KR101349164B1 - 폴리아미드/폴리에틸렌테레프탈레이트 얼로이 수지 조성물 - Google Patents

폴리아미드/폴리에틸렌테레프탈레이트 얼로이 수지 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내열성 및 내충격성 등의 기계적 물성이 우수한 폴리아미드/폴리에틸렌테레프탈레이트 얼로이 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리아미드 일부를 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 대체시킨 얼로이 수지에 특정의 상용화제와 실란커플링제가 코팅된 유리섬유를 포함시키고 그리고 페놀계와 포스파이트계 산화방지제, 올레핀계 활제 및 무기충진제를 포함시킴으로써 내열성 및 기계적 강도가 우수하여 자동차 엔진커버의 언더후드용 부품 소재로 유용한 얼로이 수지 조성물에 관한 것이다.

Description

폴리아미드/폴리에틸렌테레프탈레이트 얼로이 수지 조성물 {Polyamide/PET alloy resin composition}
본 발명은 내열성 및 내충격성 등의 기계적 물성이 우수한 폴리아미드/폴리에틸렌테레프탈레이트 얼로이 수지 조성물에 관한 것이다.
최근 자동차업계는 환경공해 문제와 동시에 연비향상을 위해 다양한 연구개발을 하고 있다. 이와 함께 자원재활용을 위한 리사이클링(recycling) 등에 대한 폭넓은 연구개발이 이루어지고 있다. 특히, 소재의 경량화는 엔진 효율을 높여 자동차의 성능향상을 극대화시키고 그로 인해 연비향상을 도모할 수 있어서, 결국 소재의 경량화는 환경오염 방지와 연료절감에 가장 적합하고 효과적인 방법으로 인식되고 있다. 또한, 디지털 제품들의 슬림(slim)화, 경량화 추세도 이어지고 있다. 슬림 제품들은 작고 깜찍한 디자인과 휴대하기 편리하다는 이점으로 소비자에게 각광받고 있다.
이에 따라 우수한 물성을 갖는 경량재료의 개발과 기존재료의 제조방법 개선을 통한 기계적 성질을 향상시키는 방법 등의 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나, 경량화가 진행됨에 따라 더욱 더 가볍고 튼튼한 소재를 요구하게 되었고, 이에 자동차 부품을 비롯한 전지/전자 부품을 플라스틱으로 대체하는 것에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 플라스틱 소재 중 폴리아미드 수지는 기계적 물성 중 강성, 인성, 내마모성, 내약품성, 보강재 첨가 효과 등이 우수하다. 그러나 아미드 결합(-CO-NH-) 때문에 수분 흡수에 따라 치수안정성이 불량하고, 결정성 폴리머이기 때문에 충격강도 불량 및 성형수축률이 높은 단점이 있다. 그럼에도 불구하고 폴리아미드 수지의 단점을 개량하여 엔지니어링 플라스틱으로 자동차, 전기/전자 산업분야에 광범위하게 적용하고 있으며, 그 사용도 급격한 증가율을 보이고 있다.
현재 시판되고 있는 주요 폴리아미드 수지로는 대표적으로 폴리아미드 6 수지 및 폴리아미드 66 수지가 있다. 상기 폴리아미드 수지는 단독으로는 높은 강성, 내열성을 만족시키기 어려우므로 유리섬유와 같은 무기물을 강화하여 원하는 부품에서의 기능성을 만족시키는 기술이 널리 행해지고 있다. 일본공개특허 소60-047061호에서는 폴리아미드 수지에 유리섬유와 크레이를 복합강화하는 방법이 소개되었으나, 이는 크레이가 첨가됨에 따라 충격 강도, 굴곡 탄성률의 저하를 초래하였다. 일본공개특허 소59-133249공보에서는 폴리아미드 수지에 유리섬유와 가소제를 도입하여 유동성을 대폭 개량하였으나 굴곡 탄성률, 내열성의 개선은 미비하였다.
이에, 본 발명자들은 내열성 및 기계적 물성을 증가시키기 위한 연구를 수행하던 중, 폴리아미드 수지 일부를 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 대체 사용하면서 이들 수지간의 이질감을 최소화할 수 있는 특정의 상용화제를 첨가하고, 강화용 유리섬유로는 실란계 커플링제로 코팅된 유리섬유를 포함하는 조성물에서 우수한 내열성 및 강성이 증가하는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 내열성 및 내충격성 등의 기계적 물성이 우수한 폴리아미드/폴리에틸렌테레프탈레이트 얼로이 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제해결을 위하여, 본 발명은
폴리아미드와 폴리에틸렌테레프탈레이트가 50:50 내지 70:30 중량비로 혼합된 얼로이 수지 100 중량부;
무수말레인산 함유 올레핀계, 폴리에스터계, 또는 이의 혼합물로부터 선택된 상용화제 1 내지 3 중량부;
실란계 커플링제로 코팅된 유리섬유 5 내지 10 중량부;
탈크, 규회석, 또는 이의 혼합물로부터 선택된 무기 충진제 10 내지 15 중량부;
페놀계, 포스파이트계, 또는 이의 혼합물로부터 선택된 산화방지제 0.3 내지 0.5 중량부; 및
올레핀계 활제 0.2 내지 0.4 중량부;
를 포함하는 내열성 및 내충격성이 우수한 폴리아미드/폴리에틸렌테레프탈레이트 얼로이 수지 조성물을 그 특징으로 한다.
본 발명의 수지 조성물은 높은 내열성능이 요구되는 자동차 엔진커버의 언더후드용 부품 소재로 유용하다.
본 발명의 수지조성물은 폴리아미드 재료 일부를 폴리에틸렌테레프탈레이트로 대체 사용이 가능하므로, 폴리아미드의 공급 부족현상을 해소시키는 효과가 있다.
본 발명은 재생 PET를 재활용하는 것이 가능하므로 원가 절감효과 및 자원 재활용을 통해 친환경에 기여할 수 있다.
본 발명은 내열성 및 내충격성이 우수한 폴리아미드/폴리에틸렌테레프탈레이트 얼로이 수지 조성물에 관한 것으로서, 기본수지 성분으로 폴리아미드와 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 혼합물을 사용한다. 즉, 기본 수지로 사용되는 폴리아미드 일부를 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 대체 사용하는 것이 가능하므로, 공급량 부족현상을 어느 정도 해소하는 것이 가능하다. 본 발명에서는 폴리아미드와 폴리에틸렌테레프탈레이트를 50:50 내지 70:30 중량비로 혼합된 얼로이 수지를 사용한다. 이들 수지간의 혼합비에 있어, 폴리아미드 수지의 상대적 함량이 너무 적으면 비중이 상승하고 기계적 물성이 저하될 수 있고, 반면에 폴리아미드 수지의 함량이 너무 많으면 원가절감의 효과를 얻을 수 없어 바람직하지 못하다.
본 발명이 사용하는 폴리에틸렌테레프탈레이트는 내열 특성이 우수한 고분자로서 병(bottle)을 비롯하여 산업적으로 광범위하게 적용되고 있다. 본 발명에서는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 신제품의 것을 사용할 수도 있지만, 폐기되고 있는 폐 PET를 재활용하는 것도 역시 본 발명의 권리범위에 포함한다. 또한, 본 발명이 사용하는 폴리아미드 수지로는 대표적으로 폴리아미드 6, 폴리아미드 66 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서는 기본수지로 사용되는 폴리아미드와 폴리에틸렌테레프탈레이트 간의 상용성을 증진시키기 위해, 무수말레인산 함유 올레핀계, 폴리에스터계 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 상용화제를 기본수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 3 중량부 범위로 사용한다. 상기한 상용화제의 함유량이 너무 적으면 상용화제의 첨가효과를 얻을 수 없으므로 수지분산성 등의 물성 저하현상이 나타날 수 있고, 상용화제의 함유량이 너무 과다하면 유동성이 오히려 저하되어 표면불량 및 기계적 물성이 저하될 수 있다.
본 발명에서는 강화섬유로서 유리섬유를 사용하되, 유리섬유는 실란계 커플링제로 코팅된 유리섬유를 사용한다. 즉, 입경이 10 내지 13 ㎛인 실란계 커플링제가 코팅된 유리섬유의 중량대비 0.1 내지 0.3 중량%의 함량으로 코팅된 유리섬유를 사용한다. 이로써, 유리섬유를 강화섬유로 사용하게 되면 수지와의 분산성 저하 및 결합력 약화로 외관불량 및 기계적 물성저하의 문제점이 있는데 반하여, 본 발명에서는 실란계 커플링제가 코팅된 유리섬유를 강화섬유로 사용하여 수지와의 분산성 및 결합력 증대로 인한 높은 기계적 물성 향상 효과를 얻을 수 있다. 상기한 실란계 커플링제로 코팅된 유리섬유는 기본수지 100 중량부를 기준으로 5 내지 10 중량부 범위로 사용한다. 실란계 커플링제로 코팅된 유리섬유의 함유량이 너무 적으면 물성이 저하될 수 있고, 그 함유량이 너무 과다하면외관품질에 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에서는 성형성 및 치수 안정성을 향상시키기 위하여, 탈크, 규회석, 또는 이의 혼합물로부터 선택된 무기 충진제를 사용한다. 상기한 무기 충진제는 기본수지 100 중량부를 기준으로 10 내지 15 중량부 범위로 사용한다. 무기 충진제의 함유량이 너무 적으면 성형성 및 치수 안정성을 향상효과를 기대할 수 없고, 그 함량이 너무 많으면 비중이 상승하고 기계적 물성이 저하될 수 있다.
본 발명에서는 내열성을 보다 향상시키기 위하여, 페놀계, 포스파이트계, 또는 이의 혼합물로부터 선택된 산화방지제를 사용한다. 상기한 산화방지제는 기본수지 100 중량부를 기준으로 0.3 내지 0.5 중량부 범위로 사용한다. 산화방지제의 함유량이 너무 적으면 내열성 향상 효과를 기대할 수 없고, 그 함유량이 너무 과다하면 물성저하 및 외관품질에 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에서는 수지의 유동성 및 이형성을 향상시키기 위하여, 올레핀계 활제를 사용한다. 상기한 활제는 기본수지 100 중량부를 기준으로 0.2 내지 0.4 중량부 범위로 사용한다. 활제의 함유량이 너무 적으면 유동성 및 이형성의 향상 효과를 기대할 수 없고, 그 함유량이 너무 과다하면 물성저하 및 웰드강도 저하 문제가 발생할 수 있다.
그 밖에도 당 분야에서 통상적으로 사용되는 첨가제를 임의로 첨가 사용할 수 있으며, 이러한 첨가제의 선택 사용은 당업자 수준에서 자명하다.
이와 같은 본 발명은 하기의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2.
하기 표 1에 나타낸 조성비로 각 사용성분을 혼합하여 조성물을 제조하였으며, 각각의 제조된 조성물의 물성을 측정하여 하기 표 2에 정리하여 나타내었다.
[사용성분]
1) PA6 : 케이피켐텍, PAMIDE 2.5
2) PET : Recycled PET(RV 1.0 수준)
3) 상용화제 : 올레핀계(MAH grated PP)_Clarint PPMA
폴리에스터계(Polyester Elastomer)_SK Chemical SKYPEL
4) 페놀계 산화방지제 : 비스-(3,3-비스-(4'-하이드록시-3'-테트라부틸페놀)부탄산)-글리콜에스터
5) 포스파이트계 산화방지제: 트리스-(2,4-디-t-부틸페닐)-포스파이트
6) 활제 : 에틸렌 비스테라마이드
7) 코팅된 유리섬유 : 실란계 커플링제가 코팅된 유리섬유, 오웬스코닝(CS123D-10P)
8) 유리섬유 : 코팅되지 않은 유리섬유, 오웬스코닝(CS123AD-10P)
9) 무기필러 : Talc_KOCH(340 메시)
조성성분(중량부) 실시예 비교예
1 2 3 1 2
기본 수지 PA6 50 60 70 100 50
재생PET 50 40 30 - 50
상용화제 올레핀계 1 1 1 - 1
폴리에스터계 2 1 1 - 2
유리섬유 코팅된 유리섬유 7 7 7 7 -
유리섬유 - - - - 7
산화방지제 페놀계 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
포스파이트계 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
활제 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
무기필러 13 13 13 13 13
항목 실험방법(ASTM) 단위 기준치 실시예 비교예
1 2 3 1 2
비중 D792 g/㎠ 1.28±0.02 1.36 1.36 1.34 1.28 1.36
인장강도 D638 ㎏f/㎠ >950 910 958 970 1080 800
굴곡강도 D790 ㎏f/㎠ >1500 1450 1520 1560 1590 1300
굴곡탄성율 D790 ㎏f/㎠ >44000 45530 48190 50680 50870 39500
충격
강도
23℃ D256 ㎏f㎝/㎝ >3 2.7 3.2 3.3 3.5 2.1
-30℃ D256 ㎏f㎝/㎝ >2.5 2.1 2.6 2.7 2.8 1.5
열변형
(18.6㎏f)
D648 >180 198 200 201 205 182
상기 표 2의 결과에 의하면, 폴리아미드를 재생 PET로 일부 대체시킨 실시예 1 내지 3의 얼로이 수지 조성물은 폴리아미드만을 기본수지로 사용한 비교예 1(기존 PA6 GF/MF20% 소재)의 수지 조성물에 비교할 때, 열적 및 기계적 특성이 거의 대등함을 확인할 수 있다. 즉, 실시예 1 내지 3의 얼로이 수지 조성물은 원료 공급이 어려운 폴리아미드를 대신하여 소재시장에서 손쉽게 구할 수 있는 PET 또는 생수, 음료수병을 분쇄하여 재활용한 재생 PET로 일부 대체 사용이 가능함으로써 원가절감(15% 이상)을 실현할 수 있으며, 자원 재활용 차원에서 친환경적인 측면에 기여할 수 있다.
또한, 실시예 1 내지 3의 얼로이 수지 조성물은 기존의 폴리아미드 수지에 유리섬유 강화제를 첨가 사용한 비교예 2에 비교할 때, 유리섬유를 실란계 커플링제로 코팅시킨 유리섬유를 사용함으로써 수지와의 분산성 및 결합력 증대로 인한 높은 기계적 물성 향상 효과를 얻고 있음을 확인할 수 있다.

Claims (3)

  1. 폴리아미드와 폴리에틸렌테레프탈레이트가 50:50 내지 70:30 중량비로 혼합된 얼로이 수지 100 중량부와;
    무수말레인산 함유 올레핀계 및 폴리에스터계의 혼합물로 된 상용화제 1 내지 3 중량부;
    입경이 10 내지 13 ㎛인 유리섬유이며, 상기 유리섬유의 중량대비 0.1 내지 0.3 중량%의 함량으로 실란계 커플링제가 코팅된 유리섬유 5 내지 10 중량부;
    탈크, 규회석, 또는 이의 혼합물로부터 선택된 무기 충진제 10 내지 15 중량부;
    페놀계, 포스파이트계, 또는 이의 혼합물로부터 선택된 산화방지제 0.3 내지 0.5 중량부; 및
    올레핀계 활제 0.2 내지 0.4 중량부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리아미드/폴리에틸렌테레프탈레이트 얼로이 수지 조성물.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리에틸렌테레프탈레이트는 재생 폴리에틸렌테레프탈레이트(recycled PET)인 것을 특징으로 하는 폴리아미드/폴리에틸렌테레프탈레이트 얼로이 수지 조성물.
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