KR20110051575A - 친환경 플라스틱 복합소재 및 친환경 자동차 내장재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 플라스틱 복합소재 및 이를 포함하는 친환경 자동차 내장재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 셀룰로오스 디아세테이트(Cellulose Diacetate, 이하, 'CD'로 칭한다.)과 폴리프로필렌(Polypropylene, 이하, 'PP'로 칭한다.)을 포함하는 플라스틱 복합소재에 있어서, 상용화제로서 리그닌을 도입하여 상기 CD와 PP의 상용성을 향상시키고, 2차 가소제로서, 환경호르몬을 방출하지 않는 에폭시화 대두유를 도입한 친환경 플라스틱 복합소재에 관한 것이다. 본 발명의 플라스틱 복합소재는 기계적 강도가 우수할 뿐만 아니라, 친환경적인 복합소재인 바, 기존의 폴리프로필렌계 플라스틱 소재를 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

리그닌, 셀룰로오스 디아세테이트, 상용화제, 트리아세틴

Description

친환경 플라스틱 복합소재 및 친환경 자동차 내장재{Environmental-friendly plastic composite and Environmental-friendly interior materials of vehicle}

본 발명은 셀룰로오스 디아세테이트(Cellulose Diacetate)와 폴리프로필렌(Polypropylene)을 포함하는 플라스틱 복합소재에 있어서, 상용화제로서 리그닌을 도입하여 상기 셀룰로오스 디아세테이트와 폴리프로필렌의 상용성을 향상시키고, 2차 가소제로서, 환경호르몬을 방출하지 않는 에폭시화 대두유를 도입한 친환경 플라스틱 복합소재에 관한 것이다.

새로운 환경 법규, 사회적 관심 그리고 점점 높아지고 있는 환경에 대한 인식의 변화로 최근 우리나라에서도 친환경 소재에 대한 관심이 점점 증대되고 있다. 일반적으로 플라스틱 소재는 점점 줄어들고 있는 석유를 바탕으로 하는 소재 공급원으로 하고 있는데, 최근에는 천연소재 및 농작물 자원을 바탕으로 하는 환경친화적 소재로 대체하고자 노력하고 있는 추세에 있다.

친환경 소재를 이용한 자동차 부품 연구 및 적용은 현재 많은 자동차 업체에 서 경쟁적으로 이루어지고 있고, 석유자원고갈 대책, 이산화탄소 저감, 휘발성 유기물질 저감, 리싸이클율 규제 대응 등 많은 실질적인 장점을 가지고 있다.

현재 자동차 분야의 식물기반 친환경 재료는 메이커별로 선행 개발 단계에 있으며, 주로 컨셉카 및 일부 하이브리드 차량에 적용 되고 있으나 향후 그 적용량은 점차 증가할 것으로 예상되고 있다. 친환경 소재의 주요 연구 방향은 바이오매스함량 증대, 저가소재, 비식량계 자원 활용 등이며 본 셀룰로오스 복합재는 이 모두에 다 해당된다.

셀룰로오스 디아세테이트와 폴리프로필렌의 블랜드 소재는 현재 기계적 물성 향상을 위한 상용성 증대가 가장 중요한 핵심 기술이며, 상용성 문제를 해결하기 위한 반응성 상용화제가 주로 이용되지만, 그 효과는 아직 미미한 수준이다. 따라서 친환경소재이면서 상용성이 우수한 소재의 필요성이 제기되고 있는 추세이다.

이에, 본 발명자들은 기존 플라스틱 소재인 폴리프로필렌을 대체할 수 있는 친환경 복합소재를 제조하고자 노력한 결과, 리그닌을 상용화제로 이용하면 셀룰로오스 디아세테이트와 폴리프로필렌의 상용성을 크게 향상시킬 수 있음을 알게 되었고, 또한, 최적의 물성 효과를 나타낼 수 있는 조성비를 알게 되어, 본 발명을 완성하게 되었다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 셀룰로오스 디아세테이트와 폴리프로필렌 40 ~ 60 중량%, 폴리프로필렌 20 ~ 40 중량% 및 트리아세틴(Triacetine) 10 ~ 25 중량%를 함유한 주재; 리그닌; 및 에폭시화 대두유;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 친환경 플라스틱 복합소재에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 플라스틱 복합소재를 이용하여 제조한 친환경 자동차 내장재에 관한 것이다.

본 발명은 폐기되는 리그닌을 재활용하는 장점이 있으며, 본 발명의 상기 복합소재는 환경호르몬을 유발하지 않는 가소재를 사용한 친환경 소재이며, 또한, 인장강도 및 신율 등의 기계적 물성이 우수하기 때문에, 자동차 내장재로 사용하기에 적합하다.

이하에서는 본 발명을 더욱 자세하게 설명을 하겠다.

본 발명은 친환경 플라스틱 복합소재에 관한 것으로서, 셀룰로오스 디아세테이트 40 ~ 60 중량%, 폴리프로필렌 20 ~ 40 중량% 및 트리아세틴(Triacetine) 10 ~ 25 중량%를 함유한 주재; 리그닌; 및 에폭시화 대두유;를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 친환경 플라스틱 복합소재는 충전제, 산화방지제, 염료, 및 안료 등 중에서 선택된 1 종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 주재 성분인 상기 셀룰로오스 디아세테이트는 본 발명에 있어서, 친환경 소재로 주 기지재료의 역할을 수행하며, 상기 주재 전체 중량 중 40 ~ 60 중량%를, 더욱 바람직하게는 45 ~ 55 중량%를 사용하는 것이 좋다. 이때, 40 중량% 미만으로 사용하면 기계적 물성이 취약할 수 있고, 60 중량%를 초과하면 다른 플라스틱 소재와의 상용성에 문제가 있을 수 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

주재 성분인 상기 폴리프로필렌은 상기 주재 전체 중량 중 20 ~ 40 중량%, 더욱 바람직하게는 25 ~ 35 중량%를 사용하는 것이 좋으며, 그 사용량은 다른 주재 성분인 셀룰로오스 디아세테이트와 트리아세틴의 사용량에 의해 상대적으로 정해진 값이다.

또 다른 주재 성분인 상기 트리아세틴은 본 발명에 있어서 가소제 역할을 수행하며, 상기 주재 전체 중량 중 10 ~ 25 중량%를, 더욱 바람직하게는 10 ~ 20 중량%를 사용할 수 있는데, 이때, 트리아세틴의 사용량이 10 중량% 미만이면 성형 가공성이 떨어질 수 있고, 25 중량%를 초과하여 사용하면, 상대적으로 다른 성분들의 사용량이 감소하여 전체적인 기계적인 물성이 떨어질 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.

상기 리그닌은 본 발명에 있어서, 상기 셀룰로오스 디아세테이트와 상기 폴리프로필렌의 상용성을 증가시켜서 기계적물성 향상 효과를 부여하는 역할을 수행하며, 그 사용량은 상기 주재 100 중량부에 대하여 2 ~ 10 중량부를, 더욱 바람직하게는 4 ~ 10 중량부를 사용하는 것이 좋다. 이때, 상기 리그닌을 2 중량부 미만으로 사용하면 그 사용량이 너무 부족하여 얻고자 하는 상용성 증대 효과를 얻을 수 없으며, 10 중량부를 초과하여 사용하며 상용성은 증가하나, 오히려 복합소재의 물성이 떨어질 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.

상기 에폭시화 대두유는 본 발명에 있어서, 2차 가소제로 도입하였으며, 가공성을 향상시키는 역할을 한다. 그리고, 상기 에폭시화 대두유를 특별히 한정하지는 않으나, 중량평균 분자량이 1,000 ~ 3,000인 것을 사용하는 것이 좋다. 그리고, 상기 에폭시화 대두유의 사용량은 상기 주재 100 중량부에 대하여, 1 ~ 10 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 4 ~ 8 중량부를 사용하는 것이 좋다. 이때, 상기 에폭시화 대두유의 사용량이 2 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 충분한 가공성을 부여할 수 없을 수 있으며, 10 중량부를 초과하여 사 용하면 오히려, 복합소재의 물성에 악영향을 미치므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

그리고, 본 발명은 첨가제를 더 포함할 수 있는데, 상기 첨가제는 충전제, 산화방지제, 노화방지제, 염료, 및 안료 등 중에서 선택된 1 종 이상을 사용할 수 있으며, 그 종류는 당업계에서 사용하는 것을 사용할 수 있으며, 특별히 한정하지는 않으나, 친환경 제품을 사용하는 것이 좋다.

또한, 본 발명은 친환경 자동차 내장재에 관한 것으로서, 앞서 설명한 본 발명의 상기 친환경 플라스틱 복합소재를 포함하고 있는 것을 그 특징으로 한다. 이를 좀 더 구체적으로 설명을 하면 상기 친환경 플라스틱 복합소재를 210 ~ 230℃의 가공 온도에서, 압출하여 팰렛을 제조한 후, 상기 팰렛을 사출성형법으로 친환경 자동차 내장재를 얻을 수 있다.

여기서, 상기 가공 온도가 210℃ 미만일 경우 가공이 어렵고 230℃를 초과하면 리그닌이 탄화되는 문제가 일어날 수 있으므로, 상기 범위 내에서 가공하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠다. 그러나, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 4

하기 표 1과 같은 조성을 같도록 셀룰로오스 디아세테이트, 폴리프로필렌, 트리아세틴, 리그닌 및 에폭시화 대두유를 혼합하여 제조한 친환경 플라스틱 복합소재를 이용하여, 하기 표 1의 가공조건에서 가공하여 자동차 내장재를 제조하여, 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 4를 제조하였다.

실험예 : 물성측정실험

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 친환경 자동차 내장재를 하기의 방법을 이용하여 물성을 측정하였다. 이때, 인장시험은 ASTM D 638(Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics)에 따라 만능시험기를 이용하여 상온에서 인장강도(Tensile Strength) 및 값을 측정하였다(인장강도[Pa] = 최대 load [N] / 초기 시료의 단면적[m²], 신율[%] = 파단점까지의 늘어난 길이 / 초기 길이).

구분	인장강도(MPa)	신율(%)
실시예 1	50	8.9
실시예 2	52	9.6
실시예 3	51	10.0
실시예 4	58	11.9
실시예 5	54	11.2
실시예 6	50	9.5
실시예 7	52	9.6
비교예 1	42	7.5
비교예 2	43	8.2
비교예 3	48	7.9
비교예 4	45	7.4

상기 표 2의 실험결과를 살펴보면, 리그닌을 사용하지 않은 비교예 1과 비교예 4의 경우, 폴리프로필렌과 셀룰로오스 디아세테이트와의 상용성이 떨어져서 인장강도와 신율의 물성이 저조함을 확인할 수 있다. 그리고, 에폭시화 대두유와 트리아세틴을 사용하지 않은 비교예 2와 비교예 3의 경우, 비교예 1과 비교예 4 보다는 물성이 조금 좋지만, 본 발명인 실시예와 비교해서는 물성이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

상기 실험예를 통하여 본 발명의 친환경 플라스틱 복합소재를 이용하여 제조한 친환경 자동차 내장재의 물성, 특히 인장강도 및 신율이 우수함을 확인할 수 있으며, 상기 친환경 플라스틱 복합소재는 자동차 내장재뿐만 아니라, 다른 다양한 용도로도 적용이 가능하다.

Claims (6)

1. 셀룰로오스 디아세테이트와 40 ~ 60 중량%, 폴리프로필렌 20 ~ 40 중량% 및 트리아세틴(Triacetine) 10 ~ 25 중량%를 함유한 주재; 리그닌; 및 에폭시화 대두유;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 친환경 플라스틱 복합소재.
2. 제 1 항에 있어서, 복합소재는 충전제, 산화방지제, 염료, 및 안료 등 중에서 선택된 1 종 이상의 첨가제;를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 친환경 플라스틱 복합소재.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 에폭시화 대두유는 중량평균 분자량이 1,000 ~ 3,000 정도 갖는 것을 특징으로 하는 친환경 플라스틱 복합소재.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 주재 100 중량부에 대하여, 리그닌 2 ~ 10 중량부 및 에폭시화 대두유 1 ~ 10 중량부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 친환경 플라스틱 복합소재.
5. 제 1 항 내지 제 4 항의 상기 친환경 플라스틱 복합소재를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 친환경 자동차 내장재.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 친환경 플라스틱 복합소재를 210 ~ 230℃의 가공온도에서 압출한 후, 사출성형하여 제조한 것을 특징으로 하는 친환경 자동차 내장재.