KR101583924B1 - 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (A) 폴리프로필렌수지 80 ~ 83 중량%; 및 (B) 폴리유산 수지 17 ~ 20 중량%를 포함하는 베이스 수지 100 중량부에 대해, (C) 충격보강제 5 ~ 10 중량부; (D) 실란계 화합물로 표면 처리한 목분 8 ~ 15 중량부; 및 (E) 상용화제 3 ~ 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 실란계 화합물로 표면 처리한 목분을 포함함으로써, 베이스 수지와의 계면 상호 작용성을 증대시켜 최종 복합재의 기계적, 열적 물성을 향상시키는, 고내열, 내충격성, 인장강도 및 굴곡강도 등의 물성 밸런스가 우수하여 자동차 내장재 부품으로 더욱 적합하게 사용될 수 있다.

Description

폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물 및 이의 제조방법{POLYPROPXLENE AND POLYLACTIC ACID COMPOSITES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 유리섬유를 보강제로 사용하지 않고 실란계 화합물로 표면 처리한 목분을 포함함으로써, 베이스 수지와의 계면 상호 작용성을 증대시켜 최종 복합재의 기계적, 열적 물성을 향상시키는, 고내열, 내충격성, 인장강도 및 굴곡강도 등의 물성 밸런스가 우수한 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
바이오매스 고분자는 옥수수, 콩, 사탕수수, 목재류 등의 재생 가능한 식물 자원으로부터 화학적 또는 생물학적 방법을 이용하여 제조되는 소재로서 생분해성 보다는 이산화탄소 저감에 의한 환경문제 대응효과에 중요성이 있다.
바이오매스 고분자 중에서 폴리유산(polylactic acid 또는 polylactide, 이하 'PLA'로 칭한다)은 선형적인 지방족폴리에스터로서 광학이성질 L타입 폴리유산(poly L-lactic acid, 이하 'PLLA'로 칭한다)과 광학이성질 D타입 폴리유산(poly D-lactic acid, 이하 'PLDA'로 칭한다)이 존재하며, 옥수수 및 감자에서 얻어지는 전분(starch) 발효에 의해 얻어지거나, 식물계 셀룰로우스로부터 당화된 후 발효에 의해 얻어지는 당 단량체를 중합하여 얻어지는 소재로 탄소 중립적 환경친화적 열가소성 고분자 소재이다.
그러나 이 소재는 물성 측면에서 범용 고분자 재료 대비 열등하여 산업적으로 그 응용분야가 제한적인 문제가 있다. 특히 내열성 및 내충격성 측면에서 기존 석유계 소재 대비 낮은 특징이 있다.
이러한 폴리유산 소재의 내열성을 개량시키기 위하여 PLLA 수지와 PDLA수지를 블렌딩하여 스테레오 컴플렉스를 형성하는 방법이 제안되어 왔으나(일본 공개특허 제2000-17164호) 내열성 향상을 위한 PLLA 수지와 PDLA 수지의 적정 구성비의 언급이 없고 내충격성 향상이 이루어지지 않아 자동차용 소재로 응용하는데 문제가 있었다.
또한, 내충격성 향상을 위해 폴리(메타)아크릴레이트계 수지를 포함하는 폴리유산 수지(일본 공개특허 제2009-155413호), 폴리(에틸렌-글리시딜메타크릴레이트) 수지가 첨가된 폴리유산 수지(미국 등록특허 제7,268,190호) 등이 공개되어 있으나 이는 내열성 향상을 위해 상기 스테레오 컴플렉스를 형성한 것이 아니였으며, 충격강도와 인장강도 조절을 위한 구성비에 관한 언급이 없어 자동차용 소재로 적용하는데 미흡한 수준이다.
따라서, 자동차 부품과 같이 고내열성 및 내충격성 물성이 요구되는 산업용 부품에 적용하기 위한 내열성 및 내충격성이 향상된 새로운 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 소재의 요구가 증대되고 있다.
이러한 물성을 확보하기 위하여 유리섬유를 보강제로 사용하는 기술 개발을 일본 도요타 자동차 및 도레이 등에서 개발을 진행하고 있다. 그러나 상기 특허들은 유리섬유가 복합재에 포함되는 기술로서 환경친화성 측면에서 매우 불리한 특징을 가지고 있다.
이에 유리섬유를 보강제를 사용하지 않으면서, 사회적 정책적 요구에 부흥하는 바이오 매스 유래 소재를 25% 이상 포함하는 복합재 소재의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.
1: 일본 공개특허 제2000-17164호 2: 일본 공개특허 제2009-155413호 3: 미국 등록특허 제7,268,190호
이에 본 발명자들은 유리섬유의 단점 및 폴리프로필렌/폴리유산복합재의 낮은 물성(내열성 및 충격강도 등)의 단점을 개선하고, 동시에 바이오 매스 유래 소재를 25% 이상 포함하는 복합재를 개발하기 위하여 각고의 노력을 한 결과, 폴리프로필렌수지와 폴리유산 수지를 블렌딩하면서 동시에 충격보강제, 실란계 화합물로 표면 처리한 목분 및 상용화제를 첨가하는 경우, 종래의 기술이 구현하지 못한 물성 밸런스를 만족시킬 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은 친환경적이면서도 고내열, 내충격성, 인장강도 및 굴곡강도 등의 물성 밸런스가 우수한 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 상기 폴리프로필렌-폴리유산 복합재를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 (A) 폴리프로필렌수지 80 ~ 83 중량%; 및 (B) 폴리유산 수지 17 ~ 20중량%를 포함하는 베이스 수지 100 중량부에 대해, (C) 충격보강제 5 ~ 10 중량부; (D) 실란계 화합물로 표면 처리한 목분 8 ~ 15 중량부; 및 (E) 상용화제 3 ~ 5 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 폴리프로필렌-폴리유산 복합재를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물은 실란계 화합물로 표면 처리한 목분을 포함함으로써, 베이스 수지와의 계면 상호 작용성을 증대시켜 최종 복합재의 기계적, 열적 물성을 향상시키는, 고내열, 내충격성, 인장강도 및 굴곡강도 등의 물성 밸런스가 우수하여 자동차 내장재 부품으로 더욱 적합하게 사용될 수 있다.
또한 이러한 조성물은 바이오 소재 함량을 25% 이상 함유하게 되어 바이오 마크 인증제에 대응할 수 있는 특징을 가지며, 유리섬유 보강제를 사용하지 않아 사용 후 폐기 시 잔존물이 남지 않는 매우 친환경적인 특징을 가지고 있다.
또한 유리섬유를 보강제로 포함한 복합재와 대비하여 중량 저감이 가능하여 대형 부품에 적용 시 경량화 효과가 높다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물 및 이들의 효과를 나타낸 것이다.
이하에서 본 발명을 하나의 구현예로서 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 (A) 폴리프로필렌수지 80 ~ 83 중량%; 및 (B) 폴리유산 수지 17 ~ 20 중량%를 포함하는 베이스 수지 100 중량부에 대해, (C) 충격보강제 5 ~ 10 중량부; (D) 실란계 화합물로 표면 처리한 목분 8 ~ 15 중량부; 및 (E) 상용화제 3 ~ 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물을 제공한다.
먼저 본 발명에서 사용하는 베이스 수지 중 하나인 폴리프로필렌수지(A)는 석유 자원으로부터 합성되는 중합체로서, 호모 공중합체, 프로필렌 블록공중합체, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
아울러, 이때, 용융지수(MI) 10 ~ 40 g/10분(230℃, 2.16kg 하중)인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이 때, 용융지수가 10 g/10분 미만이면 용융점도의 상승으로 가공 상의 과부하 문제가 있고, 40 g/10분 초과하면 낮은 용융점도로 인하여 용융 블렌드 압출 가공에 문제가 생기기 때문에 상기 범위 내의 것을 사용하는 것이 좋다.
상기 폴리프로필렌 수지의 사용량은 조성물 전체 중량에 대하여 80 ~ 83 중량%을 사용하는 것이 바람직하다. 폴리프로필렌 수지가 80 중량% 미만이면 기계적 물성 저하현상이 발생하여 문제가 있고, 83 중량%를 초과인 경우 '바이오마크'라는 제도에서 요구하는 바이오 소재 함량 인증 범위를 벗어나기 때문에 상기 범위 내로 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로 본 발명에서 사용되는 또 다른 베이스 수지로서, 폴리유산 수지(B)는 전분 및 바이오 매스로부터 합성되는 중합체로서, L형 폴리유산수지는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 한다. D형 폴리유산은 하기 화학식 1과 동일한 성분을 포함하며, 단지 거울상 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
Figure 112014043665902-pat00001
이때 상기 폴리유산 수지는 용융지수(MI) 5 ~ 40 g/10분(190℃, 2.16kg 하중)인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 용융지수가 5 g/10분 미만이면 용융점도의 상승으로 가공 상의 과부하 문제가 있고, 40 g/10분을 초과하면 낮은 용융점도로 인하여 용융 블렌드 압출 가공에 문제가 있기 때문에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
또한 상기 L형 혹은 D형 폴리유산 수지는 조성물 전체 중량에 대하여 17 ~ 20 중량%을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 폴리유산 수지의 사용량이 20 중량% 초과하는 경우 기계적 물성, 특히 충격강도의 저하현상이 발생하여 문제가 있고, 사용량이 17 중량% 미만인 경우 굴곡강도 물성이 저하되는 문제가 발생하기 때문에 때문에 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
상기 충격보강제(C)는 글리시딜메타아크릴레이트를 포함하는 에틸렌-프로필렌 공중합체로서, 구체적으로 폴리(에틸렌-노말 부틸 아크릴레이트-글리시딜메타아크릴레이트)이며, 에틸렌-프로필렌 공중합체 전체 중량에 대해 노말 부틸 아크릴레이트 1 ~ 10 중량% 및 글리시딜메타아크릴레이트 1 ~ 15 중량%을 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 용융지수(MI)가 2 ~ 10 g/10분(190 ℃, 2.16 kg 하중)인 것을 사용할 수 있다.
아울러, 상기 충격보강제는 상기 베이스 수지 조성물 100 중량%를 100 중량부로 할 때 5 ~ 10 중량부 사용하는 것이 바람직하다. 충격보강제가 5 중량부 미만인 경우 충격 강도 향상이 현저히 저감하여 자동차용 부품으로 적용 불가하며, 10 중량부 초과인 경우 충격강도 향상에 따른 내열성 저하가 발생하여 산업적으로 응용 분야가 제한되는 단점이 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 실란계 화합물로 표면 처리한 목분(D)는 베이스 수지와의 계면 상호 작용성을 증대시켜 최종 복합재의 기계적, 열적 물성을 향상시키는 역할을 한다.
이때 상기 실란계 화합물로 표면 처리한 목분은 구형 입자이며, 평균 단면 직경 크기가 100 ~ 200 마이크론(μ)인 것을 특징으로 한다. 평균 입자 크기가 100 마이크론 미만인 경우 압출 배합과정에서 다른 수지 및 첨가제와의 드라이 블렌드 시 불균일한 혼합 및 분산이 발생하여 최종 복합재의 물성 감소 효과가 발생하며, 200 마이크론 초과인 경우에도 불균일한 혼합이 발생하여 물성 향상 효과가 감소하기 상기 범위 내의 것을 사용하는 것이 좋다.
아울러, 실란계 화합물은 비닐 실란계 화합물, 아미노 실란계 화합물, 에폭시 실란계 화합물로서 크게 3 가지 종류가 있다. 상기 실란계 화합물을 목분에 표면 처리한 후 물성 평가를 해 본 결과, 에폭시 실란계 화합물로 표면 처리한 경우 가장 높은 물성 향상 특성을 발현함을 알아내었다. 따라서, 본 발명에서는 더욱 바람직하게는 에폭시 실란계 화합물을 사용하는 것이 좋다.
이에 본 발명에 적용되는 에폭시 실란계 화합물에는 (3-글리시딜옥시프로필기)트리메톡시실란[(3-Glycidyloxypropyl)trimethoxysilane], (3-글리시딜옥시프로필기)메틸디에톡시실란[(3-Glycidyloxypropyl)methyldiethoxysilane], 및 (3-글리시딜옥시프로필기)트리에톡시실란[(3-Glycidyloxypropyl)triethoxysilane]로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 실란계 화합물로 표면 처리하는 것이 가장 바람직하다.
이때 상기 에폭시 실란계 화합물을 이용한 목분의 표면 처리 방법은 다음과 같다. 목분과 에폭시 실란계 화합물 및 에탄올 액체를 혼합 후 높은 속도로 교반한다. 이후 진공 오븐에 체류시키는데, 온도 120 ~ 130℃ 조건에서 2 ~ 5 시간 동안 체류시키는 것을 특징으로 한다.
상기 온도 범위를 벗어나는 경우 에폭시 실란계 화합물과 목분의 표면에 존재하는 -OH 관능기와의 화학적 결합이 미흡하게 되어 최종 복합재의 물성이 저하되는 단점이 있으며, 또한 체류시간을 2 시간 미만으로 하는 경우에도 에폭시 실란계 화합물과 목분의 표면에 존재하는 -OH 관능기와의 화학적 결합이 미흡하게 되어 최종 복합재의 물성이 저하되는 단점이 있기에 상기 범위 내에서 수행하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 상용화제(E)는 무수말레인산으로 그라프트된 폴리프로필렌 수지로서, 폴리유산 수지와 폴리프로필렌 수지 및 유리섬유의 접촉 부분을 강화시주는 역할을 한다. 이때 무수말레인산은 0.1 ~ 5 중량%로 그라프트 되고, 보다 바람직하게는 3 ~ 5 중량%로 그라프트 된 것을 사용하는 것이 좋다. 아울러, 중량평균분자량(Mw)이 50,000 ~ 250,000 g/mol인 폴리프로필렌 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 그라프트율이 0.1 중량% 미만인 경우 적절한 계면 접착력을 얻을 수 없으며, 0.5 중량% 초과인 경우 베이스 수지로 사용된 폴리프로필렌 수지 대비 극성이 다른 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌 수지의 함량이 증가하는 효과로 인하여 최종 얻어지는 복합재의 기계적 물성이 저하되는 특징이 있기 때문에 상기 범위 내에서 그라프트된 폴리프로필렌 수지를 사용하는 것이 좋다.
아울러, 본 발명에 따른 조성물은 필요에 따라 열안정제, 내가수분해억제제, 산화방지제, 및 광안정제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 유기안료, 무기안료, 또는 염료를 더 포함할 수도 있다.
또한 본 발명은 폴리프로필렌-폴리유산 복합재의 제조방법을 제공한다. 구체적으로 (ⅰ) (A) 폴리프로필렌수지 80 ~ 83 중량%; 및 (B) 폴리유산 수지 17 ~ 20 중량%를 포함하는 베이스 수지를 180 ~ 210 ℃ 온도에서 용융 및 혼련하는 단계; 및 (ⅱ) 상기 용융 및 혼련 후, 베이스 수지 100 중량부에 대해 (C) 충격보강제 5 ~ 10 중량부, (D) 실란계 화합물로 표면 처리한 목분 8 ~ 15 중량부 및 (E) 상용화제 3 ~ 5 중량부를 투입하여 혼련하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 (ⅰ) 단계의 온도가 180℃ 미만이면 충분한 교반 및 혼합이 안 이루어지는 문제가 생길 수 있고, 210℃ 초과이면 일부 L형 폴리유산 소재의 열분해 현상이 발생하는 하는 문제가 생길 수 있기 때문에 상기 범위 내에서 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 조성과 제조 방법으로 만든 블렌드 복합소재를 사용하여 일반 사출기에서 시편 혹은 부품 사출 성형을 한다. 혹은 이 사출물을 대류 오븐에서 100℃, 수 시간 체류시키는 열처리 공정, 혹은 사출공정에서 금형온도를 100℃ 수준으로 유지하여 사출 성형함으로써 최종 시편 혹은 제품을 제조할 수도 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리프로필렌 수지(삼성토탈 제품, 제품명: BI830) 80 중량% 및 L형 폴리유산 수지(Nature Works 사, Ingeo 3251D) 20 중량%을 포함하는 베이스 수지 100 중량부를 건조상태에서 혼련한 후, 혼련 장비에 투입하여 195℃에서 용융 및 혼련을 수행한 후, 믹싱헤드 부분에 충격보강제 10 중량부, 에폭시계 실란 화합물로 표면 처리된 목분 8 중량부, 상용화제(무수말레익산그라프트 폴리프로필렌, 호남석유 제품, 제품명: PH-200) 3 중량부를 첨가하여 폴리프로필렌-폴리유산 복합재를 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 폴리프로필렌 수지 83 중량% 및 L형 폴리유산 수지 17 중량%를 포함하는 베이스 수지 100 중량부를 사용하고, 190℃에서 용융 및 혼련을 수행한 후, 믹싱헤드 부분에 충격보강제 10 중량부, 에폭시계 실란 화합물로 표면 처리된 목분 8 중량부, 상용화제 (무수말레익산그라프트 폴리프로필렌, 호남석유 제품, 제품명: PH-200) 3 중량부를 첨가하여 폴리프로필렌-폴리유산 복합재를 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 폴리프로필렌 수지 83 중량% 및 L형 폴리유산 수지 17 중량%를 포함하는 베이스 수지 100 중량부를 사용하고, 190℃에서 용융 및 혼련을 수행한 후, 믹싱헤드 부분에 충격보강제 7 중량부, 에폭시계 실란 화합물로 표면 처리된 목분 15 중량부, 상용화제(무수말레익산그라프트 폴리프로필렌, 호남석유 제품, 제품명: PH-200) 5 중량부를 첨가하여 폴리프로필렌-폴리유산 복합재를 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 폴리프로필렌 수지 80 중량%, 및 L형 폴리유산 수지 20 중량%를 포함하는 베이스 수지 100 중량부 및 190℃에서 용융 및 혼련을 수행한 후, 믹싱헤드 부분에 충격보강제 10 중량부 에폭시계 실란 화합물로 표면 처리된 목분 10 중량부, 상용화제(무수말레익산그라프트 폴리프로필렌, 호남석유 제품, 제품명: PH-200) 5 중량부를 첨가하여 폴리프로필렌-폴리유산 복합재를 제조하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 제조방법으로 실시하되, 폴리프로필렌 수지 80 중량%, 및 L형 폴리유산 수지 20 중량%를 포함하는 베이스 수지 100 중량부를 사용하여 폴리프로필렌-폴리유산 복합재를 제조하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일한 제조방법으로 실시하되, 폴리프로필렌 수지 83 중량%, 및 L형 폴리유산 수지 17 중량%를 포함하는 베이스 수지 100 중량부를 사용하여 폴리프로필렌-폴리유산 복합재를 제조하였다.
비교예 3
실시예 1과 동일한 제조방법으로 실시하되, 폴리프로필렌 수지 80 중량%, 및 L형 폴리유산 수지 20 중량%를 포함하는 베이스 수지 100 중량부를 사용하고, 믹싱헤드 부분에 충격보강제 10 중량부를 첨가하여 폴리프로필렌-폴리유산 복합재를 제조하였다.
비교예 4
실시예 1과 동일한 제조방법으로 실시하되, 폴리프로필렌 수지 80 중량%, 및 L형 폴리유산 수지 20 중량%를 포함하는 베이스 수지 100 중량부를 사용하고, 믹싱헤드 부분에 충격보강제 10 중량부 및 상용화제 3 중량부를 첨가하여 폴리프로필렌-폴리유산 복합재를 제조하였다.
비교예 5
실시예 1과 동일한 제조방법으로 실시하되, 폴리프로필렌 수지 80 중량%, 및 L형 폴리유산 수지 20 중량%를 포함하는 베이스 수지 100 중량부를 사용하고, 믹싱헤드 부분에 충격보강제 10 중량부 표면 처리되지 않은 목분 8 중량부, 및 상용화제 3 중량부를 첨가하여 폴리프로필렌-폴리유산 복합재를 제조하였다.
비교예 6
실시예 1과 동일한 제조방법으로 실시하되, 폴리프로필렌 수지 80 중량%, 및 L형 폴리유산 수지 20 중량를 포함하는 베이스 수지 100 중량부를 사용하고, 믹싱헤드 부분에 충격보강제 15 중량부, 표면 처리되지 않은 목분 20 중량부, 상용화제 3 중량부를 첨가하여 폴리프로필렌-폴리유산 복합재를 제조하였다.
비교예 7
실시예 1과 동일한 제조방법으로 실시하되, 폴리프로필렌 수지 83 중량% 및, L형 폴리유산 수지 17 중량%를 포함하는 베이스 수지 100 중량부를 사용하고 믹싱헤드 부분에 충격보강제 10 중량부, 표면 처리되지 않은 목분 10 중량부, 상용화제 3 중량부를 첨가하여 폴리프로필렌-폴리유산 복합재를 제조하였다.
비교예 8
실시예 1과 동일한 제조방법으로 실시하되, 폴리프로필렌 수지 85 중량% 및 L형 폴리유산 수지 15 중량%를 포함하는 베이스 수지 100 중량부를 사용하고 믹싱헤드 부분에 충격보강제 5 중량부, 표면 처리되지 않은 목분 20 중량부, 상용화제 3 중량부를 첨가하여 폴리프로필렌-폴리유산 복합재를 제조하였다.
상기 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 8의 조성물 및 혼합 비율을 하기 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8
단위:
중량%		 (A) 80 83 83 80 80 83 80 80 80 80 83 85
(B) 20 17 17 20 20 17 20 20 20 20 17 15
베이스 수지 총 합량* 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
단위: 중량부 (C) 10 10 7 10 - - 10 10 10 15 10 5
(D) 8 10 15 10 - - - - - - - -
(D') - - - - - - - - 8 20 10 20
(E) 3 3 5 5 - - - 3 3 3 3 3
성분 (A): 폴리프로필렌 수지[BI830 (상품명); 한국 삼성토탈(주)]
성분 (B): L타입 폴리유산(PLLA) 수지[Ingeo 3251D(상품명); 미국 Nature Works(주)]
성분 (C): 충격보강제 폴리(에틸렌-노말 부틸 아크릴레이트-글리시딜메타아크릴레이트) 수지 [Elvaloy(상품명); 미국 듀폰(주) 제조]
성분 (D): 에폭시 실란계 화합물로 표면 처리된 목분 (목분 입수 (㈜ 한국 SH 글로벌 제품명: 입자상 목분) 후 당소 실험실에서 에폭시실란표면처리함 (현대자동차 중앙연구소 바이오공정 연구실에서 직접 제조한 제품))
성분 (D'): 목분 (목분 입수 (㈜ 한국 SH 글로벌 제품명: 입자상 목분))
성분 (E): 무수말레익산그라프트 폴리프로필렌 수지 (한국 롯데케미칼 제품, 제품명: PH-200)
* 성분 (A) 및 (B)를 포함하는 베이스 수지를 100 중량%를 100 중량부로 할 때, 성분 (C), (D), (E), (F)를 중량부로 나타냄.
실험예 : 물성측정
상기 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 8 에서 제조한 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 각각을 하기 측정법(ASTM D 638, ASTM D 256, ASTM D648)에서 제시한 시편으로 사출 성형한 후, 하기 측정법에서 제시하는 방법으로 물성을 측정하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다. 이때 인장물성 측정시편은 덤벨형 모양의 시편이며, 충격강도 측정시편은 시편에 노치가 형성된 시편의 모양을 사용하였다.
(1) 인장강도 측정방법
ASTM D 638(Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics)에 의거하여 측정용 시편을 만들어 만능시험기를 사용, 인장강도(Tensile Strength)를 측정하였다. (인장강도 [Pa] = 최대 load [N] / 초기 시료의 단면적 [m2], 신율 [%] = 파단점까지의 늘어난 길이 / 초기 길이)
(2) 굴곡강도 측정방법
ASTM D790 (Standard Test Method for FLEXURAL Properties of Plastics) 에 의거하여 측정용 시편을 일정한 거리만큼 떨어져 있는 두개의 지점에 올려 놓고 시편의 파괴가 발생할 때까지 일정한 속도로 시편이 놓인 수직방향으로 하중을 가해 눌러서 응력과 왜곡을 측정하였다(굴곡강도 = 3 P x L/2 b x d2)(P: 가해진 힘, L: support span 의 길이, b: 시편의 폭, d: 시편의 두께))
(3) 충격강도 측정방법
ASTM D 256(Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics)에 의거하여 측정용 시편을 만들어 아이조드 충격기를 사용, 충경강도 (Impact Strength) 값을 측정하였다.
(4) 내열성 측정방법
ASTM D 648(Standard Test Method for Deflection Temperature of Plastics Under Flexural Load in the Edgewise Position)에 의거하여 측정용 시편을 만들어 만능시험기를 사용하여, 내열성(heat distortion temperature)을 측정하였다.
구분 기계적 물성
인장강도
(MPa)		 굴곡강도
(MPa)		 충격강도
(J/m)		 내열성
(oC)		 바이오 매스
함량(%)
목표(기준치) 24 이상 39 이상 70 이상 100 이상 25 이상
실시예1 35 39 70 100 25 이상
실시예2 31 40 71 100 25 이상
실시예3 30 39 70 101 25 이상
실시예4 32 39 70 102 25 이상
비교예1 35 39 55 82 25 이하
비교예2 32 38 54 83 25 이하
비교예3 31 37 70 78 25 이하
비교예4 31 37 70 79 25 이하
비교예5 34 28 69 100 25 이상
비교예6 33 28 70 85 25 이상
비교예7 33 29 70 85 25 이상
비교예8 33 23 70 85 25 이상
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 바이오 매스 함량 25% 이상이 되는 조성을 기본으로 할 때, 본 발명에 따른 실란계 화합물로 표면 처리한 목분을 사용한 실시예 1 ~ 4인 경우에 차량 내장재 부품에서 요구되는 물성을 만족시킬 수 있는데 반해, 본 발명에 따르지 않은 비교예 1 ~ 8의 경우 기계적, 열적 물성을 만족시킬 수 없다는 것을 확인할 수 있었다.
따라서 본 발명에 따른 조성, 함량 범위 및 실란계 화합물로 표면 처리한 목분을 사용한 경우에, 베이스 수지와의 계면 상호 작용성을 증대시켜 최종 복합재의 기계적, 열적 물성을 향상시키는, 고내열, 내충격성, 인장강도 및 굴곡강도 등의 물성 밸런스가 우수하여 자동차 내장재 부품으로 더욱 적합하게 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. (A) 폴리프로필렌수지 80 ~ 83 중량%; 및
    (B) 폴리유산 수지 17 ~ 20 중량%를 포함하는 베이스 수지 100 중량부에 대해,
    (C) 충격보강제 5 ~ 10 중량부;
    (D) 실란계 화합물로 표면 처리한 목분 8 ~ 15 중량부; 및
    (E) 상용화제 3 ~ 5 중량부;
    를 포함하고,
    상기 실란계 화합물로 표면 처리한 목분(D)는 실란계 화합물과 에탄올이 혼합된 용매에 목분을 혼합하고 교반한 후 120 ~ 130℃ 온도에서 열처리하여 얻은 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리프로필렌수지(A)는 프로필렌 호모 공중합체, 프로필렌 블록공중합체, 또는 이들의 혼합물이며, 용융지수 10 ~ 40 g/10분(230℃, 2.16kg 하중)인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리유산 수지(B)는 L 타입 또는 D 타입으로, 용융지수 5 ~ 40 g/10분(190℃, 2.16kg 하중)인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 충격보강제(C)는 글리시딜메타아크릴레이트를 포함하는 에틸렌-프로필렌 공중합체로서, 용융지수(MI) 2 ~ 10 g/10분(190 ℃, 2.16 kg 하중)인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 에틸렌-프로필렌 공중합체가 폴리(에틸렌-노말 부틸 아크릴레이트-글리시딜메타아크릴레이트)인 경우 에틸렌-프로필렌 공중합체 전체 중량에 대해 노말 부틸 아크릴레이트 1 ~ 10 중량% 및 글리시딜메타아크릴레이트 1 ~ 15 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 실란계 화합물로 표면 처리한 목분(D)은 (3-글리시딜옥시프로필기)트리메톡시실란, (3-글리시딜옥시프로필기)메틸디에톡시실란, 및 (3-글리시딜옥시프로필기)트리에톡시실란로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 실란계 화합물로 표면 처리한 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물.
  7. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 실란계 화합물로 표면 처리한 목분(D)은 평균 단면 직경 크기가 100 ~ 200 μ인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 열처리는 2 ~ 5 시간 동안 진공 오븐에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 상용화제(E)는 무수말레인인산이 그라프트된 폴리프로필렌 수지로서, 무수말레인인산이 0.1 ~ 5 중량%로 그라프트 되고, 중량평균분자량이 50,000 ~ 250,000 g/mol인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재 조성물.
  10. (ⅰ) (A) 폴리프로필렌수지 80 ~ 83 중량%; 및 (B) 폴리유산 수지 17 ~ 20 중량%를 포함하는 베이스 수지를 180 ~ 210℃ 온도에서 용융 및 혼련하는 단계; 및
    (ⅱ) 상기 용융 및 혼련 후, 베이스 수지 100 중량부에 대해 (C) 충격보강제 5 ~ 10 중량부, (D) 실란계 화합물로 표면 처리한 목분 8 ~ 15 중량부 및 (E) 상용화제 3 ~ 5 중량부를 투입하여 혼련하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 실란계 화합물로 표면 처리한 목분(D)은 실란계 화합물과 에탄올이 혼합된 용매에 목분을 혼합하고 교반한 후 120 ~ 130℃ 온도에서 열처리하여 얻은 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재의 제조방법.
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