KR100705656B1 - 직접 도장이 가능한 폴리프로필렌계 복합소재 조성물 - Google Patents

직접 도장이 가능한 폴리프로필렌계 복합소재 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 염소계 프라이머의 처리 없이 직접 도장이 가능한 폴리프로필렌계 복합소재 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 폴리프로필렌계 수지 30 ~ 70 중량%; 폴리올레핀계 탄성체 10 ~ 20 중량%; 무기필러 10 ~ 30 중량%; 및 폴리올레핀에 분산된 아크릴레이트계 고분자 첨가제 10 ~ 20 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌계 복합소재 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 조성물은 도장시 프라이머의 처리가 필요치 않으므로 생산원가 절감과 생산공정 시간 단축을 통한 생산성 향상 및 염소계 프라이머의 사용 배제에 따른 환경보호의 장점이 있다.
프라이머, 폴리프로필렌계 복합소재, 아크릴레이트계 기능성 고분자 첨가제

Description

직접 도장이 가능한 폴리프로필렌계 복합소재 조성물 {Directly Paintable Polypropylene-Based Resin Composition}
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 사출성형 시편의 도장성 평가 결과를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 사출성형 시편의 도장성 평가 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 비교예 1에 따른 사출성형 시편의 도장성 평가 결과를 나타낸 도면이다.
본 발명은 폴리프로필렌계 복합소재 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 염소계 프라이머의 처리없이 직접 도장이 가능한 폴리프로필렌계 복합소재 조성물에 관한 것이다.
폴리프로필렌을 기재로 하는 복합소재는 우수한 기계적 물성, 가공성 및 낮은 원가 등의 장점이 있으므로 다양한 제품이 개발되어 있고 또한 여러가지 용도에 적용되고 있다. 특히 자동차의 내/외장용 소재로서 용도가 확대되고 있다. 특히 자 동차 부품용 소재로서 그 사용량이 증가하고 있으나,
외장재로 적용 시에는 소비자의 다양한 요구에 따른 표면 장식을 위한 도장이나 인쇄 등이 어려운 단점이 있다. 따라서 폴리프로필렌을 기재로 하는 복합 소재의 도장 시에는 염소계 프라이머의 사용이 필수적이다. 염소화 폴리에틸렌 또는 염소화 폴리프로필렌으로 대표되는 프라이머는 환경오염 및 원가상승의 원인이 되고 따라서 이를 사용하지 않기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다.
폴리프로필렌계 복합소재의 도장 시 프라이머의 처리를 필요로 하지 않는 기술로는 몰드인컬러 기술이 있다. 이는 복합 소재의 제조 시 안료를 함께 섞어 넣는 기술로서 추가적인 도장 공정이 필요 없는 장점이 있으나 도장 기술에 비하여 다양한 색상의 표현 및 색상의 조절이 어렵고, 안료의 사용량이 증가함에 따른 복합소재의 원가 상승 등의 단점이 있었다.
또한 도장 강도의 상승을 위하여 프라이머 처리 대신 화염 플라즈마를 이용하는 표면처리 기술도 개발되어 있다. 이는 고온의 화염 플라즈마를 이용하여 폴리프로필렌계 복합 소재 성형물의 표면을 산화시켜 극성을 부여함으로써 도료와의 접착강도를 향상시키는 기술이다. 이는 고가의 플라즈마 처리설비가 추가로 필요한 단점이 있고 플라즈마 설비의 특성상 굴곡진 부분이나 성형 시 형성되는 접합부(Weldline) 부위에서는 처리효과가 부족하거나 과처리되는 현상이 발생하여 균일한 도장강도를 부여하기 어려우므로 프라이머 처리에 비하여 우수한 도장면을 얻기 힘든 단점이 있었다.
또한 기능성 첨가제를 이용하여 프라이머의 처리를 필요로 하지 않는 폴리프 로필렌계 복합소재의 개발을 위한 기술로 공개특허 제 1998-0060232호에는 극성기가 함유된 변성수지(무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌, 무수말레인산이 그라프트된 에틸렌-프로필렌 고무 등)를 첨가하는 방법이 소개되어 있다. 이는 극성이 높은 변성수지를 이용하여 폴리프로필렌 복합소재의 표면에 극성을 부여하고 이로써 도장성이 향상되는 효과를 기대하는 기술이다. 이는 고가의 변성 폴리프로필렌을 다량 사용해야 하므로 원가 상승의 단점과 함께 변성 폴리프로필렌의 사용량이 늘어남에 따라 복합 소재의 물성이 저하되는 단점이 있었다.
또한 공개특허 제1995-0011526호에는 다수의 수산기를 갖는 특수한 형태의 폴리올을 첨가제로 사용하여 폴리올레핀계 복합소재의 표면 극성을 향상시켜 직접 도장이 가능하도록 하는 기술이 소개되어 있으나, 이는 고가의 첨가제를 사용함으로써 원가 상승 및 복합 소재의 물성이 저하되는 단점이 있었다.
미국 특허 제6,133,374호에는 불포화 카르복실산 또는 산무수물과 같은 기능성 모노머를 도입한 변성수지와 에폭시 수지를 함께 혼합하는 방법을 이용하여 복합 소재의 극성을 향상시키는 기술이 소개되어 있다. 이는 변성수지의 첨가만으로는 복합소재의 표면극성 향상에 한계가 있으므로 이를 보완하기 위한 방법으로 에폭시 수지를 혼합하는 방법을 사용하여 직접 도장이 가능하게 하는 기술이나, 첨가되는 에폭시 수지에 의한 원가상승과 에폭시 수지와 폴리프로필렌 수지간의 상용성 부족에 의한 물성 저하 등의 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 기계적 물성 및 성형 가공 성 등의 성능 저하를 최소화하면서도, 프라이머 처리 없이 도장이 가능한 새로운 폴리프로필렌 복합 소재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
폴리프로필렌계 수지 30 ~ 70 중량%;
폴리올레핀계 열가소성 탄성체 10 ~ 20 중량%;
무기필러 10 ~ 30 중량%; 및
폴리올레핀에 분산된 아크릴레이트계 고분자 첨가제 10 ~ 20 중량%;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌계 복합소재 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 폴리프로필렌계 수지로서는 결정성 폴리프로필렌 호모폴리머(homopolymer), 프로필렌/에틸렌 랜덤 코폴리머(random copolymer), 프로필렌/에틸렌 블록 코폴리머 (block copolymer), 또는 에틸렌/프로필렌/α-올레핀 터폴리머(ter-polymer)등이 사용될 수 있으며, 그 중 용융지수가 20∼60g/10분(2.16 kg, 230 ℃)인 프로필렌/에틸렌 블록 코폴리머가 바람직하다. 용융지수가 20 g/10분(2.16 kg, 230 ℃) 미만이면 사출성형 시 가공성이 불량하고, 60 g/10분(2.16 kg, 230 ℃)을 초과하면 최종 성형 제품의 기계적 물성이 낮은 단점이 있다.
또한, 상기 폴리프로필렌계 수지는 전체 폴리프로필렌계 복합소재 조성물중에서 30 ~ 70 중량%로 사용되는 것이 바람직하다. 30중량% 미만으로 사용될 경우에 는 기계적 물성이 저하되고, 70중량%를 초과하여 사용할 경우에는 최종 복합소재의 도장성이 저하되는 결과를 초래한다.
상기 폴리올레핀계 열가소성 탄성체로는 에틸렌-프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌-다이엔 삼원 공중합체 고무 또는 에틸렌-옥텐 코폴리머 등을 예로 들 수 있으나 이에 한정되지 아니한다.
상기 폴리올레핀계 열가소성 탄성체는 전체 폴리프로필렌계 복합소재 조성물중에서 10 ~ 20 중량%로 사용되는 것이 바람직하다. 10중량% 미만으로 사용될 경우에는 최종 복합소재의 충격강도가 저하되는 문제점이 있고, 20중량%를 초과하여 사용할 경우에는 최종 복합소재의 강성이 저하되는 문제점이 발생한다.
상기 무기필러로는 탈크 또는 칼슘카보네이트 등을 예로 들 수 있다.
상기 무기필러는 전체 폴리프로필렌계 복합소재 조성물 중에서 10 ~ 30 중량%로 사용되는 것이 바람직하다. 10중량% 미만으로 사용될 경우에는 최종 복합소재의 강성이 저하되는 문제점이 있으며, 30중량%를 초과하여 사용할 경우에는 충격강도가 저하되는 문제점이 발생한다.
상기 폴리올레핀에 분산된 아크릴레이트계 고분자 첨가제는 폴리아크릴레이트 공중합체가 폴리올레핀에 분산되어 있는 것을 사용할 수 있다.
폴리아크릴레이트 공중합체의 아크릴레이트 성분으로는 알킬아크릴레이트, 히드록시알킬아크릴레이트, 알킬메타크릴레이트 및 히드록시알킬메타크릴레이트로 이루어진 군에서 2종이상 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않 는다.
상기 폴리올레핀에 분산된 아크릴레이트계 고분자 첨가제의 폴리올레핀 성분으로는 폴리프로필렌이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
상기 아크릴레이트계 기능성 고분자 첨가제는 전체 폴리프로필렌계 복합소재 조성물 중에서 10 ~ 20 중량%로 사용되는 것이 바람직하다. 10중량% 미만으로 사용될 경우에는 도장성이 부족한 문제점이 있으며, 20중량%를 초과하여 사용할 경우에는 최종 복합소재의 기계적 물성이 저하되는 문제점이 발생한다.
또한 표면 극성이 높아도 흐름성이 우수하지 않으면 도장성을 부여하는 효과가 부족하게 되는데, 상기 아크릴레이트계 기능성 고분자 첨가제를 사용할 경우에는 높은 표면 극성을 확보할 수 있을 뿐 만 아니라, 우수한 흐름성을 보유할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이하 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
폴리프로필렌계 수지로는 용융지수가 40 g/10분(2.16 kg, 230 ℃)인 프로필렌-에틸렌 블록공중합체를 59중량% 사용하였고, 폴리올레핀계 열가소성 탄성체로는 에틸렌-프로필렌 고무 (금호폴리켐사 제조, 020P)를 17중량% 사용하였으며, 무기필러로 탈크를 14중량% 사용하였고, 아크릴레이트계 기능성 고분자 첨가제로는 ㈜폴리머스넷에서 제조하는 폴리아크릴레이트 공중합체/폴리프로필렌 계 기능성 고분자 첨가제를 10중량% 사용하여 폴리프로필렌계 복합소재 조성물을 마련하였다. 상기 폴리아크릴레이트 공중합체 는 부틸아크릴레이트, 히드록시프로필아크릴레이트 및 메틸메타크릴레이트의 공중합체이며, 폴리프로필렌에 분산되어있는 상태이다.
상기 조성물로부터 사출성형기(SELEX E150, 한국 ㈜우진세렉스 제품)를 이용하여 사출온도 200∼220℃, 금형온도 30℃에서 110mm×70mm×3mm 크기의 판상 시편을 사출 성형하고, 현재 자동차용 범퍼 패시아에 사용되고 있는 페인트를 스프레이 도장한 후 테이프를 이용한 필-오프(Peel-off)박리 시험을 실시하여 도장성을 평가하였다.
실시예 1에서의 폴리프로필렌계 복합소재 조성물의 각 성분의 조성비 및 조성물로부터 얻어진 사출성형 시편의 각종 물성을 표 1에 나타내었으며, 도장성 평가 결과를 도 1에 나타내었다.
[실시예 2]
폴리프로필렌계 수지로는 용융지수가 40 g/10분(2.16 kg, 230 ℃)인 프로필렌-에틸렌 블록공중합체를 56중량%, 폴리올레핀계 열가소성 탄성체로 에틸렌-프로필렌 고무 (금호폴리켐사 제조, 020P)를 15중량%, 무기필러로 탈크 14중량%, 아크릴레이트계 기능성 고분자 첨가제로 폴리아크릴레이트 공중합체/폴리프로필렌 계 기능성 고분자 첨가제를 15중량% 사용하여 폴리프로필렌계 복합소재 조성물을 마련하였다. 상기 폴리아크릴레이트 공중합체 는 부틸아크릴레이트, 히드록시프로필아크릴레이트 및 메틸메타크릴레이트의 공중합체이며, 폴리프로필렌에 분산되어있는 상태이다.
상기 조성물로부터 실시예 1과 동일한 방법으로 판상의 사출성형 시편을 얻은 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 박리시험을 실시하여 도장성을 평가하였다.
실시예 2에서의 폴리프로필렌계 복합소재 조성물의 각 성분의 조성비 및 조성물로부터 얻어진 사출성형 시편의 각종 물성을 표 1에 나타내었으며, 도장성 평가 결과를 도 2에 나타내었다.
[비교예 1]
폴리프로필렌계 수지로는 용융지수가 40 g/10분(2.16 kg, 230 ℃)인 프로필렌-에틸렌 블록공중합체를 65중량%, 폴리올레핀계 열가소성 탄성체로 에틸렌-프로필렌 고무 (금호폴리켐사 제조, 020P)를 23중량%, 무기필러로 탈크 12중량% 사용하였으며, 아크릴레이트계 기능성 고분자 첨가제는 사용하지 않고 폴리프로필렌계 복합소재 조성물을 제조하였다.
상기 조성물로부터 실시예 1과 동일한 방법으로 판상의 사출성형 시편을 얻은 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 박리시험을 실시하여 도장성을 평가하였다.
비교예 1에서의 폴리프로필렌계 복합소재 조성물의 각 성분의 조성비 및 조성물로부터 얻어진 사출성형 시편의 각종 물성을 표 1에 나타내었으며, 도장성 평가 결과를 도 3에 나타내었다.
시험항목 시험방법(ASTM) 단위 비교예 1 실시예 1 실시예 2
조성 폴리프로필렌계수지 % 65 59 56
폴리올레핀계 열가소성 탄성체 23 17 15
탈크 12 14 14
아크릴레이트계기능성 고분자 - 10 15
용융지수 D1238 g/10 min 13.2 13.7 13.9
비중 D792 g/cm3 0.97 1.00 1.01
인장강도 D638 kg/cm2 178 195 175
신율 D638 % 180 500 400
굴곡탄성율 D790 kg/cm2 12,700 12,600 11,900
충격강도 D256 kgcm/cm N/B* N/B N/B
N/B: 깨지지 않음(Non-Break)
본 발명에 따른 조성물을 사용할 경우에는 기계적 물성 및 성형 가공성 등의 성능 저하를 최소화하면서도 도장 시 프라이머의 처리가 필요치 않으므로 생산원가 절감과 생산공정 시간 단축을 통한 생산성 향상 및 염소계 프라이머의 사용배제에 따른 환경보호의 장점이 있다.

Claims (8)

  1. a) 폴리프로필렌계 수지 30 ~ 70 중량%;
    b) 폴리올레핀계 열가소성 탄성체 10 ~ 20 중량%;
    c) 무기필러 10 ~ 30 중량%; 및
    d) 폴리올레핀에 분산된 아크릴레이트계 고분자 첨가제 10 ~ 20 중량%;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌계 복합소재 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌계 수지는 결정성 폴리프로필렌 호모폴리머, 프로필렌/에틸렌 랜덤 코폴리머, 프로필렌/에틸렌 블록 코폴리머, 또는 에틸렌/프로필렌/α-올레핀 터폴리머인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌계 복합소재 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌계 수지는 용융지수가 20 ~ 40 g/10 분(2.16 kg, 230 ℃)인 프포필렌/에틸렌 블록 코폴리머인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌계 복합소재 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 열가소성 탄성체는 에틸렌-프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌-다이엔 삼원 공중합체 고무 또는 에틸렌-옥텐 코폴리머인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌계 복합소재 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무기필러는 탈크 또는 칼슘카보네이트인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌계 복합소재 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀에 분산된 아크릴레이트계 고분자 첨가제는 폴리아크릴레이트 공중합체가 폴리올레핀에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌계 복합소재 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폴리아크릴레이트 공중합체의 아크릴레이트 성분은 알킬아크릴레이트, 히드록시알킬아크릴레이트, 알킬메타크릴레이트 및 히드록시알킬메타크릴레이트로 이루어진 군에서 2종이상 선택된 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌계 복합소재 조성물.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌계 복합소재 조성물.
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