KR101200679B1 - 폴리프로필렌 복합수지를 이용한 자동차 내장재용 경질발포 기재 - Google Patents

폴리프로필렌 복합수지를 이용한 자동차 내장재용 경질발포 기재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고용융장력 폴리프로필렌 복합수지를 이용한 자동차 내장재용 경질 발포 기재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고용융장력 폴리프로필렌 수지를 사용하여 제조된 폴리프로필렌 복합수지와 무기계 화학발포제를 일정한 비율로 사출성형장치에 공급하여 용융 혼합한 후 특정 형상의 금형에 용융된 혼합물을 발포 사출하여 제조된 자동차 내장재용 경질 발포 기재에 대한 것이다. 이 자동차 내장재용 경질 발포 기재는 재활용성과 경량성, 고강성을 갖는다.
폴리프로필렌, 발포제, 사출, 자동차, 내장재

Description

폴리프로필렌 복합수지를 이용한 자동차 내장재용 경질 발포 기재{Rigid Foams for Car Interior Decoration, Which Use Complex Polypropylene Resin}
본 발명은 자동차 내장재용 경질 발포 기재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 성형 안정성 및 우수한 물성을 갖는 폴리프로필렌 복합수지 및 열적 안정성이 뛰어난 무기계 화학발포제를 일정비율로 혼합한 후 발포 사출 성형으로 제조된 발포체로 구성된 자동차 내장재용 경질 발포 기재에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 내장재는 경량성 및 고강성, 치수안정성, 성형성, 저가성 등이 요구되며, 최근 자동차에 대한 환경 규제 강화와 석유 자원의 고갈 등으로 인해 차량용 부품의 경량성과 재활용성이 더 중요한 위치를 차지하고 있다.
통상 자동차 내장재로는 도어트림, 필러, 도어스코프, 패키지트레이 등이 있으며 이들 내장재는 차종에 따라 그 재질과 구성을 달리하고 있으나 그 구성 중 경질 기재는 주로 폴리프로필렌 복합수지를 이용한 사출성형공법으로 제조된다. 이렇게 제조된 자동차 내장재용 경질 기재는 고강성 및 우수한 재활용성의 특징을 갖지만 경량화에 한계가 있으며 성형품 표면에 싱크마크 등이 발생하여 상품성이 저하 되는 단점이 있다.
폴리프로필렌 수지는 다른 수지에 비해 상대적으로 높은 강도와 우수한 기계적 물성, 재활용성을 갖는 범용 플라스틱이며, 이러한 특성은 폴리프로필렌 분자의 결정성과 고분자 사슬의 분자구조에 기인한다. 더욱이 폴리프로필렌 수지는 고온에서의 변형에 우수한 저항성을 보이고 높은 인장강도와 표면강성을 가지며, 용도에 따라 충격보강제나 무기충진제를 보강함으로써 더욱 우수한 물성의 폴리프로필렌 복합수지의 제조가 가능하다.
이러한 우수한 물성을 가지는 반면, 폴리프로필렌 수지는 선형 사슬구조에 기인한 약한 용융장력으로 인하여 다른 수지에 비해 발포성이 떨어져서 발포체 생산에 한계를 가진다. 일반적으로 용융장력이 약하면 가스를 분리하는 셀 벽들이 장력을 극복할 만큼 강하지 못하여 쉽게 붕괴되고 파열된다. 따라서 발포된 제품은 붕괴된 셀의 비율이 높고 셀 구조의 조절이 만족스럽지 못하게 되며 또한 성형성도 확보하기 어렵다.
일본특허-공개번호 특1996-0004439에는 폴리프로필렌계 수지 발포체의 제조를 위해 폴리프로필렌계 블록 공중합체를 약 90 내지 60중량부 및 폴리에틸렌 수지를 약 10 내지 40중량부 함유하고, 폴리프로필렌계 블록 공중합체는 결정질 폴리프로필렌을 약 99 내지 90중량% 및 비정질 에틸렌-α-올레핀 공중합체를 약 1 내지 10중량% 함유하고 약 2 내지 15g/10분의 용융 유동 속도(MFR)의 용융 특성을 가지며 세관 레오미터(rheometer)로 측정한 다이스웰(die swell)비가 약 1.7 이상인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물을 제안하고 있다. 이 조성물을 이용해 서 사출성형으로 발포체를 제조하면 낮은 용융장력에 의해 붕괴된 셀의 비율이 높으며 낮은 용융 유동 속도로 인해 자동차 내장재와 같은 대물을 사출 성형시 성형성을 확보하기 힘든 단점이 있다.
대한민국특허-공개번호 특2003-0046084는 발포성이 우수한 변성 폴리프로필렌 수지 조성물 및 그를 이용하여 제조된 발포체에 관한 것으로, 중량평균 분자량이 300,000g/mol 이상이고 용융지수가 0.1~10g/분(230℃)인 폴리프로필렌 80~99중량부 및 중량평균 분자량이 500,000g/mol 이상이고 용융지수가 0.1~0.5g/10분(230℃)인 고점도 저밀도 폴리에틸렌 1~20중량부로 구성된 혼합 수지 100중량부에 대하여 에틸렌/프로필렌비가 50/50~90/10 (w/w)인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 0.5~10중량부, 다관능성 모노머 0.05~10중량부 및 유기과산화물 0.005~5중량부를 용융 혼합하여 제조된 변성 폴리프로필렌 수지 조성물 및 상기 수지 조성물을 압출 발포시켜 제조된 발포체를 제시하고 있으나 이 방법에 의한 폴리프로필렌 복합수지는 충분한 가교도를 갖지 못하여 공업화하기 힘들며 또 생산된 발포체를 다시 압착 성형하여 자동차 내장재로 만들어야 하므로 상업적으로도 장점을 갖지 못한다.
따라서 가볍고 고강성이며 치수안정성 등이 우수할 뿐만 아니라 재활용성이 확보된 저가의 자동차 내장재용 경질 기재의 개발이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고용융장력 폴리프로필렌 수지를 사용하여 제조된 폴리프로필렌 복합수지와 무기계 화학발포제를 일정비율로 혼합한 후 발포 사출 공정을 통해 자동차 내장재용으로 적합한 경질 발포 기재를 제조하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 용융지수가 30~40g/10분(230℃/2.16㎏)인 폴리프로필렌 수지(a1) 90~95중량부 및 Z-평균 분자량이 2,000,000 이상 또는 Mz/Mw가 3.0 이상인 고용융장력 폴리프로필렌 수지(a2) 5~10중량부로 구성된 혼합 수지 100중량부에 대해서 10~13㎛의 평균 입경을 갖는 탈크(a3) 5~10중량부 및 산화방지제(a4) 0.1 내지 0.4중량부를 용융 혼합하여 제조된 폴리프로필렌 복합수지(A) 100중량부에 대해서 무기계 화학발포제 마스터배치(B) 1.5~3.0중량부를 혼합하고 이를 사출성형장치에 공급하여 용융 혼화한 후 특정 형상의 금형에 용융된 혼합물을 발포 사출하여 자동차 내장재용으로 적합한 경질 발포 기재를 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기 산화방지제(a4)는 바람직하게는 테트라키스[메틸렌-3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트]메탄(이하 1차 산화방지제) 0.1중량부 및 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트(이하 2차 산화방지제) 0.1중량부로 이루어진다.
상기 무기계 화학발포제 마스터배치(B)는 바람직하게는, 저밀도 폴리에틸렌 수지(b1) 49.5중량부 및 탄산수소나트륨(b2) 25중량부, 구연산(b3) 25중량부, 및 파라핀 오일(b4) 0.5중량부로 이루어진다.
본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 사용되는 폴리프로필렌 수지(a1)는 30~40g/10분의 용융지수를 가진다. 용융지수가 30g/10분 미만인 폴리프로필렌 수지를 사용하면 폴리프로필렌 복합수지 제조 후 성형성이 저하되어 대물의 제품을 성형하기 어려워진다. 또한, 용융지수가 40g/10분 이상인 폴리프로필렌 수지를 사용하면 폴리프로필렌 복합수지 제조 후 용융장력이 저하되어 붕괴된 셀의 비율이 많아지므로 물성의 저하가 일어난다.
본 발명에서 사용되는 고용융장력 폴리프로필렌 수지(a2)는 사슬의 선형구조에 긴 가지(long chain branch)가 도입되어 용융시 높은 용융장력을 가지고 연신시 연신 후화 현상이 일어나며 Z-평균 분자량이 2,000,000 이상 또는 Mz/Mw가 3.0 이상인 특성을 가진다. 상기 폴리프로필렌 수지(B)를 5중량부 이하로 사용하면 셀 붕괴 현상으로 원하는 셀을 얻을 수 없으며 10중량부 이상 사용하면 첨가량에 비해 그 효과가 미비하므로 원가 상승의 요인이 된다.
본 발명에서 조핵제 및 무기충진제로 사용되는 탈크(a3)는 평균 입경이 10~13㎛이며 파우더 형태이다.
본 발명에서 사용된 폴리프로필렌 복합수지(A)는 상기의 폴리프로필렌 수지(a1) 및 고용융장력 폴리프로필렌 수지(a2), 탈크(a3), 산화방지제(a4)(바람직하게는 테트라키스[메틸렌-3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트]메탄 및 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트)를 상기의 비율에 따라 믹서를 사용하여 혼합한 후 이축압출기를 사용하여 용융 혼련하여 펠렛 형태로 제조한 것이다.
본 발명에서 무기계 화학발포제 마스터배치(B)는, 예를 들어, 케리어로서 저밀도 폴리에틸렌 수지 49.5중량부 및 발포제로서 평균 입자 크기가 2~4㎛인 파우더 형태의 탄산수소나트륨 25중량부, 발포개시제 또는 셀 안정제로서 평균 입자 크기가 2~4㎛인 파우더 형태의 구연산 25중량부, 혼련성 및 분산성을 높이기 위해 점도가 30CPS(25℃) 이하이고 비중이 0.82~0,88인 파라핀 오일 0.5중량부로 구성되며 상기 비율에 따라 믹서에서 혼합한 후 이축압출기를 이용하여 제조한 것이다.
본 발명에서는 상기 폴리프로필렌 복합수지(A) 100중량부에 대하여 상기 무기계 화학발포제(B) 0.5~3.0중량부를 혼합하고 이를 사출성형장치에 공급하여 용융 혼화한 후 특정 형상의 금형에 용융된 혼합물을 발포 사출하여 자동차 내장재용으로 적합한 경질 발포 기재를 제조한 것이다. 상기 무기계 화학발포제(B)를 0.5중량부 미만으로 사용하면 원하는 만큼의 발포배율을 얻을 수 없으며, 3.0중량부 이상을 사용하면 사용량에 비해서 효과가 적으며 원가상승의 원인이 된다.
[실시예]
다음 표 1에 나타낸 바와 같은 조성 및 함량에 따라 이축압출기를 사용하여 폴리프로필렌 복합수지를 제조하였으며, 이를 표 2에 나타낸 바와 같이 발포제와 일정 비율로 혼합한 후 사출성형장치에 공급하여 용융 혼화한 후 특정 형상의 금형에 용융된 혼합물을 사출하여 제품을 제조하였다. 수지와 제품에 대한 기계적 특성을 측정하여 표 1과 표 2에 나타내었으며, 각각의 물성은 미국표준규격(ASTM) 측정법에 따라 측정하였다.
[표1]
Figure 112005049947451-pat00001
[표2]
Figure 112005049947451-pat00002
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 자동차 내장재용 경질 발포 기재는 고용융장력 폴리프로필렌 수지를 사용하여 사출성형시 셀의 붕괴를 막아서 고배율의 발포체를 얻을 수 있으므로 제품의 경량화가 가능하고, 치수안정성이 높으며 별도의 가교 공정을 거치지 않으므로 재활용성을 높일 수 있다.
또, 폴리프로필렌 복합수지 및 무기계 화학발포제를 펠렛 형태로 취급하므로 취급의 용이성이 확보되며 별도의 가공공정 없이 사출성형공정을 거쳐서 제조되므로 원가측면에서도 매우 유리한 이점을 가지고 있다.

Claims (3)

  1. 용융지수가 30~40g/10분(230℃/2.16㎏)인 폴리프로필렌 수지(a1) 90~95중량부 및 고용융장력 폴리프로필렌 수지(a2) 5~10중량부로 구성된 혼합 수지 100중량부에 대해서 10~13㎛의 평균 입경을 갖는 탈크(a3) 5~10중량부 및 산화방지제(a4) 0.1 내지 0.4중량부를 용융 혼합하여 제조된 폴리프로필렌 복합수지(A) 100중량부에 대해서,
    저밀도 폴리에틸렌 수지(b1) 49.5중량부 및 탄산수소나트륨(b2) 25중량부, 구연산(b3) 25중량부, 및 파라핀 오일(b4) 0.5중량부로 이루어지는 무기계 화학발포제 마스터배치(B) 1.5~3.0중량부를 혼합한 후 발포 사출 성형에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 경질 발포 기재.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 산화방지제(a4)는 테트라키스[메틸렌-3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트]메탄(이하 1차 산화방지제) 0.1중량부 및 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트(이하 2차 산화방지제) 0.1중량부로 이루어 이루어지는 것을 특징으로 하는 한 자동차 내장재용 경질 발포 기재.
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