KR101036871B1 - 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물은 열가소성탄성체, 올레핀 중합체, 프로세스오일, 엔지니어링 플라스틱 및 난연제를 포함하여 이루어지며, 상기 열가소성탄성체는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS) 블록 공중합체 또는 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEEPS,Polystyrene-b-poly(ethylene-ethylene/propylene)-b-polystyrene) 블록 공중합체 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 숯(CHAR) 형성이 어려운 열가소성탄성체에 올레핀 중합체, 프로세스오일, 엔지니어링 플라스틱 및 난연제를 최적의 함량으로 첨가함으로써, 물성저하가 발생하지 않으면서도 우수한 난연성을 확보할 수 있으며, 질소계 난연제, 인계 난연제 및 금속수산화물을 최적의 비율로 혼합된 난연제를 첨가함으로써, 경제성이 높으면서도 우수한 난연성을 부여할 수 있는 장점이 있다.

Description

비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물 및 그 제조방법 {FLAME-RETARDANT THERMOPLASTIC ELASTOMER COMPOSITION OF HALOGEN FREE TYPE AND METHOD OF PREPARING THEREOF}
본 발명은 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 숯(CHAR) 형성이 어려운 열가소성탄성체에 올레핀 중합체, 프로세스오일, 엔지니어링 플라스틱 및 난연제를 최적의 함량으로 첨가함으로써, 물성저하가 발생하지 않으면서도 우수한 난연성(UL94 V-0)을 확보할 수 있는 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 자동차 내-외장재, 전기전자 기기부품 등의 재료로서 우수한 열가소성탄성체(TPE) 수지가 요구되고 있다. 이러한 열가소성 수지 중 우수한 유연성, 우수한 기계적 물성, 좋은 전기적 특성, 우수한 내후성 및 가공성을 가지는 SEBS 화합물이 주목받고 있으며, 환경문제의 대두로 PVC를 대체하여 SEBS 화합물의 적용 분야가 확대되고 있다.
종래, SEBS 화합물은 SEBS 고무에 가공하여, 열가소성 수지를 제조하는 것이 일반적이다.
이러한 간단한 제조공정으로 인하여, 비난연 수지 분야에는 SEBS 화합물의 적용이 확대되고 있으나, 오일 등의 첨가로 난연화가 어려우므로, 난연 수지 분야에는 그 적용이 극히 제한적인 문제가 있다.
또한, 난연성을 부여하기 위해, 할로겐계 난연제를 첨가하여 난연 수지를 제조하는 방법은 크게 어려움이 없으나, 상기에서 언급한 바와 같이 환경문제의 대두로 할로겐계 난연제 사용이 규제되고 있으며, 특히 전기전자 부문에서는 할로겐계 난연제 뿐만 아니라, 중금속 등 인체유해물질 사용이 엄격히 규제되고 있어 문제가 된다.
이에, 비할로겐계 난연제를 첨가하여 난연성을 부여하기 위해 인계 난연제를 첨가하여 난연성을 부여할 수는 있으나, 난연등급이 높지 않아, 높은 난연등급을 요구하는 경우 연소성이 문제가 되고 있다.
뿐만 아니라, 높은 등급의 난연성을 만족시키기 위해 많은 양의 인계 난연제를 첨가할 경우, 제품 표면으로 고체 및 액체가 누출되어, 물성이 현저히 저하되는 문제가 있으며, 인계 난연제의 가격이 높아 제품 가격 상승의 요인이 되는 문제 또한 발생한다.
따라서, 열가소성탄성체에 우수한 난연성을 부여하면서도, 친환경적이고, 물성의 저하를 초래하지 않는 난연성 열가소성탄성체의 조성물의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 숯(CHAR) 형성이 어려운 열가소성탄성체에 올레핀 중합체, 프로세스오일, 엔지니어링 플라스틱 및 난연제를 최적의 함량으로 첨가함으로써, 물성저하가 발생하지 않으면서도 우수한 난연성을 확보할 수 있는 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물을 제조하는데 그 목적이 있다.
또한, 질소계 난연제, 인계 난연제 및 금속수산화물을 최적의 비율로 혼합된 난연제를 첨가함으로써, 경제성이 높으면서도 우수한 난연성을 부여할 수 있는 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물을 제조하는데 그 목적이 있다.
뿐만 아니라, 중금속 등의 인체유해물질을 배제함으로써, 친환경적이면서도 우수한 물성 및 난연성을 확보할 수 있는 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물을 제조하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명에 의한 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물은, 열가소성탄성체, 올레핀 중합체, 프로세스오일, 엔지니어링 플라스틱 및 난연제를 포함하여 이루어지며, 상기 열가소성탄성체는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS) 블록 공중합체 또는 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEEPS,Polystyrene-b-poly(ethylene-ethylene/propylene)-b-polystyrene) 블록 공중합체 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열가소성탄성체 100중량부에 대하여, 상기 올레핀 중합체는 50 내지 100중량부, 상기 프로세스오일은 80 내지 120중량부, 상기 엔지니어링 플라스틱은 20 내지 40중량부, 상기 난연제는 120 내지 200중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 올레핀 중합체는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리이소부틸렌 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 프로세스오일은, 파라핀계 또는 나프텐계(Naphthene) 오일 중 적어도 하나로 이루어지며, 40℃에서의 동점도는 95cSt 내지 150cSt이고, 인화점은 220℃ 내지 300℃인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엔지니어링 플라스틱은, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate) 또는 폴리페닐렌 에테르(PPE) 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 난연제는, 질소계 난연제, 금속수산화물 및 인계 난연제로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 난연제는, 상기 질소계 난연제 30 내지 80중량%, 상기 금속수산화물 10 내지 50중량%, 상기 인계 난연제 20 내지 60중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 질소계 난연제는 인산암모늄, 탄산암모늄, 트리아딘 화합물, 멜라민시아누레이트 또는 구아니딘화합물 중 적어도 하나로 이루어지고, 상기 금속수산화물은 수산화마그네슘을 포함하여 이루어지며, 상기 인계 난연제는 멜라민폴리포스페이트, 암모늄폴리포스페이트, 디암모늄포스페이트, 모노암모늄포스페이트, 폴리인산아미드, 인산아미드, 멜라민포스페이트 또는 레드포스페이트 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물에 첨가제를 더 포함하며, 상기 첨가제는 열안정제, UV안정제, 산화방지제 또는 안료 중 적어도 하나이고, 상기 열가소성탄성체 100중량부에 대하여, 3 내지 5중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물의 제조방법은, 열가소성탄성체, 올레핀 중합체, 프로세스오일, 엔지니어링 플라스틱 및 난연제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합단계; 상기 혼합물을 150℃ 내지 300℃에서 동방향 2축 압출방식으로 압출하는 압출단계; 상기 혼합물을 절단하여 펠렛(Pellet)형태로 제조하는 절단단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 압출단계에서, 상기 압출방식에 사용되는 압출기의 스크류 회전수는 250RPM 내지 500RPM인 것을 특징으로 하며, 상기 혼합단계에서, 상기 열가소성탄성체는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS) 블록 공중합체 또는 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEEPS,Polystyrene-b-poly(ethylene-ethylene/propylene)-b-polystyrene) 블록 공중합체 중 적어도 하나이고, 상기 올레핀 중합체는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리이소부틸렌 중 적어도 하나로 이루어지며, 상기 프로세스오일은, 파라핀계 또는 나프텐계(Naphthene) 오일 중 적어도 하나로 이루어지며, 40℃에서의 동점도는 95cSt 내지 150cSt이고, 인화점은 220℃ 내지 300℃이고, 상기 엔지니어링 플라스틱은, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate) 또는 폴리페닐렌 에테르(PPE) 중 적어도 하나로 이루어지며, 상기 난연제는, 질소계 난연제, 금속수산화물 및 인계 난연제로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혼합단계에서, 상기 열가소성탄성체 100중량부에 대하여, 상기 올레핀 중합체는 50 내지 100중량부, 상기 프로세스오일은 80 내지 120중량부, 상기 엔지니어링 플라스틱은 20 내지 40중량부, 상기 난연제는 120 내지 200중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물 및 그 제조방법은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로서, 숯(CHAR) 형성이 어려운 열가소성탄성체에 올레핀 중합체, 프로세스오일, 엔지니어링 플라스틱 및 난연제를 최적의 함량으로 첨가함으로써, 물성저하가 발생하지 않으면서도 우수한 난연성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
또한, 질소계 난연제, 인계 난연제 및 금속수산화물을 최적의 비율로 혼합된 난연제를 첨가함으로써, 경제성이 높으면서도 우수한 난연성을 부여할 수 있는 장점이 있다.
뿐만 아니라, 중금속 등의 인체유해물질을 배제함으로써, 친환경적이면서도 우수한 물성 및 난연성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도
이하, 본 발명에 의한 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물 및 그 제조방법에 대하여 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
먼저, 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물은 열가소성탄성체, 올레핀 중합체, 프로세스오일, 엔지니어링 플라스틱 및 난연제를 포함하여 이루어진다.
여기서, 열가소성탄성체(TPE)는 어떠한 것이든 적용사용가능하나, 본 발명의 효과를 극대화시키기 위해서는, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS) 블록 공중합체 또는 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEEPS,Polystyrene-b-poly(ethylene-ethylene/propylene)-b-polystyrene) 블록 공중합체 중 적어도 하나를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체가 가장 효과적이다.
상기 올레핀중합체는 열가소성탄성체와 혼합되어 매트릭스를 형성함으로써, 본 발명의 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물에 기계적 특성, 유동성 및 내면성을 부여하는 역할을 한다.
상기 올레핀중합체는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리이소부틸렌 중 적어도 하나인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 폴리프로필렌인 것이 가장 효과적이다. 그 함량은 상기 열가소성탄성체 100중량부에 대하여, 50 내지 100중량부인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 70 내지 80중량부인 것이 가장 효과적이다.
올레핀중합체가 50중량부 미만인 경우에는 기계적 물성이 현저히 저하되고, 유동성이 떨어지는 문제가 있으며, 100중량부를 초과하는 경우에는 과도한 함량으로 오히려 물성 및 난연성이 저하되는 문제가 있으며, 매트릭스가 효과적으로 형성되기도 어려운 문제가 있다.
또한, 올레핀중합체의 용융지수 2g/10분 내지 5g/10분이고, 인장강도는 300kg/㎠이상, 굴곡탄성율을 10,000kg/㎠ 이상인 것이 가장 바람직하며, 이 범위를 벗어나는 경우에는 물성이 저하되는 문제가 있다.
다음으로, 상기 프로세스오일은 조성물에 유동성을 부여하는 역할을 한다. 여기서, 프로세스오일은 파라핀계 또는 나프텐계 오일 중 적어도 하나로 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 파라핀계 오일을 사용하는 것이 본 발명에서 유동성을 향상시키면서도 난연성의 저하를 막는데 가장 효과적이다.
또한, 프로세스오일은 40℃에서의 동점도가 95cSt 내지 150cSt이고, 인화점은 220℃ 내지 300℃인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 40℃에서의 동점도가 110cSt 내지 120cSt이고, 인화점은 250℃ 내지 270℃인 것이 효과적이다. 이 범위를 벗어나는 경우에는 충분한 유동성을 부여하기 어렵거나 물성 및 난연성이 저하되는 문제가 있다.
상기 프로세스오일의 함량은 상기 열가소성탄성체 100중량부에 대하여, 80 내지 120중량부인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100 내지 110중량부인 것이 효과적이다. 80중량부 미만인 경우에는 조성물의 경도가 상승하고 유동성이 저하되어 가공상 문제가 발생하며, 120중량부를 초과하는 경우에는 경도가 지나치게 낮아지고 기계적 물성이 현저히 저하될 수 있으며, 난연성을 부여하기 어려운 문제가 있다.
여기서, 프로세스오일은 아로마틱 성분이 포함되지 않는 것이 바람직하며, 이는 아로마틱 성분은 빛과 열에 약한 문제가 있기 때문이다.
다음으로, 상기 엔지니어링 플라스틱은, 열가소성탄성체의 기계적 물성을 보완하고, 연소시에 숯(CHAR)형성을 촉진하여 난연성을 향상시키는 역할을 한다.
이러한 엔지니어링 플라스틱은 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate) 또는 폴리페닐렌 에테르(PPE) 중 적어도 하나로 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 폴리카보네이트를 사용하는 것이 가장 효과적이다.
상기 엔지니어링 플라스틱의 함량은 상기 열가소성탄성체 100중량부에 대하여, 20 내지 40중량부인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 25 내지 35중량부인 것이 가장 효과적이다. 20중량부 미만인 경우에는 기계적 물성이 저하되며, 연소시숯 형성률이 현저히 저하되는 문제가 있으며, 40중량부를 초과하는 경우에는 경도가 현저히 상승하고, 분산이 어려운 문제가 있다.
다음으로, 상기 난연제는 조성물의 물성을 저하시키지 않으면서도 최고수준의 난연성을 확보하기 위해 사용된다. 여기서, 난연제는 질소계 난연제, 금속수산화물 및 인계 난연제로 이루어진 것이 바람직하며, 이들 중 2개를 혼합하여 사용할 수도 있으나, 최고등급의 난연성을 물성저하없이 구현하기 위해서는 상기 3개의 물질을 모두 혼합하는 것이 가장 효과적이다.
상기 난연제는, 상기 질소계 난연제 30 내지 80중량%, 상기 금속수산화물 10 내지 50중량%, 상기 인계 난연제 20 내지 60중량%를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 이 함량비율을 벗어나는 경우에는 난연성이 현저히 저하되고, 조성물 전반의 물성 또한 저하되며, 친환경성 및 경제성도 떨어지는 문제가 있다.
수차례의 실험결과, 여기서, 상기 질소계 난연제는 인산암모늄, 탄산암모늄, 트리아딘 화합물, 멜라민시아누레이트 또는 구아니딘화합물 중 적어도 하나로 이루어지고, 상기 금속수산화물은 수산화마그네슘을 포함하여 이루어지며, 상기 인계 난연제는 멜라민폴리포스페이트, 암모늄폴리포스페이트, 디암모늄포스페이트, 모노암모늄포스페이트, 폴리인산아미드, 인산아미드, 멜라민포스페이트 또는 레드포스페이트 중 적어도 하나로 이루어지는 것이 본 발명의 효과를 극대화하는데 가장 바람직하다.
또한, 상기 난연제의 함량은 상기 열가소성탄성체 100중량부에 대하여, 120 내지 200중량부인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 150 내지 170중량부인 것이 가장 효과적이다. 난연제의 함량이 120중량부 미만인 경우에는 난연성이 현저히 저하되어, 사실상 난연성이 발현되기 어려운 문제가 있으며, 200중량부를 초과하는 경우에는 조성물의 기계적 물성이 현저히 떨어지는 문제가 있다.
상기 본 발명의 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물에 첨가제를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 첨가제는 열안정제, UV안정제, 산화방지제 또는 안료 중 적어도 하나인 것이 효과적이다.
여기서, 열안정제와 UV안정제는 난연성 향상에 도움을 줄 뿐만 아니라, 전반적인 내구성을 향상시키는 역할을 하며, 산화방지제 또한 산화억제효과를 통해 내구성을 향상시키고, 안료는 조성물이 사용되는 용도에 따라 적절한 색상을 구현하는 역할을 한다.
상기 첨가제는, 상기 열가소성탄성체 100중량부에 대하여, 3 내지 5중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 4중량부를 포함하는 것이 효과적이다. 3중량부 미만인 경우에는 첨가로 인한 상승효과가 미미한 문제가 있으며, 5중량부를 초과하는 경우에는 조성물의 물성이 저하되는 문제가 있다.
다음으로, 본 발명에 의한 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물의 제조방법에 대해 도 1을 참조하여 살펴보도록 한다.
비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물의 제조방법은, 혼합단계(S10), 압출단계(S20) 및 절단단계(S30)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 혼합단계(S10)는 열가소성탄성체, 올레핀 중합체, 프로세스오일, 엔지니어링 플라스틱 및 난연제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계이다. 상기 준비단계(S10)에서의 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물함량 및 그 의의는 상기 본 발명의 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물에 대한 설명에 나타난 바와 같다.
여기서 혼합은 어떠한 방식으로 해도 무방하나, 고속배합기를 사용하는 것이 효과적이다.
다음으로, 압출단계(S20)는 상기 혼합물을 150℃ 내지 300℃에서 동방향 2축 압출방식으로 압출하는 단계이다. 이는 혼합물이 분해되지 않는 범위에서 최적의 조건하에 압출함으로써, 본 발명의 조성물을 효과적으로 제품화하기 위함이다.
상기 압출단계(S20)에서, 압출온도는 150℃ 내지 300℃인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 200℃ 내지 250℃인 것이 효과적이다. 150℃미만인 경우에는 온도가 낮아 압출이 충분히 이루어지기 어려우며, 300℃를 초과하는 경우에는 혼합물이 분해되는 문제가 있다.
또한, 동방향 2축 압출방식을 사용하는 것이 본 발명의 조성물을 성능손실없이 제품화하기에 가장 바람직하며, 이에, 동방향 2축압출기를 사용하는 것이 효과적이며, 상기 압출방식에 사용되는 압출기의 스크류 회전수는 250RPM 내지 500RPM인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 300RPM 내지 400RPM인 것이 효과적이다.
250RPM미만인 경우에는 충분하게 압출되기 어려우며, 경제성 또한 떨어지는 문제가 있으며, 500RPM을 초과하는 경우에는 조성물의 일부 성분이 손상되어 전반적인 성능이 저하되는 문제가 있다.
마지막으로, 절단단계(S30)는 상기 혼합물을 절단하여 펠렛(Pellet)형태로 제조하는 단계이다. 이는 조성물을 가장 효과적으로 제품화하기 위한 절단공정이다.
펠렛형태로 절단하는 것이 바람직하며, 상기 압출단계(S20)와 절단단계(S30) 사이에는 냉각수조를 통해 냉각시키는 냉간단계를 더 포함하는 것 또한 효과적이다.
또한, 절단단계(S30) 이후에는 70 내지 150℃에서 1시간 내지 5시간동안 건조시키는 건조단계를 실시하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물의 제조방법에 의해 제조된 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물에 대한 특성을 실험한 실시예 및 비교예를 살펴보기로 한다.
본 실험에서, 시편은 고속배합기를 통해 혼합하고, 스크류 직경 46mm, 길이/직경=40:1의 동방향 2축압출기를 이용하여 압출하고 펠렛형태로 제조하였다.
여기서, 가공온도는 180~250℃, 스크류회전수는 350RPM이었다. 제조된 펠렛은 90℃에서 3시간동안 건조 후, 사출성형기를 이용하여, 사출온도 180~220℃로 물성측정을 위한 시편을 제조하였다.
본 실험에서 시편의 물성평가 방법은 다음과 같다.
(1) 경도 : ASTM D 2240 방법으로 시편두께는 3mm로 측정
(2) 인장 및 신율 : ASTM D 412 방법으로 시편두께는 3mm로 측정
(3) 내열 후 인정 및 신율 잔율 : 공기순환 오븐을 이용하여 136℃에서 168시간동안 내욜 후, ASTM D 412 방법으로 인장 및 신율을 측정하여 잔율을 측정
(4) 난연성 : UL94 VB 방법으로 시편두게 2mm로 측정
(5) 비중 : ASTM D 792 방법으로 측정
또한, 하기의 실시예 및 비교예에 사용된 물질의 사양은 다음과 같다.
(1) SEBS : 스타이렌 함량이 31%, 경도가 Shore A 72임
(2) 파라핀계 오일 : 동점도가 95cTs, 인화점이 240℃임
(3) 올레핀 중합체 : 폴리프로필렌 및 저밀도 폴리에틸렌을 혼합함
(4) 엔지니어링 플라스틱 : 폴리카보네이트 및 폴리페닐렌에테르를 혼합함
(5) 비할로겐계 난연제 : 질소계 난연제(멜라민시아누레이트), 금속수산화물로 코팅된 수산화마그네슘 및 인계 난연제(인 함량이 24%인 유기포스페이트)를 혼합함
(6) 첨가제 : 포스파이트계 및 페놀계 산화방지제가 2:1 비율로 구성됨
먼저, 이하 <표 1>은 본 발명에 의한 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물 시편(실시예 1,2)과 본 발명의 범위를 벗어난 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물 시편(비교예 1~5)의 각 구성물질의 함량에 따른 난연성능의 측정결과를 나타낸 것이다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
SEBS 100 100 100 100 100 100 100
파라핀계
오일		 100 100 100 100 100 100 100
올레핀
중합체		 80
 80
 80
 80
 80
 80
 80
멜라민시아
누레이트		 100 80 70 50 100 100 -
유기포스
페이트		 20 40 40 20 20 - 40
수산화
마그네슘		 20 20 10 10 - 40 100
산화방지제 3 3 3 3 3 3 3
난연등급
(UL94,2mm)		 V-0 V-0 V-1 X X X X
(단위는, SEBS 100중량부에 대한 중량부임)
상기 <표 1>에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1,2는 난연등급에서 최고등급인 V-0 등급으로 측정되어 매우 우수한 난연성을 가짐이 입증된 것과 달리, 난연제의 함량이 120중량부미만인 비교예 1,2는 난연등급이 V-1으로 낮거나 등급으로 표시될 수 없을 정도로 난연성이 거의 발현되지 않았으며, 비교예 3,4,5는 난연제 중에서 질소계 난연제, 금속수산화물, 인계 난연제 중에 하나를 포함하지 않은 것으로, 난연등급을 측정할 수 없을 정도로 난연성이 거의 발현되지 않음을 알 수 있다.
즉, 상기 <표 1>의 실험결과는, 본 발명의 난연제를 모두 포함하고, 본 발명의 함량내에 있는 경우에만 우수한 난연성이 발현됨을 나타내고 있으며, 이러한 수치범위에 대한 임계적 의의 또한 명백히 나타내고 있다.
다음으로, 이하 <표 2>는 본 발명에 의하거나 다소 그 범위를 벗어난 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물 시편(실험예 1~5)의 각 구성물질의 함량에 따른 물성 및 난연성능의 측정결과를 나타낸 것이다.
실험예 1 실험예 2 실험예 3 실험예 4 실험예 5
SEBS 100 100 100 100 100
파라핀계오일 100 100 100 100 100
폴리프로필렌 80 - 120 80 80
저밀도
폴리에틸렌		 - 80 - - -
폴리카보네이트 - - - 30 -
폴리페닐렌
에테르		 - - - - 30
멜라민시아
누레이트		 80 80 80 80 60
유기포스
페이트		 40 40 40 40 40
수산화
마그네슘		 20 20 20 20 10
산화방지제 3 3 3 3
경도
(Shore A)		 88 84 92 90 89
인장(kg/㎠) 98 86 102 107 112
신율(%) 220 230 200 230 240
내열인장잔율
(%)		 98 85 98 99 101
내열신율잔율
(%)		 85 75 80 93 95
비중 1.05 1.06 1.04 1.05 1.06
난연등급
(UL94, 2mm)		 V-0 V-0 V-1 V-0 V-0
상기 <표 2>에 나타난 바와 같이, 실험예 1과 실험예 2를 보면, 올레핀중합체로써, 폴리프로필렌이 폴리에틸렌보다 기계적 물성 및 내열안정성이 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 실험예 1과 실험예 3을 보면, 올레핀중합체인 폴리프로필렌의 함량이 증가하면, 경도 및 인장은 증가하나, 신율 및 난연성은 오히려 감소함을 알 수 있다. 이는 난연에 취약한 올레핀중합체의 함량이 증가하고 난연제의 함량이 감소하였기 때문으로, 본 발명의 올레핀중합체와 난연제의 함량비를 최적화한 원리를 입증하는 근거로 볼 수 있다.
또한, 실험예 3 내지 5를 보면, 엔지니어링플라스틱인 폴리카보네이트, 폴리페닐렌에테르를 첨가하였을 때, 폴리프로필렌을 같은 양으로 증량하였을때보다 경도는 덜 상승하고, 기계적 물성 및 내열성은 상승함을 알 수 있었다. 특히, 폴리프로필렌의 경우와 달리, 난연제 함량이 감소하였음에도 난연성능에는 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.
이는 엔지니어링플라스틱과 난연제의 작용으로 숯(CHAR) 형성을 보다 유리하게 함으로써, 난연 작용에 도움을 준 것으로, 본 발명의 엔지니어링플라스틱과 난연제의 상호작용을 이용해 함량비를 최적화한 원리를 입증하는 근거로 볼 수 있다.
이상, 본 발명의 구성을 중심으로 실험예를 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나 본 발명의 권리범위는 상기 실험예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실험예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 할 수 있는 변형 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

Claims (13)

  1. 열가소성탄성체, 올레핀 중합체, 프로세스오일, 엔지니어링 플라스틱 및 난연제를 포함하여 이루어지며, 상기 열가소성탄성체는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS) 블록 공중합체 또는 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEEPS,Polystyrene-b-poly(ethylene-ethylene/propylene)-b-polystyrene) 블록 공중합체 중 적어도 하나이고,
    상기 난연제는, 질소계 난연제, 금속수산화물 및 인계 난연제로 이루어지며, 상기 질소계 난연제 30 내지 80중량%, 상기 금속수산화물 10 내지 50중량% 및 상기 인계 난연제 20 내지 60중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열가소성탄성체 100중량부에 대하여, 상기 올레핀 중합체는 50 내지 100중량부, 상기 프로세스오일은 80 내지 120중량부, 상기 엔지니어링 플라스틱은 20 내지 40중량부, 상기 난연제는 120 내지 200중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 올레핀 중합체는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리이소부틸렌 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 프로세스오일은, 파라핀계 또는 나프텐계(Naphthene) 오일 중 적어도 하나로 이루어지며, 40℃에서의 동점도는 95cSt 내지 150cSt이고, 인화점은 220℃ 내지 300℃인 것을 특징으로 하는 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 엔지니어링 플라스틱은, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate) 또는 폴리페닐렌 에테르(PPE) 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 질소계 난연제는 인산암모늄, 탄산암모늄, 트리아딘 화합물, 멜라민시아누레이트 또는 구아니딘화합물 중 적어도 하나로 이루어지고, 상기 금속수산화물은 수산화마그네슘을 포함하여 이루어지며, 상기 인계 난연제는 멜라민폴리포스페이트, 암모늄폴리포스페이트, 디암모늄포스페이트, 모노암모늄포스페이트, 폴리인산아미드, 인산아미드, 멜라민포스페이트 또는 레드포스페이트 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    첨가제를 더 포함하며, 상기 첨가제는 열안정제, UV안정제, 산화방지제 또는 안료 중 적어도 하나이고, 상기 열가소성탄성체 100중량부에 대하여, 3 내지 5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물
  10. 열가소성탄성체, 올레핀 중합체, 프로세스오일, 엔지니어링 플라스틱 및 난연제를 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합단계;
    상기 혼합물을 150℃ 내지 300℃에서 동방향 2축 압출방식으로 압출하는 압출단계;
    상기 혼합물을 절단하여 펠렛(Pellet)형태로 제조하는 절단단계;를 포함하여 이루어지며,
    상기 혼합단계에서, 상기 열가소성탄성체는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS) 블록 공중합체 또는 스티렌-에틸렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEEPS,Polystyrene-b-poly(ethylene-ethylene/propylene)-b-polystyrene) 블록 공중합체 중 적어도 하나이고, 상기 올레핀 중합체는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리이소부틸렌 중 적어도 하나로 이루어지며, 상기 프로세스오일은, 파라핀계 또는 나프텐계(Naphthene) 오일 중 적어도 하나로 이루어지며, 40℃에서의 동점도는 95cSt 내지 150cSt이고, 인화점은 220℃ 내지 300℃이고, 상기 엔지니어링 플라스틱은, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate) 또는 폴리페닐렌 에테르(PPE) 중 적어도 하나로 이루어지며, 상기 난연제는, 질소계 난연제, 금속수산화물 및 인계 난연제로 이루어진 것을 특징으로 하는 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물의 제조방법
  11. 제 10항에 대하여,
    상기 압출단계에서, 상기 압출방식에 사용되는 압출기의 스크류 회전수는 250RPM 내지 500RPM인 것을 특징으로 하는 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물의 제조방법
  12. 삭제
  13. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 혼합단계에서, 상기 열가소성탄성체 100중량부에 대하여, 상기 올레핀 중합체는 50 내지 100중량부, 상기 프로세스오일은 80 내지 120중량부, 상기 엔지니어링 플라스틱은 20 내지 40중량부, 상기 난연제는 120 내지 200중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비할로겐계 난연성 열가소성탄성체 조성물의 제조방법
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