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KR101567196B1 - Composites of polypropylene and polylactic acid having high impact strength and heat resistance - Google Patents

Composites of polypropylene and polylactic acid having high impact strength and heat resistance Download PDF

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KR101567196B1
KR101567196B1 KR1020140028747A KR20140028747A KR101567196B1 KR 101567196 B1 KR101567196 B1 KR 101567196B1 KR 1020140028747 A KR1020140028747 A KR 1020140028747A KR 20140028747 A KR20140028747 A KR 20140028747A KR 101567196 B1 KR101567196 B1 KR 101567196B1
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홍채환
박현달
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 고강성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리프로필렌 수지와 L- 혹은 D-폴리유산 수지가 일정 함량비로 포함된 수지성분에, 첨가제로서 충격보강제, 유리섬유, 핵제 및 상용화제가 일정 함량비로 포함되어 있음으로써 폴리유산의 내열성, 내충격성, 인장강도 및 굴곡강도 등의 물성을 크게 보강하게 되므로 범용 고분자 소재의 대체가 가능한 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a polypropylene-poly lactic acid composite material composition excellent in rigidity and heat resistance, and more particularly, to a resin composition comprising a polypropylene resin and an L- or D-polylactic acid resin in a predetermined ratio, Since reinforcing agent, glass fiber, nucleating agent and compatibilizer are included in a certain content ratio, the polypropylene-polylactic acid composite which can replace general-purpose polymer material greatly strengthens the properties such as heat resistance, impact resistance, tensile strength and bending strength of polylactic acid ≪ / RTI >

Description

고강성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물{Composites of polypropylene and polylactic acid having high impact strength and heat resistance}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polypropylene-polylactic acid having high rigidity and heat resistance,

본 발명은 폴리프로필렌 수지와 L- 혹은 D- 폴리유산 수지가 일정 함량비로 포함된 수지성분에, 첨가제로서 특정의 충격보강제, 유리섬유, 핵제 및 상용화제가 일정 함량비로 포함되어 있음으로써 폴리유산의 내열성, 내충격성, 인장강도 및 굴곡강도 등의 물성을 크게 보강하게 되므로 범용 고분자 소재의 대체가 가능한 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to a resin composition in which a polypropylene resin and an L- or D-polylactic acid resin are contained in a predetermined ratio, and a specific impact modifier, glass fiber, nucleating agent and compatibilizing agent are contained as additives in a predetermined ratio, , Impact resistance, tensile strength and flexural strength of the polypropylene-polylactic acid composite material composition.

바이오매스(Biomass) 고분자는 옥수수, 콩, 사탕수수, 목재류 등의 재생 가능한 식물 자원으로부터 화학적 또는 생물학적 방법을 이용하여 제조되는 소재로서, 생분해성 고분자 소재에 비교하여 이산화탄소 저감 및 폐기물에 의한 환경오염 방지에 더 효과적이다.Biomass Polymers are materials that are produced by using chemical or biological methods from renewable plant resources such as corn, soybeans, sugarcane and timber. They are used to reduce carbon dioxide and prevent environmental pollution by waste, compared with biodegradable polymer materials. .

바이오매스 고분자를 대표하는 폴리유산(polylactic acid 또는 polylactide, 이하 'PLA'로 칭한다)은 선형의 지방족 폴리에스터로서, 광학이성질체로서 L-폴리유산(poly L-lactic acid, 이하 'PLLA'로 칭한다)과 D-폴리유산(poly D-lactic acid, 이하 'PDLA'로 칭한다)이 존재한다. 통상적으로 폴리유산(PLA)은 옥수수 및 감자에서 얻어지는 전분(starch) 발효에 의해 얻어지거나, 식물계 셀룰로우스를 당화 및 발효하여 얻은 당 단량체를 중합하여 얻어진다. 이러한 PLA는 환경친화적인 열가소성 고분자 소재로 알려져 있긴 하지만, 물성 면에서 범용 고분자 재료 대비 열등하여 산업적으로 그 응용분야가 제한적인 문제가 있다. 특히 내열성 및 내충격성 측면에서 기존 석유계 소재 대비 열악한 특징이 있다. Polylactic acid or polylactide (hereinafter referred to as PLA), which represents biomass polymers, is a linear aliphatic polyester and poly-L-lactic acid (PLLA) as an optical isomer. And poly-D-lactic acid (hereinafter referred to as " PDLA "). Generally, polylactic acid (PLA) is obtained by starch fermentation obtained from corn and potato, or obtained by polymerizing a sugar monomer obtained by saccharifying and fermenting a plant-based cellulose. Although such PLA is known as an environmentally friendly thermoplastic polymer material, it is inferior in respect of physical properties to general-purpose polymer materials and has a limited application field in industry. Particularly, it has poor characteristics compared to existing petroleum based materials in terms of heat resistance and impact resistance.

이러한 폴리유산 소재의 내열성을 개량시키기 위하여 PLLA 수지와 PDLA 수지를 블렌딩하여 스테레오 컴플렉스를 형성하는 방법이 제안되어 있다. [일본공개특허 제2000-17164호] 그러나 내열성 향상을 위한 PLLA 수지와 PDLA 수지의 적정 구성비가 언급되어 있지 않고, 내충격성 등의 물성 향상이 이루어지지 않아 자동차용 소재로 응용하는데 문제가 있었다. In order to improve the heat resistance of such a polylactic acid material, a method of blending a PLLA resin and a PDLA resin to form a stereo complex has been proposed. However, the proper composition ratio of PLLA resin and PDLA resin for improvement of heat resistance is not mentioned, and physical properties such as impact resistance are not improved, and there is a problem in application to automotive materials.

또한, 내충격성 향상을 위해 폴리(메타)아크릴레이트계 수지를 포함하는 폴리유산 수지[일본공개특허 제2009-155413호], 폴리(에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트) 수지가 첨가된 폴리유산 수지[미국등록특허 제7,268,190호] 등이 공개되어 있다. 그러나 상기 특허에서는 내열성 향상을 위해 스테레오 컴플렉스를 형성한 것이 아니며, 충격강도와 인장강도 조절을 위한 구성비에 관한 언급이 없어 자동차용 소재로 적용하는데 미흡한 수준이다.In order to improve the impact resistance, a polylactic acid resin (JP-A No. 2009-155413) comprising a poly (meth) acrylate resin, a polylactic acid resin with a poly (ethylene-glycidyl methacrylate) [U.S. Patent No. 7,268,190] and the like are disclosed. However, the above patent does not form a stereocomplex for improving heat resistance, and there is no mention of a composition ratio for controlling the impact strength and the tensile strength.

또한, 폴리유산 수지에 폴리프로필렌 수지를 배합한 복합재료가 몇몇 특허에 개시되어 있다. [한국공개특허 2011-0048125호, 제2012-0117130호, 제2012-0128732호] 상기 특허에서는 첨가제로서 폴리(에틸렌-n-부틸아크릴레이트-글리시딜 메타크릴레이트) 공중합체를 포함시켜 물성을 개선시키고자 하였지만, 여전히 자동차용 소재로 적용되기 위해서는 내열성 및 내충격성의 보강이 요구된다.Also, some patents disclose a composite material in which a polypropylene resin is blended with a poly (lactic acid) resin. [Patent Document 1] Korean Unexamined Patent Publication No. 2011-0048125, No. 2012-0117130, No. 2012-0128732 In this patent, a poly (ethylene-n-butyl acrylate-glycidyl methacrylate) However, in order to be applied to automobile materials, reinforcement of heat resistance and impact resistance is required.

따라서, 자동차 부품 및 고내열 고내충격성 물성이 요구되는 산업용 부품에 적용하기에 적합한 내강성 및 내열성을 가지면서, 바이오 마크 제도에서 요구하는 바이오 소재 함량 인증 범위를 만족시키는 새로운 바이오 복합소재의 개발이 절실히 요구되고 있다.
Therefore, the development of a new biocomposite material that satisfies the biomaterial content certification range required by the BioMark system while having durability and heat resistance suitable for automobile parts and industrial parts requiring high heat resistance and high impact resistance properties Is required.

이에, 본 발명자들은 바이오매스로부터 유래된 폴리유산 소재의 가지는 낮은 내열성 및 충격강도의 단점을 개선하고자 연구 노력하였다. 그 결과 폴리프로필렌 수지와 폴리유산을 일정 조성비 범위로 블렌딩 하면서 동시에 특정의 충격보강제, 유리섬유, 핵제 및 상용화제를 일정 함량비 범위내로 첨가하는 경우 폴리프로필렌 수지와 폴리유산 수지로 이루어진 수지소재의 결정화도가 증대되어 충격강도 및 내열성이 현격하게 향상됨을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have made efforts to improve the disadvantages of low heat resistance and impact strength of poly (lactic acid) material derived from biomass. As a result, in the case of blending a polypropylene resin and a poly (lactic acid) in a certain composition ratio range and adding a specific impact modifier, glass fiber, nucleating agent and compatibilizing agent within a specific content ratio, crystallization degree of a resin material made of a polypropylene resin and a poly And the impact strength and heat resistance are remarkably improved, thereby completing the present invention.

따라서, 본 발명은 내열성, 내충격성, 인장강도 및 굴곡강도 등의 물성을 동시에 만족하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물 및 이를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a polypropylene-poly (lactic acid) composite material composition which simultaneously satisfies physical properties such as heat resistance, impact resistance, tensile strength and bending strength, and a method for producing the same.

상기한 과제 해결을 위하여, 본 발명은 폴리프로필렌 수지 65 ∼ 75 중량%와 L- 혹은 D- 폴리유산 수지 25 ∼ 35 중량%를 포함하는 수지성분 100 중량부에 대하여, 폴리(에틸렌-n-부틸 아크릴레이트-글리시딜 메타아크릴레이트) 3 ∼ 10 중량부, 유리섬유 15 ∼ 20 중량부, 방향족 술폰산 0.5 ∼ 3 중량부 및 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌 수지 1 ∼ 10 중량부를 첨가제로서 포함하고 있는 고강성 및 내열성이 우수한 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물을 그 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a resin composition comprising 100 parts by weight of a resin component comprising 65 to 75% by weight of a polypropylene resin and 25 to 35% by weight of an L- or D- Acrylate-glycidyl methacrylate), 15 to 20 parts by weight of glass fiber, 0.5 to 3 parts by weight of an aromatic sulfonic acid and 1 to 10 parts by weight of a maleic anhydride grafted polypropylene resin as additives Which is excellent in rigidity and heat resistance.

또한, 본 발명은 190 ∼ 210 ℃ 온도에서 폴리프로필렌 수지 65 ∼ 75 중량%와 L- 혹은 D- 폴리유산 수지 25 ∼ 35 중량%의 비율을 이루고 있는 수지성분을 용융 및 혼련하는 과정; 상기 수지성분 100 중량부에, 폴리(에틸렌-n-부틸 아크릴레이트-글리시딜 메타아크릴레이트) 3 ∼ 10 중량부, 유리섬유 15 ∼ 20 중량부, 방향족 술폰산 0.5 ∼ 3 중량부 및 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌 수지 1 ∼ 10 중량부를 포함하는 첨가제를 첨가하여 복합재료 조성물을 제조하는 과정; 상기 복합재료 조성물을 사출 성형하여 성형품을 제조하는 과정; 을 포함하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료의 제조방법을 그 특징으로 한다.
Also, the present invention provides a method for producing a resin composition, which comprises melting and kneading a resin component having a ratio of 65 to 75% by weight of a polypropylene resin and 25 to 35% by weight of an L- or D-poly lactic acid resin at 190 to 210 ° C .; 3 to 10 parts by weight of poly (ethylene-n-butyl acrylate-glycidyl methacrylate), 15 to 20 parts by weight of glass fibers, 0.5 to 3 parts by weight of an aromatic sulfonic acid, 1 to 10 parts by weight of a grafted polypropylene resin to prepare a composite material composition; A step of preparing a molded article by injection molding the composite material composition; Wherein the polypropylene-polylactic acid composite material is a polypropylene-polylactic acid composite material.

본 발명의 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물은 내열성, 내충격성, 인장강도 및 굴곡강도 등의 물성이 우수하므로, 산업용 소재로서 다양하게 사용될 수 있으며, 특히 고강성 및 고내열성이 요구되는 자동차용 부품의 소재로 적합하다. 즉, 기존의 자동차용 부품소재로 사용되어온 범용 고분자 수지(예를 들면 ABS 수지 등)를 대체할 수 있는 친환경 바이오 소재로 적합하다.The polypropylene-polybutylene composite material composition of the present invention is excellent in physical properties such as heat resistance, impact resistance, tensile strength and flexural strength, and thus can be used as various industrial materials. Particularly, It is suitable as material of. That is, it is suitable as an eco-friendly biomaterial that can replace general-purpose polymer resin (for example, ABS resin) used as a conventional automotive parts material.

본 발명의 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물을 구성하는 수지성분으로서, 상기 폴리프로필렌 수지는 신생품 또는 재생품이 사용되어도 복합재료에 요구되는 물성을 모두 만족시킬 수 있다. 이에 재생 폴리프로필렌(Recycled Polypropylene) 수지를 사용하게 되면 자원재활용 측면에서 그리고 원가 절감 측면에서 바람직한 효과가 있다.As the resin component constituting the polypropylene-polyunsaturated fatty acid composite composition of the present invention, the polypropylene resin can satisfy all of the physical properties required for a composite material even if a new product or a regenerated product is used. If recycled polypropylene resin is used, it has a desirable effect in terms of resource recycling and cost reduction.

본 발명의 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물은 바이오매스 유래 폴리유산 수지가 25 중량% 이상 포함되므로, 국내외에서 진행되는 바이오 마크 제도에서 요구하는 바이오 소재 함량 인증 범위를 만족시키는 효과가 있다.
The polypropylene / polyunsaturated fatty acid composite material composition of the present invention contains 25% by weight or more of the biomass-derived polyunsaturated fatty acid resin, thereby satisfying the biomaterial content authentication range required by the biomark system conducted at home and abroad.

본 발명에 따른 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물을 구성하는 각 성분에 대해 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.The components constituting the polypropylene-poly lactic acid composite material composition according to the present invention will be described in more detail as follows.

본 발명의 복합재료 조성물은 수지성분으로서 폴리프로필렌 수지와 폴리유산 수지를 포함한다.The composite material composition of the present invention comprises a polypropylene resin and a polylactic acid resin as a resin component.

상기 폴리프로필렌 수지는 신생품일 수 있고, 또는 재생품일 수 있다. 본 발명에서의 재생 폴리프로필렌(Recycled Polypropylene) 수지라 함은 산업분야 혹은 가정에서 폐기되는 폴리프로필렌 소재의 성형품을 회수한 재활용 소재를 일컫응 것이며, 재생 폴리프로필렌 수지의 채택에 있어 재활용 횟수에 대해서는 특별히 제한을 두지 않는다. 차량 부품소재로 적용된 이후에 폐차 후 회수된 재생 폴리프로필렌 수지라면 더욱 바람직하게 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 폴리프로필렌 수지는 폴리프로필렌 단일중합체, 폴리프로필렌 블록공중합체 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 용융지수(MI)가 10 ∼ 40 g/10분(230℃, 2.16kg 하중)인 것을 사용할 수 있다. 이 때, 폴리프로필렌 수지의 용융지수가 10 g/10분 미만이면 용융점도의 상승으로 가공상의 과부하 문제가 있고, 40 g/10분을 초과하면 낮은 용융점도로 인하여 용융 블렌드 압출 가공에 문제가 있다. The polypropylene resin may be a new product or may be a recycled product. The recycled polypropylene resin in the present invention refers to a recycled material obtained by recovering a molded article of a polypropylene material which is discarded in an industrial field or a home. In the adoption of the recycled polypropylene resin, There is no restriction. The recycled polypropylene resin recovered after scrapping after application as a vehicle component material can be more preferably used. The polypropylene resin used in the present invention may be a polypropylene homopolymer, a polypropylene block copolymer or a mixture thereof. The polypropylene resin may have a melt index (MI) of 10 to 40 g / 10 min (230 ° C, 2.16 kg load) Can be used. If the melt index of the polypropylene resin is less than 10 g / 10 min, there is a problem of overhead of processing due to an increase in melt viscosity. If the melt index exceeds 40 g / 10 min, there is a problem in melt-blending extrusion processing.

상기 폴리유산은 광학활성을 가지는 L-폴리유산 수지 혹은 D-폴리유산 수지를 사용할 수 있으며, 이들은 거울상 이성질체이다. L-폴리유산 수지는 하기 화학식 1로 표시될 수 있으며, D-폴리유산은 이와 거울상 구조를 갖는다.The polylactic acid may be an L-polylactic acid resin or D-polylactic acid resin having optical activity, and these are enantiomers. The L-poly lactic acid resin may be represented by the following formula (1), and D-poly lactic acid has an enantiomeric structure thereof.

Figure 112014023775665-pat00001
Figure 112014023775665-pat00001

상기 L- 혹은 D-폴리유산 수지는 전분 또는 바이오매스로부터 합성되는 중합체로서, 용융지수(MI)가 5 ∼ 40 g/10분(190℃, 2.16kg 하중)인 것을 사용할 수 있다. 이 때, L- 혹은 D-폴리유산 수지의 용융지수가 5 g/10분 미만이면 용융점도의 상승으로 가공상의 과부하 문제가 있을 수 있고, 40 g/10분을 초과하면 낮은 용융점도로 인하여 용융 블렌드 압출 가공에 문제가 있다.The L- or D-poly lactic acid resin is a polymer synthesized from starch or biomass, and has a melt index (MI) of 5 to 40 g / 10 min (190 캜, 2.16 kg load). If the melt index of the L- or D-poly lactic acid resin is less than 5 g / 10 min, there may be a problem in overhead of processing due to an increase in melt viscosity. If the melt index exceeds 40 g / 10 min, There is a problem in extrusion processing.

본 발명의 복합재료 조성물은 수지성분으로서 폴리프로필렌 65 ∼ 75 중량%와 폴리유산 25 ∼ 35 중량%를 포함한다. 수지성분 중에 폴리프로필렌의 함량이 65 중량% 미만이면 기계적 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 그 사용량이 75 중량%를 초과하는 경우 상대적으로 폴리유산의 함량이 적어서 바이오 마크라는 제도에서 요구하는 바이오 소재 함량 인증 범위를 벗어나기 때문에 상기 범위 이내에서 사용하는 것이 바람직하다.
The composite material composition of the present invention comprises 65 to 75% by weight of polypropylene and 25 to 35% by weight of polylactic acid as a resin component. If the content of polypropylene in the resin component is less than 65% by weight, the mechanical properties may deteriorate. When the amount of polypropylene is more than 75% by weight, the content of polylactic acid is relatively small, It is preferable to use it within the above-mentioned range because it is out of the range of the material content authentication.

또한, 본 발명의 복합재료 조성물은 폴리프로필렌 수지와 폴리유산 수지를 수지성분으로 포함하면서, 첨가제로서 특정의 충격보강제, 유리섬유, 핵제 및 상용화제를 일정 함량 범위로 포함한다. In addition, the composite material composition of the present invention contains a polypropylene resin and a poly (lactic acid) resin as resin components, and contains a specific impact modifier, glass fiber, nucleating agent and compatibilizing agent in a certain amount as an additive.

상기 충격보강제는 에틸렌 공중합체로서, 에틸렌 단량체 50 ∼ 80 중량%, n-부틸 아크릴레이트 15 ∼ 20 중량% 및 글리시딜 메타아크릴레이트 1 ∼ 10 중량%가 공중합하여 제조된 폴리(에틸렌-n-부틸 아크릴레이트-글리시딜 메타아크릴레이트)일 수 있다. 상기 충격보강제는 용융지수(MI)가 2 ∼ 10 g/10분(190 ℃, 2.16 kg 하중) 범위인 것을 사용하는데, 용융지수가 2 g/10분 미만이면 높은 용융 점도로 인하여 가공상의 과부하 및 분산성이 저하되어 충격강도 열세 특성이 나타날 수 있고, 용융지수가 10 g/10분을 초과하면 복합재 가공시 분산상의 불규칙한 분산으로 인하여 역시 충격강도의 저하가 발생할 수 있다. 충격보강제의 메트릭스 레진내 균일한 분산 모폴로지는 충격강도 향상에 있어서 매우 중요한 요소 중 하나이다. 상기 충격보강제는 수지성분 100 중량부를 기준으로 3 ∼ 10 중량부 범위로 사용될 수 있다. 상기 충격보강제의 함량이 3 중량부 미만이면 충격강도 향상이 현저히 저감하여 자동차용 부품으로 적용 불가하고, 10 중량부를 초과하면 과도한 충격강도 향상에 따른 내열성 저하로 인하여 산업적으로 응용 분야가 제한되는 단점이 있다.Wherein the impact modifier is an ethylene copolymer comprising a poly (ethylene-n-butyl acrylate) copolymer prepared by copolymerizing 50 to 80% by weight of an ethylene monomer, 15 to 20% by weight of n-butyl acrylate and 1 to 10% by weight of glycidyl methacrylate, Butyl acrylate-glycidyl methacrylate). The impact modifier has a melt index (MI) of 2 to 10 g / 10 min (190 캜, 2.16 kg load). When the melt index is less than 2 g / 10 min, If the melt index exceeds 10 g / 10 min, the impact strength may also be lowered due to irregular dispersion of the dispersed phase during processing of the composite material. A uniformly dispersed morphology in the matrix resin of the impact modifier is one of the most important factors in improving the impact strength. The impact modifier may be used in an amount of 3 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the resin component. If the content of the impact modifier is less than 3 parts by weight, the improvement in impact strength is remarkably reduced, so that it can not be applied to automobile parts. If the content of the impact modifier exceeds 10 parts by weight, there is a disadvantage that the application area is limited industrially have.

상기 유리섬유는 길이가 1 ∼ 10 mm인 단섬유이며, 단면 직경 사이즈는 10 ∼ 20 ㎛인 것을 사용한다. 유리섬유의 길이가 1 mm 미만이면 압출 배합과정에서 다른 레진 및 첨가제와의 드라이 블렌드시 불균일한 혼합 및 분산이 발생하여 최종적으로 제조된 복합재의 물성 향상 효과를 기대할 수 없고, 10 mm를 초과하여도 불균일한 혼합으로 인하여 물성 향상 효과를 기대할 수 없다. 또한, 유기섬유의 단면 직경 사이즈가 10 ㎛ 미만이거나, 20 ㎛를 초과할 경우 최종 복합재의 물성향상 효과가 미비하기 때문에 상기 직경 사이즈 범위를 유지하는 것이 좋다. 상기 유리섬유는 수지성분 100 중량부를 기준으로 15 ∼ 20 중량부 범위로 사용된다. 상기 유리섬유의 함량이 15 중량부 미만이면 기계적 물성 및 내열성 향상이 미비하고, 20 중량부를 초과할 경우 일부 강성만 증대되는 문제점이 발생하여 전체 물성의 조화에 악영향을 미치는 문제가 발생한다. The glass fibers are short fibers having a length of 1 to 10 mm, and a cross-sectional diameter of 10 to 20 탆 is used. If the length of the glass fiber is less than 1 mm, uneven mixing and dispersion occurs during dry blending with other resins and additives in the extrusion mixing process, and the effect of improving the physical properties of the finally produced composite material can not be expected. The effect of improving the physical properties can not be expected due to uneven mixing. In addition, when the cross-sectional diameter of the organic fibers is less than 10 占 퐉 or exceeds 20 占 퐉, the effect of improving the physical properties of the final composite material is insufficient. The glass fiber is used in a range of 15 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the resin component. If the content of the glass fiber is less than 15 parts by weight, the improvement of mechanical properties and heat resistance is insufficient. If the content of the glass fiber exceeds 20 parts by weight, only a part of the stiffness is increased, thereby adversely affecting the harmony of the whole properties.

상기 핵제는 방향족 술폰산 화합물로서, 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.The nucleating agent may be an aromatic sulfonic acid compound represented by the following general formula (2).

Figure 112014023775665-pat00002
Figure 112014023775665-pat00002

(상기 화학식 2에서, R은 탄소수 1 내지 6의 알킬기가 치환 또는 비치환된 페닐기 또는 나프탈렌기를 나타낸다)(Wherein R represents a phenyl group or a naphthalene group in which the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is substituted or unsubstituted)

핵제는 벤젠술폰산, 2-톨루엔술폰산, 3-톨루엔술폰산, 4-톨루엔술폰산, 나프탈렌술폰산 등이 포함될 수 있으며, 이들은 1종 또는 2종 이상을 혼합 사용할 수도 있다. 상기 핵제는 수지성분 100 중량부를 기준으로 0.5 ∼ 3 중량부 범위로 사용된다. 핵제의 함량이 0.5 중량부 미만이면 사출 성형시 성형품 취출이 원활하지 않은 문제점이 발생하고, 3 중량부를 초과하면 과도한 투입으로 인하여 산업적으로 경제성이 저하되는 문제가 있다.The nucleating agent may include benzenesulfonic acid, 2-toluenesulfonic acid, 3-toluenesulfonic acid, 4-toluenesulfonic acid, naphthalenesulfonic acid, etc. These may be used alone or in admixture of two or more. The nucleating agent is used in an amount of 0.5 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the resin component. If the content of the nucleating agent is less than 0.5 parts by weight, the molded article may not be smoothly taken out during injection molding. If the content of the nucleating agent is more than 3 parts by weight, the economical efficiency may be decreased.

상기 상용화제는 무수말레인산(Maleic anhydride)이 그라프트된 폴리프로필렌 수지로서, 폴리프로필렌 수지를 기본 골격으로 하고 그 사슬의 곁가지에 무수말레인산이 화학적으로 결합되어 있는 구조를 이루고 있다. 상기 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌 수지는 중량평균분자량(Mw) 50,000 ∼ 250,000 g/mol이고, 폴리프로필렌 수지에 무수말레인산이 0.1 ∼ 5 중량% 그라프트되어 있다. 상용화제는 수지성분과 유리섬유의 접촉 부분을 강화시켜 주는 역할을 한다. 상기 상용화제는 수지성분 100 중량부를 기준으로 1 ∼ 10 중량부 범위로 사용되며, 특히 수지성분으로 사용된 폴리유산 수지의 중량 대비하여 10 ∼ 20 중량% 정도로 제한하여 사용하는 것이 좋다. 상용화제의 사용량이 수지성분 100 중량부를 기준으로 1 중량부 미만으로 사용되면 수지성분과 유기섬유간의 적절한 계면접착력을 얻을 수 없고, 10 중량부를 초과하면 폴리프로필렌 수지와는 극성이 다른 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌 수지의 함량이 상대적으로 증가함으로써 최종적으로 제조된 복합재의 기계적 물성이 저하될 수 있기 때문에 본 발명이 제안하는 함량비를 유지하는 것이 좋다.The compatibilizer is a polypropylene resin grafted with maleic anhydride, and has a structure in which a polypropylene resin has a basic skeleton and maleic anhydride is chemically bonded to the side chain of the chain. The maleic anhydride grafted polypropylene resin has a weight average molecular weight (Mw) of 50,000 to 250,000 g / mol, and 0.1 to 5% by weight of maleic anhydride is grafted on the polypropylene resin. The compatibilizer enhances the contact between the resin component and the glass fiber. The compatibilizing agent is used in an amount of 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the resin component, and is preferably limited to about 10 to 20% by weight relative to the weight of the polylactic acid resin used as the resin component. If the amount of the compatibilizing agent to be used is less than 1 part by weight based on 100 parts by weight of the resin component, an appropriate interfacial adhesion strength between the resin component and the organic fiber can not be obtained. If the amount exceeds 10 parts by weight, the maleic anhydride having a polarity different from that of the polypropylene resin, It is preferable to maintain the content ratio proposed by the present invention because the content of the polypropylene resin is relatively increased to deteriorate the mechanical properties of the finally produced composite material.

또한, 본 발명의 복합재료 조성물은 필요에 따라 당분야에서 통상적으로 사용되고 있는 열안정제, 내가수분해 억제제, 산화방지제, 광안정제 등의 기타 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 그 밖에도 유기안료, 무기안료, 염료 등을 더 포함할 수도 있다.
In addition, the composite material composition of the present invention may further contain other additives such as heat stabilizers, antioxidants, antioxidants, and photostabilizers which are conventionally used in the art as needed, and organic pigments, inorganic pigments , A dye, and the like.

한편, 본 발명은 복합재료 조성물의 제조방법을 그 특징으로 하는 바, 이러한 제조방법을 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, the present invention is characterized by a method for producing a composite material composition, which will be described in more detail as follows.

먼저, 수지성분으로 사용되는 폴리프로필렌 수지와 L- 혹은 D-폴리유산 수지를 190 ∼ 210 ℃ 온도에서 용융 및 혼련한다. 이때, 용융 및 혼련을 위한 온도가 190 ℃ 미만이면 충분한 교반 및 혼합이 안 이루어지지 않을 수 있고, 210 ℃를 초과하면 폴리유산 수지 일부가 열분해되는 현상이 발생할 수 있다.First, the polypropylene resin used as the resin component and the L- or D-poly lactic acid resin are melted and kneaded at a temperature of 190 to 210 ° C. At this time, if the temperature for melting and kneading is less than 190 캜, sufficient stirring and mixing may not be performed, and if it exceeds 210 캜, a part of polylactic acid resin may be thermally decomposed.

그런 다음, 첨가제로서 사용되는 충격보강제, 유리섬유, 핵제 및 상용화제를 압출기 믹싱 헤드 혹은 사이드 피딩 장치쪽으로 투입시켜서 복합재료 조성물을 제조한다. Then, the impact modifier, glass fiber, nucleating agent and compatibilizer used as additives are fed into the extruder mixing head or the side feeding device to prepare a composite material composition.

상기와 같은 제조방법으로 제조된 복합재료 조성물은 일반 사출기에서 시편 혹은 부품 사출 성형하여 제품으로 제조할 수 있다. 즉, 상기 복합재료 조성물을 사출기에 주입하고 부품 성형하거나 혹은 부품 성형 이후 대류 오븐에서 80 ∼ 100 ℃ 온도로 0.5 ∼ 1시간동안 체류시키는 열처리 공정 혹은 금형온도를 80 ∼ 110℃ 온도로 유지하여 사출 성형하여 최종 시편 혹은 제품으로 제조할 수 있다.
The composite material composition produced by the above-mentioned production method can be produced as a product by injection molding a specimen or a part in a general injection molding machine. That is, the composite material composition is injected into an injection molding machine and molded into a part, or after a part is formed, a heat treatment process in which the material is held in a convection oven at a temperature of 80 to 100 DEG C for 0.5 to 1 hour, or a mold temperature is maintained at a temperature of 80 to 110 DEG C, And can be made into final specimens or products.

이상의 제조방법을 통하여 제조된 복합재료는 내열성, 내충격성, 인장강도 및 굴곡강도 등의 제반 물성이 모두 우수하였다. 따라서, 본 발명의 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물은 범용 고분자 합성소재를 대체할 수 있다.
The composite material produced through the above-described manufacturing method was excellent in various physical properties such as heat resistance, impact resistance, tensile strength and flexural strength. Therefore, the polypropylene-poly lactic acid composite material composition of the present invention can be substituted for a general-purpose polymer synthetic material.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 하기의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 결코 아니다.
The present invention will now be described in more detail with reference to the following examples, which should not be construed as limiting the invention thereto.

[실시예]
[Example]

실시예 1 Example 1

수지성분으로서 폴리프로필렌 수지와 L-폴리유산 수지를 건조 상태에서 혼련한 후, 혼련장비에 투입하여 195 ℃에서 용융 및 혼련하였다. 그리고, 믹싱헤드 부분에 충격보강제, 유리섬유, 핵제, 상용화제를 첨가하고 100 ℃ 온도에서 사출 성형하여 복합재료 시편을 제조하였다.
Polypropylene resin and L-poly lactic acid resin were kneaded as a resin component in a dry state and then put into a kneading machine and melted and kneaded at 195 캜. Composite specimens were prepared by injecting impact modifier, glass fiber, nucleating agent and compatibilizer into the mixing head at 100 ℃.

[사용성분][Ingredients Used]

(1) 수지성분(1) Resin component

①폴리프로필렌(PP) 수지: 용융지수(MI) 20 g/10분(230℃, 2.16kg 하중), 제품명 TP-100, 삼일 폴리머(주) 제품① Polypropylene (PP) resin: Melt index (MI) 20 g / 10 min (230 ° C, 2.16 kg load), product name TP-100, manufactured by Samil Polymer Co.,

②L-폴리유산(PLLA) 수지: 용융지수(MI) 10 g/10분(190℃, 2.16kg 하중), 제품명 Ingeo 3251D, 미국 Nature Works(주) 제품(2) L-polylactic acid (PLLA) resin: melt index (MI) 10 g / 10 min (190 캜, 2.16 kg load), product name Ingeo 3251D, USA Nature Works

(2) 첨가제(2) Additives

①충격보강제: 폴리(에틸렌-n-부틸 아크릴레이트-글리시딜 메타아크릴레이트) 수지, 에틸렌 85 중량%, n-부틸 아크릴레이트 10 중량%, 글리시딜 메타아크릴레이트 5 중량%를 공중합시켜 제조된 에틸렌 공중합체, 용융지수(MI) 5 g/10분(190 ℃, 2.16 kg 하중), 제품명 Elvaloy, 미국 듀폰(주) 제품(1) An impact modifier was prepared by copolymerizing poly (ethylene-n-butyl acrylate-glycidyl methacrylate) resin, 85% by weight of ethylene, 10% by weight of n-butyl acrylate and 5% by weight of glycidyl methacrylate Ethylene copolymer, melt index (MI) 5 g / 10 min (190 캜, 2.16 kg load), product name Elvaloy, DuPont

②유리섬유: 길이 3 mm, 직경 10 ㎛의 단섬유, 제품명 183F-14P, ㈜ 한국 오웬스코닝 제품② Glass fiber: Short fiber with a length of 3 mm and a diameter of 10 ㎛, product name 183F-14P, Korea Owens Corning Co., Ltd.

③핵제: 벤젠술폰산, 제품명 LAK-301, 일본 타케모토사 제품③ Nucleating agent: benzenesulfonic acid, product name LAK-301, manufactured by Takemoto, Japan

④상용화제: 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌 수지, 중량평균분자량(Mw) 70,000 g/mol, 무수말레인산 그라프트율 3 중량%, 제품명 PH-200, 한국 롯데케미칼 제품
④ Commercializer: polypropylene resin grafted with maleic anhydride, weight average molecular weight (Mw) of 70,000 g / mol, maleic anhydride graft rate of 3% by weight, product name PH-200,

실시예 2 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 8 Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 8

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 1에 나타낸 조성비로 사출 성형하여 복합재료 시편을 각각 제조하였다.
The same procedure as in Example 1 was carried out, except that the composite material specimens were produced by injection molding at the composition ratios shown in Table 1 below.

구 분division 수지성분(중량%)Resin component (% by weight) 첨가제(중량부)* Additive (parts by weight) * PPPP PLLAPLLA 충격보강제Impact modifier 유리섬유Glass fiber 핵제Nucleating agent 상용화제Compatibilizer

room
city
Yes
1One 7070 3030 1010 1515 1One 33
22 6565 3535 55 2020 1One 33 33 6565 3535 55 1515 1One 33 44 7070 3030 55 2020 1One 33



ratio
School
Yes
1One 00 100100 1010 1010 1One 33
22 7070 3030 00 1010 1One 33 33 5050 5050 1010 3030 1One 33 44 6060 4040 1010 3030 1One 33 55 7070 3030 1010 55 1One 33 66 7070 3030 1515 1010 1One 33 77 7070 3030 1515 1515 1One 33 88 100100 00 1010 1515 1One 33 * 중량부: 수지성분 100 중량부를 기준으로 한 첨가제의 첨가량 * Weight part: Amount of additive amount based on 100 parts by weight of resin component


[실험예] 물성측정시험[Experimental Example] Property measurement test

상기 실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 7 에서 제조한 복합재료 시편 각각에 대하여, 하기의 방법으로 물성을 측정하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.The properties of each of the composite material specimens prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 7 were measured by the following methods. The results are shown in Table 2 below.

1)인장물성: ASTM D 638(Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics)에 의거하여 측정용 시편을 만들어 만능시험기를 사용, 인장강도(Tensile Strength)를 측정하였다. 1) Tensile Properties: Tensile strength was measured using a universal testing machine by making test specimens according to ASTM D 638 (Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics).

Figure 112014023775665-pat00003
Figure 112014023775665-pat00003

2)충격강도: ASTM D 256(Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics)에 의거하여 측정용 시편을 만들어 아이조드 충격기를 사용, 충격강도 (Impact Strength) 값을 측정하였다.  2) Impact strength: A specimen for measurement was prepared in accordance with ASTM D 256 (Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics), and an impact strength was measured using an Izod impactor.

3)내열성: ASTM D 648(Standard Test Method for Deflection Temperature of Plastics Under Flexural Load in the Edgewise Position)에 의거하여 측정용 시편을 만들어 만능시험기를 사용하여, 내열성(heat distortion temperature)을 측정하였다.3) Heat Resistance: The heat distortion temperature was measured using a universal testing machine by making test specimens in accordance with ASTM D 648 (Standard Test Method for Deflection Temperature in Plastics Under Flexural Load in the Edgewise Position).

구분division 기계적 물성Mechanical properties 인장강도
(MPa)
The tensile strength
(MPa)
굴곡강도
(MPa)
Flexural strength
(MPa)
굴곡탄성율
(MPa)
Flexural modulus
(MPa)
충격강도
(J/m)
Impact strength
(J / m)
내열성
(℃)
Heat resistance
(° C)


room
city
Yes
1One 4646 6161 29932993 7676 153153
22 4545 6060 29912991 7575 152152 33 4646 6161 29902990 7575 153153 44 4545 6060 29922992 7575 151151

ratio
School
Yes
1One 3939 5454 22502250 4545 9090
22 3737 5050 23602360 4444 105105 33 3535 5151 22402240 5454 105105 44 3535 5252 23202320 5050 9090 55 3737 5050 25102510 5656 9090 66 3838 4848 24102410 6060 121121 77 3535 4646 22002200 5555 120120 88 3636 4848 21002100 7070 120120

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안한 바와 같이 폴리프로필렌 수지와 L- 혹은 D-폴리유산 수지로 이루어진 수지성분에 특정의 충격보강제, 유리섬유, 핵제 및 상용화제를 소정의 배합비율로 혼합하여 제조한 복합재료 시편(실시예 1 ∼ 4)은, 특정 배합비율에서 벗어난 비교예 1 ∼ 7의 복합재료 시편에 비교하여 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 충격강도, 내열성 등의 전 물성에서 월등히 우수한 값을 나타냄을 확인할 수 있다. As shown in Table 2, specific impact modifiers, glass fibers, nucleating agents and compatibilizers were mixed with a resin component composed of a polypropylene resin and an L- or D-poly lactic acid resin at a predetermined mixing ratio as proposed in the present invention (Examples 1 to 4) prepared from the composite specimens prepared in Examples 1 to 4 were superior in tensile strength, flexural strength, flexural modulus, impact strength, and heat resistance to those of Comparative Examples 1 to 7 It can be confirmed that the value is remarkably excellent.

Claims (10)

폴리프로필렌 수지 65 ∼ 75 중량%와 L- 혹은 D- 폴리유산 수지 25 ∼ 35 중량%를 포함하는 수지성분 100 중량부에 대하여,
용융지수(MI)가 2 ∼ 10 g/10분(190 ℃, 2.16 kg 하중)인 폴리(에틸렌-n-부틸 아크릴레이트-글리시딜 메타아크릴레이트) 3 ∼ 10 중량부;
길이가 1 ∼ 10 mm인 단섬유이며, 단면 직경 사이즈가 10 ∼ 20 ㎛인 유리섬유 15 ∼ 20 중량부;
하기 화학식 2로 표시되는 방향족 술폰산 0.5 ∼ 3 중량부; 및
무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌 수지 1 ∼ 10 중량부;
를 포함하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물.
[화학식 2]
Figure 112015050211795-pat00005

(상기 화학식 2에서, R은 탄소수 1 내지 6의 알킬기가 치환 또는 비치환된 페닐기 또는 나프탈렌기를 나타낸다)
Based on 100 parts by weight of a resin component comprising 65 to 75% by weight of a polypropylene resin and 25 to 35% by weight of an L- or D-polylactic acid resin,
3 to 10 parts by weight of poly (ethylene-n-butyl acrylate-glycidyl methacrylate) having a melt index (MI) of 2 to 10 g / 10 min (190 캜, 2.16 kg load)
15 to 20 parts by weight of glass fiber having a length of 1 to 10 mm and a cross-sectional diameter of 10 to 20 占 퐉;
0.5 to 3 parts by weight of an aromatic sulfonic acid represented by the following formula (2); And
1 to 10 parts by weight of a polypropylene resin grafted with maleic anhydride;
Wherein the polypropylene-poly lactic acid composite material composition is a polypropylene-polylactic acid composite material composition.
(2)
Figure 112015050211795-pat00005

(Wherein R represents a phenyl group or a naphthalene group in which the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is substituted or unsubstituted)
제 1 항에 있어서,
상기 폴리프로필렌 수지는 폴리프로필렌 단일중합체, 폴리프로필렌블록공중합체 또는 이들의 혼합물이며, 상기 폴리프로필렌 수지의 용융지수(MI)가 10 ∼ 40 g/10분(230℃, 2.16kg 하중)인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the polypropylene resin is a polypropylene homopolymer, a polypropylene block copolymer or a mixture thereof, and the polypropylene resin has a melt index (MI) of 10 to 40 g / 10 min (230 DEG C, 2.16 kg load) By weight based on the total weight of the polypropylene-polylactic acid composite material composition.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리프로필렌 수지는 신생품이거나, 또는 산업분야 혹은 가정에서 폐기되는 폴리프로필렌 소재의 성형품을 회수한 재생품인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the polypropylene resin is a new product or a recycled product obtained by recovering a molded article of polypropylene which is discarded in an industrial field or a home.
제 1 항에 있어서,
상기 L- 혹은 D-폴리유산 수지는 용융지수(MI) 5 ∼ 40 g/10분(190℃, 2.16kg 하중)인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the L- or D-poly lactic acid resin has a melt index (MI) of 5 to 40 g / 10 min (190 캜, 2.16 kg load).
제 1 항에 있어서,
상기 폴리(에틸렌-n-부틸 아크릴레이트-글리시딜 메타아크릴레이트)는 에틸렌 단량체 50 ∼ 80 중량%, n-부틸 아크릴레이트 15 ∼ 20 중량% 및 글리시딜 메타아크릴레이트 1 ∼ 10 중량%를 공중합하여 제조된 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the poly (ethylene-n-butyl acrylate-glycidyl methacrylate) comprises 50 to 80% by weight of an ethylene monomer, 15 to 20% by weight of n-butyl acrylate and 1 to 10% by weight of glycidyl methacrylate Polypropylene-polyglycolic acid composite material composition.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌 수지는 중량평균분자량(Mw) 50,000 ∼ 250,000 g/mol이고, 무수말레인산이 0.1 ∼ 5 중량% 그라프트되어 있는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌-폴리유산 복합재료 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the polypropylene resin grafted with maleic anhydride has a weight average molecular weight (Mw) of 50,000 to 250,000 g / mol and 0.1 to 5% by weight of maleic anhydride grafted.
190 ∼ 210 ℃ 온도에서 폴리프로필렌 수지 65 ∼ 75 중량%와 L- 혹은 D- 폴리유산 수지 25 ∼ 35 중량%의 비율을 이루고 있는 수지성분을 용융 및 혼련하는 과정,
상기 수지성분 100 중량부에, 용융지수(MI)가 2 ∼ 10 g/10분(190 ℃, 2.16 kg 하중)인 폴리(에틸렌-n-부틸 아크릴레이트-글리시딜 메타아크릴레이트) 3 ∼ 10 중량부, 길이가 1 ∼ 10 mm인 단섬유이며, 단면 직경 사이즈가 10 ∼ 20 ㎛인 유리섬유 15 ∼ 20 중량부, 하기 화학식 2로 표시되는 방향족 술폰산 0.5 ∼ 3 중량부 및 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌 수지 1 ∼ 10 중량부를 포함하는 첨가제를 첨가하여 복합재료 조성물을 제조하는 과정, 및
상기 복합재료 조성물을 사출 성형하여 성형품을 제조하는 과정,
을 포함하는 복합재료의 제조방법.
[화학식 2]
Figure 112015050211795-pat00006

(상기 화학식 2에서, R은 탄소수 1 내지 6의 알킬기가 치환 또는 비치환된 페닐기 또는 나프탈렌기를 나타낸다)
Melting and kneading a resin component having a ratio of 65 to 75% by weight of a polypropylene resin and 25 to 35% by weight of an L- or D-polylactic acid resin at a temperature of 190 to 210 ° C,
(Ethylene-n-butyl acrylate-glycidyl methacrylate) having a melt index (MI) of 2 to 10 g / 10 min (at 190 占 폚 under a load of 2.16 kg) 15 to 20 parts by weight of glass fibers having a diameter of 10 to 20 mu m, 0.5 to 3 parts by weight of an aromatic sulfonic acid represented by the following formula (2) 1 to 10 parts by weight of a polypropylene resin,
A process for producing a molded article by injection molding the composite material composition,
≪ / RTI >
(2)
Figure 112015050211795-pat00006

(Wherein R represents a phenyl group or a naphthalene group in which the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is substituted or unsubstituted)
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