KR100936677B1 - 프로파일용 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 창호 같은 건축자재 등으로 사용되는 합성수지 조성물 및 이를 이용한 제품에 관한 것으로 보다 상세하게는 아크릴고무-비닐시안계-부타디엔고무-스티렌계 사원공중합체 수지와 스티렌계-비닐시안계 공중합체 그리고 폴리염화비닐로 이루어진 수지 조성물을 포함하는 프로파일용 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 프로파일용 수지 조성물은 종래 프로파일용 수지로 사용되었던 폴리염화비닐(PVC)에 필적하는 뛰어난 단열성, 기밀성, 수밀성, 방음성, 내풍압성, 내결로성 및 난연성을 가지면서도, 기존 프로파일용 PVC 수지가 가지는 단점, 예를 들어 압출시나 혹은 화제시에 다이옥신 같은 환경호르몬교란물질 방출량을 현저히 줄이는 창호용 수지 조성물이다.

Description

프로파일용 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법{THERMOPLASTIC RESIN COMPOSITION FOR A PROFILE AND MANUFACTURING METHODS THEREROF}
본 발명은 창호 같은 건축자재 등으로 사용되는 합성수지 조성물 및 이를 이용한 제품에 관한 것으로 보다 상세하게는 아크릴고무-비닐시안계-부타디엔고무-스티렌계 사원공중합체 수지와 스티렌계-비닐시안계 공중합체 그리고 폴리염화비닐로 이루어진 수지 조성물을 포함하는 프로파일용 수지 조성물에 관한 것이다.
창호의 건축자재에 폭넓게 사용해온 폴리염화비닐(PVC) 수지는 압출 가공시 혹은 화제시 환경유해물질인 다이옥신이 다량 발생된다는 문제가 있어왔다.
이러한 PVC가 가지는 결점을 보완하고자 하는 시도가 계속되고 있다. 예를 들어, 종래 한국 공고특허 10-020014는 기존 폴리염화비닐 수지로 가공 시 표면 엠보싱 등을 개선하려고 노력하였으며, 내후성을 개선하고자 한국 공개특허 2003-0057963은 불소 수지 등을 첨가하여 도장에 의한 내후성을 개선하기 위하여 도장 특성을 높였으며 한국 공개특허 2001-0096666은 환경 유해물질인 다이옥신의 생성을 막고자 에틸렌 코폴리머와 에틸렌 터폴리머를 혼용하여 사용하였으나 이는 연질 폴리염화비닐 수지만을 대체 가능할 수 있다. 한국 등록특허 10-0590821의 경우 상 기 문제를 해결한 새로운 기술이지만 연소성의 문제가 여전히 남아있다.
본 발명의 목적은 새로운 창호용 열가소성 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 PVC 생산 설비에서 생산이 가능한 새로운 창호용 열가소성 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 새로운 창호용 열가소성 수지 조성물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 새로운 열가소성 수지 조성물로 제조된 창호를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 스티렌계-비닐시안계 공중합체 10-20 중량%와 상기 아크릴고무-비닐시안계-부타디엔고무-스티렌계 사원공중합체 20-50 중량% 및 폴리염화비닐 40-60 중량%로 이루어진 수지 조성물을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 스티렌계 단량체는 방향족비닐단량체로 스티렌, 알파-메틸스티렌, 파라-메틸스티렌, 비닐톨루엔 및 이들의 2가지 아상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 스티렌이다.
본 발명에 있어서, 상기 비닐시안계 단량체는 아크릴로니트릴, 메타크릴로니틀리 등을 포함하며, 바람직하게는 아크릴로니트릴이다.
본 발명에 있어서, 상기 스티렌계-비닐시안계 공중합체는 스티렌계 단량체와 비닐시안계 단량체의 공중합체이며, 바람직하게는 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 이다.
본 발명에 있어서, 상기 스티렌계-비닐시안계 공중합체는 최종 제품의 물리적 특성 및 압출작업시 낮은 점도 유지를 위하여 중량평균분자량이 10만 이상인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 12만에서 40만인 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 상기 스티렌계-비닐시안계 공중합체는 스티렌계와 비닐시안계의 조성비율이 각각 60-80 중량% 와 20-40 중량%인 것이 더욱 바람직하다. 비닐시안계의 함량이 높아질 경우 중합체의 열안정성이 낮아지게 되며, 스티렌계의 함량이 높아질 경우 제품의 강성이 낮아질 수 있다.
발명의 바람직한 실시에 있어서, 스티렌계-비닐시안계 단량체 공중합체, 예를 들어 SAN은 이형압출에 용이하도록 낮은 용융점도를 가지는 것이 바람직하며, 저분자량 제품이 일정량 포함되어 낮은 용융점도를 가지도록 분산도는 2.5-5.5를 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 스티렌계-비닐시안계 공중합체의 제조방법은 상기의 분자량과 점도 범위를 충족할 수 있는 한 특별한 제한은 없으며, 통상의 유화 중합, 괴상 중합 또는 현탁 중합을 이용하여 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서, 스티렌계-비닐시안계 공중합체는 전체 열가소성 수지에서 10-20 중량%의 범위로 사용되는 것이 바람직하며, 함량이 10중량% 이하일 경우에는 프로파일의 충격강도가 저하되며, 함량이 20 중량%이상일 경우에는 굴곡 및 인장강도가 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 아크릴고무-비닐시안계-부타디엔고무-스티렌계 사원공 중합체 수지는 통상 유화 중합으로 제조되며, 먼저 아크릴계 단량체-부타디엔 단량체를 공중합하여 고무상 고분자 라텍스를 제조한 후에 비닐시안계 단량체-스티렌계 단량체, 바람직하게는 아크릴로니트릴-스티렌 단량체를 그라프트 중합하여 제조된다.
본 발명에 따른 다른 실시에 있어서, 상기 아크릴고무-비닐시안계단량체-부타디엔고무-스티렌계단량체 사원 공중합체는, 아크릴계 단량체와 부타디엔 단량체를 별도로 중합하여 아크릴 고무 라텍스와 부타디엔 고무 라텍스를 제조하여 이를 블렌딩한 후, 비닐시안계 단량체-스티렌계 단량체, 바람직하게는 아크릴로니트릴-스티렌 모노머를 그라프트 중합하여 제조될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고무상 고분자 라텍스를 제조하기 위해서 사용되는, 아크릴계 단량체는 탄소수가 2-8개인 알킬아크릴레이트이며, 바람직하게는 부틸아크릴레이트이다.
본 발명에 있어서, 상기 고무상 고분자 라텍스를 제조하기 위해서 사용되는, 부타디엔계 단량체는 공액디엔계 단량체로서 부타디엔, 이소프렌, 클로로프렌, 부타디엔-스티렌, 부타디엔-메타크릴레이트 등이다.
본 발명에 있어서, 상기 부타디엔 고무와 아크릴 고무의 비율은 내후성과 저온 내충격성을 유지하기 위하여 부타디엔이 전체 중합체의 1-15 중량%이어야 하고, 바람직하게는 부타디엔이 전체 중합체의 3.5-7 중량%이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 아크릴고무-비닐시안계-부타디엔고무-스티렌계 사원공중합체는 부틸아크릴레이트-아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 이다.
본 발명에 있어서, 아크릴고무-비닐시안계-부타디엔고무-스티렌계 사원공중합체는 열가소성 수지의 20-50 중량%의 범위로 사용하는 것이 바람직하고, 상기 사원 공중합체의 함량이 20 중량% 미만일 경우에는 충격강도가 현저히 저하될 수 있으며, 50 중량%이상일 경우에는 굴곡 및 인장강도가 저하될 수 있다.
본 발명에 있어서, 폴리염화비닐은 상기 폴리염화비닐은 폴리염화비닐의 단량체 또는 폴리염화비닐 단량체와 폴리염화비닐 단량체와 공중합할 수 있는 단량체를 원료로 하여 현탁중합, 괴상중합, 유화중합 또는 미세현탁중합에 의하여 제조될 수 있다. 공중합시 폴리염화비닐은 PVC의 특성을 유지하도록 70중량% 이상 사용될 수 있다.
상기 폴리염화비닐 단량체와 공중합할 수 있는 단량체는 아크릴산, 메타크릴산, 에타크릴산, 알파-시아노아크릴산, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 옥틸아크릴레이트, 시아노에틸아크릴레이트, 비닐아세테이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 메틸아크릴아마이드, N-메틸오아크릴아마이드, N-부톡시메타크릴아 마이드, 에틸비닐에테르, 클로로에틸비닐에테르, 알파-메틸스티렌, 비닐톨루엔, 클로로스티렌, 비닐나프탈렌, 비닐리덴클로라이드, 비닐브로마이드, 비닐클로로아세테이트, 비닐아세테이트, 비닐피리딘 및 메틸비닐케톤로 이루어진 군으로 부터 1종 이상 선택될 수 있다. 상기 폴리염화비닐은 중합도 100 내지 3,000이고, 입자 크기가 50 내지 300㎛일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리염화비닐은 상업적으로 구입해서 사용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 폴리염화비닐은 한화석유화학의 P-1000이다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리염화비닐은 열가소성 수지의 30-70 중량%, 바람직하게는 40-60 중량%, 가장 바람직하게는 45-55 중량%의 범위로 사용하는 것이 좋다. 상기 폴리염화비닐의 함량이 40 중량% 미만일 경우에는 PVC 압출 설비로 프로파일 제작시 표면이 거칠어질 수 있으며, 60 중량%이상일 경우에는 연소시 독성지수가 크게 상승한다.
본 발명에 있어서, 상기 수지 조성물에는 압출 가공 중 산화되는 것을 방지하기 위해서 수지 100 중량부에 대해서 0.01-5 중량부, 바람직하게는 0.01-1.0의 산화방지제를 포함할 수 있다. 발명의 실시에 있어서, 상기 산화방지제는 비스(2.4-디-tert-부틸페닐)펜타에라트리톨 디포스레이트이며, 송원 산업의 Songnox 6260이다.
본 발명에 있어서, 상기 조성물에는 압출 가공된 프로파일로 제조된 창틀이 사용 중 자외선에 의해서 변색되는 것을 방지할 수 있도록 자외선 흡수제를 사용하는 것이 좋다. 이론적으로 한정되는 것은 아니지만, 상기 자외선 흡수제는 주로 4원 공중합체에서 사용되는 부타디엔의 자외선 변색을 방지하기 위해서 사용될 수 있으며, 수지 조성물 100 중량부에 대해서 0.01-5.0 중량부, 바람직하게는 0.01 -1.0의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 자외선 흡수제는 플라스틱의 변색 방지에 사용되는 통상의 자외선 흡수 제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 시바스페셜 주식회사 TINUVIN-P이다.
본 발명에 있어서, 상기 수지 조성물은 가공 중 조성물에 포함된 PVC가 압출가공시 열에 의해 분해되는 것을 방지할 수 있도록 PVC 안정제를 사용하는 것이 좋다. 상기 PVC 안정제는 수지 100 중량부에 대해서 0.1-10 중량부, 바람직하게는 1 -5 중량부의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 PVC 안정제는 Ca/Zn의 복합 안정제가 바람직하며, 여기서는 독일 Bearlocher GmbH에서 제작한 R-8935를 이용하였다.
본 발명에 있어서, 상기 수지 조성물은 수지 조성물 100 중량부에 대해서 탄산칼슘 0.5-20 중량부, 바람직하게는 1-10 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 탄산칼슘의 양이 20 중량부 이상일 경우에는 충격강도가 크게 저하될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 수지 조성물은 수지 조성물 100 중량부에 대해서 이산화티탄 0.5-20 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 이산화티탄의 양이 20 중량부 이상일 경우에는 충격강도가 크게 저하될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 첨가제들은 믹서를 이용해서 조성물과 혼합 후, 압출기를 창호 프로파일을 제조할 수 있다. 발명의 일 실시에 있어서, 압출 조건의 하기와 같이 조절될 수 있다.
압출조건
하기 제조되는 열가소성 수지들은 창틀 제조 기계를 통하여 창틀로 제조되었다. 창틀 제조 기계로 PVC 압출기인 트윈스크루 95 mm (제작회사 삼부기계공업)를 이용하였으며 하기의 압출조건에 따라 제조되었다. 제조된 모델은 P샤시 BF-115이 다.
압출기 조건
다이온도 실린더3 온도 실린더2온도 실린더1온도 회전수 (rpm) 인취속도 (m/min) 냉각수 온도 부하
190 160 170 180 15 2.5 20 50
시험방법
(1) 충격강도
샤르피충격강도시험으로 KS M3056법에 준하여 5호 시험편(A형 노치)으로 온도 23℃±2에서 표준시험실시하였고 -10℃ ± 2에서 저온시험을 실시하였다. KS F5602 규격에 의하면 12.7 kJ/M2 (표준)이상이고 4.9 kJ/M2 (저온)이상이어야 합격이다.
(2) 인장강도 및 신장률
인장강도 및 신장률 시험은 KS M3006법에 준하여 온도 23℃ ± 2에서 시험을 실시하였다. KS F5602 규격에 의하면 인장강도는 36.8 MN/m2 이상이며 신장률은 100% 이상이어야 합격이다.
(3) 내연소시험
내연소성시험은 KS M3015의 5.24.1에 규정한 A법으로 하였다. KS F5602 규격에 의하면 연소가 계속되지 않아야 합격이다.
(4) 내후성시험
장기내후성을 평가하기 위하여 조촉진 시험기 Q-UV(제조사 ; 미국 Q-PANEL)를 이용하여 200시간(1싸이클 시험조건 8시간동안 60℃ UV(A 타입 310nm) 0.74W/m2(광량세기) 조사 + 3분간 수분분무 + 3시간 57분동안 45 ℃ 응축) 동안 시험 후 색차 변화를 측정하였다.
(5) 독성지수
독성지수시험은 영국해군규격 NES 713-'85로 하여 측정한 것이다.
본 발명에 의해서, 프로파일용으로 사용될 수 있는 새로운 열가소성 조성물이 제공되었다. 특히, 본 발명에 따른 열가소성 조성물은 가정용으로 사용될 수 있는 독성이 없는 친환경적 프로파일을 제공한다.
실시예 1-4
4원 공중합체(AABS)는 유화중합법을 통하여 우선 고무질 중합체인 부틸아크릴레이트 단량체 90 중량부와 부타디엔단량체 10중량부를 통상적인 촉매, 유화제, 가교제 등을 사용하여 승온 후 교반하여 중합체를 제조한 후 이 고무질 중합체 60중량부, 촉매 등을 첨가하여 승온 및 교반하면서 아크릴로니트릴 단량체 10 중량부와 스티렌 단량체 30중량부를 혼합하여 유화제 용액과 연속첨가하여 투입하고 고온에서 숙성하여 미반응 잔류 단량체를 제거한후 전해질인 황산마그네슘을 투입하여 응집하여 수세공정을 걸치고 건조시켜 4원공중합체를 제조하였다
SAN공중합체수지는 일반적인 유화중합방법을 이용하여 개시제, 유화제, 물, 단량체를 첨가하여 실시하였으며 본 발명에 요구되는 중량평균분자량 및 분자량을 조절하기위하여 터서리도데실메르캅탄 함량을 조절하여 만들었다. 겔퍼미숀크로마토그라피(GPC)를 중량평균분자량(Mw)를 분석하였다.
하기 표1과 같은 중합체 조성비로 하고 산화방지제(송원산업 6260) 0.3 중량부, 자외선흡수제(시바스페셜 주식회사 TINUVIN-P) 0.3 중량부, PVC 복합안정제(R8935) 3 중량부, 탄산칼슘 5 중량부, 및 이산화티탄 4중량부를 추가하여 균일한 배합을 위하여 헨셀믹서를 이용하여 15분간 90℃에서 고속교반 후 PCV 압출기를 이용하여 창호 프로파일을 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예에 있어서, 부틸아크릴레이트 단량체 90 중량부와 부타디엔단량체 10중량부대신 부타디엔 100 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 실시하였다.
비교예 2
상기 실시예에 있어서, 부틸아크릴레이트 단량체 90 중량부와 부타디엔단량체 10중량부대신 부틸아크릴레이트 100 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 실시하였다.
비교예 3
PVC 100 중량부에 PVC 복합안정제(R8935) 6 중량부, 탄산칼슘 5 중량부, 충격보강제(IM 808) 7중량부 및 이산화티탄 4중량부를 추가하여 균일한 배합을 위하여 헨셀믹서를 이용하여 15분간 90℃에서 고속교반 후 PVC 압출기를 이용하여 창호 프로파일을 제조하였다.
　 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
중합체 AABS 35 35 35 　 　 　 35 35
ABS 　 　 　 50 　 　 　 　
ASA 　 　 　 　 50 　 　 　
SAN Mw16만 15 　 15 　 　 　 65 　
SAN Mw23만 　 15 　 　 　 　 　 　
SAN Mw 8만 　 　 　 　 　 　 　 15
PVC(P-1000) 50 50 50 50 50 100 0 50
BD 함량 3.5 3.5 7 20 0 0 5 5
물성 충격강도(표준) 24.8 27.5 24.5 26.7 23.5 24.1 10.5 14.2
충격강도(저온) 5.6 5.2 6.2 6.1 3.7 4.5 3.5 3.7
인장강도 42.3 41.5 42.1 34.8 35.1 42.6 45.2 37.5
신장률 149 135 150 135 130 165 20 120
난연특성 내연소성 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음 이상있음 이상없음
내후성 색차(delta E) 0.7 0.8 0.9 1.8 0.6 1.2 0.8 0.8
연소시험 독성지수 284.3 자료없음 자료없음 자료없음 자료없음 701.2 자료없음 자료없음

Claims (7)

  1. 스티렌계-비닐시안계 공중합체 10-20 중량%와 아크릴 고무-비닐시안계-부타디엔고무-스티렌계 사원공중합체 20-50 중량% 및 폴리염화비닐 30-70 중량%로 이루어지며,
    여기서 상기 스티렌계-비닐시안계 공중합체는 중량평균분자량이 12-40만이며Mn/Mw는 2.5-5.0이며,
    상기 사원 공중합체는 아크릴 고무와 부타디엔 고무의 혼합물에 스티렌계와 비닐시안계 단량체가 그라프트된 공중합체인
    것을 특징으로 하는 창호용 합성수지 조성물
  2. 제1항에 있어서, 상기조성물 100 중량부에 산화방지제 0.01-5.0 중량부, 자외선흡수제 0.01-5.0 중량부, PVC 안정제 0.1-10중량부, 탄산칼슘 0.5-20 중량부, 이산화티탄 0.5-20 중량부를 더 포함하는 창호용 합성수지 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 아크릴 고무는 탄소수가 2-8개인 알킬 아크릴레이트 중합체인 프로파일용 합성수지 조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 부타디엔이 중합체 조성중 3-8 중량%인 프로파일용 합성수지 조성물.
  6. 삭제
  7. 제1항에 따른 창호용 합성수지 조성물로 제조되는 창틀.
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