KR19980019823A - 표면처리된 무기총진제로 충진된 폴리프로필렌 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리프로필렌과 프로세스오일의 혼합물의 가교결합조성물로 표면처리한 무기충진제로 충진되어 복합콤파운딩된 폴리프로필렌 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 표면처리된 무기충진제로 충진된 폴리프로필렌은 폴리프로필렌 100중량부에 대하여 폴리프로필렌과 프로세스오일의 혼합물의 가교조성물로 표면처리된 무기충진제 20 ∼ 40중량부를 균질혼합시켜서 이루어진다.

따라서, 폴리프로필렌내에 무기충진제가 완전침윤되고, 무기충진제의 표면에 피복된 유기성분 중의 폴리프로필렌이 기재로서의 폴리프로필렌과의 사이의 물리적 및 화학적 성질의 유사성에 기인하는 안정한 결합에 의하여 내마모성, 내충격성, 내긁힘성, 표면경도 및 내열강성 등의 물리적 성질을 향상시키며, 또한, 폴리프로필렌과 무기충진제와의 계면에서의 접착력과 분산도가 증대되어 인장강도와 충격강도를 현저하게 증대시키는 효과가 있다.

Description

표면처리된 무기충진제로 충진된 폴리프로필렌 및 그의 제조방법

본 발명은 표면처리된 무기충진제를 충진시킨 폴리프로필렌 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리프로필렌과 프로세스오일의 혼합물의 가교결합조성물로 표면처리한 무기충진제로 충진되어 복합콤파운딩된 폴리프로필렌 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

결정성 폴리프로필렌수지를 주원료로 하는 수지조성물은 비중이 작고, 용융점 이상에서 유동성이 좋고, 성형 후에 내충격성이 우수하며, 내열성, 내후성 및 기계적 성질이 우수하고, 가격이 저렴하며, 열가소성으로서 반복재생이 가능하기 때문에 자동차의 내외장품을 비롯하여 여러 용도로 널리 사용되어왔다.

복합 플라스틱은 통상의 플라스틱에 무기충진제를 충진시켜 내마모성, 내충격성, 내긁힘성, 표면경도 및 내열강성 등의 물리적 성질을 향상시킨 것을 말한다.

종래의 경우, 복합 플라스틱을 제조하기 위하여는 무기충진제로서 탄산칼슘, 황산칼슘, 퍼라이트, 규조토 및 카올린 등의 분말을 그대로 용융된 플라스틱에 투입, 교반한 후, 냉각 및 성형하여 제품에 적용하였으며, 이러한 경우 유기물인 플라스틱과 무기물인 무기충진제 간의 계면에서의 물리적 및/또는 화학적 성질의 차이로 인하여 충분히 강한 결합이 이루어지지 않은 채 단순히 플라스틱이 무기충진제를 둘러싸고 있는 정도 또는 매우 약한 결합을 이루고 있는 정도에 불과하여 외부로부터 가해지는 기계적 충격이나 열, 빛 및 전기작용 등에 의하여 이들 계면에서의 분리가 쉽게 일어나 전체적인 물성의 저하 등을 일으키는 단점이 있었다.

더욱이, 이러한 단순한 혼합, 교반에 의한 무기충진제의 충진으로는 무기충진제의 표면에서의 침윤(wetting)이 거의 일어나지 않거나 매우 적게 일어나기 때문에 화학적 결합은 거의 이루어지지 않아 역시 상기한 바와 같은 계면에서의 분리가 일어나는 단점이 있었으며, 이러한 계면에서의 분리는 곧바로 제품의 백화현상을 일으키는 문제점이 있었다.

일본국 특허공개공보 소53-118055 호에 기술된 유리섬유나 박편상의 마이카를 무기충진제로 혼합하는 기술이나, 일본국 특허공개공보 소54-43250 호에 기술된 유기금속화합물을 무기충진제와 함께 사용하는 기술 등은 내긁힘성의 개량이 충분치 못하고, 백화현상을 완전히 제거하지 못하는 단점이 있다.

대한민국 특허공보 제 2724 호 공고번호 92-2779 호에는 폴리올레핀, 무기충진제, α,β-불포화산의 에스테르 변성 에틸렌-α-올레핀 공중합체 고무, 불포화카본산 또는 그 유도체를 혼합한 수지 조성물에 대하여 기술하고 있으며, 이는 불포화산의 에스테르 변성 고무와 불포화카본산의 투입으로 폴리올레핀과 무기충진제 간의 혼합 및 용융상태에서의 흐름성을 개선시키고자 한 것이기는 하나, 역시 단순히 유기물인 플라스틱과 무기물인 무기충진제의 혼합의 범주에서 크게 벗어나지 못함으로써 이들 플라스틱과 무기충진제 간의 계면에서의 물리적 및/또는 화학적 성질의 차이로 인하여 충분히 강한 결합이 이루어지지 않은 채 단순히 플라스틱이 무기충진제를 둘러싸고 있는 정도 또는 매우 약한 결합을 이루고 있는 정도에 불과하여 외부로부터 가해지는 기계적 충격이나 열, 빛 및 전기작용 등에 의하여 이들 계면에서의 분리가 쉽게 일어나 전체적인 물성의 저하 등을 일으키는 단점이 있었다.

또한, 대한민국 특허공보 제 1626 호 공고번호 89-3006 호에는 퍼라이트를 폴리프로필렌에 충진시킴에 있어 아크릴산과 같은 카르복실기를 갖는 산을 벤조일퍼옥사이드와 같은 유기과산화물 개시제로 처리하여 무기충진제인 퍼라이트의 표면에 적용시켜 퍼라이트를 표면처리하고, 표면처리된 퍼라이트를 폴리프로필렌과 혼합하여 무기충진제의 혼합시의 침윤성을 좋게 하고, 퍼라이트가 폴리프로필렌에 잘 융합되도록 하는 기술을 설명하고 있으나, 이는 퍼라이트의 표면처리에 사용된 카르복실산과 폴리프로필렌 사이의 화학적 성질이 크게 차이가 나기 때문에 상기 퍼라이트의 표면에 처리된 카르복실산과 폴리프로필렌과의 융합성이 떨어진다는 단점이 있었으며, 그에 따라 무기충진제와 플라스틱 간의 계면에서의 분리 내지는 격리의 문제점이 잔류한다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 무기충진제의 물리적 성질의 결함을 개선하기 위한 것으로 무기충진제를 화학적 방법으로 처리하여 플라스틱과의 배합시 무기충진제가 플라스틱에 완전히 침윤, 흡착되게 하여 플라스틱과 무기충진제와의 계면에서의 격리나 와해가 발생하지 않도록 하는 것이다.

본 발명의 목적은, 플라스틱으로서 폴리프로필렌과 무기충진제 간의 계면의 결합을 향상시키고, 무기충진제가 폴리프로필렌내에 완전히 침윤되도록 하여 폴리프로필렌과 무기충진제 간의 상호 탈리현상 및 그에 따른 백화현상의 발생을 극소화시킨 표면처리된 무기충진제로 충진된 폴리프로필렌을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 플라스틱으로서 폴리프로필렌과 무기충진제 간의 계면의 결합을 향상시키고, 무기충진제가 폴리프로필렌내에 완전히 침윤되도록 하여 폴리프로필렌과 무기충진제 간의 상호 탈리현상 및 그에 따른 백화현상의 발생을 극소화시킨 표면처리된 무기충진제로 충진된 폴리프로필렌의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 표면처리된 무기충진제로 충진된 폴리프로필렌은 폴리프로필렌 100중량부에 대하여 폴리프로필렌과 프로세스오일의 혼합물의 가교조성물로 표면처리된 무기충진제 20 ∼ 40중량부를 균질혼합시켜서 이루어진다.

또한, 상기 표면처리된 무기충진제는 유기과산화물 10 ∼ 20중량부, 폴리프로필렌 10 ∼ 20중량부 및 프로세스오일 3 ∼ 10중량부를 가열가능한 믹서기내에서 혼합하고, 180 ∼ 200℃로 가열하여 완전용융시켜 혼합한 후, 250 ∼ 300℃의 온도를 유지하는 배출구로 배출하여 부분가교조성물을 수득하고, 통상의 무기충진제 100중량부에 대하여 상기 부분가교조성물 10 ∼ 20중량부를 가하여 흡착시켜 표면처리하고, 가열하여 가교화를 완료시켜서 이루어진다.

본 발명에 따른 표면처리된 무기충진제로 충진된 폴리프로필렌의 제조방법은, 가열가능한 믹서기내에서 폴리프로필렌과 프로세스오일의 혼합물을 유기과산화물로 중합시켜 얻은 부분가교조성물을 고온상태를 유지하면서 방출시켜 무기충진제의 표면에 흡착시키고, 부분가교조성물이 흡착된 무기충진제를 가열하여 완전가교화시킨 후, 표면처리된 무기충진제를 폴리프로필렌에 균질혼합시켜서 복합폴리프로필렌을 제조하는 것으로 이루어진다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 표면처리된 무기충진제로 충진된 폴리프로필렌은 폴리프로필렌 100중량부에 대하여 폴리프로필렌과 프로세스오일의 혼합물의 가교조성물로 표면처리된 무기충진제 20 ∼ 40중량부를 균질혼합시켜서 이루어지며, 상기에서 표면처리된 무기충진제는 폴리프로필렌과 프로세스오일의 유기과산화물에 의한 부분가교화 후, 무기충진제에 흡착시키고, 계속해서 가열하여 완전가교화시켜서 이루어짐을 특징으로 한다.

상기에서 폴리프로필렌은 본 발명에 따른 복합폴리프로필렌의 기재가 되며, 이는 석유화학공업에서 대량생산되는 합성수지의 일종으로서, 범용플라스틱이라 불리는 것으로서, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 극히 용이하게 이해될 수 있으며, 또한 상용적으로 이를 구입하여 그물, 로프, 일상용품 및 자동차의 내장품과 같은 성형품 등 각종의 성형물을 생산하는데 사용될 수 있는 것이다.

상기에서 유기과산화물은 고분자중합법의 일종인 라디칼중합시에 사용되는 개시제로서, 열에 의하여 분해되어 라디칼을 형성시키며, 이 라디칼이 프로필렌모노머(propylene monomer)와 같은 비닐모노머의 중합개시와 함께 연쇄중합반응을 일으켜 올리고머나 고분자량의 폴리머를 합성하는데 사용되는 것으로서, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 용이하게 이해될 수 있는 것이다. 특히, 바람직하게는 벤조일퍼옥사이드(Benzoyl Peroxide)와 같은 일관능기의 유기과산화물이 사용될 수 있다.

상기에서 무기충진제는 플라스틱에 첨가, 혼입되어 내마모성, 내충격성, 내긁힘성, 표면경도 및 내열강성 등의 물리적 성질을 향상시키는데 사용되는 것으로서, 특히 본 발명에서는 탈크(talc ; 활석)를 폴리프로필렌과 프로세스오일의 가교조성물로 표면처리하여 무기질의 탈크의 표면에 유기질의 성질을 부여하여 유기물인 폴리프로필렌과의 혼합성을 증대시키고, 그에 따라 폴리프로필렌과 탈크의 표면 간의 계면에서의 분리현상 등을 극소화시킨 것이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 표면처리된 무기충진제로 충진된 폴리프로필렌의 제조방법은, 가열가능한 믹서기내에서 폴리프로필렌과 프로세스오일의 혼합물을 유기과산화물로 중합시켜 얻은 부분가교조성물을 고온상태를 유지하면서 방출시켜 무기충진제의 표면에 흡착시키고, 부분가교조성물이 흡착된 무기충진제를 가열하여 완전가교화시킨 후, 표면처리된 무기충진제를 폴리프로필렌에 균질혼합시켜서 복합폴리프로필렌을 제조하는 것으로 이루어진다.

상기에서 폴리프로필렌과 프로세스오일의 혼합물의 가교조성물로 표면처리된 무기충진제는 유기과산화물 10 ∼ 20중량부, 폴리프로필렌 10 ∼ 20중량부 및 프로세스오일 3 ∼ 10중량부를 가열가능한 믹서기내에서 1,200 ∼ 1,700rpm으로 회전시켜 혼합하고, 180 ∼ 200℃로 가열하여 완전용융시켜 혼합한 후, 250 ∼ 300℃의 온도를 유지하는 배출구로 배출하여 부분가교조성물을 수득하고, 통상의 무기충진제 100중량부에 대하여 상기 부분가교조성물 10 ∼ 20중량부를 가하여 흡착시켜 표면처리하고, 가열하여 가교화를 완료시켜서 이루어질 수 있으며, 상기에서 가열가능한 믹서기라 함은 내용물의 혼합과 동시에 내용물에 직접 열을 가할 수 있는 것으로서, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 유수의 제조업자들에 의하여 제조되어 상용적으로 공급되는 것을 구입하여 사용이 가능한 정도로 이해될 수 있는 것이다.

고상 내지 분말상의 폴리프로필렌을 프로세스오일 및 유기과산화물과 균질하게 혼합한 후, 열을 가하여 상기 폴리프로필렌을 용융시켜 상기 프로세스오일과 완전히 혼합되도록 교반하면서 부분적으로 가교화시켜 부분가교화된 부분가교조성물을 수득하여 이를 고온의 용융상태에서 무기충진제에 가하고, 혼합하여 상기 부분가교조성물이 상기 무기충진제의 표면에 완전히 침윤되도록 한다. 상기 부분가교조성물로 피복된 상기 무기충진제는 스팀 등의 적용 등과 같은 일반적인 가열, 경화의 방법에 따라 완전경화시켜 폴리프로필렌과 프로세스오일로 표면처리된 무기충진제를 수득할 수 있다.

이렇게 수득된, 표면처리된 무기충진제는 다시 폴리프로필렌의 용융물에 투입되어 복합콤파운딩된 폴리프로필렌으로 제조될 수 있다.

이때의 표면처리된 무기충진제와 폴리프로필렌 간의 복합콤파운딩 역시 통상의 콤파운딩 방법으로 수행될 수 있으며, 이는 당해 기술분야에서 숙련된 자들에게는 이해될 수 있는 바이다.

특히, 표면처리된 무기충진제와 폴리프로필렌 간의 콤파운딩은 슈퍼믹서(Supermixer)와 같은 상용적으로 공급되는 믹서기를 사용하여 수행될 수 있다.

이하에서 본 발명을 구체적인 실시예로 설명한다.

[실시예]

유기과산화물 15중량부, 폴리프로필렌 15중량부 및 프로세스오일 3 7중량부를 가열가능한 믹서기내에서 1,200rpm으로 혼합하고, 190℃로 가열하여 완전용융시켜 혼합한 후, 260℃의 온도를 유지하는 배출구로 배출하여 부분가교조성물을 수득하고, 상기 부분가교조성물 15중량부를 무기충진제로서 탈크 100중량부에 흡착시켜 표면처리하고, 가열하여 상기 표면처리된 탈크를 더욱 가열하여 폴리프로필렌과 프로세스오일의 혼합물의 가교조성물로 표면처리된 무기충진제를 수득하였다.

상기에서 수득된 표면처리된 무기충진제 15중량부와 가열되어 용융된 폴리프로필렌 100중량부를 슈퍼믹서기에 가하고, 균질하게 혼합시킨 후, 실온으로 냉각시켜 복합콤파운딩된 폴리프로필렌을 수득하였다.

본 발명에 따라 표면처리된 무기충진제로 충진된 폴리프로필렌은 다른 어떤 복합폴리프로필렌 보다 인장강도가 가장 높게 나타남이 관찰되었다. 이는 폴리프로필렌과 프로세스오일의 가교조성물로 표면처리된 무기충진제가 폴리프로필렌에 충진됨으로써 무기충진제의 표면과 폴리프로필렌 사이의 계면에서의 분리현상 등이 일어나지 않고, 폴리프로필렌내에 무기충진제가 완전침윤되어 나타나는 물리적인 결합 이외에 무기충진제의 표면에 피복된 유기성분 중의 폴리프로필렌이 기재로서의 폴리프로필렌과 완전히 동일한 성분으로서 이들 사이의 물리적 및 화학적 성질이 서로 극히 유사하기 때문에 가장 안정한 결합을 이루고 있기 때문이라고 여겨진다.

또한, 충격강도 역시 폴리프로필렌과 무기충진제와의 계면에서의 접착과 분산도가 가장 중요한 인자이기 때문에 본 발명에 따라 표면처리된 무기충진제로 충진된 폴리프로필렌은 무기충진제를 표면처리하지 않은 복합플라스틱에 비하여 계면에서의 접착력과 분산도가 증대되어 충격강도가 증대됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 폴리프로필렌내에 무기충진제가 완전침윤되고, 무기충진제의 표면에 피복된 유기성분 중의 폴리프로필렌이 기재로서의 폴리프로필렌과의 사이의 물리적 및 화학적 성질의 유사성에 기인하는 안정한 결합에 의하여 내마모성, 내충격성, 내긁힘성, 표면경도 및 내열강성 등의 물리적 성질을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 폴리프로필렌과 무기충진제와의 계면에서의 접착력과 분산도가 증대되어 인장강도와 충격강도를 현저하게 증대시키는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

1. 무기충진제로 충진되는 폴리프로필렌에 있어서,

   폴리프로필렌 100중량부에 대하여 폴리프로필렌과 프로세스오일의 혼합물의 가교조성물로 표면처리된 무기충진제 20 ∼ 40중량부를 균질혼합시켜서 이루어짐을 특징으로 하는 표면처리된 무기충진제로 충진된 폴리프로필렌.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 표면처리된 무기충진제가 유기과산화물 10 ∼ 20중량부, 폴리프로필렌 10 ∼ 20중량부 및 프로세스오일 3 ∼ 10중량부를 가열가능한 믹서기내에서 혼합하고, 180 ∼ 200℃로 가열하여 완전용융시켜 혼합한 후, 250 ∼ 300℃의 온도를 유지하는 배출구로 배출하여 부분가교조성물을 수득하고, 통상의 무기충진제 100중량부에 대하여 상기 부분가교조성물 10 ∼ 20중량부를 가하여 흡착시켜 표면처리하고, 가열하여 가교화를 완료시켜서 이루어짐을 특징으로 하는 상기 표면처리된 무기충진제로 충진된 폴리프로필렌.
3. 무기충진제로 충진되는 폴리프로필렌의 제조방법에 있어서,

   가열가능한 믹서기내에서 폴리프로필렌과 프로세스오일의 혼합물을 유기과산화물로 중합시켜 얻은 부분가교조성물을 고온상태를 유지하면서 방출시켜 무기충진제의 표면에 흡착시키고, 부분가교조성물이 흡착된 무기충진제를 가열하여 완전가교화시킨 후, 표면처리된 무기충진제를 폴리프로필렌에 균질혼합시켜서 복합폴리프로필렌을 제조하는 것을 특징으로 하는 표면처리된 무기충진제로 충진되는 폴리프로필렌의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 무기충진제 100중량부에 대하여 유기과산화물 10 ∼ 20중량부, 폴리프로필렌 10 ∼ 20중량부 및 프로세스오일 3 ∼ 10중량부를 가하고, 혼합하여 부분가교조성물로 제조하는 것을 특징으로 하는 상기 표면처리된 무기충진제로 충진되는 폴리프로필렌의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 부분가교조성물이 가열가능한 믹서기내에서 1,200 ∼ 1,700rpm의 속도로 회전시키면서 혼합하고, 180 ∼ 200℃로 가열하여 완전용융시켜 혼합한 후, 250 ∼ 300℃의 온도를 유지하는 배출구로 배출하여 부분가교조성물을 제조하는 것을 특징으로 하는 상기 표면처리된 무기충진제로 충진되는 폴리프로필렌의 제조방법.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 3 항의 부분가교조성물 10 ∼ 20중량부를 무기충진제 100중량부에 가하여 흡착시켜 표면처리하고, 가열하여 가교화를 완료시켜서 표면처리된 무기충진제를 제조하는 것을 특징으로 하는 상기 표면처리된 무기충진제로 충진된 폴리프로필렌.
7. 제 3 항에 있어서,

   폴리프로필렌 100중량부에 상기 제 6 항의 표면처리된 무기충진제 20 ∼ 40중량부를 혼합하여서 제조하는 것을 특징으로 하는 상기 표면처리된 무기충진제로 충진된 폴리프로필렌.