KR102463207B1 - 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 폴리프로필렌 수지 조성물은 폴리프로필렌 수지 60 내지 80 중량%, 충격 보강제 3 내지 10 중량% 및 무기 충전재 15 내지 30 중량% 포함한다. 폴리프로필렌 수지는 폴리프로필렌 수지 100 중량부에 대하여 고결정성 호모 폴리프로필렌 50 내지 80 중량부 및 고결정성 블록 폴리프로필렌 20 내지 50 중량부 포함할 수 있다. 충격 보강제는 무니점도가 5 내지 20(ML 1+4, 121℃)인 탄소수 2 내지 10의 에틸렌-옥텐-올레핀을 포함할 수 있다. 무기 충전재는 무기 충전재 100 중량부에 대하여 글라스 플레이크 30 내지 70 중량부 및 탈크 30 내지 70 중량부 포함할 수 있다.

Description

폴리프로필렌 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품{POLYPLOPYLENE RESIN COMPOSITION AND MOLDING INCULDING THE SAME}
폴리프로필렌 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것이다. 구체적으로 부품 변형을 최소화 하는 고강성 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것이다.
자동차에 사용되는 플라스틱 소재는 최근 친환경 및 경량화 관점에서 금속을 대체하거나 같은 플라스틱 소재 내에서 비중을 낮추는 등, 성능 향상을 통한 경량화에 일조를 하고 있다. 이러한 추세는 소재적으로는 더욱 비중이 낮은 소재로의 개발이 이루어지고 있으며, 부품 성형 측면에서는 발포성형 또는 초임계 사출 등 중량 감소를 위한 노력이 결실을 맺고 있다.
자동차용으로 사용되는 플라스틱 중 사용량이 가장 큰 범용 플라스틱의 하나인 폴리프로필렌(polypropylene,PP)은 상대적으로 다른 플라스틱 대비 비중이 낮은 장점이 있어 이미 많은 내외장의 대형 부품에 사용되고 있으며, 최근 연비향상 및 친환경화로 인해 사용량이 증대 추세에 있다. 특히 고기능화, 고성능화에 따라 다양하게 개발되고 있으며, 이러한 요구를 만족시키기 위하여 다양한 보강제들이 사용된다.
고강성을 요구하는 플라스틱 소재의 경우 다양한 무기보강제를 수지에 적용하여 물성을 구현한다.
섬유상 형태의 무기보강제를 적용한 플라스틱 소재는 부품 외관에 섬유상 형태의 무기보강제가 표면으로 드러나서 무도장 부품에 적용이 제한적이고, 부품 사출 이 후 변형이 발생하여 다른 부품과의 조립 및 내구성 문제를 발생 시킬 수 있다. 또한 섬유상 형태를 가지는 무기보강제는 수지 내에서 방향성을 가짐으로써 부품 종횡방향의 수축율이 다르기 때문에 부품 전체적으로 치수안정성이 저하된다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 섬유상 형태의 무기보강제와 판상 또는 구상의 무기보강제를 혼합하여 사용하는 기술이 제안되었다. 이러한 경우 부품의 변형을 최소화 하고 외관 및 성형성은 개선할 수 있으나 강성이 낮아져 부품이 요구하는 기계적 물성을 저해하는 문제가 발생한다.
본 발명의 일 실시예는 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품을 제공한다. 구체적으로 부품 변형을 최소화 하는 고강성 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 폴리프로필렌 수지 조성물은 폴리프로필렌 수지 60 내지 80 중량%, 충격 보강제 3 내지 10 중량% 및 무기 충전재 15 내지 30 중량% 포함한다.
폴리프로필렌 수지는 폴리프로필렌 수지 100 중량부에 대하여 고결정성 호모 폴리프로필렌 50 내지 80 중량부 및 고결정성 블록 폴리프로필렌 20 내지 50 중량부 포함할 수 있다.
충격 보강제는 무니점도가 5 내지 20(ML 1+4, 121℃)인 에틸렌-옥텐-올레핀을 포함할 수 있다.
무기 충전재는 무기 충전재 100 중량부에 대하여 글라스 플레이크 30 내지 70 중량부 및 탈크 30 내지 70 중량부 포함할 수 있다.
고결정성 호모 폴리프로필렌의 용융지수는 50 내지 100g/10min (230℃, 2.16kg)이고, 고결정성 블록 폴리프로필렌의 용융지수는 15 내지 45g/10min (230℃, 2.16kg)일 수 있다.
글라스 플레이크는 두께가 1 내지 10 ㎛이고, 직경이 30 내지 300㎛일 수 있다.
탈크는 입경이 1 내지 10mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 성형품은 전술한 수지 조성물로 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 폴리프로필렌 수지 조성물은 무기 충전재로, 글라스 플레이크 및 탈크를 적용함으로써, 종횡방향의 수축율을 최소화하고, 성형품의 변형을 최소화할 수 있다. 또한, 기계적 강성도 우수하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 폴리프로필렌 수지 조성물은 고유동 폴리프로필렌을 포함하여 성형성이 우수하다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 폴리프로필렌 수지 조성물은 폴리프로필렌 수지 60 내지 80 중량%, 충격 보강제 5 내지 10 중량% 및 무기 충전재 15 내지 20 중량% 포함한다.
이하에서는 각 구성별로 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 폴리프로필렌 수지 조성물은 폴리프로필렌 수지를 60 내지 80 중량% 포함한다. 폴리프로필렌 수지는 본 발명의 일 실시예에 의한 폴리프로필렌 수지 조성물의 기본 원료이다. 폴리프로필렌을 적게 포함할 경우, 기계적 강도 및 고유동 특성을 부여하는 것에 어려움이 있으며, 너무 많이 포함할 경우에는 내충격성이 저하될 수 있다. 더욱 구체적으로 폴리프로필렌 수지 조성물은 폴리프로필렌 수지 65 내지 75 중량% 포함할 수 있다.
폴리프로필렌 수지는 폴리프로필렌 수지 100 중량부에 대하여 고결정성 호모 폴리프로필렌(High crystalline polypropylene Homo Polymer) 50 내지 80 중량부 및 고결정성 블록 폴리프로필렌(High crystalline polypropylene Block Copolymer) 20 내지 50 중량부 포함한다. 고결정성 블록 폴리프로필렌이 너무 많이 포함되면, 성형수축률의 편차가 커질 수 있다. 반대로 고결정성 호모 폴리프로필렌이 너무 많이 포함되면, 성형수축률의 편차는 줄어들지만 강성 등 물성이 저하될 수 있다. 더욱 구체적으로 폴리프로필렌 수지는 폴리프로필렌 수지 100 중량부에 대하여 고결정성 호모 폴리프로필렌 60 내지 75 중량부 및 고결정성 블록 폴리프로필렌 25 내지 40 중량부 포함할 수 있다.
한편, 현재 널리 사용되고 있는 폴리프로필렌의 입체규칙성에 관한 아이소텍틱 지수(Isotactic index)는 92 내지 98 수준인데, 고결정성 폴리프로필렌의 아이소텍틱 지수는 97 이상인 고결정 폴리프로필렌 일 수 있다. 이는 아이소텍틱 지수가 높을수록 결정화도가 증가하게 되는데, 아이소텍틱 지수 97 이상인 고결정성 폴리프로필렌을 포함한 수지 조성물은 자동차 내외장재 등 전반적인 부품에 사용 가능하며, 강성 및 내열성 등이 우수한 장점이 있다.
고결정성 호모 폴리프로필렌의 용융지수는 50 내지 100g/10min (230℃, 2.16kg)일 수 있다. 용융지수가 너무 낮을 경우, 성형 가공성이 저하될 수 있다. 용융지수가 너무 높을 경우, 충격강도 및 강성 등의 기계적 강도가 감소될 수 있다. 더욱 구체적으로 고결정성 호모 폴리프로필렌의 용융지수는 55 내지 80g/10min (230℃, 2.16kg)일 수 있다.
고결정성 블록 폴리프로필렌의 용융지수는 15 내지 45g/10min (230℃, 2.16kg)일 수 있다. 용융지수가 너무 낮을 경우, 성형 가공성이 저하될 수 있다. 용융지수가 너무 높을 경우, 충격강도 및 강성 등의 기계적 강도가 감소될 수 있다. 더욱 구체적으로 고결정성 블록 폴리프로필렌의 용융지수는 20 내지 40g/10min (230℃, 2.16kg)일 수 있다.
고결정성 블록 폴리프로필렌은 에틸렌-프로필렌 코폴리머일 수 있으며, 고결정성 블록 폴리프로필렌 중량 대비 에틸렌의 중량은 1 내지 50 중량%일 수 있다. 에틸렌이 너무 적게 포함되는 경우, 고결정성 블록 폴리프로필렌의 충격강도가 감소될 수 있고, 에틸렌이 너무 많이 포함되는 경우, 고결정성 블록 폴리프로필렌의 강성이 감소될 수 있다. 더욱 구체적으로 고결정성 블록 폴리프로필렌 중량 대비 에틸렌의 중량은 5 내지 30 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 폴리프로필렌 수지 조성물은 충격 보강제를 3 내지 10 중량% 포함한다. 충격 보강제는 내충격성 등을 개선시키기 위해 첨가된다. 충격 보강제가 너무 적게 포함될 경우, 충격 특성이 저하될 수 있다. 충격 보강제가 너무 많이 포함될 경우, 강도 특성이 저하될 수 있다. 더욱 구체적으로 폴리프로필렌 수지 조성물은 충격 보강제를 5 내지 7 중량% 포함할 수 있다.
충격 보강제는 무니점도가 5 내지 20(ML 1+4, 121℃)인 에틸렌-옥텐-올레핀을 포함한다. 에틸렌-알파-올레핀은 에틸렌과 탄소수 2 내지 10의 알파-올레핀의 공중합체로서 알파-올레핀은 프로필렌, 부텐, 펜텐, 헥센, 프로펜, 및 옥텐 등이 있으며, 이러한 에틸렌-알파-올레핀은 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 에틸렌-옥텐 고무(EOR) 등 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물일 수 있다. 구체적으로 에틸렌-옥텐-올레핀은 공단량체인 옥텐의 측쇄의 길이가 길어 저온에서의 충격성이 매우 우수한 장점이 있다. 에틸렌-옥텐-올레핀 공중합체 고무는 탄소수 2 내지 10의 옥텐-올레핀 함량이 10 내지 30 중량%일 수 있다.
무니점도가 너무 작으면, 분자량 저하로 충격강도가 저하될 수 있고, 무니점도가 너무 높으면, 사출성형성이 불량해질 수 있다. 더욱 구체적으로 무니점도가 10 내지 15(ML 1+4, 121℃)인 에틸렌-옥텐-올레핀을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 폴리프로필렌 수지 조성물은 무기 충전재를 15 내지 30 중량% 포함한다. 무기 충전재는 성형품의 물성 및 성형가공성 등을 개선시키기 위해 첨가된다. 무기 충전재가 너무 적게 포함되면, 강성 및 치수 안정성이 저하될 수 있다. 무기 충전재가 너무 많이 포함되면, 성형품의 중량이 증가하여 경량화에 적합하지 않을 수 있다. 더욱 구체적으로 폴리프로필렌 수지 조성물은 무기 충전재를 15 내지 20 중량% 포함할 수 있다.
무기 충전재는 무기 충전재 100 중량부에 대하여 글라스 플레이크 30 내지 70 중량부 및 탈크 30 내지 70 중량부 포함할 수 있다.
글라스 플레이크를 너무 많이 포함하면, 성형수축률의 편차가 커질 수 있다. 반대로 탈크를 너무 많이 포함하면, 강도가 저하될 수 있다. 더욱 구체적으로 무기 충전재는 무기 충전재 100 중량부에 대하여 글라스 플레이크 45 내지 55 중량부 및 탈크 45 내지 55 중량부 포함할 수 있다.
글라스 플레이크는 두께가 1 내지 10 ㎛이고, 직경이 30 내지 300㎛일 수 있다. 더욱 구체적으로 글라스 플레이크는 두께가 3 내지 7 ㎛이고, 직경이 45 내지 300㎛일 수 있다.
탈크는 입경이 1 내지 10mm일 수 있다. 더욱 구체적으로 탈크는 입경이 3 내지 6mm일 수 있다.
본 발명의 수지 조성물은 전술한 주요성분 이외에도 성형품의 성능 및 가공상의 특성을 향상시키기 위하여 자외선흡수제, 산화방지제, 분산제, 광 안정제, 가공윤활제, 핵제, 상용화제, 동해방지제, 내열안정제, 착색제 등의 첨가제를 하나 이상 첨가할 수 있다. 이들은 표면 품질, 취성 및 기본 물성을 유지하는 적정량 내에서 조절하여 사용할 수 있다.
이를 통해 제조된 본 발명의 수지 조성물을 통해 부품 변형을 최소화되고, 우수한 고강성의 특성을 갖는 성형품을 제조할 수 있다. 구체적으로 수지 조성물을 2축 압출기를 이용하여 100 내지 230℃ 온도 범위에서 200 내지 350rpm 조건으로 교반하여 제조할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
폴리프로필렌 수지 조성물로서 하기 표 1에 정리된 조성으로 폴리프로필렌 수지 조성물을 준비하였다.
구 분
(중량%)		 실시예 비교예
1 2 1 2 3 4 5 6 7 8
폴리프로필렌 PP A 55 50 55 50 55 50 50 50 50 50
PP B 20 25 - - 25 25 25 25 25 25
PP C - - 20 - - - - - - -
PP D - - - 25 - - - - - -
충격 보강제 에틸렌-옥텐-올레핀 A 5 5 5 5 - 5 5 5 5 5
에틸렌-옥텐-올레핀 B - - - - 5 - - - - -
무기 충전재 글라스 플레이크 10 10 10 10 10 - 20 - 10 10
탈크 10 10 10 10 10 - - 20 - -
글라스 파이버 - - - - - 20 - - 10 10
1) PP A : 고결정성 호모 폴리프로필렌 (MI: 60)
2) PP B : 고결정성 블록 폴리프로필렌 (MI: 30, 아이소텍틱 지수 97)
3) PP C : Anti-tiger stripe 변성 폴리프로필렌 (MI : 30)
4) PP D : 에틸렌-프로필렌 코폴리머 (MI : 30, 아이소텍틱 지수 94)
5) 에틸렌-옥텐-올레핀 A: Mooney Viscosity 15 (ML 1+4 @ 121℃)ASTM D1646
6) 에틸렌-옥텐-올레핀 B: Mooney Viscosity 35 (ML 1+4 @ 121℃)ASTM D1646
7) 글라스 플레이크: 두께 5㎛, 크기 100㎛
8) 탈크 : 크기 5mm
9) 글라스 파이버: 길이 5mm, 직경: 13㎛
폴리프로필렌 수지 조성물을 이축압출기를 이용하여 용융혼련하고, 압출기 다이로부터 나온 용융물을 냉각조를 통하여 냉각시켜, 펠렛 형태로 제조하였다. 이와 같이 제조된 폴리프로필렌 수지 조성물을 사출기를 사용하여 사출 성형품을 제조하였다.
물성을 평가하여 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 용융지수(MI) : ASTM D1238에 의해 275℃/5㎏ 조건으로 평가하였으며, 단위는 g/10/min이다.
(2) 굴곡강도: ASTM D790에 의해 3㎜/min 조건으로 평가하였으며, 단위는 MPa이다.
(3) 충격강도 : ASTM D256에 의해 노치(Notch)된 시험편으로 평가하였으며, 단위는 J/m이다.
(4) 열변형온도(HDT) : ASTM D 648에 의해 응력 0.45MPa 조건으로 평가하였으며, 단위는 ℃이다
(5) Warpage : ASTM 인장강도 시편을 사출하여 사출 48hr 이후 길이를 재어 계산한다. 0.7 미만인 경우를 매우 우수(◎), 0.7 이상 및 0.9 미만인 경우를 우수(○), 0.9 이상 및 1.3 미만인 경우를 보통(△), 1.3 이상인 경우를 열악(X)로 표시하였다.
(6) MD-TD 편차 : ASTM 인장강도 시편을 사출하여 사출 48hr 이후 MD(수지 흐름 방향) 및 TD(직각 방향)의 길이를 재어 계산한다. 1.00 미만인 경우를 매우 우수(◎), 1.00 이상 및 1.05 미만인 경우를 우수(○), 1.05 이상 및 1.15 미만인 경우를 보통(△), 1.15 이상인 경우를 열악(X)로 표시하였다.
항목 실시예 비교예
1 2 1 2 3 4 5 6 7 8
MI (230℃, g/10min) 26.4 25.1 24.5 25.8 18.8 24.2 22.4 35.4 28.1 25.1
굴곡강도 (㎫) 72 90 89 90 84.8 93 84 42.1 85 77
IZOD 충격강도 (J/m) 60.7 61.8 55.8 56.1 68.6 60.5 52.1 54.3 44.4 45.9
HDT (℃) 159.3 161.5 157.4 156.8 159.9 161.1 160.2 138.1 160.5 159.8
Warpage ◎ ◎ ○ ○ ○ X △ ◎ △ △
MD-TD 편차 ◎ ◎ ○ ○ ○ X ○ ◎ X △
표 2에서 나타나듯이, 실시예 1 및 2는 기계적 물성 및 치수 안정성이 동시에 우수함을 확인할 수 있다. 비교예 1 및 2는 적절한 폴리프로필렌 수지를 포함하지 아니하여, HDT 값이 열악함을 확인할 수 있다. 비교예 3은 적절한 충격 보강제를 포함하지 아니하여, MI 값이 낮음을 확인할 수 있다. 비교예 4, 5, 7 및 8은 적절한 무기 충전재를 포함하지 아니하여, 치수 안정성이 열악함을 확인할 수 있다. 비교예 6은 치수 안정성은 우수하나, 굴곡 강도 및 HDT 값이 열악함을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (5)

  1. 폴리프로필렌 수지 60 내지 80 중량%, 충격 보강제 3 내지 10 중량% 및 무기 충전재 15 내지 30 중량% 포함하고,
    상기 폴리프로필렌 수지는 상기 폴리프로필렌 수지 100 중량부에 대하여 고결정성 호모 폴리프로필렌 50 내지 80 중량부 및 고결정성 블록 폴리프로필렌 20 내지 50 중량부 포함하고,
    상기 충격 보강제는 무니점도가 5 내지 20(ML 1+4, 121℃)인 에틸렌-옥텐-올레핀을 포함하고,
    상기 무기 충전재는 상기 무기 충전재 100 중량부에 대하여 글라스 플레이크 30 내지 70 중량부 및 탈크 30 내지 70 중량부 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고결정성 호모 폴리프로필렌의 용융지수는 50 내지 100g/10min (230℃, 2.16kg)이고, 상기 고결정성 블록 폴리프로필렌의 용융지수는 15 내지 45g/10min (230℃, 2.16kg)인 폴리프로필렌 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 글라스 플레이크는 두께가 1 내지 10 ㎛이고, 직경이 30 내지 300㎛인 폴리프로필렌 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탈크는 입경이 1 내지 10mm인 폴리프로필렌 수지 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 폴리프로필렌 수지 조성물로 제조된 성형품.
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