(57)【要約】  高強度および軽量化特性を有しつつ、さらに環境にやさしい高強度樹脂複合材について開示する。  本発明にかかる環境にやさしい高強度樹脂複合材は、第１基材；前記第１基材上に形成され、繊維強化剤を含む補強材層；および前記補強材層上に形成される第２基材；を含み、前記第１基材と前記第２基材のうちの一つ以上はＰＬＡ樹脂とＰＨＡ樹脂を含む生分解性樹脂で形成されたことを特徴とする。【選択図】図3
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材；および
前記基材の一面または両面に形成され、繊維強化剤を含む補強材層；を含み、
前記基材は、ＰＬＡ（Ｐｏｌｙ  Ｌａｃｔｉｃ  Ａｃｉｄ）樹脂とＰＨＡ（ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙａｌｋａｎｏａｔｅ）樹脂を含む生分解性樹脂で形成されたことを特徴とする環境にやさしい高強度樹脂複合材。
【請求項２】
前記生分解性樹脂は、
前記ＰＬＡ樹脂１００重量部に対して、前記ＰＨＡ樹脂が１０重量部〜５０重量部混合されていることを特徴とする請求項１に記載の環境にやさしい高強度樹脂複合材。
【請求項３】
前記生分解性樹脂は、
アイオノマーをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の環境にやさしい高強度樹脂複合材。
【請求項４】
前記ＰＨＡ樹脂は、
下記［式１］で表される繰り返し単位を含むことを特徴とする請求項１に記載の環境にやさしい高強度樹脂複合材。
【化１】
2015517935.tif 000006
（式１で、Ｒ１は水素原子または置換もしくは非置換の炭素数１〜１５のアルキル基、ｎは１または２）
【請求項５】
前記基材は、
フィルム、織物（Ｗｏｖｅｎ  Ｆａｂｒｉｃ）、不織布（Ｎｏｎｗｏｖｅｎ  Ｆａｂｒｉｃ）およびペルト（ｐｅｌｔ）のうちの１種の単層形態か、或いは２種以上が積層された形態であることを特徴とする請求項１に記載の環境にやさしい高強度樹脂複合材。
【請求項６】
前記繊維強化剤は、
炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維（Ａｒａｍｉｄ  Ｆｉｂｅｒ）およびＵＨＭＷＰＥ（Ｕｌｔｒａ  Ｈｉｇｈ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｗｅｉｇｈｔ  Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）のうちの１種以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の環境にやさしい高強度樹脂複合材。
【請求項７】
第１基材；
前記第１基材上に形成され、繊維強化剤を含む補強材層；および
前記補強材層上に形成される第２基材；を含み、
前記第１基材と前記第２基材のうちの一つ以上は、ＰＬＡ樹脂とＰＨＡ樹脂を含む生分解性樹脂で形成されたことを特徴とする環境にやさしい高強度樹脂複合材。
【請求項８】
前記生分解性樹脂は、
前記ＰＬＡ樹脂１００重量部に対して、前記ＰＨＡ樹脂が１０重量部〜５０重量部混合されていることを特徴とする請求項７に記載の環境にやさしい高強度樹脂複合材。
【請求項９】
前記生分解性樹脂は、
アイオノマーをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の環境にやさしい高強度樹脂複合材。
【請求項１０】
前記第１基材および前記第２基材は、
フィルム、織物、不織布およびペルトのうちの１種の単層形態か、或いは２種以上が積層された形態であることを特徴とする請求項７に記載の環境にやさしい高強度樹脂複合材。
【請求項１１】
前記繊維強化剤は、
炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維およびＵＨＭＷＰＥのうちの１種以上を含むことを特徴とする請求項７に記載の環境にやさしい高強度樹脂複合材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度樹脂複合材に関するものであり、より詳しくは、ＰＬＡ（Ｐｏｌｙ  Ｌａｃｔｉｃ  Ａｃｉｄ）樹脂とＰＨＡ（ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙａｌｋａｎｏａｔｅ）樹脂が混合されたブレンド（ｂｌｅｎｄ）樹脂を基材（ｍａｔｒｉｘ）として用いるため、高強度、軽量化を有しつつ環境にやさしい樹脂複合材に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度樹脂複合材とは、熱可塑性樹脂のような樹脂を繊維で補強した素材を意味する。このような高強度樹脂複合材には、軽量化および高強度特性がある。
【０００３】
通常、高強度樹脂複合材と言えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を意味するが、繊維強化プラスチックは、樹脂内に炭素繊維のような繊維が含浸されている形態である。しかし、繊維強化プラスチックの場合、炭素繊維の含量が増加するほど引張強度が著しく低下し、成形性が良くないという問題点がある。
【０００４】
また、高強度樹脂複合材において樹脂は、通常、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ナイロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂のような相溶熱可塑性樹脂が用いられる。
【０００５】
しかし、相溶熱可塑性樹脂の場合、使用後の廃棄時に分解されないため環境汚染の要因になる。
【０００６】
このような問題点を解決するために、近年では生分解性樹脂を高強度樹脂複合材に適用しようとしている。しかし、生分解性樹脂の場合、大抵、強度等の物性が相溶熱可塑性樹脂に比べて良くないという問題点がある。
【０００７】
本発明に関連する背景技術として、韓国特許公開公報第１０―２００９―００９９２１５号（２００９．０９．２２．公開）に開示されている連続繊維で補強された高強度熱可塑性複合材の製造工程がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、既存の相溶熱可塑性樹脂を基材とする樹脂複合材と比較して同等以上の高強度を表すことができ、さらに、自然に分解できるため環境低負荷性を有する高強度樹脂複合材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するための本発明の実施例にかかる環境にやさしい高強度樹脂複合材は、基材；および前記基材の一面または両面に形成され、繊維強化剤を含む補強材層；を含み、前記基材はＰＬＡ（Ｐｏｌｙ  Ｌａｃｔｉｃ  Ａｃｉｄ）樹脂とＰＨＡ（ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙａｌｋａｎｏａｔｅ）樹脂を含む生分解性樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００１０】
このとき、前記生分解性樹脂は、前記ＰＬＡ樹脂１００重量部に対して、前記ＰＨＡ樹脂が１０重量部ないし５０重量部混合されていることがより好ましい。
【００１１】
また、前記生分解性樹脂は、アイオノマーをさらに含んでもよい。
【００１２】
一方、前記ＰＨＡ樹脂は下記［式１］で表される繰り返し単位を含んでもよい。
【化１】
2015517935.tif 000003
（前記式１で、Ｒ１は水素原子または置換もしくは非置換の炭素数１ないし１５のアルキル基、ｎは１または２）
【００１３】
前記目的を達成するための本発明の別の実施例にかかる環境にやさしい高強度樹脂複合材は、第１基材；前記第１基材上に形成され、繊維強化剤を含む補強材層；および前記補強材層上に形成される第２基材；を含み、前記の第１基材と第２基材のうち一つ以上はＰＬＡ樹脂とＰＨＡ樹脂を含む生分解性樹脂で形成されることを特徴とする。
【００１４】
このとき、前記の第１基材と第２基材が共に生分解性樹脂を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる環境にやさしい高強度樹脂複合材は、ＰＬＡ樹脂とＰＨＡ樹脂が混合されたブレンド樹脂を基材として用い、繊維強化剤を用いて基材上に補強材層を別途に形成する。
【００１６】
その結果、既存の相溶熱可塑性樹脂基材の高強度樹脂複合材に対して、同等以上の物性を確保でき、また、廃棄後には基材の生分解が可能なため環境低負荷性を表すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例にかかる環境にやさしい高強度樹脂複合材を概略的に表したものであり、基材の一面に補強材層が形成されている例を表したものである。
【図２】本発明の実施例にかかる環境にやさしい高強度樹脂複合材を概略的に表したものであり、基材の両面に補強材層が形成されている例を表したものである。
【図３】本発明の実施例にかかる環境にやさしい高強度樹脂複合材を概略的に表したものであり、第１基材と第２基材の間に補強材層が形成されている例を表したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は、詳しく後述してある実施例および図面を参照すると明確になると考える。しかし、本発明は以下で開示する実施例に限定されるのではなく、相違する多様な形態に具現でき、単に本実施例は本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供するものであり、本発明は請求項の範疇によって定義されるだけである。
【００１９】
以下、本発明にかかる環境にやさしい高強度樹脂複合材について詳しく説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施例にかかる環境にやさしい高強度樹脂複合材を概略的に表したものであり、基材の一面に補強材層が形成されている例を表したものである。
【００２１】
図１を参照すると、本発明にかかる環境にやさしい高強度樹脂複合材は、基材１１０および補強材層１２０を含む。
【００２２】
本発明にかかる樹脂複合材において、基材１１０は外力による荷重を、樹脂複合材と接したり連結する部品等に効果的に伝達する役割をすると共に、さらに、補強材層１２０に含まれている繊維強化剤を支持する役割をする。
【００２３】
基材１１０は、フィルム、織物（Ｗｏｖｅｎ  Ｆａｂｒｉｃ）、不織布（Ｎｏｎｗｏｖｅｎ  Ｆａｂｒｉｃ）、ペルト（ｐｅｌｔ）等の形態でもよい。また、基材１１０は単層形態あるいは２層以上積層された形態でもよい。
【００２４】
このとき、基材１１０は生分解性樹脂を含む。このとき、生分解性樹脂は、ＰＬＡ（Ｐｏｌｙ  Ｌａｃｔｉｃ  Ａｃｉｄ）樹脂とＰＨＡ（ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙａｌｋａｎｏａｔｅ）樹脂が混合されたブレンド（ｂｌｅｎｄ）樹脂を用いることが好ましい。
【００２５】
本発明の発明者らは、ＰＬＡ樹脂とＰＨＡ樹脂が混合されたブレンド樹脂の場合、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）樹脂等のような相溶熱可塑性樹脂に対して、同等レベルの機械的物性を表し得ることを見出した。
【００２６】
よって、本発明にかかる樹脂複合材は、前記のＰＬＡ樹脂とＰＨＡ樹脂が混合されたブレンド樹脂を基材として用いることにより、強度等の特性に非常に優れ、さらに、廃棄後に生分解が可能だという長所がある。
【００２７】
ＰＨＡ樹脂は、下記［式１］で表される繰り返し単位を含んでもよい。
【化２】
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（式１で、Ｒ１は水素原子または置換もしくは非置換の炭素数１ないし１５のアルキル基、ｎは１または２）
【００２８】
より具体的には、前記式１で表される繰り返し単位は、ｎが１でＲ１がメチル基である３―ヒドロキシブチレート（３―ｈｙｄｒｏｘｙ  ｂｕｔｙｒａｔｅ）、ｎが１でＲ１がエチル基である３―ヒドロキシバレラート（３―ｈｙｄｒｏｘｙ  ｖａｌｅｒａｔｅ）、ｎが１でＲ１がプロピル基である３―ヒドロキシヘキサノエート（３―ｈｙｄｒｏｘｙ  ｈｅｘａｎｏａｔｅ）、ｎが１でＲ１がペンチル基である３―ヒドロキシオクタノエート（３―ｈｙｄｒｏｘｙ  ｏｃｔａｎｏａｔｅ）、ｎが１でＲ１が炭素数１５のアルキル基である３―ヒドロキシオクタデカノエート（３―ｈｙｄｒｏｘｙ  ｏｃｔａｄｅｃａｎｏａｔｅ）等を例示することができる。
【００２９】
一方、本発明にかかる樹脂複合材においてＰＬＡ樹脂は、強度確保の役割をし、ＰＨＡ樹脂はＰＬＡ樹脂の脆性を改善する役割をする。このような点でＰＬＡ樹脂の含量比が増加するほど強度が高くなり、ＰＨＡ樹脂の含量比が増加するほど靭性が増加すると言える。
【００３０】
本発明において、ＰＬＡ樹脂とＰＨＡ樹脂の混合比は、特に制限されるものではない。但し、実験の結果、ＰＬＡ樹脂１００重量部に対して、ＰＨＡ樹脂が１０重量部ないし５０重量部混合されている場合の方が、それ以外の場合に比べて物性により優れた。
【００３１】
それに対して、ＰＨＡ樹脂が、ＰＬＡ樹脂１００重量部に対して１０重量部未満で含有された場合、ＰＬＡ樹脂の脆性改善が多少不十分になり得る。また、ＰＨＡ樹脂がＰＬＡ樹脂１００重量部に対して５０重量部を超える場合、ＰＨＡ樹脂の凝集が発生して樹脂複合材の強度が多少低下し得る。
【００３２】
よって、ＰＨＡ樹脂はＰＬＡ樹脂１００重量部に対して、１０重量部ないし５０重量部で混合されることが最も好ましい。
【００３３】
また、前記生分解性樹脂は、アイオノマー（ｉｏｎｏｍｅｒ）をさらに含んでもよい。アイオノマーは、反応性相溶化剤として作用し得る。
【００３４】
アイオノマーは、非極性の高分子鎖に少量のイオン基が含有されている限り、特に限定されなく、その例として、α―オレフィンとα，β―不飽和カルボン酸の共重合体、ポリスチレンにスルホン酸基が導入されている重合体、α―オレフィン、α，β―不飽和カルボン酸およびこれとそれぞれ共重合可能な単量体間の共重合体またはこれらの混合物を１価ないし４価の金属イオンで中和したものを用いてもよい。
【００３５】
前記アイオノマーは、ＰＬＡ樹脂とＰＨＡ樹脂の合算１００重量部に対して、２０重量部以下で含まれることがよい。アイオノマーの添加量が２０重量部を超える場合は、未反応のアイオノマーが残留して耐熱性や強度を低下させるおそれがある。
【００３６】
補強材層１２０は、基材の一面に形成される。また、補強材層１２０は繊維強化剤を含む。
【００３７】
補強材層１２０は、繊維強化剤を含むシートが基材１１０に接着または圧着されて形成できる。また、シートに製作されたものではない繊維強化剤自体も、プレス等によって基材に圧着しながら補強材層１２０にしてもよい。
【００３８】
本発明にかかる樹脂複合材において、補強材層に含まれる繊維強化剤は外力による荷重を支持する役割をする。このような繊維強化剤は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維（Ａｒａｍｉｄ  Ｆｉｂｅｒ）、ＵＨＭＷＰＥ（Ｕｌｔｒａ  Ｈｉｇｈ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｗｅｉｇｈｔ  Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）等の産業用繊維が１種以上含まれてもよい。
【００３９】
前記補強材層１２０に含まれる繊維強化剤は、基材１１０の１００重量部に対して１０重量部ないし１００重量部が使用されてもよい。しかし、繊維強化剤の使用量は必ずしもこれに制限されるのではなく、使用用途に応じて多様に変化し得る。
【００４０】
前記図１に示した例では、基材１１０の一面に補強材層１２０が形成されている。しかし、補強材層１２０は、図２に示したように、基材１１０の両面に形成されてもよい。
【００４１】
図３は、本発明の実施例にかかる環境にやさしい高強度樹脂複合材を概略的に示したものであり、第１基材と第２基材間に補強材層が形成されている例を示したものである。
【００４２】
図３を参照すると、図示した環境にやさしい高強度樹脂複合材は、第１基材３１０、補強材層３２０および第２基材３３０を含む。
【００４３】
図３に示した例の場合、構造的には第１基材３１０と第２基材３３０間に補強材層３２０が介在されている形態を有する。
【００４４】
第１基材３１０と第２基材３３０は、フィルム、織物、不織布およびペルトのうち１種の形態や、或いは２種以上が積層された形態を有してもよい。
【００４５】
このとき、第１基材３１０または第２基材３３０、より好ましくは、第１基材３１０および第２基材３３０が共に、生分解性樹脂を含む。
【００４６】
前述の通り、本発明ではこのような生分解性樹脂として、ＰＬＡ樹脂とＰＨＡ樹脂が混合されたブレンド樹脂を用いる。また、生分解性樹脂にはアイオノマーが含まれてもよい。
【００４７】
補強材層３２０は、第１基材上に形成され、繊維強化剤を含む。
【００４８】
繊維強化剤は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ＵＨＭＷＰＥ等の産業用繊維が１種以上含まれていてもよい。
【００４９】
図３に示した例の場合、補強材層３２０が第１基材３１０と第２基材３３０間に形成されているため、補強材層３２０が基材から離脱することを最大限抑えることができる。
【００５０】
上述のように、本発明にかかる環境にやさしい高強度樹脂複合材は、軽量化および高強度特性を表し得るだけでなく、基材としてＰＬＡ樹脂とＰＨＡ樹脂が混合されたブレンド樹脂を用いることにより、生分解特性によって廃棄後に自然な分解が可能なため、環境汚染予防効果がある。
【００５１】
また、本発明にかかる環境にやさしい高強度樹脂複合材の場合、圧着や接着等の方法だけでも製造が可能である。よって、基材内部に繊維強化剤が含浸される形態の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）に比べて簡単な工程により製造することができる。
【００５２】
また、繊維強化プラスチックの場合、繊維強化剤の含量が過度に高くなると引張強度が著しく低下し、成形性が良くなくなるという問題点があるが、本発明にかかる環境にやさしい高強度樹脂複合材の場合は、繊維強化剤を含む補強材層が基材と別の層に形成されるため、補強材層における繊維強化剤の含量あるいは密度を十分に高めることができる。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明の好ましい実施例により本発明の構成および作用をより詳しく説明する。但し、これは本発明の好ましい例として提示するものであり、如何なる意味でもこれによって本発明が制限されると解釈してはならない。
【００５４】
ここに記載していない内容は、本技術分野における熟練者であれば十分に技術的に類推できるもののため、その説明は省略する。
【００５５】
１．樹脂複合材試片の製造
（１）実施例１
１０ｃｍ×１０ｃｍ×０．５ｍｍの大きさのフィルム上に炭素繊維（フィルム重量の２５％）を配列した後、プレスによって樹脂複合材試片を製造した。このとき、フィルムはＰＬＡ樹脂１００重量部にＰＨＡ樹脂が２５重量部ブレンドされているものを用いた。
【００５６】
（２）実施例２
１０ｃｍ×１０ｃｍ×０．５ｍｍの大きさのフィルム上に炭素繊維（フィルム重量の２５％）を配列した後、再度同じフィルムを載せ、プレスにより樹脂複合材試片を製造した。このとき、２枚のフィルムはＰＬＡ樹脂１００重量部にＰＨＡ樹脂が２５重量部ブレンドされているものを用いた。
【００５７】
（３）実施例３
２枚のフィルムのそれぞれにＰＬＡ樹脂１００重量部に対してサーリン１７０６（アイオノマー，デュポン製造）１０重量部がさらに含まれていることを除いては、実施例２と同様の樹脂複合材試片を製造した。
【００５８】
（４）実施例４
炭素繊維の使用量をフィルム重量の１００％にしたことを除いては、実施例２と同様の方法で樹脂複合材試片を準備した。
【００５９】
（５）比較例１
２枚のフィルム素材としてＰＥＴフィルム（ＬＧ化学製造）を用いたことを除いては、実施例２と同様の方法で樹脂複合材試片を準備した。
【００６０】
（６）比較例２
ＰＬＡ樹脂１００重量部とＰＨＡ樹脂２５重量部がブレンドされた溶融樹脂に炭素繊維３０重量部を撹拌して押出した後、実施例１と同じ大きさで炭素繊維がＰＬＡ樹脂に含浸された形態の樹脂複合材試片を準備した。
【００６１】
（７）比較例３
炭素繊維をＰＬＡ樹脂１００重量部に対して１００重量部使用したことを除いては、比較例２と同様の方法で樹脂複合材試片を準備した。
【００６２】
２．物性の評価方法
実施例１ないし４及び比較例１ないし３にかかる試片に対して、引張強度および屈曲強度を測定した。
引張強度（Ｋｇｆ／ｃｍ２）は、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８によって測定した。
屈曲強度（Ｋｇｆ／ｃｍ２）は、ＡＳＴＭ  Ｄ７９０によって測定した。
【００６３】
３．物性の評価結果
実施例１ないし４及び比較例１ないし３にかかる試片に対する物性の評価結果を表１に示した。
【００６４】
【表１】
2015517935.tif 000005
【００６５】
表１を参照すると、ＰＥＴ樹脂基材の比較例１にかかる樹脂複合材試片の物性と比較すると、実施例１ないし４にかかる樹脂複合材試片は、同等以上の物性を表した。このとき、比較例２にかかる樹脂複合材の基材が生分解されないＰＥＴフィルムを基材にすることを考慮すると、実施例１ないし４にかかる樹脂複合材は、同等以上の物性を有すると共に、生分解が可能なため十分に環境にやさしい素材として活用することができる。特に、ＰＬＡ樹脂フィルムを用いると共に、図３に示した形態の実施例２ないし実施例４にかかる樹脂複合材試片の場合は、強度により優れ、アイオノマーが含まれた実施例３にかかる樹脂複合材試片の場合は物性に最も優れた。
【００６６】
一方、ＦＲＰ形態の比較例２にかかる試片の場合、実施例１に対して強度が多少低く、炭素繊維含量が高い比較例３にかかる試片は、引張強度が非常に低かった。
【００６７】
本発明は、図面に示した実施例を参考にして説明したが、これは例示的なものに過ぎなく、当該技術が属する分野で通常の知識を有する者であればこれにより多様な変形および均等な他実施例が可能だという点を理解すると考える。
【００６８】
よって、本発明の真正な技術的保護範囲は、下記の特許請求の範囲によって定められなければならない。
【符号の説明】
【００６９】
１１０：基材、１２０：補強材層、３１０：第１基材、３２０：補強材層、３３０：第２基材
【図１】
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【図２】
2015517935.tif 000008
【図３】
2015517935.tif 000009
【国際調査報告】
2015517935.tif 000010
2015517935.tif 000011
2015517935.tif 000012
2015517935.tif 000013