KR100838040B1 - 내마모성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물 - Google Patents

내마모성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내마모성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아이소택틱 지수가 97 이상인 프로필렌 단독중합체 또는 α-올레핀-프로필렌의 공중합체 100 중량부, 및 반감기가 짧은 유기퍼옥사이드 0.1 ~ 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물로서 내마모성이 요구되는 자동차 전선 피복용 소재의 내마모성 보강재로 유용하게 사용될 수 있다.
폴리프로필렌, 내마모성, 전선 피복

Description

내마모성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물{Polypropylene resin composition with excellent wear resistance}
본 발명은 내마모성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아이소택틱 지수가 97 이상인 프로필렌 단독중합체 또는 α-올레핀-프로필렌의 공중합체 100 중량부, 및 반감기가 짧은 유기퍼옥사이드 0.1 ~ 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물로서 내마모성이 요구되는 자동차 전선 피복용 소재의 내마모성 보강재로 유용하게 사용될 수 있다.
폴리프로필렌 (polypropylene) 수지는 우수한 성형 가공성 및 내약품성을 나타낼 뿐만 아니라, 인장강도, 굴곡강도, 및 강성 등이 비교적 우수하며 저가라는 장점을 지니고 있어, 사출 및 압출 등의 다양한 용도로 적용되고 있다. 그러나 구조적으로 선형이고 결정입자가 치밀하지 못하여 내마모성이 취약하기 때문에 내마모성이 요구되는 전선 절연 피복용 소재 등에는 사용을 못 하고 있는 실정이다.
현재 자동차 실내, 외장, 후면 트렁크 및 엔진부위에 사용되고 있는 전선 절 연 피복용 소재는 자동차 내부의 협소한 공간에 배치되고, 고온 및 장시간 사용에도 전혀 문제가 없어야 하므로 내열성과 난연성이 요구되며, 특히 내마모성이 요구된다. 이러한 자동차 전선 피복용 소재의 요구 특성을 만족시키기 위해 종래에 폴리비닐클로라이드(이하 PVC) 및 가교 폴리에틸렌 수지나 폴리프로필렌 수지에 할로겐계 난연제를 첨가하여 사용하고 있다.
그러나 PVC 및 할로겐계 난연제는 동선 회수를 위한 소각 작업 시 내부에 포함된 염소기 및 할로겐 가스로 인해 환경유해 물질인 다이옥신을 배출하여 인체에 치명적인 해를 입히고 이로 인해 재활용이 되지 못하여 자동차용 소재로서 전 세계적으로 사용을 금지하고 있는 실정이다.
한편, 최근 강화된 유럽 연합의 자동차 소재의 재활용 향상 법규(End OF Life)에 따라 모든 유럽연합으로의 수출 차 내의 자동차용 소재의 재활용 비율을 2015년까지 95%까지 향상시켜야 하므로 자동차용 전선 피복용 소재도 본 법규를 만족시켜야 하는 상황으로서, 비할로겐계 소재 및 난연제를 사용하는 전선 피복용 소재의 개발이 절실한 상황이다.
이러한 종래의 PVC수지 및 할로겐계 난연제의 소각시 발생하는 환경 유해 물질 문제를 해결하고 재활용성을 높이기 위해 폴리프로필렌 소재에 충격보강재 및 비할로겐 난연제를 첨가하여 컴파운드한 전선 절연 피복용 소재의 개발이 활발히 이루어져 일부는 상업화된 예도 있다. 그러나 기초 수지(Base Resin)으로 사용되는 폴리프로필렌 자체의 취약한 내마모성으로 인해 전선 절연 피복 제품의 기계적 물성이 저하되어 사용이 극히 제한적이고 빈번한 파손으로 인해 당 업계에서 고객 의 불만이 고조되고 있는 상황으로서 내마모성이 우수한 폴리프로필렌 소재의 개발이 절실한 상황이다.
이에, 본 발명자들은 폴리프로필렌의 내마모성을 향상 시키고자 노력 하였다.
그 결과 아이소택틱 지수가 97 이상인 프로필렌 단독중합체 또는 α-올레핀-프로필렌의 공중합체 100 중량부, 및 10 시간 반감기 온도가 60 ℃ 이하인 유기퍼옥사이드 0.1 ~ 5 중량부를 포함하는 수지 조성물을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 내마모성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은
(a) 아이소택틱 지수가 97 이상인 프로필렌 단독중합체 또는 α-올레핀-프로필렌의 공중합체 100 중량부; 및
(b) 10 시간 반감기 온도가 60 ℃ 이하인 유기퍼옥사이드 0.1 ~ 5 중량부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 각 조성 성분을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 수지 조성물에 있어서 (a) 프로필렌 단독중합체 또는 α-올레핀-프로필렌의 아이소택틱 지수는 97 이상이고, 99 이상인 것이 바람직하다. 일반적으로 폴리프로필렌의 내마모성을 포함한 기계적 특성은 입체규칙성의 영향을 받고 이 입체규칙성은 아이소텍틱 인텍스(Isotactic Index: I.I)라는 값으로 평가를 하는데, 이 I.I값이 높을수록 입체 규칙성이 높고 내마모성, 강성, 내열성 및 충격강도가 증가한다. 현재 지글로-나타 촉매로 제조되는 일반 폴리프로필렌은 95 ~ 97의 I.I값을 가지고 I.I값 97 이상의 값을 가지는 폴리프로필렌은 고가의 지글러-나타 촉매 도너(Donor) 시스템 및 개선된 중합 고정으로 제조가 가능하다. 본 발명에 사용 가능한 아이소택틱 지수 97 이상인 프로필렌 중합체는 아이소택틱 지수가 95수준인 종래의 일반 폴리프로필렌보다 내마모성이 월등히 우수하며, 따라서 상기 아이소택틱 지수가 97 미만인 경우는 내마모성이 불충분하다.
또한 상기 아이소택틱 지수가 97 이상인 프로필렌 단독중합체 또는 α-올레핀-프로필렌의 공중합체는 용융지수가 0.1 ~ 100g/10분인 것이 바람직하다. 상기 용융지수가 0.1 g/10분 미만인 제품은 현재의 촉매 및 중합 공정 기술로서 제조가 불가능하고, 100 g/10분을 초과하면 내마모성 및 제반 물성이 저하된다.
특히 α-올레핀-프로필렌 공중합체의 공중합 단량체인 α-올레핀은 특별한 제한은 없으나, 탄소수 2 내지 4의 저급 α-올레핀이 바람직하며, 에틸렌이 보다 바람직하다. 또한 상기 α-올레핀-프로필렌의 공중합체는 α-올레핀의 함량이 α-올레핀-프로필렌의 공중합체 100 중량부에 대하여 4 ~ 12 중량부인 것이 현재 촉매 기술 및 아이소택틱 지수에 있어서 바람직하다.
본 발명에 따른 수지 조성물에 있어서, (b)는 10 시간 반감기 온도가 60 ℃ 이하인 유기퍼옥사이드로서, 폴리프로필렌 주쇄에 가교 및 장측쇄를 도입시켜 내마모성을 향상시켜 준다. 본 유기퍼옥사이드의 반감기 온도가 10시간 기준으로 60℃ 이상이면 폴리프로필렌을 부분적으로 분해시켜 내마모성이 향상되지 못한다.
또한 첨가되는 유기퍼옥사이드의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우 폴리프로필렌에 장측쇄 및 가교구조의 도입이 부족하여 내마모성이 충분하지 못하고, 5 중량부를 초과하는 경우 과도한 가교구조의 생성으로 제조시 멜트 프렉츄어(Melt Fracture)가 발생하여 압출이 불가능하다.
일반적으로 폴리프로필렌에 유기퍼옥사이드를 첨가하면 유기퍼옥사이드의 활성 산소가 고분자 사슬을 절단하여 분자량을 감소시킨다고 알려져 있다. 그러나 본 발명자들은 반감기가 아주 짧은 유기퍼옥사이드는 폴리프로필렌을 분해 시키지 않고 장측쇄 구조 및 가교 구조를 생성하여 강성 및 내마모성을 향상시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 따라서 본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물은 반감기가 짧은 유기퍼옥사이드, 구체적으로 10 시간 반감기 온도가 10 ~ 60 ℃ 이하, 보다 바람직하게는 10 ~ 50 ℃인 유기퍼옥사이드를 첨가한다.
본 발명에 따른 조성물에 있어서, 유기퍼옥사이드는 상기 반감기 온도를 가 지는 것이면 제한 없이 사용할 수 있으며, 대표적으로 디이소부틸퍼옥사이드 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 수지 조성물은 혼합기에서 폴리프로필렌 단독 중합체 또는 α-올레핀-프로필렌 공중합체와 유기퍼옥사이드를 혼합한 후 혼합물을 압출기로 170 ~ 230 ℃ 온도 범위 하에서 압출한 후 냉각, 고화시켜 펠렛 상의 조성물로 제조한다.
이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3
하기 표 1 에 나타낸 바와 같이 본 발명의 구성 성분들을 혼합기에서 혼합한 후 혼합물을 압출기로 170 ~ 230 ℃ 온도 범위 하에서 압출한 후 냉각, 고화시켜 펠렛상의 조성물을 얻었다. 제조된 펠렛상의 조성물을 아래 시험 방법에 의해 시험하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
<시험방법>
1. 내마모성: 니들 긁힘에 의한 마모강도를 측정하는 것으로, 긁는 니들이 절연체를 뚫어 니들과 도체가 전기 접속이 일어나서 기계가 정지될 때까지 왕복 되 는 니들의 왕복 횟수를 측정(ISO 6722.5-1)하였다.
성분 A A-1 B B-1 내마모성
실 시 예 1 100 - 0.5 750 회
2 100 - 1 890 회
3 100 - 0.1 680 회
100 5 980 회
비교예 100 210 회
100 370 회
100 0.05 450 회
100 0.5 430 회
① A성분: 고 I.I 폴리프로필렌 (용융지수 3 g/10분, 에틸렌 함량 8 중량부, 아이소택틱 지수 99, 굴곡탄성율 19,500 kgf/cm2 인 고결정 프로필렌-에틸렐 공중합체 ② A-1성분: 일반 폴리프로필렌(용융지수 2g/10분, 아이소택틱 지수 95, 굴곡탄성율 13,000 kgf/cm2 인 일반 프로필렌-에틸렌 공중합체) ③ B성분: 디이소부틸퍼옥사이드 ④ B-1성분 : t-부틸 퍼옥시 이소프로필 카보네이트
본 발명에 따른 내마모성이 우수한 전선 피복용 폴리프로필렌계 수지 조성물은 내마모성이 요구되는 제품, 특히 자동차 및 전자 부품의 전선 절연 피복용 소재로 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (4)

  1. (a) 아이소택틱 지수가 97 이상인 프로필렌 단독중합체 또는 α-올레핀-프로필렌의 공중합체 100중량부; 및
    (b) 10 시간 반감기 온도가 60 ℃ 이하인 유기퍼옥사이드 0.1 ~ 5 중량부
    를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    아이소택틱 지수가 97 이상인 프로필렌 단독중합체 또는 α-올레핀-프로필렌의 공중합체는 용융지수가 0.1 ~ 100g/10분인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    α-올레핀-프로필렌의 공중합체의 α-올레핀은 탄소수 2 ~ 4의 저급 α-올레핀인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    α-올레핀-프로필렌의 공중합체는 α-올레핀의 함량이 α-올레핀-프로필렌의 공중합체 100 중량부에 대하여 4 ~ 12 중량부인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
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