KR101549329B1 - 사출 성형품 제조용 폴리올레핀 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 폴리올레핀 수지 조성물은
올레핀계 수지 25~39중량% 및 무기충전제 61~75중량%를 포함하며,
상기 무기충전제는 유리섬유 또는 황산바륨이거나 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하여,
사출 성형품으로 제조 시, 강도, 내충격성, 도장성 및 치수 안정성이 우수한 사출 성형품을 제공하는데 탁월한 효과를 나타낸다.

Description

사출 성형품 제조용 폴리올레핀 수지 조성물{Polyolefin Resin Composition for Injection Molding}
본 발명은 전자제품, 자동차 및 산업자재 등의 사출 성형품으로써 응용이 가능하며, 강도, 내충격성, 도장성 및 치수 안정성이 우수한 폴리올레핀 수지 조성물에 관한 것이다.
폴리프로필렌은 비교적 저렴한 가격, 우수한 기계적 강도와 가공 특성 등을 가지고 있어 사출 성형품, 필름, 블로우 성형품의 형태로의 제조가 용이하며 전자제품, 자동차, 산업자재 등의 분야에 폭넓게 사용되는 재료이다. 그러나 금속 소재나 엔지니어링 플라스틱에 비해 내충격성 및 강성이 떨어져 개량을 목적으로 에틸렌-프로필렌 공중합체 고무(EPR)와 탈크 등의 무기 충전제를 첨가한 폴리프로필렌 수지 조성물이 제안되고 있다.
종래의 전자제품 및 산업자재용 Frame, Cover 등은 철판의 프레스 성형 및 용접공정에 의해 생산하였으나, 최근 경량화 및 원가절감 목적으로 물성이 우수한 나일론이나 폴리카보네이트 등이 사용되고 있다. 그러나 여전히 고비용에 따른 경제적 부담을 안고 있으며, 따라서 추가적인 저비용화 관점에서 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀의 강화 수지 조성물에 대한 여러 가지 제안이 이루어지고 있다.
대한민국 특허공개 특2002-0096342 및 미국 특허공개 US 2003/0022975 A1에서 제시하는 폴리올레핀계 수지 조성물은 유사금속 수준의 용도에 사용할 수 있는 강도, 내충격성 및 중량이 부족하여 부품 적용 시 신뢰성이 부족하다는 문제점을 안고 있으며, 대한민국 특허공개 10-2004-0065108는 무기 충진재 함량은 30.0~60.0중량부로 제한하여 유사금속 수준의 강도 및 중량 확보가 부족한 문제점을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 사출 성형품으로 제조 시, 강도, 내충격성, 도장성 및 치수 안정성이 우수한 폴리올레핀 수지 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 양상은 올레핀계 수지 25~39중량% 및 무기충전제 61~75중량%를 포함하며, 상기 무기충전제는 유리섬유 또는 황산바륨이거나 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 올레핀계 수지는 아이소택틱 폴리프로필렌, 프로필렌-에틸렌 코폴리머, 프로필렌-1-부텐 코폴리머, 프로필렌-1-헥센 코폴리머 및 프로필렌-4-메틸-1-펜텐 코폴리머 중에서 선택된 1종 이상과 프로필렌의 공중합체 또는 랜덤 공중합체이거나 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 유리섬유는 불포화 카르본산 또는 그 무수물을 그라프트한 변성 폴리프로필렌에 의해 표면 처리되는 것이 바람직하다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 유리섬유는 평균입경이 5~15㎛이고, 길이가 1~16mm인 것이 바람직하다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 황산바륨은 평균입경이 0.5~1㎛인 것이 바람직하다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 유리섬유 및 황산바륨의 혼합물은 2:8~8:2의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 올레핀계 수지는 용융지수가 1~70g/10min(230℃)인 것이 바람직하다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 올레핀계 수지는 호모부분의 아이소택틱 펩타드분율이 96~99%인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 폴리올레핀 수지 조성물은 사출 성형품으로 제조 시, 강도, 내충격성, 도장성 및 치수 안정성이 우수한 사출 성형품을 제공하는데 탁월한 효과를 나타낸다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 폴리올레핀 수지 조성물은 올레핀계 수지 25~39중량% 및 무기충전제 61~75중량%를 포함하며, 상기 무기충전제는 유리섬유 또는 황산바륨이거나 이들의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
전술한 올레핀계 수지는 25~39중량%를 포함하는 것이 바람직하며, 초고결정성 수지로 무기 충전제의 흐름성을 향상시키고 폴리올레핀 수지 조성물의 내열성, 강성 및 열변형성을 향상시키는 역할을 한다. 25중량%미만이면 무기 충전제가 과량으로 사용되어 수지의 흐름성과 성형성을 저하시키는 문제점을 나타내며, 39중량%를 초과하면 사출 성형품으로 제조 시, 강도, 내충격성, 도장성 및 치수안정성을 향상시키는데 효과적이지 못한 문제점을 가진다.
더욱 상세하게는, 전술한 초고결정성 올레핀계 수지는 아이소택틱 폴리프로필렌, 프로필렌-에틸렌 코폴리머, 프로필렌-1-부텐 코폴리머, 프로필렌-1-헥센 코폴리머 및 프로필렌-4-메틸-1-펜텐 코폴리머 중에서 선택된 1종 이상과 프로필렌의 공중합체 또는 랜덤 공중합체이거나 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.
전술한 올레핀계 수지는 용융지수가 1~70g/10min(230℃)인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3~30g/10min이다.
또한, 전술한 올레핀계 수지 중 호모 부분의 C13-NMR에 의한 아이소택틱(isotactic) 펩타드분율이 96~99%인 것이 바람직한데, 96%미만이면 폴리올레핀 수지 조성물의 내열성, 강성 및 열변형성이 저하되는 문제점을 나타낸다.
전술한 무기 충전제는 유리섬유 또는 황산바륨이거나 이들의 혼합물인 것인 것이 바람직한데, 61~75중량%를 포함하여 사출 성형품으로 제조 시, 강도, 내충격성 및 표면의 도장성을 향상시키는 역할을 한다. 전술한 무기 충전제가 61중량% 미만이면 강도 및 내충격성이 저하되고 저중량으로 인한 문제점을 나타내며, 75%중량%를 초과하는 경우에는 고중량 및 고강성으로 인하여 생산 공정이 원활하지 않는 문제점을 가진다.
전술한 유리섬유는 평균입경이 5~15㎛이고, 길이가 1~16㎜인 쵸핑된 스트랜드(chopped strand) 형태를 사용하는 것이 바람직하며, 평균입경이 5㎛미만이면 혼합하는 동안에 유리섬유가 깨지기 쉬워 강성효과가 미흡한 문제점을 나타내며, 15㎛를 초과하는 경우에는 사출 성형품으로 제조 시, 성형품의 변형이 악화되어 외관 상태가 불량해질 수 있다. 또한, 길이가 1㎜미만이면 강도, 내충격성 및 중량이 저하되는 문제점을 가지며, 16㎜를 초과하는 경우에는 가공 공정에서의 투입이 어려워 생산 공정이 원활하지 않는 문제점을 나타낸다.
더욱 상세하게는, 전술한 유리섬유는 불포화 카르본산 또는 그 무수물을 그라프트한 변성 폴리프로필렌에 의해 표면이 처리된 유리섬유인 것이 바람직한데, 사출 성형품으로 제조 시, 성형품의 강도, 내충격성 및 내열성을 개선하는데 효과적인 역할을 한다. 전술한 불포화 카르본산은 아크릴산, 타크릴산, 말레인산, 푸마르산, 이타콘산, 크로톤산, 디트라콘산, 소르빈산 및 인그리카산 중에서 선택된 1종인 것이 바람직하며, 전술한 무수물은 산무수물, 에스테르, 아미드, 이미드 및 금속염 중에서 선택된 1종 이상이며, 구체적인 예로는 무수말레인산, 무수이타콘산, 무수디트라콘산, 아크릴산 나트륨 및 메타크릴산 나트륨 등이 있다. 전술한 유리섬유의 표면을 처리하기 위해서는 결정성 폴리프로필렌에 불포화 카르본산 또는 그 무수물과 촉매를 이축 압출기에 투입하여 180~220℃의 온도에서 가열하여 용융함으로써 제조된 변성 폴리프로필렌을 사용하는 것이 바람직하며, 전술한 변성 폴리프로필렌 및 유리섬유는 1:9의 비율로 표면을 처리하는 것이 바람직하다.
전술한 황산바륨은 레이저회절 산란법에 의한 평균입경이 0.5~1㎛인 것이 바람직한데, 유리섬유와 혼합하여 사용할 경우 고중량의 특성을 나타내는데 효과적인 역할을 하며, 0.5㎛미만이면 고중량 및 고강성의 물성이 저하되며 가공 공정에서의 투입이 어려운 문제점을 가지며, 1㎛를 초과하면 사출 성형품으로 제조 시 성형품의 표면 외관의 광택이 저하되는 문제점을 가진다.
또한, 전술한 유리섬유와 황산바륨을 혼합하여 무기충전제로 사용할 경우에는 유리섬유 및 황산바륨의 혼합비가 2:8~8:2인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 4:6~5:5이다.
본 발명에 따른 폴리올레핀 수지 조성물은 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서 통상적인 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, 보강재, 충진재, 내열안정제, 내후안정제, 대전방지제, 활제, 슬립제, 핵제, 난연제, 안료 및 염료 등을 더 포함할 수 있다. 구체적으로는, 규회석, 탄산칼슘, 황산칼슘, 마이카, 카올린, 탈크, 탄소섬유, 탄산칼슘, 클레이, 실리카, 알루미나, 카본블랙, 수산화마그네슘 및 제올라이트 등일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 의한 폴리올레핀 수지 조성물은 본 기술 분야에서 알려진 수지 조성물의 제조방법 및 가공 조건을 토대로 응용될 수 있으며, 예를 들어, 폴리프로필렌을 융점 이상에서 배합하고 혼련함으로써 펠렛화하여 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 폴리올레핀 수지 조성물의 제조방법의 일 실시예로, 올레핀계 수지 및 무기충전제를 투입하고 리본믹서에서 0.5~4시간 동안 혼합한 후, 2축 압출기를 사용하여 180~220℃의 온도에서 용융 및 혼련시켜 제조할 수 있으며, 상기 무기충전제는 형상유지를 위하여 압출기로 혼련 시, 압출기 중도의 측면에서 투입될 수 있다.
전술한 폴리올레핀 수지 조성물은 사출성형 및 압출성형 등의 통상적인 성형법을 이용하여 사출 성형품을 제조할 수 있으며, 전자제품, 자동차 및 산업자재 등의 유사 금속의 특성을 가지는 소재로써 널리 적용될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 폴리올레핀 수지 조성물을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<실시예 1~4 및 비교예 1~4>
올레핀계 수지 및 무기충전제를 투입하고 리본믹서에서 0.5~4시간 동안 드라이 블렌드한 후, 혼련압출기의 호퍼에 투입하고 180~220℃의 온도에서 용융혼련하여 폴리올레핀 수지 조성물을 제조하였으며, 각 성분의 투입 함량은 아래 표 1에 나타내었다.
구분(중량%) 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
올레핀계 수지 39 30 25 39 100 70 46 70
무기
충전제		 유리섬유-1 31 30 30 - - 30 - -
유리섬유-2 - - - 21 - - - -
유리섬유-3 - - - - - - - 30
황산바륨 30 40 45 40 - - 54 -
(단, 올레핀계 수지는 삼성토탈㈜의 초고결정성 폴리프로필렌(용융수지: 1~70g/10min, 에틸렌 단위함량: 10.5몰%, 아이소택틱 펩타드분율: 96~99%)을 사용하였으며, 유리섬유-1은 평균입경이 9~13㎛, 길이가 3.0~4.5㎜이며, 유리섬유-2는 평균입경이 9~13㎛, 길이가 10.0~15.0㎜이며, 유리섬유-3은 평균입경이 28~32㎛, 길이가 3.0~4.5㎜인 것을 사용함.)
<시험예>
전술한 실시예 1~4 및 비교예 1~4를 통해 제조된 폴리올레핀 수지 조성물의 기계적 물성을 측정하기 위하여, 70℃의 금형온도 및 60~100bar의 사출압력에서 사출 성형하여 시편을 제작하였으며, 측정된 결과는 아래 표 2에 나타내었다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
굴곡탄성률 90,000 100,000 100,000 70,000 14,000 62,000 31,000 89,000
상온 충격강도 15 15 15 21 10 15 4 22
저온 충격강도 12 12 12 18 5 9 3 13
비중 1.53 1.87 1.91 1.67 0.91 1.12 1.56 1.12
MD 수축률 3.1 3.1 3.1 2.8 15.8 9.0 9.0 8.8
TD 수축률 2.6 2.6 2.6 2.4 15.8 2.0 8.8 1.9
표면광택 35 30 28 40 75 20 60 10
외관 도장성 О О О О О Х О Х
전술한 시험예에 있어서, 제반 물성의 평가항목 및 그 측정방법은 다음과 같다.
1) 굴곡탄성률(kg/㎠): ASTM D 790의 방법으로 상온에서 측정하였다.
2) 상온 충격강도(kg·㎝/㎝): ASTM D 256의 방법으로 상온에서 측정하였다.
3) 저온 충격강도(kg·㎝/㎝): ASTM D 256의 방법으로 -10 ℃ 에서 측정하였다.
4) 비중: ASTM D 1238의 방법으로 상온에서 측정하였다.
5) 표면광택(%, 60’): ASTM D 523의 방법으로 상온에서 측정하였다.
6) MD 수축률(%): ASTM D 955의 방법으로 상온에서 흐름방향(Machine Direction)으로 측정하였다.
7) TD 수축률(%): ASTM D 955의 방법으로 상온에서 흐름직각방향(Transverse Direction)으로 측정하였다.
8) 외관 도장성: 양호 О, 불량 Х
전술한 표 2에서 보는 바와 같이, 실시예 1~4를 통해 제조된 폴리올레핀 수지 조성물은 비교예 1~4에 비하여 굴곡탄성률, 충격강도 및 비중이 높고, 수축률이 낮으므로 치수 안정성에 있어서도 효과적임을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 폴리올레핀 수지 조성물은 사출 성형품으로 제조 시, 강도, 내충격성, 도장성 및 치수 안정성이 우수한 사출 성형품을 제공하는데 탁월한 효과를 나타낸다.

Claims (9)

  1. 올레핀계 수지 25~39중량% 및 무기충전제 61~75중량%를 포함하며,
    상기 무기충전제는 유리섬유 또는 황산바륨이거나 이들의 혼합물이고,
    상기 유리섬유는 평균입경이 5~15㎛이고, 길이가 1~16mm인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 올레핀계 수지는 아이소택틱 폴리프로필렌, 프로필렌-에틸렌 코폴리머, 프로필렌-1-부텐 코폴리머, 프로필렌-1-헥센 코폴리머 및 프로필렌-4-메틸-1-펜텐 코폴리머 중에서 선택된 1종 이상과 프로필렌의 공중합체 또는 랜덤 공중합체이거나 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유리섬유는 불포화 카르본산 또는 그 무수물을 그라프트한 변성 폴리프로필렌에 의해 표면 처리되는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 황산바륨은 평균입경이 0.5~1㎛인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유리섬유 및 황산바륨의 혼합물은 2:8~8:2의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 올레핀계 수지는 용융지수가 1~70g/10min(230℃)인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 올레핀계 수지는 호모부분의 아이소택틱 펩타드분율이 96~99%인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물.
  9. 제1항 내지 제3항 및 제 5항 내지 제8항 중 어느 한 항의 폴리올레핀 수지 조성물로 제조되는 것을 특징으로 하는 사출 성형품.
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