KR101619675B1

KR101619675B1 - 도금부착력이 향상된 복합 수지 조성물

Info

Publication number: KR101619675B1
Application number: KR1020140195117A
Authority: KR
Inventors: 서재식
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2016-05-10
Also published as: CN105733255A; US20160185963A1

Abstract

본 발명은 도금부착력이 향상된 복합 수지 조성물에 관한 것으로서, 이를 도금제품의 성형품으로 사용하는 경우, 강성이 우수하여 반복적인 작동에도 변형량이 적어 도금층에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 도금부착력이 향상되어 도금층의 박리를 막을 수 있는 복합 수지 조성물에 관한 것이다.

Description

도금부착력이 향상된 복합 수지 조성물{A COMPOSITE RESIN COMPOSITION HAVING EXCELLENT COATING ADHESION}

도금제품은 플라스틱 소재의 성형품에 도금/도장의 표면처리를 하여 금속질감 등의 외관을 가지도록 제조된다. 도금제품에서 중요한 물성은 성형품과 도금층의 부착력인데 이는 도금층 박리의 원인이 되기 때문이고, 성형품의 강성이 부족할 경우 성형품의 작동간 변형량이 과다하여 도금층의 크랙이 발생해 박리로 이어지므로 성형품의 강성도 중요한 요소이다.

도금제품의 일예는 차량의 내장측 도어 핸들을 들 수 있다. 도어 핸들은 차량에 탑승한 승객이 실외로 나갈 때 반복적으로 손 접촉이 이루어지므로 성형품과 도금층의 부착력이 약하면 도금층이 박리될 우려가 있고, 성형품의 강성이 낮으면 핸들의 변형량이 과다해 도금층의 크랙 발생 후 박리로 이어지게 되므로, 승객이 손에 상해를 입는 등 안전성에서 큰 문제가 생길 수 있다.

종래에는 성형품으로 ABS(Acrylonitrile-butadiene-styrene) 수지와 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 혼합(Blend)한 PC/ABS 수지로 제조된 것을 사용하였으나, 강성이 충분치 않고 도금층과의 부착력이 낮아 도금층의 박리 문제가 실제로 발생하였다는 보고가 있다.

이에 강성 보강을 위해 외국에서는 폴리아미드 6(Polyamide 6, PA6)를 기반으로 하는 조성물이 개발되었으나, PA6를 사용하면 도금 작업 시 불산(HF)을 사용하여야 하기 때문에 안전상 위험성이 커 또 다른 문제를 낳기 때문에 근본적인 해결책이라고는 할 수 없다.

이에 현재 충분한 강성을 가져 변형량이 적으며, 도금층과의 부착력이 높은 성형품을 제조할 수 있는 새로운 복합 수지 조성물에 대한 필요성이 날로 커져가고 있는 실정이다.

1.유럽공개특허 제1557445호 2.한국등록특허 제10-1170364호 3.미국공개특허 제5436294호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 강성이 우수하여 변형량이 적으며, 도금부착력이 향상된 복합 수지 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 복합 수지 조성물로 제조된 성형품을 제공하여 신규한 도금용 소재를 개발하는 것을 목적으로 한다.

다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 구현예는 폴리프탈아미드(Polyphthalamide, PPA) 40 내지 60 중량%, 충격 보강제 10 내지 20 중량%, 무기충전제 20 내지 40 중량%를 포함하는 도금부착력이 향상된 복합 수지 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 구현예는 상기 복합 수지 조성물로 제조된 성형품을 제공하는 것이다.

기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명의 복합 수지 조성물은 강성이 우수하여 반복적인 작동에도 변형량이 적고, 도금부착력이 향상되었으므로, 도금 성형물로 사용할 경우 도금층의 박리 현상을 방지할 수 있어 품질이 우수한 제품을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 복합 수지 조성물의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예1 내지 실시예11 및 비교예의 구성성분, 함량 및 측정예1의 결과를 나타낸 표이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 도어 핸들을 나타낸 사진이다.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것이므로 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 일 구현예는 폴리프탈아마이드(Polyphthalamide, 이하 'PPA'), 충격 보강제 및 무기충전제를 포함하는 복합 수지 조성물에 관한 것이다.

이하 각 구성 성분에 대하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

(A) 폴리프탈아마이드(PPA)

본 발명에서 사용한 PPA는 고분자 사슬에 벤젠고리를 갖는 폴리아마이드(Polyamide)계열의 소재로서, 이하 화학식 1로 표현된다.

[화학식 1]

상기 화학식 1을 참조하면, 상기 PPA는 주사슬에 방향족 그룹(Aromatic group)과 지방족 그룹(Aliphatic group)을 동시에 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 PPA는 방향족 그룹과 지방족 그룹을 결합시켜 제조하여 사용할 수도 있고, 상업적으로 시판되고 있는 것을 사용할 수도 있다.

본 발명의 복합 수지 조성물에서 상기 PPA의 함량은 40 내지 60 중량%가 바람직할 수 있다.

상기 PPA의 함량이 40 내지 60 중량% 범위이면, 복합 수지 조성물의 기계적 강성을 확보할 수 있고, 후술할 충격 보강제 및 무기충전제가 상기 복합 수지 조성물의 표면에서 양각 및 음각 구조를 충분히 형성할 수 있어 도금부착력을 향상시킬 수 있으므로 바람직하다.

(B) 충격 보강제

본 발명에서 사용한 충격 보강제의 예로는 이하 화학식 2로 표현되는 에틸렌-옥텐 고무(Ethylene-octene rubber)를 사용할 수 있다.

[화학식 2]

또한 바람직하게는 상기 PPA와의 상용성 및 결합성을 고려하여 상기 에틸렌-옥텐 고무의 주사슬에 말레산무수물(Maleic anhydride)를 접목(graft)시킨 말레익 안하이드라이드 그래프트 에틸렌-옥텐 고무(Maleic anhydride grafted ethylene-octene rubber)를 사용할 수 있다.

다만, 상기 충격 보강제로 에틸렌-프로필렌 고무(Ethylene-propylene rubber, EPR), 이소프렌 고무(isoprene rubber), 에틸렌-프로필렌-디엔의 삼원공중합체(EPDM), 에틸렌-메타아크릴 엑시드(EMAA), 스티렌-부타디엔 고무(Styrene-Butadiene rubber, SBR) 등도 사용할 수 있다.

상기 복합 수지 조성물의 표면에 위치하게 되는 충격 보강제(20)는 산화되어 도 1과 같이 음각 구조(A)를 형성하게 된다. 따라서 상기 복합 수지 조성물에 도금처리를 하면 상기 음각 구조(A)에 의한 앵커홀(Anchor hole)에 도금층(40)의 일부가 스며들게 되어 도금층(40)과 상기 조성물 간의 부착력이 향상될 수 있다.

본 발명의 복합 수지 조성물에서 상기 충격 보강제의 함량은 10 내지 20 중량%가 바람직할 수 있다.

상기 충격 보강제를 10 중량% 미만으로 포함하면 상기 음각 구조의 충분한 구현이 어렵고, 후술할 바와 같이 상기 충격 보강제가 있음으로써 무기충전제가 표면으로 밀려나 형성되는 무기충전제의 양각 구조가 만들어지기 어려워 복합 수지 조성물의 도금부착력이 현저히 떨어지게 된다.

또한 상기 충격 보강제를 20 중량%를 초과하여 포함하면 내열성 및 강성의 저하를 수반할 수 있다.

(C) 무기충전제

본 발명에서 사용한 무기충전제의 예로는 이하 화학식 3으로 표현되는 카올린(Kaolin)계 무기충전제를 사용할 수 있다. 다만, 이외에도 CaCO₃, Calcium Silicate(CaO₃Si) 등을 사용할 수 있다.

[화학식 3]

상기 복합 수지 조성물의 표면에 위치하게 되는 무기충전제(30)는 도 1과 같이 양각 구조(B)를 형성하게 된다. 따라서 도금 성형물에 반복적으로 외력이 가해지더라도 도금층(40)이 상기 양각 구조(B)를 취하는 무기충전제(30)에 지지될 수 있으므로 도금층(40)의 박리가 방지될 수 있다.

본 발명의 복합 수지 조성물에서 상기 무기충전제의 함량은 20 내지 40 중량%가 바람직할 수 있다.

상기 무기충전제의 함량이 20 내지 40 중량% 범위이면, 상기 도금층을 지지하면서도 상기 조성물의 표면 외관을 해하지 않을 정도로 상기 양각 구조를 형성할 수 있으므로 도금부착력이 향상되어 바람직하다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 복합 수지 조성물로 성형품을 제조하면 표면으로 충격 보강제(20)에 의한 음각 구조(A)와 무기충전제(30)에 의한 양각 구조(B)가 적절히 형성되어 상기 성형품에 도금처리를 할 경우 도금층(40)의 박리가 방지될 수 있고, PPA(10)가 베이스 폴리머(Base polymer)로써 적절한 강도를 제공하므로 반복적으로 외력이 가해지더라도 변형량이 과다하지 않아 상기 도금층(40)에 크랙이 생기지 않기 때문에 박리가 방지될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 안 될 것이다.

실시예 및 비교예

하기 실시예 및 비교예에 사용된 각 성분의 함량은 하기의 도 2와 같다.

구체적으로는, 실시예 1 내지 실시예 6은 무기충전제의 함량을 0 내지 50 중량%로 달리하여 복합 수지 조성물을 준비한 것이고, 실시예 7 내지 실시예 11은 충격 보강제의 함량을 5 내지 25 중량%로 달리하여 복합 수지 조성물을 준비한 것이다.

비교예로는 종래와 같이 PC/ABS를 100중량%로 하는 복합 수지 조성물을 준비하였다.

열안정제와 활제는 복합 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 각각 0.5 중량부, 0.3 중량부를 첨가하였다.

상기와 같이 실시예 및 비교예에 의해 준비된 복합 수지 조성물을 성형하여 성형품을 만들고, 이에 도금처리(구체적으로는 크롬 도금처리)를 하여 도 3과 같은 차량의 내장측 도어 핸들을 제조하였다.

측정예1

실시예 및 비교예에 의해 제조된 도어 핸들의 굴곡탄성률, 굴곡강도, 열변형온도, 도금부착력을 측정하고, 도금외관을 평가하였다.

굴곡탄성률 및 굴곡강도는 ASTM D790, 열변형온도는 ASTM D648(1.82 MPa)에 의한 방법으로 측정하였다.

도금부착력은 ASTM B533을 따르며, 시험속도 50 mm/min, 폭 10 mm, 측정길이는 50mm 이상으로 하였다.

도금외관은 도금한 유효면에 직경 0.5mm 이하의 점, 길이 2.0mm 이하의 결함이 1개 이하일 때에 양호(O)한 것으로 평가하였다.

측정예1의 결과는 하기의 도 2와 같다.

실시예 1 내지 실시예 6을 참조하면, 무기충전제가 0 중량% ~ 40 중량%까지 증가함에 따라 굴곡탄성률, 굴곡강도 및 열변형온도가 급격히 향상되는 경향을 확인할 수 있다.

다만, 도금부착력 및 도금외관의 평가는 무기충전제가 20 중량% ~ 40 중량%의 함량으로 포함될 때 가장 높게 측정되기 때문에 상기 무기충전제는 상기 함량 범위로 포함되는 것이 가장 바람직함을 알 수 있다.

실시예 7 내지 실시예 11을 참조하면, 충격 보강제가 10 중량% ~ 20 중량%로 포함될 때, 굴곡탄성률, 굴곡강도, 열변형온도 및 도금부착력이 가장 높게 측정된다는 것을 확인할 수 있는바 상기 충격 보강제는 상기 함량 범위로 포함되는 것이 바람직함을 알 수 있다.

실시예 10이 충분한 강성을 가지면서도 도금부착력이 높기 때문에 본 발명에 따른 복합 수지 조성물로 가장 적합한바, 이를 종래의 조성물인 비교예와 비교하면 굴곡탄성률은 약 2.5배, 굴곡강도는 약 2배, 도금부착력은 3배 이상 향상되었으므로 본 측정예1에 의해 본 발명에 따른 복합 수지 조성물의 유리한 효과를 확인할 수 있다.

측정예2

상기 실시예10 및 비교예에 의해 제조된 도어 핸들의 성능 평가를 수행하였다.

측정예2의 평가항목 및 결과는 하기의 표 1과 같다.

평가항목	평가방법	실시예 10	비교예
과부하시험	하중 인가	85kgf	32kgf
하중인가시 끝단 최대 변형량	-	5.03 mm	12.13 mm
개폐 내구	10만회 반복	만족	만족
내열 시험	90℃, 22시간 가열	이상없음	이상없음
내한 시험	-40℃에서 작동여부	이상없음	이상없음

과부하시험은 도어 핸들에 큰 힘을 가하여 상기 도어 핸들이 버틸 수 있는 하중이 어느 정도인지 평가한 것으로, 30kgf 이상이면 상용화할 수 있을 정도로 평가한다.

최대 변형량은 상기 도어 핸들에 30kgf의 하중을 가했을 때, 그 하중에 의해 상기 도어 핸들의 끝단이 휘거나 움직인 정도를 측정한 것이다.

상기 과부하시험 및 최대 변형량의 평가를 참조하면, 실시예 10이 비교예에 비해 높은 강성을 가지고 있음을 확인할 수 있는바, 본 발명에 따른 복합 수지 조성물을 이용하면 과다한 변형량에 의한 도금층의 크랙 및 이에 따른 도금층의 박리현상을 방지할 수 있다.

측정예3

상기 실시예10 및 비교예에 의해 제조된 도어 핸들의 도금 신뢰성 평가를 수행하였다.

측정예3의 평가항목 및 결과는 하기의 표 2과 같다.

평가항목	평가기준	실시예 10	비교예
도금외관	유효면에 직경 0.5mm 이하의 점, 길이 2.0mm 이하의 결함 1개 이하	결함없음	결함없음
도금부착성	3 N/cm 이상	13.8	4.2
열충격시험	-40℃<->90℃ 4싸이클 후 표면변화, 갈라짐, 부풀음이 없을 것	이상없음	이상없음
냉열반복성	CASS를 8시간 수행 후 표면변화, 갈라짐, 부풀음이 없을 것	이상없음	이상없음
내식성	부식 면적률 0.1%이하, RN9 이하	이상없음	이상없음

실시예 10은 상기 도금 신뢰성 평가의 모든 항목을 준수하게 만족하였고, 도금부착성은 비교예와 비교하여 3배 이상 높게 측정되었다.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10:PPA
20:충격 보강제
30:무기충전제
40:도금층

Claims

하기 화학식 1로 표현되는 폴리프탈아미드(Polyphthalamide, PPA)와,
충격 보강제와,
무기충전제를 포함하고,
복합 수지 조성물의 표면에서 상기 충격 보강제는 산화되어 음각 구조를 형성하고 상기 무기충전제는 양각 구조를 형성하는 도금부착력이 향상된 복합 수지 조성물.
[화학식 1]
제 1 항에 있어서,
상기 충격 보강제는 에틸렌-옥텐 고무(Ethylene-Octene Rubber, EOR)인 복합 수지 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 충격 보강제는 말레익 안하이드라이드 그래프트 에틸렌-옥텐 고무(Maleic anhydride grafted ethylene-octene rubber)인 복합 수지 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 무기충전제는 카올린계 무기충전제, CaCO₃ 또는 Calcium Silicate계 무기충전제인 복합 수지 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리프탈아미드 40 내지 60 중량%,
상기 충격 보강제 10 내지 20 중량%,
상기 무기충전제 20 내지 40 중량%를 포함하는 복합 수지 조성물.
삭제
제 1 항에 있어서,
열안정제 및 활제를 더 포함하는 복합 수지 조성물.
제 1 항 내지 제 5 항 및 제 7 항 중 어느 한 항의 복합 수지 조성물로 제조된 성형품.
제 8 항의 성형품에 도금처리를 한 도금제품.