KR20160023967A - 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱 - Google Patents

자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱 Download PDF

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서경민
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박지웅
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주식회사 에스에이치글로벌
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Abstract

본 발명은 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 평균 길이가 5 ㎜ 이상인 천연섬유 5 내지 35 중량% 및 커플링제 1 내지 10 중량%를 먼저 혼합한 후, 플라스틱 수지 55 내지 80 중량%를 이축 압출기의 주 투입구에 투입하고 상기 천연섬유 및 커플링제의 혼합물을 이축 압출기의 측면 투입구에 투입하여 압출을 수행함으로써 압출 공정이 용이하면서 물성이 강화된 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱을 제조하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱에 관한 것이다.

Description

자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱{A preparation method of natural fiber-reinforced plastic for car interior and natural fiber-reinforced plastic for car interior prepared by the same}
본 발명은 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 평균 길이가 5 ㎜ 이상인 천연섬유 5 내지 35 중량% 및 커플링제 1 내지 10 중량%를 먼저 혼합한 후, 플라스틱 수지 55 내지 80 중량%를 이축 압출기의 주 투입구에 투입하고 상기 천연섬유 및 커플링제의 혼합물을 이축 압출기의 측면 투입구에 투입하여 압출을 수행함으로써 압출 공정이 용이하면서 물성이 강화된 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱을 제조하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱에 관한 것이다.
세계적으로 플라스틱 산업은 우수한 성능과 기능을 가진 무수한 고분자 소재의 개발로 인해 발전을 거듭하며 1억톤 이상이 합성되어 사용되고 있다. 이러한 막대한 사용량에 의해 플라스틱의 폐기량도 기하급수적으로 증가하고 있는 추세이다.
그런데, 일반적인 플라스틱의 경우 안정적인 분자구조를 가지기 때문에 연결 고리의 절단이 어려우며 절단되어도 재결합을 진행하여 분해기간이 약 300~400년이나 소요된다. 따라서, 토양오염, 매립지 부족 등의 문제가 심각하게 대두되고 있다.
또한, 플라스틱을 소각하는 경우 유독가스 및 이산화탄소 발생으로 대기 오염은 물론 지구 온난화 현상을 가속화시키는 역할을 한다.
위와 같은 문제점에도 불구하고 자동차의 내장재로는 여전히 플라스틱이 사용되고 있으며, 2010년의 자동차 총 생산량이 약 5,700만대임에 비추어 볼 때, 상당히 많은 양의 플라스틱이 자동차 내장재로 사용되고 있음을 알 수 있다.
이에 "폴리올레핀-식물섬유계 성형용 수지 조성물(한국 등록특허 제0105629호)", 및 "압출사출성형용 생분해성 수지 조성물(한국 등록특허 제10-0443275호)" 등에는 생분해성 플라스틱, 바이오베이스 플라스틱 등 친환경 플라스틱에 대하여 기술하고 있다.
그러나 변성 전분 등으로 플라스틱이 제조된 경우 인장, 신장 등에 있어서 물성이 약하다는 단점이 있다. 이에, 실제 사용 시에는 고온고압상태에서 가소화 반응을 통한 열가소성전분(Thermo plastic starch) 또는 전분발효 및 중합공정을 통한 PLA(Poly lactic acid)가공을 하여 사용하고 있으나, 이 또한 자동차 내장재의 요구물성을 만족하지 못하여 샘플 제작 정도만 가능하고 양산 적용은 어려운 것이 현실이다.
최근 유럽에서는 자동차 생산에 천연섬유의 사용량이 크게 늘고 있다. 아마, 대마, 쥬트, 모 등 섬유강화 복합재 재료의 사용량이 50,000톤에 달하고 있으며, 폴리프로필렌(PP) 메트릭스의 복합재가 사출성형에 이용되고 있다.
이러한 배경 하에서, 본 발명자들은 평균 길이가 5 mm 이상인 천연섬유 5 내지 35 중량% 및 커플링제 1 내지 10 중량%를 먼저 혼합한 후, 플라스틱 수지 55 내지 80 중량%를 이축 압출기의 주 투입구에 투입하고 상기 천연섬유 및 커플링제의 혼합물을 이축 압출기의 측면 투입구에 투입하여 압출을 수행함으로써 천연섬유에 묻어있는 커플링제가 이형제의 역할을 하여 천연섬유의 뭉침을 해소하여 이축 압출기로 압출시 투입구에서 발생할 수 있는 걸림 문제를 방지하고 스크류 및 니더에서의 막힘 현상도 방지할 수 있어 보다 용이한 압출 공정을 수행할 수 있고 더 나아가 압출물 및 이를 이용한 사출물의 물성을 향상시킬 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
1) 한국등록특허 제0443275호
2) 한국등록특허 제0105629호
본 발명의 목적은 압출 공정이 용이하면서 물성이 강화된 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법으로 제조되어 물성이 강화된 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱의 제조방법을 제공한다.
1) 전체 압출물의 중량을 기준으로 평균 길이가 5 mm이상인 천연섬유 5 내지 35 중량% 및 커플링제 1 내지 10 중량%를 혼합하는 단계(단계 1); 및
2) 전체 압출물의 중량을 기준으로 플라스틱 수지 55 내지 80 중량%를 이축 압출기의 주 투입구(main feeder)에 투입하고 상기 단계 1)의 혼합물을 이축 압출기의 측면 투입구(side feeder)에 투입하여 압출을 수행하여 압출물을 얻는 단계(단계 2).
바람직하기로, 본 발명의 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱의 제조방법은 상기 단계 2) 이후에 상기 압출물을 사출하는 단계(단계 3)를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 측면 투입구에 생분해성 수지 1 내지 10 중량%를 추가로 투입할 수 있다.
본 발명에서, 상기 측면 투입구에 열안정제 1 내지 5 중량%를 추가로 투입할 수 있다.
이하 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.
본 발명에서 사용하는 용어 "자동차 내장재"란, 자동차 내부에 자동차 프레임을 커버하여 탑승자로 하여금 편안함과 심미감을 주는 내장재를 의미한다.
본 발명에서 사용하는 용어 "천연섬유"란, 천연의 생물 또는 광물에서 얻어지는 섬유를 의미한다.
일반적으로 자동차 내장재는 플라스틱을 주재료로 하여 제조되나, 최근 친환경 및 물성 강화를 목적으로 플라스틱 압출시 천연섬유를 강화재로 함께 압출하여 자동차 내장재용으로 사용하는 시도가 있어 왔다.
종래 천연섬유를 강화재로 사용한 자동차 내장재용 플라스틱 제조시, 일반적으로 천연섬유의 평균 길이가 마이크로미터(㎛) 수준인 분말 형태를 사용하여 왔다. 이와 같이 천연섬유의 평균 길이가 마이크로미터(㎛) 수준일 경우에는 이러한 압출 공정이 비교적 용이하나 플라스틱 수지와의 결합력(bonding strength)이 낮아져 압출물 및 이를 이용한 사출물의 물성이 저하되는 단점이 있다.
한편, 천연섬유의 평균 길이를 5 mm이상으로 보다 크게 조절할 경우에는 천연섬유의 낮은 비중으로 인하여 투입되는 양이 중량 대비 큰 부피를 차지하므로 실제로 압출 후 사출 성형하는데 어려움이 있다. 또한, 천연섬유의 평균 길이가 5 mm이상으로 클 경우, 천연섬유들간의 뭉침현상이 발생하여 이축 압출기로 압출시 투입구(feeder)에서 걸림 문제가 발생하고 스크류 및 니더에서 일부 막힘으로 인하여 수지 흐름이 불량하여 워터배스에서 수지 끊어짐 현상이 발생할 수 있고 압출물 및 이를 이용한 사출물의 물성 저하로 이어질 수 있다.
따라서, 천연섬유를 강화재로 사용한 자동차 내장재용 플라스틱 제조 방법에 있어서, 압출 공정이 용이하면서 물성 강화 효과가 우수한 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱의 제조방법이 요구된다.
본 발명에서는 평균 길이가 5 mm이상인 천연섬유 5 내지 35 중량% 및 커플링제 1 내지 10 중량%를 먼저 혼합한 후, 플라스틱 수지 55 내지 80 중량%를 이축 압출기의 주 투입구(main feeder)에 투입하고 상기 천연섬유 및 커플링제의 혼합물을 이축 압출기의 측면 투입구(side feeder)에 투입하여 압출을 수행함으로써 천연섬유에 묻어있는 커플링제가 이형제의 역할을 하여 천연섬유의 뭉침을 해소하여 이축 압출기로 압출시 투입구에서 발생할 수 있는 걸림 문제를 방지하고 스크류 및 니더에서의 막힘 현상도 방지할 수 있어 보다 용이한 압출 공정을 수행할 수 있고 더 나아가 압출물 및 이를 이용한 사출물의 물성을 향상시킬 수 있다는데 특징이 있다.
상기 단계 1은, 전체 압출물의 중량을 기준으로 평균 길이가 5 mm이상인 천연섬유 5 내지 35 중량% 및 커플링제 1 내지 10 중량%를 혼합하는 단계로서, 압출을 수행하기 전에 천연섬유와 커플링제를 먼저 혼합하여 천연섬유 및 커플링제의 혼합물을 얻는 단계이다.
본 발명에서 사용하는 용어 "천연섬유의 평균 길이"란, 천연섬유의 길이 방향의 크기를 의미한다.
본 발명에서, 상기 천연섬유는 상기한 바와 같이 평균 길이가 5 mm 이상인 것일 수 있으며, 바람직하기로는 5 ㎜ 내지 20 ㎜일 수 있다. 특히, 천연섬유의 평균 길이가 5 ㎜ 이상, 더욱 바람직하기로는 5 ㎜ 내지 20 ㎜일 경우에 물성 강화 효과가 우수하다.
또한, 천연섬유를 물성 강화 효과가 우수한 바람직한 길이(5 ~ 20mm)로 투입하여 압출물 및 사출물 제조완료 후의 천연섬유의 잔존 길이는 투입시의 천연섬유 길이의 25% 이상, 즉 1.3 ㎜ 내지 5 ㎜이 바람직하며, 이로 인해 제조된 사출물은 천연섬유 잔존길이가 1.3 ㎜ 내지 5 ㎜일 때 물성 강화 효과가 우수하다.
본 발명에서, 상기 천연섬유는 바람직하기로 최장 길이가 100 ㎜ 이하인 것일 수 있다. 만일 천연섬유의 최장 길이가 100 ㎜를 초과하면 압출기 내에서 막힘현상 및 탄화현상이 발생될 수 있다. 즉, 본 발명에서, 상기 천연섬유의 평균 길이는 바람직하기로는 5 ㎜ 내지 20 ㎜일 수 있으나, 이들 천연섬유의 최장 길이는 100㎜ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 천연섬유의 길이의 분포도는, ln(R90/R10)(여기에서, R90은 누적된 천연섬유의 길이가 90%에 이르렀을 때에 측정한 천연섬유의 평균 길이이며, R10은 누적된 천연섬유의 길이가 10%에 이르렀을 때에 측정한 천연섬유의 평균 길이임)로서 정의되며, 바람직하기로 1.0 내지 1.5일 수 있다. 즉, 천연섬유의 길이가 균일할 경우에 압출물 및 이를 이용한 사출물의 물성 강화 효과가 우수한 장점이 있다.
본 발명에서, 상기 천연섬유의 평균 길이가 5 mm 미만이면 압출물 및 이를 이용한 사출물의 물성을 향상시키기 어려울 수 있다. 천연섬유의 평균 길이가 5 ㎜ 이상, 더욱 바람직하기로 5 ㎜ 내지 20 ㎜인 경우에 압출물 및 이를 이용한 사출물의 물성이 자동차 내장재에 있어 요구되는 수준, 바람직하기로 인장강도가 30 내지 100 MPa이고 굴곡강도가 40 내지 100 MPa이고 굴곡탄성율은 2000 내지 3500 MPa이고 충격강도가 5 내지 15 kgf·cm/cm인 수준까지 향상될 수 있다. 특히, 평균 길이가 5 ㎜ 이상, 더욱 바람직하기로 5 ㎜ 내지 20 ㎜인 경우에 이러한 물성 강화 효과가 더욱 우수할 수 있다. 만일 천연섬유의 평균 길이가 20 ㎜를 초과하면 압출시 흐름성이 나빠 생산성이 떨어지고, 표면이 거칠어져 필름 등의 최종 제품의 품질이 나빠지며, 제품의 강도 및 신율이 나빠지게 된다.
본 발명에서, 상기 천연섬유는 황마(jute), 양마(kenaf), 삼(hemp), 현무암섬유(basalt), 아마(flax), 아바카(abaca), 대나무(bamboo), 코이어(coir), 파인애플(pineapple), 모시(ramie), 사이잘(sisal), 헤네켄(henequen) 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서, 상기 천연섬유의 사용량은 상기한 바와 같이 5 내지 35 중량%일 수 있으며, 특히 바람직하기로는 20 내지 30 중량%일 수 있다. 만일 상기 천연섬유의 사용량이 5 중량% 미만이면 천연섬유로 인한 물성 증가 정도가 미미할 수 있고 35 중량%를 초과하면 압출물 및 이를 이용한 사출물에 균열이 발생하는 등 품질 저하가 발생할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 용어 "커플링제"란, 천연섬유와 플라스틱 수지간 계면을 접착시키는데 필요한 커플링 효과를 제공하고 이와 더불어 천연섬유의 뭉침을 해소하는 이형제 역할을 수행하기 위해 첨가되는 물질을 의미한다.
일반적으로, 무기재료 등의 강화재를 사용한 복합 플라스틱의 제조시 플라스틱 수지와 무기재료 간의 계면을 접착시키는데 필요한 커플링 효과를 제공하여 상용성을 부여하기 위한 상용화제로서 커플링제가 사용된다. 본 발명에서는 이러한 커플링제가 상용화제로서의 역할과 더불어 천연섬유 표면에 도포되어 각각의 천연섬유가 뭉치지 않고 분산될 수 있게 해주는 이형제로서의 역할을 수행할 수 있음을 발견하였으며, 본 발명은 이러한 발견을 기초로 한다. 즉, 본 발명의 커플링제는 상용화제 및 이형제로서의 이중적인 역할을 수행할 수 있다. 커플링제의 주요성분인 실리콘은 표면장력이 낮아 원재료 간의 이형 기능을 발휘한다. 본 발명에서는 이러한 이형제 역할을 수행할 수 있는 커플링제를 압출 전에 미리 천연섬유와 혼합시킴으로써 천연섬유 간의 뭉침을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명에서, 상기 상용화제와 이형제 역할을 동시에 수행 가능한 커플링제는 유기실란, 말레익산 그래프트 폴리프로필렌, 티탄산염계 실란 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 유기실란의 예로는 감마-아미노 프로필트리에톡시 실란을 들 수 있다.
본 발명에서, 상기 커플링제의 사용량은 상기한 바와 같이 1 내지 10 중량%일 수 있으며, 특히 바람직하기로는 4 내지 6 중량%일 수 있다. 만일 상기 커플링제의 사용량이 1 중량% 미만이면 커플링 효과가 미미할 수 있고 10 중량%를 초과하면 압출물 및 이를 이용한 사출물에 균열이 발생하는 등 품질 저하가 발생할 수 있다.
상기 단계 2는, 전체 압출물의 중량을 기준으로 플라스틱 수지 55 내지 80 중량%를 이축 압출기의 주 투입구(main feeder)에 투입하고 상기 단계 1)의 천연섬유와 커플링제의 혼합물을 이축 압출기의 측면 투입구(side feeder)에 투입하여 압출을 수행하여 압출물을 얻는 단계이다.
본 발명에서 사용하는 용어 "플라스틱 수지"란, 자동차 내장재를 제조하기 위한 압출물 또는 사출물을 제조할 수 있는 플라스틱 물질을 의미한다.
본 발명에서, 상기 플라스틱 수지는 폴리프로필렌(PP; polypropylene), 아크릴로니트릴 부타다이엔 스틸렌(ABS; acrylonitrile butadiene stylene), 폴리카보네이트-아크릴로니트릴 부타다이엔 스틸렌(PC-ABS) 및 폴리아미드(PA; polyamide) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 폴리아미드로는 PA6 및 PA66 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서는 상기한 바와 같이 상기 측면 투입구에 생분해성 수지 1 내지 10 중량%를 추가로 투입할 수 있다. 측면 투입구로 생분해성 수지를 투입시 정량 공급이 가능하여 균일한 압출물 제조가 가능하다. 이와 같이 생분해성 수지를 추가로 투입하여 압출을 수행함으로써 압출물 및 이를 이용한 사출물 내 수지 성분 중 일부가 생분해성 수지로 대체됨으로써 보다 더 친환경적인 자동차 내장재를 제조할 수 있게 된다.
본 발명에서, 상기 생분해성 수지는 폴리락트산(PLA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리글리콜산(PGA), 폴리부티렌숙시네이트(PBS) 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
천연섬유로 강화된 압출물을 사출시에는 천연섬유의 비점(boiling point)이 대체로 200℃ 정도이므로 200℃ 이하로 사출해야 한다. 그러나, 190℃ 수준에서 사출시에도 사출기 내 스크류의 마찰열로 인하여 천연섬유 일부가 탄화되어 냄새가 발생할 수 있고 물성 저하를 일으킬 수 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위해, 본 발명에서는 상기한 바와 같이 상기 측면 투입구에 열안정제 1 내지 5 중량%를 추가로 투입할 수 있다.
일반적으로 열안정제는 플라스틱 사출품의 열안정성을 향상시켜 내열성을 부여하기 위하여 사출 단계에 투입된다. 그러나, 본 발명에서는 열안정제를 천연섬유의 압출시 함께 투입하며 이를 통해 천연섬유의 탄화를 방지하는 효과를 제공할 수 있다. 즉, 본 발명에서, 열안정제는 단계 2의 압출 단계에서 측면 투입구로 투입되는 천연섬유와 함께 투입되는 천연섬유의 탄화 방지제로서의 역할을 한다.
본 발명에서, 상기 열안정제는 Cd계, Zn계 또는 Pb계 등의 금속석검계 안정제, 오가노틴(organotin) 안정제 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 단계 3은, 상기 단계 2)에서 얻은 압출물을 사출하여 사출물을 얻는 단계이다.
본 발명에서 사용하는 용어 "압출"이란, 수지를 호퍼에 투입하여 스크류 회전에 의해 수지를 압착 및 용융시켜 다이쪽으로 밀어내어 일정 형태의 성형품을 만드는 플라스틱 가공법을 의미한다.
본 발명에서 사용하는 용어 "사출"이란, 플라스틱에 열을 가하여 가소화시켜서 용융수지를 금형 내에 압입하여 일정 형태의 성형품을 만드는 플라스틱 가공법을 의미한다.
본 발명에서는 단계 2를 통해 일차적으로 압출물을 제조한 후 단계 3에서 상기 압출물을 용융하여 금형 내로 압입하여 사출물을 제조할 수 있다.
본 발명에서, 상기 단계 2의 압출물은 펠렛의 형태로 제조되어 이후의 단계 3의 사출 공정에 이용될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조되어 인장강도가 30 내지 100 MPa이고 굴곡강도가 40 내지 100 MPa이고 굴곡탄성율은 2000 내지 3500 MPa이고 충격강도가 5 내지 15 kgf·cm/cm인 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱을 제공한다.
본 발명에서, 상기 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱은 압출물 또는 사출물의 형태일 수 있다. 또한, 상기 압출물은 펠렛 형태일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱을 포함하는 자동차 내장재를 제공한다.
본 발명은 평균 길이가 5 이상인 천연섬유 5 내지 35 중량% 및 커플링제 1 내지 10 중량%를 먼저 혼합한 후, 플라스틱 수지 55 내지 80 중량%를 이축 압출기의 주 투입구(main feeder)에 투입하고 상기 천연섬유 및 커플링제의 혼합물을 이축 압출기의 측면 투입구(side feeder)에 투입하여 압출을 수행함으로써 천연섬유에 묻어있는 커플링제가 이형제의 역할을 하여 천연섬유의 뭉침을 해소하여 이축 압출기로 압출시 투입구에서 발생할 수 있는 걸림 문제를 방지하고 스크류 및 니더에서의 막힘 현상도 방지할 수 있어 보다 용이한 압출 공정을 수행할 수 있고 더 나아가 압출물 및 이를 이용한 사출물의 물성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱의 제조방법의 개략적인 흐름도이다.
도 2는 비교예 1 및 실시예 1에서 사용한 평균 길이가 100 ㎛인 황마(A), 평균 길이가 5 ㎜인 황마(B), 상기 비교예 1의 사출물(C) 및 실시예 1의 사출물(D)의 외관을 나타낸 사진도이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1의 천연섬유 강화 플라스틱 사출물의 내스크래치 시험 결과를 나타낸다.
이하, 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 효과를 보다 더 구체적으로 설명하고자 하나, 이들 실시예는 본 발명의 예시적인 기재일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1-4: 본 발명의 천연섬유 강화 플라스틱 사출물 제조
하기 표 1의 조성을 사용하여 본 발명의 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱 사출물을 제조하였다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱의 제조방법의 개략적인 흐름도를 도 1에 나타내었다.
먼저, 천연섬유로서 평균 길이가 5 ㎜인 Kenaf(양마)와 커플링제로서 이형제의 효과와 결합제의 역할이 가능한 유기실란을 혼합하였다. 이후, 플라스틱 수지를 이축 압출기(창성P&R, CHS-HS32)의 주 투입구에 투입하고 상기 천연섬유와 커플링제의 혼합물을 이축 압출기의 측면 투입구에 투입하여 압출을 수행하여 압출물을 얻었다. 압출시 온도는 190℃로 조절하였다.
상기 압출물을 이용하여 190℃로 사출하여 사출물을 얻었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
양마(5 ㎜) 20 25 25 20
커플링제
(유기실란 커플링제)		 5 5 5 5
폴리프로필렌 수지 67 67 70 70
폴리락트산(PLA) 5 0 0 5
열안정제
(금속석검계 안정제)		 3 3 0 0
비교예 1: 천연섬유 미세분말을 사용한 천연섬유 강화 플라스틱 사출물 제조
하기 표 2의 조성을 사용하고, 천연섬유로서 평균 길이가 100 ㎛인 황마를 사용하는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 사출물을 얻었다.
비교예 1
양마(100 ㎛) 20
커플링제
(유기실란 커플링제)		 5
폴리프로필렌 수지 67
폴리락트산(PLA) 5
열안정제
(금속석검계 안정제)		 3
비교예 2: 압출 공정을 변경한 천연섬유 강화 플라스틱 사출물 제조
압출 전에 별도로 양마와 커플링제를 혼합하는 공정 없이 곧바로 측면 투입구에 황마와 커플링제를 투입하여 압출시키는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 사출물을 얻었다.
비교예 3: 커플링제를 사용하지 않은 천연섬유 강화 플라스틱 사출물 제조
커플링제를 사용하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 사출물을 얻었다.
실험예 1: 천연섬유 강화 플라스틱 사출물의 외관 평가
상기 비교예 1 및 실시예 1에서 사용한 평균 길이가 100 ㎛인 양마(A)와 평균 길이가 5 ㎜인 양마(B)를 도 2에 나타내었다. 또한, 상기 비교예 1의 사출물(C) 및 실시예 1의 사출물(D)의 외관을 도 2에 함께 나타내었다.
도 2를 통해, 평균 길이에 관계없이 사출물의 외관이 매끄럽고 균일함으로 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 천연섬유 강화 플라스틱 사출물이 큰 길이를 가지는 천연섬유를 사용함에도 미세분말 형태의 천연섬유를 사용한 플라스틱 사출물과 외관상 차이가 없이 우수한 품질을 가지는 것을 알 수 있다.
한편, 비교예 3의 커플링제를 사용하지 않고 천연섬유로서 평균 길이가 5 ㎜인 양마를 사용한 사출물의 경우, 압출 단계에서 이축 압출기 투입구에서 걸림 현상이 발생하여 압출물의 생산이 어려웠고 압출물의 외관도 균열이 발생하는 등 품질 열하가 발생하였다.
실험예 2: 천연섬유 강화 플라스틱 사출물의 물성 조사
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2의 사출물의 물성으로서 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 충격강도를 조사하였다. 이때 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 충격강도는 평가 방법으로서 각각 ASTM D638, ASTM D790, ASTM 790 및 ASTM D256을 이용하였다.
그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
물성 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
인장강도(MPa) 51 49 29 32 20 33
굴곡강도(MPa) 69 61 32 39 31 48
굴곡탄성율(MPa) 2718 2210 1532 1621 1540 1652
충격강도(kgf·cm/cm) 7 6.4 4.8 5.4 4.5 4.9
실험예 3: 천연섬유 강화 플라스틱 사출물의 내스크래치 시험
상기 실시예 1 및 비교예 1의 사출물의 내스크래치 시험을 수행하였다. 이때 시험 하중은 10 N으로 하고 시험 속도는 1000 ㎜/min으로 하였다.
그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3을 통해, 평균 길이가 5 ㎜인 천연섬유를 사용한 본 발명의 플라스틱 사출물이 비교예의 플라스틱 사출물에 비해 내스크래치성이 더욱 우수함을 알 수 있다.

Claims (14)

  1. 하기 단계를 포함하는 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱의 제조방법:
    1) 전체 압출물의 중량을 기준으로 평균 길이가 5 ㎜ 이상인 천연섬유 5 내지 35 중량% 및 커플링제 1 내지 10 중량%를 혼합하는 단계(단계 1); 및
    2) 전체 압출물의 중량을 기준으로 플라스틱 수지 55 내지 80 중량%를 이축 압출기의 주 투입구(main feeder)에 투입하고 상기 단계 1)의 혼합물을 이축 압출기의 측면 투입구(side feeder)에 투입하여 압출을 수행하여 압출물을 얻는 단계(단계 2).
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계 2) 이후에 상기 압출물을 사출하는 단계(단계 3)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 측면 투입구에 생분해성 수지 1 내지 10 중량%를 추가로 투입하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 측면 투입구에 열안정제 1 내지 5 중량%를 추가로 투입하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 천연섬유는 평균 길이가 5 ㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 천연섬유는 황마(jute), 양마(kenaf), 삼(hemp), 현무암섬유(basalt), 아마(flax), 아바카(abaca), 대나무(bamboo), 코이어(coir), 파인애플(pineapple), 모시(ramie), 사이잘(sisal), 헤네켄(henequen) 또는 이들의 혼합물인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 천연섬유의 사용량은 20 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 커플링제는 유기실란, 말레익산 그래프트 폴리프로필렌, 티탄산염계 실란 또는 이들의 혼합물인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 수지는 폴리프로필렌(PP; polypropylene), 아크릴로니트릴 부타다이엔 스틸렌(ABS; acrylonitrile butadiene stylene), 폴리카보네이트-아크릴로니트릴 부타다이엔 스틸렌(PC-ABS) 및 폴리아미드(PA; polyamide) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제3항에 있어서, 상기 생분해성 수지는 폴리락트산(PLA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리글리콜산(PGA), 폴리부티렌숙시네이트(PBS) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제4항에 있어서, 상기 열안정제는 금속석검계 안정제, 오가노틴(organotin) 안정제 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되어 인장강도가 30 내지 100 MPa이고 굴곡강도가 40 내지 100 MPa이고 굴곡탄성율은 2000 내지 3500 MPa이고 충격강도가 5 내지 15 kgf·cm/cm인 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱.
  13. 제12항에 있어서, 상기 플라스틱은 압출물 또는 사출물의 형태인 것을 특징으로 하는 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱.
  14. 제12항의 자동차 내장재용 천연섬유 강화 플라스틱을 포함하는 자동차 내장재.
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