KR0156796B1 - 투명성이 우수한 열가소성 공중합 폴리아미드 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명성이 우수하면서도 비교적 높은 융점을 지니며, 내약품성, 열안정성 등이 우수한 열가소성 공중합 폴리아미드 조성물을 제공하기 위한 것으로서, 본 발명의 조성물은,

A) 20 - 70 중량%의 카프로락탐

B) 15 - 45 중량%의 테레프탈산과 이소프탈산과의 혼합물

C) 15 - 35중량%의 헥사메틸렌디아민과 2-메틸 펜타메틸렌 디아민의 혼합물로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

투명성이 우수한 열가소성 공중합 폴리아미드 조성물

본 발명은 높은 온도에서도 좋은 치수안정성을 갖는 열가소성 공중합 폴리아미드 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비교적 높은 융점을 지니면서도 투명성이 우수한 공중합 폴리아미드 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 각각의 개별된 물성을 혼합하여 물성이 우수해지는 것으로 잘 알려진 것은 나이론 6과 나이론 66과 같은 것인데 이들은 많은 영역에서 열가소성적인 특성들을 더욱 잘 살려주는 물질을 만들어낸다. 하지만 이들 폴리아미드의 부분적 결정성은 투명성을 떨어뜨리게 되며, 또한 이들로 이루어지는 투명한 공중합 폴리아미드는 융점이 낮은 단점이 있다.

따라서 무정형을 이루어 투명성이 우수하면서도, 나이론 6과 나이론 66의 장점들을 갖는 비교적 높은 융점의 폴리아미드를 만들고자 하는 노력이 종래부터 계속되어 왔다.

투명한 폴리아미드는 디아민과 방향족 디카르복실산에 의해 얻어지는데 이때 방향족 디카르복실산으로서 이소프탈산을 사용한 예가 미국특허 제 2,696,482호에 알려져 있으며, 테레프탈산을 사용한 예가 미국특허 제 2,516,585호에 알려져 있다.

그러나 이들의 생성물은 용융 점도가 매우 높기 때문에 열가소성 중합물로서는 중합하기가 매우 어려운 문제가 있다.

또 다른 시도로서 아디프산, 헥사메틸렌 디아민 그리고 카프로락탐과 같은 폴리아미드의 조성물을 합성하여 투명한 폴리아미드를 만드는 것을 들 수 있다. 그러나 이 폴리아미드는 용제에 매우 불안정하고 구형을 만들면 탁해지는 단점이 있다. 특히 독일 특허 제 1,595,354호를 보면 비스-(4-아미노-사이클로헥실)프로판과 아디프산을 기초로 하는 폴리아미드는 결정화되는 경향이 비교적 약한 것으로 되어 있으나, 그러한 중합법은 전이점이 매우 높기 때문에 좋지 않다.

낮은 융점을 지닌 폴리아미드로는 아디프산과 같은 선형 디카르복실산과 비스-(4-아미노사이클로헥실)-메탄으로 이루어지는 폴리아미드를 들 수 있는데 (미국 특허 제 2,585,163호) 이것은 투명해지거나 아니면 결정성 때문에 탁해지는 단점이 있다.

또한 투명한 폴리아미드는 독일 특허 제 1,933,395호에 소개되어 있는데, 이 폴리아미드는 비스-(4-아미노사이클로헥실)-메탄과 헥사메틸렌디아민과 테레프탈산의 화합물로 이루어져 있다. 이 폴리아미드의 특이한 점은 폴리아미드의 치수안정성을 상당히 개선해 주는 비스-(4-아미노사이클로헥실)-메탄의 비율이 50몰%를 넘지 않는다는 것인데, 50몰%보다 더 높은 비율의 비스-(4-아미노사이클로헥실)-메탄으로 이루어지는 폴리아미드는 매우 높은 용융점도를 가지고 있어서 보통의 사출방법으로는 성형하기가 어렵게 된다. 만일 헥사메틸렌디아민의 비율을 높이면 폴리아미드는 열적 수치안정성이 만족스럽지 못하게 된다.

비스-(4-아미노사이클로헥실)-메탄과 3-에틸-1,10-데칸 디카르복실산과의 공중합물은 독일 특허 제 2,125,906호 (미국특허 제 3,808,181호)에 설명되어 있다. 이 경우에는 비록 쉬운 방법으로 투명성이 얻어지기는 하지만 길고 가지친 탄소고리를 지닌 디카르복실산은 130℃이상에서 치수안정성을 떨어뜨리고 있으며, 더욱이 이 폴리아미드의 기본적인 원료인 3-에틸-1,10-데칸 디카르복실산은 구하기가 매우 어렵다.

독일 특허 제 2,642,244호에 발표된 것에 의하면 투명한 폴리아미드는 비스-(4-아미노사이클로헥실)-메탄, 이소프탈산 그리고 선형의 디카르복실산과 선형의 디아민의 염으로 이루어진다고 되어 있다. 그러나, 이것의 아미드 그룹에 대한 메틸렌 그룹의 평균 수는 최소한 9 정도로서, 이 폴리아미드는 열적인 치수안정성이 충분하지 못하게 되는데, 이것은 긴 고리로 된 성분들 때문이며, 끓는 물에서는 투명성이 좋지 않다. 또한 상기의 투명 폴리아미드는 화학약품에 대한 내성이 좋지 않고 용융상태에서의 변형이나 전이점 등에서 단점을 지니고 있다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하여, 투명성이 우수하면서도 비교적 높은 융점을 지니며, 내약품성, 열안정성 등이 우수한 열가소성 공중합 폴리아미드 조성물을 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기의 목적을 달성하기 위하여 예의 연구한 결과, 2-메틸 펜타메틸렌 디아민과 헥사메틸렌 디아민의 혼합물을 디아민으로 사용하고, 이소프탈산이나 테레프탈산의 비율을 적절히 조절하는 경우 상기의 목적이 달성될 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

즉, 본 발명의 조성물은

A) 20 - 70 중량%의 카프로락탐

B) 15 - 45 중량%의 테레프탈산과 이소프탈산과의 혼합물

C) 15 - 35중량%의 헥사메틸렌디아민과 2-메틸 펜타메틸렌 디아민의 혼합물로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 전체 조성물 중에 이소프탈산이나 테레프탈산의 비율을 적절히 조절하여 사용해야 하는데, 본 발명에서 이소프탈산과 테레프탈산의 혼합물은 전체 조성물에 대하여 15 - 45중량% 사용하며, 이 중 이소프탈산을 전체 조성물에 대하여 0 - 20 중량% 사용한다.

만일 테레프탈산을 너무 작게 사용할 경우 융점이 급격히 감소되는 경향이 있으므로 테레프탈산의 양을 줄이는 데는 한계가 있으며, 또한 테레프탈산을 너무 많이 사용하게 될 경우 부분적으로는 높은 융점을 지닌 물질이 반응기 내부에 생성될 수 있으므로 좋지 않다. 이때 상기에서 생성되는 물질은 융점이 290℃이상인 것으로서 중합공정의 첫 단계에서는 발견되지 않으나 반응기의 세척없이 연속으로 중합할 경우 서서히 나타나게 되며, 또한 이런 물질은 높은 융점의 결정상을 갖는 겔처럼 보이기도 한다.

이러한 겔과 같은 물질은 배출과 중합물의 전반적인 물성에 나쁜 영향을 미치기 때문에 본 발명에서는 테레프탈산을 적절히 사용하여 이러한 물질의 생성 없이 투명하면서도 융점이 비교적 높은 공중합 폴리아미드를 중합하게 된다.

본 발명에서 헥사메틸렌 디아민과 2-메틸 펜타 메틸렌 디아민의 혼합물을 전체 조성물에 대해 15 - 35중량%를 사용하며, 이 중 2-메틸펜타메틸렌 디아민은 전체 조성물에 대해 5 - 15중량% 사용한다.

본 발명의 공중합 폴리아미드는 중축합 반응에 대해 제조되는데, 그 공정은 다음과 같다.

1) 방향족의 카르복실산과 지방족의 디아민의 혼합으로 이루어진 염의 수용액을 반응기에 투입한다. 이때 방향족의 카르복실산으로는 테레프탈산이나 테레프탈산과 이소프탈산과의 혼합물 중에 선택한다. 그리고 지방족 디아민으로는 헥사메틸렌디아민과 2-메틸펜타메틸렌디아민의 혼합물을 사용한다.

2) 일정비율이 카프로락탐을 반응기에 투입한다.

3) 가압하에서 이 수용액을 가열하고 물을 밖으로 방출시키며 일정압역을 유지한다.

4) 반응기의 압력을 대기압으로 낮춘다.

5) 일정점도를 유지하도록 하면서 배출한다.

본 발명의 폴리아미드 제조시에는 통상 폴리아미드 제조에 쓰이는 열안정제나 산화방지제, 혹은 UV안정제 등 다양한 첨가제를 사용할 수 있는데, 이 물질들은 중합후나 전에 원하는 단계에서 첨가할 수 있다.

상기와 같이 제조되는 본 발명에 따른 공중합 폴리아미드는 최소한 2.2 (25℃의 m-크레졸 1% 용액에서 측정)의 상대점도를 지니며, 우수한 투명성, 내약품성, 열안정성을 가진다. 또한 강도, 열적 치수 안정성에 대한 내성 등에서 매우 좋은 특성을 가지며, 용융상태에서 변형성이 좋다. 그리고 사출물을 만드는데 별 어려움이 없으므로 다양한 사출물과 압출물들을 제조할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예 및 비교예를 통해 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 이들 실시예 등에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

3320g의 테레프탈산과 2651g의 헥사메틸렌디아민 용액을 반응기에 투입하고, 480g의 2-메틸펜타메틸렌디아민을 5000g의 증류수와 함께 반응기에 투입한 뒤, 3600g의 카프로락탐과 함께 반응을 시작하였다. 먼저 질소분위기로 반응기 내부를 유지하고 260℃에서 2시간 동안 반응시키면서 17 기압을 유지시켰다. 280℃로 승온하면서 반응기 내부의 압력을 상압으로 감소시켰다. 이렇게 얻어진 공중합 폴리아미드를 열분석기로 측정한 결과 240℃의 융점을 가졌으며, 기타 물성을 측정한 결과 다음 표 1과 같은 결과를 얻었다.

[실시예 2]

2490g의 테레프탈산과 280g의 이소프탈산 그리고 2485g의 헥사메틸렌디아민 용액과 320g의 2-메틸펜타메틸렌디아민을 85℃의 증류수에서 반응시켜 염 수용액을 만들었다. 이 염수용액과 3500g의 카프로락탐을 반응기에 넣었다. 그리고 실시예 1과 동일한 방법으로 중합을 실사하였다.

이렇게 얻어진 공중합 폴리아미드는 250℃의 융점을 가졌으며, 기타 물성을 측정한 결과 다음 표 1과 같은 결과를 얻었다.

[실시예 3]

2445g의 카프로락탐과 2158g의 테레프탈산과 1723g의 헥사메틸렌디아민 용액 및 302g의 2-메틸펜타메틸렌디아민 용액을 실시예 1과 동일한 방법으로 반응시켰다.

이렇게 얻어진 공중합 폴리아미드는 255℃의 융점을 가졌으며, 기타 물성을 측정한 결과 다음 표 1과 같은 결과를 얻었다.

[비교예 1]

33090g의 카프로락탐을 반응기에 투입하여 2320g의 헥사메틸렌디아민과 2500g의 아디프산을 증류수 2000g과 함께 반응기에 넣었다. 반응기의 온도를 270℃로 유지하며 내부 압력을 18기압으로 유지하였다. 그리고 반응기 내부 압력을 서서히 상압으로 내렸다.

이렇게 얻어진 공중합 폴리아미드는 183℃의 융점을 가졌으며, 기타 물성을 측정한 결과 다음 표 1과 같은 결과를 얻었다.

Claims (3)

1. A) 20 - 70 중량%의 카프로락탐, B) 15 - 45 중량%의 테레프탈산과 이소프탈산과의 혼합물, C) 15 - 35중량%의 헥사메틸렌디아민과 2-메틸 펜타메틸렌 디아민의 혼합물로 이루어짐을 특징으로 하는 투명성이 우수한 열가소성 공중합 폴리아미드 조성물.
2. 제1항에 있어서, 2-메틸 펜타메틸렌 디아민의 사용량은 전체 조성물의 5 - 15중량% 임을 특징으로 하는 투명성이 우수한 열가소성 공중합 폴리아미드 조성물.
3. 제1항에 있어서, 이소프탈산의 사용량은 전체 조성물의 0 - 20 중량%임을 특징으로 하는 투명성이 우수한 열가소성 공중합 폴리아미드 조성물.