KR102140513B1 - 파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물 - Google Patents

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Abstract

우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지; 및 고상의 에틸렌계 고분자 가소제;를 포함하는 파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물이 제공된다.

Description

파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물{POWDER COMPOSITION FOR POWDER POWDER SLUSH MOLDING}
파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물에 관한 것이다.
열가소성 엘라스토머 수지는 고무와 같이 탄성이 부여되면서도 열가소성 특성을 가지는 재료로서 자동차 내장재와 같은 성형품 등 각종 고무 부품 대체 용도 등에 다양하게 응용될 수 있다.
일반적으로, 파우더 슬러쉬 몰딩(Powder Slush Molding) 공법은 기존의 진공성형 공법에 비하여 의장형상, 엠보싱 효과를 충실히 전사시킬 수 있다는 장점이 있어, 고급 자동차의 계기판에는 주로 파우더 슬러쉬 몰딩 공법을 통하여 생산한 성형스킨을 적용하여 왔으나, 최근에는 중소형 차종으로 확산 적용되고 되고 있고, 적용부위 또한 계기판에서 하부 패널, 기어 박스, 도어 트림 등으로 계속 확대되고 있는 추세에 있다.
현재 자동차용 표피재로 사용하고 있는 소재는 열가소성 폴리우레탄계 수지, 열가소성 폴리올레핀계 수지 및 폴리염화비닐계 수지 등이 주로 사용되고 있다. 특히 폴리올레핀계 수지는 타 소재 대비 성형성이 떨어져서 불량율 증가에 따른 비용 부담이 과다하여 관련 업체에서 사용을 기피하고 있는 실정이다.
본 발명의 일 구현예는, 표면 특성이 우수하고, 가공 온도가 낮고, 성형성이 우수한 파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지; 및 고상의 에틸렌계 고분자 가소제;를 포함하는 파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물을 제공한다.
상기 파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물을 파우더 슬러쉬 몰딩에 적용하여 얻어진 성형품은 우수한 표면 특성을 갖고, 가공 온도가 낮으며, 성형성이 우수하다.
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, 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지; 및 고상의 에틸렌계 고분자 가소제;를 포함하는 파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물을 제공한다.
파우더 슬러쉬 몰딩은 성형 제품의 디자인을 자유롭게 설계할 수 있다는 장점이 있고, 또한 엠보의 전사력을 향상시킬 수 있다는 장점을 가진다. 따라서, 자동차 내장재, 예를 들어, 대쉬 보드, 또는 도어 트림의 표면층과 같은 성형품은 파우더 슬러쉬 몰딩에 의해 제조되기에 적합하다.
파우더 슬러쉬 몰딩에 적용하는 수지 원료는 분말 조성물로 제조한다.
상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지를 파우더 슬러쉬 몰딩 방법에 적용하기 위해서는 상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지를 포함하는 원료 분말의 용융 지수를 높여 성형성을 개선할 수 있다. 상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지의 용융 지수가 높으면 파우더 슬러쉬 몰딩으로 제조된 성형품의 표면에 핀홀과 같이 불량이 발생할 수 있고, 가공 온도가 높아지기 때문이다. 가공 온도가 높아지면 공정상 고온이 요하기 때문에 바람직하지 않을 뿐만 아니라, 고온 공정으로 인해 얻어지는 성형품의 물성을 저하시킬 우려가 있다.
통상적으로 용융 지수는 수지의 분자량 특성과 관련이 있다. 따라서, 파우더 슬러쉬 몰딩에 적용하는 원료 분말의 용융 지수를 높이기 위해, 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지의 분자량을 낮추거나, 모노머 배합 등을 변경하여 수지 자체의 용융 지수를 높이는 방법으로 접근할 수 있다. 그러나, 이와 같이 수지 자체의 용융 지수를 높이게 되면, 인장 강도, 신율, 장기 내구성, 내가수분해성 등의 다른 물성이 저하를 수반할 수 있다.
상기 파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물은 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지를 주요 수지 성분으로 하면서, 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지 자체의 분자량을 낮추거나, 모노머 배합을 특정한 배합으로 변경하지 않고, 상기 고상의 에틸렌계 고분자 가소제를 함께 혼합시킴으로써 용융 지수를 높인다. 따라서, 상기 파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물을 파우더 슬러쉬 몰딩에 적용하여 얻어진 성형품은 우수한 표면 특성을 갖고, 가공 온도가 낮으며, 성형성이 우수하다.
상기 고상의 에틸렌계 고분자 가소제는 또한 고체 상태로 적용되므로 가소제의 이행 문제를 일으키지 않는다.
구체적으로, 상기 파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물의 ASTM D 1238 방법에 따라 측정하고, 온도 160℃에서 10kg중의 압력으로 가압하여 측정한 용융 지수 (MI, melting index)가 100 g/10분 내지 200 g/10분 일 수 있다.
상기 범위의 용융 지수를 가지는 파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물은 파우더 슬러쉬 몰딩에 의해 얻어진 성형품의 표면 특성이 우수하고, 가공 온도가 상대적으로 낮다.
상기 파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물은 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지 100 중량부 및 고상의 에틸렌계 고분자 가소제 15 내지 20 중량부 포함할 수 있다.
상기 파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물이 상기 범위 내의 함량으로 상기 고상의 에틸렌계 고분자 가소제를 포함하여 전술한 범위의 용융 지수를 가질 수 있다.
상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지는 입자 크기를 특별하게 제한하지 않는다. 왜냐하면, 전술한 바와 같이, 상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지 자체의 분체 흐름성을 높이고자 소정의 크기를 가지는 입자를 선별적으로 사용하지 않기 때문이다. 예시적으로, 상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지는 입경이 100㎛ 내지 600㎛인 입자일 수 있다.
또한, 상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지는 200,000 내지 300,000 중량평균 분자량을 가질 수 있다. 마찬가지로, 상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지는 중량평균 분자량을 특별하게 제한하지 않는다. 왜냐하면, 전술한 바와 같이, 상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지 자체의 분체 흐름성을 높이고자 소정의 중량평균 분자량을 가지는 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지를 선별적으로 사용하지 않기 때문이다.
상기 에틸렌계 고분자 가소제는:
C2-C6의 불포화 탄화수소, (C1-C20알킬)아크릴레이트 및 카르보닐 단량체의 3원 공중합체; 또는
C2-C6의 불포화 탄화수소, 비닐아세테이트 및 카르보닐 단량체의 3원 공중합체;일 수 있다.
상기 C2-C6의 불포화 탄화수소는 지방산이 치환된 또는 비치환된 알켄기를 포함한다. 일 구현예에서, 상기 C2-C6의 불포화 탄화수소는 에틸렌일 수 있다.
상기 (C1-C20알킬)아크릴레이트는, 구체적으로, n-부틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 이소부틸 아크릴레이트 등일 수 있다. 일 구현예에서, C2-C6의 불포화 탄화수소는 n-부틸 아크릴레이트일 수 있다.
상기 카르보닐 단량체는 카르보닐기를 갖는 화합물일 수 있고, 예를 들어, 케톤 화합물일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 에틸렌계 고분자 가소제는 에틸렌, n-부틸 아크릴레이트 및 카르보닐 단량체의 3원 공중합체일 수 있고, 중량평균 분자량은 300,000 내지 500,000일 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 에틸렌계 고분자 가소제는 에틸렌, n-부틸 아크릴레이트 및 카르보닐 단량체의 3원 공중합체일 수 있고, 중량평균 분자량은 200,000 내지 300,000일 수 있다.
상기 파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물은 고내열 안정제, 활제, 광안정제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 고내열 안정제로는 Ba-Zn계, Ca-Zn계, Na-Zn계, Ca-Mg계, 주석(Tin)계 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있고, 상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지 100 중량부 대비, 상기 고내열 안정제는 2 중량부 내지 8 중량부를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 활제로는 실리콘계 또는 폴리에스터계를 사용할 수 있다. 상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지 100 중량부 대비, 상기 활제는 0.2 중량부 내지 3 중량부를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 광안정제로는 벤조페논(Benzopenones), 벤조아지논(Benzoazinone), 트리아진(Triazine), 벤조트리아졸(Benxotriazole) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 사용할 수 있다. 상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지 100 중량부 대비, 상기 광안정제는 0.1 중량부 내지 1.0 중량부를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
( 실시예 )
실시예 1
중량평균 분자량이 20만 내지 30만 사이에 존재하는 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지 (BASF, Elastollan AC88A12)를 마련하였고, 상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지 100 중량부에 대하여 고상의 에틸렌계 고분자 가소제 (Dupont, Elvaroy HP441) 10 중량부를 압출을 통해 혼합시켰다.
이어서, 압출된 펠렛을 냉동분쇄기를 통해 분쇄하여 파우더 슬러쉬 몰딩용 수지 입자를 제조하였다.
실시예 2
중량평균 분자량이 20만 내지 30만 사이에 존재하는 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지(BASF, Elastollan AC88A12)를 마련하였고, 상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지 100 중량부에 대하여 에틸렌계 고분자 가소제 (Dupont, Elvaroy HP441) 15 중량부를 압출을 통해 혼합시켰다.
이어서, 압출된 펠렛을 냉동분쇄기를 통해 분쇄하여 파우더 슬러쉬 몰딩용 수지 입자를 제조하였다.
실시예 3
중량평균 분자량이 20만 내지 30만 사이에 존재하는 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지(BASF, Elastollan AC88A12)를 마련하였고, 상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지 100 중량부에 대하여 에틸렌계 고분자 가소제 (Dupont, Elvaroy HP441) 20 중량부를 압출을 통해 혼합시켰다.
이어서, 압출된 펠렛을 냉동분쇄기를 통해 분쇄하여 파우더 슬러쉬 몰딩용 수지 입자를 제조하였다.
실시예 4
중량평균 분자량이 20만 내지 30만 사이에 존재하는 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지(BASF, Elastollan AC88A12)를 마련하였고, 상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지 100 중량부에 대하여 에틸렌계 고분자 가소제 (Dupont, Elvaroy HP441) 25 중량부를 압출을 통해 혼합시켰다.
이어서, 압출된 펠렛을 냉동분쇄기를 통해 분쇄하여 파우더 슬러쉬 몰딩용 수지 입자를 제조하였다.
비교예 1
가소제 (Dupont, Elvaroy HP441)을 사용하지 않은 점을 제외하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물을 제조하였다.
평가
실험예 1: 용융 지수 평가
실시예 1-4 및 비교예 1에서 제조한 각각의 파우더 슬러쉬 몰딩용 조성물에 대하여 용융 지수 (MI, melting index)를 측정하였다. 160℃에서 10kg중의 압력으로 가압하여 측정한 용융 지수 (MI, melting index) 결과는 표 1과 같이 나타났다.
실험예 2: PSM 성형성 평가
실시예 1-4 및 비교예 1에서 제조한 각각의 파우더 슬러쉬 몰딩용 조성물에 대하여 성형성을 평가 하였다. PSM 성형으로 평가하였고 결과는 표 1과 같이 나타났다.
　구분 MFI 성형 상태 핀홀
비교예 1 65 후면 미성형 많음
실시예 1 98 부분 미성형 약간 있음
실시예 2 138 양호 없음
실시예 3 175 양호 없음
실시예 4 213 흐름 발생 없음
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예 1에 대하여, 실시예 1-4는 MFI 값이 향상되었음에도, 비교예 1 대비하여 전반적으로 우수한 성형 상태를 확인할 수 있고, 핀홀도 개선되었음을 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 (7)

  1. 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지; 및 고상의 에틸렌계 고분자 가소제;를 포함하고,
    상기 고상의 에틸렌계 고분자 가소제는 에틸렌, n-부틸 아크릴레이트 및 카르보닐 단량체의 3원 공중합체이고,
    상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지 100 중량부 및 고상의 에틸렌계 고분자 가소제 15 내지 20 중량부를 포함하고,
    160℃에서 10kg중의 압력으로 가압하여 ASTM D 1238 방법에 따라 측정한 용융 지수 (MI, melting index)가 138 g/10분 내지 175 g/10분인
    파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지는 입경이 100㎛ 내지 600㎛인 입자인
    파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 우레탄계 열가소성 엘라스토머 수지는 200,000 내지 300,000의 중량평균 분자량을 갖는
    파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물은 고내열 안정제, 활제, 광안정제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 첨가제를 더 포함하는
    파우더 슬러쉬 몰딩용 분말 조성물.
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