KR101293916B1

KR101293916B1 - 자동차 부품용 폴리유산 조성물

Info

Publication number: KR101293916B1
Application number: KR1020110092198A
Authority: KR
Inventors: 이춘수; 이민희; 박봉현; 김종활; 윤성균; 강병국; 이근규; 이종
Original assignee: 현대자동차주식회사; 주식회사 데스코; 주식회사 효성
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2013-08-08
Also published as: KR20130028558A; DE102011087071A1; US8497333B2; US20130066015A1; DE102011087071B4; CN102993627A; CN102993627B

Abstract

본 발명은 내열성 및 내충격성이 향상된 폴리유산 조성물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 폴리케톤 및 변성 고무를 혼합함으로써 충격강도와 내열성이 동시에 향상된 폴리유산 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폴리유산 조성물은 내열성, 내화학성, 내연료투과성, 내마모성 등이 우수한 동시에 내충격성과 내열성을 향상시킴으로써 바이오플라스틱인 폴리유산을 자동차용 내외장 부품에 사용할 수 있다.

Description

자동차 부품용 폴리유산 조성물{Polylactic acid composition for automobile parts}

본 발명은 내열성 및 내충격성이 향상된 폴리유산 조성물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 폴리케톤 및 변성 고무를 혼합함으로써 충격강도와 내열성이 동시에 향상된 폴리유산 조성물에 관한 것이다.

폴리유산(polylactic acid)는 옥수수 등에서 추출한 전분 등을 재생 가능한 자원으로 발효해 만든 유산(lactic acid)을 단량체로 하여 합성한 고분자로서, 자동차 내외장 부품에 적용하기 위해서는 내열성, 내충격성, 내가수분해성의 개선이 필요하다.

폴리케톤은 일산화탄소, 에틸렌, 프로필렌을 단량체로 중합되는 삼중공중합체 (terpolymer)로서 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트 등의 일반 엔지니어링 플라스틱 소재에 비해 원료 및 중합 공정비가 저렴한 소재이다. 폴리케톤은 내열성, 내화학성, 내연료투과성, 내마모성 등이 우수한 것으로 알려져 있다.

기존의 석유자원을 원료로 하는 고분자 소재는 사용 후 소각하면 대기 중의 이산화탄소 농도를 증가시키지만, 폴리유산의 경우 소각이나 생분해되어 이산화탄소가 배출되어도 그 이산화탄소는 원래가 대기 중의 이산화탄소이기 때문에 대기 중의 이산화탄소 농도는 증가시키지 않는 순수 자원 순환형 소재이다.

폴리유산은 내충격 강도가 취약해 자동차 내외장재 등의 구조재로 사용되기 위해서는 천연섬유 등의 보강재를 통해 이를 극복하려는 연구들이 진행되고 있다(T. Inho and Y. Kageyama, SAE 2004-01-0730). 일부 자동차 회사에서 폴리유산/천연섬유 복합재를 스패어 타이어 웰 커버 등의 부품에 적용하고 있으나, 수분 흡수시 가수분해되어 물성이 저하되는 단점이 있다.

또한, 폴리유산의 내열성을 개선하기 위해 폴리카보네이트, ABS, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌 등과 블렌딩하는 연구들이 많이 진행되고 있으나 아직은 그 효과가 미미하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 폴리유산 조성물의 내열성과 내충격성을 동시에 효과적으로 향상시켜 자동차 부품 용도로 사용되기 적합한 폴리유산 조성물을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은

폴리유산 10~50 중량%, 폴리케톤 30~80 중량% 및 변성 고무 10~40 중량%를 포함하는 폴리유산 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 폴리유산 조성물은 내화학성, 내연료투과성, 내마모성 등이 우수한 동시에 내충격성과 내열성을 향상시킴으로써 바이오플라스틱인 폴리유산을 자동차용 내외장 부품에 사용할 수 있고, 친환경 소재 분야로 그 적용을 확대할 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 폴리유산과 변성 고무 사이의 화학결합 반응을 모식적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 폴리유산의 내열성, 내충격성, 내가수분해성 등 취약 물성을 개선하기 위한 것으로서 폴리유산과 폴리케톤 및 변성 고무를 컴파운딩하여 제조하며, 더욱 구체적으로는 폴리유산 10~50 중량%, 폴리케톤 30~80 중량% 및 변성 고무 10~40 중량%를 혼합한 후 컴파운딩하여 제조한다. 이 때 상기 폴리케톤과 변성 고무의 혼합 효과로서 내열성과 내충격성이 동시에 향상될 수 있다.

본 발명에 있어서 폴리유산은 10~50중량%의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 폴리유산의 함량이 10중량% 미만이면 조성물 내에 폴리유산 함량이 작아 바이오플라스틱으로서의 의미가 없고 50중량%를 초과하면 사출 후 금형 내 소재의 고화가 느려 생산성이 떨어지는 문제가 있다. 본 발명에 있어서 폴리유산은 옥수수, 감자 등에서 추출한 전분 등을 발효해서 만든 유산 (lactic acid)를 단량체로 사용하여 합성된 고분자가 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서 폴리케톤은 30~80중량%의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 폴리케톤의 함량이 30중량% 미만이면 내열성 개선 효과가 미미하고, 80중량%를 초과하면 조성물 내의 폴리유산 함량이 작아 바이오플라스틱으로서의 의미가 없다.
한편, 상기 폴리케톤은 폴리케톤 단독 중합 또는 폴리케톤과 변성고무가 혼합된 것이 바람직한 바, 그 이유는 폴리케톤 단독 중합물의 경우 폴리유산의 내열성을 향상시킬 수 있으며, 폴리케톤과 변성 고무가 혼합된 경우는 내열성 향상은 단독 중합물에 비해 미흡하지만 폴리유산의 내충격성을 향상시킬 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명에 있어서 변성 고무는 10~40중량%의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 변성 고무의 함량이 10중량% 미만이면 내충격성 개선 효과가 미미하고, 40중량%를 초과하면 폴리유산과의 결합 외에 변성 고무 간의 결합이 증가하여 변성 고무 투입량 대비 충격 보강 효과가 없으며 굴곡탄성률이 저하되는 단점이 있다.

도 1에 나타낸 것처럼, 상기 폴리유산은 변성 고무와 화학적으로 결합된다. 이 때 변성고무-변성고무 간에도 일부 화학적 결합이 일어날 수 있으나 이는 폴리유산 조성물의 충격 보강에는 효과가 없다.

본 발명에 있어서, 상기 변성고무는 무수말레인산으로 변성된 고무 또는 글리시딜기로 변성된 고무인 것이 바람직하다. 상기 무수말레인산으로 변성된 고무의 예를 들면 MA-g-EPR, MA-g-EOR, MA-g-EPDM, MA-g-SEBS, MA-g-SEPS, ethylene-n-butyl acrylate-maleic anhydride 등을 들 수 있고, 상기 글리시딜기로 변성된 고무의 예로서는 ethylene-n-butyl acrylate-glycidyl methacrylate, ethylene/glycidyl methaacylate/vinyl acetate 등을 들 수 있다. [MA: maleic anhydride, EPR: ethylene propylene rubber, EOR: ethylene octene rubber, EPDM: ethylene propylene diene Monomer (M-class) rubber, SEBS: styrene-ethylene/butylene-styrene SEPS: styrene-ethylene/propylene-styrene]

본 발명에 따른 상기 폴리유산 조성물은 일반 기계적 물성은 물론이고 내열성 및 내충격성이 우수하므로 자동차 부품, 예를 들어 센터페이셔, 콘솔커버, 도어핸들 또는 테일게이트 가니쉬 등에 사용되기 적합하다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1~3 및 비교예 1~4

표 1에 기재된 조성대로 원료를 혼합하여 동방향 이축 압출기를 이용하여 230℃온도에서 용융 블렌딩한 후 펠렛화하였으며, 이를 다시 235℃로 사출성형하여 시편을 제조하였다. 이렇게 제조된 시편을 이용하여 다음의 평가 방법을 이용하여 물성을 평가한 후 얻어진 결과를 나타내면 표 1과 같다.

(1) 굴곡탄성율, 굴곡강도: ASTM D 790에 따라 상온에서 측정하였으며, 시험편 크기는 127 × 12.7 × 6.4 ㎜이고 시험속도는 10 ㎜/분이다.

(2) 인장강도: ASTM D 638에 따라 측정하였으며, 시험편은 Type 1이었고, 시험속도는 50 ㎜/분이었다.

(3) IZOD 충격강도: ASTM D 256에 따라 상온과 저온 (-30℃)에서 측정하였으며, 시험편 크기는 63.5 ×12.7 × 6.4 ㎜이고 노치(notch)된 시편을 사용하였다.

(4) HDT: ASTM-D648에 의거하여 4.6㎏/㎠ 조건에서 평가하였다.

구분	배합 중량 비율			굴곡탄성률 (MPa)	굴곡강도 (MPa)	HDT (℃)	IZOD 충격강도 상온 (J/m)
구분	폴리케톤(Nature Works社 Ingeo 3052 D)	폴리유산(효성社 생산)	변성고무(DuPont社 Elvaloy PTW)	굴곡탄성률 (MPa)	굴곡강도 (MPa)	HDT (℃)	IZOD 충격강도 상온 (J/m)
비교예1	100	0	0	1979	68	206	70
비교예2	0	100	0	3529	118	55	28
비교예3	65	35	0	2430	80	180	25
비교예4	61	33	6	2400	78	175	20
실시예1	58	31	11	2310	71	170	38
실시예2	52	29	19	2190	65	160	47
실시예3	48	26	26	1990	62	152	60

상기 실시예 및 비교예를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리유산/폴리케톤/변성고무을 혼합한 조성물은 폴리케톤 단독으로 사용한 경우(비교예 1)와 동등한 정도의 우수한 기계적 물성을 가지며, 폴리유산 단독을 사용한 경우(비교예 2)에 비해서는 내열성 및 내충격강도가 현저히 개선되고, 변성 고무를 사용하지 않은 경우(비교예 3)나 소량 사용한 경우(비교예 4)에 비해서는 충격강도가 현저히 개선됨을 확인하였다.

본 발명의 기술적 사상 또는 범위 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. 따라서, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위 및 그 동등범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims

폴리유산 10~50 중량%, 폴리케톤 30~80 중량% 및 변성 고무 10~40 중량%를 포함하는 폴리유산 조성물에 있어서,
상기 폴리유산은 유산 단량체의 중합체인 것이고, 상기 폴리케톤은 일산화탄소, 에틸렌 및 프로필렌을 단량체로 중합되는 삼중공중합체 (terpolymer)인 것이며, 상기 변성 고무는 무수말레인산으로 변성된 고무 또는 글리시딜기로 변성된 고무인 것을 특징으로 하는 폴리유산 조성물.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 변성 고무는 말레산무수물-g-에틸렌 프로필렌 고무, 말레산무수물-g-에틸렌 옥텐 고무 말레산무수물-g-에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 고무, 말레산무수물-g-스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 고무, 말레산무수물-g-스티렌-에틸렌/프로필렌-스티렌 고무, 에틸렌-n-부틸 아크릴레이트-말레산무수물 고무, 에틸렌-n-부틸 아크릴레이트-글리시딜 메타아크릴레이트 또는 에틸렌/글리시딜 메타아크릴레이트/비닐 아세테이트인 것을 특징으로 하는 폴리유산 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 조성물은 자동차 부품에 사용되는 것을 특징으로 하는 폴리유산 조성물.
청구항 4에 있어서, 상기 자동차 부품은 센터페이셔, 콘솔커버, 도어핸들 또는 테일게이트 가니쉬인 것을 특징으로 하는 폴리유산 조성물.