KR101266292B1 - 열가소성 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열가소성 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (A) 폴리아미드 수지 15 내지 40 중량%; 및 (B) 단면 종횡비(aspect ratio)가 2 내지 8인 보강 섬유 60 내지 85 중량%를 포함하고, 상기 (A) 폴리아미드 수지와 상기 (B) 보강 섬유의 혼합 중량비는 1:3 내지 1:5.7인 것인 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.
상기 열가소성 수지 조성물은 강성 및 내충격성이 우수하며 사출 후 뒤틀림(warpage)이 없음에 따라, 휴대용 이동통신 기기, 정밀 전기전자 부품, 사무기기, 자동차 정밀 부품, 잡화 등과 같은 성형품에 유용하게 적용될 수 있다. 　
폴리아미드, 유리 섬유, 종횡비, 강성, 내충격성, 뒤틀림(warpage)

Description

열가소성 수지 조성물{THERMOPLASTIC RESIN COMPOSITION}
본 발명은 열가소성 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강성 및 내충격성이 우수하며 사출 후 뒤틀림이 없는 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.
폴리아미드　수지는 대표적인 엔지니어링 플라스틱으로서, 자동차의 내외장재로 널리 사용되고 있다. 　그러나 폴리아미드 수지는 수분 흡수성이 높아 치수 불안정성 및 뒤틀림(warpage)이 발생하는 등의 문제가 있어, 이를 개선하기 위해 유리섬유와 같은 무기 보강제를 첨가하여 우수한 기계적 강성과 내열성을 필요로 하는 구조제나 자동차의 내외장재에 널리 사용되고 있다. 　
그러나 무기 보강제를 첨가함에 따라 내충격성이 저하되는 문제가 있어 폴리아미드 수지에 첨가하는 양에 한계가 있으며, 이에 따라 수분 흡수성의 개선 효과나 뒤틀림 문제를 해결하기 어려운 현실이다. 　
한편, 최근에는 내충격성을 향상시키기 위해 충격 보강제를 사용하나, 기계적 강성이 및 유동성이 저하되어 사출 공정으로 성형품을 제조시 사출물의 표면이 균일하지 못한 한계가 있다. 　
본 발명의 일 구현예는 강성 및 내충격성이 우수하며 사출 후 뒤틀림(warpage)이 없는 열가소성 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 열가소성 수지 조성물로부터 제조된 성형품을 제공하기 위한 것이다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현예는　(A) 폴리아미드 수지 15 내지 40 중량%; 및 (B) 단면 종횡비(aspect ratio)가 1.5 이상인 보강 섬유 60 내지 85 중량%를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 제공한다.
상기 (A) 폴리아미드 수지와 상기 (B) 보강 섬유의 혼합 중량비는 1:1.5 내지 5.7인 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 열가소성 수지 조성물로부터 제조된 성형품을 제공한다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 열가소성 수지 조성물은 강성 및 내충격성이 우수하며 사출 후 뒤틀림(warpage)이 없음에 따라, 휴대용 이동통신 기기, 정밀 전기전자 부품, 사무기기, 자동차 정밀 부품, 잡화 등과 같은 성형품에 유용하게 적용될 수 있다. 　
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 　다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.　
본 발명에서 특별한 정의가 없는 한, "알킬기"는 탄소수 1 내지 20의 알킬기를 의미한다.
또한 "치환된"이란 수소 원자가 할로겐기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 1 내지 30의 할로알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환된 것을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 열가소성 수지 조성물은 (A) 폴리아미드 수지 15 내지 40 중량%, 및 (B) 보강 섬유 60 내지 85 중량%를 포함한다.
　
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 열가소성 수지 조성물을 이루는 각 성분에 대하여 구체적으로 살펴본다.
(A) 폴리아미드 수지
상기 폴리아미드 수지는 아미노산, 락탐 또는 디아민과 디카르복실산을 주된 구성성분으로 하는 폴리아미드이다. 　상기 주된 구성성분의 대표적인 예로는, 6-아미노카프론산, 11-아미노운데칸산, 12-아미노도데칸산, 파라아미노메틸벤조산 등의 아미노산; ε-카프로락탐, ω-라우로락탐 등의 락탐; 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 2-메틸펜타메틸렌디아민, 노나메틸렌디아민, 운데카메틸렌디아민, 도데카메틸렌디아민, 2,2,4-/2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 5-메틸노나메틸렌디아민, 메타크실리렌디아민, 파라크실리렌디아민, 1,3-비스(아미노메틸)시클로헥산, 1,4-비스(아미노메틸)시클로헥산, 1-아미노-3-아미노메틸-3,5,5-트리메틸시클로헥산, 비스(4-아미노시클로헥실)메탄, 비스(3-메틸-4-아미노시클로헥실)메탄, 2,2-비스(4-아미노시클로헥실)프로판, 비스(아미노프로필)피페라진, 아미노에틸피페라진 등의 지방족, 지환족, 방향족의 디아민; 또는 아디프산, 스베린산, 아젤라산, 세바스산, 도데칸2산, 테레프탈산, 이소프탈산, 2-클로로테레프탈산, 2-메틸테레프탈산, 5-메틸이소프탈산, 5-나트륨술포이소프탈산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 헥사히드로테레프탈산, 헥사히드로이소프탈산 등의 지방족, 지환족, 방향족의 디카르복실산을 들 수 있다. 　이들의 원료로부터 유도되는 나일론 호모폴리머 또는 코폴리머를 각각 단독 또는 혼합물의 형태로 이용할 수 있다.
이들 중 본 발명의 일 구현예에 따른 폴리아미드 수지는 긴 지방족 사슬을 가진 폴리아미드 수지로서, PA11, PA12, PA13, PA14 및 PA15로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 것을 사용하며, 이 중 PA11, PA12, 또는 PA13을 바람직하게 사용할 수 있다. 　상기 열거한 폴리아미드 수지를 사용하는 경우, 충분한 유동성을 확보할 수 있으며, 아미드기에 의한 흡습이 개선되어 가공 중 가수분해 등의 문제가 발생할 염려가 없으며, 폴리아미드 사슬끼리의 결합력이 강하여 충분한 강성을 확보할 수 있다.
또한 본 발명의 일 구현예에서는 상기와 같이 긴 지방족 사슬을 가진 폴리아미드 수지를 구성함으로써 보강 섬유를 60 중량% 이상을 함께 첨가하여 수지 조성물을 제조하는 것이 가능하며, 이에 따라 수지 조성물의 내충격성이 크게 향상되어 우수한 강성 및 내충격성을 동시에 얻을 수 있으며 뒤틀림 문제도 개선된다.
상기 폴리아미드 수지의 녹는점은 150 내지 200 ℃인 것이 바람직하며, 비중은 0.8　내지 1.2인 것이 바람직하다.
상기 폴리아미드 수지는 열가소성 수지 조성물 총량에 대하여 15 내지 40 중량%로 포함되며, 좋게는 20　내지 35　중량%로 포함된다. 　폴리아미드 수지가 상기 범위로 포함되는 경우 우수한 강성 및 내충격성을 확보할 수 있다.
　
(B) 보강 섬유　
상기 보강 섬유는 납작한 형상의 단면을 가진 것으로서, 단면의 종횡비(aspect ratio)가 특정 값을 가지는 것이 사용된다. 　상기 종횡비는 도 1에서 보는 바와 같이 보강 섬유의 단면에서 가장 작은 직경(b)에 대한 가장 긴 직경(a)의 비율로 정의된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 보강 섬유는 상기 종횡비가 1.5 이상인 것이 바람직하게 사용될 수 있으며, 2 내지 8인 것이 더 바람직하게 사용될 수 있다. 　보강 섬유의 단면 종횡비가 1.5 이상인 경우 보강 섬유의 첨가에 따른 열가소성 수지 조성물의 유동성 감소폭이 현저히 줄어들며, 수지의 흐름에 따른 보강 섬유의 배향 효과가 적어 이러한 열가소성 수지 조성물로부터 제조되는 플라스틱 성형품이 뒤틀리는 문제점이 현저히 개선될 수 있다.
상기 보강 섬유는 2 내지 13 mm 길이를 가지며, 좋게는 3 내지 6 mm의 길이를 가질 수 있다.
또한 상기 보강 섬유의 단면의 직경이 10 내지 20 ㎛인 것이 사용될 수 있다. 　
상기 보강 섬유는 구체적으로 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 티탄산칼륨(K2TiO3) 섬유,　탄화규소 섬유, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있으며, 좋게는 가공성과 경제성 측면에서 유리 섬유를 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 일 구현예에서는 상기 종횡비가 1.5 이상인 보강 섬유를 종횡비가 1.5 미만인 보강 섬유와 혼합하여 사용할 수 있다. 　상기와 같이 혼합하여 사용하는 경우, 종횡비가 1.5 이상인 것과 1.5 미만인 것의 혼합 중량비는 99:1　내지 20:80　인 것이 좋다. 　상기 혼합 중량비를 가지는 경우 사출 후 수축이 감소하 여 치수 안정성이 우수한　특징이 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 보강 섬유는 폴리아미드 수지와의 결합력을 증가시키기 위하여 표면에 표면 개선제가 코팅된 것을 사용할 수도 있다. 　상기 표면 개선제로는 우레탄 또는 에폭시 수지를 들 수 있다. 　표면 코팅 공정은 침지 코팅, 스프레이 코팅 등의 일반적인 코팅 공정은 어떠한 것도 적용할 수 있다.
상기 보강 섬유는 열가소성 수지 조성물 총량에 대하여 60 내지 85 중량%로 포함되며, 좋게는 65　내지 80　중량%로 포함된다. 　보강 섬유가 상기 범위로 포함되는 경우 우수한 강성 및 내충격성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 사출 후 뒤틀림 문제도 현저히 개선된다. 　
본 발명의 일 구현예에 따른 열가소성 수지 조성물은 (A) 폴리아미드 수지와 (B) 보강 섬유의 혼합 중량비가 1:1.5 내지 5.7인 것이 좋으며, 더 좋게는 1:1.8　내지 4　일 수 있다. 　(A) 폴리아미드 수지와 (B) 보강 섬유의 혼합 중량비가 상기 범위인 경우, 보강 섬유가 폴리아미드 수지보다 많은 양이 첨가됨으로써 내충격성이 크게 향상되어 우수한 강성 및 내충격성을 동시에 얻을 수 있으며 뒤틀림 문제도 개선될 수 있다. 　
　
(C) 기타 첨가제
본 발명의 일 구현예에 따른 열가소성 수지 조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있다.　　　
상기 첨가제로는 항균제, 열안정제, 산화방지제, 이형제, 광안정제, 상용화 제, 염료, 무기물 첨가제, 계면활성제, 커플링제, 가소제, 충격보강제, 혼화제, 착색제, 안정제, 활제, 정전기방지제, 안료, 방염제, 내후제, 착색제, 자외선 차단제, 충전제, 핵 형성제, 접착 조제, 점착제, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 것을 사용할 수 있다. 　
상기 산화방지제로는 페놀형, 포스파이드형, 티오에테르형, 또는 아민형 산화방지제를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 이형제로는 불소 함유 중합체, 실리콘 오일, 스테아릴산의 금속염, 몬탄산의 금속염, 몬탄산 에스테르 왁스, 또는 폴리에틸렌 왁스를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 내후제로는 벤조페논형 또는 아민형 내후제를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 착색제로는 염료 또는 안료를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 자외선 차단제로는 산화티탄 또는 카본블랙을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 충전제로는 유리섬유, 탄소섬유, 실리카, 마이카, 알루미나, 점토, 탄산칼슘, 황산칼슘 또는 유리 비드를 바람직하게 사용할 수 있으며, 상기와 같은 충전제를 첨가할 경우 기계적 강도 및 내열성 등의 물성을 향상시킬 수 있다. 　
상기 핵 형성제로는 탈크 또는 클레이를 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 첨가제는 열가소성 수지 조성물　100 중량부에 대하여 0.1 내지 30 중량부로 포함될 수 있다.　　첨가제가 상기 범위로 포함되는 경 우 각 용도에 따른 첨가제의 효과를 얻을 수 있으며 우수한 기계적 물성 및 향상된 표면의 외관을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 열가소성 수지 조성물은 공지의 방법으로 제조될 수 있다. 　예를 들면, 상술한 본 발명의 구성 성분과 첨가제를 혼합한 후에, 압출기 내에서 용융 압출하고 펠렛 형태로 제조할 수 있다. 　
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 본 발명의 일 구현예의 열가소성 수지 조성물을 성형하여 제조한 성형품을 제공한다. 　상기 열가소성 수지 조성물은 강성 및 내충격성이 중요시하게 요구되는 분야의 성형제품, 예를 들면, 휴대용 이동통신 기기, 정밀 전기전자 부품, 사무기기, 자동차 정밀 부품, 잡화 등과 같은 성형품에 유용하게 적용될 수 있다. 　
　
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다.　　다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예] 　
본 발명의 일 구현예에 따른 열가소성 수지 조성물의 제조에 사용되는 각 구성 성분은 다음과 같다. 　
(A) 폴리아미드 수지
(A-1) 녹는점이 178℃이고 비중이 1.01인 EVONIK社의 PA12인 L1670을 사용하였다. 　
(A-2) 녹는점이 189℃이고 비중이 1.03인 ARKEMA社의 PA11인 KNVO를 사용하였다. 　
　
(B) 보강 섬유
(B-1)　단면의 종횡비가 4인 유리 섬유(단면의 가장 긴 직경이 28㎛, 가장 작은 직경이 7㎛)로서, 길이가 3mm인 Nitto Boseki社의 CSG 3PA-820을 사용하였다.
(B-2) 단면의 종횡비가 1인 유리 섬유로서, 길이가 3mm 이며 단면의 지름이 13㎛인 Nittobo社의 CSF 3PE-455를 사용하였다.
　
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 6
상기에서 언급한 성분들을　하기 표 1에 나타낸 바와 같은 함량으로 공급 속도(feed rate) 40kg/hr, 스크류(screw) rpm 240, 온도 250 내지 300℃, 스크류 구성(screw configuration) 45φ Regular, L/D=36 인 반응 압출기에 첨가하여 반응시켰다.
이후, 상기 반응물을 통상의 이축 압출기에서 200 내지 290℃의 온도범위로 압출한 후, 압출물을 펠렛 형태로 제조하였다.
　
[시험예]
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 6에 따라 제조된 펠렛을 100℃에서 3 시간 이상 건조 후, 10 Oz의 사출성형기를 사용하여, 성형온도 240 내지 300℃, 금형온도 90 내지 130℃의 조건으로 사출하여 물성 시편을 제조하였다. 　상기 제조된 물성 시편은 하기의 방법으로 물성을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 굴곡탄성률: ASTM D790 평가방법에 의하여 굴곡탄성률을 측정하였다.
(2) IZOD 충격강도:　ASTM D256 평가방법에 의하여 1/8" 아이조드 시편에 노치(Notch)를 만들어 평가하였다.
(3) 뒤틀림(warpage) 특성:　가로 6", 세로 6", 및 두께 1/16"의 평판시편을 사출하여 25℃, 50% 습도 조건에서 24 시간을 방치한 후 뒤틀림을 측정하였다. 　뒤틀림은 평판의 네 꼭지점의 높이를 측정하여 평균에서부터 떨어진 정도를 평균값으로 계산하였다.
　
[표 1]
Figure 112008087071140-pat00001
상기 표 1을 통하여, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 6은 단면의 종횡비가 1인 유리섬유를 사용한 비교예 1 내지 6의 경우와 비교하여 강성 및 내충격성이 모두 우수하고, 뒤틀림 문제도 현저히 개선됨을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 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 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 보강 섬유의 단면의 종횡비를 설명하기 위한 개념도이다.

Claims (8)

  1. (A) 폴리아미드 수지 15 내지 40 중량% 및
    (B) 단면 종횡비(aspect ratio)가 2 내지 8인 보강 섬유 60 내지 85 중량%
    를 포함하고,
    상기 (A) 폴리아미드 수지와 상기 (B) 보강 섬유의 혼합 중량비는 1:3 내지 1:5.7인 것인 열가소성 수지 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (A) 폴리아미드 수지는 PA11, PA12, PA13, PA14, 및 PA15로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것인 열가소성 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (B) 보강 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 티탄산칼륨(K2TiO3) 섬유,　탄화규소 섬유, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 열가소성 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (B) 보강 섬유는 유리 섬유인 것인 열가소성 수지 조성물.
    　
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항의 열가소성 수지 조성물로부터 제조된 성형품.
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