KR100487465B1 - 멜라민시아누레이트및예비처리된섬유질충전제가함유된방염성폴리아미드성형재료 - Google Patents

멜라민시아누레이트및예비처리된섬유질충전제가함유된방염성폴리아미드성형재료 Download PDF

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Abstract

본 발명은 A) 열가소성 폴리아미드 40 내지 98 중량%, B) 멜라민 시아누레이트 1 내지 40 중량%, C) 산술평균 섬유 길이 (d50 값)가 70 내지 200 ㎛이며 실란 화합물로 예비처리된 섬유질 충전제, 또는 바늘형 광물 충전제 또는 이들의 혼합물 1 내지 50 중량%, D) 추가의 첨가제 및 가공 보조제 0 내지 30 중량%가 함유된 방염성 열가소성 성형 재료에 관한 것이다.

Description

멜라민 시아누레이트 및 예비처리된 섬유질 충전제가 함유된 방염성 폴리아미드 성형 재료 {Flameproof Polyamide Moulding Compounds Containing Melamine Cyanurate and Pretreated Fibrous Fillers}
본 발명은
A) 열가소성 폴리아미드 40 내지 98 중량%,
B) 멜라민 시아누레이트 1 내지 40 중량%,
C) 산술평균 섬유 길이 (d50)가 70 내지 200 ㎛이며 실란 화합물로 예비처리된 섬유질 충전제, 또는 바늘형 광물 충전제 또는 이들의 혼합물 1 내지 50 중량%,
D) 추가의 첨가제 및 가공 보조제 0 내지 30 중량%를 상기 구성성분 A) 내지 D)의 총 중량%가 100 중량%가 되도록 함유하는 방염성 열가소성 성형 재료에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 어떠한 종류의 성형품을 제조하는데 있어서 신규 성형 재료의 용도 및 생성된 성형품에 관한 것이다.
일본특허공개 제53/051 250호에는 멜라민 시아누레이트 및 충전제를 함유하는 방염성 폴리아미드 성형 재료가 개시되어 있다. 이들은 충전제 및 방염제가 있는 상태에서 아미드 형성 단량체를 중합하여 제조된다. 일본특허공개 제54/016 565호에는 또한 멜라민 시아누레이트 및 충전체를 함유하는 폴리아미드 성형 재료가 개시되어 있으며, 여기서 광물 충전제는 L/D 비가 바람직하게는 4-1/4이 되도록 고안되어 있다. 또한 시아누르산과 멜라민의 혼합물이 폴리아미드 중에서 방염 활성을 나타내며, 이들 혼합물도 충전제를 함유할 수 있다는 것이 일본특허공개 제118 454호에 공지되어 있다.
그러한 성형 재료는 경도 (stiffness) 및 강도 (strength)와 같은 이들의 기계적 성질이 만족스럽지 못하다는 단점을 가지고 있다. 유리 섬유를 멜라민 시아누레이트가 함유된 폴리아미드 혼합물에 첨가하면 이들의 기계적 성질은 향상되지만 유리 섬유가 윅킹 (wicking)으로 알려진 효과를 발휘하여 방염성을 크게 감소시키기 때문에 이들의 방염성은 반대로 악화된다.
이와 유사하게, 유럽특허공개 제241 702호에는 멜라민 시아누레이트와 함께 유리 섬유로 제조된 폴리아미드 혼합물의 방염성이 혼합물에 사이징 (sizing)되지 않은 짧은 유리 섬유 (평균 섬유 길이: 100 내지 250 ㎛)를 사용함으로써 개선될 수 있다고 개시하고 있다.
유럽특허공개 제614 933호는 폴리아미드를 위한 수산화마그네슘 및 멜라민 시아누레이트의 혼합물을 개시한다.
공지된 성형 재료는 방염제의 함량이 높을 때만 UL 94 분류 V-0을 달성하며, 또한 많은 응용에 있어서 백열선 (glowing-wire) 시험에서의 연속 연소 시간이 중요하다. 프랑스 표준 NF F 16-101을 충족시키려면 연속 연소 시간은 2 초 이하여야 한다. 그러나 공지된 성형 재료는 이런 요건을 전혀 충족시키지 못하고 있다.
상기한 모든 특허에서, 어쨌든 어떤 유리 섬유가 사용된다면, 그 사용된 유리 섬유는 통상적인 연속 섬유 (조사; roving) 또는 초프트 섬유 (chopped fiber) (4 내지 6 mm 길이의 섬유 다발)이다. 따라서, 생성물에서 유리 섬유 길이 분포는 압출기에서의 전단 작용(shearing)의 결과이며, 언급이 되어 있지는 않지만 통상적인 가공에 있어서는 (유리 섬유 함량이 25 %인 생성물을 기준으로 할때) 약 250 내지 300 ㎛이다. 섬유의 비율이 증가할수록 섬유들이 혼입된 구역에서 섬유들 간의 증가된 상호작용으로 인해 섬유 절단이 증가하기 때문에 통상적으로 (특정한 가공에 있어서) 평균 섬유 길이는 감소하게 된다는 사실을 염두에 둘 필요가 있다 [F. Raumsteiner, R. Theysohn, Comp. Sci. Techn. 23 (1985) 231].
따라서, 본 발명의 목적은 기계적 성질 및 방염성이 우수한 방염성 열가소성 성형 재료를 제공하는 것이다. 특히, 사이징된 매우 짧은 유리 섬유를 첨가하면 백열선 시험에서 매우 짧은 연속 연소 시간을 허용할 수 있을 정도의 방염 수준을 달성할 수 있게 한다.
본 발명자들은 이 목적이 명세서 서두에서 정의된 성형 재료를 사용하여 달성된다는 것을 발견했다. 바람직한 실시태양은 종속항에 기재되어 있다.
놀랍게도, 특별히 짧은 유리 섬유, 특히 특정한 유리 섬유 길이 분포를 갖는 유리 섬유를 생성물에 사용하면 기계적 성질 (경도 및 강도)은 허용될 수 있을만큼만 작게 하락하지만, 가공성 및 방염성은 현저하게 향상된다는 것이 발견되었다. 이 범위의 섬유 길이에서는 기계적 성질 또는 방염성에 실질적인 변화가 관찰되지 않기 때문에, 이것은 일반적인 사출 성형과는 반대된다(단지 1 mm보다 클 때만, 유동성을 저하시킴). 따라서, 사출 성형 생성물의 경우에는 필요하다면 기계적 성질 (섬유 길이에 비례하여 증가)과 등방성 (섬유 길이에 비례하여 감소) 사이에서 적절히 조절하는 것이 일반적이지만, 요구되는 섬유 길이는 통상적으로는 가능한한 길어야 한다.
짧은 유리 섬유를 사용하는 것은 물론이고, 압출기에서 높은 전단력을 통해 짧은 섬유를 생산하는 것도 원칙적으로 가능하다.
신규한 성형 재료는 A) 성분으로서 열가소성 폴리아미드를 40 내지 98 중량%, 바람직하게는 40 내지 87 중량%, 특히 60 내지 85 중량% 함유한다.
신규한 성형 재료의 폴리아미드는 통상적으로 상대 점도 (ηrel)가 25℃에서 황산 96 중량% 농도 중의 1 % 농도의 용액에서 측정했을 때, 1.7 내지 5.0이며, 이 값은 K 값 (피켄셔; Fikentscher) 50 내지 96에 해당한다. 바람직하게는 상대 점도가 2.3 내지 4.5, 특히 2.5 내지 4.0인 폴리아미드를 사용한다.
예를 들면, 미국특허 제2 071 250호, 제2 071 251호, 제2 130 523호, 제2 130 948호, 제2 241 322호, 제2 312 966호, 제2 512 606호 및 제3 393 210호에 기재된 바와 같은, 분자량 (중량 평균) 5,000 이상인 반결정질 또는 비결정질 수지가 바람직하다.
이들의 예로는 7 내지 13의 고리원을 갖는 락탐, 예를 들면 폴리카프로락탐, 폴리카프릴로락탐 및 폴리라우로락탐으로부터 유도된 폴리아미드 및 디카르복실산을 디아민과 반응시켜 얻은 폴리아미드가 있다.
사용될 수 있는 디카르복실산은 탄소 원자수가 6 내지 12, 특히 6 내지 10인 알칸디카르복실산, 및 방향족 디카르복실산이다. 단순히 예로 들자면, 아디프산, 아젤라산, 세바스산, 도데칸디오산 및 테레프탈산 및(또는) 이소프탈산을 들 수 있다.
특히 적합한 디아민은 탄소 원자수 6 내지 12, 특히 6 내지 8인 알칸디아민, 및 m-자일릴렌디아민, 디(4-아미노페닐)메탄, 디(4-아미노시클로헥실)메탄, 2,2-디(4-아미노페닐)프로판 및 2,2-디(4-아미노시클로헥실)프로판이다.
바람직한 폴리아미드는 폴리헥사메틸렌 아디프아미드, 폴리헥사메틸렌 세바스아미드 및 폴리카프로락탐이다.
다른 적합한 폴리아미드는 예를 들면, 1,4-디아미노부탄을 아디프산과 승온에서 축합시켜 얻을 수 있는 것들이다 (나일론-4,6). 이런 구조의 폴리아미드를 위한 제조 방법은 예를 들면, 유럽특허공개 제38 094호, 유럽특허공개 제38 582호 및 유럽특허공개 제39 524호에 기재되어 있다.
다른 적합한 폴리아미드는 상기한 둘 이상의 단량체, 또는 1종 이상의 폴리아미드를 목적하는 특정 혼합비로 혼합한 혼합물을 공중합시켜 얻을 수 있는 것들이다.
그러한 부분적으로 방향족인 반결정성 공중합아미드는
(A1) 테레프탈산 및 헥사메틸렌디아민으로부터 유도된 단위체 20 내지 90 중량%
(A2) ε-카프로락탐으로부터 유도된 단위체 0 내지 50 중량%
(A3) 아디프산 및 헥사메틸렌디아민으로부터 유도된 단위체 0 내지 80 중량%
(A4) 다른 폴리아미드 형성 단량체 0 내지 40 중량%로 제조되며, 여기서 성분 (A2) 또는 (A3) 또는 (A4) 또는 이들의 혼합물의 비율은 10 중량% 이상이다.
상기, 성분 (A1)은 테레프탈산 및 헥사메틸렌디아민으로부터 유도된 단위체 20 내지 90 중량%를 함유한다.
테레프탈산 및 헥사메틸렌디아민으로부터 유도된 단위체 이외에도, 공중합아미드는 ε-카프로락탐으로부터 유도된 단위체 및(또는) 아디프산 및 헥사메틸렌디아민으로부터 유도된 단위체 및(또는) 다른 폴리아미드 형성 단량체로부터 유도된 단위체를 함유한다.
ε-카프로락탐으로부터 유도된 단위체의 비율은 거의 50 중량% 이하, 바람직하게는 20 내지 50 중량%, 특히 25 내지 40 중량%이며, 아디프산 및 헥사메틸렌디아민으로부터 유도된 단위체의 비율은 80 중량% 이하, 바람직하게는 30 내지 75 중량%, 특히 35 내지 60 중량%이다.
공중합아미드는 또한 ε-카프로락탐의 단위체 및 아디프산 및 헥사메틸렌디아민의 단위체 모두를 함유할 수도 있으며, 이런 경우에는 방향족기가 없는 단위체의 비율이 10 중량% 이상인 것이 유리하고, 바람직하게는 20 중량% 이상이다. ε-카프로락탐으로부터 유도된 단위체 및 아디프산 및 헥사메틸렌디아민으로부터 유도된 단위체의 비에 특별한 제한은 없다.
많은 응용에 있어서 특히 유리한 폴리아미드는 테레프탈산 및 헥사메틸렌디아민으로부터 유도된 단위체 (단위체 A1)가 50 내지 80 중량%, 특히 60 내지 75 중량%이고, ε-카프로락탐으로부터 유도된 단위체 (단위체 A2)가 20 내지 50 중량%, 바람직하게는 25 내지 40 중량%인 것으로 입증되었다.
상기한 단위체 (A1) 내지 (A3) 이외에, 부분적으로 방향족인 공중합아미드는 다른 폴리아미드로부터 얻을 수 있다고 알려진 다른 폴리아미드 형성 단량체 (A4) 40 중량% 이하, 바람직하게는 10 내지 30 중량%, 특히 20 내지 30 중량%를 함유할 수 있다.
방향족 디카르복실산 (A4)의 탄소 원자수는 8 내지 16이다. 적합한 방향족 디카르복실산의 예로는 이소프탈산, 3-t-부틸이소프탈산과 같은 치환된 테레프탈산 및 치환된 이소프탈산, 예를 들면 4,4'- 및 3,3'-디페닐디카르복실산, 4,4'- 및 3,3'-디페닐메탄디카르복실산, 4,4'- 및 3,3'-디페닐술폰디카르복실산, 1,4- 및 2,6-나프탈렌디카르복실산과 같은 다핵 (polynuclear) 디카르복실산 및 페녹시테레프탈산이 있고, 이소프탈산이 특히 바람직하다.
다른 폴리아미드 형성 단량체 (A4)는 탄소 원자수가 4 내지 16인 디카르복실산 및 탄소 원자수가 4 내지 16인 지방족 또는 시클로지방족 디아민으로부터 유도된 것일 수 있으며, 또한 탄소 원자수가 7 내지 12인 아미노카르복실산 및(또는) 상응하는 락탐으로부터 유도된 것일 수 있다. 이런 종류의 적합한 단량체를 예로 들자면, 지방족 디카르복실산을 대표하는 수베르산, 아젤라산 및 세바스산, 디아민을 대표하는 1,4-부탄디아민, 1,5-펜탄디아민 및 피페라진, 및 락탐 또는 아미노카르복실산을 대표하는 카프릴로락탐, 에난토락탐, ω-아미노운데칸산 및 라우로락탐을 들 수 있다.
상기, 성분 (A)는
(A1) 테레프탈산 및 헥사메틸렌디아민으로부터 유도된 단위체 65 내지 85 중량% 및
(A4) 이소프탈산 및 헥사메틸렌디아민으로부터 유도된 단위체 15 내지 35 중량% 또는,
(A1) 테레프탈산 및 헥사메틸렌디아민으로부터 유도된 단위체 50 내지 70 중량%,
(A3) 아디프산 및 헥사메틸렌디아민으로부터 유도된 단위체 10 내지 20 중량% 및
(A4) 이소프탈산 및 헥사메틸렌디아민으로부터 유도된 단위체 20 내지 30 중량%의 조성을 갖는 것이 특히 바람직하다.
성분 (A4)가 카르복실기가 파라 (para) 위치에 있는 대칭 카르복실산을 포함한다면, (A1) 및 (A2) 또는 (A1) 및 (A3)과 함께 3원 공중합아미드를 형성하는 것이 권고할만한데, 만약 그렇지 않을 경우에는 공중합아미드의 융점이 지나치게 높아서 분해와 동시에만 용융되는 바람직하지 않은 결과가 초래되기 때문이다.
성분 (A4)가 폴리아미드 형성 블록으로서 시클릭지방족 디아민을 포함한다면, 비스(4-아미노시클로헥실)메탄, 비스(4-아미노-3-메틸시클로헥실)메탄, 비스(4-아미노시클로헥실)-2,2-프로판, 비스(4-아미노-3-메틸시클로헥실)-2,2-프로판, 시클로헥산디아민 및 이소포론디아민을 디아민 성분으로 사용하는 것이 특히 바람직하다. 그러한 부분적으로 방향족이고 어느 정도 결정성인 폴리아미드는 독일특허공개 제44 04 250호에 기재되어 있다.
특히 유리한 것으로 입증된, 부분적으로 방향족인 다른 공중합아미드는 트리아민 함량이 0.5 중량% 미만, 바람직하게는 0.3 중량% 미만인 것이다.
잘 알려진 방법 (미국특허 제4 603 166호 참조)으로 제조된 부분적으로 방향족인 공중합아미드의 트리아민 함량은 0.5 중량% 보다 높고, 이는 연속 제조에 있어서 생성물의 질을 하락시키고, 문제를 유발한다. 특히 이런 문제를 유발하는 것으로 들 수 있는 트리아민은 제조시 사용되는 헥사메틸렌디아민으로부터 생성되는 디헥사메틸렌트리아민이다.
트리아민 함량이 낮은, 부분적으로 방향족인 바람직한 공중합아미드는 유럽특허공개 제129 195호 및 제129 196호에 기재된 방법으로 제조할 수 있다.
신규한 열가소성 성형 재료는 B) 성분으로서 멜라민 시아누레이트 1 내지 40 중량%, 바람직하게는 3 내지 30 중량%, 특히 5 내지 25 중량%를 방염제로 함유한다.
본 발명에 따라 사용되는 멜라민 시아누레이트 (성분 B)는 멜라민 (하기 화학식 I) 및 시아누르산 및(또는) 이소시아누르산 (화학식 IIa 및 IIb)의 바람직하게는 동몰량의 반응 생성물이다.
그것은 예를 들면, 90 내지 100 ℃에서 이 출발 화합물의 수용액을 반응시켜 얻을 수 있다. 시판되는 생성물은 평균 입자 크기 d50이 7 내지 1.5 ㎛인 백색 분말이다.
신규한 폴리아미드 성형 재료는 성분 C)로서, 산술평균 섬유 길이가 70 내지 200 ㎛, 바람직하게는 80 내지 180 ㎛, 특히 100 내지 150 ㎛인 섬유질 충전제 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 내지 35 중량%, 특히 15 내지 30 중량%를 함유한다. 그것의 평균 직경은 일반적으로 3 내지 30 ㎛, 바람직하게는 8 내지 20 ㎛, 특히 10 내지 14 ㎛이다.
바람직한 섬유질 충전제는 카본 섬유, 아르아미드 섬유 및 티탄산칼륨 섬유이며, E 유리 형의 유리 섬유가 특히 바람직하다.
섬유는 예를 들면, 볼 밀로 분쇄하여 섬유 길이 분포를 제공하여 목적하는 길이로 조절될 수 있다.
섬유 길이를 감소시켜서 평균 섬유 길이가 200 ㎛보다 작아질 경우에는 성긴 자유 유동 물질(loose free-flowing material)이 되며, 이 물질은 분말처럼 중합체로 혼합될 수 있다. 섬유 길이가 작기 때문에, 섬유의 단지 약간의 추가 수축만이 혼입시에 일어난다.
섬유 함량은 통상적으로 중합체를 회분화 (ashing)한 후 측정한다. 섬유 길이 분포를 측정하기 위해, 회분의 잔류물을 통상적으로 실리콘 오일에 용해시키고, 현미경으로 20 배 확대하여 사진을 찍는다. 이미지 상에서는 500 개 이상의 섬유의 길이를 정확하게 측정하는 것이 가능하며, 이로부터 산술평균 (d50)을 계산할 수 있다.
d50은 바람직하게는 180 ㎛ 이하, 더 바람직하게는 160 ㎛이하, 특히 150 ㎛이하이다. d50을 측정함과 동시에 유리 섬유 길이 분포 d10 및 d90을 결정하는 것도 가능하다. 여기서 d10의 의미는 시료의 유리 섬유 10 %의 길이가 x라는 것이다. 본 발명에 따른 성형 재료에서 d10의 경우 60 ㎛ 이하가 유리하고, 바람직하게는 55 ㎛ 이하이며, d90의 경우는 350 ㎛ 이하가 유리하고, 바람직하게는 290 ㎛이하이다.
섬유질 충전제는 실란 화합물로 이들의 표면을 예비처리하여 열가소성 폴리아미드에 대한 적합성을 향상시킨다.
적합한 실란 화합물은 하기 화학식 III의 화합물이다.
(X-CH2)n)K-Si-(O-CmH2m+1)4-K
식 중, X는 NH2; ; HO-이고,
n은 2 내지 10의 정수이며, 바람직하게는 3 또는 4이고,
m은 1 내지 5인 정수이며, 바람직하게는 1 또는 2이고,
k는 1 내지 3인 정수이며, 바람직하게는 1이다.
바람직한 실란 화합물은 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노부틸트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 아미노부틸트리에톡시실란 및 치환기 X로서 글리시딜기를 갖는 상기에 상응하는 실란들이다.
실란 화합물은 통상적으로 성분 C를 기준으로 0.05 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 중량%, 특히 0.8 내지 1 중량%의 양으로 표면 코팅에 사용된다.
본 발명의 목적을 위해, 바늘형 광물 충전제는 바늘형 특성이 강력하게 개발된 광물 충전제이다. 이들의 예로는 바늘형 규회석이 있다. 이 광물은 바람직하게는 L/D 비 (직경에 대한 길이의 비)가 8 : 1 내지 35 : 1이며, 더 바람직하게는 8 : 1 내지 11 : 1이다. 필요하다면, 광물 충전제는 상기한 실란 화합물로 예비처리할 수 있으나, 예비처리가 절대적으로 필수적인 것은 아니다.
필수적인 성분 A), B) 및 C)이외에, 신규한 성형 재료는 통상의 첨가제 및 가공 보조제 D)를 함유할 수 있다. 이들의 비율은 성분 전체 중량을 기준으로 통상적으로는 30 중량% 이하, 바람직하게는 10 중량%이하이다.
통상의 첨가제의 예로는 안정제 및 산화 억제제, 열 및 자외선에 의한 분해 방지제, 윤활제, 이형제 (mold-release agent), 염료, 안료 및 가소제, 및 또한 충격 개질 중합체 (고무)가 있다.
본 발명에 따른 열가소성 재료에 첨가될 수 있는 산화 억제제 및 열 안정제의 예로는 주기율표의 I족 금속의 할로겐화물, 예를 들면 리튬, 나트륨, 칼륨의 할로겐화물 및 구리 (I) 할로겐화물, 예를 들면 염소화물, 브롬화물, 요오드화물 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 할로겐화물이 있다. 또한, 입체 장애 (sterically hindered) 페놀, 2차 방향족 아민, 히드로퀴논, 이 군의 치환된 대표적 화합물 및 이들 화합물의 혼합물을 바람직하게는 혼합물 중량을 기준으로 1 중량% 이하의 농도로 사용하는 것도 가능하다.
UV 안정제의 예는 치환된 레소르시놀, 입체 장애 페놀, 살리실레이트, 벤조트리아졸 및 벤조페논이고, 이들은 통상적으로 2 중량% 이하의 양으로 사용될 수 있다.
통상적으로 윤활제 및 이형제는 열가소성 재료의 1 중량% 이하의 양으로 첨가될 수 있으며, 이들의 예는 장쇄(long-chain) 지방산 또는 이들의 유도체, 예를 들면 스테아르산, 스테아릴 알코올, 알킬 스테아레이트 및 스테아르아미드, 및 장쇄 지방산과 펜타에리트리톨의 에스테르가 있다.
착색제로서 니그로신과 같은 유기 염료 및 이산화티탄, 황화카드뮴, 카드뮴 세레나이드, 프탈로시아닌, 울트라마린 블루 및 카본 블랙과 같은 안료를 사용하는 것도 가능하다.
사용할 수 있는 핵형성제 (nucleating agent)는 소듐 페닐포스피네이트, 알루미나, 실리카, 나일론-2,2이고 바람직하게는 활석이며, 통상적으로 1 중량% 이하의 양으로 사용한다.
가소제의 예로는 디옥틸 프탈레이트, 디벤질 프탈레이트, 부틸 벤질 프탈레이트, 탄화수소 오일, N-(n-부틸)-벤젠술폰아미드 및 o- 및 p-톨릴에틸술폰아미드가 있다. 사용량은 통상적으로 15 중량% 이하이다.
신규 성형 재료는 공지된 방법으로 제조될 수 있다. 바람직한 태양으로, 이 제조는 성분 B) 및 C)를 성분 A)의 용융물에 첨가하는 것을 수반한다.
이 목적을 위한 압출기, 예를 들면 단일나사 또는 이중나사 압출기를 사용하는 것 또는 브라벤더 혼합기 (Brabender mixture) 또는 반버리 혼합기 (Banbury mixer)와 같은 다른 종래의 소성 기기 (plasticating apparatus)를 사용하는 것이 편리하다.
이어서 플라스틱 혼합물을 추가의 열 처리, 예를 들면 고상에서의 후축합과 같은 열 처리를 할 수 있다. 공정에 적합한 형태의 성형 재료는 예를 들면, 텀블링 혼합기 또는 연속식 또는 배치식 컨디셔닝 튜브와 같은 컨디셔닝 기기에서 폴리아미드의 목적하는 점도수 VN (viscosity number) 또는 상대 점도 (relative viscosity) ηrel에 도달할 때까지 조절된다. 조절의 온도 범위는 순수한 성분 A)의 융점에 의해 결정된다. 바람직한 온도 범위는 A의 각 융점보다 5 내지 50 ℃, 바람직하게는 20 내지 30 ℃ 정도 낮은 온도이다. 공정은 바람직하게는 불활성 기체 분위기에서 수행하며, 바람직한 불활성 기체는 질소 및 과열된 증기이다.
체류 시간은 통상적으로는 0.5 내지 50 시간, 바람직하게는 4 내지 20 시간이다. 이어서 성형품을 종래의 기기를 사용하여 성형 재료로부터 제조한다.
신규 성형 재료의 또다른 바람직한 제조 방법으로, 성분 A) 및 C)는 A) 및 C)의 양을 기준으로 C)의 양이 40 중량% 보다 많고, 바람직하게는 45 중량% (배치)보다 많도록 혼합된다. 이 농축물 (배치)을 이어서, A) 및 B)와 필요하다면 D)도 함께 적합한 혼합기기에서 혼합한다.
신규 성형 재료는 가공성이 우수하고, 우수한 범위의 기계적 성질 및 우수한 방염성을 지닌다. 이들은 따라서 섬유, 필름 및 특히 회로 차단기, 보조 스위치, 계전기 스위치 및 플러그 커넥터와 같은 전기 분야에 사용될 수 있는 모든 형태의 성형품을 제조하는데 적합하다.
하기의 성분을 사용한다.
성분 A:
A1 : 황산 96 중량%의 0.5 % 농도 용액으로 25 ℃에서 측정된 점도수 VN이 145 ml/g인 폴리-ε-카프로락탐; 바스프 아게 (BASF AG)의 울트라미드 (Ultramid) (등록상표) B3.
A2: 점도수가 151 ml/g인 나일론-6,6; 바스프 아게 (BASF AG)의 울트라미드 (Ultramid) (등록상표) A3.
성분 B: 평균 입자 크기가 1.5 ㎛인 멜라민 시아누레이트
성분 C:
C1: 분쇄된 유리 섬유 (E 유리), 직경 14 ㎛, 아미노실란 사이즈 (size)
C2: 분쇄된 유리 섬유 (E 유리), 직경 14 ㎛, 실란화되지 않음
C3: 초프트 유리 섬유, 직경 14 ㎛, 섬유 길이 6000 ㎛, 아미노실란 사이즈
C4: 초프트 유리 섬유, 직경 14 ㎛, 섬유 길이 3.5 cm, 아미노실란 사이즈
C5: 평균 입자 크기가 3.5 ㎛인 규회석; L/D 비 9 : 1
C6: 평균 입자 크기가 3.5 ㎛인 규회석; L/D 비 5 : 1
C7: 아미노실란 사이즈를 갖는 수산화마그네슘 (Martinswerke GmbH가 시판하는 Magnifin (등록상표) H10B)
<성형 재료의 제조>
<실시예 1 내지 3 및 5 및 비교예 1* 내지 5*>
성분 A, 멜라민 시아누레이트 및 대표적인 성분 C (표 1 참조)를 이중나사 압출기 (Werner & Pfleiderer사의 ZSK 40)로 120 rpm에서 20 kg/시의 처리량 (가공 온도 : A1 = 260 ℃; A2 = 280 ℃)으로 혼합했다. 혼합물을 압출하고 수조에서 냉각시키고 과립화하고 80 ℃에서 10 시간 동안 감압하에서 건조시켰다.
<실시예 4>
나일론-6 (성분 A1)을 260 ℃에서 C4 50 중량%로 상기 조건하에 혼합하고 과립화 및 건조시켰다. 이 배치 (농축물) 40 중량%를 나일론-6 및 멜라민 시아누레이트와 함께 260 ℃에서 다시 용융시키고, 치밀하게 혼합하고 냉각시키고 과립화시킨 후 건조시켰다.
수득한 과립에서 평균 유리 섬유 길이 및 유리 섬유 길이 분포의 측정:
10 g의 시료를 10 분 동안 600 ℃에서 회분화하고 잔류물을 실리콘 오일에 용해시키고, 이 에멀젼 1 방울을 현미경 슬라이드에 도포한 후, 20 배 확대하여 사진을 찍었다. 이미지 분석 기기 (Kontron사의 IBAS 2000)를 사용하여 15 개의 완전한 이미지 (약 2000 섬유)를 스캐닝했다. 자동 평가 프로그램을 사용하여 15 개의 이미지로부터 카운팅하여 유리 섬유 길이 분포 d10, d50 및 d90을 계산했다.
성형 재료를 260 ℃에서 사출 성형하여 시험 시료를 얻은 후, 하기와 같이 측정했다.
DIN 53455에 따라 인장 강도를, DIN 53457에 따라 탄성 계수를, DIN 53455에 따라 파단 연신률 및 ISO 179/eU에 따라 충격 강도를 측정했다. IEC 695-21에 따라 적열선 시험을 수행하였고, 시험 시료의 두께는 1, 2 또는 3 mm이다. 0.159 cm (1.16")의 가연성 띠를 UL 94 가연성 시험에 사용했다.
성형 재료의 조성 및 측정 결과를 표 1에 나타냈다.
실시예 및 비교예 1 2 3 1* 4 2* 3* 5 4* 5*
성분 A 중량% 65 A1 60 A1 65 A2 65 A1 65 A1 65 A1 65 A1 65 A1 65 A1 55 A1
멜라민 시아누레이트 B 중량% 15 20 15 15 15 15 15 15 15 15
Mg(OH)2 중량% - 10 C7
유리 섬유 중량% 20 C1 20 C1 20 C1 20 C2 20 C4 20 C3 20 C4 20 C5 20 C4
광물 중량% 20 C6
GF 길이 분포
d10 ㎛ 51 45 40 45 42 80 80 - - 83
d50 ㎛ 144 135 138 155 137 230 280 - - 240
d90 ㎛ 283 248 270 253 227 400 800 - - 750
밀도 g/cm3 1.32 1.34 1.32 1.32 1.42
가연성 시험
UL 94
0.159 cm V-2 V-0 V-2 V-2 V-2 V-2 V-2 V-2 V-2 V-2
적열선 시험
750 ℃ 1/2/3 mm +/+/+ +/+/+ +/+/+ +/+/+ +/+/+ +/+/+ -/-/+ +/+/+ +/+/+ +/+/+
850 ℃ 1/2/3 mm +/+/+ +/+/+ +/+/+ +/+/+ +/+/+ -/-/+ -/-/- +/+/+ +/+/+ +/+/+
960 ℃ 1/2/3 mm +/+/+ +/+/+ +/+/+ +/+/+ +/+/+ -/-/- -/-/- +/+/+ +/+/+ +/+/+
연속 연소 시간 (960 ℃/3 mm) 초 1 0 2 2 1 24
탄성 계수 MPa 8500 6300 7500 6700 7300 7500 8200 7200 5000 10400
인장 강도 MPa 110 90 103 85 109 120 132 95 75 127
파단 연신률 % 3.0 2.4 1.9 2.1 3.4 3.2 3.0 2.9 4.1 1.6
충격 강도 ISO 179/eU kJ/m2 35 25 29 26 56 58 62 47 40 25
비교예
1* 유럽특허공개 제241 702호에 따른 비교예
4* 일본특허공개 제54/016 565호에 따른 비교예
5* 유럽특허공개 제614 933호에 따른 비교예

Claims (8)

  1. A) 열가소성 폴리아미드 40 내지 98 중량%, B) 멜라민 시아누레이트 1 내지 40 중량%, C) 산술평균 섬유 길이 (d50)가 70 내지 200 ㎛, d10이 60 ㎛이하, d90이 350 ㎛이하이며 실란 화합물로 예비처리된 섬유질 충전제, 또는 L/D 비율이 8 : 1 내지 35 : 1인 바늘형 광물 충전제 또는 이들의 혼합물 1 내지 50 중량%, D) 추가의 첨가제 및 가공 보조제 0 내지 30 중량%를 상기 구성성분 A) 내지 D)의 총 중량%가 100 중량%가 되도록 함유하는 방염성 열가소성 성형 재료.
  2. 제1항에 있어서, 상기 섬유질 충전제가 유리 섬유, 카본 섬유, 티탄산칼륨 섬유 또는 아라미드 섬유 또는 이들의 혼합물로 제조된 것인 방염성 열가소성 성형 재료.
  3. 제1항에 있어서, 상기 구성성분 C)의 산술평균 섬유 길이 (d50)가 80 내지 180 ㎛인 방염성 열가소성 성형 재료.
  4. 제1항에 있어서, 상기 섬유질 충전제의 직경이 3 내지 30 ㎛인 방염성 열가소성 성형 재료.
  5. 제1항에 있어서, 실란 화합물이 하기 화학식 III의 화합물인 방염성 열가소성 성형 재료.
    <화학식 III>
    (X-CH2)n)K-Si-(O-CmH2m+1)4-K
    식 중, X는 NH2; ; HO-이고,
    n은 2 내지 10의 정수이며,
    m은 1 내지 5의 정수이며,
    k는 1 내지 3의 정수이다.
  6. 제1항에 있어서, 상기 구성성분 C)가 d10이 60 ㎛이하, d50이 70 ㎛ 내지 180 ㎛ 및 d90이 350 ㎛이하인 유리 섬유 길이 분포를 갖는 방염성 열가소성 성형 재료.
  7. 제1항에 기재된 열가소성 성형 재료로부터 얻을 수 있는 성형품.
  8. 제5항에 있어서, 상기 식 중, n이 3 또는 4이고, m이 1 또는 2이고, k가 1인 방염성 열가소성 성형 재료.
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