KR960008117B1 - 폴리올레핀-식물섬유계 성형용 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

폴리올레핀-식물섬유계 성형용 수지 조성물

본 발명은 성형가공, 이를테면, 압출성형이나 사출성형에 적합한 폴리올레핀-식물섬유계 성형용 수지 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세히 설명하면, 본 발명은 폴리올레핀과 식물섬유를 주체로 하며, 상기 물질중 식물섬유는 표면처리제로 처리한 식물섬유로서 이러한 수지 조성물은 산업자재 등 성형에 적합하다.

목분, 왕겨, 목면 등의 식물섬유는 각종의 기계적 강도, 전기적 성질, 성형성 등이 요구되는 재료에 알맞은 요건을 가지고 있을 뿐만 아니라 저가이고, 원료원이 풍분한 관계로 지금까지 열경화성 수지의 충진제로 널리 사용되고 있다. 그러나 식물섬유가 열경화성 수지의 충진제로 널리 사용되고 있는 것과는 달리 폴리올레핀이 충진제로서 사용정도는 상대적으로 대단히 미미하다.

폴리올레핀으로부터 얻어진 성형물은 우수한 물성을 지니고 있지만 기계적 강성이 떨어지는 점이 결점이 지적되고 있으며, 이러한 결점을 해결하기 위하여 목분, 왕겨, 목면 등의 식물섬유를 폴리올레핀에 용융혼합하는 방법이 시도되고 있다. 그러나 이렇게 얻어진 성형물의 경우, 강성은 향상되지만 플라스틱 성형물에 있어서 중요한 물성인 인장강도, 내충격성 등의 기계적 특성이 풀리올레핀 단독으로 된 성형물의 경우보다 현저히 저하되는 결점이 있었다.

폴리올레핀에 식물섬유를 첨가하여 얻은 성형물이 이와 같은 결점을 가지게 되는 것은, 식물성유가 폴리올레핀의 용융온도에서는 용융되지 않을 뿐만 아니라 용융상태의 폴리올레핀에 균일하게 분산되기 어렵기 때문이다. 따라서, 강성, 인장강도 및 내충격성 등의 기계적 특성이 모두 우수한 폴리올레핀-식물섬유계 성형용 수지 조성물을 제조하는 것이 대단히 어려운 과제이었다.

전술한 바와 같이 폴리올레핀과 식물섬유로 이루어진 성형가공용 수지 조성물의 결점을 해결하기 위한 방안들이 계속 제안되었다. 일본국 공개 특허 소 58-56581호에서는, 폴리올레핀-식물섬유계 조성물에 로진계 물질이나 석유수지 및 가소제 또는 합성고무나 무기충진제를 첨가하면 식물섬유의 분산성이 개량되어 성형물의 기계적 특성등이 향상되는 것으로 제시되어 있다. 그러나 상술한 방법에 따르면 폴리올레핀, 식물섬유이외에 로진계 물질이나 석유수지 및 가소제 또는 합성고무나 무기충진제 등의 여러가지 물질을 사용하기 때문에 성형물의 제조 공정이 복잡하여질 뿐만 아니라 성형물의 가격이 상승되는 결점이 있다.

이와 같은 폴리올레핀-식물섬유계 조성물의 결점을 개량하기 위하여, 폴리올레핀을 무수 말레인산 변성 폴리올레핀으로 교환하여 사용하는 방법도 제시되고 있으나 무수말레인산 변성폴리올레핀이 고가이므로 조성물 및 성형물의 가격이 현저히 높아지는 결점이 있다. 상기한 가격의 문제점을 해결하기 위해 일본국 공개특허 소 63-230750호에서는 폴리올레핀과 변성폴리올레핀과의 중량비가 97/3~60/40인 혼합수지에 40~60중량부의 식물섬유를 혼합한 조성물을 제시하고 있다. 그러나, 변성 폴리올레핀의 혼합량이 적을 경우에는 인장강도, 충격강도 등의 기계적 특성이 저하되는 단점이 있고, 변성폴리올레핀의 혼합량이 많으면 기계적 물성은 향상되는 조성물이나 성형물의 가격이 상승되는 결점이 있다.

본 발명의 목적은 상기한 폴리올레핀-식물섬유계 성형용 수지 조성물의 여러 문제점을 해결하여 강성, 인장강도등의 기계적 물성이 우수하고 가격 경쟁력이 있는 수지 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명자는 폴리올레핀-식물섬유계 조성물 제조시 식물섬유의 수지내의 분산성 및 분배성을 개량하고 성형물의 기계적 특성을 향상시키기 위해 이소시아네이트계 화합물을 사용하여 식물섬유를 표면처리하고 여기에 소량의 변성폴리올레핀 및 기타첨가제, 예를들면 산화방지제, 윤활제 및 왁스등을 폴리올레핀계 베이스 수지에 첨가한 후 통상의 방법으로 성형물을 제조한 결과, 강성, 인장강도 및 충격강도 등의 기계적 특성이 우수하고 성형물의 제조단가가 저렴한 수지 조성물을 제조할 수 있는 폴리올레핀-식물섬유계 수지 조성물을 발명하게 되었다. 즉, 본 발명의 폴리올레핀-식물섬유계 성형용 수지 조성물은 40~90중량부의 폴리올레핀 성분과 이소시아네이트계 화합물로 표면처리된 60~10중량부의 식물섬유를 함유하고, 여기에 0.5~20중량부의 변성폴리올레핀이 첨가한 것을 특징으로 하고 있다.

폴리올레핀-식물섬유계 성형용 조성물에 있어서, 식물섬유의 수지에 대한 분산성과 분배성을 개량하고 우수한 기계적 특성을 지닌 성형물을 얻기 위해 본 발명에서 표면처리제로 사용된 이소시아네이트계 화합물은 식물섬유 표면에 존재하는 수산화기와 우레탄 반응을 일으켜 수지와의 고온 혼련시 식물섬유의 분해를 억제시키며, 혼련중 식물섬유의 부서짐을 감소시키고 분산성을 높이는 활제역할을 하고, 또한 식물섬유와 베이스수지간의 계면에서의 접착성을 향상시켜 기계적 특성을 증대시키는 역할을 한다.

그리고 본 발명에서 사용된 변성폴리올레핀을 폴리올레핀-식물섬유계 조성물에 있어서 비변성 폴리올레핀과 식물섬유의 계면에 존재하여 상용화제로 작용하여 계면 접착성을 증대시키는 역할을 하고, 또한 식물섬유의 용융분산 상태를 개선시키는 작용을 한다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 조성물은 40~90중량부의 폴리올레핀 성분과 이소시아네이트화합물로 표면 처리된 60~10중량부의 식물섬유가 함유되어 있다.

본 발명의 적합한 표면처리제는 이소시아네이트계 화합물이다. 예를들면, 파라페닐렌 디이소시아네이트, 2-클로로-1, 4-페닐디이소시아네이트, 2, 4-톨루엔디이소시아네이트, 1, 5-나프탈렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트 등이며, 본 발명에 유용한 상기 표면처리제는 전처리 단계가 필요없기 때문에 헨셀 믹서같은 거기에서 전처리를 하지 않고 식물섬유와 동시에 투입하고 표면처리를 행하거나 또는 이소시아네이트계 화합물은 폴리올레핀 수지와의 반응성이 전혀없기 때문에 폴리올레핀, 식물섬유 및 기타첨가제를 동시에 투입하고 표면처리를 행할 수도 있으며, 이의 사용량은 식물섬유 100중량부에 0.5~20중량부가 바람직하다. 사용량이 0.5중량부보다 작으면 표면처리 효과가 미미하며, 20중량부보다 크면 경제성이 감소된다.

본 발명에 유용한 베이스수지는 올레핀을 주성분으로 하는 폴리올레핀계수지, 예를들면 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도, 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌 또는 프로필렌과 다른 공중합 가능한 단량체와의 중합체 등이 있다.

또한, 본 발명에 적합한 식물섬유는 40~300메쉬 크기의 목분, 왕겨 및 목면등이 바람직하다. 식물섬유의 크기가 40메쉬보다 크면 기계적 물성의 저하가 일어날 가능성이 크며, 300메쉬보다 적으면 기계적 특성은 우수하나 식물섬유의 제조단가가 상승되는 결점이 있다.

본 발명에 사용되는 첨가제로서, 산화방지제는 4, 4'-티오비스(2-t-부틸-5-메틸페놀), 펜타에리트리틸-테트라키스-[3-(3, 5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)-프로피오네이트], 2, 2'-메틸렌비스[4-메틸-6-(1'-메틸시클로헥실)페놀] 및 트리스(2, 4-t-부틸페닐)포스파이트 등이고, 상기 첨가제들의 첨가량은 베이스수지 100중량부에 대해 각기 0.05~1.0중량부이고, 바람직하기는 0.1~0.3중량부이다.

본 발명에 사용한 변성폴리올레핀은 무수말레인산 또는 그리시딜메타아크릴레이트(Glycidyl methacrylate) 또는 하이드록시에틸메타아크릴레이트로 변성한 폴리올레핀수지이다.

본 발명은 상기의 조성이외에 열안정제, 지외선안정제, 윤활제 등을 소량 첨가시킬 수 있으며, 필요시 난연화를 위해 난연제 또는 난연조제를 첨가할 수도 있다.

이러한 수지 조성물을 얻기 위하여 폴리올레핀수지와 이소시아네이트계 화합물로 표면처리된 식물섬유와 기타 첨가제를 혼련기를 사용하여 혼련시켜 펠렛형태로 제조하다. 혼련기로는 밤바리믹서, 단축혼련기, 2축 혼련기, 코-니더 등을 사용할 수 있다.

혼련중에 식물섬유상의 열분해를 방지하기 위해서는 혼련기의 스크류 회전속도를 낮추고, 압출다이의 내부모양을 유선형으로 하며, 압출스트랜드 굵기를 크게 할 필요가 있다.

이와 같이 제조한 펠릿이라 하더라도 압출성형 또는 사출성형중에 식물섬유의 열분해를 방지하기 위해서는 성형기의 스크류 회전수를 줄이고, 사출성형의 경우는 사출압, 사출속도를 낮추며, 노즐의 구멍 크기를 크게하고 금형의 스크류, 런너, 게이트의 설계에 유의해야 한다.

본 발명 폴리올레핀-식물섬유계 성형용 수지 조성물은 경제성이 있고 기계적 물성이 우수한 성형용수지를 얻을 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 실시예를 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이들 실시예에 의하여 제한되지 않는다.

[실시예 1]

150메쉬 크기의 목분(히타치 케미칼사제품, CELLULOSIN) 표면에 폴리이소시아네이트(금호 미쓰이 도와쯔사제품, MDI-CR200) 1중량부를 50℃에서 1000RPM의 헨셀믹서를 사용하여 5분간 균일하게 표면처리 한다.

폴리프로필렌(삼성종합화학주식회사, BJ800)에 1중량부의 무수말레인산 변성폴리프로필렌(엑숀 케미칼사제품, EXXELOR)과 산화방지제인 4, 4'-티오비스(2-t-부틸-5-메틸페놀), 펜타에리트리틸-테트라키스-[3-(3, 5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)-프로피오네이트], 2, 2'-메틸렌비스[4-메틸-6-(1'-메틸시클로헥실)페닐]및 트리스(2, 4-t-부틸페닐)포스파이트 4-4'을 각각 0.1중량부씩 첨가한 후 50℃, 1000RPM의 헥셀믹서를 사용하여 5분간 균일하게 혼합한다.

계속하여 상기의 방법에 따라 (A) 혼합한 폴리프로필렌 수지 60중량부와 (B) 표면처리한 목분 40중량부를 2축혼련기를 사용하여 1차 호퍼에 수지를, 후반부 2차 호퍼에 목분을 주입하여 혼련한 후 통상적인 방법에 의해 펠렛으로 제조한다. 이때 펠렛의 크기는 2~5mm, 길이 3~7mm로 절단한다. 상기 펠렛을 120℃ 이상의 온도에서 통상적인 방법에 의해 수시간 건조시킨후, 금형온도 50℃, 실린더온도 170~210℃에서 시편을 사출성형하여 강성(굴곡탄성률), 인장강도 및 아이조드충격강도 등을 측정한다.

상기한 모든 물성는 ASTM 시험법에 준하여 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 2]

실시예 1에서 0.5중량부의 폴리이소시아네이트로 표면처리한 목분을 사용하고 나머지는 실시예 1과 동일하다. 그 결과는 표 1에 나타내었다.

[실시예 3]

실시예 1에서 3중량부의 무수말레인산 변성폴리프로필렌을 사용하고 나머지는 실시예 1과 동일하다. 그 결과는 표 1에 나타내었다.

[실시예 4]

실시예 2에서 0.5중량부의 무수말레인산 변성폴리프로필렌을 사용하고 나머지는 실시예 2과 동일하다. 그 결과는 표 1에 나타내었다.

[비교예 1]

실시예 1에서 폴리이소시아네이트로 표면처리하지 않은 목분을 사용하고 나머지는 실시예 1과 동일하다. 그 결과는 표 1에 나타내었다.

[비교예 2]

실시예 1에서 무수말레이산 변성폴리프로필렌을 사용하지 않고 나머지는 실시예 1과 동일하다. 그 결과는 표 1에 나타내었다.

[비교예 3]

실시예 1에서 표면처리하지 않은 목분을 사용하고 10중량부의 무수말레인산 변성폴리프로필렌을 사용하였다. 나머지는 실시예 1과 동일하다. 그 결과는 표 1에 나타내었다.

[비교예 4]

실시예 1에서 표면처리하지 않은 목분을 사용하고 무수말레인산 변선 폴리프로필렌을 사용하지 않았다. 나머지는 실시예 1과 동일하다. 그 결과는 표 1에 나타내었다.

Claims (4)

1. 폴리올레핀수지 40~90중량부, 이소시아네이트계 화합물로 표면처리된 식물섬유 60~10중량부, 변성폴리올레핀 0.5~20중량부를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀-식물섬유계 성형용 수지 조성물.
2. 제1항에 있어서, 폴리올레핀 수지가 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌이고, 변성폴리올레핀이 무수말레이산 변성폴리프로필렌인 폴리올레핀-식물섬유계 성형용 수지 조성물.
3. 제1항에 있어서, 식물섬유가 식물섬유 100중량부에 대하여 0.5~20중량부의 이소시아네이트계 화합물로 표면처리된 것인 폴리올레핀-식물섬유계 성형용 수지 조성물.
4. 제1항에 있어서, 식물섬유가 약 40~300메쉬의 목분 또는 왕겨 또는 목면인 폴리올레핀-식물섬유계 성형용 수지 조성물.