KR101734236B1 - 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료 및 그 제조 방법 - Google Patents

폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료는 폴리올레핀 수지 50중량% 내지 95중량%, 천연 섬유 펠렛 5중량% 내지 50중량%를 포함하고, 천연 섬유 펠렛 내부에 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌이 포함되어 있다.

Description

폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료 및 그 제조 방법{A composite material of polyolefin and natural fiber and the manufacturing method thereof}
본 발명은 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료 및 그 제조 방법에 대한 것이다.
고분자 수지의 보강 섬유로, 천연 섬유 또는 유리 섬유가 널리 사용된다. 천연 섬유의 경우 유리 섬유와 비교하였을 때, 인장 강도 및 인장 탄성률이 낮아 기계적 물성의 향상이 다소 낮은 반면, 유리 섬유에 비하여 밀도가 상대적으로 낮아 비강도 및 비탄성률에서 우수한 특성을 보인다. 따라서 보강 섬유로 천연 섬유를 사용하는 경우 경량 소재 개발에 유용하다.
이러한 고분자 수지와 천연 섬유의 복합재의 성형은 프레스 성형에 한정되어 있다. 따라서 실제 산업에서 적용 가능한 부품이 제한적이며, 프레스 성형용 부품 이외의 다양한 부품으로 적용하기 위해서는 사출 성형 방식으로 제조되어야 한다.
그러나 천연 섬유는 비중이 낮기 때문에, 사출 성형을 위해 일정한 양의 천연 섬유를 연속적으로 투입하는 것이 매우 어렵다. 또한, 일반적으로 압출 공정에서 천연 섬유를 고분자 수지와 함께 드라이 블랜드 하여 투입되는 경우에, 천연 섬유끼리 뭉치는 현상이 발생한다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 천연 섬유를 펠렛화 하여 고분자 수지와 복합화하려는 시도가 있었으나, 이러한 천연 섬유 펠렛 제조시 친수성 바인더가 사용되어 친수성 고분자 수지에만 적용 가능하였다. 즉, 천연 섬유를 소수성 고분자 수지에 복합화 하는 경우 계면 접착력이 떨어져 기계적 물성 향상 효과가 미미하였다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 천연 섬유와 고분자 수지의 계면 접착력 및 기계적 물성이 우수한 복합 재료 및 사출 성형 방법으로 성형이 가능한 복합 재료의 제조 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료는 폴리올레핀 수지 50중량% 내지 95중량%, 천연 섬유 펠렛 5중량% 내지 50중량%를 포함하고, 상기 천연 섬유 펠렛 내부에 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌이 포함되어 있다.
상기 천연 섬유는 케나프, 아마, 사이잘, 대마, 황마, 모시로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 천연 섬유 펠렛의 길이는 3 mm 내지 10 mm 사이일 수 있다.
상기 폴리올레핀 수지는 폴리에틸렌, 폴리부틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료의 제조 방법은 천연 섬유를 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 바인더에 침지시키는 단계, 상기 바인더에 침지된 천연 섬유를 건조 후 펠렛화하여 천연 섬유 펠렛을 제조 하는 단계, 상기 천연 섬유 펠렛을 폴리올레핀 수지와 혼련하여 압출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 천연 섬유 펠렛을 폴리올레핀 수지와 혼련하여 압출하는 단계에서, 상기 폴리올레핀 수지의 함량은 50중량% 내지 95중량%이고, 상기 천연 섬유 펠렛의 함량은 5중량% 내지 50중량%일 수 있다.
상기 천연 섬유는 케나프, 아마, 사이잘, 대마, 황마 및 모시로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 바인더는 에멀젼 상태일 수 있다.
상기 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 바인더는 고형분 함량이 28중량% 내지 31중량%이고, 상기 고형분의 입자 크기는 50 nm 내지 250 nm 사이일 수 있다.
상기 바인더에 침지된 천연 섬유를 건조 후 펠렛화하여 천연 섬유 펠렛을 제조 하는 단계에서 제조된 천연 섬유 펠렛의 길이는 3 mm 내지 10 mm 사이일 수 있다.
상기 폴리올레핀은 수지는 폴리에틸렌, 폴리부틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면 천연 섬유와 고분자 수지의 계면 접착력이 우수하고, 기계적 물성이 개선된 복합 재료 및 그 제조 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합재료의 계면을 나타낸 이미지이다.
도 2는 본 발명의 비교예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합재료의 계면을 나타낸 이미지이다.
도 3은 실험예 2의 제조 방법에 따라 제조한 복합 재료의 단면 이미지이다.
도 4는 비교예 1의 제조 방법에 따라 제조한 복합 재료의 단면 이미지이다.
도 5는 비교예 5의 제조 방법에 따라 제조한 복합 재료의 단면 이미지이다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료 및 그 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료는 폴리올레핀 수지 50중량% 내지 95중량%, 천연 섬유 펠렛 5중량% 내지 50중량%를 포함하고, 상기 천연 섬유 펠렛 내부에 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌을 포함한다.
통상적으로 고분자 수지와 천연 섬유의 복합 재료는 고분자 수지에 천연 섬유를 혼합, 프레스하는 방법으로 형성된다. 그러나 이러한 방법의 경우 프레스 성형법의 한계로 인해 재료를 다양한 부품으로 제조하기 어렵다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 재료는 폴리올레핀 수지 내에 천연 섬유가 펠렛 형태로 포함되어, 고분자 수지 내에서 천연 섬유의 분산성이 개선될 수 있다. 따라서 사출 성형 방식으로 복합 재료의 제조가 가능하며, 다양한 부품에 적용할 수 있다. 본 명세서에서 펠렛이란, 작은 입자를 의미하며, 취급에 편리하게 하기 위하여 일정 길이나 크기로 형성한 입자를 의미한다.
또한, 본 발명의 복합 재료에 포함된 천연 섬유 펠렛은 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌을 바인더로 사용, 바인더에 침지된 후 제조된다. 따라서, 천연 섬유 펠렛 내부에 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌이 포함된다.
상기 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 물질은 선형의 폴리프로필렌 중합체에서, 무수말레익산이 가지 형태로 중합된 형태의 중합체를 의미한다. 그 화학식은 하기와 같다.
[화학식 1]
Figure 112015115057076-pat00001
상기 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌에서, 주사슬은 폴리올레핀 수지와의 상용성을 확보하는 기능을 하며, 가지 중합된 무수말레익산은 천연 섬유의 수산기와 화학적 결합을 하여 계면 접착력을 향상시킨다.
통상적으로 천연 섬유가 펠렛 형태로 고분자 수지 안에 포함되는 경우, 천연 섬유 펠렛과 고분자 수지 사이의 계면 접착이 효과적으로 이루어지지 않아 기계적 물성이 저하된다. 특히 고분자 수지로 소수성 수지를 사용하는 경우, 친수성을 가지는 천연 섬유 펠렛과 고분자 수지의 계면 접착력이 현저히 감소한다. 이렇게 복합 재료에서 고분자 수지와 천연 섬유와의 계면 접착력이 충분하지 않은 경우, 복합 재료에서 천연 섬유가 분리되거나 빠져 나오는 현상(Pull out)이 발생하며, 이는 복합 재료의 기계적 강도를 감소시키는 원인이 된다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료는 소수성의 폴리올레핀 수지에, 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌이 내부에 침투된 천연 섬유 펠렛을 포함시킴으로써, 폴리올레핀 수지와 천연 섬유 펠렛 사이의 계면 접착력을 개선한다.
이때 천연 섬유 펠렛 내부에 침투되는 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌은 에멀젼 형태의 바인더로서, 상기 바인더에 천연 섬유 펠렛을 침지시키는 방법으로 침투된다. 이때 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 에멀젼 바인더는, 고형분의 함량이 28중량% 내지 31중량%이고, 상기 고형분의 입자 크기가 50 nm 내지 250 nm 사이일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료에서, 상기 천연 섬유는 케나프, 아마, 사이잘, 대마, 황마 및 모시로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 이러한 천연 섬유는 다발 형태로 건조되고, 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 에멀젼 바인더에 침지된 후, 건조 및 펠렛타이징 과정을 거쳐 천연 섬유 펠렛으로 복합 재료 내에 포함될 수 있다. 구체적인 천연 섬유 펠렛 제조 방법에 대하여는 이후 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료에 포함된 천연 섬유 펠렛의 길이는 3 mm 내지 10 mm 사이일 수 있다. 이러한 펠렛 형태의 천연 섬유는 고분자 매트릭스 수지와 복합하여 압출, 가공시 효과적인 분산이 가능하다. 즉 천연 섬유와 고분자 수지를 복합화 할 때, 사출 성형이 어려웠던 이유는 일정한 양의 천연 섬유를 고분자 수지에 연속적으로 투입하기가 어렵고, 천연 섬유를 고분자 내에 고르게 분산시키기 어려웠기 때문이다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합재료는, 천연 섬유가 3 mm 내지 10 mm의 길이를 갖는 펠렛 형태로 포함 되어 있기 때문에, 고분자 수지 내에 고르게 분산되며 사출 성형시 연속적인 투입 또한 가능하다.
본 발명에서 사용되는 폴리올레핀은 올레핀의 중합으로 생기는 고분자 화합물로서, 가장 가벼운 플라스틱에 속하며 그 투명성도 매우 우수하다. 따라서 폴리올레핀 수지에 가벼운 천연 섬유를 복합화하는 경우 경량이지만 기계적 특성이 우수한 소재를 얻을 수 있다.
폴리올레핀은 에틸렌, 프로필렌, 부텐 등 이중 결합을 하나 이상 갖는 쇄상 탄화 수소를 단위체로 중합하여 얻어지는 단독 중합체 또는 이종 올레핀과의 공중합체를 총칭한다. 본 발명에서 사용되는 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리부틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료의 계면을 나타낸 이미지이다. 도 2는 본 발명의 비교예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합재료의 계면을 나타낸 이미지이다.
도 1은 천연 섬유 펠렛을 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 에멀젼 바인더에 침지시킨 후 폴리프로필렌 복합 재료를 형성한 것이고, 도 2는 천연 섬유 펠렛을 아크릴 에멀젼 바인더에 침지시킨 후 폴리프로필렌 복합 재료를 형성한 것이다. 도 1 및 도 2를 비교하여 보면 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 경우 천연 섬유 펠렛과 폴리프로필렌 수지와의 계면 접착이 효과적으로 이루어졌음을 확인할 수 있다.
그러나 도 2의 경우, 폴리프로필렌 수지와 천연 섬유 펠렛이 계면에서 서로 접착되지 않고, 분리되어 있음을 확인할 수 있다.
즉 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료는 천연 섬유 펠렛이 내부에 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌을 포함함으로써 폴리올레핀계 수지와의 계면 접착력을 개선하였다.
그럼 이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료의 제조 방법은 천연 섬유를 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 바인더에 침지시키는 단계, 상기 바인더에 침지된 천연 섬유를 건조 후 펠렛화하여 천연 섬유 펠렛을 제조 하는 단계 및 상기 천연 섬유 펠렛을 폴리올레핀 수지와 혼련하여 압출하는 단계를 포함한다.
먼저, 천연 섬유를 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 바인더에 침지시키는 단계에 대하여 설명한다.
본 단계에서 사용되는 천연 섬유는 케나프, 아마, 사이잘, 대마, 황마, 및 모시로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 이러한 천연 섬유는 다발 형태로 바인더에 침지될 수 있다.
먼저, 천연 섬유 다발을 바인더에 침지시켜 처리한다. 이때 바인더는 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 에멀젼이다. 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌에서 폴리프로필렌 주사슬은 폴리올레핀 수지와의 상용성을 확보하며, 가지 중합된 무수 말레익산은 천연 섬유의 수산기와 화학적 결합을 하여 계면 접착력을 향상시킨다.
이때 사용되는 에멀젼 바인더는 염소를 포함하지 않으며, 수성이다. 즉, 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 에멀젼은 고형분 함량이 28중량% 내지 31중량%이고, 고형분의 입자 크기가 50 nm 내지 250 nm 사이일 수 있다.
상기 천연 섬유 다발을 바인더에 침지시킬 때, 천연 섬유 다발에 일정한 텐션을 유지한 상태에서, 바인더가 담긴 용기에 침지시키는 방법으로 수행할 수 있다. 즉, 천연 섬유 내부에 바인더 재료가 고르게 스며들 수 있도록 천연 섬유를 일정 방향으로 연신한 후, 텐션이 유지된 상태에서 침지시키는 것이 바람직하다.
이러한 침지 과정에서 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 에멀젼이 천연 섬유 내부로 침투된다. 즉 천연 섬유는 천연의 재료로 이루어져 내부에 많은 기공이 존재하며, 이러한 기공으로 에멀젼 상태의 바인더가 침투한다.
다음, 상기 바인더에 침지된 천연 섬유를 건조 후 펠렛화하여 천연 섬유 펠렛을 제조한다.
바인더에 침지된 천연 섬유 내부에는 에멀젼 상태의 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌이 침투되어 있다. 이러한 침지된 천연 섬유를 건조 터널을 통과시키는 등의 방법으로 건조시킨다. 건조 과정에서 수분은 증발하고, 천연 섬유 내부에는 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌의 고형 성분만 남게 된다.
상기 건조는 천연 섬유를 건조 터널에 통과시키는 방법으로 이루어질 수도 있고, 통상의 건조 방법으로 수행될 수도 있다.
이렇게 건조된 천연 섬유를 펠렛타이징 하여 천연 섬유 펠렛을 제조한다. 펠렛은 작은 입자를 의미하며, 취급에 편리하게 하기 위하여 일정 길이나 크기로 형성한 입자를 의미한다. 펠렛화(=펠렛타이징)는 펠렛타이저를 이용하여 수행될 수 있다. 펠렛타이저는 분쇄기라고도 하며, 길이방향으로 긴 재료나 부피가 있는 재료를 절단 또는 분쇄하여 미립자로 만들어 주는 장치이다.
즉, 본 단계에서는 일 방향으로 길이를 갖는 천연 섬유를 펠렛화하여 펠렛으로 제조한다. 이때 천연 섬유 펠렛의 길이는 3 mm 내지 10 mm 사이일 수 있다.
다음, 천연 섬유 펠렛을 폴리올레핀 수지와 혼련하여 압출한다. 폴리올레핀 수지는 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.
폴리올레핀 수지는 복합 재료의 매트릭스로 기능하며, 천연 섬유 펠렛은 보강재로 기능한다. 이때 혼합 비율은 폴리올레핀 수지 50중량% 내지 95중량%에, 천연 섬유 펠렛이 5중량% 내지 50중량% 포함될 수 있다. 상기 혼합 범위는 복합 재료의 기계적 물성 및 분산성을 최적화 하는 범위이다.
폴리올레핀 수지와 천연 섬유 펠렛을 혼련한 후, 압출하여 복합 재료를 제조할 수 있다. 통상적으로 고분자 수지와 천연 섬유의 복합 재료의 경우, 천연 섬유의 분산성이 나쁘고 압출 가공시 투입이 어려웠기 때문에, 사출 성형이 아니라 프레스 성형으로만 제조된다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 재료의 제조 방법은 천연 섬유를 펠렛 형태로 수지 내에 분산시켰기 때문에 고분자 수지 내에 천연 섬유 펠렛이 고루 분산된다. 따라서 사출 성형 방법으로 복합 재료를 제조할 수 있다. 이렇게 사출 성형으로 복합 재료를 제조하는 경우 다양한 형상으로 부품을 제조할 수 있다.
또한, 천연 섬유 펠렛을 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 에멀젼에 침지시켜 천연 섬유 내부에 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 물질을 포함시켰기 때문에, 고분자 수지와 천연 섬유 사이의 계면 접착력을 개선할 수 있다. 이렇게 개선된 계면 접착력으로 인해, 복합 재료의 기계적 물성을 개선할 수 있다.
이하에서, 실험예를 바탕으로 본 발명의 복합 재료 및 이의 제조 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 실험예는 예시적으로, 본 발명의 내용이 본 실험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
Figure 112015115057076-pat00002
실험예 1 내지 4
상기 표 1과 같은 조성으로 폴리프로필렌 수지 및 천연 섬유 펠렛을 복합화하여 압출, 복합 재료를 제조하였다.
이때 천연 섬유는 펠렛 형태로 제조 하였고, 천연 섬유 펠렛은 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌(MAPP) 에멀젼을 바인더로 사용하였다.
이렇게 복합 재료를 압출하여 제조하자, 압출 작업성이 양호하였다. 또한 이렇게 제조된 복합 재료의 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다. 실험예 1 내지 4의 제조 방법으로 제조된 복합 재료는 인장 강도, 굴곡 강도, 굴곡 탄성율 및 IZOD 충격 강도에서 비교예에 비하여 개선된 특성을 나타내었다.
비교예 1 내지 5
상기 표 1과 같은 조성으로 폴리프로필렌 수지 및 천연 섬유를 복합화하여 압출, 복합 재료를 제조하였다.
이때 비교예 1 내지 3에서는 천연 섬유를 펠렛 형태가 아니라 섬유 상태로 복합화하였으며, 바인더는 사용하지 않았다.
이러한 방식으로 복합 재료를 압출하여 제조하자, 천연 섬유가 수지 내에 고르게 분산되지 않아 압출 작업성이 불량함을 확인할 수 있었다. 또한 인장강도, 굴곡 탄성률, 굴곡 강도, IZOD 충격 강도와 같은 기계적 물성 또한 실험예 1 내지 4에서 제조된 복합 재료에 비하여 현저히 떨어짐을 확인할 수 있었다.
비교예 4 내지 5에서는 천연 섬유를 펠렛 형태로 제조하여 복합화하였으나, 바인더로서 아크릴 에멀젼을 사용하였다. 이러한 방식으로 복합 재료를 압출하여 제조하자, 압출 작업성은 양호하였다. 그러나 천연 섬유 펠렛과 폴리프로필렌 수지와의 계면 접착력이 충분하지 않기 때문에, 인장강도, 굴곡 탄성률, 굴곡 강도, IZOD 충격 강도와 같은 기계적 물성이 실험예 1 내지 4에서 제조된 복합 재료에 비하여 떨어짐을 확인할 수 있었다.
도 3은 실험예 2의 제조 방법에 따라 제조한 복합 재료의 단면 이미지이다. 도 4는 비교예 1의 제조 방법에 따라 제조한 복합 재료의 단면 이미지이다. 도 5는 비교예 5의 제조 방법에 따라 제조한 복합 재료의 단면 이미지이다. 도 3을 참고로 하면, 천연 섬유를 MAPP 에멀젼 바인더를 이용하여 침지시키고 펠렛화하여 폴리프로필렌 수지와 복합화 한 경우, 천연 섬유 펠렛과 폴리프로필렌 수지 사이의 계면 접착력이 우수하고, 섬유들이 빠져 나오는 현상(Pull out)이 없음을 확인할 수 있었다.
도 4는 천연 섬유를 바인더 처리와 펠렛화 하지 않고 폴리프로필렌 수지와 복합화한 복합 재료의 단면 이미지이다. 도 4를 참고로 하면, 천연 섬유의 분산도가 떨어져 천연 섬유가 복합 재료 내에서 뭉쳐있음을 확인할 수 있다.
도 5는 천연 섬유를 펠렛화하였지만, MAPP 에멀젼 바인더가 아니라 아크릴 에멀젼 바인더를 사용하여 천연 섬유를 처리한 복합 재료의 이미지이다. 도 5를 참고로 하면, 펠렛화된 천연 섬유가 폴리프로필렌 수지 내에 고르게 분산되어 있긴 하지만, 천연 섬유 펠렛과 폴리프로필렌 수지 사이의 계면 접착력이 떨어지기 때문에 천연 섬유 펠렛이 수지로부터 빠져 나오는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 재료 및 그 제조 방법은, 천연 섬유를 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 에멀젼 바인더에 침지시킨 후 펠렛화하여 고분자 수지와 복합화한다. 따라서 천연 섬유 펠렛이 고분자 수지 내에서 고르게 분산되어 압출 작업성이 좋아지며, 천연 섬유와 소수성 고분자 수지와의 계면 접착력이 향상되어 제조된 복합 재료의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (11)

  1. 폴리올레핀 수지 50중량% 내지 95중량%, 및
    천연 섬유 펠렛 5중량% 내지 50중량%를 포함하고,
    상기 천연 섬유 펠렛 내부에 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌이 포함되어 있고, 폴리프로필렌의 무수말레익산은 상기 천연 섬유의 수산기와 화학적으로 결합하는 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료.
  2. 제1항에서,
    상기 천연 섬유는 케나프, 아마, 사이잘, 대마, 황마, 및 모시로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료.
  3. 제1항에서,
    상기 천연 섬유 펠렛의 길이는 3 mm 내지 10 mm 인 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료.
  4. 제1항에서,
    상기 폴리올레핀 수지는 폴리에틸렌, 폴리부틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료.
  5. 천연 섬유를 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 에멀젼 바인더에 침지시키는 단계:
    상기 바인더에 침지된 천연 섬유를 건조 후 펠렛화하여 천연 섬유 펠렛을 제조 하는 단계;
    상기 천연 섬유 펠렛을 폴리올레핀 수지와 혼련하여 압출하는 단계를 포함하며,
    상기 천연 섬유 내부에 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌이 포함되어 있고, 폴리프로필렌의 무수말레익산은 상기 천연 섬유의 수산기와 화학적으로 결합하는 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료의 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 천연 섬유 펠렛을 폴리올레핀 수지와 혼련하여 압출하는 단계에서,
    상기 폴리올레핀 수지의 함량은 50중량% 내지 95중량%이고,
    상기 천연 섬유 펠렛의 함량은 5중량% 내지 50중량%인 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료의 제조 방법.
  7. 제5항에서,
    상기 천연 섬유는 케나프, 아마, 사이잘, 대마, 황마, 및 모시로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 제5항에서,
    상기 무수말레익산이 그라프트된 폴리프로필렌 바인더는,
    고형분 함량이 28중량% 내지 31중량%이고,
    상기 고형분의 입자 크기는 50 nm 내지 250 nm 인 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료의 제조 방법.
  10. 제5항에서,
    상기 바인더에 침지된 천연 섬유를 건조 후 펠렛화하여 천연 섬유 펠렛을 제조 하는 단계에서 제조된 천연 섬유 펠렛의 길이는 3 mm 내지 10 mm 인 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료의 제조 방법.
  11. 제5항에서,
    상기 폴리올레핀 수지는 폴리에틸렌, 폴리부틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 폴리올레핀과 천연 섬유의 복합 재료의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102076421B1 (ko) * 2018-09-12 2020-02-11 손근수 자동차 러기지트림용 친환경 복합재료의 제조방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010150559A (ja) * 2006-10-30 2010-07-08 Gunma Univ ケナフ靭皮繊維と合成高分子よりなる複合材料の製造に用いるためのケナフ靭皮繊維の表面処理剤を製造する方法
KR101208111B1 (ko) * 2012-04-24 2012-12-04 박종암 황마를 이용한 자동차용 친환경 시트
JP5201835B2 (ja) 2004-12-15 2013-06-05 株式会社カネカ 生分解性樹脂組成物およびその成形体

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5201835B2 (ja) 2004-12-15 2013-06-05 株式会社カネカ 生分解性樹脂組成物およびその成形体
JP2010150559A (ja) * 2006-10-30 2010-07-08 Gunma Univ ケナフ靭皮繊維と合成高分子よりなる複合材料の製造に用いるためのケナフ靭皮繊維の表面処理剤を製造する方法
KR101208111B1 (ko) * 2012-04-24 2012-12-04 박종암 황마를 이용한 자동차용 친환경 시트

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102076421B1 (ko) * 2018-09-12 2020-02-11 손근수 자동차 러기지트림용 친환경 복합재료의 제조방법

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