KR101960837B1 - 용융장력이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용한 수지 성형물 제조 방법 - Google Patents

용융장력이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용한 수지 성형물 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용융장력이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 EPP(발포 폴리프로필렌)과 융착 가능한 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용하여 수지 성형물을 제조하는 제조 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 수지 성형물은 일정 두께를 갖는 발포 폴리프로필렌(EPP), 상기 EPP의 양 면에 접착되는 폴리프로필렌 수지를 포함하며, 상기 폴리프로필렌 수지는 최대 25중량%의 유리섬유, 10 내지 20중량%의 HMSPP(고용융장력 폴리프로필렌), 55 내지 65중량%의 PP(폴리프로필렌)를 포함하며, 상기 PP는 0.2 내지 1g/10min의 용융지수를 가지며, 상기 HMSPP는 2 내지 3g/10min의 용융지수를 가짐을 특징으로 한다.

Description

용융장력이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용한 수지 성형물 제조 방법{Method for forming resin molded product}
본 발명은 용융장력이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용한 수지 성형물 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 EPP(발포 폴리프로필렌)과 융착 가능한 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용하여 수지 성형물을 제조하는 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 폴리프로필렌 수지는 우수한 성형 가공성 및 내약품성을 갖고 있으며, 인장강도, 굴곡강도 및 강성 등이 비교적 우수하고, 가격 또한 저가이어서 사출 및 압출 등의 다양한 용도에 적용되고 있다. 그러나 이러한 폴리프로필렌은 용융장력이 낮아 높은 용융장력을 요구하는 대형 진공/압공 성형공정, 발포공정, 압출코팅 성형공정 등의 여러 가지 성형 공정에 적용하기 어렵다는 단점을 가지고 있다.
이에 따라 폴리프로필렌의 낮은 용융장력을 개선하기 위해 1980년 이후 다양한 연구가 진행되어 왔으며 일부는 제품으로 판매되고 있다. 구체적으로 생산 판매되는 제품은 LyondellBasell사의 Pro-fax 시리즈 제품, Borealis사의 DapolyTM, Chisso사의 NEWSTREN 등이 있다. 위 제품들은 폴리플로필렌 수지의 전자선 가교법, 반응압출법, 중합법 등 다양한 방법을 사용하여 생산되는 것으로 알려져 있다.
또한, 일반적으로 러기지 보드는 블로우 성형을 이용하여 제조하는 하는 것이 일반적이다. 일반적으로 블로우 성형은 압출이나 사출에 의해 튜브상으로 예비 성형된 패리슨(Parison)을 금형 사이에 끼운 후, 그 내부에 고압의 공기를 불어넣어 부풀게 해서 냉각 소화시켜 특정한 형태의 고형물을 만드는 성형 방법이다.
일반적으로 러기지보드는 강한 강성이 요구되지만, 일반적인 방법으로 제조되는 러기지보드의 경우 강성이 약하다는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-0996420호 한국등록특허 제10-1135699호
본 발명이 해결하려는 과제는 EPP와 용이하게 접착되는 폴리프로필렌 수지 조성물을 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 용융장력이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물을 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 비열이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물을 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 강도가 높은 폴리프로필렌 수지 조성물을 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 강도가 높은 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용하여 수지 성형물을 제조하는 방안을 제안함에 있다.
이를 위해 본 발명의 수지 성형물은 일정 두께를 갖는 발포 폴리프로필렌(EPP), 상기 EPP의 양 면에 접착되는 폴리프로필렌 수지를 포함하며, 상기 폴리프로필렌 수지는 최대 25중량%의 유리섬유, 10 내지 20중량%의 HMSPP(고용융장력 폴리프로필렌), 55 내지 65중량%의 PP(폴리프로필렌)를 포함하며, 상기 PP는 0.2 내지 1g/10min의 용융지수를 가지며, 상기 HMSPP는 2 내지 3g/10min의 용융지수를 가짐을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 발포 폴리프로필렌(EPP)에 접착하는 폴리프로필렌 수지 조성물은 유리섬유가 포함되어 높은 강도를 가지며, HMSPP(고용융장력 폴리프로필렌)가 포함되어 높은 용융장력을 갖는다.
또한, 본 발명에서 제안하는 폴리프로필렌 수지 조성물은 130℃ 이상의 용융점을 갖는 EPP에 접착되기 위해 0.4cal/g℃ 이상의 비열을 가지며, 따라서 EPP에 접착되는 시점에서 130℃ 이상의 온도를 갖는다.
본 발명에서 제안하는 폴리프로필렌 수지 조성물은 EPP와 접착이 용이하며, 이를 이용하여 강도(또는 강성)가 우수한 수지 성형물인 러기지보드를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에서 제안하는 폴리프로필렌 수지를 이용하여 제조한 성형물을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 러기지보드를 제조하는 장치를 도시하고 있다.
도 3은 지지판의 형상을 도시하고 있다.
도 4는 지지판에 의해 고정되는 EPP를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 러기지보드를 제조하는 과정을 도시한 도면이다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에서 제안하는 폴리프로필렌 수지를 이용하여 제조한 성형물을 도시하고 있다.
도 1에 의하면, 폴리프로필렌 수지를 이용하여 제조한 성형물은 중앙에 EPP가 위치하고, 양 측면에 본 발명에서 제안하는 폴리프로필렌 수지를 압축 성형한다.
이하에서 먼저 본 발명에서 제안하는 폴리프로필렌 수지와 압축 성형하는 EPP에 대해 알아보기로 한다.
일반적으로 EPP는 HOMO-PP, BLOCK-PP 및 RANDOM-PP로 구분된다. HOMO-PP는 프로필렌(PL)로 구성되며, BLOCK-PP는 PL과 에틸렌(ethylene; EL)이 균일하게 혼합되며, 랜덤-PP(RANDOM-PP)는 PL과 EL이 불균일하게 혼합된다. 하기 표 1은 HOMO-PP, BLOCK-PP 및 RANDOM-PP의 특성을 나타내고 있다.
구분 조성 결정화도 용융점(℃)
HOMO-PP PL 40 내지 60% 160 내지 165
BLOCK-PP PL+EL 공중합체 35 내지 55% 160 내지 165
RANDOM-PP PL+EL 공중합체 30 내지 50% 134 내지 138
표 1에 도시되어 있는 바와 같이 EPP는 구성되는 조성에 따라 상이한 용융점을 갖는다. 일예로 HOMO-PP와 BLOCK-PP의 용융점은 160℃ 내지 165℃이며, RANDOM-PP의 용융점은 134℃ 내지 138℃이다.
따라서 EPP의 소재로 RANDOM-PP를 사용하는 경우, 폴리프로필렌 수지는 압출되어 성형되는 시간동안 RANDOM-PP의 용융점 이상을 유지해야 한다. 즉, 폴리프로필렌 수지가 RANDOM-PP의 용융점 이상을 유지해야 폴리프로필렌 수지와 EPP의 접착이 가능하다.
일반적으로 폴리프로필렌 수지의 강도를 높이기 위해서는 유리섬유를 혼합한다. 하지만, 유리섬유의 혼합비율이 낮을수록 폴리프로필렌 수지가 고온으로 유지할 수 있기 때문에 EPP와 접착에 유리하나 강도가 낮아진다는 단점이 있다. 또한, 유리섬유의 혼합비율이 높을수록 강도가 높아지는 반면 EPP와 접착에 불리하다.
이하에서는 폴리프로필렌 수지에 유리섬유를 혼합한 경우의 비열과 시트 하단부의 온도에 대해 알아보기로 한다. 표 2는 폴리프로필렌 수지에 유리섬유를 혼합한 경우의 비열과 시트 하단부의 온도를 나타내고 있다.
구분 PP PP+SGF 10% PP+SGF 15% PP+SGF 25% PP+SGF 30%
비열(cal/g℃) 0.47 0.44 0.42 0.40 0.37
시트 하단부의 온도(℃) 160 150 145 135 130
상술한 바와 폴리프로필렌 수지에 유리섬유를 함유시킬 경우, 함유되는 유리섬유의 비중이 높을수록 비열은 작아지는 것을 알 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 EPP에 폴리프로필렌 수지 조성물을 접착할 경우 시트 하단부의 온도가 135℃ 이상이 되는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명에서 제안하는 폴리프로필렌 수지 조성물은 유리섬유가 최대 25중량% 포함되는 것을 제안한다. 즉, 본 발명에서 제안하는 폴리프로필렌 수지 조성물은 폴리프로필렌을 적어도 75중량% 포함된다.
하지만, 폴리프로필렌 수지 조성물에 유리섬유만을 함유시킬 경우, 폴리프로필렌 수지 조성물의 용융장력으로 인해 시트 하단부의 두께와 시트 상단부의 두께 차이가 본 발명에서 제안하는 성형물을 제조할 수 없다. 따라서 본 발명은 용융장력을 높이기 위해 폴리프로필렌 수지 조성물에 고용융장력 폴리프로필렌(HMSPP)를 첨가하는 방안을 제안하며, 이를 통해 높은 비열과 용융장력을 갖는 폴리프로필렌 수지 조성물을 제안한다.
본 발명에서 제안하는 폴리프로필렌 수지 조성물은 폴리프로필렌, 고용융장력 폴리프로필렌 및 유리섬유를 포함한다. 이하에서는 폴리프로필렌 수지 조성물을 구성하는 각 성분에 대해 알아보기로 한다.
폴리프로필렌은 0.2 내지 1g/10min의 용융지수를 갖는다.
고용융장력 폴리프로필렌은 2 내지 3g/10min의 용융지수를 갖는다.
용융지수는 230℃, 2.16kgf에서 ASTM D-1238법으로 측정하였다.
용융장력은 독일 게페르트사의 레오텐스 71.97 장비를 사용하여 측정하였다. 측정방법은 독일 브라밴더사의 브라밴더 일축압출기에 수지를 넣고 200℃, 50rpm으로 압출하고 다이 아래에 레오텐스를 장착하여 측정하였다. 레오텐스에는 수지의 연신을 위해 4개의 바퀴가 장착되어 있으며 연신속도는 동일한 비율(0.1s-1)로 등가속된다. 측정된 값은 센티뉴톤(cN)으로 나타내었다.
표 3은 GF가 15중량% 혼합된 폴리프로필렌 수지 조성물의 용융장력과 용융지수를 나타내고 있다.
구분 pp(중량%) 85 80 75 70 65 60 55
HMSPP(중량%) 0 5 10 15 20 25 30
GF(중량%) 15 15 15 15 15 15 15
용융장력(g/cm2) 4.1 4.7 6.0 7.2 8.3 8.7 9.2
용융지수(g/min) 0.50 0.58 0.72 0.81 0.98 1.17 1.30

본 발명에서 제안하는 PP와 HMSPP의 비열은 동일하다. 폴리프로필렌 수지 조성물을 시트 형태로 성형할 경우, HMSPP의 함량이 늘어날수록 수지 흐름성이 높아져 시트성형에 부적합하다. 일반적으로 폴리프로필렌 수지 조성물을 시트 형태로 성형하고자 할 경우, 용융지수는 1.0이하가 바람직하다. 즉, 표 3에 의하면, GF가 15중량%가 혼합될 경우, HMSPP는 최대 20중량%가 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 바와 폴리프로필렌 수지 조성물을 시트 형태로 성형할 경우, HMSPP의 함량이 적을수록 시트 하단부의 두께와 시트 상단부의 두께 차이가 발생한다. 따라서 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 용융장력이 적어도 6.0이상이 되어야 한다.
즉, 본 발명에서 제안하는 폴리프로필렌 수지 조성물은 최대 25중량%의 유리섬유, 10 내지 20중량%의 HMSPP, 55 내지 65중량%의 PP를 포함하며, PP는 0.2 내지 1g/10min의 용융지수를 가지며, HMSPP는 2 내지 3g/10min의 용융지수를 갖는다.
또한, 본 발명에서 제안하는 폴리프로필렌 수지 조성물의 비열은 0.4cal/g℃이상이 되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 폴리프로필렌 수지 조성물과 EPP를 이용하여 수지 성형물을 제조하는 방안을 제안한다. 특히 본 발명은 폴리프로필렌 수지 조성물과 EPP를 이용하여 러기지보드를 제조하는 방안을 제안한다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 러기지보드를 제조하는 장치를 도시하고 있다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 러기지보드를 제조하는 장치에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 2에 의하면 러기지보드를 제조하는 장치는 진공펌프, 진공호스, 에어홀, 상형, 하형, 지지판, EPP, 부직포 및 수지(폴리프로필렌 수지)를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 본 발명에서 제안하는 러기지보드를 제조하는 장치에 포함될 수 있다.
진공펌프(200)는 진공호스(202)와 연결된다. 진공호스(202)는 일측은 진공펌프(200)와 연결되며, 타측은 상판 또는 하판의 에어홀(208)과 연결된다. 진공펌프(200)는 상형(204)에 형성된 에어홀(208)을 이용하여 에어를 흡입하거나, 또는 하판(206)에 형성된 에어홀(208)을 이용하여 에어를 흡입한다. 부연하여 설명하면, 진공펌프(200)는 상형(204)과 하형(206) 사이에 형성된 에어를 흡입한다.
지지판(216)은 상형(204)과 하형(206) 사이에 위치하며, EPP(214)를 상형(204)과 하형(206) 사이에 위치하도록 하는 기능을 수행한다. 지지판(216)은 상형(204)과 하형(206) 사이로 EPP(214)가 이동하면, 상측에 위치하고 있는 지지판(216)은 하측으로 이동하여, 하측에 위치하고 있는 지지판(216)은 상측으로 이동하여 EPP(214)가 상형(204)과 하형(206) 사이에 위치하도록 고정한다.
도 3은 지지판의 형상을 도시하고 있다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 지지판은 EEP를 고정하는 고정핀(216a)과 상형과 하형 사이에 공기를 주입하는 블로워 홀(216b)을 포함한다. 지지판은 2개로 구성되며, 하나의 지지판은 상형과 하형으로 이루어진 금형의 상부에서 EPP를 고정하는 기능을 수행하며, 다른 하나의 지지판은 상형과 하형으로 이루어진 금형의 하부에서 EPP를 고정하는 기능을 수행한다. 지지판은 상형과 하형으로 이루어진 금형의 상측과 하측에 위치하고 있는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 지지판은 상형과 하형으로 이루어진 금형은 측면에 위치할 수 있다.
도 4는 지지판에 의해 고정되는 EPP를 도시하고 있다. 상술한 바와 같이 EPP는 지지판의 고정핀에 의해 고정되며, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 다수 개의 부분으로 형성된다. 도 4는 3개의 부분으로 구성된 EPP를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상형(204)과 하형(206) 중 어느 하나의 일측에는 부직포(210)가 고정된다. 물론 일측에 부직포가 부착되지 않은 러기지보드의 경우, 상형과 하형에 부직포를 고정할 필요가 없다.
EPP(214)는 지지판(216)에 의해 상형(204)과 하형(206) 사이에 인입된다. 본 발명의 EPP는 강성을 위해 내부에 강성재가 인입될 수 있다.
수지(212)는 상형(204)과 지지판(216) 사이, 지지판(216)과 하형(206) 사이로 인입된다. 부연하여 설명하면, 상형에서 하형 방향으로 부직포, 수지, EPP, 수지가 순차적으로 나열된다.
수지(212)가 금형 내부로 인입되면, 진공펌프(200)를 구동하여 상형(204)과 수지(212) 사이의 에어 또는 하형(206)과 수지(212) 사이의 에어를 흡인하다. 물론 진공펌프를 구동하는 동시에 금형을 닫는다. 이 경우, 상형에 밀착된 수지는 금형으로 인해 온도가 떨어지는 것을 방지하기 위해 상형(금형)은 설정된 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 부연하여 설명하면 부직포가 고정되는 금형의 경우 수지와 금형 사이에 부직포가 위치하며, 이로 인해 금속 소재의 금형 온도로 인해 수지의 온도가 급격하게 낮아지는 것이 방지된다. 이에 비해 부직포가 고정되지 않는 금형의 경우 수지와 금형 사이에 아무 것도 위치하지 않으며, 상대적으로 온도가 낮은 금속 소재의 금형으로 인해 수지의 온도 역시 낮아지게 된다. 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 부직포가 고정되지 않는 금형의 온도를 설정된 온도로 유지하기 위해 금형으로 가열한다. 물론 부직포가 고정되는 금형 역시 필요한 경우 설정된 온도를 유지하기 위해 가열한다.
또한, 블로워 홀을 이용하여 상형과 하형 사이에 에어를 주입(구체적으로 수지와 EPP 사이에 공기를 주입)하며, 주입된 공기에 의해 수지는 상형과 하형에 밀착된다. 부연하여 설명하면, 블로워 홀을 통해 주입된 에어와 상형 또는 하형에 형성된 에어홀을 통해 흡인되는 에어에 의해 수지는 상형과 하형에 밀착된다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 러기지보드를 제조하는 과정을 도시한 도면이다. 이하 도 5를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 러기지보드를 제조하는 과정에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
S500단계에서 상형과 하형 중 어느 하나의 금형에 부직포를 걸어둔다. 상술한 바와 같이 러기지보드에 부직포가 형성되지 않는다면 금형에 부직포를 걸어둘 필요가 없다. 즉, 러기지보드에 부직포가 형성되는 것이 필요한 경우에만 해당 금형에 부직포를 걸어둔다.
S502단계에서 지지판을 이용하여 EPP가 상형과 하형 사이에 위치하도록 EPP를 고정한다. 상술한 바와 같이 지지판은 EPP를 고정하는 고정핀과 내부로 에어를 주입하는 블로워 홀을 포함한다. 지지판은 고정핀을 이용하여 EPP를 고정한다. 상측에 위치하고 있는 지지판과 하측에 위치하고 있는 지지판은 EPP를 고정하기 위한 고정핀을 포함하나, 에어를 주입하는 블로워 홀은 상측에 위치하고 있는 지지판 또는 하측에 위치하고 있는 지지판 중 어느 하나의 지지판에만 형성될 수 있다.
S504단계에서 상형과 지지판 사이로 수지를 주입하며, 하형과 지지판 사이로 수지를 주입한다. 즉, 판상 형태의 수지를 상형과 지지판(또는 EPP) 사이로, 지지판(또는 EPP)과 하형 사이로 주입한다.
S506단계에서 수지 주입이 완료되면, 상형과 하형으로 이루어진 금형을 닫는 과정을 수행하며, 이와 동시에 지지판을 구성하는 블로워 홀을 이용하여 금형 내부로(구체적으로는 EPP와 수지 사이로) 에어를 주입한다. 주입된 에어에 의해 수지는 금형에 밀착된다.
또한, 진공펌프를 구동하여 상형과 하형으로 에어를 흡인한다. 상술한 과정을 통해 수지는 상형 또는 하형에 밀착된다. 물론 금형이 완전히 닫힌 상태에서 블로워 홀을 이용하여 에어를 주입하는 것이 아니라 금형을 닫는 과정과 에어를 주입하는 과정을 동시에 수행한다. 또한, 상형과 하형으로 에어를 흡인하는 과정 역시 금형을 닫는 과정과 동시에 수행한다.
S508단계에서 상형과 하형으로 이루어진 금형이 완전히 닫히면, 가열된 수지가 EPP에 융착될 때까지 일정 시간 대기한다.
S510단계에서 수지가 냉각되면 상형과 하형을 개폐하여 러기지보드를 추출한다. 추출한 러기지보드 중 불필요한 부분은 제거한다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
200: 진공펌프 202: 진공호스
204: 상형 206: 하형
208: 에어홀 210: 부직포
212: 수지 214: EPP
216: 지지판

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 상형과 하형으로 이루어진 금형 사이에 지지판을 이용하여 발포 폴리프로필렌(EPP)를 고정하는 단계;
    상기 상형과 EPP 사이 및 상기 EPP와 하형 사이로 폴리프로필렌 수지를 주입하는 단계;
    상기 상형과 하형을 지지판 방향으로 이동하며, 상기 지지판을 구성하고 있는 블로워 홀을 이용하여 상기 상형과 하형 사이로 에어를 주입하며, 상기 상형과 하형 중 적어도 하나의 금형에 형성된 에어홀을 이용하여 에어를 흡입하는 단계;
    상기 상형과 하형이 닫힌 상태에서 가열된 폴리프로필렌 수지가 EPP에 융착될 때까지 일정 시간 대기하는 단계; 및
    상기 상형과 하형을 개폐하여 상기 폴리프로필렌 수지가 접착된 EPP를 포함하는 수지 성형물을 추출하는 단계를 포함하며,
    상기 폴리프로필렌 수지 조성물은 0 초과이며 최대 25중량%의 유리섬유, 10 내지 20중량%의 HMSPP(고용융장력 폴리프로필렌), 55 내지 65중량%의 PP(폴리프로필렌)를 포함하며,
    상기 PP는 0.2 내지 1g/10min의 용융지수를 가지며, 상기 HMSPP는 2 내지 3g/10min의 용융지수를 가지며,
    상기 발포 폴리프로필렌은 프로필렌(PL)과 에틸렌(EL)이 불균일하게 혼합된 용융점이 134℃내지 138℃인 랜덤-PP(RANDOM-PP)이며,
    상기 폴리프로필렌 수지 조성물의 비열은 상기 랜덤-PP(RANDOM-PP)와의 접착을 위해 압출되어 성형되는 시간동안 상기 랜덤-PP의 용융점 이상을 유지하기 0.4cal/g℃ 이상이며,
    압축되는 폴리프로필렌 수지 시트의 하단부와 상단부의 두께 고려하여 용융장력은 적어도 6.0g/cm2임을 특징으로 하는 수지 성형물 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 EPP는 강성재를 포함함을 특징으로 하는 수지 성형물 제조 방법.
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