KR100349505B1 - 사출성형용 공중합폴리에스테르 수지 펠렛의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출성형시 우수한 가공성을 나타낼 수 있도록 공중합폴리에스테르 수지 펠렛의 표면을 가공하는 방법에 관한 것으로서, 유리전이온도가 65℃ 이상이며, 재결정 발열량이 2J/g 이하인 공중합폴리에스테르를 펠렛 형태로 가공한 다음, 상기 펠렛의 표면을 마찰시켜 L치 57% 이상이고, 최대길이가 1.2∼10mm되도록 제조한다.

이와같이 공중합폴리에스테르를 사출성형하기 전에 표면마찰을 수행하여 표면에 스크래치 및 균열을 형성시킨 경우 비색계에 의한 L값이 상승하게 되며 사출시 피딩구간에서의 스크류에 펠렛이 융착되는 것을 방지하게 되어 사출시 계량이 일정하게 되므로 사출성형시 우수한 가공성을 갖는다.

Description

사출성형용 공중합폴리에스테르 수지 펠렛의 제조방법{Manufacturing method of polyester copolymer pellet for injection molding}

본 발명은 결정화가 낮은 공중합폴리에스테르 수지의 사출성형성을 향상시킬수 있도록 표면마찰을 거쳐 사출성형용 공중합폴리에스테르 수지 펠렛을 제조하는 방법에 관한 것이다.

폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 우수한 기계적 강도와 뛰어난 내화학성을 가지지만 수지특유의 결정성으로 인하여 투명한 사출품을 제조하는데 있어서 많은 제약이 따랐다. 특히 금형의 철저한 냉각이 요구되어 두께가 두꺼운 사출품에는 적용이 어려웠으며, 금형의 온도가 낮아 금형내의 수지의 흐름성이 좋지 않게되어 사출품의 형태에 따라 적용에 제한이 따랐다. 이러한 문제를 해결하기 위해 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 결정성을 떨어뜨린 공중합폴리에스테르 수지가 개발되었다.

이와같은 공중합폴리에스테르 수지를 제조하는 데 사용되는 산성분으로는 이소프탈레이트, 사이클로헥산디카르복실레이트, 나프탈렌디카르복실레이트 등이 있으며, 디올성분으로는 네오펜틸글리콜, 프로판디올, 부탄디올, 사이클로헥산디메탄올 등이 있다. 이러한 공중합 성분의 첨가로 금형의 냉각 없이도 투명한 사출품을 생산할 수 있게 되었다.

얻어진 공중합폴리에스테르 수지는 사출성형을 위해 펠렛형태로 가공된 뒤 사출성형기에 투입되게된다. 이때 공중합폴리에스테르 수지의 낮은 결정성으로 인하여 펠렛 형태의 수지는 비결정성이 되며 이로 인하여 사출성형기의 실린더 내부의 피딩(feeding) 구간에서 펠렛이 스크류에 융착되거나 스크류 산과 실린더 사이에 펠렛이 끼이는 현상이 발생하여 수지의 투입이 불균일하게 되고 결과적으로 사출시 계량이 일정치 않게 되어 결과적으로 사출물이 불량하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 펠렛의 형태와 크기가 일정한 모양으로 하는 방법 등이 고안되었으나, 이러한 방법은 수지의 중합기대와 운전 조건이 수지의 종류에 따라 다시 설정되어야 하는 등의 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 결정화가 낮은 공중합폴리에스테르 수지의 사출성형성을 향상시킬 수 있도록 표면마찰을 거쳐 사출성형용 공중합폴리에스테르 수지 펠렛을 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 사출성형용 공중합 폴리에스테르 수지 펠렛의 제조방법은 유리전이온도가 65℃ 이상이며, 재결정 발열량이 2J/g 이하인 공중합 폴리에스테르를 펠렛 형태로 가공한 다음, 표면마찰하여 L치 57% 이상이고, 최대길이가 1.2∼10mm되도록 제조하는 것을 그 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따라 폴리에스테르 수지 펠렛의 표면을 가공하기 위한 표면마찰장치의 개략도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 칩 투입구 2: 스크류(screw)

3: 실린더(cylinder) 4: 칩 배출구

5: 구동장치

P: 스크류의 피치간격 L: 실린더의 길이

C: 실린더와 스크류의 간격 H: 스크류산의 높이

본 발명에서 투명사출용 공중합폴리에스테르 수지는 방향족 디카르복실산 성분과 글리콜 성분을 중축합한 것으로, 여기서 방향족 디카르복실산의 구체적인 예로 테레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌디카르복실산, 디페녹시에탄디카르복실산, 디페닐디카르복실산, 디페닐에테르디카르복실산 등을 들 수 있으며, 글리콜성분으로는 에틸렌글리콜, 프로판디올, 부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올, 네오펜틸글리콜, 사이클로헥산디메탄올 등을 들 수 있다.

이와같은 성분을 중축합하여 얻은 공중합 폴리에스테르는 재결정화 발열량이 2J/g 이하가 되도록 하여야 별도의 냉각장치가 없이도 결정화가 일어나지 않아 두께 4mm이상의 사출물의 사출에 적합하다.

또한 유리전이온도가 65℃ 이상이어야 사출품의 내열성에 이상이 없게 된다.

구체적으로 공중합폴리에스테르 수지는 공중합 성분 중 산성분으로 테레프탈산 13∼87몰%와 이소프탈산 또는 나프탈렌디카르복실산 13∼87몰%를 함유하고 디올성분으로는 에틸렌글리콜을 주성분으로 하여 공중합폴리에스테르를 제조하며 색상과 투명도가 우수한 공중합 폴리에스테르를 얻을 수 있다. 특히 산성분으로 테레프탈산과 나프탈렌디카르복실산을, 디올성분으로 에틸렌글리콜을 이용하면 유리전이 온도가 높고, 내화학성, 자외선 차단성능이 우수한 공중합 폴리에스테르 수지를 얻을 수 있음으로 바람직하다.

공중합폴리에스테르 수지를 제조할 때, 필요할 경우 안정제, 안료, 염료 점토류, 활제, 난연제 등의 첨가제를 혼합하여 사용하는 것도 무방하다.

이렇게 제조된 공중합 폴리에스테르 수지는 고유점도가 0.6dL/g 이상이어야 사출물의 기계적 강도가 우수하게 되며 2.0dL/g 이상이 되면 사출시 흐름성이 나빠져 사출이 어렵다.

상기와 같이 중축합된 공중합폴리에스테르 수지를 사출성형하기 위해서는 사출성형기에 투입이 가능하도록 펠렛형태로 가공하는 바, 일반적으로 사출성형기에 투입이 가능하려면 지름이 1.0∼5.0mm, 길이가 1.2∼10.0mm의 크기의 펠렛형태가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 지름 1.5∼3.5mm이고, 길이 2.0∼5.0mm가 좋다.

이렇게 제조된 수지는 사출시 별도의 냉각장치 없이도 투명한 사출품을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 두께 4mm이상의 투명사출도 가능하다. 하지만 공중합폴리에스테르 수지의 낮은 결정성으로 인하여 펠렛 형태의 수지는 비결정성이 되며 이로 인하여 사출성형기의 실린더 내부의 피딩(feeding)구간에서 펠렛이 스크류에 융착되거나 스크류 산과 실린더 사이에 펠렛이 끼이는 현상이 발생하여 수지의 투입이 불균일하게 되고 이로 인하여 사출시 계량이 일정치 않게 되어 결과적으로 사출물이 불량하게 된다. 특히 사출성형기의 용량이 작을수록 이런 문제점은 심해진다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 펠렛의 형태와 크기를 일정한 모양으로 하는 방법, 펠렛의 모서리 부분을 둥글게 하는 방법 등이 고안되었다. 그러나, 이와같이 펠렛의 형태와 모양을 조절하기 위해서는 수지의 종류에 따라 중합기대의 토출부 및 펠렛타이져의 운전 조건을 다시 설정하여야 하며 특수한 펠렛타이져를 도입하여야 할 경우도 있다.

이에, 본 발명에서는 공중합폴리에스테르 수지 펠렛에 도 1에 나타낸 바와 같은 장치를 이용하여 표면마찰을 행한다.

이와같이 표면마찰을 행할 경우 펠렛 표면에 미세한 스크래치가 발생하여 사출시 계량을 일정하게 할 수 있다. 수지 펠렛표면의 스크래치는 사출기 실린더 내부에서 펠렛간의 미끄러짐과 실린더 표면과의 미끄러짐을 윤활하게 하여 스크류 산과 실린더 사이에 펠렛이 융착되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 효과로 인하여 사출시에 계량이 일정하게 되어 사출성형시 우수한 가공성을 나타낸다.

표면마찰을 하기 위한 장치를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

펠렛을 투입할수 있는 투입구(1), 투입된 펠렛이 체류하는 실린더(3), 펠렛의 마찰을 발생시키는 스크류(2), 펠렛이 배출되는 배출구(4), 스크류를 회전시키는 구동장치(5)로 구성된다. 구동과정을 상세히 설명하면, 구동장치(5)의 힘에 의해 스크류(2)가 회전하게 되며, 실린더(3) 내에서 나사산 모양으로 되어 있는 스크류(2)는 투입구(1)로 투입된 칩을 앞으로 이송시키고, 이송시 스크류의 회전력에 의해 펠렛과 펠렛간의 마찰을 발생하게 된다. 마찰에 의해 펠렛 표면에 균일하게 스크레치가 형성되고, 마찰이 끝난 펠렛은 배출구(4)를 통해 빠져 나온다.

이러한 표면 마찰을 행한 공중합폴리에스테르 수지는 펠렛 표면의 스크레치 및 균열에 의해 비색계에 의한 L값이 상승하게 되는데 실험을 반복한 결과 57% 이상의 L값을 가지게 될 경우 사출성이 우수한 결과를 얻을 수 있었다.

본 발명에서는 상기와 같은 방법으로 결정성이 떨어지는 공압출 폴리에스테르 수지의 사출에 있어서 사출용 수지 펠렛의 표면에 마찰에 의한 스크래치와 균열을 발생시켜 계량을 일정하게 하여 사출시 성형성이 우수한 사출물을 얻을 수 있었다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시에에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

디메틸테레프탈레이트 85몰%와 디메틸나프탈렌디카르복실레이트 15몰%을 혼합후 방향족 디카르복실산과 당량비 1대2가 되도록 에틸렌글리콜을 혼합하고 통상의 에스테르 교환반응 촉매를 첨가한 후 에스테르 교환반응을 실시하여 단량체를생성한 후 통상의 중축합 촉매를 넣어서 중축합반응을 완결시켜 공중합 폴리에스테르 수지를 제조한 뒤 통상의 방법으로 토출하고 컷팅하여 펠렛 형태로 가공하였다. 펠렛의 형태는 평균 지름 2.5mm, 길이 3mm의 봉형태였다.

이와같이 제조된 수지 펠렛을 도 1과 같은 마찰결정화장치를 이용하여 표면마찰공정을 수행하였다.

이렇게 제조된 공중합폴리에스테르 수지 펠렛을 이용하여 사출성형시 계량이 일정하게 되어 표면이 균일한 사출물을 제조할 수 있었다.

얻어진 공중합 폴리에스테르는 고유점도가 0.74dL/g 이었으며, 재결정화에 의한 발열이 없고 비색계에 의한 L치가 62%였다.

실시예 2

디메틸레프탈레이트 50몰%와 디메틸나프탈렌디카르복실레이트 50몰%을 혼합후 방향족 디카르복실산과 당량비 1대2가 되도록 에틸렌글리콜을 혼합하고 통상의 에스테르 교환반응 촉매를 첨가한 후 에스테르 교환반응을 실시하여 단량체를 생성한후 통상의 중축합 촉매를 넣어서 중축합 반응을 완결시켜 공중합 폴리에스테르 수지를 제조한 뒤 통상의 방법으로 토출하고 컷팅하여 펠렛형태로 가공하였다. 펠렛의 형태는 평균 지름 2.2mm, 길이 2.9mm의 봉형태였다.

이와같이 제조된 수지 펠렛을 도 1에 나타낸 바와 같은 마찰 결정화 장치를 이용하여 표면마찰공정을 수행하였다.

실시예 3

디메틸테레프탈레이트 15몰%와 디메틸나프탈렌디카르복실레이트 85몰%을 혼합후 방향족 디카르복실산과 당량비 1대2가 되도록 에틸렌글리콜을 혼합하고 통상의 에스테르 교환반응 촉매를 첨가한 후 에스테르 교환반응을 실시하여 단량체를 생성한 후 통상의 중축합 촉매를 넣어서 중축합 반응을 완결시켜 공중합 폴리에스테르 수지를 제조한 뒤 통상의 방법으로 토출하고 컷팅하여 펠렛형태로 가공하였다. 펠렛의 형태는 평균 지름 1.8mm, 길이 2.8mm의 봉형태였다.

이와같이 제조된 수지 펠렛을 도 1에 나타낸 바와 같은 마찰 결정화 장치를 이용하여 표면마찰공정을 수행하였다.

실시예 4

디메틸테레프탈레이트 80몰%와 디메틸이소프탈레이트 5몰%와 디메틸나프탈렌디카르복실레이트 15몰%을 혼합후 방향족 디카르복실산과 당량비 1대2가 되도록 에틸렌글리콜을 혼합하고 통상의 에스테르 교환반응 촉매를 첨가한 후 에스테르 교환반응을 실시하여 단량체를 생성한 후 통상의 중축합 촉매를 넣어서 중축합 반응을 완결시켜 공중합 폴리에스테르 수지를 제조한 뒤 통상의 방법으로 토출하고 컷팅하여 펠렛 형태로 가공하였다. 펠렛의 형태는 평균 지름 2.4mm, 길이 2.9mm의 봉형태였다.

이와같이 제조된 수지 펠렛을 도 1에 나타낸 바와 같은 마찰 결정화 장치를 이용하여 표면 마찰공정을 수행하였다.

실시예 5

디메틸테레프탈레이트 93몰%와 디메틸카르복실레이트 7몰%을 혼합후 방향족 디카르복실산과 당량비 1대2가 되도록 글리콜성분을 혼합하되 에틸렌글리콜을95몰%, 네오펜틸 글리콜을 5몰%로 하여 혼합하고 통상의 에스테르 교환반응 촉매를 첨가한 후 에스테르 교환반응을 실시하여 단량체를 생성한 후 통상의 중축합 촉매를 넣어서 중축합 반응을 완결시켜 공중합 폴리에스테르 수지를 제조한 뒤 통상의 방법으로 토출하고 컷팅하여 펠렛형태로 가공하였다. 펠렛의 형태는 평균지름 2.5mm, 길이 3.1mm의 봉형태였다.

이와같이 제조된 수지 펠렛을 도 1에 나타낸 바와 같은 마찰 결정화 장치를 이용하여 표면 마찰공정을 거치게 하였다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되 공중합폴리에스테르 수지 펠렛의 표면 마찰을 수행하지 않았다.

비교예 2

상기 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하되 공중합폴리에스테르 수지 펠렛의 표면 마찰을 수행하지 않았다.

비교예 3

상기 실시예 3과 동일한 방법으로 실시하되 공중합폴리에스테르 수지 펠렛의 표면 마찰을 수행하지 않았다.

비교예 4

상기 실시예 4과 동일한 방법으로 실시하되 공중합폴리에스테르 수지 펠렛의 표면 마찰을 수행하지 않았다.

비교예 5

상기 실시예 5와 동일한 방법으로 실시하되 공중합폴리에스테르 수지 펠렛의 표면 마찰을 수행하지 않았다.

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 공중합폴리에스테르의 물성 및 사출 성능을 다음과 같은 방법으로 평가하여 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

(1) 재결정 발열량의 측정

Perkin-Elmer사의 DSC7 모델을 이용하여 제조된 공중합폴리에스테르를 5∼10mg 채취하여 질소분위기 하에서 270℃ 3분 방치한 후 액체질소로 급냉하여 20℃/min의 측정조건으로 20∼270℃ 구간에서 측정하였다.

(2) L치 측정

펠렛형태로 제조된 공중합폴리에스테르 수지를 표면 마찰한 후 NIPPON-DENSHOKU의 비색계 ND-300A기기를 이용하여 L치를 측정하였다.

(3) 사출성능 평가

표면 마찰된 공중합 폴리에스테르를 60∼80℃에서 5∼10시간 열풍건조 후 사출 성형기를 이용, ASTM D-995에 제시된 성형수축율을 측정하기 위한 원판시편(1/8inch 두께, 4inch 직경)으로 사출물을 동일 조건에서 20회 사출성형하여 외관을 관찰하였다.

0 : 20회 모두 표면 이상없슴.

×: 표면에 함몰된 면(싱크)이 1회 이상 존재

	펠렛 특성	사출성능
	고유점도(dl/g)		재결정화발열량(l/g)	유리전이온도(℃)	L치(%)
실시예 1	0.74	-	85	59	0
실시예 2	0.76	-	95	62	0
실시예 3	0.78	-	108	63	0
실시예 4	0.72	-	79	59	0
실시예 5	0.72	1.56	76	59	0
비교예 1	0.74	-	85	51	×
비교예 2	0.76	-	95	54	×
비교예 3	0.78	-	108	56	×
비교예 4	0.72	-	79	53	×
비교예 5	0.72	1.56	76	55	×

상기 표 1의 결과로부터, 펠렛의 표면마찰을 수행한 경우 사출성능이 우수함을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 공중합폴리에스테르를 사출성형하기 전에 표면마찰을 수행하여 표면에 스크래치 및 균열을 형성시킨 경우 비색계에 의한 L값이 상승하게 되며 사출시 피딩구간에서의 스크류에 펠렛이 융착되는 것을 방지하게 되어 사출시 계량이 일정하게 되므로 사출성형시 우수한 가공성을 갖는다.

Claims (4)

1. 유리전이온도가 65℃ 이상이며, 재결정 발열량이 2J/g 이하인 공중합폴리에스테르를 펠렛 형태로 가공한 다음,

   상기 펠렛의 표면을 마찰시켜 L치 57% 이상이고, 최대길이가 1.2∼10mm되도록 사출성형용 공중합폴리에스테르 수지 펠렛을 제조하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 펠렛의 표면마찰은

   펠렛을 투입할 수 있는 투입구;

   투입된 펠렛이 체류하는 실린더;

   펠렛의 마찰을 발생시키는 스크류;

   펠렛이 배출되는 배출구; 및

   스크류를 회전시키는 구동장치로 이루어진 장치를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 사출성형용 공중합폴리에스테르 수지 펠렛의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 공중합폴리에스테르는 산성분으로 나프탈렌디카르복실레이트 또는 이소프탈레이트 13∼87몰%와 테레프탈레이트 13∼87몰%를 사용하고, 디올 성분으로는 에틸렌글리콜을 사용하여 중축합한 것임을 특징으로 하는 사출성형용 공중합폴리에스테르 수지의 제조방법.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 공중합폴리에스테르는 고유점도 0.6∼2.0dL/g인 것을 특징으로 하는 사출성형용 공중합폴리에스테르 수지의 제조방법.