KR20170135352A

KR20170135352A - 폴리올레핀계 수지를 이용한 소재 단일화를 통해 재활용 가능한 차량용 매트 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20170135352A
Application number: KR1020160067132A
Authority: KR
Inventors: 오해선; 이재연; 서석훈; 최필준; 고재왕
Original assignee: 진양화학 주식회사; 한국신발피혁연구원
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2017-12-08
Also published as: KR101941430B1

Abstract

본 발명은 난연성 및 내마모성이 우수하여 차량용 매트의 물성을 만족함은 물론 친환경적이고 재활용할 수 있는 차량용 매트의 시트층, 원단층 및 접착층을 제조하기 위해 폴리올레핀계 수지를 이용한 소재 단일화를 통해 재활용 가능한 차량용 매트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 폴리올레핀계 엘라스토머 및 폴리프로필렌이 혼합 비율 1:1로 포함되는 수지 혼합물을 제조하는 제1 단계와, 상기 수지 혼합물에 발포제를 첨가하고 발포하여 하층 시트부를 제조하는 제2 단계와, 폴리프로필렌 원사를 이용하여 상층 카펫부를 제조하는 제3 단계 및 폴리올레핀계 엘라스토머로 제조된 핫멜트 필름 접착제를 이용하여 상기 하층 시트부 및 상층 카펫부를 합지하는 제4 단계를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다.

Description

폴리올레핀계 수지를 이용한 소재 단일화를 통해 재활용 가능한 차량용 매트 및 이의 제조방법 {Car mat using polyolefin resin and manufacturing method thereof}

본 발명은 폴리올레핀계 수지를 이용한 소재 단일화를 통해 재활용 가능한 차량용 매트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 난연성 및 내마모성이 우수하여 차량용 매트의 물성을 만족함은 물론 친환경적이고 재활용할 수 있는 차량용 매트의 하층 시트부, 상층 카펫부 및 접착제를 제조하기 위해 폴리올레핀계 수지를 이용한 소재 단일화를 통해 재활용 가능한 차량용 매트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 대표적인 운송수단으로써, 이동 시 바닥으로부터 진동이 발생하고 외부로부터의 소음이 지붕, 도어, 창문 등으로 자동차 내부에 전달되며, 자동차를 탑승할 때 외부먼지나 이물질 등이 함께 유입될 수 있다. 이에, 진동이나 소음의 저감뿐만 아니라, 이물질의 제거가 용이한 차량용 매트가 요구되며, 상기 효과 외에도 제자리의 발구름의 양호한 느낌을 주는 역할도 필요하다. 따라서, 자동차용 보조매트에 있어서, 쿠션성, 밀착성, 흡음성 및 보온성의 부여를 위해 카펫(Carpet; 양탄자) 형태가 유용하게 이용되어 오고 있다.

현재 사용되고 있는 차량용 매트를 제조하는 방법은 크게 2가지로 나눌 수 있는데, 1차 성형가공과 2차 발포성형 공정을 통하여 폴리우레탄 발포체를 성형하여 차량용 매트를 제조하는 방법이 주로 쓰이며, 기존의 1차 성형가공과 2차 성형은 EPP PAD를 함께 이용한 발포 공정으로 PU FOAM PAD을 성형시킨 후, 핫멜트로 시트층 및 원단층을 부착하여 제조하는 방법도 사용된다.

특히, 차량의 바닥과 맞닿는 시트층은 PVC 또는 재활용 스크랩 수지를 이용하여 제조하고, 원단층은 나일론 원사를 사용하며, 상기 시트층 및 원단층을 접착하는 접착층은 용제형 또는 용액형 접착제를 사용한다.

그러나, 이러한 종래기술은 휘발성 유기화합물(total volatile organic compounds, TVOC)을 포함한 유해물질이 발생하여 인체에 유해하고, 시트층 및 원단층이 서로 다른 소재로 이루어져 있어 재활용할 시 완전히 분리해야 하므로 번거로움은 물론 많은 외력이 필요하며, 이때 유해물질에 노출되는 문제점이 있었다.

또한, 원단층에 사용되는 나일론은 강도, 유연성, 내마모성 등의 물성을 가지나 저렴하지 않은 비용으로 인해 제조단가가 상승하고, 재활용이 어려운 문제점이 있었다.

(실용신안문헌 1) 대한민국 등록실용신안공보 제20-0358658호 (2004년 08월 03일)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 휘발성 유기화합물을 포함한 유해물질이 발생하지 않고, 재활용이 가능하여 친환경적인 폴리올레핀계 수지를 이용한 소재 단일화를 통해 재활용 가능한 차량용 매트 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폴리올레핀계 수지를 이용한 소재 단일화를 통해 재활용 가능한 차량용 매트 및 이의 제조방법은 폴리올레핀계 엘라스토머 및 폴리프로필렌이 혼합 비율 1:1로 포함되는 수지 혼합물을 제조하는 제1 단계와, 상기 수지 혼합물에 발포제를 첨가하고 발포하여 하층 시트부를 제조하는 제2 단계와, 폴리프로필렌 원사를 이용하여 상층 카펫부를 제조하는 제3 단계 및 폴리올레핀계 엘라스토머로 제조된 핫멜트 필름 접착제를 이용하여 상기 하층 시트부 및 상층 카펫부를 합지하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 제1항에 있어서, 상기 제1 단계에서 제조된 수지 혼합물에는 산화방지제 및 징크 스테아레이트(Zinc stearate)가 더 포함되며, 상기 산화방지제 및 징크 스테아레이트의 함량은 상기 수지 혼합물에 대해 각각 0.2 내지 0.5phr인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 제1항에 있어서, 상기 제1 단계에서 제조된 수지 혼합물에는 에틸렌비닐아세테이트 공중합체(ethylene-vinyl acetate copolymer, EVA), 탄산칼슘 및 프로세스 오일 중 적어도 어느 하나 이상 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제3 단계에서의 폴리프로필렌 원사는 1,300 내지 1,400 데니아의 저섬도 폴리프로필렌 원사를 각각 합사 및 연사하여 제조된 2,600 내지 2,800 데니아의 고섬도 폴리프로필렌 원사인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 차량용 매트는 분쇄 및 압출하여 별도의 하층 시트부로 재활용 가능한 것을 특징으로 한다.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 폴리올레핀계 수지를 이용한 소재 단일화를 통해 재활용 가능한 차량용 매트 및 이의 제조방법은 폴리올레핀계 엘라스토머와 폴리프로필렌이 포함된 수지 혼합물로 하층 시트부를 제조하고, 폴리프로필렌 원사로 상층 카펫부를 제조하며, 폴리올레핀계 엘라스토머로 제조된 접착제로 하층 시트부 및 상층 카펫부를 합지함으로써 휘발성 유기화합물을 포함한 유해물질이 발생하지 않아 인체에 무해한 효과가 있다.

그리고, 폴리올레핀계 엘라스토머 및 폴리올레핀 소재인 폴리프로필렌으로 소재를 단일화하였으므로 폐기시 분리하지 않고 통째로 분쇄 및 압출하여 다시 재활용할 수 있어 친환경적이고 산업폐기물이 발생하지 않는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폴리올레핀계 수지를 이용한 소재 단일화를 통해 재활용 가능한 차량용 매트의 제조방법을 나타낸 플로차트이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폴리올레핀계 엘라스토머 및 폴리프로필렌이 혼합된 수지 혼합물로 제조된 하층 시트부의 인장강도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폴리올레핀계 엘라스토머 및 폴리프로필렌이 혼합된 수지 혼합물로 제조된 하층 시트부의 신율 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 EVA가 더 포함된 수지 혼합물로 제조된 하층 시트부의 인장강도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 EVA가 더 포함된 수지 혼합물로 제조된 하층 시트부의 신율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 탄산칼슘, EVA가 더 포함된 수지 혼합물로 제조된 하층 시트부의 인장강도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 탄산칼슘, EVA가 더 포함된 수지 혼합물로 제조된 하층 시트부의 신율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 프로세스 오일, 탄산칼슘, EVA가 더 포함된 수지 혼합물로 제조된 하층 시트부의 인장강도를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 프로세스 오일, 탄산칼슘, EVA가 더 포함된 수지 혼합물로 제조된 하층 시트부의 신율을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 발포제의 분해온도 및 분해시간을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 발포제 함량에 따른 하층 시트부의 cell을 비교한 도면대용 사진이다.
도 12 a는 본 발명의 일실시예에 따른 하층 시트부의 1차 항균성 테스트 결과를 나타낸 도면대용 사진이다.
도 12 b는 본 발명의 일실시예에 따른 하층 시트부의 2차 항균성 테스트 결과를 나타낸 도면대용 사진이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 하층 시트부 및 상층 카펫부를 접착하는 라미네이팅 테스트 결과를 나타낸 도면이다.
도 14 a는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 매트가 가공되기 전의 전면을 나타낸 도면대용 사진이다.
도 14 b는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 매트가 가공되기 전의 후면을 나타낸 도면대용 사진이다.
도 15 a는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 매트가 가공된 후의 전면을 나타낸 도면대용 사진이다.
도 15 b는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 매트가 가공된 후의 후면을 나타낸 도면대용 사진이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 매트를 재활용한 리사이클 시트를 나타낸 도면대용 사진이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 매트 및 및 리사이클 시트의 인장강도를 나타낸 그래프이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 매트 및 리사이클 시트의 신율을 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 매트 및 리사이클 시트의 표면경도를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 폴리올레핀계 수지를 이용한 소재 단일화를 통해 재활용 가능한 차량용 매트의 제조방법은 수지 혼합물을 제조하는 제1 단계(S100), 하층 시트부를 제조하는 제2 단계(S200), 상층 카펫부를 제조하는 제3 단계(S300) 및 하층 시트부와 상층 카펫부를 합지하는 제4 단계(S400)를 포함하는 것을 파악할 수 있다.

먼저, 제1 단계(S100)를 살펴보면, 폴리올레핀계 엘라스토머 및 폴리프로필렌이 혼합 비율 1:1로 포함되는 수지 혼합물을 제조한다.

이때, 폴리올레핀이란 합성수지의 종류를 말하며, 분자 1개당 1개의 이중결합을 포함하고 있는 탄화수소인 올레핀을 첨가중합반응시켜 합성된 유기물질이다.

폴리올레핀은 기존의 플라스틱 물질보다 가벼울 뿐만 아니라 투명도도 높고, 수분도 거의 흡수하지 않아 방수가 된다는 장점이 있다. 또한, 재생이 가능하고, 인체에 유독한 성분이 없기 때문에 친환경 소재로 각광받고 있는 실정이다.

그리고, 엘라스토머(elastomer)는 외력을 가하여 잡아당기면 늘어나고, 외력을 제거하면 본래의 길이로 돌아가는 성질을 지닌 고분자를 말하며, 고무와 플라스틱의 중간 형태를 지니고 있으며 탄성 및 내구성이 우수하다.

그리고, 폴리프로필렌은 탄소와 수소로만 구성된 대표적인 소수성 물질으로써, 비중이 낮아 가볍고 정전기 발생이 없으며 낮은 수분율로 인해 오염이 잘 일어나지 않아 균이 생성될 수 없어 자동차 내장재, 위생 소재 등으로 각광을 받고 있다. 또한, 폴리프로필렌은 열전도도가 낮아 보온성이 우수하고 내약품성, 내마모성, 탄성, 마찰계수 및 인장강도가 뛰어나며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate, PET) 또는 나일론에 비해 값이 싸다.

그러나, 폴리프로필렌은 용융 상태에서 연신되는 동안 스트레칭에 대한 저항성이 좋지 않기 때문에 시트 압출 가공이 원활하지 못한 문제점이 있다.

이러한 폴리프로필렌의 문제점을 보완하기 위해 탄성 및 내구성이 우수한 폴리올레핀계 수지와 폴리프로필렌을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

덧붙여, 제1 단계(S100)에서 제조된 수지 혼합물에는 산화방지제 및 징크 스테아레이트(Zinc stearate)가 더 포함될 수 있다.

여기서, 산화방지제는 산화에 의한 수지의 변질, 노화, 부패 등을 방지 및 억제하기 위해 첨가하여 내노화성을 증가시켜 물성을 좋게하는 장점이 있다.

그리고, 징크 스테아레이트는 스테아릭애씨드(C18H36O2)의 아연염을 말하며, 혼합물을 안정화시키고 점도 조절하는 효과가 있어 가공을 용이하게 하는 활제로써 사용하였다.

또한, 제1 단계(S100)에서 제조된 수지 혼합물에는 에틸렌비닐아세테이트 공중합체(ethylene-vinyl acetate copolymer, EVA), 탄산칼슘 및 프로세스 오일 중 적어도 어느 하나 이상 더 포함될 수 있다.

여기서, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체는 다른 수지와의 상용성이 뛰어나 용제 용해성이 우수하고, 유연성, 접착성 및 발포성이 우수한 특징이 있다.

그리고, 탄산칼슘을 첨가함으로써 시트의 안착성 및 수축의 발생을 방지하는 역할을 하며 난연성의 효과도 있다.

그리고, 프로세스 오일은 다른 수지와의 상용성이 우수하여 시트 압출 가공성을 좋게 하는 효과 및 최종 완성제품의 표면 경도를 낮춰 연화효과를 제공하며, 내습성과 내노화성을 향상시키는 장점이 있다.

이때, 프로세스 오일의 종류로는 아로마틱계, 나프텐계 및 파라핀계 등이 있으나 본 발명에서는 폴리올레핀계 수지와 상용성이 좋은 파라핀계 프로세스 오일을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 재료들의 구체적인 함량을 살펴보면 아래와 같다.

먼저, 산화방지제는 수지 혼합물에 대해 0.2 내지 0.5phr이 첨가된다. 0.2phr 미만의 산화방지제가 첨가될 경우에는 열에 의해 수지 혼합물에 첨가되는 재료들의 사슬이 끊어져 변색 발생 및 내가수성 저하의 문제점이 있고, 0.5phr를 초과할 경우에는 상기한 범위 내의 함량을 사용하였을 때와 비슷한 변색방지 효과를 나타내지만 제조단가가 상승하며, 물성이 저하되는 문제점이 있다.

그리고, 징크 스테아레이트는 수지 혼합물에 대해 0.2 내지 0.5phr이 첨가된다. 0.2phr 미만의 징크 스테아레이트가 첨가될 경우에는 혼합물의 점도가 충분히 조절되지 않아 시트 압출 가공이 원활하지 못한 문제점이 있고, 0.5phr을 초과할 경우에는 과도한 윤활작용이 일어나 물성이 저하되는 문제점이 있다.

더 나아가, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체는 수지 혼합물에 대해 30 내지 40phr이 첨가된다. 30phr 미만의 에틸렌비닐아세테이트 공중합체가 첨가될 경우에는 용제 용해성, 유연성, 접착성 및 발포성이 저하되는 문제점이 있고, 40phr을 초과할 경우에는 용융점도가 낮아짐에 따라 인장강도가 낮아져 물성이 저하되는 문제점이 있다.

그리고, 탄산칼슘은 수지 혼합물에 대해 100 내지 200phr이 첨가된다. 100phr 미만의 탄산칼슘이 첨가될 경우에는 시트의 안착성 및 난연성이 저하되는 문제점이 있고, 200phr을 초과할 경우에는 상기한 범위 내의 함량을 사용하였을 때와 비슷한 효과를 나타내지만 제조단가가 상승하며, 물성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 프로세스 오일은 수지 혼합물에 대해 5 내지 8phr이 첨가된다. 5phr 미만의 프로세스 오일이 첨가될 경우에는 다른 수지와의 상용성이 저하되어 시트 압출 가공이 원활하지 못한 문제점이 있고, 8phr을 초과할 경우에는 연화효과가 과도하게 일어나 인장강도가 낮아져 물성이 저하되는 문제점이 있다.

다음으로, 제2 단계(S200)를 살펴보면, 수지 혼합물에 발포제를 첨가하고 발포하여 하층 시트부를 제조한다.

한편, 발포법은 물리적 발포 또는 화학적 발포법으로 구분되는데, 화학적 발포법은 발포제의 열 분해에 의하여 생성된 가스(gas)가 고분자 내부에 cell(발포셀, 기포)을 형성함으로써 발포체를 형성하는 방법이고, 물리적 발포법은 용융 고분자에 물, 프레온, 질소 가스 등으로 충전시켜 cell을 형성하는 방법이다.

본 발명에서는 분해온도가 높아 조기발포 현상이 잘 발생하지 않는 아조디카르본 아미드(Azodicarbonamide, ADCA, (NH2CON)2)계 발포제를 사용하는 것이 바람직하다.

다음으로, 제3 단계(S300)를 살펴보면, 폴리프로필렌 원사를 이용하여 상층 카펫부를 제조한다.

구체적으로, 제3 단계(S300)에서의 폴리프로필렌 원사는 1,300 내지 1,400 데니아의 저섬도 폴리프로필렌 원사를 각각 합사 및 연사하여 제조된 2,600 내지 2,800 데니아의 고섬도 폴리프로필렌 원사를 사용할 수 있다.

이때, 1,300 데니아 미만의 저섬도 폴리프로필렌 원사를 사용할 경우에는 종래의 나일론 원사 대비 강도가 부족하여 방사 공정 중 절사가 다량으로 발생하는 문제점이 있고, 1,400 데니아를 초과하는 저섬도 폴리프로필렌 원사를 사용할 경우에는 시트 압출기의 용량부족으로 인해 섬도의 균일성이 저하되어 물성이 불안정해지는 문제점이 있다.

그리고, 2,600 데니아 미만의 고섬도 폴리프로필렌 원사를 사용할 경우에는 합사 및 연사 공정 시 절사가 다량으로 발생하는 문제점이 있고, 2,800 데니아를 초과하는 고섬도 폴리프로필렌 원사를 사용할 경우에는 시트 압출기의 용량부족으로 인해 섬도의 균일성이 저하되어 물성이 불안정해지는 문제점이 있다.

더 나아가, 제1 단계(S100) 또는 제3 단계(S300)에서 항균제 및 난연제를 더 포함하여 차량용 매트에 적합한 기능성을 제공할 수 있다.

특히, 제1 단계(S100)에서 탄산칼슘을 수지 혼합물에 더 첨가함으로써 차량용 매트에 난연성을 부여할 수 있지만, 보다 더 우수한 난연성을 부여하기 위해 제1 단계(S100)에서 난연제인 암모늄 폴리포스페이트(ammonium polyphosphate, APP)를 수지 혼합물에 대해 20phr 더 첨가하는 것이 가능하다.

다음으로, 제4 단계(S400)를 살펴보면, 폴리올레핀계 엘라스토머로 제조된 핫멜트 필름 접착제를 이용하여 하층 시트부 및 상층 카펫부를 합지한다.

여기서, 폴리올레핀계 엘라스토머로 제조된 핫멜트 필름 접착제를 사용하는 것은 폴리올레핀계 수지를 포함하여 제조된 하층 시트부 및 폴리프로필렌 원사로 제조된 상층 카펫부의 접착력을 향상시키기 위한 것으로, 라미네이팅 접착 가공법을 이용하는 것이 바람직하다.

상기한 방법으로 제조된 차량용 매트는 일정 시간 후 폐기할 시 분쇄 및 압출하여 별도의 하층 시트부로 재활용 가능하여 산업폐기물이 발생하지 않는 장점이 있다.

이하 실험예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다.

하기 실험예들을 설명하기 앞서, 차량용 매트에 가장 적합한 폴리올레핀계 엘라스토머 및 폴리프로필렌을 선정하기 위해 2가지의 폴리올레핀계 엘라스토머 및 2가지의 폴리프로필렌이 각각 포함된 수지 혼합물을 제조하여 물성을 비교하였다. 그리고, 2가지의 폴리올레핀계 엘라스토머 및 2가지의 폴리프로필렌이 각각 포함된 수지 혼합물에 산화방지제, 징크 스테아레이트, 에틸렌초산비닐 공중합체, 탄산칼슘, 프로세스 오일 및 항균제를 첨가하여 물성을 비교함으로써 적합한 함량을 선정하였다.

<실험예 1>

본 실험예 1에서는 수지 혼합물의 베이스 폴리머(base polymer)인 폴리올레핀계 엘라스토머 및 폴리프로필렌의 기본 특성을 확인하고자 하였다.

폴리올레핀계 엘라스토머로써 다우 케미칼 사에서 제조된 8150, 8180을 사용하였고, 폴리프로필렌으로써 라이온델바젤 사에서 제조된 Q100f, Q300f를 사용하였다. 산화방지제로써 Ciba-Geigy 사의 Irganoz 1010을 사용하고, 활제로써 징크 스테아레이트를 사용하였다.

여기서, 다우 케미칼 사에서 제조된 8150 및 8180은 Ethylene-1-octene copolymer를 포함하여 제조되었으나, 제조 조건, 기타 첨가제 등에 다소 차이가 있어 물성이 다르며, 라이온델바젤 사에서 제조된 Q100f 및 Q300f는 제조 조건, 기타 첨가제 등에 다소 차이가 있어 물성이 다른 열가소성 폴리프로필렌이다.

이때, 폴리올레핀계 엘라스토머인 8150 및 8180과 폴리프로필렌인 Q100f 및 Q300f의 물성을 살펴보면 표 1과 같고, 폴리올레핀계 엘라스토머와 폴리프로필렌의 기본 특성을 확인하기 위한 배합표는 표 2와 같다.

구 분		Density, g/cm3	Melt Index	Hardness (Shore A)	Melting Point (℃)
폴리올레핀계 엘라스토머	8150	0.86	0.5	70	55
폴리올레핀계 엘라스토머	8180	0.86	0.5	63	47
폴리프로필렌	Q100f	0.88	0.6	30D	140
폴리프로필렌	Q300f	0.89	0.8	36D	160

구 분	POE-1	POE-2	TPO-1	TPO-2
8150	100
8180		100
Q100f			100
Q300f				100
산화방지제	0.3
징크 스테아레이트	0.3

상기 표 2의 재료들을 5인치 믹싱롤을 사용하여 130 내지 160℃의 온도에서 5분간 혼합한 다음, 필름으로 성형하여 일정 규격의 시편을 제조한 후 인장강도 및 신율을 측정하여 물성을 비교하였다.

도 2에 도시된 바와 같이, 인장강도는 POE-1이 약 97kg/cm², POE-2가 35kg/cm² 로 나타났고, TPO-1이 100kg/cm², TPO-2가 120kg/cm²으로 나타나 POE-1, POE-2, TPO-1 및 TPO-2 중에서 TPO-2의 인장강도가 가장 높게 나타났다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, POE-1 및 POE-2의 신율은 800% 이상으로 나타났고, TPO-1 및 TPO-2의 신율은 400~500%로 나타나 POE-1 및 POE-2에 비해 매우 낮음을 확인할 수 있다.

즉, 인장강도는 폴리프로필렌이 더 우수하고, 신율은 폴리올레핀계 엘라스토머가 더 우수하므로 서로의 단점을 보완하기 위해 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

<실험예 2>

본 실험예 2에서는 EVA가 더 포함된 수지 혼합물로 제조된 하층 시트부의 물성을 확인하고자 한다.

실험예 1에서 사용된 재료 및 혼합조건을 동일하게 하였고, 한화케미칼 사의 EVA를 더 첨가하였으며, EVA의 물성을 살펴보면 표 3과 같고 구체적인 배합표는 표 4와 같다.

항 목	단위	대표값
용융지수(MI)	g/10min	4.5
비닐아세테이트(VA) 함량	%	26
밀도	g/cm3	0.949
Vicat 연화점	℃	48
용융 온도(Tm)	℃	76

구 분	POE-3	POE-4	TPO-3	TPO-4
8150	65
8180		65
Q100f			65
Q300f				65
EVA	35
산화방지제	0.3
징크 스테아레이트	0.3

도 4에 도시된 바와 같이, 폴리올레핀계 엘라스토머의 인장강도는 EVA가 첨가되기 전에 비해 인장강도가 다소 낮아진 것을 확인할 수 있고, 폴리에틸렌의 경우에도 EVA가 첨가되기 전에 비해 약 10% 낮아진 것을 확인할 수 있었다.

상기한 바와 같은 수지 혼합물로 제조된 각 하층 시트부의 평균 경도는 20D shore로 약간의 부드러운 특성이 발현되었다.

도 5에 도시된 바와 같이, 폴리올레핀계 엘라스토머의 신율은 850~950%로 높게 나타났고, 폴리프로필렌의 신율은 350~450%로 낮게 나타났다.

따라서, EVA 35phr이 첨가되었을 때 인장강도는 낮으나 신율은 높은 폴리올레핀계 엘라스토머와, 인장강도는 높으나 신율은 낮은 폴리프로필렌을 혼합하여 사용함으로써 부드러우나 인장강도 및 신율이 높은 하층 시트부를 제조하는 것이 바람직하다.

<실험예 3>

본 실험예 3에서는 탄산칼슘, EVA가 더 포함된 수지 혼합물로 제조된 하층 시트부의 물성을 확인하고자 한다.

실험예 2에서 사용된 재료 및 혼합조건을 동일하게 하였고, 탄산칼슘을 더 첨가하였으며, 탄산칼슘의 물성을 살펴보면 표 5와 같고 구체적인 배합표는 표 6과 같다.

항 목	값
평균입자경 (㎛)	5
DOP흡수량 (ml/100g)	50.00
건괘비중 (g/ml)	0.70
백색도 (%)	97.00
pH	9.80

구 분	POE-5	POE-6	TPO-5	TPO-6
8150	65
8180		65
Q100f			65
Q300f				65
EVA	35
탄산칼슘	200
산화방지제	0.3
징크 스테아레이트	0.3

도 6에 도시된 바와 같이, 폴리올레핀계 엘라스토머의 인장강도는 40~50kg/cm2으로 나타났고, 폴리프로필렌의 인장강도는 약 60kg/cm2로 나타나 탄산칼슘이 첨가되기 전에 비해 다소 낮은 수치가 나타난 것을 확인할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 폴리올레핀계 엘라스토머의 신율은 약 400~500%로 높게 나타났고, 폴리프로필렌의 신율은 120~220%로 낮게 나타났다.

즉, 탄산칼슘이 첨가됨으로써 인장강도는 POE-5, POE-6, TPO-5 및 TPO-6이 모두 낮은 수치를 나타냈으나 탄산칼슘의 첨가 목적인 시트의 안착성, 수축 발생 방지 및 난연성을 발현하기 위해 200phr이 첨가되는 것이 바람직하다.

<실험예 4>

본 실험예 4에서는 프로세스 오일, 탄산칼슘, EVA가 더 포함된 더 포함된 수지 혼합물로 제조된 하층 시트부의 물성을 확인하고자 한다.

실험예 3에서 사용된 재료 및 혼합조건을 동일하게 하였고, 미창석유 사의 P-5인 프로세스 오일을 더 첨가하였으며, 프로세스 오일의 물성을 살펴보면 표 7과 같고 구체적인 배합표는 표 8과 같다.

항 목		값
비중 (15/4℃)		0.891
인화점 (℃)		286
유동점 (℃)		-12.5
동점도 (40℃)cSt		164.0
색상 ASTM		L 1.5
아닐란점 (℃)		115.0
굴절률 (D²⁰n)		1.4890
점도비중항수		0.816
탄화수소 조성	Ca	5.0
	Cn	31.0
	Cp	64.0

구 분	POE-7	POE-8	TPO-7	TPO-8
8150	65
8180		65
Q100f			65
Q300f				65
EVA	35
탄산칼슘	200
프로세스 오일	6
산화방지제	0.3
징크 스테아레이트	0.3

도 8에 도시된 바와 같이, 폴리올레핀계 엘라스토머의 인장강도는 40~45kg/cm2로 나타났고, 폴리프로필렌의 인장강도는 약 50~60kg/cm2로 나타나 프로세스 오일의 첨가로 인해 부드러워져 표면 경도가 낮아진 것을 확인할 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 폴리올레핀계 엘라스토머의 신율은 약 350~400%로 나타났고, 폴리프로필렌의 신율은 약 80~120%로 나타났다.

따라서, 차량용 매트의 사용에 적합한 인장강도를 유지하되, 적당한 부드러움과 신율을 제공하기 위해 프로세스 오일은 수지 혼합물에 대해 6phr이 첨가되는 것이 바람직하다.

<실험예 5>

본 실험예 5에서는 발포제의 함량에 따른 하층 시트부의 cell을 비교하고자 한다.

실험예 4에서 사용된 재료 및 혼합조건을 동일하게 하여 혼합한 후, 금양화학 사의 아조디카르본 아미드(Azodicarbonamide, ADCA, (NH2CON)2)계 발포제를 더 첨가하여 200~220℃의 온도에서 발포를 진행하였다.

여기서, 수지 혼합물의 베이스 폴리머 중 폴리올레핀계 엘라스토머만을 이용하여 실험하였으며, 발포제의 물성을 살펴보면 표 9와 같고, 구체적인 배합표는 표 10과 같다.

항 목	값
외형	오렌지 계열의 미세 분말
분해 온도 (℃) (5℃/min in air)	201~205
모세관 현상	200
가스 부피(ml/g)	215~225 @ STP (280~300 in air)
습도(%)	0.3 MAX
pH	6.5~7.0
평균입자지름	16~18

구 분	FO-1	FO-2	FO-3	FO-4
8150	65
EVA	35
탄산칼슘	200
프로세스 오일	6
산화방지제	0.3
징크 스테아레이트	0.3
발포제	1	2	3	4

도 11을 참고하면, 1~3phr의 발포제가 첨가된 FO-1 내지 FO-3은 형성된 cell의 수가 적어 부적합하고, 4phr의 발포제가 첨가된 FO-4의 경우 cell이 가장 많이 형성되어 우수한 결과를 나타내었다.

즉, 4phr의 발포제가 첨가되는 것이 바람직하고, 도 10에 도시된 바와 같이 본 실험에서 사용한 발포제의 분해온도가 200℃ 이상이므로 200~220℃의 범위 내의 온도에서 2 내지 4분동안 발포하는 것이 가장 적합하다.

또한, 상기한 실험예들의 결과에 따르면 폴리올레핀계 엘라스토머로써 우 케미칼 사에서 제조된 8150이 적합하고, 폴리프로필렌으로써 라이온델바젤 사에서 제조된 Q100f가 적합한 것을 확인할 수 있다.

<실험예 6>

본 실험예 6에서는 항균제가 첨가된 하층 시트부의 항균성을 확인하고자 한다.

실험예 5에서 사용된 재료 및 혼합조건을 동일하게 하여 혼합한 다음, 하층 시트부를 제조하고, 3가지의 항균제를 각각 첨가하여 배지에서 균의 성장을 관찰하며 항균성을 확인하였다.

여기서, 3가지 항균제의 종류를 살펴보면 표 11과 같으며, 배지를 이용한 항균 시험 조건은 표 12와 같다.

항균제	제품	AI 성분 (%)	고형분 (%)
Sodium Dimethyldithiocarbamate (SDD)	P	40.9	43.6
Potassium Dimethyldithiocarbamate (PDD)	B	49.3	55
Potassium-hydroxymethyl- methyldithiocarbamate (PHMD)	T	18	20

상기 표 11을 참조하면, 제품 P는 항균제 SDD를 첨가하여 제조한 본 발명의 차량용 매트를 말하고, 제품 B는 항균제 PDD를 첨가하여 제조한 본 발명의 차량용 매트를 말하며, 제품 T는 항균제 PHMD를 첨가하여 제조한 본 발명의 차량용 매트를 말한다.

배지 선정	NA(Nutrient agar), NB(Nutrient broth), LB(Luria-bertani) broth ⇒ 균의 성장에 적합한 배지 선정(LB가 적합)
배지 제조 후 멸균	Autocleave에서 고압고온멸균
시험균 배양	- 액체배지(NB)에 배양 (shaking bath : 30～37℃, Overnight) - 시험균 : Escherichia coli , Staphylococcus aureus
배지 도말	배양된 시험균을 유리봉을 이용하여 도말
시료 setting	항균 처리된 원단을 배지위에 올려놓음
인큐베이터 배양	30~37℃, Overnight (12h, 18h, 24h check)
clear zone 확인	mm 단위로 원단에서부터 억제환의 길이 측정

도 12 a 및 도 12 b를 참조하면, 대장균(Escherichia coli)에 대한 항균력을 clear zone 크기로 측정한 결과, blank는 항균력이 전혀 없음을 알 수 있고, P 제품 및 T 제품의 항균력은 거의 나타나지 않았으며, B 제품인 Potassium Dimethyldithiocarbamate (PDD)의 항균력이 가장 우수한 것으로 나타났다.

<실험예 7>

본 실험예 7에서는 하층 시트부 및 상층 시트부의 접착력의 향상을 위하여 적합한 접착제를 선정하고자 하였다.

상기한 실험예 6과 같은 조건으로 하층 시트부 및 상층 시트부를 제조한 다음, 8가지의 접착제를 이용하여 접착한 후 접착강도를 각각 비교하였다.

여기서, 8가지 접착제의 종류를 살펴보면 표 13과 같다.

구 분	KA-1	KA-2	KA-3	KA-4
접착제 종류	폴리우레탄계 핫멜트 필름	알파 올레핀계 핫멜트 필름	폴리프로필렌 핫멜트 필름	EVA 핫멜트 필름
구 분	KA-5	KA-6	KA-7	KA-8
접착제 종류	EVA emulsion	PUD emulsion	아크릴 emulsion	POD emulsion

도 13을 참조하면, KA-2의 접착강도가 가장 우수하게 나타났다.

상기한 실험예 7과 같이 알파 올레핀계 핫멜트 필름으로 합지된 차량용 매트를 각 차종에 맞게 가공 및 성형하기 전의 전면은 도 14 a를 참조하면 확인할 수 있고, 후면은 도 14 b를 참조하면 확인할 수 있다.

또한, 상기한 실험예 7과 같이 알파 올레핀계 핫멜트 필름으로 합지된 차량용 매트를 각 차종에 맞게 가공 및 성형된 후의 전면은 도 15 a를 참조하면 확인할 수 있고, 후면은 도 15 b를 참조하면 확인할 수 있다. 특히, 미끄럼 방지를 위해 차량의 바닥과 맞닿는 하층 시트부의 일면에 엠보싱 성형이 가능하다.

<실험예 8>

본 실험예 8에서는 상기한 실험예 7과 같이 제조된 차량용 매트를 분쇄 및 용융하여 리사이클 시트를 제조한 후, 본 발명의 차량용 매트와 리사이클 시트의 물성을 비교하고자 하였다.

먼저, 본 발명의 차량용 매트를 필렛 사이즈로 분쇄한 다음, 압출기에서 용융분산 시켜 T-Die 가공을 거쳐 리사이클 시트를 제조하였다. 여기서, 리사이클 시트를 제조하는 압출기의 조건은 표 14와 같고, 이렇게 제조된 리사이클 시트는 도 16을 통해 확인할 수 있다.

구 분	CY1	CY2	CY3	CY4	CY5	CY6	CY7	CY8	DIE	RPM
조 건	120℃	147℃	150℃	137℃	137℃	158℃	150℃	153℃	182℃	230

이때, 효과적으로 혼합할 수 있는 일종의 혼합기인 일축 압출기(single screw extruder)를 사용하는 것이 바람직하다. 일축 압출기의 가공 조건은 barrel의 길이와 직경의 비(L/D), screw의 형태, screw의 회전속도(rpm), 그리고 가공온도 등이 있다. 상기 표 14의 조건은 혼련효과 및 생산성을 동시에 고려하여 가공조건이 결정하였다.

이렇게 제조된 리사이클 시트 및 본 발명의 차량용 매트의 물성을 살펴보면 도 17 내지 도 19와 같으며, 리사이클 시트는 RE-1로 표기하였고, 본 발명의 차량용 매트는 POE-1로 표기하였다.

먼저, 도 17에 도시된 바와 같이, 인장강도는 RE-1이 약 45kg/cm이고, POE-1이 30kg/cm로 나타나 RE-1이 더 높게 나타났다.

그리고, 도 18에 도시된 바와 같이, 신율은 POE-1이 800%이고, RE-1이 400%로 나타나 POE-1이 더 높게 나타났다.

마지막으로, 도 19에 도시된 바와 같이, 표면경도는 RE-1이 약 85 shore A이고, POE-1이 약 77 shore A로 나타나 RE-1이 더 높게 나타났다.

이러한 결과는 섬유 원료로 사용되는 폴리프로필렌이 다량으로 함유되어 기계적 물성이 올라간 것으로 보인다.

상기한 폴리올레핀계 엘라스토머는 넓은 경도 범위, 내후성, 저렴한 가격, 각종 폴리올레핀 소재와의 높은 상용성, 용이한 리사이클성, 친환경적인 특징 등으로 인해 널리 사용되고 있는 열가소성 엘라스토머로서 전체 열가소성 엘라스토머 시장의 약 35%를 차지하고 있다.

그리고, 폴리올레핀계 엘라스토머는 자동차 에어백 커버, 인테리어 스킨, 악기 패널, 튜브, 파이프, 필름, PVC 대체재로서 사용되고 있으나, 낮은 탄성, 내스크래치성, 취약한 내열성, 낮은 점착성 및 도장성 등의 단점이 있다.

본 발명에서는 상기한 폴리올레핀계 엘라스토머의 단점들을 해소하기 위해 폴리올레핀계 엘라스토머와 폴리프로필렌이 포함된 수지 혼합물로 하층 시트부를 제조하고, 폴리프로필렌 원사로 상층 카펫부를 제조하며, 폴리올레핀계 엘라스토머로 제조된 접착제를 이용함으로써 접착력을 향상시킬 수 있다.

그리고, 폴리올레핀계 엘라스토머 및 폴리올레핀 소재 중 하나인 폴리프로필렌은 휘발성 유기화합물이 방출되지 않으므로 작업 환경은 물론 소비자들이 쾌적하게 사용할 수 있고, 폐기 시 분리하지 않고 통째로 분쇄 및 압출하여 하층 시트부로 다시 재활용 할수 있어 친환경적이고 산업폐기물이 발생하지 않는 장점이 있다.

Claims

폴리올레핀계 엘라스토머 및 폴리프로필렌이 혼합 비율 1:1로 포함되는 수지 혼합물을 제조하는 제1 단계;
상기 수지 혼합물에 발포제를 첨가하고 발포하여 하층 시트부를 제조하는 제2 단계;
폴리프로필렌 원사를 이용하여 상층 카펫부를 제조하는 제3 단계; 및
폴리올레핀계 엘라스토머로 제조된 핫멜트 필름 접착제를 이용하여 상기 하층 시트부 및 상층 카펫부를 합지하는 제4 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 수지를 이용한 소재 단일화를 통해 재활용 가능한 차량용 매트의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 단계에서 제조된 수지 혼합물에는 산화방지제 및 징크 스테아레이트(Zinc stearate)가 더 포함되며,
상기 산화방지제 및 징크 스테아레이트의 함량은 상기 수지 혼합물에 대해 각각 0.2 내지 0.5phr인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 수지를 이용한 소재 단일화를 통해 재활용 가능한 차량용 매트의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 단계에서 제조된 수지 혼합물에는 에틸렌비닐아세테이트 공중합체(ethylene-vinyl acetate copolymer, EVA), 탄산칼슘 및 프로세스 오일 중 적어도 어느 하나 이상 더 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 수지를 이용한 소재 단일화를 통해 재활용 가능한 차량용 매트의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제3 단계에서의 폴리프로필렌 원사는,
1,300 내지 1,400 데니아의 저섬도 폴리프로필렌 원사를 각각 합사 및 연사하여 제조된 2,600 내지 2,800 데니아의 고섬도 폴리프로필렌 원사인 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 수지를 이용한 소재 단일화를 통해 재활용 가능한 차량용 매트의 제조방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 차량용 매트는 분쇄 및 압출하여 별도의 하층 시트부로 재활용 가능한 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 수지를 이용한 소재 단일화를 통해 재활용 가능한 차량용 매트.