WO2023096156A1 - 나노 금속염을 이용한 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품 - Google Patents

나노 금속염을 이용한 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품 Download PDF

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WO2023096156A1
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thermoplastic resin
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interior materials
weight
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박성민
최동희
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(주) 웹스
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L21/00Compositions of unspecified rubbers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/10Homopolymers or copolymers of propene
    • C08L23/12Polypropene

Definitions

  • the present invention relates to a thermoplastic resin composition for automobile interior materials having excellent mechanical properties and a molded article using the same.
  • car interior materials such as door trim, dash board, instrument panel, console, floor carpet, etc. are used to provide comfort, luxury, and body contact
  • a material capable of imparting an excellent tactile sensation to the part is used.
  • polyvinyl chloride (PVC) resin
  • rubber materials which have advantages of excellent processability, low unit price, and appropriate mechanical and physical properties, have been widely used.
  • PVC resin the use of additives such as plasticizers is essential, and this causes dioxin and volatile organic compounds (VOCs), which are harmful substances, to be generated during molding, and there is a problem that the elastic restoring force to be implemented as car interior material is poor, Its usage is gradually decreasing.
  • VOCs volatile organic compounds
  • Patent Document 1 Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2008-0069364 discloses an organic peroxide-based crosslinking agent, crosslinking aid, and scratch resistance additive in a basic “resin” composition consisting of polypropylene “resin,” “thermoplastic” elastomer, processing oil, and inorganic filler.
  • the olefin-based "thermoplastic” resin "composition” is described.
  • the permanent compression set is high and the elastic restoring force is low, and the scratch resistance is insufficient to be used as an unpainted material for cars interior materials.
  • Automotive interior materials are manufactured with or without painting and applied to the final product.
  • Patent Document 2 Korean Patent Publication No. 10-2013-00704278 is a highly crystalline polypropylene having an isotactic peptide fraction of 96% or more by C-NMR method Resin (High Isotacticity Polypropylene, HIPP) 40 to 98% by weight; 1 to 30% by weight of rubber component; And a polypropylene "resin” composition containing 1 to 30% by weight of polypropylene nano masterbatch is described.
  • the scratch resistance is somewhat improved, but the permanent compression set is high, resulting in a low elastic restoring force.
  • Patent Document 3 Korean Patent Publication No. 10-2021-0052748 discloses 80 to 90 parts by weight of ethylene propylene diene monomer (EPDM), 30 to 50 parts by weight of polybutene (PB), and polypropylene (PP) 30 to 40 parts by weight, 110 to 130 parts by weight of paraffin oil having a kinematic viscosity at 40 ° C.
  • EPDM ethylene propylene diene monomer
  • PB polybutene
  • PP polypropylene
  • an extruded sheet for automobile interior materials containing 0.4 to 0.6 parts by weight of additives selected from polypropylene wax and fillers.
  • the extruded sheet for automobile interior materials has the advantage of being harmless to the human body and harmless to recycling or incineration, but still lacks scratch resistance and mechanical strength, and has low physical properties of rubber, so there is a limit to increasing the rubber content. There are downsides.
  • Patent Document 4 Korean Patent Registration No. 10-1187712 discloses (A) 20 to 74.8 parts by weight of polyolefin, (B) 10 to 30 parts by weight of thermoplastic rubber, (C) 15 to 30 parts by weight of inorganic filler, (D) A polyolefin "resin" composition comprising 0.1 to 10 parts by weight of a polyamide slip agent and (E) 0.1 to 10 parts by weight of a fluororesin is disclosed.
  • the polyolefin resin composition has improved scratch resistance due to the addition of a fluororesin.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2008-0069364
  • Patent Document 2 Korean Patent Publication No. 10-2013-0070428
  • Patent Document 3 Korean Patent Publication No. 10-2021-0052748
  • Patent Document 4 Korean Patent Registration No. 10-1187712
  • the present invention is to provide a thermoplastic resin composition for automobile interior materials that can provide a soft touch while having excellent mechanical strength, and a molded article using the same.
  • the present invention (a) a polypropylene resin; and (b) a thermoplastic resin composition for automotive interior materials comprising a mixture of a rubber composition, wherein the rubber composition includes an unsaturated rubber functionalized with a polar group and nano metal ions.
  • thermoplastic resin composition according to one embodiment of the present invention and molded products using the same have excellent mechanical strength such as hardness, tensile strength, and scratch resistance, moldability, and elasticity, and can be usefully applied for applications such as automobile interior materials.
  • a propylene resin (a) a propylene resin; and (b) a rubber composition, wherein the rubber composition includes an unsaturated rubber functionalized with a polar group and nano metal ions.
  • thermoplastic “resin” composition
  • Polypropylene "resin” includes random “polypropylene, homo” polypropylene, or both.
  • the homo polypropylene is a polymer polymerized only with propylene, and can realize characteristics such as high stereoregularity, rigidity, and excellent heat resistance.
  • the homo-polypropylene may have a flexural modulus of about 13,000 kg/cm 2 to about 17,000 kg/cm 2 according to ASTM D 790.
  • the thermoplastic "resin" composition includes homo "polypropylene having a flexural modulus within the above range, and may simultaneously have excellent" hardness and elongation.
  • the random polypropylene is a polymer whose stereoregularity is lowered by copolymerizing propylene and a small amount of other olefins, and has more amorphous parts than homopropylene, so its rigidity is slightly lower, but it serves to impart impact strength and flexibility .
  • the random polypropylene may have a melt index of about 0.2 g/10 min to about 0.3 g/10 min according to ASTM D 1238.
  • the random polypropylene may have an elongation of about 600% or more according to ASTM D 638.
  • the random polypropylene may have a flexural modulus of about 8,000 kg/cm 2 to about 9,000 kg/cm 2 according to ASTM D 790.
  • the thermoplastic "resin" composition includes random "polypropylene having the characteristics of the above range together with the rubber composition (b) to provide excellent moldability, soft sensibility, and excellent mechanical properties required as" automobile "interior materials. Can be imparted.
  • thermoplastic resin composition of the present invention includes a rubber composition in order to impart a soft touch feeling.
  • the rubber composition includes an unsaturated rubber functionalized with a polar group and a nano-metal, wherein the nano-metal forms an ionic bond with a polar group connected to the unsaturated rubber and forms an ion cluster between unsaturated rubber molecules by an ion-ion interaction. do. These ionic bonds have a very strong binding force compared to hydrogen bonds or covalent bonds, and improve mechanical properties of the thermoplastic resin composition.
  • the unsaturated rubber is modified with a polar group capable of ionic bonding, and in one embodiment, it may be obtained by reacting the unsaturated rubber with the addition of an initiator together with the polar group.
  • a functionalized unsaturated rubber may be obtained by reacting 1 to 20 parts by weight of a polar group with respect to 100 parts by weight of an unsaturated rubber.
  • the polar group is (meth)acrylic acid, maleic acid; fumaric acid; crotonic acid; Itaconic acid, sulfonic acid or their anhydrides are included, and the (meth)acrylic acid includes acrylic acid, methacrylic acid, methyl acrylic acid, methyl methacrylic acid, ethyl acrylic acid, ethyl methacrylic acid, butyl acrylic acid and butyl methacrylic acid. etc. are included.
  • the polar group is preferably (meth)acrylic acid, more preferably acrylic acid.
  • the unsaturated rubber means a rubber containing an unsaturated group, for example, a group consisting of polyisoprene rubber, polybutadiene rubber, ethylene propylene diene EPDM rubber, styrene butadiene rubber, and acrylonitrile butadiene rubber. It may be one or more selected from.
  • the unsaturated rubber is EPDM rubber.
  • the rubber composition may be prepared by mixing 1 to 30 parts by weight of nano metal ions with respect to 100 parts by weight of an unsaturated rubber functionalized with a polar group. More preferably, 1 to 10 parts by weight of nano metal ions may be included.
  • an ion cluster may be formed through ionic bonding with a polar group.
  • the content of nano-metal ions is less than 1 part by weight, it is difficult to improve mechanical properties compared to conventional rubber compositions because ionic bonds with unsaturated rubber are not formed, and when it exceeds 30 parts by weight, dispersibility decreases and physical properties deteriorate. there is a risk of
  • the nano-metal may be lithium, sodium, magnesium or zinc, and particularly preferably lithium and sodium metal.
  • lithium and sodium metals When nano-sized lithium and sodium metals are used, the effects of tensile strength, compression set, scratch resistance and embossability are remarkably improved compared to other metals.
  • the size of the nano-metal silver particles is 10 to 900 nm, preferably 30 to 500 nm. Since the nano-metal of the present invention has a nano size of 10 to 900 nm, the dispersibility of the rubber composition is significantly improved, and thus the mechanical properties and scratch resistance of the thermoplastic resin composition are improved and used for automobiles, electronics, or energy industries. available as material. On the other hand, if the particle size is less than 10 nm, the fine particles aggregate well with each other, reducing the effect of the mechanical properties and scratch resistance, and reducing workability such as dust blowing. difficult to differentiate.
  • the rubber composition may additionally include at least one additive selected from an initiator, a crosslinking agent, an antioxidant, a lubricant, a catalyst, and a UV stabilizer.
  • the initiator is a material for initiating a polymerization reaction, preferably a functionalization reaction of the rubber composition, and any initiator commonly used in the art for this purpose may be used, preferably t-butyl cumyl peroxide, benzoyl peroxide, cumene hydroperoxide, dicumyl peroxide, methyl ethyl ketone peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-di(t-butyl peroxy)hexane, di-t-butyl per It is preferred to use oxide, t-butylperoxy benzoate, a,a-bis(t-butyl peroxy isopropyl)benzene, di-isopropylbenzene or mixtures thereof.
  • the initiator it is preferable to use 0.05 to 1.0 parts by weight of the initiator based on the total weight of the rubber composition. If the initiator is less than 0.05 parts by weight, sufficient reaction does not occur, and if it is more than 1.0 parts by weight, there is a problem that protrusion may occur due to overreaction, so it is good to use it within the above range.
  • the crosslinking agent is for forming a three-dimensional network structure by forming chemical bonds between several specific atoms in the unsaturated rubber.
  • 3,5-trimethylcyclohexane (TMC) 3,5-trimethylcyclohexane (TMC), n-butyl-4,4-(bis-butyl peroxy) valerate (TVP), dicumyl peroxide (DCP), 1,1-bis (t-butyl peroxy) -Diisopropylbenzene (BPPB), benzoyl peroxide (BPO), t-butylperoxybenzoate (Z), di-t-butylperoxide (DTBP), 2,5-dimethyl-2,5-di- There are t-butylperoxyhexane (25B), 2,5-di methyl-2,5-di-t-butylperoxylhexene-3 (hexyne-3), etc., but any crosslinking agent commonly used in the art is limited can be used
  • the antioxidant is included in phenol-based antioxidants, benzoimidazole-based, and amine-based antioxidants, and any antioxidant commonly used in the art may be used without limitation.
  • the lubricant is intended to increase processability by reducing the viscosity of the rubber composition, and may be used by mixing one or two phases of a wax type, such as PE wax and paraffin wax, and a stearic acid type, such as magnesium stearate and calcium stearate. .
  • a wax type such as PE wax and paraffin wax
  • a stearic acid type such as magnesium stearate and calcium stearate.
  • the catalyst is a catalyst for the crosslinking reaction of the rubber composition, and is not particularly limited as long as it is a catalyst commonly used in the industry for this purpose, but is preferably used in an amount of 0.5 to 3.0 parts by weight, and the amount used is the rubber. It is preferable to use 0.5 to 5.0 parts by weight based on the total weight of the composition. If the catalyst is less than 0.5 parts by weight, there is a problem that it does not play a sufficient role as a crosslinking catalyst, and if it is more than 5.0 parts by weight, crosslinking is not even and side reactions may occur, so it is good to use it within the above range.
  • the UV stabilizer may be used without limitation as long as it is a material commonly used in the art, and it is preferable to use 0.5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight based on the total weight of the rubber composition. If the amount of the UV stabilizer is less than 0.5 parts by weight, it is difficult to expect a sufficient UV stabilization effect, and if it exceeds 5.0 parts by weight, the UV stabilizer effect due to excessive use is no longer present and may cause degradation of the performance of the thermoplastic resin, as well as increase in cost Since it also becomes a factor, it is used within the above range.
  • the thermoplastic resin composition (a) 30 to 70 parts by weight of a propylene resin; and (b) 70 to 30 parts by weight of the rubber composition. More preferably, the thermoplastic resin composition includes about 40 parts by weight of a propylene resin; and (b) about 60 parts by weight of the rubber composition. It has a certain level of hardness and high scratch resistance along with excellent formability satisfying the above range. On the other hand, the embossability of the molded article prepared from the thermoplastic resin composition is very poor, and both scratch resistance and hardness are reduced.
  • thermoplastic resin composition One.
  • An unsaturated rubber was modified by mixing EPDM, an initiator, and a polar group according to the composition shown in Table 1, and then a metal ion having a size of 100 nm was added to prepare a rubber composition.
  • This rubber composition was reaction-extruded with a twin-screw extruder.
  • thermoplastic resin composition (Preparation of thermoplastic resin composition):
  • thermoplastic resin composition was prepared by mixing the prepared rubber composition and a propylene resin composition (H7900 from LG Ghem) at 60 parts by weight and 40 parts by weight, respectively.
  • thermoplastic resin composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that the composition ratio was changed as shown in Table 1, and lithium, sodium, magnesium, and zinc were used as neutralizing metals.
  • Shore A prepared in the step of dynamically crosslinking with a twin-screw extruder by adding polypropylene resin as a continuous phase and rubber as a dispersed phase in a constant ratio and adding other additives to it.
  • a thermoplastic elastomer having MFR) of 5 g/10 min was prepared.
  • thermoplastic resin composition was prepared in the same manner as in Example 1, except that 100 ⁇ m-sized lithium, sodium, magnesium, and zinc were used instead of the 100-nm-sized lithium metal.
  • thermoplastic resin compositions prepared in Examples and Comparative Examples physical properties were evaluated according to the following methods and are shown in Tables 1 and 2.
  • a No. 4 test piece according to ASTM D638 was prepared and the tensile strength and elongation were measured according to ASTM D638. At this time, the number of test pieces used in the same test was 5.
  • Hardness was measured according to ASTM D-2240 with a TECLOCK A Durometer durometer on the surface of the test piece.
  • Grade 1 Surface damage is conspicuous.
  • Grade 2 Damage to the surface is recognized.
  • Grade 3 Some damage to the surface is recognized, but it is not severe.
  • Grade 4 Slight damage to the surface is perceived.
  • a circular specimen having a diameter of 29 ⁇ 0.5 mm x a thickness of 12.5 ⁇ 0.5 mm was exposed at a temperature of 125 ° C for 70 hours, and then the difference in thickness before and after the test was measured to calculate the value.
  • the degree of emboss moldability was evaluated by checking the depth of embossing after application (molding) to an injection product, that is, after application to an injection product and injection.
  • the tensile strength and scratch resistance were lower than that of the examples, but had a high compression set, and the embossability was not good compared to the examples.
  • Examples 1 to 6 were all superior in scratch resistance compared to Comparative Example, and their tensile strength was also higher than that of Comparative Example. From the above experiments, it was confirmed that in the case of the examples, the mechanical properties were improved, and the hardness also had a reasonable level of hardness required for the prototype.
  • Example 1 Example 2 Example 3 Example 4 Example 5 Example 6 propylene resin 40 40 40 40 70 30 rubber composition 60 60 60 30 70 rubber composition EPDM 100 100 100 100 100 100 100 100 peroxide 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 acrylic acid 5 5 5 5 5 5 Li (nano) 5 5 5 Na (nano) 5 Mg (nano) 5 Zn (nano) 5 Tensile strength (Mpa) 10.2 10.0 9.8 9.7 15.2 8.5 Hardness (Shore) 72A 72A 72A 73A 80A 67A scratch resistant 5th grade 5th grade 5th grade 5th grade 4th grade 4th grade Compressive strain 10% 11% 13% 15% 55% 15% embossing ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • Comparative Example 1 Comparative Example 2 Comparative Example 3 Comparative Example 4 Comparative Example 5 TPV 100 propylene resin 40 40 40 40 rubber composition 60 60 60 60 rubber composition EPDM 100 100 100 100 peroxide 0.1 0.1 0.1 0.1 acrylic acid 5 5 5 5 Li (micro) 5 Na (micro) 5 Mg (micro) 5 Zn (micro) 5 Tensile strength (Mpa) 8.0 8.9 8.6 8.3 8.9 Hardness (Shore) 80A 72A 72A 73A 72A scratch resistant 2nd grade level 3 level 3 level 3 level 3 level 3 Compressive strain 50% 19% 19% 21% 20% embossing ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

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Abstract

본 발명은 폴리프로필렌 수지; 및 고무 조성물의 혼합물을 포함하며, 상기 고무 조성물은 극성기로 관능화된 불포화 고무 및 나노 금속 이온을 포함하는 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.

Description

나노 금속염을 이용한 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품
본 발명은 기계적 물성이 우수한 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품에 관한 것이다.
일반적으로, 도어트림(Door trim), 대쉬보드(Dash board), 인스트루먼트 패널(Instrument panel), 콘솔(Consol), 플로어 카페트(Floor carpet) 등과 같은 자동차 내장재에는 자동차 내부의 안락성, 고급스러움, 신체 접촉부위의 우수한 촉감을 부여할 수 있는 소재가 사용된다. 특히, 우수한 가공성, 저렴한 단가, 적당한 기계적 물성의 장점을 가진 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride, PVC) 수지 및 고무소재가 많이 사용되어 왔다. 그러나, PVC 수지의 경우, 가소제 등의 첨가제 사용이 필수적이며, 이로 인해 성형시 유해물질인 다이옥신 및 휘발성 유기화합물(VOCs)이 발생되고, 자동차 내장재로서 구현해야 할 탄성복원력이 떨어진다는 문제가 있어, 그 사용량이 점차 줄어들고 있다. 또한, 고무의 경우, 황가교로 인해 재활용이 불가능하고, 비중이 높아 연비 성능을 향상시키려는 최근 추세에 맞지 않아 다른 신소재로의 교체가 요구되고 있는 실정이다.
예컨대, 특허문헌 1(한국공개특허공보 제10-2008-0069364호)은 폴리프로필렌 수지, 열가소성 탄성체, 프로세싱 오일 및 무기 필러로 이루어진 기본 수지 조성물에 유기 퍼옥사이드계 가교제, 가교조제 및 내스크래치 첨가제를 포함하는 올레핀계 열가소성 수지 조성물에 대해 기재하고 있다. 그러나, 상기 특허문헌 1에 따른 열가소성 수지 조성물의 경우, 영구압축변형율이 높게 나타나 탄성복원력이 낮은 단점이 있고, 자동차 내장재용 무도장 소재로 사용하기에는 내스크래치성이 부족한 문제가 있다. 자동차 내장재는 도장 혹은 무도장으로 제조되어 최종제품에 적용되는데, 도장 공법을 적용할 경우, 자동차 부품의 원가상승 및 환경이슈가 발생한다. 따라서, 공정축소 및 생산비용 절감을 위해 도장 공정이 별도로 필요하지 않는 사출방법 및 소재의 수요가 증가되고 있다. 그러나, 무도장 소재의 경우, 탑승자에 의해 표면에 쉽게 흠집이 생기는 등의 문제에 매우 취약하므로, 내스크래치성이 개선된 소재에 대한 요구가 더욱 확대되었다.
이에, 내스크래치성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물로서, 특허문헌 2(한국 공개특허공보 제10-2013-0070428호)는 C-NMR법에 의한 아이소택틱 펩타드 분율이 96% 이상인 고결정성 폴리프로필렌 수지(High Isotacticity Polypropylene, HIPP) 40 ~ 98중량%; 고무성분 1 ~ 30중량%; 및 폴리프로필렌 나노 마스터배치 1 ~ 30중량%를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물에 대해 기재하고 있다. 그러나, 상기 특허문헌 2에 따른 폴리프로필렌 수지 조성물의 경우 내스크래치성은 다소 개선되었으나, 영구압축변형율이 높게 나타나 탄성복원력이 낮은 문제가 있다.
또한, 특허문헌 3(한국공개특허공보 제10-2021-0052748호)은 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 80∼90 중량부와, 폴리부텐(PB) 30∼50 중량부와, 폴리프로필렌(PP) 30∼40 중량부와, 40℃ 동점도(Kinematic Viscosity)가 170 cSt 이상인 파라핀 오일 110∼130 중량부와, 퍼옥사이드 가교제 0.7∼0.9 중량부와, 산화방지제 0.5∼0.8 중량부와, 가교조제, 활제, 폴리프로필렌계 왁스, 충진제 중에서 선택된 첨가제 0.4∼0.6 중량부를 포함하는 자동차 내장재용 압출시트를 개시하고 있다. 상기 자동차 내장재용 압출시트는 인체에 무해하고, 재활용이나 소각에서도 무해한 특성을 가지게 되는 장점이 있으나, 여전히 내스크래치성 및 기계적 강도가 부족하며, 고무의 물성이 낮아 고무 함량을 증가시키는 데 한계가 있다는 단점이 있다.
특허문헌 4(한국등록특허공보 제10-1187712호)는 (A) 폴리올레핀 20~74.8 중량부, (B) 열가소성 고무 10~30 중량부, (C) 무기 충전제 15~30 중량부,(D) 폴리아마이드계 슬립제 0.1~10 중량부, 및 (E) 불소수지 0.1~10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 수지 조성물을 개시하고 있다. 상기 폴리올레핀 수지 조성물은 불소 수지의 추가로 인해서 내스래치성이 향상되었다.
한편, 자동차 내장재 조성물에 있어서 고무의 함량이 증가하는 경우 고급스럽고 소프트한 터치감을 부여할 수 있지만, 고무의 사용량이 증가함에 따라 강성 및 내열성, 그리고 무엇보다도 내스크래치성의 저하를 피할 수 없으며, 이로 인해 생산 공정 뿐만 아니라 운반과정 및 사용기간 중에 사용자의 손이 많이 닿아 따른 외관손상 및 생산 공정 중에 발생하는 백화가 발생하게 된다.
특허문헌 1: 한국공개특허공보 제10-2008-0069364호
특허문헌 2: 한국공개특허공보 제10-2013-0070428호
특허문헌 3: 한국공개특허공보 제10-2021-0052748호
특허문헌 4: 한국등록특허공보 제10-1187712호
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 기계적 강도가 우수하면서 부드러운 터치감을 제공할 수 있는 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품을 제공하고자 한다.
본 발명은 (a) 폴리프로필렌 수지; 및 (b) 고무 조성물의 혼합물을 포함하는 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물로서, 상기 고무 조성물은 극성기로 관능화된 불포화 고무 및 나노 금속 이온을 포함하는 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 열가소성 수지 조성물과 이를 이용한 성형품은 경도, 인장 강도, 내스크래치성 등의 기계적 강도와 성형성 및 탄성력이 우수하여 자동차 내장재 등의 용도로 유용하게 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명에 따르면, (a) 프로필렌 수지; 및 (b) 고무 조성물의 혼합물을 포함하며, 상기 고무 조성물은 극성기로 관능화된 불포화 고무 및 나노 금속 이온을 포함하는 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물이 제공된다.
이하, 상기 열가소성 수지 조성물에 포함되는 각 성분에 대하여 구체적으로 설명한다.
(a) 프로필렌 수지
폴리프로필렌 수지는 랜덤 폴리프로필렌, 호모 폴리프로필렌 또는 이들 모두를 포함한다.
상기 호모 폴리프로필렌(homo polypropylene)은 프로필렌으로만 중합한 고분자로서 입체 규칙성이 높고, 강성 및 내열성이 우수한 특성을 구현할 수 있다. 구체적으로, 상기 호모 폴리프로필렌은 ASTM D 790에 의한 굴곡탄성률이 약 13,000kg/㎠ 내지 약 17,000 kg/㎠일 수 있다. 상기 열가소성 수지 조성물은 상기 범위의 굴곡탄성률을 갖는 호모 폴리프로필렌을 포함하여, 우수한 경도와 신율을 동시에 갖을 수 있다.
상기 랜덤 폴리프로필렌(random polypropylene)은 프로필렌과 소량의 다른 올레핀을 공중합하여 입체 규칙성을 낮춘 중합체로서, 호모 프로필렌에 비하여 비정형 부분이 많으므로 강성은 약간 떨어지지만 충격 강도 및 유연성을 부여하는 역할을 한다. 상기 랜덤 폴리프로필렌은 ASTM D 1238에 의한 용융지수가 약 0.2g/10min 내지 약 0.3g/10min일 수 있다. 또한, 상기 랜덤 폴리프로필렌은 ASTM D 638에 의한 신율이 약 600% 이상일 수 있다. 또한, 상기 랜덤 폴리프로필렌은 ASTM D 790에 의한 굴곡탄성률이 약 8,000kg/㎠ 내지 약 9,000 kg/㎠일 수 있다. 상기 열가소성 수지 조성물은 상기 범위의 특성을 갖는 랜덤 폴리프로필렌을 (b) 고무 조성물과 함께 포함하여 성형성이 우수하면서, 부드러운 감성을 제공하며, 자동차 내장재로서 요구되는 우수한 기계적 물성을 부여할 수 있다.
(b) 고무 조성물
본 발명의 열가소성 수지 조성물은 소프트한 터치감을 부여하기 위하여, 고무 조성물을 포함한다.
상기 고무 조성물은 극성기로 관능화된 불포화 고무 및 나노 금속을 포함하며, 이 때 나노 금속은 불포화 고무에 연결된 극성기와 이온 결합을 형성하며 이온-이온 상화 작용에 의해서 불포화 고무 분자간의 이온 클러스터를 형성하게 된다. 이러한 이온결합은 수소 결합 또는 공유 결합에 비해 결합력이 매우 강하며, 열가소성 수지 조성물의 기계적 물성을 향상시킨다.
상기 불포화 고무는 이온 결합이 가능한 극성기로 개질된 것으로, 일 구현예로 불포화 고무에 대해서 상기 극성기와 함께 개시제를 첨가하여 반응시켜 얻어질 수 있다.
더욱 구체적으로, 불포화 고무 100 중량부에 대해서, 극성기 1 내지 20 중량부를 반응시켜 관능화된 불포화 고무를 얻을 수 있다. 상기 극성기는 (메트)아크릴산, 말레산; 푸마르산; 크로톤산; 이타콘산, 설폰산 또는 이들의 무수물 등이 포함되며, 상기 (메트)아크릴산에는 아크릴산, 메타크릴산, 메틸아크릴산, 메틸메타크릴산, 에틸아크 릴산, 에틸메타크릴산, 부틸아크릴산 및 부틸메타크릴산 등이 포함된다. 상기 극성기로 바람직하게는 (메트)아크릴산이며, 더욱 바람직하게는 아크릴산이다.
상기 불포화 고무는 불포화기를 포함하는 고무를 의미하며, 예를 들면 폴리이소프렌 고무, 폴리부타디엔 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 EPDM 고무(ethylene propylene diene monomer rubber), 스티렌부타디엔 고무 및 아크릴로니트릴 부타디엔 고무 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 바람직하게 상기 불포화 고무는 EPDM고무이다.
상기 고무 조성물은 극성기로 관능화된 불포화 고무 100 중량부에 대해서, 나노 금속 이온 1 내지 30 중량부를 혼합하여 제조될 수 있다. 더욱 바람직하게는 나노 금속 이온을 1내지 10 중량부로 포함할 수 있다. 상기 수치 범위의 나노 금속을 포함하는 경우 극성기와의 이온 결합을 통해 이온 클러스터를 형성할 수 있다. 반면, 나노 금속 이온의 함량이 1 중량부 미만일 경우에는 불포화 고무와 이온 결합 형성이 이루어지지 않아 종래 고무 조성물에 비해 기계적 물성이 개선되기 어려우며, 30 중량부를 초과할 경우에는 분산성이 떨어져 물성이 저하할 우려가 있다.
상기 나노 금속은 리튬, 나트륨, 마그네슘 또는 아연 등일 수 있으며, 특히 바람직하게는 리튬 및 나트륨 금속이다. 나노 사이즈의 리튬 및 나트륨 금속을 사용하는 경우, 다른 금속에 비해서 인장강도, 영구압축 변형율, 내스크래치성 및 엠보 성형성 효과가 현저하게 개선된다.
상기 나노 금속은 입자의 크기는 10 내지 900 nm이며, 바람직하게는 30 내지 500 nm이다. 본 발명의 나노 금속은 10 내지 900 nm의 나노 사이즈를 가짐으로써, 고무 조성물의 분산성이 현저히 개선되기 때문에 그로 인해 열가소성 수지 조성물의 기계적 물성 및 내스크래치성이 향상되고 자동차용, 전자산업용 또는 에너지 산업용 재료로 사용 가능해진다. 반면, 입자 크기가 10nm 미만이면 미세입자들이 서로 잘 뭉쳐 상기 기계적 물성 및 내스크래치성의 효과가 떨어지고 분진이 날리는 등 작업성 저하의 문제가 있으며, 900 nm 초과인 경우에는 기존의 마이크로 사이즈의 금속이온과 차별화되기 어렵다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 고무 조성물은 개시제, 가교제, 산화방지제, 활제, 촉매, 및 UV안정제로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 개시제는 상기 고무 조성물의 중합반응, 바람직하게는 관능화 반응을 개시하기 위한 물질로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용하는 개시제라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 바람직하게는 t-부틸큐밀 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드, 디큐밀 퍼옥사이드, 메틸에틸케톤 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시)헥산, 디-t-부틸 퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시 벤조에이트, a,a-비스(t-부틸 퍼옥시 이소프로필)벤젠, 디-이소프로필벤젠 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 아울러 개시제는 고무 조성물 전체 중량 대비 0.05 ~ 1.0 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 개시제가 0.05 중량부 미만인 경우 충분한 반응이 일어나지 않으며, 1.0 중량부 초과인 경우 과반응 현상으로 돌기가 발 생할 수 있는 문제가 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 가교제는 상기 불포화 고무에서 몇몇 특정원자끼리 화학결합을 형성하여 3차원의 망목상 구조를 만들기 위한 것으로, 중 퍼옥사이드계 가교제의 종류로는 1,1-(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산(TMC), n-부틸-4,4-(비스-부틸 퍼옥시)발레레이트TVP), 디큐밀퍼옥사이드 (DCP), 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)-디이소프로필벤젠(BPPB), 벤조일 퍼옥사이드 (BPO), t-부틸퍼옥시벤조에이트(Z), 디-t- 부틸퍼옥사이드(DTBP), 2,5-디메틸-2,5-디-t-부틸퍼옥시헥산(25B), 2,5-di 메틸-2,5-디-t-부틸퍼옥실헥센-3(헥신-3)등이 있지만, 당업계에서 통상적으로 사용하는 가교제라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.
상기 산화 방지제는 폐놀계 산화방지제, 벤조이미다졸계, 아민계 산화방지제에 포함되며, 당업계에서 통상적으로 사용하는 산화 방지제라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.
상기 활제는 상기 고무 조성물의 점도를 감소시켜 가공성을 증가시키키 위한 것으로, 왁스 계열로 예컨대 PE 왁스, 파라핀 왁스를, 스테아린산 계열로 예컨대 스테아린산 마그네슘, 스테아린산 칼슘을 1종 또는 2상 혼합하여 사용할 수 있다. 또한 활제는 수지 조성물 전체 중량 대비 0.5 ~ 2.0 중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 활제가 0.5 중량부 미만인 경우 가공성이 좋지 않으며, 2.0 중량부 초과인 경우 균일한 분산을 저해할 수 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 촉매는 상기 고무 조성물의 가교 반응을 위한 촉매로서, 이러한 목적을 위해 업계에서 통상적으로 사용하는 촉매라면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 0.5 ~ 3.0 중량부를 사용하는 것이 좋고, 그 사용량은 상기 고무 조성물 전체 중량 대비 0.5 ~ 5.0 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 촉매가 0.5 중량부 미만인 경우 가교 촉매로써 역할을 충분히 하지 못하는 문제가 있으며 5.0 중량부 초과인 경우 가교가 고르게 되지 못하며 부반응이 생길 수 있는 문제가 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 UV안정제는 당업계에서 통상적으로 사용하는 물질이라면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 상기 고무 조성물 전체 중량 대비 100 중량부를 기준으로 0.5 ~ 50 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 UV안정제가 0.5 중량부 미만인 경우 충분한 자외선 안정 효과를 기대하기 어렵고, 5.0 중량부 초과인 경우 과량 사용으로 인한 자외선 안정 효과가 더 이상 없고 열가소성 수지의 성능 저하의 요인이 될 수 있을 뿐만 아니라 원가 상승요인도 되기 때문에 상기 범위로 사용한다.
본 발명의 일 구현예서, 상기 열가소성 수지 조성물은 (a) 프로필렌 수지 30 내지 70 중량부; 및 (b) 고무 조성물 70 내지 30 중량부를 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 열가소성 수지 조성물은 프로필렌 수지 약 40 중량부; 및 (b) 고무 조성물 약 60 중량부를 포함할 수 있다. 상기 범위를 만족하는 우수한 성형성과 함께 일정 수준 이상의 경도와 높은 내스크래치성을 가진다. 반면, 상기 열가소성 수지 조성물로부터 제조된 성형품의 엠보성형성이 매우 좋지 않으며, 내스크래치성 및 경도가 모두 감소한다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
1. 열가소성 수지 조성물의 제조
실시예 1
(고무 조성물의 제조) :
표 1에 개시된 조성에 따라 EPDM, 개시제, 극성기를 혼합하여 불포화 고무를 개질시킨 뒤, 100nm 사이즈의 금속 이온을 첨가하여 고무 조성물을 제조하였다. 이러한 고무 조성물을 이축압출기로 반응압출하였다.
(열가소성 수지 조성물 제조):
상기 제조된 고무 조성물과 프로필렌수지 조성물(LG Ghem의 H7900)을 각각 60 중량부 및 40 중량부로 혼합하여 열가소성 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 2 내지 6
실시예 1과 동일한 방법을 사용하되 조성비만을 표 1에 기재된 바와 같이 달리 하고, 리튬, 나트륨, 마그네슘 및 아연을 중화 금속으로 사용하여 열가소성 수지 조성물을 제조하였다.
비교예 1
연속상으로 폴리프로필렌수지, 분산상으로 고무를 일정한 비율로 넣고 기타 첨가제를 부여하여 이축압출기로 동적가교하는 단계로 제조되는 쇼어 A 경도가 52이고, 230℃, 10kg에서 융용흐름지수(Melt Flow Rate, MFR) 5g/10min인 열가소성 탄성체를 준비하였다.
비교예 2 내지 5
실시예 1과 동일한 방법을 사용하되 상기 100 ㎚ 사이즈의 리튬 금속대신에 100 ㎛ 사이즈의 리튬, 나트륨, 마그네슘 및 아연을 각각 사용하여 열가소성 수지 조성물을 제조하였다.
2. 열가소성 수지 조성물의 성능 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 열가소성 수지 조성물을 사용하여, 하기 방법에 따라 물성을 평가하여 표 1 및 표 2에 기재하였다.
1) 인장 강도 평가
제조된 시험편을 약 2mm 두께로 만든 후 ASTM D638에 따른 4호형의 시험편을 제작하여 ASTM D638에 준하여 인장강도와 연신율을 측정하였다. 이때 동일 시험에 사용한 시험편은 5개로 하였다.
2) 경도 평가
경도는 시험편 표면에 테클락 에이(TECLOCK A) Durometer 경도계로 ASTM D-2240에 준하여 측정하였다.
3) 내스크래치성 평가
가로 60mm x 세로 60mm x 두께 3mm의 시편을 제작한 뒤 4.9N의 하중 및 100mm/min의 속도 조건하에, 긁힘자로 100mm의 간격을 유지하며 긁은 뒤, 육안으로 확인하여 1~5급을 평가하였다.
1급 : 표면의 손상이 현저히 눈에 띈다.
2급 : 표면의 손상이 인지된다.
3급 : 표면의 손상이 다소 인지되나 심한 정도는 아니다.
4급 : 표면의 손상이 약간 인지된다.
5급 : 표면의 손상이 인지되지 않는다.
4) 영구압축변형율(%)
ISO 815 규정의 방법에 따라, 직경 29±0.5mm x 두께 12.5±0.5 mm의 원형시편을 125℃ 온도에서 70시간 동안 노출시킨 뒤, 시험 전후의 두께 차이를 측정하여 값을 산출하였다.
5) 엠보성형성 평가
사출 제품에 적용(성형) 후, 즉 사출 제품에 적용하여 사출한 후의 엠보 깊이를 확인함으로써 엠보 성형성 정도를 평가하였다.
◎ : 엠보성형성 매우 우수
○ : 엠보성형성 우수
△ : 엠보성형성 보통
하기 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이 실시예는 비교예에 비해 기계적 물성이 우수함을 알 수 있었다.
특히 금속 이온으로 100 ㎛ 단위의 금속 이온을 사용한 비교예의 경우, 실시예와 비교하여 인장강도 및 내스크래칭이 낮은 반면, 높은 영구압출 변형율을 가지고, 엠보 성형성도 실시예에 비해서 좋지 않았다.
반면, 실시예 1 내지 6은 비교예에 비하여 내스크래치성이 모두 우수하였으며, 인장강도가 또한 비교예에 비해 높았다. 위의 실험으로부터 실시예의 경우 기계적 물성이 향상되고, 경도 또한 시제품에서 요하는 합당한 수준의 경도를 가지는 것을 확인하였다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
  실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
프로필렌수지 40 40 40 40 70 30
고무 조성물 60 60 60 60 30 70
고무 조성물 EPDM 100 100 100 100 100 100
퍼옥사이드 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
아크릴산 5 5 5 5 5 5
Li (nano) 5 5 5
Na (nano) 5
Mg (nano) 5
Zn (nano) 5
인장강도 (Mpa) 10.2 10.0 9.8 9.7 15.2 8.5
경도 (Shore) 72A 72A 72A 73A 80A 67A
내스크래치 5급 5급 5급 5급 4급 4급
영구압축 변형율 10% 11% 13% 15% 55% 15%
엠보성형성
비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
TPV 100  
프로필렌수지   40 40 40 40
고무 조성물   60 60 60 60
고무 조성물 EPDM   100 100 100 100
퍼옥사이드   0.1 0.1 0.1 0.1
아크릴산   5 5 5 5
Li (micro)   5
Na (micro)   5
Mg (micro)   5
Zn (micro)   5
인장강도 (Mpa) 8.0 8.9 8.6 8.3 8.9
경도 (Shore) 80A 72A 72A 73A 72A
내스크래치 2급 3급 3급 3급 3급
영구압축 변형율 50% 19% 19% 21% 20%
엠보성형성

Claims (9)

  1. (a) 폴리프로필렌 수지; 및
    (b) 고무 조성물의 혼합물을 포함하는 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물로서,
    상기 고무 조성물은 극성기로 관능화된 불포화 고무 및 나노 금속 이온을 포함하는 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    (a) 폴리프로필렌 수지 30 내지 70 중량부; 및
    (b) 고무 조성물 70 내지 30 중량부를 포함하는, 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    (a) 폴리프로필렌 수지 40 중량부; 및
    (b) 고무 조성물 60 중량부인, 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고무 조성물은 극성기로 관능화된 불포화 고무 100 중량부에 대해서,
    나노 금속 이온 1 내지 30 중량부를 혼합하여 제조된, 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 불포화 고무는 폴리이소프렌 고무, 폴리부타디엔 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 EPDM 고무(ethylene propylene diene monomer rubber), 스티렌부타디엔 고무 및 아크릴로니트릴 부타디엔 고무로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나노 금속은 리튬, 나트륨, 마그네슘 또는 아연인, 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 나노 금속은 입자의 크기가 10 내지 900nm인, 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 극성기는 아크릴산, 메타크릴산, 메틸아크릴산, 메틸메타크릴산, 에틸아크릴산, 에틸메타크릴산, 부틸아크릴산 및 부틸메타크릴산으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고무 조성물은 개시제, 가교제, 산화방지제, 활제, 촉매 및 UV안정제로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 추가적으로 포함하는, 자동차 내장재용 열가소성 수지 조성물.
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