KR940006460B1 - 내스크래치성이 우수한 열가소성 수지 조성물 - Google Patents

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Description

내스크래치성이 우수한 열가소성 수지 조성물
본 발명은 내스크래치성이 우수한 열가소성 수지 조성물에 관한 것으로, 상세하게는, 결정성 폴리프로필렌과 에틸렌-α-올레핀 공중합체 및 그 변성체 그리고 아크릴계 에틸렌 함유 공중합체 및 실란 커플링제로 이루어지는 폴리올레핀계 수지 조성물로, 폴리프로필렌 및 그 조성물이 갖고 있는 제반 특성을 손상시키지 않으면서 성형품 표면 구조를 개량하여 내스크래치성을 향상시킨 폴리올레핀계 수지 조성물에 관한 것이다.
결정성 폴리프로필렌 수지는 비중이 낮고 성형성이 우수할 뿐 만 아니라, 기계적 강도, 내열성, 내 용재성 및 내 화학약품 특성이 양호하기 때문에 범용 수지로서 다방면에 걸쳐 사용되고 있다. 그러나 폴리프로필렌 수지의 고유 성질로서 저온에서의 내충격성이 약한 결점을 가지고 있다. 이 결점을 개량하기 위해 에틸렌과 공중합시켜 분자 쇄중에 에틸렌 성분을 도입하는 개량법이나 폴리프로필렌에 에틸렌-α-올레핀 공중합체(EPR)등의 고무류를 배합하는 개량법이 널리 채용되어지고 있다. 그리고 이와 같은 개량법에 의해 얻어졌던 폴리프로필렌 중합체나 폴리프로필렌 중합체 조성물이 범퍼, 펜더 등의 자동차 부품, 가전제품등의 공업재 분야에 널리 사용되어지고 있다.
그러나 종래의 조성물로부터 제조되었던 성형품은 표면 경도가 낮아 스크래치 됨에 따라 현저하게 백화해서 상품 가치를 저하시키는 결점을 갖는다. 이와 같은 성형물 표면의 스크래치 저항성을 향상시키는 수단으로서는 수지자체의 경도를 높이는 방법이 가능하다. 예를 들어 글라스 섬유 혹은 박편상의 마이카를 사용하는 방법(일본 특개소 53-118055호), 유기 금속 화합물을 무기물 충전재와 함께 사용하는 방법(일본 특개소54-43250호)등이 알려져 있다.
그러나 이들 방법으로는 내스크래치성의 개선이 불충분할 뿐더러, 충격 강도가 저하하는 문제가 발생된다. 이와 같이 수지 자체의 경도를 높이는 방법은 내스크래치성을 향상시키는 효과가 있지만, 수지의 내충격성이 비례하여 떨어지게 된다. 따라서 본 발명자들은 이와 같은 방법상의 모순됨이 없이 내스크래치성을 향상시킬 목적으로 여러 방안을 검토한 결과, 폴리프로필렌과 에틸렌-α-올레핀 공중합체 및 그 변성체 그리고 아크릴계 에틸렌 함유 공중합체 및 실란 커플링제로 이루어지는 올레핀계 수지 조성물이 성형품의 충격 강도를 포함한 유연성을 유지시키면서 외부 자극에 의한 긁힘이 크게 방지 되어 내스크래치성을 대폭 향상시킬 수 있는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 된 것이다
즉 본 발명은 하기 (a)∼(d), 즉 (a) 결정성 폴리올레핀 수지 20∼99중량%, (b) 에틸렌-α-올레핀 공중합체 및 그 변성체 1∼80중량%, (c) (a)와 (b)성분 100중량부에 대하여, 아크릴계 에틸렌 함유 공중합체 1∼40중량부, (d) (a)와 (b)성분 100중량부에 대하여, 에폭시기나 아마이드기를 함유하는 실란커플링제 0.1∼5중량부, 로 구성됨을 특징으로 하는 내스크래치성 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 사용되어진 a)성분인 결정성 폴리올레핀 수지는 결정성 프로필렌 호모폴리머, 프로필렌과 다른 올레핀 모노머와의 블록 또는 랜덤 공중합체로 제조된 결정성 폴리프로필렌, 그리고, 불포화 카르복실산 및 그 유도체로 변성된 결정성 폴리프로필렌 등의 올레핀 수지 중에서 1종 또는 1종 이상 혼합하여 사용할수 있다. 사용되는 폴리올레핀 수지의 용융지수(MI ; Melt Index)는 230℃, 2160g, 하중하에서 0.1∼100g/10분의 범위인데, 바람직하기로는 1∼80g/10분의 것을 사용하는 것이 좋다. M.I가 0.1g/10분 미만의 경우는 유동성이 좋지못해 성형성이 현저히 떨어지고, 100g/10분을 초과하는 경우는 충격강도의 저하를 초래한다.
본 발명에서 사용된 b)성분으로는 에틸렌-α-올레핀 공중합체 및 그 변성체로는 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌 삼원 공중합체(EMPDM), 불포화 카르복실산 및 그 유도체로 변성된 에틸렌-프로필렌 삼원 공중합체, 에폭시드 관능기를 갖는 α,β불포화 카르복실산으로 변성시킨 에틸렌-프로필렌삼원 공중합체 등이 사용될 수 있고, 이들의 1종 또는 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
다음으로 본 발명에 사용된 c)성분인 아크릴계 에틸렌 함유 공중합체로는 에틸렌 함유량이 5중량% 이상, 결정화도 30% 미만으로 폴리올레핀과 다소의 상용성이 있는 것이다. 이와 같은 아크릴계 에틸렌 함유 공중합체로는 에틸렌-아크릴산 공중합체(EAA), 에틸렌-메타아크릴산 공중합체(EMAA), 에틸렌 글리시딜 메타아크릴레이트 공중합체(EGMA)등이 있다. 이들은 분자쇄중에 에틸렌의 존재로 b)성분인 에틸렌-α-올레핀 공중합체 및 그 변성체와 물리적으로 상용성을 유발시킬 수 있으며, 화학적으로도 반응성을 가지고 있어 b)성분들과 보다 더 친화성이 있는 탄성 복합체를 형성할 수 있는 특징이 있다.
또한, 본 발명에 사용된 d)성분인 실란 커플링제로는 b)성분이나 c)성분에서 열거된 변성체와 반응하여 화학적으로 결합할 수 있는 실란 커플링제로서 아미노기나 에폭시기를 함유한 실란 성분이 사용될 수 있다. 이들은 b)성분의 탄성체 또는 c)성분의 아크릴계 에틸렌 함유 공중합체들에 작용하거나 c)성분의 아크릴계 에틸렌 함유 공중합체와 b)성분의 탄성체들에 복합적으로 작용하여 최종 조성물 스크래치성을 대폭 향상시켜주는 것이며, 이들은 실험을 통하여 구체적으로 그 효과가 발현됨을 관찰할 수 있었다.
(b),(c),(d) 각 성분들의 상호작용이 나타나는 중에서 보다 더 큰 효과를 보이는 경우는 실란 성분과(b),(c) 성분사이의 화학 반응중에서 소량의 수분을 발생시키는 경우가 있을 수 있으며, (d) 성분과의 화학 반응으로 (b) 성분 그리고 또는 (c)성분의 화학 반응은 필수적으로 동반되어야 하는 것이 본 발명의 특징이다.
또한 본 발명에 사용된 실란은 γ-글리시독시 프로필트리메톡시 실란, β-(3,4에폭시 사이클로헥실)에틸 트리메톡시 실란, α-아미노 프로필 트리에톡시실란, γ-아미노프로필 트리에톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필 트리메톡시실란 등을 사용할 수 있는데 에폭시기를 함유하는 실란과 아미노기를 함유하는 실란을 함께 사용하는 경우 다소의 효율이 떨어지나, 적절한 혼련 과정을 거치면 해결 할 수 있다.
d)성분인 실란 커플링제 경우, 탁월한 효과를 갖는 범위는 0.5∼3중량부이며, 0,1중량부 미만에서는 충분한 효과가 얻어지지 않으며, 5중량부를 초과하여 가하면 올레핀 수지의 고유 물성 유지 효과가 떨어진다.
조성물에는 필요에 의해 각 종의 첨가제, 예를 들면 산화방지제, 자외선 흡수제, 대전 방지제, 내후 안정제, 활제 및 안료 그리고 탈크, 마이카와 같은 무기 충진제 등을 적절히 선택해 첨가할 수 있다
상기의 각 성분들은 동시에 혼련시켜도 좋고, 또 a)성분인 결정성 폴리올레핀과 b)성분인 에틸렌-α-올레핀 및 그 변성체 그리고 c)성분인 아크릴계 에틸렌 함유 공중합체를 혼련 시킨 후, d)성분인 실란 커플링제를 소정량 가해 혼련시키는 것이 더욱 바람직하다.
혼련 방법은 이미 알려진 바와 같이 드라이브렌딩 후 가열 용융 혼련하는 방법을 적용할 수 있고 밴버리믹서, 가압형 니더, 코니더, 일측, 이측압출기, 브라벤더 등을 이용해서 온도는 통상 160℃∼280℃의 범위이고, 바람직하기는 200℃∼250℃에서 각 구성 성분이 물리적, 화학적으로 충분히 친화력을 유지할 수 있도록 혼련을 행하는 것이다. 얻어진 조성물은 폴리올레핀의 성형에 있어 일반적으로 이용되어지고 있는 사출성형법, 압출성형법, 중공성형법 등의 성형법에 적용할 수 있다.
이상 본 발명의 조성물은 실란 커플링제의 작용등에 의해 성형체 내부의 탄성 및 유연성을 충분히 유지하면서 성형체의 표면 특성을 개량하여 내스크래치성이 향상되도록 하는 것으로 에틸렌-α-올레핀 공중합체 변성체와 아크릴계 에틸렌 함유 공중합체와 그리고 (d)성분의 실란커플링제와의 반응유도로 폴리올레핀과 에틸렌-α-올레핀 공중합체 및 그 변성체의 조성이 나타내는 내충격성, 신율 등의 기계적 특성을 손상시키지 않으면서 고무 성분의 구조 변형과 성형체 표면구조의 개질을 유도하여 내스크래치성을 향상시킨 것이다.
본 조성물은 성형성이 우수하여 자동차, 가전 제품을 중심으로 공업 재료에 광범위하게 이용될 수 있다.
이하 실시예 및 비교예로서 본 발명을 더 구체적으로 설명한다.
실험 결과는 다음의 방법에 의해 구해졌다.
1) 아이조드 충격 강도
ASTM D 256에 의거하여 시행
2) 내스크래치성
백원 동전으로 긁은 후 상태를 눈으로 관찰.
-판정 방법
⊙ : 긁힘에 의한 백화가 거의 없음.
○ : 긁힘에 의한 백화가 다소 발생.
△ : 긁힘에 의한 백화가 발생.
× : 긁힘에 의한 백화가 심하게 발생.
3) 인장 강도 및 신율
ASTM D 638에 의거하여 시행
4) 굴곡 탄성율
ASTM D 790에 의거하여 시행
[실시예 1]
프로필렌-에틸렌공중합체[(이하Co-PP라함), 에틸렌함유량8%, M.I=8g/10min)] 70중량%, 에틸렌-프로필렌 고무[(이하 EPR이라함), 에틸렌 함유량 72%, 무니 점도는 ML 1+8(127℃)55]30중량%, 상기 두 성분 100중량부에 대해 에틸렌 아크릴산 공중합체[(이하 EAA라함), 코모노머%=9.5%, MI=20g/10min 10중량부, 실란커플링제로 γ-글리시독시 프로필트리메톡시 실란 0.5중량부를 드라이 블렌딩 후, 230∼250℃로 가열된 코니더를 이용해 용융혼련해서 펠렛을 형성하였다.
얻어진 펠렛을 사출 성형기를 이용하여 220℃ 온도에서 ASTM에 준한 각종 물성 측정용 시험편 및 평판을 성형하였다. 성형하여 얻어진 각종 물성 측정용 시험편 빛 평판을 이용해서 아이조드 충격강도, 인장강도 및 신율, 굴곡 탄성율 및 내스크래치성의 측정 평가를 진행하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 2]
실시예 1에서 γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란 1.0중량부 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 이에 대한 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 3]
실시예 1에서 γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란 2.0중량부 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 이에 대한 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 4]
실시예 1에서 γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란 대신에 γ-아미노 프로필 트리에톡시 실란 1.0중량부 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 5]
Co-PP가 80중량%, EPR이 20중량%이고, 두성분 100중량부에 대해 EAA 20중량부, γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란 0.1중량부인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 6]
실시예 2의 Co-PP 70중량% 대신에 Co-PP 60중량%, 불포화카르복실산 변성 PP(폴리본드 1003; BP 케미칼사 제조 M.I=12g/10min) 10중량% 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 7]
실시예 6에서 γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란 대신에 γ-아미노 프로필 트리에톡시 실란을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 8]
실시예 2에서 Co-PP 대신에 Homo-PP(MI=8g/10min)를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 9]
실시예 6에서 Co-PP 대신에 Homo-PP를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[비교예 1]
실시예 1에서 γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란을 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[비교예 2]
실시예 5에서 γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란을 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[비교예 3]
실시예 6에서 γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란을 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[비교예 4]
실시예 8에서 γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란을 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다
[비교예 5]
실시예 9에서 γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란을 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[제조예 1]
MAH-g-EPDM 제조
에틸렌 프로필렌 에틸리덴 노르보넨 삼원 공중합체 고무(에틸렌/프로필렌 함량비=65/35, 요드가=10, ML 1+8(127℃)=55)100 중량부에 말레인산 무수물 1.5중량부를 유기 과산화물 비스(터셔리-부틸 퍼옥시이소프로필)벤젠 0.1중량부와 함께 반바리 믹서를 사용하여 180℃에서 10분간 혼련하여 펠렛 상으로 제조하였다.
상기에서 제조된 것을 MAH-g-EPDM이라 한다.
[제조예 2]
GMA-g-EPDM 제조
제조예 1에서 제조된 MAH-g-EPDM 제조 방법과 동일한 방법으로 글리시딜 메타 크릴레이트 1.5중량부를 EPDM에 변성 시킨 후 펠렛상으로 제조하였다. 상기에서 제조된 것을 GMA-g-EPDM이라 한다.
[실시예 10]
제조예 1에서 제조된 MAH-g-EPDM 30중량부를 실시예 2에서 EPR과 대체하여 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
[실시예 11]
실시예 2에서 EPR 대신에 제조예 2에서 제조된 GMA-g-EPDM으로 대체하여 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
[실시예12, 13]
실시예 10과 11에서 사용된 성분중에서 γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란을 γ-아미노 프로필 트리에톡시 실란 1.0중량부로 대체한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
[비교예 6,7]
실시예 10과 11에서 사용된 성분중에서 실란 커플링제를 제외한 후 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
[실시예 14]
실시예 2에서 EAA 대신에 EMAA(에틸렌 메타크릴산 공중합체)로 대체한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.
[실시예 15]
실시예 14에서 γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란을 γ-아미노프로필 트리에톡시 실란 1.0중량부로 대체한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.
[실시예 16]
실시예 14에서 EMAA를 EGMA(에틸렌 글리시딜 메타아크릴레이트 공중합체)로 대체한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.
[비교예 8]
실시예 14에서 실란계 커플링제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하여 표 3에 나타내었다.
[비교예 9]
실시예 16에서 실란계 커플링제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하여 표 3에 나타내었다.
[실시예 17]
실시예 6에서 EPR 대신에 제조예 1에서 제조된 MAH-g-EPDNI을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하여 표 4에 나타내었다.
[실시예 18]
실시예 6에서 EPR 대신에 제조예 2에서 제조된 GMA-g-EPDM을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하여 표 4에 나타내었다.
[실시예 19, 20]
실시예 17,18에서 사용된 성분중에서 γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란을 γ-아미노 프로필 트리에톡시 실란 1.0중량부로 대체한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하여 표 4에 나타내었다.
[비교예 10, 11]
실시예 17,18에서 사용된 성분중 실란 커플링제를 제외하고는 동일한 방법으로 실시하여 표 4에 나타내었다.
[표 1]
1. 실란 커플링제 A : γ-글리시톡시 프로필 트리메톡시 실란
2. 실란 커플링제 B : γ-아미노 프로필 트리에톡시 실란
[표 2]
[표 3]
1. 코모노머=9%, MI=25g/10min
2. 코모노머=15%, MI=7g/10min
[표 4]

Claims (6)

  1. (a) -용융지수가 0.1∼100g/10분인 결정성 폴리올레핀 수지 20∼00중량%, (b) 에틸렌-α-올레핀 공중합체 및 그 변성체 1∼80중량%, (c) a)와 b)성분 100중량부에 대하여, 아크릴계 에틸렌 함유 중합체 1∼40중량부, (d) a)와 b)성분 100중량부에 대하여 에폭시기나 아미노기를 함유하는 실란 커플링제 0.1∼5중량부로 구성됨을 특징으로 하는 내스크래치성 열가소성 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 결정성 폴리올레핀 수지는 결정성 프로필렌 호모폴리머 및 프로필렌과 α-올레핀 모노머와의 블록 또는 랜덤 공중합체로 제조된 결정성 폴리올레핀 수지, 불포화 카르복실산 및 그 유도체로 변성된 결정성 폴리 프로필렌임을 특징으로 하는 내스크래치성 열가소성 수지 조성물.
  3. 제2항에 있어서, α-올레핀 모너모는 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센 임을 특징으로하는 내스크래치성 열가소성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 에틸렌-α-올레핀 공중합체 및 그 변성체가 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌 삼원 공중합체(EPDM), 불포화 카르복실산 및 그 유도체로 변성된 에틸렌-프로필렌 삼원공중합체, 에폭시드 관능기를 갖는 α,β불포화 카르복실산으로 변성시킨 에틸렌-프로필렌 삼원 공중합체로서 1종 단독 또는 1종이상 혼합한 것 임을 특징으로 하는 내스크래치성 열가소성 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 아크릴계 에틸렌 함유 공중합체가 에틸렌 함유량 5중량% 이상, 결정화도 30% 미만인 것으로 에틸렌 아크릴산 공중합체(DAA), 에틸렌 메타아크릴산 공중합체(EMAA), 에틸렌 글리시딜 메타아크릴레이트(EGMA)임을 특징으로 하는 내스크래치성 열가소셩 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 실란 커플링제가 γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란, β-(3,4-에톡시 사이클로헥실)에틸트리메톡시 실란, α-아미노 프로필 트리에톡시 실란, γ-아미노 프로필 트리에톡시 실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노 프로필 트리메톡시 실란임을 특징으로 하는 내스크래치성 열가소성 수지조성물.
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