KR100286857B1 - 내충격성보강용무정형폴리프로필렌계수지조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내충격성 보강용 무정형 폴리프로필렌계 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리프로필렌계 수지 조성물의 유연성 및 내충격성 보강을 위해 개질제로서 첨가되는 무정형 폴리프로필렌에 결정성 폴리프로필렌 및 무기 충진제를 일정량 혼합함으로써 상온에서 뛰어난 유연성과, 상온 및 저온에서 높은 내충격성을 가질 뿐만 아니라, 성형체 조성물에 배합되어 우수한 성형성과 생산성을 나타내는 내충격성 보강용 무정형 폴리프로필렌계 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 무정형 폴리프로필렌계 수지 조성물은 다양한 사출 및 압출 성형품 소재로서, 혹은 이들 소재에 있어서 내충격성 보강을 목적으로 첨가, 배합하여 사용할 수 있다.

Description

내충격성 보강용 무정형 폴리프로필렌계 수지 조성물{Atactic polypropylene-based resin composition for reinforcing impact resistance}

본 발명은 내충격성 보강용 무정형 폴리프로필렌계 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리프로필렌계 수지 조성물의 유연성 및 내충격성 보강을 위해 개질제로서 첨가되는 무정형 폴리프로필렌에 결정성 폴리프로필렌 및 무기 충진제를 일정량 혼합함으로써 상온에서 뛰어난 유연성과, 상온 및 저온에서 높은 내충격성을 가질 뿐만 아니라, 성형체 조성물에 배합되어 우수한 성형성과 생산성을 나타내는 내충격성 보강용 무정형 폴리프로필렌계 수지 조성물에 관한 것이다.

일반적으로, 결정성 폴리프로필렌계 수지는 우수한 성형 가공성 및 내약품성을 가지며, 인장강도, 굴곡강도, 강성 등도 비교적 우수하고, 저가라는 장점을 지니고 있으므로 사출 및 압출성형용 소재로서 다양한 용도로 적용되고 있으나, 상온에서의 유연성 부족, 상대적으로 낮은 내충격성 및 높은 성형수축성으로 인하여 그의 적용범위에 있어 한계를 갖고 있었다.

이러한 한계성을 극복하기 위해, 프로필렌에 일부의 에틸렌을 공중합한 폴리프로필렌 수지가 개발되어 사용되고 있으나, 현재까지는 에틸렌 함량이 5∼25% 정도로 제한되어 충분한 유연성 및 내충격성을 부여하고 있지 못하다.

다른 방법으로는 어택틱 폴리프로필렌이라 하는 무정형 폴리프로필렌을 배합하는 방법이 소개되고 있다. 예를 들면, 미국특허 5,478,891, 미국특허 5,397,843, 미국특허 4,761,450 및 미국특허 4,143,858에서는 결정성 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀과 무정형 폴리프로필렌을 포함한 무정형 폴리올레핀을 배합한 수지조성물을 기재하고 있으나 성형시 저분자량의 무정형 폴리프로필렌이 제품표면으로 심하게 표출되는 브릿아웃(bleed-out) 현상이 발생하여 끈적끈적해지므로, 무정형 폴리프로필렌을 내충격성 개질제로서 배합한 수지 조성물의 경우 사출 및 압출공정을 통해 상품화하기에는 곤란하다. 또, 베일형태로 덩어리진 상태로 슬러리 공정에서 부산물로 생산되는 무정형 폴리프로필렌을 다른 폴리올레핀과 혼합하기 위해서 뱀뷰리 믹서와 같은 믹싱챔버를 갖고 있는 기기를 사용하는 경우 용융혼합된 수지조성물이 믹싱스크류에 달라붙고 충분한 혼합을 위해 소요되는 시간이 길어 생산성이 낮다는 문제점도 가지고 있다.

이에, 본 발명자들은 유연성과 내충격성 개선을 목적으로 첨가되는 무정형 폴리프로필렌의 불량한 성형성을 개선하여 그 사용 범위를 확대하기 위하여 예의 연구하던 중, 무정형 폴리프로필렌에 결정성 폴리프로필렌 및 무기충진제를 일정량 배합함으로써 성형성 및 생산성을 개선할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

즉, 본 발명의 목적은 성형성 및 생산성이 개선된 내충격성 보강용 무정형 폴리프로필렌계 수지 조성물을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 내충격성 보강용 무정형 폴리프로필렌계 수지 조성물은,

(A) 무정형 폴리프로필렌 40∼70중량부;

(B) 결정성 폴리프로필렌 10∼30중량부; 및

(C) 무기 충진제 5∼30중량부

를 배합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명에 따른 무정형 폴리프로필렌계 수지 조성물은, 무정형 폴리프로필렌과 질량평균 분자량이 300,000g/mol 이상인 결정성 폴리프로필렌을 일정 비율로 섞은 혼합물에 무기충진제를 일부 첨가하여 결정성 폴리프로필렌, 무정형 폴리프로필렌, 무기충진제 각각의 물성이 조화를 이룬 수지 조성물임을 기술적 구성의 특징으로 한다.

보다 구체적으로는, 프로필렌 단독 중합체 또는 프로필렌과 에틸렌과의 이원 공중합체(에틸렌의 함량이 10몰% 이하)로서, 질량평균분자량이 20,000∼200,000g/mol인 무정형 폴리프로필렌 40∼70중량부와, 프로필렌 단독 중합체 또는 프로필렌과 탄소수 2∼10의 α-올레핀과의 이원 공중합체(α-올레핀의 함량이 20몰% 이하)로서 질량평균 분자량이 300,000 g/mol 이상인 결정성 폴리프로필렌 10∼30중량부를 섞은 혼합물에, 탈크, 탄산칼슘 등의 무기 충진제를 5∼30중량부의 양으로 첨가함으로써 얻어진다.

상기 A 성분인 무정형 폴리프로필렌의 함량을 상기와 같이 40∼70 중량부로 한정한 이유는, 무정형성으로서의 특성상 상기 무정형 폴리프로필렌의 함량이 70 중량부를 초과하여 과다하면 펠릿 기타 원하는 상으로의 압출이 용이하지 않아 생산성이 낮고, 40 중량부 미만이면 무정형 폴리프로필렌 고유의 내충격성 향상에 크게 기여를 하지 못하기 때문이다(비교예 1, 2 참조).

마찬가지로, 상기 B 성분인 결정성 폴리프로필렌의 함량을 상기와 같이 10∼30 중량부로 한정한 이유는 성질 개선제로 사용되는 결정성 폴리프로필렌의 첨가량이 10 중량부 미만이면 펠릿 기타 원하는 상으로의 압출이 용이하지 않아 생산성이 낮고, 30 중량부를 초과하면 내충격 보강용으로서 내충격성 향상에 크게 기여를 하지 못하기 때문이다(비교예 1, 2 참조).

한편, 무기 충진제도 무정형 폴리프로필렌을 제품화가 가능한 펠릿상 등으로 만들기 위해서 첨가되는데, 그 첨가량이 5 중량부 미만일 경우 원하는 상으로 만들기에 충분하지 못하며 첨가량이 30 중량부 이상일 경우 굴곡강성율이 증가하여 내충격성 향상에 기여를 하지 못하기 때문에 본 발명에서는 그 함량을 5∼30 중량부로 한정하였다(비교예 1, 2 참조).

이하, 본 발명의 내충격 보강용 무정형 폴리프로필렌계 수지 조성물을 구성하고 있는 각 성분들에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

(A) 무정형 폴리프로필렌 :

본 발명에서 무정형 폴리프로필렌은 성형체를 구성하는 수지 조성물에 배합되어 뛰어난 유연성과 상온 및 저온에서의 우수한 내충격성과 낮은 성형수축율 및 선팽창계수를 유지하기 위한 성분으로, 어택틱 구조를 갖는 프로필렌 단독 중합체 또는 프로필렌과 에틸렌과의 이원 공중합체가 사용될 수 있는데, 이원 공중합체 중의 에틸렌의 함량은 10몰% 이하이며 질량평균 분자량은 20,000∼200,000g/mol인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 에틸렌의 함량은 2∼6몰%이며 질량평균 분자량은 20,000∼100,000g/mol인 것이 좋다.

상기 (A) 성분인 무정형 폴리프로필렌 수지는 질량평균 분자량이 20,000g/mol미만이면 폴리머로서의 기본적 물성을 가지지 못할 뿐만 아니라, 펠렛등 원하는 상의 제품을 만들기에도 부적합하며, 질량평균 분자량이 200,000g/mol을 초과하면 결정상이 증가하여 무정형 폴리프로필렌 고유의 저온 내충격성과 우수한 선팽창 계수를 가지지 못한다. 따라서, 본 발명에서는 무정형 폴리프로필렌의 질량평균 분자량을 20,000∼200,000g/mol로 한정하였다.

(B) 결정성 폴리프로필렌 :

본 발명에서 결정성 폴리프로필렌은 저분자량의 무정형 폴리프로필렌만을 개질제로서 사용하는 경우 브릿아웃 현상이 발생하여 심하게 끈적끈적해지는 문제점을 방지하기 위한 성분으로, 아이소택틱 구조를 갖는 프로필렌 단독 중합체, 또는 프로필렌과 탄소수 2∼10의 α-올레핀과의 이원 공중합체가 사용될 수 있는데, 이원 공중합체 중의 α-올레핀의 함량은 20몰% 이하이며, 질량평균 분자량은 300,000 g/mol 이상인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 에틸렌의 함량이 4∼10몰%인 프로필렌-에틸렌 공중합체로서 질량평균 분자량이 400,000∼600,000g/mol인 것이 좋다.

(B)성분으로서 결정성 폴리프로필렌 수지는 질량평균 분자량 300,000g/mol 상인 것이 바람직하다고 하였다. 그 이유는 지글러-나타 촉매로 제조되는 통상의 결정성 폴리프로필렌은 중량평균 분자량이 대체적으로 150,000g/mol∼400,000g/mol인데, 300,000g/mol의 고분자량 폴리프로필렌이 흐름성이 낮아 고유동성의 무정형 폴리프로필렌을 압출 가능한 펠렛과 같은 상으로 만드는데 유리하여 생산성도 향상에 도움이 되기 때문이다.

(C) 무기 충진제 :

본 발명에서 사용되는 무기 충진제는 상기 (A), (B)와의 혼합물에 첨가되어 생산성을 향상시키고 물성을 보완하기 위한 것으로, 탈크, 탄산칼슘, 황산칼슘, 산화마그네슘, 칼슘스테아레이트, 마이카, 실리카, 규산칼슘, 점토 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 바람직하게는 탈크나 탄산칼슘을 사용하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 평균입경 2∼20㎛, 바람직하게는 3∼7㎛의 탈크를 사용한다. 그 함량은 5∼30중량부, 바람직하게는 10∼30중량부의 범위로 사용한다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예에서, 각 프로필렌 수지의 물성은 다음의 방법에 따라 측정하였다.

(1) 굴곡 탄성율 : ASTM D-790법

시편규격 … 12.7㎜×127㎜×6.4㎜

시험조건에서의 크로스헤드(Crosshead) 속도 … 28㎜/분

(2) Izod충격강도 : ASTM D-256법

시편 규격 … 63.5㎜×12.7㎜×3㎜

측정온도 … 23℃와 -10℃

(3) 항복점인장강도 : ASTM D-638법

시험조건에서의 인장속도 … 50㎜/분

(4) 선팽창계수 : ASTM D-696법

(5) 성형수축율 :

사출금형에 기준길이(140.3㎜)의 표선을 그어놓은 후, 사출시편을 23℃, 50%의 상대습도하에서 24시간 방치한 다음, 사출시편 위의 상기 표선자국의 길이를 측정하고, 하기 수학식 1에 따라 계산한다.

(6) 생산성 :

10ℓ 용량의 믹서를 갖는 밴뷰리 믹서에 믹서의 온도가 100℃에 도달했을 때 수지 조성물 10㎏을 투입하여 수지 조성물이 충분히 용융·혼합되는 온도인 170℃까지 올라갈 때까지의 시간을 측정하고, 하기 수학식 2에 따라 계산한다.

[제조방법]

〈실시예 1∼5 및 비교예 1∼2〉

10ℓ 용량의 믹싱챔버를 갖는 밴뷰리 믹서가 100℃에 도달하였을 때 하기 표 1에 나타낸 성분 1에 성분 2와 성분 3을 투입한 후, 혼합물이 용융·혼합되어 170℃에 도달했을 때 꺼내 압축기에 넣고 펠렛상의 조성물을 얻었다. 얻은 조성물은 용융지수에 따라 180∼250℃ 조건에서 사출한 후 상기 (1)∼(6)의 방법에 의하여 물성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

성분	실시예	비교예 (단위:중량부)
	1	2	3	4	5	1	2
1.결정성 폴리프로필렌 수지	10	20	30	30	30	30	50
2.무정형 폴리프로필렌 수지	70	60	50	60	40	70	10
3.탈크	20	20	20	10	30	0	40
(주) * 결정성 폴리프로필렌 수지… 질량평균분자량은 500,000g/mol, 에틸렌 함량은 6몰% * 무정형 폴리프로필렌 수지… 에틸렌 함량은 3몰% * 탈크… 평균직경은 7㎛

물 성	실시예	비교예
	1	2	3	4	5	1	2
굴곡 탄성율(㎏/㎠)	2,200	3,400	4,300	2,100	5,600	4,100	25,000
Izod 충격강도(㎏ ㎝/㎝)	23℃	85	82	79	93	62	89	7.1
	-10℃	69	65	61	82	50	86	4.1
항복점 인장강도(㎏/㎠)	132	154	194	148	207	102	295
선팽창계수(10-5㎜/㎜℃)	7.7	9.1	10.0	10.2	8.7	11	6.7
성형 수축율(%)	0.56	0.62	0.76	0.85	0.72	0.92	0.72
생산성(㎏/시간)	22.7	23.2	24.3	19.9	26.5	14.5	25.6

상기 표 2의 결과로부터, 본 발명의 실시예들에 따른 무정형 폴리프로필렌계 수지 조성물은 그 자체가 상온에서의 유연성이 우수하고, 상온 및 저온에서의 내충격성이 우수하여, 유연성 및 내충격성 보강용으로 사용될 수 있음을 알 수 있다. 이에 대해서는 후술하는 제조예 1에서 확인할 수 있다. 반면에, 비교예 2에서와 같이 무정형 폴리프로필렌의 함량이 낮을 경우 그 자체 유연성 및 내충격성이 현저히 떨어져, 내충격성 보강용 개질제로서 사용하기에는 부적합하다.

〈제조예 1〉

조성 및 물성	측정값
조성	결정성 폴리프로필렌 수지	80중량부
	무정형 폴리프로필렌 수지(실시예2)	20중량부
굴곡 탄성율(㎏/㎠)	8,900
Izod 충격강도(㎏ ㎝/㎝)	23℃	65.5
	-10℃	18.1
항복점 인장강도(㎏/㎠)	287
선팽창계수(10-5㎜/㎜℃)	11.2
성형 수축율(%)	1.03

이상에서 설명한 바와 같이, 무정형 폴리프로필렌에 결정성 폴리프로필렌 및무기충진제를 일정 함량으로 첨가하여 결정성 폴리프로필렌, 무정형 폴리프로필렌, 무기 충진제 각각의 물성이 조화를 이룸으로써 우수한 유연성과, 상온 및 저온에서도 우수한 내충격성을 가질 뿐만 아니라, 그 자체 성형성 및 생산성이 우수하여 포장용 필름 및 시트, 자동차, 전기전자 및 완구류와 같은 사출 성형품의 소재로서 혹은 이들 사출 성형품의 소재를 구성하는 수지 조성물에 배합, 사용 가능하며, 통신케이블용 자켓, 섬유, 테이프 등의 폴리비닐클로라이드, 저밀도 폴리에틸렌 등의 대용품으로도 사용가능하고, 저가에 우수한 물성을 구현하는 폴리프로필렌의 장점을 이용하여 상대적 고가인 다른 수지들을 대체함으로써 원가절감측면에서도 그 효용성을 갖는다.

Claims (4)

1. (A) 무정형 폴리프로필렌 40∼70중량부;

   (B) 결정성 폴리프로필렌 10∼30중량부; 및

   (C) 무기 충진제 5∼30중량부

   를 함유하는 것을 특징으로 하는 내충격성 보강용 무정형 폴리프로필렌계 수지 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 (A)성분은 프로필렌 단독 중합체 또는 프로필렌과 에틸렌과의 이원 공중합체로서, 이원 공중합체 중의 에틸렌의 함량은 10몰% 이하이며, 질량평균 분자량은 20,000∼200,000g/mol임을 특징으로 하는 무정형 폴리프로필렌계 수지 조성물.
3. 제 1항에 있어서, 상기 (B)성분은 프로필렌 단독 중합체, 또는 프로필렌과 탄소수 2∼10의 α-올레핀과의 이원 공중합체로서, 이원 공중합체 중의 α-올레핀의 함량은 20몰% 이하이며, 질량평균 분자량은 300,000g/mol 이상임을 특징으로 하는 무정형 폴리프로필렌계 수지 조성물.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 (C)성분으로서의 무기 충진제는 탈크, 탄산칼슘, 황산칼슘, 산화마그네슘, 칼슘스테아레이트, 마이카, 실리카, 규산칼슘, 점토 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상임을 특징으로 하는 무정형 폴리프로필렌계 수지 조성물.