KR20010028476A

KR20010028476A - 비도료 타입 폴리프로필렌계 수지 조성물

Info

Publication number: KR20010028476A
Application number: KR1019990040740A
Authority: KR
Inventors: 유영환
Original assignee: 이계안; 현대자동차 주식회사
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2001-04-06

Abstract

본 발명은 비도료 타입(Non-paint type) 폴리프로필렌계 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리프로필렌(PP) 수지 조성물을 제조함에 있어 프로필렌 단독 중합체와 함께 에틸렌-프로필렌 공중합체, 무기 충진제 및 핵제를 첨가함으로써, 내충격성, 표면경도 및 내스크래치성이 강화되어 자동차 내장재 부품내 프라이머 및 페인팅 작업이 불필요하며, 가격이 3배정도 비싼 ABS/PC 수지를 대체할 수 있어 경제적이고, 차량내 플라스틱 부품의 재활용 성능을 향상시킬 수 있는 비도료 타입 폴리프로필렌계 수지 조성물에 관한 것이다.

Description

비도료 타입 폴리프로필렌계 수지 조성물{Non-paint type PPF resin composition}

폴리프로필렌(PP) 수지는 성형가공성 및 내약품성이 우수하고, 가격이 ABS/PC 수지에 비해 3배 정도가 저렴하기 때문에 자동차용 저급부품에 많이 사용되고 있다. 그러나, 자동차의 부품, 특히 충격강도가 양호하면서 동시에 높은 표면 경도 및 내스크래치성을 필요로 하는 센터 크래쉬 패드(center crash pad)와 같은 부품에서는 다른 수지, 예를들어 ABS/PC 수지에 비하여 충격강도 및 열변형 온도가 열악하여 아직 적용이 되지 못하는 실정이다.

이에 따라, 상기 폴리프로필렌(PP) 수지의 단점을 보완하기 위하여 표면경도 및 스크래치성이 뛰어난 수지나 필러 등을 프로필렌 중합체에 혼합한 용융 블렌드물이 있으나, 내충격성이 떨어지는 단점이 있다. 따라서, 내충격성을 보완하기 위하여 프로필렌 중합체에 에틸렌-프로필렌 탄성체(EPR, EPDM) 등과 같은 고무성분을 첨가하여 폴리프로필렌(PP) 수지를 제조하였다. 그러나, 이 경우에는 충격강도 및 내열성은 양호하지만, 표면경도, 스크래치성 및 강성이 떨어지는 단점이 있어 자동차 내장재용으로 적용하기에는 곤란하였다.

상기한 바와 같이, 상기 폴리프로필렌(PP) 수지의 충격강도 및 내열성을 향상시킬 경우, 내스크래치성이 급격하게 떨어지기 때문에 반드시 프라이머 작업과 페인팅(painting) 작업을 실시하여야만 하기 때문에 비용이 상당히 상승하고, 상기 프라이머 및 페인트 때문에 플라스틱 부품의 재활용이 현실적으로 불가능한 문제가 있다.

따라서, 상기한 문제점으로 인하여 폴리프로필렌(PP) 수지의 가격이 ABS/PC 수지의 약 1/3 수준임에도 불구하고, 자동차 내장용 부품 중 고기능을 필요로 하는 부품에는 폴리프로필렌(PP) 수지의 사용이 제한되고 있는 실정이다. 따라서, 자동차 내장재 부품에 대한 연구가 요구되고 있다.

상기한 바와 같이, 폴리프로필렌(PP) 수지는 가격이 매우 저렴하여 많이 사용되었지만, ABS/PC 수지에 비하여 열변형 온도, 충격 강도 및 내스크래치성이 취약하여 제품의 열변형, 크랙이 발생하는 문제가 있어 자동차 내장용 부품 중 고기능을 필요로 하는 부품에는 그 사용이 제한되어 왔을 뿐만 아니라, 수지의 접착성이 부족하여 제품내 페인트시 ABS/PC 수지와는 달리 프라이머를 칠하는 공정이 별도로 필요하기 때문에 경제적이지 못한 문제가 있었다. 이에, 종래의 폴리프로필렌(PP) 수지의 표면경도, 내충격강도 및 내열성을 향상시키고 내스크래치성을 향상시킨 폴리프로필렌(PP) 수지를 새로이 개발하여 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 폴리프로필렌(PP) 수지 조성물을 제조함에 있어 프로필렌 단독 중합체에 에틸렌-프로필렌 공중합체, 무기 충진제 및 핵제를 첨가함으로써, 내충격성, 표면경도 및 내스크래치성이 강화되어, 프라이머 작업과 페인팅 작업이 불필요하고, 가격이 3배 정도 비싼 ABS/PC 수지를 대체할 수 있어 경제적이고, 차량내 플라스틱 부품의 재활용 성능을 향상시킬 수 있는 센터 크래쉬 패드용 비도료 타입(Non-paint type) 폴리프로필렌계 수지 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 용융지수(MI)가 1 ∼ 40인 프로필렌 단독 중합체 20 ∼ 50 중량%; 용융지수(MI)가 0.3 ∼ 20인 에틸렌-프로필렌 공중합체 20 ∼ 60 중량%; 무기 충진제 5 ∼ 40 중량%; 핵제 0.2 ∼ 0.5 중량% 및 첨가제 0.3 ∼ 0.5 중량%가 함유되어 이루어진 센터 크래쉬 패드용 비도료 타입(Non-paint type) 폴리프로필렌 수지 조성물을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 폴리프로필렌 수지의 물성을 향상시켜 종래 ABS/PC 수지를 사용하던 고기능성 부품을 폴리프로필렌 수지로 대체함과 더불어, 내스크래치성을 향상시켜 프라이머 작업과 페인팅 작업이 생략됨으로써, 아주 높은 원가절감 효과와 플라스틱 부품의 재활용이 가능하게 되어 자동차 내장재의 재활용 성능을 향상시킬 수 있는 센터 크래쉬 패드용 비도료 타입(Non-paint type) 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.

일반적으로, 프로필렌 중합체의 강성, 표면 경도 및 스크래치성을 향상시키기 위해서는 그 결정성을 높이고, 폴리프로필렌 중의 결정 성분의 분자량 분포(Mw/Mn)가 넓을수록 물성이 우수한 것으로 알려져 있다.

따라서, 본 발명은 상기 프로필렌 중합체의 강성 및 표면경도, 스크래치성을 향상시키기 위해 특정 함량의 탈크 및 핵제를 포함한 기타 첨가제와 용융지수(MI)가 상이한 특정의 프로필렌 중합체인 에틸렌-프로필렌 공중합체를 블렌딩하여 결정성을 증감시킨다.

본 발명에 따른 프로필렌 중합체 조성물은 프로필렌 단독 중합체, 내충격성 향상을 위한 에틸렌-프로필렌 공중합체, 무기충진제 및 핵제를 포함한 기타 첨가제로 구성되어 있다.

본 발명의 프로필렌 단독 중합체는 용융지수(MI)가 1 ∼ 40이고, 중량 평균 분자량이 200,000 ∼ 400,000이며, 수평균 분자량이 50,000 ∼ 90,000이고, 비중이 0.89 ∼ 0.91로서 전체 폴리프로필렌 수지 조성물에 20 ∼ 50 중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 프로필렌 단독 중합체의 사용량이 20 중량% 미만일 경우에는 표면경도와 강성이 저하되는 문제가 있다. 반면에 상기 프로필렌 단독 중합체의 사용량이 50 중량%를 초과하는 경우에는 충격강도가 떨어져 자동차 내장재로의 적용이 어렵게 되는 문제가 있다.

또한, 본 발명에 따른 에틸렌-프로필렌 공중합체는 용융지수(MI)가 0.3 ∼ 20이고, 중량 평균 분자량이 300,000 ∼ 500,000이며, 수평균 분자량이 60,000 ∼ 100,000이고, 에틸렌이 전체 에틸렌-프로필렌 공중합체에 대하여 5 ∼ 20 중량%로 함유되어 있는 것으로서, 전체 폴리프로필렌 수지 조성물에 20 ∼ 60 중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 함량이 20 중량% 미만인 경우에는 충격강도가 떨어지며, 반면에 60 중량%를 초과하는 경우에는 표면경도 및 강성이 떨어지는 문제가 있어 바람직하지 않다.

또한, 본 발명에서 사용된 무기충진제로는 탈크, 황산바륨 및 탄산칼슘 중에서 선택하여 사용할 수 있고, 바람직하기로는 탈크를 사용하는 바, 전체 폴리프로필렌 수지 조성물에 5 ∼ 40 중량%를 사용한다. 이때, 상기 첨가되는 무기충진제의 함량이 5 중량% 미만이면 강성, 표면경도 및 스크래치성 등의 물성이 저하되어 바람직하지 않으며, 반면에 40 중량%를 초과하여 과량으로 첨가되면 가공성과 충격강도가 저하되는 문제를 야기시킨다. 이때, 상기 무기 충진제는 평균 입도가 1 ∼ 10 ㎛인 것을 사용하는 것이 바람직한 바, 상기 평균 입도가 10 ㎛를 초과하면 용융 혼합시 수지와의 분산성이 나빠져 원하는 물성을 얻기가 어렵다.

또한, 본 발명에서는 핵제를 폴리프로필렌(PP)의 결정성을 증가시키기 위하여 사용하는데, 그 사용량은 전체 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 0.2 ∼ 0.5 중량%로 한다. 이때, 사용량을 상기 범위로 한정한 이유는 강성과 충격강도의 밸런스 때문이다.

한편, 본 발명은 상기 조성외에도 통상적으로 사용되는 첨가제로서 산화방지제, 중화제 및 대전 방지제 중에서 선택하여 1종 또는 2종 이상을 사용하는데, 그 사용량은 전체 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 0.3 ∼ 0.5 중량%로 하는 것이 바람직하다. 상기 산화방지제로는 페놀계 산화방지제, 포스파이트계 산화방지제 및 티오디프로피오네이트 시너지스트 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 중화제로는 칼슘 스테아레이트와 산화 아연 중에서 선택하여 사용한다. 또한, 상기한 첨가제 또는 다른 첨가제들은 이 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 용이하게 사용될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 상기 폴리프로필렌(PP) 수지 조성물에 기타 필요한 첨가제를 혼합하여 마스터 뱃치 파우더를 제조한 다음, 마스터 뱃치 파우더를 블렌딩기에서 블렌딩하여 펠렛 상태로 제조한 후, 펠렛 상태의 수지 조성물을 이용하여 자동차 내장재 부품을 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 폴리프로필렌(PP) 수지 조성물을 이용한 제품의 용융지수(MI)는 3 ∼ 40으로서, 이때 용융지수(MI)가 3 미만이면 생산성의 저하 및 최종제품에 플로우 마크(flow mark)가 발생할 수 있고, 반면에 용융지수(MI)가 40을 초과할 경우에는 강성, 표면경도 및 충격강도 등에서 원하는 물성을 얻기가 어려워 바람직하지 않다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 폴리프로필렌(PP) 수지의 물성을 향상시킴으로써, 종래 ABS/PC 수지를 사용하는 고기능성 부품을 폴리프로필렌(PP) 수지로 대체하고, 프라이머와 페인트의 과정이 생략됨으로써, 아주 높은 원가절감 효과와 플라스틱 부품의 재활용이 가능하게 되어 자동차 내장재의 재활용 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 2

다음 표 1의 조성과 함량으로 폴리프로필렌 수지를 제조하였다.

프로필렌 단독 중합체; 에틸렌 함량이 60 중량%인 에틸렌/프로필렌 탄성체가 14 중량%로 함유된 프로필렌/에틸렌 공중합체; 입자 크기(D₅₀)가 3 ∼ 7 ㎛인 탈크; 및 첨가제를 혼합하여 압출형 2축 블렌딩기의 호퍼에 충전한 다음, 약 210 ℃의 온도로 조절된 바렐속으로 일정한 비율로 공급하여 용융 혼합하였다. 이때, 상기 바렐은 5개로 구분되어 각각 200/210/220/230/230이고, 용융 혼합된 상태로 냉각제를 통과시킨 후, 절단기를 사용하여 펠렛상태로 절단한 다음, 사출성형기를 사용하여 시편을 제조하였다.

실험예 : 물성 및 가공성 시험

상기 실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 2에서 제조한 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용한 성형재료의 물성 및 가공성 등을 조사하기 위해 용융지수(MI), 밀도, 인장강도, 신율, 굴곡탄성율, 굴곡강도, 아이조드, 열변형 온도, 신율 및 표면경도를 측정하였고, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

그리고, 내스크래치성을 시험하기 위해서는 상기 재료를 항온 항습실(온도 23 ± 2℃, 습도 50 ± 5%)에서 40 시간 이상 동안 방치한 후, 길이 150 ㎜ × 100 ㎜, 두께 0.5 ∼ 3 ㎜로 자르고, 각각 경도가 다른 연필을 준비하여 연필심의 길이를 3 ㎜ 되게 깍고, #400의 샌드페이퍼에 연필심의 각이 원통각이 되도록 예리하게 만들고, 연필 스크래치 경도 시험기(pencil scratch hardness tester)에 시편과 연필을 끼워 고정시켰다. 그런 다음, 1 ㎏의 하중을 가하고 하중나사를 풀어 시료면과 연필을 접촉시키고 시편을 전후로 이동하여 5회 이상 시험하였다. 이때, 상기 시편의 표면이 2회 이상 긁히면 연필 경도를 한단계 작은 것을 사용하고, 그 때의 경도를 기록하며 2회 미만으로 긁힌 경우는 연필 경도를 한 단계 올리고 연필 경도를 기록하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

상기 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리프로필렌 수지 조성물은 다른 프로필렌 중합 수지 조성물에 비하여 경도, 스크래치성 및 충격강도가 우수하여 자동차 내장재의 센터 크래쉬 패드용으로 적용하기에 적합한 수준임을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 폴리프로필렌 수지 조성물의 물성을 향상시켜 종래 ABS/PC 수지에 도포하여 제작하던 고기능성 부품을 폴리프로필렌 수지로 대체하고 더불어 내스크래치성을 향상시키므로 프라이머 작업과 페인팅 작업 없이도 폴리프로필렌 수지로 제품제작이 가능하여 제품의 중량을 줄일 수 있으며, 아주 높은 원가절감 효과가 있고, 플라스틱 부품의 재활용(recycle)이 가능하여 차량의 재활용 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물은 자동차 내장재, 특히 센터 크래쉬 패드 부품에 요구되는 강성, 충격성, 성형성 등의 물리적 특성을 유지하면서 표면경도 및 내스크래치성을 부여하므로 비도료형 폴리프로필렌계(PPF 수지로 ABS/PC 수지를 대체할 수 있어 제조원가를 절감할 수 있는 것이다.

Claims

용융지수(MI)가 1 ∼ 40인 프로필렌 단독 중합체 20 ∼ 50 중량%; 용융지수(MI)가 0.3 ∼ 20인 에틸렌-프로필렌 공중합체 20 ∼ 60 중량%; 무기 충진제 5 ∼ 40 중량%; 핵제 0.2 ∼ 0.5 중량% 및 첨가제 0.3 ∼ 0.5 중량%가 함유되어 이루어진 것을 특징으로 하는 비도료 타입(Non-paint type) 폴리프로필렌계 수지 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 프로필렌 단독 중합체는 중량 평균 분자량이 200,000 ∼ 400,000이고, 수평균 분자량이 50,000 ∼ 90,000이며, 비중이 0.89 ∼ 0.91인 것임을 특징으로 하는 비도료 타입(Non-paint type) 폴리프로필렌계 수지 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 에틸렌-프로필렌 공중합체는 에틸렌이 전체 에틸렌-프로필렌 공중합체에 대하여 5 ∼ 20 중량%로 함유되어 있는 것으로서, 중량 평균 분자량이 300,000 ∼ 500,000이고, 수평균 분자량이 60,000 ∼ 100,000인 것임을 특징으로 하는 비도료 타입(Non-paint type) 폴리프로필렌계 수지 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 무기 충진제는 탈크, 황상바륨 및 탄산칼슘 중에서 선택된 것으로서, 평균입도가 1 ∼ 10 ㎛인 것임을 특징으로 하는 비도료 타입(Non-paint type) 폴리프로필렌계 수지 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 첨가제로는 산화방지제, 중화제 및 대전방지제 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상이 사용되는 것임을 특징으로 하는 비도료 타입(Non-paint type) 폴리프로필렌계 수지 조성물.