KR20170090285A - 도장성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물 - Google Patents

도장성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로, 결정성 폴리프로필렌 55 내지 85중량%, 고유점도가 2 내지 4dl/g인 고무성분 5 내지 20중량% 및 평균 입경이 0.1 내지 5㎛인 초미세 무기충전제 10 내지 25중량%를 포함한다. 상기 폴리프로필렌 수지 조성물은 도장성이 우수한 자동차 외장용 플라스틱 부품을 제공할 수 있다.

Description

도장성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물{Polypropylene composition with good paintability}
본 발명은 고결정 폴리프로필렌 수지, 고무성분 및 초미세 탈크를 포함하고, 도장 부착성 및 내충격성이 우수한 고결정성 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이를 이용한 성형체에 관한 것이다.
폴리프로필렌 수지 조성물은 가공성, 기계적 물성이 우수하여 자동차 내/외장 부품, 가전 부품, 산업자재 등 공업적 응용 범위가 매우 다양한 소재이다. 특히, 자동차 범퍼, 도어 트림, 판넬 등과 같은 부품 등에 주로 외관 고급화를 위해 색의 도장을 하게 된다. 도장 공장은 매우 복잡하며 페인트 종류, 페인팅 기술, 소재 조성, 그리고 성형조건 등이 도장 밀착성에 영향을 미친다.
이와 관련하여, 자동차 외장재용 부품은 세차를 위해 고온 고압 세차 장비들이 이용되어지기 때문에 더욱 더 사출 성형품 표면에 도장 밀착성이 개량된 수지 조성물이 요구된다.
특히, 자동차 외장재용 부품에서 더욱더 도장 밀착성이 개량된 수지 조성물이 요구되는데, 이는 기존의 수지 조성물로는 사출 성형된 표면 그 자체뿐만 아니라 사출 성형시에 표면 불량현상으로서 실버 스트릭(silver streak) 또는 가스(gas)자국이 발생되면 성형체 표면에 그 흔적이 나타나서 그 부분을 도장하게 되면 표면에 요철이 발생되어 수려한 외관을 얻기가 어렵기 때문이다. 또한, 표면 연마를 할 경우에 도막 부착성이 열세하여, 사출 성형체의 표면 불량 부위가 나타나면 양품으로서 사용하기가 곤란하여 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
종래기술로 대한민국 공개특허 제10-2005-0093186호에는 강성 확보를 위하여 무기계 충전제인 탈크 또는 유리섬유를 사용 하였으나, 탈크의 경우 충격강도 저하가 문제가 되고, 유리섬유의 경우 휨 변형 및 성형성 저하 문제가 있으며, 외관이 거칠어져서 자동차용 내/외장재로 사용하기에는 한계가 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 도장 부착성 및 내충격성이 우수한 고결정성 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 폴리프로필렌 수지 조성물로 제조된 성형체를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양상은,
결정성 폴리프로필렌 55 내지 85중량%; 고유점도가 2 내지 4dl/g인 고무성분 5 내지 20중량%; 및
평균 입경이 0.1 내지 5㎛인 초미세 무기충전제 10 내지 25중량%; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물은 도장 부착성 및 내충격성이 우수하여, 자동차 내/외장용 도장 플라스틱 부품으로서 범퍼, 사이드 실 몰딩 및 도어트림(door trim) 등에 효과적으로 적용될 수 있다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 결정성 폴리프로필렌 55 내지 85중량%; 고유점도가 2 내지 4dl/g인 고무성분 5 내지 20중량%; 및 평균 입경이 0.1 내지 5㎛인 초미세 무기충전제 10 내지 25중량%; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 결정성 폴리프로필렌의 함량은 폴리프로필렌 수지 조성물 총 중량에 대하여 55 내지 85중량%로 포함될 수 있다.
상기 폴리프로필렌의 함량이 55중량% 미만이면 도장 부착력이 저하될 수 있고, 85중량%를 초과하면 굴곡탄성율이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.
상기 결정성 폴리프로필렌은 결정성 폴리프로필렌 단독 중합체 및 C2 내지 C20(C3 제외)의 알파-올레핀 단량체를 포함하는 프로필렌-알파 올레핀 결정성 공중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 알파-올레핀 단량체의 구체적인 예로서는 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐 및 1-데센 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 에틸렌일 수 있다.
상기 프로필렌-알파올레핀 결정성 공중합체는 블록공중합체 또는 랜덤공중합체일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 프로필렌-알파올레핀 결정성 공중합체에서 프로필렌 중합단위의 함량은 특별히 제한하지 않으나, 공중합체 내에서 50중량% 이상 포함하는 것이 바람직하다.
상기 결정성 폴리프로필렌은 입체규칙성에 관련해서 특별히 제한하지 않으나, 본 발명의 목적을 달성시킬 수 있는 결정성 폴리프로필렌이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, C-NMR(핵자기 공명 스펙트럼)로 측정한 아이소탁틱 펩타드 분율이 0.80 내지 0.99일 수 있다.
상기 결정성 폴리프로필렌의 용융지수는 ASTM D1238, 230℃, 2.16kg에서 10 내지 50g/10 분이다.
상기 용융지수가 10g/10분 미만이면 사출성형성이 저하되므로 생산성이 저하되어 바람직하지 못하며, 50g/10분을 초과하면 충격강도 및 기계적 물성이 저하되므로 바람직하지 못하다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리프로필렌 수지 조성물은 도장성을 보다 개선 시키거나 저온 내충격성을 보강 하기 위해서 고무성분을 포함할 수 있다.
상기 고무성분의 함량은 폴리프로필렌 수지 조성물 총 중량에 대하여 5 내지 20중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 고무성분의 함량이 5중량% 미만인 경우 고무성분에 의한 충격완화 효과가 미미하며, 20중량%를 초과하면 연성이 강화되어 부품으로서의 강성 부족으로 바람직하지 못하다.
본 발명의 복합수지 조성물에 포함되는 고무는 에틸렌과 탄소수 4 내지 12의 α-올레핀을 함유하며 이 α-올레핀의 함유량이 20 내지 50중량%인 에틸렌-α-올레핀 랜덤공중합체 고무(rubber)이다. 이 랜덤공중합체의 α-올레핀은, 예를 들면, 1-부텐(butene), 1-펜텐(pentene), 1-헥센(hexene), 1-헵텐(heptene), 1-옥텐(octene), 1-데켄(decene), 1-운데켄(undecene), 1-도데켄(dodecene) 등을 들 수 있다.
또한, 상기 스티렌계 열가소성 일래스토머로서는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록공중합체(SEBS), 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 블록공중합체(SEPS), 스티렌-에틸렌-프로필렌(SEP), 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEEPS), 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 및 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 등이 있다.
바람직한 것은 1-부텐(butene), 1-옥텐(octene)이며, 스티렌계 열가소성 일래스토머를 병용해도 좋다.
본 발명에 사용되는 고무 성분의 점도가 결정성 폴리프로필렌에 포함되는 프로필렌-알파 올레핀 공중합체의 점도보다 동등 이상이어야 성형품 표면에서 형태상 늘어지는 것이 억제되고 도장 부착력이 우수하게 된다. 따라서, 외부 고무 고유 점도는 2 내지 4dl/g를 사용할 수 있다.
상기 고무 성분이 2dl/g 미만인 경우 성형품 표면에 외부 고무가 늘어지게 되어 도장 부착력이 열세하고 4dl/g 이상인 경우는 겔(gel) 형태로 나타난 도장 표면에 불량 현상을 발생시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리프로필렌 수지 조성물은 강성을 보강하기 위해서 초미세 무기충전제를 포함할 수 있다.
상기 초미세 무기충전제의 함량은 폴리프로필렌 수지 조성물 총 중량에 대하여 10 내지 25중량%로 포함될 수 있고, 바람직하게는 10 내지 20중량%일 수 있다.
상기 초미세 무기충전제의 함량이 10중량% 미만이면 굴곡탄성율이 현저히 부족하거나 도장 부착성이 떨어지고, 25중량%를 초과하면 내충격성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.
상기 초미세 무기충전제는 탈크(Talc), 마이카(mica), 황산바륨, 칼슘카보네이트 및 유리섬유 중에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 탈크이다.
상기 탈크는 중합체와의 접착성 또는 분산성을 향상 시키기 위해서 각종의 유기 티타네이트(titanate)계 커플링(Coupling)제, 유기 실란계 커플링제, 불포화카르본산 또는 그 무수물을 그라프트(graft)한 변성폴리올레핀, 지방산, 지방산 금속염 및 지방산 에스테르(ester) 등을 이용하여 탈크의 표면을 처리할 수 있다.
상기 탈크의 입경은 레이저 회절법에 따라서 측정된 입자 누적 분포곡선으로부터 판독한 누적 50중량%의 입경치로부터 구할 수 있으며, 우수한 도장 부착성을 갖기 위해서 입경이 0.1 ~ 5㎛인 초미세 탈크가 보다 바람직하다.
상기 초미세 탈크의 입경이 상기 범위를 벗어나면 성형품 표면에 큰 입자의 충전제들에 의해 도장 부착성이 급격히 저하될 수 있어 바람직하지 않다.
이러한 본 발명의 폴리프로필렌 복합 재료는 상기 성분들 외에 그 적용 범위에 따라 첨가제로서, 산화방지제, 가공활제, 자외선 안정제, 장기내열 안정제, 대전방지제, 난연제, 항균제 및 착색제가 단독 또는 혼합되어 추가적으로 사용할 수 있다.
본 발명은 하기의 실시예에 의해 보다 구체화될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
각 실시예 및 비교예에 있어서의 제반 물성의 측정/평가항목 및 그 측정방법은 다음과 같다.
(1) 굴곡 탄성율
ISO R178 규격시편으로 평가하였으며, 1500MPa 이상이 바람직하다.
(2) 아이조드(IZOD) 충격 강도
사출 성형된 성형품의 두께는 4mm이며, ISO의 180A 시험 규격을 수행하는 것을 기준으로 하였다.
(3) 용융지수
ASTM D1238에 따라서 230℃, 2.16kg에서 측정하였다.
(4) 도장 부착력
카처(Karcher) 고압 장비를 이용하여 시편과의 거리를 수직으로 10cm 두고 70℃, 65bar 고온 고압의 물을 파이프 노즐을 통해 테스트 시편 표면에 발사하여 도막 표면에 손상 여부로 평가한다. 이때 도막 시편 표면은 cross-cut 자국을 내며 도장 후 약 24시간 방치한 후 테스트를 진행한다.
부착력 평가 기준은 0(고온/고압 물 발사 후 표면 도막에 전혀 이상이 없는 경우)부터 4(도막 표면에 큰 면적 탈착)로 구분되고, 0~1 수준을 우수하다고 할 수 있다.
이하, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.
폴리프로필렌 수지 조성물의 제조
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 8에서 사용된 결정성 폴리프로필렌과 에틸렌-옥텐 공중합체 고무, 탈크, 각종 첨가제 및 착색제 등 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 각각의 함량으로 혼합하여 블렌드물을 얻었다. 이 블렌드물을 이축 압출기(SM PLATEK, 스크루 지름 30Ф)에 메인 호퍼(hopper)에 투입하고, 배럴 온도를 150℃ 내지 210℃에 맞추고, 압출량 30kg/시간, 스크루 회전수 250rpm하에서 혼련하여 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조하였다.
사출 물성 시편의 제조 및 물성 측정
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 8에서 얻어진 폴리프로필렌 수지 조성물을 TOYO (형체력 180톤) 사출 성형기를 이용하여 필요한 물성 측정용 시편들을 제작한 후, 얻어진 사출 시편에 대해 굴곡탄성율, Izod 충격강도, 도장 부착력을 측정하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구성(중량%) 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8
PP (A) 70 60 70 60 81 55 62 62 75 50 62 62
고무성분 (B)-1 15 20 15 20 4 25 18
(B)-2 18 20 20 18
(B)-3 18
무기충전제 (C)-1 15 20
(C)-2 15 20 20
(C)-3 15 20 20 20 5 30 20
(A): 결정성 폴리프로필렌: 용융지수(ASTM D1238에 따라서 2.16kg의, 230℃에서 10분 동안 용융수지 유동량)가 30g/10분인 결정성 에틸렌-프로필렌 블록공중합체
(B)-1 : 에틸렌-옥텐 랜덤공중합체 고무, 고유점도 2.5dl/g
(B)-2 : 에틸렌-옥텐 랜덤공중합체 고무, 고유점도 1.5dl/g
(B)-3 : 에틸렌-부텐 랜덤공중합체 고무, 고유점도 1.7dl/g
(C)-1 : 유기 실란계 커플링제 표면 처리된 평균 입경 1.0㎛인 초미세 탈크
(C)-2 : 유기 실란계 커플링제 표면 처리된 평균 입경 2.0㎛인 초미세 탈크
(C)-3 : 평균 입경 8.0㎛인 탈크
실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8
굴곡
탄성율
(MPa)
1,831 1,910 1,871 1,957 2,361 1,326 1,707 1,682 1,059 2,160 1,947 1,815
Izod
충격
강도
(상온, KJ/cm2)
45 NB 48 NB 6 NB 45 42 NB 11 NB 48
도장 부착력 1 0 1 0 3 2 3 3 3 3 2 2
*NB는 Non-Break를 의미한다.
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 8을 비교한 결과, 본 발명에 해당하는 비교예 1, 2의 폴리프로필렌 수지 조성물은 고무성분의 함량이 본 발명에 따른 함량 범위를 벗어난 경우 외장재로 적용하기에 충격강도 또는 굴곡탄성율이 열세하였다. 비교예 3, 4 및 8은 고무성분의 고유점도가 본 발명의 범위를 벗어나고 있어 기계적 물성적인 측면에서는 양호하지만, 도장 부착력에서 바람직하지 못한 결과를 나타내었다. 비교예 5, 6은 탈크 함량이 본 발명에 따른 함량 범위를 벗어나고 있어 굴곡탄성율 또는 충격강도가 열세하였다. 또한, 비교예 7은 기계적 물성면에서는 양호하나 입경이 큰 탈크의 사용으로 도장 부착력에서 문제가 드러났다.
반면에 실시예 1 내지 실시예 4의 폴리프로필렌 수지 조성물은 고유점도가 큰 고무성분과 초미세 탈크들의 사용으로 굴곡탄성율 및 충격강도뿐만 아니라 도장 부착력에서도 우수한 결과를 나타내었다.

Claims (9)

  1. 결정성 폴리프로필렌 55 내지 85중량%;
    고유점도가 2 내지 4dl/g인 고무성분 5 내지 20중량%; 및
    평균 입경이 0.1 내지 5㎛인 초미세 무기충전제 10 내지 25중량%; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결정성 폴리프로필렌의 용융지수는 ASTM D1238, 230℃, 2.16kg에서 10 내지 50g/10 분인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 결정성 폴리프로필렌은 C-NMR 법에 의한 아이소탁틱 펩타드 분율이 0.80 내지 0.99인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 결정성 폴리프로필렌은 결정성 폴리프로필렌 단독 중합체 및 C2 내지 C20(C3는 제외)의 알파 올레핀을 포함하는 프로필렌-알파 올레핀 결정성 공중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초미세 무기충전제는 탈크, 마이카, 황산바륨, 칼슘카보네이트 및 유리섬유 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 초미세 무기충전제는 유기 티타네이트계 커플링제, 유기 실란계 커플링제, 불포화 카르본산 또는 그 무수물을 그라프트한 변성 폴리올레핀, 지방산, 지방산 금속염 또는 지방산 에스테르로 표면 처리한 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌 수지 조성물은 산화방지제, 가공활제, 자외선 안정제, 장기내열 안정제, 대전방지제, 난연제, 항균제 및 착색제 중에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 폴리프로필렌 수지 조성물로 제조된 것을 특징으로 하는 성형체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 성형체는 자동차 외장재용 부품인 것을 특징으로 하는 성형체.
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