KR20020050460A

KR20020050460A - 자동차 내장재용 폴리프로필렌 수지 조성물

Info

Publication number: KR20020050460A
Application number: KR1020000079611A
Authority: KR
Inventors: 정순준
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2002-06-27

Abstract

본 발명은 자동차 내장재용 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 (A)¹³C-NMR로 측정한 펜타드 분율(%mmmm)이 96% 이상의 프로필렌 단독 중합체와 크실렌 추출물의 극한점도[η] 3.0 ㎗/g 이상을 가지는 프로필렌 에틸렌 공중합체가 단독 혹은 혼합물로 구성된 프로필렌 중합체에 (B)230 ℃의 MI(melt index)가 0.3 ∼ 10 g/10 분의 에틸렌 프로필렌 공중합체 고무 및 C₄이상의α-올레핀 함유량이 5 ∼ 40%인 에틸렌-α-올레핀 공중합체가 각각 혼합되어 있는 올레핀계 엘라스토머, (C) 유기 과산화물, (D) 가교조제 및 (E) 무기충진제 등이 포함된 열가소성 수지로 내충격성, 강성, 내열성 등의 물리적 특성이 우수할 뿐 아니라 내스크레치성이 우수하여 요구 물성이 서로 다른 글러브 박스(Glove Box), 콘솔(Console), 센터 크래쉬 패드(Center Crash Pad) 등의 자동차 내장재 용도에 모두 적용할 수 있는 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.

Description

자동차 내장재용 폴리프로필렌 수지 조성물 {Polypropylene resin composition using for upholstery of car}

본 발명은 자동차 내장재용 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 (A)¹³C-NMR로 측정한 펜타드 분율(%mmmm)이 96% 이상의 프로필렌 단독 중합체와 크실렌 추출물의 극한점도[η] 3.0 ㎗/g 이상을 가지는 프로필렌 에틸렌 공중합체가 단독 혹은 혼합물로 구성된 프로필렌 중합체에 (B) 230 ℃의 MI(Melt Index)가 0.3 ∼ 10 g/10 분의 에틸렌 프로필렌 공중합체 고무 및 C₄이상의α-올레핀 함유량이 5 ∼ 40%인 에틸렌-α-올레핀 공중합체가 각각 혼합되어 있는 올레핀계 엘라스토머, (C) 유기 과산화물, (D)가교조제 및 (E) 무기충진제 등이 포함된 열가소성 수지로 내충격성, 강성, 내열성 등의 물리적 특성이 우수할 뿐 아니라 내스크레치성이 우수하여 요구 물성이 서로 다른 글러브 박스(Glove Box), 콘솔(Console), 센터 크래쉬 패드(Center Crash Pad) 등의 자동차 내장재 용도에 모두 적용할 수 있는 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.

종래의 프로필렌 수지는 성형성, 내충격성, 내약품성 등이 뛰어나고 저비중 및 저가의 장점을 가지고 있기 때문에 자동차의 범퍼 등의 외장재와 각종 필러 등의 내장재 용도로 폭 넓게 사용되고 있다. 그러나, 글러브 박스, 콘솔, 센터 크래쉬 패드와 같은 자동차 내장재의 경우 안전성 및 미적 효과를 동시에 만족시킬 수 있는 충격강도와 내스크레치성의 발란스가 월등히 개선된 재료의 개발이 요구되고 있다. 따라서, 종래에는 각 부품별로 별도의 규격을 정하여 사용하여 왔으나, 이 경우 각 부품별로 별도의 규격 및 재고관리가 이루어져야 할뿐만 아니라 충격강도와 내스크레치성이 동시에 필요한 제품에 대해서는 도장을 통하여 스크레치성을 향상시키므로 가격이 상승하는 단점을 지니고 있다.

지금까지 글러브 박스, 콘솔, 센터 크래쉬 패드와 같은 자동차 내장재로 개발된 폴리프로필렌 수지 조성물 중에는 내충격성 및 강성 등의 물성 측면에서 양호한 제품은 있으나 내충격성과 내스크레치성을 동시에 만족하는 제품은 아직 개발된 것이 없어 각 부품별로 별도의 그레이드(grade)가 사용되고 있고 또한 충격과 스크레치가 동시에 요구되는 경우에는 별도의 페인트 작업이 수행되므로 재고관리 및 원가상승이 수반되고 있는 실정이다. 따라서, 제반 물성 및 내스크레치성이 우수한 수지 조성물의 개발은 자동차산업에 있어서 매우 중요하게 요구되고 있는 긴급한 과제로 대두되고 있다.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 내충격성, 강성이 우수할 뿐만 아니라 내스트래치성이 뛰어나 페인트 처리 없이 직접 글러브 박스, 콘솔, 센터 크래쉬 패드와 같은 자동차 내장재에 사용할 수 있는 폴리프로필렌 수지 조성물을 개발하여 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 프로필렌 단독 중합체 혹은 프로필렌 에틸렌 블록 공중합체 단독 또는 그 혼합물에 에틸렌 프로필렌 공중합체 고무를 포함하는 올레핀계 엘라스토머, 무기충진제, 유기 과산화물 및 가교조제를 첨가하여 내충격성, 강성 등의 물성 발란스 뿐만 아니라 내스크레치성이 우수한 자동차 내장재용 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 다음의 (A),(B),(C),(D),(E) 성분으로부터 만들어진 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공한다.

성분 (A)는 프로필렌 중합체로서¹³C-NMR로 측정한 펜타드 분율(%mmmm)이 96% 이상으로써 극한점도[η]가 1.07 ∼ 3.0 ㎗/g을 가지는 프로필렌으로 구성되어 있는 프로필렌 단독 중합체 70 ∼ 100 중량 %와 크실렌 추출물의 극한점도[η]가 3.0 ㎗/g 이상으로 전체 에틸렌 함량이 3 ∼ 20 중량%로 구성된 프로필렌 에틸렌 공중합체가 0 ∼ 30 중량%로 혼합되어 있는 조성물로 전체 중의 성분 (A)의 함유율이 30 ∼ 70 %로 구성되어 있다.

성분 (B)는 230 ℃의 MI가 0.3 ∼ 10 g/10 분의 에틸렌프로필렌 공중합체 고무(EPR)와α-올레핀 함량이 15 ∼ 45 중량%의 에틸렌-α-올레핀 공중합체로 구성된 올레핀계 엘라스토머로 전체 중의 성분 (B) 함유율이 10 ∼ 30 중량%이다.

성분 (C)는 유기 과산화물로 반감기를 0.9 ∼ 1.1 분이고 분해온도가 150 ∼ 270℃ 범위로 폴리프로필렌 100에 대해 0.01 ∼ 0.2 중량%로 구성되어 있다.

성분 (D)는 가교조제로 디비닐화합물, 말레이미드(Maleimide)화합물, 퀴논다이옥심(Quinone dioxim) 화합물 등이다. 이러한 가교조제는 폴리프로필렌 100에 대하여 0.06 ∼ 1.2 중량%로 배합하고 유기 과산화물과의 배합비[(D)/(C)]는 4 ∼ 10을 만족하여야 한다.

성분 (E)는 평균 입경이 7 ㎛이하의 탈크로 전체 중의 함유율이 10 ∼ 40 중량%인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 각 성분 및 그 특성에 대하여 상세하게 기술한다.

(A) 성분

본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물에 있어서, (A) 성분으로 이용되는 폴리프로필렌 중합체는 프로필렌 모노머를 주성분으로 하는 프로필렌 호모폴리머(1)와 에틸렌이 함유된 프로필렌 에틸렌 블록 공중합체(2)로 구성된 결정성 폴리머이며 (1) 성분 단독 혹은 (2) 성분을 일부 혼합하여 사용한다.

(1)의 프로필렌 호모폴리머는 13C-NMR로 측정한 펜타드 분율(mmmm분율)에 있어서 펜타드 분율의 값이 96% 이상, 바람직하기로는 96.5% 이상, 더욱 바람직하기로는 97% 이상이다. 펜타드 분율이 96% 미만이면 강성, 내열성 등이 떨어지게된다. 또한, 프로필렌 중합체는 135℃ 데카린(decalin) 중에서 측정한 극한점도[η]가 1.0 ∼ 3.0 ㎗/g이다. 극한점도[η]가 1.0 ㎗/g 미만이면 충격강도가 떨어지고 3.0 ㎗/g을 초과하면 성형성이 저하되므로 바람직하기로는 1.5 ∼ 2.5 ㎗/g이다.

(2)의 프로필렌 에틸렌 공중합체는 크실렌 추출물의 135 ℃ 데카린 중에서의 극한점도[η]가 3.0 ㎗/g이상이 바람직하다. 극한점도[η]가 3.0d l/g미만이면 충격강도가 저하된다. 보다 바람직한 극한점도[η]는 3.5 ㎗/g 이상, 특히 4.0 ㎗/g 이상이다. 또한, 에틸렌의 함량은 3 ∼ 20 % 이며 바람직하게는 5 ∼ 15%이 좋다.

또한, (A)성분으로 사용되어지는 프로필렌 호모폴리머(1)와 프로필렌 에틸렌 공중합체(2)의 구성비는 70 ∼ 100 : 30 ∼ 0 중량%, 더욱 바람직하기로는 80 ∼ 100 : 20 ∼0 중량%의 것이 충격강도와 유동성 발란스 면에서 바람직하다. 즉, 프로필렌 호모폴리머(1)의 경우는 내충격성이 부족하며, 프로필렌 공중합체(2)는 성형성, 강성, 내열성 등이 부족하다. .

폴리프로필렌 수지 조성물 중의 (A) 성분의 배합 비율은 전체 조성량의 30 ∼ 70 중량%, 바람직하기로는 45 ∼ 65 중량%이다. 70%를 초과하면 충격강도가 낮아지고 30% 미만이 되면 성형성이 저하한다.

(B) 성분

(B) 성분으로 이용되는 고무성분은 에틸렌 프로필렌 공중합체 고무 (3)와 에틸렌-α-올레핀 공중합체 (4)의 블렌드로 구성되어 있다.

(3)의 에틸렌프로필렌 공중합체 고무(EPR)에 있어서 230 ℃의 MI가 0.3 ∼ 10 g/10 min 바람직하기로는 0.5 ∼ 5 g/10 min이다. MI가 0.3 g/10 min 미만이면 분산불량을 일으켜 외관불량 뿐만 아니라 기계적 물성도 저하한다. 한편, 10 g/10 min을 초과하면 내충격성이 저하하는 문제가 있다. EPR 중의 프로필렌 함유량이 20 ∼ 70 중량% 바람직하기로는 40 ∼ 60 중량%이다. 프로필렌 함유량이 20 중량% 미만이면 충격강도가 저하하고 70 중량%를 넘으면 강성이 저하한다.

(4)의 에틸렌-α-올레핀 공중합체는 일반적으로 에틸렌 옥텐-1 공중합체(EOM)가 사용되며 이때, 사용되는 EOM의 경우 C₈(옥텐) 함유량은 15 ∼ 45 중량% 바람직하기로는 25 ∼ 35%이며 무늬(Mooney)점도 ML 1+4(121 ℃)는 1 ∼ 50 ㎗/g 바람직하기로는 1.5 ∼ 35 ㎗/g 이며, 밀도는 0.86 ∼ 0.91 g/㎤ 바람직하기로는 0.87 ∼ 0.90 g/㎤이다.

또한, (B) 성분으로 사용되어지는 에틸렌 프로필렌 공중합체 고무(EPR) (3)과 에틸렌-α-올레핀 공중합체(EOM) (4)의 구성비는 20 ∼ 80 : 80 ∼ 20 중량%, 더욱 바람직하기로는 60 ∼ 80 : 40 ∼ 20 중량%의 것이 충격강도와 강성 발란스 면에서 바람직하다. 즉, 에틸렌 프로필렌 공중합체 고무(EPR) (3) 만을 사용하는 경우는 강성이 떨어지며, 에틸렌-α-올레핀 공중합체 (4) 만을 사용하는 경우는 내충격성이 떨어지는 단점이 있다

폴리프로필렌 수지 조성물 중의 (B) 성분의 배합 비율은 전체 조성량의 10∼ 30 중량%, 바람직하기로는 15 ∼ 25 중량%이다. 30%를 초과하면 강성 및 성형성이 떨어지고 30% 미만이 되면 충격강도가 저하한다.

(C) 성분

성분 (C)는 유기 과산화물로 반감기를 0.9 ∼ 1.1 분, 바람직하게 1분이고 분해온도가 150 ∼ 270 ℃ 범위로 하는 것이 좋다. 유기 과산화물은 폴리프로필렌 100에 대해 0.01 ∼ 0.2 중량%이지만 0.02 ∼ 0.1 중량%로 배합됨과 동시에 가교조제 (D) 와의 배합비를 만족할 필요는 없다. 배합량이 0.01 미만이면 반응성이 떨어지게 되어 우수한 물성을 얻을 수 없게 되고 0.2를 초과하면 반응성은 높아지는 반면 유동성 변화가 매우 심하다.

(D) 성분

성분 (D)는 가교조제로 디비닐화합물, 말레이미드(Maleimide)화합물, 퀴논다이옥심(Quinone dioxim) 화합물 등이다. 상기 가교조제는 폴리프로필렌 100에 대하여 0.06 ∼ 1.2 중량%로 배합하고 유기 과산화물과의 배합비[(D)/(C)]는 4 ∼ 10을 만족하여야 한다. 유기 과산화물이 0.06 미만 혹은 배합비[(D)/(C)]가 4미만인 경우 분해반응이 우선되어 물성이 열세하게 되고 가교조제가 1.2 이상 혹은 (D)/(C)가 10을 초과하면 물성 향상을 기대할 수 없다.

(E) 성분

본 발명에 사용된 무기충진제 (E) 로서는 평균 입경이 0.5 ∼7 ㎛ 범위의 탈크, 황산바륨, 탄산 칼슘 올라스토나이트 등을 사용하며 특히 평균 입경이 7 ㎛ 이하의 탈크가 분산성 및 물성 측면에서 보다 바람직하다.

이러한 무기충진제는 전체 수지 조성물 중에 10 ∼ 40 중량% 범위 내에서 함유되는데 그 함량이 10 중량% 미만이면 강성 및 내열성이 저하하고 40 중량%를 초과하면 충격강도가 저하한다.

본 발명에서 이와 같은 조건으로 최종적으로 조립된 제품의 MI는 3 ∼ 40으로서 MI가 3미만인 경우 생산성의 저하 및 최종제품에 플로우 마크(flow mark)가 발생할 수 있고 MI가 40이상인 경우에는 강성, 충격강도 등에서 원하는 물성을 얻기가 어렵다.

본 발명에서 첨가될 수 있는 첨가제는 통상적인 것으로 예를 들면 산화방지제, 중화제, 핵제, 대전방지제 등이며 이는 적정 함량범위 내에서 함유된다. 여기서 산화방지제로는 페놀계 산화방지제, 포스파이트계 산화방지제, 티오디프로피오네이트 시너지스트 등이 사용될 수 있고 중화제로는 칼슘 스테아레이트, 산화아연 등이 사용될 수 있으며 이들 또는 다른 첨가제들은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 사용될 수 있다.

이하, 다음 실시예 및 비교예에 의거하여 본 발명을 상세하게 설명하겠는바, 본 발명은 다음 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 6 및 비교예 1 ∼ 8

본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물의 제조방법은 통상적인 방법으로 제조 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물은 상기 성분 (A), (B), (C), (D) 및 (E)을 통상의 기계적 혼련법에 의하여 제조하는 것이 가능하다. 구체적으로 예를 들면 반바리 믹서(Banbery Mixer), 싱글 스크류 압출기, 트윈 스크류 압출기, 다륜 스크류 압출기 등의 일반적인 용융 혼련기를 이용하는 방법을 채용할 수 있다. 또한, 혼련 온도는 180 ∼ 270 ℃에서 행하는 것이 바람직하다.

본 발명의 조성물에 대한 성형 가공법의 경우 압출성형, 중공성형, 사출성형, 시트성형 등으로 특히 한정되는 것은 없으나 사출성형이 가장 적합하다.

다음 표 1 및 2은 실험에 사용된 프로필렌 중합체 성분 (A)의 특성을 나타내었다.

상기 표 1 및 2에서 프로필렌 단독 중합체 및 프로필렌 에틸렌 공중합체는 135 ℃에서 데칼린에 완전히 용해하여 사용하였다. MI는 ASTM D1238(230 ℃/2.16 kg)의 조건으로 측정하였으며 우베홀드 점도계(Ubbeholde viscometer)를 이용하여 0.1 ∼ 0.5 g/㎗의 다양한 농도를 갖는 용액의 고유점도를 측정하였고, 환원점도(Reduced viscosity)는 제로 농도로 외삽하여 얻었다. (A)의 (2) 성분인 프로필렌 에틸렌 공중합체 중의 에틸렌 함유량(Ec)은 FT-IR(Fourier transform infrared spectra)를 통하여 측정하였다. 또한, (2) 성분 중의 크실렌 추출물 함량을 Rc(중량%)로, 해당 추출 성분의 극한점도를 [η]EP(㎗/g)로 나타내었다.

다음 표 3 및 4는 실험에 사용된 에틸렌 프로필렌 공중합체 고무와 에틸렌α-올레핀 고중합체 성분 (B)의 특성을 나타내었다. EPR과 EOM의 코모노머 함량(Cc)은 FT-IR을 통하여 측정하였다. 또한, 무늬 점도는 ASTM D1646에 따라 121 ℃에서 측정하였다.

실험에 사용된 유기 과산화물 (C)로는 PO-1 : 1,3-비스 (t-부틸 퍼옥시 이소-프로필)벤젠과 PO-2 : 2,5-디-메틸-2,5-디-(t-부틸 퍼옥시) 헥산을 사용하였다.

또한, 실험에 사용된 가교조제 (D)로는 CA-1 : 디-비닐 벤젠과 CA-2 : P-퀴논 다이옥심을 사용하였다.

다음 표 5은 실험에 사용된 무기충진제(D)의 특성을 나타내었다. 무기충진제로는 탈크(T)를 사용하였으며 입경은 레이저침강법에 의해 측정하였다.

상기에 나타낸 각 성분들을 다음 표 6의 처방대로 배합하고 헨셀믹서를 사용하여 3분간 드라이 브렌드(dry blend)한 후, 230 ℃로 설정된 2축 압출기(직경 45 mmψ)를 사용하여 혼련하고 수지 조성물에 대한 펠렛을 제조하였다. 얻어진 각 수지 조성물의 펠렛을 230 ℃로 설정된 사출성형기를 사용하여 물성 측정용 시험편을 제작하였다.

본 발명에서 제작한 수지를 이용하여 제조된 성형재료는 그 물성 및 가공성등을 조사하기 위해 다음에 언급한 절차에 따라 용융유량(MFR), 인장강도, 아이조드(Izod) 충격강도, 굴곡강도, 열변형온도 및 연필경도를 평가하였다.

용융유량(MFR)은 ASTM D1238 에 따라 230 ℃, 2.16 kg의 하중에서 측정하였다. 굴곡탄성율은 ASTM D790에 따라 측정하였고, 아이조드 충격강도는 ASTM D256에 따라 상온(23 ℃)에서 노체드(Notched) 시험편으로 측정하였다.

또한, 열변형온도는 ASTM D648에 따라 측정하였으며, 연필경도는 JIS K5401-1969에 따라 상온(23 ℃)에서 측정하였다

상기 표 6에서 보여주는 결과로부터 실시예 1 ∼ 6의 수지 조성물이면 어느 것이나 내충격성, 강성 및 내스크레치성을 보유하는 성형품을 얻을 수 있다. 그렇지만 비교예 1 ∼ 2의 경우와 같이 가교조제의 도입이 없거나 작은 경우 내스크레치성이 떨어지며 비교예 3의 경우는 입경이 큰 탈크의 사용으로 인하여 충격강도가 저하하며, 비교예 4 ∼ 5의 경우는 (B) 성분의 MFR이 낮아 전체적인 수지 조성물이 좋지 않다. 비교예 6의 경우는 (B) 성분의 MFR이 높아 충격강도가 떨어지며 비교예 7의 경우는 고 MFR 임팩트 PP를 사용으로 충격강도 및 강성이 떨어지며 비교예 8은 EPR의 과다사용으로 충격강도를 제외한 전체적인 물성 저하를 가져오게 된다.

본 발명에 의하여 내충격성 및 강성 발란스 뿐만 아니라 내스크레치성를 지니는 수지 조성물을 제공함으로써 글러브 박스, 콘솔, 센터 크래쉬 패드를 포함한 자동차 내장 부품 등의 폭넓은 분야에 이용할 수 있다.

Claims

폴리프로필렌 수지 조성물에 있어서,

프로필렌 중합체 70 ∼ 100 중량%와 프로필렌-에틸렌 공중합체 0 ∼ 30 중량%로 구성된 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체 30 ∼ 70 중량%;

에틸렌-프로필렌 공중합체 고무 20 ∼ 80 중량%와 에틸렌-α-올레핀 공중합체 20 ∼ 80 중량%로 구성된 올레핀계 엘라스토머가 10 ∼ 30 중량%;

유기과산화물 0.01 ∼ 0.2 중량%;

가교조제 0.06 ∼ 1.2 중량% 및 탈크 10 ∼ 40 중량%가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 폴리프로필렌 수지 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 프로필렌 중합체는¹³C-NMR로 측정한 펜타드 분율(%mmmm)이 96% 이상으로서 극한점도[η]가 1.0 ∼ 3.0 ㎗/g을 가지는 프로필렌으로 구성되어 있는 프로필렌 단독 중합체 70 ∼ 100 중량 %와 크실렌 추출물의 극한점도[η]가 3.0 ㎗/g 이상으로 전체 에틸렌 함량이 3 ∼ 20 중량 %의 프로필렌 에틸렌 공중합체가 0 ∼ 30 중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 폴리프로필렌 수지 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 올레핀계 엘라스토머는 230 ℃의 멜트인덱스(MI)가 0.3 ∼ 10 g/10 min이고 프로필렌 함량이 20 ∼ 70 중량 %인 에틸렌 프로필렌 공중합체 고무와α-올레핀 함량이 15 ∼ 45 중량%의 에틸렌-α-올레핀 공중합체가 20 ∼ 80 : 80 ∼ 20%으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 폴리프로필렌 수지 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 유기 과산화물은 반감기가 0.9 ∼ 1.1 분이고 분해온도가 150 ∼ 270 ℃ 범위인 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 폴리프로필렌 수지 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 가교조제는 디비닐화합물, 말레이미드(Maleimide)화합물 및 퀴논다이옥심(Quinone dioxim) 화합물 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 폴리프로필렌 수지 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 가교조제는 유기 과산화물에 대한 배합비가 4 ∼ 10인 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 폴리프로필렌 수지 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 탈크는 평균 입경이 0.5 ∼ 7 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 폴리프로필렌 수지 조성물.