KR20210029012A - 기계적 물성 및 연질성이 우수한 인조잔디용 수지 조성물 - Google Patents

기계적 물성 및 연질성이 우수한 인조잔디용 수지 조성물 Download PDF

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KR20210029012A
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Abstract

본 발명에 따른 인조잔디용 수지 조성물은 인조잔디용 수지 조성물 전체 중량에 대하여, 메탈로센 촉매하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 70 내지 97 중량%; 및 에틸렌 유래의 반복단위를 15 내지 20 중량%로 포함하는 폴리프로필렌계 엘라스토머 3 내지 12 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기계적 물성 및 연질성이 우수한 인조잔디용 수지 조성물{RESIN COMPOSITION FOR ARTIFICIAL TURF HAVING EXCELLENT MECHANICAL PROPERTIES AND SOFTNESS}
본 발명은 기계적 물성 및 연질성이 우수한 인조잔디용 수지 조성물에 관한 것이다.
폴리에틸렌은 에틸렌의 중합으로 생성된 고결정성 고분자로서, 양호한 열성형성을 가지면서 우수한 물리적 특성 및 화학적 성질을 가지고 있어서 범용 플라스틱으로 널리 알려져 있다. 폴리에틸렌은 크게 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)으로 분류된다. 사용용도의 경우 식품용, 의학용, 저장용기, 포장재, 가정제품, 산업용품 등 다방면으로 사용되고 있다. 특히, 폴리에틸렌은 수지 자체에 독성이 없고 표면 감촉이 부드러운 특성이 있어 인조잔디용 제품으로 사용되고 있는 재료 중 하나이다.
종래의 인조잔디 제품은 뻣뻣한 특성이 있어 연질성에 대한 개선 요구가 증가되고 있으며, 특히 원료적 차원에서 부드러운 특성 및 기계적 강도를 충족시킨 제품에 대한 개발 요구가 증가되고 있다.
대한민국 공개특허 제2019-0025629호는 잔디-고정성이 개선된 인조 잔디에 관한 것으로서, 연신 필라멘트로서, 적어도 하나의 관능화 중합체로서, 상기 관능화 중합체는 프로필렌계 플라스토머 또는 엘라스토머에 그라프트된 하나 이상의 관능기를 갖는 프로필렌계 플라스토머 또는 엘라스토머이고, 상기 하나 이상의 관능기는 아민기 및 이미드기로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 적어도 하나의 관능화 중합체는 100℃ 내지 130℃의 시차 주사 열량계 (DSC) 융점을 가지는 상기 관능화 중합체; 및　비-관능화 폴리올레핀; 을 포함하는 블렌드로부터 형성되고, 상기 연신 필라멘트가 연신비 5로 연신될 때, 연신 필라멘트는 0.90 cN/dtex보다 큰 인성을 가지는, 연신 필라멘트에 관한 내용을 개시하고 있다.
또한, 일본 공개특허 제1996-218222호는 인공잔디용 파일사에 관한 것으로서, 프로필렌과 프로필렌 이외의α-올레핀과의 랜덤 공중합체를 기재로 하는 것을 특징으로 하는 인공잔디용 파일사에 관한 내용을 개시하고 있다.
이와 같이, 인조잔디용으로 사용되는 제품은 방사성과 같은 가공안정성을 이유로 혼화성이 좋은 단일 소재 제품으로 주로 사용되어 왔지만, 최근에는 종래 문헌들과 같이 HDPE와 LLDPE를 혼화하거나, 저분자량 소재와 고분자량 소재를 혼화하여 방사하는 기술, 첨가제를 투입하는 기술들이 개발되어 오고 있다. 그러나, 방사성에 대한 결함과 수지 구성의 적절한 조화를 찾는 것이 어려워 상용화가 어려운 실정이고, 특히 기계적 물성과 부드러운 특성을 모두 만족하기에는 다소 어려운 실정이다.
그러므로, 기계적 물성을 만족하면서 동시에 부드러운 특성이 우수한 인조잔디용 수지 조성물의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제2019-0025629호(2019.03.11.) 일본 공개특허 제1996-218222호(1996.08.27.)
본 발명은 기계적 물성이 우수하면서도 부드러운 특성이 우수한 인조잔디용 수지 조성물 및 인조잔디를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 인조잔디용 수지 조성물 전체 중량에 대하여, 메탈로센 촉매하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 70 내지 97 중량%; 및 에틸렌 유래의 반복단위를 15 내지 20 중량%로 포함하는 폴리프로필렌계 엘라스토머 3 내지 12 중량%;를 포함하는 인조잔디용 수지 조성물을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 전술한 인조잔디용 수지 조성물을 포함하는 인조잔디를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 인조잔디용 수지 조성물은 특정 폴리올레핀 수지를 적절한 비율로 혼합한 것으로써 기계적 물성과 부드러운 특성이 우수한 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 인조잔디는 기계적 강도가 우수하면서도 연질성이 우수한 이점이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
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.
<인조잔디용 수지 조성물>
본 발명의 일 실시상태는, 인조잔디용 수지 조성물 전체 중량에 대하여, 메탈로센 촉매하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 70 내지 97 중량%; 및 에틸렌 유래의 반복단위를 15 내지 20 중량%로 포함하는 폴리프로필렌계 엘라스토머 3 내지 12 중량%;를 포함하는 인조잔디용 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 인조잔디용 수지 조성물은 기계적 물성과 연질성(softeness)이 모두 우수한 이점이 있다.
선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체
본 발명에 따른 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체는 전체 인조잔디용 수지 조성물 100 중량%에 대하여 70 내지 97 중량%로 포함되며, 메탈로센 촉매하에서 제조된 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체는 70 중량% 내지 95 중량%; 더욱 구체적으로 70 중량% 내지 90 중량%로 포함될 수 있다.
상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체가 상기 범위 내로 포함되는 경우 높은 인열 강도 및 낙하충격 강도를 가지기 때문에 바람직하다.
상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체는 메탈로센 촉매를 사용하고, 에틸렌 단독 중합, 에틸렌과 프로필렌, 부텐-1, 헥센-1, 옥텐-1 등의 알파-올레핀과의 공중합에 의해 얻을 수 있다. 중합 방법은 특별히 한정하지 않으며, 기상법, 솔루션법 또는 슬러리법 등 어느 방법을 사용해서도 제조할 수 있다.
상기 메탈로센 촉매는 하기 화학식 1로 표시되는 전이금속 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
(화학식 1에서,
M은 4족 전이금속이고;
Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 할로겐, (C1-C20)알킬, (C2-C20)알케닐, (C2-C20)알키닐, (C6-C20)아릴, (C1-C20)알킬, (C6-C20)아릴, (C6-C20)아릴(C1-C20)알킬, (C1-C20)알킬아미도, (C6-C20)아릴아미도 또는 (C1-C20)알킬리덴이고;
R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C2-C20)알케닐; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬(C6-C20)아릴; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C6-C20)아릴(C1-C20)알킬; 또는 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)실릴이고;
R1, R2, R3 및 R4 중 2개 이상은 서로 연결되어 지방족 고리 또는 방향족 고리를 형성할 수 있고;
R5, R6, R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C2-C20)알케닐; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬(C6-C20)아릴이고;
R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15 및 R16은 각각 독립적으로 수소; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C2-C20)알케닐; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)알킬(C6-C20)아릴; 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C6-C20)아릴(C1-C20)알킬; 또는 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)실릴이고;
R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15 및 R16 중 2개 이상은 서로 연결되어 지방족 고리 또는 방향족 고리를 형성할 수 있다).
본 발명에 기재된 용어 「알킬」은 탄소 및 수소 원자만으로 구성된 1가의 직쇄 또는 분쇄 포화 탄화수소 라디칼을 의미하는 것으로, 이러한 알킬 라디칼의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, t-부틸, 펜틸, 헥실, 옥틸, 도데실 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
또한 본 발명에 기재된 용어 「사이클로알킬」은 하나의 고리로 구성된 1가의 지환족 알킬 라디칼을 의미하는 것으로, 사이클로알킬의 예는 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 사이클로헵틸, 사이클로옥틸, 사이클로노닐, 사이클로데실 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
또한 본 발명에 기재된 용어 「알케닐」은 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 함유하는 직쇄 또는 분지쇄의 탄화수소 라디칼을 의미하는 것으로, 에테닐, 프로페닐, 부테닐, 펜테닐 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
또한 본 발명에 기재된 용어 「아릴」은 하나의 수소 제거에 의해서 방향족 탄화수소로부터 유도된 유기 라디칼로, 단일 또는 융합고리계를 포함한다. 구체적인 예로 페닐, 나프틸, 비페닐, 안트릴, 플루오레닐, 페난트릴, 트라이페닐레닐, 피렌일, 페릴렌일, 크라이세닐, 나프타세닐, 플루오란텐일 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
또한 본 발명에 기재된 용어 「알콕시」는 -O-알킬 라디칼을 의미하는 것으로, 여기서 '알킬'은 상기 정의한 바와 같다. 이러한 알콕시 라디칼의 예는 메톡시, 에톡시, 이소프로폭시, 부톡시, 이소부톡시, t-부톡시 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
또한 본 발명에 기재된 용어 「할로겐」은 불소, 염소, 브롬 또는 요오드 원자를 의미한다.
상기 전이금속 화합물은 화학식 1로 표시되는 것과 같이, 실리콘 또는 알케닐렌의 브릿지그룹에 의해 서로 연결된 시클로펜타디엔 유도체 리간드와 4번 위치에 반드시 아릴이 치환된 인데닐 유도체 리간드를 포함하는 안사-메탈로센(ansa-metallocene)구조를 갖는다.
이와 같이, 상기 전이금속 화합물은 4번 위치에 아릴이 치환된 인덴 유도체 리간드를 가지고 있어 인덴의 4번 위치에 아릴기 치환되지 않은 리간드를 갖는 전이금속 화합물에 비해 보다 우수한 촉매 활성 및 공중합성을 가진다.
여기서, 상기 전이금속 화합물은 화학식 1 구조에서 R1, R2, R3 및 R4 중 적어도 1개 이상, 바람직하게는 2개 이상은 수소일 수 있고, 나머지는 서로 독립적으로 (C1-C20)알킬, (C2-C20)알케닐, (C6-C20)아릴 또는 아세탈, 케탈 또는 에테르기를 포함 또는 포함하지 않는 (C1-C20)실릴로 치환될 수 있고; 상기 R1, R2, R3 및 R4 중 2개 이상은 서로 연결되어 지방족 고리 또는 방향족 고리를 형성할 수 있는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 R1, R2, R3 및 R4 중 적어도 1개 이상, 바람직하게는 2개 이상은 수소이고, 나머지는 서로 독립적으로 (C1-C20)알킬로 치환된 것일 경우 특히, 프로필렌 또는 에틸렌을 단량체로 하는 올레핀 중합 시 활성이 우수하고 고분자량의 폴리올레핀 생산이 가능하다.
또한, 상기 메탈로센 촉매는 상기 전이금속 화합물 중의 리간드를 추출하여 중심 금속을 양이온화 시키면서 약한 결합력을 가진 반대이온, 즉 음이온으로 작용할 수 있는 하기 화학식 2로 표시되는 단위를 포함하는 화합물, 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 4로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 함유하는 조촉매 화합물을 더 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
(화학식 2에서,
Al은 알루미늄이고,
O는 산소이며,
Ra는 할로겐기; 또는 할로겐기로 치환 또는 비치환된 (C1-C20)하이드로카르빌기이고,
n은 2 이상의 정수이다.)
[화학식 3]
Figure pat00003
(화학식 3에서,
Q는 알루미늄 또는 보론이고;
Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기; 또는 할로겐기로 치환 또는 비치환된 (C1-C20)하이드로카르빌기이다)
[화학식 4]
Figure pat00004
(화학식 4에서,
[W]+는 양이온성 루이스 산; 또는 수소 원자가 결합한 양이온성 루이스 산이고,
Z는 13족 원소이고,
Rc는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 할로겐기, (C1-C20)하이드로카르빌기, 알콕시기 및 페녹시기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환된 (C6-C20)아릴기; 또는 할로겐기, (C1-C20)하이드로카르빌기, 알콕시기 및 페녹시기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환된 (C1-C20) 알킬기이다).
상기 조촉매 화합물은 상기 화학식 1로 표시되는 전이금속 화합물과 함께 촉매 조성물에 포함되어 상기 전이금속 화합물을 활성화시키는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 전이금속 화합물이 올레핀 중합에 사용되는 활성 촉매 성분이 되기 위하여, 전이금속 화합물 중의 리간드(Q1Q2)를 추출하여 중심금속(M)을 양이온화 시키면서 약한 결합력을 가진 반대이온, 즉 음이온으로 작용할 수 있는 상기 화학식 2로 표시되는 단위를 포함하는 화합물, 화학식 3으로 표시되는 화합물 및 화학식 4 표시되는 화합물이 조촉매로서 함께 작용한다.
화학식 2로 표시되는 단위를 포함하는 화합물은 특별히 한정되지 않으며, 알킬알루미녹산인 것이 바람직하다. 비제한적인 예로, 메틸알루미녹산, 에틸알루미녹산, 이소부틸알루미녹산, 부틸알루미녹산 등이 있다. 상기 전이금속 화합물의 활성을 고려할 때 메틸알루미녹산이 바람직하게 사용될 수 있다.
또한 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 알킬 금속 화합물로서 특별히 한정되지 않으며, 이의 비제한적인 예로는 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리프로필알루미늄, 트리부틸알루미늄, 디메틸클로로알루미늄, 트리이소프로필알루미늄, 트리-s-부틸알루미늄, 트리사이클로펜틸알루미늄, 트리펜틸알루미늄, 트리이소펜틸알루미늄, 트리헥실알루미늄, 트리옥틸알루미늄, 에틸디메틸알루미늄, 메틸디에틸알루미늄, 트리페닐알루미늄, 트리-p-톨릴알루미늄, 디메틸알루미늄메톡시드, 디메틸알루미늄에톡시드, 트리메틸보론, 트리에틸보론, 트리이소부틸보론, 트리프로필보론, 트리부틸보론 등이 있다. 상기 전이금속 화합물의 활성을 고려할 때, 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄 및 트리이소부틸알루미늄로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 바람직하게 사용될 수 있다.
화학식 4로 표시되는 화합물은 상기 전이금속 화합물의 활성을 고려할 때, 상기 [W]+가 수소 원자가 결합한 중성인 경우, 디메틸아닐리늄 양이온이고, [W]+가 중성 또는 양이온성 루이스 산인 경우, [(C6H5)3C]+이고, 상기 [Z(Rc)4]-는 [B(C6F5)4]-인 것이 바람직하게 사용될 수 있다.
화학식 4로 표시되는 화합물은 특별히 한정되지 않으나, [W]+가 수소 원자가 결합한 양이온성 루이스산인 경우의 비제한적인 예로는 트리에틸암모니움테트라페닐보레이트, 트리부틸암모니움테트라페닐보레이트, 트리메틸암모니움테트라페닐보레이트, 트리프로필암모니움테트라페닐보레이트, 트리메틸암모니움테트라(p-톨릴)보레이트, 트리프로필암모니움테트라(p-톨릴)보레이트, 트리메틸암모니움테트라(o,p-디메틸페닐)보레이트, 트리에틸암모니움테트라(o,p-디메틸페닐)보레이트, 트리부틸암모니움테트라(p-트리플루오로메틸페닐)보레이트, 트리메틸암모니움테트라(p-트리플루오로메틸페닐)보레이트, 트리부틸암모니움테트라펜타플루오로페닐보레이트, N,N-디에틸아밀리디움테트라페틸보레이트, N,N-디에틸아닐리디움테트라페닐보레이트, N,N-디에틸아닐리니움테트라펜타플루오로페닐보레이트, 디에틸암모니움테트라펜타플루오로페닐보레이트, 트리페닐포스포늄테트라페닐보레이트, 트리메틸포스포늄테트라페닐보레이트, 트리페닐카보니움테트라(p-트리풀로로메틸페닐)보레이트, 트리페닐카보니움테트라펜타플루오로페닐보레이트, 디메틸아닐리늄테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 등이 있고, [W]+가 양이온성 루이스 산인 경우의 비제한적인 예로는 트리페닐카보니움테트라페닐보레이트, 트리페닐카보니움테트라(p-톨릴)보레이트, 트리페닐카보니움테트라(o,p-디메틸페닐)보레이트, 트리페닐카보니움테트라(p-트리플루오로메틸페닐)보레이트, 트리페닐카보니움테트라펜타플루오로페닐보레이트, 트리페닐카보니움테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트 등이 있다.
본 발명에 따른 인조잔디용 수지 조성물은 메탈로센 촉매하에서 제조된 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함하기 때문에 지글러-나타 촉매를 이용하여 제조한 선형 저밀도 폴리에틸렌에 비하여 분자량이 균일하여 인장강도, 낙하 충격강도 등이 우수한 이점이 있다.
상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체는 용융지수(ASTM D 1238, 온도 190℃, 하중 2.16kg)가 0.01 내지 3g/10min일 수 있다. 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체의 용융지수가 상기 범위 내인 경우 상대적으로 높은 용융지수를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 대비 기계적 물성(인장강도) 및 혼화성이 우수한 이점이 있으므로 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체는 용융지수(ASTM D 1238, 온도 190℃, 하중 2.16kg)가 0.3 내지 3g/10min에서 밀도가 0.917 내지 0.923g/cm3일 수 있다.
구체적으로 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체는 밀도가 0.918 내지 0.921 g/cm3일 수 있으며, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체의 밀도가 상기 범위를 만족하는 경우, 후술할 폴리프로필렌계 엘라스토머와의 혼화성이 우수하고, 인열강도, 충격강도가 우수하며, 낮은 밀도로 인한 연질 특성의 부여가 가능하여 부드러운 특성이 우수한 이점이 있어 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 인조잔디용 수지 조성물은 지글러-나타 촉매하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체를 더 포함할 수 있다.
상기　지글러-나타 촉매하에 제조된　선형　저밀도　폴리에틸렌　수지는 에틸렌과 탄소 원자수 4 이상의 α-올레핀으로 이루어진 공중합체로서, 상기 α-올레핀은 상기 공중합체에 대하여 1~7몰% 포함된 것이 바람직하고, 1.5~5몰% 포함된 것이 더욱 바람직하다.
상기 α-올레핀으로 탄소 원자수 4 내지 20인 것이 바람직하며, 예컨대 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 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기　지글러-나타 촉매하에 제조된　선형　저밀도　폴리에틸렌　수지는 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 프로필렌계 엘라스토머 전체 중량의 10 내지 30 중량%, 구체적으로 15 내지 25 중량%로 포함될 수 있다. 상기 함량 범위를 만족하는 경우 기계적 물성을 저하시키지 않으면서, 하면서도 가공안정성 및 공정성이 우수하기 때문에 바람직하다.
또한 지글러-나타 촉매하에 제조된　밀도가 0.915 내지 0.930g/㎤인　선형　저밀도　폴리에틸렌　수지를 사용할 경우 강도 및 연질성이 우수한 인조잔디를 제공할 수 있어 바람직하다. 이때, 밀도 0.918~0.925g/㎤인　지글러-나타 촉매하에 제조된　선형　저밀도　폴리에틸렌　수지를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한 지글러-나타 촉매하에 제조된　용융지수(190℃, 2.16㎏)가 0.2 내지 2g/10min인　선형　저밀도　폴리에틸렌　수지를 사용할 경우 공정성이 더욱 우수하다. 이때, 지글러-나타 촉매하에 제조된　용융지수 0.5 내지 1.2g/10min인　선형　저밀도　폴리에틸렌　수지를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 수지 조성물에 사용되는　지글러-나타 촉매하에 제조된　선형　저밀도　폴리에틸렌　수지는 통상의 방법으로 제조할 수 있다. 예컨대　지글러-나타 촉매하에 에틸렌과 탄소 원자수 4~20의 α-올레핀의 공중합을 기상법으로 수행할 수 있으며, 솔루션법, 슬러리법 등을 사용하여 제조할 수 있다.
폴리프로필렌계 엘라스토머
본 발명에 따른 인조잔디용 수지 조성물은 에틸렌 유래의 반복단위를 15 내지 20 중량%로 포함하는 폴리프로필렌계 엘라스토머 3 내지 12 중량%를 포함한다.
본 발명에서 상기 폴리프로필렌계 엘라스토머는 프로필렌-에틸렌 코폴리머의 엘라스토머를 일컬을 수 있으며, 구체적으로 에틸렌 유래의 반복단위가 전체 엘라스토머 100 중량%에 대하여 15 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 15 중량% 내지 18 중량%일 수 있다.
에틸렌 유래의 반복단위가 상기 범위 내로 포함되는 경우 인장 강도, 낙하 충격 강도, 연질 특성 등이 우수하고, 폴리에틸렌과의 혼련성이 우수하기 때문에 바람직하다.
본 발명에 따른 인조잔디용 수지 조성물은 폴리프로필렌계 엘라스토머를 포함하기 때문에 폴리에틸렌계 엘라스토머 투입 대비 인장강도, 낙하 충격 강도, 인열 강도와 같은 기계적 강도가 우수할 뿐만 아니라 부드러운 특성이 우수한 이점이 있다.
이론에 의해 제한되는 것을 바라지는 않으나, 본 발명에 따른 인조잔디용 수지 조성물은 폴리프로필렌계 엘라스토머를 포함하기 때문에 항복점이 낮아지고, 압출시 인조잔디용 수지 조성물의 구정의 크기가 작아 낮은 수축률을 가지는 이점이 있다.
또한 폴리프로필렌계 엘라스토머는 폴리에틸렌계 엘라스토머와 같은 종래에 사용되던 엘라스토머와 비교하였을 때 낮은 밀도로 인하여 상대적으로 소프트한 특성이 우수해질 수 있으며, 이론에 의해 제한되는 것을 바라지는 않으나, 폴리프로필렌계 엘라스토머의 경우 폴리에틸렌계 엘라스토머 대비 곁가지(side chain)가 길지 않아 블렌드 시 균일한 특성으로 분산 및 혼련성이 우수한 이점이 있다.
상기 폴리프로필렌계 엘라스토머는 프로필렌, 에틸렌 외에도 C4-C12　α-올레핀으로부터 선택된 하나 이상의 공단량체를 더 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 공단량체 단위는 부텐, 펜텐, 헥센, 4-메틸-1-펜텐, 옥텐, 또는 데센으로부터 유도될 수 있으나, 역시 이에 한정되지는 않는다.
상기 폴리프로필렌계 엘라스토머는 밀도가 0.850 내지 0.910g/cm3일 수 있으며, 바람직하게는 0.850 내지 0.880g/cm3, 더욱 바람직하게는 0.860 내지 0.870g/cm3일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 다만, 상기 폴리프로필렌계 엘라스토머의 밀도가 상기 범위 내인 경우 유연성과 신율이 우수한 이점이 있으므로 상기 범위를 만족하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 폴리프로필렌계 엘라스토머는 구체적으로 상기 인조잔디용 수지 조성물 전체 100 중량%에 대하여 3 내지 10 중량%일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 폴리프로필렌계 엘라스토머는 상기 인조잔디용 수지 조성물 전체 중량에 대하여 5 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 이 경우 수축률이 우수하고, 혼화성이 우수하여 방사성이 우수하면서도 목적하는 효과가 우수한 이점이 있다.
첨가제
본 발명의 인조잔디용 수지 조성물은 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 당업계에서 통상적으로 사용되는 1 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 인조잔디용 수지 조성물은 중화제, 가공 안정제, 자외선 흡수제, 대전 방지제, 슬립제, 내후제, 광안정제, 윤활제, 가공조제, 금속 비누, 착색제(카본 블랙, 산화티탄 등의 안료), 항균제, 난연제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 인조잔디용 수지 조성물에 포함되는 상기 성분들의 혼합 및 압출은 당업계에 알려진 통상의 방법에 따라 수행될 수 있다.
예컨대, 1축 압출기, 2축 압출기, 밴 배리 믹서, 열 롤 등의 혼련기를 이용하는 방법 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
일례로, 상기 메탈로센 촉매하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체, 폴리프로필렌계 엘라스토머와 필요에 따라 첨가되는 지글러-나타 촉매하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체, 그 밖의 첨가제를 필요한 양으로 헨셀 믹서에 투입시키고, 헨셀 믹서를 300~700rpm 조건으로 0.5 내지 3분, 1,200 내지 1,800rpm 조건에서 0.1 내지 2분 동안 혼합하고 다시 300 내지 700rpm 조건으로 혼합하면서 샘플을 밖으로 토출하는 방법으로 총 2 내지 8분 동안 충분히 혼합한 후, 가공 온도는 160 내지 230℃, 바람직하게는 180 내지 220℃로 L/D가 25 이상인 단축 압출기, 다축 압출기, 니더 또는 벤버리 믹서 등을 이용하여 제조할 수 있다. 바람직하게는 압출기의 성형 온도가 160 내지 220℃이고 압출기의 성형 속도는 300 내지 500rpm인 가공 조건에서 L/D가 40인 40mm 이축 압출기와 사이드 피더를 이용하여 펠렛 형태의 수지 조성물을 제조할 수 있다.
본 발명에서 얻어지는 수지 조성물의 형상으로는 예를 들면 스트랜드상, 시트상, 평판상, 스트랜드를 적당한 길이로 재단한 펠렛상 등을 들 수 있다. 본 발명의 수지 조성물을 성형 가공에 적용하기 위해서는 얻어진 성형체의 생산 안전성의 관점에서 형상으로서 바람직하게는 길이가 1~50mm의 펠렛상일 수 있다.
본 발명에 따른 인조잔디용 조성물은 인장 강도, 낙하 충격 강도, 인열 강도가 우수하고, 수축률이 작으면서 부드러운 특성이 우수한 이점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 인조잔디용 조성물은 방사 공정을 통하여 우수한 기계적 물성 및 부드러운 특성을 가지는 인조잔디 제품에 효과적으로 사용할 수 있다.
<인조잔디>
본 발명의 다른 실시상태는 전술한 인조잔디용 수지 조성물을 포함하는 인조잔디에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 인조잔디를 제조하는 방법은 제한하지 않는다.
예컨대, 메탈로센 촉매하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 70 내지 97 중량%; 및 에틸렌 유래의 반복단위를 15 내지 20 중량%로 포함하는 폴리프로필렌계 엘라스토머 3 내지 12 중량%;를 포함하는 인조잔디용 수지 조성물을 방사하여 모노필라멘트를 얻음으로써 제조할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
구체적으로, 상기 인조잔디용 수지 조성물을 융점이상의 온도에서 용융시켜 방사구(spinneret)를 통하여 모노사의 다발(멀티필라멘트)로 압출하고, 이를 냉각 및 고화시켜 가늘고 긴 고체 상태의 섬유를 얻을 수 있는 기존의 용융방사장치 및 방법을 활용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
이때, 상기 방사구는 전술한 압출기의 말단에 연결되어 있는 압출 다이에 형성될 수 있으며, 별도의 방사 장비를 이용할 수도 있다. 방사단계에서의 압출 다이의 압력은 70 내지 140psi, 온도는 170 내지 230℃일 수 있다. 상기 압출다이의 압력 및 온도가 상기 범위에 포함될 경우 상기 인조잔디용 수지 조성물의 유동성을 충분하게 확보하여 공정효율을 향상시킬 수 있고, 과도한 가열에 따른 수지 성분의 산화를 방지할 수 있어 바람직하다.
상기 방사구로부터 방사되어져 나온 모노 필라멘트는 냉각 및 고화되는 단계를 거칠 수 있으며, 냉매로서 기체를 사용하는 기체 냉각방식이나, 냉매로서 액체를 사용하는 액체냉각방식 또는 이들의 조합이 적용될 수 있다. 이때 냉수조의 온도는 30 내지 50℃ 일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
방사된 모노필라멘트는 연신하는 단계를 거칠 수 있다. 상기 연신은 예컨대 1.1 내지 5의 연신비, 바람직하게는 1.1 내지 3의 연신비, 더욱 바람직하게는 1.1 내지 2.5의 연신비로 이루어질 수 있으며, 이 경우 연질성이 우수하면서도 충격강도, 인장강도 등이 우수해지는 이점이 있어 바람직하다.
상기 연신된 모노필라멘트는 10 내지 60℃, 바람직하게는 25 내지 45℃의 온도를 갖는 급냉 용액에서 급냉될 수도 있으나 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에 따른 인조잔디는, 메탈로센 촉매하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 70 내지 97 중량%; 및 에틸렌 유래의 반복단위를 15 내지 20 중량%로 포함하는 폴리프로필렌계 엘라스토머 3 내지 12 중량%;를 포함하는 인조잔디용 수지 조성물을 포함하기 때문에, 인장강도, 충격강도, 인열강도와 같은 기계적 물성이 우수하면서도 수축률이 작고, 연질성이 우수한 이점이 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지는 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 또한, 이하에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 중량 기준이다.
실시예 및 비교예
실시예 1
메탈로센 촉매 하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체(용융지수 1 g/10min, 밀도 0.918 g/㎤) 95 중량%와 에틸렌 함량 16 중량%인 폴리프로필렌계 엘라스토머(용융지수 1.4 g/10min, 밀도 0.862 g/㎤) 5 중량%로 이루어진 원료를 텀블 믹서에서 15분간 혼합한 후 200℃의 압출기로 압출하여 펠렛 상의 폴리에틸렌 수지 조성물(표 1 참조)을 얻었다.
얻어진 펠렛 상의 상기 수지 조성물을 방사 장비(아진기기사의 Monofilament)를 활용하여 연신비 2.5 배의 섬유를 성형하였고, 인장강도를 ASTM D3822 조건에 따라 측정하였다.
또한, 수축률은 생산한 원사를 90℃ 실리콘 베스에 20초간 모노필라멘트를 침지하여 1미터 당 수축된 길이를 측정하여 측정하였다.
방사된 원사의 부드러움(연질성, softness) 특성을 평가하였는데, 구체적으로 25명의 패널 평가를 통해 다음의 기준으로 등급을 부여하여 평가하였다.
5급: 20명 이상이 우수하다 판정시
4급: 16명 이상 19명 이하 우수하다 판정시
3급: 12명 이상 15명 이하 우수하다 판정시
2급: 8명 이상 11명 이하 우수하다는 판정시
1급: 7명 이하 우수하다는 평가 판정시
Dart impact 강도와 Elmendorf 인열 강도는 원사의 기계적 물성을 확인하기 위해 CPP 필름 제막기를 사용하여 35㎛의 필름으로 성형한 후 ASTM D1709 와 ASTM D1922 조건에 따라 측정하였다.
상기 방법으로 측정한 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예 2
메탈로센 촉매 하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 90 중량%와, 폴리프로필렌계 엘라스토머 10 중량%로 이루어진 원료를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 수지 조성물(표 1 참조)을 얻었다.
상기에서 얻은 펠렛 상의 수지 조성물을 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예 3
메탈로센 촉매 하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 70 중량%와, 지글러-나타 촉매 하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 25 중량%와, 폴리프로필렌계 엘라스토머 5 중량%로 이루어진 원료를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 수지 조성물(표 1 참조)을 얻었다.
상기에서 얻은 펠렛 상의 수지 조성물을 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
비교예 1
지글러-나타 촉매 하에서 중합된 선형 고밀도 에틸렌 중합체(용융지수 1 g/10min, 밀도 0.954 g/㎤) 15 중량%와, 지글러-나타 촉매 하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체(용융지수 1.1 g/10min, 밀도 0.921 g/㎤) 85 중량%로 이루어진 원료를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 펠렛 상의 폴리에틸렌 수지 조성물(표 1 참조)을 얻었다.
상기에서 얻은 펠렛 상의 수지 조성물을 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
비교예 2
지글러-나타 촉매 하에서 제조된 선형 고밀도 에틸렌 중합체(용융지수 1 g/10min, 밀도 0.954 g/㎤) 15 중량%와, 지글러-나타 촉매 하에서 제조된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 75 중량%와, 폴리에틸렌계 엘라스토머(용융지수 1.1 g/10min, 밀도 0.870 g/㎤) 10 중량%로 이루어진 원료를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 수지 조성물(표 1 참조)을 얻었다.
상기에서 얻은 펠렛 상의 수지 조성물을 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
비교예 3
메탈로센 촉매 하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 25 중량%와, 지글러-나타 촉매 하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 70 중량%와, 폴리프로필렌계 엘라스토머 5 중량%로 이루어진 원료를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 수지 조성물(표 1 참조)을 얻었다.
상기에서 얻은 펠렛 상의 수지 조성물을 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
비교예 4
메탈로센 촉매 하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 15 중량%와, 지글러-나타 촉매 하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 75 중량%와, 폴리에틸렌계 엘라스토머 10 중량%로 이루어진 원료를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 수지 조성물(표 1 참조)을 얻었다.
상기에서 얻은 펠렛 상의 수지 조성물을 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
비교예 5
메탈로센 촉매 하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 95 중량%와 폴리에틸렌계 엘라스토머 5 중량%로 이루어진 원료를 혼합하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 수지 조성물(표 1 참조)을 얻었다.
상기에서 얻은 펠렛 상의 수지 조성물을 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
비교예 6
메탈로센 촉매 하에서 제조된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 90 중량%와 폴리에틸렌계 엘라스토머 10 중량%로 이루어진 원료를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 수지 조성물(표 1 참조)을 얻었다.
상기에서 얻은 펠렛 상의 수지 조성물을 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
비교예 7
메탈로센 촉매 하에서 제조된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체) 85 중량%와, 에틸렌 함량 16 중량%인 폴리프로필렌계 엘라스토머(용융지수 1.4 g/10min, 밀도 0.862 g/㎤) 15 중량%로 이루어진 원료를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 수지 조성물(표 1 참조)을 얻었다.
상기에서 얻은 펠렛 상의 수지 조성물을 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
비교예 8
메탈로센 촉매 하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 95 중량%와, 에틸렌 함량 11 중량%인, 폴리프로필렌계 엘라스토머(용융지수 2 g/10min, 밀도 0.873 g/㎤) 5 중량%로 이루어진 원료를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 수지 조성물(표 1 참조)을 얻었다.
상기에서 얻은 펠렛 상의 수지 조성물을 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
비교예 9
메탈로센 촉매 하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 90 중량%와, 에틸렌 함량 11 중량%인, 폴리프로필렌계 엘라스토머(용융지수 2 g/10min, 밀도 0.873 g/㎤) 10 중량%로 이루어진 원료를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌 수지 조성물(표 1 참조)을 얻었다.
상기에서 얻은 펠렛 상의 수지 조성물을 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
(단위: 중량%) 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7 비교예8 비교예9
성분 성분1 - - 25 85 75 70 - - - - - -
성분2 95 90 70 - - 25 15 95 90 85 95 90
성분3 - - - - - - 75 - - - - -
성분4 - - - 15 15 - - - - - - -
성분5 - - - - 10 - 10 5 10 - - -
성분6 5 10 5 - - 5 - - - 15 - -
성분7 - - - - - - - - - - 5 10
성분 1: Z-N LLDPE, MI 1.1, Density: 0.921
성분 2: metallocene LLDPE, MI 1, Density: 0.918
성분 3: Z-N LLDPE, MI: 1.5, Density: 0.93
성분 4: Z-N HDPE, MI: 1, Density: 0.954
성분 5: PE계 Elastomer, MI: 1.1, Density: 0.87
성분 6: PP계 Elastomer, MI: 1.4, Density: 0.862, EL Content(%): 16
성분 7: PP계 Elastomer, MI: 2, Density: 0.873, EL Content(%): 11
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7 비교예8 비교예9
평가 결과 인장 강도
(시편물성)		 320 290 310 370 260 300 270 270 250 270 300 280
수축률 평가(%)
(원사)		 2.8 2.5 2.9 5 3.4 2.6 3.7 3.4 3.2 2.3 3.4 3.4
부드러움(Softness) 평가(급)(원사) 5 5 5 1 3 5 3 3 3 4 4 4
Dart impact강도(g)
(필름)		 1,080 1,100 700 70 110 150 110 900 950 950 630 670
Elmendorf 인열 강도(g/㎛)(필름 TD) 780 800 740 420 520 550 500 700 710 710 670 650
실시예 1 내지 3과 비교예 1, 2를 비교해볼 때, 본 발명에 따른 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체를 포함하는 경우 높은 인열 강도 및 낙하충격강도를 가지는 것을 확인할 수 있다. 해당 특성은 잔디의 내구성을 구성하는 데 중요한 역할을 한다.
또한, 비교예 3 및 4를 참고하면, 본 발명에 따른 메탈로센 촉매하에서 제조된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체의 함량을 만족하는 경우 높은 인열 강도 및 낙하충격 강도를 가짐을 확인할 수 있다.
비교예 5 및 6을 참고하면, 본 발명에 따른 폴리프로필렌계 엘라스토머를 포함하는 경우 인장강도, 부드러움 특성이 낮은 것을 알 수 있다.
비교예 7을 참고하면, 폴리프로필렌계 엘라스토머의 함량이 본 발명의 범위를 벗어나는 경우 혼련성이 열세하여 인장강도, 부드러운 특성 등이 역세함을 확인할 수 있었다.
비교예 8 및 9의 경우, 에틸렌 유래의 반복단위가 본 발명의 범위를 벗어나 혼련성이 열세한 것으로 사료되어, 인열강도 및 낙하충격강도 등이 열세함을 확인할 수 있다.

Claims (5)

  1. 인조잔디용 수지 조성물 전체 중량에 대하여,
    메탈로센 촉매하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체 70 내지 97 중량%; 및
    에틸렌 유래의 반복단위를 15 내지 20 중량%로 포함하는 폴리프로필렌계 엘라스토머 3 내지 12 중량%;
    를 포함하는 인조잔디용 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌계 엘라스토머는 5 내지 10 중량%로 포함되는 것인, 인조잔디용 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체는 용융지수가 0.3 내지 3g/10min에서 밀도가 0.917 내지 0.923g/cm3인 것인 인조잔디용 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    지글러-나타 촉매하에서 중합된 선형 저밀도 폴리에틸렌 중합체를 더 포함하는 것인 인조잔디용 수지 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 인조잔디용 수지 조성물을 포함하는 인조잔디.
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KR20190025629A (ko) 2016-06-30 2019-03-11 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨 잔디-고정성이 개선된 인조 잔디

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