KR101594850B1 - 복합소재 스크랩의 재사용을 위한 복합소재 수지 조성물 - Google Patents

복합소재 스크랩의 재사용을 위한 복합소재 수지 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합소재 스크랩의 재사용을 위한 복합소재 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리프로필렌을 포함하는 복합소재 스크랩과 열가소성올레핀(Thermoplastic Olefin, TPO)계 수지를 사용하여 폴리올레핀 수지 대비 기계적 물성을 향상시킨 복합소재 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 복합소재 스크랩의 재사용을 위한 복합소재 수지 조성물은 열가소성올레핀(Thermoplastic Olefin, TPO)계 수지 50~80중량%, 복합소재스크랩 10~45중량%, 상용화제 0.5~5중량%, 커플링제 0.1~0.5중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열가소성올레핀(Thermoplastic Olefin, TPO)계 수지는 폴리프로필렌호모폴리머(PP Homo Polymer, PP-H), 폴리프로필렌랜덤코폴리머(PP Random Copolymer,PP-R), 폴리프로필렌블럭코폴리머(PP Block Copolymer,PP-B), 알파올레핀계 엘라스토머 중 어느 하나이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 복합소재스크랩은 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 유리섬유(Fiber glass), 발포제를 포함하며, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 부직포가 겹층되어 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 복합소재 스크랩의 재사용을 위한 복합소재 수지 조성물은 복합소재의 스크랩을 재사용하여 일반 폴리올레핀 수지 대비 굴곡강도, 인장강도, 충격강도, 신율 등 기계적 물성이 향상된 TPO계 복합소재 수지 조성물을 제공할 수 있는 효과를 가진다.

Description

복합소재 스크랩의 재사용을 위한 복합소재 수지 조성물 {Composite resin composition for reusing composite scrap}
본 발명은 복합소재 스크랩의 재사용을 위한 복합소재 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리프로필렌을 포함하는 복합소재 스크랩과 열가소성올레핀(Thermoplastic Olefin, TPO)계 수지를 사용하여 폴리올레핀 수지 대비 기계적 물성을 향상시킨 복합소재 수지 조성물에 관한 것이다.
최근 세계적으로 환경규제가 강화되면서 자동차의 연비 개선 및 VOCs의 저감을 목적으로 자동차 경량화가 추진되고 있으며 이에 따라, 고분자 재료의 사용이 급증하고 있다. 특히, 자동차 내장재의 경우 친환경 소재인 폴리프로필렌을 가장 많이 선호하고 있어 이를 기반으로 한 소재의 개발이 필요로 되고 있다.
하지만, 종래의 기술은 TPO계의 조성물으로만 이루어져 자동차 내장재에 쓰이기에 굴곡강도, 인장강도, 충격강도 등의 기계적 물성이 충분하지 못한 문제점이 있다.
한국공개특허 제 10-2011-0020039호 ＴＰＯ 시트 조성물, ＴＰＯ 시트 및 이를 포함하는 자동차 내장재
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서 본 발명의 고분자 수지 조성물의 혼합비율을 조절함으로써 혼합 시 발생하는 비상용성에 의한 기계적 물성 저하를 방지하여 기계적 물성이 우수한 수지 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 수지 조성물을 용도에 따라 물리적 성질을 강화 또는 감소시켜 자동차, 선박, 건축, 일반산업에 다양하게 적용 가능하도록 하는 것이다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 복합소재 스크랩의 재사용을 위한 복합소재 수지 조성물은 열가소성올레핀(Thermoplastic Olefin, TPO)계 수지 50~80중량%, 복합소재스크랩 10~45중량%, 상용화제 0.5~5중량%, 커플링제 0.1~0.5중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 복합소재 스크랩의 재사용을 위한 복합소재 수지 조성물은 복합소재의 스크랩을 재사용하여 일반 폴리올레핀 수지 대비 굴곡강도, 인장강도, 충격강도, 신율 등 기계적 물성이 향상된 TPO계 복합소재 수지 조성물을 제공할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 복합소재 수지 조성물은 열가소성올레핀(Thermoplastic Olefin, TPO)계 수지 50~80중량%, 복합소재스크랩 10~45중량%, 상용화제 0.5~5중량%, 커플링제 0.1~0.5중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명인 복합소재 수지 조성물을 구성하는 열가소성올레핀(Thermoplastic Olefin, TPO)계 수지는 폴리프로필렌호모폴리머(PP Homo Polymer, PP-H)를 단독으로 사용하거나, 폴리프로필렌 복합체를 사용할 수 있다.
상기 폴리프로필렌 복합체는 폴리프로필렌호모폴리머(PP Homo Polymer, PP-H), 폴리프로필렌랜덤코폴리머(PP Random Copolymer,PP-R), 폴리프로필렌블럭코폴리머(PP Block Copolymer,PP-B), 알파올레핀계 엘라스토머를 포함하여 구성할 수 있다.
상기의 열가소성올레핀(Thermoplastic Olefin, TPO)을 폴리프로필렌 복합체로 사용할 경우 상기 폴리프로필렌 복합체는 폴리프로필렌호모폴리머(PP Homo Polymer, PP-H) 70~80중량%, 폴리프로필렌랜덤코폴리머(PP Random Copolymer,PP-R) 5~20중량%, 폴리프로필렌블럭코폴리머(PP Block Copolymer,PP-B) 5~20중량%, 알파올레핀계 엘라스토머 5~20중량%으로 구성되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기의 열가소성올레핀(Thermoplastic Olefin, TPO)계 수지는 50~80중량%를 사용하는데, 50중량% 미만으로 사용할 경우 TPO계 수지 내의 PP의 특징인 경량성, 가공성 등의 장점을 충분히 발현하기 어렵고 80중량%를 초과할 경우 기계적 물성이 크게 저하되는 문제가 발생한다.
그리고, 상기 복합소재스크랩은 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 유리섬유(Glass fiber), 발포제를 포함하며, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 부직포가 겹층되어진 것을 사용한다.
상기 복합소재스크랩은 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 25~70중량%, 유리섬유(Fiber glass) 25~70중량%, 발포제 0.1~5중량%으로 구성되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 복합소재스크랩은 10~45중량%를 사용하는데, 10중량% 미만으로는 본 발명의 복합소재 수지 조성물의 기계적 강도가 충분히 발현되지 않아 기존의 TPO 수지 조성물과 차이가 없고 45중량%를 초과할 경우 과도한 스크랩 함량으로 인해 가공성에 문제가 생긴다.
그리고, 상기 상용화제는 폴리프로필렌그라프트말레익산(PP-g-MAH)로, 용융흐름지수(MI) 5~15g/10min, 녹는점(Melt Point) 160~182℃, 굴곡모듈러스 700~880MPa, 인장강도 15~22MPa, 신장율 5~12%인 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 상용화제는 밀도가 1.1~1.3g/cm³, 지름 6~8mm의 과립상(soft granules)인 것이 바람직하다.
한편, 상기 상용화제는 0.5~5중량%를 사용하는데, 0.5중량% 미만으로 사용할 경우에는 상용성이 없어 혼합이 어려워지며 5중량%를 초과할 경우 과도한 사용으로 저분자량에 따른 영향이 물성의 저하를 일으키는 문제가 생긴다.
그리고, 상기 커플링제는 실란계로 화학구조식은 R-Si-X 이며, R은 알킬기(Alkyl group)이고, X는 클로라이드(Cl), 메톡시기(Methoxy group) 중 어느 하나인 것을 사용한다.
상기 커플링제는 유리섬유(Glass fiber)와 반응하여 분산을 용이하게 해 결부시키기 어려운 유기재료와 무기재료를 연결하는 중개역할을 한다.
고분자 수지 내에서 알킬기의 가수분해 반응, 올리고머 생성 축합반응, 생성 올리고머 기질(substrate) 표면의 -OH 기들과 수소결합 반응, 건조 혹은 경화 단계에서의 물의 손실과 동시에 기질과의 공유결합 형성 반응을 통하여 유기재료 내의 무기재료의 분산을 용이하게 한다.
또한, 상기 커플링제는 0.1~0.5중량%를 사용하는데, 0.1중량% 미만으로 사용할 경우에는 계면 접착성을 충분히 높히지 못해 복합재료의 특성을 향상시키기 어렵고 0.5중량%를 초과할 경우 전체적인 물성 하락의 원인이 될 수 있다.
상기 중합 시 가공조제 및 기타 첨가제를 더 포함하여 중합할 수 있다.
그리고, 본 발명의 복합소재 수지 조성물을 이용하여 복합소재를 제조할 경우 이축압출기(Twin extruder)를 이용하여 용융혼합법(melting compounding)으로 제조되며, 배합체를 선배합 한 후 특정 가공온도로 압출 가공하여 펠렛타이징(pelletizing)을 통해 펠렛 형상으로 제조된다.
그리고, 본 발명에서는 복합소재 스크랩의 재사용을 위한 복합소재 수지 조성물을 표 1에 나타난 바와 같은 조성으로 제조하고 실험한 내용을 상세하게 설명한다.
구분(단위:%) 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
TPO계 수지 100 60.0 51.1 50.9 75.0 60.7
복합소재스크랩 - 34.1 34.8 41.4 18.2 23.1
상용화제 - 0.9 0.9 0.9 0.9 0.8
커플링제 - 4.7 4.3 6.5 2.7 4.2
가교조제 - 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
수지첨가제 1 - - 8.6 - - -
수지첨가제 2 - - - - 0.9 -
수지첨가제 3 - - - - - 10.9
[비교예 1]
비교예 1은 일반적으로 사용되고 있는 TPO계 수지이다.
[실시예 1]
실시예 1은 TPO계 수지 60.0% , 복합소재스크랩 34.1%, 상용화제 0.9%, 커플링제 4.7%, 가교조제 0.3%를 배합하여 제조한 복합소재 수지 조성물이다.
[실시예 2]
실시예 2는 TPO계 수지 51.1% , 복합소재스크랩 34.8%, 상용화제 0.9%, 커플링제 4.3%, 가교조제 0.3%, 수지첨가제 8.6%를 배합하여 제조한 복합소재 수지 조성물이다.
[실시예 3]
실시예 3은 TPO계 수지 50.9% , 복합소재스크랩 41.4%, 상용화제 0.9%, 커플링제 6.5%, 가교조제 0.3%를 배합하여 제조한 복합소재 수지 조성물이다.
[실시예 4]
실시예 4는 TPO계 수지 75.0% , 복합소재스크랩 18.2%, 상용화제 0.9%, 커플링제 4.7%, 가교조제 0.3%, 또 다른 수지첨가제 0.9%를 배합하여 제조한 복합소재 수지 조성물이다.
[실시예 5]
실시예 5는 TPO계 수지 60.7% , 복합소재스크랩 23.1%, 상용화제 0.8%, 커플링제 4.2%, 가교조제 0.3%, 또 다른 수지첨가제 10.9%를 배합하여 제조한 복합소재 수지 조성물이다.
하기에서는 상기 제조된 비교예 1과 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5의 복합소재 조성물을 이용하여 복합소재를 제조하였으며 각각 굴곡강도, 인장강도, 충격강도, 신율을 측정하여 표 2와 같이 나타내었다.
구분 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
굴곡강도(MPa) 371 418.6 484.2 472.7 439.5 460.3
인장강도(MPa) 27 39.4 36.3 40.9 32.8 32.6
충격강도(kgf.cm/cm) 4.5 5.33 5.461 5.08 4.663 5.216
신율(%) 5 8 11 10 19 24
표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 1과 실시예 1, 실시예 2, 실시예3, 실시예 4, 실시예 5와의 성능을 비교하였을 때, 일반적인 TPO계 수지에 비하여 복합소재의 굴곡강도, 인장강도, 충격강도가 모두 증가하였으며, 신율 또한 증가한 것을 알 수 있다.
이 결과로부터 본 발명의 복합소재 수지 조성물이 일반적인 TPO계 수지 조성물에 비하여 굴곡강도, 인장강도, 충격강도, 신율 등의 기계적 물성이 크게 향상시키는 것을 알 수 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 열가소성올레핀(Thermoplastic Olefin, TPO)계 수지 50~80중량%, 복합소재스크랩 10~45중량%, 상용화제 0.5~5중량%, 커플링제 0.1~0.5중량%를 포함하되,
    상기 열가소성올레핀(Thermoplastic Olefin, TPO)계 수지는 폴리프로필렌호모폴리머(PP Homo Polymer, PP-H)를 단독으로 사용하거나, 폴리프로필렌 복합체로서 폴리프로필렌호모폴리머(PP Homo Polymer, PP-H) 70~80중량% 폴리프로필렌랜덤코폴리머(PP Random Copolymer,PP-R) 5~20중량%, 폴리프로필렌블럭코폴리머(PP Block Copolymer,PP-B) 5~20중량%, 알파올레핀계 엘라스토머 5~20중량%를 포함하여 구성되고,
    상기 복합소재스크랩은 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 25~70중량%, 유리섬유(Fiber glass) 25~70중량%, 발포제 0.1~5중량%를 포함하며, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 부직포가 겹층되어 구성되고,
    상기 상용화제는 폴리프로필렌그라프트말레익산(PP-g-MAH)을 사용하되, 폴리프로필렌그라프트말레익산(PP-g-MAH)는 용융흐름지수(MI) 5~15g/10min, 녹는점(Melt Point) 160~182℃, 굴곡모듈러스 700~880MPa, 인장강도 15~22MPa, 신장율 5~12%이고,
    상기 커플링제는 실란계로, 화학구조식은 R-Si-X₃이며, 상기 화학구조식 중에서, R은 알킬기(Alkyl group)이고, X는 클로라이드(Cl), 메톡시기(Methoxy group) 중 어느 하나인 것을 특징으로 복합소재 수지 조성물
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌호모폴리머(PP Homo Polymer, PP-H)는 밀도 0.900~0.910g/cm³, 신장율 250~400%, 용융지수(MI) 8~43g/10min인 것으로 하며,
    상기 폴리프로필렌랜덤코폴리머(PP Random Copolymer,PP-R)는 밀도 0.900~0.910g/cm³, 인장강도 250~330kgf/cm², 굴곡탄성율 7500~13000kgf/cm³, 용융지수(MI) 1.8~35g/10min인 것으로 하며,
    상기 폴리프로필렌블럭코폴리머(PP Block Copolymer,PP-B)는 밀도 0.900~0.910g/cm³, 인장강도 220~320kgf/cm², 용융지수(MI) 0.5~65g/10min인 것을 특징으로 하는 복합소재 수지 조성물
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 상용화제는 밀도가 1.1~1.3g/cm³, 지름 6~8mm의 과립상(soft granules)인 것을 특징으로 하는 복합소재 수지 조성물
  10. 삭제
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