KR101344726B1

KR101344726B1 - 에폭시계 발포수지를 이용한 고강도 경량화 폴리머 알로이 제조방법

Info

Publication number: KR101344726B1
Application number: KR1020110109176A
Authority: KR
Inventors: 박종순
Original assignee: 박종순; (주)대웅
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-12-24
Also published as: KR20130044858A

Abstract

본 발명은 저 비중의 폴리올레핀 수지 조성물 제조에 관한 것으로 폐 범퍼 내지, 자동차용 내장재, 생활계 폴리프로필렌 수지로부터 재생된 폴리프로필렌에 에폭시계 발포수지를 부가하여 경량화를 실현하면서도 강도 및 경도가 향상된 자동차용 합성수지를 제조하는 방법이다. 원재료가 되는 각종 재생재료와 신재의 물성을 분석하고, 이들을 조합한 물성표를 기초로하여 에폭시계 발포수지 분말을 적량 부가하여 물성을 향상시키는 방법이다.

Description

에폭시계 발포수지를 이용한 고강도 경량화 폴리머 알로이 제조방법{METHOD OF HIGH STREGTH AND LIGHT WEIGHT POLYMER ALLOY WITH FORMING EPOXY RESIN}

본 발명은 저 비중의 폴리올레핀 수지 조성물에 관한 것으로 폐 범퍼 내지, 자동차용 내장재, 생활계 폴리프로필렌 수지로부터 재생된 폴리프로필렌에 탈크 및 고비중의 무기계 첨가물의 함량을 줄이고 에폭시계 발포수지를 부가하여 경량화를 실현하면서도 강도가 향상되어 자동차용 재료로 적용 가능한 폴리머 알로이의 제조 방법에 대한 것이다.

자동차 내장재 부품은 차 실내에 노출되어 승차자의 접촉이 빈번하므로 편의성과 감성이 요구되는 감성 부품이며, 자동차의 품격을 결정하는 상품성이 중요한 부위로 종래에는 복합폴리프로필렌 재료 성형품에 내장용 도료를 도장하여 사용하였으나, 원가 부담으로 무 도장화 되는 추세이다. 무도장시 플라스틱 제품의 표면이 거칠게 되거나, 제품 색상변화 등 외관을 철저히 관리해야 하는 어려운 문제점이 있으며, 플라스틱 성형품을 그대로 사용할 수 있을 정도로 표면이 우수하고, 고강도를 가지면서도 경량인 재료 개발이 요구되고 있다.

일본 특개평9-165477호 및 일본 특개평9-165478호에는 50∼95 중량%의 결정성 폴리프로필렌 수지와 5∼60 중량%의 무기 충진제(탈크) 및 30 중량% 이하의 에틸렌-프로필렌 고무, 기타 첨가제를 컴파운딩하여 자동차 기능부품용 폴리프로필렌 복합수지를 가공하는 기술을 제시하고 있다. 그러나, 상기한 종래의 기술은 내열성, 강성, 및 충격강도가 떨어지는 폴리프로필렌 수지를 이용함으로 인해 탈크의 함량이 높아 무게가 증대되는 한편 탈크 및 고무의 사용으로 인해 가격이 높고 강성이 떨어지는 문제점이 있다.

기존에 사용되는 재료 중에는 일반적으로 강성을 부여하는 무기물 충진제로 비중이 높은 탈크를 사용하고 있으나, 고강도와 경량화를 위하여 탈크 대신에 글라스화이버와 글라스 비드의 내부가 비어있는 중공 구조의 글라스버블의 혼합 사용, 셀룰로스계화이버, 카본화이버, 고강력폴리비닐알콜 화이버의 사용에 대한 연구가 이루어지고 있다. 그러나 이러한 신규의 소재는 고가이며 분산성, 상용성, 가공성 등 아직 해결해야 하는 문제들이 많다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로서,자동차의 내장용 플라스틱으로 적용 가능한 재활용 폴리프로필렌 재료에 경량화 강성화 재료로 에폭시계 발포수지를 혼입하여 사출 성형시 성형성이 우수하고, 표면의 질감이 우수하여 도장이 필요 없으며, 경량이면서도 고강도를 갖으며 가격면에서도 기존의 방법이나 재료에 비하여 경쟁력이 떨어지지 않는 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적으로 달성하는 본 발명에 따른 폴리프로필렌 수지 조성물은 폐 자동차범퍼 및 생활계에서 발생 된 폴리프로필렌을 재활용(Recycl)한 재생 폴리프로필렌으로서 그 발생원은 자동차용 범퍼, 자동차용 내장재, 생활계 폴리프로필렌 등이며, 분쇄, 도막 분리 및 이물질 제거 등 과정을 거쳐 펠렛상으로 얻어진 제품의 각종 물성을 측정하여 분류해 놓은 후 고결정성폴리프로필렌(High Crystallinity Polypropylene)과 프로필렌코폴리머(Copolymer Propylene)의 물성표와 부가할 발포에폭시 수지 물성을 조합한 매트릭스를 가지고 각각의 물성치를 예측하며, 이들 조합에 의거 원료를 계량하여 대형 리본믹서에 투입 1시간 이상 혼합하여 균일한 색상 및 형상이 얻어지면 트윈압출기에 투입하여 압출하는 과정을 거쳐 펠렛 형태로 제조된다.

본 발명에 사용된 폴리프로필렌 수지는 용융지수(MI)가 20~100g/10분 인 것이 바람직하지만 용융지수가 낮은 경우 미량의 옥사이드 화합물을 부가하여 흐름성을 올릴 수 있도록 하는 방법이 있지만 옥사이드 화합물은 반응성이 높아 작업환경이 좋지 않으므로 흐름성이 좋은 코폴리머의 양을 증가시키는 방법을 사용한다. 또 생활계 재생 프로필렌 중 필름 또는 섬유를 출발 원료로 한 프로필렌이 비교적 용융지수가 크므로 이들 원료와 혼합하여 사용한다.

본 발명에 있어서 상기 발포 에폭시 수지는 분자량 350 초과, 바람직하게는 450 초과하는 것으로 고무 개질된 에폭시, 폴리우레탄 개질된 에폭시, 아미노 말단폴리옥시알킬렌 및 폴리에폭시드 첨가생성물, 지방산 및 비스페놀A 디글리시딜 에테르 첨가생성물, 폴리올 첨가 생성물, 폴리설파이드 개질 에폭시, 아크릴로니트릴과 부타디엔 공중합체 중 하나로 부터 얻어진 발포체 분말이다.

이와 같은 에폭시 수지 발포체 중 그라스화이버를 혼합하여 발포한 단열재를 미분쇄한 분말도 가능하며, 중공 형태의 미세 구 형태로도 가능하다.

본 발명에 따른 폴리프로필렌 조성물은 상기 성분 이외에 활제, 대전방지제, 열안정제, 산화방지제, 자외선 흡수제 같은 첨가제를 부가하여 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물은 일반 폴리프로필렌에 비하여 표면 경도가 높아 스크래치 발생이 적으며, 표면이 우수하고, 고강도를 가지면서도 경량이며 원가절감을 꾀할 수 있으므로 자동차의 내장재로 매우 유용하다.

이하 본 발명을 실시 예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

표 1은 본 발명의 실시를 위한 원재료로 이용되는 자동차의 폐 범퍼와 내장재, 생활계 폴리프로필렌의 물성을 분석한 결과들이다.

	MI g/10min	회분 %	비중 g/㎤	IZOD kgf/㎝	인장강도 kgf/㎠	신율 %	굴곡강도 kgf/㎠	굴곡탄성율 kgf/㎠	경도 Rockwell
범퍼1	18.5	11.2	0.9777	56.4	170	68	214	12102	62.6
범퍼2	21.8	16.5	1.037	43.3	179	72	234	15170	65.2
내장1	26	16.6	1.031	15.2	207	32	281	17325	81.9
내장2	12.1	0.2	0.909	19.1	230	84	298	12499	88.1
생활	9.7	1.9	0.932	10.4	243	28	290	12451	84.8

주) MI(용융지수:ASTM D 1238 적용)

IZOD 충격강도(ASRM D 256 적용)

인장강도(ASTM D 638적용)

신율(ASTM D 638적용)

굴곡강도(ASTM D 790적용)

굴곡탄성율(ASTM D 790적용)

경도(ASTM D 785적용)

또 표 2는 본 발명에 사용한 폴리프로필렌 신재의 물성표로 A,B는 대표적으로 사용되는 고결정성폴리프로필렌과 프로필렌코폴리머일 뿐 물성의 차이가 다소 다른 재료에 대해서도 같은 방법으로 분석해 놓는다.

	MI g/10min	회분 %	비중 g/㎤	IZOD kgf/㎝	인장강도 kgf/㎠	신율 %	굴곡강도 kgf/㎠	굴곡탄성율 kgf/㎠	경도 Rockwell
A	10	-	0.91	12	280	200	220	13,000	85
B	25	-	0.91	6	300	50	285	17500	97

표 1의 재생재료의 특징을 보면 범퍼는 MI가 높으며, IZOD 충격강도가 높은 반면, 인장강도와 경도가 낮은 것으로 나타나며, 내장재의 경우 MI가 매우 높은 것이 있는 반면 낮은 것도 있고, IZOD 강도는 낮지만 인장강도와 굴곡강도는 높은 것으로 나타난다. 또 생활계 재생수지는 MI가 매우 낮지만 인장강도와 굴곡강도는 매우 우수한 것으로 나타난다. 이는 비교적 대형 부품의 경우 흐름성이 좋아야 성형 불량을 막을 수 있으므로 MI값이 높은 특성을 요구되지만, 비교적 두께가 얇은 내쟁재의 경우 굴곡강도가 우수할 필요성이 있다. 따라서 이들 특성을 고려하여 신재와 적절히 혼합하거나 재생재료들 끼리 혼합하여 요구되는 물성을 맞출 경우 원가 절감은 물론 친환경적인 자원활용 방법이 될 수 있다.

본 발명은 표 1의 재생재료와 표2의 신재를 적절히 조합하여 요구되는 물성을 맞추며, 비교적 가격이 저렴한 재생재료를 혼합 사용함으로써 원가를 낮출 수 있는 방안을 모색하는 데 있으며, 다음의 예로 국한되는 것은 아니지만 각기 재생재료를 신재와 7:3, 5:5로 혼합한 물성의 예측표는 표 3과 같다.

	MI g/10min	회분 %	비중 g/㎤	IZOD kgf/㎝	인장강도 kgf/㎠	신율 %	굴곡강도 kgf/㎠	굴곡탄성율 kgf/㎠	경도 Rockwell
범1,A(7:3)	15.95	7.8	0.957	43.08	203	107	215	12371	69
범1,A(5:5)	14.25	5.6	0.944	34.2	225	134	217	12551	73
범2,A(7:3)	18.26	11.5	0.999	33.91	209	110	229	14519	71
범2,A(5:5)	15.9	8.3	0.974	27.65	229	136	227	14085	75
내1,A(7:3)	21.2	11.6	0.995	14.24	228	82	262	16027	82
내1,A(5:5)	18	8.3	0.971	13.6	243	116	250	15162	83
내2,A(7:3)	11.47	0.1	0.909	16.97	245	118	274	12649	87
내2,A(5:5)	11.05	0.1	0.910	15.55	255	142	259	12749	86
생,A(7:3)	9.79	1.3	0.925	10.88	254	79	269	12615	84
생,A(5:5)	9.85	0.9	0.921	11.2	261	114	255	12725	84
범1,B(7:3)	20.45	7.8	0.957	41.28	209	62	235	13721	72
범1,B(5:5)	21.75	5.6	0.944	31.2	235	59	249	14801	79
범2,B(7:3)	22.76	11.5	0.999	32.11	215	65	249	15869	74
범2,B(5:5)	23.4	8.3	0.974	24.65	239	61	259	16335	81
내1,B(7:3)	25.7	11.6	0.995	12.44	234	37	282	17377	86
내1,B(5:5)	13	8.3	0.971	10.6	253	41	283	17412	89
내2,B(7:3)	15.97	0.1	0.909	15.17	251	73	294	13999	90
내2,B(5:5)	18.55	0.1	0.910	12.55	265	67	291	14999	92
생,B(7:3)	14.29	1.3	0.925	9.08	260	34	288	13965	88
생,B(5:5)	17.35	0.9	0.921	8.2	271	39	287	14975	90

같은 방법으로 원자재의 비율을 신재의 비율을 50% 이하로 하여 10% 단위로 계산된 표를 작성하고, 또 3가지의 원료를 조합하여 혼합한 경우도 비율별로 표를 만들어 놓고 각각의 비용도 안출하여 재료비를 산정하고, 최적 안 1~2개를 준비한다. 즉 재활용 자재의 경우 수급의 안정성이 떨어지기 때문에 대체재를 준비할 필요성이 있다.

표 3에서 보이는 바와 같이 신재를 부가함으로서 비중이 전체적으로 낮아졌으며, 인장강도와 굴곡강도도 좋아지고 경도도 증가시킬 수 있다.

시알킬렌 및 폴리에폭시드 첨가물, 지방산 및 비스페A 디글리시딜 에테르 첨가물, 폴리올 첨가물, 폴리설파이드 개질 에폭시, 아크릴로니트릴과 부타디엔 공중합체로부터 얻어진 발포체 분말은 발포스티렌을 대체한 단열재들을 분쇄한 분말로 난연성과 인장강도, 압축강도 향상을 위하여 그라스화이버나 글라스버블이 혼입된 제품도 있으며 생산 업체에 따라 원료 물질이 다르다. 따라서 일일히 구분하기 어렵고 물성의 차이도 크지 않으므로 본 발명에는 에폭시계 발포수지 분말로 통칭하며, 단지 그라스화이버 또는 중공형태의 미세구인 그라스버블을 함유하고 있지 않은 경우에는 요구되는 물성에 따라 압출시에 그라스화이버를 5~20% 범위에서 사이드 피더로 공급하여 펠렛을 형성시커나, 믹서에 그라스버블을 5~20% 부가하여 압출기로 압출하여 펠렛을 제조한다.

또 이미 알려져 있는 바와 같이 미량이지만 탈크와 같은 활제, 대전방지제, 열안정제, 산화방지제, 자외선흡수제 등과 같은 첨가제들을 부가하여 원하는 용도에 적합하도록 한다.

표 4는 본 발명의 실시에 따른 물성을 측정한 것으로 본 발명의 전체를 한정 짓는 것은 아니다.

	MI g/10min	회분 %	비중 g/㎤	IZOD kgf/㎝	인장강도 kgf/㎠	신율 %	굴곡강도 kgf/㎠	굴곡탄성율 kgf/㎠	경도 Rockwell
1	14.6	8.04	0.969	38.2	218	87	231	13613	74
2	13.5	8.26	0.981	34.2	234	65	276	14071	86
3	19.4	8.04	0.966	36.5	230	54	257	16322	76
4	18.7	8.26	0.982	31.2	256	41	274	17224	88

표 4에서 1,과 2의 배합은 표 3의 첫 행의 재료인 표1의 범퍼1과 표2의 A 재료를 7:3으로 혼합한 상태에서 그라스화이버가 40% 들어있는 발포 에폭시 분말을 중량비로 각각 5%,10% 부가한 재료의 물성이며, 3,4의 배합은 표 3의 10번째 행의 재료인 표 1의 범퍼 1과 표 2의 B 재료를 7:3으로 혼합한 상태에서 그라스화이버가 40% 들어있는 발포 에폭시 분말을 중량비로 각각 5%,10% 부가한 재료의 물성이다.

따라서 상기의 과정을 통하여 폐 범퍼 내지, 자동차 내장재, 생활계 폴리프로필렌 수지로부터 재생된 폴리프로필렌에 탈크 및 고비중의 무기계 첨가물의 함량을 줄이고 에폭시계 발포수지를 부가하여 경량화를 실현하면서도 강도가 향상되어 자동차용 재료로 적용 가능한 폴리머 알로이를 선택적으로 얻을 수 있다.

또한 이상의 과정을 보다 편리하고 유효 적절하게 수행하기 위한 방법으로 다음의 단계를 거치는 것이 바람직하다.

1) 재생재료가 되는 폐자재를 컴파운딩하여 그 물성을 측정하는 단계.

2) 주로 사용되는 신재료의 물성을 측정하는 단계.

3) 재생재료와 신재료의 비율을 10% 범위로 달리하여 각각 물성을 예측, 측정값과 비교하는 단계로 신재의 비중은 50% 미만이 되도록 함.

4) 재생재료와 재생재료끼리의 혼합비를 달리하여 각각 물성을 예측하고 측정하는 단계.

5) 4항에서 얻어진 재료와 신재의 비율을 달리하여 각각 물성을 예측하고 측정하는 단계.

6) 상기 과정을 거쳐 예측하거나 측정된 값을 도표화 하는 단계.

7) 요구되는 물성 범위에 따라 최적안부터 대체안까지 선발하는 단계.

8)주문시 자재의 수급 여부 및 납기에 따라 선발된 재료의 비율에 따라 펠렛을 제조하는 단계.

Claims

폴리프로필렌계 재생재료 30~70%중량 및 폴리프로필렌계 신재료 70~30%중량으로 이루어진 수지 혼합물 100 중량부에 에폭시 수지 발포체 분말 5~10 중량부를 혼합한 후 트윈압출기로 압출하여 펠렛을 얻는 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 재생재료와 신재료의 물성을 측정하여 혼합 비율에 따라 매트릭스를 형성하여 도표화 하는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 2에 있어서, 상기 물성에 의거 요구되는 범위의 최적 배합안과 대체안을 선발해 놓는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 방법.
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