KR102046137B1 - 재생 pc/abs 수지 컴파운드를 이용한 자동차 내비게이션 커버의 제조방법. - Google Patents

재생 pc/abs 수지 컴파운드를 이용한 자동차 내비게이션 커버의 제조방법. Download PDF

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Abstract

본 발명은 재생 PC/ABS 수지 조성물을 이용한 자동차 내비게이션 커버의 제조방법에 관한 것으로, 재생 PC/ABS 수지 컴파운드를 성형하는 공정을 포함하되, 상기 재생 PC/ABS 수지 컴파운드는 재생 PC 수지 및 재생 ABS 수지를 혼합하여 재생 PC/ABS 수지를 제조하는 단계, 상기 재생 PC/ABS 수지에 강도 보강 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물을 압출하여 수지 컴파운드를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

재생 PC/ABS 수지 컴파운드를 이용한 자동차 내비게이션 커버의 제조방법.{Manufacturing Method of Car Navigation Cover Using Recycled PC/ABS Resin Compound}
본 발명은 재생 PC/ABS 수지 컴파운드를 이용한 자동차 내비게이션 커버의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 재생 PC/ABS 수지를 원료로 한 내후성, 강성, 성형성이 우수한 수지 컴파운드를 적용하여 자동차 내비게이션 커버를 제조하는 방법에 관한 것이다.
폴리카보네이트(PC) 수지는 건축용 햇빛 가림막, 생수통 등의 다양한 용도에 적용되며, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지는 이동 통신용 안테나 커버, 가전제품의 케이스 등에 적용되는 것으로 사용 후 폐기물을 재활용하기 위한 기술들이 개발되고 있다.
예를 들어, 대한민국 공개특허공보 10-2000-0062906호에는 재생 PC/ABS 수지의 제조하여 바닥재 재료로 사용하는 기술이 개시되어 있는데, 이를 위하여 분리 세척제를 이용하여 불순물을 제거하고 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 10-0884222호에서는 ABS 수지에 PC를 첨가하되 B/A 비를 한정함으로써 원하는 물성의 재생 수지를 제조하고 있고, 대한민국 공개특허공보 10-2018-0009144호에서는 PC와 ABS를 공압출하여 PC/ABS 수지를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
그러나 상기 선행기술들에서는 PC와 ABS의 세척 조건, 혼합 비율, 혼합 조건 등을 최적화하고 있을 뿐으로 재생 PC/ABS의 재활용 용도에 따른 물성의 조절에 대해서는 언급되어 있지 않다.
한편, 대한민국 등록특허공보 10-1271250호에서는 PC/ABS 수지에 대하여 산화방지제, 분산제, 염료, 보강제, 난연제, 폐SAN 등의 첨가제를 첨가함으로써 목적하는 인장강도, 충격강도, 용융지수, 굴곡강도, 난연도, 컬러도 등의 특성을 달성하고 있다.
상기 선행기술에서는 폐SAN 및 보강제를 혼합하여 PC/ABS 수지의 박리 현상을 억제하고 성형성을 향상시키고는 있으나, 상기 제조된 PC/ABS 수지의 물성은 강성을 요구하는 자동차 내비게이션 커버에 적용하기에 부족한 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2000-0062906호 대한민국 등록특허공보 10-0884222호 대한민국 공개특허공보 10-2018-0009144호 대한민국 등록특허공보 10-1271250호
본 발명은 상기와 같은 종래기술을 감안하여 안출된 것으로서, 재생 PC/ABS 수지 컴파운드를 이용하여 자동차 내비게이션 커버로 성형할 수 있는 물성을 나타내는 자동차 내비게이션 커버의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 자동차 내비게이션 커버의 제조방법은 재생 PC/ABS 수지 컴파운드를 성형하는 공정을 포함하는 자동차 내비게이션 커버를 제조하는 방법으로서, 상기 재생 PC/ABS 수지 컴파운드는 재생 PC 수지 및 재생 ABS 수지를 혼합하여 재생 PC/ABS 수지를 제조하는 단계, 상기 재생 PC/ABS 수지에 강도 보강 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물을 압출하여 수지 컴파운드를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 재생 PC/ABS 수지는 ABS에 대한 PC의 중량비(PC/ABS)가 1.85 내지 3.00인 것이 바람직하다.
또한, 상기 강도 보강 첨가제는 실란 커플링제 및 알루미나 나노 입자일 수 있으며, 상기 알루미나 나노 입자는 직경이 200 내지 500㎚이고 폭이 2 내지 5㎚인 알루미나 나노로드(nano rod)일 수 있다.
또한, 상기 재생 PC/ABS 수지에 신 PC/ABS 수지를 추가적으로 혼합할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차 내비게이션 커버의 제조방법은 재생 PC/ABS 수지 컴파운드를 이용하여 자동차 내비게이션 커버에 적합한 내후성, 강성, 성형성이 우수한 자동차 내비게이션 커버를 제조할 수 있는 효과를 나타낸다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에서 사용하는 용어인 재생 PC/ABS 수지 컴파운드는 재생 PC/ABS 수지와 첨가제를 혼합하여 제조한 재생 PC/ABS 조성물을 압출 성형하여 제조한 재생 수지 컴파운드를 가리키는 용어이다. 또한, 신 PC/ABS 수지는 재생 수지가 아닌 일반 PC/ABS 수지를 가리키는 용어이다.
본 발명에 따른 자동차 내비게이션 커버를 제조하는 방법은 수지 컴파운드를 성형함으로써 제조하는 것이다. 상기 성형 방법은 통상적인 성형 방법이라면 어떠한 것이라도 적용할 수 있으며, 사출 성형, 압출 성형, 프레스 성형 등의 방법으로 제조할 수 있다. 특히, 사출 장치 내에 PC/ABS 수지 컴파운드를 투입하고 이를 용융시킨 상태에서 금형에 사출하는 사출 성형이 유리하다.
상기 성형 공정에 사용되는 수지 컴파운드로 재생 PC/ABS 수지 컴파운드를 사용하는데, 상기 재생 PC/ABS 수지 컴파운드는 재생 PC 수지 및 재생 ABS 수지를 혼합하여 재생 PC/ABS 수지를 제조하는 단계, 상기 재생 PC/ABS 수지에 강도 보강 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물을 압출하여 수지 컴파운드를 제조하는 단계를 포함한다.
상기 재생 PC 수지 및 재생 ABS 수지는 폐플라스틱을 분쇄한 분쇄물이며, 오물, 이물질 등을 제거하기 위하여 세척 공정을 통해 전처리하는 것이 바람직하다. 상기 세척 공정은 고속 세척기나 일반 세척기를 이용할 수 있고, 세척 후에는 건조기를 사용하여 수분을 제거한 후 사용하는 것이 바람직하다.
상기 재생 PC/ABS 수지 컴파운드는 상기와 같이 전처리된 재생 PC 수지 및 재생 ABS 수지를 혼합하고 이를 이축 압출기를 이용하여 압출 성형함으로써 제조될 수 있다. 이축 압출기를 이용하여 압출 성형하기 때문에 상기 폐플라스틱은 5~30㎜의 크기로 분쇄하는 것이 바람직하며, 12~16㎜의 크기로 분쇄하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 분쇄물의 크기가 너무 크면 이축 압출기에서 압출 공정을 수행할 때 공정속도나 효율이 감소하게 되고 지나치게 작으면 미분이 발생하게 되므로 상기 범위로 분쇄하는 것이 바람직하다.
상기 이축 압출기를 통한 수지 컴파운드를 제조 과정에서 이축 압출기의 공정 조건을 최적화하는 것도 얻어진 수지 컴파운드의 물성에 영향을 미치게 된다. 상기 이축 압출기의 L/D(Length/Diameter)는 통상적인 조건으로 사용할 수 있으나, 1/32~1/52의 범위로 사용하는 것이 재현성 높은 물성을 얻을 수 있는 조건인 것으로 나타났다. 상기 범위를 벗어나는 경우 이축 압출기를 통과하면서 성분의 분산성이 나빠지며 성형 제품의 불량률도 높아지게 된다. 또한, 이축 압출기의 온도 범위는 220 내지 280℃가 적합한 것으로 나타났다.
특히, 알루미나 나노 입자 및 실란 커플링제를 첨가할 때 수지 내 분산성이 매우 중요한 요소가 되므로 이축 압출기의 통과 속도와 온도를 최적화하여야 본 발명에서 요구되는 수지 컴파운드의 물성을 얻을 수 있는 것으로 나타났다.
본 발명에서 상기 재생 PC/ABS 수지는 ABS에 대한 PC의 중량비(PC/ABS)가 1.85 내지 3.00인 것이 바람직하다. 이는 자동차 내비게이션 커버의 용도에 적합한 내후성, 강성, 성형성을 확보하기 위한 것으로, 상기 범위를 벗어나 PC의 함량이 지나치게 적거나 지나치게 많은 경우 내후성, 강성, 성형성이 나빠지는 것으로 나타났다.
또한, 상기 수지 컴파운드를 제조할 때 PC/ABS의 물성을 조절하기 위하여 재생 PC/ABS의 혼합 시 강도 보강용 첨가제를 추가적으로 혼합할 수 있으며, 필요에 따라 제조된 재생 PC/ABS 수지에 신 PC/ABS 수지를 추가적으로 혼합할 수도 있다.
이러한 추가 혼합에 의하여 제조되는 수지 컴파운드의 물성을 맞출 수 있는데, 신 PC/ABS 수지는 시판되는 PC/ABS 수지라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으며, 요구되는 최종 물성을 달성하기 위하여 추가적으로 부가되는 것이므로 물성에 따라 첨가량이 달라질 수 있다.
상기 강도 보강용 첨가제로는 실란 커플링제 및 알루미나 나노입자를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 실란 커플링제는 PC와 ABS의 결합력을 향상시킴으로써 기계적 강도를 향상시키기 위하여 사용되는 것으로서, PC/ABS 수지 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 5 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나 실란 커플링제의 함량이 지나치게 적으면 수지 컴파운드의 기계적 강도를 향상시킬 수 없고, 지나치게 많으면 압출 공정에서 공정 불량이 발생하게 된다.
상기 실란 커플링제로는 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필실세스퀴옥산, 벤질아미노실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란 등의 아미노실란을 사용할 수 있는데, 특히 3-머캅토프로필트리메톡시실란을 사용하는 것이 상용성 및 공정비용의 면에서 바람직하다.
또한, 상기 알루미늄 나노 입자는 직경이 200 내지 500㎚이고 폭이 2 내지 5㎚인 알루미나 나노로드(nano rod)인 것이 바람직하다. 이는 나노 입자의 분산성 및 나노 입자의 혼합에 의한 강성의 향상을 위하여 선택되는 것인데, 상기 범위를 벗어나 직경이나 폭이 지나치게 큰 나노 입자는 분산성이 떨어지기 때문에 수지 컴파운드의 물성이 감소하는 것으로 나타났고, 직경이나 폭이 너무 작은 나노 입자는 취급이 어렵고 원료의 단가가 지나치게 비싸 경제적이지 못하므로 상기 범위의 나노 입자를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 알루미나 나노 입자는 PC/ABS 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 범위를 벗어나 알루미나 나노 입자의 함량이 지나치게 적으면 알루미나 나노 입자로 인한 강성의 향상을 기대할 수 없고, 지나치게 많으면 실란 커플링제와의 상용성이 떨어지고 PC/ABS 수지에서의 분산성이 감소하여 공정 불량과 물성 저하를 유발한다.
또한, 상기 알루미나 나노 입자 대신 나노클레이, 탄소나노튜브, 실리카 나노 입자 등을 사용할 수도 있으나, 나노클레이나 실리카 나노 입자와 같이 나노로드 구조가 아닌 나노 입자의 경우 실란 커플링제와의 상용성이 떨어지고, 탄소나노튜브를 사용하는 경우에도 실란커플링제와의 상용성 및 수지 내 분산성이 높지 않은 것으로 나타났다.
본 발명에 따른 제조방법의 효과를 확인하기 위하여 표 1과 같은 조성으로 수지 컴파운드를 제조하였다.
PC/ABS 수지 혼합물은 L/D=1/40의 이축 압출기를 통과시키며 압출 온도를 Feeder부 230℃, 실린더부 240~270℃, 다이부(노즐) 280℃로 하여 압출공정을 수행하였다.
표 1에서 구성성분의 단위는 중량부이며, 탄소나노튜브는 NANOCYL사의 NC7000을 사용하였고, 알루미나 나노 입자는 암스텍(ARMSTEC)사의 L100S를 정제하여 직경과 폭이 본 발명의 범위에 속하는 재료를 사용하였으며, 실란 커플링제는 시그마-알드리치(SIGMA-ALDRICH)사에서 입수한 3-머캅토프로필트리메톡시실란을 사용하였다.
PC ABS PC/ABS 커플링제 알루미나
비교예1 70 30 2.33 - -
비교예2 70 30 2.33 2 -
비교예3 70 30 2.33 2 12
비교예4 70 30 2.33 - 5
실시예1 70 30 2.33 1 1
실시예2 70 30 2.33 1 3
실시예3 70 30 2.33 1 5
실시예4 65 35 1.86 1 10
실시예5 72 28 2.57 1 3
제조된 각 시료에 대한 인장강도 및 충격강도를 평가한 결과는 표 2와 같다. 상기 인장강도(Tensile strength)는 ASTM D638에 의거하여 Tinius Olsen사의 UTM(Universal Testing Machine) H25K-T모델로 측정하였으며, 충격강도(Izod Impact)는 동일 업체의 Impact104모델로 ASTM D256 방법으로 측정하였다.
인장강도
(MPa)		 충격강도
(J/m)
비교예1 39 421
비교예2 40 425
비교예3 38 415
비교예4 38 405
실시예1 52 525
실시예2 54 522
실시예3 59 537
실시예4 58 535
실시예5 59 528
표 2의 결과를 살펴보면, 본 발명에 따른 수지 컴파운드는 인장강도와 충격강도에 있어 더 나은 효과를 나타내고 있으며, 이러한 결과는 상기 수지 컴파운드를 사용하여 성형되는 자동차 내비게이션 커버의 물성과도 밀접한 연관이 있는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1과 동일한 조건으로 수지 컴파운드를 제조하되 알루미늄 나노 입자 대신 탄소나노튜브(외부 직경 10 내지 20㎚, 최대 내부 직경 5㎚, 길이 100 내지 20,000nm)를 적용하여 제조한 수지 컴파운드는 인장강도가 40MPa, 충격강도가 422J/m로 나타나 본 발명의 수지 컴파운드에 비해 물성이 떨어지는 것으로 나타났다. 따라서 알루미늄 나노 입자를 사용할 때 더 나은 효과를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
내비게이션 커버를 성형하기 위해 수지 컴파운드에 요구되는 물성은 인장강도가 50 내지 55MPa, 충격강도가 500 내지 550J/m인데, 실시예 1 내지 5에서는 이러한 물성을 충족시키는 것으로 나타나 본 발명의 재생 PC/ABS 수지 컴파운드를 사용하면 내비게이션 커버 양품을 생산할 수 있는 것으로 나타났다.
알루미나 나노 입자를 첨가할 때 물성이 향상되는 원인에 대하여 다양한 실험 결과를 종합해보면, PC/ABS 수지 내에 분산될 때 강도뿐만 아니라 내크랙성도 향상시키는 것으로 나타났다. 이는 알루미나 나노입자가 크랙에 더 많은 에너지를 소모하도록 하기 때문인 것으로 파악되었다. 또한, 알루미나 자체의 열전도성으로 인하여 성형 과정에서 충분한 내열성을 달성하여 제조되는 성형품의 강도를 증진시키는 것으로 파악되었다. 이러한 알루미나 나노 입자를 적용할 때의 성형품의 특성은 열 전도율이 상대적으로 낮은 실리카에서는 나타나지 않는 것으로서, 탄소나노튜브를 첨가했을 때와 마찬가지로 실리카 나노 입자를 첨가하더라도 인장강도나 충격강도가 불충분한 것으로 나타났다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (5)

  1. 재생 PC/ABS(폴리카보네이트/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 수지 컴파운드를 성형하는 공정을 포함하는 자동차 내비게이션 커버를 제조하는 방법으로서,
    상기 재생 PC/ABS 수지 컴파운드는,
    재생 PC 수지 및 재생 ABS 수지를 혼합하여 재생 PC/ABS 수지를 제조하는 단계;
    상기 재생 PC/ABS 수지에 강도 보강 첨가제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 혼합물을 압출하여 수지 컴파운드를 제조하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 재생 PC/ABS 수지는 ABS에 대한 PC의 중량비(PC/ABS)가 1.85 내지 3.00이며,
    상기 강도 보강 첨가제는 실란 커플링제 및 알루미나 나노 입자이며,
    상기 실란 커플링제는 PC/ABS 수지 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 5 중량부를 사용하며,
    상기 알루미나 나노 입자는 PC/ABS 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부를 사용하며,
    상기 알루미나 나노 입자는 직경이 200 내지 500㎚이고 폭이 2 내지 5㎚인 알루미나 나노로드(nano rod)인 것을 특징으로 하는 재생 PC/ABS 수지 조성물을 이용한 자동차 내비게이션 커버의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 재생 PC/ABS 수지에 신 PC/ABS 수지를 추가적으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 재생 PC/ABS 수지 조성물을 이용한 자동차 내비게이션 커버의 제조방법.
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