KR20110114213A

KR20110114213A - 불소처리된 글래스 버블을 포함하는 고분자 합성수지 조성물 및 이를 이용한자동차 내외장재

Info

Publication number: KR20110114213A
Application number: KR1020100033725A
Authority: KR
Inventors: 송수완
Original assignee: 한일이화주식회사
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2011-10-19

Abstract

본 발명은 불소처리 된 글래스 버블을 포함하는 고분자 합성수지 조성물 및 이로부터 제조된 자동차 내외장재를 제공한다. 본 발명에 따르면, 경량화를 위해 글래스 버블을 첨가한 고분자 합성수지 조성물의 종래 문제점이었던 불균일한 경량화도를 균일하게 할 수 있으며, 추가적으로 수지 물성이 개선된 조성물을 얻는 효과가 있다. 또한, 상기 고분자 합성수지 조성물을 이용해 전체적으로 균일한 경량화도 및 물성을 지닌 품질 높은 자동차 내외장제를 제조할 수 있다는 효과가 있다.

Description

불소처리된 글래스 버블을 포함하는 고분자 합성수지 조성물 및 이를 이용한자동차 내외장재 {POLYMER SYNTHETIC RESIN COMPOSITION COMPRISING FLUORINE-TREATED GLASS BUBBLE AND INTERIOR AND EXTERIOR FURNISHINGS OF VEHICLE USING THE SAME}

본 발명은 고분자 합성수지 조성물 및 이를 이용한 자동차 내외장재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 불소처리를 이용해 글래스 버블을 표면 처리한 후, 이를 고분자 수지 매트릭스와 혼합함으로써, 균일한 경량화도 및 물성을 갖는 고분자 합성수지 조성물 및 이를 이용한 자동차 내외장재에 관한 것이다.

에너지 절약을 위한 연비 향상 기술은 근래에 자동차업체의 경쟁력을 좌우하는 중요한 요소로 자리 잡았으며, 이를 위한 차량 경량화 연구가 활발히 진행되고 있다. 차량 경량화를 위한 고분자 합성수지 중, 특히 글래스 버블(GLASS BUBBLE) 복합 경량화 수지는 일반 양산수지에 비해 내스크래치성이 향상되어 제품의 도장 공정 삭제를 기대할 수 있을 뿐 아니라, 각종 VOC(휘발성 유기화합물) 배출을 막을 수 있는 친환경적 소재로 각광을 받고 있다.

글래스 버블(GLASS BUBBLE)은 속이 빈 중공구조를 갖는 3차원의 Microsphere 형태를 갖는 필러(Filler)의 한 종류로, 플라스틱에 사용되는 다른 필러 대비 낮은 비중 특성 때문에 PVC 코팅용 가소제나, Epoxy Structure Form, SMC(Sheet Molding Compound), BMC(Bulk Molding Compound), RIM(Reaction Injection Molding)에 사용되는 탈크(Talc), 글래스 피버(Glass fiber)와 같은 고중량 필러의 부분 대체를 통한 부품 경량화에 널리 사용되고 있다.

그러나 이와 같은 글래스 버블을 포함한 고분자 합성수지의 제조에 있어서, 종래에는 시사출시 수지용융점에서 첨가된 글래스 버블의 응집(aggregation)으로 인해, 고분자 합성수지 및 이로부터 제조된 제품의 물성과 경량화 효과가 전체적으로 불균일해지는 문제점이 있었다.

따라서 글래스 버블이 가지는 경량화 및 내스크래치 효과를 유지하면서, 전체적으로 균일한 경량화 효과와 물성을 갖는 고분자 합성수지 조성물 및 이를 이용해 제작한 제품을 위한 기술개발이 요청된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 글래스 버블의 경량화 및 내스크래치 효과를 유지하면서, 전체적으로 균일한 경량화도 및 물성을 갖는 고분자 합성수지 조성물 및 이를 이용한 자동차 내외장재를 제공하는데 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 불소처리 된 글래스 버블을 포함하는 고분자 합성수지 조성물을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 고분자 합성수지 조성물을 이용하여 만든 자동차 내외장재를 제공한다.

상기 글래스 버블은, 고순도 불소가스를 이용해 직접 표면 처리하는 불소처리공정에 의해 제조되며, 불소처리공정에 있어 불소가스의 주입압력은 0.4MPa, 처리시간은 10분으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 글래스 버블은 중공 미립구체 형태를 가지고, soda-lime 또는 borosilicate glass로 제작되며, 비중은 0.1~1g/cc, crush 강도는 200~20,000psi, 크기는 10~150㎛이고, 고분자 합성수지 100 중량부에 대해 0.1 내지 50 중량부로 첨가되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 경량화를 위해 글래스 버블을 첨가한 고분자 합성수지 조성물의 종래 문제점이었던 불균일한 경량화도를 균일하게 할 수 있으며, 추가적으로 수지 물성이 개선된 조성물을 얻는 효과가 있다.

또한, 상기 고분자 합성수지 조성물을 이용해 전체적으로 균일한 경량화도 및 물성을 지닌 품질 높은 자동차 내외장제를 제조할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에서 사용된 글래스 버블의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 2는 불소처리 되지 않은 글래스 버블이 포함된 고분자 합성수지의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 불소처리된 글래스 버블이 포함된 고분자 합성수지의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 고분자 합성수지 조성물을 이용하여 제조한 자동차 내장재의 사진이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 발명은 고분자 합성수지 조성물에 있어서 불소처리된 글래스버블을 포함한다. 본 발명에 따른 고분자 합성수지 조성물은 고분자 수지 매트릭스와 글래스버블을 포함하여 제조된다.

도 1은 본 발명에서 사용된 글래스 버블의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 글래스 버블은 색상, 용도, 비중, crush강도 및 크기에 따라 다양하게 존재할 수 있지만, 본 발명에서 사용되는 글래스 버블은 중공 미립구체 형태를 가지고, soda-lime 또는 borosilicate glass를 조성으로 하는 것이 바람직하다. 색상은 유관으로 볼 때 흰색이거나 투명한 것이 바람직하다. 그렇지 않을 경우, 제품의 제작 및 용도가 글래스 버블의 색상에 맞추어 제한되기 때문이다. 한편, 제품의 효과적인 경량화를 위해서는 상기 글래스 버블의 비중은 0.1~1g/cc가 바람직하다. 비중이 0.1g/cc 미만일 경우에는 글래스 버블 제조에 어려움이 있으며, 비중이 1g을 초과할 경우 제품의 효과적인 경량화를 이룰 수 없기 때문이다. 또한, 사출시 사출기의 압력을 견디기 위해서는 상기 글래스 버블의 crush강도는 200~20,000psi인 것이 바람직하다. 200psi 미만의 crush강도에서는 사출시 사출기의 압력을 견디기 힘들고, 20,000psi를 초과하는 경우에는 제조원가상승의 문제가 발생하기 때문이다. 효율적인 공정을 위해서 글래스 버블의 크기가 10~150㎛인 것이 바람직하며, 본 발명의 실시예에서는 3M社의 글래스버블을 이용하였다.

본 발명에 사용되는 고분자 수지 매트릭스는 일반적으로 사용되는 합성수지 매트릭스면 어떤 것이든 사용 가능하다. 예를 들면, 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 아크릴로니트릴 부타디엔스틸렌 수지, 아세탈 수지, 나일론 수지, 스틸렌 수지, 폴리카보네이트 수지등의 열가소성 합성수지 뿐만 아니라, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 폴리우레탄 수지 등의 열경화성 수지도 사용 가능하다.

본 발명은 종래의 글래스 버블이 포함된 고분자 합성수지 조성물의 가장 큰 단점인 글래스 버블의 응집(aggregation)을 제거 하고자, 불소가스로 글래스 버블의 표면을 직접 처리하는 것을 특징으로 한다. 불소가스 처리법은 상온 이하의 저진공에서 장치를 운전하므로 표면처리 장치가 비교적 간단하며, 표면처리 반응의 개시를 위한 별도의 개시제 및 촉매가 필요 없으므로 비용이 적게 들고, 표면처리 하고자 하는 다양한 형태의 물질들을 내부 물성에는 영향을 주지 않으면서 표면처리 할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 처리조건에 따라 발수성, 친수성, 접착성, 기능기 도입등 다양한 기능성을 소재 표면에 부여할 수 있다. 본 발명에서는 통상 사용되는 불소가스 처리법(불소처리공정)을 이용할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 불소가스로는 순도 99.8% 정도의 불소(F₂)가스를 사용하고, 상기 불소가스가 글래스 버블과 반응하기 전에 0.2% 정도의 질소가스를 이용해 반응기 내부를 정화시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기 반응기는 불소처리 후 30분 정도 세척하여 반응장치의 line 및 용기를 보호하는 것이 바람직하다. 불소가스 처리장치의 재질은 불소가스에 대해 상온에서 내식성을 가지고 있는 SUS-316 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용된 불소처리공정은 0.1 내지 1MPa의 불소가스 주입압력 및 0.1 내지 1시간의 표면처리시간을 포함한다. 그러나 상기 불소가스 주입 압력을 0.1 내지 1MPa로 하고, 표면처리시간을 0.1 내지 1시간으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 불소처리조건을 한정하는 이유는 글래스 버블의 불소처리가 덜 이루어질 경우 본 발명의 목적 중 하나인 부품 경량화 효과를 달성할 수 없고, 반대로 과도하게 불소화가 이루어질 경우 불소기로 인해 글래스 버블의 구조적 변화가 발생할 수 있기 때문이다. 상기 불소가스 주입 압력 및 표면처리시간은 반복 시험을 통해 나타난 적합한 불소처리조건에 해당하며, 특히 불소가스 주입 압력이 0.4MPa, 표면처리시간이 10분일 때 최적 효율이 나타났다.

이와 같은 불소처리에 따라 다양한 관능기가 글래스 버블 표면에 도입되면서 입자간의 표면자유에너지를 감소시키고 입자간의 결합력을 줄여 수지의 용융점 부근에서 나타나는 글래스 버블의 응집(aggregation)과 그로 인해 나타나는 수지 물성의 불균일을 개선할 수 있다.

도 2는 불소처리 되지 않은 글래스 버블이 포함된 고분자 합성수지의 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 3은 불소처리된 글래스 버블이 포함된 고분자 합성수지의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 도 2 및 도 3에서는, 불소처리된 글래스 버블이 포함된 고분자 합성수지는 불소처리되지 않은 글래스 버블이 포함된 고분자 합성수지 보다 글래스 버블의 응집이 훨씬 적게 일어남을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명에서 불소처리된 글래스 버블은 고분자 합성수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 50중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 0.1 중량부 미만으로 글래스 버블이 첨가될 경우에는 제조된 합성수지 조성물 내에서 경량화 효과의 발현이 어려워 글래스 버블의 효과를 제대로 발휘할 수 없고, 50 중량부를 초과하여 글래스 버블이 첨가될 경우에는 고분자 합성수지 조성물 및 이로부터 제조된 제품의 기계적 강도가 크게 감소할 뿐 아니라, 원가상승이라는 문제점이 발생하기 때문이다.

본 발명에 따른 불소처리된 글래스 버블을 고분자 수지 매트릭스와 혼합함으로써 균일한 경량화도 및 물성을 갖는 고분자 합성수지 조성물을 제조할 수 있으며, 나아가 상기 조성물로부터 품질이 우수한 자동차 내장재 및 외장재, 가전제품의 케이스등의 생활용품을 제조할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 고분자 합성수지 조성물을 이용하여 제조한 자동차 내장재의 사진이 도 4에 나타나 있다.

이하, 본 발명을 실시예와 비교예를 통하여 더 설명하기로 한다. 그러나 본 발명이 이들 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 >

복합 폴리 프로필렌 수지(Tm:135℃, 밀도: 0.95g/cm3)에 불소처리된 글래스 버블(입자크기 : 10~150㎛)을 무게 비율 100:3으로 혼합하여 펠렛상의 수지 조성물을 제조하였다.

< 비교예 >

실시예와 동일한 조건 하에서, 불소처리 되지 않은 글래스 버블을 무게 비율 100:3으로 혼합하여 펠렛상의 수지 조성물을 제조하였다.

상기 실시예와 비교예에서 제조된 조성물을 각각 사출 성형기에 투입하고 자동차부품 금형을 이용해 시험사출을 행한 후, 임의의 다섯 지점을 정하여 각 부분의 비중 및 굴곡강도(MPa)를 측정하였다. 그리고 그 결과를 표1에 나타내었다.

지점	비중		굴곡강도(MPa)
지점	실시예	비교예	실시예	비교예
1	0.94	0.94	14	12
2	0.94	0.95	14	15
3	0.94	0.92	13	13
4	0.94	0.94	14	13
5	0.94	0.93	14	14

상기 표 1에 정리된 결과, 실시예와 같이 불소처리된 글래스 버블을 포함하는 조성물을 이용해 제조한 자동차부품에서는 임의의 다섯 지점에서 비중 및 굴곡강도가 같거나 그 차이가 매우 작음을 알 수 있다. 반면, 비교예와 같이 불소처리되지 않은 글래스 버블을 포함하는 조성물을 이용해 제조한 자동차부품의 경우, 측정 지점에 따라 비중 및 굴곡강도의 차이가 있음을 알 수 있다. 이로부터 본 발명에 따른 방법으로 글래스 버블의 응집(aggregation)이 개선됨을 확인 할 수 있다.

Claims

글래스버블(GLASS BUBBLE)을 포함하는 고분자 합성수지 조성물에 있어서,
상기 글래스버블(GLASS BUBBLE)은 고순도 불소가스를 이용해 직접 표면 처리하는 불소처리공정에 의해 불소처리된 것을 특징으로 하는 고분자 합성수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 불소처리공정은 불소가스 주입압력을 0.1 내지 1MPa로 하는 고분자 합성수지 조성물의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 불소처리공정은 표면처리시간을 0.1 내지 1시간으로 하는 고분자 합성수지 조성물의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 글래스버블(GLASS BUBBLE)은 고분자 합성수지 100중량부에 대해 0.1 내지 50중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 고분자 합성수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 글래스버블(GLASS BUBBLE)은 중공 미립구체 형태를 가지고, soda-lime 또는 borosilicate glass로 제작된 것을 특징으로 하는 고분자 합성수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 글래스버블(GLASS BUBBLE)은 흰색을 가지고, 투명한 것을 특징으로 하는 고분자 합성수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 글래스버블(GLASS BUBBLE)은 비중이 0.1~1g/cc인 고분자 합성수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 글래스버블(GLASS BUBBLE)은 crush 강도가 200~20,000psi인 고분자 합성수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 글래스버블(GLASS BUBBLE)은 10~150㎛의 크기를 갖는 고분자 합성수지 조성물.
0.1 내지 1MPa의 불소가스 주입압력 및 0.1 내지 1시간의 표면처리시간을 포함하는 불소처리공정에 의해 직접 표면처리된 글래스버블(GLASS BUBBLE).
청구항 1 내지 청구항 9 에 따른 상기 고분자 합성수지 조성물을 이용하여 제조된 자동차 내외장재.