KR100387648B1 - 폴리프로필렌 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리프로필렌 수지 조성물에 있어서, 분자량이 서로 상이한 일정한 용융지수를 갖는 저분자량의 에틸렌-프로필렌 공중합체와 고분자량의 에틸렌-프로필렌 공중합체가 함유되어 있어 최종제품의 내충격강도, 내열성, 내스크래치성 등의 물성을 만족시키고 종래의 ABS/PC 수지를 대체할 수 있어 경제적일 뿐만 아니라, 도장과정의 삭제로 공정이 단순화되어 자동차의 하우징 어셈블리 글로브 박스 부품 등의 자동차용 플라스틱 부품의 재생성을 혁신적으로 향상시킬 수 있는 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.

Description

폴리프로필렌 수지 조성물{Composition of polypropylene resin}

본 발명은 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리프로필렌 수지 조성물에 있어서, 분자량이 서로 상이한 일정한 용융지수를 갖는 저분자량의 에틸렌-프로필렌 공중합체와 고분자량의 에틸렌-프로필렌 공중합체가 함유되어 있어 최종제품의 내충격강도, 내열성, 내스크래치성 등의 물성을 만족시키고 종래의 ABS/PC 수지를 대체할 수 있어 경제적일 뿐만 아니라, 도장과정의 삭제로 공정이 단순화되어 자동차의 하우징 어셈블리 글로브 박스 부품 등의 자동차용 플라스틱 부품의 재생성을 혁신적으로 향상시킬 수 있는 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 폴리프로필렌 수지는 가격이 매우 저렴하여 자동차 내부 부품에 주로 사용되고 있다. 그러나, 폴리프로필렌 수지는 내충격강도, 내열성 및 내스크래치성 등의 물성이 취약하여 상기 자동차 내부 부품 중에서도 저급부품용 외에는 사용 용도가 제한되어 왔다.

이러한 폴리프로필렌 수지는 지금까지 자동차 부품으로 널리 사용되고 있는ABS/PC 수지에 비하여, 가격이 1/3 수준에 지나지 않기 때문에 비용면에서 효과적이라 할 수 있다. 이에 따라, 폴리프로필렌 수지 조성물의 용도 제한에 대한 물성 향상 및 이를 대체하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

그러나, 종래의 폴리프로필렌 수지는 ABS/PC 수지에 비하여 충격강도가 취약하여 북미 및 유럽 지역 인증 관련 실차충돌 테스트시 제품내 크랙이 발생되는 문제가 있을 뿐만 아니라, 열변형온도가 취약하여 열변형이 발생되고, 내스크래치성이 취약하고, 제품내 도장시 ABS/PC 수지와는 달리 별도로 프라이머를 도포하는 공정을 필요로 하고 있다.

이러한 이유로 인해, 종래에는 수지 가격이 ABS/PC 수지의 약 1/3 수준임에도 불구하고, 자동차용 내장부품 중 고기능을 필요로 하는 부품, 예를 들어 하우징 어셈블리 글로브 박스 등에는 폴리프로필렌 수지를 사용할 수 없는 문제가 있었다.

이에, 본 발명은 종래 폴리프로필렌 수지의 내충격강도, 내열성, 내스크래치성 부족에 대한 문제점을 개선하기 위하여, 종래 폴리프로필렌 중합체 조성물에 분자량이 서로 상이한 에틸렌-프로필렌 공중합체를 함유시킴으로써, 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 자동차 하우징 어셈블리 글로브 박스 부품에 요구되는 제품 성능을 만족시킬 수 있도록 재료물성을 향상시켜 가격이 3배정도 비싼 ABS/PC 수지를 폴리프로필렌 수지로 대체하고, 종래 제품에 사용되던 도장 공정을 삭제함으로써, 비용 및 무게를 낮출 수 있으며, 플라스틱 부품 재생성을 혁신적으로 향상시킬 수 있는 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 폴리프로필렌 수지 조성물에 있어서,

용융지수가 5 ∼ 40 g/10min이고, 에틸렌 함량이 5 ∼ 20 중량%이고, 중량평균 분자량이 200,000 ∼ 400,000이고, 수평균 분자량이 50,000 ∼ 80,000이고, 비중이 0.89 ∼ 0.91인 저분자량의 에틸렌-프로필렌 공중합체 20 ∼ 60 중량%;

용융지수가 0.3 ∼ 5 g/10min이고, 에틸렌 함량이 5 ∼ 20 중량%이고, 중량평균 분자량이 400,000 ∼ 500,000이고, 수평균 분자량이 80,000 ∼ 100,000인 고분자량의 에틸렌-프로필렌 공중합체 20 ∼ 60 중량%; 및

입자크기 1 ∼ 10 ㎛인 무기충진재 5 ∼ 40 중량%가 함유되어 있는 폴리프로필렌 수지 조성물을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물에는 분자량이 서로 상이한 두 종류의 에틸렌-프로필렌 공중합체 블록이 함유되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 본 발명에서 사용되는 주요성분으로는 에틸렌 함량 5 ∼ 20 중량%가 함유된 저분자량의 에틸렌-프로필렌 공중합체를 20 ∼ 60 중량%로 사용하는 것이 바람직하다.

특히, 본 발명의 상기 에틸렌-프로필렌 공중합체는 용융지수가 5 ∼ 40 g/10min이고, 중량평균분자량 200,000 ∼ 400,000이며, 수평균분자량이 50,000 ∼ 80,000 및 비중이 0.89 ∼ 0.91인 고유동성의 저분자량 에틸렌-프로필렌 공중합체를 사용한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 또 다른 에틸렌-프로필렌 공중합체로서, 에틸렌 함량이 5 ∼ 20 중량%로 함유된 고분자량의 에틸렌-프로필렌 공중합체를 20 ∼ 60 중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 고분자량의 에틸렌-프로필렌 공중합체의 사용함량이 20 중량% 미만이면 충격강도가 떨어지며, 반면 60 중량%를 초과하면 가공성이 떨어지는 문제를 야기하므로 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 상기 고분자량의 에틸렌-프로필렌 공중합체는 용융지수가 0.3 ∼ 5 g/10min이고, 중량평균분자량이 400,000 ∼ 500,000이며 수평균 분자량이 800,000 ∼ 100,000인 고충격성의 고분자량 에틸렌-프로필렌 공중합체를 사용하는 특징이 있다.

또한, 본 발명은 이와 같이 분자량이 서로 상이한 두 종류의 에틸렌-프로필렌 공중합체 블록에 통상적인 무기충진재를 첨가시키는데, 구체적인 예로는 탈크, 황산바륨 및 탄산칼슘 중에서 선택하여 사용할 수 있다. 그리고, 본 발명에서 사용되는 무기충진재는 평균입도가 1 ∼ 10 ㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 평균입도가 10 ㎛보다 크면 용융 혼합시 수지와의 분산성이 나빠져 원하는 물성을 얻기가 어렵다.

상기 무기충진재의 사용함량은 전체 폴리프로필렌 수지 조성물에 대하여 5 ∼ 40 중량%로 사용하는 것이 바람직하며, 만일 그 함량이 5 중량% 미만이면 강성, 표면경도 및 스크래치성 등의 물성이 저하되며, 40 중량%를 초과하면 가공성과 충격강도가 저하된다.

그 밖에, 본 발명에서 첨가될 수 있는 첨가제는 통상적인 것으로, 예를 들면 산화방지제, 중화제, 대전방지제 및 핵제 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 첨가제를 추가적으로 적정 함량범위 내에서 첨가할 수 있다. 여기서, 산화방지제로는 페놀계, 포스파이트계, 티오디프로피오네이트 시너지스트 등이 사용될 수 있으며, 중화제로는 칼슘 스테아레이트, 산화아연 등이 사용될 수 있으며, 이들 또는 다른 첨가제들은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 사용될 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 폴리프로필렌 수지 조성물에 함유되는 성분을 이용하여 통상적인 방법으로 폴리프로필렌 수지 조성물을 제조하는데, 그 제조방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.

즉, 본 발명에서는 상기와 같은 성분들을 혼합하여 압출기의 호퍼에 충전하고, 적정 온도의 바렐속으로 일정비율로 공급하여 용융 혼합한 후, 냉각제를 통과시켜 절단기에 의해 절단하고 사출성형기로 성형함으로써, 최종 제품을 제조할 수 있다. 최종적으로 제립된 제품의 용융지수는 3 ∼ 40 g/10min으로 제조되는 것이 바람직한 바, 만일 용융지수가 3 g/10min 미만이면 생산성의 저하 및 최종제품에 플로우 마크(flow mark)가 발생할 수 있고, 반면 용융지수가 40 g/10min 이상인 경우에는 강성, 표면경도, 충격강도 등에서 원하는 물성을 얻기가 어려워 바람직하지 않다.

상기의 최종제품은 폴리프로필렌 수지 조성물에 기타 필요한 첨가제를 혼합하여 마스터 뱃치 파우더를 제조하고, 다시 그 마스터뱃치 파우더를 블렌딩기에서브렌딩하여 펠렛 상태로 제조한 다음, 펠렛 상태의 수지 조성물을 이용하여 자동차 내장재 부품을 제조할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

에틸렌-프로필렌 탄성체를 14 중량% 함유하는 저분자량의 에틸렌-프로필렌 공중합체(용융지수 8 g/10min) 40 중량%, 에틸렌 함량 60 중량%인 에틸렌-프로필렌 탄성체를 14 중량% 함유하는 고분자량의 에틸렌-프로필렌 공중합체(용융지수 0.5 g/10min) 40 중량%, 평균입도 D50이 3 ∼ 7㎛인 탈크 20 중량%, 핵제 0.5 중량% 미만 및 산화방지제 소량을 혼합하여 압출형 이축 블렌딩기의 호퍼에 충전하고, 약 210℃의 온도로 조절된 바렐속으로 일정한 비율로 공급하여 용융혼합하였다. 바렐은 각각 200/210/220/230/230으로서 5개로 구분된 것을 사용하였다. 용융혼합된 상태로 냉각제를 통과시킨 후, 절단기에 의하여 펠렛 상태로 절단하고 사출 성형기를 이용하여 사출성형용 시편을 제조하였다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 성형용 시편을 제작하되, 다만 수지 조성물을 에틸렌-프로필렌 공중합체 80 중량%, 무기충진재 20 중량%, 핵제 0.5 중량% 미만, 산화방지제를 소량으로 사용하였다. 이때, 에틸렌-프로필렌 공중합체의용융지수는 8 g/10min이었다.

비교예 2

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 성형용 시편을 제작하되, 다만 수지 조성물을 에틸렌-프로필렌 공중합체 60 중량%, 에틸렌-프로필렌 고무 20 중량%, 무기충진재 20 중량%, 핵제 0.5 중량% 미만, 산화방지제를 소량으로 사용하였다. 이때, 에틸렌-프로필렌 공중합체의 용융지수는 8 g/10min이었다.

실험예 : 물성 시험

상기 실시예 1 및 비교예 1 ∼ 2에 따라 제조된 각각의 시편에 대해서 다음과 같은 방법으로 용융지수, 밀도, 인장강도, 신율, 굴곡탄성율, 굴곡강도, 아이조드 충격강도 및 열변형온도, 내스크래치성 등의 물성을 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

[시험방법]

① 용융지수: ASTM D-1238에 의거하여 측정하였다.

② 밀도: ASTM D-1505에 의거하여 측정하였다.

③ 인장강도 및 신율: ASTM D-638에 의거하여 측정하였다.

④ 굴곡탄성율 및 굴곡강도: ASTM D-790에 의거하여 측정하였다.

⑤ 아이조드 충격강도: ASTM D-256에 의거하여 측정하였다.

⑥ 열변형온도: ASTM D-648에 의거하여 측정하였다.

⑦ 내스크래치성: 얻어진 시편을 항온항습실(온도 23±2℃, 습도 50±5%)에서 40시간 이상 방치한 후 길이 150mm×100mm, 두께 0.5 ∼ 3mm으로 준비하였다. 각각의 경도가 다른 연필을 준비하여 연필심의 길이를 3mm 되도록 깍고 #400의 샌드페이퍼에 연필심의 각이 원통각이 되도록 예리하게 만들어 연필 스크래치 경도 테스터 페이퍼(Pencil Scratch Hardness Tester Paper, Toyoseiki, Model: NP)에 시편과 연필을 끼워 고정시켰다. 1.0kg의 하중을 가하고 하중 나사를 풀어 시료면과 연필을 접촉시키고 시편을 전후로 이동하여 5회 이상 시험하였다. 이때, 시편의 표면이 2회 이상 긁히면 연필경도를 한 단계 작은 것을 사용하여 그 때의 경도를 기록하였으며, 2회 미만 긁힐 경우는 연필경도를 한 단계 올려서 그 때의 연필경도를 기록하였다.

상기 표 1의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 폴리프로필렌 수지 조성물은 종래의 다른 폴리프로필렌 수지 조성물보다 경도 및 스크래치성, 충격강도 등이 우수함을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리프로필렌 수지 조성물은 내충격강도, 내열성, 내스크래치성이 우수하여 자동차의 하우징 어셈블리 글로브 박스 부품에 요구되는 제품 성능을 만족시킬 수 있으며, 가격이 3배 정도 비싼 ABS/PC 수지를 대체하고, 종래 제품에 사용되던 도장과정을 삭제함으로써 비용 및 무게를 낮출 수 있는 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 자동차용 플라스틱 부품의 재생성을 혁신적으로 향상시킬 수 있는 효과 등이 있다.

Claims (5)

1. 폴리프로필렌 수지 조성물에 있어서,

   용융지수가 5 ∼ 40 g/10min이고, 에틸렌 함량이 5 ∼ 20 중량%이고, 중량평균 분자량이 200,000 ∼ 400,000이고, 수평균 분자량이 50,000 ∼ 80,000이고, 비중이 0.89 ∼ 0.91인 저분자량의 에틸렌-프로필렌 공중합체 20 ∼ 60 중량%;

   용융지수가 0.3 ∼ 5 g/10min이고, 에틸렌 함량이 5 ∼ 20 중량%이고, 중량평균 분자량이 400,000 ∼ 500,000이고, 수평균 분자량이 80,000 ∼ 100,000인 고분자량의 에틸렌-프로필렌 공중합체 20 ∼ 60 중량%; 및

   입자크기 1 ∼ 10 ㎛인 무기충진재 5 ∼ 40 중량%가 함유되어 있는 것임을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 무기충진재는 탈크, 황산바륨 및 탄산칼슘 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 수지 조성물에 추가적으로 산화방지제, 중화제, 대전방지제 및 핵제 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 첨가제가 함유되어 있는 것임을 특징으로 하는 폴리프로필렌 수지 조성물.