KR102644564B1 - 고충격 경량 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이를 이용한 자동차 내장재용 성형품 - Google Patents

고충격 경량 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이를 이용한 자동차 내장재용 성형품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고충격 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이를 이용한 자동차 내장재용 성형품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 판상형 무기충전제에 저비중의 섬유상 필러인 무기충전제를 특정 비율로 혼합함으로써 비중을 감소시켜 경량화한 동시에 기계적 강성, 내충격성 및 치수안정성이 우수한 고충격 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이를 이용한 자동차 내장재용 성형품에 관한 것이다.

Description

고충격 경량 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이를 이용한 자동차 내장재용 성형품{POLYPROPYLENE RESIN COMPOSITION HAVING HIGH IMPACT AND LIGHTWEIGHT AND MOLDED PRODUCT FOR AUTOMOBILE INTERIOR MATERIAL USING THE SAME}
본 발명은 우수한 기계적 강성 및 내충격성을 가지면서 동시에 경량화된 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이를 이용한 자동차 내장재용 성형품에 관한 것이다.
자동차의 내장재 부품에 사용되는 소재는 원가 절감 및 경량화 측면에서 최근 폴리프로필렌에 무기필러로 탈크를 첨가한 복합소재를 사용하는 사례가 크게 증가하였다. 그러나 이러한 소재는 물성 확보를 위해 고비중의 탈크를 포함하고 있어 소재의 함량이 증가되는 문제가 있다. 또한 제품의 신뢰성 확보를 위해 일정 이상의 두께가 요구되기 때문에 박막화 및 경량화를 달성하기 어려운 문제가 있다.
특히, 경량화의 측면에서 무셀(MuCell) 공법이나 화학발포 공법을 적용한 사례가 있으나, 외관 불량 및 성형이 어렵고 물성이 저하되는 문제가 있다. 종래 한국공개특허 제2011-0038134호에서는 합성수지 및 3차원 중공 구조(Microsphere)의 글래스 버블(Glass Bubble)을 포함하는 혼합물을 자동차용 플로어 매트에 적용하여 이를 경량화 시키는 기술이 개시되어 있다. 그러나 가공 상 글래스 버블의 파손을 방지하는 문제나 글래스 버블 및 합성수지와의 상용성 문제가 여전히 해결해야 하는 과제로 남아있다.
이러한 경량화를 위한 기존의 기술들은 충격 및 강성의 급격한 저하를 유발하여 상업적 활용 측면에서 기술적 난관이 크게 작용한다. 예컨대, 크래쉬 패드의 경우 자동차 충돌 시 충격을 견디기 위한 성능 확보를 위해 구조상 복잡한 보강이 요구되고, 두께를 두껍게 유지하여야 하기 때문에 경량화하기 어려운 문제가 있다.
따라서 고강성을 가지면서도 경량화를 구현할 수 있는 새로운 소재에 대한 기술개발이 절실히 요구된다.
한국공개특허 제2011-0038134호
상기와 같은 문제 해결을 위하여, 본 발명은 우수한 기계적 강성 및 내충격성을 가지면서 동시에 경량화된 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용한 자동차 내장재용 성형품을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명은 폴리프로필렌 수지 44~68 중량%; 폴리에틸렌 수지 5~10 중량%; 열가소성 탄성체 5~15 중량%; 무기충전제 7~20 중량%; 상용화제 8~12 중량%; 및 커플링제 4~6 중량%;를 포함하는 고강성 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공한다.
상기 폴리프로필렌 수지는 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체가 1:1.5~3 중량비로 혼합된 것일 수 있다.
상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체는 에틸렌 5~10 중량% 및 프로필렌 90~95 중량%가 공중합된 것일 수 있다.
상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체는 다분산 지수(polydispersity index, PDI)가 3~7인 것일 수 있다.
상기 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체는 에틸렌 15~55 중량% 및 프로필렌 45~85 중량%가 공중합된 것일 수 있다.
상기 폴리에틸렌 수지는 비중이 0.926~0.940이고, 용융지수가 5~20 g/10min (@ 190℃, 2.16kg)인 것일 수 있다.
상기 열가소성 탄성체는 에틸렌-프로필렌계 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔계 고무, 에틸렌-부텐계 고무, 에틸렌-옥텐계 고무 및 스티렌-부타디엔계 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
상기 무기충전제는 판상형 탈크, 판상형 마그네슘 및 섬유상 필러를 포함할 수 있다.
상기 무기충전제는 판상형 탈크, 판상형 마그네슘 및 섬유상 필러가 4:2:1 내지 12.5:5:1 중량비로 혼합된 것일 수 있다.
상기 판상형 탈크는 평균 장축길이가 5~10 ㎛이고, 평균 두께가 0.5~1 ㎛이며, 하기 수학식 1을 만족하는 종횡비가 5 이상인 것일 수 있다.
[수학식 1]
종횡비= 입자의 평균 장축길이/ 평균 두께
상기 판상형 마그네슘은 평균 장축길이가 3~5 ㎛이고, 평균 두께가 0.06~0.1 ㎛이며, 하기 수학식 1을 만족하는 종횡비가 30 이상인 것인 것일 수 있다.
[수학식 1]
종횡비= 입자의 평균 장축길이/ 평균 두께
상기 섬유상 필러는 수산화마그네슘, 마그네슘옥시설페이트, 티타늄옥사이드 및 산화칼륨으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
상기 섬유상 필러는 비중이 2.2~2.5 이고, 평균 섬유길이가 15~20 ㎛이며, 하기 수학식 2를 만족하는 단면의 종횡비가 30~50인 것일 수 있다.
[수학식 2]
단면의 종횡비= 단면의 최장축 섬유직경/ 단면의 최단축 섬유직경
상기 상용화제는 폴리올레핀계 상용화제인 것일 수 있다.
상기 상용화제는 비중이 0.7~0.9이고, 용융지수가 3~5 g/10min (@ 230℃, 2.16kg)인 것일 수 있다.
상기 커플링제는 변성 엘라스토머 수지인 것일 수 있다.
한편, 본 발명은 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용한 자동차 내장재용 성형품을 제공한다.
상기 자동차 내장재용 성형품은 내장용 필라트림, 내장용 도어트림, 글로브박스, 콘솔 및 크래쉬 패드로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 폴리프로필렌 수지 조성물은 판상형 무기충전제에 저비중의 섬유상 필러 무기충전제를 특정 비율로 혼합함으로써 비중을 감소시켜 경량화할 수 있으며, 동시에 우수한 기계적 강성, 내충격성 및 치수안정성을 가질 수 있다.
또한 본 발명에 따른 자동차 내장재용 성형품은 우수한 기계적 강성 및 내충격성에 의해 제품 파손 시 날카로운 모서리의 발생률을 낮출 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
앞서 설명한 바와 같이, 기존의 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용한 사출품은 고비중의 탈크를 포함하고 있어 충격강도는 우수한 반면에 소재의 함량 증가로 경량화가 어려운 문제가 있다.
본 발명에서는 이러한 문제 해결을 위해 비중이 상대적으로 높은 입자상의 무기충전제 대신 판상형 무기충전제에 저비중의 섬유상 필러를 특정 비율로 혼합한 폴리프로필렌 수지 조성물 제조하였다. 그로 인해 본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물은 비중을 감소시켜 경량화할 수 있으며, 동시에 우수한 기계적 강성 및 내충격성을 가질 수 있다. 또한 에틸렌 함유량이 서로 다른 2종의 에틸렌-프로필렌 공중합체를 특정 비율로 혼합한 폴리프로필렌 수지를 혼합함으로써 특히 상온 및 저온에서의 내충격성과 저수축 및 배향성 제어를 통해 치수안정성을 향상시킬 수 있다. 아울러, 본 발명에 따른 자동차 내장재용 성형품은 우수한 기계적 강성 및 내충격성에 의해 제품 파손 시 날카로운 모서리의 발생률을 낮출 수 있다.
본 발명은 고충격 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이를 이용한 자동차 내장재용 성형품에 관한 것이다.
보다 상세하게는 본 발명의 고강성 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물은 폴리프로필렌 수지 44~68 중량%; 폴리에틸렌 수지 5~10 중량%; 열가소성 탄성체 5~15 중량%; 무기충전제 7~20 중량%; 상용화제 8~12 중량%; 및 커플링제 4~6 중량%;를 포함한다. 본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물은 비중이 0.94~1인 것일 수 있다.
이하에서 본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물을 구성하는 각 성분을 구체적으로 설명하겠다.
(A) 폴리프로필렌 수지
상기 폴리프로필렌 수지는 상온 및 저온에서의 내충격성과 강성을 향상시키기 위해 에틸렌의 함량이 서로 다른 2종의 에틸렌-프로필렌 공중합체가 혼합된 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 폴리프로필렌 수지는 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체가 1:1.5~3 중량비로 혼합된 것일 수 있다. 상기 2종의 에틸렌-프로필렌 공중합체의 중량비가 상기 범위 미만이면 기계적 강성은 우수하나 내충격성이 낮아지고, 수축이 심하게 발생할 수 있다. 반대로 상기 2종의 에틸렌-프로필렌 공중합체의 중량비가 상기 범위 초과이면 내충격성은 우수하나, 기계적 강성 및 내열 특성이 저하될 수 있다. 바람직하게는 상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체가 1: 2.1~2.8 중량비로 혼합된 것일 수 있다.
상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체는 에틸렌 5~10 중량% 및 프로필렌 90~95 중량%가 공중합된 것일 수 있다. 특히 상기 에틸렌의 함량이 5 중량% 미만이면 내충격성이 저하될 수 있다. 반대로 상기 에틸렌의 함량이 10 중량% 초과이면 기계적 강성이 저하될 수 있다.
상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체는 다분산 지수(polydispersity index, PDI)가 3~7인 것일 수 있다. 여기서, 다분산지수는 Mw/Mn을 의미하는 것으로 그 값이 1에 가까울수록 단분산(monodisperse)을 의미한다. 상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체의 다분산 지수가 3 미만이면 고분자량의 영역이 작아 기계적 물성이 저하될 수 있다. 반대로 상기 다분산 지수가 7 초과이면 저분자량의 영역이 커져 내충격성이 저하될 수 있다. 바람직하게는 상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체는 다분산 지수가 4~5인 것일 수 있다. 상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체는 상기 폴리프로필렌 수지 조성물에 우수한 기계적 물성을 부여하고, 성형성을 향상시키기 위해 혼합될 수 있다.
상기 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체는 에틸렌 15~55 중량% 및 프로필렌 45~85 중량%가 공중합된 것일 수 있다. 상기 에틸렌의 함량이 15 중량% 미만이면 내충격성을 보강하는 효과를 기대할 수 없다. 반대로 상기 에틸렌의 함량이 55 중량% 초과이면 기계적 강성이 크게 저하될 수 있다.
상기 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체는 23℃, 50% 습도 조건에서 48시간 동안 에이징(aging)한 전후에 1.0% 이하의 수축율을 가지는 것일 수 있다. 상기 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체는 낮은 수축율로 인해 상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체와 특정 비율로 혼합되어 온도변화에 따른 낮은 변형율을 나타내어 치수안정성을 부여할 수 있다.
상기 폴리프로필렌은 상기 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 44~68 중량%를 포함할 수 있다. 이때, 상기 폴리프로필렌의 함량이 44 중량% 미만이면 기계적 강성 및 내충격성이 저하될 수 있다. 반대로 상기 폴리프로필렌의 함량이 68 중량% 초과이면 다른 성분의 혼합에 의한 물성 향상을 기대할 수 없다.
(B) 폴리에틸렌 수지
상기 폴리에틸렌 수지는 상기 폴리프로필렌 수지 조성물에 일정 이상의 강도 유지와 충격특성의 보강을 위해 비중이 0.926~0.940이고, 용융지수가 5~20 g/10min (@ 190℃, 2.16kg)인 것을 포함할 수 있다. 이때, 상기 폴리에틸렌 수지의 용융지수가 5 g/10min 미만이면 가공성이 저하되며 폴리프로필렌 수지 내에서 분산이 잘 안될 수 있다. 반대로 상기 폴리에틸렌 수지의 용융지수가 20 g/10min 초과이면 내충격성 향상 효과를 기대할 수 없다. 바람직하게는 상기 폴리에틸렌 수지는 용융지수가 7~15 g/10min (@ 190℃, 2.16kg)인 것일 수 있다.
상기 폴리에틸렌 수지는 상기 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 5~10 중량%를 포함할 수 있다. 이때, 상기 폴리에틸렌 수지의 함량이 5 중량% 미만이면 강도 및 충격특성이 저하될 수 있다. 반대로 상기 폴리에틸렌 수지의 함량이 10 중량% 초과이면 기계적 강성과 열변형 온도가 크게 저하될 수 있다.
(C) 열가소성 탄성체
상기 열가소성 탄성체는 상대적으로 고밀도를 가져 우수한 강성으로 상기 폴리프로필렌 수지 조성물에 내스크래치성 및 열정 안정성을 향상시킬 수 있다. 상기 열가소성 탄성체는 비중이 0.87 이상이며, 유리전이온도가 -60 ℃ 이하인 것일 수 있다. 특히 낮은 유리전이온도로 인해 저온에서 우수한 충격강도를 가질 수 있다.
상기 열가소성 탄성체의 구체적인 예로는 에틸렌-프로필렌계 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔계 고무, 에틸렌-부텐계 고무, 에틸렌-옥텐계 고무 및 스티렌-부타디엔계 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
상기 열가소성 탄성체는 상기 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 5~15 중량%를 포함할 수 있다. 이때, 상기 열가소성 탄성체의 함량이 5 중량% 미만이면 기계적 강성, 열적 안정성 및 내스크래치성이 저하될 수 있다. 반대로 상기 열가소성 탄성체의 함량이 15 중량% 초과이면 강성 및 상온에서의 내충격성은 우수하나, 저온에서의 내충격성이 저하되어 자동자 내장재용 성형품에 적용하는 것이 부적합할 수 있다.
(D) 무기충전제
상기 무기충전제는 판상형 탈크, 판상형 마그네슘 및 섬유상 필러를 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 무기충전제는 판상형 탈크, 판상형 마그네슘 및 섬유상 필러가 4:2:1 내지 12.5:5:1 중량비로 혼합된 것일 수 있다. 이때, 상기 판상형 탈크 및 판상형 마그네슘이 4:2 중량비를 벗어나면 내스크래치성과 내열성이 저하될 수 있다. 반대로 상기 판상형 탈크 및 판상형 마그네슘이 12.5:5 중량비를 벗어나면 내충격성이 저하될 수 있다. 아울러, 상기 판상형 마그네슘 및 섬유상 필러가 2:1 중량비를 벗어나면 내충격성이 크게 저하될 수 있다. 반대로, 상기 판상형 마그네슘 및 섬유상 필러가 5:1 중량비를 벗어나면 기계적 강성 향상을 기대하기 어렵다.
상기 판상형 탈크는 기존의 입자형 탈크에 비해 종횡비가 커서 기계적 강성을 향상시키는 이점이 있다. 구체적으로 상기 판상형 탈크는 비중이 2.6~2.9 이고, 평균 장축길이가 5~10 ㎛이고, 평균 두께가 0.5~1 ㎛이며, 하기 수학식 1을 만족하는 종횡비가 5 이상인 것일 수 있다.
[수학식 1]
종횡비= 입자의 평균 장축길이/ 평균 두께
상기 판상형 마그네슘은 상기 판상형 탈크와 유사하게 종횡비가 커서 기계적 강성을 향상시키는 이점이 있다. 구체적으로 판상형 마그네슘은 비중이 2.2~2.5 이고, 평균 장축길이가 3~5 ㎛이고, 평균 두께가 0.06~0.1 ㎛이며, 하기 수학식 1을 만족하는 종횡비가 30 이상인 것인 것일 수 있다.
[수학식 1]
종횡비= 입자의 평균 장축길이/ 평균 두께
상기 섬유상 필러는 비중이 상대적으로 낮으면서도 강성이 우수한 특성이 있다. 이러한 특성으로 상기 섬유상 필러는 상기 판상형의 무기충전제와 혼합하면 기계적 강성 및 내충격성을 향상시키면서 경량화를 부여하는 효과가 있다. 구체적으로 상기 섬유상 필러는 수산화마그네슘, 마그네슘옥시설페이트, 티타늄옥사이드 및 산화칼륨으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다. 상기 섬유상 필러는 비중이 2.2~2.5 이고, 평균 섬유길이가 15~20 ㎛이며, 하기 수학식 2를 만족하는 단면의 종횡비가 30~50인 것일 수 있다.
[수학식 2]
단면의 종횡비= 단면의 최장축 섬유직경/단면의 최단축 섬유직경
상기 무기충전제는 상기 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 7~20 중량%를 포함할 수 있다. 이때, 상기 무기충전제의 함량이 7 중량% 미만이면 향상된 기계적 강성 효과를 기대할 수 없다. 반대로 상기 무기충전제의 함량이 20 중량% 초과이면 내충격성이 크게 저하될 수 있다.
(E) 상용화제
상기 상용화제는 폴리올레핀계 상용화제인 것일 수 있다. 상기 상용화제는 상기 폴리프로필렌 수지와 다른 수지들 간의 상용성을 증대시키기 위해 포함될 수 있다. 상기 상용화제는 비중이 0.7~0.9이고, 용융지수가 3~5 g/10min (@ 230℃, 2.16kg)인 것일 수 있다. 상기 상용화제의 용융지수가 3 g/10min 미만이면 상용성 효과를 기대할 수 없고, 반대로 5 g/10min 초과이면 기계적 강성이 크게 저하될 수 있다.
상기 상용화제는 상기 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 8~12 중량%를 포함할 수 있다. 이때, 상기 상용화제의 함량이 8 중량% 미만이면 폴리프로필렌 수지 조성물에 포함된 수지 간의 계면접착력 및 분산 효율이 떨어질 수 있다. 반대로 상기 상용화제의 함량이 12 중량% 초과이면 기계적 강성, 치수 안정성 및 표면 품질이 저하될 수 있다.
(F) 커플링제
상기 커플링제는 상기 폴리프로필렌 수지 조성물에 포함된 수지와 무기충전제와의 상용성을 향상시키고, 기계적 강성 및 내충격성을 향상시키기 위해 포함될 수 있다.
상기 커플링제로는 엘라스토머의 주쇄나 말단에 무기충전제와 반응성이 잇는 반응기를 포함하는 변성 엘라스토머 수지인 것일 수 있다. 상기 반응기로는 말레산, 무수말레산, 카르복실산, 히드록실기, 비닐아세테이트, 글리시딜메타크릴레이트, 비닐옥사졸린 및 아크릴산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다. 상기 변성 엘라스토머 수지는 측쇄에 반응기 1~3 중량%를 포함할 수 있다. 상기 측쇄의 반응기 함량이 1 중량% 미만이면 상용성이 저하되어 물성이 감소할 수 있다. 또한 반응기의 치환량이 작아 수지와 무기충전제간의 계면접착력 및 분산 효율이 현저히 저하될 수 있다. 반대로 상기 측쇄의 반응기 함량이 3 중량% 초과이면 강성 증가 효과가 미미하며, 기대 효과 대비 제조 단가가 높아 실용성이 떨어질 수 있다.
상기 커플링제는 상기 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 4~6 중량%를 포함할 수 있다. 이때, 상기 커플링제의 함량이 4 중량% 미만이면 상용성 효과를 기대할 수 없고, 반대로 6 중량% 초과이면 기계적 강성이 크게 저하될 수 있다.
한편, 본 발명은 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용한 자동차 내장재용 성형품을 제공한다. 상기 자동차 내장재용 성형품은 비중이 0.94~1인 것일 수 있다.
상기 자동차 내장재용 성형품은 넓이 및 두께 등의 3차원 구조가 복잡한 부품이나, 높은 수준의 강성, 내충격성, 내열성, 치수안정성 및 경량성이 요구되는 자동차 부품에 적용할 수 있다. 구체적으로 상기 자동차 내장재용 성형품은 내장용 필라트림, 내장용 도어트림, 글로브박스, 콘솔 및 크래쉬 패드로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것일 수 있다. 특히, 상기 크래쉬 패드에 상기 폴리프로필렌 수지 조성물을 적용할 경우 조수석 에어백(Passenger Airbag) 또는 운전자 에어백(Driver Airbag)과 같은 인비저블(Invisible Airbag)의 전개 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 충격성능 향상으로 인해 헤드 임팩트(Head Impact) 시험에서 날카로운 모서리의 발생률을 낮출 수 있으며, 경량화에 의해 연비 성능을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~5 및 비교예 1~20
하기 표 1, 2에 나타낸 성분 및 혼합비율로 통상의 방법에 의해 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조하였다.
[구성성분]
(A) 폴리프로필렌 수지
(A-1) 에틸렌 함량 8 중량%이고, PDI가 4~5인 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체
(A-2) 에틸렌 함량 16 중량%이고, 수축률이 1.0%인 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체
(B) 폴리에틸렌 수지 수지: 비중이 0.938 이고, 용융지수가 15 g/10min (@ 190℃, 2.16kg)인 폴리에틸렌 수지
(C) 열가소성 탄성체: 비중이 0.87이고, 유리전이온도가 -60 °인 에틸렌-옥텐 고무
(D) 무기충전제
(D-1) 비중이 2.7 이고, 평균 장축길이가 7 ㎛이고, 평균 두께가 0.8 ㎛이며, 평균 장축길이/평균 두께에 대한 종횡비가 8.75인 판상형 탈크
(D-2) 비중이 2.3 이고, 평균 장축길이가 3 ㎛이고, 평균 두께가 0.075 ㎛이며, 평균 장축길이/평균 두께에 대한 종횡비가 40인 판상형 마그네슘
(D-3) 섬유상 필러인 마그네슘옥시설포네이트 (비중이 2.3 이고, 평균 섬유길이가 20 ㎛이고, 섬유단면의 최장축 섬유직경/최단축 섬유직경에 대한 종횡비가 40임)
(E) 상용화제: 비중이 0.875이고, 용융지수가 용융지수가 4 g/10min (@ 230℃, 2.16kg)인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체
(F) 커플링제: 변성 엘라스토머 수지
실험예 1: 물성평가
상기 실시예 1~5 및 비교예 1~20에서 제조된 폴리프로필렌 수지 조성물의 압출물을 사출성형하여 각각의 ASTM 규격에 준하는 시편을 제조하였다. 그 다음 하기와 같은 방법으로 측정하였다. 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
[물성측정 방법]
(1) 비중(g/㎤): 실시예 1~5 및 비교예 1~20에서 제조한 시편의 비중을 ASTM D 792에 의하여 측정하였다.
(2) 인장강도(Kgf/cm2): 실시예 1~5 및 비교예 1~20에서 제조한 시편의 인장강도를 23℃에서 ASTM D 638을 이용하여 측정하였다. 측정 시, 하중 인가 속도는 50mm/min, 시편 타입은 ASTM 638 의 TYPE-I을 사용하였다.
(3) 굴곡탄성율 (Kgf/cm2): 실시예 1~5 및 비교예 1~20에서 제조한 시편의 굴곡 탄성율을 속도 10 ㎜/min의 조건하에서 ASTM D 790을 이용하여 측정하였다. 측정 시, 시편의 두께는 6.4 mm 이며, 지지대 Span 거리는 50 mm 이였다.
(4) 아이조드 충격 강도 (Kgfcm/cm): 실시예 1~5 및 비교예 1~20에서 제조한 시편을 Notch 내에서 ASTM D 256에 의하여 상온(23℃) 및 -10℃의 온도에서 각각 측정하였다. 또한, 측정시의 시편의 파손여부도 확인하였다.
(5) 열변형 온도(℃): 실시예 1~5 및 비교예 1~20에서 제조한 6.4mm 두께의 시편을 4.6 kgf/cm2의 하중에서, ASTM D 648을 이용하여 측정하였다.
(6) 변형: 실시예 1~5 및 비교예 1~20의 시편(300 mm x 100 mm x 2 m)을 사출 성형하고 48시간이 지난 후에 시편의 뒤틀림 정도를 평가하였다. 구체적으로 X축과 Y축의 길이로 나타내어지는 단면적과 Z축 길이(두께)를 갖는 시편에 있어서 상기 단면적을 기준으로 Z축 방향에서 가장 높은 지점과 가장 낮은 지점의 길이를 측정하였다.
상기 표 3의 결과에 의하면, 상기 실시예 1 내지 5에서는 비중이 약 0.96 이하로 낮아 경량화를 구현할 수 있으며, 자동차의 내장재 부품에 적용할 수 있는 우수한 인장강도, 굴곡탄성율, 충격강도 및 치수안정성 등의 물성특성을 갖는 것을 확인하였다. 이를 통해, 상기 실시예 1 내지 5의 폴리프로필렌 수지 조성물은 고충격 및 경량화를 달성하는 동시에 210 Kgf/cm2 이상의 인장강도를 가져 크래쉬 패드와 같은 자동차 내장재용 부품에 적용하는데 유용함을 확인하였다.
이에 반해, 상기 비교예 1 내지 20에서는 비중은 낮게 유지되었으나 인장강도, 굴곡탄성율, 충격강도 등의 물성 특성이 고르게 우수하지 못한 것을 확인하였다. 특히, 충격강도 측정 시 부품이 파손되어 자동차 내장재용 부품으로 요구되는 물성 수준에 부적합한 것을 확인하였다.
실험예 2: 에어백 전개
상기 실시예 1~2 및 비교예 11~12에서 제조된 폴리프로필렌 수지 조성물의 압출물을 사출성형하여 각각의 ASTM 규격에 준하는 시편을 제조하였다. 그 다음 하기와 같은 방법으로 측정하였다.
[평가방법]
조수석 에어백 전개 시험(Passenger Airbag Deployment): 자동차용 크래쉬 패드 소재로 적용하기 위하여, 에어백 전개 시험을 수행하였다. 에어백 전개시험은 현대자동차 ES84500-13(Passenger Airbag Invisible Door Performance specification)에 의거하여, 실시예 1~5 및 비교예 1~20를 각각 적용하여 제조된 크래쉬 패드에 조수석 에어백(PAB, Passenger Airbag) 모듈을 장착하고, 상온(21 ℃), 저온(-35 ℃), 및 고온(85 ℃) 조건에서 인플레이터 뇌관에 전기적 신호를 가하여 폭발시켜, 상기 에어백이 크래쉬 패드에 의도적으로 홈을 파놓은 심라인(Seam line) 쪽으로 찢고 나와 전개되는지 여부, 에어백 전개 시 크래쉬 패드 조각이 비산하는지 여부를 확인하여 합격(Pass) 및 불합격(Fail)으로 평가하였다.
그 결과, 상기 실시예 1 및 2는 굴곡탄성율과 충격강도의 균형이 우수하여 조수석 에어백(Airbag) 전개 시험에서 모두 합격(Pass) 판정을 받았다.
이에 반해, 상기 비교예 11은 강성이 부족하여 과도한 변위로 인해 주변 부품이 이탈하는 현상이 발생하였다. 또한 상기 비교예 12의 경우 부품 물성이 너무 딱딱하여 부품이 부서지고 날카로운 부분(sharp edge)과 파편이 발생하였다. 즉, 상기 비교예 11 및 12는 모두 최종 불합격(Fail) 판정을 받았다.
이를 통해, 굴곡탄성율이 적어도 20,000 kgf/cm2 이상을 가지며, 충격강도 시험 시 파손이 발생하지 않아 조수석 에어백(Airbag) 전개 시험에서 요구되는 물성수준에 적합한 폴리프로필렌 수지 조성물임을 확인하였다.

Claims (18)

  1. 폴리프로필렌 수지 44~68 중량%;
    폴리에틸렌 수지 5~10 중량%;
    열가소성 탄성체 5~15 중량%;
    무기충전제 7~20 중량%;
    상용화제 8~12 중량%; 및
    커플링제 4~6 중량%;
    를 포함하고,
    상기 무기충전제는 판상형 탈크, 판상형 마그네슘 및 섬유상 필러가 4:2:1 내지 12.5:5:1 중량비로 혼합된 것인 고강성 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌 수지는 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체가 1:1.5~3 중량비로 혼합된 것인 고강성 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체는 에틸렌 5~10 중량% 및 프로필렌 90~95 중량%가 공중합된 것인 고강성 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체는 다분산 지수(polydispersity index, PDI)가 3~7인 것인 고강성 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체는 에틸렌 15~55 중량% 및 프로필렌 45~85 중량%가 공중합된 것인 고강성 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 수지는 비중이 0.926~0.940이고, 용융지수가 5~20 g/10min (@ 190℃, 2.16kg)인 것인 고강성 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 탄성체는 에틸렌-프로필렌계 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔계 고무, 에틸렌-부텐계 고무, 에틸렌-옥텐계 고무 및 스티렌-부타디엔계 고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 고강성 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 판상형 탈크는 평균 장축길이가 5~10 ㎛이고, 평균 두께가 0.5~1 ㎛이며, 하기 수학식 1을 만족하는 종횡비가 5 이상인 것인 고강성 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물.
    [수학식 1]
    종횡비= 입자의 평균 장축길이/ 평균 두께
  11. 제1항에 있어서,
    상기 판상형 마그네슘은 평균 장축길이가 3~5 ㎛이고, 평균 두께가 0.06~0.1 ㎛이며, 하기 수학식 1을 만족하는 종횡비가 30 이상인 것인 고강성 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물.
    [수학식 1]
    종횡비= 입자의 평균 장축길이/ 평균 두께
  12. 제1항에 있어서,
    상기 섬유상 필러는 수산화마그네슘, 마그네슘옥시설페이트, 티타늄옥사이드 및 산화칼륨으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 고강성 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 섬유상 필러는 비중이 2.2~2.5이고, 평균 섬유길이가 15~20 ㎛이며, 하기 수학식 2를 만족하는 단면의 종횡비가 30~50인 것인 고강성 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물.
    [수학식 2]
    단면의 종횡비= 단면의 최장축 섬유직경/ 단면의 최단축 섬유직경
  14. 제1항에 있어서,
    상기 상용화제는 폴리올레핀계 상용화제인 것인 고강성 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 상용화제는 비중이 0.7~0.9이고, 용융지수가 3~5 g/10min (@ 230℃, 2.16kg)인 것인 고강성 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 커플링제는 변성 엘라스토머 수지인 것인 고강성 및 경량 폴리프로필렌 수지 조성물.
  17. 제1항의 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용한 자동차 내장재용 성형품.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 자동차 내장재용 성형품은 내장용 필라트림, 내장용 도어트림, 글로브박스, 콘솔 및 크래쉬 패드로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것인 자동차 내장재용 성형품.
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