KR101874918B1 - 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이를 이용한 자동차 내장재용 성형품 - Google Patents

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Abstract

폴리프로필렌 수지, 열가소성 탄성체, 제1 무기 필러 및 제2 무기 필러를 포함하고, 상기 제1 무기 필러 및 상기 제2 무기 필러는 각각 수산화마그네슘, 마그네슘옥시설페이트, 티타늄옥사이드, 산화칼륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하고, 상기 제1 무기 필러는 판상형이고, 상기 제2 무기 필러는 침상형인 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물이 제공된다.

Description

저비중 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이를 이용한 자동차 내장재용 성형품{LIGHT-WEIGHT POLYPROPYLENE RESIN COMPOSITION AND MOLDED PRODUCT OF VEHICLE INTERIOR MATERIAL USING THE SAME}
저비중 폴리프로필렌 수지 조성물 및 자동차 내장재용 성형품에 관한 것이다.
최근 환경과 에너지에 대한 관심이 높아짐에 따라, 자동차 산업에 있어서 연비 향상과 대기 오염 문제 등을 이유로 자동차의 경량화 및 고기능화가 급속히 요구되고 있다.
자동차용 내장재 부품은 승차시 쾌적성을 높이기 위해 부드러운 이미지를 가진 수지 또는 섬유 등이 주로 사용되고 있다. 상기 자동차 내장재 부품 중에서 크래쉬 패드(crash pad)는 인스트루먼트 패널(Instrument panel) 또는 대쉬 보드(Dash board) 라고도 하는 자동차 내장부품으로서 운전석의 전면 유리 하단에 부착되며, 속도계, 연료계 및 수온계 등의 미터(meter)류를 묶어 일체화 시킨 계기판과, 공조장치, 라디오, 시계, 재떨이 및 소형품 등을 수납할 수 있는 장치 등을 포함하여 이루어져 있다. 이러한 크래쉬 패드는 별도의 표면 층을 감싸는 타입과 도장 및 무도장 타입이 있다.
상기 감싸기 타입의 코어 소재의 경우, 원가 절감 및 경량화 측면에서 최근 PPF(폴리프로필렌에 탈크라는 무기 필러를 첨가한 복합소재)를 사용하는 사례가 크게 증가하였으나, PPF는 물성 확보를 위해 고비중의 탈크 함량 비의 감소가 어려우며, 제품의 신뢰성 확보를 위해 일정 이상의 두께가 요구되어 박막화 및 경량화를 달성하기 어려운 문제가 있다.
또한, 경량화의 측면에서 MuCell 공법이나 화학발포 공법을 적용한 사례가 있으나, 외관 불량 및 성형이 어렵고 물성이 저하되는 문제점이 상존한다.
또 다른 경량화 사례로서, 3차원 중공 구조(Microsphere)의 글래스 버블(Glass Bubble)를 이용한 사례가 있으나, 가공상 글래스 버블의 파손을 방지하는 기술 및 글래스 버블과 폴리프로필렌 수지와의 상용성 문제 또한 해결이 용이하지 않고, 충격 및 강성의 급격한 저하를 경험하는 등 상업적 활용 측면에서 기술적 난관이 크며, 크래쉬 패드 제품 성능 확보를 위해 구조상으로 복잡하게 보강하거나, 두께를 두껍게 유지하여야 하여, 경량화가 용이하지 않다.
또한, 기존의 프로필렌 및 유리 장섬유 복합 소재는 물성을 보존하기 위하여 유리섬유의 파단을 방지하는 기술로써, 다이렉트 게이트(Direct Gate)를 채택하거나 홀이 없는 크래쉬 패드 구조로 디자인한 후 트리밍(Trimming) 하는 방식으로 진행하여 왔다. 하지만, 통상의 상기 복합소재는 강한 취성 때문에 헤드 임팩트 시험(Head Impact Test) 및 에어백 전개 시험 등의 자동차 신뢰성 평가 항목에서 많은 어려움이 상존함은 공공연한 사실이 되었으며, 더 나아가 내열 사이클 시험시 제품의 형상 변화 및 물성 저하가 커, 최종 성형 제품 품질에 심각한 문제를 초래하고 있다.
또한, 위에서 기술한 양산 중인 소재는 휘발성 유기 화합물(VOCs) 및 냄새 평가에서 만족시키지 못하는 경우가 다반사이며, 근본적인 해결책을 찾지 못하고 있다.
본 발명의 일 구현예는 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물의 사출물을 포함하는 자동차 내장재용 성형품을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 폴리프로필렌 수지, 열가소성 탄성체, 제1 무기 필러 및 제2 무기 필러를 포함하고, 상기 제1 무기 필러 및 상기 제2 무기 필러는 각각 수산화마그네슘, 마그네슘옥시설페이트, 티타늄옥사이드, 산화칼륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하고, 상기 제1 무기 필러는 판상형이고, 상기 제2 무기 필러는 침상형인 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물의 사출물을 포함하는 자동차 내장재용 성형품을 제공한다.
상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물은 저비중의 무리 필러를 포함하여 경량화를 부여함과 동시에 우수한 기계적 강성 및 내충격성을 부여하고, 저수축 및 배향성 제어를 통해 치수 안정성을 부여할 수 있다. 또한, 제품 파손 시 큰 문제가 되는 날카로운 모서리(sharp edge)의 발생률을 낮추고, 휘발성 유기 화합물(VOCs)을 저감시키고, 냄새의 발생을 억제시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에서, 폴리프로필렌 수지, 열가소성 탄성체, 제1 무기 필러 및 제2 무기 필러를 포함하고, 상기 제1 무기 필러 및 상기 제2 무기 필러는 각각 수산화마그네슘, 마그네슘옥시설페이트, 티타늄옥사이드, 산화칼륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하고, 상기 제1 무기 필러는 판상형이고, 상기 제2 무기 필러는 침상형인 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공한다.
상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물은 비중이 낮은 판상형의 제1 무기 필러 및 침상형의 제2 무기 필러를 적절히 포함하여 경량화를 부여함과 동시에, 우수한 기계적 강성, 내충격성 및 치수안정성을 부여하고, 이의 사출물인 성형품 파손시의 날카로운 모서리(sharp edge)의 발생률을 낮출 수 있다.
구체적으로, 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물에 포함되는 제1 무기 필러 및 제2 무기 필러 각각은, 고비중의 탈크 등이 아닌, 저비중의 수산화마그네슘, 마그네슘옥시설페이트, 티타늄옥사이드, 산화칼륨 및 이들의 조합, 즉, 이들의 화학결합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하여, 경량화 및 박막화를 부여할 수 있다.
또한, 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물은 상기 물질의 판상형의 구조를 갖는 제1 무기 필러와 침상형의 구조를 갖는 제2 무기 필러를 혼합하여 포함함으로써, 경량화를 부여함과 동시에 우수한 기계적 강성 및 내충격성을 부여하고, 저수축 및 배향성 제어를 통해 치수 안정성을 부여할 수 있다.
이때, 상기 제1 무기 필러 대 상기 제2 무기 필러는 약 1:1 내지 약 1:2 의 중량비로 혼합되어, 우수한 강성과 함께, 현저히 향상된 내충격성을 부여하고, 제2 무기 필러인 침상형 필러의 편향된 배향성을 억제하여 치수안정성을 동시에 부여할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 무기 필러 대비 상기 제2 무기 필러의 중량비가 상기 범위 미만일 경우에는 충분한 강성을 부여하지 못하며, 상기 제2 무기 필러의 중량비가 상기 범위를 초과할 경우에는 강성은 우수하나, 신율이 떨어지고, 사출 성형시 변형이 심각하게 나타나는 등의 치수안정성 문제가 발생할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 무기 필러 및 상기 제2 무기 필러의 총 함량은 상기 폴리프로필렌 수지 100중량부 대비 약 7 내지 약 50중량부일 수 있다. 상기 제1 무기 필러 및 상기 제2 무기 필러는 상기 범위의 함량으로 포함됨으로써, 폴리프로필렌 수지에 우수한 강성을 부여함과 동시에 내충격성 및 치수 안정성을 부여할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 범위 미만의 함량으로 포함될 경우에는 기계적 강성이 충분히 향상되지 못하여, 이로부터 형성된 성형품의 형상이 취급 중에 쉽게 변형될 수 있고, 상기 범위 초과의 함량으로 포함될 경우에는 경량화가 미약한 문제가 있고, 상기 조성물 내에 상기 제1 무기 필러 및 제2 무기 필러의 분산성이 떨어지고, 내충격성이 저하될 수 있다.
상기 제1 무기 필러는 판상형의 구조, 즉, X축과 Y축의 길이로 나타내어지는 단면적에 비해 Z축 길이(두께)가 작은 박막 형태를 가지는 것으로서, X축과 Y축의 길이 중 길이가 긴 장축 직경이 약 0.5㎛ 내지 약 2㎛이고, 장축 직경/단축 직경인 종횡비가 약 2 내지 약 4일 수 있다. 상기 제1 무기 필러는 판상형의 구조로 상기 범위의 종횡비를 가짐으로써, 우수한 강성 효과와 함께, 이를 포함하는 조성물의 흐름성을 개선하여 성형이 용이하고, 사출성형 시 성형품에 우수한 치수안정성을 부여할 수 있고, 성형품 파손시의 날카로운 모서리(sharp edge)의 발생률을 낮출 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 무기 필러의 종횡비가 상기 범위 미만인 경우에는 강성과 충격 보강 효과가 현저히 감소하고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 성형물 사출시 무기 필러의 분산이 어려워 국부적으로 물성의 차이가 발생하는 문제가 있을 수 있다.
상기 제2 무기 필러는 침상형의 구조를 가지는 것으로서, 길이가 약 5 ㎛ 내지 약 30㎛이고, 평균길이/평균직경인 종횡비가 약 10 내지 약 30일 수 있다. 상기 제2 무기 필러는 침상형의 구조로 상기 범위의 종횡비를 가짐으로써, 저비중의 물질을 포함하여 경량화를 부여하면서 동시에, 현저히 향상된 강성을 부여하고, 이를 포함하는 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물의 용융지수가 저하되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 무기 필러의 종횡비가 상기 범위 미만인 경우에는 동일 중량에서 강성과 충격 보강 효과가 현저히 감소하며, 상기 제2 무기필러의 종횡비가 상기 범위를 초과하는 경우에는 무기 필러의 분산 불량 및 이를 포함하는 조성물의 압출 혹은 사출시 압력에 의해 제2 무기 필러가 파손될 수 있고, 이에 따라 물성이 저하될 수 있어, 원가 상승 대비 기대효과가 적을 수 있다.
상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물은 베이스 원료로서 호모-폴리프로필렌, 프로필렌, 에틸렌, 부텐, 펜텐, 헥센 및 옥텐으로 이루어진 군으로부터 선택된 공단량체(comonomer)가 중합된 랜덤공중합체, 폴리프로필렌에 에틸렌-프로필렌 고무가 블렌딩된 블록공중합체, 가지화 폴리프로필렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 폴리프로필렌 수지를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리프로필렌 수지는 제1 에틸렌-프로필렌 공중합 수지 및 제2 에틸렌 프로필렌 공중합 수지를 포함하고, 상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합 수지는 약 5중량% 내지 약 10중량%의 에틸렌을 포함하고, 상기 제2 에틸렌-프로필렌 공중합 수지는 약 10중량% 초과, 약 15중량% 이하의 에틸렌을 포함할 수 있다. 상기 폴리프로필렌 수지는 약 40중량% 내지 약 70중량%의 함량으로 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물에 포함되어, 원가 절감으로 경제적이고 우수한 가공성을 부여할 수 있으며, 전술한 제1 무기 필러 및 제2 무기 필러와 함께 상기 조성물에 포함되어 우수한 기계적 강도와 우수한 내충격성을 부여할 수 있다.
이때, 상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합 수지 및 제2 에틸렌-프로필렌 공중합 수지는 1:1 내지 1:4의 중량비로 포함되어, 우수한 기계적 강도와 함께, 우수한 내충격성을 부여할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합 수지 대비 상기 제2 에틸렌-프로필렌 공중합 수지의 중량비가 상기 범위 미만인 경우에는 강성은 좋을 수 있으나, 내충격성이 낮아지고, 수축이 심하게 발생하는 문제가 있고, 상기 범위를 초과하여 포함되는 경우에는 내충격성은 좋을 수 있으나, 기계적 강성 및 내스크래치성이 저하되고, 내열 특성이 부족할 수 있다.
상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합 수지는 약 5중량% 내지 약 10중량%의 에틸렌을 포함하고, 13C NMR에 의해 측정한, 폴리머의 입체규칙성에 관한 아이소텍틱 지수(Isotactic index)로 약 97 내지 약 99의 값을 갖는 고결정성 에틸렌-프로필렌 공중합 수지로서, 우수한 강성 및 내열성을 부여할 수 있다.
또한, 상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합 수지는 상기의 아이소텍틱 지수를 가지고, 동시에 230℃의 온도 및2.16kg의 하중에서 측정된 약 5g/10 min 내지 약 20g/10 min의 용융지수를 가짐으로써, 우수한 기계적 강성 및 내충격성과 함께, 우수한 성형 가공성을 부여할 수 있다.
또한, 상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합 수지는 약 2 내지 약 5의 분자량 분포도(중량평균분자량/수평균분자량, Polydispersity Index), 구체적으로는 약 3 내지 약 5의 분자량 분포도를 가짐으로써, 우수한 기계적 물성과 함께 성형성이 좋아 우수한 가공 효과를 부여할 수 있다. 따라서, 이를 포함하는 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물은 이의 사출품인 자동차 내장재용 성형품, 특히 크래쉬 패드와 같이 면적, 두께 등에 있어서 복합한 3차원 구조를 가진 복잡한 성형품을 제조하는데 있어 매우 유용하다.
상기 제2 에틸렌-프로필렌 공중합 수지는 약 1.1% 내지 약 1.3%의 수축률을 가질 수 있다. 구체적으로, 사출기 내부압력 약 30MPa 내지 약 35MPa 하에서 제작된 3mm X 200mm X 100mm의 평판 시편을 광학 3-Dimension 측정기(㈜베스텍비젼, Eagle-M 3020))로 측정하였을 때, 약 23℃, 약 50% 습도 조건에서 48시간 동안 에이징(aging)한 전후에 수축률이 약 1.1% 내지 약 1.3%일 수 있다. 상기 제2 에틸렌-프로필렌 공중합 수지는 전술한 상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합 수지와 함께 일정 비율로 혼합되어 낮은 수축률로 온도의 변화에 대하여 낮은 변형을 나타내어, 우수한 치수안정성을 부여할 수 있다.
또한, 상기 제2 에틸렌-프로필렌 공중합 수지는 반응기에서 직접 제조된 반응형 고무상을 포함하는 폴리프로필렌, 즉 RTPO(Reactor made thermoplastic polyolefin) 폴리프로필렌으로서 전술한 상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합 수지와 함께 일정비율로 혼합되어 우수한 강성과 함께 내충격성을 향상시키고, 치수 안정성을 부여할 수 있다.
상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물은 열가소성 탄성체를 포함하고, 예를 들어, 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 에틸렌-부텐 고무(EBR), 에틸렌-옥텐 고무(EOR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함하여 내충격성을 향상시킬 수 있다.
일 구현 예에서, 상기 열가소성 탄성체는 에틸렌-옥텐 고무(EOR) 및 에틸렌-부텐 고무(EBR)의 혼합물일 수 있다. 구체적으로, 상기 열가소성 탄성체는 에틸렌-옥텐 고무(EOR) 및 에틸렌-부텐 고무(EBR)를 약 2 : 1 내지 약 3 : 1의 중량비로 혼합하여, 고온 뿐만 아니라 저온에서도 우수한 충격강도를 부여하고 동시에, 우수한 강성으로 내스크래치성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 에틸렌-부텐 고무(EBR) 대비 에틸렌-옥텐 고무(EOR)의 중량비가 상기 범위를 초과하면 강성 및 상온에서의 충격 특성은 우수할 수 있으나 저온에서의 충격 특성이 저하되어 자동차 내장재용 성형품에 적용하기에 부적합해 질 수 있다. 반대로, 에틸렌-옥텐 고무(EOR)의 중량비가 상기 범위 미만인 경우에는 강성이 저하되고 내스크래치 성능이 하락하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 폴리프로필렌 수지 100중량부 대비 상기 열가소성 탄성체 약 7중량부 내지 약 38중량부를 포함할 수 있다. 상기 열가소성 탄성체를 상기 범위의 함량으로 포함함으로써, 충격강도를 보강할 수 있고, 특히 면충격 강도를 강화시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 범위 미만인 경우에는 충격강도가 저하될 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 유동성 및 상용성에 제한이 있을 수 있다.
상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물은 고밀도 폴리에틸렌을 더 포함할 수 있다. 상기 고밀도 폴리에틸렌은 약 0.950 내지 약 0.965의 비중을 가지고, 190℃의 온도 및 2.16kg의 하중에서 측정된 용융지수가 5g/10 min 내지 20g/10 min인 것으로서, 강성을 일정이상 유지하면서, 우수한 경도로 향상된 내스크래치성을 구현할 수 있고, 충격 보강 효과도 부여할 수 있다.
상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물은 전술한 폴리프로필렌 수지와 함께 상기 고밀도 폴리에틸렌을 포함하여, 값비싼 고무를 포함하지 않고도, 경제적으로 우수한 충격강도를 구현하면서, 강성을 향상시킬 수 있다.
상기 고밀도 폴리에틸렌은 상기 폴리프로필렌 수지 100중량부 대비 약 14중량부 내지 약 50중량부의 함량으로 포함되어, 우수한 강성과 함께, 우수한 충격강도를 부여할 수 있다.
상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물은 상용화제, 커플링제, 슬립제, 산화방지제, 중화제, 광안정제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상용화제는 폴리올레핀계 상용화제로, 상기 폴리프로필렌 수지 등 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물에 포함된 수지들 간의 상용성을 증가시킬 수 있다.
상기 상용화제는 상기 폴리프로필렌 수지 100 중량부 대비 약 7중량부 내지 약 25중량부의 함량으로 포함되어, 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물에 포함된 수지 간의 계면접착력 및 분산 효율을 향상시켜, 상기 조성물의 사출물인 성형품에 우수한 기계적 물성, 치수 안정성 및 표면 품질을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리올레핀계 상용화제는 스티렌계을 포함하는 포화 블록 코폴리머를 사용할 수 있다.
커플링제는 전술한 제1 무기 필러 및 제2 무기 필러와 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물에 포함된 수지와의 상용성을 향상시키는 것으로서, 상용성을 높여 분산도를 좋게 하여, 우수한 기계적 강성 및 내충격성을 부여하고, 치수 안정성을 동시에 부여할 수 있다.
구체적으로, 상기 커플링제는 폴리프로필렌의 주쇄나 말단에 무기 필러와 반응성이 있는 반응기를 포함하는 변성 폴리프로필렌 수지로서, 상기 반응기로는 예를 들면, 말레산, 무수말레산, 카르복실산, 히드록실기, 비닐아세테이트, 글리시딜메타크릴레이트, 비닐옥사졸린, 아크릴산 등을 들 수 있다.
구체적으로, 상기 변성 폴리프로필렌 수지는 측쇄에 무기 필러와 반응성이 있는 반응기를 약 2중량% 내지 5중량% 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 측쇄의 상기 반응기 함량이 상기 범위 미만인 경우 상용성이 저하되어 물성이 감소하는 현상이 발생할 수 있고, 반응기의 치환량이 작아 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물에 포함된 무기 필러와의 계면접착력 및 분산 효율이 현저히 떨어질 수 있다. 반대로 상기 범위를 초과하는 경우에는 폴리프로필렌의 수지 조성물에 포함된 변성 폴리프로필렌 자체 특성이 잘 깨어지고, 물성 증가 효과가 적으며, 기대 효과 대비 제조 단가가 높아 실용성이 크게 떨어진다.
상기 커플링제는 상기 폴리프로필렌 수지 100중량부 대비 약 14중량부 내지 약 50중량부의 함량으로 포함되어, 무기 필러와 수지간의 상용성을 높여 분산도를 좋게 하여, 우수한 기계적 강성 및 내충격성을 부여하고, 치수 안정성을 동시에 부여할 수 있다.
슬립제는 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물의 사출물인 성형품의 표면에 슬립성을 부여하여 내스크래치성을 개선시키는 것으로써, 실록산계 슬립제, 아마이드계 슬립제 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 일 수 있다.
산화방지제는 페놀계 산화방지제, 포스파이트계 산화방지제, 티오디프로피오네이트(Thiodipropionate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물은 중화제로 칼슘 스테아레이트, 산화아연 등을 사용할 수 있고, 광안정제로 Hindered 아민계 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물의 사출물을 포함하는 자동차 내장재용 성형품을 제공한다. 구체적으로, 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물은 폴리프로필렌 수지, 열가소성 탄성체, 제1 무기 필러 및 제2 무기 필러를 포함하고, 상기 제1 무기 필러 및 상기 제2 무기 필러는 각각 수산화마그네슘, 마그네슘옥시설페이트, 티타늄옥사이드, 산화칼륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하고, 상기 제1 무기 필러는 판상형이고, 상기 제2 무기 필러는 침상형인 것으로서, 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물의 사출물은 자동차 내장재용 성형품에 포함된다. 이를 통해, 경량화를 부여함과 동시에 우수한 기계적 강성 및 내충격성을 부여하고, 저수축 및 배향성 제어를 통해 치수 안정성을 부여할 수 있다. 또한, 제품 파손 시 큰 문제가 되는 날카로운 모서리(sharp edge)의 발생률을 낮추고, 휘발성 유기 화합물(VOCs)을 저감시키고, 냄새의 발생을 억제시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물의 사출물을 포함하는 자동차 내장재용 성형품의 비중은 0.94 내지 1.0으로, 매우 우수한 경량화로 연비를 높일 수 있다.
폴리프로필렌 수지 조성물의 사출품의 경우, 충격강도의 향상이 내열성 저하를 유발하는 것이 일반적이다. 반면, 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물의 사출물은 우수한 충격강도를 가지면서도 열변형 온도도 높은 수준을 충족할 수 있다.
구체적으로, 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물의 사출물은 상온 뿐만 아니라 저온에서도 우수한 충격 강도를 가질 수 있다. 구체적으로, 저온(약 -10℃) 에서 약 5.0 Kgfcm/cm 이상의 충격강도를 가져 동절기에도 깨지는 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물의 사출물은 우수한 충격 강도와 함께, 약 135° 이상의 열변형 온도를 가지는 바, 자동차용 내장재로 사용할 수 있다.
또한, 상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물의 사출물은 약 230Kgf/cm2 이상의 우수한 인장강도와, 약 25,000Kgf/cm2 이상의 굴곡 탄성율을 동시에 가질 수 있어 자동차 내장재용 성형품으로 적합할 수 있다. 특히, 크래쉬 패드와 같이 면적, 두께 등에 있어서 복합한 3차원 구조를 가진 복잡한 성형품을 제조하는데 있어 매우 유용하다.
상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물은 높은 유동성과 우수한 기계적 강성, 내충격성 및 우수한 치수안정성을 동시에 부여할 수 있으며, 이의 사출물을 포함하는 자동차 내장재용 성형품은 경량화 및 박막화와 함께, 우수한 성형성과 우수한 기계적 물성을 동시에 확보 수 있다. 자동차 내장재의 구체적인 예로서, 내장용 필라트림, 내장용 도어트림, 글로브박스, 콘솔 및 크래쉬 패드 등이 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 자동차 내장재용 성형품은 자동차용 크래쉬 패드 등과 같이 넓이, 두께 등의 3차원 구조가 복잡하여, 높은 수준의 강성, 내충격성, 내열성, 치수안정성 및 경량성이 요구되는 자동차 부품에 매우 유용하다. 예를 들어, 상기 자동차용 크래쉬 패드에 상기 성형품을 적용시 인비저블 에어백(PAB(Passenger Airbag) 또는 DAB(Driver Airbag))의 전개 성능이 우수하고, 충격성능 향상에 의한 헤드 임팩트(Head Impact) 시험에서 날카로운 모서리(sharp edge)의 발생률을 낮추고, 경량화에 의한 연비성능 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하고, 이로써 본 발명이 제한되어서는 아니 된다.
실시예 1
230℃의 온도 및 2.16kg의 하중에서 측정된 용융지수가 약 15g/10 min 이고, 에틸렌의 함량이 약 7중량%이고, 13C NMR에 의해 측정한 아이소텍틱 지수(Isotactic index)가 약 98이고, 분자량 분포도(중량평균분자량 /수평균분자량)가 약 3인 제1 에틸렌-프로필렌 공중합 수지 및 에틸렌의 함량이 약 12중량% 이고, 약 1.2%의 금형 수축률을 갖는 RTPO인 제2 에틸렌-프로필렌 공중합 수지를 포함하는 폴리프로필렌 수지를 약 60중량% 포함하고, 이에, 비중이 약 0.95이고, 190℃의 온도 및 2.16kg의 하중에서 측정된 용융지수가 약 15g/10 min 인 고밀도 폴리에틸렌을 상기 폴리프로필렌 수지 100 중량부 대비 약 16중량부 포함하고, 상용화제로 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합체를 상기 폴리프로필렌 수지 100 중량부 대비 약 12중량부 포함하고, 커플링제로 말레산 기능기가 변성 폴리프로필렌 중량 대비 약 2 중량%를 가지는 변성 폴리프로필렌을 상기 폴리프로필렌 수지 100 중량부 대비 약 14중량부 포함하였다. 또한, 무기 필러를 상기 폴리프로필렌 수지 100 중량부 대비 약 17중량부 포함하고, 이때, 상기 무기 필러로 장축 직경이 약 1.5 ㎛이고, 종횡비가 약 2인 판상형의 수산화마그네슘을 제1 무기 필러로, 길이가 약 20㎛이고 종횡비가 약 20인 침상형의 마그네슘옥시설페이트를 제2 무기 필러로 1: 0.5의 중량비로 포함하였다. 그리고, 열가소성 탄성체를 상기 폴리프로필렌 수지 100 중량부 대비 약 16중량부 포함하고, 상기 열가소성 탄성체로 에틸렌-옥텐 고무(EOR) 및 에틸렌-부텐 고무(EBR)를 약 2 : 1의 중량비로 혼합하여 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조하였다.
상기 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물을 이축 압출기를 사용하여 200℃ ~ 240℃인 가공 조건에서 압출하였다.
실시예 2
판상형의 수산화마그네슘인 제1 무기 필러 및 침상형의 마그네슘옥시설페이트인 제2 무기 필러를 1: 1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 3
판상형의 수산화마그네슘인 제1 무기 필러 및 침상형의 마그네슘옥시설페이트인 제2 무기 필러를 1: 1.5의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 4
판상형의 수산화마그네슘인 제1 무기 필러 및 침상형의 마그네슘옥시설페이트인 제2 무기 필러를 1: 2의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 5
판상형의 수산화마그네슘인 제1 무기 필러 및 침상형의 마그네슘옥시설페이트인 제2 무기 필러를 1: 2.5의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조하였다.
비교예 1
제1 무리 필러 및 제2 무기 필러 대신에 직경이 5~10㎛, 종횡비가 1:1인 판상형의 탈크를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조하였다.
비교예 2
판상형의 탈크를 제1 무기 필러로 및 침상형의 마그네슘옥시설페이트를 제2 무기 필러로 하여 1: 1의 중량비로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조하였다.
평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 수지 조성물의 압출물을 사출성형하여 각각의 ASTM 규격에 준하는 시편을 제조하고, 이를 이용하여 하기 물성을 측정하였고, 그 결과를 [표 1]에 나타내었다.
실험예 1. 비중(g/㎤)
실시예 및 비교예에서 제조한 시편의 비중을 ASTM D 792에 의하여 측정하였고, 그 결과를 [표 1]에 나타내었다.
실험예 2. 인장강도( Kgf / cm2 )
실시예 및 비교예에서 제조한 시편의 인장강도를 23℃에서 ASTM D 638을 이용하여 측정하였다. 측정시, 하중 인가 속도는 50mm/min, 시편 타입은 ASTM 638 의 TYPE-I 를 사용하였고, 그 결과를 [표 1]에 나타내었다.
실험예 3.굴곡탄성율 ( Kgf / cm2 )
실시예 및 비교예에서 제조한 시편의 굴곡 탄성율을 속도 10㎜/min의 조건하에서 ASTM D 790을 이용하여 측정하였다. 측정시, 시편의 두께는 6.4mm 이며, 지지대 Span 거리는 50mm 이였고, 그 결과를 [표 1]에 나타내었다.
실험예 4. 아이조드 충격 강도 ( Kgfcm /cm)
실시예 및 비교예에서 제조한 시편을 Notch 내에서 ASTM D 256에 의하여 상온(23℃) 및 -10℃의 온도에서 각각 측정하였다. 또한, 측정시의 시편의 파손여부도 확인하여 그 결과를 [표 1]에 나타내었다.
실험예 5. 열변형 온도(℃)
실시예 및 비교예에서 제조한 6.4mm 두께의 시편을 4.6kgf/cm2의 하중에서, ASTM D 648을 이용하여 측정하였고, 그 결과를 [표 1]에 나타내었다.
실험예 6. 변형
실시예 및 비교예의 시편(300mm x 100 mm x 2 m)을 사출 성형하고 48시간이 지난 후에 시편의 뒤틀림 정도를 평가하였다. 구체적으로, X축과 Y축의 길이로 나타내어지는 단면적과 Z축 길이(두께)를 갖는 시편에 있어서, 상기 단면적을 기준으로 Z축 방향에서 가장 높은 지점과 가장 낮은 지점의 길이를 측정하고, 그 결과를 [표 1]에 나타내었다.
비중
(g/㎤)
인장강도
(Kgf/㎠)
굴곡탄성율(Kgf/㎠) 충격강도
(상온/
Kgf/㎠)
충격강도
(-10℃/
Kgf/㎠)
열 변형 온도(℃) 변형(㎜)
실시예 1 0.95 225 23500 55/파손X 8.2 132 0.5
실시예 2 0.95 238 26664 53/파손X 7.5 135 1.3
실시예 3 0.95 244 27572 43/파손X 6.5 137 1.7
실시예 4 0.95 256 29125 48/파손X 5.4 140 2.1
실시예 5 0.95 267 30422 45/파손X 4.5 142 2.8
비교예 1 0.99 215 22512 48/파손O 4.7 125 0.4
비교예 2 0.98 220 24726 48/파손O 4.3 132 1.5
상기 표 1의 결과를 통해, 실시예인 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물은 경량화를 부여함과 동시에, 자동차 내장재로 이용할 수 있는 우수한 기계적 강성 및 내충격성을 부여하고, 치수 안정성을 부여하는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 탈크를 포함하는 비교예는 약 1의 비중을 가지는 바, 연비가 좋지 못하여, 대기 오염이 여전히 문제될 수 있다. 또한, 비교예는 저온에서 5.0이하의 낮은 충격강도를 가지는바, 동절기에 파손이 일어나기 쉬우며, 상온에서는 충격강도 측정시 일부 또는 전부에 파손이 일어나고, 이에 따라 자동차용 내장재로 부적합함을 알 수 있다.
반면, 실시예는 저비중을 가짐과 동시에, 약 230 Kgf/cm2 이상의 우수한 인장강도와 함께, 2.5 이하의 변형을 나타내는바, 자동차용 내장재용으로 적합하게 사용할 수 있다. 특히, 크래쉬 패드와 같이 면적, 두께 등에 있어서 복합한 3차원 구조를 가진 복잡한 성형품을 제조하는데 있어 매우 유용함을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (18)

  1. 폴리프로필렌 수지, 열가소성 탄성체, 제1 무기 필러 및 제2 무기 필러를 포함하고,
    상기 폴리프로필렌 수지는 제1 에틸렌-프로필렌 공중합 수지 및 제2 에틸렌 프로필렌 공중합 수지를 포함하고,
    상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합 수지는 5중량% 내지 10중량%의 에틸렌을 포함하고, 13C NMR에 의해 측정한, 아이소텍틱 지수(Isotactic index)가 97 내지 99이고, 230℃의 온도 및 2.16kg의 하중에서 측정된 용융지수가 5g/10 min 내지 20g/10 min이고,
    상기 제2 에틸렌-프로필렌 공중합 수지는 10중량% 초과, 15중량% 이하의 에틸렌을 포함하고,
    상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합 수지 및 상기 제2 에틸렌 프로필렌 공중합 수지의 중량비가 1:1 내지 1:4이고,
    상기 제1 무기 필러 및 상기 제2 무기 필러는 각각 수산화마그네슘, 마그네슘옥시설페이트, 티타늄옥사이드, 산화칼륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하고,
    상기 제1 무기 필러는 판상형이고, 상기 제2 무기 필러는 침상형이고,
    상기 제1 무기 필러 대 상기 제2 무기 필러의 중량비가 1:1 내지 1:2이고,
    상기 제1 무기 필러는 장축 직경이 0.5㎛ 내지 2㎛이고, 종횡비인 장축 직경/ 단축직경이 2 내지 4인
    저비중 폴리프로필렌 수지 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합 수지의 중량평균분자량/ 수평균분자량인 분자량 분포도가 2 내지 5인
    저비중 폴리프로필렌 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 에틸렌 프로필렌 공중합 수지는 23℃, 50% 습도 조건에서 48시간 동안 에이징(aging)한 전후에 1.1% 내지 1.3%의 수축률을 가지는
    저비중 폴리프로필렌 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌 수지 100중량부 대비 상기 열가소성 탄성체 7중량부 내지 38중량부를 포함하는
    저비중 폴리프로필렌 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 탄성체는 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 에틸렌-부텐 고무(EBR), 에틸렌-옥텐 고무(EOR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함하는
    저비중 폴리프로필렌 수지 조성물.
  9. 제1항에 있어서
    상기 열가소성 탄성체는 에틸렌-옥텐 고무(EOR) 및 에틸렌-부텐 고무(EBR)를 2 : 1 내지 3 : 1의 중량비로 혼합한
    저비중 폴리프로필렌 수지 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무기 필러 및 상기 제2 무기 필러의 총 함량이 상기 폴리프로필렌 수지 100중량부 대비 7 내지 50중량부인
    저비중 폴리프로필렌 수지 조성물.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 무기 필러는 길이가 5㎛ 내지 30㎛이고,
    종횡비가 10 내지 30인
    저비중 폴리프로필렌 수지 조성물.
  14. 제1항에 있어서,
    고밀도 폴리에틸렌을 더 포함하는
    저비중 폴리프로필렌 수지 조성물.
  15. 제14항에 있어서,
    폴리프로필렌 수지 100중량부 대비 상기 고밀도 폴리에틸렌을 14중량부 내지 50중량부 포함하는
    저비중 폴리프로필렌 수지 조성물.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌 수지 조성물은 상용화제, 커플링제, 슬립제, 산화방지제, 중화제, 광안정제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 첨가제를 더 포함하는
    저비중 폴리프로필렌 수지 조성물.
  17. 제1항, 제5항 내지 제10항 및 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 저비중 폴리프로필렌 수지 조성물의 사출물을 포함하는 자동차 내장재용 성형품.
  18. 제17항에 있어서,
    비중이 0.94 내지 1.00인
    자동차 내장재용 성형품.
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