JP6655529B2 - 耐候性及び耐熱性に優れた低光沢asa系樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、耐候性及び耐熱性に優れた低光沢ASA系樹脂組成物に関する。
一般に、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(以下、ABS)樹脂は、耐衝撃性及び加工性に優れ、自動車、電気電子、事務機器、家電製品、玩具類、文房具類などの多様な用途に適用可能であるため広く用いられている。しかし、ABS樹脂は、衝撃補強材として用いられるブタジエンゴムの二重結合により、酸素、紫外線、光、及び熱で容易に酸化して樹脂外形の色を変化させ、外観品質を低下させて外装材としての使用が非常に制限的であり、内蔵材も変色することによって、消費者の要求水準を満足していない。
それに反して、アクリロニトリル−スチレン−アクリレート(以下、ASA)樹脂は、ブタジエンの代りにアクリルゴムを使用することで、ABS樹脂の最大欠点となる耐候性及び耐化学性を改善させることができる。ASA樹脂は、長時間にわたって屋外使用するか、または化学物質に露出していても製品の物性と成形品の外観変化が少ないという長所がある。また、ASA樹脂は、耐候性及び耐化学性を改善させるための塗装工程を省略できるという長所がある。
最近、家電製品、自動車の内蔵材などの高級化により、冷たくて人為的な光沢素材の代りに無塗装、低光沢の軟らかい質感を表現できる感性を刺激する樹脂に対する関心が集まっている。また、自動車産業でも室内空気質の規制及び環境問題のため、コーティングや塗装工程を省略し、低光沢樹脂を直接使用している。
低光沢樹脂を製造するために適用する方法は次のような方法が知られている。先ず、樹脂表面の平滑度を大きく調節することで、入射光を散乱させる乱反射により低光効果が得られる方法がある。具体的に、平均粒径が1μm以上の超大口径ゴム粒子を製造して使用する方法があるが、このように製造された樹脂だけで成形品の全体表面での光沢ムラを低減できるかもしれないが、低光沢効果が微々たるもので、耐熱性が高くないという問題がある。
また、金型上に陽刻処理することで成形物の表面に凹凸を与えて射出製品の表面で低光効果が得られる方法がある。しかし、このように製造された製品は、低光効果は優れるが、製品の形態ごとに別途の金型が必要となり、低光沢樹脂自体の光沢の不均一性を解決しなくては部分的に光沢が高まるという問題がある。低光沢樹脂が適用される成形品の大きさが大型化され、それによって成形時に不均一に光沢が高くなる光沢ムラが発生する。それを解決するために、射出成形条件及び金型ゲート位置などを調節する方式を採択しているが、限界がある。
したがって、耐候性、耐熱性及び低光沢特性が同時に優れ、成形品の全体表面積で均一に低光沢特性が得られる新たな低光沢熱可塑性素材の開発が求められている。
韓国登録特許公報10−1056314号、「耐衝撃性と耐熱性に優れた低光沢熱可塑性樹脂組成物」 韓国登録特許公報10−1240322号、「耐候性に優れた低光沢熱可塑性樹脂組成物」
本発明の目的は、耐候性、耐熱性及び低光沢特性に優れ、かつ射出品の表面で不均一に発生する光沢ムラを低減できる新たな熱可塑性樹脂組成物を提供することにある。
具体的に本発明の目的は、耐熱性に優れ、成形物の表面全体に光沢ムラの少ない熱可塑性のアクリロニトリル−スチレン−アクリレート(ASA)樹脂組成物を提供することにある。
本発明の上記及びその他の目的は下記詳細に説明される本発明により達成されることができる。
本発明による低光沢スチレン系樹脂組成物は、
(a)平均粒径が3,000〜5,000Åの大口径アクリル系ゴムをコアとして含むASAグラフト共重合体10〜40重量%と、
(b)平均粒径が0.5〜1.5μmの超大口径アクリル系ゴムをコアとして含むASAグラフト共重合体1〜20重量%と、
(c)SAN共重合体20〜60重量%と、
(d)耐熱SAN共重合体10〜40重量%と、
(e)架橋された芳香族ビニル化合物−シアン化ビニル化合物共重合体1〜10重量%と、
(f)非晶質無機物0.1〜5重量%と、を含む。
本発明の低光沢ASA系樹脂組成物は、耐衝撃、耐熱性、及び耐候性に優れ、光沢度が低く、低光沢特性が均一に得られて高級な雰囲気を演出できる無塗装の成形品素材として効果的である。
特に、本発明の低光沢ASA系樹脂組成物は自動車の内蔵用部品素材として効果的である。
部分的な光沢ムラを評価するための金型の平面図である。
このような本発明を具体的に説明すると下記の通りである。
本発明の低光沢ASA系樹脂組成物は、平均粒径範囲が相異なるASAグラフト共重合体にSAN共重合体、耐熱SAN共重合体、架橋された芳香族ビニル化合物−シアン化ビニル化合物共重合体及び非晶質無機物が含まれていることによって、耐衝撃性、耐熱性、流れ性、耐候性及び低光沢特性に優れ、また射出成形品の表面で発生する光沢ムラを低減するという効果がある。
下記では本発明による低光沢ASA系樹脂組成物を構成する各組成成分について具体的に説明する。
(a)大口径ASAグラフト共重合体
本発明で用いられる大口径ASAグラフト共重合体は、アクリル系ゴムをコアとし、前記コア表面にビニル系単量体がグラフト重合してシェル(shell)を形成するコア−シェル構造の物質である。具体的に、ASAグラフト共重合体は、コアを構成するアクリル系ゴム30〜80重量%とシェルを構成するビニル系グラフト共重合体20〜70重量%の含量比を有する。前記ASAグラフト共重合体の重合方法は、当業界に公知の通常の方法を使用できるが、例えば、乳化重合、懸濁重合などが可能で、好ましくは乳化重合法を使用することができる。コアを構成するアクリル系ゴムの平均粒径を大きく増大するためには乳化重合法を使用することがより効果的である。
前記大口径ASAグラフト共重合体のコアを構成するアクリル系ゴムは、アルキルアクリレート単量体を架橋重合して製造されることができる。前記アルキルアクリレート単量体は、炭素数1〜10のアルキル群が置換されたアクリル系またはメタクリル系化合物であって、具体的にはメチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレートなどから選択された単独または2種以上が混合使用されるが、必ずしもこれに制限されることはない。前記アルキルアクリレート単量体として好ましくはブチルアクリレートが挙げられる。
本発明では、大口径ASAグラフト共重合体のコアの構成に用いられるアクリル系ゴムの平均粒径は3,000〜5,000Å範囲が良く、好ましくは3,500〜4,000Å範囲に制限することで、衝撃強度などの物性を改善させる効果が得られる。具体的に、大口径ASAグラフト共重合体を構成するアクリル系ゴムの平均粒径が3,000Å未満であれば耐衝撃性が低下して樹脂表面の平滑度が高まり、入射光が反射していく時、散乱の程度が小さくなって光沢が高くなることがある。反面、アクリル系ゴムの平均粒径が5,000Åを超えると、耐衝撃性は高まるが、超大口径ASAグラフト樹脂との粒径差が少なくて光沢の調節が容易でないこともある。
前記大口径ASAグラフト共重合体のシェルは、芳香族ビニル系化合物とシアン化ビニル系化合物をグラフト共重合して形成することができる。前記ASAグラフト共重合体のシェルを構成する場合、芳香族ビニル化合物60〜80重量%とシアン化ビニル系化合物20〜40重量%の含量比で共重合させることができる。前記芳香族ビニル系化合物は、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、ビニルトルエンなどから選択された単独または2種以上が混合使用されるが、必ずしもこれに制限されることはない。前記シアン化ビニル系化合物は、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、エタクリロニトリルなどが含まれるが、これらは単独または2種以上混合使用されることができる。
本発明の低光沢ASA系樹脂組成物には、前記大口径ASAグラフト共重合体が10〜40重量%範囲で含まれる。好ましくは大口径ASAグラフト共重合体が30〜40重量%範囲で含まれる時に耐衝撃性、流動性、低光特性のバランスを維持することに効果的である。
(b)超大口径ASAグラフト共重合体
本発明で用いられる超大口径ASAグラフト共重合体は、アクリル系ゴムをコアとし、前記コア表面にビニル系単量体がグラフト重合してシェル(shell)を形成するコア−シェル構造の物質である。具体的に、ASAグラフト共重合体はコアを構成するアクリル系ゴム30〜80重量%とシェルを構成するビニル系グラフト共重合体20〜70重量%の含量比を有する。前記ASAグラフト共重合体の重合方法は、当業界に公知の通常の方法を使用できるが、例えば、乳化重合、懸濁重合などが可能で、好ましくは乳化重合法を使用することができる。特に、超大口径アクリル系ゴムを製造するためには乳化重合法を使用することがさらに効果的である。
前記超大口径ASAグラフト共重合体のコアを構成するアクリル系ゴムとシェルを構成するビニル系グラフト共重合体の種類及び含量比は、前記大口径ASAグラフト共重合体で前述したようである。
本発明では超大口径ASAグラフト共重合体を製造するために、アクリル系ゴムの平均粒径は0.5〜1.5μm範囲が良く、好ましくは0.5〜1.0μm範囲に制限することで、衝撃強度及び樹脂表面の平滑度を低下させて所望の低光沢特性が得られる。具体的に、超大口径ASAグラフト共重合体を構成するアクリル系ゴムの平均粒径が0.5μm未満であれば樹脂組成物の低光沢特性を得にくいこともある。反面、アクリル系ゴムの平均粒径が大きくなるほど低光沢特性と成形品表面での光沢ムラを減少させる効果が増加できるが、平均粒径が1.5μmを超えるアクリル系ゴムは、通常の重合法で製造しにくい。本発明では乳化重合法を用いて最高1.5μmの平均粒径を有するアクリル系ゴムを製造することができた。
本発明の低光沢ASA系樹脂組成物には、前記超大口径ASAグラフト共重合体が1〜20重量%範囲で含まれる。好ましくは超大口径ASAグラフト共重合体が3〜10重量%範囲で含まれる時に耐衝撃性、流動性、低光特性のバランスを維持することに効果的である。
(c)SAN共重合体
本発明のSAN共重合体は、芳香族ビニル系単量体50〜90重量%とシアン化ビニル系単量体10〜50重量%からなる二元共重合体であり、重量平均分子量(Mw)が100,000〜200,000範囲である。前記SAN共重合体は、通常の重合方法の塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合などの方法で製造することができる。前記芳香族ビニル系単量体は、スチレン、α−メチルスチレン、パラメチルスチレン、エチルスチレン、プロピルスチレン、ブチルスチレンなどから選択された単独または2種以上が混合使用できるが、必ずしもこれに制限されることはない。前記芳香族ビニル系単量体として好ましくはスチレンが挙げられる。前記シアン化ビニル系単量体は、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、エタクリロニトリルなどから選択された単独または2種以上が混合使用できるが、必ずしもこれに制限されることはない。前記シアン化ビニル系単量体として好ましくはアクリロニトリルが挙げられる。
本発明の低光沢ASA系樹脂組成物には、前記SAN共重合体が20〜60重量%範囲で含まれる。好ましくはSAN共重合体が20〜40重量%範囲で含まれる時に耐衝撃性、流動性のバランスを維持することに効果的である。
(d)耐熱SAN共重合体
本発明の耐熱SAN共重合体は、スチレン単量体とビニルシアン系単量体にα-メチルスチレン単量体及びフェニルマレイミド単量体から選択された1種または2種を含んで共重合した三元共重合体または四元共重合体が使用されることができる。前記耐熱SAN共重合体の重量平均分子量(Mw)が80,000〜120,000範囲のものが使用されることができる。自動車の内外装用品として要求される耐熱性を備えるためには、スチレン単量体、ビニルシアン系単量体、α-メチルスチレン単量体、及びフェニルマレイミド単量体を共重合した四元共重合体を使用することが良い。より好ましくは耐熱SAN共重合体としてスチレン単量体5〜10重量%、ビニルシアン系単量体15〜25重量%、α-メチルスチレン単量体40〜50重量%、及びフェニルマレイミド単量体15〜25重量%を共重合した四元共重合体を使用する。前記三元共重合体または四元共重合体は、公知の重合方法[韓国登録特許10−0922700号、10−0915114号]を参考して製造されることができる。
本発明の低光沢ASA系樹脂組成物には、前記耐熱SAN共重合体が10〜40重量%範囲で含まれる。好ましくはSAN共重合体が20〜30重量%範囲で含まれる時に耐衝撃性、流動性、耐熱性のバランスを維持することに効果的である。
(e)架橋された芳香族ビニル化合物−シアン化ビニル化合物共重合体
本発明の架橋された芳香族ビニル化合物−シアン化ビニル化合物共重合体は、低光沢特性を得るために使用される。前記架橋された芳香族ビニル化合物−シアン化ビニル化合物共重合体の全体的な架橋化度は30〜70重量%、好ましくは40〜65重量%である。架橋化度が30重量%よりも低いか、または70重量%を超える場合は、樹脂組成物の光沢度を減少させる役割をすることができなく、加工過程で微細ゲル(gel)が発生して外観不良の問題を引き起こすことがある。
前記架橋された芳香族ビニル化合物−シアン化ビニル化合物共重合体を構成する芳香族ビニル化合物は、スチレンと、α−メチルスチレン、α−エチルスチレンのような側鎖アルキル置換スチレン、p−メチルスチレン、o−t−ブチルスチレンのようなアルキル置換スチレン、ブロモスチレン、クロロスチレン、トリクロロスチレンのようなハロ原子置換スチレンなどから選択された単独または2種以上が混合使用できるが、必ずしもこれに制限されることはない。前記芳香族ビニル化合物として好ましくはスチレンが挙げられる。
前記架橋された芳香族ビニル化合物−シアン化ビニル化合物共重合体を構成するシアン化ビニル化合物は、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどから選択された単独または2種以上が混合使用できるが、必ずしもこれに制限されることはない。
前記架橋された芳香族ビニル化合物−シアン化ビニル化合物共重合体を製造するための架橋剤は、ジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン、トリアルキルイソシアヌレートが挙げられる。また、アリルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレートなどの2つ以上の二重結合があるメタクリレート系単量体が挙げられる。
前記架橋されたビニル化合物−シアン化ビニル化合物共重合体は、商業的に購入して使用することができる。例えば、韓国のHan Nanotech社で購入でき、好ましい実施例としてはAM−7グレードを使用することができる。
本発明の低光沢ASA系樹脂組成物には、架橋された芳香族ビニル化合物−シアン化ビニル化合物共重合体が1〜10重量%範囲で含まれる。好ましくは架橋された芳香族ビニル化合物−シアン化ビニル化合物共重合体が1〜5重量%範囲で含まれる時に耐衝撃性、流動性、低光沢性のバランスを維持することに効果的である。
(f)非晶質無機物
本発明で用いられる非晶質無機物は、一定の形を持たない非晶質の無機物である。
理論的に限定されたことはないが、前記超大口径ASAグラフト共重合体と共に樹脂内に分散して光を散乱して光沢を低下させる効果を示す。
前記非晶質無機物は、平均粒径が1〜10μm程度の無機物が好ましく、例えば、炭酸カルシウム、クレイ(clay)、タルク(talc)、雲母(mica)、生石灰(calcium oxide)、及び海泡石(sepiolite)から選択された単独または2種以上が混合使用できるが、必ずしもこれに制限されることはない。前記非晶質無機物として好ましくはタルク(talc)が挙げられる。
本発明の低光沢ASA系樹脂組成物には、非晶質無機物が0.1〜5重量%範囲、好ましくは0.1〜2重量%範囲で含まれる。前記非晶質無機物の含量が0.1重量%未満であれば光沢の低下効果を得にくくなり、成形物の部分的な光沢ムラを低減することが困難である。反面、前記非晶質無機物の含量が5重量%を超えると低光沢効果は優れたが、耐衝撃性及び流動が非常に低くなり、比重が過度に高まるという問題がある。
(g)その他の添加剤
本発明の低光沢ASA系樹脂組成物は、前記成分以外にも通常の添加剤をさらに加えるこ とができる。例えば、染料、顔料、抗菌剤、滑剤、熱安定剤、酸化防止剤、離型剤、光安定剤、無機物添加剤、紫外線吸収剤、紫外線遮断剤、難燃剤、充填剤、核形成剤、静電気防止剤、発泡剤、可塑剤などの添加剤を付加でき、これらは単独または2種以上混合して付加することができる。前記通常の添加剤は、低光沢ASA系樹脂組成物に0.01〜5重量%範囲で含まれる。前記通常の添加剤の含量が0.01重量%未満であれば熱安定性の不足による加工過程での変色と混錬性の問題が発生することがあり、5重量%を超えると添加剤の熱分解及び揮発による気体の発生などの問題がある。
以下、本発明の好ましい実施例をもって本発明の構成及び作用をさらに詳細に説明する。ただし、下記実施例は、本発明を例示するためのもので、何れの場合も本発明の範囲を限定するためのものと解釈することはない。
[実施例]
実施例1〜5、比較例1〜4.低光沢熱可塑性樹脂組成物の製造
下記表1に示す組成成分及び含量比で混合し、250℃のツイン押出機を用いて射出成形して試片を製作した。下記実施例と比較例で使用された各成分の仕様は次の通りである。
(a)大口径グラフト共重合体
(a−1)平均粒径が3500〜4000Åの大口径アクリル系ゴムコアが含まれ、アクリル系ゴムコアの含量が60重量%のASAグラフト共重合体
(a−2)平均粒径が3,000〜4000Åの大口径ブタジエン系ゴムコアが含まれ、ブタジエン系ゴムコアの含量が6重量%のABSグラフト共重合体
(b)超大口径グラフト共重合体
(b−1)平均粒径が0.5〜1.0μmの超大口径アクリル系ゴムコアが含まれ、アクリル系ゴムコアの含量が60重量%のASAグラフト共重合体
(b−2)平均粒径が2.5〜3.0μmの超大口径ブタジエン系ゴムコアが含まれ、ブタジエン系ゴムの含量が13.5重量%のABSグラフト共重合体(LG化学のMA221、バルク重合体)
(c)SAN共重合体
重量平均分子量180,000、スチレン単量体72重量%とアクリロニトリル28重量%の二元SAN共重合体
(d)耐熱SAN共重合体
重量平均分子量100,000、スチレン単量体15重量%、ビニルシアン系単量体25重量%、α-メチルスチレン40重量%、及びフェニルマレイミド20重量%の四元SAN共重合体
(e)架橋された芳香族ビニル化合物−シアン化ビニル化合物共重合体
架橋化度50重量%、Han Nanotech社のAM−7製品
(f)非晶質無機物
平均粒径が4μmのタルク(Talc)、KOCHONE社のKCM−6300製品
g)その他の添加剤
滑剤:エチレンビスステアラミド
酸化防止剤:ソンウォン産業SN147BF
Figure 0006655529
実験例.熱可塑性樹脂組成物試片の物性測定
前記実施例1〜5及び比較例1〜4で製造した各試片は下記の物性評価方法により物性を測定した。
(1)アイゾッド(Izod)衝撃強度:ASTM D256により測定した。
(2)流動指数:220℃、10kg条件でASTM D1238により測定した。
(3)引張強度:ASTM D638により測定した。
(4)耐熱性(HDT):ASTM D648により測定した。
(5)光沢測定:ASTM D523により測定した。
(6)光沢ムラ:ASTM D523により測定した。図1の金型で射出された試片を10つの領域で表面光沢ムラを測定して最大値と最小値の差をΔGlossで計算した。
(7)耐候性:SAE J2527によりΔEで評価した。
Figure 0006655529
(L、a、bは耐候性テスト前の試片のカラー値で、L’、a’、b’は耐候性テスト後の試片のカラー値である。)
Figure 0006655529
前記表2の結果によれば、本発明が提案した通り大口径及び超大口径のASAグラフト共重合体に一般SAN共重合体、耐熱SAN共重合体、架橋された芳香族ビニル化合物−シアン化ビニル化合物共重合体、非晶質無機物を一定の組成比で配合した場合、耐衝撃性、耐熱性、流れ性、耐候性、及び低光沢特性に優れ、特に全般的な光沢ムラが著しく減少する効果がある。したがって、実施例1〜5の樹脂組成物は、光沢特性が均一で、外観品性に優れた射出成形品の素材として効果的である。
それに反して、比較例1は、超大口径ASAグラフト共重合体が含まれていない樹脂組成物の試片であって、衝撃強度及び低光沢特性が劣悪で、光沢ムラも大きい。比較例2と比較例3は、架橋された芳香族ビニル化合物−シアン化ビニル化合物共重合体または非晶質無機物を含んでいない樹脂組成物の試片であって、耐衝撃性、耐熱性、流れ性、耐候性は優れたが、低光沢特性が劣悪で、光沢ムラが大きく、射出成形品の外観を改善させる効果がなかった。比較例4は、小粒径及び大粒径のABSグラフト共重合体を含んだ樹脂組成物の試片であって、予想した通り、耐候性が劣悪で、光沢ムラが大きいということを確認することができた。

Claims (8)

  1. (a)平均粒径が3,000〜5,000Åの大口径アクリル系ゴムをコアとして含むASAグラフト共重合体30〜40重量%と、
    (b)平均粒径が0.5〜1.5μmの超大口径アクリル系ゴムをコアとして含むASAグラフト共重合体1〜20重量%と、
    (c)SAN共重合体20〜40重量%と、
    (d)耐熱SAN共重合体10〜40重量%と、
    (e)架橋された芳香族ビニル化合物−シアン化ビニル化合物共重合体1〜10重量%と、
    (f)非晶質無機物0.1〜5重量%と、
    を含み、
    前記前記(e)架橋された芳香族ビニル化合物−シアン化ビニル化合物共重合体は、架橋度が30〜70重量%であることを特徴とする低光沢ASA系樹脂組成物。
  2. 前記(a)大口径ASAグラフト共重合体または(b)超大口径ASAグラフト共重合体は乳化重合法によって製造されたもので、アクリル系ゴムをコアとし、前記コア表面にビニル系単量体がグラフト重合してシェル(shell)を形成することを特徴とする請求項1に記載の低光沢ASA系樹脂組成物。
  3. 前記(a)大口径ASAグラフト共重合体または(b)超大口径ASAグラフト共重合体はアクリル系ゴムコアの含量が30〜80重量%で、ビニル系グラフト共重合体シェルの含量が20〜70重量%であることを特徴とする請求項1に記載の低光沢ASA系樹脂組成物。
  4. 前記(c)SAN共重合体は、芳香族ビニル系単量体50〜90重量%とシアン化ビニル系単量体10〜50重量%を共重合した二元共重合体であることを特徴とする請求項1に記載の低光沢ASA系樹脂組成物。
  5. 前記(d)耐熱SAN共重合体は、スチレン単量体5〜10重量%、ビニルシアン系単量体15〜25重量%、α-メチルスチレン単量体40〜50重量%及びフェニルマレイミド単量体15〜25重量%を共重合した四元共重合体であることを特徴とする請求項1に記載の低光沢ASA系樹脂組成物。
  6. 前記(f)非晶質無機物は、平均粒径が1〜10μmのタルク(Talc)であることを特徴とする請求項1に記載の低光沢ASA系樹脂組成物。
  7. 滑剤及び酸化防止剤をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の低光沢ASA系樹脂組成物。
  8. 請求項1から7のうち何れか1項に記載の低光沢ASA系樹脂組成物を射出成形して製造されることを特徴とする成形品。
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