KR20040002075A - 자동차 외장재용 폴리올레핀계 복합수지 조성물 - Google Patents

자동차 외장재용 폴리올레핀계 복합수지 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 외장재용 폴리올레핀계 복합 수지 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 결정성 에틸렌-프로필렌 공중합체 40 ∼ 70 중량%, 메탈로센 촉매를 사용하여 제조된 에틸렌-프로필렌-다이엔 고무 5 ∼ 15 중량%, 에틸렌-α-올레핀 공중합체 10 ∼ 30 중량%, 평균 입자 크기가 1 ∼ 5 ㎛인 무기질 보강재 10 ∼ 20 중량%, 평균 입자 크기가 10 ∼ 100 ㎛인 알루미늄 플레이크 0.1 ∼ 2.0 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하며, 고강성, 내충격성, 내열성이 우수하여 성형품을 경량화 할 수 있고, 외관이 화려한 몰드 인 칼라 성형품을 제조할 수 있어서 특히 자동차 외장재용 부품의 재료로 적합한 폴리올레핀계 복합수지 조성물에 관한 것이다.

Description

자동차 외장재용 폴리올레핀계 복합수지 조성물{A polyolefin resin composition for an automobile outerior}
본 발명은 폴리올레핀계 복합수지 조성물에 관한 것으로서, 특히 강성 및 유동성이 우수하여 성형품을 경량화 할 수 있고, 화려한 몰드 인 칼라 성형품을 제조할 수 있어서 자동차 외장재용 부품의 재료로 적합한 복합수지 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 범퍼용 수지 조성물은 결정성의 에틸렌-프로필렌 공중합체를 기본으로 하여 충격 보강재인 에틸렌-프로필렌 고무나 에틸렌-α-올레핀 공중합체 등을 포함하고, 여기에 강성을 보강하기 위해 무기 충진재를 포함한다. 그래서 기본적으로 폴리프로필렌을 매트릭스로 하여 고무와 무기 충진제가 분산되어 있으며, 가공성과 상용성을 향상시키기 위해 각종 첨가제가 첨가되기도 한다. 이와 관련된 특허로는 USP 5484824호, USP 5045589호, USP 4439573호, EP 476926호 등이 있다.
그러나 이러한 종래의 복합수지 조성물들은 유동성이 부족하여 성형품의 충진을 어렵게 하고, 또한 강성이 부족하여 성형품이 변형을 쉽게 일으킬 수 있기 때문에 점점 두께가 얇아지고 있는 범퍼 등 자동자 외장용품의 요구를 충족시키기에는 부족한 실정이었고, 특히 표면경도가 낮아서 몰드 인 칼라 범퍼에 적용하기에는 만족스럽지 못하였다.
최근 자동차 외장재 중 범퍼는 폴리프로필렌을 기본으로 하는 복합수지 조성물로서 점점 디자인이 다양해지고 크기 또한 대형화되는 반면, 자동차의 경량화 요구에 따라 두께는 점차 얇아지는 추세에 있다. 따라서 자동차 범퍼용 수지 조성물에 대해 요구되는 특성 또한 우수한 유동성(성형성), 기계적 강성, 내열성, 내충격성이 요구되고 있다.
또한 종래에 사용되고 있는 몰드 인 칼라 범퍼의 경우, 단색 칼라를 사용하기 때문에 성형품의 외관이 단조로워 보이며, 표면 경도 및 성형성이 만족스럽지 못하여 이에 대한 신제품의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 에틸렌-프로필렌 공중합체를 사용하여 우수한 강성, 내열성, 내충격성의 특성을 지니면서 유동성이 우수하여 사출 성형품의 두께를 줄여 경량화 할 수 있고, 특히, 알루미늄 플레이크를 사용하여 표면 경도 및 성형품 외관을 크게 개선 하므로서 몰드 인 칼라의 성형품에도 적용할 수 있는 폴리올레핀계 복합수지 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명은 결정성 에틸렌-프로필렌 공중합체 40 ∼ 70 중량%, 메탈로센 촉매를 사용하여 제조된 에틸렌-프로필렌-다이엔 고무 5 ∼ 15 중량%, 에틸렌-α-올레핀 공중합체 10 ∼ 30 중량%, 평균 입자 크기가 1 ∼ 5 ㎛인 무기질 보강재 10 ∼ 20 중량%, 평균 입자 크기가 10 ∼ 100 ㎛인 알루미늄 플레이크 0.1 ∼ 2.0 중량%를 포함하는 폴리올레핀계 복합 수지 조성물을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 폴리올레핀계 복합수지 조성물은 (A) 용융 흐름 지수가 40 ∼ 120 g/10분( 230℃, 2.16 kg )이며, 에틸렌-프로필렌 고무의 함량이 0.5 ∼ 15 중량% 인 결정성 에틸렌-프로필렌 공중합체 40 ~ 70 중량%, (B) 125 ℃ 에서의 무니점도가 10 ∼ 50 ML 1+4 인 에틸렌-프로필렌-다이엔 고무 5 ∼ 15 중량%, (C) 121 ℃ 에서의 무니점도가 1 ∼ 35 ML 1+4인 에틸렌-α-올레핀 공중합체 고무( 옥텐 : 20 ∼ 50 중량% ) 10 ∼ 30 중량%, (D) 평균 입자 크기가 1 ∼ 5 ㎛ 인 무기질 보강재 10 ∼ 20 중량%, (E) 평균 입자 크기가 10 ∼ 100 ㎛ 인 알루미늄 플레이크 0.1 ∼ 2.0 중량% 를 포함하며, 이외에도 성형품의 성능 및 가공상의 특성을 향상시키기 위하여 산화방지제, 자외선 흡수제, 광 안정제, 안료, 분산제, 핵제, 가공윤활제, 커플링제 등의 첨가제을 포함할 수 있다.
성분 (A)인 결정성 에틸렌-프로필렌 공중합체는 에틸렌 모노머의 함량이 1 ∼ 10 중량%, 바람직하게는 4 ∼ 7 중량%이고, 중량 평균 분자량은 100,000 ∼ 250,000 g/mol이며, 공중합체 중 프로필렌의 아이소택틱 지수는 C13-NMR 측정법으로 96 %이상, 바람직하게는 97 %이상이고, 하중 2.16 kg 및 230 ℃의 온도에서 용융흐름지수가 40 ∼ 120 g/10분, 바람직하게는 60 ∼ 100 g/10분인 것을 사용한다.
본 발명에서, 상기 결정성 에틸렌-프로필렌 공중합체의 아이소택틱 지수가 96 % 미만이면 성형품의 강성 및 표면경도가 만족스럽지 않고, 용융흐름지수가 60 g/10분 미만이면, 유동성 및 성형성이 저하되며, 100 g/10분 이상이면, 성형품의 내충격성이 현격하게 저하된다.
성분 (B)인 에틸렌-프로필렌-다이엔 고무는 메탈로센계 촉매하에서 3원 공중합된 하이드로 카본 고무로서, 프로필렌의 함량이 20 ∼ 40 중량%, 무니점도가 125 ℃에서 10 ∼ 50 ML1+4이고, 5-에틸다이엔-2-노보렌 함량이 0.1 ∼ 2.0 중량%인 것을 사용한다. 메탈로센계 촉매로 공중합된 에틸렌-프로필렌-다이엔 고무는 종래의 에틸렌-프로필렌-다이엔 고무와는 달리 보다 균일한 물성을 지니고 있어서 복합 수지 조성물의 최종 물성을 일정하게 유지시켜 준다.
성분 (C)인 에틸렌-α-올레핀 공중합체는 메탈로센계 촉매하에서 공중합된 고무성분으로서, 옥텐 함량이 20 ∼ 50 중량%, 무니점도가 121 ℃에서 1 ∼ 35 ML1+4이며, 유리전이온도는 -50 ∼ -65℃인 것을 사용한다. 유리전이 온도가 -50℃ 을 초과할 경우 저온충격성이 저하하게 되며, -65℃ 미만일 경우 강성이 저하된다.
성분 (D)인 무기질 보강재는 강성 보강을 위해 첨가되는 것으로서, 사용하였고, 평균 입자 크기가 1 ∼ 5 ㎛인 탈크 10 ∼ 20 중량%를 사용한다.
성분 (E)는 별도의 도장 처리 과정을 거치지 않더라도 성형품의 외관을 화려하게하기 위해서 알루미늄 플레이크를 사용한다. 이 때 사용되는 알루미늄 플레이크는 평균 입자 크기가 10 ∼ 100㎛이며, 알루미늄 피그먼트의 순도는 99.7%이상인 것을 사용하되, 상기 성분 (A), (B) 및 (C)와의 상용성을 좋게 하기 위해서 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 캐리어로 마스터 배치를 만든 알루미늄 피그먼트를 사용한다.
본 발명에서 알루미늄 플레이크의 평균 입자 크기가 10 ㎛ 미만이면, 알루미늄 피그먼트의 표면적이 너무 낮아 성형품의 표면으로 이행이 되지 않으며, 평균 입자 크기가 100㎛ 를 초과하면, 성형품의 외관은 화려하나 웰드라인 및 내충격성이 저하되고, 또한 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 캐리어로 마스터배치를 만들지 않을 경우, 사출 성형시 성형품에 알루미늄 피그먼트가 몰리는 현상이 발생된다.
본 발명의 수지 조성물은 상기 5가지 주요성분 이외에도 성형품의 성능 및 가공상의 특성을 향상시키기 위하여 1,2차 산화방지제, 자외선 흡수제, 광 안정제, 안료, 분산제, 핵제, 가공윤활제, 커플링제 등의 첨가제가 바람직하게 첨가될 수 있다.
또한, 본 발명의 수지 조성물은 상기 구성성분들을 슈퍼믹서에서 균일하게 혼합한 후, 2축 압출기를 사용하여 180 ∼ 220 ℃ 온도에서 회전수 100 ∼ 300 RPM의 조건으로 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예
다음 표 1 내지 표 4에 나타낸 원료를 사용하여 다음 표 5의 조성비율에 따라 복합수지 조성물을 제조하고, 사출 성형기( 모델 : SPF-150 , 현대정공)를 사용하여 상기 수지 조성물을 실린더 온도 220℃ 및 금형온도 50℃ 에서 사출 성형하여 시험편을 제조하였다.
실시예 1 ~ 9에 따라 제조된 시험편에 대하여 다음과 같은 방법을 물성을 측정하고, 그 결과를 다음 표 5 에 수록 하였다.
상기 표 5에 나타낸 물성에 대한 시험방법은 다음과 같다.
< 시험 방법 >
(1) 용융흐름지수(MFR) : ASTM D1238( 230℃, 2160g ) 규정에 따라 측정하였다.
(2) 인장강도 : ASTM D638( TYPE I, 속도 : 50mm/min ) 규정에 따라 측정하였다.
(3) 굴곡탄성률 : ASTM D790( 속도 : 10mm/min ) 규정에 따라 측정하였다.
(4) 아이조드 충격강도 : ASTM D256( 23℃, -30℃ ) 규정에 따라 측정하였다.
(5) 열변형온도 : ASTM D648( 하중 : 4.16kg ) 규정에 따라 측정하였다.
(6) 로크웨경도 : ASTM D785 규정에 따라 측정하였다.
(7) 흐름성( 성형성 ) : 수지의 흐름성을 측정하기 위해 두께 4mm, 폭 10mm, 길이 1500mm의 나선형 모양을 하고 있는 금형으로 220℃의 온도로 사출 성형하여 수지의 유동 거리를 측정하였다.
(8) 외관 :
◎ 알루미늄 피그먼트가 성형품 표면에 전체적으로 고르게 분포되어 있으며, 알루미늄 피그먼트가 표면에 잘 이행되어 표면이 화려하며, 웰드라인 발생이 적음.
○ 알루미늄 피그먼트가 성형품 표면에 전체적으로 고르게 분포되어 있으며, 알루미늄 피그먼트가 표면에 잘 이행되어 표면이 화려하며, 웰드라인 발생이 심함.
△ 알루미늄 피그먼트가 성형품 표면에 고르게 분포되지 않거나, 알루미늄 피그먼트가 표면에 이행이 잘 안됨, 웰드라인 발생이 적음.
× 알루미늄 피그먼트가 성형품 표면에 고르게 분포되지 않거나, 알루미늄피그먼트가 표면에 이행이 잘 안됨, 웰드라인 발생이 심함.
본 발명의 폴리올레핀계 복합수지 조성물은 성형품의 강성 및 유동성(성형성)을 향상시켜 주고, 두께를 줄여 제품을 경량화 하며, 알루미늄 플레이크를 사용하여 성형품 외관을 화려하게 하므로서 몰드 인 칼라의 성형품에 적용할 수 있어서 도장 처리 과정에 소요되는 비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다. 따라서 자동차 외장재, 특히 범퍼의 경량화와 비용절감에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (6)

  1. 결정성 에틸렌-프로필렌 공중합체 40 ∼ 70중량%, 메탈로센 촉매를 사용하여 제조된 에틸렌-프로필렌-다이엔 고무 5 ∼ 15중량%, 에틸렌-α-올레핀 공중합체 10 ∼ 30중량%, 평균 입자 크기가 1 ∼ 5 ㎛인 무기질 보강재 10 ∼ 20중량%, 평균 입자 크기가 10 ∼ 100 ㎛인 알루미늄 플레이크 0.1 ∼ 2.0중량% 를 포함하는 것을 특징으로 폴리올레핀계 복합수지 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 결정성 에틸렌-프로필렌 공중합체는 용융 흐름 지수가 60 ∼ 100g/10분( 230℃, 2.16kg )이며, 에틸렌-프로필렌 고무의 함량이 0.5 ∼ 15중량%인 것을 특징으로 하는 복합수지 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 에틸렌-프로필렌-다이엔 고무는 프로필렌의 함량이 20 ∼ 40중량%, 무니점도가 125℃에서 10 ∼ 50 ML 1+4이고, 5-에틸다이엔-2-노보렌의 함량이 0.1 ∼ 2.0중량%인 것을 특징으로 하는 복합수지 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 에틸렌-α-올레핀 공중합체는 옥텐의 함량이 20 ∼ 50중량%, 무니점도가 121 ℃에서 1 ∼ 35 ML 1+4이며, 유리전이온도는 -50 ∼ -65℃인 것을 특징으로 하는 복합수지 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 알루미늄 플레이크는 알루미늄 피그먼트의 순도가 99.7% 이상인 것을 특징으로 하는 복합수지 조성물.
  6. 상기 청구항 1 의 폴리올레핀계 복합수지 조성물을 사용하여 몰드 인 칼라로 제조된 자동차 외장재용 부품.
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