KR102567395B1 - 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법 및 폴리프로필렌 수지의 물성 예측장치 - Google Patents
폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법 및 폴리프로필렌 수지의 물성 예측장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법 및 폴리프로필렌 수지의 물성 예측장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지와 무기 충전제에 대하여 비극성 유기 용매의 용해도 차이를 이용하여 가용된 폴리프로필렌 수지만을 선택적으로 분리함으로써 폴리프로필렌계 복합재 내 순수 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량의 물성 특성을 예측할 수 있다. 뿐만 아니라 열에 의해 변화된 물성을 보완하기 위해 비극성 유기 용매를 측정된 수치들을 기반으로 보정 수치를 적용함으로써 오차를 최소화하여 정밀한 분석이 가능한 이점이 있다.
Description
본 발명은 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법 및 폴리프로필렌 수지의 물성 예측장치에 관한 것이다.
무기물 필러가 포함된 폴리프로필렌 복합재료는 높은 화학 안정성과 우수한 내부식성을 가진 경량화 소재로서 자동차, 전기전자 산업분야 전반에서 다양한 부품 소재로 이용되고 있다. 이러한 무기물 필러가 포함된 폴리프로필렌 복합재료는 폴리프로필렌 수지 내 무기물 필러를 함침하여 제작되며, 단일 폴리프로필렌 수지보다 강도 등의 측면에서 크게 향상된 특성을 보인다.
이러한 무기물 필러가 포함된 폴리프로필렌 복합재료의 지속적인 개선과 신규 제품개발을 위해서는 무기물 필러가 혼합되기 이전의 순수한 폴리프로필렌 수지 본연의 물성에 대한 파악이 선결되어야 한다. 그러나 한번 혼합된 복합재료에서 폴리프로필렌 수지만의 물성은 무기물의 존재로 인해 파악이 어려우며, 폴리프로필렌 자체의 정확한 물성을 분석하기 위해서는 분석 이전에 복합재료로부터 순수한 폴리프로필렌 수지를 분리해내는 과정이 필요하다.
통상적으로 무기물이 포함된 폴리프로필렌 복합재료에서 순수한 폴리프로필렌 수지의 물성을 예측하는 방법에는 단순히 무기물 필러가 포함된 복합재료의 물성을 측정하여 얻은 결과를 대체하여 사용하는 경우가 많다. 그러나 많은 경우 복합재료 내 함침된 무기물 충전제의 영향으로 물성 자체의 측정이 불가하거나 측정이 가능한 경우에도 혼합되기 이전의 폴리프로필렌 소재와 상당한 물성 차이를 보이기 때문에 해당 결과를 정밀한 제품개발 등에 활용하기에는 무리가 있다.
폴리프로필렌 수지의 가장 대표적인 물성에는 용용지수(Melt Index)가 있는데, 유리섬유(Glass Fiber)가 함침된 복합재료의 경우 유리섬유의 크기로 인하여 용융지수 측정장비의 사용이 불가능하다. 입자크기가 상대적으로 작은 무기물 필러인 탈크(Talc)가 포함된 폴리프로필렌 복합재료의 경우 용용지수의 측정이 가능할 수 있으나, 무기물의 영향으로 인해 순수한 폴리프로필렌 수지의 용융지수와 큰 차이를 보이는 것이 대부분이다.
이러한 용융지수 측정 외에도 폴리프로필렌 소재의 특성을 파악하는 것에는 시차주사열량계(DSC)를 이용한 열물성 측정과 FT-IR을 이용한 에틸렌(C2) 함량 측정이 있으나 이들 역시 무기입자의 영향으로 인해 순수한 폴리프로필렌 특성 파악에는 어려움이 있어 이에 대한 연구 개발이 필요하다.
상기와 같은 문제 해결을 위하여, 본 발명은 비극성 유기 용매의 용해도 차이를 이용함으로써 폴리프로필렌계 복합재 내 순수 폴리프로필렌 수지의 물성 특성을 예측할 수 있는 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 비극성 유기 용매에 폴리프로필렌계 복합재 시료를 용해하여 혼합용액을 제조하는 단계; 상기 혼합용액을 분리막에 통과시켜 비극성 유기 용매 가용분을 분리하는 단계; 상기 비극성 유기 용매 가용분으로부터 비극성 유기 용매를 증발시켜 폴리프로필렌 수지를 수득하는 단계; 상기 폴리프로필렌 수지를 열 압착하여 펠렛을 제조하는 단계; 상기 펠렛을 이용하여 용융지수 및 중량평균분자량을 측정하는 단계; 및 상기 측정한 용융지수 및 중량평균분자량을 이용하여 폴리프로필렌계 복합재 시료 내 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량을 연산하는 단계;를 포함하는 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 폴리프로필렌계 복합재 시료 및 비극성 유기 용매를 포함하는 혼합용액을 분리막에 통과시켜 비극성 유기 용매 가용분을 분리하는 여과부; 상기 분리된 비극성 유기 용매 가용분 내 비극성 유기 용매를 증발시켜 폴리프로필렌 수지를 수득하는 건조부; 상기 수득된 폴리프로필렌 수지를 열 압착하여 폴리프로필렌 펠렛을 제조하는 성형부; 상기 형성된 폴리프로필렌 펠렛의 용융지수 및 중량평균분자량을 측정하는 측정부; 및 상기 측정된 용융지수 및 중량평균분자량을 이용하여 폴리프로필렌계 복합재 시료 내 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량을 연산하는 연산부;를 포함하는 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측장치를 제공한다.
본 발명에 따른 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법은 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지와 무기 충전제에 대하여 비극성 유기 용매의 용해도 차이를 이용하여 가용된 폴리프로필렌 수지만을 선택적으로 분리함으로써 폴리프로필렌계 복합재 내 순수 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량의 물성 특성을 예측할 수 있다. 뿐만 아니라 열에 의해 변화된 물성을 보완하기 위해 비극성 유기 용매를 측정된 수치들을 기반으로 보정 수치를 적용함으로써 오차를 최소화하여 정밀한 분석이 가능한 이점이 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 순수 폴리프로필렌 수지의 용융지수와 본 발명에 따른 실시예 1 내지 6의 폴리프로필렌 수지로부터 연산된 용융지수에 대한 선형 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2는 순수 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량과 본 발명에 따른 실시예 1 내지 6의 폴리프로필렌 수지로부터 연산된 중량평균분자량에 대한 선형 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2는 순수 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량과 본 발명에 따른 실시예 1 내지 6의 폴리프로필렌 수지로부터 연산된 중량평균분자량에 대한 선형 관계를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 본 발명을 하나의 실시예로 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법 및 폴리프로필렌 수지의 물성 예측장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법은 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지와 무기 충전제에 대하여 비극성 유기 용매의 용해도 차이를 이용하여 가용된 폴리프로필렌 수지만을 선택적으로 분리함으로써 물성 정보가 노출되지 않은 폴리프로필렌계 복합재 내 순수 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량의 물성 특성을 예측할 수 있다.
뿐만 아니라 열에 의해 변화된 물성을 보완하기 위해 비극성 유기 용매를 측정된 수치들을 기반으로 보정 수치를 적용함으로써 오차를 최소화하여 정밀한 분석이 가능한 이점이 있다. 이를 통해 미지의 무기물 충전제를 함유한 폴리프로필렌 복합재로부터 폴리프로필렌 수지 본연의 물성 특성을 파악함으로써 폴리프로필렌 제품 개발 및 개선에 활용 가능한 이점이 있다.
구체적으로 본 발명은 비극성 유기 용매에 폴리프로필렌계 복합재 시료를 용해하여 혼합용액을 제조하는 단계; 상기 혼합용액을 분리막에 통과시켜 비극성 유기 용매 가용분을 분리하는 단계; 상기 비극성 유기 용매 가용분으로부터 비극성 유기 용매를 증발시켜 폴리프로필렌 수지를 수득하는 단계; 상기 폴리프로필렌 수지를 열 압착하여 펠렛을 제조하는 단계; 상기 펠렛을 이용하여 용융지수 및 중량평균분자량을 측정하는 단계; 및 상기 측정한 용융지수 및 중량평균분자량을 이용하여 폴리프로필렌계 복합재 시료 내 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량을 연산하는 단계;를 포함하는 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법을 제공한다.
상기 혼합용액을 제조하는 단계는 비극성 유기 용매에 폴리프로필렌계 복합재 시료를 용해하여 혼합용액을 제조할 수 있다. 상기 폴리프로필렌계 복합재는 폴리프로필렌 수지 및 무기물 충전제를 포함할 수 있다. 상기 무기물 충전제는 유리섬유, 탈크, 휘스커, 왈라스토나이트 및 이산화티타늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 유리섬유일 수 있다.
상기 비극성 유기 용매는 상기 폴리프로필렌계 복합재 시료 내에서 폴리프로필렌 수지를 용해시키기 위해 혼합될 수 있으며, 높은 폴리프로필렌 용해도를 갖는 것을 사용할 수 있다. 상기 비극성 유기 용매의 구체적인 예로는 자일렌, 데칼린 및 테트랄린으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 다만, 상기 데칼린 및 테트랄린 용매는 끓는점이 각 190 ℃ 및 200 ℃로 해당 온도 근방에서 용해 과정을 진행할 경우 산화 및 사슬 절단(Chain scission) 등 폴리프로필렌 자체 변성이 일어날 수 있기 때문에 가장 바람직하게는 자일렌 용매를 사용할 수 있다.
특히, 상기 폴리프로필렌 수지는 0.1 내지 10%의 고온 비극성 유기 용매 용해도를 가지는 반면에 상기 무기물 충전제는 비극성 유기 용매에 용해되지 않아 부유하거나 침전된 상태로 존재할 수 있다. 즉, 상기 폴리프로필렌계 복합재 시료 내 폴리프로필렌 수지 및 무기물 충전제에 대하여 비극성 유기 용매 용해도 차이를 이용함으로써 폴리프로필렌 수지만을 분리 정제할 수 있다.
상기 혼합용액은 폴리프로필렌계 복합재 시료 및 비극성 유기 용매를 1:10 내지 1:1000 중량비, 바람직하게는 1:20 내지 1:200 중량비, 더욱 바람직하게는 1:30 내지 1:100 중량비, 가장 바람직하게는 1:40 내지 1:50 중량비로 포함할 수 있다. 이때, 상기 비극성 유기 용매의 함량이 10 중량비 미만이면 상기 폴리프로필렌계 복합재 시료 내 폴리프로필렌 수지가 완전히 용해되지 않고 일부만 용해되어 정밀한 물성 분석에 악영향을 미칠 수 있고, 반대로 1000 중량비 초과이면 폴리프로필렌 수지의 수득량이 매우 낮아 물성 측정이 불가능할 수 있다.
상기 비극성 유기 용매 가용분을 분리하는 단계는 상기 혼합용액을 분리막에 통과시켜 비극성 유기 용매 가용분을 분리할 수 있는데, 상기 분리막을 통과하지 못한 비극성 유기 용매 불용분은 상기 분리막의 상단에 남게 된다. 상기 비극성 유기 용매 불용분은 비극성 유기 용매에 용해되지 않은 무기물 충전제일 수 있다.
상기 분리막은 기공 크기가 0.001 내지 6 mm, 바람직하게는 0.002 내지 3 mm, 더욱 바람직하게는 0.003 내지 0.1 mm, 가장 바람직하게는 0.005 내지 0.01 mm인 메쉬 또는 여과지를 사용할 수 있다. 상기 기공 크기가 0.001 mm 미만이면 비극성 유기 용매 가용분 내 함유된 폴리프로필렌 수지가 상기 분리막을 충분히 통과하지 못할 수 있고, 반대로 6 mm 초과이면 입자 크기가 작은 무기물 충전제가 상기 분리막을 통과함으로써 순수 폴리프로필렌 수지의 물성을 정밀하게 분석하는 것이 어려울 수 있다.
상기 폴리프로필렌 수지를 수득하는 단계는 상기 비극성 유기용매 가용분을 60 내지 120 ℃의 건조온도 및 0.001 내지 0.1 MPa의 건조압력에서 12 내지 168 시간, 바람직하게는 80 내지 110 ℃의 건조온도 및 0.001 내지 0.1 MPa의 건조압력에서 24 내지 96 시간, 가장 바람직하게는 95 내지 105 ℃의 건조온도 및 0.001 내지 0.1 MPa의 건조압력에서 48 내지 72 시간 동안 건조하여 상기 비극성 유기 용매를 증발시킬 수 있다. 이때, 상기 건조온도, 건조압력 및 건조시간 조건을 모두 만족하지 않는 경우 상기 수득된 폴리프로필렌 수지 내에 비극성 유기 용매가 남아있어 정밀한 용융지수 및 중량평균분자량 물성을 측정하는 것이 어려울 수 있다.
상기 폴리프로필렌 펠렛을 제조하는 단계는 상기 비극성 유기 용매에서 분말 형태로 추출된 폴리프로필렌 수지를 180 내지 220 ℃에서 1 내지 20분 동안 용융시키는 단계; 상기 용융된 폴리프로필렌 수지를 3 내지 5 MPa 의 압력 하에서 4 내지 6분 동안 가스 방출하여 시트 형태로 제조하는 단계; 상기 시트 형태의 폴리프로필렌 수지를 10 내지 15 ℃에서 4 내지 6분 동안 냉각시키는 단계; 및 상기 냉각된 폴리프로필렌 수지를 절단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
특히, 상기 폴리프로필렌 수지를 용융시키는 단계는 상기 비극성 유기 용매에서 분말 형태로 추출된 폴리프로필렌 수지를 180 내지 220 ℃에서 1 내지 20분, 바람직하게는 185 내지 210 ℃에서 2 내지 10분, 가장 바람직하게는 190 내지 195 ℃에서 4 내지 6분 동안 용융시킬 수 있다. 상기 열 압착 온도 및 시간 조건을 모두 만족하지 않을 경우 폴리프로필렌 수지의 용융 및 냉각 작업이 충분히 이루어지지 않을 수 있거나, 시트 형태로 제작된 폴리프로필렌 수지 내부에 존재하는 기포로 인하여 펠렛 작업에 어려움을 겪을 수 있다.
상기 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량을 측정하는 단계는 각각 멜트 인덱서(Melt Indexer) 및 GPC(Gel Permeation Chromatography)를 이용하여 측정할 수 있다. 상기 멜트 인덱서와 GPC를 이용한 ASTM D 1238 및 D6474법은 용융지수와 중량평균 분자량 결과의 정확도와 신뢰도가 높은 이점이 있다.
상기 폴리프로필렌 수지의 용융지수는 하기 수학식 1에 의해 연산할 수 있다.
[수학식 1]
Y=aX-b
(상기 수학식 1에서, Y는 폴리프로필렌계 복합재 내 순수 폴리프로필렌 수지의 용융지수(g/10min)(230 ℃, 2.16 kg 하중)이고, X는 비극성 유기 용매를 이용하여 측정된 폴리프로필렌 수지의 용융지수(g/10min)(230 ℃, 2.16 kg 하중)이고, a는 0.97 내지 1.2의 실수이고, b는 3.7 내지 6.7의 실수이다.)
바람직하게는 상기 수학식 1에서 a는 0.9912이고, b는 5.0282이다.
상기 수학식 1은 열 압착에 의해 야기되는 폴리프로필렌 수지의 일부 물성변화를 보완하기 위해 비극성 유기 용매를 측정된 수치들을 기반으로 a 및 b의 보정 수치를 적용하여 도출된 것일 수 있다.
상기 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량은 하기 수학식 2에 의해 연산할 수 있다.
[수학식 2]
Y=aX+b
(상기 수학식 2에서, Y는 폴리프로필렌계 복합재 내 순수 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량(g/mol)이고, X는 비극성 유기 용매를 이용하여 측정한 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량(g/mol)이고, a는 0.92 내지 0.95의 실수이고, b는 39,000 내지 75,000의 실수이다.)
바람직하게는 상기 수학식 2에서 a는 0.9378이고, b는 57,533이다.
상기 수학식 2는 상기한 바와 마찬가지로 열 압착에 의해 야기되는 폴리프로필렌 수지의 일부 물성변화를 보완하기 위해 비극성 유기 용매를 측정된 수치들을 기반으로 a 및 b의 보정 수치를 적용하여 도출된 것일 수 있다.
상기 수학식 1 및 2는 각각 보정 수치를 적용함으로써 폴리프로필렌 복합재 내 순수한 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량 물성을 도출할 수 있고, 정밀한 분석이 가능한 이점이 있다.
특히, 하기 실시예 또는 비교예 등에는 명시적으로 기재하지는 않았지만, 본 발명에 따른 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법은 하기 9가지 조건들을 달리하여 폴리프로필렌 수지의 물성을 분석하였다.
그 결과, 다른 조건 및 다른 수치 범위에서와는 달리, 아래 조건을 모두 만족하였을 때 폴리프로필렌 수지의 물성측정 결과에서 오차가 거의 발생하지 않았으며, 순수 폴리프로필렌 수지만 분리됨으로써 무기물 충전제로 인한 노이즈 발생이 거의 없어 정확도 및 정밀도가 우수한 물성 분석이 가능하였다.
① 상기 비극성 유기 용매는 자일렌이고, ② 상기 폴리프로필렌계 복합재는 폴리프로필렌 수지 및 무기물 충전제를 포함하고, ③ 상기 무기물 충전제는 유리섬유이고, ④ 상기 혼합용액은 폴리프로필렌계 복합재 시료 및 비극성 유기 용매를 1:40 내지 1:50 중량비로 포함하고, ⑤ 상기 분리막은 기공 크기가 0.005 내지 0.01 mm인 메쉬이고, ⑥ 상기 폴리프로필렌 수지를 수득하는 단계는 95 내지 105 ℃의 건조온도 및 0.001 내지 0.1 MPa의 건조압력에서 48 내지 72 시간 동안 수행하고, ⑦ 상기 폴리프로필렌 펠렛을 제조하는 단계는 상기 비극성 유기 용매에서 분말 형태로 추출된 폴리프로필렌 수지를 190 내지 195 ℃에서 4 내지 6분 동안 용융시키는 단계; 상기 용융된 폴리프로필렌 수지를 3 내지 5 MPa 의 압력 하에서 4 내지 6분 동안 가스 방출하여 시트 형태로 제조하는 단계; 상기 시트 형태의 폴리프로필렌 수지를 10 내지 15 ℃에서 4 내지 6분 동안 냉각시키는 단계; 및 상기 냉각된 폴리프로필렌 수지를 절단하는 단계;를 더 포함하고, ⑧ 상기 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량을 측정하는 단계는 멜트 인덱서(Melt Indexer) 및 GPC(Gel Permeation Chromatography)를 이용하여 측정하고, ⑨ 상기 폴리프로필렌 수지의 용융지수는 하기 수학식 1에 의해 연산하는 것이고, ⑩ 상기 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량은 하기 수학식 2에 의해 연산하는 것일 수 있다.
[수학식 1]
Y=aX-b
(상기 수학식 1에서, Y는 폴리프로필렌계 복합재 내 순수 폴리프로필렌 수지의 용융지수(g/10min)(230 ℃, 2.16 kg 하중)이고, X는 비극성 유기 용매를 이용하여 측정된 폴리프로필렌 수지의 용융지수(g/10min)(230 ℃, 2.16 kg 하중)이고, a는 0.97 내지 1.2의 실수이고, b는 3.7 내지 6.7의 실수이다.)
[수학식 2]
Y=aX+b
(상기 수학식 2에서, Y는 폴리프로필렌계 복합재 내 순수 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량(g/mol)이고, X는 비극성 유기 용매를 이용하여 측정한 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량(g/mol)이고, a는 0.92 내지 0.95의 실수이고, b는 39,000 내지 75,000의 실수이다.)
다만, 상기 9가지 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는 물성측정 결과에서 15% 이상의 상당한 오차가 발생하였고, 분리막을 통과한 무기물 충전제가 비극성 유기 용매 가용분에 불순물로 남아 순수 폴리프로필렌 수지의 정확한 물성 분석이 어려웠다.
한편, 본 발명은 폴리프로필렌계 복합재 시료 및 비극성 유기 용매를 포함하는 혼합용액을 분리막에 통과시켜 비극성 유기 용매 가용분을 분리하는 여과부; 상기 분리된 비극성 유기 용매 가용분 내 비극성 유기 용매를 증발시켜 폴리프로필렌 수지를 수득하는 건조부; 상기 수득된 폴리프로필렌 수지를 열 압착하여 폴리프로필렌 펠렛을 제조하는 성형부; 상기 형성된 폴리프로필렌 펠렛의 용융지수 및 중량평균분자량을 측정하는 측정부; 및 상기 측정된 용융지수 및 중량평균분자량을 이용하여 폴리프로필렌계 복합재 시료 내 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량을 연산하는 연산부;를 포함하는 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측장치를 제공한다.
상기 측정부는 각각 멜트 인덱서(Melt Indexer) 및 GPC를 이용하여 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량을 측정할 수 있다.
상기 폴리프로필렌 수지의 용융지수는 하기 수학식 1에 의해 연산할 수 있다.
[수학식 1]
Y=aX-b
(상기 수학식 1에서, Y는 폴리프로필렌계 복합재 내 순수 폴리프로필렌 수지의 용융지수(g/10min)(230 ℃, 2.16 kg 하중)이고, X는 비극성 유기 용매를 이용하여 측정된 폴리프로필렌 수지의 용융지수(g/10min)(230 ℃, 2.16 kg 하중)이고, a는 0.97 내지 1.2의 실수이고, b는 3.7 내지 6.7의 실수이다.)
상기 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량은 하기 수학식 2에 의해 연산할 수 있다.
[수학식 2]
Y=aX+b
(상기 수학식 2에서, Y는 폴리프로필렌계 복합재 내 순수 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량(g/mol)이고, X는 비극성 유기 용매를 이용하여 측정한 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량(g/mol)이고, a는 0.92 내지 0.95의 실수이고, b는 39,000 내지 75,000의 실수이다.)
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 6
하기 표 1과 같이 용융지수 및 중량평균분자량이 서로 다른 폴리프로필렌 수지 60 중량%와 섬유길이가 4 내지 7 mm인 유리섬유 40 중량%를 포함하는 폴리프로필렌 복합재 시료를 준비하였다. 상기 폴리프로필렌 복합재 시료에 자일렌(Xylene) 용매를 1:45 중량비로 혼합하고, 열환류 장치(heat reflux)로 가열하여 완전히 용해된 혼합용액을 제조하였다. 그 다음 상기 혼합용액을 기공 크기가 0.005 내지 0.01 mm인 메쉬 분리막에 통과시켜 하단 용기에서 자일렌 가용분을 분리하였다. 이때, 비극성 유기 용매에 용해되지 않은 무기물 충전제를 함유한 자일렌 불용분은 상기 분리막을 통과하지 못하고, 분리막 상단에 존재하였다.
그 다음 수득된 자일렌 가용분을 평평한 용기에 얇게 도포한 후, 0.001 내지 0.1 MPa의 건조압력에서 100 ℃의 온도 및 72 시간 동안 건조하여 비극성 유기 용매를 완전히 증발시켜 용기 내 순수한 폴리프로필렌 수지를 수득하였다. 그런 다음 수득된 폴리프로필렌 수지를 열 압착기를 이용하여 190 ℃의 온도 및 5분 동안 용융시킨 후 3 내지 5 MPa 의 압력 하에서 5분 동안 가스 방출 작업을 진행한 후 10 내지 15 ℃의 냉각 조건 하에서 5분 동안 냉각 과정을 거쳐 시트 형태의 폴리프로필렌 수지를 제작하였다. 제작된 상기 폴리프로필렌 시트를 잘게 절단하여 폴리프로필렌 펠렛을 제작하였다. 그 다음 상기 폴리프로필렌 펠렛을 각각 멜트 인덱서(Melt Indexer) 및 GPC를 이용하여 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량을 측정하였다.
[수학식 2]
Y=aX+b
(상기 수학식 2에서, Y는 폴리프로필렌계 복합재 내 순수 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량(g/mol)이고, X는 비극성 유기 용매를 이용하여 측정한 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량(g/mol)이고, a는 0.9378이고, b는 57,533이다.)
실험예 1: 폴리프로필렌 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 용융지수 분석
상기 실시예 1 내지 6의 자일렌 추출법에 의해 수득된 폴리프로필렌 수지로부터 연산된 용융지수에 대해 순수 폴리프로필렌 수지와 비교하였고, 그 결과는 도 1 및 표 2에 나타내었다.
도 1은 순수 폴리프로필렌 수지의 용융지수와 상기 실시예 1 내지 6의 폴리프로필렌 수지로부터 연산된 용융지수에 대한 선형 관계를 나타낸 그래프이다.
상기 도 1 및 표 2의 결과에 의하면, 순수 폴리프로필렌 수지와 상기 실시예 1 내지 6의 자일렌 추출법에 의해 수득된 폴리프로필렌 수지에 대하여 각 용융지수를 비교하였을 때 그 수치가 유사하였고, 이들의 수치로부터 선형적인 관계를 도출할 수 있음을 확인하였다.
실험예 2: 폴리프로필렌 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량 분석
상기 실시예 1 내지 6의 자일렌 추출법에 의해 수득된 폴리프로필렌 수지로부터 연산된 중량평균분자량에 대해 순수 폴리프로필렌 수지와 비교하였고, 그 결과는 도 2 및 표 3에 나타내었다.
도 2는 순수 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량과 상기 실시예 1 내지 6의 폴리프로필렌 수지로부터 연산된 중량평균분자량에 대한 선형 관계를 나타낸 그래프이다.
상기 도 2 및 표 3의 결과에 의하면, 상기 실시예 1 내지 6의 경우 폴리프로필렌 복합재 내 순수 폴리프로필렌 수지와 자일렌 추출법에 의해 수득된 폴리프로필렌 수지에 대하여 각 중량평균분자량을 비교한 결과 그 수치가 유사하였고, 이들의 수치로부터 선형적인 관계를 도출할 수 있었다. 이러한 결과들을 통해 미지의 폴리프로필렌 복합재에 함유된 순수 폴리프로필렌 수지에 대하여 용융지수 및 중량평균분자량을 정밀하고 정확하게 예측할 수 있음을 알 수 있었다.
Claims (16)
- 비극성 유기 용매에 폴리프로필렌계 복합재 시료를 용해하여 혼합용액을 제조하는 단계;
상기 혼합용액을 분리막에 통과시켜 비극성 유기 용매 가용분을 분리하는 단계;
상기 비극성 유기 용매 가용분으로부터 비극성 유기 용매를 증발시켜 폴리프로필렌 수지를 수득하는 단계;
상기 폴리프로필렌 수지를 열 압착하여 펠렛을 제조하는 단계;
상기 펠렛을 이용하여 용융지수 및 중량평균분자량을 측정하는 단계; 및
상기 측정한 용융지수 및 중량평균분자량을 이용하여 폴리프로필렌계 복합재 시료 내 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량을 연산하는 단계;
를 포함하고,
상기 폴리프로필렌계 복합재는 폴리프로필렌 수지 및 무기물 충전제를 포함하고,
상기 폴리프로필렌 수지의 용융지수는 하기 수학식 1에 의해 연산하는 것이고,
상기 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량은 하기 수학식 2에 의해 연산하는 것인 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법.
[수학식 1]
Y=aX-b
(상기 수학식 1에서, Y는 폴리프로필렌계 복합재 내 순수 폴리프로필렌 수지의 용융지수(g/10min)(230 ℃, 2.16 kg 하중)이고, X는 비극성 유기 용매를 이용하여 측정된 폴리프로필렌 수지의 용융지수(g/10min)(230 ℃, 2.16 kg 하중)이고, a는 0.9912이고, b는 5.0282이다.)
[수학식 2]
Y=aX+b
(상기 수학식 2에서, Y는 폴리프로필렌계 복합재 내 순수 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량(g/mol)이고, X는 비극성 유기 용매를 이용하여 측정한 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량(g/mol)이고, a는 0.9378이고, b는 57,533이다.)
- 제1항에 있어서,
상기 비극성 유기 용매는 자일렌, 데칼린 및 테트랄린으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 무기물 충전제는 유리섬유, 탈크, 휘스커, 왈라스토나이트 및 이산화티타늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법.
- 제1항에 있어서,
상기 혼합용액은 폴리프로필렌계 복합재 시료 및 비극성 유기 용매를 1:10 내지 1:1000 중량비로 포함하는 것인 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법.
- 제1항에 있어서,
상기 분리막은 기공 크기가 0.001 내지 6 mm인 메쉬 또는 여과지인 것인 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리프로필렌 수지를 수득하는 단계는 60 내지 120 ℃의 건조온도 및 0.001 내지 0.1 MPa의 건조압력에서 12 내지 168 시간 동안 수행하는 것인 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리프로필렌 펠렛을 제조하는 단계는 상기 비극성 유기 용매에서 분말 형태로 추출된 폴리프로필렌 수지를 180 내지 220 ℃에서 1 내지 20분 동안 용융시키는 단계;
상기 용융된 폴리프로필렌 수지를 3 내지 5 MPa 의 압력 하에서 4 내지 6분 동안 가스 방출하여 시트 형태로 제조하는 단계;
상기 시트 형태의 폴리프로필렌 수지를 10 내지 15 ℃에서 4 내지 6분 동안 냉각시키는 단계; 및
상기 냉각된 폴리프로필렌 수지를 절단하는 단계;를 더 포함하는 것인 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량을 측정하는 단계는 각각 멜트 인덱서(Melt Indexer) 및 GPC(Gel Permeation Chromatography)를 이용하여 측정하는 것인 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 비극성 유기 용매는 자일렌이고,
상기 무기물 충전제는 유리섬유이고,
상기 혼합용액은 폴리프로필렌계 복합재 시료 및 비극성 유기 용매를 1:40 내지 1:50 중량비로 포함하고,
상기 분리막은 기공 크기가 0.005 내지 0.01 mm인 메쉬이고,
상기 폴리프로필렌 수지를 수득하는 단계는 95 내지 105 ℃의 건조온도 및 0.001 내지 0.1 MPa의 건조압력에서 48 내지 72 시간 동안 수행하고,
상기 폴리프로필렌 펠렛을 제조하는 단계는 상기 비극성 유기 용매에서 분말 형태로 추출된 폴리프로필렌 수지를 190 내지 195 ℃에서 4 내지 6분 동안 용융시키는 단계; 상기 용융된 폴리프로필렌 수지를 3 내지 5 MPa 의 압력 하에서 4 내지 6분 동안 가스 방출하여 시트 형태로 제조하는 단계; 상기 시트 형태의 폴리프로필렌 수지를 10 내지 15 ℃에서 4 내지 6분 동안 냉각시키는 단계; 및 상기 냉각된 폴리프로필렌 수지를 절단하는 단계;를 더 포함하고,
상기 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량을 측정하는 단계는 멜트 인덱서(Melt Indexer) 및 GPC(Gel Permeation Chromatography)를 이용하여 측정하는 것인 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측방법.
- 폴리프로필렌계 복합재 시료 및 비극성 유기 용매를 포함하는 혼합용액을 분리막에 통과시켜 비극성 유기 용매 가용분을 분리하는 여과부;
상기 분리된 비극성 유기 용매 가용분 내 비극성 유기 용매를 증발시켜 폴리프로필렌 수지를 수득하는 건조부;
상기 수득된 폴리프로필렌 수지를 열 압착하여 폴리프로필렌 펠렛을 제조하는 성형부;
상기 제조된 폴리프로필렌 펠렛의 용융지수 및 중량평균분자량을 측정하는 측정부; 및
상기 측정된 용융지수 및 중량평균분자량을 이용하여 폴리프로필렌계 복합재 시료 내 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량을 연산하는 연산부;
를 포함하고,
상기 폴리프로필렌계 복합재는 폴리프로필렌 수지 및 무기물 충전제를 포함하고,
상기 폴리프로필렌 수지의 용융지수는 하기 수학식 1에 의해 연산하는 것이고,
상기 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량은 하기 수학식 2에 의해 연산하는 것인 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측장치.
[수학식 1]
Y=aX-b
(상기 수학식 1에서, Y는 폴리프로필렌계 복합재 내 순수 폴리프로필렌 수지의 용융지수(g/10min)(230 ℃, 2.16 kg 하중)이고, X는 비극성 유기 용매를 이용하여 측정된 폴리프로필렌 수지의 용융지수(g/10min)(230 ℃, 2.16 kg 하중)이고, a는 0.9912이고, b는 5.0282이다.)
[수학식 2]
Y=aX+b
(상기 수학식 2에서, Y는 폴리프로필렌계 복합재 내 순수 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량(g/mol)이고, X는 비극성 유기 용매를 이용하여 측정한 폴리프로필렌 수지의 중량평균분자량(g/mol)이고, a는 0.9378이고, b는 57,533이다.)
- 제13항에 있어서,
상기 측정부는 멜트 인덱서(Melt Indexer) 및 GPC(Gel Permeation Chromatography)를 이용하여 폴리프로필렌 수지의 용융지수 및 중량평균분자량을 측정하는 것인 폴리프로필렌계 복합재 내 폴리프로필렌 수지의 물성 예측장치.
- 삭제
- 삭제
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