WO2024058345A1 - 재생 폴리프로필렌 복합재료 수지 조성물 및 이를 포함하는 세탁기 - Google Patents

재생 폴리프로필렌 복합재료 수지 조성물 및 이를 포함하는 세탁기 Download PDF

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WO2024058345A1
WO2024058345A1 PCT/KR2023/007598 KR2023007598W WO2024058345A1 WO 2024058345 A1 WO2024058345 A1 WO 2024058345A1 KR 2023007598 W KR2023007598 W KR 2023007598W WO 2024058345 A1 WO2024058345 A1 WO 2024058345A1
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WO
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fiber reinforced
glass fiber
resin composition
polypropylene resin
polypropylene
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PCT/KR2023/007598
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손주성
박노철
고영덕
김광주
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삼성전자주식회사
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/14—Glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions 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
    • C08L23/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08L23/12—Polypropene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/26—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers modified by chemical after-treatment
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F37/00—Details specific to washing machines covered by groups D06F21/00 - D06F25/00
    • D06F37/26—Casings; Tubs

Definitions

  • the present invention relates to a recycled polypropylene composite resin composition and a washing machine containing the same. More specifically, it is a recycled product with improved physical properties by optimizing the range of ingredients such as waste GMT (Glass fiber Mat-reinforced Thermoplastic), base resin, and long glass fiber reinforced polypropylene, and the appropriate mixing ratio and mixing method of short and long fibers. It relates to a polypropylene resin composition and a washing machine containing the same.
  • waste GMT Glass fiber Mat-reinforced Thermoplastic
  • base resin base resin
  • long glass fiber reinforced polypropylene long glass fiber reinforced polypropylene
  • ESG Environment, Social and governance
  • Glass fiber reinforced thermoplastic (GFRTP) related to the present invention is widely used in various fields due to its excellent mechanical properties and lightening parts.
  • GFRTP Glass fiber reinforced thermoplastic
  • most of the waste is landfilled or incinerated due to the difficulty of separating the glass fiber from the base material.
  • mechanical recycling through remelting also has limitations due to problems such as fiber breakage, low dispersibility, and polymer deterioration.
  • waste plastics generated from everyday life and industry including household miscellaneous items discharged from general households, were used as recycling sources, and a manufacturing method using recycled polypropylene among olefin-based plastics as the base resin was mainly used. These are mostly unreinforced polypropylene, with additional talc as required.
  • the molecular weight decreases due to recycling of recycled plastic discarded after long-term use, and deterioration occurs at high temperatures during repetitive melt, kneading, and extrusion processes, and overall mechanical properties tend to be inferior to new materials.
  • GFRP glass fiber reinforced plastic composites
  • repeated breakage of glass fibers occurs during the melt, kneading and extrusion process during initial processing and recycling processing, which inevitably results in loss of physical properties.
  • the overall mechanical properties tend to decrease linearly.
  • conventional recyclables become ultra-short fibers due to breakage of glass fibers, making it difficult to recycle glass fibers. Therefore, conventional recycled materials generally use new glass fiber and recycled polypropylene.
  • the purpose of the present invention to solve the above problems is to improve physical properties by optimizing the range of ingredients such as waste GMT, base resin, and long glass fiber reinforced polypropylene, and the appropriate mixing ratio and mixing method of short fibers and long fibers. , to provide a recycled polypropylene resin composition and a washing machine containing the same.
  • the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition of the present invention contains 10 to 30% of waste GMT (Glass fiber Mat-reinforced Thermoplastic) and 35 to 35% of homo-polypropylene base resin, based on 100% by weight of the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition. It may be a glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition containing 47%, 30 to 45% of glass long fiber reinforced polypropylene, and 0.5 to 3.0% of a compatibilizer, and the weight average molecular weight of the composition is 250,000 g/mol or more.
  • waste GMT Glass fiber Mat-reinforced Thermoplastic
  • homo-polypropylene base resin based on 100% by weight of the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition. It may be a glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition containing 47%, 30 to 45% of glass long fiber reinforced polypropylene, and 0.5 to 3.0% of a compatibilizer, and the weight average molecular weight of the composition is 250,000 g/mol or more.
  • the waste GMT may include 38 to 42% of long glass fibers and 58 to 62% of polypropylene resin, based on 100% by weight of waste GMT.
  • the waste GMT may have an average remaining fiber length of 0.5 to 1.0 mm.
  • the homo-polypropylene base resin may have a weight average molecular weight (Mw) of 300,000 g/mol or more.
  • the long glass fiber reinforced polypropylene is a long fiber filament with a diameter of 0.3 to 30 ⁇ m and a length of 3 to 100 mm, based on 100% by weight of long glass fiber reinforced polypropylene. It may contain 58 to 62% of reinforcing material and 38 to 42% of polypropylene resin.
  • the tensile strength of the long glass fiber reinforced polypropylene may be 1,400 kgf/cm 2 or more.
  • the flexural modulus of the long glass fiber reinforced polypropylene may be 110,000 kgf/cm 2 or more.
  • the impact strength of the long glass fiber reinforced polypropylene may be 20 kgfcm/cm or more.
  • the compatibilizer may be polypropylene grafted with maleic anhydride.
  • glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition of the present invention based on 100% by weight of the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition, 0.01 to 0.5% of additives may be further included.
  • the added additive may be one or more of a dispersant, an antioxidant, a heat-resistant stabilizer, or a long-term heat-resistant stabilizer.
  • the method for producing a glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition of the present invention is based on 100% by weight of the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition, 10 to 30% of waste GMT (Glass fiber Mat-reinforced Thermoplastic), and homo-polypropylene base resin. Preparing 35 to 47%, 30 to 45% of glass long fiber reinforced polypropylene, and 0.5 to 3.0% of a compatibilizer; and dry mixing the waste GMT and the long glass fiber reinforced polypropylene.
  • waste GMT Glass fiber Mat-reinforced Thermoplastic
  • homo-polypropylene base resin Preparing 35 to 47%, 30 to 45% of glass long fiber reinforced polypropylene, and 0.5 to 3.0% of a compatibilizer; and dry mixing the waste GMT and the long glass fiber reinforced polypropylene.
  • the method for producing a glass fiber-reinforced recycled polypropylene resin composition of the present invention further includes the steps of: waste GMT is recovered waste GMT, and shredding the recovered waste GMT to an average remaining fiber length of 0.5 to 1.0 mm before the preparing step; It can be included.
  • the weight average molecular weight of the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition may be 250,000 g/mol or more.
  • the injection molded product of the present invention may be an injection molded product containing the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition of the present invention.
  • the injection molded product of the present invention may have a tensile strength of 1,100 kgf/cm 2 or more.
  • the injection molded product of the present invention may have a flexural modulus of 55,000 kgf/cm 2 or more.
  • the injection molded product of the present invention may have an impact strength of 13 kgfcm/cm or more.
  • the injection molded product of the present invention may have fatigue properties of 210 kgf/cm 2 or more.
  • the washing machine of the present invention includes a cabinet; a tub disposed inside the cabinet; and a drum rotatably disposed inside the tub. It includes, wherein the tub is made of an injection molded product made of a glass fiber-reinforced recycled polypropylene resin composition using waste GMT, and the glass fiber-reinforced recycled polypropylene resin composition is, in weight percent, 10 to 30% of waste GMT. , 35 to 47% of homo-polypropylene base resin, 30 to 45% of long glass fiber reinforced polypropylene and inevitable impurities, and 0.5 to 3.0% of compatibilizer based on 100% by weight of the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition. It may further include a washing machine, wherein the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition has a weight average molecular weight of 250,000 g/mol or more.
  • a recycled polypropylene resin composition in which physical properties are improved by optimizing the range of ingredients such as waste GMT, base resin, and glass long fiber reinforced polypropylene, and the appropriate mixing ratio and mixing method of short fibers and long fibers. and a washing machine including the same can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a washing machine according to an example of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic diagram of a tub applied to a washing machine according to an example of the present invention.
  • the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition according to an embodiment of the present invention is a glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition comprising waste GMT, homo-polypropylene base resin, long glass fiber reinforced polypropylene, and a compatibilizer. , in weight percent, 100% by weight of a glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition, comprising 10 to 30% of waste GMT, 35 to 47% of homo-polypropylene base resin, 30 to 45% of long glass fiber reinforced polypropylene and inevitable impurities. It further contains 0.5 to 3.0% of compatibilizer on a % basis.
  • the recycling source is waste GMT (Glass fiber Mat reinforced thermoplastics), and the content of waste GMT may be 10 to 30%.
  • waste GMT which is advantageous in terms of securing mechanical properties compared to other household/industrial recycled materials, can be selected as a recycling source.
  • Waste GMT has the advantage of maintaining the glass fibers as the first process is flattened using a compression press.
  • the loss of physical properties due to fracture and breakage of glass fiber can be minimized. Since it is an industrial renewable resource, it is free from odor compared to household renewable resources, so it is easy to recycle and turn it into a resource.
  • Waste GMT is used for end-of-life or discarded vehicle back-beams or architectural cone panels, etc., and is woven into a non-woven fabric with glass long fibers of 100 mm or more or equivalent to Endless Fiber on general polypropylene resin (PP). It is a plate-shaped composite material that is impregnated and processed into a mat structure.
  • PP general polypropylene resin
  • waste GMT is homo-polypropylene polymerized only with propylene, and is recovered with 35 to 42% by weight of long glass fibers impregnated.
  • the waste GMT after the waste GMT is recovered, it can be shredded to a predetermined size and reduced into single fibers in the process of recycling the recycled source.
  • the average fiber length may be about 0.5 to 1.0 mm.
  • the average remaining fiber length means that the average length measured by randomly selecting 100 glass fibers within 1 cm * 1 cm is 0.5 to 1.0 mm.
  • waste GMT may include 38 to 42% of long glass fiber and 58 to 62% of polypropylene resin, based on 100% by weight of waste GMT.
  • the content of waste GMT in the present invention is set to 10 to 30%.
  • the base resin is homo-polypropylene (HO-PP), and the content of homo-polypropylene may be 35 to 47%.
  • homo-polypropylene synthesized only from propylene can be used as the base resin.
  • Homo-polypropylene is a representative general-purpose plastic, and most recycled sources are also homo-polypropylene, so it has high utilization.
  • the base resin is homo-polypropylene, and by including a base resin of the same type as the waste GMT contained as a recycled source, miscibility between the recycled resin and the base resin can be imparted. Through this, it is possible to prevent phase separation between base materials due to deterioration during long-term use of the final product and to prevent deterioration of long-term fatigue properties.
  • the homo-polypropylene base resin may have a weight average molecular weight (M w ) of 300,000 g/mol or more.
  • the new glass long fiber reinforced thermoplastic polypropylene composite resin may be 30 to 45%.
  • New glass long fiber reinforced thermoplastic polypropylene composite resin can be added to compensate for the poor physical properties of recycled polypropylene resin.
  • Glass long fibers have superior mechanical properties and heat resistance than glass short fibers.
  • the new glass long fiber reinforced thermoplastic polypropylene composite resin has individual long glass fiber filaments continuously coated with thermoplastic polypropylene resin.
  • the new glass long fiber reinforced thermoplastic polypropylene composite resin contains long fibers with a diameter of 0.3 to 30 ⁇ m and a length of 3 to 100 mm.
  • the new glass long fiber reinforced thermoplastic polypropylene composite resin may include 58 to 62% of long fiber filament reinforcement and 38 to 42% of thermoplastic polypropylene resin.
  • the content of long glass fiber reinforced polypropylene is set to 30 to 45%.
  • the new glass long fiber reinforced thermoplastic polypropylene composite resin may have a tensile strength of 1,400 kgf/cm 2 or more, a flexural modulus of 110,000 kgf/cm 2 or more, and an impact strength of 20 kgfcm/cm or more.
  • the compatibilizer may further include 0.5 to 3.0% of the compatibilizer based on 100% by weight of the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition.
  • a compatibilizer may be included to increase the interfacial adhesion between the matrix and the inorganic material.
  • the matrix may refer to polypropylene
  • the inorganic material may refer to reinforcing fibers other than glass fiber.
  • the compatibilizer may be a thermoplastic resin grafted with maleic anhydride.
  • the thermoplastic resin grafted with maleic anhydride can be, for example, polypropylene grafted with maleic anhydride (PP-g-MA), and propylene-based elastomer (PBE). ) may be an elastomer-based coupling agent, etc.
  • the present invention may further include 0.01 to 0.5% of additives based on 100% by weight of the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition.
  • the additives are, for example, dispersants, antioxidants, heat stabilizers, long-term heat stabilizers, etc. that can be easily considered by those skilled in the art, and may be included in one or more. there is.
  • the heat-resistant stabilizer can play a role in preventing deterioration of physical properties during extrusion and injection processing by improving heat resistance.
  • the heat-resistant stabilizer may be a phenol-based antioxidant or a phosphite-based antioxidant. Also, preferably tetrakis(methylene(3,5-di-t-butyl-4-hydroxy)hydrosilylate), 1,3,5-trimethyl-tris(3,5-di-t-butyl- It may be 4-hydroxybenzene) or tris(2,4-di-t-butylphenol)phosphite.
  • a long-term heat-resistant stabilizer is included as an additive, it may be added to prevent the physical properties of the final product from deteriorating during actual use.
  • the long-term heat-resistant stabilizer may be a sulfur-based derivative chemical containing thiopropionic acid.
  • the additive in the present invention, may be added in an amount of 0.01% or more.
  • the added additive is a heat-resistant stabilizer
  • the content of the heat-resistant stabilizer exceeds 0.5%, the heat-resistant stabilizer may elute or price competitiveness may decrease, so the upper limit of the heat-resistant stabilizer is 0.5%.
  • the additive added may be 0.01 to 0.5%.
  • the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition When applied to a final product, especially when included as a drum washing machine tub part, the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition is subjected to harsh external stress reaching 1600 to 1800 RPM during the dehydration process, as well as thermal changes applied during the hot water or drying process. Mechanical properties and long-term fatigue properties must be secured from environmental conditions. Therefore, the weight average molecular weight of the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition may be 250,000 g/mol or more.
  • the method for producing a glass fiber-reinforced recycled polypropylene resin composition of the present invention includes, in weight percent, 10 to 30% of waste GMT, 35 to 47% of homo-polypropylene base resin, 30 to 45% of glass long fiber reinforced polypropylene, and the glass. Preparing 0.5 to 3.0% of a compatibilizer based on 100% by weight of the fiber-reinforced recycled polypropylene resin composition; and dry mixing the waste GMT and the long glass fiber reinforced polypropylene.
  • the method for producing a glass fiber-reinforced recycled polypropylene resin composition of the present invention may further include collecting waste GMT and crushing it to an average remaining fiber length of 0.5 to 1.0 mm before the preparation step.
  • the waste GMT may be as described in the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition.
  • Waste GMT can be recovered with general polypropylene resin (PP) impregnated with 35 to 42% by weight of glass long fibers longer than 100 mm or equivalent to Endless Fiber.
  • waste GMT can be shredded to an average remaining fiber length of 0.5 to 1.00 mm before being input into the extrusion molding machine.
  • the base resin may be as described in the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition.
  • the base resin By adopting homo-polypropylene as the base resin and including waste GMT and the same type of base resin, it is possible to provide miscibility between the recycled resin and the base resin.
  • the shredded waste GMT and new glass long fiber reinforced thermoplastic polypropylene composite resin can be mixed in a dry manner. Damage to glass fibers can be minimized by adopting a dry mixing method rather than a method such as compounding. Through this, the loss of physical properties can be minimized, ensuring that the mechanical properties of the final product are at least equal to those of conventional recycled materials as well as mass-produced new materials.
  • waste GMT, base resin, and new glass long fiber reinforced thermoplastic polypropylene composite resin use a homo-polypropylene base resin of the same type as the recycled resin as the base resin, and are mixed in a dry mixing method to improve miscibility. , it prevents deterioration of long-term fatigue properties and minimizes damage to glass fibers, allowing the final product to obtain excellent mechanical properties that are at least equal to those of conventional recycled materials as well as mass-produced new materials.
  • the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition when applied to a final product, especially when included as a drum washing machine tub part, the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition is resistant to thermal energy applied during hot water or drying process. In addition to changes, mechanical properties and long-term fatigue properties must be secured under harsh external environmental conditions reaching 1600 to 1800 RPM during the dehydration process. Therefore, the weight average molecular weight of the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition may be 250,000 g/mol or more.
  • the fatigue properties of the final product can be secured by ensuring the weight average molecular weight of the final composition is 250,000 g/mol or more.
  • shredded waste GMT new glass long fiber reinforced thermoplastic polypropylene composite resin, homo-polypropylene base resin, and compatibilizer can be added to the injection molding process.
  • waste GMT is melted/kneaded in an extruder at 160 to 230°C to produce pellets, and then molded with new glass long fiber reinforced thermoplastic polypropylene composite resin, homo-polypropylene base resin, and compatibilizer. It can be input into the process. Additional additives may be included as needed.
  • the manufacturing method for injection molded products manufactured from the composition of the present invention is not particularly limited. It includes injection molding with the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition of the present invention by any injection molded product manufacturing method known to those skilled in the art to which the present invention pertains.
  • an injection molded product made from a glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition can be used for a drum washing machine tub.
  • the injection molded product made from a glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition can be used for a drum washing machine tub, taking into account the usage environment of drum washing machine tub parts.
  • Drum washing machine tub parts need to secure mechanical properties and long-term fatigue properties from harsh external environmental conditions reaching 1600 to 1800 RPM during the dehydration process, as well as thermal changes applied during the hot water or drying process.
  • the injection molded product made from the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition has a specific gravity of 1.11 g/cm 3 , a tensile strength of 1,100 kgf/cm 2 or more, a flexural modulus of 55,000 kgf/cm 2 or more, and an impact strength of 13 kgfcm . It may be more than /cm. Additionally, fatigue properties may be 210 kgf/cm 2 or more.
  • the present invention by securing the mechanical properties as described above, it is possible to secure short-term mechanical properties and fatigue resistance properties at a level equal to or higher than that of conventional recycled materials as well as new mass-produced glass fiber reinforced polypropylene, while utilizing recycled sources.
  • This allows application as a driving part with a complex shape rather than being limited to non-functional interior parts.
  • the driving part may be applied to a driving part having a complex shape, such as the tub 20 disposed inside the cabinet 10.
  • the drum washing machine includes a cabinet; a tub disposed inside the cabinet; and a drum rotatably disposed inside the tub, wherein the tub is made of an injection molded product made of a glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition using waste GMT, and the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin.
  • the composition comprises, by weight percent, 10 to 30% of waste GMT, 35 to 47% of homo-polypropylene base resin, 30 to 45% of long glass fiber reinforced polypropylene and inevitable impurities, and the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin.
  • It may be a drum washing machine, which further contains 0.5 to 3.0% of a compatibilizer based on 100% by weight of the composition, and wherein the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition has a weight average molecular weight of 250,000 g/mol or more.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a washing machine according to an example of the present invention. Additionally, Figure 2 is a schematic diagram of a tub applied to a washing machine according to an example of the present invention.
  • a washing machine 1 includes a cabinet 10 forming an exterior, a tub 20 disposed inside the cabinet 10; and a drum 30 rotatably disposed inside the tub 20.
  • the tub 20 may correspond to an injection molded product made from the glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition described above.
  • the tub 20 corresponds to an injection molded product manufactured from the above-described glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition, and has mechanical properties and fatigue characteristics equivalent to or better than those of conventional recycled materials as well as mass-produced new materials, so that it can be used in the use environment of a washing machine. May be applicable.
  • the component ranges of waste GMT and PP-LFT in a glass fiber reinforced recycled polypropylene resin composition were derived by varying the content of long fibers and short fibers by varying the mixing ratio of waste GMT.
  • a base resin was derived to improve miscibility.
  • density was measured using a density meter (Manufacture: Industrial Physics Inc., Automatic Densimeter DSG-1) at room temperature.
  • the tensile test was measured at room temperature at a speed of 50 mm/min according to ASTM D638 using a Universal Testing Machine (UTM) (Model: Instron 5969, Capacity: 50kN).
  • UTM Universal Testing Machine
  • the flexural modulus was measured at room temperature at a speed of 2.8 mm/min according to ASTM D790 using a Universal Testing Machine (UTM) (Model: Instron 3367, Capacity: 30kN).
  • UTM Universal Testing Machine
  • the impact strength was measured on V-notched Izod specimens according to ASTM D256 using an impact tester (Pendulum Impact Tester, Manufacture: Zwick Roell Model: HIT5.5J).
  • the fatigue properties were measured at room temperature using a tensile specimen based on ASTM D638, with a stress ratio of 0.1, a load frequency of 10 Hz, and repeated stress in the form of tension-tension with the minimum and maximum stresses applied for about 1 million repetitions.
  • the stress range that can withstand the number of times was derived.
  • waste GMT was used as a recycling source, containing 40% long glass fiber and 60% polypropylene resin.
  • PP-LFT was performed containing 60% of long fiber filament reinforcement and 40% of thermoplastic polypropylene resin.
  • the base resin was HO-PP or HC-PP.
  • the compatibilizer was performed using a thermoplastic resin grafted with maleic anhydride.
  • the short fibers are 0.5 mm to 1.0 mm in length.
  • Short glass fibers have a shorter fiber length, so they are easier to disperse in the base resin of polypropylene, the base material, than long fibers.
  • it is easy to mold even the distal end of the injection product.
  • it is difficult to secure sufficient mechanical strength in an environment with high tensile strength and external stress where a large load is applied to the entire component.
  • the long fibers In the case of long glass fiber reinforced composites, the long fibers have a length of 3 mm to 100 mm. Glass long fiber reinforced composites have superior mechanical properties and heat resistance compared to short fiber reinforced polypropylene composites. However, if the content of glass fiber exceeds 30% based on 100% of the total composition weight, flowability within the mold is reduced during injection molding, the appearance of the molded product is poor, processability for parts with complex shapes is reduced, and bending according to the aspect ratio occurs. It may cause moldability defects such as overheating and distortion.
  • the present invention sought to secure excellent mechanical and fatigue properties by mixing long fibers and short fibers in an appropriate ratio.
  • waste GMT is varied as shown in Tables 1 and 2 below, and the content is determined by considering the ratio of long fibers and short fibers of waste GMT and glass long fiber reinforced polypropylene. The range was confirmed.
  • the total glass fiber content is 30%. In consideration of this, it was confirmed based on 30% of total glass fiber in order to secure physical properties at the same level as conventional recycled and mass-produced new materials while containing 30% glass fiber.
  • recycled glass fiber reinforced plastic refers to containing recycled polypropylene rather than recycled glass fiber. That is, in the present invention, conventional recycling means that 70% of polypropylene containing recycled polypropylene and 30% of new glass fiber are included. also. In the present invention, mass-produced new material means that it contains 70% new polypropylene and 30% new glass fiber.
  • Reference Example 1 new mass-produced material contains 30% of short glass fibers and has a tensile strength of 1050 kgf/cm 2 .
  • Reference Example 2 (conventional regeneration a) is made of 30% single fiber and has a tensile strength of 980 kgf/cm 2 . Through this, it can be confirmed that conventional recycling has inferior physical properties compared to mass-produced new materials by including regenerated materials.
  • Reference Example 3 (conventional regeneration b), unlike Reference Example 2, corresponds to a recycle material containing 30% of long glass fibers.
  • the tensile strength of Reference Example 3 is 1190 kgf/cm 2 and has relatively excellent physical properties when compared to Reference Examples 1 and 2.
  • Reference Example 3 contains all long glass fibers, and thus cannot secure the advantages that can be obtained by including short glass fibers.
  • Comparative Example 1-3 shows a case where all glass fibers in the final composition are made of waste GMT. It can be seen that the tensile strength of Comparative Examples 1-3 was 800 kgf/cm 2 and that the tensile strength was inferior to that of Reference Examples 2 and 3, which used recycled PP other than conventional waste GMT. Through this, it can be confirmed that in order to use waste GMT as a recycling source, it is necessary to include glass long fibers such as PP-LFT.
  • Comparative Example 1-1 contained 40% of closed GMT, and Comparative Example 1-2 contained 50% of closed GMT. However, it can be confirmed that Comparative Examples 1-1 and 1-2 have lower tensile strengths than mass-produced new materials and/or conventional recycled materials.
  • Invention Example 1-3 includes 30% of Pe GMT. An additional 30% of PP-LFT was included so that the total glass fiber was 30% in the final composition. It can be seen that the tensile strength is 1200 kgf/cm 2 , which is superior to conventional recycled materials as well as mass-produced new materials.
  • the maximum content that can be included in waste GMT is 30%.
  • waste GMT as a recycling source
  • the content of waste GMT can be set to 10 to 30% in order to secure superior mechanical and fatigue properties than conventional recycled materials as well as mass-produced new materials.
  • Table 3 below shows mechanical properties and fatigue properties according to mixing method.
  • the dry mixing method and the compound method were compared as mixing methods. Through this, we confirmed the mixing method and weight average molecular weight that can minimize the damage of glass fibers and obtain excellent physical properties in the final product while utilizing recycled sources.
  • Comparative Example 2-1 has superior mechanical and fatigue properties than Reference Example 2 by using waste GMT as the regeneration source and including PP-LFT.
  • Comparative Example 2-1 had a weight average molecular weight similar to that of Reference Example 1, it can be confirmed that mechanical properties other than impact strength were inferior to Reference Example 1, and fatigue properties were also inferior.
  • Inventive Example 2-1 and Inventive Example 2-2 had the same composition as Comparative Example 2-1, but the mixing method was different. Invention Example 2-1 and Invention Example 2-2 were mixed using a dry mixing method rather than a compounding method.
  • Table 4 below shows the mechanical and fatigue properties according to the base resin.
  • HO-PP refers to polypropylene synthesized only from waste GMT and polypropylene of the same type.
  • Comparative Examples 3-1 and 3-2 used HC-PP as the base resin.
  • HC-PP stands for high crystallinity polypropylene.
  • Inventive Examples 3-1 and 3-2 differed from Comparative Examples 3-1 and 3-2 only in the base resin composition, and the compatibilizer and mixing method were the same.
  • Table 5 below shows the composition, mixing method, weight average molecular weight, mechanical properties, and fatigue properties of the invention examples, comparative examples, mass-produced new materials, and conventional recycled materials of the present invention.
  • Inventive Example 5-1 contained 10% of waste GMT, and the ratio of long fibers and short fibers was controlled accordingly to contain 43.3% of PP-LFT and 46.7% of HO-PP. In addition, 1% of a compatibilizer was included based on 100% of the final composition weight. Inventive Example 5-1 was mixed using a dry mixing method. In Invention Example 5-1, the weight average molecular weight of the final composition was 323,604 g/mol. It can be confirmed that the mechanical properties and fatigue properties are superior to Reference Example 2 (conventional regeneration a) and Reference Example 3 (conventional regeneration b), as well as Reference Example 1 (new mass-produced material).
  • Inventive Example 5-2 contained 20% of waste GMT, and the ratio of long fibers and short fibers was controlled accordingly to contain 36.7% of PP-LFT and 43.3% of HO-PP. In addition, 1% of a compatibilizer was included based on 100% of the final composition weight. Inventive Example 5-2 was mixed using a dry mixing method. In Inventive Example 5-2, the weight average molecular weight of the final composition was 298,990 g/mol. It can be confirmed that the mechanical properties and fatigue properties are superior to Reference Example 2 and Reference Example 3, as well as Reference Example 1.
  • Inventive Example 5-3 contained 30% of waste GMT, and the ratio of long fibers and short fibers was controlled accordingly to contain 30.0% of PP-LFT and 30.0% of HO-PP. In addition, 1% of a compatibilizer was included based on 100% of the final composition weight. Inventive Example 5-3 was mixed using a dry mixing method. In Inventive Example 5-3, the weight average molecular weight of the final composition was 270,751 g/mol. It can be confirmed that the mechanical properties and fatigue properties are superior to Reference Example 2 and Reference Example 3, as well as Reference Example 1.
  • Comparative Example 5-1 had the same composition as Inventive Example 5-3, but a compounding method was adopted as the mixing method.
  • the weight average molecular weight of the final composition is 268,533 g/mol. Although the weight average molecular weight of Inventive Example 5-3 and the final composition is similar, it can be confirmed that both mechanical properties and fatigue properties are inferior.
  • Comparative Example 5-1 had a weight average molecular weight of the final composition similar to Reference Example 1, and was mixed in the same manner as Reference Example 1. However, it can be seen that Comparative Example 5-1, including the regenerated source, is inferior to Reference Example 1 in mechanical and fatigue properties, excluding impact strength.
  • Comparative Example 5-1 has a larger weight average molecular weight than Reference Example 2 and Reference Example 3. It can be seen that, despite including a regeneration source, Comparative Example 5-1 has superior mechanical and fatigue properties than conventional regeneration.
  • waste GMT as a recycling source
  • mixing glass long fibers and short glass fibers, including PP-LFT, and adopting HO-PP as the base resin superior mechanical and fatigue properties are secured than those of conventional recycling. You can check what you can do.
  • Comparative Example 5-1 failed to secure the desired tensile strength, flexural modulus, and fatigue properties because the mixing method was different from the conditions of the present invention.
  • Comparative Example 5-2 has the same composition and mixing method as Inventive Example 5-3, but has a weight average molecular weight of 198,606 g/mol, which is less than 250,000 g/mol.
  • the weight average molecular weight of Comparative Example 5-2 is similar to Reference Example 2 and Reference Example 3, but the mechanical and fatigue properties are superior to Reference Example 2 and Reference Example 3. However, it can be confirmed that the impact strength and fatigue properties are inferior to those of Reference Example 1.
  • Comparative Example 5-2 was mixed using a dry mixing method and had a small weight average molecular weight, it had superior mechanical and fatigue properties than Comparative Example 5-1. Through this, it can be confirmed that mixing using the dry mixing method is advantageous in securing mechanical and fatigue properties.
  • Comparative Example 5-2 failed to secure the desired fatigue properties because the weight average molecular weight was different from the conditions of the present invention.
  • Comparative Example 5-3 As in Inventive Example 5-3, long glass fibers and short glass fibers including waste GMT and LFT-PP were mixed, mixed in a dry mixing method, and HC-PP was adopted as the base resin. Additionally, the weight average molecular weight of the final composition is 185,324 g/mol, which is less than 250,000 g/mol.
  • Comparative Example 5-3 It can be confirmed that the flexural modulus and fatigue properties of Comparative Example 5-3 are inferior to those of Comparative Example 5-2. Through this, it can be confirmed that excellent impact strength and fatigue properties can be secured by using HO-PP as the base resin and improving miscibility with waste GMT.
  • Comparative Example 5-3 has a weight average molecular weight of 185,324 g/mol, which is smaller than that of Reference Example 1. It can be confirmed that the impact strength and fatigue properties of Comparative Example 5-3 are inferior to those of Reference Example 1.
  • the weight average molecular weight of the final composition is secured to be greater than 250,000 g/mol, and by improving miscibility by using HO-PP as the base resin, both mechanical and fatigue properties can be secured better than Reference Example 1. there is.

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Abstract

본 명세서에서는, 재생 폴리프로필렌 복합재료 수지 조성물 및 이를 포함하는 세탁기에 관한 것을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물은, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 100 중량% 기준으로, 폐 GMT(Glass fiber Mat-reinforced Thermoplastic) 10 내지 30%, 호모-폴리프로필렌 베이스 수지 35 내지 47%, 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 30 내지 45% 및 상용화제를 0.5 내지 3.0% 더 포함하고, 조성물의 중량평균분자량이 250,000 g/mol 이상일 수 있다.

Description

재생 폴리프로필렌 복합재료 수지 조성물 및 이를 포함하는 세탁기
본 발명은, 재생 폴리프로필렌 복합재료 수지 조성물 및 이를 포함하는 세탁기에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 폐 GMT(Glass fiber Mat-reinforced Thermoplastic), 베이스 수지, 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 등의 성분범위, 단섬유와 장섬유의 적정 혼합 비율 및 혼합방식을 최적화하여 물성을 향상시킨, 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이를 포함하는 세탁기에 관한 것이다.
ESG (Environment, Social and Governance)는 지속 가능한 순환 경제의 핵심 화두로써, 기업의 필수 경영 시스템으로 자리매김 하고 있다. 이러한 친환경 기조의 일환으로 폐플라스틱 자원에 대한 선순환을 실현하고자 소비재 기업들은 재활용 플라스틱의 사용 비중을 확대하는 추세이다.
본 발명과 연관된 유리섬유강화 열가소성 플라스틱 (Glass fiber reinforced thermoplastic, GFRTP)은 우수한 기계적 물성과 부품 경량화의 장점으로 다양한 분야에서 널리 사용된다. 그러나 유리섬유강화 열가소성 플라스틱은 재활용 시, 기재로부터 유리섬유 분리의 어려움으로 인해 대부분의 폐기물은 매립, 소각하게 된다. 또한 재용융을 통한 기계적 재활용 시에도 섬유의 파단, 낮은 분산성, 고분자 열화 등의 문제로 인해 제약이 발생한다.
종래에는, 일반 가정에서 배출되는 생활 잡화를 비롯한 생활계 및 산업계로부터 발생되는 폐플라스틱을 재생 소스로 활용하며, 주로 올레핀계 플라스틱 중 재생 폴리프로필렌을 기초 수지로 하는 제조 방법을 활용하였다. 이들은 대부분 비보강 폴리프로필렌이며, 필요에 따라 탈크를 더 포함한다.
그러나, 종래의 재생 플라스틱은 장기 내구성 측면에서 폴리프로필렌 모재 표면의 취성화에 의해 크랙 발생 지점을 야기할 뿐만 아니라 재생 폴리프로필렌과 신재 폴리프로필렌의 모재 간 분자량 차이, 모재인 폴리프로필렌과 기재인 유리섬유 간의 계면 간 분리에 따른 물성의 열화가 발생한다. 이에 구조재나 구동 부품에 대한 적용에는 한계가 있기에 주로 비가시부의 비기능성 내장 부품에 한정적으로 적용되는 실정이다.
또한, 장기 사용 후 폐기된 재생 플라스틱의 재활용에 따른 분자량 감소 및 반복적인 용융 혼련 압출 과정에서 고온에서의 열화가 진행되어 전반적인 기계적 물성이 신재 대비 열위한 경향을 보인다. 특히 유리섬유 강화 플라스틱 복합재 (GFRP)의 경우, 초도 가공과 재활용 가공 중 용융 혼련 압출 과정에서 유리섬유의 반복적 파단을 유발하므로 물성 손실을 필연적으로 초래한다. 또한 투입되는 재생재의 함량이 증가함에 따라 전반적인 기계적 물성은 선형적으로 감소하는 경향을 보인다. 또한, 종래 재생재는 유리섬유의 파단으로 인한 초단섬유화가 발생하므로, 유리섬유를 재활용하기 어려운 점이 있다. 따라서, 종래 재생재는 신재 유리섬유와 재생 폴리프로필렌을 사용하는 형태가 일반적이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 폐 GMT, 베이스 수지, 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 등의 성분범위, 단섬유와 장섬유의 적정 혼합 비율 및 혼합방식을 최적화하여 물성을 향상시킨, 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이를 포함하는 세탁기를 제공하는데 있다.
본 발명을 통해, 재생재를 사용함에도 불구하고 종래 재생재는 물론, 양산 신재 유리섬유강화 폴리프로필렌과 동등 이상 수준의 기계적 물성과 내피로 물성을 확보하여 비기능성 내장재 부품에 국한되지 않고, 복잡한 형상을 지닌 구동 부품으로의 적용도 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물은, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 100 중량% 기준으로, 폐 GMT(Glass fiber Mat-reinforced Thermoplastic) 10 내지 30%, 호모-폴리프로필렌 베이스 수지 35 내지 47%, 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 30 내지 45% 및 상용화제를 0.5 내지 3.0% 포함하고, 상기 조성물의 중량평균분자량이 250,000 g/mol 이상인, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물일 수 있다.
본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물에서, 상기 폐 GMT는, 폐 GMT 100 중량% 기준으로, 유리 장섬유 38 내지 42% 및 폴리프로필렌 수지 58 내지 62%를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물에서, 폐 GMT는, 평균 잔존섬유 길이가 0.5 내지 1.0mm일 수 있다.
본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물에서, 상기 호모-폴리프로필렌 베이스 수지는, 중량평균분자량(Mw)이 300,000g/mol 이상일 수 있다.
본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물에서, 상기 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌은, 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 100 중량% 기준으로, 직경이 0.3 내지 30㎛이고 길이가 3 내지 100mm인 장섬유 필라멘트 강화재 58 내지 62% 및 폴리프로필렌 수지 38 내지 42%를 포함할 수 있다.
본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물에서, 상기 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌의 인장강도가 1,400 kgf/cm2 이상일 수 있다.
본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물에서, 상기 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌의 굴곡 탄성률이 110,000 kgf/cm2이상일 수 있다.
본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물에서, 상기 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌의 충격강도가 20 kgfcm/cm이상일 수 있다.
본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물에서, 상기 상용화제는, 무수말레산이 그라프트된 폴리프로필렌일 수 있다.
본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물에서, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 100 중량% 기준으로, 첨가제를 0.01 내지 0.5% 더 포함할 수 있다.
본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물에서, 첨가되는 첨가제는, 분산제, 산화방지제, 내열안정제 또는 장기 내열안정제 중 1개 이상일 수 있다.
본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 제조방법은, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 100 중량% 기준으로, 폐 GMT(Glass fiber Mat-reinforced Thermoplastic) 10 내지 30%, 호모-폴리프로필렌 베이스 수지 35 내지 47%, 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 30 내지 45% 및 상용화제 0.5 내지 3.0%를 준비하는 단계; 및 상기 폐 GMT와 상기 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌을 건식 혼합하는 단계;를 포함하는, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 제조방법일 수 있다.
본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 제조방법은, 폐 GMT는 회수된 폐 GMT이고, 상기 준비하는 단계 전에 상기 회수된 폐 GMT를 평균 잔존섬유 길이 0.5 내지 1.0mm로 파쇄하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 제조방법에서, 상기 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물의 중량평균분자량이 250,000 g/mol이상일 수 있다.
본 발명의 사출 성형품은, 본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물을 포함하는 사출 성형품일 수 있다.
본 발명의 사출 성형품은, 인장강도가 1,100 kgf/cm2 이상일 수 있다.
본 발명의 사출 성형품은, 굴곡탄성률이 55,000 kgf/cm2 이상일 수 있다.
본 발명의 사출 성형품은, 충격강도가 13 kgfcm/cm이상일 수 있다.
본 발명의 사출 성형품은, 피로물성이 210 kgf/cm2 이상일 수 있다.
본 발명의 세탁기는, 캐비닛; 상기 캐비닛 내부에 배치되는 터브; 및 상기 터브의 내부에 회전 가능하게 배치되는 드럼; 을 포함하며, 상기 터브는, 폐 GMT를 이용한 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물로 제조되는 사출 성형품으로 이루어지고, 상기 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물은, 중량%로, 폐 GMT 10 내지 30%, 호모-폴리프로필렌 베이스 수지 35 내지 47%, 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 30 내지 45% 및 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 100 중량% 기준으로 상용화제를 0.5 내지 3.0% 더 포함하고, 상기 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물의 중량평균분자량이 250,000 g/mol 이상인, 세탁기일 수 있다.
본 발명의 일 예에 의하면, 폐 GMT, 베이스 수지, 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 등의 성분범위, 단섬유와 장섬유의 적정 혼합 비율 및 혼합방식을 최적화하여 물성을 향상시킨, 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이를 포함하는 세탁기를 제공할 수 있다.
다만, 본 발명의 실시예들에 따른 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이를 적용한 세탁기가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은, 본 발명의 일 예에 따른 세탁기에 대한 모식도이다.
도 2는, 본 발명의 일 예에 따른 세탁기에 적용되는 터브에 대한 모식도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
명세서 전체에서, 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.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물은, 폐 GMT, 호모-폴리프로필렌 베이스 수지, 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 및 상용화제를 포함하는, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물로서, 중량%로, 폐 GMT 10 내지 30%, 호모-폴리프로필렌 베이스 수지 35 내지 47%, 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 30 내지 45% 및 불가피한 불순물을 포함하고, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 100 중량% 기준으로 상용화제를 0.5 내지 3.0% 더 포함한다.
재생소스는 폐 GMT(Glass fiber Mat reinforced Thermoplastics)로, 폐 GMT의 함량은 10 내지 30%일 수 있다.
본 발명에서 드럼 세탁기 터브 사출품에 재생재를 적용하기 위해 기타 생활계/산업계 재생재 대비 기계적 물성 확보 측면에서 유리한 폐 GMT를 재생 소스로 선택할 수 있다.
폐 GMT는 압축 프레스에 의한 평탄화 작업을 초도 작업으로 실시하기에 유리섬유를 그대로 유지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 기타 유리섬유 강화 열가소성 재생자원 대비 유리섬유의 파단 및 파손에 의한 물성 손실을 최소화 할 수 있다. 산업계 재생자원에 해당하므로 생활계 재생자원 대비 악취로부터 자유롭기에 다시 재활용하여 자원화하기 용이하다.
폐 GMT는 수명이 다하거나 폐기 된 차량용 백-빔(Back-Beam) 또는 건축용 콘 판넬 등에 이용되며, 일반 폴리프로필렌 수지(PP)에 100mm 이상 혹은 Endless Fiber에 해당하는 유리 장섬유를 부직포 형태로 직조하여 mat 구조로 함침시켜 가공한 판상 형태의 복합소재이다.
본 발명에서 폐 GMT는, 프로필렌으로만 중합된 호모-폴리프로필렌으로써, 유리 장섬유가 중량%로 35 내지 42% 함침된 상태로 회수된다.
본 발명에서 폐 GMT는 회수된 후, 재생소스를 자원화하는 과정에서 소정의 크기로 파쇄하여 단섬유로 축소할 수 있다. 파쇄 후 용융 압출함에 따라 유리섬유의 평균 섬유 길이는 약 0.5 내지 1.0mm일 수 있다.
본 발명에서 평균 잔존섬유 길이는 1cm * 1cm 내 100개의 유리섬유를 무작위로 선정하여 측정한 길이의 평균이 0.5 내지 1.0mm인 것을 의미한다.
본 발명에서 폐 GMT는, 폐 GMT 100 중량% 기준으로, 유리 장섬유 38 내지 42% 및 폴리프로필렌 수지 58 내지 62%를 포함할 수 있다.
본 발명에서 폐 GMT의 함량이10% 미만이면, 신재 대비 비용측면의 효과가 미미하다. 폐 GMT의 함량이 30%를 초과하면, 재생재의 열화에 의한 상분리로 인해 크랙 발생 지점을 야기하여 물성이 열위해질 수 있다. 따라서, 이를 고려하여 본 발명에서 폐 GMT의 함량은 10 내지 30%로 한다.
베이스수지는 호모-폴리프로필렌(HO-PP)으로, 호모-폴리프로필렌의 함량은 35 내지 47%일 수 있다.
본 발명에서 프로필렌만으로 합성된 호모-폴리프로필렌을 베이스 수지로 할 수 있다. 호모-폴리프로필렌은 대표적인 범용 플라스틱으로 대부분의 재생소스 역시 호모-폴리프로필렌이므로 활용도가 높다.
본 발명에서 베이스 수지를 호모-폴리프로필렌으로 포함하여 재생소스로 포함하는 폐GMT와 동종 계열의 베이스 수지를 포함함으로써 재생수지와 베이스 수지의 혼화성을 부여할 수 있다. 이를 통해 최종 제품의 장기 사용시 열화로 인한 모재 간 상분리를 방어하고, 장기 피로물성의 열화를 방어할 수 있다.
최종 제품의 장기 피로물성을 확보하기 위하여 호모-폴리프로필렌 베이스 수지는 중량평균분자량(Mw)이 300,000g/mol 이상일 수 있다.
신재 유리 장섬유 강화 열가소성 폴리프로필렌 복합수지(PP-LFT)는 30 내지 45%일 수 있다.
신재 유리 장섬유 강화 열가소성 폴리프로필렌 복합수지는 재생 폴리프로필렌 수지의 열위한 물성을 보완하기 위하여 첨가할 수 있다. 유리 장섬유는 유리 단섬유보다 기계적 물성 및 내열성 등이 우수하다.
신재 유리 장섬유 강화 열가소성 폴리프로필렌 복합수지는 개개의 유리 장섬유 필라멘트가 열가소성 폴리프로필렌 수지로 연속적으로 코팅되어 있다. 신재 유리 장섬유 강화 열가소성 폴리프로필렌 복합수지는 직경이 0.3 내지 30㎛이고, 길이가 3 내지 100 mm인 장섬유가 포함되어 있다.
본 발명에서 신재 유리 장섬유 강화 열가소성 폴리프로필렌 복합수지 100 중량% 기준으로, 장섬유 필라멘트 강화재 58 내지 62% 및 열가소성 폴리프로필렌 수지 38 내지 42%를 포함할 수 있다.
본 발명에서, 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌의 함량이30% 미만이면, 재생재로부터 기인하는 물성의 열화를 보완할 수 없다. 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌의 함량이 45%를 초과하면, 용융 조성물의 금형 내 유동성이 저하되어 사출 성형성이 불량해지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이를 고려하여 본 발명에서 유리 장섬유 강화 열가소성 폴리프로필렌 복합수지의 함량은 30 내지 45%로 한다.
본 발명에서, 신재 유리 장섬유 강화 열가소성 폴리프로필렌 복합수지는, 인장강도가 1,400 kgf/cm2 이상, 굴곡탄성률이 110,000 kgf/cm2 이상, 충격강도가 20 kgfcm/cm이상일 수 있다.
상용화제는, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 100 중량% 기준으로 상용화제를 0.5 내지 3.0% 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상용화제는 매트릭스와 무기물 간의 계면 접착력을 높이기 위하여 포함할 수 있다. 본 발명에서 매트릭스는 폴리프로필렌을 의미할 수 있고, 무기물은 유리섬유 외 강화섬유를 의미할 수 있다.
본 발명에서 상용화제는 무수말레산이 그라프트된 열가소성 수지일 수 있다. 무수말레산이 그라프트된 열가소성 수지로는 예를 들어, 무수말레산이 그라프트된 폴리프로필렌(Polypropylene grafted with maleic anhydride, PP-g-MA)이 될 수 있고, 프로필렌계 엘라스토머 (Propylene-based elastomer, PBE) 같은 엘라스토머계 커플링제 등일 수 있다.
본 발명은 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 100 중량% 기준으로, 첨가제를 0.01 내지 0.5% 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 첨가제를 첨가하는 경우 첨가제는, 예를 들어 분산제, 산화방지제, 내열안정제, 장기 내열안정제 등 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 고려할 수 있는 첨가제로서, 1개 이상 포함될 수 있다.
첨가제로 내열안정제를 포함하는 경우, 내열안정제는 내열성을 향상시킴으로써 압출 및 사출 가공 시 물성이 저하되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명에서 내열안정제를 포함하는 경우, 내열안정제는 페놀계 산화방지제 및 포스파이트계 산화방지제 등일 수 있다. 또한, 바람직하게는 테트라키스(메틸렌(3,5-디-t-부틸-4-히드록시)히드로실릴네이트),1,3,5-트리메틸-트리스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤젠) 또는 트리스(2,4-디-t-부틸페놀)포스파이트 일 수 있다.
첨가제로 장기 내열안정제를 포함하는 경우, 최종 제품의 실제 사용 시 물성이 저하되는 것을 막기 위해 첨가될 수 있다.
본 발명에서 장기 내열안정제를 포함하는 경우, 장기 내열안정제는 티오프로피온산(Thiopropionic acid)을 포함하는 황계 유도체 화학물을 사용할 수 있다.
첨가제의 효과를 고려하여 본 발명에서 첨가제는 0.01% 이상으로 첨가할 수 있다. 그러나, 첨가되는 첨가제가 내열안정제인 경우, 내열안정제의 함량이 0.5%를 초과하는 경우에는 내열안정제의 용출이 발생되거나 가격 경쟁력이 저하될 수 있으므로, 내열안정제의 상한은 0.5%로 한다. 이를 고려하여, 본 발명에서 첨가제를 포함하는 경우, 첨가되는 첨가제는 0.01 내지 0.5% 일 수 있다.
유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물은, 최종 제품에 적용되는 경우, 특히 드럼 세탁기 터브 부품으로 포함되는 경우에는, 온수나 건조 과정 시 가해지는 열적 변화와 더불어 탈수 과정 중 1600 내지 1800 RPM에 달하는 가혹한 외부 환경 조건으로부터 기계적 물성과 장기 피로물성을 확보해야 한다. 따라서, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물의 중량평균분자량은 250,000 g/mol이상일 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 제조방법은, 중량%로, 폐 GMT 10 내지 30%, 호모-폴리프로필렌 베이스 수지 35 내지 47%, 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 30 내지 45% 및 상기 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 100 중량% 기준으로 상용화제 0.5 내지 3.0%를 준비하는 단계; 및 상기 폐 GMT와 상기 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌을 건식 혼합하는 단계;를 포함하는, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 제조방법일 수 있다.
또한, 본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 제조방법은, 준비하는 단계 전에 폐 GMT를 회수 후 평균 잔존섬유 길이 0.5 내지 1.0mm로 파쇄하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 폐 GMT는 상기 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물에서 설명한 바와 같을 수 있다. 폐 GMT는 일반 폴리프로필렌 수지(PP)에 100mm 이상 혹은 Endless Fiber에 해당하는 유리 장섬유가 중량%로 35 내지 42% 함침된 상태로 회수될 수 있다. 본 발명에서 폐 GMT는 압출성형기에 투입되기 전에 평균 잔존섬유 길이를 0.5 내지 1.00mm로 파쇄할 수 있다.
본 발명에서 베이스 수지는 상기 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물에서 설명한 바와 같을 수 있다. 베이스 수지를 호모-폴리프로필렌으로 채택하여 폐GMT와 동종 계열의 베이스 수지를 포함함으로써 재생수지와 베이스 수지의 혼화성을 부여할 수 있다.
본 발명에서 파쇄된 폐 GMT 및 신재 유리 장섬유 강화 열가소성 폴리프로필렌 복합수지는 건식 혼합할 수 있다. 혼합 방식으로 컴파운딩 등과 같은 방식이 아닌, 건식 혼합 방식을 채택하여 유리섬유의 파손을 최소화 할 수 있다. 이를 통해 물성 손실을 최소화 하여, 최종 제품의 기계적 물성을 종래 재생재는 물론 양산 신재와 동등이상으로 확보할 수 있다.
본 발명에서 폐 GMT, 베이스 수지 및 신재 유리 장섬유 강화 열가소성 폴리프로필렌 복합수지는 베이스 수지를 재생수지와 동종 계열의 호모-폴리프로필렌 베이스 수지로 하고, 건식 혼합 방식으로 혼합하여, 혼화성이 증진되고, 장기 피로물성의 열화를 방지하며, 유리섬유 파손이 최소화되어 최종 제품에서 종래 재생재는 물론, 양산 신재와 동등이상 수준의 우수한 기계적 물성을 얻을 수 있다.
본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 제조방법에서, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물은 최종 제품에 적용되는 경우, 특히 드럼 세탁기 터브 부품으로 포함되는 경우에는, 온수나 건조 과정 시 가해지는 열적 변화와 더불어 탈수 과정 중 1600 내지 1800 RPM에 달하는 가혹한 외부 환경 조건으로부터 기계적 물성과 장기 피로물성을 확보해야 한다. 따라서, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물의 중량평균분자량은 250,000 g/mol이상일 수 있다.
본 발명에서 조성 및 혼합방식과 더불어, 최종 조성물의 중량평균분자량을 250,000 g/mol이상으로 확보하여 최종 제품의 피로물성을 확보할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물로 사출 성형품을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 상기 조성물 제조방법에 이어서 파쇄된 폐 GMT, 신재 유리 장섬유 강화 열가소성 폴리프로필렌 복합수지, 호모-폴리프로필렌 베이스 수지 및 상용화제를 사출 성형 공정에 투입할 수 있다.
폐 GMT는 사출 성형 공정에 투입되기 전에 압출성형기에서 160 내지 230℃에서 용융/혼련하여 펠릿을 제조한 후, 신재 유리 장섬유 강화 열가소성 폴리프로필렌 복합수지, 호모-폴리프로필렌 베이스 수지 및 상용화제를 성형 공정에 투입할 수 있다. 필요에 따라 첨가제를 더 포함할 수 있다.
그러나, 본 발명의 조성물로 제조되는 사출 성형품은 특별히 제조방법이 한정되지 않는다. 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자가 인식하고 있는 어떠한 사출 성형품 제조방법에 의하여, 본 발명의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물로 사출 성형한 것을 포함한다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물로 제조되는 사출 성형품의 기계적 물성에 대하여 설명한다.
본 발명에서, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물로 제조되는 사출 성형품은 드럼 세탁기 터브용으로 사용될 수 있다.
본 발명에서, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물로 제조되는 사출 성형품은 드럼 세탁기 터브용으로 사용하기 위하여, 드럼 세탁기 터브 부품의 사용환경을 고려할 수 있다. 드럼 세탁기 터브 부품은 온수나 건조 과정 시 가해지는 열적 변화와 더불어 탈수 과정 중 1600 내지 1800 RPM에 달하는 가혹한 외부 환경 조건으로부터 기계적 물성과 장기 피로물성을 확보해야 할 필요가 있다.
본 발명에서, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물로 제조되는 사출 성형품은 비중이 1.11 g/cm3 인장강도가 1,100 kgf/cm2 이상, 굴곡탄성률이 55,000 kgf/cm2 이상, 충격강도가 13 kgfcm/cm 이상일 수 있다. 또한, 피로물성은 210 kgf/cm2 이상일 수 있다.
본 발명에서, 상기와 같은 기계적 물성을 확보함으로써, 재생소스를 활용하면서도, 종래 재생재는 물론, 양산 신재 유리섬유 강화 폴리프로필렌과 동등 이상 수준의 단기 기계적 물성과 내피로 물성을 확보할 수 있다. 이를 통해 비기능성 내장재 부품에 국한되지 않고 복잡한 형상을 지닌 구동 부품으로서의 적용을 가능케 할 수 있다. 본 발명에서, 구동 부품으로는 캐비닛(10) 내부에 배치되는 터브(20)와 같이 복잡한 형상을 지닌 구동 부품으로의 적용이 가능할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 드럼 세탁기에 대하여 설명한다.
본 발명에서 드럼 세탁기는, 캐비닛; 상기 캐비닛 내부에 배치되는 터브; 및 상기 터브의 내부에 회전 가능하게 배치되는 드럼;을 포함하며, 상기 터브는,폐 GMT를 이용한 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물로 제조되는 사출 성형품으로 이루어지고, 상기 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물은, 중량%로, 폐 GMT 10 내지 30%, 호모-폴리프로필렌 베이스 수지 35 내지 47%, 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 30 내지 45% 및 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 100 중량% 기준으로 상용화제를 0.5 내지 3.0% 더 포함하고, 상기 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물의 중량평균분자량이 250,000 g/mol 이상인, 드럼 세탁기일 수 있다.
상기 폐GMT, 호모-폴리프로필렌 베이스 수지, 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 및 상용화제의 포함이유 및 성분 범위 한정 이유는 상술한 바와 같다. 또한, 첨가제를 더 포함할 수 있고, 이 또한 상술한 바와 같다. 이하에서는 본 발명의 일예에 따른 세탁기를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 예에 따른 세탁기에 대한 모식도이다. 또한, 도 2는, 본 발명의 일 예에 따른 세탁기에 적용되는 터브에 대한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 세탁기(1)는 외관을 형성하는 캐비닛(10)과, 상기 캐비닛(10) 내부에 배치되는 터브(20); 및 상기 터브(20)의 내부에 회전 가능하게 배치되는 배치되는 드럼(30);을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 캐비닛(10) 내부에 배치되는 터브(20)의 앞면과, 후면을 확인 할 수 있다. 본 발명에서 터브(20)는, 상술한 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물로 제조된 사출 성형품에 해당할 수 있다.
본 발명에서 터브(20)는, 상술한 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물로 제조된 사출 성형품에 해당하여, 종래 재생재는 물론 양산 신재와 동등 이상의 기계적 물성 및 피로특성을 확보하여 세탁기의 사용 환경에 적용 가능할 수 있다.
이하에서, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 발명예 및 비교예를 기재한다. 다만, 하기 기재는 본 발명의 내용 및 효과에 관한 일 예에 해당할 뿐, 본 발명의 권리범위 및 효과가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
{실시예}
본 발명에서, 폐 GMT의 혼입 비율을 달리하여 장섬유와 단섬유의 함량을 달리하여 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물에서 폐 GMT및 PP-LFT의 성분 범위를 도출하였다.
또한, 혼합방식을 달리하여 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물로 제조된 사출 성형품의 기계적 물성 및 피로물성을 확인하였다. 이를 통해 혼합방식과 최종 조성물의 중량평균분자량 값을 도출하였다.
또한, 혼화성을 증진하기 위한 베이스 수지를 도출하였다.
본 발명의 실시예에서 밀도는, 실온에서 밀도계 (Manufacture: Industrial Physics Inc., Automatic Densimeter DSG-1)를 이용하여 측정하였다.
본 발명의 실시예에서 인장시험은, 만능재료시험기 (Universal Testing Machine, UTM) (Model: Instron 5969, Capacity: 50kN)을 사용하여 ASTM D638에 의거하여 실온에서 50mm/min의 속도로 측정하였다.
본 발명의 실시예에서 굴곡탄성률은, 만능재료시험기 (Universal Testing Machine, UTM) (Model: Instron 3367, Capacity: 30kN)를 사용하여 ASTM D790에 의거하여 실온에서 2.8mm/min의 속도로 측정하였다.
본 발명의 실시예에서 충격강도는, 충격강도계(Pendulum Impact Tester, Manufacture: Zwick Roell Model: HIT5.5J)를 사용하여 V자 노치 된 아이조드 (Izod) 시편을 ASTM D256에 의거하여 측정하였다.
본 발명의 실시예에서 피로물성은, ASTM D638 기준 인장시편을 이용하여 실온에서 응력비 0.1, 하중 진동수 10Hz, 최소응력과 최대응력이 인장-인장 형태인 반복 응력을 가하여 약 100만 회에 해당하는 반복 횟수에 견디는 응력 범위를 도출하였다.
본 발명의 실시예에서 폐 GMT는 재생소스로서, 유리 장섬유 40%와 폴리프로필렌 수지 60%를 포함한 것으로 실시하였다.
또한, 본 발명의 실시예에서 PP-LFT는 장섬유 필라멘트 강화재 60%와 열가소성 폴리프로필렌 수지 40%를 포함한 것으로 실시하였다.
또한, 본 발명의 실시예에서 베이스 수지는, HO-PP 또는 HC-PP로 실시하였다.
또한, 본 발명의 실시예에서 상용화제는 무수말레산이 그라프트된 열가소성 수지로 실시하였다.
<유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물의 폐 GMT및 PP-LFT>
유리 단섬유 강화 복합재의 경우, 단섬유는 길이가 0.5mm 내지 1.0mm이다. 유리 단섬유는 섬유의 길이가 짧아 장섬유 대비 모재인 폴리프로필렌의 베이스 수지에 분산이 용이하다. 또한, 사출품의 말단부까지 성형이 용이하다. 그러나, 부품 전체에 큰 하중이 인가되는 높은 인장강도, 외부 응력이 작용하는 환경에서는 충분한 기계적 강도를 확보하기 어렵다.
유리 장섬유 강화 복합재의 경우, 장섬유는 길이가 3mm 내지 100mm이다. 유리 장섬유 강화 복합재는 기계적 물성 및 내열성등이 단섬유 강화 폴리프로필렌 복합재 대비 우수한 물성을 갖는다. 그러나, 유리섬유의 함량이 전체 조성물 중량 100% 기준으로 하여 30%를 초과할 경우, 사출성형 시 금형 내 흐름성 저하, 성형품의 외관불량, 복잡한 형상을 지닌 부품에 대한 가공성 저하 및 종횡비에 따른 휨과 뒤틀림 등 성형성의 불량을 야기할 수 있다.
이를 고려하여, 본 발명에서 장섬유와 단섬유를 적정 비율로 혼합함으로써 우수한 기계적 물성 및 피로물성을 확보하고자 하였다.
특히, 본 발명에서는 재생소스로 폐 GMT를 활용하면서, 아래 표 1 및 표 2와 같이 폐 GMT의 함량을 달리하며 폐GMT 및 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌의 장섬유와 단섬유 비율을 고려하여 그 함량범위를 확인하였다.
종래 재생 및 양산 신재의 경우 총 유리섬유 함량이 30%에 해당한다. 이를 고려하여 유리섬유 30% 를 포함하면서도, 종래 재생 및 양산 신재와 동등 이상의 수준의 물성을 확보하기 위하여 총 유리섬유 30%를 기준으로 확인하였다.
종래 재생 유리섬유 강화 플라스틱(GFRP)은 유리섬유를 재생하는 것이 아닌, 재생 폴리프로필렌을 포함한 것을 의미한다. 즉, 본 발명에서 종래 재생이란, 재활용 폴리프로필렌을 포함하는 폴리프로필렌 70%와 신재 유리섬유 30%가 포함된 것을 의미한다. 또한. 본 발명에서 양산 신재란, 신재 폴리프로필렌 70%와 신재 유리섬유 30%가 포함된 것을 의미한다.
구분 폐 GMT 함량 (%)
(R-PP60% + R-GF40%)		 PP-LFT60 (%)
 베이스 수지PP(%) 유리 장섬유(LGF) (%) 유리 단섬유 (SGF) (%) 총 유리섬유(%)
발명예 1-1 10.0 43.3 46.7 26.0 4.0 30.0
발명예 1-2 20.0 36.7 43.3 22.0 8.0 30.0
발명예 1-3 30.0 30.0 40.0 18.0 12.0 30.0
비교예 1-1 40.0 23.3 36.7 14.0 16.0 30.0
비교예 1-2 50.0 16.7 33.3 10.0 20.0 30.0
비교예 1-3 73.5 0 26.5 0 30.0 30.0
구분 유리섬유 배합(%) 폐 GMT함량(%) 총 유리섬유 함량(%) 인장강도(kgf/cm2)
발명예 1-1 LGF26 + SGF4 10 30 1312
발명예 1-2 LGF22 + SGF8 20 30 1242
발명예 1-3 LGF18 + SGF12 30 30 1200
비교예 1-1 LGF14 + SGF16 40 30 1021
비교예 1-2 LGF10 + SGF20 50 30 945
비교예 1-3 LGF0 + SGF30 73.5 30 800
참고예 1(양산 신재) SGF30 0 30 1050
참고예 2(종래 재생a) SGF30 0 30 980
참고예 3(종래 재생b) LGF30 0 30 1190
표 1 및 표 2를 참조하면, 참고예 1(양산 신재)는 유리 단섬유 30%가 포함되어 있고, 인장강도는 1050 kgf/cm2이다. 참고예 2(종래 재생 a)은 단섬유 30%로 인장강도가 980 kgf/cm2이다. 이를 통해, 종래 재생은 재생재를 포함함으로써 양산 신재 대비 물성이 열위해 지는 것을 확인할 수 있다.
참고예 3(종래 재생 b)은 참고예 2와 달리 유리 장섬유를 30% 포함된 재생재에 해당한다. 참고예 3의 인장강도는 1190 kgf/cm2으로 참고예 1 및 참고예 2와 비교할 떄 비교적 우수한 물성을 갖는다. 그러나, 유리 단섬유를 모두 유리 장섬유로 하였음에도 불구하고, 참고예 1보다 140 kgf/cm2 정도의 약간 높은 인장강도를 확보하고 있을 뿐임을 확인할 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 참고예 3은 모두 유리 장섬유로 포함하여, 유리 단섬유를 포함함으로써 얻을 수 있는 장점을 확보할 수 없다.
비교예 1-3은 최종 조성물에 유리섬유가 모두 폐 GMT로 이루어지는 경우를 나타낸다. 비교예 1-3의 인장강도는 800 kgf/cm2으로 종래 폐GMT가 아닌 다른 재생PP를 활용한 참고예 2 및 참고예 3보다도 오히려 인장강도가 열위한 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 폐 GMT를 재생소스로 활용하기 위해서는 PP-LFT와 같은 유리장섬유를 포함시킬 필요가 있음을 확인할 수 있다.
비교예 1-1은 폐 GMT를 40%, 비교예 1-2는 폐 GMT를 50% 포함한 것이다. 그러나, 비교예 1-1 및 비교예 1-2는 양산 신재 및/또는 종래 재생보다 인장강도가 열위한 것을 확인할 수 있다.
발명예 1-3은 페 GMT를 30% 포함한 것이다. 최종 조성물에서 총 유리섬유가 30%가 되도록 PP-LFT 30%를 더 포함하였다. 이는 인장강도가 1200 kgf/cm2으로 종래 재생재는 물론 양산 신재보다 인장강도가 우수한 것을 확인할 수 있다.
이를 통해 장섬유와 단섬유의 혼합비율을 고려하여, 폐 GMT의 포함 가능한 최대 함량은 30%임을 확인할 수 있다.
이를 고려하여, 본 발명에서 폐 GMT를 재생소스로 활용하면서, 종래 재생재는 물론 양산 신재보다 우수한 기계적 물성 및 피로물성을 확보하기 위하여, 폐 GMT의 함량은 10 내지 30%로 할 수 있음을 확인하였다.
<혼합방식 및 최종 조성물의 중량평균분자량>
아래 표 3은 혼합방식에 따른 기계적 물성 및 피로물성을 나타낸 것이다. 본 발명의 실시예에서 혼합방식으로 건식혼합방식과 컴파운드방식을 비교하였다. 이를 통해 유리섬유의 파손을 최소화하여, 재생소스를 활용하면서도, 최종 제품에서 우수한 물성을 얻을 수 있는 혼합방식 및 중량평균분자량을 확인하였다.
구분 조성 혼합방식 중량평균분자량(Mw)(g/mol) 기계적 물성 피로물성
HO-PP
(%)		 재생PP 폐GMT
(%)		 PP-LFT
(%)		 SGF
(%)		 상용화제
(PP-g-MAH)(phr)		 인장강도
(kgf/cm2)		 굴곡
탄성률(kgf/cm2)		 충격강도(kgfcm/cm) (kgf/cm2)
발명예 2-1 40 - 30 30 - 1 건식 270,751 1,200 57,857 14.43 225
발명예2-2 40 - 30 30 - 1 건식 198,606 1,150 58,612 13.75 208
비교예 2-1 40 - 30 30 - 1 컴파운딩 268,533 1,030 53,500 13.35 202
참고예1(양산 신재) 70 - - - 30 1 컴파운딩 266,839 1,050 53,564 12.95 222
첨고예2(종래 재생a) 40 30 - - 30 1 컴파운딩 185,342 980 50,005 9.53 171
참고예 1(양산신재)과 참고예 2(종래재생 a)를 비교하면, 종래 재생재는 양산 신재 대비 재생소스를 포함함으로써 기계적 물성은 물론 피로물성이 감소되는 것을 확인할 수 있다.
참고예 2와 비교예 2-1을 비교하면, 비교예 2-1은 재생소스를 폐 GMT로 하고, PP-LFT를 포함함으로써 참고예 2보다 기계적 물성 및 피로물성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
그러나, 비교예 2-1은 중량평균분자량을 참고예 1과 유사한 값을 갖게 하였음에도 불구하고, 충격강도를 제외한 기계적 물성이 참고예 1 대비 열위하고, 피로물성 또한 열위한 것을 확인할 수 있다.
발명예 2-1 및 발명예 2-2는 비교예 2-1과 조성은 동일하게 제어하고, 혼합방식을 달리하였다. 발명예 2-1 및 발명예 2-2는 컴파운딩 방식이 아닌 건식혼합 방식으로 혼합하였다.
발명예 2-1 및 발명예 2-2는 참고예 2는 물론, 참고예 1보다 기계적 물성이 모두 우수한 것을 확인할 수 있다.
또한, 발명예 2-1은 중량평균분자량을 참고예 1과 유사한 값을 갖게 하였을 때, 참고예 1 대비 기계적 물성은 물론 피로물성 또한 우수한 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 건식혼합방식으로 혼합함으로써, 유리섬유의 파손이 최소화 되어 재생재를 사용함에도 불구하고, 기계적 물성이 종래재생은 물론 양산신재보다 우수한 것을 확인하였다.
또한, 중량평균분자량을 양산 신재와 같이 250,000g/mol 이상으로 제어함으로써, 기계적 물성은 물론 피로물성을 동시에 우수하게 확보할 수 있음을 확인하였다.
<베이스 수지>
아래 표 4는 베이스수지에 따른 기계적 물성 및 피로물성을 나타낸 것이다.
본 발명의 실시예에서, 베이스 수지로 HO-PP를 포함함으로써 폐GMT와의 혼화성을 증진하여, 기계적 물성 및 피로물성을 확보할 수 있는지 확인하였다.
구분 조성 혼합방식 중량평균분자량(g/mol) 기계적물성 피로물성
HO-PP(%) HC-PP(%) 폐GMT(%) LFT-PP(%) SGF(%) 상용화제(PP-g-MAH)(phr) 인장강도(kgf/cm2) 굴곡탄성률(kgf/cm2) 충격강도(kgfcm/cm) (kgf/cm2)
발명예 3-1 40 - 30 30 - 1 건식 270,751 1,200 57,857 14.43 225
발명예3-2 40 - 30 30 - 1 건식 198,606 1,150 58,612 13.75 208
비교예3-1 - 40 30 30 - 1 건식 185,324 1,210 60,238 10.78 179
비교예 3-2 - 40 30 30 - 1 건식 190,225 1,210 60,809 12.55 185
발명예 3-1 및 발명예 3-2는 베이스 수지로 HO-PP를 사용하였다. HO-PP는 폐 GMT와 동종 계열의 폴리프로필렌만으로 합성된 폴리프로필렌을 의미한다. 비교예 3-1 및 비교예 3-2는 베이스 수지로 HC-PP를 사용하였다. HC-PP는 고결정성(High crystallinity) 폴리프로필렌을 의미한다.
발명예3-1 및 발명예 3-2는 비교예 3-1 및 비교예 3-2와 조성 중 베이스 수지만을 달리하고, 상용화제와 혼합방식은 동일하게 실시하였다.
발명예3-1 및 발명예 3-2는 비교예 3-1 및 비교예 3-2보다, 충격강도 및 피로물성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
이를 통해 폐 GMT와 동종계열의 HO-PP를 베이스 수지로 하여 혼화성을 증진시킴으로써 최종 제품의 충격강도 및 피로물성을 우수하게 확보할 수 있음을 확인하였다.
아래 표 5는 본 발명의 발명예, 비교예, 양산신재 및 종래재생재의 조성, 혼합방식, 중량평균분자량, 기계적 물성 및 피로물성을 나타낸다.
Figure PCTKR2023007598-appb-img-000001
발명예 5-1 은 폐 GMT를 10% 포함하고, 이에 따라 장섬유 단섬유의 비율을 제어하여 PP-LFT 43.3%, HO-PP 46.7%를 포함하였다. 또한, 최종 조성물 중량 100% 기준으로 상용화제를 1% 포함하였다. 발명예 5-1은 건식혼합방식으로 혼합하였다. 발명예 5-1은 최종 조성물의 중량평균분자량은 323,604g/mol이다. 기계적 물성과 피로물성이 참고예 2 (종래재생 a) 및 참고예 3(종래재생 b)는 물론, 참고예 1(양산신재)보다 우수한 것을 확인할 수 있다.
발명예 5-2는 폐 GMT를 20% 포함하고, 이에 따라 장섬유 단섬유의 비율을 제어하여 PP-LFT 36.7%, HO-PP 43.3%를 포함하였다. 또한, 최종 조성물 중량 100% 기준으로 상용화제를 1% 포함하였다. 발명예 5-2은 건식혼합방식으로 혼합하였다. 발명예 5-2는 최종 조성물의 중량평균분자량은 298,990g/mol이다. 기계적 물성과 피로물성이 참고예 2 및 참고예 3는 물론, 참고예 1보다 우수한 것을 확인할 수 있다.
발명예 5-3은 폐 GMT를 30% 포함하고, 이에 따라 장섬유 단섬유의 비율을 제어하여 PP-LFT 30.0%, HO-PP 30.0%를 포함하였다. 또한, 최종 조성물 중량 100% 기준으로 상용화제를 1% 포함하였다. 발명예 5-3은 건식혼합방식으로 혼합하였다. 발명예 5-3은 최종 조성물의 중량평균분자량은 270,751g/mol이다. 기계적 물성과 피로물성이 참고예 2 및 참고예 3는 물론, 참고예 1보다 우수한 것을 확인할 수 있다.
비교예 5-1은 발명예 5-3과 조성은 동일하나, 혼합방식으로는 컴파운딩방식을 채택하였다. 최종 조성물의 중량평균분자량은 268,533g/mol이다. 발명예 5-3과 최종 조성물의 중량평균분자량이 비슷함에도 불구하고, 기계적 물성 및 피로물성이 모두 열위한 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 5-1은 최종 조성물의 중량평균분자량이 참고예 1과 비슷하고, 참고예 1과 같은 방식으로 혼합하였다. 그러나 재생소스를 포함한 비교예 5-1은 충격강도를 제외한 기계적 물성 및 피로물성이 참고예 1보다 열위한 것을 확인할 수 있다.
다만, 비교예 5-1은 참고예 2 및 참고예 3보다 중량평균분자량이 크다. 재생소스를 포함하였음에도 불구하고 비교예 5-1은 종래재생보다 기계적 물성 및 피로물성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 폐 GMT를 재생소스를 활용하면서, PP-LFT를 포함하여 유리 장섬유와 유리 단섬유를 배합하고, 베이스 수지로 HO-PP를 채택함으로써, 종래 재생보다 우수한 기계적 물성 및 피로물성을 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
그러나, 비교예 5-1은 혼합방식이 본 발명의 조건과 상이하여 목적하는 인장강도, 굴곡탄성률 및 피로물성을 확보하지 못하였다.
비교예 5-2는 발명예 5-3과 조성 및 혼합방식은 동일하나 중량평균분자량이 250,000g/mol보다 작은 198,606g/mol이다. 비교예 5-2의 중량평균분자량은 참고예 2 및 참고예 3과 유사하나, 기계적 물성 및 피로물성이 참고예 2 및 참고예 3보다 우수하다. 그러나, 참고예 1보다 충격강도 및 피로물성이 열위한 것을 확인할 수 있다.
이를 통해 최종 조성물의 중량평균분자량을 250,000g/mol이상으로 제어하여, 기계적 물성은 물론 피로물성 또한 참고예1보다 우수하게 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 5-2는 건식혼합방식으로 혼합하여 중량평균분자량이 작음에도 불구하고, 비교예 5-1보다 기계적 물성 및 피로물성이 우수하다. 이를 통해, 건식혼합방식으로 혼합하는 것이 기계적 물성 및 피로물성을 확보하는데 유리한 것을 확인할 수 있다.
그러나, 비교예 5-2는 중량평균분자량이 본 발명의 조건과 상이하여 목적하는 피로물성을 확보하지 못하였다.
비교예 5-3은 발명예 5-3과 같이 폐 GMT와 LFT-PP를 포함하여 유리장섬유와 유리단섬유를 배합하고, 건식혼합방식으로 혼합하고, 베이스 수지로 HC-PP를 채택하였다. 또한, 최종 조성물의 중량평균분자량이 185,324g/mol로 250,000g/mol이하이다.
비교예 5-3의 굴곡탄성률 및 피로물성이 비교예 5-2보다 열위한 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, HO-PP를 베이스 수지로 하여, 폐 GMT와의 혼화성을 증진시킴으로써, 충격강도 및 피로물성을 우수하게 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 이를 이를 발명예 5-3과 비교할 때 중량평균분자량을 250,000g/mol이상으로 확보하고, HO-PP를 베이스 수지로 할 경우 충격강도 및 피로물성을 더 우수하게 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 5-3은 중량평균분자량이 185,324g/mol로 참고예 1보다 작다. 비교예 5-3은 충격강도 및 피로물성이 참고예1보다 열위한 것을 확인할 수 있다.
그러나, 비교예 5-3은 중량평균분자량 및 베이스 수지가 본 발명의 조건과 상이하여 목적하는 충격강도 및 피로물성을 확보하지 못하였다.
이를 통해 최종 조성물의 중량평균분자량을 250,000g/mol보다 크게 확보하고, 베이스 수지를 HO-PP로 하여 혼화성을 증진함으로써 기계적 물성 및 피로물성 모두 참고예1보다 우수하게 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.

Claims (15)

  1. 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 100 중량% 기준으로,
    폐 GMT(Glass fiber Mat-reinforced Thermoplastic) 10 내지 30%, 호모-폴리프로필렌 베이스 수지 35 내지 47%, 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 30 내지 45%, 및
    상용화제를 0.5 내지 3.0% 포함하고,
    상기 조성물의 중량평균분자량이 250,000 g/mol 이상인,
    유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폐 GMT는, 폐 GMT 100 중량% 기준으로, 유리 장섬유 38 내지 42% 및 폴리프로필렌 수지 58 내지 62%를 포함하는 것인,
    유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 폐 GMT는, 평균 잔존섬유 길이가 0.5 내지 1.0mm인,
    유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 호모-폴리프로필렌 베이스 수지는,
    중량평균분자량이 300,000g/mol 이상인,
    유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌은,
    유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 100 중량% 기준으로, 직경이 0.3 내지 30㎛이고 길이가 3 내지 100mm인 장섬유 필라멘트 강화재 58 내지 62% 및 폴리프로필렌 수지 38 내지 42%를 포함하는 것인,
    유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌의 인장강도가 1,400 kgf/cm2 이상인,
    유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌의 굴곡 탄성률이 110,000 kgf/cm2 이상인,
    유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌의 충격강도가 20 kgfcm/cm이상인,
    유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 상용화제는,
    무수말레산이 그라프트된 폴리프로필렌인,
    유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물.
  10. 제 1항에 있어서,
    유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 100 중량% 기준으로,
    첨가제를 0.01 내지 0.5% 더 포함하는, 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 첨가제는, 분산제, 산화방지제, 내열안정제 또는 장기 내열안정제 중 1개 이상인,
    유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물.
  12. 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물의 제조방법으로서,
    유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 100 중량% 기준으로 폐 GMT(Glass fiber Mat-reinforced Thermoplastic) 10 내지 30%, 호모-폴리프로필렌 베이스 수지 35 내지 47%, 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌 30 내지 45% 및 상용화제 0.5 내지 3.0%를 준비하는 단계; 및
    상기 폐 GMT와 상기 유리 장섬유 강화 폴리프로필렌을 건식 혼합하는 단계;를 포함하는,
    유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 폐 GMT는 회수된 폐 GMT이고,
    상기 방법은 상기 준비하는 단계 전에 상기 회수된 폐 GMT를 평균 잔존섬유 길이 0.5 내지 1.0mm로 파쇄하는 단계;를 더 포함하는,
    유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 제조방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물의 중량평균분자량이 250,000 g/mol이상인,
    유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물 제조방법.
  15. 제 1항의 유리섬유 강화 재생 폴리프로필렌 수지 조성물을 포함하는, 사출 성형품.
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