KR100955995B1 - 대전방지용 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대전방지용 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 대전방지용 수지 조성물은 폴리카보네이트 수지 100 중량부; 하기 화학식 1로 표시되는 대전방지제 0.1~5 중량부; 및 전도성 카본블랙 1~20 중량부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
RSO3P(CnH2n +1)4
상기 화학식 1에서, R은 탄소수 1∼18인 알킬기로 치환된 페닐기를 나타내고, n은 1~4의 정수이다.
본 발명의 대전방지용 수지 조성물은 폴리카보네이트 수지에 상기 화학식 1로 표시되는 대전방지제와 전도성 카본블랙을 함께 포함함으로써, 영구적인 대전방지능을 가질 뿐만 아니라 충격강도, 압출 가공 작업성 및 재현성 또한 우수하다.
폴리카보네이트, 대전방지제, 전도성 카본블랙

Description

대전방지용 수지 조성물{Antistatic resin composition}
본 발명은 대전방지용 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 뛰어난 충격강도, 압출 가공 작업성 및 재현성을 가지면서 영구적인 대전방지능을 갖는 대전방지용 수지 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 대부분의 합성 고분자는 소수성을 띠며, 이로 인하여 정전기를 발생하기 쉽다. 합성 고분자의 이와 같은 물성은 물질 제조 공정뿐만 아니라 그 물질을 사용하는 데에도 큰 장애요인이 될 수 있다. 특히, 반도체 재료의 경우 정전기에 의해 데이터의 손실이 유발될 수 있다. 따라서, 발생된 전하를 분산, 소멸시키기 위해 어느 정도의 전도성을 부여하는 대전방지용 수지의 제조에 관한 연구가 활발하게 진행되어 오고 있다.
합성 고분자에 전도성을 부여하는 방법으로는 우선 각종 대전방지제를 고분자 외부에 코팅하여 전도성을 부여하는 방법이 있다. 그러나 이 방법은 가공 공정 중 수세나 고온 건조를 수반하는 경우 대전방지능을 잃어버릴 우려가 있다[K. Polzhofer & H.D. Lehmann: Angew. Makromolekulare Chemie 36 (1974)].
이와는 달리 영구적으로 조절된 대전방지능을 부여할 수 있는 방법으로서, 긴 알킬 라디칼을 갖는 암모늄, 포스포늄, 술포늄염과 같은 양이온계 대전방지제나 소듐 알킬 설페이트와 같은 음이온계 대전방지제를 고분자 내부에 투입하는 방법이 있다. 이때, 대전방지제는 고분자 내부로부터 표면 쪽으로 몰리는 성질이 있어 수세에 의해 표면의 대전방지제가 씻겨나가도 시간이 지나면 다시 내부로부터 대전방지제가 흘러나와 영구적인 대전방지능을 부여하는 성질이 있다. 그러나, 상기와 같은 방법을 사용할 경우에 가공시 충격강도 등의 기계적 물성을 저하시키는 단점이 있다.
한편, 고분자 내부에 폴리에틸렌 글리콜 에스테르, 지방산 에스테르, 에탄올아미드와 같은 친수성을 갖는 물질을 투입하여 전도성을 부여하거나 윤활제 등을 투입하여 표면 저항을 감소시키는 방법이 알려져 있으나[G. Balbach: Kunststoffe 67 (1977)], 부여할 수 있는 전도성의 범위가 제한적인 단점이 있다.
따라서, 수지 고유의 기계적 물성을 저하시키지 않으면서도 영구적인 대전방지능을 갖는 대전방지용 수지 조성물을 개발하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 기술적 배경하에서 본 발명이 안출된 것이다.
본 발명의 목적은 우수한 충격강도, 압출 가공 작업성 및 재현성을 가지면서도 뛰어난 대전방지능을 갖는 대전방지용 수지 조성물을 제공하는데 있다
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명은, 폴리카보네이트 수지 100 중량부; 하기 화학식 1로 표시되는 대전방지제 0.1~5 중량부; 및 전 도성 카본블랙 1~20 중량부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대전방지용 수지 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
RSO3P(CnH2n +1)4
상기 화학식 1에서, R은 탄소수 1~18인 알킬기로 치환된 페닐기를 나타내고, n은 1~4의 정수이다.
상기 폴리카보네이트 수지는 점도 평균 분자량이 10000~100000인 것이 바람직하다.
상기 대전방지제는 유기 설포네이트 음이온과 유기 포스포늄 양이온으로 이루어질 수 있으며, 상기 유기 설포네이트 음이온은 대표적으로 지방족 설포네이트, 치환된 페닐 설포네이트 또는 나프틸 설포네이트 중에서 선택될 수 있으며, 상기 유기 포스포늄 양이온은 대표적으로 테트라메틸포스포늄, 테트라에틸포스포늄 또는 테트라부틸포스포늄 중에서 선택될 수 있다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 폴리카보네이트 수지에 상기 화학식 1로 표시되는 대전방지제와 카본블랙을 첨가함으로써, 종래의 양이온계 또는 음이온계 대전방지제만을 사용하였을 때의 충격강도 등의 기계적 물성이 저하되는 문제점을 개선시킨 영구적인 대전방지성능을 갖는 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 대전방지용 수지 조성물에 있어서 기초수지로는 폴리카보네이트 수지가 사용된다. 폴리카보네이트 수지는 내충격성, 내열성, 내후성, 자기 소화성, 유연성, 가공성 및 투명성이 우수하며, 내후성이 뛰어나 장기간 높은 물성을 유지하고 내열, 내한성이 뛰어나 심한 온도 변화에도 성능을 유지할 수 있다. 폴리카보네이트 수지로는 점도 평균 분자량이 10000~100000인 것이 바람직하다. 점도 평균 분자량이 상기 상한을 초과하는 폴리카보네이트 수지는 제조가 어렵고, 상기 하한에 미달하는 경우는 폴리카보네이트 수지 고유의 우수한 물성을 내기 어려운 문제가 있어 바람직하지 못하다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 대전방지제로 사용되는데, 상기 화합물은 유기 설포네이트 음이온과 유기 포스포늄 양이온으로 구성된다. 유기 설포네이트 음이온은 대표적으로는 지방족 설포네이트, 치환된 페닐 설포네이트 또는 나프틸 설포네이트 등이 있고, 그 중에서 탄소수 1 ∼ 18의 알킬기가 치환된 페닐 설포네이트가 가장 바람직하다. 유기 포스포늄 양이온은 대표적으로는 테트라메틸포스포늄, 테트라에틸포스포늄, 테트라부틸포스포늄 등의 지방족 또는 방향족 포스포늄 등이 있고, 그 중에서 테트라부틸포스포늄이 가장 바람직하다.
이때, 상기 화학식 1로 표시되는 대전방지제는 폴리카보네이트 수지 100 중량부에 대하여 0.1~5 중량부로 첨가되는 것이 바람직하며, 0.3~2 중량부로 첨가되는 것이 더욱 바람직하다. 만일, 대전방지제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 대전방지 효과를 얻을 수 없고, 5 중량부를 초과하면 수지의 용융 점도가 낮아져서 가공이 어려우므로 바람직하지 못하다.
본 발명에서는 전도성 카본블랙이 상기 대전방지제와 함께 사용되는데, 전도 성 카본블랙은 일반 카본블랙과는 달리 그 구조가 긴 사슬처럼 되어 있어 고분자 수지에 첨가될 경우 입자가 연쇄 구조를 형성하여 전기가 통하게 되거나 혹은 카본블랙 입자간을 파이 전자가 점프하여 전도성을 띠게 되는데, 카본블랙 입자간의 간격이 100 Å이하일 경우 파이 전자가 점프하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 전도성 카본블랙의 분산이 우수하고 입자가 작은 경우 카본블랙 입자간 거리가 짧아져 도전 경로로서의 역할이 증대된다.
상기 대전방지제는 그 자체의 대전방지능을 가질 뿐만 아니라, 가소제로서의 효과를 가지므로 카본블랙의 분산을 용이하게 하고 점도 하락의 효과를 부여함으로써 공정성을 개선시키며 1~10 중량부의 적은 양의 카본블랙 투입으로 10~20중량부의 카본블랙을 사용한 수지와 동등 수준의 표면 저항(surface resistivity)을 가지게 한다.
폴리카보네이트 수지를 사용하여 상기 대전방지제와 카본블랙을 압출 가공하기 전에 고분자와 혼합하여 투입하거나 압출 공정시 고분자와 함께 일정한 비율로 연속 투입 또는 고분자와 혼합한 후 직접 사출 공정에 의해 대전방지용 수지를 제조할 수 있다.
본 발명의 대전방지용 수지 조성물은 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위 내에서 착색제, 난연제, 충격보강제, 자외선 안정제, 열안정제, 산화방지제, 이형제 또는 활제를 추가로 포함할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 대전방지용 수지 조성물은 적은 양의 카본블랙 투입으로 우수한 표면전도도를 가지며 대전방지제 사용으로 인한 충격강도 등의 기 계적 물성 저하가 적고 카본블랙 사용으로 인한 공정성 및 재현성 저하를 최소화 하는 장점을 가진다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다.　 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~5 및 비교예 1~6
하기 표 1의 실시예 1~5 및 비교예 1~6의 조성에 따라, 폴리카보네이트 수지, 화학식 1로 표시되는 대전방지제 또는 카본블랙을 혼합하여 브라벤더(brabender) 밀(mill)을 사용하여 압출 가공하고, 5시간 진공 건조한 후 사출 성형하였다. 이때, 대전방지제로는 R은 C12H25이고 n은 4인 것을 사용하였다. 비교예 6에서는 본 발명에 사용된 대전방지제와 다른 스테아레이트(stearate)계 대전방지제를 사용하여 수지 조성물을 제조하고 실시예와 비교하였다.
구분 수지 조성 (중량부)
폴리카보네이트 전도성 카본블랙 대전방지제
실시예1 100 8 0.5
실시예2 100 10 0.5
실시예3 100 10 1
실시예4 100 10 2
실시예5 100 10 3
비교예1 100 13 -
비교예2 100 - 4
비교예3 100 - -
비교예4 100 21 3
비교예5 100 10 6
비교예6 100 10 3 (stearate 계)
물성 평가
사출 성형에서 얻은 시편은 상대습도 65%, 20℃에서 1일 보관한 후 표면저항기(Advantest R8340A)를 이용하여 표면저항을 측정하고, 충격강도 측정기(Dynatup 8250)를 이용하여 충격강도를 측정하여 다음 표 2에 나타내었다.
구분 표면저항 (log Ω) 충격강도 (Kgfcm/cm)
실시예1 12 32
실시예2 11 31
실시예3 11 25
실시예4 10 22
실시예5 9 21
비교예1 11 19
비교예2 11 14
비교예3 15 80
비교예4 5 5
비교예5 9 4
비교예6 13 22
상기 표 2의 결과를 통해, 많은 양의 대전방지제를 투입할 경우 표면 저항은 감소하나 충격 강도가 현저히 감소하게 되지만, 카본블랙과 대전방지제를 함께 투입할 경우 적은 양의 카본블랙과 대전방지제의 투입으로 대전방지제만 4 중량부를 투입했을 경우보다 향상된 충격강도와 표면전도도를 얻을 수 있고, 카본블랙만 13 중량부 투입했을 경우보다 향상된 표면전도도와 동등한 수준의 충격강도를 가짐으로써 작업성 및 재현성이 향상된 대전방지용 수지를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 또한, 비교예 4~6에서 보는 바와 같이 또한 카본블랙이나 대전방지제의 투입량이 본 발명의 함량 범위를 벗어나거나 사용된 대전방지제가 본 발명에 사용된 대전방지제와 다른 경우, 각각 충격강도 또는 표면전도도가 저하되어 대전방지성 폴리카보네이트 수지로서의 우수한 특성을 나타내지 못함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 대전방지용 수지 조성물은 폴리카보네이트 수 지에 상기 화학식 1로 표시되는 대전방지제와 전도성 카본블랙을 함께 포함함으로써, 영구적인 대전방지능을 가질 뿐만 아니라 충격강도, 압출 가공 작업성 및 재현성 또한 우수하다.

Claims (6)

  1. 폴리카보네이트 수지 100 중량부;
    하기 화학식 1로 표시되며, 유기 설포네이트 음이온과 유기 포스포늄 양이온으로 이루어진 대전방지제 0.1 ∼ 5 중량부; 및
    전도성 카본블랙 8 ∼ 10 중량부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대전방지용 수지 조성물.
    [화학식 1]
    RSO3P(CnH2n+1)4
    상기 화학식 1에서, R은 탄소수 1∼18인 알킬기로 치환된 페닐기를 나타내고, n은 1~4의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리카보네이트 수지는 점도 평균 분자량이 10000~100000인 것을 특징으로 하는 대전방지용 수지 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유기 설포네이트 음이온은 지방족 설포네이트, 치환된 페닐 설포네이트 및 나프틸 설포네이트로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 대전방지용 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유기 포스포늄 양이온은 테트라메틸포스포늄, 테트라에틸포스포늄 및 테트라부틸포스포늄으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 대전방지용 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    착색제, 난연제, 충격보강제, 자외선 안정제, 열안정제, 산화방지제, 이형제 또는 활제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 대전방지용 수지 조성물.
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