KR20160139904A - 투명성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물 - Google Patents

투명성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 블록 코폴리머 프로필렌 대신 내열용 호모 폴리프로필렌 및 고투명 랜덤 폴리프로필렌을 혼합함으로써 고투명성으로 인해 시인성을 향상시키는 동시에 기계적 강성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.

Description

투명성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물{POLYPROPYLENE RESIN COMPOSITION WITH HIGH TRANSPARENCY AND HEAT-RESISTANT}
본 발명은 투명성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 블록 코폴리머 프로필렌 대신 내열용 호모 폴리프로필렌 및 고투명 랜덤 폴리프로필렌을 혼합함으로써 고투명성으로 인해 시인성을 향상시키는 동시에 기계적 강성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.
엔진 냉각수 리저버탱크용 소재는 일반적으로 블록 코폴리머(Block copolymer) 폴리프로필렌을 사용하고 있는데, 블록 코폴리머 폴리프로필렌 수지는 충격 성능이 비교적 우수하지만 가압 방식이 요구하는 고온, 고압 환경에서는 기계적 강도 및 내열성이 미흡하기 때문에 적용이 부적합한 단점이 있다. 또한 블록 코폴리머 프로필렌의 특성 상 불투명한 흰색을 띄기 때문에 시인성이 취약하며, 특히 부품의 외관 투명성을 저하시켜 냉각수의 수위를 육안으로 확인하는데 어려움이 있다.
종래 한국공개특허 제2004-065079호에서는 호모 폴리프로필렌 30~74 wt%, 에틸렌-프로필렌 랜덤 블록공중합체 20~64 wt%, 알파 올레핀 공중합체 5~30 wt% 및 핵제 0.05~1.0 wt%를 포함하는 자동차용 고투명성 폴리프로필렌 수지 조성물에 관해 개시되어 있으나, 기계적 강도가 취약한 단점이 있다.
또한 일본공개특허 제2002-275327호에서는 폴리프로필렌 단독 중합체 30~50 wt%, 폴리프로필렌-α-올레핀 랜덤 공중합체 50~70 wt%를 포함하는 프로필렌 중합체 조성물에 관해 개시되어 있으나, 내열성이 취약한 단점이 있다.
따라서 이러한 기존의 엔진 냉각수 리저버탱크용 소재에 대한 고온, 고압 환경에서의 취약점을 보완하여 리저버탱크가 요구하는 기계적 강도 및 내열성능을 구현하기 위한 개발이 필요하다.
한국공개특허 제2004-065079호 일본공개특허 제2002-275327호
상기와 같은 문제 해결을 위하여, 본 발명은 기존의 블록 코폴리머 프로필렌 대신 내열용 호모 폴리프로필렌 및 고투명 랜덤 폴리프로필렌을 혼합하여 고투명성으로 인해 시인성을 향상시키는 동시에 우수한 기계적 강성 및 고내열성을 확보할 수 있으며, 산화방지제, 내열안정제, 활제 및 핵제의 기능성 첨가제를 추가 혼합함으로써 내열, 내압의 물성 특성을 증진시킬 수 있다는 사실을 알게 되어 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 시인성을 향상시키는 동시에 우수한 기계적 강성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 내열, 내압의 물성 특성을 증진시킬 수 있는 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명은 호모 폴리프로필렌 60~70 중량% 및 랜덤 폴리프로필렌 30~40 중량%를 포함하는 매트릭스 수지 조성물 100 중량부에 산화방지제 0.3~0.5 중량부; 내열안정제 0.3~0.5 중량부; 활제 0.2~0.5 중량부; 및 핵제 0.2~0.5 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 폴리프로필렌 수지 조성물은 기존의 블록 코폴리머 프로필렌 대신 내열용 호모 폴리프로필렌 및 고투명 랜덤 폴리프로필렌을 혼합함으로써 고투명성으로 인해 시인성을 향상시키는 동시에 우수한 기계적 강성 및 고내열성을 확보할 수 있다.
또한 산화방지제, 내열안정제, 활제 및 핵제의 기능성 첨가제를 추가 혼합함으로써 내열, 내압 특성을 증진시켜 가압식 리저버탱크용 소재로 활용 가능한 이점이 있다.
이하에서는 본 발명을 하나의 실시예로 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 호모 폴리프로필렌 60~70 중량% 및 랜덤 폴리프로필렌 30~40 중량%를 포함하는 매트릭스 수지 조성물 100 중량부에 산화방지제 0.3~0.5 중량부; 내열안정제 0.3~0.5 중량부; 활제 0.2~0.5 중량부; 및 핵제 0.2~0.5 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 호모(homo) 폴리프로필렌은 고강성, 치수안정성 및 내열성이 우수한 고결정성의 매트릭스 수지인 것으로 용융지수가 1~10 g/10min이고, 연화점이 130~180 ℃인 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 호모 폴리프로필렌은 용융지수가 1 g/10min 보다 미만이면 제품 성형 시 미성형이 발생할 수 있고, 10 g/10min 보다 초과이면 제품성형 시 과충전에 의한 버(Burr)가 발생될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 랜덤(random) 폴리프로필렌은 충격강도와 투명성이 우수한 고투명 랜덤 폴리프로필렌 수지인 것으로 용융지수가 10~20 g/10min이고, 연화점이 100~160 ℃인 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 랜덤 폴리프로필렌은 용융지수가 10 g/10min 보다 미만이면 호모(homo) 폴리프로필렌과의 혼련성이 미약하여 투명성이 저하될 수 있고, 20 g/10min 보다 초과이면 제품성형 시 과충전에 의한 버(Burr)가 발생될 수 있다. 이러한 상기 랜덤 폴리프로필렌은 그 함량이 30 중량% 보다 적으면 투명성 및 충격성이 저하될 수 있고, 40 중량% 보다 많으면 물성 및 내열성이 저하될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 산화방지제는 압출, 사출 가공 시 산화 열화 반응을 억제시키기 위해 사용될 수 있으며, 상기 산화방지제는 페놀계, 인계 또는 이들의 혼합물인 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 테트라키스[메틸렌(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트 메탄](Tetrakis[methylene(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate methane]), 트리(2,4-디-터트-부틸페닐)포스페이트(Tris(2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite) 및 이들의 혼합물인 것을 사용할 수 있다. 또한 상기 산화방지제의 함량이 0.3 중량부 보다 적으면 물성이 저하될 수 있고, 0.5 중량부 보다 많으면 외관품질에 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 고온에서 노출 시 장기 내열성을 향상시키기 위해 사용될 수 있는 상기 내열안정제는 황계, 페놀계 및 인계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 펜타에리스리틸 테트라키스(3-라우릴티오프로피오네이트)(Pentaerythrityl tetrakis(3-laurylthiopropionate))인 것을 사용할 수 있다. 또한 상기 내열안정제의 함량이 0.3 중량부 보다 적으면 내열 노화성이 저하될 수 있고, 0.5 중량부 보다 많으면 물성저하 및 외관품질에 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 수지의 유동성 및 이형성을 향상시키기 위해 사용되는 상기 활제는 올레핀계인 것을 사용할 수 있으며 구체적으로 상기 올레핀계는 옥시디지드 폴리에틸렌(Oxidized polyethylene), 에틸렌 비스 스테아라미드(Ethylene bis stearamide, N,N′―Ethylene bis stearamide) 또는 이들의 혼합물인 것을 사용할 수 있다. 상기 활제의 함량이 0.2 중량부 보다 적으면 유동성 및 이형성이 저하될 수 있고, 0.5 중량부 보다 많으면 물성저하 및 융착강도의 저하 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 수지의 결정화 속도를 높여 투명성을 향상시키기 위해 사용되는 상기 핵제는 솔비톨(sorbitol)계인 것을 사용할 수 있다. 구체적으로 벤질리덴 솔비톨, 메틸벤질리덴 솔비톨, 에틸벤질리덴 솔비톨 및 디(p-메틸벤질리덴) 솔비톨)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 디(p-메틸벤질리덴) 솔비톨)(Di(p-methylbenzylidene) Sorbitol)인 것을 사용할 수 있다. 상기 핵제의 함량이 0.2 중량부 보다 적으면 수지의 투명성이 저하될 수 있고, 0.5 중량부 보다 많으면 물성저하 및 융착강도 저하 문제가 발생할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 폴리프로필렌 수지 조성물은 기존의 블록 코폴리머 대신 내열용 호모 폴리프로필렌 및 고투명 랜덤 폴리프로필렌을 혼합함으로써 고투명성으로 인해 시인성을 향상시키는 동시에 우수한 기계적 강성 및 고내열성을 확보할 수 있다.
또한 산화방지제, 내열안정제, 활제 및 핵제의 기능성 첨가제를 추가 혼합함으로써 내열, 내압 특성을 증진시켜 가압식 리저버탱크용 소재로 활용 가능한 이점이 있다. 특히, 고투명성으로 인해 가압식 리저버탱크에 적용할 경우 냉각수의 수위 확인이 육안으로도 가능한 이점이 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1, 2 및 비교예 1
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1에 대하여, 하기 기재된 바와 같이 구성성분을 준비하여 하기 표 1에 기재된 성분비로 혼합한 후 고투명성 및 고내열성의 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조하였다.
[구성성분]
1) 내열 호모(HOMO) 폴리프로필렌: 용융지수가 5 g/10min이고, 연화점이 158 ℃이며, 내열성 우수한 고결정성 호모(HOMO) 폴리프로필렌(SK 종합화학, HX3300H)
2) 고투명 랜덤(Random) 폴리프로필렌: 용융지수가 14 g/10min이고, 연화점이 135 ℃이며, 충격강도와 우수한 투명성을 가진 랜덤(Random) 폴리프로필렌 (SK 종합화학, R362Y)
3) 산화방지제: 페놀계 Tetrakis[methylene(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate methane (ADEKA. AO-60), 인계 Tris(2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite (SONGWON, SONGNOX 1680)
4) 내열안정제: 황계 Pentaerythrityl tetrakis(3-laurylthiopropionate) (ADEKA. AO-412S)
5) 활제: 에틸렌 비스 스테아라미드(Ethylene bis stearamide, N,N′―Ethylene bis stearamide) (SINWON Chemical, HI-LUBE)
6) 핵제: 솔비톨계 Di(p-methylbenzylidene) Sorbitol (TOWREX, NU500P)
구분
(중량부) 		실시예 비교예
1 2 1 2 3
수지
(폴리프로필렌) 		내열 호모(Homo) 60 70 - 55 75
고투명 랜덤(Random) 40 30 - 45 25
블록 코폴리머(Block Copolyper) - - 100
산화방지제 페놀계 0.2 0.2 - 0.2 0.2
인계 0.2 0.2 - 0.2 0.2
내열 안정제 0.3 0.3 - 0.3 0.3
활 제 0.2 0.2 - 0.2 0.2
핵 제 0.2 0.2 - 0.2 0.2
실험예
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1-3에서 제조된 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 하기 표 2에 기재된 실험방법을 이용하여 물성특성을 측정하였으며, 그 결과를 나타내었다.
항목 실험방법
(ASTM)		 단위 실시예 비교예 가압식
요구수준
1 2 1 2 3
비중 D792 - 0.91 0.91 0.90 0.91 0.91
인장강도 D638 MPa 34 38 24 28 40 >25
굴곡강도 D790 MPa 43 45 34 31 48
굴곡탄성율 D790 MPa 1530 1600 1080 1300 1630 >1080
충격강도(+23 ℃) D256 J/m 65 57 61 70 32 >44
열변형(0.45MPa) D648 ℃ 135 137 105 120 138 >135
광투과율(%) - % 20 15 1 20 7 -
상기 표 2의 결과에 의하면, 상기 비교예 1-3과 대비하여 실시예 1, 2에서는 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 열변형 등의 물성 특성이 모두 고르게 향상되었으며, 특히 광투과율(시인성)에서 상기 비교예 1의 경우 1 % 이하의 수준이었으나, 실시예 1, 2에서는 15~20 %로 수치가 월등히 향상된 것을 확인할 수 있었다.
또한, 가압식 리저버 탱크에서 요구되는 수준으로 파열압은 비교예 1에서 3 bar의 수준이었으나, 실시예 1, 2에서는 14 bar로 높은 내압 특성을 보였으며, 내열도(HDT)에서도 105 ℃(비교예 1)에서 135 ℃(실시예 1)로 향상되었음을 확인하였다.
또한, 랜덤 폴리프로필렌을 50 중량%로 과량 사용한 상기 비교예 2의 경우, 내열도가 120 ℃로 미달되었으며, 기계적 강도가 크게 저하된 것을 알 수 있었다.
또한, 랜덤 폴리프로필렌을 20 중량%로 소량 사용한 상기 비교예 3의 경우, 충격 강도가 요구되는 물성 기준에서 미달되었으며, 광투과율이 7 %로 감소되어 투명도가 저하된 것을 확인하였다.
따라서 상기 실시예 1, 2에서 제조된 폴리프로필렌 수지 조성물은 기존의 블록 코폴리머 대신 내열용 호모 폴리프로필렌 및 고투명 랜덤 폴리프로필렌을 혼합함으로써 고투명성으로 인해 시인성을 향상시키는 동시에 우수한 기계적 강성 및 고내열성을 확보할 수 있으며, 내열, 내압 특성이 향상된 것을 확인하였다.

Claims (7)

  1. 호모 폴리프로필렌 60~70 중량% 및 랜덤 폴리프로필렌 30~40 중량%를 포함하는 매트릭스 수지 조성물 100 중량부에,
    산화방지제 0.3~0.5 중량부;
    내열안정제 0.3~0.5 중량부;
    활제 0.2~0.5 중량부; 및
    핵제 0.2~0.5 중량부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 호모 폴리프로필렌은 용융지수가 1~10 g/10min이고, 연화점이 130~180 ℃인 것을 특징으로 하는 투명성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 랜덤 폴리프로필렌은 용융지수가 10~20 g/10min이고, 연화점이 100~160 ℃인 것을 특징으로 하는 투명성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산화방지제는 페놀계, 인계 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 투명성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내열안정제는 황계, 페놀계 및 인계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 투명성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 활제는 올레핀계인 것을 특징으로 하는 투명성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 핵제는 벤질리덴 솔비톨, 메틸벤질리덴 솔비톨, 에틸벤질리덴 솔비톨 및 디(p-메틸벤질리덴) 솔비톨)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 투명성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물.
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