KR20020087137A - 플라스틱 입자체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열가소성 중합체와 천연섬유를 기반으로 한 플라스틱 입자체, 및 상기 입자체의 제조방법과 그로 제조된 몰딩에 관한 것으로서, 입자체의 세로방향으로 주로 배향된 천연섬유 다발은 열가소성 중합체의 외피가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 열가소성 중합체 및 천연섬유를 기반으로 한 플라스틱 입자체에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기 입자체의 제조방법 뿐만 아니라 그로 제조된몰딩에 관한 것이다.
상기 입자체는 EP-A-865,891에 공지되어 있으며, 여기에는 절단천연섬유를 열가소성 중합체와 혼합하고, 입자체를 제조함으로써 수득되는 입자체의 제조방법이 기술되어 있다. 상기 수득된 입자체는 사출성형과 같은 기술을 적용하여 제조된 몰딩용 출발물질로서 사용된다.
입자체를 제조하는 방법 및 성형방법중에, 출발물질은 고온, 즉 대부분 중합체의 용융온도보다 40-100℃ 높은 열가소성 중합체의 처리온도로 가열된다. 상기 처리중에, 천연섬유도 또한 상기 고온에 노출된다. 상기 온도에서, 천연섬유는 높은 열적 및 기계적 부담에 노출되며, 이로써 섬유가 열화 및 분해되어 결국은 몰딩특성이 손실된다.
본 발명의 목적은 열적 및 기계적 부담이 훨씬 적은 천연섬유가 수득됨으로써, 상기 입자체로부터 몰딩을 형성함으로써 개선된 특성들을 갖는 물품이 제공되는 열가소성 중합체 및 천연섬유를 기반으로 한 플라스틱 입자체이다.
본 발명에 따른 플라스틱 입자체는 상기 입자체가 입자체의 세로방향으로 주로 배향된 천연섬유 다발을 포함하며, 상기 다발은 열가소성 중합체의 외피(sheat)를 가지고, 섬유다발은 입자체만큼 길고, 상기 천연섬유의 분해온도는 열가소성 중합체의 용융점보다 20 내지 80℃ 높은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 입자체는 열가소성 중합체로 제조된 외피를 갖는 천연섬유 다발(이하 "로프(rope)"라고 함)을 함유한다. 상기 로프의 종류는 로프가 외피를 구비하고 있다는 사실, 즉 로프의 외표면이 열가소성 중합체에 의해 피복되어 있다는 사실보다 훨씬 적게 본 발명과 실제로 관련되어 있지 않다. 상기 열가소성 중합체는 로프의 섬유들사이에 부분적으로 존재할 수 있는데, 즉 로프를 완전히 채우지는 않는다. 본 발명의 특징적 특성이 입자체를 제조하는동안 섬유다발, 즉 로프가 전반적으로 비교적 짧은시간동안 열처리만 되는 반면, (종래와 같은) 완전함침의 경우에는 상기 열처리가 다발의 모든 섬유에게 영향을 미쳐서 보다 많은 섬유가 분해되도록 한다는 점은 사실이다. 본 발명에 따른 입자체내 섬유들은 고도로 또는 완전히 그들의 원래 특성들을 보존하고 있다.
본 발명의 입자체내에 존재하는 로프에 사용되는 섬유물질은 동물 기원 뿐만 아니라 천연물질, 식물일 수 있다. 섬유물질은 황마, 아마, 양마, 사이잘초 및 대마 섬유를 포함하는 군에서 선택되는 것이 바람직하지만, 무명과 실크 섬유도 매우 적당하다. 상기 섬유중 둘 또는 그 이상의 혼합물도 또한 1개의 혼합로프로, 또는 분리형 로프의 형태로 존재할 수 있다.
상기 입자체는 천연섬유와 다른 섬유들의 혼합물을 포함할 수 있다. 후자의 예로는 플라스틱 섬유(가령, 폴리올레핀, 아라미드 또는 폴리에스테르 섬유), 무기섬유(가령, 유리 또는 금속섬유) 또는 탄소섬유가 있다. '다른 섬유'로는 플라스틱 섬유 및/또는 유리섬유가 사용되는 것이 바람직하다. 상기 다른 섬유들은 천연섬유와 함께 1개의 혼합로프내에 존재할 수 있지만, 플라스틱 입자체내에서 개별적으로 존재할 수도 있다.
상기 섬유는 필요에 따라 접착력이 개선되면서 오일 또는 사이징을 구비할 수 있다. 당업자에게 알려져 있는 제제는 최종적으로 제조되는 몰딩의 열가소성수지에 대한 섬유의 접착 및/또는 분산을 촉진시킨다.
본 발명에 따른 플라스틱 입자체에 있어서, 천연섬유가 상당히 열화 또는 분해하기 시작하는 온도와 열가소성 중합체의 용융점사이의 차가 충분히 큰 것이 중요하다. 천연섬유의 분해온도는 열가소성 중합체의 용융점보다 20 내지 80℃, 바람직하게는 35-70℃ 높아야 한다.
본 발명의 플라스틱 입자체에 적당한 열가소성 물질은 천연섬유의 분해온도와 연관된 용융점에 관한 상기 조건들을 만족시키는 열가소성 중합체이면 된다. 폴리올레핀 및 폴리올레핀계 중합체 시스템(가령, 열가소성 탄성중합체 가황물에서와 같이, 폴리올레핀과 비-가교 또는 가교 고무의 혼합물)이 특히 적당하다. 폴리올레핀은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌의 그룹에서 선택되는 것이 바람직하며, 단일중합체 및 공중합체 모두 적당하다. 당업자는 상기 물질들이 친숙할 것이다. 열가소성 입자체를 제조하는 중에 열가소성이고, 최종처리단계에서 단지 경화되는 열가소성 물질들도 또한 본 발명에 따른 입자체를 위한 재료로서 적당하다.
입자체의 길이와 직경은 상기만큼 중요하지 않다. 보통, 입자체의 길이는50㎜ 이하이며, 직경은 15㎜ 이하이다. 실용적이기 위해서는, 길이가 5-40㎜이고, 직경이 1-10㎜인 입자체가 바람직하다.
본 발명에 따른 플라스틱 입자체의 섬유함량은 입자체의 추가사용의 여부에 따라 자유롭게 선택될 수 있다. 입자체가 마스터배치의 형태로 공급되면, 섬유함량은 보통 높은 반면, 입자체가 상기와 같이 사용된다면 낮은 섬유함량이 대부분 사용될 것이다. 전반적으로, 입자체는 20-85wt.% 섬유를 함유하는 것이 바람직하다.
섬유는 입자체내에 잘 분산되어 있지 않고, 입자체로 제조된 몰딩이 양호한 분산성을 가지는 조건이 있기 때문에, 입자체가 몰딩에서 상기 분산을 촉진시킬 특성을 이미 가지고 있다면 유리하다. 열가소성 물질이 섬유를 통해 잘 분산되도록 로프는 천연섬유 및 쉽게 유동가능한 플라스틱 섬유(몰딩방법에서 용융하고 낮은 점성도를 갖는 섬유)의 다발이다.
플라스틱 입자체의 외피는 입자체 중심에서 볼때 저점성 열가소성 중합체의 제1층 및 고점성 열가소성 중합체의 제2층으로 구성되며, 두 중합체의 용융지수의 비가 10 내지 100인 것이 바람직하다. 제1층의 용융지수는 50 내지 250, 제2층의 용융지수는 0.1 내지 25인 것이 바람직하며, 두 값 모두 ISO 1133에 따라 측정된다. 최종적으로 수득된 몰딩의 양호한 특성을 위해, 열가소성 중합체는 같은 종류이거나 또는 서로 상용성인 것이 바람직하다.
몰딩에서 원래의 외피물질과 섬유사이의 양호한 접촉은 접착촉진제에 의해 확보되어야 한다.
본 발명에 따른 플라스틱 입자체는 산화방지제, UV 안정화제, 충진제, 착색제 등과 같은 플라스틱 물품에 필요한 성분들을 추가로 함유할 수 있다. 상기 성분들은 당업자들에게 잘 알려져 있다.
본 발명은 또한, 상기와 같은 플라스틱 입자체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 제조방법에서, 입자체의 세로방향으로 주로 배향되어있는 입자체가 피복 방법으로 수득되는 형태로 섬유가 공급되는 것이 중요하다. 그후 섬유는 하나 또는 그 이상의 연속다발 또는 로프를 형성하기 위해 조합되어야 한다. 상기와 같은 다발 또는 로프의 제조예는 당업자들에게 알려져 있다. 로프는 단일 천연 또는 다른 섬유일 수 있으며, 이들은 또한 천연섬유의 혼합물, 하나 또는 그 이상의 천연섬유와 다른 섬유들과의 혼합물 등일 수도 있다.
본 발명에 따른 방법은 선택적으로 다른 섬유들과 혼합 또는 결합된 천연섬유의 하나 또는 그 이상의 연속다발이 열가소성 중합체의 용융물과 함께 피복되고, 그후 수득된 생성물(압출물)은 냉각되고 원하는 길이까지 절단되는 것을 특징으로 한다. 상기 방법에서, 유리 또는 금속섬유를 피복하는 것과 같은 알려져 있는 피복방법을 사용할 수 있다. 상기목적을 위해, 열가소성 중합체는 압출기를 사용하여 용융점 이상의 온도까지 가열되어 피복 장치에 공급된다.
본 발명에 따른 방법에서, (천연)섬유의 연속다발은 제1 단계에서 저점성 열가소성 중합체에 의해, 계속해서 또는 동시에 고점성 중합체에 의해 피복되는 것이 바람직하며, 두 중합체의 용융지수비는 10 내지 100이다.
저점성 열가소성 중합체의 용융지수는 50 내지 250인 반면, 고점성 열가소성중합체의 용융지수는 0.1 내지 25인 것이 바람직하며, 이는 ISO 1133에 따라 측정된다.
피복 방법중에, 천연섬유의 기계적 열화 발생은 없고 천연섬유의 열적 열화는 약간만 있으면서, 천연섬유의 잔류시간은 비교적 짧다. 피복 방법에서 접촉시간은 일반적으로 0.5초 내지 1.0초이며; 수득된 생성물은 이미 냉각되어 있다. 섬유의 질량에 대한 외피의 질량의 비가 감소함에 따라, 본 발명의 효과, 즉 천연섬유의 열화가 감소/제거가 증가한다. 따라서, 섬유의 비율은 20 내지 85wt.%가 바람직하다.
본 발명의 방법은 종래의 방법에 비해 상기 섬유의 습기함량이 덜 중요하고; 섬유의 예비건조가 필수적인 것 대신에 선택적이라는 추가의 잇점을 가지고 있다.
천연섬유의 연속다발은 지속적인 성형방법으로 용융하여, 낮은 점성도를 가져서 몰딩에서 천연섬유의 분산을 촉진시키는 열가소성 물질, 바람직하게는 플라스틱의 섬유를 함유할수도 있다.
성형된 물품내 섬유의 분산을 촉진시키는 관점에서, 피복 장치로 주입하기 전에 또는 주입하는 동안 천연 섬유-다발을 분산시키는 것이 유리할 수 있다. 더 나은 분산을 얻기 위한 대안으로는 피복 장치로 주입하기 전에 섬유를 가열하는 것이며; 이는 열가소성 중합체에 의해 섬유의 습윤력을 개선시킨다. 상기 개선된 분산 및/또는 습윤화는 피복 방법에서 천연섬유의 열적 열화를 일으킬 위험을 내포하고 있기 때문에, 상기 단계는 주의를 기울여야 한다.
본 발명은 또한, 사출성형, 인몰드 장식, 압출(후, 선택적으로 딥 드로잉)에의해, 또는 압출후 압착에 의해, 본 발명에 따른 플라스틱 입자체로 제조된 몰딩에 관한 것이다. 상기 몰딩방법에서, 입자체는 몰딩기로 주입되고, 몰딩온도로 가열되어 몰딩이 수득된다.
상기 몰딩방법에 대한 대안으로는 피복 방법으로부터의 압출물을 상기와 같은 몰딩기에 (압출물을 냉각하고 입자체로 절단하지 않고) 직접 주입하는 것이 있을 수 있다.
본 발명은 이하에 상술되지만; 실시예 및 비교실험예는 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되지 않는다.
실시예 Ⅰ 및 Ⅱ 및 비교실험예 A 및 B
실시예 Ⅰ
황마섬유의 다발을 폴리프로필렌 중합체에 의해 압출기에서 피복하였다. 상기 다발은 2000g/1000mtr의 전체 텍스를 갖는 황마 3가닥을 포함하였다. 폴리프로필렌 중합체는 47dg/분의 용융지수(230℃/2.16㎏) 및 905㎏/㎥의 밀도를 갖는 단일중합체가다. 상기 중합체는 또한 접착개선제로서 Uniroyal(GB)제 말레산 무수물 변형 폴리프로필렌인 Polybond(상표명)을 포함한다.
압출기는 나사직경이 30㎜인 Schwabenthan(DE)제 단일나사압출기이다. 상기 압출기는 압출기에 대해 직각으로 장착된, 직경 2.9㎜의 핀올(pinole)과 함께 Unitek(AT)제 섬유다발 가이드(U4SCC)를 구비하고 있다.
황마 다발은 50m/분의 속도로 압출기 헤드를 통해 통과하고, 249℃의 용융온도를 갖는 폴리프로필렌에 의해 피복하였다.
상기 수득된 가닥을 수조를 통해 주입하고, 50℃로 냉각하고 12.5㎜의 길이를 갖는 입자체로 절단하였다. 입자체는 35wt.%의 섬유함량을 가졌다.
상기 입자체는 Netstal(DE)제 몰딩기에 의해 130톤의 힘으로 시험바로 사출성형되었다. 적용된 온도는 230℃이었으며, 주입시간은 4초였다.
비교실험예 A
실시예 Ⅰ의 입자체를 Werner 및 Pfleiderer(DE)제 ZSK 30 이중나사 압출기로 주입하였으며; 압출기는 중합체 용융물에 섬유를 분산시키는데 적당한 마일드 나사디자인을 가졌다. 나사속도는 250RPM이었으며, 용융온도는 230℃이고, 생산량은 23㎏/hour이다. 수득된 가닥을 입자체로 절단하고, 실시예 Ⅰ에서와 같이 사출성형에 사용하였다.
실시예 Ⅱ
폴리에틸렌(DSM제 Vestolen(상표명) 1640LO)에 의해 실시예 Ⅰ을 반복하였으며, 상기 중합체는 접착개선제로서 DSM제 말레산 무수물 변형 폴리에틸렌인 Yparex(상표명)을 포함한다. 피복 방법중에 용융물의 온도는 239℃이었으며, 몰딩방법중에는 225℃이었다.
비교실험예 B
실시예 Ⅱ에서 수득된 입자체에 의해 비교실험예 A를 반복하였다. ZSK내 용융물의 온도는 211℃이었으며; 생산량은 5㎏/hour이었다.
시험 바는 여러 특성들에 대해 시험되었다:
- 인장 강도, ISO 527 1B에 따름
- 휨 강도, ASTM D790에 따름
- 충격 강도, 아이조드, ISO 180/4A에 따름
- 확장 선형계수(LCE), ASTM D696(23-80℃)에 따름
- 낙하 충격강도(FDI; VEM), ISO 66030-2V에 따름
실시예 및 비교실험예의 결과는 표 1에 개시되어 있다.
| 실시예/비교실험예 | Ⅰ | A | Ⅱ | B |
| 성질아이조드(kJ/㎡)FDIE-전체(Joules)F-최대(Newton)인장 시험최대 강도파열시 인장율(%)E-계수(㎫)휨 시험최대 강도(㎫)E-계수(㎫)LCE(1/K) | 4.37.0134542.31.253916435113.87*10^·5 | 2.94.8136442.92.642856533805.89*10^·5 | 11.414.3182338.22.444645826306.39*10^·5 | 4.27.0120626.016.5361741178510.9*10^·5 |
설명:
비교실험예 A 및 B에서의 시험 바는 흑색 탈색을 나타냈다.
Claims (17)
- 열가소성 중합체 및 천연섬유를 기반으로 한 플라스틱 입자체에 있어서,상기 입자체는 입자체의 세로방향으로 주로 배향된 천연섬유 다발을 포함하며, 상기 다발은 열가소성 중합체의 외피를 가지며, 섬유 다발은 입자체만큼 길고, 천연섬유의 분해온도는 열가소성 중합체의 용융점보다 20 내지 80℃ 높은 것을 특징으로 하는 플라스틱 입자체.
- 제 1 항에 있어서,천연섬유는 황마, 아마, 양마, 사이잘초 및 대마 섬유, 또는 그의 혼합물을 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 입자체.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 천연섬유의 분해온도는 열가소성 중합체의 용융점보다 35 내지 70℃ 높은 것을 특징으로 하는 플라스틱 입자체.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 열가소성 중합체는 폴리올레핀인 것을 특징으로 하는 플라스틱 입자체.
- 제 4 항에 있어서,상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌의 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 입자체.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 입자체의 길이는 5-40㎜인 것을 특징으로 하는 플라스틱 입자체.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 입자체의 직경은 1-10㎜인 것을 특징으로 하는 플라스틱 입자체.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 입자체는 섬유의 20-85wt.%를 함유하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 입자체.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 외피는 입자체 중심에서 볼때 저점성 열가소성 중합체의 제1층 및 고점성 열가소성 중합체의 제2층으로 구성되며, 두 중합체의 용융지수의 비가 10 내지 100인 것을 특징으로 하는 플라스틱 입자체.
- 제 9 항에 있어서,상기 제1층의 중합체 및 제2층의 중합체는 같은 중합체이거나 서로 상용성인중합체인 것을 특징으로 하는 플라스틱 입자체.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,플라스틱 섬유 및/또는 유리 섬유는 입자체내에 추가로 존재하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 입자체.
- 제 11 항에 있어서,상기 플라스틱 섬유 및/또는 유리 섬유는 천연섬유의 다발내에 존재하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 입자체.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 플라스틱 입자체의 제조방법에 있어서,천연섬유의 연속다발은 열가소성 중합체의 용융물에 의해 피복되며, 그후에 수득된 생성물은 냉각되고 원하는 길이까지 절단되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 입자체의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 천연섬유의 연속다발은 제1 단계에서 저점성 열가소성 중합체에 의해, 계속해서 또는 동시에 고점성 중합체에 의해 피복되며, 두 중합체의 용융지수비는 10 내지 100인 것을 특징으로 하는 플라스틱 입자체의 제조방법.
- 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,플라스틱 섬유 및/또는 유리섬유는 천연섬유의 연속다발내에 추가로 존재하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 입자체의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 플라스틱 입자체로 제조되거나, 또는 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 몰딩.
- 열가소성 중합체 및 천연섬유를 기반으로 한 몰딩의 제조방법에 있어서,열가소성 중합체의 용융물에 의해 피복된 천연섬유의 연속다발이 제조되어 냉각 및/또는 절단없이 몰딩기로 주입되는 것을 특징으로 하는 몰딩의 제조방법.
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