KR100550932B1

KR100550932B1 - 폴리페닐렌에테르계 수지 조성물

Info

Publication number: KR100550932B1
Application number: KR1019990004102A
Authority: KR
Inventors: 이제흔; 임종철
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 1999-02-06
Filing date: 1999-02-06
Publication date: 2006-02-13
Also published as: KR20000055464A

Abstract

본 발명은 (A) 폴리페닐렌에테르 수지 30 내지 100중량%와 비닐방향족 공중합체 0 내지 70중량%로 이루어진 수지 50 내지 95중량부, (B)무기질 보강재 5 내지 50중량부 및 (C) 1 내지 80중량부의 고무질 중합체에 20 내지 99중량부의 방향족 비닐계 단량체를 중합시킨 그라프트 공중합체 100중량부에 대하여 유기과산화물 0 내지 2중량부 및 카르복실산 또는 그 무수물기를 함유하고 있는 반응성 단량체 0.1 내지 10중량부를 용융 혼련하여 그라프트 반응시킨 변성 비닐 방향족 그라프트 공중합체 1 내지 50중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 유리섬유 보강 폴리페닐렌에테르계 수지 조성물에 관한 것으로, 폴리페닐렌에테르계 수지에 변성 비닐 방향족 그라프트 공중합체를 사용함으로서 매트릭스수지와 무기보강재 사이의 결합력이 증가되어 인장강도, 충격강도등 기계적 성질의 향상을 도모할 수 있게된다.

Description

폴리페닐렌에테르계 수지 조성물{POLYPHENYLENE ETHER RESIN COMPOSITION}

본 발명은 폴리페닐렌에테르계 열가소성 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리페닐렌에테르계수지, 변성 비닐 방향족 그라프트 공중합체 및 유리섬유를 포함하고, 매트릭스인 수지와 보강재인 유리섬유간의 접착력이 향상되어 충격강도가 향상된 폴리페닐렌에테르계 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.

폴리페닐렌에테르 수지 또는 폴리페닐렌에테르와 폴리스티렌계수지의 혼합물은 높은 온도범위에서 기계적 성질과 전기적 성질이 우수하여 자동차 부품과 전기, 전자부품등 산업 여러분야에서 폭넓게 사용되고 있다. 그러나, 일반적으로 열가소성 수지는 치수안정성, 내크립성, 내열성 및 강성이 낮기 때문에 고강도 및 정밀성을 요구하는 부품의 소재로 사용하기에는 부적합한 단점이 있고, 이러한 문제점을 보완하기 위하여 통상은 유리섬유와 같은 무기충진재를 사용하고 있다.

그러나, 이와 같은 열가소성 복합재료를 만드는데 있어서, 가장 중요한 기술중의 하나는 보강재와 수지간의 계면 결합력을 증가시키는 것인데, 이는 수지와 보 강재간의 계면 결합력이 저하되면 열가소성 복합재료에 가해지는 응력이 수지와 보강재간의 계면에 작용하여 계면을 중심으로 파괴가 진행되므로 원하는 강성의 증가 효과를 얻을 수 없기 때문이다.

따라서, 수지와 보강재간의 계면 결합력을 향상시키기 위하여 미합중국 특허 3,671,378호를 비롯하여 미합중국 특허 4,405,727호 등에는 수지와 반응성이 가능한 반응성기를 포함하는 물질로 보강재의 표면을 코팅하는 방법이 제안되어 있고, PCT특허출원 공개번호 WO 86/05445에는 매트릭스 수지와 상용성을 갖고 보강 유리섬유와 반응할 수 있는 반응기를 함유하는 고무질 중간층을 보강재에 코팅함으로써, 수지와 보강재간의 계면 결합력을 향상시키는 것을 제한하고 있다.

그러나, 상기에 기술한 방법들은 매트릭스 수지가 반응성기를 함유하는 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지인 경우에는 그 효과가 우수하지만, 반응성이 없는 폴리페닐렌에테르계 수지를 매트릭스 수지로 사용한 경우에는 기계적 물성의 향상을 기대하기 어려운 단점이 있고, 특히 WO 86/05445호에 개시된 방법은 유리섬유를 별도의 공정을 통하여 고무질 중합체로 코팅하여야 하기 때문에 공정상의 번거로움이 있다.

또한, 미합중국 특허 제 5,369,173호에는 폴리페닐렌에테르 수지와 폴리프로필렌 수지의 혼합물에 변성 폴리프로필렌을 첨가하여 보강재와의 계면 결합력을 향상시키는 방법이 제안되어 있으나, 이 방법 역시 폴리프로필렌수지와 보강재간의 계면 결합력을 향상시키는데는 효과적일지 모르나, 폴리페닐렌에테르수지와 보강재간의 계면 결합력을 향상시키는 효과는 발견할 수 없었다. 특히, 상기에 기재된 방법은 폴리페닐렌에테르의 함량이 높은 경우에는 적용할 수 없기 때문에 폴리페닐렌에테르계 수지의 가장 큰 장점인 내열특성을 응용한 제품에는 적용이 불가능한 단점이 있다.

본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 예의 검토하고 연구한 결과 폴리페닐렌에테르계 열가소성 복합재료에 변성 그라프트 공중합체를 사용하게 되면 수지와 보강재간의 계면 결합력이 향상되어 충격강도가 향상된 폴리페닐렌에테르계 열가소성 수지 조성물을 제조할 수 있음을 밝혀내게 되었다. 즉, 본 발명의 목적은 매트릭스를 이루는 수지와 보강재인 무기질 보강재간의 계면 결합력을 향상시켜 충격강도를 비롯한 기계적 강도가 향상된 폴리페닐렌에테르계 열가소성 수지 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명은 (A) 폴리페닐렌에테르 수지 30 내지 100중량%와 비닐방향족 공중합체 0 내지 70중량%로 이루어진 수지 50 내지 95중량부, (B) 무기질 보강재 5 내지 50중량부, 및 (C)1 내지 80중량부의 고무질 중합체에 20 내지 99중량부의 방향족 비닐계 단량체를 그라프트 중합시킨 그라프트 공중합체 100중량부에 대하여 유기 과산화물 0 내지 2중량부 및 카르복실산 또는 그 무수물기를 함유하고 있는 반응성 단량체 0.1 내지 10중량부를 용융 혼련하여 그라프트 반응시킨 변성 비닐 방 향족 그라프트 공중합체 1 내지 50중량부로 이루어진 폴리페닐렌에테르계 열가소성 수지 조성물을 제공하는 것이다.

이하, 본 발명의 각 성분에 대하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 조성물 중 성분 (A)는 폴리페닐렌에테르 수지 30 내지 100중량%와 비닐방향족 공중합체 0 내지 70중량%로 이루어진 수지로, 그 사용량은 전체 수지 조성물에 대하여 50 내지 95중량부이다.

본 발명에서 사용할 수 있는 폴리페닐렌에테르계 수지로는 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-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, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르와 폴리(2,3,6 -트리에틸-1,4-페닐렌)에테르의 공중합체가 바람직하고, 더욱 바람직하기로는 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르이고, 가장 바람직하기로는 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌)에테르이다.

폴리페닐렌에테르의 중합도는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 수지 조성물의 열안정성이나, 작업성 등을 고려할 때 고유점도가 25℃의 클로로포름 용매에서 측정하였을 때 0.2 내지 0.8인 것이 바람직하다.

본 발명의 폴리페닐렌에테르계 수지는 단독 또는 2종이상을 적정비율로 혼합하여 사용할 수 있고, 비닐 방향족 중합체와 양호한 상용성을 가지므로 비닐 방향 족 중합체와의 혼합물로 사용하는 것도 가능하다. 비닐 방향족 중합체로는 폴리스티렌, 고충격폴리스티렌(HIPS), 폴리클로로스티렌, 폴리알파-메틸스티렌, 폴리-t-부틸스티렌등과 같은 공중합체 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 바람직하고, 이중 폴리스티렌 또는 고충격 폴리스티렌을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 비닐 방향족 공중합체의 분자량 역시 특별히 제한되는 것은 아니지만, 수지 조성물의 열안정성이나 작업성 등을 고려하면 중량 평균 분자량이 20,000 내지 500,000인 것이 좋다.

본 발명에서 사용되는 무기질 보강재로는 유리섬유(glass fiber), 유리방울(glass bubble), 유리비드(glass bead), 카본섬유, 탈크, 마이카, 알루미나 등의 일반적인 무기질 충진재가 바람직하고, 그 사용량은 5 내지 50중량부이다.

본 발명에서 사용되는 변성 비닐 방향족 그라프트 공중합체는 1 내지 80중량부의 고무질 중합체에 20 내지 99중량부의 방향족 비닐계 단량체를 그라프트 중합시킨 그라프트 공중합체 100중량부에 대하여, 유기과산화물 0.01 내지 2중량부, 카르복실산 또는 그 무수물기 함유 비닐계 단량체 0.1 내지 10중량부를 용융 혼련하여 그라프트 반응시켜 제조된 것으로서, 전체 수지조성물에 대하여 1 내지 50중량부의 양으로 사용된다. 고무질 중합체로는 디엔계고무, 에틸렌계고무 및 에틸렌/프로필렌/디엔 단량체의 3원 공중합체 고무가 있으며, 고무질 중합체의 고무입자의 평균입경은 1.0μ 이하인 것이 사용될 수 있으며, 바람직하기로는 0.05 내지 0.5μ이다. 고무입자의 평균입경이 0.05μ 미만이면 그라프트 공중합체를 제조하는데 어려움이 있고, 1.0μ을 초과하는 경우에는 적절한 형태학 조절을 통한 상용성의 향상 효과가 거의 나타나지 않게된다.

방향족 비닐 단량체로는 스티렌, 파라t-부틸스티렌, 알파-메틸스티렌, 베타-메틸스티렌, 비닐크실렌, 모노클로로스티렌, 디클로로스티렌, 디브로모스티렌, 클로로스티렌, 에틸스티렌, 비닐나프탈렌, 디비닐벤젠등이 있으며, 바람직하기로는 스티렌, 알파-메틸스티렌이다.

상기 변성 비닐 방향족 그라프트 공중합체를 제조하는 방법은 이 분야의 통상의 지식을 가진자에게 이미 잘 알려져 있는 것으로서 유화중합, 현탁중합, 용액중합 또는 괴상중합법중 어느 것이나 사용될 수 있고, 바람직한 제조방법으로는 고무질 중합체의 존재하에서 방향족 비닐계 단량체를 투입하여 중합 개시제로서 유화중합 또는 괴상중합하는 것이 바람직하다.

본 발명의 변성 비닐 방향족 공중합체의 제조에 사용되는 유기 과산화물로는 디이소프로필벤젠하이드로퍼옥사이드, 디-t-부틸퍼옥사이드, p-메탄하이드로퍼옥사이드, t-부틸큐밀퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 디-t-부틸퍼옥시프탈레이트, 숙신산퍼옥사이드, t-부틸디퍼옥시벤조에이트, t-부틸퍼옥시말레인산, t-부틸퍼옥시이소프로필카보네이트, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 사이클로헥사논퍼옥사이드 등으로부터 1종 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있으며, 이중 반응성 및 가공성을 고려하면 디큐밀퍼옥사이드가 가장 바람직하고, 사용량은 비닐방향족 공중합체 100중량부에 대하여 0 내지 2중량부이다. 유기과산화물의 사용량이 2중량부를 초과하는 경우에는 수지의 분해로 인하여 최종 수지 조성물의 열안정성과 물성이 현저히 저하되어 바람직하지 않다.

또, 본 발명의 변성 비닐 방향족 그라프트 공중합체의 제조에 사용되는 카르복실산 또는 그 무수물기를 가지고 있는 반응성 단량체로는 무수말레인산, 말레인산, 무수이타곤산, 푸마린산, 아크릴산, 메타크릴산에스테르 등을 사용할 수 있으며, 가장 바람직하기로는 무수말레인산이고, 사용량은 비닐방향족 공중합체 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부로, 첨가량이 0.1중량부를 미만인 경우에는 최종 수지 조성물의 상용성을 향상시키는 효과가 거의 없어지고, 첨가량이 10중량부를 초과하는 경우에는 변성 비닐 방향족 중합체의 생산 공정이 어려워지며 매트릭스와의 상용성이 저하되어 복합재료의 기계적 물성이 현저히 저하된다.

이상 상술한 카르복실산 또는 그 무수물기를 가진 반응성 단량체를 그라프트시킨 변성 비닐 방향족 그라프트 공중합체를 제조하는 방법에 대해서는 특별히 제한되지는 않지만 작업온도가 비교적 높은 것을 감안하면 비닐 방향족 그라프트 공중합체, 유기 과산화물과 반응성 단량체를 배합한 후 반바리믹서 또는 벤트식 압출기를 이용하여 용융혼련 상태에서 그라프트 반응시키는 것이 좋다.

본 발명의 변성 비닐 방향족 그라프트 공중합체의 사용량은 1 내지 50중량부이고, 바람직하기로는 3 내지 30중량부이다. 변성 비닐 방향족 그라프트 공중합체의 사용량이 1중량부 미만이면 본 발명의 수지 조성물의 상용성을 향상시키는 효과가 거의 없고, 50중량부를 초과하는 경우에는 수지 조성물의 내열성을 저하시키게되어 바람직하지 않다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하고자 하나 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 예시에 불과하며 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아니다.

먼저, 본 발명의 실시예에서 사용된 각 성분은 다음과 같다.

(A) 폴리페닐렌에테르 30 내지 100중량%와 비닐방향족 공중합체 0 내지 70중량%로 이루어진 수지

일본 아사히 카세이사(Asahi Kasei)의 PPE(A-1)이고, 폴리스티렌은 대한민국 제일모직(주)의 제품으로 HI-1180(A-2)이다.

(B) 무기질 보강재

한국 베트로텍스사의 지름 10미크론, 길이 3mm으로, 실란계 집속제로 처리된 유리섬유를 사용하였다.

(C) 변성 비닐 방향족 그라프트 공중합체

본 발명의 실시예에서는 그라프트 공중합체를 다음과 같이 제조하여 사용하였다.

그라프트 공중합체 : 고무입경이 0.1μ인 300g의 폴리부타디엔 라텍스(고형분기준)와 700g의 스티렌을 반응기에 넣고, 이 혼합물에 5g의 과황산칼륨 및 5g의 몰레인산나트륨을 부가하여 유화중합하여 그라프트 공중합체를 제조하였다.

상기의 그라프트 공중합체와 무수말레인산, 디큐밀퍼옥사이드를 표 1과 같은 조성으로 혼합한 후 L/D=30, ø=30m인 단축 압출기를 이용하여 펠렛으로 된 중합체(C-1) 내지 (C-4)를 제조하였다. 이때 실린더의 온도는 150∼250℃, 스크 류회전수는 100rpm으로 설정하였다.

(단위 : 중량부)

	C-1	C-2	C-3	C-4
그라프트공중합체	100	100	100	100
글리시딜메타크릴레이트	1.0	3.0	5.0	7.0
DCPO(디큐밀퍼옥사이드)	0.05	0.15	0.25	0.35

실시예 1∼4

실시예 1∼4는 표 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 복합재료 성분인 (A-1),(A-2),(B),(C)의 종류와 함량을 변화시키면서 복합재료를 제조한 것이다. 상기 실시예 1∼4에서는 구성성분(A)중 폴리페닐렌에테르(A-1)와 폴리스티렌(A-2)의 조성비를 중량기준(A-1):(A-2)=7:3으로 제조하였고, 유리섬유의 절단을 줄이기 위해서 먼저 구성성분(A)와 (C)를 헨셀믹서로 혼합하고, L/D=34, ø=40mm인 이축 압출기를 사용하여 압출온도 220∼280℃, 스크류회전수 200rpm로 용융시킨 상태에서 구성성분 (B)를 압출기의 중간부분에 투입하여 펠렛으로 제조하였다. 펠렛은 80℃에서 4시간 건조후 6 Oz사출기에서 성형온도 220∼280℃, 금형온도 40∼80℃의 조건으로 사출하여 물성시편을 제조하였다.

실시예 1∼4에 의해 제조된 시편은 ASTM D256에 따라 아이조드 충격강도(1/8"노치), ASTM D638에 따라 인장강도, ASTM D790에 따라 인장강도를 측정하였고, 이에 대한 측정결과를 표 3에 나타내었다.

(단위 : 중량부)

구분		실시예1	실시예2	실시예3	실시예4
폴리페닐렌에테르(A-1) 폴리스티렌(A-2)		63 27	66.5 28.5	63 27	59.5 25.5
변성비닐 방향족 그라프트 공중합체	C-1 C-2 C-3 C-4	10 - - -	- 5 - -	- - 10 -	- - - 15
유리섬유(B)		25	43	43	43

구분	단위	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
인장강도	Kg/㎠	960	1120	1070	1020
굴곡탄성율	Kg/㎠	1250	1410	1370	1340
1/8"충격강도	Kg·cm/cm	12	10	12	13

비교예 1∼3

비교예 1∼3은 표 4에 나타낸 것과 같이 본 발명의 열가소성 복합재료의 (B) 및 (C)중에서 하나 이상의 성분을 제외시키거나 조성을 변화시키면서 제조하였다. 이때, 압출, 사출 및 물성 측정방법은 실시예 1∼4와 같고, 산화방지제와 열안정제가 각 0.2중량부가 첨가되었다. 이에 대한 측정결과는 표 5에 나타내었다.

(단위 :중량부)

구분	비교예1	비교예2	비교예3
폴리페닐렌에테르(A-1) 폴리스티렌(A-2)	63 27	70 30	70 30
변성 비닐 방향족 그라프트 공중합체(C-3)	10	-	-
유리섬유(B)	4	25	43

구분	단위	비교예 1	비교예 2	비교예 3
인장강도	Kg/㎠	620	1000	1150
굴곡탄성율	Kg/㎠	860	1300	1450
1/8"충격강도	Kg·cm/cm	14	8	8

상기 표에서 알 수 있는 바와 같이 함량이 5중량부 이하이면, 기계적강도의 보강효과가 없으며, 변성 비닐 방향족 공중합체가 첨가되지 않으면 충격강도가 현저히 저하됨을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 폴리페닐렌에테르계수지에 본 발명에서 제시하는 변성 비닐 방향족 공중합체를 첨가함으로써 매트릭스수지와 보강재간의 결합력이 증가하여 인장강도, 충격강도 등 기계적 물성이 현저히 개선됨을 알 수 있다.

Claims

(A) 폴리페닐렌에테르 수지 30 내지 100중량%와 비닐방향족 공중합체 0 내지 70중량%로 이루어진 수지 50 내지 95중량부, (B)무기질 보강재 5 내지 50중량부 및 (C) 1 내지 80중량부의 고무질 중합체에 20 내지 99중량부의 방향족 비닐계 단량체를 중합시킨 그라프트 공중합체 100중량부에 대하여 유기과산화물 0 내지 2중량부 및 카르복실산 또는 그 무수물기를 함유하고 있는 반응성 단량체 0.1 내지 10중량부를 용융 혼련하여 그라프트 반응시킨 변성 비닐 방향족 그라프트 공중합체 1 내지 50중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르계 수지 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 카르복실산 또는 그 무수물기를 함유하고 있는 반응성 단량체가 무수말레인산, 푸마린산, 아크릴산, 말레인산, 무수이타곤산, 메타크릴산에스테르로 구성되는 군으로부터 선택되는 최소한 1종이고, 상기 유기 과산화물이 디이소프로필벤젠하이드로퍼옥사이드, 디-t-부틸퍼옥사이드, p-메탄하이드로퍼옥사이드, t-부틸큐밀퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 디-t-부틸퍼옥시프탈레이트, 숙신산퍼옥사이드, t-부틸디퍼옥시벤조에이트, t-부틸퍼옥시말레인산, t-부틸퍼옥시이소프로필카보네이트, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 사이클로헥사논퍼옥사이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 최소한 1종인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르계 수지 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 무기질 보강재가 유리섬유, 유리방울, 유리비드, 카본섬유, 탈크, 실리카, 마이카, 알루미나로 구성되는 군으로부터 선택되는 최소한 1종인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌에테르계 수지 조성물.