KR20110128618A - 용융블렌드 반복에 의한 폴리프로필렌 - 에틸렌 프로필렌 고무 복합체의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리프로필렌 복합체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 2회 이상의 반복 용융과정을 거침에 따라 분산성 향상과 우수한 충격강도 및 유변학적 특성을 갖는 폴리프로필렌 복합체의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 폴리프로필렌 복합체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 2회 이상의 반복 용융과정을 거침에 따라 분산성 향상과 우수한 충격강도 및 유변학적 특성을 갖는 폴리프로필렌 복합체의 제조방법에 관한 것이다.
폴리프로필렌은 프로필렌의 중합에 의해 만들어지는 열가소성 고분자로서 현재 가장 많이 사용되는 열가소성 고분자 중 하나이다. 폴리프로필렌은 저가이면서, 비중이 작기 때문에 제품의 경량화에 유리하고, 내약품성과 성형 가공성이 우수하며, 인장강도, 굴곡강도 등과 같은 기계적 강도가 우수하고, 높은 열변형온도 등과 같은 열적성질이 우수하여 자동차 내외장재 재료로 그 사용량이 꾸준히 증가하고 있다.
소재의 내충격성을 향상시키기 위해서 고무를 첨가하여 사용하게 되는 데 이때 일반적으로 사용되는 고무가 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무와 에틸렌 프로필렌 고무이다. 에틸렌 프로필렌 고무는 에틸렌과 프로필렌을 혼성 중합시켜 얻은 비결정성 고분자 물질로서, 자외선과 오존에 노출된 상태에서도 20년 이상 초기 물성을 유지하는 뛰어난 내후성과 내오존성을 가지고 열대지방 및 한대지방 등 기후변화조건이 가혹한 지방에서도 품질의 변화가 거의 없을 정도로 내열성과 내한성이 뛰어나고 내충격성이 매우 뛰어나서 자동차용 고분자에 충격용 보강제로 많이 사용된다.
이러한 자동차용 폴리프로필렌은 2000년 유럽연합에서 발효된 폐자동차 처리 지침에 의해 2015년 이후 재활용률이 95%(열회수 10% 포함) 이상 요구됨에 따라 사용 후 재활용에 따른 기계적인 물성 확보와 자동차용 고분자 재활용에 따라 발생하는 비용을 줄이기 위한 노력이 필요하게 되었다.
이러한 고분자와 블렌드된 에틸렌 프로필렌 고무는 고분자 매트릭스와 분리가 쉽지 않아 재활용을 위해서는 많은 시간과 비용이 소비되는 문제가 발생하였고, 이에 고분자와 블렌드 된 상태에서 직접적인 재활용 방법의 연구가 필요하게 되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 제 1 과제는 폴리프로필렌에 에틸렌 프로필렌 고무 첨가 시 에틸렌 프로필렌 고무의 뭉침 현상으로 인하여 발생하는 물성 저하를 해결하는 방법을 제시하고, 자동차용 고분자에 적합한 유연성과 인장강도 굴곡강도 등의 기계적 강도를 갖으면서 내충격성이 향상되는 폴리프로필렌 복합체를 제공하는 것이다. 따라서 재활용 폴리프로필렌을 사용하더라도 안정된 내충격성을 갖는 폴리프로필렌 복합체를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 제 2 과제는 상기 폴리프로필렌 복합체를 포함하는 성형품을 제공하는 것이다.
상기 제 1 과제를 해결하기 위해 본 발명은 폴리프로필렌 및 에틸렌 프로필렌 고무(Ethylene Propylene Rubber, EPR)를 혼합한 후, 이 혼합물을 2회 이상 용융블렌드하는 폴리프로필렌 복합체의 제조방법을 제공한다.
상기 제 2 과제를 해결하기 위해 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 폴리프로필렌 복합체를 포함하는 성형품을 제공한다.
본 발명의 제조방법에 따른 폴리프로필렌 복합체는 2회 이상의 용융과정을 거침에 따라 분산성 향상과 우수한 충격강도 및 유변학적 특성을 갖게 된다. 또한 동방향 이축압출기를 이용한 용융 혼합(Melt mixing)방법은 공정성 및 생산성이 용이하며, 폴리프로필렌 복합체 함량을 다양하고 간단하게 제조가 가능하다. 또한, 이축 압출기의 고온 고압의 조건 하에서의 기계적인 힘이 에틸렌 프로필렌 고무 분자에 고르게 전달되어 에틸렌 프로필렌 고무가 잘 분산되어 내충격성 등의 물성 향상에 기여한다. 또한 본 발명은 폴리프로필렌으로 재생된 폴리프로필렌도 사용이 가능하여 제조단가가 낮아지는 장점이 있다.
도 1은 상기 실시예 1 ~ 9와 비교예 1 ~ 3의 상온 충격 강도 측정값을 도시한 것이다.
도 2은 상기 실시예 10 ~ 13과 비교예 4의 상온 충격 강도 측정값을 도시한 것이다.
도 3은 상기 실시예 1 ~ 9와 비교예 1 ~ 3의 분산상의 크기 측정값을 도시한 것이다.
도 4은 상기 실시예 10 ~ 13과 비교예 4의 분산상의 크기 측정값을 도시한 것이다.
도 5는 상기 비교예 1에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 6는 상기 실시예 1에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 7는 상기 실시예 2에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 8는 상기 실시예 3에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 9는 상기 비교예 2에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 10는 상기 실시예 4에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 11는 상기 실시예 5에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 12는 상기 실시예 6에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 13는 상기 비교예 3에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 14는 상기 실시예 7에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 15는 상기 실시예 8에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 16는 상기 실시예 9에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 17는 상기 비교예 4에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 18는 상기 실시예 10에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 19는 상기 실시예 11에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 20는 상기 실시예 12에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 21는 상기 실시예 13에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 2은 상기 실시예 10 ~ 13과 비교예 4의 상온 충격 강도 측정값을 도시한 것이다.
도 3은 상기 실시예 1 ~ 9와 비교예 1 ~ 3의 분산상의 크기 측정값을 도시한 것이다.
도 4은 상기 실시예 10 ~ 13과 비교예 4의 분산상의 크기 측정값을 도시한 것이다.
도 5는 상기 비교예 1에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 6는 상기 실시예 1에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 7는 상기 실시예 2에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 8는 상기 실시예 3에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 9는 상기 비교예 2에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 10는 상기 실시예 4에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 11는 상기 실시예 5에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 12는 상기 실시예 6에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 13는 상기 비교예 3에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 14는 상기 실시예 7에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 15는 상기 실시예 8에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 16는 상기 실시예 9에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 17는 상기 비교예 4에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 18는 상기 실시예 10에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 19는 상기 실시예 11에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 20는 상기 실시예 12에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
도 21는 상기 실시예 13에 따른 폴리프로필렌 복합체의 전자주사현미경사진이다.
본 발명은 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 및 에틸렌 프로필렌 고무(Ethylene Propylene Rubber, EPR)를 혼합한 후, 이 혼합물을 2회 이상 용융블렌드하는 폴리프로필렌 복합체의 제조방법에 관한 것이다.
폴리프로필렌은 비중이 작고, 투명성, 내열성 및 내화학성, 성형가공성 등이 우수한 고분자로서, 본 제조방법에 의해 제조된 폴리프로필렌 복합체의 구조에서 매트릭스를 형성하게 된다. 상기 폴리프로필렌은 순수한 폴리프로필렌과 재생된 폴리프로필렌 등 제한 없이 사용이 가능하다. 특히 상기 폴리프로필렌은 폐자동차에서 상당량을 차지하는 폴리프로필렌을 재활용할 수 있기 때문에 본 발명에 따른 폴리프로필렌 복합체의 제조비용을 절감할 수 있다.
에틸렌 프로필렌 고무는 상기 폴리프로필렌에 내충격성을 보완하기 위하여 상기 폴리프로필렌에 블렌드 되어 본 발명에 따른 폴리프로필렌 복합체를 구성한다. 상기 에틸렌 프로필렌 고무는 투명성이 양호하며, 충격성이 매우 높은 소재이다. 상기 에틸렌 프로필렌 고무에는 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무(Ethylene propylene diene monomer, EPDM), 에틸렌 프로필렌 단일 고무(Etylene propylene monomer EPM), 또는 이들의 혼합 고무가 사용될 수 있다.
상기 폴리프로필렌과 에틸렌 프로필렌 고무의 혼합에서 에틸렌 프로필렌 고무는 10 ~ 50 중량%로 혼합 될 수 있다. 10 중량% 미만으로 에틸렌 프로필렌 고무가 첨가되면 첨가에 의한 내충격성 향상 등 물성향상의 효과가 미미하게 되는 문제가 있을 수 있고, 50 중량%를 초과하게 되면 과량의 에틸렌 프로필렌 고무 첨가로 인하여 인장강도, 굴곡강도 등의 기계적인 물성이 저하되는 문제가 생길 수 있다. 또한 폴리프로필렌과 에틸렌 프로필렌 고무의 혼합에서 탈크를 추가로 혼합할 수 있다.
본 발명에 따른 폴리프로필렌 복합체는 상기 폴리프로필렌 및 에틸렌 프로필렌 고무를 2회 이상 용융블렌드 함으로써 제조될 수 있다. 상기 폴리프로필렌 복합체의 제조는 통상적으로 사용되고 있는 고분자 블렌드를 제조하는 용융블렌드 방법을 이용할 수 있는데, 압축 성형, 압출 성형, 사출 성형, 취입 성형, 진공 성형 등을 사용하여 상기 폴리프로필렌 복합체를 제조할 수 있으나, 상기 폴리프로필렌 복합체의 제조방법에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 2회 이상의 용융블렌드란 1회의 용융블렌드가 있은 후, 10 ~ 50시간의 충분한 재결정 과정을 거친 후, 다시 용융블렌드하는 것을 의미한다.
상기 용융블렌드 과정은 동방향 이축 압출기(Co-rotating twin screw extruder)를 이용하여 용융압출할 수 있다. 이 과정은 에틸렌 프로필렌 고무 분자에 고온 고압의 조건 하에서 기계적인 힘을 가하게 되어 고무분자들의 뭉침 현상을 억제하여 에틸렌 프로필렌 고무 분자의 분산성을 향상시킨다.
에틸렌 프로필렌 고무는 매트릭스인 폴리프로필렌과의 점도차이와 같은 물질끼리 서로 뭉치려는 힘에 의해 상기 에틸렌 프로필렌 고무끼리 뭉침 현상이 일어나게 되고 이로 인해 내충격성과 열적, 유변학적 물성에 저하를 가져 온다. 이에 동방 이축 압출기를 이용하여 2회 이상 용융블렌드하게 되면 반복되는 용융블렌드 과정에서 고온 고압의 조건하에서의 기계적인 전단응력이 전달되어 에틸렌 프로필렌 고무 사이의 뭉침 현상이 적어지게 되고 폴리프로필렌과 에틸렌 프로필렌 고무 사이의 계면장력을 낮춰주게 된다. 따라서, 상기 폴리프로필렌과 에틸렌 프로필렌 고무 사이의 계면 결합력을 증가시키고, 계면 장력을 낮추기 때문에 상기 폴리프로필렌과 에틸렌 프로필렌 고무의 상용성이 증가된다. 이처럼 2회 이상의 용융블렌드 과정을 통해 폴리프로필렌 매트릭스내에 에틸렌 프로필렌 고무의 입자가 분산상으로 균일하게 분포할 수 있게 된다. 결과적으로 , 폴리프로필렌 복합체는 에틸렌 프로필렌 고무 수지의 강한 내충격성을 갖게 되어 내충격성이 보다 더 향상되게 된다. 이러한 용융 횟수는 3 ~ 7회로 하는 것이 바람직하다. 3회 미만으로 반복할 시 반복용융에 따른 물성의 향상이 미미할 수 있고, 7회를 초과하여 반복하면 반복 용융에서의 폴리프로필렌과 에틸렌 프로필렌 고무의 분자 구조 붕괴에 따른 기계적인 물성저하와 에틸렌 프로필렌 고무 분자 간의 뭉침현상에 따른 기계적, 유변학적 물성저하가 나타나는 문제가 생길 수 있기 때문이다.
상기 용융블렌드 과정은 240 ~ 260℃의 온도에서 이루어질 수 있다. 용융 블렌드의 온도가 240 ℃ 미만일 경우 고무분자의 용융이 충분히 이루어지지 않아 반복용융에 따른 고무 분자의 분산성 향상이 미미할 수 있고, 온도가 260 ℃를 초과하면 고분자의 체인 움직임이 증가에 따른 분자 구조가 붕괴되어 기계적인 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 더욱 구체적으로 동방향 이축 압출기를 이용하여 용융블렌드하는 경우, 상기 동방향 이축 압출기의 호퍼에서 노즐까지의 구간이 6개의 구간으로 이루어지고, 각 구간의 온도는 호퍼에서 노즐 방향으로 각각 240℃, 260℃, 260℃, 260℃, 260℃, 260℃로 설정될 수 있다.
2회 이상의 반복적인 용융블렌드를 통하여 제조된 폴리프로필렌 복합체는 폴리프로필렌과 에틸렌 프로필렌 고무 각각의 특성을 모두 가지는데, 투명성, 내화학성, 내열성 및 유연성을 가짐과 동시에 상기 폴리프로필렌과 에틸렌 프로필렌 고무 상호간의 상용성이 증가되어 우수한 내충격성을 가지게 된다.
본 발명에 따른 폴리 프로필렌 복합체의 구조는 상기 폴리프로필렌이 매트릭스를 형성하고, 상기 에틸렌 프로필렌 고무 입자가 상기 폴리프로필렌 매트릭스 안에 분산상을 형성하여 분산되는 미소상 분리 구조가 형성되는 것이 바람직하다. 이는 반복적인 용융 과정으로 인해 폴리프로필렌 매트릭스 상과 상기 분산상의 접착을 견고히 하고, 에틸렌 프로필렌 고무 분산상끼리의 합체를 차단함으로써, 미세한 크기의 분산상이 폴리프로필렌 매트릭스에 골고루 분산되기에 가능하다.
본 발명에 따른 폴리프로필렌 복합체를 이루는 에틸렌 프로필렌 고무 분산상의 직경은 0.5 ~ 3 ㎛가 되는 것이 바람직하다. 상기와 같이 미세하고 균일한 크기의 분산상을 가짐으로써, 상기 고분자 블렌드의 상용성이 향상되고, 결과적으로, 폴리프로필렌 복합체의 내충격성을 향상시킬 수 있게 된다.
따라서, 상기와 같은 구조를 갖는 폴리프로필렌 복합체는 폴리프로필렌의 특성과 에틸렌 프로필렌 고무의 특성을 모두 가질 수 있게 된다. 즉, 폴리프로필렌 복합체는 투명성, 내열성, 내화학성 및 좋은 성형성을 갖는 폴리프로필렌의 성질과 충격강도와 유연성이 우수한 에틸렌 프로필렌 고무의 성질을 갖는다.
한편, 본 발명은 상기 폴리프로필렌 복합체를 포함하는 성형품을 제공한다. 상기 성형품은 상술한 바와 같은 폴리프로필렌 복합체를 포함함에 따라, 가장 널리 사용되고 있는 열가소성 수지인 폴리프로필렌 수지를 포함하는 성형품을 대체하여 사용가능하고 내충격성이 요구되는 성형품에도 적용가능하여 그 활용성이 매우 우수하다. 또한, 본 발명에 따른 성형품은 상술한 바와 같이, 재생 폴리프로필렌을 원료로 사용이 가능하여 저비용으로 용이하게 제조될 수 있어서, 공정효율이 매우 우수하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 하나, 하기한 실시예는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것은 아님을 이해하여만 할 것이다.
실시예
1. 용융과정을
세번
거친 8: 2의
PP
/
EPDM
블렌드
폴리프로필렌 복합체
80℃의 진공 오븐에서 폴리프로필렌(grade: BJ500, 삼성토탈) 및 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무(grade: KEP-570P,금호석유화학)를 각각 24시간 건조한 후, 건조된 폴리프로필렌 8 g에 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 2 g을 혼합하였다. 동방향 이축 압출기(Co-rotating twin screw extruder)에 주입하여 260 ℃ 온도에서 120 rpm의 속도로 용융압출(melting extrusion)하여 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다. 이후 이 블렌드를 2회 더 반복압출하여 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다. 이때 용융과정 사이에는 결정화시키기 위해 24시간의 간격을 두었다.
실시예
2. 용융과정을
다섯번
거친 8 : 2의
PP
/
EPDM
블렌드
폴리프로필렌 복합체
상기 반복되는 용융과정이 다섯번인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다.
실시예
3. 용융과정을
일곱번
거친 8 : 2의
PP
/
EPDM
블렌드
폴리프로필렌 복합체
상기 반복되는 용융과정이 일곱번인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다.
실시예
4. 용융과정을
세번
거친 8 : 2의
PP
/
EPDM
블렌드
폴리프로필렌 복합체
80℃의 진공 오븐에서 폴리프로필렌(grade: BJ800, 삼성토탈) 및 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무(grade: KEP-570P,금호석유화학)를 각각 24시간 건조한 후, 건조된 폴리프로필렌 8 g에 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 2 g을 혼합하였다. 상기 폴리프로필렌은 분자량이 작은 고유동성의 폴리프로필렌을 사용하여 제조하여 실시예 1과의 차이를 두어 제조하였다. 동방향 이축 압출기(Co-rotating twin screw extruder)에 주입하여 260 ℃ 온도에서 120 rpm의 속도로 용융압출(melting extrusion)하여 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다. 이후 이 블렌드를 2회 더 반복압출하여 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다. 이때 용융과정 사이에는 결정화시키기 위해 24시간의 간격을 두었다.
실시예
5. 용융과정을
다섯번
거친 8 : 2의
PP
/
EPDM
블렌드
폴리프로필렌 복합체
상기 반복되는 용융과정이 다섯번인 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다.
실시예
6. 용융과정을
일곱번
거친 8 : 2의
PP
/
EPDM
블렌드
폴리프로필렌 복합체
상기 반복되는 용융과정이 일곱번인 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다.
실시예
7. 용융과정을
세번
거친 8 : 2의
PP
/
EPM
블렌드
폴리프로필렌 복합체
80℃의 진공 오븐에서 폴리프로필렌(grade: BJ500, 삼성토탈) 및 에틸렌 프로필렌 단일 고무(grade: DOWMF-019, DOW)를 각각 24시간 건조한 후, 건조된 폴리프로필렌 8 g에 에틸렌 프로필렌 단일 고무 2 g을 혼합하였다. 동방향 이축 압출기(Co-rotating twin screw extruder)에 주입하여 260 ℃ 온도에서 120 rpm의 속도로 용융압출(melting extrusion)하여 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다. 이후 이 블렌드를 2회 더 반복압출하여 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다. 이때 용융과정 사이에는 결정화되기 위해 하루 이상의 시간 이후 용융하였다.
실시예
8. 용융과정을
다섯번
거친 8 : 2의
PP
/
EPM
블렌드
폴리프로필렌 복합체
상기 반복되는 용융과정이 다섯번인 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법으로 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다.
실시예
9. 용융과정을
일곱번
거친 8 : 2의
PP
/
EPM
블렌드
폴리프로필렌 복합체
상기 반복되는 용융과정이 일곱번인 것을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 방법으로 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다.
실시예
10. 용융과정을 두 번 거친
PP
/
EPDM
/
talc
블렌드
폴리프로필렌 복합체
상기 비교예 4에서 제조된 폴리프로필렌 복합체를 이후 한번 더 용융하여 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다. 이때 용융과정 사이에는 결정화되기 위해 하루 이상의 시간 이후 용융하였다.
실시예
11. 용융과정을 세 번 거친
PP
/
EPDM
/
talc
블렌드
폴리프로필렌 복합체
상기 반복되는 용융과정이 세 번인 것을 제외 하고는, 실시예 10과 동일 한 방법으로 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다.
실시예
12. 용융과정을 다섯 번 거친
PP
/
EPDM
/
talc
블렌드
폴리프로필렌 복합체
상기 반복되는 용융과정이 다섯 번인 것을 제외하고는, 실시예 10과 동일한 방법으로 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다.
실시예
13. 용융과정을 일곱 번 거친
PP
/
EPDM
/
talc
블렌드
폴리프로필렌 복합체
상기 반복되는 용융과정이 일곱 번인 것을 제외하고는, 실시예 10과 동일한 방법으로 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다.
비교예
1. 용융과정을 한 번 거친 8: 2의
PP
/
EPDM
블렌드
폴리프로필렌 복합체
80℃의 진공 오븐에서 폴리프로필렌(grade: BJ500, 삼성토탈) 및 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무(grade: KEP-570P,금호석유화학)를 각각 24시간 건조한 후, 건조된 폴리프로필렌 8 g에 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 2 g 중량부를 혼합한 다음, 동방향 이축 압출기(Co-rotating twin screw extruder)에 주입하여 260 ℃ 온도에서 120 rpm의 속도로 용융압출(melting extrusion)하여 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다.
비교예
2. 용융과정을 한 번 거친 8: 2의
PP
/
EPDM
블렌드
폴리프로필렌 복합체
80℃의 진공 오븐에서 폴리프로필렌(grade: BJ800, 삼성토탈) 및 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무(grade: KEP-570P,금호석유화학)를 각각 24시간 건조한 후, 건조된 폴리프로필렌 8 g에 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 2 g을 혼합한 다음, 동방향 이축 압출기(Co-rotating twin screw extruder)에 주입하여 260 ℃ 온도에서 120 rpm의 속도로 용융압출(melting extrusion)하여 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다.
비교예
3. 용융과정을 한 번 거친 8: 2의
PP
/
EPM
블렌드
폴리프로필렌 복합체
80℃의 진공 오븐에서 폴리프로필렌(grade: BJ500, 삼성토탈) 및 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무(grade: DOWMF-019, DOW)를 각각 24시간 건조한 후, 건조된 폴리프로필렌 8 g에 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 2 g을 혼합한 다음, 동방향 이축 압출기(Co-rotating twin screw extruder)에 주입하여 260 ℃ 온도에서 120 rpm의 속도로 용융압출(melting extrusion)하여 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다.
비교예
4. 용융과정을 한 번 거친 8: 2의
PP
/
EPDM
/
talc
블렌드
폴리프로필렌 복합체
건조된 폴리프로필렌 7.5 g에 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 2 g, 탈크 0.5 g을 혼합한 다음, 동방향 이축 압출기(Co-rotating twin screw extruder)에 주입하여 260 ℃ 온도에서 120 rpm의 속도로 용융압출(melting extrusion)하여 폴리프로필렌 복합체를 제조하였다.
실험예
1. 기계적 물성 측정
인장강도의 측정은 실시예 1 ~ 13 및 비교예 1 ~ 4에 따라 폴리프로필렌 복합체를 각각 사출성형하여 가로 63 ㎜ X 세로 9 ㎜ X 높이 3 ㎜로 인장강도 시편을 제조하고, 상기 제조된 시편을 ASTM D-638에 의거하여 상온 조건에서 만능시험기(UTM)를 이용하여 인장 강도를 측정하였다. 이때, 만능시험기의 크로스-헤드 속도는 5 ㎜/min이고, 게이지의 길이는 50 ㎜로 설정하였다.
상기 실시예 1 ~ 13 및 비교예 1 ~ 4의 인장강도 측정값을 하여 하기 표 1에 나타내었다.
| 블렌드 구성 | 용융압출횟수 | 인장강도(kgf/cm2) | 상온충격강도(kgf cm/cm) | 저온충격강도(kgf cm/cm) | |
| 실시예 1 | PP*:EPDM(8:2) | 3 | 210.2 | 46.5 | 8.5 |
| 실시예 2 | 5 | 214.6 | 46.4 | 10.2 | |
| 실시예 3 | 7 | 201.3 | 45.9 | 12.0 | |
| 비교예 1 | 1 | 206.3 | 39.6 | 10.0 | |
| 실시예 4 | PP**:EPDM(8:2) | 3 | 198.4 | 41.2 | 10.1 |
| 실시예 5 | 5 | 186.9 | 46.3 | 11.1 | |
| 실시예 6 | 7 | 175.3 | 44.4 | 9.1 | |
| 비교예 2 | 1 | 198.4 | 30.8 | 9.3 | |
| 실시예 7 | PP*/EPM(8:2) | 3 | 242.3 | 40.7 | 33.1 |
| 실시예 8 | 5 | 227.1 | 41.1 | 39.4 | |
| 실시예 9 | 7 | 237 | 42.5 | 41.4 | |
| 비교예 3 | 1 | 248.0 | 39.7 | 35.3 | |
| 실시예 10 | PP*:EPDM:talc(75:20:5) | 2 | 196.3 | 21.9 | 7.4 |
| 실시예 11 | 3 | 179.5 | 22.4 | 7.3 | |
| 실시예 12 | 5 | 182.9 | 25.4 | 7.7 | |
| 실시예 13 | 7 | 181.7 | 31.7 | 7.9 | |
| 비교예 4 | 1 | 193.7 | 22.2 | 6.7 | |
| PP* : BJ500 삼성토탈 PP** : BJ800 삼성토탈 |
|||||
충격강도의 측정은, 상기 실시예 1 ~ 13 및 비교예 1 ~ 4에 따라 제조된 폴리프로필렌 복합체를 각각 사출 성형하여 가로 75 ㎜ X 세로 12.5 ㎜ X 높이 3 ㎜ 로 충격강도 시편을 제조하여 ASTM D-256에 의거하여 상온 조건에서 아이조드 방식으로 충격강도를 측정하였다. 상온 충격은 25 ℃에서 저온 충격은 -30 ℃에서 측정하였다. 상기 실시예 1 ~ 13 및 비교예 1 ~ 4의 충격강도 측정값을 상기 표 1에 나타내었다.
상기 실시예 1 ~ 9과 비교예 1 ~ 3의 상온 충격강도을 도 1에 도시하였고 도 2에 실시예 10 ~ 13과 비교예 4의 상온 충격강도 값을 도시하였다.
표 1과 도 1, 도 2를 참조하면, 실시예 1 ~ 13과 비교예 1 ~ 4에 따른 폴리프로필렌과 에틸렌 프로필렌 고무 8: 2 블렌드의 반복용융에 따른 인장강도와 충격강도를 비교할 수 있다. 반복압출하지 않은 비교예 1에 비해 실시예 1 ~ 3을 보면 용융 횟수가 증가됨에 따라 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 분자의 분산성이 향상되어 인장강도는 조금 감소하고 충격강도는 상온과 저온 모두 증가함을 알 수 있다. 비교예 2와 실시예 4 ~ 6을 비교해 보면 반복압출이 진행되지 않은 비교예 2에 비해 실시예 4 ~ 6을 보면 인장강도는 감소하고 충격강도는 저온과 상온 모두 증가하였다. 비교예 3과 실시예 7 ~ 9를 비교해 보면 위와 같은 경향으로 용융 횟수가 증가됨에 따라 인장강도는 감소하고 충격강도는 저온과 상온 모두 증가하였다. 또한 비교예 4와 실시예 10 ~ 13을 비교해 보아도 용융이 진행됨에 따라 인장감도는 감소하고 충격강도는 용융 횟수 증가에 따라 증가하였다.
실험예
2. 전자주사현미경 관찰
전자주사현미경 사진을 관찰하기 위하여 상기 실시예 1 ~ 13와 비교예 1 ~ 4에 따른 폴리프로필렌 복합체를 사출기를 이용하여 가로 75 ㎜ × 세로 12.5 ㎜ × 높이 3 ㎜의 시편으로 제조한 후에, 액체 질소에 넣어서 생성된 파단면을 싸이클로엑산을 이용하여 에틸렌 프로필렌 고무를 에칭한 후 전자주사 현미경으로 측정하여 폴리프로필렌 복합체의 모폴로지를 관찰하였다.
도 3, 도 5, 도 6, 도 7 및 도 8을 참조하면 이축압출기를 이용해 7번 반복용융한 실시예 3에서 가장 작은 분산상의 크기를 나타냈으며, 반복용융하지 않은 비교예 1에 비해, 반복용융을 시행한 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3의 경우 모두 분산상의 크기가 작았다. 이 결과로부터 이축압출기를 이용한 반복용융을 통해 폴리프로필렌과 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 상호간의 상용성이 증가되었음을 확인할 수 있다. 특히 용융 횟수가 많아 질수록 분산상의 크기는 작아지는 것을 확인할 수 있었다.
도 3, 도 9, 도 10, 도 11 및 도 12를 참조하면 이축압출기를 이용해 7번 용융한 실시예 6에서 가장 작은 분산상의 크기를 나타냈으며, 반복용융하지 않은 비교예 2에 비해, 반복용융을 시행한 실시예 4, 실시예 5 및 실시예 6의 경우 모두 분산상의 크기가 작았다. 이 결과로부터 이축압출기를 이용한 반복용융을 통해 폴리프로필렌의 분자량에 관계없이 폴리프로필렌과 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 상호간의 상용성이 증가되었음을 확인할 수 있었다. 특히 용융 횟수가 많아질수록 분산상의 크기는 작아지는 것을 확인할 수 있었다.
도 3, 도 13, 도 14, 도 15 및 도 16을 참조하면 이축압출기를 이용해 7번 용융한 실시예 9에서 가장 작은 분산상의 크기를 나타냈으며, 반복용융하지 않은 비교예 3에 비해, 반복용융을 시행한 실시예 7, 실시예 8 및 실시예 9의 경우 모두 분산상의 크기가 작았다. 이 결과로부터 이축압출기를 이용한 반복용융을 통해 폴리프로필렌과 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 상호간의 상용성이 증가되었음을 확인할 수 있었다. 특히 용융 횟수가 많아질수록 분산상의 크기는 작아지는 것을 확인할 수 있었다.
도 4, 도 17, 도 18, 도 19, 도 20 및 도 21을 참조하면 이축압출기를 이용해 7번 용융한 실시예 13에서 가장 작은 분산상의 크기를 나타냈으며, 반복압출하지 않은 비교예 4에 비해, 재용융을 시행한 실시예 10, 실시예 11, 실시예 12 및 실시예 13의 경우 모두 분산상의 크기가 작았다. 이 결과로부터 이축압출기를 이용한 재용융을 통해 폴리프로필렌과 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무 상호간의 상용성이 증가되었음을 확인할 수 있었다. 특히 재용융 횟수가 증가할수록 분산상의 크기는 작아지는 것을 확인할 수 있었다.
이상의 결과를 종합하여 보면, 본 발명에 따른 폴리프로필렌 복합체는 고분자 블렌드를 통하여 폴리프로필렌의 장점인 내열성, 내약품성, 투명성을 가짐과 동시에 에틸렌 프로필렌 고무의 장점인 내충격성과 유연성을 갖게 되었고 재용융 횟수 증가에 따라 고분자 블렌드의 상용성을 증가시켜 우수한 충격강도를 가질 수 있게 되므로, 우수한 내충격성이 요구되는 자동차용 고분자 소재에 적용할 수 있음을 확인할 수 있었다.
Claims (8)
- 폴리프로필렌 및 에틸렌 프로필렌 고무(Ethylene Propylene Rubber, EPR)를 혼합한 후, 이 혼합물을 2회 이상 용융하는 폴리프로필렌 복합체의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 에틸렌 프로필렌 고무는 에틸렌 프로필렌 단일 고무(Ethylene Propylene Monomer, EPM), 에틸렌 프로필렌 다이엔 고무(Ethylene Propylene Diene Monomer, EPDM) 또는 이들의 혼합 고무인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 복합체의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 용융은 동방향 이축압출기(Co-rotating twin screw extruder)를 사용하여 용융압출하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 복합체의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 용융은 240 ~ 260 ℃의 온도에서 용융하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 복합체의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 혼합물에서 에틸렌 프로필렌 고무의 중량비는 10 ~ 50 중량%인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 복합체의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 용융 횟수가 3 ~ 7인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 복합체의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 및 에틸렌 프로필렌 고무의 혼합에서 탈크를 추가로 혼합하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 복합체의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 7항 중에서 선택된 어느 한 항에 따라 제조된 폴리프로필렌 복합체를 포함하는 성형품.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100048156A KR101240989B1 (ko) | 2010-05-24 | 2010-05-24 | 용융블렌드 반복에 의한 폴리프로필렌 - 에틸렌 프로필렌 고무 복합체의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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