KR100534517B1 - 열가소성 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물성이 우수한 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물은 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌 수지 및 에폭시기와 아크릴산 에스테르기를 갖는 반응성 상용화제로 구성된다.
본 발명의 반응성 상용화제로는 주로 하기 일반식(Ⅰ)의 화합물을 사용하며, 수지 성분 100 중량부에 대해 0.5∼8 중량부이다.
상기 일반식(Ⅰ)에 있어서, X는 수평균 분자량이 300∼2200인 스틸렌, 메틸메타이크릴레이트 또는 스틸렌-아크릴로니트릴 공중합체이고, R은 부틸 글리시딜 에테르, 옥틸 글리시딜 에테르, 헵틸 글리시딜 에테르, 아릴 글리시딜 에테르, 페닐 글리시딜 에테르, 크레실 글리시딜 에테르, (메타-에테닐) 페닐 글리시딜 에테르, (메타-이소부 테닐) 페닐 글리시딜 에테르 또는 (메타-이소프로페닐) 페닐 글리시딜 에테르와 같은 탄소수 1∼6의 알킬기 또는 페닐기이다.

Description

열가소성 수지 조성물.
본 발명은 기계적 물성이 우수하며, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지(이하 PTT 수지라고 한다.)와 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌 공중합체 수지(이하 ABS 수지라고 한다.)를 주성분으로 하는 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.
새로운 열가소성 수지를 개발하는데는 많은 시간과 비용이 소요되므로, 현재 폴리머 얼로이(Polymer Alloy)의 기술을 이용, 신규 폴리머를 개발하는 방법의 연구가 활발히 진행되어 왔다. PTT 수지는 결정성 폴리머로서 강성이 우수하고, 성형성이 양호하며, 전기적 성질 및 내후성 등이 양호할 뿐아니라 난연화가 용이하고 유리 섬유 강화효과가 큰 장점을 가지는 반면, 결정성 폴리머이므로 내충격성이 불량하며, 하중에 대한 의존도가 크고, 성형수축율이 큰 단점을 가지고 있다.
한편 ABS 수지는 내충격성, 가공성 및 치수안정성이 우수하여 자동차, 전기/전자, 일반생활용품의 하우징류 등의 범용성 수지로 광범위하게 사용되고 있지만, 내후성 및 장기 내열성 등이 취약한 단점을 가지고 있다.
본 발명은 PTT 수지와 ABS 수지를 얼로이하여 각각의 수지 장점만을 최대한 활용하므로 기계적 강도, 내열성, 가공성 및 내약품성이 우수한 PTT와 ABS 수지의 조성물을 제공하고자 한다. 그러나 PTT 수지와 ABS 수지는 서로간의 상용성이 없어서 이들을 얼로이 하는데는 많은 문제가 발생한다.
통상적으로 비상용계 얼로이 수지 조성물을 제조하는데 있어서 상용화제를 사용한다. 상용화제로는 반응성 상용화제와 비반응성 상용화제 두가지 형태가 있다. 비반응성 상용화제는 수지 조성물을 구성하는 기본 고분자(Base Polymer)와 반응을 하지 않기 때문에 분자쇄(Polymer Chain)를 손상시키지 않아, 수지 조성물의 분자량 감소로 인한 물성 저하는 없다. 그러나 상용성 증진효과를 우수하게 하기위해 많은 양의 상용화제가 필요한 문제가 있다. 반면 반응성 상용화제는 소량 사용하여도 상용성 증진효과는 우수하지만 반응성 상용화제가 수지 조성물을 구성하는 기본 고분자와 반응하기 때문에 분자쇄를 손상시켜 물성이 저하되는 문제가 있다. 반응성 상용화제는 1종의 기본 고분자와 반응이 가능한 말단기가 도입된 주쇄에 다른 1종의 기본 고분자와 상용성이 있는 측쇄가 그라프트되어 있는 공중합체이다.
본 발명은 PTT 수지와 ABS 수지의 조성물을 제조함에 있어서 이들 수지들간의 상용성을 획기적으로 상승시키면서도 물성을 저하시키지 않는 새로운 반응성 상용화제를 사용함으로서 기계적 성질, 내열성, 가공성 및 내약품성이 우수한 열가소성 수지 조성물을 제조함을 목적으로 한다.
본 발명은 PTT 수지와 ABS 수지로 구성되며 기계적 성질, 내열성, 가공성 및 내약품성이 우수한 열가소성 수지 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 PTT 수지와 ABS 수지로 구성된 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.
더욱 구체적으로 본 발명은 에폭시와 아크릴산 에스테르기를 갖는 화합물을 반응성 상용화제로 함유하여 기계적 물성, 내열성 및 내약품성 등이 우수한 PTT 수지와 ABS 수지의 조성물에 관한 것이다.
이하 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
먼저 본 발명의 열가소성 수지 조성물은 수지 성분 총량기준으로 20∼80 중량%의 PTT 수지, 수지 성분 총량기준으로 80∼20 중량%의 ABS 수지 및 수지 성분 100 중량부에 대해 에폭시와 아크릴산 에스테르기를 갖는 화합물인 반응성 상용화제 0.5∼8 중량부로 구성된다.
본 발명에서 사용하는 PTT 수지는 통상의 폴리에스터 제조방법과 동일하게 제조할 수 있는바, 이를 구체적으로 설명한다. 먼저 교반기가 설치된 반응관에 산 성분, 1,3-프로판디올을 주로하는 글리콜 성분, 촉매 및 각종 안정제 등과 같은 첨가제를 투입하고, 반응관의 온도를 210 내지 240℃로 유지하면서 저분자량의 에스테르 축합 부산물을 제거함과 동시에 에스테르 반응을 진행시킨다. 이와 같은 반응은 저분자량 에스테르 부산물의 이론 유출량의 95% 이상이 유출된 시점을 기준으로 하여 종결시킨다. 상기 에스테르 반응이 종결되면 반응관내 온도를 250 내지 260℃로 상승시키면서 반응관내의 압력을 1mmHg 이하로 감소시켜 폴리에스테르 축중합을 유도한다. 축중합 반응은 반응관내의 압력이 10mmHg 이하로 감소된 시점에서 1.5 내지 3시간 더 진행시킨다. 계속해서 반응관내에 질소를 투입하여 진공을 파괴하여 주므로써 반응을 완료시킨다. 이어 반응관내의 반응물을 토출하여 본 발명에서 원하는 PTT 수지를 제조한다. 이때 산 성분은 주로 테레프탈산 또는 저급 알킬에스테르화합물 단독성분을 사용하지만, 여기에 소량의 이소프탈산, 오로소프탈산, 지방족 디카르본산 또는 저급 알킬화합물 등을 함께 사용할 수도 있다. 글리콜 성분으로써는 주로 탄소수가 3개인 1,3프로판디올을 단독으로 사용하지만, 여기에 소량의 에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올 1,6-헥산디올 또는 1,4-사이클로헥산디메탄올 등을 함께 사용할 수도 있다. 촉매로는 주로 테트라부틸티타네이트, 테트라이소프로필티타네이트 등과 같은 유기티탄화합물을 사용하는 것이 통상의 방법이고, 그외 유기주석화합물 단독 또는 이들과 유기티탄화합물과의 혼합물을 사용할 수 있고, 그외 알카리 금속이나 안티몬의 산화물, 아세테이트화합물 등도 사용할 수 있다. 그리고 이러한 주성분과 촉매 이외에 산화방지제, 대전방지제, 각종 첨가제 등과 같은 부원료를 사용할 수도 있다. 이와 같이 제조한 PTT 수지는 본 발명에 맞는 최종 수지 조성물 제조를 위해 제습형 건조기에서 90℃, 5시간 건조하여 사용하는 것이 바람직하다.
한편 본 발명에 사용한 PTT 수지의 점도는 고유점도 0.7 내지 1.2(용제:메틸렌크로라이드/트리플로로아세틱산의 1:1 혼합용액, 30℃)인 것이 바람직하다. 점도가 0.7 미만이면 중합도가 낮아 물성이 떨어지고, 1.2를 초과하면 수지 조성물에 가공성이 불량해지는 단점이 있다.
PTT 수지는 아래 일반식(Ⅱ)와 같은 구조를 갖는다.
n은 50 내지 600인 정수이다.
본 발명에서 PTT 수지의 사용량은 전체 수지 성분에 대해 20 내지 80 중량%인 것을 특징으로 한다. 20 중량% 미만인 경우 수지 조성물의 강성, 유동성이 저하되고, 80 중량%를 초과하는 경우에는 내충격성이 불량하고, 성형수축율이 큰 단점이 있다.
한편 본 발명에서 사용되는 ABS 수지는 부타티엔을 주체로 하는 합성고무와 아크릴로니트릴-스틸렌(이하 SAN 수지라 칭함) 공중합체를 혼합하든가, 폴리부타디엔 주쇄에 유화중합에 의해 아크릴로니트릴-스틸렌을 그라프트 혹은 블록공중합체하여 제조한다.
보다 상세하게는 부타디엔라텍스 25∼25 중량%, 아크릴로니트릴모노머 15∼30 중량%, 스틸렌모노머 45∼60 중량%로 이뤄지는 중량단량체 100 중량부에 대해 물 150 중량부, 터셔리도데실메르캅탄 0.6 중량부, 소디움스테아레이트 0.5 중량부 및 포타지움퍼셜파이트 0.5 중량부를 반응시키되 부타디엔라텍스를 시드로 하여 배치(Batch), 혹은 연속의 반법으로 아크릴로니트릴과 스틸렌 단량체를 투여하여 반응온도 60℃, 반응시간 6시간 내외에서 종결하고 산화방지제를 투여하여 산이나 염으로 응집한 후 건조하여 매트릭스 수지를 이루는 SAN 수지와 혼합하여 제조한다.
본 발명에서 ABS 수지의 사용량은 전체 수지 성분에 대해 20∼80 중량%가 바람직하다. 만약 사용량 20 중량% 미만인 경우에는 수지 조성물의 내충격성 및 성형수축율이 저하되고 80 중량%를 초과하는 경우에는 수지 조성물의 강성 및 유동성이 저하된다. ABS 수지중 아크릴로니트릴은 15∼30 중량%, 부타디엔은 25∼25 중량%, 스틸렌은 45∼65 중량%이 바람직하며, 부타디엔의 함량이 높을수록 내충격성은 우수하지만 굴곡 및 인장강도가 저하된다.
한편 본 발명에서는 서로 비상용성인 PTT 수지와 ABS 수지 상호간에 상용성을 부여하기 위해서 에폭시기와 아크릴산 에스테르기를 갖는 화합물인 반응성 상용화제를 사용한다.
상기 반응성 상용화제는 아래 일반식(Ⅰ)과 같이 주쇄에 에폭시기를 갖고 측쇄에 아크릴산 에스테르기를 갖는 화합물인 것이 더욱 바람직하다.
상기 일반식(Ⅰ)에 있어서, X는 수평균 분자량이 300∼2200인 스틸렌, 메틸메타아크릴레이트 또는 스틸렌-아크릴로니트릴 공중합체이고, R은 부틸 글리시딜 에테르, 옥틸 글리시딜 에테르, 헵틸 글리시딜 에테르, 아릴 글리시딜 에테르, 페닐 글리시딜 에테르, 크레실 글리시딜 에테르, (메타-에테닐) 페닐 글리시딜 에테르, (메타-이소부 테닐) 페닐 글리시딜 에테르 또는 (메타-이소프로페닐) 페닐 글리시딜 에테르와 같은 탄소수 1∼6의 알킬기 또는 페닐기이다.
더욱 상세하게 본 발명의 반응성 상용화제는 거대 분자 단량체 20 중량부와 아래 일반식(Ⅲ)과 같은 글리시딜 아크릴레이트 단량체 40 중량부, 아크릴릭산 5 중량부, 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐 및 치환 또는 비치환된 스틸렌 등과 같은 단량체들중 하나 또는 그 이상을 선택 알파-올레핀 단량체 35 중량부, 반응 개시제인 2-2'-아조비스이소부틸로니트릴 0.5부를 테트라하이드퓨란 100 중량부에 넣고 60℃에서 24시간 반응시켜 제조할 수 있다.
상기 일반식(Ⅲ)에서 R1은 수소 혹은 탄소수가 1 내지 5인 탄화수소기이고, R2는 알킬기 혹은 탄소수 1 내지 3인 탄화수소기와 슬포닐기, 카르복실기, 황, 카르보닐기 등을 포함하는 페닐기이다.
본 발명의 반응성 상용화제중 주쇄에 위치하는 에폭시기는 PTT 수지와 반응이 가능하고, 측쇄에 위치하는 아크릴산 에스테르기는 ABS 수지와 상용성을 갖는다.
따라서 본 발명은 상기 반응성 상용화제를 사용하므로서 수지 조성물을 구성하는 PTT 수지와 ABS 수지 상호간의 상용성을 극대화할 수 있다.
본 발명에서는 상기 반응성 상용화제를 PTT 수지와 ABS 수지로 구성되는 전체 수지 성분 100 중량부에 대하여 0.5∼8 중량부 사용함을 특징으로 한다. 만약 반응성 상용화제의 사용량이 0.5 중량부 미만인 경우에는 상용성 상승효과가 미미하고, 8 중량부 이상일 경우에는 수지 조성물의 내열성 및 유동성이 저하된다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물은 이축 압출기를 이용하여 제조될 수 있는데, 수지 조성물의 기계적 물성을 최대화하기 위해 투입구가 2개인 압출기를 사용하여, 1차 투입구에는 PTT 수지와 ABS 수지를 투입하고, 2차 투입구에는 상용화제를 투입하는 것이 바람직하다. 또한 용융 혼련시 조성물의 열분해를 방지하기 위해 체류시간을 최소화하는 것이 좋다. 또한 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위내에서 무기충진제, 열안정제, 활제, 난연제, 대전방지제, 가소제 등의 첨가제를 필요에 따라 적절히 배합할 수 있다. 또한 열에 의한 분해를 방지하기 위해 내열제인 트리스-(2.4-디 터셔리 부틸페닐)-포스파이트와 N-N'-헥사메틸렌 비스(3.5-디 터셔리 부틸-4-하이드록시-하이드로시나마미드)의 1:1 혼합물인 이가녹스 B1171(상품명, 제조회사 : 씨바 가이지)를 사용하면 더욱 바람직하다.
본 발명에 있어서 열가소성 수지 조성물의 물성을 평가한 방법은 다음과 같다.
·인장강도 : ASTM D 638에 의거하여 덤벨(Dumbbell)형 시편을 제작하여 측정 하였고 단위는 ㎏/㎠이다.
·굴곡탄성율 : ASTM D 790에 의거하여 1/8" 시편을 제작하여 측정하였고 단 위는 ㎏/㎠이다.
·충격강도 : ASTM D 256에 의거하여 1/8" 시편을 제작한 후 상온(23℃)에서 아이조드 놋치(Izod Notched) 충격강도를 측정하였고 단위는 ㎏㎝/㎝이다.
·열변형온도 : ASTM D 648에 의거하여 1/4" 시편을 제작하여 264 psi(18.6㎏ /㎠)에서 측정하였고 단위는 ℃이다.
·용융지수 : ASTM D 1238에 의거하여 본 발명의 수지 조성물을 칩(Chip) 상 태로 225℃에서 2.16㎏ 하중하에 10분당 흐름양을 측정하였고 단위는 g/10분이다.
실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다. 그러나 본 발명이 아래 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1∼실시예 10 및 비교실시예 1∼비교실시예 5
·본 발명의 반응성 상용화제의 제조
일반식(Ⅰ)중 R 및 X성분을 표 1과 같이 변경하면서 3종류의 반응성 상용화제를 제조한다.
< 표 1 > 상용화제 종류별 제조조건
구 분 상용화제 종류
A 타입 B 타입 C 타입
R 성분 프로필 글리시딜에테르 페닐 글리시딜 에테르 (메타-이소페닐)페닐 글리시딜 에테르
X 성분 메틸메타크릴레이트 α-메틸스틸렌 메틸메타크릴레이트
·열가소성 수지의 제조
표 2와 같은 조성비를 변경하면서 PTT 수지, ABS 수지 및 상용화제를 가열된 이축 압출기내에 투입한 후, 이들을 용융 혼련하여 칩을 제조한 후, 이들을 100℃에서 5분간 제습형 건조기내에서 건조한다. 건조된 칩을 255℃의 스크류식 사출기에 투입하여 시편을 제작한 다음, 이들의 물성을 평가한다. 물성평가 결과는 표 3과 같다.
< 표 2 > 열가소성 수지 조성물 제조조건
구 분 PTT 수지 사용량(중량%) ABS 수지 사용량(중량%) 상용화제
사용량(중량부) 종 류
실 시 예 1 80 20 3 A 타입
실 시 예 2 80 20 6 B 타입
실 시 예 3 60 40 0.5 A 타입
실 시 예 4 60 40 3 B 타입
실 시 예 5 60 40 6 C 타입
실 시 예 6 60 40 8 A 타입
실 시 예 7 40 60 3 C 타입
실 시 예 8 40 60 6 B 타입
실 시 예 9 20 80 2 B 타입
실 시 예 10 20 80 7 A 타입
비교실시예 1 60 40 0 -
비교실시예 2 90 10 6 A 타입
비교실시예 3 10 90 6 B 타입
비교실시예 4 60 40 0.3 C 타입
비교실시예 5 60 40 10 B 타입
< 표 3 > 열가소성 수지 조성물(시편) 물성측정 결과
구 분 인장강도 굴곡탄성율 충격강도 열변형온도 유동지수
실 시 예 1 720 24,000 26 95 14.6
실 시 예 2 710 23,500 32 93 13
실 시 예 3 690 23,500 28 87 12.5
실 시 예 4 680 23,200 31.5 86 12
실 시 예 5 670 23,050 40 86 11.8
실 시 예 6 660 22,100 45 85 11.5
실 시 예 7 630 20,800 32 84 10.9
실 시 예 8 610 20,400 49 84 10.5
실 시 예 9 610 19,900 41 82 10.2
실 시 예 10 605 19,400 49 80 10
비교실시예 1 710 22,000 8 81 15.8
비교실시예 2 720 21,500 12 91 15
비교실시예 3 570 16,500 38 71 6.8
비교실시예 4 700 22,600 11.5 81 16.1
비교실시예 5 590 18,050 42 80 5.4
본 발명의 열가소성 수지 조성물은 이들 구성하는 PTT 수지와 ABS 수지간의 상용성이 향상되어 기계적 성질, 내열성, 가공성 및 내약품성이 매우 우수하다.

Claims (2)

  1. 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 20∼80 중량%와 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌 수지 80∼20 중량%로 구성되는 수지 조성물에 있어서, 이들 수지 성분 100 중량부에 대해 에폭시기와 아크릴산 에스테르기를 갖는 화합물인 반응성 상용화제가 0.5∼8 중량부 함유된 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물.
  2. 1항에 있어서, 반응성 상용화제는 아래 일반식(Ⅰ)과 같이 주쇄에 에폭시기를 갖고 측쇄에 아크릴산 에스테르기를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 조성물.
    상기 일반식(Ⅰ)에 있어서, X는 수평균 분자량이 300∼2200인 스틸렌, 메틸메타아크릴레이트 또는 스틸렌-아크릴로니트릴 공중합체이고, R은 부틸 글리시딜 에테르, 옥틸 글리시딜 에테르, 헵틸 글리시딜 에테르, 아릴 글리시딜 에테르, 페닐 글리시딜 에테르, 크레실 글리시딜 에테르, (메타-에테닐) 페닐 글리시딜 에테르, (메타-이소부 테닐) 페닐 글리시딜 에테르 또는 (메타-이소프로페닐) 페닐 글리시딜 에테르와 같은 탄소수 1∼6의 알킬기 또는 페닐기이다.
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