KR20150105096A

KR20150105096A - 압출성형용 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물

Info

Publication number: KR20150105096A
Application number: KR1020140027311A
Authority: KR
Inventors: 권오덕; 김대식; 정호근; 남병국; 조성민; 이형신; 고준희
Original assignee: 현대자동차주식회사; 롯데케미칼 주식회사
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2015-09-16
Also published as: JP2015168823A; CN104893092B; DE102014226948A1; CN104893092A; JP6594622B2; KR101575458B1; DE102014226948B4; US20150252179A1; US9695305B2

Abstract

본 발명은 압출성형용 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리올레핀 수지, 천연섬유, 열가소성 탄성체 고무, 및 무수말레산이 그라프트된 폴리프로필렌계 상용화제를 포함하고 있으며, 상기 폴리프로필렌계 상용화제의 입체적 구조, 입자크기 및 말레산의 결합율 조절을 통하여 치수안정성, 기계적 물성 및 표면품질을 개선시키는 효과를 얻음으로써 압출성형품 소재로 유용한 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물에 관한 것이다.

Description

압출성형용 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물{POLYPROPYLENE-NATURAL FIBER COMPOSITES FOR EXTRUSION MOLDING}

일반적으로 자동차의 내/외장재로 사용되는 합성수지 시트 또는 복합시트를 제조하기 위해서는 멜라민 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리염화비닐 수지, 아크릴 수지 및 페놀 수지 등을 사용한다. 그러나 이러한 합성수지를 이용하여 제조된 내/외장재는 아토피, 천식 등을 일으키는 원인으로 작용하고, 환경호르몬, 냄새 등의 유발로 심각한 환경문제를 일으킬 뿐만 아니라 사용 후에 재생활용이 어려워서 사후 처리가 매우 곤란하다. 따라서 기존의 합성수지 재료 또는 복합재료를 대체할 친환경적인 재료의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

한국공개특허 제2008-29543호, 제2009-120989호, 제2012-51489호, 제2013-70429호에는 폴리프로필렌 수지와, 대나무, 케나프, 마, 모시 등의 천연섬유, 그리고 상기 폴리프로필렌 수지와 천연섬유간의 계면접착력을 증가시키기 위하여 무수말레산이 그라프트된 폴리프로필렌계 상용화제를 추가로 포함시킨 수지조성물에 개시되어 있다. 상기 종래기술에 개시된 수지조성물은 천연섬유를 사용함으로써 압출성형시 생산성이 떨어지고, 또한 압출 성형물의 물성이 균일하지 못한 단점이 있다.

또한, 한국공개특허 제2009-109025호에는 폴리프로필렌 수지와 천연섬유를 포함한 수지조성물 제조 시에, 상기 천연섬유를 전자빔으로 표면이 개질한 후에 포함시켜 압출성형하는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법에서는 천연섬유의 표면 개질을 위한 전자빔 처리공정이 추가됨으로써 공정비용이 증가하고 생산성이 떨어질 뿐만 아니라 천연섬유에 전자빔을 균일하게 조사하기 힘든 단점이 있다.

본 발명은 자동차 내/외장재로 사용하기에 적합하도록 계면접착력이 향상되고, 치수안정성, 기계적 물성 및 표면품질이 우수하면서도 친환경성이 우수한 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물을 이용하여 용융 압출성형하는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물을 용융 압출성형하여 제조된 성형품을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기한 과제 해결을 위하여, 본 발명은 폴리올레핀 수지 20 ∼ 95 중량%; 천연섬유 3 ∼ 40 중량%; 열가소성 탄성체 고무 1 ∼ 30 중량%; 및 주사슬이 어택틱 폴리프로필렌(atactic polypropylene)이고, 직경이 0.5 ∼ 200 ㎛이며, 무수말레산이 2 ∼ 10 중량% 그라프트된 폴리프로필렌계 상용화제 1 ∼ 10 중량%; 를 포함하는 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물을 그 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기한 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물을 스크류 회전속도 200 ∼ 1,000 rpm 및 체류시간 10 ∼ 60초 조건에서 용융 압출성형하는 과정을 포함하는 압출성형방법을 그 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기한 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물을 스크류 회전속도 200 ∼ 1,000 rpm 및 체류시간 10 ∼ 60초 조건에서 용융 압출성형하여 제조된 성형품을 그 특징으로 한다.

도 1은 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 복합재에 대한 전자현미경사진이다.

본 발명은 a)폴리올레핀 수지, b)천연섬유, c)열가소성 탄성체 고무, 및 d)무수말레산이 그라프트된 폴리프로필렌계 상용화제를 포함하는 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 a)폴리올레핀 수지 20 ∼ 95 중량%와 b)천연섬유 3 ∼ 40 중량%로 된 복합재에 c)열가소성 탄성체 고무 1 ∼ 30 중량%와 d)무수말레산이 2 ∼ 10 중량% 그라프트된 폴리프로필렌계 상용화제 1 ∼ 10 중량%를 더 포함시킨 복합재 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따른 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물을 구성하는 각 성분에 대해 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.

a)폴리올레핀 수지

본 발명의 복합재 조성물을 구성함에 있어 기재수지로 포함되는 폴리올레핀 수지로는 호모-폴리에틸렌 및 호모-폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 호모폴리머; 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌 및 옥텐으로 이루어진 군으로부터 선택된 공단량체가 공중합된 랜덤공중합체; 상기 호모폴리머에 에틸렌-프로필렌 고무가 블렌딩된 블록공중합체; 및 폴리프로필렌 가지가 달린 고용융장력 폴리프로필렌(high melt strength PP; HMS PP)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 포함될 수 있다. 상기 폴리올레핀 수지로서 바람직하기로는 호모-폴리프로필렌을 사용하거나, 또는 프로필렌 단량체와 12몰% 이하의 에틸렌 또는 C_4∼C₁₀ 올레핀계 단량체가 공중합된 랜덤공중합체가 사용될 수 있으며, 이 경우 강성과 내충격성이 우수한 이점이 있다. 상기 폴리올레핀 수지로서 보다 바람직하기로는 프로필렌 단량체 88 ∼ 99 몰%와 에틸렌 단량체 1 ∼ 12 몰%의 공중합체가 사용될 수 있으며, 이 경우 표면경도 저하가 적어 내스크래치성을 개선하는 효과가 있다. 또한, 상기 폴리올레핀 수지는 용융지수가 8 ∼ 150 g/10분(230℃, 2.16 Kgf)인 것이 사용될 수 있다. 상기 폴리올레핀 수지의 용융지수가 8 g/10분(230℃, 2.16 Kgf) 미만인 경우 성형가공성이 저하될 수 있고, 150 g/10분(230℃, 2.16 Kgf)을 초과하면 충격강도가 저하되는 문제점이 있을 수 있다.

상기한 폴리올레핀 수지는 본 발명의 복합재 조성물 중에 20 ∼ 95 중량%, 바람직하기로는 50 ∼ 90 중량% 범위로 포함될 수 있다. 폴리올레핀 수지의 함량이 20 중량% 미만이면 강성 및 성형성이 저하되는 단점이 있고, 95 중량%를 초과하면 저온충격 특성이 저하되는 문제가 발생 할 수 있다.

b)천연섬유

본 발명의 복합재 조성물을 구성함에 있어 천연섬유로는 케나프(kenaf), 아마(flax), 대마(hemp), 황마(jute), 아바카(abaca), 대나무(bamboo), 코이어(coir), 파인애플(pineapple), 모시(ramie), 사이잘(sisal)및 헤네켄(henequen)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 사용될 수 있다.

상기한 천연섬유는 본 발명의 복합재 조성물 중에 3 ∼ 40 중량%, 바람직하기로는 3 ∼ 20 중량% 범위로 포함될 수 있다. 천연섬유의 함량이 3 중량% 미만이면 물성면에서 바람직하지 못한 결과를 초래할 수 있고, 40 중량%를 초과하여 과량이 포함되는 것은 경제성이 떨어진다.

c)열가소성 탄성체 고무

본 발명의 복합재 조성물을 구성함에 있어 열가소성 탄성체 고무는 그 구성에 한정을 두지 않지만, 바람직하게는 에틸렌과 탄소수 3 ∼ 10의 α-올레핀의 공중합체 고무 또는 스티렌-부타디엔 고무(SBR)가 사용될 수 있다. 이때, 상기 α-올레핀은 그 구성에 한정을 두지 않으나, 예를 들면 프로필렌, 부텐, 펜텐, 헥센, 헵텐, 옥텐 등이 사용될 수 있다. 상기 열가소성 탄성체 고무로서 바람직하기로는 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 에틸렌-부텐 고무(EBR), 에틸렌-옥텐 고무(EOR), 및 스티렌-부타디엔 고무(SBR)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것이 사용될 수 있다. 상기 열가소성 탄성체 고무 중에서도 에틸렌-옥텐 고무(EOR)를 사용하는 경우, 장측쇄의 옥텐기에 의해 충격강도가 개선되는 효과가 가장 우수하며, 상대적으로 저하되는 강성을 최대한 줄일 수 있어 바람직하게 선택될 수 있다. 또한, 상기 열가소성 탄성체 고무 중에서도 에틸렌-부텐 고무(EBR)를 사용하는 것이 바람직하며, 특히 부텐 공단량체의 함량이 50 몰% 이상이고, 용융지수가 0.5 ∼ 150 g/10분(190℃, 2.6 kg·f)이며, 밀도가 0.868 ∼ 0.885 g/cc인 에틸렌-부텐 고무(EBR)가 사용되는 경우 저온 충격 향상 면에서 바람직하게 선택될 수 있다.

상기한 열가소성 탄성체 고무는 본 발명의 복합재 조성물 중에 1 ∼ 30 중량%, 바람직하기로는 1 ∼ 20 중량% 범위로 포함될 수 있다. 열가소성 탄성체 고무의 함량이 1 중량% 미만이면 충격강도가 저하되는 단점이 있고, 30 중량%를 초과하면 성형성 및 강성이 저하되는 문제점이 발생 할 수 있다.

d)폴리프로필렌계 상용화제

본 발명의 복합재 조성물을 구성함에 있어 상용화제로서 무수말레산이 그라프트된 폴리프로필렌계 상용화제를 사용한다. 상기 상용화제는 폴리올레핀 수지와 천연섬유 간의 상용성을 증가시키기 위하여 사용되는 것으로, 폴리올레핀의 주쇄이나 말단에 천연섬유와 반응할 수 있는 반응성기로서 예를 들면 카르복실기 또는 히드록실기 등을 포함하는 1종 이상의 변성 폴리프로필렌 수지가 될 수 있다. 상기 폴리프로필렌계 상용화제는 폴리프로필렌 수지에 대하여 말레산, 무수 말레산, 카르복실산, 히드록실기 등에서 선택된 반응기가 2 ∼ 10 중량%, 바람직하게는 3 ∼ 5 중량%가 그라프트된 변성 폴리프로필렌 수지가 사용될 수 있다.

일반적으로 비닐계 고분자는 이중결합을 포함하는 구조로, 이중결합을 중심으로 몇 가지 다른 형태의 입체적 구조를 지닐 수 있다. 폴리프로필렌은 대표적인 입체 규칙성 고분자로, 치환기(CH₃)의 배열에 규칙성이 없는 어택틱(Atactic) 구조, 치환기가 한 방향으로 연결되어 있는 이소택틱(Isotactic) 구조, 치환기들이 위아래로 일정한 규칙을 가지고 결합되어 있는 신디오택틱(Syndiotactic) 구조를 가질 수 있다. 고분자의 입체적 구조에 따라 고분자의 강도와 같은 물리적 성질이 달라지고, 또한 결정성 및 상용성을 결정하는데 많은 영향을 미치게 된다. 이것은 입체적인 적층과정에서 좁은 공간 안에 얼마나 많은 분자들이 위치할 수 있는지를 결정하는 것으로, 조밀한 구조일수록 생성된 고분자는 높은 결정성을 가지지만 상용성이 떨어지는 단점이 있다. 폴리프로필렌 입체구조에 있어, 어택틱(Atactic) < 신디오택틱(Syndiotactic) < 이소택틱(Isotactic)의 순서로 결정성이 증가한다. 현재 상용화제에 시판되는 대부분의 폴리프로필렌은 주사슬이 이소택틱 폴리프로필렌(Isotactic polypropylene; iPP) 구조의 물질로, 높은 결정성을 가짐으로써 강성은 우수하지만 천연섬유와의 상용성이 떨어지는 단점이 있다.

또한, 폴리프로필렌계 상용화제 입자의 직경에 의해 폴리프로필렌 수지와 천연섬유간의 계면접착력 및 분산 효율 면에서 중요한 인자로 작용하는 바, 상용화제는 직경이 0.5 ∼ 200 ㎛이며, 바람직하게는 1 ∼ 100 ㎛으로 조절하여 사용하는 것이 좋다. 폴리프로필렌계 상용화제 입자의 직경이 0.5 ㎛ 미만으로 너무 작으면 생산성이 저하될 수 있으며, 직경이 200 ㎛을 초과할 경우에는 폴리프로필렌 수지와 천연섬유 계면접착력 및 분산 효율이 현저히 떨어지게 될 수 있다.

종래발명에 의하면 폴리올레핀 수지와 천연섬유 간의 상용성을 높이기 위해 무수말레산 함량이 낮은 펠렛 형태의 폴리프로필렌계 상용화제를 사용하였으나, 이러한 형태의 폴리프로필렌계 상용화제는 계면접착력이 떨어지기 때문에 치수안정성이 부족하고 물성편차가 심한 단점이 있었다. 이에 반하여, 본 발명에서는 주사슬이 어택틱 폴리프로필렌(atactic polypropylene; aPP)이고, 무수말레산의 결합율이 2 ∼ 10 중량%로 높고, 입자크기가 0.5 ∼ 200 ㎛로 작은 폴리프로필렌계 상용화제를 사용한다. 본 발명의 상용화제는 기존 상용화제 대비 천연섬유에 대한 점착성이 좋고 직경이 작기 때문에 천연섬유에 빠르게 침투하여 계면접착력을 향상시킴으로써, 치수안정성, 기계적 물성 및 표면품질이 우수하도록 하는 특징이 있다.

상기한 상용화제는 본 발명의 복합재 조성물 중에 1 ∼ 10 중량%, 바람직하기로는 2 ∼ 7 중량% 범위로 포함될 수 있다. 상용화제의 함량이 1 중량% 미만이면 폴리프로필렌 수지와 천연섬유 계면접착력 및 분산 효율 저하로 인해 기계적 물성, 치수안정성 및 표면품질 향상에 한계가 발생할 수 있으며, 10 중량%를 초과하면 폴리프로필렌/천연섬유 복합재의 충격강도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 본 발명의 복합재 조성물을 구성함에 있어 폴리올레핀 수지, 천연섬유, 열가소성 탄성체 고무, 폴리프로필렌계 상용화제와 함께 통상적으로 사용되고 있는 산화방지제, UV 안정제, 난연제, 착색제, 가소제, 열안정제 및 슬립제 등의 첨가제 1종 이상을 추가로 첨가할 수 있다. 상기 첨가제의 사용량은 각각 복합재 조성물를 제조하는 데 사용 가능한 것으로 알려진 범위내에서 전체 제조량 및 제조 공정 등을 고려하여 최적 범위로 조절하여 사용할 수 있다. 상기 첨가제는 폴리올레핀 수지, 천연섬유, 열가소성 탄성체 고무, 폴리프로필렌계 상용화제를 혼합하는 단계에서 추가로 첨가할 수 있으며, 또는 별도의 추가 단계로 혼련하여 첨가할 수도 있다.

한편, 본 발명은 상기에서 설명한 조성물을 이축이상의 압출기를 이용하여 용융 압출시켜 폴리올레핀-천연섬유 복합재를 제조하는 방법에도 그 특징이 있다.

즉, 폴리올레핀 수지, 천연섬유, 열가소성 탄성체 고무 및 폴리프로필렌계 상용화제를 혼합한 후 압출공정을 통해 폴리올레핀-천연섬유 복합재를 제조한다.

본 발명에서 상기 용융 압출은 스크류 회전 속도 200 ∼ 1,000 rpm의 조건 하에서 체류시간 5 ∼ 90초 동안 수행될 수 있다. 바람직하게는 스크류 회전 속도 300 ∼ 800 rpm의 조건 하에서 체류시간 10 ∼ 60초 동안 수행될 수 있다. 이때, 압출기 내부에서 천연섬유 분산에 필요한 전단흐름(Shear flow) 및 신장흐름(Elongational flow)을 효과적으로 유도하기 위해서는 스크류 회전 속도는 200 rpm 이상이 바람직하고, 폴리올레핀 수지 및 폴리프로필렌계 상용화제의 열화 방지 및 천연섬유 손상 방지 측면에서 스크류 회전 속도는 1,000 rpm 이하가 바람직하다. 또한, 폴리올레핀 수지, 천연섬유, 열가소성탄성체 고무, 및 폴리프로필렌계 상용화제가 충분히 혼련되기 위해서는 압출기 내부 체류시간은 10초 이상이 되어야 하고, 열화 방지 및 생산성 향상을 위해 체류시간은 60초 이하가 되어야 한다.

이상의 방법으로 제조된 폴리올레핀-천연섬유 복합재는 ASTM 평가법 D790에 의한 굴곡탄성율 10,000 kg/㎠ 이상, 바람직하게는 13,000 ∼ 38,000 kg/㎠ 이고, ASTM 평가법 D638에 의한 인장강도 100 kg/㎠ 이상, 바람직하게는 150 ∼ 450 kg/㎠ 이고, ASTM D256에 의한 아이조드(IZOD) 충격강도 3 kg·㎝/cm 이상, 바람직하기로는 4 ∼ 60 kg·㎝/cm 이고, ASTM D648에 의한 열변형온도 80 ℃ 이상, 바람직하게는 110 ∼ 160℃ 일 수 있다.

한편, 본 발명은 상기에서 설명한 조성물을 용융 압출 성형하여 제조된 성형품에도 그 특징이 있다. 이렇게 제조된 성형품은 자동차용 내/외장재로 유용하다.

본 발명에 있어서 상기 기재된 내용 이외의 사항은 필요에 따라 가감이 가능한 것이므로, 본 발명에서는 특별히 한정하지 아니한다.

추가적으로, 본 명세서 전체에서 특별한 언급이 없는 한 "포함" 또는 "함유"라 함은 어떤 구성 요소(또는 구성 성분)를 별다른 제한 없이 포함함을 지칭하며, 다른 구성 요소(또는 구성 성분)의 부가를 제외하는 것으로 해석될 수 없다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 하기의 실시예에 의거하여 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물, 복합재의 제조방법, 및 이로부터 제조되는 성형품에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 하나의 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 발명의 권리범위 내에서 구현 예에 대한 다양한 변형이 가능함은 당 업자에게 자명하다.

[실시예]

실시예 1

폴리프로필렌 수지, 천연섬유로서 케냐프 및 열가소성 탄성체 고무로서 에틸렌-부텐 고무(EBR)를 혼합한 혼합물에, 주사슬이 어택틱 폴리프로필렌이고 직경 100 ㎛이고 무수 말레산이 4 중량% 그라프트된 폴리프로필렌계 상용화제를 첨가하여 혼합하였다. 트윈 스크류 압출기(screw diameter 30 mm, L/D 40)를 이용하여 압출온도 160∼200 ℃, 스크류 회전속도 400 rpm의 압출조건으로 폴리프로필렌-천연섬유 복합재를 제조한 후 사출 성형기를 이용하여 시편을 성형하였다.

실시예 2

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 성형하되, 폴리프로필렌 수지, 천연섬유, 열가소성 탄성체 고무 및 폴리프로필렌계 상용화제의 혼합비를 달리하였다.

실시예 3

폴리프로필렌 수지, 천연섬유, 열가소성 탄성체 고무로 SBR을 사용한 것으로 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 성형하였다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 성형하되, 폴리프로필렌계 상용화제를 사용하지 않았다.

비교예 2

폴리프로필렌 수지, 천연섬유로서 케냐프 및 열가소성 탄성체 고무로서 폴리우레탄 고무를 혼합한 혼합물에, 주사슬이 어택틱 폴리프로필렌이고, 직경 3 mm이고 무수 말레산이 4 중량% 그라프트된 폴리프로필렌계 상용화제를 첨가하여 혼합하였다. 그리고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 성형하였다.

비교예 3

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 성형하되, 폴리프로필렌계 상용화제로서 주사슬이 이소택틱 폴리프로필렌이고 직경 100 ㎛이고 무수 말레산이 4 중량% 그라프트된 폴리프로필렌계 상용화제를 사용하였다.

비교예 4

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 성형하되, 열가소성 탄성체 고무를 사용하지 않았다.

상기 실시예 1∼2 및 비교예 1∼4에 의해 제조된 시편에 대하여 하기의 방법으로 물성을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 정리하여 나타내었다.

[물성측정방법]

1) 인장강도(항복): ASTM 평가법 D638에 따라 측정하였다.

2) 굴곡탄성율: ASTM 평가법 D790에 따라 측정하였다.

3) IZOD충격강도: ASTM 평가법 D256에 따라 23℃에서 측정하였다.

4) 열변형온도: ASTM 평가법 D648에 따라 측정하였다.

5) 수축율: HPC method에 따라 측정하였다.

구분			실시예			비교예
구분			1	2		1	2	3	4
조성 성분 (중량%)	폴리프로필렌		75	70	75	80	75	75	85
	천연섬유		10	10	10	10	10	10	10
	열가소성 탄성체 고무	EBR	10	15		10	-	10	-
		SBR			10
		폴리우레탄	-	-	-	-	10	-	-
	상용화제^*	(1)	5	5	5	-	-	-	5
		(2)	-	-	-	-	5	-	-
		(3)	-	-	-	-	-	5	-
물성	인장강도 (Kg/cm²)		180	150	185	120	130	175	185
	굴곡탄성률 (Kg/cm²)		15,000	13,300	14,700	10,600	11,100	15,500	16,500
	IZOD충격강도 (kg·cm)		43	49	42	27	33	8	3
	열변형온도(℃)		125	113	123	105	107	123	127
	수축율		0.54	0.48	0.55	0.89	0.82	0.75	1.02
* 상용화제 (1) 주사슬이 어택틱 폴리프로필렌이고, 직경 100 ㎛이고, 무수 말레산이 4 중량% 그라프트된 폴리프로필렌계 상용화제 (2) 주사슬이 어택틱 폴리프로필렌이고, 직경 3 mm이고, 무수 말레산이 4 중량% 그라프트된 폴리프로필렌계 상용화제 (3) 주사슬이 이소택틱 폴리프로필렌이고, 직경 100 ㎛이고, 무수 말레산이 4 중량% 그라프트된 폴리프로필렌계 상용화제

상기 표 1에 의하면, 실시예 1∼2의 시편은 비교예 1∼4의 시편과 비교하여 보았을 때, 인장강도, 굴곡탄성률, 충격강도, 열변형온도 및 수축율 등의 주요물성이 향상되었음을 알 수 있다.

이에 반하여, 비교예 1은 폴리프로필렌계 상용화제를 포함하지 않은 시편으로 폴리올레핀 수지와 천연섬유간의 계면 접착력 및 분산성이 저조함에 따라 인장강도, 굴곡탄성률, 충격강도, 열변형온도 및 수축율 등에서 실시예 1∼2의 시편보다 월등히 떨어진다는 것을 확인할 수 있다.

비교예 2는 비교적 입경이 큰 폴리프로필렌계 상용화제를 포함시킨 시편으로 천연섬유에의 침투가 용이하지 않은 관계로 인장강도, 굴곡탄성률, 충격강도, 열변형온도 및 수축율 등에서 실시예 1∼2의 시편보다 다소 떨어진다는 것을 확인할 수 있다.

비교예 3은 주사슬이 이소택틱 폴리프로필렌(iPP) 구조를 가지는 폴리프로필렌계 상용화제를 포함시킨 시편으로, 상용화제가 높은 결정성을 가짐으로써 굴곡탄성율은 우수하지만 충격강도 특성이 떨어진다는 것을 확인할 수 있다.

비교예 4는 열가소성 탄성체 고무를 포함하지 않은 시편으로, 충격강도가 현저히 떨어짐을 확인할 수 있다.

또한, 상기 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 복합재 시편에 대하여 전자 현미경으로 촬영한 사진을 각각 도 1로 비교하여 나타내었다.

도 1에 의하면, 실시예 1의 복합재가 비교예 1의 복합재에 비해 전자 현미경으로 촬영한 사진에서 폴리프로필렌과 천연섬유가 매우 효과적으로 결합하고 있음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 폴리올레핀 수지와 천연섬유로 된 복합소재에 열가소성 탄성체 고무와 함께 주사슬이 어택틱 폴리프로필렌 구조를 가지고 있고, 직경이 작은 입자이면서 무수 말레산 함량이 높은 폴리프로필렌계 상용화제를 포함시킴으로써, 폴리올레핀 수지와 천연섬유 간의 계면접착력 및 분산성을 보다 향상시킬 수 있어 복합소재의 인장강도, 굴곡탄성률, 충격강도, 열변형온도 및 수축율 등을 현저히 향상시키는 효과를 얻고 있다. 따라서 본 발명의 복합재는 기계적 물성, 치수안정성, 및 표면품질이 우수한 친환경 자동차 내/외장용 소재로 유용하다.

Claims

폴리올레핀 수지 20 ∼ 95 중량%;
천연섬유 3 ∼ 40 중량%;
열가소성 탄성체 고무 1 ∼ 30 중량%; 및
주사슬이 어택틱 폴리프로필렌(atactic polypropylene)이고, 직경이 0.5 ∼ 200 ㎛이며, 무수말레산이 2 ∼ 10 중량% 그라프트된 폴리프로필렌계 상용화제 1 ∼ 10 중량%;
를 포함하는 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 폴리올레핀 수지는 호모-폴리에틸렌 및 호모-폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 호모폴리머; 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌 및 옥텐으로 이루어진 군으로부터 선택된 공단량체가 공중합된 랜덤공중합체; 및 상기 호모폴리머에 에틸렌-프로필렌 고무가 블렌딩된 블록공중합체; 로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 것임을 특징으로 하는 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 천연섬유는 케나프(kenaf), 아마(flax), 대마(hemp), 황마(jute), 아바카(abaca), 대나무(bamboo), 코이어(coir), 파인애플(pineapple), 모시(ramie), 사이잘(sisal) 및 헤네켄(henequen)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 것임을 특징으로 하는 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 열가소성 탄성체 고무는 에틸렌과 탄소수 3 ∼ 10의 α-올레핀을 공중합한 공중합체 또는 스티렌-부타디엔 고무(SBR)것임을 특징으로 하는 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물.
청구항 4에 있어서,
상기 열가소성 탄성체 고무는 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 에틸렌-부텐 고무(EBR) 에틸렌-옥텐 고무(EOR), 및 스티렌-부타디엔 고무(SBR)로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 것임을 특징으로 하는 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 무수말레산이 그라프트된 폴리프로필렌계 상용화제는 주사슬이 어택틱 폴리프로필렌(atactic polypropylene)이고, 직경이 0.5 ∼ 200 ㎛이며, 무수말레산이 2 ∼ 10 중량%가 결합된 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
산화방지제, UV안정제, 난연제, 착색제, 가소제, 열안정제, 슬립제, 및 대전방지제로 이루어진 군에서 1 종 이상 선택되는 통상의 첨가제가 더 포함된 것을 특징으로 하는 폴리올레핀-천연섬유 복합재 조성물.
청구항 1 내지 청구항 7 중에서 선택된 어느 한 항의 조성물을 스크류 회전속도 200 ∼ 1,000 rpm 및 체류시간 10 ∼ 60초 조건에서 용융 압출성형하는 과정을 포함하는 압출성형방법.
청구항 1 내지 청구항 7 중에서 선택된 어느 한 항의 조성물을 스크류 회전속도 200 ∼ 1,000 rpm 및 체류시간 10 ∼ 60초 조건에서 용융 압출성형하여 제조된 성형품.