KR102287804B1 - 발포 비드용 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발포 비드용 조성물, 및 이를 이용하여 제조되어 기계적 물성 및 재활용성이 우수하고, 경량성을 갖는 발포 성형체에 관한 것이다.

Description

발포 비드용 조성물{COMPOSITION FOR EXPANDED BEAD}
본 발명은 발포 비드용 조성물에 관한 것이다.
최근, 자동차에 사용되는 플라스틱 소재는 금속을 대체하거나, 중량을 낮추는 등 경량화의 관점에서 일조를 하고 있다.
자동차에 사용되는 플라스틱 중 사용량이 가장 많은 범용 플라스틱 중의 하나는 폴리프로필렌(PP)이다. 이는 다른 플라스틱과 비교하여 비중이 낮은 이점이 있어, 경량화 측면에서 이미 많은 자동차의 내외장재의 제조에 채용되고 있다.
이러한 경량화 추세에 따라 더욱 비중이 낮은 PP 소재의 개발이 촉구되고 있다. 그 일환으로 성형 방법의 측면에서는 PP를 이용한 발포 성형이 있다.
하지만, 종래 PP를 이용한 발포 성형체의 경우, 경량 효과는 뛰어나나, 기계적 물성이 낮은 단점이 있어, 이에 대한 개선 방안이 필요하다.
한편, 최근 환경 오염 문제가 부각됨에 따라, 친환경 소재에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 대다수 범용 플라스틱의 경우, 토양에 매립되어 처리되어, 토양 과부하 및 환경 오염을 일으키는 문제가 있다. 이에, 재활용이 가능한 친환경 소재에 대한 개발 역시 필요하다.
본 발명의 목적은 기계적 물성, 예를 들어, 압축강도, 인장강도, 신율 등이 우수한 발포 비드용 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 기계적 물성 및 재활용성이 우수하고, 경량성을 갖는 발포 성형체의 제공에 있다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해, PP 또는 PP 공중합체 100중량부; 아이소택틱 PP 엘라스토머 20 내지 60중량부; 핵제 0.05 내지 2중량부; 및 탄산칼슘 0.01 내지 5중량부;를 포함하는 발포 비드용 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 PP 공중합체는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, PP/PE 공중합체일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 아이소택틱 PP 엘라스토머는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 아이소택틱 PP 사슬에 에틸렌 유래 단위가 랜덤하게 분포하는 것일 수 있다.
이때, 상기 아이소택틱 PP 엘라스토머는, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 에틸렌 유래 단위를 5 내지 20중량% 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 아이소택틱 PP 엘라스토머는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, ASTM D1505에 의거하여 측정한 밀도가 0.860 내지 0.880g/cm3인 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 아이소택틱 PP 엘라스토머는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, ASTM D1238(190℃/2.16kg)에 의거하여 측정한 용융지수가 2.5 내지 4.5g/10min인 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 발포 비드용 조성물은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 아크릴 고무를 0.05 내지 1중량부 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 발포 비드용 조성물은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, JIS K 6301-2에 의거하여 측정한 인장강도가 5kgf/cm2 이상일 수 있다.
이때, 상기 발포 비드용 조성물은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, MS(Material specification: 현대기아자동차규격) 213-41에 의거하여 측정한 신율이 20% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 발포 비드용 조성물로 제조된 발포 성형체를 제공한다.
본 발명은 기계적 물성, 예를 들어, 압축강도, 인장강도, 신율 등이 우수한 발포 비드용 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 상기 발포 비드용 조성물로 제조되어, 기계적 물성 및 재활용성이 우수하고, 경량성을 갖는 발포 성형체를 제공할 수 있다.
종래 자동차 내외장재 등의 제조에 사용될 수 있는 PP 발포 성형체의 경우, 경량화 측면에서는 우수하나, 기계적 물성이 부족한 문제가 있었다.
이에, 본 출원인은 이를 해결하기 위해 지속적으로 연구를 수행하였고, 그 결과 본 발명의 완성에 이르게 되었다.
구체적으로 본 발명은, PP 또는 PP 공중합체 100중량부; 아이소택틱 PP 엘라스토머 20 내지 60중량부; 핵제 0.05 내지 2중량부; 및 탄산칼슘 0.01 내지 5중량부;를 포함하는 발포 비드용 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 발포 비드용 조성물은, PP 또는 PP 공중합체, 아이소택틱 PP 엘라스토머, 핵제 및 탄산칼슘을 상술한 함량비로 포함함으로써, 기계적 물성, 예를 들어, 압축강도, 인장강도, 신율 등에서 현저한 향상을 나타낸다.
특히, 본 발명의 발포 비드용 조성물은 PP를 베이스로 하고, 소량의 핵제 및 탄산칼슘을 포함하여, 이를 이용하여 제조된 발포 성형체는 재활용성이 우수한 이점이 있다.
이하, 본 발명의 구성요소에 대해 구체적으로 설명한다.
본 발명에서, PP 공중합체는 프로필렌과 다른 올레핀과의 공중합체를 의미할 수 있다. 예를 들면, 상기 PP 공중합체는 에틸렌, 부텐, 펜텐, 헥센 등에서 선택되는 어느 하나 이상과 프로필렌이 공중합된 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 PP 공중합체는 PP/PE 공중합체 일 수 있다. 보다 구체적으로, 프로필렌 및 에틸렌의 랜덤 공중합체 일 수 있다. 이때, 상기 PP/PE 공중합체의 PE 함량, 즉, 에틸렌 유래 단위의 함량은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 0.01 내지 10중량%, 보다 좋게는 0.1 내지 5중량%일 수 있다.
또한, 상기 PP/PE 공중합체의 PP 사슬은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 아탁틱 또는 신디오탁틱 구조를 갖는 것일 수 있다.
본 발명에서, 아이소택틱 PP 엘라스토머란, 아이소택틱 구조의 PP 사슬을 포함하는 올레핀계 엘라스토머(TPO)를 의미한다. 예를 들면, 상기 아이소택틱 PP 엘라스토머는 프로필렌과 다른 올레핀과의 공중합체이되, 프로필렌 유래 PP사슬이 아이소택틱 구조를 갖는 것일 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 상기 아이소택틱 PP 엘라스토머는 에틸렌, 부텐, 펜텐, 헥센 등에서 선택되는 어느 하나 이상과 프로필렌이 공중합된 것으로서, 프로필렌 유래 PP 사슬의 구조가 아이소택틱 구조를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 아이소택틱 PP 엘라스토머는 탄산칼슘과 함께 채용됨으로써, 본 발명 발포 비드용 조성물의 압축강도나 신율의 하락 없이, 인장강도를 현저히 향상시킬 수 있는 특유한 효과를 갖는다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 아이소택틱 PP 엘라스토머는 프로필렌과 에틸렌의 공중합체로서, 프로필렌 유래 PP 사슬이 아이소택틱 구조인 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 아이소택틱 PP 엘라스토머는 아이소택틱 PP 사슬에 에틸렌 유래 단위가 랜덤하게 분포하는 것일 수 있다. 예를 들면, 프로필렌과 에틸렌의 랜덤 공중합체로서, 프로필렌 유래 PP 사슬이 아이소택틱 구조를 갖는 것일 수 있다. 이 경우, 본 발명의 발포 비드용 조성물은 우수한 압축강도, 인장강도 및 신율을 구현할 수 있다.
이때, 상기 아이소택틱 PP 엘라스토머의 에틸렌 유래 단위의 함량은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 5 내지 20중량%, 보다 좋게는 7 내지 15중량%일 수 있다. 이 경우, 본 발명의 발포 비드용 조성물은 특히 우수한 압축강도, 인장강도 및 신율을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 아이소택틱 PP 엘라스토머는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, ASTM D1505에 의거하여 측정한 밀도가 0.850 내지 0.900g/cm3, 보다 좋게는 0.860 내지 0.880g/cm3일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 아이소택틱 PP 엘라스토머는, 특별히 제한되는 것은 아니나, ASTM D1238(190℃/2.16kg)에 의거하여 측정한 용융지수가 2.5 내지 4.5g/10min일 수 있다. 이 경우, 본 발명의 발포 비드용 조성물은 우수한 압축강도, 인장강도 및 신율을 구현할 수 있다.
본 발명에서, 핵제는 본 발명 구성요소들이 용융, 혼련된 후 냉각될 때, 프로필렌의 결정화를 돕는 역할을 할 수 있다. 이는, 기계적 물성의 향상을 가져올 수 있다. 상기 핵제로는, 예를 들면, 징크보레이트(ZINC BORATE), 탈크, 실리카, 산화티타늄, 석고, 제올라이트, 붕사, 수산화알루미늄, 카본 등의 무기계 핵제; 인산계 핵제, 페놀계 핵제, 아민계 핵제, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 분말 등의 유기계 핵제;가 사용될 수 있다. 다만, 본 발명에서는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 징크보레이트가 보다 선호될 수 있다.
본 발명에서, 탄산칼슘은 그 입도, 용융지수 등에 특별한 제한 없이 채용될 수 있다. 예를 들면, 상기 탄산칼슘의 입도는 0.01 내지 200㎛, 보다 좋게는 0.1 내지 100㎛일 수 있다.
본 발명에서, 탄산칼슘은 아이소택틱 PP 엘라스토머와 함께 채용되어, 본 발명 발포 비드용 조성물의 압축강도나 신율의 하락 없이, 인장강도를 현저히 향상시키는 특유한 효과를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 발포 비드용 조성물은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 아크릴 고무를 0.05 내지 1중량부 더 포함하는 것일 수 있다. 이 경우, 본 발명의 발포 비드용 조성물은 보다 향상된 압축강도, 인장강도 및 신율을 구현할 수 있다. 상기 아크릴 고무로는 일반적으로 알려진 것들이 채용될 수 있으며, 예를 들면, ACM, ANM 등이 채용될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 발포 비드용 조성물은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, JIS K 6301-2에 의거하여 측정한 인장강도가 5kgf/cm2 이상, 보다 좋게는, 5.5kgf/cm2 이상일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 발포 비드용 조성물은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, MS 213-41(25% strain)에 의거하여 측정한 압축강도가 1.5kgf/mm 이상일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 발포 비드용 조성물은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, MS 213-41(50% strain)에 의거하여 측정한 압축강도가 2.5 kgf/mm 이상일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 발포 비드용 조성물은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, MS 213-41에 의거하여 측정한 신율이 20% 이상, 보다 좋게는 25% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명의 발포 비드용 조성물을 이용하여 제조되는 발포 성형체를 제공한다. 이때, 발포 성형체의 제조는 당 기술분야에 통상적으로 채용될 수 있는 방법에 따라 이루어질 수 있고, 이에, 본 명세서에서는 그 구체적 설명을 생략하도록 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정 되는 것은 아니다.
하기 실시예 및 비교예에서 사용된 폴리프로필렌 수지, 아이소택틱 PP 엘라스토머, 에틸렌-옥텐 공중합체 엘라스토머의 밀도는 ASTM 1505에 의해 측정한 값이며, 용융지수는 ASTM D1238(190℃/2.16kg)에 의거하여 측정한 값이다. 또한, 아이소택틱 PP 엘라스토머의 VICAT 연화점은 ASTM D1525에 의거하여 측정한 값이다.
[실시예 1]
PP/PE 공중합체 수지(녹는점: 120℃, 밀도: 0.90g/cm3, 용융지수: 7.5g/10min) 70중량부, 아이소택틱 PP 엘라스토머(VICAT 연화점: 65.1℃, 밀도: 0.873g/cm3, 용융지수: 3.7g/10min) 30중량부, 징크보레이트 0.2중량부 및 탄산칼슘(입도: 74㎛) 0.3중량부를 포함하는 조성물을 압출기에 투입한 후, 180℃ 내지 230℃에서 혼련하였다. 이후, 혼련된 조성물을 스트랜드 형상으로 압출하여 냉각하고, 펠렛 타이저로 절단하여 펠렛 입자를 제조하였다.
상기 펠렛 입자 25중량부, 물 75중량부, 폴리에틸렌글리콜(Mw: 1000) 0.2중량부 및 카올린 0.15중량부를 반응기에 투입하고 교반하며, 80℃까지 승온하였다. 80℃에 도달한 후, 이산화탄소를 투입하고 반응기 압력을 40 bar로 유지하였다. 이후 반응기의 배출 노즐을 개방하여 반응기 내부 물질을 대기압 하로 방출함으로써 발포 입자를 제조하였다. 이때, 반응기 내의 압력이 일정하게 유지되도록 이산화탄소를 반응기 내부로 지속적으로 공급하였다.
상기 발포 입자를 20 cm × 10 cm × 3cm 금형에 충진, 가열, 냉각하여 발포 성형체를 제조하였다.
상기 발포 성형체에 대해 압축강도, 인장강도 및 신율을 측정하여 하기 표 2에 기재하였다.
압축강도는 MS 213-41(25% strain 및 50% strain)에 의거하여 측정하였고, 인장강도는 JIS K 6301-2에 의거하여 측정하였으며, 신율은 MS 213-41에 의거하여 측정하였다.
[실시예 2]
아크릴 고무(Unimatec社, NOXTITE A-1095) 0.2중량부를 더 포함하는 조성물을 압출기에 투입한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하여 발포 성형체를 제조하였다.
[비교예 1]
PP/PE 공중합체 수지(녹는점: 120℃, 밀도: 0.90g/cm3, 용융지수: 7.5g/10min) 70중량부, 에틸렌-옥텐 공중합체 엘라스토머(녹는점: 96℃, 밀도: 0.903g/cm3, 용융지수: 1.2g/10min) 30중량부, 징크보레이트 0.2중량부, Talc(입도: 5.5㎛) 0.1중량부 및 PTFE 0.2중량부를 포함하는 조성물을 압출기에 투입한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하여 발포 성형체를 제조하였다.
[비교예 2]
PP/PE 공중합체 수지(녹는점: 120℃, 밀도: 0.90g/cm3, 용융지수: 7.5g/10min) 70중량부, 에틸렌-옥텐 공중합체 엘라스토머(녹는점 96℃, 밀도: 0.903g/cm3, 용융지수: 1.2g/10min) 30중량부, 징크보레이트 0.2중량부, 탄산칼슘(입도: 74㎛) 0.3중량부 및 PTFE 0.2중량부를 포함하는 조성물을 압출기에 투입한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하여 발포 성형체를 제조하였다.
[비교예 3]
PP/PE 공중합체 수지(녹는점: 120℃, 밀도: 0.90g/cm3, 용융지수: 7.5g/10min) 70중량부, 아이소택틱 PP 엘라스토머(VICAT 연화점: 65.1℃, 밀도: 0.873g/cm3, 용융지수: 3.7g/10min) 30중량부, 징크보레이트 0.2중량부, Talc(입도: 5.5㎛) 0.1중량부 및 PTFE 0.2중량부를 포함하는 조성물을 압출기에 투입한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하여 발포 성형체를 제조하였다.
[비교예 4]
PP/PE 공중합체 수지(녹는점: 120℃, 밀도: 0.90g/cm3, 용융지수: 7.5g/10min) 70중량부, 에틸렌-옥텐 공중합체 엘라스토머(녹는점: 96℃, 밀도: 0.903g/cm3, 용융지수: 1.2g/10min) 30중량부, 징크보레이트 0.2중량부 및 탄산칼슘(입도: 74㎛) 0.3중량부를 포함하는 조성물을 압출기에 투입한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하여 발포 성형체를 제조하였다.
[비교예 5]
PP/PE 공중합체 수지(녹는점: 120℃, 밀도: 0.90g/cm3, 용융지수: 7.5g/10min) 70중량부, 아이소택틱 PP 엘라스토머(VICAT 연화점: 65.1℃, 밀도: 0.873g/cm3, 용융지수: 3.7g/10min) 30중량부, 징크보레이트 0.2중량부 및 Talc(입도: 5.5㎛) 0.1중량부 포함하는 조성물을 압출기에 투입한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하여 발포 성형체를 제조하였다.
하기 표 1은 실시예 및 비교예에서 압출기에 투입한 조성물의 조성 및 함량비를 나타낸 것이다.
하기 표 2는 실시예 및 비교예의 발포 성형체에 대해 압축강도, 인장강도 및 신율을 측정한 값을 나타낸 것이다.
PP/PE 수지 에틸렌-옥텐 공중합체 엘라스토머 아이소택틱 PP 엘라스토머 징크
보레이트		 CaCO3 Talc PTFE 아크릴
고무
실시예 1 70 30 0.2 0.3
실시예 2 70 30 0.2 0.3 0.2
비교예 1 70 30 0.2 0.1 0.2
비교예 2 70 30 0.2 0.3 0.2
비교예 3 70 30 0.2 0.1 0.2
비교예 4 70 30 0.2 0.3
비교예 5 70 30 0.2 0.1
압축강도(kgf/mm) 인장강도(kgf/cm2) 신율(%)
25% strain 50% strain
실시예 1 1.51 2.56 5.94 26
실시예 2 1.58 2.65 6.07 28
비교예 1 1.38 2.26 2.79 19
비교예 2 1.29 2.17 3.66 24
비교예 3 1.03 1.92 1.58 23
비교예 4 1.32 2.22 2.65 18
비교예 5 1.61 2.59 3.83 13
상기 표 2를 참조하면, 본 발명 실시예 1은 비교예에 비해 압축강도, 인장강도 및 신율에서 보다 우수한 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 특히, 인장강도에서 비교예에 비해 약 2 내지 4배의 값을 나타냈다.
또한, 본 발명 실시예 2의 경우, 압축강도, 인장강도 및 신율에서 보다 더 향상된 효과를 나타냈다.
비교예 1은 본 발명 실시예 1과 달리, 아이소택틱 PP 엘라스토머 대신, 에틸렌-옥텐 공중합체 엘라스토머를 사용하고, 탄산칼슘 없이 Talc와 PTFE를 사용한 것인데, 본 발명 실시예 1에 비해 열위한 압축강도, 인장강도 및 신율을 나타냈다. 특히, 인장강도에서 약 2배 이상의 낮은 값을 보였다.
비교예 2는, 비교예 1에서 Talc 대신 탄산칼슘을 채용한 것인데, 인장강도 및 신율에서 다소 향상된 값을 나타냈다. 다만, 이는 본 발명 실시예 1과 비교했을 시, 여전히 열위한 값이며, 압축강도에서 감소를 보이는 문제가 있었다.
비교예 3은, 비교예 1에서 에틸렌-옥텐 공중합체 엘라스토머 대신, 본 발명 실시예 1에서 사용하고 있는 아이소택틱 PP 엘라스토머를 사용한 것인데, 비교예 1에 비해 신율만 다소 상승하였을 뿐, 압축강도 및 인장강도에서 현저한 감소를 보였다.
비교예 4는, 비교예 1에서 Talc와 PTFE 대신 탄산칼슘을 사용한 것인데, 비교예 1보다도 낮은 압축강도, 인장강도 및 신율을 보였다.
비교예 5는, 비교예 1에서 에틸렌-옥텐 공중합체 엘라스토머 대신, 본 발명 실시예 1에서 사용하고 있는 아이소택틱 PP 엘라스토머를 사용한 것인데, 압축강도는 다소 향상되었으나, 인장강도 향상이 미비하며, 특히, 신율에서 현저한 감소를 보였다.
위 결과로부터 본 발명 실시예 1 및 2의 우수한 압축강도, 인장강도 및 신율은 아이소택틱 PP 엘라스토머 및 탄산칼슘을 동시에 채용함으로써 오는 특유한 효과임을 확인할 수 있다.

Claims (10)

  1. PP 또는 PP 공중합체 100중량부;
    아이소택틱 PP 엘라스토머 20 내지 60중량부;
    핵제 0.05 내지 2중량부; 및
    탄산칼슘 0.01 내지 5중량부;를 포함하며,
    상기 아이소택틱 PP 엘라스토머는 아이소택틱 PP 사슬에 에틸렌 유래 단위가 랜덤하게 분포하며, 에틸렌 유래 단위를 5 내지 20중량% 포함하며, ASTM D1505에 의거하여 측정한 밀도가 0.860 내지 0.880g/cm3이며, ASTM D1238(190℃/2.16 kg)에 의거하여 측정한 용융지수가 2.5 내지 4.5g/10min인 것인, 발포 비드용 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 PP 공중합체는 PP/PE 공중합체인, 발포 비드용 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    아크릴 고무를 0.05 내지 1중량부 더 포함하는, 발포 비드용 조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    JIS K 6301-2에 의거하여 측정한 인장강도가 5kgf/cm2 이상인, 발포 비드용 조성물.
  9. 제 8항에 있어서,
    MS 213-41에 의거하여 측정한 신율이 20% 이상인, 발포 비드용 조성물.
  10. 제 1항에 따른 발포 비드용 조성물로 제조된 발포 성형체.
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