KR20200030935A - 냄새가 저감된 자동차 내장 부품용 섬유보강 폴리프로필렌 복합 수지 조성물 - Google Patents

냄새가 저감된 자동차 내장 부품용 섬유보강 폴리프로필렌 복합 수지 조성물 Download PDF

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김재민
김병수
강병욱
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 자동차 내장 부품용으로써 실내의 공기질 개선을 위해 냄새 저감에 우수한 효과를 지닌 무기 소취제를 포함하고, 폴리프로필렌 중합체, 열가소성 탄성체, 섬유형 보강제, 커플링제, 슬립제, UV 안정제가 혼합된 냄새가 저감된 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폴리프로필렌 복합 수지 조성물로 성형된 자동자 내장 부품은 제조 과정에서 발생하는 불쾌한 가스를 탈취하며, 동시에 우수한 기계적 물성을 지녀 운전자에게 쾌적한 환경을 제공한다.

Description

냄새가 저감된 자동차 내장 부품용 섬유보강 폴리프로필렌 복합 수지 조성물{FIBER REINFORCED POLYPROPYLENE-BASED COMPOSITE RESIN COMPOSITION WITH REDUCED ODOR FOR INTERIAL PARTS OF AUTOMOBILE}
본 발명은 자동차 내장 부품용 수지 조성물로서, 냄새가 저감된 폴리프로필렌 복합 수지 조성물에 관한 것이다.
고분자는 여러 가지 화합물을 이용하여 합성 또는 제조한다. 상기 화합물에는 특유의 불쾌한 냄새가 있는데, 상기 고분자를 이용하여 제품을 제조하는 경우 상기 화합물의 냄새가 그대로 유지되어 제품의 품질이 저하된다.
특히 유리섬유 등의 섬유형 보강제를 이용하여 강도 및 강성을 향상시킨 복합 소재에서 위와 같은 문제가 많이 발생한다. 상기 복합 소재는 섬유형 보강제와 고분자 간의 계면 접착력을 향상시키기 위하여 커플링제(Coupling agent)가 첨가된다. 상기 커플링제의 제조과정에서 발생하는 냄새로 인해 상기 복합 소재에 악영향을 미치는 것이다.
종래에는 위와 같은 섬유 보강된 복합 소재를 주로 외장재로 사용하여 냄새 개선의 필요성이 크지 않았으나, 한국등록특허 제10-1459951호와 같이 도장 및 감싸기 등의 별도의 표면처리를 하지 않고 차량 등의 내장재로 섬유 강화 복합 소재가 단독 적용되는 사례가 생기며 냄새가 저감된 섬유 보강 복합 소재가 필요한 실정이 되었다.
그에 따라 복합 소재의 제조 과정에서 발생하는 악취의 종류에 따라 적합한 소취제의 선정 및 올바른 적용을 통해 냄새를 저감하려는 시도가 이루어지고 있다. 소취제는 소취 효과 발현 방식에 따라 크게 물리적 흡착 소취제, 화학적 흡착 소취제로 분류할 수 있다. 물리적 흡착 소취제의 경우 대표적으로 활성탄이 있으며, 이는 다공성 구조를 통해 냄새의 원인 물질을 그 내부 표면의 탄소와 결합시켜, 착화합물의 형태로 제거한다.
화학적 흡착 소취제로는 제거하고자 하는 냄새의 원인 물질의 성질에 따라 전이금속, 알칼리 금속 이온들이 함유된 다양한 무기 소취제가 주로 사용된다. 예를 들어 한국공개특허 제10-2017-0137807호는 수지 성형품에서 발생하는 암모니아 가스 냄새를 제거하기 위한 무기 소취제를 개시하고 있다.
한국등록특허 제10-1459951호 한국공개특허 제10-2017-0137807호 한국등록특허 제10-0724288호
본 발명은 자동차 내장 부품이 요구하는 신율 등의 기계적 물성을 저하시키지 않으면서도 냄새가 저감된 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 냄새가 저감되어 품질이 향상된 자동차 내장 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명에 따른 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물은 폴리프로필렌 중합체 35 내지 50중량%, 열가소성 탄성체 30 내지 40중량%, 섬유형 보강제 15 내지 25중량%, 커플링제 0.5 내지 2중량% 및 무기 소취제 2 내지 4중량%를 포함한다.
상기 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물은 슬립제 및 UV 안정제를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리프로필렌 중합체는 프로필렌 단일 중합체(Propylene homopolymer), 프로필렌-에틸렌 공중합체(Propylene-ethylene copolymer) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 프로필렌 단일 중합체는 용융흐름지수가 10 내지 25g/10min (@230℃, 2.16kg)인 것일 수 있다.
상기 프로필렌-에틸렌 공중합체는 용융흐름지수가 25 내지 35g/10min(@230℃, 2.16kg)인 제1 프로필렌-에틸렌 공중합체 및 용융흐름지수가 90 내지 100g/10min(@230℃, 2.16kg)인 제2 프로필렌-에틸렌 공중합체를 포함하는 것일 수 있다.
상기 폴리프로필렌 중합체는 중량 평균 분자량이 80,000 내지 600,000g/mol이고, 비중이 0.89 내지 0.91인 것일 수 있다.
상기 열가소성 탄성체는 올레핀계 열가소성 탄성체 및 스티렌계 열가소성 탄성체를 포함하는 것일 수 있다.
상기 섬유형 보강제는 유리섬유, 탄소섬유, 강섬유, 아라미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 비닐론 섬유, 나일론 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 섬유형 보강제는 직경이 10 내지 30 ㎛, 길이가 1 내지 12 mm인 것일 수 있다.
상기 커플링제는 불포화 카르복시산 또는 이의 유도체가 그라프팅된 변성 폴리프로필렌 중합체일 수 있다.
상기 무기 소취제는 이하 화학식1의 부분 구조를 포함하는 규산염 화합물일 수 있다.
[화학식1]
Figure pat00001
여기서, R은 알루미늄 3가 양이온(Al3 +), 은 1가 양이온(Ag+), 아연 2가 양이온(Zn2 +) 또는 암모늄 1가 양이온(NH4 +)이다.
상기 무기 소취제는 이하 조성식1로 표현되고, 층상 구조를 갖는 규산염 화합물일 수 있다.
[조성식1]
Ag2Al2H8N2O21Si7Zn2
상기 무기 소취제는 BET 표면적이 220 내지 280m2/g인 것일 수 있다.
상기 슬립제는 포화지방산 아마이드계 슬립제, 실리콘계 슬립제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 UV 안정제는 중량 평균 분자량이 2,000g/mol 이상인 HALS(Hindered Amine Light Stabilizers)계 UV 안정제에; 페놀계 산화방지제, 아민계 산화방지제, 유황계 산화방지제, 인계 산화방지제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 산화방지제가 혼합된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 성형체는 상기 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 성형체는 신율이 5.0% 이상이고, 상온(23℃) IZOD 충격강도가 260J/m 이상이며, 저온(-10℃) IZOD 충격강도가 180J/m 이상이고, 규격 MS300-34에 따라 측정한 냄새 등급이 2.5 등급 이하인 것일 수 있다.
상기 성형체는 자동차 내장 부품일 수 있다.
본 발명에 따른 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물을 사용하면 기계적 물성이 우수하고, 휘발성 유기 화합물(Volatile organic compounds, VOCs) 등에 의한 냄새가 나지 않으며, 외관 및 촉감이 유려한 자동차 내장 부품을 얻을 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.
본 발명에 따른 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물은 폴리프로필렌 중합체, 열가소성 탄성체, 섬유형 보강제, 커플링제(Coupling agent) 및 무기 소취제를 포함한다. 상기 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물은 슬립제(Slip agent), UV 안정제(UV stabilizer)를 더 포함할 수 있다.
폴리프로필렌 중합체
상기 폴리프로필렌 중합체는 프로필렌 단일 중합체(Propylene homopolymer), 프로필렌-에틸렌 공중합체(Propylene-ethylene copolymer) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있고, 바람직하게는 상기 프로필렌 단일 중합체 및 프로필렌-에틸렌 공중합체의 혼합물일 수 있다.
상기 폴리프로필렌 중합체는 프로필렌 단일 중합체와 프로필렌-에틸렌 공중합체가 1 : 1 ~ 2의 질량비로 혼합된 것일 수 있다. 질량비가 위 수치 범위에 속할 때, 프로필렌 단일 중합체의 우수한 강성 및 내열성, 프로필렌-에틸렌 공중합체의 우수한 내충격성이 상호 보완적으로 작용할 수 있다.
상기 프로필렌 단일 중합체는 아이소택틱 지수(isotactic index, 13C-NMR 측정 시)가 97% 이상인 고결정성 프로필렌 단일 중합체를 사용하는 것이 바람직하며, 용융흐름지수가 10 내지 25g/10min(230℃, 2.16kg)인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 용융흐름지수가 10g/10min 미만일 경우, 흐름성 감소로 성형성이 저하될 수 있고, 25g/10min 초과일 경우 충격강도가 저하될 수 있다.
상기 프로필렌-에틸렌 공중합체는 용융흐름지수가 25 내지 35g/10min(230℃, 2.16kg)인 제1 프로필렌-에틸렌 공중합체와 용융흐름지수가 90 내지 110g/10min(230℃, 2.16kg)인 제2 프로필렌-에틸렌 공중합체를 혼합한 것일 수 있다.
상기 프로필렌-에틸렌 공중합체는 상기 제1 프로필렌-에틸렌 공중합체와 제2 프로필렌-에틸렌 공중합체가 5 ~ 7 : 1의 질량비로 혼합된 것일 수 있다. 상기 질량비가 5 미만 : 1인 경우 강성 등 기계적 물성이 저하되며, 7 초과 : 1인 경우 기계적 물성은 좋아지지만 흐름성이 나빠져 생산성 및 성형성에 문제가 발생할 수 있다.
상기 폴리프로필렌 중합체는 중량 평균 분자량이 80,000 내지 600,000g/mol이고, 비중이 0.89 내지 0.91인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 폴리프로필렌 중합체의 함량은 35 내지 50중량%일 수 있다. 상기 함량이 35중량% 미만이면 제품의 성형성 및 생산성에 문제가 되며, 50중량%를 초과할 경우 기계적 물성이 저하될 수 있다.
열가소성 탄성체
상기 열가소성 탄성체는 내충격성 향상을 위한 구성이다. 상기 열가소성 탄성체는 올레핀계 열가소성 탄성체와 스티렌계 열가소성 탄성체의 혼합물일 수 있다. 올레핀계 열가소성 탄성체는 충격 물성이 우수하여 높은 충격강도가 요구되는 부품에 적용할 수 있고, 스티렌계 열가소성 탄성체는 오일에 의한 팽창이 가능하여 낮은 경도를 구현할 수 있어 이들의 장점이 상호 보완적으로 작용할 수 있다.
구체적으로 상기 스티렌계 열가소성 탄성체는 강성 저하를 최소한으로 하면서 충격강도를 향상시키기 위해 첨가한다. 상기 스티렌계 열가소성 탄성체의 함유 성분들은 선형 혹은 비선형 구조를 가진 열가소성 탄성체를 사용하는 것이 바람직하며, 불포화 결합의 95% 이상, 더욱 바람직하게는 97% 이상이 수첨된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 열가소성 탄성체는 상기 올레핀계 열가소성 탄성체와 스티렌계 열가소성 탄성체가 3 ~ 5 : 1의 질량비로 혼합된 것일 수 있다. 질량비가 3 미만 : 1인 경우 원가가 높은 스티렌계 열가소성 탄성체의 비율이 높아져 자동차 부품 소재로 적용하기 힘들며, 5 초과 : 1인 경우 스티렌계 열가소성 탄성체의 비율이 낮아 강성 저하의 문제가 있다.
상기 열가소성 탄성체의 함량은 30 내지 40중량%일 수 있다. 상기 함량이 30 중량% 미만인 경우 충격강도가 저하되고, 40 중량% 초과이면 생산성 및 강성이 크게 저하될 수 있다.
섬유형 보강제
상기 섬유형 보강제는 기계적 물성의 향상을 위한 구성이다. 상기 섬유형 보강제는 무기계 섬유인 유리섬유, 탄소섬유, 강섬유; 유기계 섬유인 아라미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 비닐론 섬유, 나일론; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있고, 바람직하게는 유리섬유일 수 있다.
상기 유리섬유는 E 글라스(E Glass), 내식성을 개량한 ECR 글라스(ECR Glass), 내산성의 C.A 글라스(G.A Glass) 등일 수 있다.
상기 섬유형 보강제는 직경이 10 내지 30 ㎛, 길이가 1 내지 12 mm인 것일 수 있다. 상기 길이가 1mm 미만인 경우 제품 생산시 섬유 단사가 발생하는 문제가 생길 수 있고, 12mm 초과인 경우 가공성 및 함침성이 저하될 수 있다.
상기 섬유형 보장제의 함량은 15 내지 25중량%일 수 있다. 상기 함량이 15중량% 미만이면 강성 및 내열성이 저하될 수 있고, 25중량% 초과이면 성형성이 나빠질 수 있다.
커플링제
상기 커플링제는 상기 폴리프로필렌 중합체과 상기 섬유형 보강제의 계면 접착력을 향상시키기 위한 구성이다. 상기 커플링제는 폴리프로필렌 중합체에 무수말레인산 등의 불포화 카르복시산 또는 그 유도체가 그라프팅(Grafting)된 변성 폴리프로필렌 중합체일 수 있다.
상기 커플링제의 함량은 0.5 내지 2중량%일 수 있다. 상기 함량이 0.5중량% 미만이면 폴리프로필렌 중합체와 섬유형 보강제의 계면 접착력 부족으로 분산성이 불량해져 주요 물성인 강성 확보가 어렵고, 2중량% 초과이면 취성이 발생하고, 성형 불량이 증가하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
무기 소취제
상기 무기 소취제는 냄새 개선을 위한 구성이다. 전술한 바와 같이 폴리프로필렌 중합체 등의 베이스 수지에 유리섬유 등의 섬유형 보강제를 이용하여 강도 및 강성을 향상시킨 복합 수지 조성물의 경우 커플링제가 첨가되는데, 상기 커플링제의 제조과정에서 발생하는 냄새가 최종 제품에 그대로 남아 품질이 저하될 수 있다. 이를 방지하기 위해 종래의 물리적 흡착 소취제, 화학적 흡착 소취제를 사용하는 경우 소취 효과는 얻을 수 있으나, 자동차 내장 부품이 요구하는 기계적 물성이 저하된다. 본 발명은 후술할 무기 소취제를 사용하여 위와 같은 종래 기술의 한계를 해소한 것을 일 기술적 특징으로 한다.
상기 무기 소취제는 이하 화학식1의 부분 구조를 포함하는 규산염 화합물일 수 있다.
[화학식1]
Figure pat00002
여기서, R은 알루미늄 3가 양이온(Al3 +), 은 1가 양이온(Ag+), 아연 2가 양이온(Zn2 +) 또는 암모늄 1가 양이온(NH4 +)일 수 있다. 상기 화학식1에서 실선은 공유결합을 의미하고, 점선은 음이온과 양이온의 정전기적 인력을 의미한다.
본 명세서에서 화합물이 "부분 구조를 포함한다"는 것은 상기 부분 구조가 반복적으로 나열되어 상기 화합물을 구성한다는 것을 의미한다.
구체적으로 상기 무기 소취제는 이하 조성식1 및 화학식2로 표현되는 규산염 화합물일 수 있다.
[조성식1]
Ag2Al2H8N2O21Si7Zn2
[화학식2]
Figure pat00003
상기 화학식2에서 음이온과 양이온의 정전기적 인력은 생략하였다. 통상의 기술자라면 음이온과 양이온의 배치를 통해 상기 무기 소취제의 정확한 화학식을 자명하게 알 수 있을 것이다.
또한 상기 무기 소취제는 층상 구조의 규산염 화합물일 수 있다. 상기 층상 구조는 규산염이 상기 화학식2와 같이 양이온을 매개로 하여 2차원적으로 펼쳐져 있는 구조를 의미한다.
통상적으로 사용되는 무기 소취제는 그 성질에 따라 아민계, 황계, 방향족, 산성 가스 등의 특정 가스들에 대한 한정적인 소취 효과만을 보여왔다. 또한 구리 화합물로 이루어진 무기 소취제의 경우 청색을 띄는 구리의 특성 때문에, 소취 효과에 비례하여 소취제와 소취제를 포함하는 제품이 청색으로 변색되는 문제가 유발된다.
본 발명은 위와 같은 통상의 무기 소취제를 대신하여 전술한 특정한 무기 소취제를 사용한 것을 일 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 무기 소취제는 층상 구조를 가져 냄새의 원인 물질(가스)의 화학적, 물리적 흡착이 용이할 뿐만 아니라 탈취 속도도 뛰어나다. 또한 층상 구조를 구성하는 세 종의 금속 양이온과 암모늄 양이온을 통해, 암모니아, 아민 등의 알칼리성 가스, 산성 가스 및 방향족 가스 탈취에 모두 효과적이다.
상기 무기 소취제는 BET 비표면적이 220 내지 280m2/g인 것일 수 있다. BET 비표면적이 위 수치 범위에 속해야 높은 소취 효과를 얻을 수 있다.
상기 무기 소취제의 함량은 2 내지 4중량%일 수 있다. 상기 함량이 2중량% 미만인 경우 폴리프로필렌 복합 수지 조성물의 냄새 저감 효과를 기대하기 어렵고, 4중량% 초과인 경우 무기물로 이루어진 소취제의 함량이 높아져 자동차 내장 부품이 요구하는 기계적 물성의 범위를 벗어나기 때문이다.
슬립제
상기 슬립제는 유려한 촉감을 위한 구성이다. 상기 슬립제는 포화지방산 아마이드계 슬립제, 실리콘계 슬립제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 슬립제의 함량은 3중량% 이하일 수 있다. 상기 슬립제의 함량의 하한치는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.1중량% 이상일 수 있다. 상기 함량이 3중량% 초과이면 제품 표면으로 이행되는 상기 슬립제의 양이 많아져 표면 얼룩, 번들거림 등의 외관 문제 및 물성 저하의 문제가 발생할 수 있다.
UV 안정제
상기 UV 안정제는 HALS(Hindered Amine Light Stabilizers)계 UV 안정제에 1차 산화방지제 및/또는 2차 산화방지제가 혼합된 것일 수 있다.
상기 HALS계 UV 안정제는 중량 평균 분자량이 2,000g/mol 이상인 것일 수 있다. 상기 중량 평균 분자량이 2,000g/mol 미만이면 UV 안정제가 제품 표면으로 쉽게 이행되어 나오기 때문에 장기적인 자외선 안정화가 어려울 수 있다.
상기 1차 산화방지제는 폴리프로필렌 복합 수지 조성물의 라디칼을 제거하는 역할을 하며, 페놀계 산화방지제, 아민계 산화방지제 등일 수 있다.
상기 2차 산화방지제는 폴리프로필렌 복합 수지 조성물의 과산화물을 제거하는 역할을 하며, 유황계 산화방지제, 인계 산화방지제 등일 수 있다.
상기 UV 안정제의 함량은 1중량% 이하일 수 있다. 상기 UV 안정제의 함량의 하한치는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.1중량% 이상일 수 있다. 또한 상기 UV 안정제의 함량은 상기 폴리프로필렌 중합체, 열가소성 탄성체, 섬유형 보강제, 커플링제, 무기 소취제 및 슬립제의 총 함량을 100중량부로 하였을 때, 0.1 내지 2중량부일 수도 있다. 상기 함량이 위 수치범위에 속해야 표면 얼룩 등의 외관 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
첨가제
상기 폴리프로필렌 복합 수지 조성물은 본 발명의 목적 및 효과가 손상되지 않는 범위 내에서 중화제, 조핵제, 윤활제, 이형제, 난연제, 안료, 대전방지제, 항균제, 가공조제, 금속 불활성화제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 따른 폴리프로필렌 복합 수지 조성물로 성형된 자동차 내장 부품은 제조과정에서 발생하는 특유의 불쾌한 냄새가 효과적으로 제거되므로 우수한 기계적 물성을 유지하면서도 탁월한 품질을 보이기 때문에 운전자에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범주 및 기술상의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예
본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용된 시편은 하기 과정을 통해 제조하였다. 먼저 하기 표 1에 나타낸 원료 및 조성 비율에 따라 폴리프로필렌 복합 수지 조성물을 제조한 후, 이축 압축기를 사용하여 펠렛을 제조하였다. 이후 250톤 사출기에서 사출온도 200 ~ 240℃의 정해진 사출 조건 하에서 사출하여 열적/기계적 물성 및 냄새 측정을 위한 실시예 및 비교예의 시편을 제조하였다.
조성 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
폴리프로필렌 중합체 폴리프로필렌 단일 중합체
[중량%]		 20 20 20 20 20 20 20 20
프로필렌-에틸렌 공중합체
[중량%]		 22 22 22 22 22 22 22 22
열가소성 탄성체
[중량%]		 33 32 31 32 35 32 34 30
섬유형 보강제1 )
[중량%]		 20 20 20 20 20 20 20 20
커플링제 [중량%] 2 2 2 2 2 2 2 2
슬립제 [중량%] 1 1 1 1 1 1 1 1
UV 안정제 [중량부2 ]] 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
무기 소취제 [중량%] 2 3 4 3 - - 1 5
활성탄 및 산화아연 티탄 소취제3 ) [중량%] - - - - - 3 - -
1) 상기 섬유형 보강제는 직경이 10 내지 30 ㎛, 길이가 1 내지 12 mm인 유리섬유이다.
2) UV 안정제의 함량은 폴리프로필렌 중합체, 열가소성 탄성제, 섬유형 보강제, 커플링제, 슬립제, UV 안정제, 무기 소취제의 총 함량을 100중량부로 하였을 때를 기준으로 한 것이다.
3) 활성탄 및 산화아연 티탄 소취제는 한국등록특허 제10-0724288호에 공개된 활성탄과 티탄 인더스트리사(Titan industries Co.,Ltd)에서 제조된 산화 티탄 및 산화 아연의 혼합물인 'TZ-100'을 20:1의 질량비로 혼합한 것이다.
실시예1
상기 표1에 나타낸 원료 및 조성 비율에 따라 제조하였으며, 본 발명에 따른 무기 소취제를 2중량% 사용하였다.
실시예2
실시예1에서 무기 소취제의 함량을 3중량%로 증가시키고 열가소성 탄성체의 함량을 1중량% 줄인 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 물성 시편을 제조하였다.
실시예3
실시예1에서 무기 소취제의 함량을 4중량%로 증가시키고 열가소성 탄성체의 함량을 2중량% 줄인 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 물성 시편을 제조하였다.
실시예4
실시예1에서 무기 소취제의 함량을 3중량%로 감소시키고 열가소성 탄성체의 함량을 1중량% 줄여 최종 조성을 실시예2와 동일하게 하였다. 다만 먼저 섬유형 보강제, 커플링제 및 무기 소취제를 마스터배치의 형태로 제조한 뒤, 이를 재압출 및 희석시켜 물성 시편을 제조하였다.
비교예 1
실시예1에서 무기 소취제를 제거하고 열가소성 탄성체의 함량을 2중량% 증가시킨 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 물성 시편을 제조하였다.
비교예2
실시예1에서 무기 소취제 대신에 활성탄 및 산화아연 티탄 소취제를 사용하되, 그 함량을 3중량%로 조절하였고, 그에 따라 열가소성 탄성체의 함량을 감소시켜 물성 시편을 제조하였다.
비교예3
실시예1에서 무기 소취제의 함량을 1중량%로 감소시키고 열가소성 탄성체의 함량을 1중량% 늘린 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 물성 시편을 제조하였다.
비교예4
실시예1에서 무기 소취제의 함량을 5중량%로 증가시키고 열가소성 탄성체의 함량을 3중량% 줄인 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 물성 시편을 제조하였다.
실험예
하기 표 2에 나타낸 물성 결과는 상기 실시예 및 비교예의 10개 시편을 측정하여 상한치와 하한치를 제외한 평균값을 나타낸 것이며, 이에 대한 시험방법은 다음과 같다.
(1) 비중 측정: ASTM D792 법에 따라 굴곡강도 측정 시편의 중앙부를 취하여 측정하였다.
(2) 인장강도 및 신율 측정: ASTM D638 법에 따라 측정하되 하중 인가 속도는 50 mm/min로 측정하였다. 신율은 파단점을 기준으로 측정되었다.
(3) 굴곡탄성율 및 굴곡강도 측정: ASTM D790 법에 따라 측정하되 하중 인가 속도는 10mm/min로 측정하였다.
(4) 아이조드(Izod) 충격 강도 측정: ASTM D256 법에 따라 상온(23℃) 및 -10℃에서 Notched 시험편으로 측정하였다.
(5) 열변형 온도(Heat Distortion Temperature) 측정: ASTM D648 법에 따라 4.6 kgf의 하중에서 측정하였다.
(6) 쇼어(Shore) 경도 측정: ASTM D2240을 준용하되, D-Scale를 따른다.
(7) 냄새 측정: 규격 MS300-34를 준용하여 측정하였다(설정조건: Dry 조건, 가열온도 (80±2)℃). 구체적으로 상기 폴리프로필렌 복합 수지 조성물로부터 형성되고 길이가 10cm이며 무게가 2.57g인 절연 시편을 규격 MS300-34의 Dry 조건에 따라 밀폐된 4L 용기 내에서 80±2℃로 2시간 동안 가열 후 상기 용기의 뚜껑을 개방하여 3인 이상이 각자 냄새를 맡아 냄새 등급을 결정하였다. 6등급은 호흡 곤란을 느끼는 견디기 어려운 강렬한 냄새, 5등급은 아주 강한 냄새, 4등급은 쉽게 감지할 수 있는 냄새, 3등급은 냄새가 약하게 감지되며, 무슨 냄새인지 알 수 있는 것, 2등급은 무슨 냄새인지 알 수 없으나 냄새를 느끼는 것, 1등급은 냄새 없음을 의미한다.
항목 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
비중 [g/cm3] 1.02 1.03 1.04 1.03 1.01 1.07 1.01 1.10
인장강도[MPa] 23 24 25 24 21 22 22 29
신율[%] 5.7 5.4 5.1 5.4 6.9 5.5 6 3.3
굴곡탄성율[MPa] 1,810 1,815 1,819 1,815 1,802 1,814 1,803 1,853
굴곡강도[MPa] 29 30 31 30 27 28 28 38
상온 IZOD 충격강도[J/m] 266 264 264 265 269 260 268 181
저온 IZOD 충격강도[J/m] 185 183 183 185 187 180 186 131
HDT(4.6kgf)[℃] 130 131 131 131 130 132 130 131
Shore 경도 41 43 44 43 40 45 40 49
냄새 [등급] 3.0 3.0 2.5 2.5 4 3.7 3.5 2.5
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 무기 소취제가 포함된 실시예의 수지 조성물은 비교예의 수지 조성물을 상회하는 물성을 발현하면서도, 냄새 평가 항목에 대해 눈에 띄게 개선되는 것을 관찰할 수 있었다.
본 발명에 따른 무기 소취제는 무기물이기 때문에, 수지 조성물을 구성하는 다른 성분들과 비교하여 비중이 상대적으로 높다. 이는 기계적 물성 측면에서 보면 실시예1에서부터 3까지 복합 수지 내의 무기 소취제의 함량이 증가함에 따라 비중, 인장강도, 굴곡탄성율과 굴곡강도 및 경도 값은 증가하고, 신율 및 IZOD 충격강도는 감소하는 경향을 확인할 수 있었다.
또한 소취 성능 측면에서는 무기 소취제의 함량이 증가함에 따라 소취 성능을 평가할 수 있는 냄새 측정 결과가 감소하여 소취 효과가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
그러나 실시예3와 비교예4를 비교하면 비교예4의 소취제 함량이 1중량% 증가하였으나 냄새 측정결과는 2.5등급으로 동일하고, 오히려 물성 측면에서 신율, 상온과 저온 IZDO 충격강도 결과가 급격히 감소하는 것을 관찰할 수 있다. 이를 통해 특정 함량 이상의 소취제는 본 발명이 달성하고자 하는 냄새 저감과 물성 달성이라는 목적에 부합하지 못한 것을 확인할 수 있었다.
또한 이러한 문제를 방지하고자 소취제를 미량 첨가할 경우, 수지 조성물에 대한 소취 효과가 감소하고 이는 비교예 3에서 확인할 수 있는 것처럼 대부분의 물성 결과들은 규격 값을 만족하지만, 냄새 규격을 만족하지 못하는 결과를 통해 확인할 수 있었다. 다만 실시예4와 같이 동일 함량의 소취제를 투입할지라도, 섬유형 보강제, 커플링제, 소취제를 먼저 마스터배치화하여 분산성, 혼련성을 증가시킬경우, 냄새 개선효과가 증가됨을 확인할 수 있었다.
또한 비교예2에서 사용된 기존의 소취제인 활성탄과 TZ-100의 혼합물의 경우에도, 물성 값은 규격과 유사한 수준을 달성하였지만, 냄새 평가 항목에 대해서는 규격에 미치지 못하는 결과를 보여, 상기 활성탄과 TZ-100가 혼합된 기존의 소취제를 통해서는 본 발명이 달성하고자 하는 물성과 냄새 저감효과를 동시에 이루지 못하는 것을 확인할 수 있었다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였다. 상기 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 하나의 예일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서도 다양한 형태의 수지 및 제품으로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 지정되며, 특허청구범위의 의미와 그 개념으로부터 도출되는 모든 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 폴리프로필렌 중합체 35 내지 50중량%;
    열가소성 탄성체 30 내지 40중량%;
    섬유형 보강제 15 내지 25중량%;
    커플링제 0.5 내지 2중량%; 및
    무기 소취제 2 내지 4중량%를 포함하는 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    슬립제; 및 UV 안정제를 더 포함하는 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌 중합체는 프로필렌 단일 중합체(Propylene homopolymer), 프로필렌-에틸렌 공중합체(Propylene-ethylene copolymer) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로필렌 단일 중합체는 용융흐름지수가 10 내지 25g/10min (@230℃, 2.16kg)인 것인 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 프로필렌-에틸렌 공중합체는;
    용융흐름지수가 25 내지 35g/10min(@230℃, 2.16kg)인 제1 프로필렌-에틸렌 공중합체; 및
    용융흐름지수가 90 내지 100g/10min(@230℃, 2.16kg)인 제2 프로필렌-에틸렌 공중합체를 포함하는 것인 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌 중합체는 중량 평균 분자량이 80,000 내지 600,000g/mol이고, 비중이 0.89 내지 0.91인 것인 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 탄성체는 올레핀계 열가소성 탄성체; 및 스티렌계 열가소성 탄성체를 포함하는 것인 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 섬유형 보강제는 유리섬유, 탄소섬유, 강섬유, 아라미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 비닐론 섬유, 나일론 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나인 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 섬유형 보강제는 직경이 10 내지 30 ㎛, 길이가 1 내지 12 mm인 것인 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 커플링제는 불포화 카르복시산 또는 이의 유도체가 그라프팅된 변성 폴리프로필렌 중합체인 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 무기 소취제는 이하 화학식1의 부분 구조를 포함하는 규산염 화합물인 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물.
    [화학식1]
    Figure pat00004

    여기서, R은 알루미늄 3가 양이온(Al3 +), 은 1가 양이온(Ag+), 아연 2가 양이온(Zn2 +) 또는 암모늄 1가 양이온(NH4 +)이다.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 무기 소취제는 이하 조성식1로 표현되고, 층상 구조를 갖는 규산염 화합물인 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물.
    [조성식1]
    Ag2Al2H8N2O21Si7Zn2
  13. 제1항에 있어서,
    상기 무기 소취제는 BET 표면적이 220 내지 280m2/g인 것인 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 슬립제는 포화지방산 아마이드계 슬립제, 실리콘계 슬립제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 UV 안정제는 중량 평균 분자량이 2,000g/mol 이상인 HALS(Hindered Amine Light Stabilizers)계 UV 안정제에; 페놀계 산화방지제, 아민계 산화방지제, 유황계 산화방지제, 인계 산화방지제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 산화방지제가 혼합된 것인 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 섬유 강화 폴리프로필렌 복합 수지 조성물을 포함하는 성형체.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 성형체는 신율이 5.0% 이상이고, 상온(23℃) IZOD 충격강도가 260J/m 이상이며, 저온(-10℃) IZOD 충격강도가 180J/m 이상이고;
    규격 MS300-34에 따라 측정한 냄새 등급이 2.5 등급 이하인 성형체.
  18. 제16항에 있어서,
    자동차 내장 부품인 성형체.
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