KR100421321B1 - 저장안정성플라스틱첨가제및이를사용하여플라스틱의가공및사용특성을증진시키는방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융된 첨가 물질 99.9 내지 10중량%와 결정성 첨가 물질 0.1 내지 90중량%의 혼합물을 조형 공정후에 냉각시켜 제조한 저장 안정성 플라스틱 첨가제에 관한 것이다.

조형 공정은 상기 혼합물을 다이 개구가 장착된 도구로 부터 끌어내고, 냉각된 컨베이어 벨트상에서 냉각시킴으로써 수행한다.

장기간의 저장 및/또는 취급후에도, 이 플라스틱 첨가제는 유동이 자유로우며 점착되지 않는다.

Description

저장 안정성 플라스틱 첨가제 및 이를 사용하여 플라스틱의 가공 및 사용 특성을 증진시키는 방법

플라스틱 첨가제는 중합체상에서 개질 및/또는 안정화 작용을 갖는 중합체에 대한 첨가물질이다. 작용에 대해 결정적인 분자내 화학적 부분 구조외에, 일반적으로 이들은 중합체성 매트릭스를 갖는 첨가제의 "상용성"(예; 가용성, 확산 특성 및 내추출성 등)을 조절하는 치환체를 갖는다(참조; Gchter/Mller, kunststoffadditive[Plastics Additives], 3rd edition 1990, Carl Hanser Verlag Munich, Vienna, page 33 et. seq.). 또한 분자의 작용 부위에서의 작용성은 흔히 매우 거대한 화학적 치환체(항산화제에서 "입체적으로 차단된 페놀" 및 광 안정화제에서 "입체적으로 차단된 아민")에 의해 조절된다.

상기의 구조적 성분은, 흔히 제조 동안 이러한 첨가제의 결정화를 지연시키고/시키거나 불완전하게 하고/하거나 용이하게 다른 것으로 전환될 수 있는 몇몇의 결정 변형체가 생성되도록 하는 효과를 갖는다. 이것은 결정의 명확한 융점대신 광범위한 용융 범위를 초래하거나 다른 것과 합병될 수 있는 다중 융점을 초래한다.

미분성 취급 형태의 제조 직후, 이러한 덜 안정한 구조에서 더욱 안정한 결정성 구조로의 지연된 결정화 및/또는 재배열은 생성물의 저장 및 취급 기간동안에, 결정이 입자와 접촉시 입자의 표면내로 성장하면서, 물질의 기계적 점착, 펠팅(felting) 또는 케이킹(caking)을 유발함을 의미한다. 이러한 방식으로 형성된 덩어리는 유동 특성 및 접착제의 계량성을 현저하게 방해하여, 첨가제를 이러한 용도에 대해 부적합하도록 한다. 융점 범위가 150℃ 미만인 경우, 이러한 방해는 더욱 명백해진다.

이러한 특성을 개선시키기 위한 다수의 시도가 이루어져 왔는데, 예를 들면, 고 분산 실릭산의 첨가 또는 금속 스테아레이트 또는 금속 산화물의 첨가로 점성화 되는 경향이 있는 입자의 표면을 분말화하는 것이 추천되어 있다(참조; Degussa brochures from the pigments publication series: "Aerosil zur Verbesserung des Fliessverhaltens Pulverfrmiger Substanzen"[Aerosil for improving the flow properties of pulverulent substances], no. 31, 2nd edition 5/1978 and "Synthetische Kieselsure als Flieβlfsmittel und als Trgersubstanz", [Synthetic silicic acid as a flow auxiliary and as a carrier substance], No. 31, 5th Edition, 5/1992). 이러한 방법의 한가지 단점은 유효 첨가제내에 바람직하지 않은 이물질이 도입되는 것이다.

고압을 적용하는, 분말의 정제형 제형의 제조가 또한 추천되었다. 생성물을 더욱 비싸게 하고 기계적 마모에 의한 오염의 위험을 포함하는, 추가의 작업 단계는 이 방법에 있어 가장 큰 단점인 것으로 고려되어야만 한다. 용융물의 응고 및 연속적인 분쇄 또한 실행되고 있다. 이러한 방법의 단점은 최종 생성물이 압력하에서(예를 들면 여름에 수송도중 거대한 펠렛의 중량하에서) 용이하게 펠트화되고 케이킹되며, 분진 함량이 높다는데 있다. 용융물로부터의 분무 냉각이 또한 제안되었으나, 이 방법은 결정화의 매우 열악한 조절 및 매우 잘 알려져 있는 케이킹화 경향의 단점을 포함한다.

US 4,578,021에서는 균일한 크기의 과립을 제조함으로써, 연속적인 분쇄가 용융물 및 결정 시드를 포함하는 2상 혼합물로부터 드롭 성형기(drop former)를 통해 연속적으로 냉각되면서 초유동성이 되도록 보조하는 기계를 기술하고 있다. 이 방법은 현재 통상적인 드롭 성형기내 침착물 및 피각물의 형성으로 인해 사용되지 않고 있다.

본 발명의 목적은 이물질의 첨가 없이, 여전히 유동이 자유로우며 심지어 비교적 장기간 저장 및 취급후에도 용이하게 계량할 수 있는 플라스틱용 첨가제를 제공하는 것이다.

본 발명에 이르러 용융된 첨가 물질 99.9 내지 10중량%와 결정성 첨가 물질 0.1 내지 90중량%의 혼합물을 조형 공정후에 냉각시켜 제조한 플라스틱 첨가제에 의해, 상기와 같은 첨가제의 케이킹화 경향성이 제거되고, 계량성 및 유동 특성과 수송 특성을 현저하게 개선시킬 수 있으며 분진 또는 마모된 물질의 형성을 크게 감소시킬 수 있음이 밝혀졌다.

결정성 물질의 함량을 변화시킴으로써, 혼합물의 점도는 광범위한 범위내에서 변할 수 있고 조형 공정의 요구 사항에 따라 조정될 수 있다. 이러한 방법으로 형성된 최종 생성물은 안정하게 개량된 결정이며 입자의 펠트화를 초래하는 추가의 재배열이 일어나지 않는다. 최종 생성물은 용융 정도와 조형 방법을 변화시킴으로써 광범위한 범위내에서 조절된 방식으로 조절시킬 수 있는, 한정된 균일한 입자 크기(예를 들면 0.1 내지 10mm)로 형성된다.

본 발명에 따른 플라스틱 첨가제는 용융된 첨가 물질 99.5 내지 25중량%와 결정성 첨가 물질 0.5 내지 75중량%의 혼합물을 사용함으로써 제조하는 것이 유리하다.

용융된 첨가 물질 90 내지 30중량%와 결정성 첨가 물질 10 내지 70중량%의 혼합물을 사용함으로써 제조한 플라스틱 첨가제가 또한 특히 적합하다.

용융된 첨가 물질 70 내지 50중량%와 결정성 첨가 물질 30 내지 50중량%의 혼합물을 사용함으로써 제조한 플라스틱 첨가제가 특히 적합하다.

혼합물의 신속한 냉각은 바람직하게는 냉각된 컨베이어 벨트상에서 수행함이 바람직할 수 있다.

다이 개구(다공성 다이)가 장착된 기구로 부터 혼합물을 끌어내는 것이 조형 공정에 있어 특히 적합한 것으로 입증되었다.

사용가능한 조형 공정은 예를 들면 다음과 같다:

-초우커 바(choker bar)를 통해 원통형 다이 배열로 부터 혼합물을 끌어내는 방법

-톱니 기재(tooth base)내 내부 톱니와 다이 내경이 장착된 원통형 다이 배열로 부터 내부 기어 휠에 의해 혼합물을 끌어내는 방법

-구경 기재(bore base)내 내경과 다이 내경이 장착된 원통형 다이 배열로 부터 스탬프(stamp)에 의해 혼합물을 끌어내는 방법

-혼합물을 에지 러너(edge runner)의 수단에 의해 다공 평판을 통해 끌어내는 방법

-혼합물을 압출기의 수단에 의해 다공 평판을 통해 끌어내는 방법

-회전 롤에 의해 다공판을 통과시키는 방법

-압출기(단일- 또는 쌍-스크류 압출기)를 사용한 압출

-몇 개의 다이 개구가 있는 스테이플링 프레스(stapling press)의 마우스피이스(mouthpiece)를 통해 압착시키는 방법

-다수의 다이 개구가 있는 파이프 다이를 통해 스트립퍼 독터 블레이드(stripper doctor blade)의 수단으로 압착시키는 방법

용융된 물질중 결정성 물질의 함량으로 인해, 온도 조절이 더욱 용이해지는데, 이는 냉각시 더욱 많이 분리되는 결정은 자체의 결정화 열에 의해 온도의 감소를 상쇄하기 때문이다(이와 반대로도 작용함).

본 발명에 따른 방법을 성공적으로 수행할 수 있는 플라스틱 첨가제는 특히, UV 안정화제, 항산화제, 열 안정화제, 윤활제, 대전방지제, 부착증진제, 상용성을 부여하는 제제, 분산 보조제, 산 스캐빈저, 금속 탈활성화제, 과산화물 스캐빈저, 가공 안정화제, 핵생성제, 광학적 광택제, 슬립제(slip agent), 이슬맺힘 방지제(antidew agent) 및 방염가공제의 부류로부터의 첨가제이다.

특히 적합한 예로는, 특히 2-하이드록시-4-n-옥톡시벤조페논, 라우르산 디에탄올아미드, 글리세롤 모노-, 디- 및 트리스테아레이트 및 이러한 글리세롤 스테아레이트의 혼합물, 디옥타데실 설파이드, 디알킬 모노-, 디- 및 폴리설파이드의 혼합물, 디스테아릴 티오디프로피오네이트, 디라우릴 티오디프로피오네이트, 비스스테아로일에틸렌디아민, 펜타에리트리틸 테트라키스-3-(3,5-디-3급-4-하이드록시페닐)프로피오네이트, 옥타데실 3-(3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트, 테트라키스-(2,4-디-3급-부틸-페닐) 4,4'-비페닐렌디포스포나이트, 디스테아릴펜타에리트리톨 디포스파이트, 디(2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-4-일)세바케이트 및 비스(2,4-디-3급-부틸페닐)펜타에리트리톨 디스포스파이트가 있다.

하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위함이며 이에 한정되지는 않는다.

실시예 1

결정 물질 5중량%와 혼합된 2-하이드록시-4-n-옥토시벤조페논 95중량%의 용융물 슬러리를 융점 범위내에서 직경이 1.0mm인 다공 다이를 통해, 초우커 바를 사용하여, 냉각된 금속 벨트 러닝 패스트(metal belt running past)상으로 끌어낸다. 벨트상에 놓인 즉시 결정화하는 점적이 형성되며 이는 벨트의 말단에서 비점착성 표면의 분진이 없는 고체 입자로서 스트립핑될 수 있다.

실시예 2 내지 7

실시예 1로부터의 시험을 반복하며, 동일한 2-하이드록시-4-n-옥토시벤조페논의 결정성 분말 1, 10, 30, 50 및 75중량%를 혼합하여 용융시킨다. 고화된 입자 모두는 분진이 없으며 비점착성이다.

실시예 8(비교)

결정화된 물질 분말을 혼합하여 용융 생성물을 생성시키는 것을 제외하고는 실시예 1로부터의 시험을 반복한다. 냉각 벨트상에서의 점적은 벨트 말단에서 단지 부분적으로만 고화되며 점성이다.

실시예 9

플라스틱 첨가제로서 사용된 각종 화학물질을 냉각 벨트상에 점적하고 실시예 1에 따라 말단에서 제거하는데, 각 경우 50중량%의 결정화 물질이 혼합된다. 이것을 점착성과 케이크화 경향에 대해 하기와 같이 시험한다:

각 경우에 평평한 물질상에 하나의 개구 끝이 있고 직경이 5.2cm이며 높이가 10cm인 유리 머프(glass muff)에 각 경우에 제형화된 물질 50g을 충전시키고 상부에 무게를 가함으로써 0.93N/㎠ 의 압력 부위를 상부로부터 가한다. 전체적인 배열은 가열 캐비넷중 24시간 동안 승온에서 유지시킨다. 이러한 방식은 여름 온도 조건하에서 수송 동안의 펠렛 덩어리의 압력을 모사한 것이다. 비교시, 각 경우 조형 공정 동안 용융되는 결정성 성분을 첨가하지 않고 제조한 제품을 비교에 사용한다. 포장된 유리 머프를 제거한 후 거대 생성물을 개개의 입자로 재파쇄시키는데 사용되는 힘의 정도를 평가한다.

[표 1]

실시예 10

결정성 물질 10중량%와 혼합된 용융물 90중량%를 포함하는 2-하이드록시-4-n-옥톡시벤조페논의 슬러리를, 기어 휠을 통한 톱니 기재내에 내부 톱니와 다이 내경이 있는 원통형 회전 다이판을 통하여 다이 아래의 냉각된 금속 벨트 러닝 패스트상에 적하한다. 점적은 고화되며 벨트 말단에서 스트립핑시킨다. 실시예 9에 따른 열 저장 시험은 접촉 즉시 붕해되는 거대한 물질을 생성시킨다.

실시예 11

구경 기재내 추가의 다이 구경이 있는 내경을 갖는 원통형 회전 다이판을 사용하는 것 외에는, 실시예 10의 시험을 반복한다. 물질을 다이를 통해 스탬프(즉 캠에 의해 기계적으로 트리거됨)를 사용하여 냉각된 금속 벨트 러닝 패스트상에 적하한다. 점적은 고화되며 벨트 말단에서 스트립핑시킨다. 실시예 9에서와 같은 열하에서의 저장은 즉시 붕해되는 거대한 물질을 생성시킨다.

실시예 12

용융된 물질 25중량%와 결정성 물질 75중량%를 포함하는 2-하이드록시-4-n-옥톡시벤조페논의 슬러리를 다공 평판을 통해 에지 런너에 의해 끌어낸다. 이 생성물을 스트립퍼 블레이드(stripper blade)로 절단하고 냉각된 금속 벨트상에 적하한다. 완전히 결정화시켜 제조한 물질을 벨트의 말단에서 제거한다. 실시예 9에 따른 열 저장 시험으로 즉시 재붕해되는 거대한 물질이 생성된다.

본 발명의 플라스틱 첨가제는, 지금까지의 플라스틱 첨가제에 있어 케이킹화 경향성이 제거되어 있고, 계량성 및 유동 특성과 수송 특성을 현저하게 개선시킬 수 있으며 분진 또는 마모된 물질의 형성을 크게 감소시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 용융된 첨가 물질 99.9중량% 내지 10중량%와 결정성 첨가 물질 0.1 내지 90중량%의 혼합물이 조형 공정후에 냉각된 플라스틱 첨가제.
2. 제1항에 있어서, 냉각이 냉각된 컨베이어 벨트상에서 수행되는 플라스틱 첨가제.
3. 제1항에 있어서, 조형 공정이, 다이 개구가 있는 다이로 부터 상기 혼합물을 끌어냄을 포함하는, 플라스틱 첨가제.
4. 제1항에 있어서, UV 안정화제, 항산화제, 열 안정화제, 윤활제, 대전방지제, 부착증진제, 상용성을 부여하는 제제, 분산 보조제, 산 스캐빈저, 금속 탈활성화제, 과산화물 스캐빈저, 가공 안정화제, 핵생성제, 광학적 광택제, 슬립제(slip agent), 이슬맺힘 방지제(antidew agent) 및 방염가공제의 부류인 플라스틱 첨가제.
5. 제1항에서 청구한 플라스틱 첨가제를 사용함을 특징으로 하는, 플라스틱의 가공 및 사용 특성을 증진시키는 방법.