KR101674609B1 - 폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법 및 폴리올레핀 수지 단일칩 - Google Patents

폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법 및 폴리올레핀 수지 단일칩 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 분자량 분포(molecular weight distribution)가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 융용 혼합물에 5 ㎜ 내지 20 ㎜의 길이의 섬유 강화재를 함침하여 열가소성 수지 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 분자량 분포(molecular weight distribution)가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 고분자 기재; 및 상기 고분자 기재로 함침된 5 ㎜ 내지 20 ㎜의 길이의 섬유 강화재;를 포함하는 열가소성 수지 복합체로 이루어지며, ASTM D256에 의해 측정한 충격강도가 200 J/m이상인 폴리올레핀 수지 단일칩에 관한 것이다.

Description

폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법 및 폴리올레핀 수지 단일칩{PREPARING METHOD OF POLYOLEFIN RESIN MONO CHIP AND POLYOLEFIN RESIN MONO CHIP}
본 발명은 폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법 및 폴리올레핀 수지 단일칩에 관한 것이다. 보다 상세하게는 생산속도 및 가공성이 향상된 폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법 및 저비중을 가지면서, 높은 충격강도, 인장강도 등의 기계적 물성을 나타내며, 균일한 조성을 갖는 폴리올레핀 수지 단일칩에 관한 것이다.
최근 자동차, 전자 분야에서는 저비중을 갖는 수지 조성물에 대한 요구가 높아지고 있다. 예를 들어, 자동차의 경우, 저비중을 갖는 수지 조성물을 이용하여 자동차 제조시, 자동차의 경량화를 구현할 수 있기 때문이다. 자동차의 경량화에 따라 기본성능인 가속력과 제동력을 높여 엔진효율을 극대화할 수 있고, 타이어, 브레이크, 서스펜션에 가해지는 부담 및 운전자의 피로도를 완화시키는 효과가 발생할 수 있다. 또한 상대적으로 출력이 적어도 마력당 감당해야 할 중량비가 줄어들기 때문에 무거운 차량보다 가속성능과 운동성능을 우월하게 확보할 수 있다.
하지만, 상기 저비중을 갖는 수지가 실제 제품으로 상용화되기 위해서는 일정 수준 이상의 기계적 강도 및 가공성을 유지할 수 있어야 한다.
이를 위해, 내약품성이 우수하고 성형이 용이한 범용의 플라스틱인 폴리올레핀 수지에 유리 섬유를 혼합 교반하여 폴리올레핀 수지의 기계적 물성을 강화시키는 방안이 연구되어왔다. 그러나, 혼련 교반 장비 내에서 대부분의 유리섬유가 현저히 파손됨에 따라, 매우 짧은 길이의 유리섬유가 폴리올레핀 수지와 혼합되면서 제품의 강도 향상에 있어 한계가 있었다. 또한, 폴리올레핀 수지와 유리섬유를 혼합하여 제품을 제조하는 공정시간이 길어져, 생산속도가 감소하고, 제조비용이 상승하는 한계가 있었다.
이에, 낮은 비중을 유지하면서, 적정 수준 이상의 기계적 물성 특히, 높은 충격강도를 가질 수 있는 새로운 수지 조성물과 이를 빠른 속도로 제조하는 방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 생산속도 및 가공성이 향상된 폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한, 저비중을 가지면서, 높은 충격강도, 인장강도 등의 기계적 물성을 나타내며, 균일한 조성을 갖는 폴리올레핀 수지 단일칩을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에서는, 분자량 분포(molecular weight distribution)가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 융용 혼합물에 5 ㎜ 내지 20 ㎜의 길이의 섬유 강화재를 함침하여 열가소성 수지 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법이 제공된다.
본 명세서에서는 또한, 분자량 분포(molecular weight distribution)가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 고분자 기재; 및 상기 고분자 기재로 함침된 5 ㎜ 내지 20 ㎜의 길이의 섬유 강화재;를 포함하는 열가소성 수지 복합체로 이루어지며, ASTM D256에 의해 측정한 충격강도가 200 J/m이상인 폴리올레핀 수지 단일칩이 제공된다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법 및 폴리올레핀 수지 단일칩에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서, '(단독)중합체'는 에틸렌 또는 프로필렌 또는 α-올레핀 중 하나의 단량체만으로 중합된 고분자를 의미한다.
또한, 본 명세서에서, '(올레핀)블록공중합체'는 에틸렌 또는 프로필렌과, α-올레핀이 공중합된 고분자로서, 물리적 또는 화학적 특성, 예를 들어, 에틸렌 또는 프로필렌과, α-올레핀에서 각각 유래한 반복 단위들의 함량 (몰 분율), 결정화도, 밀도, 또는 융점 등의 특성 중 하나 이상의 특성 값이 서로 상이하여, 고분자 내에서 서로 구분될 수 있는 복수의 반복 단위 블록 또는 세그먼트를 포함하는 공중합체를 의미한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 분자량 분포(molecular weight distribution)가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 융용 혼합물에 5 ㎜ 내지 20 ㎜의 길이의 섬유 강화재를 함침하여 열가소성 수지 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명자들은 상술한 특정의 폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법을 이용하면, 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 혼합물을 용융하고, 섬유 강화재를 함침시켜 형성한 열가소성 수지 복합체의 높은 냉각속도로 인해, 냉각시간이 짧아짐에 따라 전체 폴리올레핀 수지 단일칩 제조공정이 단축될 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
구체적으로, 상기 프로필렌 단독 중합체는 용융점도가 낮은 특성으로 인해 상기 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 혼합물이 용융 상태에서 유동성이 높아지면서 조성이 균일해질 수 있고, 상기 섬유 강화재가 보다 균일하고 견고하게 최종 제조되는 폴리올레핀 수지 단일칩 내부에 함침될 수 있다.
특히, 상기 프로필렌 단독 중합체가 상술한 특정의 분자량 분포를 가짐에 따라서, 상기 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 융용 혼합물에 섬유 강화재가 함침된 이후에 상온에서 빠른 속도로 냉각될 수 있을 뿐 아니라, 상기 용융 혼합물과 상기 섬유 강화재 간의 결합력 저하를 방지할 수 있다.
한편, 종래 섬유 강화 열가소성 수지 복합체의 제조 과정에서 염료나 착색제를 첨가하는 경우, 섬유 강화 수지의 기계적 물성이 크게 저하되는 것으로 알려져 있으며, 이에 따라 섬유 강화재를 포함한 수지칩과 착색제를 포함한 착색 수지칩을 혼합 및 용융 압출하여 얻어지는 복합 수지칩을 사용하는 것이 통상적이다.
이에 반하여, 상기 일 구현예의 제조 방법에서는, 상술한 프로필렌 단독 중합체의 특성으로 인하여 착색제를 별도의 수지칩으로 적용하지 않고, 제조 단계에서 착색제를 상기 프로필렌 단독 중합체에 직접 혼합하여 단일칩을 구성하더라도, 제조되는 폴리올레핀 수지 단일칩이 상기 섬유 강화재를 포함한 수지칩과 착색제를 포함한 착색 수지칩을 혼합 및 용융하여 제조되는 복합 수지칩과 동등 수준 이상의 우수한 기계적 물성을 구현할 수 있다.
상기 폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법은 분자량 분포(molecular weight distribution)가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 융용 혼합물에 5 ㎜ 내지 20 ㎜의 길이의 섬유 강화재를 함침하여 열가소성 수지 복합체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 프로필렌 단독 중합체의 분자량 분포는 2 내지 10, 또는 5 내지 8일 수 있다. 상기 분자량 분포는 고분자물질 내의 분자량의 분포를 의미하며, 중량평균분자량과 수평균분자량의 비(중량평균분자량/수평균분자량 값)를 흔히 사용한다. 상기 중량평균분자량과 수평균분자량의 비가 1에 기까울수록 분포가 좁아진다. 상기 프로필렌 단독 중합체의 분자량 분포가 상술한 범위를 만족함에 따라, 후술하는 상기 혼합물의 냉각속도가 높아지고, 빠른 냉각속도를 구현할 수 있다.
상기 착색제는 카본 블랙, 티타늄 블랙, 산화크롬, 아닐린 블랙, 산화철, 산화 망간, 흑연 또는 이들의 2종 이상의 혼합물 등의 화합물을 포함할 수 있다. 상기 착색제를 포함함에 따라, 용도에 따른 색상을 구현할 수 있다.
상기 용융 혼합물은 충격 보강제, 무기 충전제, 자외선 차단제, 산화방지제, 윤활제, 대전방지제, 충격 보강제, 미세입자 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 포함한 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 섬유 강화재는 5㎜ 내지 20㎜, 또는 9㎜ 내지 13㎜의 길이를 가질 수 있다. 또한, 상기 섬유 강화재는 직경이 100㎛이하, 또는 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 또한, 상기 섬유 강화재는 표면에 작용기를 더 포함할 수 있다. 상기 작용기의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 에폭시기, 우레탄기, 실란기, 아크릴기 또는 이들의 2종 이상이 혼합된 화합물을 사용할 수 있다. 상기 섬유 강화재가 상기 작용기를 포함함에 따라, 상기 섬유 강화재는 상기 프로필렌 단독 중합체와의 혼합과정에서 상용성이 향상될 수 있다.
상기 섬유 강화재로는 예를 들어, 유리 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유, 아라미드 섬유, 초고분자량 폴리에틸렌섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 아릴레이트섬유, 폴리에테르케톤섬유 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 유리섬유 또는 탄소 섬유를 사용할 수 있다.
또한, 상기 폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법은 열가소성 수지 복합체를 펠렛화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지 복합체를 펠렛화하는 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 인취설비를 통해 850 내지 1200RPM으로 자동화 운전하여 스트랜드를 펠렛타이저 장비를 이용하여 상기 열가소성 수지 복합체를 일정한 길이로 절단하는 방법 등을 사용할 수 있다.
한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 분자량 분포(molecular weight distribution)가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 고분자 기재; 및 상기 고분자 기재로 함침된 5 ㎜ 내지 20 ㎜의 길이의 섬유 강화재;를 포함하는 열가소성 수지 복합체로 이루어지며, ASTM D256에 의해 측정한 충격강도가 200 J/m이상인 폴리올레핀 수지 단일칩이 제공될 수 있다.
본 발명자들은 상술한 특정의 폴리올레핀 수지 단일칩을 이용하면, 착색제 및 섬유 강화재의 함량을 조절하여 섬유 강화재가 파손되지 않고, 긴 길이를 유지할 수 있도록 하여, 상기 폴리올레핀 수지 단일칩의 비중을 낮추고, 충격강도를 향상시킬 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
구체적으로, 상기 프로필렌 단독 중합체는 용융점도가 낮은 특성으로 인해 상기 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 고분자 기재가 용융 상태에서 유동성이 높아지면서 조성이 균일해질 수 있고, 상기 섬유 강화재가 보다 균일하고 견고하게 최종 제조되는 폴리올레핀 수지 단일칩 내부에 함침될 수 있다.
특히, 상기 프로필렌 단독 중합체가 상술한 특정의 분자량 분포를 가짐에 따라서, 상기 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 고분자 기재에 섬유 강화재가 함침된 이후에 상기 고분자 기재와 섬유 강화재 간의 결합력 저하를 방지할 수 있다.
한편, 종래 섬유 강화 열가소성 수지 복합체의 제조 과정에서 염료나 착색제를 첨가하는 경우, 섬유 강화 수지의 기계적 물성이 크게 저하되는 것으로 알려져 있으며, 이에 따라 섬유 강화재를 포함한 수지칩과 착색제를 포함한 착색 수지칩을 혼합 및 용융 압출하여 얻어지는 복합 수지칩을 사용하는 것이 통상적이다.
이에 반하여, 상기 구현예의 폴리올레핀 수지 단일칩은, 상술한 프로필렌 단독 중합체의 특성으로 인하여 착색제를 별도의 수지칩으로 적용하지 않고, 착색제를 상기 프로필렌 단독 중합체에 직접 혼합하여 단일칩을 구성하더라도, 제조되는 폴리올레핀 수지 단일칩이 상기 섬유 강화재를 포함한 수지칩과 착색제를 포함한 착색 수지칩을 혼합 및 용융하여 제조되는 복합 수지칩과 동등 수준 이상의 우수한 기계적 물성을 구현할 수 있다.
또한, 상술한 섬유 강화재를 포함한 수지칩과 착색제를 포함한 착색 수지칩을 혼합 및 용융하여 제조되는 복합 수지칩의 경우, 수지칩 간의 균일한 혼합이 어려워, 중량편차 및 이로 인한 완제품의 치수 편차가 발생할 수 있지만, 상기 구현예의 폴리올레핀 수지 단일칩은 착색제 및 프로필렌 단독중합체의 균일한 혼합을 통해 중량 편차 및 치수 편차를 최소화할 수 있다.
특히, 상기 폴리올레핀 수지 단일칩은 분자량 분포(molecular weight distribution)가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 고분자 기재; 및 상기 고분자 기재로 함침된 5 ㎜ 내지 20 ㎜의 길이의 섬유 강화재;를 포함하는 열가소성 수지 복합체로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 열가소성 수지 복합체는 분자량 분포(molecular weight distribution)가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함한 고분자 기재를 포함할 수 있다.
상기 고분자 기재는 다량의 고분자 화합물에 소량의 세라믹 물질이나 금속 물질 또는 다른 고분자 화합물을 혼합한 복합물을 의미한다.
상기 고분자 기재는 분자량 분포(molecular weight distribution)가 2 내지 10, 또는 5 내지 8, 또는 5.5 내지 6인 프로필렌 단독 중합체 및 착색제를 포함할 수 있다.
상기 프로필렌 단독 중합체는 프로필렌 단량체 간의 중합을 통해 형성되는 고분자 화합물을 의미한다.
상기 고분자 기재가 분자량 분포(molecular weight distribution)가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체를 포함함에 따라, 상기 열가소성 수지 복합체의 중량편차 및 물성편차를 최소화 할 수 있다.
상기 프로필렌 단독 중합체의 용융지수(ASTM D1238, 230℃, 2.16㎏의 하중에서 측정)는 10 g/10min 내지 100 g/10min, 또는 20 g/10min 내지 50 g/10min, 또는 25 g/10min 내지 40 g/10min일 수 있다. 상기 용융지수(Melt Index, MI)는 일정 조건하에서 용융물을 피스톤에서 압출하였을 때의 유량으로, 용융물의 흐름의 용이성을 나타내는 지수를 의미한다. 상기 용융지수에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 분자량과 분자량분포이다. 상기 용융지수를 측정하는 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, ASTM D1238 방법(190℃의 온도, 2.16g 의 하중에서 측정)을 이용하여 측정할 수 있다.
상기 프로필렌 단독 중합체의 함량은 상기 폴리올레핀 수지 단일칩 중량을 기준으로 40중량% 내지 70중량%, 또는 50중량% 내지 60중량%일 수 있다. 상기 프로필렌 단독 중합체의 함량이 상기 폴리올레핀 수지 단일칩 중량을 기준으로 40중량% 미만이면, 폴리올레핀 수지 단일칩의 성형가공성이 감소할 수 있다. 또한, 상기 프로필렌 단독 중합체의 함량이 폴리올레핀 수지 단일칩 중량을 기준으로 70중량% 초과이면, 폴리올레핀 수지 단일칩의 충격강도가 감소하는 등 기계적 물성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 고분자 기재가 착색제를 포함함에 따라, 상기 폴리올레핀 수지 단일칩은 용도에 따라 다양한 색상을 구현할 수 있다. 상기 착색제의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 카본 블랙, 티타늄 블랙, 산화크롬, 아닐린 블랙, 산화철, 산화 망간, 흑연 또는 이들의 2종 이상의 혼합물 등의 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 착색제는 상기 폴리올레핀 수지 단일칩 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 15중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 착색제의 함량이 상기 폴리올레핀 수지 단일칩 중량을 기준으로 0.1중량% 미만이면 폴리올레핀 수지 단일칩의 착색이 불완전하게될 수 있고, 상기 착색제의 함량이 상기 폴리올레핀 수지 단일칩 중량을 기준으로 15중량%를 초과하면, 폴리올레핀 수지 단일칩의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 고분자 기재는 충격 보강제, 무기 충전제, 자외선 차단제, 산화방지제, 윤활제, 대전방지제, 상용화제, 미세입자 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 포함하는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 충격 보강제는 에틸렌계 반복 단위 및 탄소수 4 내지 30의 α-올레핀계 반복 단위를 포함한 올레핀 블록공중합체를 포함할 수 있다. 상기 에틸렌계 반복 단위 및 탄소수 4 내지 30의 α-올레핀계 반복 단위를 포함한 올레핀 블록공중합체를 포함함에 따라 폴리올레핀 수지 단일칩의 혼화성 및 충격강도가 향상될 수 있다.
상기 에틸렌계 반복단위는 에틸렌 화합물을 단량체로 제조한 에틸렌 단독중합체에 포함된 반복단위를 의미한다. 또한, 상기 탄소수 4 내지 30의 α-올레핀계 반복 단위는 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-데센, 1-운데센, 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 1-아이코센 등의 α-올레핀 화합물, 바람직하게는 1-부텐 또는 1-옥텐을 단량체로 제조한 단독중합체에 포함된 반복단위를 의미한다.
상기 올레핀 블록공중합체의 함량이 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 상기 폴리올레핀 수지 단일칩 중량을 기준으로 40중량% 이하, 또는 0.1중량% 내지 40중량%일 수 있다. 상기 올레핀 블록공중합체의 함량이 지나치게 작을 경우, 폴리올레핀 수지 단일칩의 혼화성 및 충격강도가 감소할 수 있다. 또한, 상기 올레핀 블록공중합체의 함량이 폴리올레핀 수지 단일칩 중량을 기준으로 지나치게 증가하면, 폴리올레핀 수지 단일칩의 굴곡특성 및 성형성이 감소할 수 있다.
상기 올레핀 블록공중합체의 용융지수(ASTM D1238, 230℃, 2.16㎏의 하중에서 측정)가 2 g/10min 내지 20 g/10min, 또는 5 g/10min 내지 15 g/10min 일 수 있다. 상기 용융지수(Melt Index, MI)는 일정 조건하에서 용융물을 피스톤에서 압출하였을 때의 유량으로, 용융물의 흐름의 용이성을 나타내는 지수를 의미한다. 상기 용융지수에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 분자량과 분자량분포이다. 상기 용융지수를 측정하는 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, ASTM D1238 방법(190℃의 온도, 2.16g 의 하중에서 측정)을 이용하여 측정할 수 있다.
상기 에틸렌계 반복 단위 및 탄소수 4 내지 30의 α-올레핀계 반복 단위의 몰수 비가 6:4 내지 7:3일 수 있다.
상기 올레핀 블록 공중합체의 중량 평균 분자량이 50,000 g/mol 내지 180,000 g/mol일 수 있다.
한편, 상기 열가소성 수지 복합체는 상기 고분자 기재로 함침된 5 ㎜ 내지 20 ㎜의 길이의 섬유 강화재를 포함할 수 있다. 이에 따라 폴리올레핀 수지 단일칩은 고강성의 특성과 함께 높은 충격강도를 구현할 수 있다.
상기 고분자 기재로 함침된 섬유 강화재란, 고분자 기재 내부에 담근 섬유 강화재를 의미할 수 있다.
상기 섬유 강화재는 5㎜ 내지 20㎜, 또는 9㎜ 내지 13㎜의 길이를 가질 수 있다. 또한, 상기 섬유 강화재는 직경이 100㎛이하, 또는 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 또한, 상기 섬유 강화재는 표면에 작용기를 더 포함할 수 있다. 상기 작용기의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 에폭시기, 우레탄기, 실란기, 아크릴기 또는 이들의 2종 이상이 혼합된 화합물을 사용할 수 있다. 상기 섬유 강화재가 상기 작용기를 포함함에 따라, 상기 섬유 강화재는 상기 프로필렌 단독 중합체와의 혼합과정에서 상용성이 향상될 수 있다.
상기 섬유 강화재로는 예를 들어, 유리 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유, 아라미드 섬유, 초고분자량 폴리에틸렌섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 아릴레이트섬유, 폴리에테레에테르케톤섬유 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 유리섬유 또는 탄소 섬유를 사용할 수 있다.
상기 섬유 강화재의 함량은 상기 폴리올레핀 수지 단일칩 중량을 기준으로 15 중량% 초과, 또는 16중량% 내지 30중량%, 또는 18중량% 내지 25중량%일 수 있다. 상기 섬유 강화재의 함량이 상기 폴리올레핀 수지 단일칩 중량을 기준으로 15중량% 이하이면, 상기 폴리올레핀 수지 단일칩의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 착색제 및 섬유 강화재의 중량비가 1:1 내지 1:50, 또는 1:10 내지 1:40, 또는 1:15 내지 1:30일 수 있다.
상기 섬유 강화재 및 프로필렌 단독 중합체의 중량비가 1:1.5 내지 1:10, 또는 1:2 내지 1:5, 또는 1:2.5 내지 1:3.5일 수 있다. 이에 따라, 상기 폴리올레핀 수지 단일칩의 충격강도 및 굴곡탄성율이 향상될 수 있다.
상기 폴리올레핀 수지 단일칩은 1㎜ 내지 500 ㎜, 또는 3㎜ 내지 400㎜, 또는 4㎜ 내지 100㎜의 길이 및 0.1 ㎜ 내지 50㎜, 또는 0.5 ㎜ 내지 30㎜, 또는 1 ㎜ 내지 10㎜, 또는 2 ㎜ 내지 5㎜의 단면 직경을 가질 수 있다.
상기 폴리올레핀 수지 단일칩의 길이가 1㎜ 미만이면, 상기 폴리올레핀 수지 단일칩의 기계적 물성이 저하될 수 있고, 상기 폴리올레핀 수지 단일칩의 길이가 500㎜ 초과이면 상기 폴리올레핀 수지 단일칩의 2차 성형시 원료투입이 어려울 수 있다.
상기 폴리올레핀 수지 단일칩은 ASTM D256에 의해 측정한 충격강도가 200 J/m이상, 또는 220 J/m 내지 350 J/m, 또는 230 J/m 내지 320 J/m 일 수 있다. 상기 폴리올레핀 수지 단일칩은 상술한 범위의 높은 충격강도를 나타내어 최종 제품의 고강성을 구현할 수 있다.
또한, 상기 폴리올레핀 수지 단일칩은 ASTM D638에 의해 측정한 인장강도가 50 ㎫이상, 또는 55 ㎫ 내지 100 ㎫, 또는 60 ㎫ 내지 90 ㎫일 수 있다. 상기 폴리올레핀 수지 단일칩은 상술한 범위의 높은 인장강도를 나타내어 최종 제품의 고강성을 구현할 수 있다.
상기 폴리올레핀 수지 단일칩은 ASTM D792에 의해 측정한 비중이 0.8 내지 1.2, 또는 0.9 내지 1.1, 또는 1.0 내지 1.05일 수 있다. 상기 폴리올레핀 수지 단일칩은 상술한 범위의 낮은 비중을 나타내어 최종 제품의 경량화를 구현할 수 있다. 상기 폴리올레핀 수지 단일칩의 비중이 1.2 초과이면, 최종 제품의 경량화를 달성하기 어려울 수 있다.
상기 폴리올레핀 수지 단일칩은 도어모듈, 크래쉬패드, 도어트림, 인스트루먼트 판넬, 범퍼, 필러 등 자동차용 내외장재 부품에 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 생산속도 및 가공성이 향상된 폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법 및 저비중을 가지면서, 높은 충격강도, 인장강도 등의 기계적 물성을 나타내며, 균일한 조성을 갖는 폴리올레핀 수지 단일칩이 제공될 수 있다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1 내지 2: 폴리올레핀 수지 단일칩의 제조>
프로필렌 단독 중합체 및 첨가제의 혼합물을 가열하여 용융시킨다음, 길이가 11 ㎜인 장유리섬유를 함침시켜 열가소성 수지 복합체를 제조하였다. 상기 열가소성 수지 복합체를 상온에서 냉각하여, 최장축의 길이가 11 ㎜이고, 단면 직경이 3㎜인 폴리올레핀 수지 단일칩을 제조하였다. 이 때, 상기 폴리올레핀 수지 단일칩의 조성을 하기 표1에 기재하였다.
실시예의 폴리올레핀 수지 단일칩 조성
구분 실시예1 실시예2
프로필렌 단독 중합체 (중량%) 58 58
유리 섬유 장유리섬유(중량%) 20 20
단유리섬유(중량%) 0 0
첨가제(중량%) 22 22
*프로필렌 단독 중합체(MI:30 g/10min, MWD:5.8)
*장유리섬유: 단면 직경 20 ㎛, 길이가 11 ㎜인 유리섬유
*첨가제
-실시예 1 : 카본블랙 (입경 50㎛, 비중 1.8), Rubber A(MI:12g/10min, 중량 평균 분자량: 105,000 g/mol)
-실시예 2 : 카본블랙 (입경 50㎛, 비중 1.8), Rubber B(MI:8g/10min, 중량 평균 분자량: 98,000 g/mol)
*상기 용융지수(MI, Melting Index)는 ASTM D1238 기준에 따라 230℃, 2.16㎏의 하중에서 측정하였다.
< 비교예 1 내지 3: 폴리올레핀 수지 단일칩의 제조>
하기 표2와 같이, 폴리올레핀 수지 단일칩의 조성을 달리한 것을 제외하고, 실시예와 동일하게 폴리올레핀 수지 단일칩을 제조하였다.
비교예의 폴리올레핀 수지 단일칩 조성
구분 비교예1 비교예2 비교예3
프로필렌 단독 중합체(중량%) 79 58 58
유리 섬유 장유리섬유(중량%) 20 0 0
단유리섬유(중량%) 0 20 20
첨가제(중량%) 1 22 22
*프로필렌 단독 중합체(MI:30 g/10min, MWD:5.8)
*장유리섬유: 단면 직경 15 ㎛, 길이가 11 ㎜인 유리섬유
*장유리섬유: 단면 직경 15 ㎛, 길이가 4 ㎜인 유리섬유
*첨가제
-비교예 1 : 카본블랙 (입경 50㎛, 비중 1.8), Rubber A(MI:12g/10min, 중량 평균 분자량: 105,000 g/mol)
-비교예 2 : 카본블랙 (입경 50㎛, 비중 1.8), Rubber A(MI:12g/10min, 중량 평균 분자량: 105,000 g/mol)
-비교예 3: 카본블랙 (입경 50㎛, 비중 1.8), Rubber B(MI:8g/10min, 중량 평균 분자량: 98,000 g/mol)
*상기 용융지수(MI, Melting Index)는 ASTM D1238 기준에 따라 230℃, 2.16㎏의 하중에서 측정하였다.
< 실험예 : 실시예 및 비교예에서 얻어진 폴리올레핀 수지 단일칩의 물성 측정>
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 폴리올레핀 수지 단일칩의 물성을 하기 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 표3에 나타내었다.
1. 비중
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 폴리올레핀 수지 단일칩에 대하여, 가는 철사에 걸어 측정한 무게와 물속에 넣어서 측정한 무게 차이로 비중을 계산하는 ASTM D792방법으로 비중을 측정하였다.
2. 인장강도 (㎫)
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 폴리올레핀 수지 단일칩에 대하여, ASTM D638에 따라 시험시편을 제조하고, 인장시험기를 이용하여 인장강도를 측정하였다.
3. 굴곡탄성률 (㎫)
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 폴리올레핀 수지 단일칩에 대하여, ASTM D790에 따라 시험시편을 제조하고, 상기 시험시편의 중심에 힘을 가해 굴곡탄성률을 측정하였다.
4. 충격강도(J/m)
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 폴리올레핀 수지 단일칩에 대하여, ASTM D256에 따라 시험시편을 제조하고, 23℃에서 Izod 충격강도를 측정하였다.
실시예 및 비교예의 실험예 결과
구분 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3
비중 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03
인장강도(㎫) 67 61 98 29 27
굴곡탄성율(㎫) 3,501 2,937 4,940 1,999 1,938
충격강도(J/m) 310 240 155 180 189
상기 표3에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 2의 폴리올레핀 수지 단일칩의 비중은 1.03으로, 비교예 1 내지 3의 폴리올레핀 수지 단일칩과 동등한 수준을 나타내었다.
또한, 충격강도의 경우, 실시예1의 폴리올레핀 수지 단일칩은 310 J/m, 실시예2의 폴리올레핀 수지 단일칩은 240 J/m으로 높게 나타난 반면, 첨가제의 함량이 지나치게 감소한 비교예1의 폴리올레핀 수지 단일칩은 155 J/m, 장유리섬유 대신 단유리섬유를 사용한 비교예2 및 비교예3의 폴리올레핀 수지 단일칩은 각각 180 J/m, 189 J/m 로 나타나, 실시예에 비해 낮은 충격강도를 갖는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 상기 실시예의 폴리올레핀 수지 단일칩은 장유리섬유와 첨가제를 일정 함량 이상으로 혼합함에 따라, 비교예에 비해 현저한 충격강도 향상효과가 발생함을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1 및 2의 폴리올레핀 수지 단일칩의 인장강도는 각각 61㎫, 67㎫로서, 비교예 2 및 3의 폴리올레핀 수지 단일칩의 인장강도인 29㎫, 27㎫에 비해 높게 측정되었다.
실시예 1 및 2의 폴리올레핀 수지 단일칩의 굴곡탄성율은 각각 2,937㎫, 3,501㎫로서, 비교예 2 및 3의 폴리올레핀 수지 단일칩의 굴곡탄성율인 1,999㎫, 1,938㎫에 비해 높은 굴곡탄성율을 나타내었다.
이에 따라, 상기 실시예의 폴리올레핀 수지 단일칩은 장유리섬유를 사용함에 따라, 단유리섬유를 사용한 비교예2 및 3에 비해, 인장강도 및 굴곡탄성율과 같은 기계적 물성이 크게 향상됨을 확인할 수 있다.

Claims (15)

  1. 분자량 분포가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 40 중량% 내지 70 중량%; 에틸렌계 반복 단위 및 탄소수 4 내지 30의 α-올레핀계 반복 단위를 포함하고, 용융지수(ASTM D1238, 230℃, 2.16㎏의 하중에서 측정)가 2 g/10min 내지 20 g/10min인 올레핀 블록공중합체 0.1 중량% 내지 40 중량%; 및 착색제를 포함한 융용 혼합물에 5 ㎜ 내지 20 ㎜의 길이의 섬유 강화재 16 중량% 내지 30 중량%를 함침하여 열가소성 수지 복합체를 형성하는 단계를 포함하는, 폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 수지 복합체를 펠렛화하는 단계를 더 포함하는, 폴리올레핀 수지 단일칩 제조방법.
  3. 분자량 분포가 2 내지 10인 프로필렌 단독 중합체 40 중량% 내지 70 중량%, 에틸렌계 반복 단위 및 탄소수 4 내지 30의 α-올레핀계 반복 단위를 포함하고, 용융지수(ASTM D1238, 230℃, 2.16㎏의 하중에서 측정)가 2 g/10min 내지 20 g/10min인 올레핀 블록공중합체 0.1 중량% 내지 40 중량% 및 착색제를 포함한 고분자 기재; 및 상기 고분자 기재로 함침된 5 ㎜ 내지 20 ㎜의 길이의 섬유 강화재 16 중량% 내지 30 중량%;를 포함하는 열가소성 수지 복합체로 이루어지며,
    ASTM D256에 의해 측정한 충격강도가 200 J/m이상인, 폴리올레핀 수지 단일칩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로필렌 단독 중합체의 용융지수(ASTM D1238, 230℃, 2.16㎏의 하중에서 측정)가 10 g/10min 내지 100 g/10min인, 폴리올레핀 수지 단일칩.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 폴리올레핀 수지 단일칩에 대한 섬유 강화재의 함량이 15 중량% 초과인, 폴리올레핀 수지 단일칩.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 섬유 강화재 및 프로필렌 단독 중합체의 중량비가 1:1.5 내지 1:10인, 폴리올레핀 수지 단일칩.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 착색제 및 섬유 강화재의 중량비가 1:1 내지 1:50인, 폴리올레핀 수지 단일칩.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 고분자 기재는 무기 충전제, 자외선 차단제, 산화방지제, 윤활제, 대전방지제, 상용화제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는, 폴리올레핀 수지 단일칩.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제3항에 있어서,
    상기 올레핀 블록 공중합체의 중량 평균 분자량이 50,000 g/mol 내지 180,000 g/mol인, 폴리올레핀 수지 단일칩.
  12. 제3항에 있어서,
    길이가 1 ㎜ 내지 500 ㎜이고, 단면 직경이 0.1 ㎜ 내지 50 ㎜인, 폴리올레핀 수지 단일칩.
  13. 제3항에 있어서,
    ASTM D792에 의해 측정한 비중이 0.8 내지 1.2인, 폴리올레핀 수지 단일칩.
  14. 제3항에 있어서,
    ASTM D638에 의해 측정한 인장강도가 50 ㎫이상인, 폴리올레핀 수지 단일칩.
  15. 제3항에 있어서,
    자동차용 내외장재 부품에 사용되는, 폴리올레핀 수지 단일칩.
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