밀도 폴리에틸렌 수지 S360 80 g과 실시예 1과 동일한 방법으로 혼합하였다.
얻어진 조성물로부터 T 다이식의 필름 압출기(도요 세끼사 제조)를 이용하여 두께 30 ㎛, 폭 30 cm의 폴리올레핀 수지 조성물의 필름을 제조하였다.
상기 필름의 HRR, 열변형 온도를 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 1>
아사히 가세이(주) 제조의 고밀도 폴리에틸렌 수지 S360 80 g, 미변성 저분자량 폴리에틸렌 수지(알드리치(주) 제조, Mw = 6000) 16 g, 실시예 1에서 사용한 나노코어사 제조의 변성 층상 규산염 나노머 1.30P(상표) 4 g을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였다.
얻어진 필름의 HRR, 열변형 온도를 평가한 결과를 표 1에 나타내었다. 얻어진 필름의 X선 회절 패턴을 도 5의 b에 나타내었다.
<비교예 2>
실시예 1에서 사용한 변성 층상 규산염을 사용하지 않은 것 이외에는, 동일한 조건으로 필름을 제조하였다.
상기 필름의 HRR, 열변형 온도를 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 3>
변성 폴리올레핀 수지로서 미쯔이 가가꾸(주) 제조의 하이-왁스 2203A(상표) 대신에 산요 가세이(주) 제조의 유멕스 1010(상표)을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였다.
상기 필름의 HRR, 열변형 온도를 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 4>
변성 폴리올레핀 수지로서 미쯔이 가가꾸(주) 제조의 하이-왁스 2203A(상표) 대신에 산요 가세이(주) 제조의 유멕스 2000(상표)을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였다.
얻어진 필름의 HRR, 열변형 온도를 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.
또한, 본 비교예에서 사용한 변성 폴리올레핀 수지의 적외 흡수 스펙트럼을 도 3, 도 4에, 얻어진 폴리올레핀 수지 조성물 시트의 X선 회절 패턴을 도 5의 c에 나타내었다.
<비교예 5>
변성 폴리올레핀 수지로서 미쯔이 가가꾸(주) 제조의 하이-왁스 2203A(상표) 대신에 산요 가세이(주) 제조의 유멕스 1001(상표)을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였다.
얻어진 필름의 HRR, 열변형 온도를 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.
Figure 112004060164218-pct00001
본 발명의 폴리올레핀 수지 조성물을 사용하면, 내열성 및 난연성이 높은 폴리올레핀 수지 성형체를 얻을 수 있다.

Claims (5)

  1. 변성 층상 규산염, 변성 폴리올레핀 수지 및 폴리올레핀 수지를 함유하는 폴리올레핀 수지 조성물이며, 상기 변성 폴리올레핀 수지가 적외 흡수 스펙트럼으로부터 수학식 1을 이용하여 구한 카르복실산 변성도(Pc1)가 0.030 내지 0.100이고, 수학식 2를 이용하여 구해지는 수소 결합성 카르복실 변성도(PcH)가 0.80 이상이고, 상기 변성 층상 규산염, 변성 폴리올레핀 수지 및 폴리올레핀 수지의 질량 조성비(변성 층상 규산염 / 변성 폴리올레핀 수지 / 폴리올레핀 수지)가 0.01 내지 40 / 0.1 내지 50 / 50 내지 99.89인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물.
    <수학식 1>
    Pc1 = ICO3/ICH2
    <수학식 2>
    PcH = ICO2/(ICO1+ ICO2)
    식 중, ICH2는 2920 cm-1에서 존재하는 피크의 적외 흡수 강도이고, ICO1은 1780 내지 1790 cm-1에서 존재하는 피크의 적외 흡수 강도이며, ICO2는 1710 내지 1720 cm-1에서 존재하는 피크의 적외 흡수 강도이고, ICO3은 ICO1+ICO2이다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 변성 층상 규산염이 층상 규산염의 층간에 비이온성 계면 활성제를 삽입하는 층간 삽입법에 의해 제조된 것임을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리올레핀 수지가 폴리에틸렌 수지인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물.
  5. 상기 변성 층상 규산염, 변성 폴리올레핀 수지 및 폴리올레핀 수지를 용융 혼련하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 제1항에 기재된 폴리올레핀 수지 조성물의 제조 방법.
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