KR100752556B1 - 항균력이 우수한 드럼세탁기 저수조용 고강성 폴리프로필렌수지 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기존의 폴리프로필렌 수지에 비하여 강성과 내열성이 우수하고 항균력이 크게 향상된 드럼세탁기 저수조용 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (A)고결정성 폴리프로필렌 수지, (B) 유리섬유, 탈크 및 탄산칼슘 중 2종이상인 무기 충진재, (C)항균제로 제오라이트에 은이온을 이온교환 담지한 무기계 항균제로 항균력을 부여한 열가소성 수지로서, 드럼세탁기 저수조 및 생활용품 소재로 적합한 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.
유리섬유(Glass Fiber), 폴리프로필렌, 강성, 내열성, 고결정성, 항균, 치수안정성
Description
본 발명은 기존의 폴리프로필렌 수지에 비하여 강성과 내열성이 우수하고 항균력이 크게 향상된 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리프로필렌 수지 및 유리섬유 등과 같은 무기 충진재 및 무기계 항균제로 구성된 고결정성 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.
폴리프로필렌 수지는 기계적 물성, 내약품성, 성형성이 뛰어나고 리싸이클이 용이한 장점 때문에 친환경 소재로써 자동차 내장부품과 가전부품, 산업자재 등 공업적 이용범위가 매우 넓은 소재이다. 특히, 드럼세탁기와 같이 대형부품의 경우 삶거나 고온 살균을 하는 등의 사용조건 상 고온에서 사용이 가능한 내열성 확보와 고온다습한 조건에서의 세균의 발생을 억제하기 위한 항균력을 동시에 만족시키려는 요구가 커지고 있다.
반면에, 폴리프로필렌은 결정성 수지의 특성상 큰 수축율에 의한 치수안정성과 내열성이 미흡하여 기존 스틸 프레스 성형 부품의 대체에 한계를 가지고 있었다.
따라서, 지금까지 폴리프로필렌의 내열성 및 치수안정성 개선을 위하여 여러 형태의 무기 충진재를 사용하고 있으며, 내열성 강성개선 효과가 우수한 유리섬유(Glass Fiber)를 폴리프로필렌 수지에 적용함으로써 내열성의 향상뿐만 아니라, 치수안정성 개선을 통하여 생활가전제품 부품용 용도 적용을 위한 요구물성을 구현할 수 있었다.
한편, 유리섬유의 경우 높은 이축율(Aspect ratio)의 섬유상 구조 특성 상 필연적으로 발생되는 휨변형을 방지하기 위하여 탈크 또는 탄산칼슘을 혼합 사용함으로써, 휨변형을 예방하였다.
드럼세탁기용 항균 폴리프로필렌의 경우에는 공개특허 2005-0022510 및 2004-0097935 등에서 드럼세탁기 주변부품에 사용되는 항균수지의 조성물이 공개된 바 있으나, 내열성과 치수안정성이 부족하여 저수조와 같이 고내열성과 고강성이 요구되는 용도에의 적용에 적절하지 못하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들이 개선된 강성과 내열성이 우수하고 항균력이 부여된 폴리프로필렌 수지 조성물을 생활전기전자 제품 특히 드럼세탁기 저수 조용 소재로 제공하는 것을 기술적과제로 한다.
그러므로 본 발명에서는 (A) 고결정성 폴리프로필렌 48.0∼99.899 중량%, (B) 유리섬유, 탈크 및 탄산칼슘 중 2종이상인 무기 충진재 0.1∼50.0 중량%, (C) 다공성 무기 항균제 0.001∼2.0 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균력이 우수한 드럼세탁기 저수조용 고강성 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공한다.
상기 (A) 고결정성 폴리프로필렌은 고결정성 프로필렌 단독 중합체 및 에틸렌 0.1 ~ 40 몰%를 함유한 프로필렌-에틸렌 공중합체로서 용융지수가 3 ~ 100g/10분(230℃)이고, 입체규칙도(아이소택틱 펜타드 분율)가 95% 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 유리섬유는 평균입경이 5∼15㎛, 길이가 1∼15mm 범위에서의 쵸핑된 스트랜드 형태(chopped strand)이고, 탈크는 평균입경이 1㎛~20㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 (C) 다공성 무기항균제는 평균 입도 3~4㎛, 공극크기 4.0 ~ 8.0Å의 은(Ag) 담지 제올라이트인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물은 (A) 고결정성 폴리프로필렌 48.0∼99.899 중량%, (B) 유리섬유, 탈크 및 탄산칼슘 중 1이상인 무기 충진재 0.1∼50.0 중량%, (C) 다공성 무기 항균제 0.001∼2.0 중량%를 포함한다.
본 발명의 (A) 성분인 고결정성 폴리프로필렌은 용융지수(MI)가 3~100g/10분(ASTM D1238, 230℃)이고, 입체규칙도(아이소택틱 펜타드 분율)가 95% 이상인 고결정성 폴리프로필렌 중합체가 바람직하다. 입체규칙도가 95% 이하인 경우는 내열성 및 기계적 물성이 저하되기 때문에 고속회전에 대한 내구성이 요구되는 드럼세탁기 저수조에는 적용하기 어렵다. 또한, 용융지수가 5g/10분 미만인 경우에는 부품의 성형성이 양호하지 못하여 생산성이 저하되는 반면, 용융지수가 100g/10분을 초과할 경우에는 낮은 용융점도 및 물성열세로 인하여 크랙 등 성형 불량을 유발한다.
본 발명의 (B) 성분인 무기 충진재로는 유리섬유, 탈크 및 탄산칼슘 중 2종이상인 무기 충진재를 혼합 사용한다. 유리섬유 (Glass Fiber)의 경우, 생산성을 고려하여 평균입경이 5∼15㎛, 길이가 1∼15mm 범위에서의 쵸핑된 스트랜드 형태(chopped strand)를 사용함이 바람직하다. 평균입경이 5㎛ 미만인 경우에는 혼련 작업성을 동안에 대부분이 깨지게 되어 강성발현 효과가 미흡해지며, 15㎛를 초과할 경우에는 성형품의 변형이 악화되어 외관 상태가 불량해진다.
탈크 및 탄산칼슘의 경우, 평균 입경이 1㎛~20㎛인 것이 바람직하다. 평균입경이 1㎛ 미만인 경우에는 이 입자를 분산시키기 위해 큰 전단력이 필요하고 생산성이 저하되며 20㎛ 이상일 경우 충격강도의 저하 및 혼합 첨가되는 유리섬유와의 분산성 불량을 초래하기 쉽다.
충진재의 함량이 0.1 중량% 미만일 때에는 휨방지 효과가 미흡하며, 50 중량 %를 초과하는 경우에는 제품 중량이 무거워지고, 외관이 불량해지는 이외에도 생산성 저하와 생산 설비의 마모를 초래하므로 피하는 것이 좋다.
본 발명의 (C) 성분은 항균성 부여를 목적으로 사용되며, 구체적으로는 평균 입도 3~4㎛, 공극크기 4.0 ~ 8.0Å의 은(Ag) 이온을 다공성 제올라이트에 담지한 무기계 항균제를 사용한다.
본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물에는 보강재, 충진재, 내열안정제, 내후안정제, 대전방지제, 활제, 슬립제, 핵제, 안료, 염료 등과 같은 통상의 각종 첨가제가 본 발명의 특징에 어긋나지 않는 범위 내에서 첨가될 수 있으며, 그 구체적인 예로 탄소섬유, 탄산칼슘, 클레이, 실리카, 알루미나, 카본블랙, 수산화마그네슘 등이 있다.
본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조하는 방법으로는 2축 압출기를 사용한 혼련이 바람직하며, 보편적으로 알려진 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조하는 가공조건을 이용하고 폴리프로필렌 융점 이상에서의 배합 또한 가능하다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체적으로 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 예에 지나지 않는 것으로, 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
[ 실시예 및 비교예 ]
실시예와 비교예에 대한 각 성분들의 함량과 이에 따라 제조된 폴리프로필렌 수지 조성물 의 물성결과를 표 1에 나타내었다. 표 1의 성분 및 배합 비율로, 폴리프로필렌, Talc 또는 탄산칼슘, 첨가제를 헨셀믹서로 드라이 블렌드 한 후, JSW TEX44 알파(ALPHA) 2축 혼련 압출기의 호퍼에 한번에 모두 투입시키고, 유리섬유는 압출기 도중의 측면공급부로 투입하여 압출기 내부에서 함께 용융 혼련하여 동 수지 조성물을 제조하였다.
기계적인 물성 측정은 ASTM규격에서 정하는 시편을 삼성클뢰크너 FCM-110(형체력=110톤)으로 사출하여 제작하여 인장강도, 신율, 굴곡탄성율, 충격강도, 열변형온도, 수축율 등을 측정하였다.
또한, 본 발명에서 가장 중요한 물성인 항균력 측정은 필름밀착법으로 초기농도(균주1:1.4x105,균주2:1.3x105)로 균을 접종하고 35 ± 1℃. RH 90%에서 24시간 정치 배양 후 균수를 측정 하였다.
사용 균주는 스타필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus Aureus) ATCC 6538(균주1) 및 에스케리챠 콜리(Escherichia Coli) ATCC 25922(균주2)를 사용하였다.
각 시험물성별 시험조건은 다음과 같다.
1) 인장강도 및 신율
ASTM D638의 방법으로 상온에서 측정하였다.
2) 굴곡탄성율
ASTM D790의 방법으로 상온에서 측정하였다.
3) 충격강도
ASTM D256의 방법으로 상온에서 측정하였다.
4) 열변형 온도
ASTM D648의 방법으로 상온에서 측정하였다.
5) 수축율
ASTM D955의 방법으로 상온에서 측정하였다.
6) 비중
ASTM D792의 방법으로 상온에서 측정하였다.
표 1의 실시예 1∼3과 비교예 1∼2에 사용된 각 성분에 대한 설명은 다음과 같다.
1) 폴리프로필렌 : 고결정성 폴리프로필렌, 삼성종합화학, 용융지수(MI): 3~100g/10분
2) 무기 충진재 :
- 유리섬유 : 아미노실란 표면 처리된 글라스파이버, NEG. INC., 입경 9∼13㎛/길이 3.0~4.5mm
- 탈크 (Talc, Magnesium silicate hydrate) : 경기화학, 평균입경 3~6㎛
3) 무기계 항균제 : 은(Ag) 담지 제올라이트, C&C, 평균 입도 3~4㎛, 공극크기 4.0Å
무기 항균제를 적용한 실시예 1,2가 자연적으로 균이 증가되는 비교예 1,2에 비해, 24시간 경과 후 균수가 현저하게 감소하여 균 감소율이 99% 이상의 우수한 효과를 나타내었다.
유리섬유와 탈크를 혼합 적용한 실시예 1,2가 무기충진재를 단독 적용한 비교예 1,2 보다 수축율 및 휨변형 특성에서 월등히 우수한 결과를 나타내었다.
특히, 폴리프로필렌의 최대 단점인 성형 수축율이 감소함으로써 치수안정성이 개선되었으며, 유리섬유 단독 적용한 실시예 3에 비하여서는 현저한 휨변형 개선효과를 나타내었다.
유리섬유와 탈크를 혼합 적용한 실시예 1,2가 탈크를 단독 적용한 비교예 2에 비해, 충격강도 및 내열성이 월등히 우수한 결과를 나타내었으며, 특히, 드럼세탁기 저수조용 소재로써의 가장 중요한 물성인 인장강도와 굴곡탄성율은 현저하게 개선됨을 알수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하여 제조된 강성과 내열성 및 치수안정성이 우수한 항균성 폴리프로필렌 수지 조성물은 드럼세탁기 저수조 뿐만 아니라 생활가전 제품과 자동차 공조부품 등 강성을 요구하는 위생성 관련 제품의 소재로 사용하기에 적합하였다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경이 이 분야의 종사자에 의하여 용이하게 실시될 수 있지만, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 수 있다.
Claims (4)
- (A) 고결정성 폴리프로필렌 48.0∼99.899 중량%, (B) 평균입경 5∼15㎛, 길이 1∼15mm의 쵸핑된 스트랜드 형태(chopped strand)의 유리섬유, 평균입경 1㎛~20㎛의 탈크 및 탄산칼슘 중 2종 이상인 무기 충진재 0.1∼50.0 중량%, (C) 다공성 무기 항균제 0.001∼2.0 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균력이 우수한 드럼세탁기 저수조용 고강성 폴리프로필렌 수지 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 (A) 고결정성 폴리프로필렌은 고결정성 프로필렌 단독 중합체 및 에틸렌 0.1 ~ 40 몰%를 함유한 프로필렌-에틸렌 공중합체로서 용융지수가 3 ~ 100g/10분(230℃)이고, 입체규칙도(아이소택틱 펜타드 분율)가 95% 이상인 것을 특징으로 하는 항균력이 우수한 드럼세탁기 저수조용 고강성 폴리프로필렌 수지 조성물.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 (C) 다공성 무기항균제는 평균 입도 3~4㎛, 공극크기 4.0 ~ 8.0Å의 은(Ag) 담지 제올라이트인 것을 특징으로 하는 항균력이 우수한 드럼세탁기 저수조용 고강성 폴리프로필렌 수지 조성물.
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