KR102654493B1 - Thermoplastic resin composition comprising fiber network structure and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면은, 섬유 현탁액과 고분자 수지를 혼합하여 수분산액을 얻는 단계; 상기 수분산액을 건조하여 함수율이 20중량% 이하인 제1 중간물을 얻는 단계; 상기 제1 중간물을 용융 혼련하여 제2 중간물을 얻는 단계; 및 상기 제2 중간물을 건조하여 함수율이 3중량% 이하인 제3 중간물을 얻는 단계;를 포함하는 열가소성 수지 조성물의 제조방법과, 3차원 망상 구조를 형성한 섬유; 및 상기 망상 구조에 침투한 고분자 수지 연속상 매트릭스;를 포함하고, 함수율이 3중량% 이하인, 열가소성 수지 조성물을 제공한다.One aspect of the present invention includes the steps of mixing a fiber suspension and a polymer resin to obtain an aqueous dispersion; Obtaining a first intermediate having a moisture content of 20% by weight or less by drying the aqueous dispersion; Melting and kneading the first intermediate to obtain a second intermediate; And drying the second intermediate to obtain a third intermediate having a water content of 3% by weight or less; a method for producing a thermoplastic resin composition comprising a fiber forming a three-dimensional network structure; and a continuous polymer resin matrix permeating the network structure. The thermoplastic resin composition includes a water content of 3% by weight or less.
Description
본 발명은 섬유 망상 구조를 포함하는 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는, 친환경 섬유 소재의 주수지에 대한 분산성, 상용성, 가공성을 개선함과 동시에 이를 성형하여 얻은 제품의 기계적 물성을 개선할 수 있는 섬유 망상 구조를 포함하는 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoplastic resin composition containing a fiber network structure and a method for manufacturing the same, and specifically, to improve the dispersibility, compatibility, and processability of the main resin of eco-friendly fiber materials, and at the same time to produce a product obtained by molding the same. It relates to a thermoplastic resin composition containing a fiber network structure that can improve mechanical properties.
셀룰로오스는 바이오매스로부터 얻을 수 있는 재생가능한 친환경 소재 중 하나이다. 특히 셀룰로오스 섬유는 대부분의 식물에서 절반 가까이 되는 중량분율을 가진다. 따라서 셀룰로오스 섬유를 열가소성 수지를 이용한 성형체의 보강재로서 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.Cellulose is one of the renewable, eco-friendly materials obtained from biomass. In particular, cellulose fibers account for nearly half of the weight fraction in most plants. Therefore, research is being actively conducted to apply cellulose fibers as reinforcing materials for molded products using thermoplastic resins.
저농도의 셀룰로오스에 고압 균질기 등을 이용하여 기계적 압력을 가하면 셀룰로오스 나노섬유가 분산된 섬유 현탁액을 얻을 수 있다. 셀룰로오스 나노섬유는 높은 종횡비와 그에 기인한 우수한 기계적 강도를 가지며, 열적으로 안정하여 경량 복합재를 만들기 위한 충전재로서 활용될 수 있다고 여겨지고 있다. By applying mechanical pressure to a low concentration of cellulose using a high-pressure homogenizer, a fiber suspension in which cellulose nanofibers are dispersed can be obtained. Cellulose nanofibers have a high aspect ratio and thus excellent mechanical strength, and are thermally stable, so it is believed that they can be used as fillers to make lightweight composites.
그러나 셀룰로오스 나노섬유는 섬유 현탁액 내부에서 물리적으로 강하게 얽혀 일종의 3차원 망상 구조를 형성하고 있다. 따라서 이를 건조하여 보강재로 사용 시 주수지 내부에서 분산되지 않고 응집되어 있는 문제가 있다. 그 결과 셀룰로오스 나노섬유를 분산시킨 수지 조성물은 용융점도가 과도하게 상승하여 충분한 가공성을 얻기 어렵다.However, cellulose nanofibers are strongly physically entangled inside the fiber suspension, forming a kind of three-dimensional network structure. Therefore, when dried and used as a reinforcing material, there is a problem in that it is not dispersed but aggregates within the main resin. As a result, the melt viscosity of the resin composition in which cellulose nanofibers are dispersed increases excessively, making it difficult to obtain sufficient processability.
또한 분산 균일성이 부족한 특성 상 셀룰로오스 나노섬유를 첨가하여 제조한 성형체는 부위별 기계적 강도의 변동이 커져 인장강도, 충격강도 등이 낮아지는 문제가 있다.In addition, due to the lack of uniformity in dispersion, molded bodies manufactured by adding cellulose nanofibers have the problem of lowering tensile strength and impact strength due to greater variation in mechanical strength for each part.
폴리올레핀 수지는 가장 일반적인 열가소성 고분자로 널리 사용되고 있다. 또한 폴리올레핀 수지 제품의 내충격성을 보완하기 위해 메탈로센 촉매를 사용하여 에틸렌과 저밀도 α-올레핀, 예를 들어, 1-옥텐 및/또는 1-부텐을 공중합한 폴리올레핀 엘라스토머(POE)와 이를 적용하거나 제조하기 위한 다양한 방안이 제안되고 있다.Polyolefin resin is widely used as the most common thermoplastic polymer. In addition, in order to supplement the impact resistance of polyolefin resin products, polyolefin elastomers (POE) are copolymerized with ethylene and low-density α-olefins, such as 1-octene and/or 1-butene, using a metallocene catalyst. Various methods for manufacturing are being proposed.
다만 본질적으로 소수성을 가지는 대다수의 폴리올레핀계 고분자의 특성 상 셀룰로오스 나노섬유의 적용 시 친화성이 부족하여 계면 박리, 상분리 현상 등이 발생하는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위하여 셀룰로오스 나노섬유를 개질하여 소수화시키는 기술이 제안된 바 있으나, 물리적으로 강하게 얽혀 있는 셀룰로오스 나노섬유의 특성 상 화학적 개질만으로는 분산성 개선에 한계가 있다.However, due to the nature of the majority of polyolefin-based polymers, which are inherently hydrophobic, there is a problem in that they lack affinity when applying cellulose nanofibers, resulting in interfacial peeling and phase separation phenomena. To solve this problem, a technology has been proposed to hydrophobize cellulose nanofibers by modifying them. However, due to the strongly physically entangled nature of cellulose nanofibers, there is a limit to improving dispersibility through chemical modification alone.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 친환경 섬유 소재의 주수지에 대한 분산성, 상용성, 가공성을 개선함과 동시에 이를 성형하여 얻은 제품의 기계적 물성을 개선할 수 있고, 제품의 생산성과 경제성에 기여할 수 있는 섬유-수지 마스터배치를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 제공하는 것이다.The present invention is intended to solve the problems of the prior art described above. The purpose of the present invention is to improve the dispersibility, compatibility, and processability of eco-friendly fiber materials in the main resin, and at the same time improve the mechanical properties of products obtained by molding them. The aim is to provide a thermoplastic resin composition containing a fiber-resin masterbatch that can contribute to product productivity and economic efficiency.
본 발명의 일 측면은, 섬유 현탁액과 고분자 수지를 혼합하여 수분산액을 얻는 단계; 상기 수분산액을 건조하여 함수율이 20중량% 이하인 제1 중간물을 얻는 단계; 상기 제1 중간물을 용융 혼련하여 제2 중간물을 얻는 단계; 및 상기 제2 중간물을 건조하여 함수율이 3중량% 이하인 제3 중간물을 얻는 단계;를 포함하는, 열가소성 수지 조성물의 제조방법을 제공한다.One aspect of the present invention includes the steps of mixing a fiber suspension and a polymer resin to obtain an aqueous dispersion; Obtaining a first intermediate having a moisture content of 20% by weight or less by drying the aqueous dispersion; Obtaining a second intermediate by melting and kneading the first intermediate; and drying the second intermediate to obtain a third intermediate having a moisture content of 3% by weight or less.
일 실시예에 있어서, 상기 섬유 현탁액은 하기 (i) 내지 (iv) 중 적어도 하나의 조건을 만족할 수 있다: (i) 고형분 함량 50중량% 이상; (ii) 열분해온도 300℃ 이상; (iii) 접촉각 110° 이상; (iv) 무기물 함량 30중량% 이하.In one embodiment, the fiber suspension may satisfy at least one of the following conditions (i) to (iv): (i) a solid content of 50% by weight or more; (ii) thermal decomposition temperature of 300°C or higher; (iii) contact angle greater than 110°; (iv) Inorganic content of 30% by weight or less.
일 실시예에 있어서, 상기 고분자 수지는 산가가 60~150mgKOH/g인 변성 폴리올레핀일 수 있다.In one embodiment, the polymer resin may be a modified polyolefin having an acid value of 60 to 150 mgKOH/g.
일 실시예에 있어서, 상기 수분산액을 얻는 단계 및 제1 중간물을 용융 혼련하는 단계 중 적어도 하나는 70~180℃에서 수행될 수 있다.In one embodiment, at least one of obtaining the aqueous dispersion and melt-kneading the first intermediate may be performed at 70 to 180°C.
일 실시예에 있어서, 상기 수분산액을 건조하는 단계 및 제2 중간물을 건조하는 단계 중 적어도 하나는 100℃ 이하에서 수행될 수 있다.In one embodiment, at least one of drying the aqueous dispersion and drying the second intermediate may be performed at 100°C or lower.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 중간물을 주수지 및 보강재를 포함하는 조성물과 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of mixing the third intermediate with a composition including a main resin and a reinforcing material may be further included.
본 발명의 다른 일 측면은, 3차원 망상 구조를 형성한 섬유; 및 상기 망상 구조에 침투한 고분자 수지 연속상 매트릭스;를 포함하고, 함수율이 3중량% 이하인, 열가소성 수지 조성물을 제공한다.Another aspect of the present invention is a fiber forming a three-dimensional network structure; and a continuous polymer resin matrix permeating the network structure. The thermoplastic resin composition includes a water content of 3% by weight or less.
일 실시예에 있어서, 상기 고분자 수지는 산가가 60~150mgKOH/g인 변성 폴리올레핀일 수 있다.In one embodiment, the polymer resin may be a modified polyolefin having an acid value of 60 to 150 mgKOH/g.
일 실시예에 있어서, 상기 섬유 및 고분자 수지의 중량비는 50~95 : 5~50일 수 있다.In one embodiment, the weight ratio of the fiber and polymer resin may be 50 to 95:5 to 50.
일 실시예에 있어서, 주수지; 및 보강재;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the main resin; And it may further include a reinforcing material.
본 발명의 일 측면에 따른 열가소성 수지 조성물은, 섬유 현탁액에 고분자를 침투시킨 후 탈수하여 제조한 섬유-수지 마스터배치와 그를 포함하는 복합소재에 대한 것으로, 친환경 섬유 소재의 주수지에 대한 분산성, 상용성, 가공성을 개선함과 동시에 이를 성형하여 얻은 제품의 기계적 물성을 개선할 수 있고, 제품의 생산성과 경제성에 기여할 수 있다.The thermoplastic resin composition according to one aspect of the present invention relates to a fiber-resin masterbatch prepared by infiltrating a polymer into a fiber suspension and then dehydrating it, and a composite material containing the same, including dispersibility in the main resin of the eco-friendly fiber material, In addition to improving compatibility and processability, the mechanical properties of products obtained by molding can be improved, contributing to product productivity and economic efficiency.
본 명세서의 일 측면의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 명세서의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effect of one aspect of the present specification is not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration described in the detailed description or claims of the present specification.
이하에서는 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected” to another part, this includes not only cases where it is “directly connected,” but also cases where it is “indirectly connected” with another member in between. . Additionally, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에 사용된 용어, "범용 플라스틱(commodity plastics)"은 일반적인 플라스틱의 물성을 가진 플라스틱을 의미한다. 본 명세서에 사용된 용어, "열가소성 엘라스토머"는 실온에서 고무의 성질, 즉, 탄성을 가지지만 고온에서는 가소화되어 각종 성형 가공이 가능한 고분자 재료를 의미한다. 예를 들어, 상기 열가소성 엘라스토머는 폴리스티렌계, 폴리올레핀계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계, 염화비닐계 및 이들 중 2 이상의 조합 또는 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As used herein, the term “commodity plastics” refers to plastics that have the physical properties of general plastics. As used herein, the term “thermoplastic elastomer” refers to a polymer material that has rubber-like properties, that is, elasticity, at room temperature, but is plasticized at high temperatures and can be subjected to various molding processes. For example, the thermoplastic elastomer may be one selected from the group consisting of polystyrene-based, polyolefin-based, polyurethane-based, polyester-based, vinyl chloride-based, and a combination or copolymer of two or more of these, but is not limited thereto.
본 명세서에 사용된 용어, "엔지니어링 플라스틱(engineering plastics)"은 범용 플라스틱의 최대 단점인 열적 성질과 기계적 강도를 보완하여 공학 소재(engineering material)에 적용할 수 있는 물성을 가지는 플라스틱을 의미하며, "슈퍼 엔지니어링 플라스틱(super-engineering plastics)"은 엔지니어링 플라스틱보다 열적 및 기계적 물성이 더욱 개선된 고기능성 플라스틱을 의미한다.As used herein, the term "engineering plastics" refers to plastics that have physical properties that can be applied to engineering materials by complementing the thermal properties and mechanical strength, which are the greatest disadvantages of general-purpose plastics. “Super-engineering plastics” refers to high-performance plastics with more improved thermal and mechanical properties than engineering plastics.
본 발명의 일 측면은, 섬유 현탁액과 고분자 수지를 혼합하여 수분산액을 얻는 단계; 상기 수분산액을 건조하여 함수율이 20중량% 이하인 제1 중간물을 얻는 단계; 상기 제1 중간물을 용융 혼련하여 제2 중간물을 얻는 단계; 및 상기 제2 중간물을 건조하여 함수율이 3중량% 이하인 제3 중간물을 얻는 단계;를 포함하는, 열가소성 수지 조성물의 제조방법을 제공한다.One aspect of the present invention includes the steps of mixing a fiber suspension and a polymer resin to obtain an aqueous dispersion; Obtaining a first intermediate having a moisture content of 20% by weight or less by drying the aqueous dispersion; Melting and kneading the first intermediate to obtain a second intermediate; and drying the second intermediate to obtain a third intermediate having a moisture content of 3% by weight or less.
상기 섬유는 열가소성 수지 조성물에서 기계적 물성, 내열성 등을 보강하기 위하여 첨가되는 보강재의 일종일 수 있다. 상기 섬유는, 예를 들어, 유리 섬유, 탄소 섬유, 셀룰로오스 섬유, 세라믹 섬유 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나, 바람직하게는, 셀룰로오스 섬유, 더 바람직하게는, 셀룰로오스 나노섬유를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The fiber may be a type of reinforcing material added to reinforce mechanical properties, heat resistance, etc. in a thermoplastic resin composition. The fiber includes, for example, one selected from the group consisting of glass fiber, carbon fiber, cellulose fiber, ceramic fiber and a combination of two or more thereof, preferably a cellulose fiber, more preferably a cellulose nanofiber. It may be, but is not limited to this.
셀룰로오스는 대다수의 식물에서 절반에 가까운 비율을 차지하고 있어 바이오매스로부터 풍부하게 얻을 수 있는 고분자 물질 중 하나이다. 셀룰로오스는 단위구조가 포함하는 수산기(-OH)를 통해 수소결합을 할 수 있어 우수한 기계적 강도와 탄성을 가질 수 있다. 특히 물 속에 분산된 셀룰로오스를 고압으로 처리하여 높은 전단력과 충격을 가하면 셀룰로오스 나노섬유를 제조할 수 있다.Cellulose accounts for close to half of most plants and is one of the polymer substances that can be obtained in abundance from biomass. Cellulose can form hydrogen bonds through the hydroxyl group (-OH) contained in the unit structure, so it can have excellent mechanical strength and elasticity. In particular, cellulose nanofibers can be manufactured by treating cellulose dispersed in water at high pressure and applying high shear force and impact.
예를 들어, 상기 섬유 현탁액이 셀룰로오스 섬유의 현탁액이면 펄프 등의 식물성 소재를 물리화학적으로 처리하여 셀룰로오스 나노섬유를 얻을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, if the fiber suspension is a suspension of cellulose fibers, cellulose nanofibers can be obtained by physicochemically treating vegetable materials such as pulp, but the method is not limited thereto.
또한 상기 섬유 현탁액은 화학적 방법에 의해 개질된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 필요에 따라 상기 섬유 현탁액은 실란커플링제 처리를 통한 소수화 등을 통해 목적하는 특성이 부여될 수도 있다.Additionally, the fiber suspension may be modified by a chemical method, but is not limited thereto. For example, if necessary, the fiber suspension may be given desired properties through hydrophobization through treatment with a silane coupling agent.
상기 섬유 현탁액은 물 등의 액체 중에 상기 섬유가 용해되지 않고 분산되어 있는 것일 수 있다. 상기 섬유 현탁액 내에서 상기 섬유는 3차원 망상 구조(network)를 형성할 수 있다.The fiber suspension may be one in which the fibers are dispersed without being dissolved in a liquid such as water. Within the fiber suspension, the fibers may form a three-dimensional network.
상기 섬유 현탁액은 하기 (i) 내지 (iv) 중 적어도 하나의 조건을 만족할 수 있다: (i) 고형분 함량 50중량% 이상; (ii) 열분해온도 300℃ 이상; (iii) 접촉각 110° 이상; (iv) 무기물 함량 30중량% 이하.The fiber suspension may satisfy at least one of the following conditions (i) to (iv): (i) solid content of 50% by weight or more; (ii) thermal decomposition temperature of 300°C or higher; (iii) contact angle greater than 110°; (iv) Inorganic content of 30% by weight or less.
상기 섬유 현탁액이 (i) 내지 (iv) 중 적어도 하나의 조건을 만족하면 상대적으로 섬유가 균일하게 분산된 제품을 제조하기 용이하나, 이러한 조건이 필수적인 것은 아니다.If the fiber suspension satisfies at least one of the conditions (i) to (iv), it is relatively easy to manufacture a product in which the fibers are uniformly dispersed, but these conditions are not essential.
(i) 50중량% 이상, 예를 들어, 50중량%, 52.5중량%, 55중량%, 57.5중량%, 60중량%, 62.5중량%, 65중량%, 67.5중량%, 70중량%, 72.5중량%, 75중량% 등 높은 고형분 함량을 가지는 섬유 현탁액은 필요에 따라 물을 첨가하여 전술한 3차원 망상 구조의 붕괴 없이 희석하여 사용할 수 있다. 반면 고형분 함량이 낮은 섬유 현탁액을 탈수하여 고형분 함량을 높이는 경우 3차원 망상 구조가 붕괴될 수 있으므로 고형분 함량이 높은 섬유 현탁액을 사용하는 것이 유리하다.(i) at least 50% by weight, such as 50% by weight, 52.5% by weight, 55% by weight, 57.5% by weight, 60% by weight, 62.5% by weight, 65% by weight, 67.5% by weight, 70% by weight, 72.5% by weight Fiber suspensions with high solids content, such as 75% by weight, can be diluted and used without collapse of the three-dimensional network structure described above by adding water as necessary. On the other hand, when a fiber suspension with a low solid content is dehydrated to increase the solid content, the three-dimensional network structure may collapse, so it is advantageous to use a fiber suspension with a high solid content.
(ii) 상기 섬유 현탁액의 열분해온도는 300℃ 이상, 예를 들어, 300℃, 305℃, 310℃, 315℃, 320℃, 325℃, 330℃, 335℃, 340℃, 345℃, 350℃, 355℃, 360℃, 365℃, 370℃, 375℃, 380℃, 385℃, 390℃, 395℃, 400℃ 등일 수 있다. 이러한 열분해온도는 TGA 분석, DSC 분석 등을 이용하여 측정할 수 있으며, 상기 섬유 현탁액의 조성에 따라 달라질 수 있다.(ii) The thermal decomposition temperature of the fiber suspension is 300°C or higher, for example, 300°C, 305°C, 310°C, 315°C, 320°C, 325°C, 330°C, 335°C, 340°C, 345°C, 350°C. , 355°C, 360°C, 365°C, 370°C, 375°C, 380°C, 385°C, 390°C, 395°C, 400°C, etc. This thermal decomposition temperature can be measured using TGA analysis, DSC analysis, etc., and may vary depending on the composition of the fiber suspension.
(iii) 상기 섬유 현탁액의 접촉각은 현탁액으로 제조된 필름의 접촉각을 의미하며, 섬유의 소수화도를 의미할 수 있다. 소수성을 가지는 주수지를 상기 섬유로 보강한 열가소성 수지 조성물을 제조하는 경우 접촉각이 큰 섬유 현탁액을 사용하면 보다 용이하게 섬유를 분산시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 섬유 현탁액의 접촉각이 110°, 111°, 112°, 113°, 114°, 115°, 116°, 117°, 118°, 119°, 120°, 125°, 130° 또는 그 이상인 것이 유리할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.(iii) The contact angle of the fiber suspension refers to the contact angle of the film made from the suspension, and may refer to the degree of hydrophobization of the fiber. When manufacturing a thermoplastic resin composition in which the hydrophobic main resin is reinforced with the above fibers, the fibers can be more easily dispersed by using a fiber suspension with a large contact angle. For example, the contact angle of the fiber suspension is 110°, 111°, 112°, 113°, 114°, 115°, 116°, 117°, 118°, 119°, 120°, 125°, 130° or It may be advantageous to have more than this, but it is not limited to this.
(iv) 상기 섬유 현탁액의 무기물 함량은 이산화티탄, 탄산칼슘, 산화아연 등 불순물의 함량을 의미할 수 있다. 예를 들어, 무기물 함량이 30중량% 이하, 27.5 중량% 이하, 25 중량% 이하, 22.5 중량% 이하, 20 중량% 이하, 17.5 중량% 이하, 15 중량% 이하, 12.5 중량% 이하, 10 중량% 이하인 것이 균일한 물성의 제품 제조에 유리할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.(iv) The mineral content of the fiber suspension may refer to the content of impurities such as titanium dioxide, calcium carbonate, and zinc oxide. For example, the inorganic content is 30% by weight or less, 27.5% by weight or less, 25% by weight or less, 22.5% by weight or less, 20% by weight or less, 17.5% by weight or less, 15% by weight or less, 12.5% by weight or less, 10% by weight or less. The values below may be advantageous for manufacturing products with uniform physical properties, but are not limited thereto.
상기 고분자 수지는 산가(acid value)가 60~150mgKOH/g인 변성 폴리올레핀일 수 있다.The polymer resin may be a modified polyolefin having an acid value of 60 to 150 mgKOH/g.
상기 변성 폴리올레핀은 주쇄가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머(interpolymer) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 α-올레핀은, 예를 들어, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 1-옥텐일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The modified polyolefin may have a main chain selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, ethylene/α-olefin interpolymer, and a combination of two or more thereof, but is not limited thereto. The α-olefin may be, for example, one selected from the group consisting of propylene, 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 1-heptene, 1-octene, and combinations of two or more thereof, preferably , 1-octene, but is not limited thereto.
상기 변성 폴리올레핀은 주쇄의 적어도 일부에 산 또는 그 무수물기(anhydride group)가 그라프트된 것이거나, 주쇄에 산 또는 그 무수물기가 직접 도입된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 변성 폴리올레핀은 아크릴산, 무수말레인산, 스티렌 무수말레인산 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나가 주쇄의 적어도 일부에 그라프트되거나 주쇄에 직접 도입된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 무수물기는 수분을 흡수하여 카르복실기(carboxyl group)으로 전환되어 친수성을 가질 수 있다.The modified polyolefin may be one in which an acid or an anhydride group thereof is grafted onto at least a portion of the main chain, or an acid or an anhydride group may be directly introduced into the main chain. For example, the modified polyolefin may be one selected from the group consisting of acrylic acid, maleic anhydride, styrene maleic anhydride, and a combination of two or more thereof grafted onto at least a portion of the main chain or directly introduced into the main chain, but is limited thereto. no. The anhydride group may absorb moisture and be converted to a carboxyl group to have hydrophilicity.
상기 산 또는 그 무수물기는 본질적으로 소수성인 폴리올레핀의 주쇄를 친수성으로 변성, 개질할 수 있다. 친수화된 상기 변성 폴리올레핀은 습윤 상태의 보강재, 예를 들어, 현탁액, 분산액 및/또는 에멀전 상태로 제공되는 보강재와 필요한 수준의 배합성, 분산성, 상용성을 가질 수 있고, 상기 변성 폴리올레핀과 상기 보강재를 포함하는 열가소성 수지 조성물의 가공성과 이로부터 제조된 성형체의 기계적 물성을 개선하는데 기여할 수 있다.The acid or its anhydride group can modify or modify the essentially hydrophobic main chain of polyolefin to be hydrophilic. The hydrophilized modified polyolefin may have the necessary level of compatibility, dispersibility, and compatibility with a reinforcing material in a wet state, for example, a reinforcing material provided in a suspension, dispersion, and/or emulsion state, and the modified polyolefin and the above It can contribute to improving the processability of thermoplastic resin compositions containing reinforcing materials and the mechanical properties of molded articles manufactured therefrom.
이러한 친수성의 정도는 상기 고분자 수지의 산가에 의해 측정될 수 있다. 산가란 고분자 수지에 부여된 산 또는 그 무수물기의 중화에 필요한 KOH의 양을 의미한다. 산가가 높을수록 고분자 수지에 산 또는 그 무수물기가 많이 부여된 것을 의미할 수 있다.The degree of hydrophilicity can be measured by the acid value of the polymer resin. Acid value refers to the amount of KOH required to neutralize the acid or anhydride group given to the polymer resin. A higher acid value may mean that more acid or anhydride groups are added to the polymer resin.
상기 고분자 수지의 산가는 60~150mgKOH/g, 바람직하게는 80~130 mgKOH/g, 더 바람직하게는 90~110mgKOH/g일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 산가가 과도하게 낮으면 고분자 수지와 섬유 간의 상호작용이 약화되어 고분자 수지의 섬유 망상 구조 내부로의 침투가 불충분할 수 있고, 산가가 과도하게 높으면 고분자 수지의 주쇄 간 가교로 인하여 섬유 망상 구조에 침투하는 것이 어려울 수 있다.The acid value of the polymer resin may be 60 to 150 mgKOH/g, preferably 80 to 130 mgKOH/g, and more preferably 90 to 110 mgKOH/g, but is not limited thereto. If the acid value is excessively low, the interaction between the polymer resin and the fiber may be weakened, which may result in insufficient penetration of the polymer resin into the fiber network structure. If the acid value is excessively high, the polymer resin may penetrate into the fiber network structure due to crosslinking between the main chains. It can be difficult to do.
상기 섬유 현탁액과 고분자 수지를 혼합함으로써 상기 섬유가 형성한 3차원 망상 구조의 내부에 고분자 수지가 침투하여 수분산액을 형성할 수 있다. 이러한 수분산액은 건조를 통해 수분이 제거되어도 망상 구조 내부에 침투한 고분자 수지에 의하여 그 형태를 유지할 수 있고, 우수한 분산성을 가질 수 있다.By mixing the fiber suspension and the polymer resin, the polymer resin can penetrate into the interior of the three-dimensional network structure formed by the fibers to form an aqueous dispersion. Even if moisture is removed through drying, this aqueous dispersion can maintain its shape and have excellent dispersibility due to the polymer resin penetrating into the network structure.
섬유 망상 구조에 고분자 수지가 침투한 수분산액은 함수율 20중량% 이하, 바람직하게는, 10~20중량%가 되도록 건조될 수 있다. 이와 같이 1차적으로 건조된 제1 중간물에서는 수분에 제거되어 고분자 수지가 침투할 추가적인 공간이 형성될 수 있다. 따라서 추가적인 용융 혼련을 통해 섬유가 응집되는 것을 최소화할 수 있다.The aqueous dispersion in which the polymer resin has penetrated the fiber network structure may be dried to a moisture content of 20% by weight or less, preferably 10 to 20% by weight. In this way, moisture may be removed from the first intermediate that is primarily dried, creating an additional space for the polymer resin to penetrate. Therefore, agglomeration of fibers can be minimized through additional melt mixing.
이러한 용융 혼련을 마친 제2 중간물은 함수율 3중량% 이하, 바람직하게는 1중량% 이하가 되도록 2차 건조될 수 있다. 2차 건조를 마친 제3 중간물은 펠릿 등의 형태로 성형될 수 있다. 이러한 제3 중간물은 섬유-수지 마스터배치로 적용할 수 있다.The second intermediate after completing this melt-kneading may be secondary dried to have a moisture content of 3% by weight or less, preferably 1% by weight or less. The third intermediate material that has completed secondary drying can be molded into a form such as a pellet. This third intermediate can be applied as a fiber-resin masterbatch.
상기 수분산액을 얻는 단계 및 제1 중간물을 용융 혼련하는 단계 중 적어도 하나는 70~180℃, 바람직하게는, 80~150℃, 더 바람직하게는, 90~130℃에서 수행될 수 있다. 즉, 상기 섬유 현탁액과 고분자 수지의 혼합 및 제1 중간물의 용융 혼련 중 적어도 하나의 공정은 상기 고분자 수지의 연화점 이상, 바람직하게는, 융점 이상에서 수행될 수 있다. 용융된 고분자 수지는 상기 섬유의 망상 구조 내부에 용이하게 침투하여 우수한 섬유 분산성을 구현할 수 있다.At least one of the steps of obtaining the aqueous dispersion and melt-kneading the first intermediate may be performed at 70 to 180°C, preferably at 80 to 150°C, and more preferably at 90 to 130°C. That is, at least one process of mixing the fiber suspension and the polymer resin and melt-kneading the first intermediate may be performed above the softening point of the polymer resin, preferably above the melting point. The molten polymer resin can easily penetrate into the network structure of the fiber to achieve excellent fiber dispersibility.
상기 수분산액을 건조하는 단계 및 제2 중간물을 건조하는 단계 중 적어도 하나는 100℃ 이하에서 수행될 수 있다. 이러한 건조는 상기 고분자 수지의 융점 이하, 바람직하게는, 연화점 이하에서 수행될 수 있다. 고분자 수지가 용융된 상태에서 건조를 수행하면 수분의 제거가 어려워 탈수가 불충분할 수 있다.At least one of drying the aqueous dispersion and drying the second intermediate may be performed at 100°C or lower. This drying may be performed below the melting point of the polymer resin, preferably below the softening point. If drying is performed while the polymer resin is molten, it may be difficult to remove moisture, resulting in insufficient dehydration.
상기 제3 중간물에서 섬유 및 고분자 수지의 중량비는 50~95 : 5~50, 바람직하게는, 57.5~87.5 : 12.5~42.5, 더 바람직하게는, 65~80 : 20~35일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The weight ratio of fiber and polymer resin in the third intermediate may be 50-95:5-50, preferably 57.5-87.5:12.5-42.5, more preferably 65-80:20-35, but is limited to this. It doesn't work.
상기 제3 중간물을 주수지 및 보강재를 포함하는 조성물과 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 섬유-수지 마스터배치인 제3 중간물을 주수지 및 보강재를 포함하는 조성물과 혼합하면 섬유가 3차원 망상 구조를 유지한 상태로 혼합되어 고른 분포와 높은 분산성을 가질 수 있어 우수한 보강 효과를 구현할 수 있다. 상기 조성물은 필요에 따라 선택적으로 충격보강제, 활제, 상용화제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.It may further include mixing the third intermediate with a composition containing a main resin and a reinforcing material. When the third intermediate, which is a fiber-resin masterbatch, is mixed with a composition containing the main resin and reinforcing material, the fibers are mixed while maintaining a three-dimensional network structure and can have even distribution and high dispersibility, thereby realizing an excellent reinforcing effect. You can. The composition may optionally further include additives such as impact modifiers, lubricants, and compatibilizers, as needed.
상기 주수지는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride), 폴리우레탄(polyurethane), 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate), 에틸렌부틸아크릴레이트(ethylene butyl acrylate), 에틸렌에틸아크릴레이트(ethylene ethyl acrylate), 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 범용 플라스틱일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The main resin is acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyurethane, and ethylene vinyl acetate. It may be a general-purpose plastic selected from the group consisting of ethylene vinyl acetate, ethylene butyl acrylate, ethylene ethyl acrylate, thermoplastic elastomer, and a combination of two or more of these. , but is not limited to this.
또한, 상기 주수지는 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutyleneterephtalate), 폴리옥시메틸렌(polyoxymethylene), 폴리아미드6(polyamide6), 폴리아미드66(polyamide66), 변성 폴리페닐렌 옥사이드(modified polyphenylene oxide), 폴리프탈아미드(polyphtalamide), 액정고분자(liquid crystal polymer), 폴리에테르에테르케톤(polyether ether ketone), 폴리이미드(polyimide), 폴리아미드(polyamide) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 엔지니어링 플라스틱 또는 슈퍼 엔지니어링 플라스틱일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the main resin is polycarbonate, polybutylene terephthalate, polyoxymethylene, polyamide6, polyamide66, and modified polyphenylene oxide. oxide), polyphtalamide, liquid crystal polymer, polyether ether ketone, polyimide, polyamide, and combinations of two or more of these. It may be an engineering plastic or a super engineering plastic, but is not limited thereto.
상기 범용 플라스틱과 상기 엔지니어링 또는 슈퍼 엔지니어링 플라스틱은 상기 열가소성 수지 조성물의 기지 상으로서 상호 독립적으로 사용될 수 있고, 최종 제품의 용도, 물성, 제조 비용 등을 고려하여 필요에 따라 혼합하여 사용될 수도 있다. 예를 들어, 엔지니어링 또는 슈퍼 엔지니어링 플라스틱의 고유 물성을 구현하고자 하나, 상업적 구득 가능성이 낮고 제조 비용이 상승할 수 있으므로 범용 플라스틱을 일정 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.The general-purpose plastic and the engineering or super engineering plastic can be used independently of each other as the base phase of the thermoplastic resin composition, and may be mixed and used as necessary considering the use, physical properties, manufacturing cost, etc. of the final product. For example, to implement the unique properties of engineering or super engineering plastics, commercial availability is low and manufacturing costs may increase, so general-purpose plastics can be used mixed in a certain ratio.
상기 열가소성 수지 조성물 중 상기 주수지의 함량은 30~95중량%, 바람직하게는, 35~80중량%, 더 바람직하게는, 40~65중량일 수 있다. 상기 주수지가 폴리부틸렌테레프탈레이트 및/또는 폴리아미드인 경우, 상기 열가소성 수지 조성물 중 상기 주수지의 함량이 30중량% 미만이면 성형체의 강도가 저하될 수 있고, 95중량% 초과이면 내가수분해성, 내화학성, 내충격성이 저하될 수 있다.The content of the main resin in the thermoplastic resin composition may be 30 to 95% by weight, preferably 35 to 80% by weight, and more preferably 40 to 65% by weight. When the main resin is polybutylene terephthalate and/or polyamide, if the content of the main resin in the thermoplastic resin composition is less than 30% by weight, the strength of the molded product may decrease, and if it is more than 95% by weight, hydrolysis resistance may be reduced. , chemical resistance and impact resistance may decrease.
상기 보강재는, 예를 들어, 탈크, 점토, 카오린, 마이카, 유리 섬유, 탄소 섬유, 셀룰로오스 섬유, 세라믹 섬유, 금속염, 실리카 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나, 바람직하게는, 유리 섬유, 더 바람직하게는, 평판형 유리 섬유를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The reinforcing material is, for example, one selected from the group consisting of talc, clay, kaolin, mica, glass fiber, carbon fiber, cellulose fiber, ceramic fiber, metal salt, silica, and a combination of two or more thereof, preferably glass fiber. , more preferably, may include flat glass fibers, but is not limited thereto.
평판형 유리 섬유는 원형의 횡단면을 가지는 막대 형상의 일반적인 유리 섬유와 달리, 직사각형의 횡단면을 가지는 유리 섬유를 의미할 수 있다. 평판형 유리 섬유는 일반적인 유리 섬유 대비 변형에 대한 저항이 강하여 상기 열가소성 수지 조성물로부터 제조된 성형체의 기계적 물성을 더욱 개선할 수 있다. 상기 평판형 유리 섬유의 너비는 1~50㎛, 바람직하게는, 1~15㎛일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 평판형 유리 섬유의 길이는 15~100㎛, 바람직하게는, 25~50㎛일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Flat glass fibers may refer to glass fibers having a rectangular cross-section, unlike typical rod-shaped glass fibers having a circular cross-section. Flat glass fibers have stronger resistance to deformation than general glass fibers, and thus can further improve the mechanical properties of molded articles manufactured from the thermoplastic resin composition. The width of the flat glass fiber may be 1 to 50 μm, preferably 1 to 15 μm, but is not limited thereto. The length of the flat glass fiber may be 15 to 100 μm, preferably 25 to 50 μm, but is not limited thereto.
상기 열가소성 수지 조성물 중 상기 보강재의 함량은 1~50중량%, 바람직하게는, 10~30중량%, 더 바람직하게는, 15~25중량%일 수 있다. 상기 열가소성 수지 조성물 중 상기 보강재의 함량이 1중량% 미만이면 상기 열가소성 수지 조성물로부터 제조된 성형체의 기계적 물성, 내열성 개선 효과가 미약하고, 50중량% 초과이면 상기 열가소성 수지 조성물의 흐름성과 그에 따른 분산성, 가공성, 및 상기 열가소성 수지 조성물로부터 제조된 성형체의 내충격성이 저하될 수 있다.The content of the reinforcing material in the thermoplastic resin composition may be 1 to 50% by weight, preferably 10 to 30% by weight, and more preferably 15 to 25% by weight. If the content of the reinforcing material in the thermoplastic resin composition is less than 1% by weight, the effect of improving the mechanical properties and heat resistance of the molded body manufactured from the thermoplastic resin composition is weak, and if it is more than 50% by weight, the flowability and resulting dispersibility of the thermoplastic resin composition are reduced. , processability, and impact resistance of molded articles manufactured from the thermoplastic resin composition may be reduced.
상기 열가소성 수지 조성물 중 상기 제3 중간물의 함량은 1~50중량%, 바람직하게는, 10~45중량%, 더 바람직하게는, 20~40중량%일 수 있다. 상기 열가소성 수지 조성물 중 상기 제3 중간물의 함량이 1중량% 미만이면 상기 열가소성 수지 조성물로부터 제조된 성형체의 기계적 물성, 내열성 개선 효과가 미약하고, 50중량% 초과이면 상기 열가소성 수지 조성물의 흐름성과 그에 따른 분산성, 가공성, 및 상기 열가소성 수지 조성물로부터 제조된 성형체의 내충격성이 저하될 수 있다.The content of the third intermediate in the thermoplastic resin composition may be 1 to 50% by weight, preferably 10 to 45% by weight, and more preferably 20 to 40% by weight. If the content of the third intermediate in the thermoplastic resin composition is less than 1% by weight, the effect of improving the mechanical properties and heat resistance of the molded body manufactured from the thermoplastic resin composition is weak, and if it is more than 50% by weight, the flowability of the thermoplastic resin composition and the resulting Dispersibility, processability, and impact resistance of molded articles manufactured from the thermoplastic resin composition may be reduced.
상기 열가소성 수지 조성물 중 상기 각 첨가제의 함량 총합은 0~10중량%, 바람직하게는, 0.1~5중량%, 더 바람직하게는, 0.25~2.5중량%일 수 있다. 상기 첨가제의 함량이 10중량%를 초과하면 상기 열가소성 수지 조성물의 주성분 함량이 감소하여 최종 제품이 필요한 물성을 만족하기 어려울 수 있다.The total content of each additive in the thermoplastic resin composition may be 0 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, and more preferably 0.25 to 2.5% by weight. If the content of the additive exceeds 10% by weight, the content of the main component of the thermoplastic resin composition decreases, making it difficult for the final product to meet the required physical properties.
본 발명의 다른 일 측면은, 3차원 망상 구조를 형성한 섬유; 및 상기 망상 구조에 침투한 고분자 수지 연속상 매트릭스;를 포함하고, 함수율이 3중량% 이하인, 열가소성 수지 조성물을 제공한다.Another aspect of the present invention is a fiber forming a three-dimensional network structure; and a continuous polymer resin matrix permeating the network structure. The thermoplastic resin composition includes a water content of 3% by weight or less.
상기 열가소성 수지 조성물은 전술한 섬유-수지 마스터배치, 즉 상기 제3 중간물에 대해 서술한 것과 같다.The thermoplastic resin composition is the same as that described for the above-described fiber-resin masterbatch, i.e., the third intermediate.
즉, 상기 3차원 망상 구조를 형성한 섬유는 섬유 현탁액에 고분자 수지가 침투한 형태로 건조된 것일 수 있다.That is, the fibers forming the three-dimensional network structure may be dried in a form in which a polymer resin has penetrated the fiber suspension.
상기 고분자 수지는 산가가 60~150mgKOH/g인 변성 폴리올레핀일 수 있으며, 이에 대해서는 전술한 바와 같다.The polymer resin may be a modified polyolefin having an acid value of 60 to 150 mgKOH/g, as described above.
또한 상기 섬유 및 고분자 수지의 중량비는 50~95 : 5~50일 수 있으며, 이에 대해서는 전술한 바와 같다.Additionally, the weight ratio of the fiber and polymer resin may be 50 to 95:5 to 50, as described above.
상기 열가소성 수지 조성물은 주수지; 및 보강재;를 더 포함할 수 있으며, 선택적으로 충격보강제, 활제, 상용화제 등의 첨가제;를 더 포함할 수도 있다. 이들 각각의 특성과 함량에 대해서는 전술한 바와 같다.The thermoplastic resin composition includes a main resin; and reinforcing materials; and, optionally, additives such as impact modifiers, lubricants, and compatibilizers. The characteristics and contents of each of these are as described above.
즉, 주수지 및 보강재를 더 포함하는 상기 열가소성 수지 조성물은 전술한 섬유-수지 마스터배치를 희석(let-down)한 복합소재를 의미할 수 있다.In other words, the thermoplastic resin composition further comprising a main resin and a reinforcing material may mean a composite material obtained by diluting (let-down) the fiber-resin masterbatch described above.
이하, 본 명세서의 실시예에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실험 결과는 상기 실시예 중 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 실시예 등에 의해 본 명세서의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 명세서의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present specification will be described in more detail. However, the following experimental results describe only representative experimental results among the above examples, and the scope and content of the present specification cannot be interpreted as being reduced or limited by the examples. Each effect of various implementations of the present specification that are not explicitly presented below will be described in detail in the corresponding section.
실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples
폴리올레핀 엘라스토머(메탈로센 촉매에 의해 중합된 에틸렌-옥텐 랜덤 공중합체)로 이루어진 왁스(왁스 1, 왁스 2)를 준비하였다.Waxes (wax 1, wax 2) made of polyolefin elastomer (ethylene-octene random copolymer polymerized by a metallocene catalyst) were prepared.
상기 왁스 1 1,600~1,980g을 155℃로 냉각한 다음, 반응기에 디큐밀퍼옥사이드 2~40g 및 기능성 모노머(아크릴산, AA) 20~400g을 반응기의 상부에 구비된 노즐을 이용하여 상기 반응기에 채워진 상기 왁스 1의 표면으로 30~120분 간 일정한 속도로 연속 투입하고 온도를 유지하면서 30~120분 간 반응시켜 상기 왁스 1을 구성하는 고분자의 주쇄에 아크릴산이 그라프트된 왁스 1-1 내지 1-4를 얻었다. 기능성 모노머로 아크릴산 대신 무수말레인산(MAH)을 사용한 것을 제외하면 동일한 방법으로 상기 왁스 1을 구성하는 고분자의 주쇄에 무수말레인산이 그라프트된 왁스 1-5 내지 1-8을 얻었다. 기능성 모노머의 함량이 높을수록, 반응시간이 길수록 그라프트 왁스의 산가가 증가하였다.1,600 to 1,980 g of wax 1 was cooled to 155°C, and then 2 to 40 g of dicumyl peroxide and 20 to 400 g of functional monomer (acrylic acid, AA) were charged into the reactor using a nozzle provided at the top of the reactor. Wax 1-1 to 1-4 in which acrylic acid is grafted onto the main chain of the polymer constituting wax 1 is continuously added to the surface of wax 1 at a constant rate for 30 to 120 minutes and reacted for 30 to 120 minutes while maintaining the temperature. got it Waxes 1-5 to 1-8, in which maleic anhydride was grafted onto the main chain of the polymer constituting wax 1, were obtained in the same manner, except that maleic anhydride (MAH) was used instead of acrylic acid as the functional monomer. The higher the content of functional monomer and the longer the reaction time, the higher the acid value of the graft wax.
한편, 상기 왁스 2 1,900g을 155℃로 냉각한 다음, 반응기에 디큐밀퍼옥사이드 10g 및 무수말레인산(MAH) 100g을 상기 반응기의 상부에 구비된 노즐을 이용하여 상기 반응기에 채워진 상기 왁스 2의 표면으로 60분 간 일정한 속도로 연속 투입하고 온도를 유지하면서 60분 간 반응시켜 상기 왁스 2를 구성하는 고분자의 주쇄에 무수말레인산이 그라프트된 왁스 2-1을 얻었다. 왁스 2-1 1,900g을 각각 155℃로 냉각한 다음, 반응기에 디큐밀퍼옥사이드 10g 및 4-아미노-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘 100g을 상기 반응기의 상부에 구비된 노즐을 이용하여 상기 반응기에 채워진 상기 왁스 2-1의 표면으로 60분 간 일정한 속도로 연속 투입하고 온도를 유지하면서 60분 간 반응시켜 무수말레인산에 4-아미노-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘이 그라프트된 왁스 2-2를 얻었다. Meanwhile, 1,900 g of wax 2 was cooled to 155°C, and then 10 g of dicumyl peroxide and 100 g of maleic anhydride (MAH) were added to the surface of wax 2 filled in the reactor using a nozzle provided at the top of the reactor. It was continuously added at a constant rate for 60 minutes and reacted for 60 minutes while maintaining the temperature to obtain wax 2-1 in which maleic anhydride was grafted onto the main chain of the polymer constituting wax 2. 1,900 g of wax 2-1 was cooled to 155°C, and then 10 g of dicumyl peroxide and 100 g of 4-amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine were added to the reactor through a nozzle provided at the top of the reactor. was continuously added to the surface of the wax 2-1 filled in the reactor at a constant rate for 60 minutes and reacted for 60 minutes while maintaining the temperature to produce 4-amino-2,2,6,6-tetramethylp in maleic anhydride. Peridine-grafted wax 2-2 was obtained.
다음과 같은 방법에 따라 측정된 각각의 물성을 하기 표 1에 나타내었다.Each physical property measured according to the following method is shown in Table 1 below.
-점도(cps, @177℃): Brookfield viscometry, Spindle 31번-Viscosity (cps, @177℃): Brookfield viscometry, Spindle No. 31
-산가(mgKOH/g): ASTM D1386-98에 의거하여 왁스 1g에 그라프트된 카르복실기의 중화에 필요한 KOH의 양을 mg 단위로 측정하여 산가로 하였다.-Acid value (mgKOH/g): Based on ASTM D1386-98, the amount of KOH required to neutralize the carboxyl group grafted on 1g of wax was measured in mg and used as the acid value.
(cps)viscosity
(cps)
(g/ml)density
(g/ml)
(℃)melting point
(℃)
(mgKOH/g)Sanga
(mgKOH/g)
섬유상 셀룰로오스 현탁액 70중량부와 상기 왁스 1 내지 1-8 중 하나 30중량부를 혼련하여 수분산액을 제조하였다. 제조한 수분산액을 99℃에서 함수율이 20중량% 이하가 되도록 1차 건조한 후 150℃에서 용융 혼련하였다. 99℃에서 함수율이 1중량% 이하가 되도록 2차 건조한 후 성형하여 섬유-수지 마스터배치를 제조하였다.An aqueous dispersion was prepared by mixing 70 parts by weight of the fibrous cellulose suspension and 30 parts by weight of one of the waxes 1 to 1-8. The prepared aqueous dispersion was first dried at 99°C to have a moisture content of 20% by weight or less, and then melt-kneaded at 150°C. A fiber-resin masterbatch was prepared by secondary drying at 99°C to a moisture content of 1% by weight or less and then molding.
폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 평판형 유리섬유(FF, 너비 7㎛, 길이 28㎛), 섬유-수지 마스터배치(CNF-MB) 및 왁스 2-2(첨가제)를 용융, 혼련하여 열가소성 수지 조성물을 얻었고, 이를 압출하여 성형체 시편을 제조하였다. 상기 열가소성 수지 조성물의 조성을 하기 표 2에 나타내었다.Polybutylene terephthalate (PBT), flat glass fiber (FF, width 7㎛, length 28㎛), fiber-resin masterbatch (CNF-MB), and wax 2-2 (additive) are melted and kneaded to create thermoplastic resin. The composition was obtained, and a molded specimen was manufactured by extruding it. The composition of the thermoplastic resin composition is shown in Table 2 below.
섬유-수지 마스터배치 대신 셀룰로오스 나노섬유 분말 20중량부 및 왁스 1-4 10중량부를 직접 적용한 경우 셀룰로오스 나노섬유가 응집하여 시편을 제조할 수 없었다.When 20 parts by weight of cellulose nanofiber powder and 10 parts by weight of wax 1-4 were applied directly instead of the fiber-resin masterbatch, the cellulose nanofibers agglomerated and a specimen could not be manufactured.
(단위: 중량%)(Unit: weight%)
실험예 1Experimental Example 1
실시예 및 비교예에서 얻은 각각의 열가소성 수지 조성물에 대한 용융지수(g/10min, @230℃, 2.16kg, KS M ISO 1133-1:2017)를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The melt index (g/10min, @230°C, 2.16kg, KS M ISO 1133-1:2017) for each thermoplastic resin composition obtained in Examples and Comparative Examples was measured, and the results are shown in Table 3 below. .
상기 표 3을 참고하면, 셀룰로오스 섬유를 보강재로 포함한 비교예 2 내지 6은 용융지수가 낮아 상대적으로 가공성이 미흡하였다. 반면 섬유-수지 마스터배치의 연속상 매트릭스를 구성하는 수지로 산가가 65~130mgKOH/g인 왁스 1-3, 1-4, 1-7, 1-8을 적용한 실시예 1 내지 4는 상대적으로 용융지수가 증가하였다. 그중에서도 실시예 1, 실시예 4는 셀룰로오스 섬유를 포함하지 않는 비교예 1과 비슷하거나 더 높은 용융지수를 가지는 것으로 나타나 마스터배치를 구성하는 매트릭스 수지의 산가가 셀룰로오스 나노섬유의 분산성을 결정하는 요인 중 하나임을 확인하였다.Referring to Table 3, Comparative Examples 2 to 6 including cellulose fibers as reinforcing materials had a low melt index and were relatively poor in processability. On the other hand, Examples 1 to 4, in which waxes 1-3, 1-4, 1-7, and 1-8 with an acid value of 65 to 130 mgKOH/g were applied as the resin constituting the continuous matrix of the fiber-resin masterbatch, were relatively melted. The index increased. Among them, Examples 1 and 4 were shown to have a melt index similar to or higher than Comparative Example 1, which does not contain cellulose fibers, and the acid value of the matrix resin constituting the masterbatch is one of the factors determining the dispersibility of cellulose nanofibers. It was confirmed that it was one.
실험예 2Experimental Example 2
실시예 및 비교예에서 얻은 각각의 성형체에 대한 기계적 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.The mechanical properties of each molded body obtained in Examples and Comparative Examples were measured, and the results are shown in Table 4 below.
-인장강도: ASTM D638에 의거하여 25℃에서 시편을 만능시험기로 5mm/분의 속도로 인장하여 측정하였다.-Tensile strength: According to ASTM D638, the specimen was measured at 25°C by pulling at a speed of 5 mm/min using a universal testing machine.
-굴곡강도 및 굴곡탄성률: ASTM D790에 의거하여 25℃에서 시편을 만능시험기로 50mm의 간격을 4mm/분의 속도로 인장하여 측정하였다.-Flexural strength and flexural modulus: Based on ASTM D790, the specimen was measured at 25°C by stretching a 50mm gap at a speed of 4mm/min using a universal testing machine.
-충격강도: ASTM D256에 의거하여 25℃에서 너비 1/4인치의 시편에 아이조드형 충격시험 장비로 60kg의 충격하중을 적용하여 측정하였다.-Impact strength: Based on ASTM D256, it was measured by applying an impact load of 60kg to a specimen with a width of 1/4 inch at 25°C using an Izod-type impact test equipment.
(MPa)tensile strength
(MPa)
(MPa)Flexural strength
(MPa)
(GPa)Flexural modulus of elasticity
(GPa)
(1/4", J/m)impact strength
(1/4", J/m)
상기 표 4를 참고하면, 셀룰로오스 섬유를 보강재로 적용한 실시예 1 내지 4가 우수한 충격강도를 가지는 것으로 나타나 매트릭스 수지의 산가를 조절한 매트릭스 수지로 제조한 섬유-수지 마스터배치를 이용하면 셀룰로오스 나노섬유의 분산구조를 안정적으로 유지할 수 있는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 4 above, Examples 1 to 4 in which cellulose fibers were applied as a reinforcing material were shown to have excellent impact strength. Using a fiber-resin masterbatch made with a matrix resin with the acid value of the matrix resin adjusted, the cellulose nanofibers were improved. It can be confirmed that the distributed structure can be maintained stably.
습윤 상태인 셀룰로오스 현탁액에서 셀룰로오스 나노섬유는 일종의 3차원 망상 구조를 형성하고 있다. 탈수 공정을 통해 셀룰로오스 현탁액으로부터 직접 얻은 셀룰로오스 나노섬유 분말에서는 이러한 망상 구조가 파괴되어 보강재로 적용 시 분산성이 미흡한 문제가 있었다. 반면 산가가 조절된 고분자 수지를 셀룰로오스 현탁액의 3차원 망상 구조에 침투시킨 후 탈수한 실시예 1 내지 4의 섬유-수지 마스터배치에서는 셀룰로오스 나노섬유의 분산성이 우수하면서도 3차원 섬유상 망상 구조가 보존되어 우수한 보강 효과를 구현할 수 있었다.In a wet cellulose suspension, cellulose nanofibers form a kind of three-dimensional network structure. In cellulose nanofiber powder obtained directly from a cellulose suspension through a dehydration process, the network structure was destroyed, resulting in insufficient dispersibility when applied as a reinforcing material. On the other hand, in the fiber-resin masterbatches of Examples 1 to 4, in which a polymer resin with an adjusted acid value was infiltrated into the three-dimensional network structure of the cellulose suspension and then dehydrated, the dispersibility of the cellulose nanofibers was excellent while the three-dimensional fibrous network structure was preserved. Excellent reinforcement effect was achieved.
전술한 본 명세서의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 명세서의 일 측면이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에 기재된 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present specification described above is for illustrative purposes, and a person skilled in the art to which an aspect of the present specification pertains can easily transform it into another specific form without changing the technical idea or essential features described in the present specification. You will be able to understand it. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.
본 명세서의 범위는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present specification is indicated by the claims, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present specification.
Claims (10)
상기 수분산액을 건조하여 함수율이 20중량% 이하인 제1 중간물을 얻는 단계;
상기 제1 중간물을 용융 혼련하여 제2 중간물을 얻는 단계; 및
상기 제2 중간물을 건조하여 함수율이 3중량% 이하인 제3 중간물을 얻는 단계;를 포함하고,
상기 섬유는 셀룰로오스 나노섬유이고,
상기 섬유 현탁액의 고형분 함량은 50중량% 이상이며,
상기 고분자 수지는 산가가 60~150mgKOH/g인 변성 폴리올레핀인, 열가소성 수지 조성물의 제조방법.Obtaining an aqueous dispersion by mixing a fiber suspension and a polymer resin;
Obtaining a first intermediate having a moisture content of 20% by weight or less by drying the aqueous dispersion;
Obtaining a second intermediate by melting and kneading the first intermediate; and
Comprising: drying the second intermediate to obtain a third intermediate having a moisture content of 3% by weight or less,
The fiber is a cellulose nanofiber,
The solid content of the fiber suspension is 50% by weight or more,
A method for producing a thermoplastic resin composition, wherein the polymer resin is a modified polyolefin having an acid value of 60 to 150 mgKOH/g.
상기 섬유 현탁액은 하기 (ii) 내지 (iv) 중 적어도 하나의 조건을 만족하는, 열가소성 수지 조성물의 제조방법:
(ii) 열분해온도 300℃ 이상;
(iii) 접촉각 110° 이상;
(iv) 무기물 함량 30중량% 이하.According to paragraph 1,
A method for producing a thermoplastic resin composition, wherein the fiber suspension satisfies at least one of the following conditions (ii) to (iv):
(ii) thermal decomposition temperature of 300°C or higher;
(iii) contact angle greater than 110°;
(iv) Inorganic content of 30% by weight or less.
상기 수분산액을 얻는 단계 및 제1 중간물을 용융 혼련하는 단계 중 적어도 하나는 70~180℃에서 수행되는, 열가소성 수지 조성물의 제조방법.According to paragraph 1,
At least one of the steps of obtaining the aqueous dispersion and melt-kneading the first intermediate is performed at 70 to 180°C.
상기 수분산액을 건조하는 단계 및 제2 중간물을 건조하는 단계 중 적어도 하나는 100℃ 이하에서 수행되는, 열가소성 수지 조성물의 제조방법.According to paragraph 1,
A method for producing a thermoplastic resin composition, wherein at least one of drying the aqueous dispersion and drying the second intermediate is performed at 100° C. or lower.
상기 제3 중간물을 주수지 및 보강재를 포함하는 조성물과 혼합하는 단계를 더 포함하는, 열가소성 수지 조성물의 제조방법.According to paragraph 1,
A method for producing a thermoplastic resin composition, further comprising mixing the third intermediate with a composition containing a main resin and a reinforcing material.
3차원 망상 구조를 형성한 섬유; 및
상기 망상 구조에 침투한 고분자 수지 연속상 매트릭스;를 포함하고,
함수율이 3중량% 이하이며,
상기 섬유는 셀룰로오스 나노섬유이고,
상기 고분자 수지는 산가가 60~150mgKOH/g인 변성 폴리올레핀인, 열가소성 수지 조성물.It is manufactured using the method for producing a thermoplastic resin composition according to any one of claims 1, 2, and 4 to 6,
Fibers forming a three-dimensional network structure; and
It includes a continuous polymer resin matrix that has penetrated into the network structure,
The moisture content is less than 3% by weight,
The fiber is a cellulose nanofiber,
A thermoplastic resin composition wherein the polymer resin is a modified polyolefin having an acid value of 60 to 150 mgKOH/g.
상기 섬유 및 고분자 수지의 중량비는 50~95 : 5~50인, 열가소성 수지 조성물.In clause 7,
A thermoplastic resin composition wherein the weight ratio of the fiber and polymer resin is 50 to 95:5 to 50.
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