KR100880726B1 - 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물 및 그제조방법 - Google Patents

Abstract

우수한 강성(굴곡강도)과 내충격 강도를 가지는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물 및 그 제조방법이 제시되어 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면,폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 및 장섬유 충전제를 합한 100 중량부를 기준으로, 장섬유 충전제 10 내지 70 중량부를 포함하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물 및 그 제조방법이 개시된다. 상기 수지 조성물로부터 높은 강성과 충격강도를 나타내는 성형품을 얻을 수 있으며, 이는 이동통신 기기, 전기전자 부품 등의 다양한 성형품 등의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.

폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 장섬유, 충격 강도, 강성

Description

폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물 및 그 제조방법 {POLYTRIMETHYLENE TEREPHTHALATE RESIN COMPOSITION AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 우수한 강성(굴곡강도)과 내충격 강도를 가지는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 장섬유가 보강되어 우수한 강성과 내충격 강도를 가지는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물에 관한 것이다.

얼마 전까지 고분자 유기 재료의 연구 방향은 주로 고강도, 고충격, 고내열에 관한 물성적 측면의 것이 주를 이루었다. 그러나, 고분자 제조 공정에서 발생하는 환경오염 문제가 사회문제로 대두됨에 따라 최근 환경친화성 고분자 재료가 요구되고 있다. 이러한 요구에 부응하여 여러 가지 물질이 제시되고 있는데, 그 대표적 물질 중 하나로 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Poly Trimethylene Terephthalate, PTT) 수지를 들 수 있다.

폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지는 기존 수지들과 달리 원유로부터 원재료를 추출하여 제조하는 방식 이외에 옥수수와 같은 식물 재료로부터 얻을 수 있어 친환경적인 유기 재료라 할 수 있다. 현재 이것은, 섬유화를 통한 직물에서부터 전기 전자 재품의 외장재로 사용되고 있으며, 친환경 소재로서 그 사용 영역을 더욱 넓혀 가고 있는 추세에 있다.

상기 친환경 소재인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트를, 최근 각광받고 있는 박막형 소재의 외장재로서 적용하기 위해서는 유리와 같은 충전제를 혼합하여 강성을 향상시키는 과정이 필요하게 된다.

그러나, 이 과정에서는 상기 물성의 향상과 더불어 내충격 강도의 심각한 저하문제가 발생할 수 있는데, 이를 해결하기 위한 방안으로 제시된 종전의 특수 유리섬유(milled glass fiber)를 전량 혹은 일부 적용하는 방법은 특정 유리섬유 적용 함량에서는 충격 강도 향상을 보이나 그 효과가 미미하고, 강성 향상 효과의 저하가 동반되는 문제가 있었다.

본 발명자 등은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 예의 노력한 결과, o-클로로 페놀 용매 하에 25℃에서 측정한 고유 점도[η]가 0.36∼1.6의 범위에 있는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지에 장섬유를 충진하여 수지 조성물을 제조할 경우, 높은 강성과 우수한 내충격 강도가 발현되는 사실을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지의 장섬유 충전을 통해 우수한 내충격 강도와 높은 강성을 동시에 확보하여, 친환경 특성 및 고충격과 고강성이 요구되는 제품에 적용 가능한 수지를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여,

본 발명의 일 측면에 따르면,

폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 및 장섬유 충전제를 합한 100 중량부를 기준으로, 장섬유 충전제 10 내지 70 중량부를 포함하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물을 제시할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면,

i) 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지에 최종 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 10 내지 70 중량부가 포함되도록 장섬유 충전제를 첨가하는 단계; 및

ii) 단계 i)의 수지 조성물로부터 펠렛을 형성하는 단계를 포함하는 장섬유 보강된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물의 제조방법을 제시할 수 있다.

아울러, 본 발명의 또다른 일 측면에 따르면, 상기 장섬유 보강된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물로 제조되는 플라스틱 성형품을 제시할 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 우선, 본 발명의 수지 조성물을 이루는 구성성분을 살펴보기로 한다.

(A) 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지

본 발명의 수지 조성물 제조에 사용되는 일 구성성분인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지는 방향족 폴리에스테르계 수지로 프로판디올(PDO)와 텔레프탈산(TPA)의 용융 축중합에 의해서 제조된다.

프로판디올을 얻는 방법으로서 기존의 원류를 정제하여 얻는 방법이 아닌 천연의 과정으로 옥수수를 먹고 사는 박테리아를 이용하여 글루코스를 프로판디올로 제조하고, 이를 테레프탈산과 반응시켜 최종적으로 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT)를 합성할 수 있다.

상기와 같이 얻어진 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지는 융점 230℃, 유리전이온도 45~65℃, 비중 1.33을 가지며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthalate, PET)와 유사하나 PET 대비 결정화도가 낮으며, 그 특성에 서 PET와 나일론(Nylon)의 중간 특성을 가진다.

본 발명의 수지 조성물의 제조에 사용되는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트는 o-클로로 페놀 용매 하에 25℃에서 측정한 고유 점도[η]가 0.36∼1.6의 것이 바람직하다. 상기 고유 점도의 범위를 가지는 수지가 장섬유 첨가 작업이 용이하며, 이를 이용하여 제조된 수지 조성물이 바람직한 기계적 특성과 성형성을 나타낸다.

(B) 장섬유 충전제

본 발명의 수지 조성물의 강성 향상을 위해 충전제로 사용되는 장섬유로는 장유리 섬유, 장탄소 섬유, 장현무암 섬유, 장금속 섬유, 장보론 섬유, 장아라미드 섬유, 장천연 섬유 등이 적용될 수 있으며 최종 제품의 물성에 따라 이들을 단독으로 또는 혼합하여 사용하는 것이 가능하다.

본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물은 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 및 장섬유 충전제를 합한 100 중량부를 기준으로, 장섬유 충전제 10 내지 70 중량부를 포함하는 것이 바람직한데, 상기 함량 범위에서 성형성이 좋고, 강성 보강의 효과도 우수하다.

상기 장섬유 충전제 함량은 요구되는 제품의 강성 및 충격강도에 따라 다양한 비율로 사용할 수 있고, 15 내지 60 중량부를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 상기 장섬유 충전제는 5 내지 30 mm의 길이를 가지는 것이 바람직하며, 사용목적에 따라 길이를 다양하게 사용할 수 있다.

한편, 본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물에는 탈크, 실 리카, 마이카, 알루미나 등의 첨가제를 넣어 사용할 수 있으며, 이와 같이 무기충진재를 첨가할 경우 기계적인 강도 및 열변형 온도 등의 물성을 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명의 수지 조성물은 자외선 흡수제, 열안정제, 산화방지제, 난연제, 활제, 염료 및/또는 안료 등을 더 포함할 수 있다. 이들 첨가제들은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 그 사용량이나 사용법이 공지되어 있다.

본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물의 제조방법에 있어서는, 장섬유 충전제의 수지로의 충전을 위해서, 특수하게 제작된 다수의 다발화된 섬유 스트랜드가 사용되는 유리조방사 장치를 이용한다.

기존의 섬유 충전 방식은 주로 3~5 mm의 길이의 충전제를 수지 혼합물과 같은 압출기 투입구에 넣어 첨가하여 제작하거나 수지 혼합물과 별도의 압출 투입구에 넣는 방식이었다. 이에 비하여 다수의 다발화된 섬유 스트랜드가 사용되는 유리조방사 장치는 로빙(roving) 형태의 충전제를 연속적으로 용융된 수지물에 함침시켜 충전하는 방법이다. 용융 수지물의 점도에 따라 이때 충전된 섬유 길이는 로빙 길이에 따라 필요하다면 무한에 가깝게 제조가 가능하다.

상기 유리조방사 장치를 이용하여 제조된 펠렛은 섬유 길이 5 내지 30 mm, 바람직하게는 10 내지 15 mm 길이로 제조하는 것이 바람직한데, 상기 5 내지 30 mm 범위에서 수지의 강성, 내충격 강도의 보강 효과가 우수하며, 생산 투입시의 문제 발생의 우려도 적다.

상기와 같이 하여 장유리 섬유가 보강된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수 지 조성물은 펠렛 형성 후, 다른 수지와 블렌딩하거나 혹은 단독으로 금형에 사출하는 공정 및 성형된 부품을 회수하는 일반적인 공정을 거쳐 성형품을 제조할 수 있다.

본 발명의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물은 친환경 소재의 이점 이외에도 장섬유의 보강으로 인하여 향상된 강성 및 내충격 강도를 가지므로 이러한 특성이 요구되는 이동통신 기기, 전기전자 부품 등의 다양한 성형품 등의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 장섬유가 보강된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물은 높은 강성과 충격강도를 나타내며, 친환경 소재의 이점을 가지므로 이동통신 기기, 전기전자 부품 등의 다양한 성형품 등의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 수지 조성물을 제조하기 위하여 사용한 구성성분의 세부 사양은 다음과 같다.

(A) 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지

폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지는 미국 DuPont사에서 제조한 Sorona를 사용하였다.

(B) 장섬유 충전제

장섬유 충전제는 미국 Owens Corning사의 SE-8380을 사용하였다.

실시예 1~3

상기에서 언급된 구성성분들을 이용하여 표 1의 실시예의 조성(단위는 중량이다)으로 실시예의 수지 조성물을 제조하였으며, 이들의 물성도 표 1에 나타내었다. 유리조방사 장치를 이용하여 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지에 장유리 섬유를 첨가하고, 장유리 섬유 보강된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 펠렛을 섬유 길이 12 mm로 제조하였다.

수득한 펠렛들은 10 oz 사출기에서 성형온도 240~260℃ 조건으로 사출하여 물성 평가 시편을 제조하였다. 제조된 시편에 대하여 ASTM D256에 따라 노치 아이조드 충격강도(1/8")와 ASTM D790에 따라 굴곡 강도를 측정하였다.

비교실시예 1~3

상기에서 언급한 구성성분들을 이용하여 표 1의 비교실시예의 조성(단위는 중량이다)과 같은 수지 조성물을 제조하였으며, 이들의 물성을 표 1에 나타내었다. 비교실시예의 수지 조성물은 기존의 단순 단섬유 충전방법에 의해 제조되었다. 구체적으로, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지에 길이가 3 mm, 직경 12 ㎛인 단섬유를 첨가하여, L/D=35, Φ=45mm인 이축 압출기를 이용하여 240℃의 고정 온도, 200 rpm의 스크루 회전 속도, 약 -600 mmHg의 제 1 벤트 (vent) 압력, 및 60 kg/h의 자가 공급 속도의 조건 하에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기로 펠렛으로 절단하였다.

수득한 펠렛들은 10 oz 사출기에서 성형온도 240~260℃ 조건으로 사출하여 물성 평가 시편을 제조하였다. 제조된 시편에 대하여 ASTM D256에 따라 노치 아이조드 충격강도(1/8")와 ASTM D790에 따라 굴곡 강도를 측정하였다.

[표 1]

			실시예			비교실시예
조 성			1	2	3	1	2	3
	섬유	장섬유	20%	30%	40%	-	-	-
		단섬유	-	-	-	20%	30%	40%
	폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지		80%	70%	60%	80%	70%	60%
물 성	아이조드 충격강도(㎏·㎝/㎝)		11.6	14.3	17.4	8.7	11.8	14.1
	굴곡강도(Kg/cm2)		87,000	12,100	159,000	71,000	101,000	134,000

상기 표 1에서 실시예와 비교실시예의 수지 조성물의 조성 및 물성을 살펴보면, 같은 양의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지를 함유한 경우에 단섬유가 충진된 수지 조성물(비교실시예 1 내지 3)보다 장섬유가 충진된 수지 조성물(실시예 1 내지 3)이 충격 강도 및 굴곡강도 양쪽 모두 훨씬 높은 값을 가짐을 알 수 있다. 또한, 장섬유가 충전된 수지 조성물 중에서도 충전된 장섬유 함량이 증가할수록(실시예 1→3) 충격강도와 굴곡강도가 증가하는 것으로 나타났다.

그러므로, 본 발명에서 개시하는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물로부터 높은 강성과 충격강도를 보이는 친환경 소재의 성형품을 얻을 수 있으며, 이는 이들 특성이 요구되는 이동통신 기기, 전기전자 외장재 등의 다양한 성형품 등의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.

이상 첨부된 표를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Claims (10)

1. 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 및 장섬유 충전제를 합한 100 중량부를 기준으로, 장섬유 충전제 10 내지 70 중량부를 포함하되, 상기 장섬유 충전제는 5 내지 30mm의 길이를 가지는 것인, 전기전자부품 소재 성형용 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지는 o-클로로 페놀 용매 하에 25℃에서 측정한 고유 점도[η]가 0.36∼1.6인 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 장섬유 충전제는 장유리섬유, 장탄소섬유, 장금속섬유, 장아라미드섬유, 장보론섬유, 장현무암섬유 및 장천연섬유로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 섬유인, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물.
4. 삭제
5. i) 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지에, 최종 수지 조성물 100 중량부를 기준으로 10 내지 70 중량부가 포함되도록 장섬유 충전제를 첨가하는 단계; 및

   ii) 단계 i)의 수지 조성물로부터 5 내지 30mm의 펠렛을 형성하는 단계를 포함하는, 전기전자부품 소재 성형용 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 단계 i) 및 ii)는 유리조방사 장치를 이용하여 수행되는, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물의 제조방법.
7. 삭제
8. 제5항에 있어서, 상기 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지는 o-클로로 페놀 용매 하에 25℃에서 측정한 고유 점도[η]가 0.36∼1.6인, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물의 제조방법.
9. 제5항에 있어서, 상기 장섬유 충전제는 장유리섬유, 장탄소섬유, 장금속섬유, 장아라미드섬유, 장보론섬유, 장현무암섬유 및 장천연섬유로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 섬유인, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물의 제조방법.
10. 제1항의 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물로부터 제조되는 성형품.