KR20170014250A - 고분자 수지 조성물 - Google Patents

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KR20170014250A
KR20170014250A KR1020150107269A KR20150107269A KR20170014250A KR 20170014250 A KR20170014250 A KR 20170014250A KR 1020150107269 A KR1020150107269 A KR 1020150107269A KR 20150107269 A KR20150107269 A KR 20150107269A KR 20170014250 A KR20170014250 A KR 20170014250A
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ethylene
density polyethylene
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손동철
김민석
이계윤
김도균
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에스케이케미칼주식회사
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Abstract

본 발명은 강도 및 탄성율이 우수하고 친환경 소재로 이루어져 자동차 내장재로 사용할 수 있는 고분자 수지 조성물에 관한 것으로, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 고밀도 폴리에틸렌, 및 유리 섬유를 포함하는 수지 조성물에 관한 것이다.

Description

고분자 수지 조성물{POLYMER RESIN COMPOSITION}
본 발명은 강도 및 탄성율이 우수하고 친환경 소재로 이루어져 자동차 내장재로 사용할 수 있는 고분자 수지 조성물에 관한 것이다.
자동차의 내장재로 사용되는 고분자 소재는 높은 기계적 물성이 요구되며, 특히 높은 강도와 높은 탄성율이 필요하다. 폴리에스테르 수지는 상대적으로 우수한 내열성, 기계적 강도 및 탄성 강도를 가지므로, 자동차 내장재 외에도 강화 플라스틱, 도료, 필름, 성형용 수지 등으로 널리 사용되고 있다.
그러나, 단독의 폴리에스테르 수지 만으로는 자동차 내장재로 요구되는 물성을 모두 충족하기 어렵기 때문에, 여러 고분자를 블렌딩한 소재의 개발이 이루어지고 있다.
최근에는 자동차의 내장재로서 단순한 기계적 물성 이외에도 친환경적인 소재인지를 고려하여 적용하고 있으며, 예컨대 식물 유래 플라스틱 재료에 이용되는 식물 유래 수지로, 폴리락트산(PLA), 폴리부틸렌숙시네이트(PBS), 폴리아미드 11(PA11) 및 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT) 등이 알려져 있다. 특히, 폴리트메틸렌테레프탈레이트는 기계적 성질, 내약품성, 탄성, 전기특성 및 내열성 등이 우수하여 전기절연부품, 자동차 부품 및 일상 용품 등의 용도로 사용되고 있다.
그러나, PTT의 경우 내충격성 및 가수분해성이 떨어져 자동차 내장재로 적용하는데 한계가 있다.
따라서, 자동차 내장재로 적용하기 위하여, 상기와 같은 PTT의 물성을 보완하기 위한 다른 고분자와의 블렌딩이 요구된다. 이때 고려하여야 할 요소로, 상기 PTT 본연의 물성을 떨어뜨리지 않고 부족한 물성을 보완하는지와, 첨가되는 고분자 또한 친환경소재인지 여부가 고려되어야 한다. 또한, 첨가되는 고분자와 PTT의 상용성도 해결되어야 한다.
이에 본 발명자들은, 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 후술할 바와 같은 수지 조성물이 이를 만족함을 확인하여, 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 강도 및 탄성율이 우수하고 친환경 소재로 이루어져 있는, 고분자 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 수지 조성물을 포함하는 성형품을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하기를 포함하는 수지 조성물을 제공한다:
폴리트리메틸렌테레프탈레이트 30 내지 70 중량부
고밀도 폴리에틸렌 5 내지 20 중량부, 및
유리 섬유 10 내지 40 중량부.
이하, 각 성분 별로 본 발명을 상세히 설명한다.
폴리트리메틸렌테레프탈레이트
본 발명에서 사용하는 폴리트리메틸렌테레프탈레이트는 폴리에스테르계 고분자에 속하는 것으로, 기계적 성질, 내약품성, 탄성, 전기 특성 및 내열성 등이 우수하여 자동차 내장재, 전기 절연 물품 등에 사용되는 고분자로서, 약칭으로 PTT로 불린다. 또한, PTT는 식물 유래 수지에 해당하여, 친환경적인 소재이다.
본 발명의 수지 조성물에서 PTT는 주요 구성으로서, 수지 조성물 내에서 30 내지 70 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 외에 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리부틸렌테레프탈레이트 또한 폴리에스테르계 고분자에 속하기 때문에 폴리트리메틸렌테레프탈레이트와의 상용성이 우수하다. 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트를 추가로 포함할 경우, 본 발명의 수지 조성물 내에서 PTT 및 PET 또는 PBT의 총 함량이 30 내지 70 중량부인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 수지 조성물 내에서, PTT는 30 내지 60 중량부로, PET 또는 PBT는 10 내지 30 중량부로 포함된다.
한편, PTT는 우수한 물성에도 불구하고, 식물 유래 성분의 함량이 높지 않아서 고(高) 식물 유래 수지로 활용하기에 다소 한계가 있다.
이에, 본 발명에서는 상기 PTT 본연의 물성을 떨어뜨리지 않고 부족한 식물 유래 함량 및 물성을 보완하기 위해서 친환경소재인 고밀도 폴리에틸렌 및 유리 섬유를 포함한다는 특징이 있다.
고밀도 폴리에틸렌
본 발명에서 사용하는 고밀도 폴리에틸렌은 밀도가 0.8 내지 1.0 g/㎤인 폴리에틸렌을 의미하는 것으로, PTT 함께 알로이(Alloy)로 제조될 때, 바이오매스 함량을 향상시킬 수 있으며, 수지 조성물을 이용하여 성형품을 제조할 때 표면 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 고밀도 폴리에틸렌은 바이오매스(biomass), 예를 들면, 사탕수수에서 유래된 에틸렌으로부터 중합되거나 또는 석유계 에틸렌으로부터 중합된 것일 수 있다. 이 중에서도 친환경적인 제품의 생산을 위하여 바이오매스 유래의 에틸렌으로부터 중합된 것을 사용할 수 있다. 특히, 고밀도 폴리에틸렌으로는 사탕수수에서 유래된 에틸렌으로부터 중합하여 ASTM D6866에 의하여 측정된 바이오매스로부터 유래하는 반복 단위의 함량이 전체 함량에 대하여 90 중량% 이상인 것을 사용하여 친환경적인 제품 생산에 이바지할 수 있다.
본 발명에 따른 수지 조성물에서, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 5 내지 20 중량부로 사용할 수 있다. 만일 상기 고밀도 폴리에틸렌의 함량이 상기 범위 미만이면 바이오매스 함량이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 상기 범위를 초과하면 내열성 및 강도가 저하되는 문제가 있을 수 있다.
유리 섬유
본 발명에서 사용하는 유리 섬유는 직경이 0.1 내지 30 ㎛이고, 길이가 0.1 내지 10 mm인 유리 섬유를 의미하는 것으로, 강도가 높고 가격이 저렴한 소재이다.
특히, 본 발명에 따른 수지 조성물 내에 상기 유리 섬유가 포함되어 PTT 및 고밀도 폴리에틸렌 내에 분산되어 이들의 상용성을 높일 수 있으며, 또한 유리 섬유 자체의 물성에 의하여 본 발명에 따른 조성물의 강도, 탄성률 및 가공성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 수지 조성물에서, 상기 유리 섬유는 10 내지 40 중량부로 사용할 수 있다. 만일 상기 유리 섬유의 함량이 상기 범위 미만이면 본 발명에 따른 수지 조성물의 강도, 탄성률 및 가공성의 개선 정도가 미미하고, 상기 범위를 초과하면 유리 섬유의 함량이 너무 높아 가공성 등이 저하될 수 있다.
기타 성분
또한, 본 발명에 따른 수지 조성물은, 상기 성분 이외에도 에틸렌/글리시딜 메타크릴레이트 공중합체, 또는 에틸렌/부틸아크릴레이트/메타크릴산 공중합체를 추가로 포함할 수 있다. 상기 성분들은 PTT 및 고밀도 폴리에틸렌의 상용성을 높이는 역할을 한다.
상기 에틸렌/글리시딜 메타크릴레이트 공중합체, 또는 에틸렌/부틸아크릴레이트/메타크릴산 공중합체는, 본 발명에 따른 수지 조성물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부로 사용될 수 있다. 상기 범위 미만에서는 PTT 및 고밀도 폴리에틸렌의 상용성을 높이는 효과가 미미하고, 상기 범위 초과에서는 상용성을 높이는 효과가 실질적으로 증가하지 않으며, 강도 및 가공성 저하의 문제를 야기시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수지 조성물은, 상기 성분 이외에도 충전제, 안정제, 활제, 산화방지제, UV 차단제, 내후성 첨가제, 항균제, 이형제, 염료, 안료 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 첨가제들은 고분자 수지 조성물의 제조에 사용되는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 산화방지제로는 페놀계 산화방지제 및/또는 포스파이트계 산화방지제를 사용할 수 있다.
수지 조성물의 응용
본 발명에 따른 수지 조성물은 상술한 성분을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용하는 방법으로 혼합하여 제조할 수 있다. 일례로, 수지 조성물은 압출기 또는 니더(kneader) 등을 사용하여 상술한 성분을 용융 혼련하여 제조할 수 있다. 상기 압출기로는 단축 압출기, 이축 압출기, 3축 이상의 다축 압출기 또는 2축/단축 복합 압출기 등이 사용될 수 있다. 상기 성분들을 용융 혼련은 특별히 한정되는 것은 아니나 약 100 내지 300℃의 온도에서 진행될 수 있다.
상기 수지 조성물을 용융 혼련하여 균일하게 혼합된 후, 압출 성형, 사출 성형, 블로우 성형 및 각종 섬유로의 방사 등 다양한 성형 방법에 의하여 목적하는 성형품으로 성형될 수 있다.
상기 고분자 수지 조성물로부터 얻어지는 성형품은 자동차 내장재, 기계 기구 부품, 전기 전자 부품, 자동차 부품, 가전 제품, 광학 기기, 건축 토목 부재 및 일용품 등 각종 용도로 활용될 수 있다.
본 발명에 따른 수지 조성물은, 강도 및 탄성율이 우수하고 친환경 소재로 이루어져 자동차 내장재 등으로 유용하게 사용할 수 있다.
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
이축혼련압출기(Φ: 40mm, L/D = 40)를 사용하여 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 60 중량%, 고밀도 폴리에틸렌 10 중량%, 및 유리 섬유 30 중량%로 이루어진 수지 조성물 100 중량부에 대하여, 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체 1 중량부, 페놀계 1차 산화방지제 0.2 중량부, 포스파이트계 2차 산화방지제 0.2 중량부를 첨가하여, 균일하게 혼련 압출을 진행하고 펠렛을 제조하였다.
상기 폴리트리메틸렌테레프탈레이트는 에스케이케미칼사의 PTT, 고밀도 폴리에틸렌은 브라질 브라스켐사의 바이오매스로부터 유래하는 반복단위 함유 HDPE 제품인 SHA7260, 유리섬유는 일본 NEG사의 187(직경: 10 ㎛, 길이: 4 mm), 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체는 프랑스 Arkem사의 Lotader AX-8840, 페놀계 1차 산화방지제는 일본 ADEKA사의 AO-60, 포스파이트계 2차 산화방지제는 스위스 Clariant사의 Igarfos 168 제품을 사용하였다.
실시예 2
이축혼련압출기(Φ: 40mm, L/D = 40)를 사용하여 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 35 중량%, 폴리부틸렌테레프탈레이트 18 중량%, 고밀도폴리에틸렌 17 중량%, 및 유리 섬유 30 중량%로 이루어진 수지 100 중량부에 대하여, 부분적으로 아연염 상태인 에틸렌-부틸아크릴레이트-메타크릴산 공중합체 1 중량부, 페놀계 1차 산화방지제 0.2 중량부, 포스파이트계 2차 산화방지제 0.2 중량부 첨가하여, 균일하게 혼련 압출을 진행하고 펠렛을 제조하였다.
상기 폴리트리메틸렌테레프탈레이트는 에스케이케미칼사의 PTT, 폴리부틸렌테레프탈레이트는 대만 장춘화공사의 1200-211M, 고밀도 폴리에틸렌은 브라질 브라스켐사의 바이오매스로부터 유래하는 반복단위 함유 HDPE 제품인 SHA7260, 유리 섬유는 일본 NEG사의 187(직경: 10 ㎛, 길이: 4 mm), 부분적으로 아연염 상태인 에틸렌-부틸아크릴레이트-메타크릴산 공중합체는 미국 Dupont사의 S9020, 페놀계 1차 산화방지제는 일본 ADEKA사의 AO-60, 포스파이트계 2차 산화방지제는 스위스 Clariant사의 Igarfos 168 제품을 사용하였다.
실시예 3
이축혼련압출기(Φ: 40mm, L/D = 40)를 사용하여 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 35 중량%, 폴리부틸렌테레프탈레이트 18 중량%, 고밀도 폴리에틸렌 17중량%, 및 유리 섬유 30중량%로 이루어진 수지 100 중량부에 대해, 부분적으로 나트륨염 상태인 에틸렌-메타크릴산 공중합체 1 중량부, 페놀계 1차 산화방지제 0.2 중량부, 포스파이트계 2차 산화방지제 0.2 중량부 첨가하여, 균일하게 혼련 압출을 진행하고 펠렛을 제조하였다.
상기 폴리트리메틸렌테레프탈레이트는 에스케이케미칼사의 PTT, 폴리부틸렌테레프탈레이트는 대만 장춘화공사의 1200-211M, 고밀도 폴리에틸렌은 브라질 브라스켐사의 바이오매스로부터 유래하는 반복단위 함유 HDPE 제품인 SHA7260, 유리 섬유는 일본 NEG사의 187(직경: 10 ㎛, 길이: 4 mm), 부분적으로 나트륨염 상태인 에틸렌-메타크릴산 공중합체는 미국 Dupont사의 S8940, 페놀계 1차 산화방지제는 일본 ADEKA사의 AO-60, 포스파이트계 2차 산화방지제는 스위스 Clariant사의 Igarfos 168 제품을 사용하였다.
비교예 1
이축혼련압출기(Φ: 40mm, L/D = 40)를 사용하여 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 70 중량%, 및 고밀도 폴리에틸렌 30 중량%로 이루어진 수지 조성물 100 중량부에 대하여, 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체 1 중량부, 페놀계 1차 산화방지제 0.2 중량부, 포스파이트계 2차 산화방지제 0.2 중량부를 첨가하여, 압출을 진행하였으나 상용성 부족으로 압출이 원활하게 진행되지 않아 정상품의 펠렛을 얻는데 실패하였다.
상기 폴리트리메틸렌테레프탈레이트는 에스케이케미칼사의 PTT, 고밀도 폴리에틸렌은 브라질 브라스켐사의 바이오매스로부터 유래하는 반복단위 함유 HDPE 제품인 SHA7260, 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체는 프랑스 Arkem사의 Lotader AX-8840, 페놀계 1차 산화방지제는 일본 ADEKA사의 AO-60, 포스파이트계 2차 산화방지제는 스위스 Clariant사의 Igarfos 168 제품을 사용하였다.
비교예 2
이축혼련압출기(Φ: 40mm, L/D = 40)를 사용하여 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 70 중량%, 및 유리 섬유 30 중량%로 이루어진 수지 조성물 100 중량부에 대하여, 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체 1 중량부, 페놀계 1차 산화방지제 0.2 중량부, 포스파이트계 2차 산화방지제 0.2 중량부를 첨가하여, 균일하게 혼련 압출을 진행하고 펠렛을 제조하였다.
상기 폴리트리메틸렌테레프탈레이트는 에스케이케미칼사의 PTT, 유리섬유는 일본 NEG사의 187(직경: 10 ㎛, 길이: 4 mm), 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체는 프랑스 Arkem사의 Lotader AX-8840, 페놀계 1차 산화방지제는 일본 ADEKA사의 AO-60, 포스파이트계 2차 산화방지제는 스위스 Clariant사의 Igarfos 168 제품을 사용하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 각각의 펠릿을 이용하여 하기의 물성을 측정하였다.
실험예 1: 충격강도 측정
ASTM D 256에 의거하여 측정용 시편을 만들어 아이조드 충격기(Impact Tester, Toyoseiki)를 사용, 충격강도 값을 측정하였다.
실험예 2: 인장 및 굴곡특성 측정
ASTM D 638에 의거하여, 측정용 시편을 만들어 만능재료시험기(Universal Testing Machine, Zwick Roell Z010)를 사용하여 인장강도, 신율, 굴곡강도 및 굴곡탄성률을 측정하였다.
실험예 3: 내열성 측정
ASTM D 648에 의거하여, 측정용 시편을 만들어 내열도시험기(HDT Tester, Toyoseiki)를 사용하여 내열성을 측정하였다.
상기 물성 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 단위 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
인장탄성률 MPa 7,200 7,750 7,100 상용성
부족으로
압출불가		 7,300
인장강도 kg/㎠ 1,350 1,100 1,050 1,360
신율 % 4 3 3 2.9
내열도(1.82MPa) ℃ 202 190 191 193.7
굴곡강도 kg/㎠ 1,754 1,350 1,350 1,955
굴곡탄성률 kg/㎠ 68,880 60,000 60,100 79,130
Biomass함량 wt% 25 25 25 19
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 수지 조성물은 강도 및 탄성율이 우수하고, 내열성이 우수함을 확인할 수 있었다.

Claims (10)

  1. 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 30 내지 70 중량부
    고밀도 폴리에틸렌 5 내지 20 중량부, 및
    유리 섬유 10 내지 40 중량부를 포함하는,
    수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고밀도 폴리에틸렌의 밀도는 0.8 내지 1.0 g/㎤인 것을 특징으로 하는,
    수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고밀도 폴리에틸렌은 사탕수수에서 유래된 에틸렌으로부터 중합되거나 또는 석유계 에틸렌으로부터 중합된 것을 특징으로 하는,
    수지 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 사탕수수에서 유래된 에틸렌으로부터 중합된 고밀도 폴리에틸렌은 ASTM D6866에 의하여 측정된 바이오매스로부터 유래하는 반복 단위의 함량이 전체 함량에 대하여 90 중량% 이상인 것을 특징으로 하는,
    수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수지 조성물은 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트를 추가로 포함하고, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트르르 30 내지 70 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는,
    수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유리 섬유의 직경은 0.1 내지 30㎛이고, 길이는 0.1 내지 10mm인 것을 특징으로 하는,
    수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수지 조성물은 에틸렌/글리시딜 메타크릴레이트 공중합체, 또는 에틸렌/부틸아크릴레이트/메타크릴산 공중합체를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는,
    수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수지 조성물은 충전제, 안정제, 활제, 산화방지제, UV 차단제, 내후성 첨가제, 항균제, 이형제, 염료, 안료 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는,
    수지 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수지 조성물은 자동차 내장재, 기계 부품, 전기 전자 부품, 자동차 부품, 가전 제품, 광학 기기, 건축 토목 부재, 일용품 또는 장난감의 제조에 사용되는 것을 특징으로 하는,
    수지 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 수지 조성물로 이루어진 성형품.
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