KR100636561B1 - 플라스틱 물질과 금속 파트의 커플링 - Google Patents

플라스틱 물질과 금속 파트의 커플링 Download PDF

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Abstract

금속 표면에 접착 중합체 조성물의 분말을 적용하는 단계; 그후 사출 성형에 의하여 플라스틱 물질로 금속 표면을 오버몰딩하는 단계; 및 마지막으로 금속 표면에 열을 가하는 단계를 포함하는 플리스틱 물질과 금속 표면간의 커플링을 수행하는 방법.

Description

플라스틱 물질과 금속 파트의 커플링{COUPLING METAL PARTS WITH A PLASTIC MATERIAL}
본 발명은 플라스틱 물질과 금속 파트의 표면을 커플링하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 사출 성형에 의해 플라스틱 물질로 금속 파트를 코팅하는 방법 및 상기 방법으로 수득가능한 제품에 관한 것이다.
많은 분야에서 사용된 다수의 제품은 금속 파트의 표면과 플라스틱 물질간의 커플링으로 존재한다. 본 발명의 방법은 상기 제품들을 제조하기에 적당하다. 상기 커플링을 만들기 위한 이유는 여러가지가 있다. 예를들어, 금속 파트의 코팅은 때때로 음식과의 접촉으로 부터 금속 표면을 방지할 필요가 있거나 또는 사용하는 동안 화학 물질에의 노출을 방지하여야 할 필요가 있다. 그러므로, 본 발명의 방법으로 수득가능한 제품의 예로는, 클로져(closure) 가 있다. 플라스틱 물질의 병 클로져는 병안에서의 산소 확산을 방지하기 위해 금속 물질, 예를들어 알루미늄에 결합되어 있다.
산업분야에서, 이것은 다른 파트를 연결하기 위해, 예컨대 플라스틱 물질의 파이프 또는 부품 (fittings) 과 금속 밸브, 금속 부품, 또는 금속 파이프의 연결에 필요하다.
플라스틱 물질에 금속 표면을 결합시키는 방법은 이미 공지되어 있다. 특히, 사출 성형 법에 의한 플라스틱 물질과 금속 파트의 커플링 방법은 공지되어 있다. 국제 특허 출원 WO 96/14533 호는 이러한 방법을 기술하고 있다. 기술된 발명에 따르면, 이 방법은 금속 파이프 또는 파이프 부품에 유기 또는 무기 프라이머를 적용한 후, 금속 파이프의 끝 또는 부품에 열을 가하고, 이어서, 플라스틱 물질의 유동층에 금속 파이프 또는 파이프 부품을 예열 침지 (hot dipping) 하는 단계를 포함한다. 후속하는 마지막 단계는 사출 성형법에 의해 플라스틱 물질로 금속 파이프 또는 파이프 부품을 오버몰딩(overmoulding) 하는 것이다.
상기 특허 출원에 개시된 방법이 갖는 문제점은 금속 파이프 및 플라스틱 물질간의 접착 강도가 높지 않다는 것이다.
금속 표면 과 플라스틱 물질간의 접착 강도를 개선한 방법을 이번에 알아내었다.
이밖에, 본 발명의 방법에 의해 플라스틱 물질의 코팅을 손상함이 없이 더 높은 접착 강도가 수득된다. 사실상, 중합체의 화학붕괴는 일어나지 않거나 최소한으로 줄일 수 있다.
더욱이, 본 발명의 방법은 가열 작용으로 인하여 오버몰딩한 플라스틱 물질의 형상에 대한 손실도 야기하지 않는다.
따라서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 플라스틱 물질과 금속 파트의 표면 (금속 표면) 간의 커플링을 수행하는 방법을 제공하는 것이다:
a) 금속 표면에 접착 중합체 조성물의 분말을 적용하는 단계;
b) 사출 성형에 의하여 플라스틱 물질로 금속 표면을 오버몰딩하는 단계; 및
c) 금속 표면에 열을 가하는 단계.
상기 금속 표면은 제조될 커플링 제품의 종류에 따라, 그의 부분중 금속 파트의 전체 표면일 수 있다.
플라스틱 물질과 커플링될 금속 파트는 금속 또는 금속 합금의 어느 것이라도 무방하다. 적당한 금속 및 금속 합금의 예로는 철, 알루미늄, 구리, 강철 및 놋쇠이다.
본 발명의 방법에 따라 수행될 금속 파트는 경우에 따라 당업계에서 일반적으로 사용된 표면 처리로 처리되거나 도금될 수 있다. 그러므로, 예를들어, 크롬 또는 아연 도금된 파트도 또한 적당하다.
단계 (a) 에서 사용된 접착 중합체 조성물은 바람직하게는 단계 (b) 에서 금속 표면을 오버몰딩하기 위해 사용된 중합체와 상용성이 있는 것이다. 접착 중합체는 예를들어 오버몰딩에 사용된 중합체와 동일한 중합체일 수 있다.
접착 중합체 조성물은 바람직하게는 작용기를 함유하는 변성제로 그라프트하여 변성된 중합체를 함유한다. 당업계에서 구입할 수 있는 상기 접착 중합체 조성물 모두가 적당하다. 중합체의 변성은 바람직하게는 유기 과산화물과 같은 라디칼 개시제의 존재하에, 용융 상태 또는 용액에서 중합체 및 변성제 (예컨대 말레산 무수물 또는 이소포론 비스말레아믹산 또는 아크릴산)을 혼합하여 공지의 방법에 따라 수득된다. 0.5 내지 10 % 범위의 양으로 변성제의 일부 또는 전부를 그라프트하여 수득된다.
적당한 변성 중합체의 예는 하기이다 (모두 중량 %):
I) 0.002 내지 10 % 의 양으로 상기 극성기로 변성된, 프로필렌과 0.5-10 % 의 CH2=CHR 올레핀(식중, R 은 H 및 선형 또는 분지형 C2-C4 알킬 라디칼에서 선택된다.)의 랜덤 공중합체;
II) 중량으로 하기를 함유하는 폴리올레핀 조성물:
a) 30-94 %, 바람직하게는 54-85 % 의 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 (HDPE, LDPE 또는 LLDPE) 또는 프로필렌/에틸렌 또는 프로필렌/에틸렌/C4-C10 α-올레핀 결정성 랜덤 공중합체;
b) 0-70 %, 바람직하게는 5-40 % 의 에틸렌/프로필렌 또는 에틸렌/1-부텐 엘라스토머 공중합체; 및
c) 0.5-10 % 의 양으로 상기 극성기로 변성된 0.5-10 %, 바람직하게는 2-6 % 의 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 (HDPE, LDPE 또는 LLDPE).
바람직하게는 접착 중합체 조성물은 또한 디벤질리덴소르비톨 또는 탈크와 같은 0.1 내지 0.5 중량 % 의 성핵제, 및 0.1 내지 10 중량 % 의 이산화 티탄을 함유한다.
바람직하게는 상술한 α- 올레핀은 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐 및 1-옥텐에서 선택된다. 특히 바람직한 것은 1-부텐이다.
중합체 조성물 (II) 는 예를들어 EP-A-483523 호에 기술된 바에 따라 활성 형태의 마그네슘 디할라이드상에 담지된 입체 특이적 찌글러-나타 촉매의 존재하에 단량체의 연속 중합에 의해 또는 성분을 혼합하여 제조될 수 있다.
금속 파트의 금속 표면에 접착 중합체 조성물을 적용하는 방법은 중요하지 않다. 예를들어, 접착 중합체 조성물은 사출 성형에 의해 또는 중합체 분말의 유동층에 금속 파트를 침지하여 적용될 수 있다. 분말 형태의 접착 중합체를 적용하기 위한 다른 적당한 방법은 불꽃 분무 또는 예열 파트상의 분무 또는 분말의 정전하를 위한 시스템이 장착된 스프레이 건 (spray guns) 을 사용하는 것이다. 대안적으로, 압출 공정은 금속 파트의 형상이 단순할 때 사용할 수 있다. 상술한 방법에 따라, 금속 표면은 접착 중합체 조상물을 적용하기 전 또는 후에 가열된다.
금속 표면상에서 오버몰딩된 플라스틱 물질은 폴리올레핀, 예를들어 에틸렌, 프로필렌 및 1-부텐의 호모- 또는 공중합체 및 폴리아미드와 같은 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 상기 폴리올레핀의 예로는 하기를 함유하는 (중량 %) 헤테로상(heterophasic) 중합체 조성물이다:
- 주위 온도에서 90 보다 큰 크실렌에 불용성 분획이 있는 결정성 프로필렌 단독중합체, 또는 85 % 초과의 불용성 분획을 가지며 85 % 초과의 프로필렌을 함유하는 프로필렌과 에틸렌 및/또는 CH2=CHR 올레핀 (식중, R 은 C2-C6 알킬 라디칼이다.) 의 결정성 랜덤 공중합체 30-90 %;
- 주위 온도 (즉, 약 23 ℃) 에서 크실렌에 불용성인, 에틸렌을 함유하는 중합체 분획 0-40 %; 및
- 주위 온도에서 크실렌에 가용성인, 임의의 소량의 디엔 및 10-70 % 의 에 틸렌을 함유하는, 무정형 에틸렌/프로필렌 공중합체 10-60 %.
상기 헤테로상 중합체 조성물의 예는 유럽 특허 출원 제 400333 호 및 472946 호 공보에 기술되어 있다.
플라스틱 물질은 충진제 및 안료와 같은, 당업계에서 일반적으로 사용된 기타 성분을 포함할 수 있다.
단계 (c) 에서 가열은 예를들어 유도에 의해 금속 표면에 적용된다. 유도 가열의 적용 방법은 유도 로 (induction furnace)에 의해서이다.
금속 표면은 금속과 접촉시 오버몰딩된 플라스틱 물질의 연화 또는 용융을 야기시키는 온도까지 가열된다. 결과적으로, 온도는 사용된 플라스틱 물질의 종류에 의존한다. 예를들어, 플라스틱 물질이 프로필렌 중합체일 때, 금속 표면은 180-220 ℃ 의 온도에서 가열될 수 있다.
원하는 온도에서 코팅된 금속표면을 가열하기 위해 에너지가 얼마나 많이 필요한 가를 규정하기 위해서, 코팅되지 않은 금속 표면상에서 이를 측정하는 방법이 있을 수 있다.
본 발명의 방법은 경우에 따라 금속 표면에 접착 중합체 조성물을 적용하는 단계 전에 금속 표면에 유기 또는 무기 프라이머를 적용하는 단계를 포함한다. 적당한 프라이머의 예로는 에폭시 수지 및 크로메이트이다.
단계 (c) 동안 열이 가해질 때, 금속 표면과 플라스틱 물질간의 접착을 증가시키기 위해 압력이 경우에 따라 금속 파트 및/또는 오버몰딩된 플라스틱 물질에 가해진다. 예를들어, 압력은 롤링에 의하거나 금형을 사용하여 가해진다. 금속 파트의 타입 및 사용된 중합체의 타입에 따라 가해지는 압력 수치가 영향을 받는다. 가해진 압력은 0.01 내지 5 MPa 의 범위내에서 선택될 수 있다. 압력이 금형을 사용하여 적용될 때, 압력은 바람직하게는 5 초 이하로 유지된다.
하기 실시예는 본 발명을 설명 하기 위한 것으로서 본 발명의 범주를 제한하는 것은 아니다.
실시예의 조성물 및 샘플에 관련된 자료는 하기 명시된 방법에 따라 측정된다.
- 용융지수 (MIL): ASTM D 1238, 컨디션 L
- 크실렌에서의 용해율: (하기 주 참조)
- 고유 점도: 135 ℃, 테트라히드로나프탈렌중에서 측정
- 박리 시험: 실온에서 NF A 49 711
주
크실렌에서의 용해율 측정: 온도를 135 ℃ 로 유지하면서 1 중량 % 의 농도로 샘플 용액을 제조하고, 1 시간 동안 용액을 교반한 후 실온으로 용액을 냉각시킨다. 그후, 용해된 중합체의 침전을 수득하기 위해, 용액을 여과하고 여액 부분에 아세톤을 첨가한다. 이어서, 중합체는 크실렌중에서의 용해율을 측정하기 위해 회수, 세척, 건조, 및 무게를 잰다.
실시예에서 사용된 중합체
- 하기를 함유하는 접착 중합체 조성물(중량 %):
a) 실온에서 크실렌에 소량 가용성인 분획을 함유하는, 부텐-1 및 에틸렌 으로 부터 각기 유도된 약 8 % 및 2 % 의 반복 단위를 함유하는, 결정성 폴리(프로필렌-코-부텐-1-코-에틸렌) 74 %;
b) 23 ℃ 크실렌에 50 % 의 가용성 분획을 갖는, 에틸렌으로 부터 유도된 반복단위 15 % 와 프로필렌의 랜덤 공중합체 20 %;
c) 1.5 % 말레산 무수물로 그라프트된 폴리프로필렌 5 %; 및
d) TiO2 1 %.
중합체는 고수율 찌글러-나타 촉매의 존재하에 올레핀 단량체를 중합하여 수득된다.
중합체 조성물은 공지 첨가제를 사용하여 열 및 UV 노화에 대해 안정하되며, MIL 140 dg/분 까지 과산화물로 비스브로큰(visbroken) 된다. 그의 평균 입자 크기는 극저온 분쇄 방법에 의해 250 ㎛ 이 었다.
- 하기 중합체로 구성되며 3.5 dg/분의 MIL 을 갖는 헤테로상 중합체 조성물(중량 %):
- 23 ℃ 에서 2.5 % 의 크실렌에 가용성 분획을 함유하는 결정성 프로필렌 단독 중합체 79 %; 및
- 프로필렌으로 부터 유도된 반복단위 87 % 및 에틸렌 13 % 로 구성된 랜덤 엘라스토머 공중합체 21 %.
상기 헤테로상 조성물의 23 ℃ 에서 크실렌에서 가용성인 분획은 3 dl/g 의 고유 점도 값을 갖는다.
상기 조성물은 염화 마그네슘 상에 담지된 고 수율 및 고 입체특이적 찌글러-나타 촉매를 사용하여 연속 중합 방법에 의해 수득된다.
비교예 1c
124 x 124 x 1.5 mm 의 크기를 갖는 탄소강의 샌드블래스트 플레이트를 하기 방법에 따라 플라스틱 물질과 커플링 시킨다.
단계 (a): 플레이트를 250 ℃ 오븐에서 가열하고, 이어서 접착 중합체 조성물 분말을 함유하는 유동층에 침지 (5 초) 한다. 이와같이 하여 코팅된 플레이트를 야외에서 냉각시킨다. 코팅은 300-400 ㎛ 두께이다. 금속에 대한 플라스틱 코팅물의 접착력은 ASTM D 3359 방법에 따라 5B 로 분류된다.
단계 (b): 이와같이 하여 코팅된 플레이트를 사출 성형 장치에 도입한다. 금형의 중공은 126 mm x 126 mm 및 4 mm 두께의 크기를 갖는다.
상기 헤테로상 중합체 조성물의 층은 260 ℃ 의 온도에서 금형내에 헤테로상 조성물을 사출하여 변성된 중합체로 코팅된 플레이트상에서 오버몰딩된다.
이와같이 하여 수득된 층은 2-2.2 mm 두께이다.
탄소강 시이트에 대한 플라스틱 물질의 박리강도는 0-2 N/mm 이다.
실시예 1
비교예 1c 의 단계 (b) 에서 형성된 플레이트는 하기 단계에 따라 수행한다.
단계 (c): 플라스틱 물질로 커플링된 플레이트는 유도 로 (induction furnace) 를 사용하여 180-220 ℃ 의 온도까지 가열하며 동시에 롤링시킨다. 가해진 압력은 약 0.1 MPa 이다.
탄소강 플레이트에 대한 플라스틱 물질의 박리강도는 실온에서 6.5 - 7 N/mm 이다.

Claims (5)

  1. 하기 단계를 포함하는 플라스틱 물질과 금속 표면간의 커플링을 수행하는 방법:
    a) 금속 표면에 접착 중합체 조성물의 분말을 적용하는 단계;
    b) 사출 성형에 의하여 플라스틱 물질로 금속 표면을 오버몰딩 (overmoulding) 하는 단계; 및
    c) 금속 표면에 열을 가하는 단계.
  2. 제 1 항에 있어서, 접착 중합체 조성물을 적용하기 전 또는 후에 금속 표면을 가열하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 금속 표면에 접착 중합체 조성물의 분말을 적용하기 전에 금속 표면에 유기 또는 무기 프라이머를 적용하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 압력이 단계 (c) 동안 가해지는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항의 방법에 의해 수득가능한 제품.
KR1020007013612A 1999-04-02 2000-03-13 플라스틱 물질과 금속 파트의 커플링 KR100636561B1 (ko)

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