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폴리프로필렌/에틸렌-옥텐 공중합체 블렌드의 기계적 성질 및 웰드라인 물성에 미치는 폴리프로필렌-옥텐 공중합체의 영향에 관한 연구
Effect of Poly(propylene-co-octene) as a Compatibilizer on Mechanical Properties and Weldline Characteristics of Polypropylene/Poly(ethylene-co-octene) Blends 원문보기

Elastomers and composites = 엘라스토머 및 콤포지트, v.46 no.3, 2011년, pp.251 - 256  

구효선 (공주대학교 공과대학 신소재공학부) ,  손영곤 (공주대학교 공과대학 신소재공학부)

초록
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이 연구에서는 메탈로센 (metallocene) 촉매로 중합된 에틸렌-옥텐 공중합체를 충격보강제로 사용한 복합 폴리프로필렌 (PP)상용화제로 프로필렌-옥텐 공중합체의 영향에 관하여 조사하였다. 사용된 프로필렌-옥텐 공중 합체는 실험실에서 메탈로센 촉매를 사용하여 중합하였다. 상용화제가 첨가되지 않은 복합 PP의 경우 웰드라인에서 기계적 물성이 매우 낮았는데 상용화제의 첨가에 따라 웰드라인의 기계적 강도가 현저히 증가하였다. 그러나 상용화제 가 첨가된 복합 PP라도 웰드라인이 없는 시편에서는 물성개선이 크지 않는 것으로 관찰되었는데, 이는 제조된 상용화 제의 분자량이 매우 낮기 때문이었다. 적절한 조건에서 분자량이 높은 프로필렌 옥텐 공중합체를 제조한다면 상용화제로서 효과가 클 것으로 기대할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Effect of poly(propylene-co-octene) as a compatibilizer in toughened polypropylene/ poly(ethylene-co-octene) (EOC) was investigated. The EOCs used were metallocene catalyzed commercial linear low density polyethylene and they are elastomeric materials. The poly(propylene-co-octene) was synthesized b...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 복합 PP 제조 시 산화방지제 1500 ppm (Iganox1010:Igarfos168 = 2:1)을 첨가하였다. 각각의 재료의 혼련은 본 실험실에서 자체 제작한 micro compounder를 사용하였고, 온도는 200 ℃로 고정하고, mixing cycle 횟수는 50회로 하였다. 사용된 micro compounder는 혼련이 끝난 후 시료를 바로 채취하지 않고 고압으로 사출하여 인장 시편과 충격강도 시편을 제작할 수 있는데 compounder의 자세한 사양은 참고 문헌에서 찾을 수 있다.
  • % 혼합한 복합 PP를 제조하였다. 또한 상용화제로서 PP-octene 공중합체를 사용한 복합 PP도 제조하였다. 복합 PP의 성분은 약어의 뒤에 있는 숫자로 나타냈다.
  • 이 연구에서는 옥텐의 함량이 4 ~ 13 mol %인 메탈로센 중합 poly(ethylene-co-octene)를 사용하여 충격보강 복합 PP를 제조하였고, 이렇게 제조한 복합 PP의 웰드라인 특성을 관찰하였다. 또한 웰드라인에서의 물성 감소를 보완하고자 메탈로센 중합 poly(propylene-co-octene) (PP-octene)을 합성하여 EOC/PP에 첨가하여 상용화제로서의 역할을 관찰하였다.
  • %를 혼합한 복합 PP를 의미한다. 복합 PP 제조 시 산화방지제 1500 ppm (Iganox1010:Igarfos168 = 2:1)을 첨가하였다. 각각의 재료의 혼련은 본 실험실에서 자체 제작한 micro compounder를 사용하였고, 온도는 200 ℃로 고정하고, mixing cycle 횟수는 50회로 하였다.
  • 16-17 이러한 관점에서 보면 EOC로 보강된 내 충격 PP의 경우 EOC에서 차지하는 옥텐의 양이 두 상간의 계면장력에 영향을 미칠 것이고 결국 내 충격 PP의 물성에 영향을 미칠 것을 쉽게 예상할 수 있다. 우리 그룹에서는 최근에 다양한 옥텐 함량을 가지는 EOC를 이용하여 충격보강 PP을 제조하였고 옥텐 함량이 복합 PP의 물성에 미치는 영향을 관찰하였다.18 그 결과 EOC에서 차지하는 옥텐의 양이 많을수록 EOC와 PP의 계면장력은 감소하였고 복합 PP의 충격강도는 증가하는 것을 관찰하였다.
  • 충격강도는 -20 ℃에서 측정하였다. 웰드라인의 충격 강도는 인장강도 시편을 이용하여 웰드라인 시편 제작 후 웰드라인이 있는 가운데 부분만 취하여 웰드라인 부분이 위쪽으로 오도록 하여 -10 ℃에서 측정하였고 5 회 측정하여 평균을 구하였다.
  • 이 연구에서는 옥텐의 함량이 4 ~ 13 mol %인 메탈로센 중합 poly(ethylene-co-octene)를 사용하여 충격보강 복합 PP를 제조하였고, 이렇게 제조한 복합 PP의 웰드라인 특성을 관찰하였다. 또한 웰드라인에서의 물성 감소를 보완하고자 메탈로센 중합 poly(propylene-co-octene) (PP-octene)을 합성하여 EOC/PP에 첨가하여 상용화제로서의 역할을 관찰하였다.
  • 합성된 PP-octene의 특성을 조사하기 위하여 시차주사 열량계 (DSC)를 이용하여 열 분석을 하였다. 먼저 시료의 온도를 200 ℃ 까지 최대 속도로 승온시킨 후 3 분 동안 등온 유지시켰다.

대상 데이터

  • % 또는 20 wt. % 혼합한 복합 PP를 제조하였다. 또한 상용화제로서 PP-octene 공중합체를 사용한 복합 PP도 제조하였다.
  • 사용된 micro compounder는 혼련이 끝난 후 시료를 바로 채취하지 않고 고압으로 사출하여 인장 시편과 충격강도 시편을 제작할 수 있는데 compounder의 자세한 사양은 참고 문헌에서 찾을 수 있다.20 인장 테스트시편의 경우 웰드라인이 있는 것과 없는 시편을 각각 제작하였다.
  • 약어에서 EOC뒤에 표시한 숫자는 EOC에서 차지하는 octene의 mol %를 나타낸다. 또한 PP과 EOC의 상용화제로 poly(propylene-co-octene)을 사용하였는데, 프로필렌과 1-octene을 1:1의 무게 비로 투입하여 메탈로센 촉매로 합성하여 사용하였다. 사용한 재료들의 특성을 표 1에 나타내었다.
  • PP와 PP/PP-octene 혼합물의 전단 점도를 캐필러리 점도계를 사용하여 190 ℃에서 측정하였다. 사용된 다이는 길이 20.2mm 직경 1.0 mm 이고 캐필러리 점도계에 대한 자세한 사양은 참고 문헌에서 찾을 수 있다.21
  • 인장 시험은 만능시험기(model Hounsfield H25KS)를 사용하였다. 인장 속도 50 mm/min로 상온에서 5 kN의 load cell을 이용하여 측정하였고 인장 시편의 규격은 ASTM D412이다.

이론/모형

  • 인장 시험은 만능시험기(model Hounsfield H25KS)를 사용하였다. 인장 속도 50 mm/min로 상온에서 5 kN의 load cell을 이용하여 측정하였고 인장 시편의 규격은 ASTM D412이다. 충격강도는 -20 ℃에서 측정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PP를 보강한 고무 상 물질들은 어떤것이 있는가? PP의 내 충격성은 고무상의 충격보강제 도입으로 인해 크게 개선될 수 있으며, 이에 관한 연구가 지속적으로 진행되어 오고 있다. 그간 연구된 고무 상 물질들은 에틸렌-프로필렌 공중합체 (poly(ethylene-co-propylene), EPR),1-3 에틸렌-프로필렌-디엔 고무 (ethylene-propylene-diene rubber, EPDM)4,5 및 스티렌/에틸렌-부틸렌/스티렌 (SEBS)6-8등 여러 종류가 연구되었는데, 그 중 EPR 및 EPDM이 경제적인 측면 및 물성적인 면에서 상업적으로 성공한 충격 보강제이다. 최근에는 메탈로센 촉매로 합성된 poly(ethylene-cooctene) (EOC)이 PP의 충격보강제로서 주목을 받고 있다.
폴리프로필렌의 특성은? 폴리프로필렌 (polypropylene, PP)은 범용 고분자로서 내 화학성, 내 수분성, 강인성, 우수한 가공성 및 저 가격으로 인해 그 사용량이 꾸준히 증가하고 있다. PP는 다양한 응용 분야에서 사용되고 있지만 저온에서의 내 충격성이 충분하지 못한이유 때문에 엔지니어링 플라스틱이 적용되는 분야까지 진출하기에는 한계가 있다.
메탈로센 (metallocene) 촉매로 중합된 에틸렌-옥텐 공중합체를 충격보강제로 사용한 복합 폴리프로필렌 (PP)에 상용화제로 프로필렌-옥텐 공중합체의 영향은 어떻게 관측되었는가? 사용된 프로필렌-옥텐 공중 합체는 실험실에서 메탈로센 촉매를 사용하여 중합하였다. 상용화제가 첨가되지 않은 복합 PP의 경우 웰드라인에서 기계적 물성이 매우 낮았는데 상용화제의 첨가에 따라 웰드라인의 기계적 강도가 현저히 증가하였다. 그러나 상용화제 가 첨가된 복합 PP라도 웰드라인이 없는 시편에서는 물성개선이 크지 않는 것으로 관찰되었는데, 이는 제조된 상용화 제의 분자량이 매우 낮기 때문이었다. 적절한 조건에서 분자량이 높은 프로필렌 옥텐 공중합체를 제조한다면 상용화제로서 효과가 클 것으로 기대할 수 있었다.
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참고문헌 (22)

  1. F. Mighri, M.A. Huneault, A. Ajji, G. H. Ko, and F. Watanabe, "Rheology of EPR/PP blends", J. Appl. Polym. Sci., 82, 2113 (2001). 

  2. M. Yazdani-Pedram, R. Quijada, and M. A. Lopez-Manchado, "Use of Monomethyl Itaconate Grafted Poly(propylene)(PP) and Ethylene Propylene Rubber (EPR) asCompatibilizers for PP/EPR Blends", Macromol. Mat. Eng., 88, 875 (2003). 

  3. D. Yang, B. Zhang, Y. Yang, Z. Fang, G. Sun, and Z. Feng, "Morphology and properties of blends of polypropylene with ethylene- propylene rubber", Polym. Eng. Sci., 24, 612 (1984). 

  4. M. Arroyo, R. Zitzumbo, and F. Avalos, "Composites based on PP/EPDM blends and aramid short fibres. Morphology/behaviour relationship", Polymer, 41, 6351 (2000). 

  5. M. Oksuz and M. Erolu, "Effect of the Elastomer Type on the Microstructure and Mechanical Properties of Polypropylene", J. Appl. Polym. Sci., 98, 1445 (2005). 

  6. A. K. Gupta and S. N. Purwar, "Crystallization of PP in PP/SEBS blends and its correlation with tensile properties", J. Appl. Polym. Sci., 29, 1595 (1984). 

  7. A. K. Gupta and S. N. Purwar, "Studies on binary and ternary blends of polypropylene with SEBS, PS, and HDPE. I. Melt rheological behavior", J. Appl. Polym. Sci., 30, 1799 (1985). 

  8. A. Bassani and L A. Pessan, "Toughening of polypropylene with styrene/ethylene-butylene/styrene tri-block copolymer: Effects of reactive and nonreactive compatibilization", J. Appl. Polym. Sci., 86, 3466 (2002). 

  9. S. Paul and D. D. Kale, "Impact modification of polypropylene copolymer with a polyolefinic elastomer", J. Appl. Polym. Sci., 76, 1480 (2000). 

  10. V. Choudhary, H. S. Varma, and I. K. Varma, "Polyolefin blends: effect of EPDM rubber on crystallization, morphology and mechanical properties of polypropylene/EPDM blends. 1", Polymer, 32, 2534 (1991). 

  11. A. N. L. Da Silva, M. C. G. Rocha, L. Lopes, B. S. Chagas, and F. M. B. Coutinho, "Rheological and Thermal Properties of Binary Blends of Polypropylene and Poly(ethylene-co-1-octene)", J. Appl. Polym. Sci., 79, 1634 (2001). 

  12. N. Kukaleva, F. Cser, M. C. Jollands, and E. Kosior, "Comparison of Structure and Properties of Conventional and "High- Crystallinity" Isotactic Polypropylenes and Their Blends with Metallocene-Catalyzed Linear Low-Density Polyethylene. I. Relationships between Rheological Behavior and Thermal and Physical Properties", J. Appl. Polym. Sci., 77, 1591 (2000). 

  13. A. L. M. Da Silva, M. C. G. Rocha, F. M. B. Coutinho, R. E. S. Bretas, and M. Farah, "Mechanical and rheological properties of composites based on polyolefin and mineral additives", Polymer Testing, 21, 647 (2002). 

  14. M. A. L. Manchado, M. Valle, R. Sapunar, and R. Quijada, "Behavior of Poly(ethylene-co-olefin) Polymers as Elastomeric Materials", J. Appl. Polym. Sci., 92, 3008 (2004). 

  15. T. MacNally, P. McShane, G. M. Nally, W. R. Murphy, M. Cook, and A. Miller, "Rheology, phase morphology, mechanical, impact and thermal properties of polypropylene/metallocene catalysed ethylene 1-octene copolymer blends", Polymer, 43, 3785 (2002). 

  16. D. R. Paul and S. Newman, "Polymer Blends; Vols. I and II", Academic Press, New York, (1978). 

  17. S. Wu, "Chain structure, phase morphology, and toughness relationships in polymers and blends", Polym Eng Sci, 30, 753 (1990). 

  18. H. Lee, D. H. Kim, and Y. Son, "Effect of octene content in poly(ethylene-co-1-octene) on the properties of poly(propylene)/ poly(ethylene-co-1-octene) blends", J. Appl. Polym. Sci., 103, 1133 (2007). 

  19. S. Fellahi, A. Meddad, B. Fisa, and B. D. Favis, "Weldlines in injection-molded parts: A review", Adv. Polym. Tech., 14, 169 (1995). 

  20. Y. Son, "Development of a novel microcompounder for polymer blends and nanocomposite", J. Appl. Polym. Sci., 112, 609 (2009). 

  21. H. Lee, D. H. Kim, and Y. Son, "Anomalous rheological behavior of polyethylene melts in the gross melt fracture regime in the capillary extrusion", Polymer, 47, 3929 (2006). 

  22. R. Thomann, J. Kressler, and R. Mulhaupt, "Crystallization of syndiotactic poly(propylene-co-octene)", Polymer, 39, 1907 (1998). 

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