KR100340314B1 - 난연성 고무강화 폴리스티렌 수지조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 난연성 고무강화 폴리스티렌 수지조성물은 (A) 고무강화 폴리스티렌 수지 40∼95 중량부 및 (B) 폴리페닐렌 에테르 수지 60∼5 중량부로 이루어지는 기초수지 (A)＋(B) 100 중량부에 대하여, (C) 카르복시 포스파이닉산 화합물 0.5∼20 중량부 및 (D) 방향족 인산에스테르 화합물 0∼30 중량부로 이루어진다. 또한 본 발명의 상기 폴리스티렌 수지조성물은 (E) 불소수지 0.01∼2 중량부를 더 포함할 수 있다.

Description

난연성 고무강화 폴리스티렌 수지조성물{Flameproof Styrenic Resin Composition}
발명의 분야
본 발명은 환경 안정성 측면에서 규제가 강화되고 있는 할로겐(halogen)계 난연제를 사용하지 않기 때문에 환경 친화성이 우수하고 난연 규격을 만족하는 스티렌계 수지조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 고무강화 폴리스티렌 수지 공중합체와 폴리페닐렌 에테르 수지 블렌드에 난연제로서 비할로겐 화합물인 카르복시 포스파이닉산 화합물 및 방향족 인산에스테르 화합물을 적용함으로써 난연성 및 가공성이 우수한 폴리스티렌 수지조성물에 관한 것이다.
발명의 배경
전자제품의 외장재로 사용되고 있는 스티렌계 수지는 우수한 가공성 및 기계적 특성으로 인하여 거의 모든 전자제품에 적용되고 있으나 스티렌계 수지 자체는쉽게 연소가 일어날 수 있는 특성을 가지고 있으며 화재에 대한 저항성이 없다. 따라서 스티렌계 수지는 외부의 발화원에 의하여 쉽게 연소가 일어날 수 있고, 화재를 더욱 확산되게 하는 역할을 할 수 있다. 이러한 점을 감안하여 미국, 일본 및 유럽 등의 국가에서는 전자제품의 화재에 대한 안전성을 보장하기 위하여 난연규격을 만족하는 고분자 수지만을 외장재로 사용하도록 법으로 규제하고 있다.
가장 많이 적용되고 있는 공지된 난연화 방법은 고무강화 스티렌계 수지에 할로겐계 화합물과 안티몬계 화합물을 함께 적용하여 난연 물성을 부여하는 것이다. 할로겐계 화합물로는 폴리브로모디페닐에테르, 테트라브로모비스페놀 A, 브롬치환된 에폭시 화합물 및 염소화 폴리에틸렌 등이 주로 이용되고 있다. 안티몬계 화합물로는 삼산화 안티몬과 오산화 안티몬이 주로 사용된다.
이러한 할로겐과 안티몬 화합물을 함께 적용하여 난연성을 부여하는 방법은 난연성 확보가 용이하고 물성저하도 거의 발생하지 않는 장점이 있지만, 가공시 발생되는 할로겐화 수소 가스로 인체에 치명적인 영향을 미칠 가능성이 높다. 특히 할로겐계 난연제의 주를 이루는 폴리브롬화 디페닐에테르는 연소시에 다이옥신이나 퓨란과 같은 매우 유독한 가스를 발생할 가능성이 높기 때문에 이러한 할로겐계 화합물을 적용하지 않는 난연화 방법에 관심이 모아지고 있다.
할로겐을 함유하지 않는 난연제로서 인 또는 질소와 같은 화합물을 첨가하여 수지조성물에 난연성을 부여하는 방법이 연구되고 있으나 인화합물 단독으로는 고무강화 스티렌계 수지의 내열성을 저하시키고 난연성이 부족하다는 단점이 있으므로 그 적용이 제한되고 있다.
이에 본 발명자들은 기존의 난연성 열가소성 수지들의 환경문제 및 화재에 대한 안전성에 관한 문제점들을 해결하고자 카르복시 포스파이닉산 화합물 및 인산에스테르 화합물과 같은 비할로겐계 난연제를 사용함으로써 난연 규격을 만족하며 전자제품의 외장재로 사용할 수 있는 고무강화 폴리스티렌 수지조성물을 개발하기에 이른 것이다.
본 발명의 목적은 화재에 대해 안정성이 있는 난연성 고무강화 폴리스티렌 수지조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수지의 가공이나 연소시에 난연제로서 환경오염을 야기하는 할로겐 화합물을 사용하지 않고, 환경 친화성 화합물을 사용함으로써 환경 안정성이 있는 난연성 고무강화 폴리스티렌 수지조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 가공성이 우수하여 전자제품 등의 외장재로 사용할 수 있는 난연성 고무강화 폴리스티렌 수지조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
이하 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.
본 발명의 난연성 고무강화 폴리스티렌 수지조성물은 (A) 고무강화 폴리스티렌 수지, (B) 폴리페닐렌 에테르 수지, (C) 카르복시 포스파이닉산 및 (D) 방향족 인산에스테르 화합물로 이루어지며, 선택적으로 (E) 불소수지를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 폴리스티렌 수지조성물은 고무강화 폴리스티렌 수지(A) 40∼95 중량부 및 폴리페닐렌 에테르 수지(B) 60∼5 중량부로 이루어지는 기초수지 (A)＋(B) 100 중량부에 대하여, 난연제로서 카르복시 포스파이닉산 화합물(C) 0.5∼20 중량부 및 방향족 인산에스테르 화합물(D) 0∼30 중량부가 적용된다. 또한 선택적으로 상기 기초수지 100 중량부에 대하여 불소수지(E)가 0.02∼2 중량부의 범위로 첨가될 수 있다.
이하 본 발명의 수지조성물의 각 성분들에 대하여 구체적으로 살펴본다.
(A) 고무강화 폴리스티렌 수지
본 발명에 사용되는 고무강화 폴리스티렌 수지(A)는 폴리페닐렌에테르 수지(B)와 함께 기초수지를 이루며, 40∼95 중량부의 범위로 부가된다.
상기 폴리스티렌 수지(A)는 고무 3∼30 중량% 및 방향족 모노알케닐 단량체 및/또는 알킬 에스테르 단량체 97∼70 중량%를 혼합하고 열중합하거나 또는 여기에 중합개시제를 사용하여 중합시켜 제조된다.
상기 스티렌계 수지(A)에 사용되는 고무로는 부타디엔형 고무류, 이소프렌형 고무류, 부타디엔과 스티렌의 공중합체류 및 알킬아크릴레이트 고무류로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 고무는 상기 스티렌계 수지(A)에 대해 3∼30 중량%로 적용되며, 바람직하게는 5∼15 중량%를 사용하는 것이다.
또한 상기 스티렌계 수지(A)에 적용되는 단량체로는 방향족 모노알케닐 단량체, 아크릴산의 알킬에스테르 단량체 및 메타크릴산의 알킬에스테르 단량체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 단량체를 97∼70 중량%의 범위로 적용한다. 바람직하게는 95∼85 중량%로 적용하는 것이다.
본 발명에서 중합 과정은 개시제의 존재없이 열중합에 의해 실시될 수 있으며, 또한 중합개시제의 존재하에 중합이 실시될 수 있다. 사용될 수 있는 중합개시제로는 벤조일 퍼옥사이드, t-부틸 하이드로 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 큐멘하이드로 퍼옥사이드 등과 같은 과산화물계 개시제 및 아조비스 이소부티로니트릴과 같은 아조계 개시제 중 1종 이상이 선택되어 이용될 수 있다.
상기 고무강화 폴리스티렌 수지(A)는 괴상중합, 현탁중합, 유화중합 또는 이들 방법을 혼합하여 제조될 수 있으며, 이러한 중합방법들 중 괴상중합법이 바람직하게 사용될 수 있다.
한편 고무강화 폴리스티렌 수지와 폴리페닐렌 에테르 수지의 블렌딩시 최적의 물성을 내기 위해서는 고무상의 입자크기가 0.5∼2.0㎛인 것이 바람직하다.
(B) 폴리페닐렌에테르 수지
본 발명에서 사용되는 폴리페닐렌에테르 수지(B)는 고무강화 스티렌계 수지(A)만으로는 난연성이 부족하고 강성 및 내열성이 저하되기 때문에 스티렌계 수지와 함께 기초수지로 적용되며, 60∼5 중량부의 범위로 부가된다.
본 발명에서 사용될 수 있는 폴리페닐렌 에테르 수지(B)로는 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디에틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디프로필-1,4-페닐렌)에테르,폴리(2-메틸-6-에틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-메틸-6-프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-에틸-6-프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디페닐-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 폴리(2,3,6-트리메틸-1,4-페닐렌)에테르의 공중합체, 또는 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 폴리(2,3,5-트리에틸-1,4-페닐렌)에테르의 공중합체가 있다. 바람직하기로는 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 폴리(2,3,6-트리메틸-1,4-페닐렌)에테르의 공중합체 및 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르가 사용되며, 이중에서 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르가 가장 바람직하다.
폴리페닐렌 에테르의 중합도는 특별히 제한되지는 않지만 수지조성물의 열안정성이나 작업성을 고려하여 25℃의 클로로포름 용매에서 측정된 고유점도가 0.2∼0.8인 것이 바람직하다.
(C) 카르복시 포스파이닉산 화합물
본 발명에서 사용되는 카르복시 포스파이닉산 화합물은 하기 구조식(1)으로 나타내어지며, 기초수지 (A)+(B) 100 중량부에 대하여 0.5∼20 중량부의 범위로 부가된다:
구조식 1
상기식(1)에서 R1은 수소, C1-C12의 알킬기, C6-C15의 아릴기, 또는 알킬기가 치환된 C6-C15의 아릴기이며, R2는 C1-C12의 알킬렌기, C1-C12의 고리구조 알킬렌기, C6-C12의 아릴기, 또는 알킬기가 치환된 C6-C12의 아릴기이다.
본 발명에서 사용되는 카르복시 포스파이닉산 화합물로는 2-카르복시-에틸-메틸-포스파이닉산, 2-카르복시-에틸-페닐-포스파이닉산, 2-카르복시-메틸-페닐-포스파이닉산 등이 대표적인 예이다. 이들은 단독 또는 각각의 혼합물로도 적용할 수 있다.
(D) 방향족 인산에스테르계 화합물
본 발명에서 사용되는 방향족 인산에스테르 화합물은 하기 구조식(2)으로 나타내어지며, 기초수지 (A)+(B) 100 중량부에 대하여 0∼30 중량부의 범위로 부가된다:
구조식 2
상기식(2)에서 R3, R4및 R5는 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C4의 알킬기이고, X는 C6-C20의 아릴기 또는 알킬기가 치환된 C6-C20의 아릴기로서, 레소시놀, 히드로퀴놀, 비스페놀-A, 비스페놀-S 등의 디알콜로부터 유도된 것이고, 그리고 m은 0 내지 4의 정수이다.
또한 상기식(2)의 방향족 인산에스테르계 화합물은 m이 0인 경우 트리페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트, 트리자이레닐포스페이트, 트리(2,6-디메틸페닐)포스페이트, 트리(2,4,6-트리메틸페닐)포스페이트, 트리(2,4-디터셔리부틸페닐)포스페이트, 트리(2,6-디터셔리부틸페닐)포스페이트 등이 있다. m이 1인 경우는 레소시놀 비스(디페닐)포스페이트, 레소시놀비스(2,6-디메틸페닐)포스페이트, 레소시놀비스(2,4-디터셔리부틸페닐)포스페이트, 하이드로퀴놀비스(2,6-디메틸페닐)포스페이트, 하이드로퀴놀비스(2,4-디터셔리부틸페닐)포스페이트 등이 대표적인 예이다. 이들 방향족 인산에스테르계 화합물은 단독으로 적용될 수 있으며 또는 각각의 혼합물로도 적용이 가능하다.
(E) 불소수지
본 발명의 폴리스티렌 수지는 불소수지(E)를 더 포함할 수 있다.
상기 불소수지(E)는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 테트라플루오로에틸렌과 비닐리덴플루오라이드의 공중합체, 테트라플루오로에틸렌과 플루오로알킬비닐에테르의 공중합체 및 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체가 있으며, 이중에서 폴리테트라플루오로에틸렌이 바람직하게 사용될 수 있다. 이들은 서로 독립적으로 사용될 수 있고, 또한 서로 다른 두 가지 이상을 혼합하여 사용될 수도 있다.
상기 불소수지는 수지와 함께 혼합하여 압출시킬 경우 수지내에 섬유상 그물을 형성하여 연소시에 수지의 흐름 점도를 저하시키고 수축율을 증가시켜서 용융된 수지가 아래로 적하하는 현상을 방지할 수 있다. 본 발명에 바람직하게 이용될 수 있는 불소수지의 사용량은 기초수지 (A)+(B) 100 중량부에 대하여 0.01 내지 2 중량부이다.
본 발명의 열가소성 수지 제조방법에 있어서 각각의 용도에 따라 인산에스테르계 난연제, 적하방지제, 충격보강제, 가소제, 무기물 첨가제, 열안정제, 산화방지제, 상용화제, 광안정제, 안료 및/또는 염료가 부가될 수 있다. 부가되는 상기 무기물 첨가제로는 석면, 유리섬유, 탈크, 세라믹 및 황산염 등이 있으며, 이들은 본 발명의 기초수지 100 중량부에 대하여 0∼50 중량부로 사용될 수 있다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
본 발명의 실시예 및 비교실시예의 수지조성물에 사용되는 (A) 고무강화 폴리스티렌 수지, (B) 폴리페닐렌 에테르 수지, (C) 카르복시 포스파이닉산 화합물, (D) 방향족 인산에스테르 화합물 및 (E) 불소수지의 사양은 다음과 같다:
(A) 고무강화 스티렌계 수지
고무강화 폴리스티렌 수지는 제일모직(주) HI-1180을 사용하였다.
(B)폴리페닐렌에테르(PPE) 수지
폴리페닐렌에테르(PPE) 수지로는 일본 아사히 카세이사의 폴리(2,6-디메틸-페닐에테르)[상품명 P-402]를 사용하였으며, 입자의 크기는 수십 ㎛의 평균입경을 갖는 분말형태이다.
(C) 카르복시 포스파이닉산 화합물
카르복시 포스파이닉산 화합물로는 2-카르복시-에틸-페닐-포스파이닉산을 사용하였으며, 융점이 160-162℃인 물질이다.
(D) 방향족 인산에스테르 화합물
방향족 인산에스테르 화합물로서 (d1) 및 (d2) 두 가지를 사용하였으며, (d1)는 트리페닐포스페이트로 융점이 48℃이고, 그리고 (d2)는 일본 Daihachi사의 레소시놀 비스(디페닐)포스페이트를 사용하였다.
(단위:중량부) 실 시 예 비교실시예
1 2 3 4 1 2 3
(A) 고무강화 스티렌계 수지 80 80 80 80 80 80 80
(B) 폴리페닐렌에테르 수지 20 20 20 20 20 20 20
(C) 카르복시포스파이닉산화합물 5 5 10 5 - - -
(D) (d1) 트리페닐포스페이트 5 - - 5 10 - 10
(d2) 레소시놀 비스(디페닐)포스페이트 - 5 - - - 10 -
(E) 불소수지 - - - 0.1 - - 0.1
난연도(1/12") V-1 V-1 V-1 V-0 V-2 V-2 Fail
상기에 표시된 (A)∼(C)의 물질을 상기 표 1과 같은 함량으로 섞어 통상의 이축 압출기에서 200∼280℃ 온도범위에서 압출하여 펠렛을 제조하였다. 제조된 펠렛은 80℃에서 3시간 건조 후 6 Oz 사출기에서 성형온도 220∼280℃, 금형온도 40∼80℃의 조건으로 사출하여 난연 시편을 제조하였다. 제조된 시편은 UL 94 VB 난연규정에 따라 난연도를 측정하여 그 결과를 상기 표 1에 나타내었다.
상기 실시예 1-2에서와 같이 카르복시 포스파이닉산과 방향족 인산에스테르 화합물을 함께 사용할 경우 UL 94 V-1 난연성이 확보되었다. 또한 실시예 4와 같이 카르복시 포스파이닉산과 인산에스테르 화합물과 함께 불소수지도 사용할 경우에는 UL 94 V-0 난연성을 확보할 수 있었다.
비교실시예 1-3과 같이 카르복시 포스파이닉산(C)이 첨가되지 않는 경우에는 연소시 불연성 피막인 차르를 형성하지 못함으로써 UL 94 V-1 이상의 난연성을 확보할 수 없었으며, 이 경우에는 불소수지를 첨가함으로써 난연성이 더 악화됨을 알 수 있었다.
본 발명의 난연성 고무강화 폴리스티렌 수지조성물은 고무강화 스티렌계 수지에 차르 형성제로 폴리페닐렌 에테르 수지를 적용하고 난연제로서 비할로겐 화합물인 카르복시 포스파이닉산 및 방향족 인산에스테르를 적용함으로써 환경 친화적이며, 난연성도 우수한 발명의 효과를 제공한다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (4)

  1. (A) 고무강화 폴리스티렌 수지 40∼95 중량부;
    (B) 폴리페닐렌에테르 수지 60∼5 중량부;
    (C) 상기 기초수지 (A)＋(B) 100 중량부에 대하여, 하기식(1)으로 나타내어지는 카르복시 포스파이닉산 화합물 0.5∼20 중량부:
    구조식 1
    상기식(1)에서 R1은 수소, C1-C12의 알킬기, C6-C15의 아릴기, 또는 알킬기가 치환된 C6-C15의 아릴기이며, R2는 C1-C12의 알킬렌기, C1-C12의 고리구조 알킬렌기, C6-C12의 아릴기, 또는 알킬기가 치환된 C6-C12의 아릴기임; 및
    (D) 상기 기초수지 (A)＋(B) 100 중량부에 대하여, 하기식(2)으로 나타내어지는 방향족 인산에스테르 화합물(D) 0∼30 중량부:
    구조식 2
    상기식(2)에서 R3, R4및 R5는 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C4의 알킬기이고, X는 C6-C20의 아릴기 또는 알킬기가 치환된 C6-C20의 아릴기로서, 레소시놀, 히드로퀴놀, 비스페놀-A 또는 비스페놀-S의 디알콜로부터 유도된 것이고, 그리고 m은 0 내지 4의 정수임;
    으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성 고무강화 폴리스티렌 수지조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기초수지 (A)＋(B) 100 중량부에 대하여, 불소수지(E) 0.01∼2 중량부를 더 포함하며, 상기 불소수지(E)는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 테트라플루오로에틸렌과 비닐리덴플루오라이드의 공중합체, 테트라플루오로에틸렌과 플루오로알킬비닐에테르의 공중합체 및 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 난연성 고무강화 폴리스티렌 수지조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리페닐렌에테르 수지(B)는 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디에틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-메틸-6-에틸-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-메틸-6-프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2-에틸-6-프로필-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디페닐-1,4-페닐렌)에테르, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 폴리(2,3,6-트리메틸-1,4-페닐렌)에테르의 공중합체, 및 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 폴리(2,3,5-트리에틸-1,4-페닐렌)에테르의 공중합체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 난연성 고무강화 폴리스티렌 수지조성물.
  4. 제1항에 있어서 상기 카르복시 포스파이닉산 화합물(C)은 2-카르복시-에틸-메틸-포스파이닉산, 2-카르복시-에틸-페닐-포스파이닉산 및 2-카르복시-메틸-페닐-포스파이닉산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 난연성 고무강화 폴리스티렌 수지조성물.
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