KR101509144B1 - 어상자용 폴리프로필렌 수지 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 어상자용 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리프로필렌에 폴리에틸렌이 도입된 공중합체에 특정 엘라스토머를 혼합하고 핵제를 포함하는 폴리프로필렌 공중합체 조성물로서, 유동성과 분자배향성을 향상시켜서 저온에서도 내충격성을 비롯한 각종 물성이 우수하여 높은 강성을 가지므로 어상자용 성형재료로 사용하기에 적합한 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 어상자용 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리프로필렌에 폴리에틸렌이 도입된 공중합체에 특정 엘라스토머를 혼합하고 핵제를 포함하는 폴리프로필렌 공중합체 조성물로서, 유동성과 분자배향성을 향상시켜서 저온에서도 내충격성을 비롯한 각종 물성이 우수하여 높은 강성을 가지므로 어상자용 성형재료로 사용하기에 적합한 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 폴리프로필렌 수지 조성물의 경우 다양한 성형을 통해 상자나 하우징 등 각종 성형재료로 널리 사용되고 있다.
특히, 현재 널리 사용되고 있는 어상자는 현장 어선에서 어획한 생선을 수납하고 10단 정도로 적층하여 운반하는 도구로 사용되며, 입항 후 선별하여 위판하고 외지 판매용 생선은 대부분 일회용 나무상자에 담아 판매하고 있다. 그러나 냉동보관을 요하는 생선들은 플라스틱 어상자에 담아 냉동 보관하였다가 판매시 어상자에서 고기를 분리하여 출하하고 있다.
어상자는 냉동 보관하고 시판되는 경우 냉동창고 보관시나 어선 및 차량 운반시 10단 정도로 쌓아 유통되므로 최 밑단에 부하되는 하중은 약 200~230Kg 이나되고 유통과정에서 충격이 가해지는 경우가 많아서 일정 강도 이상이 유지되어야 하고, 또한 냉동 보관 후 냉동된 어상자에서 고기를 분리하는 경우 충격을 가하여 고기를 분리하여야 하므로 충격에 잘 견딜 수 있어야 한다.
이와 같이 일반적인 어상자는 유통과정에서 충격이 자주 가해지기 때문에 취급자의 작업방식이나 숙련도에 따라 다소 차이는 있지만 약 15~20% 정도 파손이 일어나게 된다. 이러한 파손을 방지하고 내구성을 가진 어상자 제조를 위해 종래에는 수지 조성을 구성함에 있어 고밀도와 저밀도 폴리에틸렌(PE)을 혼합하여 중합시킨 중합체 재질(HDPE/LDPE/LLDPE)로 최적화를 꾀하고, 내충격성 보강으로 파손을 방지하기 위해 어상자 성형시 리브(Rib)를 형성하거나 두께 보강을 위한 구조개선과 배수구멍을 형성하여 수지 접합부인 웰드 라인의 최소화 등을 통해 파손을 방지하기 위해 다양한 노력을 기울이고 있다.
그러나 이러한 기존의 어상자는 재질구성이나 성형 구조의 개선으로 파손은 최소화하고 있지만,근본적인 파손의 문제는 해결하지 못하고 있다. 따라서 기존의 플라스틱 어상자는 대개 그 수명이 3개월을 넘지 못하고 잦은 교체로 인해 자원 낭비과 폐기물 처리 등으로 인한 경제적 손실이 커서, 어민, 냉동어류 유통회사, 냉동 창고업자 등에게는 막대한 경제적 부담이 되고 있는 실정이다.
이러한 어상자의 수명이 짧은 문제 등을 개선하기 위해, 한국특허공개 제2003-97055호에서는 밀도가 0.9-9.1인 폴리프로필렌 50-80중량%, 밀도가 0.95 이상인 폴리에틸렌 10-25중량%, 폐놀계와 아민계가 포함된 폴리올레핀용 탄성중합체(엘라스토머) 5-10중량%, 맥반석 분말 5-10중량%, 산화방지제 0.05-0.5중량%, 폴리올레핀용 활제 0.1-1.0중량% 로 이루어진 냉동 어상자용 수지 조성물이 제안되어 있다. 이러한 종래의 어상자용 수지 조성물은 급냉동시와 같이 온도의 변화에 의해 물성변형을 최소화시켜 사용수명을 연장하고 고기를 수납할 경우 원적외선이 방사되어 항균 및 탈취작용으로 고기를 보다 신선하게 저장 보관할 수 있는 대안으로 제안되어 있다. 그러나 이러한 어상자용 수지 조성물은 생선의 신선도 유지에는 어느 정도 효과를 기대할 수 있을지 모르지만 폴리프로필렌에 폴리에틸렌을 과량 사용하기 때문에 양 수지 성분 간에 밀도, 용융지수, 입자크기 등이 달라서 성형 제품의 균질성을 확보하기 어려운데 이에 관한 해결을 하지 못하고 있어 성형물의 물성 저하의 원인이 되고, 맥반석 분말 등은 수지 접합부의 접합력을 저하시켜 충격에 취약한 치명적인 단점이 있다. 또 탄성력 부여를 위해 사용되는 탄성중합체의 경우 그 가격이 고가이고 탄성을 부여하는 것 이외에 균일성 확보 등에는 제기능을 발휘하지 못하고 있다.
또한, 일반적인 성형 재료로 이용되는 폴리프로필렌게 수지조성물로서, 일본특허공개 평2-229846호에서는 프로필렌계 중합체 55-90중량%, 밀도 0.9-0.97의 에틸렌 중합체 5-30중량%, 초저밀도 폴리에틸렌 5-30 중량%, n-헥산 불용분 10 중량%이상 등으로 이루어진 두께가 0.3∼10mm인 내한 고강성 쉬트 팔레트가 제안되어 있으나, 이 경우 역시 두 수지간의 균일한 혼합이 어려워 물성이 저하되며, 수시로 충격이 가해지는 어상자 성형에 적용하기에는 부적당하다. 또 고가의 재료를 사용하고 제조과정도 까다로워서 어상자와 같은 성형물로 대량 제조하기에는 경제적으로 어려운 문제가 있다.
이와 같이 종래의 어상자용 폴리프로필렌 수지나 내한 고강성 성형물 제조용 폴리프로필렌 수지 등은 혼합되는 수지들의 성질이 달라서 강성에 치명적인 취약점이 있거나 제조공정이 복잡한 문제가 있다. 따라서 유통 현장에서 다양한 충격이 가해지는 활용하는 어상자 제조용 수지 조성물로는 부적합한 문제가 많아 여전히 개성의 필요성이 증대되고 있다.
상기와 같은 종래 기술들에서 문제는 강성과 내충격성 및 경제성을 두루 갖춘 어상자를 제조할 수 있는 수지조성물로 적합한 나타난 내충격성 문제가 개선된 어상자를 경제적으로 제조하기 어려운 문제점을 해결하기 위해, 폴리프로필렌 공중합체를 주성분으로 하고 여기에 부분적으로 폴리에틸렌을 도입한 수지 성분에 무기 핵제를 혼합하고 상기 수지 성분과 상용성이 우수한 폴리올레핀 엘라스토머를 혼합하면 내충격성 등 각종 물성이 매우 우수하고 경제적으로 조성이 가능하여 어상자의 제조 시 내구성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공할 수 있다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 강성과 가공성이 우수하고 내충격성 등 물성이 개선된 어상자용 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공하는데 있다.
위와 같은 과제 해결을 위해, 본 발명은 폴리프로필렌 단량체 85~95 중량%와 폴리에틸렌 단량체 5~15 중량%로 이루어진 폴리프로필렌 공중합체 수지 80~92중량%와, 메탈로센계 촉매를 사용하여 제조된 용융지수 4 ~ 6(g/10min, 2.16kg, 190℃)의 폴리올레핀 엘라스토머 5~15중량%, 그리고 무기 핵제 2~5중량%를 포함하는 어상자용 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 폴리프로필렌 수지 조성물은 폴리프로필렌 공중합체를 주성분으로 하고 여기에 부분적으로 폴리에틸렌을 도입한 수지 성분을 주성분으로 하고, 여기에 상용성이 우수한 특정 폴리올레핀 엘라스토머와 무기 핵제를 혼합 조성함으로서 상용성과 분자배향성을 개선하여 어상자로 성형하여 제조하는 경우 강도와 내충격성 등 각종 물성이 매우 우수하고 경제적으로 제조가 가능한 효과가 있다.
이하 본 발명을 하나의 구현 예로서 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 기존의 폴리프로필렌에 폴리에틸렌을 혼합한 공중합체에서 두 성분간의 물성 차이로 인한 상용성 문제의 해결을 위해 메탈로센계 촉매를 사용하여 제조된 폴리올레핀 엘라스토머와 무기 핵제를 혼합한 것을 특징으로 하는 어상자용 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.
폴리프로필렌 단량체만으로 이루어진 공중합체의 경우 어상자 제조에 적합한 물성을 가지기는 하지만 내충격성 등 각종 물성에 단점이 있어서 이를 보완 개선하기 위해, 본 발명에서 사용되는 공중합체는 폴리프로필렌에 폴리에틸렌 단량체를 도입하여 공중합한 폴리프로필렌 공중합체, 즉 폴리에틸렌-프로필렌 공중합체 수지를 기본 수지로 사용한다.
본 발명에서는 폴리프로필렌 단량체 85~95 중량%와 폴리에틸렌 단량체 5~15 중량%로 이루어진 폴리프로필렌 공중합체 수지를 전체 조성에 대해 80~92중량%로 사용한다. 이러한 공중합체 수지 중에 폴리에틸렌이 너무 과량 사용되면 설령 폴리에틸렌 엘라스토머를 사용한다고 하더라도 분리 형상 및 물성 저하가 염려되고, 너무 소량 사용하면 첨가로 인한 물성 개선 효과를 기대하기 어렵다.
본 발명에서 사용되는 폴리프로필렌 공중합체 수지는 저온에서도 높은 충격저항을 나타내고 대전방지성을 가지면서 매우 높은 강성을 나타내며, 비중이 0.89~0.92g/㎤이고 용융점이 120~170℃이며, 중량평균분자량은 10,000~300,000인 것이 바람직하다.
일반적으로는 폴리프로필렌의 단점을 보완하기 위해 폴리프로필렌 수지 중에 폴리에틸렌 단량체를 5~15중량%, 더욱 바람직하게는 7~9중량%로 사용하는 것이 가장 좋다. 그렇지만 이렇게 두 성분을 혼합하여 공중합하는 경우 밀도, 용융점, 용융지구, 수지입자의 크기나 형태 등이 달라서 두 수지 성분의 상용성이 그다지 좋지 않고 균질 혼합이 힘들어서 제품의 품질이 균일하지 못하고 내 충격성 등 물성이 저하되는 원인이 되고 있다. 특히, 폴리에틸렌이 너무 과량 사용되면 폴리프로필렌과 폴리에틸렌이 분리되는 현상이 나타나고 심지어 박리가 일어나기도 한다.
본 발명에서는 이러한 문제를 해결하고 보다 물성이 우수한 수지로 구성하기 위해 메탈로센계 촉매를 사용하여 제조된 용융지수 4 ~ 6(g/10min, 2.16kg, 190℃)의 폴리올레핀 엘라스토머를 전체 조성에 대해 5~15중량%로 혼합하여 사용한다. 이러한 본 발명에서 사용된 폴리올레핀 엘라스토머는 상기 종래기술에서 사용하고 있는 탄성중합체와는 그 성질이 다르다. 탄성중합체는 엘라스토머라고는 표현하고 있지만 그 가격이 고가이므로 원가 상승요인으로 작용하는 것이고 이를 5~10 중량%로 사용하는 것은 실질적인 상품화에는 적용이 불가능한 량으로서 실험실적인 사용으로 가능한 양에 해당한다. 특히, 종래 사용된 탄성중합체는 용융지수(MI)가 1 정도이어서 흐름성이 좋지 못하고 혼합이 잘 일어나지 않는 문제가 발생될 수 있다.
그러므로 본 발명에서는 상기 공중합체 수지성분과의 상용성과 경제성을 고려하여 기존의 탄성중합체와는 달리 메탈로센계 촉매를 사용하여 제조된 용융지수 4 ~ 6(g/10min, 2.16kg, 190℃)의 폴리올레핀 엘라스토머를 사용하는데, 이러한 메탈로센계 촉매를 사용하여 제조된 폴리올레핀 엘라스토머는 폐놀계와 아민계가 포함된 탄성중합체와는 달리 특정 용융지수 범위를 나타내므로 흐름성이 매우 우수하고 폴리프로필렌 공중합체 수지와 잘 섞이는 특성을 보이므로 최종 제품의 물성이 매우 우수해지는 효과를 발현하게 된다. 이러한 본 발명의 엘라스토머는 폴리프로필렌과의 사용성이 매우 우수한 특성을 가지므로 수지성분의 균일성 향상과 물성 개선에 기여하며 가격이 매우 저렴하여 경제적이다. 본 발명에서 그 함량은 전체 조성에 대해 5~15중량%로 혼합하여 사용하는데, 만일 그 사용량이 너무 적으면 제품의 균일성이 저하되고 과량 사용하는 경우 역시 강도 등 물성 저하가 일어나므로 바람직하지 않다.
본 발명에서는 상기 폴리프로필렌 공중합체 수지 성분 및 폴리올레핀 엘라스토머와 함께 무기 핵제를 전체 조성에 대해 2~5 중량%로 사용하는데, 본 발명에서의 무기 핵제로는 탈크, 실리카 및 카올린 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용하는 것이 본 발명의 목적 달성에 적합하다. 본 발명에서 사용된 무기 핵제는 사용된 공중합체 수지 성분의 결정화 속도를 촉진시키고 결정의 크기를 미세화시켜서 투명성을 향상시켜주며, 특히 결정화 속도를 증가시킴으로써 싸이클링 타임을 단축시키고 기계적 물성과 이형성도 향상시키는 효과가 있다. 만일, 무기 핵제의 사용량이 상기 범위에 비해 소량이면 상기 첨가 목적에 부합되는 첨가효과가 충분하지 못하고 너무 과다하면 물성이 저하되는 문제가 있다.
한편, 본 발명에서는 상기 조성 이외에 첨가제로서 자외선 안정제, 활제 등을 추가로 혼합하여 사용할 수도 있다. 자외선 안정제는 전체 조성에 대해 0.1~1.5 중량%로 사용할 수 있다. 자외선 안정제는 태양에 의해 조사되는 3000~3400옹스트롱 정도의 자외선에 의해 수지가 분해를 일으키고 변색되고 잘 부스러지는 문제를 해결하기 위해 자외선을 차단하거나 흡수하여 수지 성형물을 보호할 목적으로 사용될 수 있다. 활제는 통상적으로 널리 사용되는 Armoslip-CP 슬립제 등이 전체 조성에 대해 0.1~1.5 중량% 정도로 추가 혼합되어 사용될 수 있다. 활제는 표면특성을 좋게 하기 위해 사용될 수 있으며, 성형과정에서 표면 특성이 좋고 성형 가공성 향상을 위해 사용되는 것으로서, 성형물의 강도나 내충격성 등의 물성에 직접적인 영향을 주는 것은 아니다.
이와 같이 본 발명에 따른 어상자용 폴리프로필렌 수지 조성물은 통상의 방법으로 어상자용 성형물로 제조하여 사용될 수 있다.
따라서 본 발명은 상기 본 발명에 따른 수지 조성물로 제조된 어상자를 포함한다.
본 발명에서 적용될 수 있는 바람직한 형태의 어상자는 어상자 형태의 코너부에 립(Rib) 구조를 격자형으로 보강하고 성형시 원료의 흐름성을 향상시키고자 제품 어상자 바닥부에는 십자 형태로 띠를 형성시키며, 어상자 내부 벽면은 상광하협 형으로 약간의 경사면을 가지도록 하여 냉동 생선이 어상자에서 쉽게 탈리될 수 있도록 하는 구조로 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 폴리프로필렌 수지 조성물을 성형 재료로 이용하여 예컨대 상기와 같은 구조의 어상자를 제조하여 사용하는 경우 냉동 보관 후 어상자 분리시 파손율을 최소화할 수 있고 내 충격성이 크게 개선되어 그 사용 수명을 기존의 3~6개월에서 1년~2년까지로 연장시킬 수 있는 놀라운 효과를 나타내었다.
이하, 이러한 본 발명의 수지 조성물에 대하여 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~6
하기 표 1과 같은 조성으로 수지 조성물을 구성하여 어상자용 수지조성물을 제조하였다. 각 단위는 중량부이다.
| 성분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시에 6 |
| 폴리프로필렌 공중합체수지 A |
92 | 87 | 82 | |||
| 폴리프로필렌 공중합체수지 B |
92 | 87 | 82 | |||
| 엘라스토머 | 5 | 10 | 15 | 5 | 10 | 15 |
| 탈크 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 카올린 | 1 | |||||
| 자외선차단제 | 0.12 | 0.12 | 0.12 | 0.12 | 0.12 | 0.12 |
상기 표 1에서 폴리프로필렌 공중합체수지 A는 J340(호남석유화학 제품)이고, 폴리프로필렌 공중합체수지 B는 JH370B(호남석유화학 제품)를 각각 사용하였다. 엘라스토머는 용융지수 5인 것을 사용하고, 핵제인 탈크는 일본 보론사 제품을 사용하였다.
비교예 1~3
상기 실시예와 동일한 방법으로 제조하되 각 사용성분을 하기 표 2와 같이 사용하여 수지 조성물을 제조하였다. 단위는 중량부이다.
| 성분 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| 수지성분 (폴리프로필렌+폴리에틸렌) |
85 (70+15) |
80 (60+20) |
| 탄성중합체(용융지수 1) | 5 | 10 |
| 맥반석분말 | 7 | 7 |
| 활제 | 0.5 | 0.5 |
| 산화방지제 | 0.12 | 0.12 |
상기 표 2에서 각 성분은 한국특허공개 제2003-97055호에 공개된 내용에 근거하여 사용하였다.
실험예
상기 실시예와 비교예로 제조된 각 수지조성물을 이용하여 어상자를 성형하되 성형물 두께는 1.5mm이고, 가로/세로/높이가 582/402/180 크기를 가진 어상자를 제조하여 냉동조건과 상온에서 각각 시료 10개에 대해 내충격성 등 물성실험을 진행하였다. 실험은 각 조건에서 2m 높이에서 던지되 각각 10개 어상자에 대해 상온 내충격은 3회 냉동 내충격은 1회씩 던져 파괴된 갯수를 측정하고, 그 결과는 다음 표 3에 나타내었다.
| 물성 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| 상온 내충격 |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 3 |
| 냉동 내충격 |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3 | 3 |
Claims (7)
- 폴리프로필렌 단량체 85~95 중량%와 폴리에틸렌 단량체 5~15 중량%로 이루어지고, 비중이 0.89~0.92g/㎤이고 용융점이 120~170℃이며, 중량평균분자량은 10,000~300,000인 폴리프로필렌 공중합체 수지 80~92중량%와; 메탈로센계 촉매를 사용하여 제조된 용융지수 4 ~ 6g/10min(2.16kg, 190℃)의 폴리올레핀 엘라스토머 5~15중량%; 그리고 무기 핵제 2~5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 어상자용 폴리프로필렌 수지 조성물.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 폴리에틸렌 단량체는 폴리프로필렌 공중합체 수지 중에 7~9중량%로 함유된 것을 특징으로 하는 어상용 폴리프로필렌 수지 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 무기 핵제는 탈크, 실리카 및 카올린 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 어상자용 폴리프로필렌 수지 조성물.
- 청구항 1, 청구항 3 및 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 첨가제로 자외선차단제와 활제 중에서 선택된 하나 이상을 추가로 혼합한 것을 특징으로 하는 어상자용 폴리프로필렌 수지 조성물.
- 청구항 5에 있어서, 자외선 차단제는 전체 조성에 대해 0.1~1.5 중량%로 함유된 것을 특징으로 하는 어상자용 폴리프로필렌 수지 조성물.
- 청구항 5에 있어서, 활제는 전체 조성에 대해 0.1~1.5 중량%로 함유된 것을 특징으로 하는 어상자용 폴리프로필렌 수지조성물.
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-
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