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KR101425975B1 - 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물, 자동차 외장재용 수지 성형품 및 이의 제조방법 - Google Patents

자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물, 자동차 외장재용 수지 성형품 및 이의 제조방법 Download PDF

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Publication number
KR101425975B1
KR101425975B1 KR1020130102572A KR20130102572A KR101425975B1 KR 101425975 B1 KR101425975 B1 KR 101425975B1 KR 1020130102572 A KR1020130102572 A KR 1020130102572A KR 20130102572 A KR20130102572 A KR 20130102572A KR 101425975 B1 KR101425975 B1 KR 101425975B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polymer resin
polyethylene
polypropylene copolymer
resin
weight
Prior art date
Application number
KR1020130102572A
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English (en)
Inventor
장은화
조성민
황태룡
김영범
권순재
여천천
Original Assignee
롯데케미칼 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to KR1020130102572A priority Critical patent/KR101425975B1/ko
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Publication of KR101425975B1 publication Critical patent/KR101425975B1/ko

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Abstract

본 발명은 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체와 그래핀을 포함하는 제1고분자 수지; 및 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체와, 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체에 함침된 장섬유 강화재를 포함하는 제2고분자 수지;를 포함하는 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물, 자동차 외장재용 수지 성형품 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물, 자동차 외장재용 수지 성형품 및 이의 제조방법{POLYMER RESIN BLEND COMPOSITION FOR AUTOMOTIVE EXTERIOR, ARTICLE FOR AUTOMOTIVE EXTERIOR AND PREPARING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물, 자동차 외장재용 수지 성형품 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 낮은 비중으로도 높은 굴곡강도 및 인장강도를 구현할 수 있으며, 고전도성을 나타내는 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물, 자동차 외장재용 수지 성형품 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
폴리프로필렌 수지는 우수한 성형성, 기계적 물성 및 내약품성 등의 특징을 가져서, 자동차 내장부품, 가전부품, 산업자재, 섬유 분야 또는 필름 등의 분야에 다양하게 사용되고 있다. 그런데, 이러한 폴리프로필렌 수지는 상대적으로 낮은 인장 강도 및 굴곡 강도를 갖기 때문에, 자동차 부품 등 인성 및 강성이 요구되는 분야에는 그 사용이 제약되었다.
이에, 폴리프로필렌 수지의 인장 강도와 굴곡 강도 그리고 충격 강도를 향상시키기 위하여, 다른 고분자 수지, 고무 성분 등의 강성 보강재를 첨가하는 방법들이 사용되고 있다. 그러나, 상기 일반적인 강화 재료는 수지의 기계적 물성을 충분히 향상시키지 못할 뿐만 아니라, 이들을 폴리프로필렌 수지와 균일하게 혼합시키기 위하여 비교적 고가인 상용화제가 필수적으로 사용되어 경제성이 충분히 확보되지 못하는 한계가 있었다.
그리고, 최근에는 자동차 부품 및 전기/전자 부품에 폴리프로필렌 수지를 적용하기 위하여 유리 섬유(Glass Fiber)를 강성 보강재로 많이 사용하고 있다. 상기 유리 섬유는 이전에 사용되었던 활석(Talc) 또는 휘스커(Whisker) 등에 비하여 적은 양을 사용하고도, 물성 향상 효과를 얻을 수 있어서, 다양한 분야에 적용되고 있으나, 유리 섬유가 첨가된 폴리프로필렌 수지 성형 시, 유리 섬유가 수지 흐름 방향(MD)으로 배향을 하게 되는데, 이에 따라 최종 제품에서 MD 방향과 TD방향으로의 수축율이 달라지게 되고, 형상 수축에 따라 Warpage현상(뒤틀림 또는 휨)이 나타나는 문제가 있다.
이에 따라, 조성물의 구성 성분들간의 상용성이 높아 추가적인 상용화제의 사용을 최소화할 수 있으면서도, 인성 및 강성 등을 일정 수준 이상으로 유지 또는 향상시킬 수 있고, 가공성과 전도성 또한 우수한 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물, 자동차 외장재용 수지 성형품에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 낮은 비중으로도 높은 굴곡강도 및 인장강도를 구현할 수 있으며, 고전도성을 나타내는 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 낮은 비중으로도 높은 굴곡강도 및 인장강도를 구현할 수 있으며, 고전도성을 나타내는 자동차 외장재용 수지 성형품을 제공하기 위한 것이다.
이에 더하여, 본 발명은 상기 자동차 외장재용 수지 성형품의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 용융지수(ASTM D-1238, 230℃)가 50 내지 70 g/10분인 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체 및 그래핀(Graphene)을 포함하는 제1고분자 수지; 및 용융지수(ASTM D-1238, 230℃)가 50 내지 70 g/10분인 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체 및 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체에 함침된 장섬유 강화재를 포함하는 제2고분자 수지를 포함하는, 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물을 포함하는 자동차 외장재용 수지 성형품을 제공한다.
이에 더하여, 본 발명은 상기 자동차 외장재용 수지 성형품의 제조방법을 제공한다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물, 자동차 외장재용 수지 성형품 및 이의 제조방법에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서, 제1 및 제2의 표현은 고분자 수지를 명확하게 구분하기 위하여 사용한 용어로, 반응 순서 또는 기타 발명의 특징이 상기 제1 및 제2의 용어로 제한 되는 것은 아니다.
발명의 일 구현예에 따르면, 용융지수(ASTM D-1238, 230℃)가 50 내지 70 g/10분인 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체 및 그래핀(Graphene)을 포함하는 제1고분자 수지; 및 용융지수(ASTM D-1238, 230℃)가 50 내지 70 g/10분인 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체 및 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체에 함침된 장섬유 강화재를 포함하는 제2고분자 수지를 포함하는, 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물이 제공될 수 있다.
본 발명자들은, 특정 용융지수를 갖는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체와 그래핀을 포함하는 제1고분자 수지와, 특정 용융지수를 갖는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체와 장섬유 강화재를 포함하는 제2고분자 수지를 블렌딩하여 제조한 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물이 낮은 비중을 나타내면서도, 인장 강도, 굴곡강도, 전도성 등의 물성을 일정 수준 이상으로 유지 또는 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 최종 제품에서 형상 수축에 따른 Warpage현상(뒤틀림 또는 휨)을 최소화하여 외관특성을 향상시킬 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
특히, 상기 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물은 그래핀과, 장섬유 강화재를 각각 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체와 혼합하여 고분자 수지로 제조하고 이를 블렌딩함으로써, 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체와 장섬유 강화재 및 Graphene의 상용성을 증가시킬 수 있고, 수지 조성물의 인장 강도, 탄성 등의 물성을 향상시킬 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 상기 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물은 특히 Graphene을 포함하여 표면저항을 낮추어 전도성을 개선할 수 있다.
상기 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물의 제1고분자 수지와 제2고분자 수지에서 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체는 용융지수(ASTM D-1238, 230℃) 50 내지 70 g/10분을 나타낼 수 있다. 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체는 장섬유 강화 수지 조성물에 통상적으로 사용될 수 있는 것으로 알려진 공중합체를 별 다른 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체, 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체 등을 제한 없이 사용할 수 있으나, 50 내지 70 g/10분 (ASTM D1238, 230℃)의 용융 지수를 갖는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체의 용융 지수가 50 g/10분(ASTM D1238, 230℃) 미만이면 성형 과정에서 충분한 가공성을 확보하기 어려울 수 있으며 높은 점도로 인해 장섬유 강화재 및 Graphene의 분산을 방해할 수 있다. 또한, 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체의 용융 지수가 70 g/10분(ASTM D1238, 230℃)을 초과하면 낮은 점도로 인해 최종 제품이 적절한 충격 강도를 갖기 어려울 수 있으며, 인장 및 굴곡 강도 그리고 탄성율의 저하를 초래할 수 있다.
또한, 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체는 에틸렌 5 내지 15 중량%; 및 잔량의 폴리프로필렌을 포함할 수 있다. 상기 공중합체에서 에틸렌의 함량이 5 중량% 미만인 경우 충격강도가 저하될 수 있고, 15중량%를 초과하는 경우 굴곡강도 및 굴곡 탄성율이 저하될 수 있다.
그리고, 상기 일 구현예의 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물의 제1고분자 수지는 그래핀(Graphene) 0.1 내지 10 중량% 및 잔량의 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 Graphene(그래핀)은 화학적으로 안정성이 높은 탄소로 구성되어 있어 반도체에 사용되는 실리콘보다 전도성이 우수하며, 강철보다 기계적 강도도 현저히 강하여, 상기 수지 조성물의 전도성과 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 상기 Graphene은 주로 나노사이즈의 2차원 평면형태를 나타내어, 보다 용이하게 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체에 균일한 형태로 함침될 수 있다.
상기 제1고분자 수지는 Graphene을 0.1 내지 20중량%, 바람직하게는 1 내지 10중량%를 포함할 수 있다. 상기 Graphene의 함량이 너무 작으면, 전도성의 향상 정도가 미미할 수 있으며, 상기 Graphene의 함량이 너무 크면, Graphene이 균일하게 혼용(분산)이 되지 않아 물성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 일 구현예의 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물의 제2고분자 수지는 장섬유 강화재 1 내지 60중량%; 및 잔량의 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 장섬유 강화재는 수지 조성물의 기계적 물성을 개선하기 위하여 첨가하는 것으로, 상기 장섬유 강화재가 너무 적게 포함되는 경우 최종 제조되는 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물과 수지 성형품의 기계적 물성의 개선 정도가 미미할 수 있고, 상기 장섬유 강화재의 함량이 너무 많이 포함되는 경우 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체와의 함침이 불완전 하게 되어 외관 성능이 급격히 저하될 수 있다.
상기 제2고분자 수지에 사용되는 장섬유 강화재로는 유리섬유 필라멘트, 탄소섬유 필라멘트, 그래파이트 섬유 필라멘트, 금속섬유 필라멘트, 아라미드섬유 필라멘트, 폴리에틸렌 섬유 필라멘트, PAN(Polyacrylonitrile) 섬유 필라멘트, 아릴레이트섬유 필라멘트, PEEK(Poly Ether Ether Ketone)섬유 필라멘트 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
특히, 상기 필라멘트 중에서 탄소섬유 필라멘트는 고강도 및 고강성의 특성을 가지는 것으로, 이를 포함하는 제2고분자 수지는 비중이 낮으면서도 우수한 기계적 물성을 나타내어, 제조되는 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물과 자동차 외장재를 경량화 할 수 있으며, 인장 강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율 등의 물성을 개선시킬 수 있다.
상기 탄소섬유 필라멘트는 유기섬유를 불활성기체 속에서 적당한 온도로 열처리해 탄화, 결정화시킨 섬유이며, 상기 일 구현예의 제2 고분자 수지는 당 기술분야에서 사용되는 것으로 알려진 탄소 섬유를 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 폴리아크리로니트릴(PAN) 섬유 또는 피치 섬유를 1000 내지 3000℃로 소성하여 얻어진 것일 수 있다.
그리고, 상기 탄소섬유 필라멘트의 표면에는 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 또는 이들의 혼합물이 결합되어 있을 수 있다. 상기 탄소 섬유는 탄소를 주요 성분으로 포함하기 때문에, 다른 고분자와 반응성 및 접착성이 낮을 수 있다.
상기 장섬유 강화재는 2mm 이상, 보다 바람직하게는 2mm 내지 13mm의 길이를 가질 수 있다. 상기 장섬유 강화재는 제2고분자 수지에서 폴리에틸렌-폴리프로필렌에 함침된 상태로 수지 조성물에 포함되어 최종 제조되는 자동차 외장재의 기계적 물성을 개선하는 역할을 수행할 수 있는데, 상기 범위의 길이를 만족하지 못하는 경우, 상술한 특성이 충분히 발현되지 않을 수 있다.
한편, 이와 같은 제2고분자 수지는 상기 장섬유 강화재의 필라멘트에서 섬유 다발을 풀어낸 다음, 폴리올레핀계 수지를 상기 섬유 필라멘트에 함침 및/또는 피복, 부착하여 제조할 수 있다. 예를 들면, 변성 또는 정상 폴리올레핀계 수지의 분말형 현탁액을 필라멘트에 부착시키면서 섬유 다발을 단순 가열하거나, 가열에 의해 용융된 수지에 섬유 다발을 접촉시킴으로써 함침시키거나, 대전시킨 섬유 필라멘트에 변성 또는 정상 폴리올레핀 분말을 부착시키고 가열 용융에 의해 함침시켜 제조할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 제조되는 제2고분자 수지는 3mm 내지 500mm의 길이를 가질 수 있다. 상기 고분자 수지의 길이가 너무 짧으면 기계적 물성이 저하될 수 있고, 너무 길면 2차 성형시 원료투입이 매우 어려운 한계가 있다.
한편, 상기 제1고분자 수지 및 제2고분자 수지로 이루어진 군에서 선택된 1 이상의 고분자 수지는 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌을 1 내지 10 중량% 더 포함할 수 있다.
상기 '디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌'은 폴리프로필렌 주쇄에 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트되어 분지쇄를 이루는 고분자를 의미하며, 상기 디카르복실산의 구체적인 예로 말레인산, 프탈산, 이타콘산, 씨트라콘산, 알케닐숙신산, 씨스-1,2,3,6 테트라하이드로프탈산, 4-메틸-1,2,3,6 테트라하이드로프탈산 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있고, 상기 디카르복실산의 산무수물은 상술한 예의 디카르복실산 산무수물 일 수 있다. 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌은 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체와 그래핀 및 장섬유 강화재의 상용성을 높이기 위하여 각각의 고분자 수지 또는 1종의 고분자 수지에 최적 범위로 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 무수말레인산이 그라프트 된 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌은 디카르복실산 또는 이의 산무수물의 그라프트율이 1.0 내지 3.0 중량%인 폴리프로필렌일 수 있다.
상기 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물에서 상기 제1고분자 수지와 제2고분자 수지는 1:1 내지 1:3의 중량비로 포함될 수 있고, 바람직하게는 1:1 내지 1:2의 중량비로 포함될 수 있다.
상기 제1고분자 수지의 함량이 제2고분자 수지에 비하여 너무 적은 경우, 수지 조성물의 흐름성이 낮아져서 수지 성형품의 제조에 문제가 발생하는 등 가공성이 저하될 수 있다. 그리고, 상기 제1고분자 수지의 함량이 제2고분자 수지에 비하여 너무 많은 경우, 장섬유 강화재의 함량이 충분하지 못하여 최종 제품이 갖는 기계적 물성이 저하될 수 있다.
한편, 상기 일 구현예에서 제조되는 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물에서 제1고분자 수지와 제2고분자 수지는 가교 결합을 형성할 수 있다. 구체적으로, 장섬유 강화재 및 Graphene은 각각 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체에 고르게 함침된 형태일 수 있고, 이들을 포함하는 제1고분자 수지와 제2고분자 수지는 가교 결합된 상태일 수 있다. 상기 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물은 이러한 결합 상태를 갖는 고분자 수지들을 포함함으로써 고강도 및 고전도성의 효과를 나타낼 수 있다.
그리고, 상기 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물은 상용화제, 산화방지제, 이형제, 대전방지제 및 활제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 보조제 0.1 내지 10중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 보조제는 상기 폴리올레핀계 바인더 수지와 장섬유 강화재의 친화력을 저해하지 않으면서, 수지의 가공성이나 기능성을 향상시키는 등, 원하는 용도에 따라 적절히 사용하는 통상의 수지 첨가제로서, 일반적인 상용화제, 산화방지제, 이형제, 대전방지제, 활제 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 보조제의 사용량이 너무 적은 경우에는 보조제의 첨가효과를 충분히 얻을 수 없고, 보조제의 사용량이 너무 많은 경우에는 강도 등 수지의 물성을 저하시킬 우려가 있다.
상기 일 구현예의 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물은 103 Ω/sq 이하의 표면저항을 가질 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 수지 조성물은 Graphene을 특정 비율로 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체에 함침된 형태의 고분자 수지로 포함함으로써, 장섬유 강화재를 포함하는 제2고분자 수지와의 상용성을 높일 수 있으며, 기존의 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물에 비하여 낮은 표면저항을 가질 수 있고, 이에 따라 고전도성을 나타낼 수 있다.
그리고, 상기 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물은 1.1 g/㎤이하, 바람직하게는 1.05 g/㎤이하의 비중을 가질 수 있으며, 이와 같이 상대적으로 낮은 비중을 가지면서도 높은 인장 강도, 예를 들어 800 Kgf/㎠ 이상의 인장 강도와, 1,000 Kgf/㎠ 이상의 굴곡 강도, 90,000 Kgf/㎠ 이상의 굴곡 탄성율을 나타낼 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 용융지수(ASTM D-1238, 230℃)가 50 내지 70 g/10분인 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체 및 그래핀(Graphene)을 포함하는 제1고분자 수지; 및 용융지수(ASTM D-1238, 230℃)가 50 내지 70 g/10분인 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체 및 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체에 함침된 장섬유 강화재를 포함하는 제2고분자 수지를 포함하는 자동차 외장재용 수지 성형품이 제공될 수 있다.
본 발명자들은 상술한 바와 같이 특정 용융지수를 갖는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체와 그래핀을 포함하는 제1고분자 수지와, 특정 용융지수를 갖는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체와 장섬유 강화재를 포함하는 제2고분자 수지를 블렌딩하여 제조한 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물이 낮은 비중을 나타내면서도, 인장 강도, 굴곡강도, 전도성 등의 물성을 일정 수준 이상으로 유지 또는 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 최종 제조되는 성형품의 외관특성이 우수하여 자동차 외장재로 사용이 가능하며, 그 중에서도 특히, 자동차 휀더로 사용이 적합함을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체와 장섬유 강화재 및 Graphene 등에 관한 구체적인 내용은 상기 발명의 일 구현예의 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물과 관련하여 상술한 내용을 적용할 수 있다.
상기 일 구현예의 자동차 외장재용 수지 성형품은 1.1 g/㎤ 이하의 비중 및 103 Ω/sq 이하의 표면 저항을 가질 수 있다. 상기 범위의 비중 및 표면 저항을 가지는 자동차 외장재용 수지 성형품은 종래 자동차 외장재로 사용되던 steel소재에 비하여 낮은 비중과 낮은 표면 저항을 가지므로, 우수한 가공성과 전도성을 나타낼 수 있다.
한편, 상기 자동차 외장재용 수지 성형품은 상기 제1고분자 수지와 제2고분자 수지의 가교 반응물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 장섬유 강화재 및 Graphene은 각각 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체에 고르게 함침된 형태일 수 있고, 이들을 포함하는 제1고분자 수지와 제2고분자 수지는 성형단계를 통하여 가교 결합된 상태일 수 있다. 상기 일 구현예의 자동차 외장재용 수지 성형품은 이러한 결합 상태를 갖는 고분자 수지들을 포함함으로써 고강도 및 고전도성의 효과를 나타낼 수 있다.
그리고, 이러한 자동차 외장재용 수지 성형품은 구체적으로 자동차 휀더, Tail Gate, Hood, 전자부품 등에 사용될 수 있다.
또한, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 용융지수(ASTM D-1238, 230℃)가 50 내지 70 g/10분인 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체 및 그래핀(Graphene)을 포함하는 제1고분자 수지와, 용융지수(ASTM D-1238, 230℃)가 50 내지 70 g/10분인 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체 및 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체에 함침된 장섬유 강화재를 포함하는 제2고분자 수지를 사출성형, 압축성형, 압출성형, 압출압축성형, 저압사출성형, 가스사출성형, 발포사출성형 및 발포압출성형으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법에 의하여 성형하는 단계를 포함하는, 자동차 외장재용 수지 성형품의 제조 방법이 제공될 수 있다.
본 발명자들은 상술한 바와 같이 특정 용융지수를 갖는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체와 그래핀을 포함하는 제1고분자 수지와, 특정 용융지수를 갖는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체와 장섬유 강화재를 포함하는 제2고분자 수지를 블렌딩하여 제조한 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물이 낮은 비중을 나타내면서도, 인장 강도, 굴곡강도, 전도성 등의 물성을 일정 수준 이상으로 유지 또는 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 성형 단계를 포함하여 최종 제조되는 성형품의 외관특성이 우수하여 자동차 외장재로 사용이 가능하며, 그 중에서도 특히, 자동차 휀더로 사용이 적합함을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체와 장섬유 강화재 및 Graphene 등에 관한 구체적인 내용은 상기 발명의 일 구현예의 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물과 관련하여 상술한 내용을 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 낮은 비중으로도 높은 굴곡강도 및 인장강도를 구현할 수 있으며, 고전도성을 나타내는 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물, 자동차 외장재용 수지 성형품 및 이의 제조방법이 제공될 수 있다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 및 비교예 : 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물의 제조>
실시예1
(1) 제1고분자 수지의 제조
8중량%의 폴리에틸렌과 잔량의 폴리프로필렌을 포함하는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(용융지수 60 g/10분) 98 중량%와, 그래핀 2 중량%를 포함하며, 길이가 11 mm인 제1고분자 수지를 230℃의 온도에서 스크류 직경 40mm의 twin screw extruder장치를 이용하여 제조하였다.
(2) 제2고분자 수지의 제조
8중량%의 폴리에틸렌과 잔량의 폴리프로필렌을 포함하는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(용융지수 60 g/10분) 55중량%와, 무수말레인산이 2.2 중량% 그라프트된 폴리프로필렌 5 중량%, 탄소섬유(길이 11mm) 40중량%를 포함하며, 길이가 11 mm인 제2고분자 수지를 230℃의 온도에서 스크류 직경 40mm의 twin screw extruder장치를 이용하여, 함침다이를 통하여 탄소섬유를 함침시켜 제조하였다.
(3) 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물의 제조
상기 제1고분자 수지와 제2고분자 수지를 1:1의 중량비로 블렌딩(hand mixing)하여 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물을 제조하였다.
비교예1
폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체를 대신하여 폴리프로필렌 단독중합체(용융지수 34 g/10분)를 사용하고, Graphene을 사용하지 않은 점을 제외하고, 실시예1과 동일한 방법으로 수지 조성물을 제조하였다.
비교예 2
폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체를 대신하여 폴리프로필렌 단독중합체(용융지수 34 g/10분)를 사용하고, Graphene을 대신하여 Graphite 를 사용한 점을 제외하고, 실시예1과 동일한 방법으로 수지 조성물을 제조하였다.
비교예 3
폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체를 대신하여 폴리프로필렌 단독중합체(용융지수 34 g/10분)를 사용하고, Graphene을 대신하여 CNT를 사용한 점을 제외하고, 실시예1과 동일한 방법으로 수지 조성물을 제조하였다.
< 실험예 : 수지의 물성 평가>
실험예1 . 인장 강도 측정
ASTM D638의 기준에 의거하고 WL2100 (WITHLAB 사, 한국) 장치를 이용하여, 상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 수지 조성물의 사출성형 시험편 각각의 인장 강도를 측정하였다.
실험예2 . 굴곡강도의 측정
ASTM D790의 기준에 의거하고 WL2100 (WITHLAB 사, 한국) 장치를 이용하여, 상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 수지 조성물의 사출성형 시험편 각각의 굴곡 강도를 측정하였다.
실험예3 . 굴곡탄성률의 측정
ASTM D790의 기준에 의거하고 WL2100 (WITHLAB 사, 한국) 장치를 이용하여, 상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 수지 조성물의 사출성형 시험편 각각의 굴곡탄성률을 측정하였다.
실험예4 . 표면저항의 측정
Loresta-EP MCP-T360 장치를 이용하여, 2T 평판 시편을 기준으로 상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 수지 조성물의 사출성형 시험편 각각의 표면저항을 측정하였다.
실험예5 . 비중의 측정
ASTM D 792의 기준에 의거하고 MD-300S (MIRAGE 사, 일본) 장치를 이용하여, 상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 수지 조성물의 사출성형 시험편 각각의 비중을 측정하였다.
상기 실험예 1 내지 5의 결과를 하기 표1에 기재하였다.
비중 인장강도 굴곡강도 굴곡탄성률 표면저항
단위 (Kgf/㎠) (Kgf/㎠) (Kgf/㎠) (Ω/sq)
실시예 1 1.01 955 1120 90334 102
비교예 1 1.01 790 890 89284 105
비교예 2 1.01 850 930 88225 104
비교예 3 1.01 855 960 89885 103
상기 표1에 나타난 바와 같이, 상기 실시예의 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물은, 낮은 비중과, 충분한 인장 강도를 확보하면서도, 제품의 탄성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 특히, Graphene의 사용으로 인하여 표면저항을 낮추어 고전도성을 나타냄이 확인되었다.
이에 반하여, 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체를 대신하여 폴리프로필렌 단독중합체를 사용하고, Graphite 또는 CNT를 사용한 비교예 1 내지 3은 표면저항이 실시예에 비하여 현저히 높아 전도성이 낮으며, 인장 강도와 굴곡 강도 등의 물성도 상대적으로 낮게 나타나는 것을 확인하였다.

Claims (18)

  1. 용융지수(ASTM D-1238, 230℃)가 50 내지 70 g/10분인 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체 및 그래핀(Graphene)을 포함하는 제1고분자 수지; 및
    용융지수(ASTM D-1238, 230℃)가 50 내지 70 g/10분인 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체 및 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체에 함침된 장섬유 강화재를 포함하는 제2고분자 수지를 포함하는, 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1고분자 수지 및 제2고분자 수지의 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체는 에틸렌 5 내지 15 중량%; 및 잔량의 폴리프로필렌을 포함하는, 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1고분자 수지는 그래핀(Graphene) 0.1 내지 20 중량% 및 잔량의 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체를 포함하는 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2고분자 수지는 장섬유 강화재 1 내지 60중량%; 및 잔량의 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체를 포함하는, 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 장섬유 강화재는 유리섬유 필라멘트, 탄소섬유 필라멘트, 그래파이트 섬유 필라멘트, 금속섬유 필라멘트, 아라미드섬유 필라멘트, 폴리에틸렌 섬유 필라멘트, PAN 섬유 필라멘트, 아릴레이트섬유 필라멘트, PEEK섬유 필라멘트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 장섬유 강화재는 2mm 이상의 길이를 갖는, 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2고분자 수지는 3mm 내지 500mm의 길이를 갖는, 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1고분자 수지 및 제2고분자 수지로 이루어진 군에서 선택된 1 이상의 고분자 수지는 디카르복실산 또는 이의 산무수물이 그라프트된 폴리프로필렌을 1 내지 10 중량% 더 포함하는, 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1고분자 수지와 제2고분자 수지는 1:1 내지 1:3의 중량비로 포함되는, 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1고분자 수지와 제2고분자 수지는 가교 결합을 형성하는, 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상용화제, 산화방지제, 이형제, 대전방지제 및 활제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 보조제 0.1 내지 10중량%를 더 포함하는 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    표면저항이 103 Ω/sq 이하인, 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    1.1 g/㎤ 이하의 비중을 갖는, 자동차 외장재 제조용 고분자 수지 블렌드 조성물.
  14. 용융지수(ASTM D-1238, 230℃)가 50 내지 70 g/10분인 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체 및 그래핀(Graphene)을 포함하는 제1고분자 수지; 및
    용융지수(ASTM D-1238, 230℃)가 50 내지 70 g/10분인 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체 및 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체에 함침된 장섬유 강화재를 포함하는 제2고분자 수지를 포함하는, 자동차 외장재용 수지 성형품.
  15. 제14항에 있어서,
    1.1 g/㎤ 이하의 비중 및 103 Ω/sq 이하의 표면 저항을 갖는, 자동차 외장재용 수지 성형품.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1고분자 수지와 제2고분자 수지의 가교 반응물을 포함하는, 자동차 외장재용 수지 성형품.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 자동차 외장재용 수지 성형품은 자동차 휀더, Tail Gate, Hood 및 전자부품으로 이루어진 군에서 선택되는, 자동차 외장재용 수지 성형품.
  18. 용융지수(ASTM D-1238, 230℃)가 50 내지 70 g/10분인 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체 및 그래핀(Graphene)을 포함하는 제1고분자 수지와,
    용융지수(ASTM D-1238, 230℃)가 50 내지 70 g/10분인 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체 및 상기 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체에 함침된 장섬유 강화재를 포함하는 제2고분자 수지를 사출성형, 압축성형, 압출성형, 압출압축성형, 저압사출성형, 가스사출성형, 발포사출성형 및 발포압출성형으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법에 의하여 성형하는 단계를 포함하는, 자동차 외장재용 수지 성형품의 제조 방법.
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