KR20200077151A - 생산성 및 가공 특성이 향상된 폴리에틸렌 수지 조성물 - Google Patents

생산성 및 가공 특성이 향상된 폴리에틸렌 수지 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용융 지수(ASTM D1238, 190℃, 하중 2.16kg)가 0.3 내지 0.4g/10min인 고밀도 폴리에틸렌 수지 70 내지 90중량% 및 용융 지수(ASTM D1238, 190℃, 하중 2.16kg)가 2.5 내지 3.1g/10min인 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지 10 내지 30중량%를 포함함으로써, 지속적으로 발생할 수 있는 내압에 대한 내구성이 우수한 성형품을 제조할 수 있으며, 성형품 제조 시 통수공 등의 제조를 위한 펀칭(punching) 공정이 유리하여 고속 성형 및 연속적인 생산 등 가공성 및 생산성이 우수한 폴리에틸렌 수지 및 이를 포함하는 성형품에 대한 것이다.

Description

생산성 및 가공 특성이 향상된 폴리에틸렌 수지 조성물{POLYETHYLENE RESIN COMPOSITION HAVING IMPROVED PRODUCTIVITY AND PROCESSING PROPERTIES}
본 발명은 생산성 및 가공 특성이 향상된 폴리에틸렌 수지 조성물에 관한 것이다.
폴리에틸렌은 포장용 필름, 파이프, 병, 용기 등 다양한 용도에 널리 사용되는 범용 고분자로서 밀도에 따라 크게 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)으로 분류된다.
이러한 폴리에틸렌은 강도가 우수하기 때문에 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 그 중에서도 점적호스 제조용으로 사용하고자 하는 시도가 이루어지고 있다.
점적호스는 농작물의 재배시 농작물의 뿌리에 근접하게끔 설치됨으로써 농작물의 뿌리 부분에 직접적으로 물을 공급할 수 있는 장치이다. 점적호스를 이용하면, 농작물의 뿌리 근처에 직접적으로 물을 공급할 수 있기 때문에 물을 절약할 수 있고, 물과 함께 영양분을 공급하는 경우에도 영양분을 균일하게 공급할 수 있다. 또한, 염분 피해 제거, 추수기간 단축, 에너지 및 인건비 절감 등을 통해 농작물을 재배하는 데 필요한 생산비를 절감할 수 있어, 농작물 재배에 유용하게 사용되고 있다.
이와 같이, 점적호스 내부에는 물이 지속적으로 공급되고 있으며 이들은 점적호스에 분포한 다수의 통수공을 통해 배출되어 농작물에 공급된다. 점적호스 내부에 지속적으로 공급되는 물로 인해 발생하는 수압으로 인한 파손을 방지하기 위하여 내구성이 우수한 고밀도 폴리에틸렌 수지를 이용한 점적호스를 제공하고 있으나, 고밀도 폴리에틸렌 수지의 경우 고속 성형 시 낮은 용융 점도 및 높은 밀도로 인해 가공 시 압출기에서 부하가 발생하여 생산성이 나쁘고, 점적호스 내 점적기를 융착시키는 공정 및 점적호스에 구멍을 타공하는 펀칭(punching)공정에서 문제가 발생한다.
따라서, 수압을 견딜 수 있는 우수한 내구성을 발현시킴과 동시에 생산성 또한 향상시킬 수 있는 점적 호스 제조를 위한 수지 조성물의 개발이 필요한 실정이다.
이와 관련하여, 중국 공개특허 제102477180호에는 밀도가 0.918-0.925g/cm3, 용융지수가 0.1-30g/10min인 LLDPE 50-98중량부; 밀도가 0.941-0.970g/cm3, 용융지수가 0.5-10g/10min인 HDPE 0.5-45중량부; 밀도가 0.830-0.910g/cm3이고, 용융지수가 0.5-50g/10min인 폴리프로필렌 0.5-45중량부; 밀도가 0.926-0.939g/cm3인 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 0.1-20중량부 등을 포함함으로써, 생산성을 향상시킨 LLDPE 조성물에 대하여 기재되어 있으나, 이는 지속적으로 작용하는 수압에 대한 내구성이 좋지 못한 문제가 있다.
또한, 미국 공개특허 제2016-0143231호에는 밀도가 930kg/m3이하인 에틸렌 폴리머(A-1)와 상기 에틸렌 폴리머(A-1) 이외의 에틸렌 폴리머(A-2)를 포함하고 상기 (A-1)은 전체 조성물 100중량%에 대하여, 65 내지 96중량%로 포함되고, 상기 (A-2)는 4 내지 35중량%로 포함됨으로써, 생산성이 향상된 점적 호스 제조를 위한 폴리머 조성물에 대하여 기재되어 있으나, 이 역시 지속적으로 작용하는 수압에 대한 내구성이 좋지 못한 문제가 있다.
중국 공개특허 제102477180호(2012.05.30) 미국 공개특허 제2016-0143231호(2016.05.26)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 지속적으로 공급되는 내압에 대한 내구성이 우수하고, 고속 성형이 가능하여 생산성이 향상된 폴리에틸렌 수지 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폴리에틸렌 수지 조성물은 용융 지수(ASTM D1238, 190℃, 하중 2.16kg)가 0.3 내지 0.4g/10min인 고밀도 폴리에틸렌 수지 70 내지 90중량% 및 용융 지수(ASTM D1238, 190℃, 하중 2.16kg)가 2.5 내지 3.1g/10min인 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지 10 내지 30중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 성형품은 전술한 폴리에틸렌 수지 조성물로 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폴리에틸렌 수지 조성물은 지속적으로 작용하는 내압에 대한 내구성이 우수한 성형품을 제조할 수 있으며, 성형품 제조 시 통수공 등의 제조를 위한 펀칭 공정이 유리하여 고속 성형 및 연속적인 생산 등 생산성 및 가공성이 우수한 이점이 있다.
또한, 본 발명의 성형품은 내구성이 우수한 이점이 있다.
본 발명에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
폴리에틸렌 수지 조성물
본 발명의 한 양태에 따른 폴리에틸렌 수지 조성물은 용융 지수(ASTM D1238, 190℃, 하중 2.16kg)가 0.3 내지 0.4g/10min인 고밀도 폴리에틸렌 수지 70 내지 90중량% 및 용융 지수(ASTM D1238, 190℃, 하중 2.16kg)가 2.5 내지 3.1g/10min인 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지 10 내지 30중량%를 포함함으로써, 지속적으로 작용하는 내압에 대한 내구성이 우수한 성형품을 제조할 수 있으며, 성형품 제조 시 통수공 등의 제조를 위한 펀칭(punching) 공정이 유리하여 고속 성형 및 연속적인 생산 등 가공성 및 생산성이 우수한 이점이 있다.
고밀도 폴리에틸렌 수지( HDPE )
본 발명의 한 양태에 따른 폴리에틸렌 수지 조성물은 용융 지수(ASTM D1238, 190℃, 하중 2.16kg)가 0.3 내지 0.4g/10min인 고밀도 폴리에틸렌를 수지 70 내지 90중량%로 포함한다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 전술한 고밀도 폴리에틸렌 수지의 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 하중 2.16kg)는 0.3 내지 0.4g/10min이며, 바람직하게는 0.30내지 0.38g/10min일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.32 내지 0.36g/10min일 수 있다. 고밀도 폴리에틸렌 수지의 용융지수가 상기 범위 미만일 경우 높은 분자량으로 인해 압출시 온도 및 압력 상승 등의 공정상의 문제가 발생할 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 기계적 물성 또는 내구성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 한 양태에 따른 폴리에틸렌 수지 조성물은 전술한 고밀도 폴리에틸렌 수지를 70 내지 90중량%로 포함하고, 바람직하게는 75 내지 90중량%로 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 80 내지 85중량%로 포함할 수 있다. 고밀도 폴리에틸렌 수지의 함량이 상기 범위 미만인 경우 고속 성형 시 호스가 끊어지는 등 연속 작업이 불가능해 생산성이 저하되고, 성형품 내에 지속적으로 작용할 수 있는 내압을 견디지 못해 성형품이 찢어지는 등 내구성이 저하되는 문제가 발생하며, 상기 범위를 초과하는 경우 성형품 제조 시 통수공 등의 제조를 위한 펀칭이 제대로 이루어지지 않아 생산성이 저하된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지는 밀도가 0.956 내지 0.961g/ml일 수 있으며, 바람직하게는 0.957 내지 0.960g/ml일 수 있다. 고밀도 폴리에틸렌 수지 조성물의 밀도가 상기 범위 미만인 경우 기계적 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 황변이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지의 중량평균분자량은 200,000 내지 300,000g/mol일 수 있으며, 바람직하게는 250,000내지 290,000g/mol일 수 있다. 본 발명에서 목적으로 하는 용융지수 범위 내로 조절이 용이하다는 점에서, 고밀도 폴리에틸렌 수지의 중량평균분자량은 상기 범위 내로 조절되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 고밀도 폴리에틸렌 수지는 당 업계에 공지된 방법을 이용하여 중합되는 것일 수 있으며, 지글러-나타 촉매, 메탈로센 촉매, 크롬 촉매 등 다양한 촉매의 존재 하에 중합된 것일 수 있으며, 에틸렌 단독 중합, 에틸렌과 프로필렌, 부텐-1, 헥센-1, 옥텐-1 등의 알파-올레핀과의 공중합에 의해 얻어질 수 있다. 이 때, 중합방법은 특별히 한정하지는 않으나, 기상법, 솔루션법, 슬러리법 등을 들 수 있다.
일 예로서, 지글러-나타 촉매의 존재 하에 고밀도 폴리에틸렌을 합성하는 경우, 제1반응기에서 수소 및 지글러-나타 촉매의 존재 하에 에틸렌으로부터 제1폴리에틸렌 생성물을 중합하고, 이와 같이 생성된 제1폴리에틸렌 생성물을 제2반응기에서 탄소수 3 내지 8의 α-올레핀 공단량체 0 내지 5중량%와 공중합함으로써 고밀도 폴리에틸렌 수지를 합성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이 때, 상기 지글러-나타 촉매는 전이금속화합물이 주성분인 주촉매, 유기금속 화합물인 조촉매, 그리고 전자공여체(electron donor)의 조합으로 이루어지는 고체 촉매를 의미할 수 있다.
상기 전이금속 화합물은 마그네슘, 티타늄, 할로겐을 포함하고, 폴리에틸렌 수지 중합용 지글러-나타 촉매로 사용되는 것으로 알려진 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
또한, 상기 지글러-나타 촉매는 담지체를 더 포함할 수도 있는데, 상기 전이금속 화합물 및 상기 전자 공여체가 상기 담지체에 고정 또는 담지된 상태일 수 있다. 또한, 상기 전이금속 화합물과 상기 전자 공여체가 상기 담지체 상에 담지되는 순서는 크게 제한되지 않으나, 상기 담지체와 전이금속 화합물을 먼저 반응시켜 활성점을 형성한 후, 전자공여체를 투입하여 반응 시키는 것이 촉매 활성을 높이는 데 바람직할 수 있다.
상기 담지체의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니고, 지글러-나타 촉매의 제조에 통상적으로 사용되는 것으로 알려진 담지체를 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 담지체로는 마그네슘 화합물, 실리카, 알루미나, 지올라이트 및 이들의 혼합물 또는 이들의 혼성 담지체를 들 수 있으며, 바람직하게는 마그네슘 화합물을 사용할 수 있다. 이 때, 상기 혼성 담지체란 실리카, 알루미나, 지올라이트 및 마그네슘 화합물 중에서 2종 이상이 반응하거나, 또는 결합된 상태를 의미한다.
상기 유기금속 화합물은 예를 들면, 금속 하이드라이트, 금속 알킬, 오르가노 알루미늄 화합물과 티타늄, 크롬 또는 바나듐과 같은 전이금속의 할라이드로부터 유도되는 것일 수 있다.
상기 전자공여체는 강성 등 물성에 영향을 미치는 입체 규칙도(isotacticity)를 조절하기 위해서 투입될 수 있다. 상기 전자공여체는 폴리에틸렌 중합체의 입체규칙도를 조절하기 위해 통상적으로 사용되는 것을 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 메탈로센 촉매는 본 발명에서 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니나, 당 업계에서 알려진 통상의 것을 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 티타노센, 바나도센, 니켈로센, 탄탈로센, 하프노센, 지르코노센, 몰리브데노센 등을 들 수 있다.
상기 고밀도 폴리에틸렌 수지의 중합 시, 필요에 따라 첨가제가 더 포함될 수도 있다. 상기 첨가제는 고밀도 폴리에틸렌 수지의 물성에 영향을 나타내지 않는 범위 내에서 공지의 것들을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 산화방지제, 중화제, 열안정제, 광안정제, 무기충전제, 항균제, 조핵제, 방염제, 혼화제, 적하방지제, 안료, 난연제 등을 들 수 있다.
상기 첨가제는 0.001 내지 5중량%로 포함될 수 있다. 첨가제의 함량이 상기 범위 미만인 경우 각 첨가제의 효과를 발휘하지 못할 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우, 고밀도 폴리에틸렌 수지의 물성에 영향을 미칠 수도 있다.
선형 저밀도 폴리에틸렌 수지( LLDPE )
본 발명의 한 양태에 따른 폴리에틸렌 수지 조성물은 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.15kg)가 2.5 내지 3.1g/10min인 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지를 10 내지 30중량%로 포함한다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지의 용융지수(ASTM D1238, 190℃, 2.15kg)는 2.5 내지 3.1g/10min이며, 바람직하게는 2.6 내지 3.0g/10min일 수 있고, 보다 바람직하게는 2.7 내지 2.9g/10min일 수 있다. 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지의 용융지수가 상기 범위 미만일 경우 가공성이 저하되며, 상기 범위를 초과하는 경우 기계적 물성 또는 내구성이 감소한다.
본 발명의 한 양태에 따른 폴리에틸렌 수지 조성물은 전술한 저밀도 폴리에틸렌 수지를 10 내지 30중량%로 포함하고, 바람직하게는 10 내지 25중량%로 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 15 내지 20중량%로 포함할 수 있다. 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지의 함량이 상기 범위 미만일 경우 성형품 제조 시 통수공 등의 제조를 위한 펀칭 등의 가공성이 저하되어 생산성이 좋지 못한 문제가 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 고속 성형 시 성형품이 끊어지는 등 연속 작업이 불가능해 생산성이 저하되고, 성형품 내에 지속적으로 작용할 수 있는 내압을 견디지 못해 성형품이 찢어지는 등 내구성이 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지의 밀도는 0.917 내지 0.921g/ml일 수 있고, 바람직하게는 0.918 내지 0.921g/ml일 수 있다. 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지의 밀도가 상기 범위 미만일 경우 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 압출 성형 시, 압출기의 부하 및 성형 온도가 상승하는 등 공정성에 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지의 중량평균분자량은 80,000 내지 120,000g/mol일 수 있으며, 바람직하게는 90,000 내지 110,000일 수 있다. 본 발명에서 요구하는 용융지수의 조절이 용이하다는 점에서, 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지의 중량평균분자량은 전술한 범위 내로 조절되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지는 당 업계에 공지된 다양한 촉매 하에 제조될 수 있으며, 예를 들면, 지글러-나타계 촉매하에 제조된 것일 수 있고, 일 예로 에틸렌과 탄소 원자수 4 이상의 α-올레핀으로 이루어진 공중합체일 수 있다. 상기 α- 올레핀의 탄소수는 이에 한정되는 것은 아니나 4 내지 20인 것이 바람직할 수 있고, 예를 들면, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 1-옥타데센, 1-에이코센 등을 들 수 있다.
상기 지글러-나타 촉매하에 제조되는 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지는 통상의 방법으로 제조될 수 있는데, 예를 들면 지글러-나타 촉매 하에 에틸렌과 탄소 원자수 4 내지 20의 α-올레핀의 공중합을 기상법으로 수행할 수 있으며, 솔루션법, 슬러리법 등을 사용하여 제조할 수도 있다. 이 때, 상기 지글러-나타 촉매에 대한 구체적인 내용은 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지에 기재된 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
첨가제
또한 본 발명의 폴리에틸렌 수지 조성물은 본 발명의 효과를 현저하게 억제하지 않는 범위에서 1종류 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면 중화제, 가공 안정제, 자외선 흡수제, 조핵제, 투명화 핵제, 대전 방지제, 안티블록킹제, 슬립제, 내후제, 광안정제, 윤활제, 가공조제, 금속 비누, 착색제(카본 블랙, 산화티탄 등의 안료), 발포제, 항균제, 가소제, 난연제, 가교제, 가교조제, 고휘도화제 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 폴리에틸렌 수지 조성물은 성형품 제조를 위한 압출 성형 시, 선속이 130m/min을 초과하는 등 가공성 및 생산성이 우수한 이점이 있다. 이 때, 상기 선속이란 생산속도를 의미하는 것으로, 성형기에서 시간당 생산 가능한 성형품의 길이를 의미한다.
성형품
본 발명의 다른 양태는 전술한 폴리에틸렌 수지 조성물을 포함하는 성형품이다. 이와 같이, 본 발명의 성형품이 전술한 폴리에틸렌 수지 조성물을 포함하는 경우, 내압에 견딜 수 있는 내구성이 우수하고, 펀칭 공정 등 고속 성형 및 연속적인 생산 등의 생산성 및 가공특성이 우수한 이점이 있다.
전술한 폴리에틸렌 수지 조성물을 이용하여 각종 성형 방법에 의해 성형품을 제조할 수 있고 성형품의 형상이나 사이즈 등은 적절히 결정할 수 있는 것으로 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
상기 성형품의 제조 방법으로서는 예를 들면 통상 공업적으로 이용되고 있는 사출 성형법, 프레스 성형법, 진공 성형법, 발포 성형법, 압출 성형법 등을 들 수 있고, 또한 목적에 따라, 본 발명의 폴리에틸렌 수지 조성물을 그와 동종 혹은 이종의 폴리에틸렌 수지나 다른 수지와 첩합하는 성형 방법, 공압출 성형하는 방법 등도 들 수 있으며, 바람직하게는 압축 성형을 통해 제조될 수 있다.
성형품의 용도로서는 예를 들면 자동차 재료, 가전 재료, 건재, 점적 호스 등을 들 수 있다.
자동차용 재료로서는 예를 들면 도어 트림, 필러, 계기판, 콘솔, 로커 패널, 암레스트, 도어 패널, 스페어 타이어 커버 등의 내장 부품 등 및 범퍼, 스포일러, 펜더, 사이드 스텝 등의 외장 부품, 기타 에어 인테이크 덕트, 냉각제 리저브 탱크, 윙 라이너, 시로코 팬, 에어컨 케이스, 팬 슈라우드, 언더 디플렉터 등의 부품, 또한 프론트 엔드 패널 등의 일체 성형 부품 등을 들 수 있다.
또한 가전 재료로서는 예를 들면 세탁기용 재료, 건조기용 재료, 청소기용 재료, 밥솥용 재료, 포트용 재료, 보온기용 재료, 식기 세척기용 재료, 공기 청정기용 재료, 에어컨용 재료, 조명 기구용 재료 등을 들 수 있다. 또한 건재로서는 옥내의 바닥부재, 벽부재, 창틀 부재 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 전술한 성형품은 점적 호스일 수 있다.
점적 호스는 농작물의 뿌리에 근접하게 물을 직접 공급하는 장치로, 농작물 전체에 물을 일정하게 공급하기 위한 통수공을 뚫는 펀칭공정을 거쳐 제조된다. 점적 호스 내부에 지속적으로 공급되는 물로 인한 수압에 견딜 수 있는 우수한 내구성을 요구하며, 상기 펀칭 공정이 수월하여 고속 성형 및 연속적인 생산 등의 생산성 및 가공성이 우수해야 한다는 점에서 본 발명의 폴리에틸렌 수지 조성물이 바람직하게 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 성형품은 2Bar 이상의 압력이 30분 이상 동안 지속되는 환경에서도 파열이 되지 않는 등 우수한 내구성을 보일 수 있으며, 구체적으로는 2Bar 이상의 압력이 30분 동안 지속되는 환경에서도 파열이 되지 않을 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당 업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다. 이하의 실시예 및 비교예에서 함량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 중량 기준이다.
합성예 1: 고밀도 폴리에틸렌( HDPE )의 합성
두 개 이상의 연속 교반 탱크 반응기(CSTR)에서, 지글러-나타 촉매 시스템의 존재 하에 폴리에틸렌을 제조하는 종래의 공지된 방법을 사용하여 고밀도 폴리에틸렌을 합성하였다.
구체적으로, 지글러-나타 촉매 및 수소의 존재 하에, 에틸렌으로부터의 제1폴리에틸렌 생성물을 제1반응기에서 중합하고, 상기 중합된 제1폴리에틸렌 생성물을 제1반응기와 직렬로 연결된 제2반응기에 투입하고, 지글러-나타 촉매 및 수소의 존재 하에 중합하여 용융지수가 0.35g/10min, 밀도가 0.959g/ml인 고밀도 폴리에틸렌 수지를 제조하였다.
합성예 2: 선형 저밀도 폴리에틸렌( LLDPE )의 합성
가스 반응기에서 지글러-나타 촉매 시스템의 존재 하에 선형 저밀도 폴리에틸렌을 제조하는 종래의 공지된 방법을 사용하여 선형 저밀도 폴리에틸렌을 합성하였으며, 이 때 합성된 선형 저밀도 폴리에틸렌의 용융지수는 2.8g/10min이고, 밀도는 0.919g/mㅣ였다.
실시예 및 비교예 : 폴리에틸렌 수지 조성물의 제조
합성예 1에서 합성된 고밀도 폴리에틸렌 수지와 합성예 2에서 합성된 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지를 하기 표 1에 기재된 비율로 혼합하였다.
(단위: 중량%) HDPE LLDPE
실시예 1 90 10
실시예 2 80 20
실시예 3 70 30
비교예 1 100 0
비교예 2 60 40
비교예 3 50 50
제조예 : 성형품( 점적호스 )의 제조
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 폴리에틸렌 수지 조성물을 압출기, 진공 수조, 냉각 수조, 펀칭, 인취기로 구성된 종래의 제조 공정을 사용하여 성형품(점적 호스)을 제조하였다.
구체적으로, 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 폴리에틸렌 수지 조성물을 성형온도 180 내지 220℃에서 단축 압출기를 이용하여 용융시킨 후, O형 다이를 통과 시켜 점적 호스를 제조했으며, 상기 O형 다이를 통과할 때 이미터를 튜브 안쪽에 부착시킴으로써 점적 호스를 제조하였다. 이 때 토출된 점적 호스는 진공 수조에서 직경을 일정하게 조절하였으며, 냉각 수조에서 40℃ 이하로 냉각하였다. 그 후, 펀칭기를 이용해 이미터가 부착된 부분에 일정한 간격으로 구멍을 뚫어 점적 호스를 제조하였다.
실험예 1. 인장강도 측정
상기 제조예에서 제조된 점적 호스를 15cm 길이로 자른 후, Instron 장비를 이용하여 50mm/min 조건 하에서 인장강도를 측정하여, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
실험예 2. 신율 ( % ) 측정
상기 제조예에서 제조된 점적 호스를 15cm 길이로 자른 후, Instron 장비를 이용하여 50mm/min 조건 하에서 신율(%)을 측정하여, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
실험예 3. 열이력 측정
상기 제조예에서 제조된 각각의 점적 호스를 DSC (Differential Scanning Calorimetry)를 이용하여 10℃/min으로 200℃까지 승온 후 급냉하고, 다시 10℃/min으로 200℃까지 승온시키면서 Tm 과 △HTm을 관찰하고, 10℃/min으로 상온까지 냉각시키면서 Tc, △HTc를 관찰하여, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
실험예 4. 선속 측정
상기 제조예에서 인취기에 부착된 속도 측정장비를 이용하여 선속을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
실험예 5. 펀칭 정도 실험
상기 제조예에서 펀칭 공정 이후, 펀칭이 완료된 점적 호스의 펀칭정도를 육안으로 확인하여 그 결과를 하기 표 2에 기재하였으며, 그 평가 기준은 하기와 같다.
<평가 기준>
◎: 펀칭 모양이 100% 재현된 경우
○: 펀칭 모양이 100% 재현되었지만 펀칭 주위가 매끄럽지 않는 경우
△: 펀칭 모양이 95% 이상 재현된 경우
×: 사용 불가능한 경우
실험예 6. 내압 측정
상기 제조예에서 제조된 점적호스를 각각 최소 1m 이상으로 자른 후, 밸브에 연결하고, 수압을 변경해가면서 30분 동안 흘려보냈을 때, 점적호스가 신장되거나 파괴되는 압력을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
인장강도(kg·f/cm2) 신율(%) 열이력 선속
(m/min)		 펀칭 내압
(Bar)
승온 시 냉각 시
Tm △HTm Tc △HTc
실시예 1 296 167 130.0 198.3 118.4 200.3 140 ○ ≥3
실시예 2 299 167 129.7 191.1 118.0 196.1 150 ○ ≥3
실시예 3 292 161 129.2 182.7 117.8 190.4 160 ◎ ≥2
비교예 1 302 169 130.4 205.0 118.4 204.7 120 △ ≥3
비교예 2 288 156 128.6 171.5 117.3 167.6 130 ○ ≥2
비교예 3 274 155 127.8 155.3 116.7 155.0 100 ○ ≥1
상기 표 2를 참고하면, 본 발명의 폴리에틸렌 수지 조성물로 제조된 성형품의 경우(실시예 1 내지 3) 본 발명의 조건을 만족하지 못하는 폴리에틸렌 수지 조성물로 제조된 비교예 1 내지 3보다 선속이 우수함은 물론 2Bar이상의 내압에서도 파열되지 않고 견디는 우수한 내구성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 펀칭 공정이 수월하게 진행되어 가공성 및 생산성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

Claims (5)

  1. 용융 지수(ASTM D1238, 190℃, 하중 2.16kg)가 0.3 내지 0.4g/10min인 고밀도 폴리에틸렌 수지 70 내지 90중량%; 및
    용융 지수(ASTM D1238, 190℃, 하중 2.16kg)가 2.5 내지 3.1g/10min인 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지 10 내지 30중량%; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고밀도 폴리에틸렌 수지의 밀도는 0.956 내지 0.961g/ml이고, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지의 밀도는 0.917 내지 0.921g/ml인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 수지 조성물은 압출 성형 시 선속이 130m/min을 초과하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 수지 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 폴리에틸렌 수지 조성물로 제조되는 점적 호스인 것을 특징으로 하는 성형품.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 성형품은 2Bar이상의 내압이 30분 동안 지속되는 환경에서도 파열되지 않는 것을 특징으로 하는 성형품.
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