KR101715317B1 - Foam composition and manufacturing method of the same - Google Patents

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지상규
김연철
이종원
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주식회사 서연이화
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Abstract

The present invention relates to a foam composition and a method for preparing the same. Particularly, the present invention relates to a high density polyethylene-kenaf fiber foam composition to which thermally expandable microcapsules are applied. The foam composition can be processed to have eco-friendly characteristics and a low weight and thus applied to a material for a car interior part. The foam composition comprises a high density polyethylene (HDPE)-kenaf fiber (KF) composite. Thermally expandable microcapsules (EMC) are applied to the HDPE-kenaf fiber composite. More particularly, the foam composition comprises PE-g-MAH having a graft ratio larger than 1.40 as a compatibilizer so that the compatibility of the HDPE-kenaf fiber composite may be optimized to improve mechanical properties and the foaming efficiency may be maximized when EMC as a foaming agent is applied to the HDPE-kenaf fiber composite for the purpose of foaming.

Description

발포체 조성물 및 그 제조방법{FOAM COMPOSITION AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}[0001] FOAM COMPOSITION AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME [0002]

본 발명은 발포체 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE)-천연섬유 발포체 조성물에 관한 것이다. 상기 발포체 조성물은 폴리올레핀 중 발포가 상대적으로 용이한 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)에 열팽창성 마이크로캡슐(Thermal expandable micro capsule, EMC)를 적용하여 발포에 따른 경량화를 구현하고 기계적 물성의 저하를 방지하기 위해 보강제로 친환경 천연섬유를 적용한 것으로, 자동차 내장재용 친환경 경량 소재로 사용 가능한 발포체 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a foam composition and a process for preparing the same, and more particularly to a high density polyethylene (HDPE) -natural fiber foam composition. In the foam composition, a thermally expandable micro capsule (EMC) is applied to a high density polyethylene (HDPE) which is relatively easy to foam in polyolefin, thereby realizing weight reduction by foaming and as a reinforcing agent To a foam composition employing environmentally friendly natural fibers and usable as an environmentally friendly lightweight material for automobile interior materials.

자동차의 친환경화는 크게 2가지 측면으로 구분할 수 있는데, 첫째, 자동차 내/외장 부품소재의 경량화가 있으며, 둘째로는 총 탄소 관리 측면에서 생산, 폐기시에 CO2 발생량이 적은 천연소재를 사용하여 부품을 제조하는 방법이 있다. 결국, 천연소재를 사용한 경량부품을 제조하여 연비향상, 배기가스 배출량 감소를 시킬 수 있다면 가장 친환경화를 이루는 부품이라 할 수 있으며, 이를 만족시킬 수 있는 대표적인 소재는 천연섬유강화 복합소재(Natural fiber reinforced plastics, NFRP) 이다. First, there is a reduction in the weight of automobile interior / exterior parts. Second, in terms of total carbon management, the use of natural materials with low CO 2 generation during production and disposal, . ≪ / RTI > As a result, if it is possible to manufacture lightweight parts using natural materials to improve fuel efficiency and reduce exhaust gas emissions, it can be said that the most environmentally friendly part is a natural material. Natural fiber reinforced plastics , NFRP).

기존 다양한 산업에 널리 상용하고 있는 복합소재는 열가소성 및 열경화성 수지를 매트릭스로 하고 유리섬유를 보강제로 하는 유리섬유강화 복합소재(Glass fiber reinforced plastics)는 1940년대에는 불포화 폴리에스터에 유리섬유를 함께 적용하면서 활용되기 시작하였고 지금까지 자동차를 비롯하여 선박 등 수송산업, 스포츠 밀 레저, 전자재료, 국방소재 등 다양한 산업분야에 활용되고 있다. 하지만 유리섬유강화 복합소재의 보강제로 사용되고 있는 유리섬유는 자연환경 내에서 쉽게 분해되지 않을뿐더러 비중이 높아 자동차 부품에 적용시 연비감소 및 이산화탄소 방출 증가라는 문제점을 가지고 있다. 또한 작업시 유리분진이 발생하여 작업자의 인체에 유해하며, 재활용도 어렵기 때문에, 환경에 대한 사회적 인식의 변화 및 이에 따른 환경 규제의 강화와 함께 이러한 소재의 활용이 점점 제한을 받고 있는 추세이다. Composite materials widely used in various industries include glass fiber reinforced plastics, which are made of thermoplastic and thermosetting resin as matrix and reinforced with glass fiber. In the 1940s, glass fibers were applied together with unsaturated polyester And has been utilized in various industrial fields such as automobile, shipping industry such as ship, sporting-leisure, electronic material, defense material. However, glass fiber, which is used as a reinforcing agent for glass fiber reinforced composite materials, is not easily decomposed in a natural environment, and has a high specific gravity. Therefore, when applied to automobile parts, it has problems such as reduction of fuel consumption and increase of carbon dioxide emission. Also, due to the generation of glass dust during work, it is harmful to the human body of the worker and it is difficult to recycle. Therefore, the use of such materials is being restricted with the change in social awareness of the environment,

이러한 단점들을 해결하고자 1989년 독일의 Deutsches Zentrum

Figure 112015096019410-pat00001
Luft und Raumfart Institute of Structural Mechanics는 Kenaf(양마), flax(아마), hemp(대마), ramie(모시) 등의 천연섬유(natural fiber)를 고분자수지의 보강섬유로 도입한다는 획기적인 방법을 제안했고, 기존에 사용되던 유리섬유 복합소재에 버금가는 물성을 구현하여 천연섬유 고분자 복합소재의 근간을 마련하였다. 현재 실용화에 대한 연구를 주로 실행하고 있는 기업체들은 천연섬유 복합재료를 자동차의 내장재와 외장재로 적용하여 고성능 바이오 복합재료를 개발하기 위해 노력하고 있다. To solve these shortcomings, Deutsches Zentrum
Figure 112015096019410-pat00001
The Luft und Raumfart Institute of Structural Mechanics proposed a groundbreaking method of introducing natural fibers such as kenaf, flax, hemp and ramie into reinforcing fibers of polymer resins, It is similar to the conventional glass fiber composite material and realizes the basis of natural fiber polymer composite material. Companies that are currently conducting practical research are trying to develop high-performance biocomposites by applying natural fiber composite materials to automobile interior and exterior materials.

대표적으로 독일 Mercedes-benz사는 천연섬유 복합재료를 승용차의 내장재 및 외장재에 실제로 적용하고 있으며, 버스, 전철 등에 이를 적용하는 파생 연구도 활발히 추진 중이다. 아시아에서는 주로 한국, 일본, 중국, 인도에서 연구가 진행되고 있으며 이중 일본이 가장 활발하게 연구개발과 실용화를 추진하고 있다. 천연섬유 복합재료의 실용화에 대해서는 일본의 Toyota 자동차회사에서는 Kenaf와 폴리유산(PLA)으로 만들어진 천연섬유 복합재료를 2005년 처음으로 승용차 내장재로 적용하였고, 2007년에는 Kenaf를 활용한 i-Unit concept라는 자동차를 전시회에 발표하였다. For example, Mercedes-Benz, Germany, is actually applying natural fiber composite materials to interior materials and exterior materials of passenger cars, and is actively pursuing derivatives research that apply them to buses and trains. In Asia, studies are mainly conducted in Korea, Japan, China, and India, and Japan is actively pursuing R & D and commercialization. For the practical use of natural fiber composite materials, Japanese Toyota Motor Company applied natural fiber composite materials made of Kenaf and polylactic acid (PLA) to passenger cars for the first time in 2005. In 2007, the i-Unit concept using Kenaf The car was presented at the exhibition.

국내에서는 특허출원 제10-2007-7021840호는 열가소성섬유로 이루어진 기지재와 열가소성 유기섬유 및 천연섬유를 보강섬유로 사용하여 이들을 다양한 조성비로 혼합하여 멀티층을 이루고, 경량화된 복합판재를 제공하는 천연섬유를 함유한 자동차 내장재용 경량복합판재에 관한 것들이며, 한국특허출원 제10-2009-0041887호는 연속상의 열가소성 폴리올레핀 발포시트 및 열경화성 폴리올레핀 발포시트에 합성섬유와 천연섬유를 혼합하고 열롤러를 이용하여 밀도를 향상시킨 박막시트 형태의 보강층을 포함한 경량성 다층 구조물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 천연섬유 복합재료를 자동차의 내장재와 외장재로 적용하여 고성능 바이오 복합재료를 개발하고 있다.In the domestic patent application No. 10-2007-7021840, there is proposed a method of using natural fibers made of thermoplastic fibers, thermoplastic organic fibers and natural fibers as reinforcing fibers, mixing them in various composition ratios to form multi-layers, And Korean Patent Application No. 10-2009-0041887 discloses a method of mixing a synthetic fiber and a natural fiber in a continuous thermoplastic polyolefin foam sheet and a thermosetting polyolefin foam sheet using a heat roller Layered structure including a reinforcing layer in the form of a thin sheet having improved densities and a method of manufacturing the same, and a high-performance biocomposite material is being developed by applying a natural fiber composite material to automobile interior and exterior materials.

이와 같은 자동차 부품소재의 친환경 소재의 적용과 더불어 경량화를 위한 주요 요구기술 개발 노력이 필요하며, 주요 요소기술 중의 하나가 폴리올레핀 발포기술로써, 폴리올레핀 중에서도 발포에 상대적으로 용이한 HDPE에 대한 기술개발 및 응용이 추진 중에 있다. HDPE는 현재 세계적으로 가장 많이 보급되어 사용되는 플라스틱 재료 중 하나로써 인체에 무해하고 화학약품에 대한 안정성이 우수하며, 저가이면서도 가공이 용이하고 기계적 물성 또한 우수하기 때문에 우리들의 일상 생활용품은 물론 산업용으로도 널리 사용되고 있다. In addition to the application of eco-friendly materials for such automotive parts, it is necessary to make efforts to develop the required technologies for weight reduction. One of the key technologies is polyolefin foaming technology, which is relatively easy to foil among polyolefins. This is underway. HDPE is one of the most widely used plastic materials in the world and is harmless to the human body, has excellent chemical stability, low cost, easy processing and excellent mechanical properties. Is also widely used.

한편, 천연섬유의 일종인 마섬유(kenaf, Jute, Hemp, Flax)는 기존 복합재료의 보강제로 사용되고 있는 유리섬유에 견줄만한 물성을 가지고 있을 뿐만 아니라, 밀도가 낮기 때문에 경량소재 제조에 적합하며, 자연에서 쉽게 분해가 되기 때문에 환경친화적인 재료라고 할 수 있다. On the other hand, kenaf fibers (kenaf, jute, hemp, and flax), which are natural fibers, have properties comparable to glass fibers used as reinforcing agents for conventional composites and are suitable for manufacturing lightweight materials because of their low density, It is an environmentally friendly material because it is easy to decompose in nature.

다만, 천연섬유가 HDPE에 보강제로 사용될 때 앞에서 언급한 바와 같이 두 소재간의 상용성이 가장 큰 문제로 작용할 수 있다. 비극성 소재인 HDPE와 극성 소재인 천연섬유 사이의 상용성이 저하되면 기계적 물성 감소와 함께 두 소재가 개별적으로 작용하여 발포에 부정적인 요소로 작용하게 된다. However, when natural fibers are used as reinforcing agents in HDPE, compatibility between the two materials can be the biggest problem as mentioned above. When the compatibility between HDPE, which is a non-polar material, and natural fiber, which is a polar material, is lowered, the two materials work individually and act as a negative factor in foaming with a decrease in mechanical properties.

이와 같은 문제 해결을 위해, 상업적으로 생산되어 판매되고 있는 PE-g-MAH를 구매하여 상용화제로 적용한 결과 상대적으로 낮은 함량의 마섬유(15wt% 이하)가 적용된 HDPE/Kenaf 복합체의 경우 상용성 개선에 충분한 효과가 있으나 그 이상의 고 마섬유 함량의 복합체에서는 상용성 개선이 충분하지 못하여 기계적 물성과 발포거동 향상이 충분하지 못하게 나타났다. In order to solve such a problem, the commercialization of PE-g-MAH, which is produced and sold commercially, has resulted in the improvement of compatibility with HDPE / Kenaf composite with a relatively low content of hemp fiber (15 wt% or less) However, the improvement of mechanical properties and foaming behavior was not enough due to insufficient improvement of compatibility in composites with higher fiber content.

이에, 친환경 소재를 자동차 부품 소재로 적용하며, 자동차 부품 소재로 사용하기 위한 충분한 기계적 물성 및 발포 거동을 향상시킨 소재에 대한 연구가 필요한 실정이다.Therefore, there is a need to study materials that are eco-friendly materials applied to automobile parts and have improved mechanical properties and foaming behavior for use as automobile parts.

본 발명은 발포체 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a foam composition and a method for producing the same.

본 발명의 목적은 기계적 물성 및 발포율이 자동차 부품소재로 적용하기 충분한 천연섬유가 20 중량% 이상 포함된 고밀도폴리에틸렌-천연섬유 발포체 조성물에 관한 것이다.An object of the present invention is a high density polyethylene-natural fiber foam composition comprising 20% by weight or more of natural fibers sufficient for mechanical properties and foaming rate to be applied to automobile parts.

본 발명의 또 다른 목적은 발포체 조성물의 비중이 기존 HDPE 대비 15% 이상 낮은 0.8g/10min 이하로 조절이 가능한 EMC가 적용된 고밀도폴리에틸렌-천연섬유 발포체 조성물로 친환경 경량화가 가능한 자동차 부품 소재에 적용하는 것에 관한 것이다.Another object of the present invention is to provide a high-density polyethylene-natural fiber foam composition employing EMC, which can control the specific gravity of the foam composition by 15% or lower relative to conventional HDPE to 0.8 g / 10 min or less, .

본 발명의 일 구현예로 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE) 및 천연섬유를 포함하는 복합소재, 상용화제인 폴리에틸린-g-무수말레인산(PE-g-MAH) 및 열팽창성 마이크로캡슐(EMC)를 포함하는 것인 발포체 조성물에 관한 것이다.In one embodiment of the present invention, a composite material containing high density polyethylene (HDPE) and natural fibers, polyethylen-g-maleic anhydride (PE-g-MAH) and thermally expandable microcapsules (EMC) ≪ / RTI >

본 발명의 일 구현예로 상용화제인 폴리에틸렌-g-무수말레인산(PE-g-MAH)는 그라프트율이 40% 초과 50% 미만인 발포체 조성물에 관한 것이다.In one embodiment of the present invention, the compatibilizer polyethylene-g-maleic anhydride (PE-g-MAH) relates to a foam composition having a graft rate of greater than 40% but less than 50%.

본 발명의 일 구현예로 천연섬유는 발포체 조성물의 전체 중량을 기준으로, 15 내지 50 중량%인 것인 발포체 조성물에 관한 것이다.In one embodiment of the invention, the natural fibers are from 15 to 50% by weight, based on the total weight of the foam composition.

본 발명의 일 구현예로 열팽창성 마이크로캡슐(EMC)는 발포체 조성물의 전체 중량을 기준으로, 1 내지 10 중량%이며, 상기 발포체 조성물의 비중이 0.8 이하인 발포체 조성물에 관한 것이다.In one embodiment of the present invention, the thermally expandable microcapsule (EMC) is 1 to 10% by weight based on the total weight of the foam composition, and the foam composition has a specific gravity of 0.8 or less.

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본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형상으로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments can be modified into various other shapes, It is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more faithful and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.In the drawings, the thickness and size of each layer are exaggerated for convenience and clarity of description, and the same reference numerals refer to the same elements in the drawings. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형상은 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형상을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, a singular form may include a plurality of shapes, unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.

본 발명의 일 실시예로 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE) 및 천연섬유를 포함하는 복합소재, 상용화제인 폴리에틸린-g-무수말레인산(PE-g-MAH) 및 열팽창성 마이크로캡슐(EMC)를 포함하는 것인 발포체 조성물에 관한 것이다. (PE-g-MAH) and thermally expandable microcapsules (EMC), which are compatibilizers, as well as high-density polyethylenes (HDPE) ≪ / RTI >

상기 폴리에틸렌은 분자구조에 따라 밀도 조절이 가능하여, HDPE, 저밀도폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 선형저밀도폴리에틸렌(linear low density polyethylene, LLDPE) 등으로 나눌 수 있고, HDPE의 경우 장쇄분지가 없는 선형의 분자구조로 결정화도가 높아 기계적 특성이 양호하여 자동차 내장재로 사용이 증가하고 있다. The polyethylene can be classified into HDPE, low density polyethylene (LDPE), linear low density polyethylene (LLDPE) and the like in which the density can be controlled according to the molecular structure. In the case of HDPE, And the mechanical properties are good because of its high degree of crystallization due to its molecular structure and its use as an automobile interior material is increasing.

상기 열팽창성 마이크로캡슐은 미소한 용기의 내부에 핵물질이라고 불리는 액체, 고체 또는 기체를 넣어 봉인한 것으로, 고분자의 연화점 이상으로 가열되면 고분자가 연화되어 내재되어 있는 팽창제의 증기압이 상승하고 넓게 퍼져서 캡슐이 팽창하게 되는 원리이다. 가열온도, 압력, 시간 등에 따라 팽창이 발생하지 않을 수도 있고, 가공조건이 과하게 되면 팽창한 캡슐이 수축되거나, 합체 및 붕괴 등이 발생할 수 있어 수지 별로 최적의 가공조건을 선정하는 것이 매우 중요하다. EMC는 플라스틱의 경량성, 쿠션성, 절연성, 단열성, 탄성(수축방지) 및 진동 방지성 등에 효과적이고, 고분자 발포에 많이 적용되고 있는 기존의 물리적 발포나 화학적 발포에서 생길 수 있는 제품 표면에 줄무늬 형태로 나타나는 표면 열화 및 잔류 발포제에 의한 문제를 최소화할 수 있는 경쟁력 있는 발포시스템에 관한 것이다. The thermally expandable microcapsule is sealed by putting a liquid, a solid or a gas called a nuclear material inside a minute container. When heated above the softening point of the polymer, the polymer is softened to increase the vapor pressure of the contained expanding agent, This is the principle that expands. Expansion may not occur depending on the heating temperature, pressure, time, etc., and if the processing conditions are excessive, the expanded capsules may shrink, coalesce and collapse may occur, and it is very important to select the optimum processing conditions for each resin. EMC is effective for the lightweight, cushioning, insulation, insulation, elastic (anti-shrinkage) and anti-vibration properties of plastics, and it can be applied to existing physical foams or chemical foams To a competitive foaming system capable of minimizing surface deterioration and problems caused by residual foaming agents.

본 발명의 일 실시예로 상기 천연섬유는 마섬유, 사이잘(sisal) 및 대나무(Bamboo Fiber) 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 것이며, 상기 마섬유는 예를 들어, 양마(Kenaf), 황마(Jute), 대마(Hemp) 및 아마(Flax)이며, 예시에 국한되는 것은 아니다. 상기 천연 마섬유는 셀룰로오스를 주성분으로 하는 극성 고분자이며, 셀룰로오스 기재는 고온에서의 치수 안정성이 우수하고, 내열성이 높다는 특징이 있다. 또한, 자연 분해가 가능한 친환경 물질이므로, 환경 오염 가능성을 줄여준다.In one embodiment of the present invention, the natural fibers are at least one selected from the group consisting of hemp fibers, sisal fibers, and bamboo fiber fibers, and the hemp fibers include, for example, kenaf, jute Jute, Hemp, and Flax, and are not limited to the examples. The natural hemp fibers are polar polymers containing cellulose as a main component, and the cellulose base is characterized by excellent dimensional stability at a high temperature and high heat resistance. Also, since it is an environmentally friendly material that can be decomposed by nature, it reduces the possibility of environmental pollution.

본 발명의 일 실시예로 상기 상용화제인 폴리에틸렌-g-무수말레인산(PE-g-MAH)는 그라프트율이 40% 초과 50% 미만이다. 그라프트란 「접목」이란 뜻이며, 어떤 고분자사슬에 다른 고분자사슬을 결합시키는 것을 그라프트 중합이라 한다. 고분자사슬 위에 방사선을 조사하거나 촉매 등에 의해 활성점을 형성하여, 그것에 의해 다른 모노머의 중합을 개시시켜 그라프트 중합체를 합성한다. 섬유나 플라스틱 등의 고분자재료에 다른 모노머를 그라프트 중합을 함으로써, 새로운 성질을 가지는 재료를 제조할 수가 있다. 즉, 그라프트율이란 PE-g-MAH에서 MAH 그라프트 정도를 나타내는 것이다. In one embodiment of the present invention, the compatibilizer polyethylene-g-maleic anhydride (PE-g-MAH) has a graft rate of more than 40% but less than 50%. Grafting means "grafting." Grafting is the binding of a polymer chain to a polymer chain. Radiation is applied onto the polymer chains or active sites are formed by a catalyst or the like to thereby initiate polymerization of other monomers to synthesize a graft polymer. By graft polymerization of another monomer to a polymer material such as fiber or plastic, a material having new properties can be produced. That is, the graft rate indicates the degree of MAH graft in PE-g-MAH.

이에, 그라프트율이 높지 않은 상업화 된 PE-g-MAH를 적용할 때, 천연섬유의 함량이 높은 복합소재의 경우 상용성 개선정도가 충분하지 않아 기계적 물성 향상과 발포 특성이 요구하는 수준으로 개선되지 못하는 문제가 있다. 구체적으로, 그라프트율이 40% 미만인 경우에는 충분한 상용화 효과가 나타나지 않으며, 50% 이상인 경우에는 상용화제인 PE-g-MAH에 의해 기계적 물성이 저하된다.Therefore, when a commercialized PE-g-MAH having a low grafting rate is applied, a composite material having a high content of natural fibers is not sufficiently improved in compatibility, and mechanical properties and foaming characteristics are not improved to the required levels there is a problem. Concretely, when the graft ratio is less than 40%, the sufficient compatibilizing effect is not exhibited. When the grafting rate is 50% or more, the mechanical properties are deteriorated by PE-g-MAH which is a compatibilizer.

본 발명의 일 실시예로 상기 천연섬유는 발포체 조성물의 전체 중량을 기준으로, 15 내지 50 중량%인 것이며, 바람직하게는 20 내지 50 중량%이다. 상기의 발포체 조성물을 자동차 부품 소재로 적용하기 위한 기계적 물성을 가져야 할 것인바, 천연섬유가 발포체 조성물의 전체 중량을 기준으로 15 중량% 미만으로 포함될 경우에는 기계적 물성의 저하가 발생하며, 50 중량%를 초과할 경우에는 원가에 대한 이익이 크지 않은 문제가 있다. In one embodiment of the present invention, the natural fibers are 15 to 50 wt%, preferably 20 to 50 wt%, based on the total weight of the foam composition. When the natural fiber is contained in an amount of less than 15% by weight based on the total weight of the foam composition, the mechanical properties are deteriorated. When the natural fiber is contained in an amount of less than 50% by weight, , There is a problem that the profit on the cost is not large.

본 발명의 일 실시예로 상기 열팽창성 마이크로캡슐(EMC)는 발포체 조성물의 전체 중량을 기준으로, 1 내지 10 중량%이며, 상기 발포체 조성물의 비중이 0.8 이하이다. In one embodiment of the present invention, the heat-expandable microcapsule (EMC) is 1 to 10% by weight based on the total weight of the foam composition, and the specific gravity of the foam composition is 0.8 or less.

본 발명의 일 실시예로 상기 발포체 조성물을 포함하는 자동차 부품 소재에 관한 것이다. 상기 발포체 조성물은 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE) 및 천연섬유를 포함하는 복합소재, 상용화제인 폴리에틸린-g-무수말레인산(PE-g-MAH) 및 열팽창성 마이크로캡슐(EMC)을 포함하고 있으며, 기존에 상업화된 그라프트율이 40% 이하인 PE-g-MAH와 달리 천연섬유가 20 중량% 이상 포함된 복합소재에 적용하더라도, 기계적 물성 및 발포율이 자동차 부품소재로 적용하기에 문제가 없다. The present invention relates to an automobile parts material including the foam composition. The foam composition comprises a composite material comprising high density polyethylene (HDPE) and natural fibers, polyethylen-g-maleic anhydride (PE-g-MAH) and thermally expandable microcapsules (EMC) Unlike PE-g-MAH, which has a conventional grafting rate of 40% or less, mechanical properties and foaming ratio can be applied to automobile parts materials even when applied to a composite material containing 20% by weight or more of natural fibers.

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본 발명의 일 실시예로 1) 폴리에틸린-g-무수말레인산(PE-g-MAH)을 이축압출기를 이용하여 반응 압출하는 단계 2) 상기 1) 단계의 폴리에틸린-g-무수말레인산(PE-g-MAH), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE) 및 천연섬유를 포함하는 복합소재 및 열팽창성 마이크로캡슐(EMC)를 혼합하는 단계를 포함하는 발포체 조성물의 제조방법에 관한 것이다.In one embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a polyolefin resin composition, comprising the steps of 1) reaction extrusion of polyethylen-g-maleic anhydride (PE-g-MAH) The present invention relates to a method of making a foam composition comprising mixing a composite material and a thermally-expandable microcapsule (EMC), comprising PE-g-MAH, high density polyethylene (HDPE) and natural fibers.

본 발명은 자동차 내장재의 친환경 경량화를 위하여 그라프트율이 40%를 초과하는 PE-g-MAH를 상용화제로 적용함으로서, 자동차 내장부품 소재용으로 적합한 기계적 물성을 가질 뿐만 아니라 기존 플라스틱 복합소재보다 가벼운 저 비중의 친환경 고밀도 폴리에틸렌-천연섬유-열팽창 마이크로 캡슐 복합재료에 관한 것이다. 또한 기존에 적용중인 물리적 발포 및 화학적 발포 공법에서 발생하는 외관문제, 잔류 발포제, 고가설비 등의 문제를 EMC를 적용함으로 인해 해결 가능하다.The present invention applies a PE-g-MAH having a graft ratio of more than 40% as a compatibilizer for environmentally friendly and light weight of automobile interior materials, and has not only mechanical properties suitable for automobile interior parts material but also lightweight Eco-friendly high density polyethylene-natural fiber-thermally expandable microcapsule composite material. In addition, problems such as appearance problems, residual foaming agents, and expensive facilities that are generated in the conventional physical foaming and chemical foaming methods can be solved by applying EMC.

도1은 상업화된 PE-g-MAH와 반응압출을 통해 제조한 PE-g-MAH의 적외선 스펙트럼에 관한 것이다.
도2는 본 발명에서 상용화제 종류 및 천연섬유인 양마(Kenaf) 섬유의 함량별 비중 변화를 나타내는 것이다.
도3은 본 발명에서 상용화제 종류 및 천연섬유인 양마(Kenaf) 섬유의 함량별 응력 변화를 나타내는 것이다.
도4는 본 발명에서 상용화제 종류 및 천연섬유인 양마(Kenaf) 섬유의 함량별 SEM 사진이다.
Figure 1 relates to commercialized PE-g-MAH and infrared spectra of PE-g-MAH prepared via reactive extrusion.
2 shows the change in the specific gravity of the compatibilizer and the content of natural fiber Kenaf fibers in the present invention.
Fig. 3 shows the change in stress according to the type of compatibilizer and the content of natural fiber Kenaf fiber in the present invention.
4 is a SEM photograph of the type of compatibilizer and the content of natural fiber, kenaf fiber, in the present invention.

다음은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하였다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: Fig.

도 4는 본 발명에 따른 상업화된 PE-g-MAH가 상용화제로 적용되고, 중량기준으로 15 wt% 이상의 양마(Kenaf)를 함유하고 있는 HDPE-양마(Kenaf)-EMC 발포체의 셀 단면을 나타낸 것으로, 양마(Kenaf) 함량이 17 wt% 이상에서는 발포 셀 형성이 거의 이루어지지 않음을 보여주고 있다. Figure 4 is a cross-sectional view of a cell of a HDPE-Kenaf-EMC foam with a commercialized PE-g-MAH according to the present invention as a compatibilizer and containing 15 wt% or more of kenaf on a weight basis , And that the foam cell formation is hardly achieved when the content of kenaf exceeds 17 wt%.

이에 본 발명은 도 4에서 보는 바와 같이, 상업화된 PE-g-MAH는 그라프트 정도가 40%로 충분하지 못하여, 양마(Kenaf)를 17 wt% 이상 포함하는 HDPE-양마(Kenaf) 복합체에서 상업화된 PE-g-MAH의 계면 접착특성이 약해 양마(Kenaf)가 HDPE 내에서 서로 다른 재료로 작용하여 보강재의 역할을 충분히 하지 못하기 때문이다.As shown in FIG. 4, the commercialized PE-g-MAH is not enough for grafting 40%, so it is commercialized in HDPE-kenaf complex containing 17 wt% or more of kenaf The reason for this is that the interfacial adhesion property of PE-g-MAH is weak and Kenaf acts as a different material in HDPE and does not play a sufficient role as a reinforcing agent.

이에, HDPE와 15 wt% 초과의 고 함량 양마(Kenaf) 섬유로 이루어진 HDPE-양마(Kenaf) 복합체에서 보강제로 기계적 특성 향상을 위해서는 계면 접착특성을 충분하게 개선할 수 있는 상용화제의 도입이 필요하고, 이를 위해서는 MAH 그라프트 정도가 중요하다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 이축압출기를 이용하여 반응 압출을 통해 MAH 그라프트 정도가 40%를 초과하는 PE-g-MAH를 제조하였다.Therefore, in order to improve the mechanical properties of HDPE and HDPE-kenaf composites composed of high-content kenaf fibers of more than 15 wt% as reinforcing agents, it is necessary to introduce a compatibilizing agent capable of sufficiently improving interfacial adhesion properties For this, the degree of MAH graft is important. Thus, PE-g-MAH having a MAH grafting degree exceeding 40% was prepared through reactive extrusion using a twin-screw extruder according to an embodiment of the present invention.

MAH 그라프트 정도 측정Measurement of MAH graft

PE-g-MAH의 그라프트 정도 측정은 적외선 분광기(Perkin Elmer사의 FT-IR spectrum 1000)를 이용하여 측정한 스펙트럼에서 3,000 cm-1 부근에서 나타나는 C-H 신축진동 피크 대비 1,700 cm-1 부근에서 나타나는 C=O 신축진동 피크의 비로 측정하였다. The measurement of the degree of grafting of PE-g-MAH was carried out by measuring the C (C) peak at around 1,700 cm -1 of the CH stretching vibration peak appearing near 3,000 cm -1 in the spectrum measured using an infrared spectrometer (Perkin Elmer's FT-IR spectrum 1000) = O stretching vibration peak.

도 1은 상용화제로 사용된 PE-g-MAH의 그라프트 정도 측정을 위한 적외선 분광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 상용화된 PE-g-MAH의 그라프트율은 40%이며, 본 발명의 일 실시예에 따른 이축압축기를 이용하여 반응 압출을 통해 제조한 PE-g-MAH의 그라프트율은 44%이다.Fig. 1 shows an infrared spectroscopic spectrum for measuring the degree of grafting of PE-g-MAH used as a compatibilizer. 1, the graft rate of the PE-g-MAH produced through the reaction extrusion using the biaxial compressor according to an embodiment of the present invention is 44% to be.

HDPE-천연섬유-EMC 발포체의 물성 평가HDPE - Natural Fiber - Evaluation of Physical Properties of EMC Foam

[실시예 1][Example 1]

이축압출기(유효장(L/D)=40 cm/11 mm)를 이용하여 DCP (dicumyl peroxide)와 MAH, HDPE를 이용하여 이축압출기 온도는 다이(die) 온도 기준으로 160 - 220에서 PE-g-MAH를 제조한다. 이 때 MAH/DCP 몰비는 1:3으로 하고, MAH는 그라프트 정도에 44%에 맞추어 조절한다. 그 다음 양마섬유 함량은 20 중량%, PE-g-MAH 함량은 3 중량%로 하여 180/170/160/150/140/140 조건에서 압출하여 HDPE-양마섬유 복합체를 제조하고, 제조된 복합체에 EMC 5 중량%를 적용하여 160/170/160/150/140/140 조건으로 발포체를 제조하였다. 양마 섬유는 사용 전에 70 진공오븐에서 24 시간 이상 건조하였다. Using dicumyl peroxide (DCP), MAH and HDPE using a twin-screw extruder (effective length (L / D) = 40 cm / 11 mm), the biaxial extruder temperature was changed from 160-220 at PE- -MAH. At this time, the MAH / DCP molar ratio is 1: 3, and the MAH is adjusted to about 44% in the graft. Then, the HDPE-yam fiber composite was extruded under the conditions of 180/170/160/150/140/140 with a sheep fiber content of 20% by weight and a PE-g-MAH content of 3% by weight, The foams were produced under the conditions of 160/170/160/150/140/140 applying 5% by weight of EMC. The wool fibers were dried in a 70 vacuum oven for at least 24 hours before use.

[비교예 1][Comparative Example 1]

복합체 및 발포체 제조에 있어서 양마 섬유의 함량을 15 wt% 첨가한 것, MAH 그라프트 정도가 40%인 PE-g-MAH를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 같은 방법으로 수행하였다. The same procedure as in Example 1 was repeated except that 15 wt% of sheep fiber was added in the preparation of the composite and the foam, and PE-g-MAH having a degree of MAH graft of 40% was used.

[비교예 2][Comparative Example 2]

복합체 및 발포체 제조에 있어서 양마 섬유의 함량을 17 wt% 첨가한 것, MAH 그라프트 정도가 40%인 PE-g-MAH를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 같은 방법으로 수행하였다.The preparation of the composite and the foam was carried out in the same manner as in Example 1, except that 17 wt% of sheep fiber was added, and PE-g-MAH having a degree of MAH graft of 40% was used.

[비교예 3][Comparative Example 3]

복합체 및 발포체 제조에 있어서 MAH 그라프트 정도가 40%인 PE-g-MAH를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 같은 방법으로 수행하였다.The procedure of Example 1 was repeated except that PE-g-MAH having a degree of MAH graft of 40% was used in the preparation of the composite and the foam.

[비교예 4][Comparative Example 4]

복합체 및 발포체 제조에 있어서 MAH 그라프트 정도가 50%인 PE-g-MAH를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 같은 방법으로 수행하였다.The procedure of Example 1 was repeated except that PE-g-MAH having a degree of MAH graft of 50% was used in the preparation of the composite and the foam.

[비교예 5][Comparative Example 5]

복합체 및 발포체 제조에 있어서 PE-g-MAH를 사용하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 같은 방법으로 수행하였다.The procedure of Example 1 was repeated except that PE-g-MAH was not used in the preparation of the composite and the foam.

<비중 측정><Specific gravity measurement>

Water displacement method를 이용하여 발포체의 비중 값을 측정하였고 5개의 시료를 측정하여 평균 값을 나타내었다. The specific gravity of the foam was measured using a water displacement method and the average value of five samples was measured.

<접촉각 측정>&Lt; Contact angle measurement &

HDPE-양마 섬유 복합체를 25 mm x 25 mm x 1 mm 판으로 만든 뒤 SEO 사의 phoenix 접촉각 측정기를 이용하여 물을 떨어뜨린 뒤 3초 경과 후의 각을 측정하여 나타낸다.The HDPE-yam fiber composite is made into a 25 mm x 25 mm x 1 mm plate and the angle is measured after 3 seconds after dropping water using a phoenix contact angle meter from SEO.

<인장특성 측정><Measurement of tensile properties>

HDPE-양마 섬유 복합체의 인장특성은 만능시험기(Hounsfield, H10KS, 영국)를 이용하여 1 mm 두께 의 인장시편을 인장속도 5 mm/min로 하여 측정하였다.The tensile properties of the HDPE-yam fiber composite were measured using a universal tester (Hounsfield, H10KS, UK) with a 1 mm-thick tensile specimen at a tension rate of 5 mm / min.

또한, 시편은 170 가열프레스를 이용하여 제작하였다. The specimens were also prepared using a 170 hot press.

<발포 셀 구조><Foamed cell structure>

HDPE-양마섬유-EMC 발포체의 발포 셀 구조는 시료의 절단면을 금박(gold sputter coating)하여 주사전자현미경(SEM, Tescan Mira3)을 이용하여 측정하였다. The foam cell structure of HDPE-wool fiber-EMC foam was measured using a scanning electron microscope (SEM, Tescan Mira3) by gold sputter coating of the cut surface of the sample.

구 분division 접촉각()Contact angle () 탄성률(Mpa)Modulus of elasticity (Mpa) 인장강도(Mpa)Tensile Strength (Mpa) 비중importance PE-g-MAH의 그라프트 정도 (%)Graft of PE-g-MAH (%) 실시예1Example 1 72.772.7 18.118.1 25.525.5 0.780.78 44%44% 비교예1Comparative Example 1 65.965.9 17.217.2 19.519.5 0.640.64 40%40% 비교예2Comparative Example 2 61.361.3 15.315.3 17.717.7 0.810.81 40%40% 비교예3Comparative Example 3 64.364.3 16.216.2 15.115.1 0.900.90 40%40% 비교예4Comparative Example 4 62.162.1 16.516.5 13.413.4 0.910.91 -- 비교예5Comparative Example 5 72.172.1 16.216.2 20.220.2 0.800.80 50%50%

이에 도 2, 도 3, 도 4 및 [표 1]에서 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 중량기준으로 15 중량%의 양마 섬유를 초과하는 HDPE-양마 섬유 복합체 및 EMC가 적용된 발포체의 인장특성, 비중 및 발포 셀 구조 등을 고려할 때 상용화제, 즉 PE-g-MAH의 적용이 필수적이고, PE-g-MAH의 MAH 그라프트 정도가 중요한 인자로 작용함을 알 수 있다.As shown in FIGS. 2, 3, 4 and Table 1, the tensile properties, specific gravity and specific gravity of the HDPE-yam fiber composite and the EMC applied in excess of 15 wt% Considering the foam cell structure, the application of PE-g-MAH is essential, and the degree of MAH grafting of PE-g-MAH is an important factor.

즉, 그라프트 정도가 40% 이하인, 비교예 1 내지 비교예 3의 경우, 접촉각이 61.3 내지 65.9로 측정되어, 72.7인 실시예 1에 비해 충분한 상용화 효과가 나타나지 않으며, 그라프트 정도가 50% 이상인, 비교예 4는 탄성율은 16.5이며, 인장강도는 13.4로, 특히 인장강도는 실시예 1과 비교하여 대략 47% 정도 감소한 것으로 나타난 점에 비추어, PE-g-MAH에 의해 기계적 물성 저하가 일어났다 할 것이다. That is, in the case of Comparative Examples 1 to 3 where the degree of grafting was 40% or less, the contact angle was measured to be 61.3 to 65.9, so that a sufficient compatibilizing effect was not obtained as compared with Example 1 which was 72.7 and the grafting degree was 50% , The elastic modulus of Comparative Example 4 was 16.5, the tensile strength was 13.4, and the tensile strength was reduced by about 47% compared with Example 1. In view of this, mechanical property deterioration was caused by PE-g-MAH will be.

상용화제 적용 시 HDPE-양마 섬유 복합체의 인장특성과 EMC가 적용된 발포체의 비중이 감소하는 것은 HDPE와 양마 섬유 사이의 계면접착력이 증가하고, 양마 섬유가 HDPE와 같이 용융 혼련되어 양마 섬유가 EMC의 팽창에 방해하는 작용이 감소하기 때문이며, 이에, PE-g-MAH의 MAH 그라프트 정도가 높을수록 고 양마 섬유 함량의 HDPE-양마 섬유 복합체의 계면 접착특성에 대한 향상 정도가 우수하다고 할 것이다. PE-g-MAH의 MAH 그라프트 정도는 도 1 및 [표 1]을 통하여 확인 할 수 있다.The decrease in the tensile properties of the HDPE-yam fiber composites and the specific gravity of the foams applied with the compatibilizer improves the interfacial adhesion between the HDPE and the yam fiber, and the yam fiber is melted and kneaded like HDPE, The higher the degree of MAH grafting of PE-g-MAH, the higher the degree of improvement in interfacial adhesion properties of HDPE-yam fiber composite with high sheep fiber content. The degree of MAH grafting of PE-g-MAH can be confirmed from FIG. 1 and [Table 1].

또한 [표1]의 접촉각은 MAH 그라프트 정도가 높은 상용화제가 사용된 HDPE-양마 섬유 복합체일수록 크게 나타나는데, 이는 계면 접착특성의 개선 정도가 더 양호하기 때문이다. In addition, the contact angle of [Table 1] is larger for the HDPE-yam fiber composite in which the compatibilizer having a high degree of MAH graft is used, because the degree of improvement of the interfacial adhesion property is better.

결과적으로, 상기 실험을 통해 HDPE-양마 섬유 복합체에 MAH 그라프트 정도가 높은 상용화제를 적용함에 따라 기계적 물성이 증가하는 것을 확인 할 수 있고, EMC가 적용된 발포체의 발포 셀의 증가를 입증하였다.As a result, it was confirmed that the mechanical properties were increased by applying the compatibilizer having a high degree of MAH grafting to the HDPE-yam fiber composite through the above-mentioned experiment, and the increase of foamed cells of EMC-applied foam was proved.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the appended claims.

Claims (8)

고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE) 및 천연섬유를 포함하는 복합소재, 상용화제인 폴리에틸린-g-무수말레인산(PE-g-MAH) 및 열팽창성 마이크로캡슐(EMC)를 포함하며,
상기 상용화제인 폴리에틸린-g-무수말레인산은 그라프트율이 40% 초과 50% 미만인 발포체 조성물.
Composite materials comprising high density polyethylene (HDPE) and natural fibers, polyethylen-g-maleic anhydride (PE-g-MAH) and thermally expandable microcapsules (EMC)
The compatibilizer, polyethylen-g-maleic anhydride, has a graft rate of greater than 40% but less than 50%.
제 1항에 있어서,
상기 천연섬유는 마섬유, 사이잘(sisal) 및 대나무(Bamboo Fiber) 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 것인 발포체 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the natural fibers are at least one selected from the group consisting of hemp fibers, sisal fibers and bamboo fiber fibers.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 천연섬유는 발포체 조성물의 전체 중량을 기준으로, 15 내지 50 중량%인 것인 발포체 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the natural fibers are from 15 to 50% by weight, based on the total weight of the foam composition.
제 1항에 있어서,
상기 열팽창성 마이크로캡슐(EMC)는 발포체 조성물의 전체 중량을 기준으로, 1 내지 10 중량%이며,
상기 발포체 조성물의 비중이 0.8 이하인 발포체 조성물.
The method according to claim 1,
The thermally expandable microcapsules (EMC) are present in an amount of 1 to 10% by weight, based on the total weight of the foam composition,
Wherein the foam composition has a specific gravity of 0.8 or less.
삭제delete 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 발포체 조성물을 포함하는 자동차 부품 소재.An automotive part material comprising the foam composition according to any one of claims 1, 2, 4 and 5. 1) 폴리에틸린-g-무수말레인산(PE-g-MAH)을 이축압출기를 이용하여 반응 압출하는 단계; 및
2) 상기 1) 단계의 폴리에틸린-g-무수말레인산(PE-g-MAH), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE) 및 천연섬유를 포함하는 복합소재 및 열팽창성 마이크로캡슐(EMC)를 혼합하는 단계를 포함하며,
상기 상용화제인 폴리에틸린-g-무수말레인산은 그라프트율이 40% 초과 50% 미만인 발포체 조성물의 제조방법.
1) reaction extruding polyethylen-g-maleic anhydride (PE-g-MAH) using a twin-screw extruder;
2) A composite material and heat-expandable microcapsules (EMC) containing polyethylen-g-maleic anhydride (PE-g-MAH), high density polyethylene (HDPE) , &Lt; / RTI &gt;
Wherein the compatibilizer, polyethylen-g-maleic anhydride, has a graft rate of greater than 40% but less than 50%.
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