KR20210065504A

KR20210065504A - 가압식 리저버 탱크용 다성분계 폴리프로필렌 조성물

Info

Publication number: KR20210065504A
Application number: KR1020190154323A
Authority: KR
Inventors: 정호근; 한혜진; 황민혁; 강인보; 고영관
Original assignee: 롯데케미칼 주식회사
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2021-06-04

Abstract

본 발명은 600,000 g/mol 이상 750,000 g/mol 이하의 중량평균분자량을 가지는 고용융장력 폴리프로필렌(high melt strength PP; HMS-PP); 300,000 g/mol 이상 400,000 g/mol 이하의 중량평균분자량을 가지는 랜덤 폴리프로필렌(Random-PP); 400,000 g/mol 이상 600,000 g/mol 이하의 중량평균분자량을 가지는 블록 폴리프로필렌(Block-PP); 및 1000 ppm 이상 4000 ppm 이하의 핵제를 포함하는, 가압식 리저버 탱크용 다성분계 폴리프로필렌 조성물에 관한 것이다.

Description

가압식 리저버 탱크용 다성분계 폴리프로필렌 조성물{MULTI-COMPONENT POLYPROPYLENE COMPOSITION FOR PRESSURIZATION TYPE RESERVOIR TANK}

본 발명은 가압식 리저버 탱크용 다성분계 폴리프로필렌 조성물에 관한 것이다.

폴리프로필렌은 성능대비 가격이 저렴하고, 성형성이 우수하여 일반 생활용품 및 자동차용 소재로서 많이 사용되고 있다. 이와 같은 폴리프로필렌은 종류에 따라 고유 성질이 서로 다른 특징을 가진다. 예를 들어, 블록 폴리프로필렌(즉, 폴리프로필렌 블록 공중합체)의 경우, 내충격 특성이 강한 반면 굴곡강성이 약하여 굽히거나 외부 충격에 의한 백화발생이 심한 특성을 가지며, 호모 폴리프로필렌의 경우 폴리프로필렌 블록코폴리머에 비해 내충격 특성은 떨어지지만 굴곡강성이 강하여 백화 발생이 거의 없는 특성을 가진다.

자동차용 부품의 경우, 자동차 제조사에서 요구하는 다양한 물성을 만족하여야 한다. 예를 들어, 가압식 리저버 탱크의 경우, 일정 수준 이상의 투명도가 확보되어야 하고, 외부 충격에 따른 백화 현상이 없으며, 또한 외부 충격 시 파손되지 않는 다양한 기준을 만족하여야 한다. 그러므로, 가압식 리저버 탱크와 같이 상보적인 물성에 대한 요구가 있는 제품을 구현할 수 있는 폴리프로필렌의 연구가 필요한 실정이다.

한국 공개공보 제 10-2014-0106950 호

본 발명은 가압식 리저버 탱크용 다성분계 폴리프로필렌 조성물을 제공한다. 구체적으로, 본 발명은 기계적 물성, 내충격성 및 투명도가 동시에 요구되는 가압식 리저버 탱크에 요구되는 제품 스펙을 만족할 수 있는 다성분계 폴리프로필렌 조성물을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시상태는, 600,000 g/mol 이상 750,000 g/mol 이하의 중량평균분자량을 가지는 고용융장력 폴리프로필렌; 300,000 g/mol 이상 400,000 g/mol 이하의 중량평균분자량을 가지는 랜덤 폴리프로필렌(Random-PP); 400,000 g/mol 이상 600,000 g/mol 이하의 중량평균분자량을 가지는 블록 폴리프로필렌(Block-PP); 및 1000 ppm 이상 4000 ppm 이하의 핵제를 포함하는, 가압식 리저버 탱크용 다성분계 폴리프로필렌 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 가압식 리저버 탱크용 다성분계 폴리프로필렌 조성물은 적절한 충격 강도, 투명도 및 기계적 물성을 구현할 수 있으므로, 상보적인 물성을 요구하는 가압식 리저버 탱크용 소재로서 적합한 이점이 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 가압식 리저버 탱크용 다성분계 폴리프로필렌 조성물은 높은 분자량의 각기 다른 물성을 가지는 3종의 폴리프로필렌을 포함함으로써, 기계적 강도, 투명성 및 충격 강도가 고르게 높은 성형품을 제조할 수 있다.

도 1은 실시예 3 및 비교예 4에 따른 평판사출시편의 투명도를 비교한 것을 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 5에 따른 평판사출시편 및 실시예 3에 따른 평판사출시편의 백화 현상 정도를 비교하여 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 5에 따른 가압식 리저버 탱크 사출 시편의 니플부 및 실시예 3에 따른 가압식 리저버 탱크 사출 시편의 니플부의 백화 현상 정도를 비교하여 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 다성분계 폴리프로필렌 조성물을 이용하여 제조된 가압식 리저버 탱크 제품을 나타낸 것이다.

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 단위 "중량부"는 각 성분간의 중량의 비율을 의미할 수 있다.

본 명세서에 있어서, 중량평균분자량(g/mol)은 GPC(gel permeation chromatography)에 의해 측정되는 폴리스티렌에 대한 환산 수치일 수 있다.

기존의 리저버 탱크는 중량평균분자량이 약 620,000 g/mol 의 호모 폴리프로필렌을 이용하여 제조되었다. 다만, 기존의 리저버 탱크용 폴리프로필렌 조성물은 가압식 리저버 탱크에 요구되는 물성 조건을 만족시키기에는 한계가 있다. 구체적으로, 가압식 리저버 탱크는 30 MPa 이상의 인장 강도, 40 MPa 이상의 굴곡 강도, 1.39 GPa 이상의 굴곡 탄성율, 4.5 Kgf.cm/cm 이상의 23 ℃에서의 Izod 충격강도, 115 ℃ 이상의 열변형온도 및 높은 투명성을 가질 것을 요구한다. 나아가, 가압식 리저버 탱크의 외관 물성으로서 백화 현상이 발생되지 않아야 하며, 또한 외부 충격 등에 의한 터짐이 발생하지 않을 것이 요구된다. 이에, 본 발명자들은 가압식 리저버 탱크에 적합한 폴리프로필렌에 대한 연구를 거듭한 결과, 하기의 본 발명을 개발하기에 이르렀다.

본 발명에 따른 다성분계 폴리프로필렌 조성물은 적절한 충격 강도, 투명도 및 기계적 물성을 구현할 수 있으므로, 상보적인 물성을 요구하는 가압식 리저버 탱크용 소재로서 적합한 이점이 있다. 구체적으로, 본 발명은, 성형품 표면 상의 흠, 균열, 흐름 자국, 백화, 싱크 마크 등의 결함이 없고, 인장 강도, 굴곡 강도 등의 기계적 물성을 만족하며, 나아가 내부 냉각수의 양을 확인하기 위한 일정 수준 이상의 투명도를 동시에 요구하는 최근의 가압식 리저버 탱크용 소재로서 적합한 다성분계 폴리프로필렌 조성물을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시상태는, 600,000 g/mol 이상 750,000 g/mol 이하의 중량평균분자량을 가지는 고용융장력 폴리프로필렌; 300,000 g/mol 이상 400,000 g/mol 이하의 중량평균분자량을 가지는 랜덤 폴리프로필렌; 400,000 g/mol 이상 600,000 g/mol 이하의 중량평균분자량을 가지는 블록 폴리프로필렌; 및 1000 ppm 이상 4000 ppm 이하의 핵제를 포함하는, 다성분계 폴리프로필렌 조성물을 제공한다.

고용융장력 폴리프로필렌(high melt strength PP; HMS-PP)

본 발명에서의 고용융장력 폴리프로필렌은 상기 다성분계 폴리프로필렌 조성물의 인장 강도, 굴곡 강도 등의 기계적 강도를 효과적으로 증진시키기 위하여 포함될 수 있다.

본 발명에서의 고용융장력 폴리프로필렌은 기존의 선형구조를 가지는 일반 폴리프로필렌에 전자선 가교, 반응압출법, 촉매 기술 등을 적용하여 장측쇄(long chain branch)를 형성시킨 수지를 의미할 수 있다. 구체적으로, 상기 고용융장력 폴리프로필렌은 높은 용융장력을 갖는 수지로서, 예를 들면 동일 용융지수(MI, 1.2 g/10min) 기준의 일반 폴리프로필렌의 경우 용융장력이 약 0 내지 2 g(gram force)로 나타나는 반면에, 고용융장력 폴리프로필렌은 0 내지 4 g으로 나타나는 것일 수 있다. 이러한 고용융장력 폴리프로필렌은, 전술한 바와 같이, 다수의 장측쇄(long chain branch) 구조에 따라 체인 말단의 수가 많아 기존의 폴리프로필렌에서와 같이 β-절단(β-scisson) 정도를 늘리지 않아도 그라프트 가능한 반응점(site)이 증가될 수 있다. 이에 따라, 무수 말레인산(MAH, maleic anhydrid) 등과 같은 그라프트 모노머의 그라프트 반응율을 향상시킴과 동시에 높은 분자량을 유지할 수 있다.

또한, 상기 고용융장력 폴리프로필렌은 높은 용융장력의 효과를 얻기에 충분한 연신후화도(SHI, Strain Hardening Index)를 갖는 수지로서, 예를 들면 연신후화도가 30 이상이고, 바람직하게는 60 이상이 될 수 있다.

일반적으로 폴리프로필렌(PP, polypropylene)은 폴리프로필렌 사슬의 선형 구조 특성상 용융시 용융장력이 온도 상승에 따라 급격하게 떨어지는 경향을 보인다. 이에 반하여, 본 발명에 따른 고용융장력 폴리프로필렌 수지는 예컨대, 유기 과산화물 등을 이용하여 단일 폴리프로필렌 만으로 압출한 경우보다 고분자량의 폴리프로필렌과 저분자량의 폴리프로필렌을 적절히 혼합하여 압출 후 분자량 분포가 넓어져 용융 장력을 증가시킬 수 있다. 이 때, 반감기가 아주 짧은 유기 과산화물 등을 첨가하여 폴리프로필렌을 분해시키지 않고 장측쇄 구조 및 가교 구조를 생성하여 강성 및 내마모성을 더욱 향상시킬 수도 있다.

본 발명에 따른 고용융장력 폴리프로필렌의 중량평균분자량은 600,000 g/mol 이상 750,000 g/mol 이하일 수 있다. 상기 고용융장력 폴리프로필렌의 중량평균분자량이 상기 범위 내인 경우, 높은 중량평균분자량으로 인한 높은 사슬 얽힘 및 높은 결정성으로 인하여, 호모 폴리프로필렌임에도 불구하고 제품에 높은 충격 강도를 부여할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 고용융장력 폴리프로필렌의 용융지수는 0.3 g/10min 이상 50 g/10min 이하, 구체적으로 0.5 g/10min 이상 20 g/10min 이하, 보다 구체적으로 1 g/10min 이상 10 g/10min 이하가 될 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 고용융장력 폴리프로필렌의 굴곡탄성률은 16,000 kgf/㎠ 이상 20,000 kgf/㎠ 이하이고, 구체적으로 17,000 kgf/㎠ 이상 19,000 kgf/㎠ 이하가 될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 고용융장력 폴리프로필렌의 밀도는 0.900 g/㎤ 이상 0.910 g/㎤ 이하이며, 녹는점이 160 ℃ 이상 165 ℃ 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고용융장력 폴리프로필렌의 함량은 고분자 물질 전체 중량에 대하여 10 중량부 이상 30 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 고용융장력 폴리프로필렌의 함량은 고분자 물질 전체 중량에 대하여 15 중량부 이상 25 중량부 이하일 수 있다. 상기 고용융장력 폴리프로필렌의 함량이 상기 범위 내인 경우, 최종 제품의 충격 강도의 저하를 최소화하며 강도 및 강성을 보완할 수 있는 장점이 있다.

랜덤 폴리프로필렌(Random-PP)

본 발명에서의 랜덤 폴리프로필렌은 상기 다성분계 폴리프로필렌 조성물의 투명성을 효과적으로 증진시키기 위하여 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 랜덤 폴리프로필렌은 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체일 수 있다. 상기 랜덤 폴리프로필렌은 프로필렌을 주성분으로 하는 결정성 공중합체로서, 중합 반응기에 프로필렌 및 에틸렌을 동시에 투입하고 트리에틸 알루미늄, 다이이서 촉매 및 실레인계 전자 공여체를 주입한 후, 반응온도 65 ℃ 내지 75 ℃, 32 K/G 내지 35 K/G 기압 하에서, 슬러리 벌크 중합하여 제조할 수 있으며, 수소에 의해 용융지수를 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 랜덤 폴리프로필렌의 에틸렌 함량은 상기 랜덤 폴리프로필렌 100 중량부에 대하여 1 중량부 이상 6 중량부 이하, 구체적으로 2 중량부 이상 4 중량부 이하일 수 있다. 또한, 상기 랜덤 폴리프로필렌의 용융지수는 14 g/min 이상 22 g/10min 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 랜덤 폴리프로필렌의 중량평균분자량은 300,000 g/mol 이상 400,000 g/mol 이하일 수 있다. 상기 랜덤 폴리프로필렌의 중량평균분자량이 상기 범위 내인 경우, 상기 다성분계 폴리프로필렌 조성물의 투명성 저하를 최소화하며, 인장 강도 및 굴곡 강도 등의 기계적 물성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 랜덤 폴리프로필렌의 함량은 고분자 물질 전체 중량에 대하여 10 중량부 이상 70 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 랜덤 폴리프로필렌의 함량은 고분자 물질 전체 중량에 대하여 30 중량부 이상 70 중량부 이하, 40 중량부 이상 60 중량부 이하, 구체적으로 40 중량부 이상 50 중량부 이하, 보다 구체적으로 40 중량부 초과 50 중량부 미만일 수 있다. 상기 랜덤 폴리프로필렌의 함량이 상기 범위 내인 경우, 최종 제품의 투명성을 크게 저하시키지 않는 범위 내에서 충격 강도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

블록 폴리프로필렌(Block-PP)

본 발명에서의 블록 폴리프로필렌은 상기 다성분계 폴리프로필렌 조성물의 충격강도를 효과적으로 증진시키기 위하여 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 블록 폴리프로필렌은 프로필렌과 에틸렌의 공중합에 의하여 제조되며, 호모 폴리프로필렌 블록과 에틸렌-프로필렌 공중합체 블록으로 구성된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 플록 폴리프로필렌은 중합 반응기에 프로필렌과 에틸렌을 동시에 넣고 트리에틸 알루미늄, 프탈레이트 촉매 및 실레인계 전자 공여자를 주입하고, 65 ℃ 내지 75 ℃의 반응온도 및 32 기압 내지 34 기압 하에서 기상 중합을 실시하여 제조할 수 있다.

상기 블록 프로필렌의 에틸렌 함량은 8 중량% 이상 12 중량% 이하, 구체적으로 8 중량% 이상 10 중량% 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 블록 폴리프로필렌의 중량평균분자량은 400,000 g/mol 이상 600,000 g/mol 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 블록 폴리프로필렌의 함량은 고분자 물질 전체 중량에 대하여 10 중량부 이상 50 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 랜덤 폴리프로필렌의 함량은 고분자 물질 전체 중량에 대하여 15 중량부 이상 40 중량부 이하, 구체적으로 30 중량부 이상 40 중량부 이하, 보다 구체적으로 30 중량부 초과 40 중량부 미만일 수 있다. 상기 블록 폴리프로필렌은 400,000 g/mol 이상 600,000 g/mol 이하의 높은 중량평균분자량을 가지므로, 최종 제품의 충격 강도를 보완할 수 있으며, 나아가 상기 랜덤 폴리프로필렌의 함량은 상기 범위 내로 조절하는 경우, 최종 제품의 강도 및 강성을 크게 저하시키지 않는 범위 내에서 충격 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있다.

핵제

일반적으로 핵제는 고분자의 결정화 속도를 촉진시키고 결정의 크기를 미세화시켜 투명성을 향상시키며 결정화 속도를 증가시킴으로써 공정 싸이클 타임을 단축시키는 한편, 기계적 물성을 향상시키기 위한 첨가제이다. 핵제는 그 성분에 따라 탈크(talc), 실리카(silica), 카올린(kaolin) 등과 같은 무기 계열의 핵제와 모노머 또는 고분자와 같은 유기 계열의 핵제로 구별되고, 첨가 목적에 따라 제품의 투명성 향상을 위한 투명 핵제와 강성 향상을 위한 강성 핵제로 구별된다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 핵제는 강성 핵제 또는 투명 핵제일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 강성 핵제는 유기 계열의 강성 핵제일 수 있으며, 구체적으로 상기 강성 핵제는 유기 인산 에스테르염을 포함할 수 있으며, 상기 유기 인산 에스테르염은 소듐 2,2'-메틸렌비스(4,6-디-터셔리-부틸페닐)포스페이트(sodium 2,2'-methylenebis-(4,6-di-tert-butylphenyl)phosphate)일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 투명 핵제는 솔비톨계 화합물, 노니톨계 화합물, 소듐 포스페이트 화합물 중 적어도 1종을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 솔비톨계 화합물은 1,3:2,4-비스(3,4-디메틸디벤질리딘) 솔비톨(1,3:2,4-Bis(3,4-dimethyldibenzylidene) Sorbitol), 비스(p-메틸디벤질리딘) 솔비톨(Bis(p-methyldibenzylidene) Sorbitol), 치환된 디벤질리딘 솔비톨 (Substituted Dibenzylidene Sorbitol)로 부터 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 핵제는 1000 ppm 이상 4000 ppm 이하의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 핵제의 함량이 상기 범위 내인 경우, 핵제 사용에 따른 물성 향상이 효과적으로 구현될 수 있다. 또한, 상기 핵제의 함량 범위를 초과하는 경우, 핵제 첨가에 따른 투명성 또는 강성 향상이 더 이상 이루어지지 않아 불필요한 비용이 소모될 수 있으며, 또한 핵제에 따른 물성 상승에 따른 다른 물성 저하로 인한 최종 제품의 물성 균형(balance)이 저해될 수 있다.

고밀도 폴리에틸렌( HDPE )

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 다성분계 폴리프로필렌 조성물은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 더 포함할 수 있다.

상기 고밀도 폴리에틸렌은 상기 다성분계 폴리프로필렌 조성물의 백화 현상을 개선하기 위하여 적용될 수 있다. 구체적으로, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 상기 다성분계 폴리프로필렌 조성물을 이용하여 제조되는 성형품의 응력이 집중되는 부분의 백화 현상을 개선시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 고밀도 폴리에틸렌의 중량평균분자량은 120,000 g/mol 이상 300,0000 g/mol 이하, 구체적으로 150,000 g/mol 이상 200,000 g/mol 이하일 수 있다. 또한, 상기 고밀도 폴리에틸렌의 SCH(short chain branch)는 1 이하일 수 있으며, 용융지수는 0.5 g/10min 이상 2 g/10min 이하, 구체적으로는 약 1 g/10min 일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 고밀도 폴리에틸렌의 함량은 고분자 물질 전체 중량에 대하여 1 중량부 이상 20 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 고밀도 폴리에틸렌의 함량은 고분자 물질 전체 중량에 대하여 1 중량부 이상 10 중량부 이하일 수 있다. 상기 고밀도 폴리에틸렌의 함량을 상기 범위 내로 조절하는 경우, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 폴리프로필렌의 계면에 효과적으로 분포되어 최종 제품의 크랙(crack) 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 다성분계 폴리프로필렌 조성물 내의 고분자 물질은 비고무계 물질로 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 다성분계 폴리프로필렌 조성물은 고무계 물질, 즉 탄성체를 포함하지 않을 수 있다.

고무계 성분, 예를 들어 천연 고무, 부타디엔 고무, 이소 프렌 고무, 부틸 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), EPDM(에틸렌 프로필렌 디엔 모노머) 고무, 비닐엘틸렌-아크릴 고무, 아크릴 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(acrylonitrile-butadiene rubber, NBR), 에피클로히드린 고무, 폴리클로프렌 고무, 클로로부틸 고무, 등의 고무계 물질은 최종 제품(즉, 성형품)의 충격 강도를 증가시킬 수 있으나, 기계적 물성을 저하시키기 때문에 가압식 리저버 탱크로 제조되는 경우 제품 평가 시 터짐 현상이 발생할 수 있는 문제가 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 다성분계 폴리프로필렌 조성물은 고무계 물질을 포함하지 않음으로써, 다양한 상보적인 물성을 요구하는 가압식 리저버 탱크에 적합한 물성을 구현할 수 있다.

본 발명의 일 실시상태는, 상기 다성분계 폴리프로필렌 조성물을 이용하여 제조된 성형품을 제공한다. 상기 성형품은 상기 다성분계 폴리프로필렌 조성물의 경화물일 수 있다.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 성형품은 가압식 리저버 탱크일 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다성분계 폴리프로필렌 조성물은 높은 분자량의 각기 다른 물성을 가지는 3종의 폴리프로필렌을 포함함으로써, 기계적 강도, 투명성 및 충격 강도가 고르게 높은 성형품을 제조할 수 있으므로, 특히 가압식 리저버 탱크의 소재로서 적합한 장점이 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

<물성 평가 방법>

- 인장 강도, 인장 탄성율 , 굴곡 강도, 굴곡 탄성율 : ASTM D790에 의거하여 온도 23 ℃, 상대습도 50%에서 측정하였다.

- Izod 충격 강도: ASTM D256에 의거하여 온도 23 ℃, 상대습도 50%에서 측정하였다.

- 용융 지수: ASTM D1238DP 의거하여 온도 230 ℃, 하중 2.16㎏으로 측정하였다.

- 열변형 온도: ASTM D648에 의거하여, 열변형온도를 측정하였다.

- Haze: ASTM D1003에 의거하여, 1T, 2T 또는 3T 두께의 시편에 대한 투명성(Haze)을 측정하였다.

- 백화 현상: Dupont 낙추 시험을 이용하여 소정의 하중 및 높이에서의 백화 정도를 비교하였다.

<사용 물질>

R-PP(Mw: 32만 g/ mol ): Lotte chemical, R-PP (TS: 31 MPa, FM: 1.27 GPa, IZOD(상온): 4.5kgf.cm/cm, HDT: 95 ℃)

R-PP(Mw: 42만 g/ mol ): Lotte chemical, TIPP (TS: 29 MPa, FM: 1 Gpa, IZOD(상온): 21 kgf.cm/cm, HDT: 92.1 ℃)

HMS-PP(Mw: 75만 g/ mol ): Borealis, HMS-PP (TS: 39 MPa, FM: 1.8 GPa, IZOD(상온): 6.71kgf.cm/cm, HDT: 131 ℃)

H-PP(Mw: 48만 g/mol): Lotte chemical, H-PP (TS: 36 MPa, FM: 1.6 GPa, IZOD(상온): 4.7 kgf.cm/cm, HDT: 117 ℃)

B-PP(Mw 50만 g/ mol ): Lotte chemical, B-PP (TS: 29 MPa, FM: 1.3 GPa, IZOD(상온): 50 kgf.cm/cm, HDT: 105 ℃)

EOR (Mw: 30만 g/ mol ): Dow, EOR (TS: 3 MPa, 연신율: 1200 %, Tg: -58℃, MFI: 1 g/10min)

HDPE (Mw: 14만 g/ mol ): Lotte chemical. HDPE (TS: 25 MPa, FM: 1.3 GPa, IZOD(상온): 8 kgf.cm/cm, HDT: 124 ℃)

핵제 : Milliken, 인산에스테르염 또는 소르비톨 유도체

[ 참고예 ]

본 발명에 따른 다성분계 폴리프로필렌 조성물의 제조에 앞서, 하기 표 1과 같이 랜덤 폴리프로필렌 및 고용융장력 폴리프로필렌의 2성분계 폴리프로필렌 조성물을 준비하고, 이를 이용하여 제조된 시편의 물성을 측정하였다.

구체적으로, L/D 40 mm인 이축 압출기에 하기 표 1에 따른 조성물을 정량 투입하여 제조되었다. 이때 온도는 210 ℃의 다이 온도에서 배럴당 10 ℃의 간격을 두어 160 ℃까지로 설정하였다. 소재 공급 속도는 30 rpm, main screw는 350 rpm으로 설정하였으며, 이때 펠리타이저(pelletizer)는 510 rpm으로 설정하였다. 참고로, 상기 조성물의 경우 흐름성이 낮아서 너무 빠른 펠리타이저 속도를 적용할 경우, 가닥(strand)이 끊어져 생산이 되지 않는 문제가 발생하였다.

시편 성형은 180 톤의 전동사출기를 이용하여 제조하였으며, 기계적 물성은 ASTM 복합시편 금형을 이용하였으며, Haze는 1T, 2T, 3T를 갖는 평판시편 금형을 이용하였다. 두 종류의 시편 모두 사출 온도는 노즐 온도가 210 ℃로 가장 높고 호퍼부에 가까워질수록 히터 온도를 10 ℃씩 낮추어 160 ℃가 최저 온도가 되게끔 설정하였다. 사출압은 80 MPa, 사출속도 70 mm/s, 보압 70 MPa 및 65 mm/s 조건으로 설정하였다.

		참고예 1-1	참고예 1-2	참고예 2-1	참고예 2-2
성분	R-PP (Mw: 43만 g/mol) (중량부)	90	80	-	-
	R-PP (Mw: 32만 g/mol)	-	-	90	80
	HMS-PP(Mw: 75만 g/mol) (중량부)	10	20	10	20
물성	인장 강도(TS) (MPa)	32.3	33.5	32.7	33.7
	인장 탄성율(TM) (GPa)	1.06	1.47	1.46	1.69
	굴곡 강도(FS) (MPa)	36.4	38	39.1	40.5
	굴곡 탄성율(FM) (GPa)	1.26	1.30	1.37	1.40
	Izod 충격강도 (kgf.cm/cm)	3.8	3.7	3.8	2.9
	용융 지수(MI) (g/10min)	1.6	2.0	4.3	4.0
	열변형온도(HDT) (℃)	89.3	96.6	98.2	97.2
	Haze(1t 두께) (%)	15.9	15.9	10.6	13.2

상기 표 1에 따르면, 고용융장력 폴리프로필렌과 함께 적용되는 랜덤 폴리프로필렌의 중량평균분자량이 400,000 g/mol을 초과하는 경우, 제조된 시편의 기계적 물성이 저하되는 것을 확인할 수 있으며, 나아가 Haze도 더 높아 투명성이 저하되는 것을 확인할 수 있다. 나아가, 고용융장력 폴리프로필렌의 함량이 10 중량부인 경우에 비하여 20 중량부인 경우가 보다 우수한 기계적 물성을 나타내는 것으로 확인되었다. 결론적으로, 320,000 g/mol의 중량평균분자량을 가지는 랜덤 폴리프로필렌 수지를 20 중량부로 포함하는 경우, 강성/강도 및 열변형 온도가 적절하게 조절되어, 가압식 리저버 탱크에 요구되는 물성에 가까운 것을 확인하여, 참고예 2-2의 조성을 기준으로 하기와 같이 실시예 및 비교예를 구성하여 물성을 평가하였다.

[실시예 및 비교예]

하기 표 2와 같이, 320,000 g/mol의 중량평균분자량을 가지는 랜덤 폴리프로필렌, 고용융장력 폴리프로필렌 및 블록 공중합체를 혼합하고, 핵제 2000 ppm를 첨가하며, 참고예와 같은 방법으로 시편을 제조하여 물성을 측정하였다.

		실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2	비교예 3
성분	R-PP (Mw: 32만 g/mol) (중량부)	60	50	45	40	55	52	60
	HMS-PP (Mw: 75만 g/mol) (중량부)	20	20	20	20	20	20	-
	H-PP (Mw: 48만 g/mol) (중량부)	-	-	-	-	-	-	20
	B-PP (중량부)	20	30	35	40	20	20	20
	EOR (중량부)	-	-	-	-	5	8	-
물성	인장 강도 (TS) (MPa)	34.0	33.4	34	31	30.4	28.4	37.0
	굴곡 강도 (FS) (MPa)	44.4	45.6	44.3	42	40.1	37.3	44.4
	굴곡 탄성율 (FM) (GPa)	1.45	1.48	1.46	1.39	1.29	1.21	1.54
	Izod 충격강도 (kgf.cm/cm)	4.6	6.2	11.2	15.1	21.8	51.4	4.4
	용융 지수 (MI) (g/10min)	2.7	2.4	2.1	2.1	2.7	3.0	2.8
	열변형온도 (HDT) (℃)	111.8	117.4	118.2	115	115.5	106.3	112
	Haze (1t 두께) (%)	24.1	26.4	30.0	38	26.0	29.4	23.21

전술한 바와 같이, 가압식 리저버 탱크는 30 MPa 이상의 인장 강도, 40 MPa 이상의 굴곡 강도, 1.39 GPa 이상의 굴곡 탄성율, 4.5 Kgf.cm/cm 이상의 23 ℃에서의 Izod 충격강도, 115 ℃ 이상의 열변형온도 및 높은 투명성을 요구한다.

상기 표 3에 따르면, 랜덤 폴리프로필렌의 함람이 감소하며, 블록 폴리프로필렌의 함량이 증가할수록, 투명도는 감소하되 충격 강도는 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 상기 실시예 1 내지 4는, 상기 가압식 리저버 탱크에 요구되는 물성을 만족하는 것을 확인할 수 있으며, 보다 내충격성이 우수한 가압식 리저버 탱크의 제조에 적합한 것은 실시예 3 및 4인 것으로 확인되었다. 다만, 실시예 4의 경우, 높은 블록 폴리프로필렌의 함량으로 인하여 투명도가 저하되는 것을 확인할 수 있으며, 실시예 4의 경우에는 투명성이 크게 요구되지 않는 가압식 리저버 탱크에 적용 가능성이 있을 것으로 예상된다.

나아가, 비교예 1 및 2와 같이 고무계 물질이 추가 처방되는 경우, 내충격성은 현저하게 높아지지만, 인장 강도, 굴곡 강도 및 굴곡 탄성율이 감소하여 가압식 리저버 탱크에서 요구하는 물성을 만족하지 못하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 1 및 2의 경우, 가압식 리저버 탱크로의 성형 후 물성 평가 시, 고압의 조건에서 제품이 터지는 문제점이 발견되어, 고무계 물질이 포함되는 것은 적절하지 않은 것으로 확인되었다. 이에 반하여, 실시예 1 내지 4의 경우 고압의 조건에서 제품이 터지는 문제점은 발생하지 않았다.

또한, 중량평균분자량이 600,000 g/mol 미만인 HMS-PP를 적용한 비교예 3의 경우 Izod 충격 강도가 4.5 kgf.cm/cm 미만으로 매우 낮은 충격 강도를 나타내어 가압식 리저버 탱크로 적용하기에 부적합한 물성을 나타내는 것으로 확인되었다.

[비교예 4]

Basell 사의 H-PP H1850 제품을 입수하여, 이를 실시예와 같은 방법으로 2T 및 3T 두께의 사출평판시편을 제조하였다.

나아가, 비교예 4와의 비교를 위하여, 실시예 3의 조성으로 마찬가지로 2T 및 3T 두께의 사출평판시편을 제조하여, 비교예 4에 따른 사출평판시편과 투명도를 비교하였다.

도 1은 실시예 3 및 비교예 4에 따른 사출평판시편의 투명도를 비교한 것을 나타낸 것이다. 도 1에 따르면, 접촉 상태에서의 투명도는 실시예 3에 따른 필름 시편과 비교예 4에 따른 필름 시편이 동등한 수준으로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 다만, 12 ㎜ 이격 상태(미접촉 상태)에서의 투명도는 실시예 3에 따른 필름 시편이 월등하게 우수한 것을 확인할 수 있다. 이를 통하여, 기존 리저버 탱크용 폴리프로필렌 조성물에 비하여, 본 발명에 따른 가압식 리저버 탱크용 다성분계 폴리프로필렌 조성물이 동등 수준 이상의 투명성을 확보할 수 있음을 알 수 있었다.

[실시예 5]

상기 실시예 3의 조성에 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 5 중량부를 추가하여, 동일한 방법으로 사출평판시편을 제고하고, 나아가 가압식 리저버 탱크 사출 시편을 제조하였다.

실시예 5에 따른 필름 시편의 백화 현상 개선을 확인하기 위하여, Dupont Impact TEST(ASTM D2794)에 따라 140 kgf.cm/cm으로 응력 집중부에서의 백화 현상을 확인하였다.

도 2는 실시예 5에 따른 사출평판시편 및 실시예 3에 따른 사출평판시편의 백화 현상 정도를 비교하여 나타낸 것이다. 도 2에 따르면, 고밀도 폴리프로필렌이 적용된 실시예 5의 경우 응력 집중부에서의 백화 현상이 상당히 저감되는 것을 확인할 수 있다.

도 3은 실시예 5에 따른 가압식 리저버 탱크 사출 시편의 니플부 및 실시예 3에 따른 가압식 리저버 탱크 사출 시편의 니플부의 백화 현상 정도를 비교하여 나타낸 것이다. 도 3에 따르면, 고밀도 폴리에틸렌을 추가로 처방하는 경우, 응력이 집중되는 니플부의 백화 현상이 저감되는 것을 확인할 수 있다.

상기 검토한 바와 같이, 본 발명에 따른 다성분계 폴리프로필렌 조성물은 기계적 강도, 투명성 및 충격 강도가 고르게 높은 가압식 리저버 탱크를 제조할 수 있는 이점이 있다. 특히, 다성분계 폴리프로필렌 조성물은 가압식 리저버 탱크의 소재로서 적합한 물성을 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따른 다성분계 폴리프로필렌 조성물을 이용하여 제조된 가압식 리저버 탱크 제품을 나타낸 것이다. 도 4에 따르면, 제조된 가압식 리저버 탱크는 적당한 투명도를 가지며, 제품 외관의 흠이 없고 나아가 응력 집중부에 백화 현상이 거의 없는 것을 확인할 수 있다.

Claims

600,000 g/mol 이상 750,000 g/mol 이하의 중량평균분자량을 가지는 고용융장력 폴리프로필렌;
300,000 g/mol 이상 400,000 g/mol 이하의 중량평균분자량을 가지는 랜덤 폴리프로필렌;
400,000 g/mol 이상 600,000 g/mol 이하의 중량평균분자량을 가지는 블록 폴리프로필렌; 및
1000 ppm 이상 4000 ppm 이하의 핵제를 포함하는, 가압식 리저버 탱크용 다성분계 폴리프로필렌 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 고용융장력 폴리프로필렌의 함량은 고분자 물질 전체 중량에 대하여 10 중량부 이상 30 중량부 이하인 것을 특징으로 하는, 가압식 리저버 탱크용 다성분계 폴리프로필렌 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 랜덤 폴리프로필렌의 함량은 고분자 물질 전체 중량에 대하여 10 중량부 이상 70 중량부 이하인 것을 특징으로 하는, 가압식 리저버 탱크용 다성분계 폴리프로필렌 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 블록 폴리프로필렌의 함량은 고분자 물질 전체 중량에 대하여 10 중량부 이상 50 중량부 이하인 것을 특징으로 하는, 가압식 리저버 탱크용 다성분계 폴리프로필렌 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 핵제는 강성 핵제 또는 투명 핵제인 것을 특징으로 하는, 가압식 리저버 탱크용 다성분계 폴리프로필렌 조성물.
청구항 1에 있어서,
고분자 물질 전체 중량에 대하여 1 중량부 이상 20 중량부 이하의 함량으로 고밀도 폴리에틸렌을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 가압식 리저버 탱크용 다성분계 폴리프로필렌 조성물.