KR20100000984A - 기계적 물성 향상 및 휘발성 유기화합물이 저감된폴리프로필렌수지 조성물 - Google Patents

기계적 물성 향상 및 휘발성 유기화합물이 저감된폴리프로필렌수지 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기계적 물성 향상 및 휘발성 유기화합물이 저감된 폴리프로필렌수지 조성물에 관한 것으로, 보다 자세하게는 인장강도, 굴곡강도, 충격강도 등의 기계적 물성이 우수할 뿐만 아니라 흡착제를 포함함으로써 휘발성 유기화합물의 발생량을 획기적으로 감소시킴으로써 환경 친화적 소재로 사용될 수 있는 기계적 물성 향상 및 휘발성 유기화합물이 저감된 폴리프로필렌수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 기계적 물성 향상 및 휘발성 유기화합물이 저감된 폴리프로필렌수지 조성물은 폴리프로필렌 혼합물 100 중량부에 대하여, 무기 충전제 20 내지 100 중량부, 흡착제 10 내지 50 중량부, 난연성 첨가제와 산화안티몬 혼합물 10 내지 40 중량부, 상용화제 1 내지 15 중량부, 활제 및 안정제 0.5 내지 5 중량부를 포함함에 기술적 특징이 있다.
폴리프로필렌, 탄성중합체, 무기충전제, 흡착제, 상용화제

Description

기계적 물성 향상 및 휘발성 유기화합물이 저감된 폴리프로필렌수지 조성물{Polypropylene resin composite with improved mechanical and less amount of volatile organic compounds}
본 발명은 기계적 물성 향상 및 휘발성 유기화합물이 저감된 폴리프로필렌수지 조성물에 관한 것으로, 보다 자세하게는 폴리프로필렌, 탄성 중합체, 무기 충전제, 흡착제, 난연성 첨가제, 산화안티몬, 상용화제, 활제 및 안정제를 포함하여 기계적 물성이 우수할 뿐만 아니라 휘발성 유기화합물의 발생량을 획기적으로 감소시키는 기계적 물성 향상 및 휘발성 유기화합물이 저감된 폴리프로필렌수지 조성물에 관한 것이다.
폴리프로필렌 수지는 범용수지임에도 기계적 물성과 성형성이 뛰어나 자동차 내장부품, 가전부품 및 산업자재 등의 공업적 이용범위가 매우 넓은 소재이다. 특히 최근에 와서는 기존에 스틸(steel)을 적용하였던 에어컨 실외기 또는 옥외 스피커 하우징 등이 성형성과 조립이 용이한 폴리프로필렌 사출성형물로 본격적으로 진 행되어 왔다.
그러나, 폴리프로필렌은 화학구조상 화재발생시 기존 스틸에 비하여 자기 소화 능력이 부족하여 안전문제가 대두되고, 난연성을 확보하기 위하여 난연화를 추진한 결과, 내광성 및 내후성이 현저하게 저하되어 옥외에서의 사용에 있어서 문제를 드러내면서 용도의 확대가 둔화되었다.
또한, 일반적으로 자동차 내외장재, 건축자재, 생활용품 등에 많이 사용되는 폴리프로필렌 수지는 수지 내에 존재하는 잔류 용매와 단량체 그리고 컴파운딩시 첨가되는 안정제 등의 분해물로 인하여 휘발성 유기화합물을 발생시킨다. 이러한 휘발성 유기화합물 중에서 특히 톨루엔, 자일렌, 스티렌, 탄소수 5 내지 12의 알칸류의 화합물은 강한 자극성 냄새를 가질 뿐만 아니라, 이러한 휘발성 유기화합물이 포함된 공기에 사람이 장시간 노출되게 되면 두통, 졸음, 멀미, 호흡곤란, 눈, 코, 목 통증 등의 해를 입을 수도 있다. 따라서, 플라스틱 소재에서 냄새 및 휘발성 유기화합물의 양을 줄이기 위한 여러 가지 연구가 진행되어 왔다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 폴리프로필렌 혼합물 100 중량부에 대하여, 무기 충전제 20 내지 100 중량부, 흡착제 10 내지 50 중량부, 난연성 첨가제와 산화안티몬 혼합물 10 내지 40 중량부, 상용화제 1 내지 15 중량부, 활제 및 안정제 0.5 내지 5 중량부를 포함함으로써 기계적 물성 및 내한성이 우수하고 휘발성 유기화합물의 발생량을 감소시키며, 난연성이 우수한 기계적 물성 향상 및 휘발성 유기화합물이 저감된 폴리프로필렌수지 조성물을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 폴리프로필렌 혼합물 100 중량부에 대하여, 무기 충전제 20 내지 100 중량부, 흡착제 10 내지 50 중량부, 난연성 첨가제와 산화안티몬 혼합물 10 내지 40 중량부, 상용화제 1 내지 15 중량부, 활제 및 안정제 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 기계적 물성 향상 및 휘발성 유기화합물이 저감된 폴리프로필렌수지 조성물에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명의 기계적 물성 향상 및 휘발성 유기화합물이 저감된 폴리프로필렌수지 조성물은 탄성 중합체, 상용화제, 폴리에틸렌 왁스를 첨가함으로써 다 량의 무기 충전제가 혼합된 경우에 있어서도 기계적 물성 및 내한성이 우수한 효과가 있다.
또한, 흡착제를 첨가함으로써 휘발성 유기화합물의 발생량을 감소시키며, 난연성 첨가제를 적절히 배합함으로써 난연성이 우수한 현저한 효과가 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 폴리프로필렌 혼합물은 용융흐름지수(230℃/2.16kg)가 1 내지 120g/10분이며, 밀도가 0.890 내지 0.910g/㎤인 폴리프로필렌 20 내지 90 중량%와 무늬(Mooney) 점도가 15 내지 80 centipoise이고 밀도가 0.850 내지 0.920g/㎤인 에틸렌-
Figure 112008045939293-PAT00001
-올레핀 공중합체로 구성된 탄성 중합체 10 내지 80 중량%로 이루어져 있 다. 본 발명은 상기 폴리프로필렌 혼합물 100 중량부에 대하여 무기 충전제 20 내지 100 중량부, 흡착제 10 내지 50 중량부, 난연성 첨가제와 산화안티몬 혼합물 10 내지 40 중량부, 상용화제 1 내지 15 중량부, 활제 및 안정제 0.5 내지 5 중량부를 포함한다. 또한, 상기 조성물은 안정제인 폴리에틸렌 왁스를 5 내지 15 중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 탄성 중합체는 에틸렌-
Figure 112008045939293-PAT00002
-올레핀 공중합체로서
Figure 112008045939293-PAT00003
-올레핀 단량체의 함량이 15 내지 60 중량%인 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-부틸렌 고무(EBR), 에틸렌-헥센 고무(EHR), 에틸렌-옥텐 고무(EOR) 중 선택된 어느 하나 이상인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 에틸렌-프로필렌 고무(EPR) 또는 에틸렌 옥텐 고무(EOR)를 사용할 수 있다.
상기 탄성 중합체는
Figure 112008045939293-PAT00004
-올레핀 단량체의 함량이 15 중량% 미만인 경우 무기 충전제를 다량 첨가시 인장강도 및 내충격성이 좋지 않다. 또한, 60 중량% 초과로 첨가할 경우 신장율은 향상되지만 경도 및 열안정성이 떨어진다는 문제점이 있다.
본 발명의 무기 충전제는 내열성 및 변형성을 개선하고 경도 보강 및 원가 개선 등을 위해 사용된다. 무기 충전제로서 탈크(Talc), 탄산칼슘(CaCO3), 황산바륨(BaSO4), 산화마그네슘(MgO), 수산화알루미늄(A12O3), 산화아연(ZnO), 이산화티탄(TiO2), 마이카(Mica), 월라스토나이트(Wallastonite), 실리카(Silica), 클레이(Clay), 유리 섬유(Glass Fiber) 및 카본 블랙(Carbon Black) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 무기 충전제는 실란 또는 지방산으로 표면처리한 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 무기 충전제는 폴리프로필렌 혼합물 100 중량부를 기준으로 20 내지 100 중량부를 사용한다. 이때, 20 중량부 미만을 사용할 경우 은폐력이 저하되며 조성물의 경도가 떨어지고, 100 중량부를 초과하여 사용할 경우 내열성은 좋아지지만 압출 성형시 용융흐름성이 및 신장율이 저하된다는 문제점이 있다.
무기 충전제의 평균 입경은 0.5 내지 17.0㎛ 정도인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 평균 입경이 0.5 내지 10.0㎛인 것을 사용할 수 있다. 상기 무기 충전제의 평균 입경이 0.5㎛ 미만인 것은 컴파운딩시 원재료의 투입이 어려워 인장 특성이 떨어지며, 평균 입경이 10.0㎛를 초과할 경우 내충격성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 흡착제는 유기화합물의 발생량을 감소시키기 위하여 사용한다. 흡착제로는 다공성 나노볼 구조를 갖는 구 형상의 탄소 구조체 또는 실리카 구조체로서 크기는 수십 내지 수천 나노미터 정도의 크기를 갖는다. 상기 나노볼 구조를 갖는 흡착제의 형상은 내부는 중공구조이고 외부는 구형의 탄소 또는 실리카로 이루어져 있는 다공성 구조이다.
본 발명에서 상기 다공성 나노볼 구조를 갖는 흡착제가 가장 효과적으로 유기화합물의 발생량을 감소시키기 위해서는 내부 구조의 지름이 10 내지 800nm이고, 외부 구조의 두께는 1 내지 100nm이며, 상기 외부 구조에 포함되어 있는 각 가공(pore)의 평균직경은 1 내지 50nm인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 나노볼 구조를 갖는 흡착제는 내부의 중공부분과 다공질의 외부 구조로 이루어져 있어 다양한 휘발성 유기화합물의 흡착성능이 우수하며, 이로 인해 소취 성능을 발휘한다.
또한, 점착 카본 나노볼을 흡착제로 사용할 수 있다. 본 발명의 점착 카본 나노볼은 통상의 탄소 구조체로 카본 캡슐, 중공 코어카본 구조체 또는 코어-셀 탄소 구조체라고도 한다. 카본 나노볼은 서로 다른 크기의 기공을 갖으며, 다층의 셀 부분으로 둘러싸여 있는 공 모양을 갖는 탄소 구조체가 바람직하다. 상기 기공은 0.05nm 내지 100nm의 직경을 갖는 메조포어 또는 마이크로포어일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 다공성 나노볼 구조를 갖는 흡착제 또는 점착 카본 나노볼 외에 기존에 통상적으로 사용되는 흡착제가 함께 포함될 수도 있다. 상기 기존의 흡착제는 제올라이트(zeolite), 필라이트(phyllite), 활성탄, 염화구리 또는 이들의 혼합물을 들 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
본 발명의 폴리프로필렌수지 조성물에는 난연성 첨가제와 산화안티몬의 혼합물이 포함된다. 상기 난연성 첨가제와 산화안티몬의 혼합물은 상기 폴리프로필렌 혼합물 100 중량부를 기준으로 10 내지 40 중량부가 사용되며 10 중량부 미만일 경우에는 난연성이 떨어지고 40 중량부 초과일 경우에는 소화성은 뛰어나지만 내한성이 떨어지고 제조경비가 상승한다는 문제점이 생긴다.
상기 난연성 첨가제 100 중량부를 기준으로 산화안티몬 10 내지 90 중량부를 혼합하여 사용한다. 난연성 첨가제로는 데카브로모디페닐에테르, 폴리디브로모페닐렌옥사이드, 테트라브로모페놀-A-비스(2,3-디브로모프로필에테르), 테트라브로모디페녹시벤젠, 헥사브로모시클로도데칸, 에틸렌비스테트라브로모프탈이미드과 같은 방향족 및 지환족 할로겐화합물 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 산화안티몬으로는 삼산화이안티몬, 사산화이안티몬 또는 오산화이안티몬을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 폴리프로필렌수지 조성물에는 무기충전제 및 난연성 첨가제와 폴리프로필렌 혼합물과의 상용성을 향상시키기 위한 상용화제를 사용할 수 있다. 상용화제는 폴리에틸렌 혼합물 100 중량부를 기준으로 1 내지 15 중량부 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 상용화제로는 폴리올레핀 주쇄에 극성 단량체를 도입한 후, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 혼합하여 사용한다. 이때, 극성 단량체로는 불포화 카르복실산 또는 무수물을 사용한다.
본 발명의 활제는 압출가공성 향상 및 점착성 방지를 위해 첨가할 수 있다. 활제는 스테린산 칼슘과 스테아린산 아연을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있으며 폴리프로필렌 혼합물 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 3 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명의 안정제는 성형가공시 조성물의 산화방지 효과를 주기 위하여 사용할 수 있다. 안정제는 폴리프로필렌 혼합물 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 5 중량부 사용하며 펜타에리트리틸-테트라키스(3-3,5-테트라부틸-4-히드록시페닐)-프로피오네이트, 페놀, 2,4-비스(1,1-디메틸에틸)-포스피트, 4,4'-티오-비스(6-t-부틸-3-메틸페놀) 또는 이들의 혼합물을 선택하여 사용한다.
무기 충전제의 분산을 좋게 하기 위하여 폴리에틸렌 왁스를 상기 본 발명의 조성물에 추가로 포함시킬 수 있으며 폴리프로필렌 혼합물 100 중량부를 기준으로 폴리에틸렌 왁스 1 내지 30 중량부를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리프로필렌수지 조성물에는 이외에도 혼합 시 임의 단계에서 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 산화방지제, 자외선 흡수제, 발포제, 안료 등의 첨가제들을 적절히 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 폴리프로필렌수지 조성물은 각 성분을 잘 혼합한 후, 이축 압출기(Twin Screw Extruder) 등과 같은 혼합설비를 이용하여 190 내지 230℃의 온도에서 압출하여 펠렛을 제조하고, 상기 펠렛을 200 내지 300℃, 300 내지 00kg/㎤에서 사출함에 따라 성형품을 제조할 수 있다.
본 발명은 상기의 방법으로 성형된 고분자수지 물품을 제공한다. 상기 고분자수지 물품은 용도에 따라 휘발성 유기화합물의 발생량이 적을 것이 요구되는 분야에 다양하게 응용될 수 있다. 구체적인 예로는 발포성형에 의해 제조된 폴리프로필렌폼 또는 폴리우레탄폼을 들 수 있다. 또 다른 예로는 자동차 내외장재, 건축용 내외장재, 전기전자제품 내외장재 등을 들 수 있다.
상기와 같이 제조되는 본 발명에 따른 수지 조성물은 가연성 재료의 내한성, 내구성, 내열성을 지닌다. 또한, 인장강도, 굴곡강도 및 충격강도 등의 우수한 기계적 특성을 지니면서, UL94-VO 등급의 난연성을 갖고 일반 폴리프필렌수지와는 달리 형상 유지성과 압출 성형시 유동성, 가공성이 우수한 특성을 지닌다.
이하 실시 예 및 비교 예를 통하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명한다. 단, 본 발명이 하기 실시 예 및 비교 예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기 실시 예 및 비교 예에서는 다음과 같은 폴리프로필렌, 탄성 중합체, 무기 충전제, 흡착제, 난연성 첨가제, 안정제, 활제 등이 사용된다.
[실시예 1]
용융흐름지수가 100g/10분인 폴리프로필렌 40 중량% 및 용융흐름지수가 100g/10분인 탄성 중합체 60 중량%로 구성된 폴리프로필렌 화합물 100 중량부에 대하여 무기 충전제로 탄산칼슘 40 중량부, 이산화티타늄 10중량부, 흡착제로 다공성 나노볼 구조를 갖는 카본계 흡착제 10 중량부, 난연성 첨가제로 브롬 함유 방향족 화합물 20 중량부, 삼산화안티몬 10 중량부, 상용화제로 무수말레인산을 사용하여 용융반응법으로 제조한 것 3 중량부, 활제로 스테아린산아연 0.7 중량부, 안정제로 4,4'-티오-비스(6-t-부틸-3-메틸페놀) 0.5 중량부 및 폴리에틸렌 왁스 2 중량부를 온도 조절이 되는 건식 혼합기에서 혼합한 후, 190 내지 230℃ 이축 압출기를 이용하여 압축하고 이를 냉각하여 펠렛 상의 조성물을 얻은 후 온도가 150℃인 사출 성형기를 이용하여 사출성형하였다. 압출 성형된 시편은 아래과 같은 평가항목에 의해 물리적 특성을 측정하였다.
[실시예 2 내지 5]
폴리프로필렌수지 조성물의 사용량 및 종류를 하기 <표 1>과 같이 사용한 것을 제외하고는 <실시예 1>과 동일하한 방법으로 실시하였다.
[성능평가]
상기 실시예1 내지 5에서 제조된 조성물을 조성하여 아래의 방법으로 각 성능을 평가하였다.
(1) 인장강도 및 신장율 ASTM D-638에 따라 시험하였다.
(2) 굴곡강도 및 굴곡탄성율 ASTM D-790에 따라 시험하였다.
(3) 내한성은 고분자 재료의 저온(-20±3℃)의 항온조에 시편을 넣어 20시간 냉각시킨 후, 꺼내어 상온에서 약 1시간 방치 후 균열 및 변형을 관찰하였다.
(4) 난연성은 UL94에 의하여 수직 연소 시험법에 의해 난연성 및 용융낙하 유무를 측정하였다.
(5) 휘발성 유기화합물 발생량 Static Head Space Sampler를 이용하여 펠렛을 일정온도(60℃)에서 평형시킨 후, 발생한 휘발성 유기화합물을 톨루엔을 기준 물질로 하여 GC-MS를 이용하여 평가하였다.
상기 실시예1 내지 5의 폴리프로필렌수지 조성물 및 성능평가를 <표 1>에 정리하였다.
구분 실시예
1 2 3 4 5
조성 폴리프로필렌 40 40 50 50 60
탄성중합체 60 60 50 50 40
탄산칼슘 40 40 50 30 30
이산화티타늄 10 20 10 20 10
브롬함유 방향족 화합물 20 20 20 20 25
삼산화안티몬 10 10 10 5.5 10
무수말레인산 3 3 3 3 1
스테아린산아연 0.7 0.7 0.7 0.7 0.2
안정제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
흡착제 10 20 30 40 50
폴리에틸렌왁스 2 2 2 2 2
성능 인장강도(kg/㎠) 200 220 240 260 210
신장률(%) 400 370 450 320 420
굴곡강도(kg/㎠) 300 315 325 320 310
굴곡탄성률(kg/㎠) 18000 18500 19000 19500 19500
내한성 무 무 무 무 무
난연성(UL94) V0 V0 V0 V0 V0
휘발성 유기화합물 발생량(㎍/ｇ) 2 1 0.8 0.7 0.5
<표 1>을 참조하면, 본 발명의 폴리프로필렌수지 조성물은 탄성 중합체, 상용화제, 폴리에틸렌 왁스를 첨가함으로써 다량의 무기 충전제가 혼합된 경우에 있어서도 기계적 물성 및 내한성이 우수하게 나타났다. 또한, 흡착제를 첨가함으로써 휘발성 유기화합물의 발생량을 감소시킬 수 있으며, 난연성 첨가제를 적절히 배합함으로써 난연성이 우수하게 나타났다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (1)

  1. 폴리프로필렌 혼합물 100 중량부에 대하여, 무기 충전제 20 내지 100 중량부, 흡착제 10 내지 50 중량부, 난연성 첨가제와 산화안티몬 혼합물 10 내지 40 중량부, 상용화제 1 내지 15 중량부, 활제 및 안정제 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 기계적 물성 향상 및 휘발성 유기화합물이 저감된 폴리프로필렌수지 조성물.
KR1020080060691A 2008-06-26 2008-06-26 기계적 물성 향상 및 휘발성 유기화합물이 저감된폴리프로필렌수지 조성물 KR20100000984A (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105462067A (zh) * 2015-12-17 2016-04-06 东莞市顶好新材料科技有限公司 用于汽车内饰件的阻燃pp材料及其制备方法
KR20160061532A (ko) * 2014-11-21 2016-06-01 (주)엘지하우시스 자동차 부품용 복합 조성물 및 이로부터 형성된 자동차 부품

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