KR20090086725A

KR20090086725A - 저 선팽창, 저 비중 특성의 폴리프로필렌 수지조성물

Info

Publication number: KR20090086725A
Application number: KR1020080012164A
Authority: KR
Inventors: 임재곤; 허만생; 유영성; 조재환; 김순덕
Original assignee: 삼성토탈 주식회사
Priority date: 2008-02-11
Filing date: 2008-02-11
Publication date: 2009-08-14

Abstract

본 발명은 저 선팽창, 저 비중 특성의 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로, C-NMR법에 의한 아이소탁틱 펩타드분율이 96% 이상인 고결정성 폴리프로필렌 수지(HIPP), 고무성분, 및 폴리프로필렌 나노 마스터배치를 포함하여, 고충격 특성에 강성이 보완되면서도 안정적인 칫수를 확보하고, 균형화된 물성　특히 열적 변화에 의한 선팽창 최소화로 부품의 치수 안정성을 확보할 수 있는 폴리프로필렌에 관한 것이다.

　선팽창, 폴리프로필렌, 나노 마스터배치, 고충격

Description

저 선팽창, 저 비중 특성의 폴리프로필렌 수지조성물{POLYPROPYLENE COMPOSITION WITH LOW LINEAR THERMAL EXPANSION AND LOW DENSITY CHARACTER}

본 발명은 저 선팽창, 저 비중 특성의 폴리프로필렌 수지조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열변화에 따른 선팽창계수가 낮아 주변 환경 온도변화에도 민감하지 않고, 부품의 칫수를 유지해주면서도 제품의 중량을 결정짓는 비중이 낮아 부품의 경량화가 가능한 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.

자동차용 부품이 점진적으로 얇아짐에 따라 소재의 기계적 특성은 더욱 우수해져야 하는 상황에서 부품의 칫수를 결정짓는 중요한 특성의 하나인 열변화에 따른 선팽창계수와 제품의 중량을 결정짓는 비중이 낮은 폴리프로필렌 수지 조성물이 중요하게 되었다. 　성형 부품의 특성 중 무기물 함량은 줄어도 열적 특성이 우수하고, 사출성형이 용이하며, 주변온도 변화에 따른 치수 안정성이 탁월한 자동차 내, 외장 부품용 폴리프로필렌　수지 조성물에 관한 것이며, 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지를 이용한 자동차용 인스트루먼트 패널(Instrument Panel), 도어 트림(Door Trim), 콘솔 바디(Console Body), 필러(Pillar) 및 트림(Trim) 등 내장 부품용 수지 조성물 및 외장형으로는 범퍼(Bumper), 계기반(fascia) 및 사이드 몰딩(Side molding)의 무도장 파트에도 응용 가능한 소재 개발이 필요하게 되었다.

자동차용 소재의 경우 주요 연구 아이템은 부품의 경량화이며, 이를 통하여 연료 효율의 향상 등 부가적인 자동차의 성능 향상에 많은 기여를 하고 있는 실정이다. 이러한 면에서 기존의 스틸(steel) 및 금속소재를 플라스틱으로 대체하는 연구는 많은 부분 진척이 있었으며 현재도 많은 연구가 추진되고 있다. 　범위를 좁혀 동일한 플라스틱 소재에 있어서도 자동차의 경량화 및 연료 효율 향상에 기여를 하기 위해서는 플라스틱 소재　중에서도 비중이 낮은 소재를 사용하는 방안과 환경친화성을 감안한 리사이클이 가능한 소재의 연구에도 많은 노력을 기울이고 있는 실정이다. 　베이스 수지에 고결정성 폴리프로필렌(High Isotactic Polypropylene)을 적용하여 강성을 극대화하고, 별도의 고무 처방을 최소화한 상태에서 충격 특성을 개선하고, 추가로 폴리프로필렌 나노 마스터배치(Nano Masterbatch)를 처방하여 강성과 충격특성이 균형화된 비중이 낮은 수지 조성물을 얻을 수 있게 되었다. 또한 이러한 나노 마스터배치로 보강된 폴리프로필렌 수지 조성물의 경우 선팽창계수가 낮아 길이가 긴 부품이나 주변 온도 변화에 따른 치수 변화가 다소 심한 부품의 경우 적용 시 성형단가를 낮출 수 있는 장점이 있고, 전체 차량의 무게를 줄일 수 있는 일거양득의 효과가 있다고 할 수 있겠다.

자동차 분야에 있어 자동차용 부품으로 사용되는 플라스틱 소재에 대한 수요는 소재의 경량화(Weight reduction) 및 고성능화가 지속적으로 이루어짐에 따라 계속적인 증가 추세에 있다. 특히 다양한 플라스틱 소재 중에서 폴리올레핀은 저　비중으로 인한 경량화 및 재활용의 용이성, 상대적으로 낮은 가격 등으로 인해 다른 플라스틱 소재에 비해 수요가 급격히 늘고 있는 추세이다. 　또한 자동차 내, 외장재의 부품별로 강성과 충격 특성이 균형화되어 복잡한 제품 구조를 가지고 있으면서 함유되는 무기 첨가제와 고무성분 함량을 조절한 다양한 수지 조성물이 적용되고 있다. 따라서 내, 외장재용으로 적용되는 폴리프로필렌 수지 조성물의 종류가 많아지면서 그에 따른 부품 성형 조건이나 금형 기술 등 관련 생산성 향상이 주요 문제점으로 등장하였고　또한 제품별로 복잡, 다양해지는 경향이 있다. 이렇게 제품의 종류가 많아지게 되는 직접적인 배경은 폴리프로필렌이 갖는 소재의 한계성에 의해 유동특성이 좋으면서 부품의 칫수가 안정적으로 확보되어야 하고 비중도 최대한 낮아야 경량화를 만족할 수 있기 때문에 하나의 수지 조성물로는 적용이 어렵기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고입체 규칙성의 폴리프로필렌을 베이스로 강성을 보완한 상태에서, 고무를 사용하여 강성과의 균형을 이루고, 기타 각 부품별 내장재 요구특성은 추가적인 고무함량 처방이나 무기 필러를 사용하여 충족시켰으며, 특히 성형성 확보를 위한 고유동 특성의 경우는 베이스의 일부를 유동변형(Controlled Rheology)시킨 제품을 사용하여 해결하여, 충격특성을 유지하면서 추가적인 강성보완용으로 폴리프로필렌 나노 마스터배치를 사용하여 균형화된 물성　특히 열적 변화에 의한 선팽창 최소화로 부품의 치수 안정성을 확보할 수 있는 폴리프로필렌을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 외장재의 범퍼와 같은 고충격 특성이 요구되는 수지조성물의 경우에, 추가적인 강성보완용으로 미리 제조된 폴리프로필렌 나노 마스터 배치를 사용하여, 고충격 특성에 강성이 보완되면서도 안정적인 칫수를 확보하는 수지 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, C-NMR법에 의한 아이소탁틱 펩타드분율이 96% 이상인 고결정성 폴리프로필렌 수지(HIPP) 40 ~ 98%; 고무성분 1~30%; 및 폴리프로필렌 나노 마스터배치 1 ~ 40%를 포함하는 저 선팽창, 저 비중 특성의 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공한다.

또한, 상기 고결정성 폴리프로필렌 수지는 고결정성 블록공중합체를 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고무성분은 에틸렌-옥타디엔 성분인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폴리프로필렌 나노 마스터배치는 나노클레이 함량 30 ~ 50%를 차지하는 것인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수지 조성물은 조색용 마스터배치를 전체 조성물에 대하여 1 ~ 10 중량% 더 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고결정성 폴리프로필렌 수지는 용융지수 1∼60 g/10min이며 아이소탁틱 폴리프로필렌, 프로필렌-에틸렌 코모노머, 프로필렌 1 부텐 코폴리머, 프로필렌 1 헥센 코폴리머, 및 프로필렌 4 메틸 1 펜텐 코폴리머으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 이상의 것과 프로필렌과의 코폴리머, 랜덤 공중합체 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 고충격 특성에 강성이 보완되면서도 안정적인 칫수를 확보하고, 균형화된 물성　특히 열적 변화에 의한 선팽창 최소화로 부품의 치수 안정성을 확보할 수 있는 폴리프로필렌을 제공할 수 있다.

본 발명은 폴리프로필렌 수지로 결정성이 높은 폴리프로필렌을 기본으로 하 고, 충격특성을 보완하기 위해 고무성분을 사용하며　기타 추가적인 강성보완을 위해 탈크 및 폴리프로필렌 나노 마스터배치 등의 충전제를 사용한 수지 조성물을 기본 개념으로 한다.

발명에 사용된 폴리프로필렌 수지는 고결정성의 폴리프로필렌 수지로, 아이소택틱 지수가 높은 폴리프로필렌 수지가 바람직하며, 보다 바람직하게는 고결정성 블록공중합체의 폴리프로필렌 수지를 사용하는 것이다. 　예를 들면 C-NMR법에 의한 아이소탁틱 펩타드분율이 96% 이상인 고결정성 폴리프로필렌 수지(HIPP) 및 블록 코폴리머 또는 일반 폴리프로필렌을 전체 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 40 ~ 98 중량%를 사용한다. 40 중량%　미만인 경우, 전체 PP의 특성이 저하되어 기능을 발휘하게 어려우며 98 중량% 이상인 경우, 타 성분의 함량미달로 기능발휘에 바람직하지 못하다.　　상기 고결정성 폴리프로필렌 수지는 용융지수 1∼60 g/10min이며, 아이소탁틱 폴리프로필렌, 프로필렌-에틸렌 코모노머, 프로필렌 1 부텐 코폴리머, 프로필렌 1 헥센 코폴리머, 프로필렌 4 메틸 1 펜텐 코폴리머 등 소량의 다른 알파 올레핀과 프로필렌과의 코폴리머, 랜덤 공중합체 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

본 발명에서는 조성물의 적당한 유연성 및 강성 균형을 위해 고무 성분 또는 무기질 충진제의 어느 한쪽 또는 쌍방을 함유하고 있는 것이 바람직하다.

상기 고무 성분은, 무정형 에틸렌 α올레핀 공중합체, 스틸렌계 열가소성 일래스토머의 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직한데, 이것에 의해 적당의 유연성을 얻을 수 있고, 내 저온 충격성 등의 충격 강도 특성을 향상시키는 것이 가능하다.

상기 무정형 α올레핀 무정형 공중합체로서는, α올레핀 성분으로서 프로필렌, 부텐1, 　펜텐1, 헥산1, 옥텐1, 4-메틸 펜텐1, 헤푸텐1 등이 있다. 또한 상기 스티렌계 열가소성 일래스토머로서는 SEBS이외에 SEPS, SEP, SEEPS, SBS, SIS등이 있다. 더불어 상기 무기질 충전재는 유리섬유, 활석, 운모, 탄산칼슘, 규회석, 황산바륨, 클레이, 황산마그네슘 위스커 등의 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 고무성분은 에틸렌-옥타디엔 고무성분을 예로 들 수 있으며, 그 함량은 전체 조성물에 대하여 1 ~ 30 중량%를 사용할 수 있다. 　1 중량%　미만인 경우 고무성분에 의한 충격완화 효과가 미미하여　바람직하지 못하며, 30 중량%를 초과하면 연성이 강화되어 부품으로서의 강성 부족으로　바람직하지 못하다.

본 발명에서는 더욱 균형된 굴곡강성과 충격 강도의 물성 발현을 위해 추가로 폴리프로필렌 나노 마스터배치를 사용하여, 기존의 수지 조성물에서 발현된 강성과 충격 특성의 물성에, 충격 특성의 저하를 최소화하면서 나노클레이의 균일한 분산을 통해 전체 부품의 치수안정성을 확보하는데　탁월한 효과를 나타낼 수 있다.

상기 폴리프로필렌 나노 마스터배치는 나노클레이 함량 30 ~ 50 중량%를 차 지하는 것을 사용하는데, 30　중량%미만인 경우 무기입자에 의한 강성 보완이 미미하여　바람직하지 못하며, 50　중량%를 초과하면 제조가 용이하지 못하므로 바람직하지 못하다.

폴리프로필렌 나노 마스터배치의 사용함량은 전체 조성물에 대하여 1 ~ 40 중량%이며, 1 중량%미만인 경우 마스터배치에 의한 강화 효과가 미미하여　바람직하지 못하며, 40 중량%를 초과하면 제립시 가공 성형성이 용이하지 못하므로 바람직하지 못하다.

상기의 구성성분 이외에 본 발명에 추가로 첨가될 수 있는 착색제로서는, 무기물 안료, 유기 안료가 있으며, 무기물 안료로는 알루미늄 플레이크, 알루미늄 가루, 알루미늄 박, 아연 분, 브론즈 분, 진주 운모, 티탄 흰색, 산화 아연, 황화 아연, 크롬 노랑, 바륨 노랑, 군청색, 코발트 청색, 코발트 녹색, 카본 블랙 등이 있다. 　또한 유기 안료로서는, 워칭 레드, 퍼머넌트 레드, 팔라듐 레드, 톨이진말, 벤지딘 엘로, 프탈로시아닌 그린 등이 있다.

또한, 본 발명의 조성물에는 각종 첨가제, 보강재, 예를 들면 장기 내열안정제, 내후안정제, 대전방지제, 활제, 슬립제(SLIP제), 헥제, 난연제 등을 본 발명의 목적에 어긋나지 않는 범위에서 첨가하는 것이 가능하다.

　이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명하려 하며, 본 발 명이 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.

발명의 실시예에 관련된 자동차 내장재용 폴리프로필렌 수지 성형체에 대해, 비교예와 함께 설명한다. 본 예에 있어서는 규격시험에 의한 시험편을 이용하는 것을 원칙으로 하였고 대부분 사출성형을 통해 제조하였다. 또한 혼련압출기에 각 성분의 소정량을 일괄 투입하여 혼련 후 수지 조성물을 제조한다. 실시예 및 비교예 모두 조성물내 수분 흡수에 의한 물성의 약화를 고려하여 90℃ 오븐에서 3시간 동안 건조하였다. 이 조성물을 삼성-클뢰크너사에서 제작한 FCM-110(형체력=110톤) 사출기를 사용하여 사출하였고, 사출시 온도는 피딩 호퍼부에서 노즐 순으로 180/200/200/200/200℃, 사출압력은 60 ∼ 100bar로 성형하였고, 물성측정용 성형품 및 외관 시험용 시험편을 제작하였다.

본 예에 있어 이용한 재료의 성분 및 특성을 표 1, 2, 3, 4에 나타내었다. 표 1은 수지조성물의 기본이 되는 베이스 수지로서 고결정성 블록 코폴리머를 나타내었으며, 표 2는 고무성분　나타내었고,　표 3은 사용한 무기 필러 탈크의 규격을 표시하였다. 표 4에는 폴리프로필렌　나노 마스터배치를 제조한 방법과 각 성분의 함량을 표시하였고 마스터배치 자체의 주요 물성을 표시하였다. 이들 성분의 조합으로부터 배합한 수지 조성물을 가지고 통상적인 방법의 하나인 동방향 이축 압출기를 사용하여 펠렛화 한 후 이를 다시 사출성형 시편으로 제조하여 비중 및 선팽창계수 측정을　실시하였다. 압출펠렛한 후 수분 혼입을 방지하기 위하여 90℃에서 3시간 건조한 후 사출성형 시편을 제조하였으며 제조된 샘플에 대한 선팽창계수 측정은 상온에서 48시간 이상 방치 후 측정하였다.

시료 No.	에틸렌 함량(중량%)	경 도[Rockwell]	유동 지수[g/10min] (230 ℃, 2.16Kg)
PP(Bi750)	9.6	90	30

시료 No.	유동 지수[g/10min] (190 ℃, 2.16Kg)	밀 도[Kgf/cm³]	기타 사항
Rub(EG-8842)	1.0	0.857	C2-C8 copolymer elastomer

시료 No.	시료 구분	Size [㎛]
Talc	Talc	Average: 3 ~ 4

시료 No.	조성 (wt%)	인장강도 [kgf/cm²]	굴곡탄성율 [kgf/cm²]	Izod충격강도 [Kgfcm/cm]
PP-Nano	PP / Nanoclay( 60 / 40 ) 소량의 Peroxide 및 MA 첨가 ( Peroxide: 　0.27 pph Maleic ahnhydride: 0.3 pph) 상기 조성물로 Twin압출기이용 제조함	428	24,930	4.1

　표 5, 6에는 위와 같이 제조된　수지 조성물의 시편 내 용융수지의 흐름 방향별로 선팽창계수 측정결과를　표현하였다.

실시예 항 목		비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	실시예1	실시예2
PP		100	80	80	70	60	75	60
Rub			20				15	15
Talc				20	30	40
PP-Nano							10	25
선팽창 계수 ×10^-5 [m/m℃]	-30 ~ 30 ℃	11.6	10.9	7.5	4.5	4.2	8.2	7.0
	-30 ~ 80 ℃	12.3	9.1	7.4	5.3	4.8	6.1	4.5
	10 ~ 65 ℃	13.6	8.2	7.8	5.9	5.2	5.5	3.9

※ FD: Flow Direction　

실시예 항 목		비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	실시예1	실시예2
PP		100	80	80	70	60	75	60
Rub			20				15	15
Talc				20	30	40
PP-Nano							10	25
선팽창 계수 ×10^-5 [m/m℃]	-30 ~ 30 ℃	16.7	11.2	10.9	8.2	6.4	11.2	10.6
	-30 ~ 80 ℃	18.8	10.2	12.5	10.3	8.3	8.9	6.9
	10 ~ 65 ℃	19.3	8.5	12.9	10.9	8.6	7.4	5.9

※ TD: Transverse Direction

표 5의 비교예 1의 측정결과, 폴리프로필렌 자체의 선팽창계수는 높은 수준이며, 측정온도 구간에 따라 다소의 영향을 받으며, 여기에 고무성분을 첨가한 비교예 2는 전반적인 선팽창 수준을 낮게 해주며 온도 구간별로도 다소의 차이를 보였다. 또한 무기필러 탈크의 영향을 보면 탈크의 절대 함량별로 선팽차계수의 차이가 뚜렷하나 함량이 동일할 경우 절대 선팽창계수는 측정 온도구간에 따라 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 　또한, 실시예 1, 2에서처럼 폴리프로필렌에 일정양의 고무성분과 폴리프로필렌 나노클레이 마스터 배치를 혼합 적용하게 되면, 절대 선팽창계수의 수준을 낮출 수 있으며, 낮은 비중에서도 온도 구간별로 기준의 탈크 20 ~ 40%대의 수지 조성물과 유사한 선팽창계수를 확보할 수 있음을 알 수 있다.

Claims

C-NMR법에 의한 아이소탁틱 펩타드분율이 96% 이상인 고결정성 폴리프로필렌 수지(HIPP) 40 ~ 98%;

고무성분 1~30%; 및

폴리프로필렌 나노 마스터배치 1 ~ 40%

를 포함하는 저 선팽창, 저 비중 특성의 폴리프로필렌 수지 조성물.

　
제 1 항에 있어서, 상기 고결정성 폴리프로필렌 수지는 고결정성 블록공중합체를 사용하는 것을 특징으로 하는 저 선팽창, 저 비중 특성의 폴리프로필렌 수지 조성물.

　
제 1 항에 있어서, 상기 고무성분은 에틸렌-옥타디엔 성분인 것을 특징으로 하는 저 선팽창, 저 비중 특성의 폴리프로필렌 수지 조성물.

　
제 1 항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 나노 마스터배치는 나노클레이 함량 30 ~ 50%를 차지하는 것인 것을 특징으로 하는 저 선팽창, 저 비중 특성의 폴리프 로필렌 수지 조성물.

　
제 1 항에 있어서, 상기 수지 조성물은 조색용 마스터배치를 전체 조성물에 대하여 1 ~ 10 중량% 더 포함한 것을 특징으로 하는 저 선팽창, 저 비중 특성의 폴리프로필렌 수지조성물.

　
제 1 항에 있어서, 상기 고결정성 폴리프로필렌 수지는 용융지수 1∼60 g/10min이며 아이소탁틱 폴리프로필렌, 프로필렌-에틸렌 코모노머, 프로필렌 1 부텐 코폴리머, 프로필렌 1 헥센 코폴리머, 및 프로필렌 4 메틸 1 펜텐 코폴리머으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 이상의 것과 프로필렌과의 코폴리머, 랜덤 공중합체 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 저 선팽창, 저 비중 특성의 폴리프로필렌 수지조성물.