KR20170138223A - 무도장 고광택 나노 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자 수지의 물성을 향상시키면서 광택 및 휘도가 향상시키기 위하여 금속입자 및 나노클레이를 함유하며 잔부가 고분자 수지인, 무도장 고광택 나노 수지 조성물을 제공한다.

Description

무도장 고광택 나노 수지 조성물{Nano resin composition having direct metallizing property and high-gloss}

본 발명은 수지 조성물에 관한 것으로서, 더 상세하게는 무도장 고광택 나노 수지 조성물에 관한 것이다.

자동차 및 가정에서 사용되는 데코레이션 부품은 금속을 직접 사용할 수 없기 때문에 금속 느낌을 부여하기 위해 보통 플라스틱 사출물에 금속 도금 및 도장을 하여 제품화한다.

플라스틱 도금 공정은 니켈-크롬 도금으로 플라스틱 표면 에칭공정, 환원공정, 활성 I 공정, 활성 II 공정, 화학 니켈 공정, 황산동 도금 공정, 반광택 니켈 도금 공정, 광택니켈 도금 공정, MP니켈 도금 공정, 크롬 도금 공정 순으로 이루어지며, 플라스틱은 ABS 소재만 적용 가능하고, 도금 공정이 복잡하고 환경적으로 유해하다는 단점이 있다.

플라스틱 도장 공정은 사출, 도료 배합, 지그 장착, 도장, 건조, 지그탈착, 검사, 출하 순으로 진행되며, 니켈-크롬 대비 금속감은 떨어지나, 도금 대비 가격이 싸기 때문에 적용이 되고 있다.

그러나 상술한 공정들은 공정 비용이 상대적으로 높으며, 도장 환경의 유해성 문제, 차량 실내 공기질 저하 등의 문제점 등을 수반한다. 또한, 도금/도장 공법을 적용하기 위해서 ABS 소재 기반의 플라스틱을 사용하고 있으나 이는 기계적 열적 특성이 떨어지는 문제점을 수반한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 고분자 수지의 물성을 향상시키면서 광택 및 휘도를 향상시키기 위한 나노 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 의한 무도장 고광택 나노 수지 조성물이 제공된다. 상기 무도장 고광택 나노 수지 조성물은 금속입자 및 나노클레이를 함유하며 잔부가 고분자 수지로 이루어진다.

본 발명의 일 관점에 의한 무도장 고광택 나노 수지 조성물에서, 상기 고분자 수지는 폴리아마이드계 수지, 폴리에테르계 수지, ABS계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리스타이렌계 수지 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 무도장 고광택 나노 수지 조성물에서, 상기 금속입자는 알루미늄, 구리, 니켈, 크롬 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속입자의 중량비는 전체 조성물에서 0.1 내지 5 중량%일 수 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 무도장 고광택 나노 수지 조성물에서, 상기 나노클레이는 Montmorillonite, hectorite 또는 saponite를 포함하는 층간 실리케이트(layered silicate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 나노클레이의 중량비는 전체 조성물에서 0.1 내지 5 중량%일 수 있다.

본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 고분자 수지의 물성을 향상시키면서 광택 및 휘도가 향상된 무도장 고광택 나노 수지 조성물을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 조성물로 구현된 무도장 메탈 플라스틱을 촬영한 사진이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무도장 고광택 나노 수지 조성물은 금속입자 및 나노클레이를 함유하며 잔부가 고분자 수지로 이루어진다. 금속입자와 나노클레이는 고분자 매트릭스에 분산됨으로써 빛의 반사를 더욱 증가시켜 고광택과 고휘도 특성을 확보한다. 여기에서 고광택과 고휘도는 금속입자와 나노클레이가 분산되지 않은 고분자 매트릭스의 광택과 휘도에 대한 상대적인 개념으로 이해할 수 있다.

상기 금속입자는 알루미늄, 구리, 니켈, 크롬 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 금속입자의 함량은 전체 조상물에서 0.1 내지 5 중량% 이하일 수 있으며, 보다 엄격하게는 전체 조성물에서 0.1 내지 3 중량%일 수 있다. 금속입자의 함량이 0.1 중량% 보다 작은 경우, 광택 및 휘도가 금속 대비 품질이 떨어지며, 금속입자의 함량이 5 중량% 보다 큰 경우 분산성 문제로 물성이 저하될 수 있다. 또한, 가격 상승 요인을 감안하면, 금속입자의 함량은 3 중량% 이하인 것이 바람직할 수 있다.

상기 고분자 수지는 폴리아마이드계 수지, 폴리에테르계 수지, ABS계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리스타이렌계 수지 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 수지는, 폴리아마이드(PA6, PA66 등), 폴리에테르(PBT, PET 등), ABS계, 폴리올레핀계(PP, PE 등), 폴리스타이렌(PS) 또는 이들 중 2 이상의 혼합물과 이들의 혼합물을 개량하여 제조된 고분자 수지일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 나노클레이는 Montmorillonite, hectorite, saponite 등의 층간 실리케이트(layered silicates) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 나노클레이 입자의 길이는 1um 이하이며, 두께는 2nm 이하일 수 있다.

상기 나노클레이는 무기물 나노 필러의 일종이다. 나노클레이를 고분자 매트릭스 수지 내에 도입하면 제품의 물성이 향상될 수 있다. 나노 크기의 클레이 층상을 고분자 수지에 완전히 분산시켜 범용성 수지의 낮은 기계적 물성의 한계를 엔지니어링 플라스틱까지 증가시킬 수 있다. 미세한 나노 크기를 가지는 나노 복합재료는 마이크로 단위의 다른 기존의 유사 재료와 비교하여 향상된 물성을 나타낸다. 매트릭스 고분자 내에 나노클레이를 뭉침이 없이 고르게 분산시킬 경우 열안정성, 기계적 성질은 물론 열변형 온도, 치수안정성이 향상되며 우수한 기체 차단성을 나타낸다. 그러나, 일반적으로 소수성인 고분자 수지 내에 친수성인 나노클레이를 분산시키는 것은 매우 까다롭다. 고분자 수지 내에 나노 클레이를 단순 첨가하여 분산하는 경우, 두 물질 간의 혼련성이 떨어지고 나노클레이의 뭉침 현상이 나타나 얻고자 하는 물성을 달성하기가 어렵다.

본 발명자는 상술한 고분자 수지와 상술한 금속입자를 혼합하는 단계에서 나노클레이를 투입함으로써 표면 품질이 우수한 무도장 메탈 플라스틱 나노 조성물을 구현할 수 있음을 확인하였다.

본 발명의 실시예들에 따른 무도장 고광택 나노 수지 조성물에서, 상기 나노클레이의 중량비는 전체 조성물에서 0.1 내지 5 중량%일 수 있다. 나노클레이의 함량이 0.11 중량% 보다 작은 경우, 광택 및 휘도가 금속 대비 품질이 떨어지며, 나노클레이의 함량이 5 중량% 보다 큰 경우 분산성 문제로 물성이 저하될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 조성물로 구현된 무도장 메탈 플라스틱을 촬영한 사진이다.

도 1을 참조하면, 금속입자와 나노 필러를 고분자 매트릭스에 분산시켜 고광택과 고휘도의 제품 성형이 가능함을 확인할 수 있다. 자동차 및 가정에서 사용하는 각종 제품에는 외관 품질 향상을 위해 도장 및 도금 공정이 적용된 제품이 증가하고 있으마, 도장 및 도금 공정은 복잡한 공정, 환경유해 물질 발생, 불량률 증가, 제품 원가 상승, 재활용 불가 등 많은 단점을 가지고 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 도장 및 도금 공정을 대체하는 플라스틱 소재를 구현할 수 있으며, 이는 공정 단축, 친환경, 원가 절감 차원에서 큰 파급 효과가 있을 것으로 기대된다.

이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실험예1 : 폴리아마이드(PA6)에 알루미늄 마이크로 입자를 1중량% 첨가하되, i) 나노클레이(Cloisite20A)를 무게 대비 0.1중량% 배합으로 이축압출기를 통해 배합하여 무도장 메탈 플라스틱 나노 조성물(PA1001)을 제조하였으며, ii) 나노클레이(Cloisite20A)를 무게 대비 0.5중량% 배합으로 이축압출기를 통해 배합하여 무도장 메탈 플라스틱 나노 조성물(PA1005)을 제조하였으며, iii) 나노클레이(Cloisite20A)를 무게 대비 1중량% 배합으로 이축압출기를 통해 배합하여 무도장 메탈 플라스틱 나노 조성물(PA1010)을 제조하였으며, iv) 나노클레이(Cloisite20A)를 무게 대비 3중량% 배합으로 이축압출기를 통해 배합하여 무도장 메탈 플라스틱 나노 조성물(PA1030)을 제조하였으며, v) 나노클레이(Cloisite20A)를 무게 대비 5중량% 배합으로 이축압출기를 통해 배합하여 무도장 메탈 플라스틱 나노 조성물(PA1050)을 제조하였다. 실험예1에 의하여 구현된 나노 조성물들은 금속입자 및 나노클레이를 함유하며 잔부가 고분자 수지로서 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 무도장 고광택 나노 수지 조성물에 해당한다.

실험예2 : 폴리아마이드(PA6)에 알루미늄 마이크로 입자를 1중량% 첨가하며, 나노클레이 대신 유리섬유를 10중량% 배합으로 이축압출기를 통해 배합하여 무도장 메탈 플라스틱 나노 조성물(PA110)을 제조하였다.

실험예3 : 실험예1과 달리 나노클레이를 사용하지 않았다. 즉, 폴리아마이드(PA6)에 알루미늄 마이크로 입자를 1중량% 첨가하며 이축압출기를 통해 배합하여 플라스틱 나노 조성물(PA100)을 제조하였다.

실험예4 : 폴리아마이드인 PA6 조성물에 해당한다.

표 1은 본 발명의 실험예에 따른 재료의 기계적 물성, 광택 및 명도의 측정값을 나타낸 것이다. 기계적 물성은 인장강도 및 굴곡탄성율를 ASTM 규격을 통해 측정하였으며, 광택은 Gloss Meter를 이용하였고, 명도는 색차계를 활용하였다.

	실험예4 PA	실험예3 PA100	실험예2 PA110	실험예1 PA1001	실험예1PA1005	실험예1PA1010	실험예1PA1030	실험예1PA1050
인장강도 (kgf/cm2)	750	795	810	805	825	820	810	780
굴곡탄성율 (kgf/cm2)	27,500	30,000	30,600	30,050	30,200	30,500	31,000	30,600
광택(Gloss)	12.0	13.4	12.8	13.1	13.1	13.2	14.5	15.0
명도(L)	61.9	66.1	63.9	66.1	66.2	66.5	68.02	68.0

표 1을 참조하면, 기존 메탈 플라스틱은 물성 향상을 위한 첨가제를 배합하기 어려웠으나, 본 발명의 실시예(실험예1)에 따르면, 다른 소재 대비 물성이 향상되면서 표면 품질(광택, 명도) 등이 우수함을 확인할 수 있다. 특히, 실험예1의 재료는 비교예(실험예3, 실험예4)로 쓰인 메탈 플라스틱보다 우수한 물리적 특성을 나타내고 있으며, 실험예2와 동등한 수준의 물성을 보이는 반면 표면 품질(광택, 명도)은 더 우수함을 확인할 수 있다.

특히, 실험예2에 따른 조성물은 금속입자 및 유리섬유를 함유하며 잔부가 고분자 수지인 조성물로서, 사출 제품 표면에 플로우 마크(Flow Mark) 또는 웰드 라인(Weld Line)이 선명하게 발생하는 문제점을 가진다. 플로우 마크는 사출 시 수지가 흐르다가 서로 만나는 부분에서 부분적으로 금속입자가 뭉치거나 서로 밀어내기때문에 발생한다. 이러한 현상은 고분자 수지 내에 존재하는 유리섬유로 인해 더욱 심해질 수 있다. 유리섬유가 금속입자가 분산되는 것을 방해하기 때문이다.

이에 반하여, 본 발명의 실시예에 따른 조성물은 금속입자 및 나노클레이를 함유하며 잔부가 고분자 수지인 조성물로서, 유리섬유를 나노클레이로 대체하였기 때문에 상술한 플로우 마크나 웰드 라인이 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 금속입자 및 나노클레이를 함유하며 잔부가 고분자 수지인, 무도장 고광택 나노 수지 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 고분자 수지는 폴리아마이드계 수지, 폴리에테르계 수지, ABS계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리스타이렌계 수지 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는, 무도장 고광택 나노 수지 조성물.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 금속입자는 알루미늄, 구리, 니켈, 크롬 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는, 무도장 고광택 나노 수지 조성물.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 금속입자의 중량비는 전체 조성물에서 0.1 내지 5 중량%인, 무도장 고광택 나노 수지 조성물.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 나노클레이는 Montmorillonite, hectorite 또는 saponite를 포함하는 층간 실리케이트(layered silicate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는, 무도장 고광택 나노 수지 조성물.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 나노클레이의 중량비는 전체 조성물에서 0.1 내지 5 중량%인, 무도장 고광택 나노 수지 조성물.

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