KR101531935B1 - 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 조성물 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

폴리테트라플루오로에틸렌의 코어와 스티렌/아크릴로니트릴로 된 셸을 포함하는 조성물(또는 스티렌/아크릴로니트릴(SAN) 분말을 포함하는 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌)을 제조하는 공정 또는 방법이 제공된다. 상기 방법은 중합 공정 또는 반응, 및 응집 공정 또는 반응을 포함한다. 상기 중합 공정과 응집 공정용으로 사용되는 온도, 및/또는 반응제의 상대적인 양 및/또는 농도는 특정적으로 선택된다. 제조되는 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말은 스티렌계 폴리머와 같은 플라스틱/폴리머용 첨가제로서 사용된다. 상기 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말은 향상된 작업성 및 증강된 기계적 특성과 관련된다.

Description

폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 조성물 및 그의 제조 방법 {COMPOSITIONS INCLUDING POLYTETRAFLUOROETHYLENE AND PROCESSES FOR THE PREPARATION THEREOF}
본 발명은 일반적으로, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함하는 조성물 또는 분말, 그러한 조성물 또는 분말을 제조하기 위한 새로운 방법, 공정 및 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 PTFE계 코어(core)와 스티렌-아크릴로니트릴(SAN)계 셸(shell)을 포함하는 조성물과 분말, 그러한 조성물과 분말을 제조하기 위한 방법, 공정 및 기술에 관한 것이다.
폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 광범위한 응용과 용도를 가진 테트라플루오로에틸렌의 합성 플루오로폴리머이다. PTFE는 또한 통상적으로 테플론(Teflon)으로 알려져 있다. PTFE는 탄소와 플루오르 원자를 포함하는 고분자량 화합물이다. PTFE는 내열성이고, 연성(ductile) 및 소수성이다(즉, 극성인 기가 없으므로 물에 용해되지 않고, 흡수성을 가지고 있지 않음). 탄소-플루오르 결합의 높은 강도로 인해 PTFE는 일반적으로 비반응성이고, 따라서 PTFE는 반응성 및/또는 부식성 화학물질용 용기와 파이프의 제조에 종종 사용된다. 또한, PTFE의 플루오르 원자가 가지는 높은 전기음성도는 PTFE로 하여금 완화된 런던(London) 분산력을 나타내게 하고, 따라서 PTFE는 임의의 다른 고체에 대해 낮은(예; 유의적으로 낮은) 마찰 계수를 가진다. 따라서, PTFE는 기계(또는 기계 부품)의 마찰, 마모 및 에너지 소모를 감소시키기 위한 윤활제로서 유용하다.
합성 폴리머 수지와 매우 다양한 고상(solid phase) 첨가제의 균질한 혼합물을 제조하는 기존의 방법 및 기술은 많다. 예를 들면, 미국특허 제4,649,168호(Kress et al)는 방향족 폴리카르보네이트 수지계 몰딩 조성물 중에 PTFE 입자를 분산시키는 방법을 개시한다. 상기 분산은 수성 에멀젼 PTFE와 방향족 폴리카르보네이트 수지의 혼합에 이어서, 에멀젼-혼합물의 응고(coagulation)에 의해 수행된다. 그러나, 미국특허 제4,649,168호의 방법이 폴리카르보네이트 수지 중 PTFE의 미세한 분산을 제공하지만, 분산도는 세밀한 컨트롤을 필요로 하는 여러 가지 변수에 일반적으로 의존한다. 따라서, 미국특허 제4,649,168호와 관련하여, PTFE 조성물뿐 아니라 그러한 PTFE 조성물로부터 제조되는 생성물의 작업성(workability)에는 한계가 존재한다.
또한, 특허문헌 EP-A-0,166,187에는 PTFE를 함유하는 분말 조성물이 기재되어 있다. 특허문헌 EP-A-0,166,187의 분말은, PTFE의 분산액과 그라프트된 PTFE의 라텍스를 혼합하고, 분말을 얻기 위해 여과 및 건조함으로써 얻어진다. 그러나, 공침전(co-precipitation)에 의해 얻어진 기존의 분말(공응고 또는 공응집(co-flocculation) 분말로도 알려져 있음)은, 특히 분말이 높은 PTFE 함량(예를 들면, 25중량% 이상)을 가질 때 높은 자체-부착 경향을 나타내기 쉽다. 따라서, 이러한 분말은 일반적으로 자유롭게 유동할 수 없으므로, 그러한 분말은 취급, 가공, 및/또는 저장이 어렵다.
PTFE계 또는 PTFE 함유 조성물(예; 분말), 첨가제 및 제품을 제조하거나 생산하기 위한 기존의 방법, 공정 및 기술에는 여러 가지가 있다. 그러나, 이러한 기존의 방법과 기술에는 다양한 결점, 단점 및/또는 한계가 존재한다. 구체적으로는, PTFE계 또는 PTFE 함유 조성물, 첨가제 또는 제품을 제조하기 위한 많은 기존의 방법들은 복잡 및/또는 고비용인 것이 보통이다. 또한, 기존의 PTFE계 또는 PTFE 함유 조성물, 분말, 및 첨가제는 일반적으로 작업성 및/또는 저장과 관련하여 곤란성 및/또는 한계를 안고 있다.
본 발명의 목적은, 종래 기술의 단점을 극복할 수 있는, PTFE계 코어와 스티렌-아크릴로니트릴계 셸을 포함하는 조성물과 분말, 그러한 조성물과 분말을 제조하기 위한 방법, 공정 및 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 중합 공정 및 응집 공정을 포함하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌을 제조하는 방법이 개시된다. 상기 중합 공정은, 폴리테트라플루오로에틸렌을 반응기에 도입하는 단계, 수산화칼륨과 SN-100(올레산 및 스테아르산)을 포함하는 유화제를 상기 반응기에 도입하는 단계, 촉매를 상기 반응기에 도입하는 단계, 및 스티렌 모노머, 아크릴로니트릴 모노머, 및 스티렌과 아크릴로니트릴의 코폴리머를 상기 반응기에 도입하는 단계를 포함한다. 상기 중합 공정은 SAN 라텍스를 구비하는 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌을 생성한다. 상기 응집 공정은 상기 중합 공정에 의해 생성된 SAN 라텍스를 구비하는 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌, 응고제(coagulant), 컬러 안정화제, 및 산화방지제를 활용한다. SAN 라텍스를 구비하는 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌은 약 85℃ 내지 90℃의 온도에서 상기 응고제, 컬러 안정화제 및 산화방지제에 첨가된다. 이어서, 응집 공정을 촉진시키기 위해 온도를 약 90℃ 내지 100℃로 상승시킨다. 응집 공정에 의해 SAN 라텍스를 구비하는 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌이 제조된다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 코어 및 스티렌-아크릴로니트릴 분말을 포함하는 셸을 포함하는, 스티렌-아크릴로니트릴 조성물을 구비하는 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌이 개시된다. 상기 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌은 중합 공정과 응집 공정에 의해 제조된다. 중합 공정에 의해 SAN 라텍스를 구비하는 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 중간 생성물이 제조되고, 응집 공정에 의해 스티렌-아크릴로니트릴 조성물을 구비하는 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌이 제조된다.
본 발명에 의하면, 종래 기술의 단점을 극복할 수 있는, PTFE계 코어와 스티렌-아크릴로니트릴계 셸을 포함하는 조성물과 분말, 그러한 조성물과 분말을 제조하기 위한 방법, 공정 및 기술이 제공된다.
도 1은 본 발명의 특정한 구현예에 따른 폴리테트라플루오로에틸렌계 코어 및 스티렌/아크릴로니트릴계 셸을 구비한 입자를 포함하는 조성물 또는 분말을 제조하는 방법의 플로 차트이다.
도 2a는 기존 PTFE 분말의 SEM 사진이다.
도 2b는 본 발명의 일 구현예의 코어-셸 PTFE계 분말의 SEM 사진이다.
표 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 난연제 조성물(A)의 조성을 나타낸다.
표 2는 표 1의 난연제 조성물(A)의 몇 가지 성질을 수록한 것이다.
표 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 난연제 조성물(B)의 조성을 나타낸다.
표 4는 표 3의 난연제 조성물(B)의 몇 가지 성질을 수록한 것이다.
표 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 중합 공정에 사용되는 반응제를 수록한 것이다.
표 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 응집 공정/반응에 사용되는 반응제를 수록한 것이다.
본 발명의 구현예는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 조성물, 분말, 물질 및/또는 첨가제를 생산하거나, 제조하기 위한 새로운 방법, 공정 또는 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 대부분의 구현예는 PTFE계 코어 및 스티렌/아크릴로니트릴(SAN)계 셸을 구비한 코어-셸 입자를 포함하는 조성물 또는 분말을 생산하거나 제조하기 위한 방법, 공정 또는 기술에 관한 것이다. 본 발명의 구현예에 따라 제조되는 조성물 또는 분말은 코어-셸 PTFE계 분말(또는 그라프트 테플론 분말)이라고 지칭될 수 있다.
본 발명의 다양한 구현예에 의해 제공되는 코어-셸 PTFE계 분말은 다른 폴리머 및/또는 플라스틱 화합물 또는 조성물, 보다 구체적으로는 분말을 기재로 하는 SAN 폴리머, 아크릴로/부타디엔/스티렌(ABS) 폴리머 및 스티렌계 폴리머(PS)에 대해 매우 양호하거나, 양호하거나, 또는 비교적 양호한 상용성(compatibility)을 가진다.
대부분의 구현예의 방법, 공정 또는 기술은 유화 중합 공정 또는 반응(중합 공정으로 지칭되기도 함)을 포함하고, 그 결과 중간 생성물을 생성하고, 이어서 응집 공정 또는 반응에 의해 최종적 또는 얻어지는 생성물로서 코어-셸 PTFE계 분말(또는 그라프트 테플론 분말)을 생성한다.
중합 공정은 PTFE, 보다 구체적으로는 PTFE의 분산액(예를 들면 수성 분산액)과 아크릴로니트릴 및 스티렌(SAN) 코폴리머 또는 SAN 분말과의 그라프팅, 상호작용, 반응, 또는 조합을 포함한다. PTFE(예를 들면 PTFE의 수성 분산액)와 아크릴로니트릴 및 스티렌(SAN) 코폴리머의 그라프팅은 중간 생성물, 보다 구체적으로는 SAN 라텍스를 구비한 코어-셸 PTFE의 형성을 촉진하거나 달성시킨다.
후속되는 응집 공정에 있어서, SAN 라텍스를 구비한 코어-셸 PTFE(또는 중간 생성물)는 응집제(flocculant)(또는 응고제)와 반응함으로써 결과물 또는 최종적인 생성물(즉, 코어-셸 PTFE계 분말)을 생성한다. 코어-셸 PTFE계 분말은 PTFE를 기반으로 하는 코어(PTFE 코어)와 SAN의 셸(SAN 셸)을 포함한다. 본 발명의 구현예에 따른 코어-셸 PTFE계 분말은 고체 상태 또는 고체 형태로 되어 있으며, 따라서 플라스틱을 제조하거나 생산하기 위한 다른 플라스틱 또는 플라스틱계 분말과 용이하게, 보다 용이하게, 또는 보다 양호하게 혼합될 수 있다. 많은 구현예에 있어서, 코어-셸 PTFE계 분말은 PTFE 코어의 표면 상 아크릴로니트릴 및 스티렌(SAN) 코폴리머의 존재 및/또는 효과로 인해, SAN, ABS 및 PS 폴리머를 기재로 하는 분말과 상용성을 가진다. 따라서, 본 발명의 다양한 구현예의 코어-셸 PTFE계 분말과 다양한 기존 및/또는 통상적 플라스틱 또는 플라스틱계 분말 사이에 양호한 균질성(homogeneity)이 달성되거나 확립될 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 구현예의 코어-셸 PTFE계 분말은 기존의 많은 플라스틱 또는 플라스틱계 분말과 함께 사용될 수 있고 및/또는 응용될 수 있다. 또한, 플라스틱 제품의 제조 또는 생산 공정에서 다양한 구현예에 의해 제공되는 코어-셸 PTFE계 분말을 첨가제로서 사용함으로써, 증강된 기계적 성질(예; 증대된 기계적 강도 및/또는 양호한 윤활성)을 상기 플라스틱 제품에 제공할 수 있다.
이하에서 도 1을 참조하여, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계 코어 및 SAN 셸을 구비한 입자(코어-셸 PTFE계 분말로도 지칭됨)를 포함하는 PTFE계 조성물, 분말, 물질, 및/또는 첨가제의 조제, 생산 및/또는 제조를 위한 방법, 공정 및/또는 기술의 대표적 태양을 구체적으로 설명한다.
방법 또는 공정(100) 구현예의 태양
도 1은 본 발명의 특정한 구현예에 따른, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계 코어 및 스티렌/아크릴로니트릴(SAN) 셸을 구비한 코어-셸 입자를 포함하는 분말을 제조 또는 생산하기 위한 공정(100)의 플로 차트이다.
중합 공정
제1 공정 부분(110)에서, 중합 공정, 보다 구체적으로는 그라프팅 공정 또는 기술을 적용하거나, 채택하거나 이용하는 중합 공정이 실행된다. 그라프팅 공정은 해당 기술 분야에 공지되어 있으며, 예를 들면 Emulsion Polymerization Theory and Practice, D.C. Blackley, Applied Science Publishers Ltd, London, 1975에 기재되어 있는 바와 같다.
소정 개수 또는 세트의 상이한 반응제들이 중합 공정에 필요하거나 사용된다. 많은 구현예에 있어서, 반응제들의 세트는 PTFE, 보다 구체적으로는 PTFE의 수성 분산액을 포함한다. 또한, 중합 공정에 사용되는 반응제들의 세트는 스티렌/아크릴로니트릴 코폴리머, 스티렌 모노머, 아크릴로니트릴 모노머, SN 100(올레핀과 스테아르산)(예; 일본 Nippon Oils & Fats Co. Ltd.사 제품인 SN 100), 과황산칼륨(K2S2O8), 및 수산화칼륨(KOH)(예; AGC Chemical(Thailand) Co., Ltd.사 제조)을 포함한다.
중합 공정용 반응제 세트의 각 반응제의 상대적인 양 및/또는 농도는, 예를 들면 목표로 하는 반응 속도 및/또는 제1 공정 부분(110)을 통해 형성되는 중간 생성물에 대해 목표로 하거나 의도하는 상대적 성분 조성에 따라 선택되고 변동될 수 있다.
많은 구현예에 있어서, 반응제의 세트는 약 45∼55중량%(예; 약 50중량%)의 PTFE, 약 10∼20중량%(예; 약 15중량%)의 스티렌/아크릴로니트릴(SAN) 코폴리머, 약 22.5∼27.5중량%(예; 약 26.25중량%)의 스티렌 모노머, 및 약 7.5∼10중량%(예; 약 8.75중량%)의 아크릴로니트릴 모노머를 포함한다.
반응제의 세트는 PTFE 및 SAN뿐 아니라 스티렌 모노머와 아크릴로니트릴 모노머의 에멀젼을 포함하는 수지를 포함할 수 있다. 반응제의 세트는 수지 100부당 1부(1phr) 이상의 SN 100, 예를 들면 약 1.5phr의 SN 100을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 반응제의 세트는 약 0.25∼0.5phr의 K2S2O8, 보다 구체적으로는 약 0.30∼0.35phr의 K2S2O8를 포함할 수 있다. 또한, 반응제의 세트는 약 0.300∼0.320phr의 KOH, 보다 구체적으로는 약 0.310∼0.315phr의 KOH를 포함할 수 있다.
제1 공정 부분(110), 보다 구체적으로 제1 공정 부분(110)의 중합 공정은 예를 들면 20리터 반응기에서 실행된다. 상기 중합 공정용으로는 상이한 체적의 다른 반응기가 사용될 수도 있음을 이해할 것이다. 많은 구현예의 공정(100)은 코어-셸 PTFE계 분말의 공업적 제조 또는 생산을 위해 용이하게 및/또는 간편하게 축소, 확대될 수 있다.
많은 구현예에 있어서, PTFE는 총 고체 함량이 약 60%인 현탁액 또는 수성 분산액의 형태로 반응기에 도입된다. 스티렌과 아크릴로니트릴의 코폴리머(즉, SAN 코폴리머)가 에멀젼으로서 반응기에 첨가될 수 있다.
PTFE, 및 스티렌과 아크릴로니트릴의 코폴리머를 반응기에 첨가한 다음, 반응기의 내용물을 교반기를 이용하여 교반하여 혼합 및/또는 균질화할 수 있다. 반응기의 온도는, 가열 시스템, 예를 들면 핫 스팀 재킷 시스템을 이용하여 약 60℃ 내지 70℃, 예를 들면 약 65℃로 상승시킬 수 있다. 다른 가열 시스템, 예를 들면 해당 기술 분야에 공지되어 있는 가열 시스템 또는 히터를 사용하여 반응기의 온도를 변화시키고 및/또는 유지할 수 있다.
온도가 상승되고, 상승된 온도(예를 들면, 약 60℃ 내지 70℃)에서 유지되면, 스티렌 모노머와 아크릴로나트릴 모노머 각각은 이어서 용액 형태로 반응기에 첨가된다. 또한, 반응기 온도의 상승(예를 들면, 약 60℃ 내지 70℃로)에 이어서 K2S2O8이 반응기에 첨가될 수 있다. K2S2O8은 중합 공정용 촉매로서 작용한다. K2S2O8은 수용액으로서 반응기에 도입될 수 있다.
K2S2O8은 의도되거나 목표로 한 온도에 도달하는 즉시 또는 거의 즉시 반응기에 도입될 수 있다. 몇몇 구현예에 있어서, 스티렌 모노머와 아크릴로나트릴 모노머는 각각, 의도되거나 목표로 한 온도(예를 들면 약 65℃)에 도달하는 즉시 또는 거의 즉시 반응기에 도입될 수 있다. 보다 구체적으로, 미리 설정된 양의 스티렌 모노머와 아크릴로나트릴 모노머(또는, 스티렌 모노머와 아크릴로나트릴 모노머의 총량 또는 최종량의 특정 퍼센트)가, 의도되거나 목표로 한 온도에 도달했을 때, 반응기에 먼저 첨가될 수 있다. 예를 들면, 스티렌 모노머와 아크릴로나트릴 모노머의 총량 또는 최종량의 약 5% 내지 20%(예를 들면 약 10%)가, 의도되거나 목표로 하는 반응기 온도에 도달했을 때 반응기에 즉시 또는 거의 즉시 첨가될 수 있다.
이어서, 또 다른 소정량의 스티렌 모노머와 아크릴로니트릴 모노머, 또는 스티렌 모노머와 아크릴로니트릴 모노머의 총량 또는 최종량의 나머지를, 4시간 내지 5시간, 예를 들면 약 4.5시간에 걸쳐 반응기에 첨가할 수 있다.
SN 100 및 KOH도 반응기에 첨가될 수 있다. SN 100 및 KOH는 공동으로 기능할 수 있으며, 따라서 제어형 에멀젼 시스템(또는 유화제(emulsifier))으로 지칭될 수 있다. 유화제(즉, SN 100과 KOH의 혼합물)는 K2S2O8이 반응기에 첨가된 다음 반응기에 도입될 수 있다.
몇몇 구현예에 있어서, 유화제(즉, SN 100과 KOH의 혼합물)는 4시간 내지 5시간, 예를 들면 약 4.5시간에 걸쳐 도입될 수 있다. 다양한 구현예에서, 스티렌 모노머와 아크릴로니트릴 모노머는 반응기로의 유화제의 도입과 함께 4.5시간 동안에 걸쳐 반응기에 도입된다.
유화제(즉, SN 100과 KOH의 혼합물)를 반응기에 첨가하는 동안, 반응기의 온도는 약 60℃ 내지 70℃, 예를 들면 약 65℃로 유지될 수 있다.
본 발명의 여러 가지 구현예에 있어서, 스티렌과 아크릴로니트릴의 모노머 용액은, 각각 반응기로의 촉매(즉, K2S2O8)의 도입 및 반응기로의 유화제(즉, SN 100과 KOH의 혼합물)의 도입시 반응기에 첨가될 수 있다. 보다 구체적으로, 스티렌의 모노머 용액과 아크릴로니트릴의 모노머 용액의 약 5% 내지 20%, 예를 들면 약 10%를 촉매(즉, K2S2O8)와 함께 반응기로 동시에 첨가할 수 있고; 상기 두 모노머 용액의 약 80% 내지 95%, 예를 들면 약 90%(즉, 나머지의 양)를, 후속적으로 유화제(즉, SN 100과 KOH의 혼합물)와 동시에 반응기에 첨가할 수 있다.
유화제(즉, SN 100과 KOH의 혼합물)의 첨가에 이어서, 반응기의 온도를 예를 들면 약 2℃ 내지 5℃ 만큼(예를 들면, 약 65℃로부터 약 68℃까지) 상승시킬 수 있다. 상승된 온도를 약 2시간 내지 약 3시간 동안, 예를 들면 약 2.5시간 동안 유지시킬 수 있다. 온도를 상기 시간 동안(예; 약 2.5시간) 유지시킴으로써, 제1 공정 부분(110)의 중합 공정이 완결될 수 있다.
이어서, 반응기를 냉각시킬 수 있다. 본 발명의 많은 구현예에 있어서, 제1 공정 부분(110)은 중간 생성물, 보다 구체적으로는 코어-셸 PTFE계 라텍스를 생성한다. 코어-셸 PTFE계 라텍스는 PTFE계 코어와, 상기 PTFE계 코어를 둘러싸거나 적어도 실질적으로 둘러싸는 SAN계 셸을 구비한 코어-셸 입자를 포함한다. 코어-셸 PTFE계 라텍스(또는 중간 생성물)는 현탁액, 에멀젼 또는 용액으로 존재한다.
본 발명은 또한, 코어-셸 PTFE계 분말(즉, 최종적 또는 얻어지는 생성물)을 제조 또는 생산하기 위한 중합 공정에 후속적인 응집 공정의 이용 또는 수행을 포함한다. 코어-셸 PTFE계 분말은 고체 상태 또는 적어도 실질적으로 고체 상태로 존재한다. 몇몇 구현예에 있어서, 고체의 코어-셸 PTFE계 분말은 다른 플라스틱 분말과의 증대된 상용성을 가지며, 그 결과, 예를 들면 플라스틱 또는 플라스틱계 생성물의 제조를 위한 컴파운딩 공정중에, 고체의 코어-셸 PTFE계 분말과 다른 플라스틱 분말의 혼합과 관련된 용이성 및/또는 효율을 증강 또는 증대시킨다.
또한, 본 발명은 코어-셸 PTFE계 라텍스(또는 중간 생성물)을 제조 또는 생산하기 위한 중합 공정의 부분(들)을 실행하는 동안 새로운 온도, 반응제 조합, 상대적 반응제 농도 및/또는 양, 및/또는 지속시간을 상세히 개시한다. 그러한 중합 공정의 부분(들)을 실행하는 동안 새로운 온도, 반응제 조합, 상대적 반응제 농도 및/또는 양, 및/또는 지속시간은, 유의적으로, 놀라울 정도로 및/또는 예상밖으로 증강된 성질 또는 특성을 가진 코어-셸 PTFE계 분말(또는 최종적 생성물)의 제조를 촉진하거나 가능하게 할 수 있다.
응집 공정
제2 공정 부분(120)에서, 응집 공정 또는 반응이 실행된다. 응집 공정 또는 반응은 응집 반응제들의 세트를 사용하여 실행 또는 수행된다.
응집이란, 콜로이드가 현탁액(또는 액체에 현탁된) 상태로 형성되는 공정으로 일반적으로 정의된다. 응집시, 미세한 입자상 집괴 또는 클럼프가 응집체(floc)로 합쳐진다. 즉, 개별적으로 분산된 입자들이 응집 공정중에 집괴를 형성하거나 덩어리를 형성한다. 응집체는 떠오르거나 액체의 상부에 모이거나, 액체의 저부에 가라앉고, 여과 공정을 통해 분리되거나 수득될 수 있다.
응집 반응물들의 세트는 제1 공정 부분(110)에 의해 형성 또는 제조된 중간 생성물(즉, 코어-셸 PTFE계 라텍스)을 포함한다. 또한, 응집 반응물들의 세트는 응고제, 컬러 안정화제, 및 산화방지 물질, 화합물 또는 조성물을 포함한다. 몇몇 구현예에 있어서, 컬러 안정화제는 테트라소듐 피로포스페이트(TSPP), 소듐 포름알데히드 설폭실레이트(SFS), 및/또는 수산화칼륨(KOH)을 포함한다. 또한, 상기 산화방지 물질은, 산화방지-아쿠아녹스(antioxidant-aquanox) LDLA이거나 그것을 포함하고, 응고제는 무수 황산마그네슘(MgSO4ㆍ7H2O) 및 인산(H3PO4)을 포함한다.
몇몇 구현예에 있어서, 응집 반응제의 세트는 SAN 라텍스를 구비한 코어-셸 PTFE 100중량%를 포함한다. 또한, 응집 반응제의 세트는 약 0.08phr 내지 0.12phr, 예를 들면 약 0.1phr의 TSPP, 약 0.08phr 내지 0.12phr, 예를 들면 약 0.1phr의 SFS, 약 0.18phr 내지 0.25phr, 예를 들면 약 0.21phr의 KOH, 약 8.470phr 내지 8.480phr, 예를 들면 약 8.474phr의 탈염수 또는 탈염수 서플라이(WDS), 약 0.5phr 내지 0.7phr, 예를 들면 약 0.6phr의 산화방지-아쿠아녹스 LDLA, 약 5.020phr 내지 5.030phr, 예를 들면 약 5.025phr의 MgSO4ㆍ7H2O, 약 1.670phr 내지 1.680phr, 예를 들면 약 1.675phr의 H3PO4를 포함할 수 있다. 탈염수는 TSPP, SFS 및/또는 KOH에 대한 용매의 기능을 가질 수 있다.
여러 가지 구현예에 있어서, 응집 공정은 컬러 안정화제를 구비한 코어-셸 PTFE계 분말(중간 생성물 또는 그라프트 PTFE 라텍스로도 알려져 있음)과 산화방지 물질을 혼합함으로써 라텍스 마스터배치를 제조하는 것으로 시작될 수 있다. 전술한 바와 같이, 컬러 안정화제 용액은 TSPP, SFS 및 KOH를 포함할 수 있다. 산화방지 물질은 산화방지-아쿠아녹스 LDLA이거나 또는 이것을 포함한다.
많은 구현예에 있어서, 응집 공정은 반응기, 예를 들면 15리터 반응기에서 이루어지거나 실행된다. 응집 공정용 반응기의 체적 또는 용량은 예를 들면 공업적인 규모로 코어-셸 PTFE계 분말을 조제 또는 제조하기 위해 증대시킬 수 있다.
15리터 반응기를, 예를 들면, 12리터의 물로 채울 수 있다. 또한, 응고제를 반응기에 첨가한다. 응고제는 MgSO4와 H3PO4 중 어느 하나 또는 모두를 포함한다.
많은 구현예에 있어서, 응고제는 MgSO4와 H3PO4의 혼합물을 포함한다. 응고제가 MgSO4와 H3PO4 모두를 포함하는 경우, 응고제에 존재하는 MgSO4의 농도는 약 4.5phr 내지 5.5phr, 보다 구체적으로는 4.75phr 내지 5.25phr일 수 있다. 또한, 응고제 중 H3PO4의 농도는 1phr 내지 2.5phr, 보다 구체적으로는 1.25phr 내지 1.75phr일 수 있다. 특정한 구현예에 있어서, 응고제가 MgSO4와 H3PO4의 혼합물을 포함하는 경우, 응고제의 MgSO4의 농도는 약 5.025phr이고, 응고제의 H3PO4의 농도는 약 1.675phr이다.
응고제가 MgSO4만을 포함하는 경우에, MgSO4의 농도는 약 4.0phr 내지 7.5phr, 보다 구체적으로는 5.0phr 내지 7.0phr이다. 특정한 구현예에서, MgSO4의 농도는 약 6.7phr이다.
응고제가 H3PO4만을 포함하는 경우에, H3PO4의 농도는 약 4.0phr 내지 7.5phr, 보다 구체적으로는 4.5phr 내지 6.0phr이다. 특정한 구현예에서, H3PO4의 농도는 약 5.2phr이다.
응고제를 반응기에 첨가한 후, 반응기의 온도를 약 85℃ 내지 90℃, 예를 들면 약 86℃ 내지 89℃로 상승시킨다. 상기 온도는 약 85℃ 내지 90℃의 상승된 온도에서 유지된다.
이어서, 라텍스 마스터배치(즉 코어-셸 PTFE계 분말(또는 중간 생성물), 컬러 안정화제 및 산화방지 물질)를 반응기에 첨가한다 라텍스 마스터배치는 제어된 속도로 반응기에 도입될 수 있다.
반응기 내의 응고제와 코어-셸 PTFE계 라텍스간에는 응집 반응이 일어난다. 보다 구체적으로, PTFE계 코어와 SAN계 셸을 포함하는 코어-셸 입자의 응집은 응고제의 촉진 또는 도움 하에 반응기에서 일어난다. 라텍스 마스터배치를 반응기에 첨가하는 동안, 반응제의 온도는 약 85℃ 내지 90℃, 예를 들면 약 86℃ 내지 89℃로 유지된다.
코어-셸 PTFE계 라텍스(또한 반응제의 세트의 다른 반응제)가 반응기에 첨가된 다음, 반응기 온도는 약 90℃ 내지 95℃, 예를 들면 92℃ 내지 94℃로 상승된다. 상승된 온도, 예를 들면 약 92℃ 내지 94℃의 온도는 응집 공정을 촉진하거나 가능하게 한다. 응집 공정의 지속 시간(예를 들면, 응집 공정의 완결을 위한 시간)은 제어될 수 있고, 예를 들면 15분 내지 30분일 수 있다.
응집 공정에 의해 얻어지는 생성물인 코어-셸 PTFE계 분말이 제조된다. 코어-셸 PTFE계 분말은 현탁된 물질, 생성물, 또는 수중 분말로서 제조된다. 보다 구체적으로, 코어-셸 PTFE계 분말은 PTFE계 코어와, PTFE계 코어를 둘러싸거나 또는 적어도 실질적으로 둘러싸는 SAN계 셸을 구비한 고체 입자를 포함한다.
제3 공정 부분(130)에서, 생성되거나 제조된 코어-셸 PTFE계 분말은, 예를 들면 여과 공정에 의해, 반응기에 존재하는 물(및/또는 임의의 잔류하는 미반응 반응제)로부터 수득되거나 분리된다. 수득되거나 분리된 코어-셸 PTFE계 분말은 이어서 건조된다. 코어-셸 PTFE계 분말의 건조는 약 75℃ 내지 90℃의 온도, 예를 들면 약 80℃의 온도에서 소정의 시간, 예를 들면 24시간에 걸쳐 오븐 중의 베이킹 공정을 통해 실행될 수 있다.
본 발명의 다양한 구현예에 의해 제공되는 코어-셸 PTFE계 분말은 플라스틱 또는 플라스틱 제품을 제조하는 데 사용될 수 있다. 예를 들면, 코어-셸 PTFE계 분말은 스티렌계 폴리머 및 플라스틱의 제조 공정에서 첨가제로서 사용될 수 있다. 다양한 구현예에 의해 제공되는 코어-셸 PTFE계 분말은 스티렌계 폴리머 및 플라스틱과 상용성을 가진다. 첨가제로서 사용될 때, 본 발명의 특정 구현예의 코어-셸 PTFE계 분말은 향상되거나 증강된 가공성 및/또는 향상된 기계적 성질(예를 들면, 증가된 내마모성 또는 낮은 표면 거칠기)을 제공한다. 또한, 코어-셸 PTFE계 분말은 취급이 용이하고 작업하기에 용이하다(즉, 증강된 작업성 및/또는 취급 용이성). 예를 들면, 코어-셸 PTFE계 분말은 기존의 PTFE 분말에 비해 증강된 유동성 특성 및 감소된 응집을 나타낸다. 플라스틱 제품의 제조 공정에 사용될 때, 코어-셸 PTFE계 분말은 제조된 플라스틱 제품이 매끄러운, 또는 실질적으로 매끄러운 표면을 가지도록 촉진하거나 가질 수 있게 할 수 있다.
몇몇 구현예에 있어서, 코어-셸 PTFE계 분말은 스티렌/아크릴로니트릴 폴리머, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌(ABS) 폴리머, 및 스티렌계 폴리머를 기재로 하는 분말과 양호한 상용성을 가진다. 코어-셸 PTFE계 분말은, 난연성을 가진 난연성 조성물을 제조하기 위한 다른 플라스틱계 수지와 함께 사용되거나 또는 조합될 수 있다.
예를 들면, 코어-셸 PTFE계 분말은, 난연 용도를 가진 난연성 조성물을 제조하기 위해 아크릴로니트릴/스티렌(ABS) 분말 및 스티렌/아크릴로니트릴(SAN) 수지를 포함하는 수지와 혼합될 수 있다. 하기 표 1은 코어-셸 PTFE계 분말을 포함하는 난연성 첨가제 또는 난연성 화합물과 베이스 수지를 포함하는 난연성 조성물(A)의 성분을 수록한다. 난연성 조성물(A)의 성질, 보다 구체적으로는 난연성 관련 성질을 표 2에 나타낸다.
난연성 조성물(A)의 성분
베이스 수지(%)
ABS 분말
SAN 수지		 36
64
첨가제(phr)
난연제
화염 상승제(synergist)
내부 윤활제 A
내부 윤활제 B
코어-셸 PTFE계 분말		 17.5
4
0.05
0.5
0.5
난연성 조성물(A)의 성질
성질 단위 달성된 수준
MFI (200℃/5kg) g/10분 3.0-5.0
노치형 충격 강도 (NI) kg-cm/㎠ 9.0-12.0
Rockwell 경도 (HR) R-스케일 108-115
인장 강도 (TS) kg/㎠ 520-540
연신율 (EL) % 10-30
휨 강도 (FS) kg/㎠ 650-700
휨 계수 (FM) 104kg/㎠ 2.20-2.40
열 왜곡 온도 (HDT) ℃ 75-85
UL 인화성 표준-94 (UL-94) - V-0
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 코어-셸 PTFE계 분말은 ABS 분말과 SAN 수지를 포함하는 베이스 수지와 상용성, 또는 양호한 상용성을 나타낸다. 표 2에 제시된 값은, 코어-셸 PTFE계 분말이 난연성 조성물 또는 화합물을 제조하기 위해 베이스 수지와 합쳐지거나 혼합되는 첨가제(예; 드립 방지(anti-dripping) 첨가제)에 혼입되거나 그 일부로서 사용될 수 있다는 것을 나타낸다. 표 2에 제시된 값은, 코어-셸 PTFE계 분말을 포함하는 첨가제는 ABS 분말과 SAN 수지를 포함하는 베이스 수지와 상용성, 또는 양호한 상용성을 나타낸다는 것을 나타낸다. 본 발명의 다양한 구현예의 코어-셸 PTFE계 분말을 포함하는 첨가제는 ABS 분말과 SAN 수지를 포함하는 베이스 수지와 혼합되거나, 합쳐지거나, 혼입되어 난연성을 가진 난연성 화합물을 생성할 수 있다.
몇몇 구현예에 있어서, 코어-셸 PTFE계 분말을 난연성 조성물 또는 화합물(예; 난연성 조성물(A))에 내포시킴으로써 상기 난연성 조성물의 난연성이 향상된다. 코어-셸 PTFE계 분말의 내포로 인한 특정 난연성 조성물의 난연성에 대한 그러한 향상은 유의적이고, 예상 밖이며, 및/또는 예견하지 못한 것일 수 있다.
또한, 특정한 구현예에 있어서, 코어-셸 PTFE계 분말을 포함하는 난연성 첨가제는 난연성 조성물(B)을 생성하기 위해 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌(ABS) 분말 및 폴리카르보네이트(PC) 수지를 포함하는 베이스 수지와 혼합될 수 있다. 표 3은 난연성 조성물(B)의 성분들을 수록한다. 난연성 조성물(B)의 성질, 보다 구체적으로는 난연성 관련 성질을 표 4에 나타낸다.
난연제 조성물(B)의 성분
베이스 수지(%)
ABS 분말
PC 수지		 15
85
첨가제(phr)
난연제
내부 윤활제 A
내부 윤활제 B
코어-셸 PTFE계 분말		 15
0.05
0.2
1.0
난연성 조성물(B)의 성질
성질 단위 달성된 레시피
MFI (200℃/5kg) g/10분 50-60
노치형 충격 강도 (NI) kg-cm/㎠ 50-60
Rockwell 경도 (HR) R-스케일 110-120
인장 강도 (TS) kg/㎠ 450-550
연신율 (EL) % 30-70
휨 강도 (FS) kg/㎠ 650-750
휨 계수 (FM) 104kg/㎠ 2.2-2.4
열 왜곡 온도 (HDT) ℃ 70-80
UL 인화성 표준-94 (UL-94) - V-0
표 3의 값으로부터 알 수 있는 바와 같이, 코어-셸 PTFE계 분말을 포함하는 첨가제는 ABS 분말과 폴리카르보네이트(PC) 수지를 포함하는 베이스 수지와 상용성 또는 양호한 상용성을 나타낸다.
표 4에 제시된 값들은, 코어-셸 PTFE계 분말을 포함하는 특정 첨가제가 난연성을 가진 난연성 조성물을 생성하기 위해 ABS 분말과 PC 수지를 포함하는 베이스 수지와 혼합되거나 결합될 수 있음을 나타낸다. 코어-셸 PTFE계 분말을 포함하는 첨가제를, ABS 분말과 PC 수지를 포함하는 베이스 수지와 혼합하는 것은 불리한 영향을 주지 않으며, 오히려 상기 베이스 수지의 난연성 또는 능력을 향상시킬 수 있다.
또한, 표 4에 제시된 값들은, 코어-셸 PTFE계 분말을 포함하는 특정 첨가제를 ABS 분말과 PC 수지를 포함하는 베이스 수지에 첨가하는 것이 유의적 및/또는 예상 밖으로 향상된 난연성을 가진 난연성 조성물(예; 난연성 조성물(B))을 생성할 수 있음을 나타낸다.
본 발명의 다양한 구현예의 코어-셸 PTFE계 분말은 기존의 PTFE 조성물 또는 분말에 비해 유동성의 증강(즉, 증가된 유동률(flow rate))을 나타낸다. 또한, 코어-셸 PTFE계 분말은 기존의 PTFE 조성물 또는 분말에 비해 감소된 수준의 응집을 나타낼 수 있다. 하기 표 5는 기존의 PTFE 분말과 비교하여 본 발명의 특정 코어-셸 PTFE계 분말과 관련된 유동률을 나타낸다.
코어-셸 PTFE계 분말 및
기존의 PTFE계 분말의 유동성
샘플 유동률(g/분)
(실온에서)
코어-셸 PTFE계 분말 1173
기존의 PTFE계 분말 응집이 관찰됨
표 5의 값으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 특정 코어-셸 PTFE계 분말은 기존의 PTFE계 분말에 비해 유의적으로 증강된, 또는 증가된 유동률을 가진다. 몇몇 구현예에 있어서, 코어-셸 PTFE계 분말은 실온에서 약 1,000g/분 이상의 유동률을 나타낸다. 다양한 구현예에 있어서, 코어-셸 PTFE계 분말은 실온에서 약 1,100g/분 이상, 예를 들면 1,150g/분 내지 1,200g/분의 유동률을 나타낸다. 기존의 PTFE계 분말에 비교하여 본 발명의 다양한 구현예의 코어-셸 PTFE계 분말의 이러한 유동성(유동률)의 증가는 유의적이고, 및/또는 예견되지 않거나 예상되지 않은 것일 수 있다.
몇몇 구현예에 있어서, 코어-셸 PTFE계 분말은 구형 또는 실질적으로 구형이고, 피브릴(fibril) 또는 피브릴형 구조를 포함하지 않는다. 코어-셸 PTFE계 분말에서 피브릴 또는 피브릴형 구조의 부재는 상기 코어-셸 PTFE계 분말의 분산 관련 성질 또는 특성을 향상시킬 수 있고, 및/또는 코어-셸 PTFE계 분말이 다른 공지의 플라스틱 분말과 혼합될 수 있는 능력(즉, 다른 플라스틱 분말과 코어-셸 PTFE계 분말의 상용성)을 증가시킨다.
이하의 실시예는 본 발명의 특정 구현예에 대한 명확성 및/또는 이해를 높여줄 수 있다. 본 발명의 범위는 이하에 기재되는 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 제시된 실시예는 오로지 독자로 하여금 본 발명의 특정 구현예를 더 잘 이해 및/또는 공감할 수 있게 하려는 것이다.
실시예 1
실시예 1에서는, 본 발명의 일 구현예에 의해 제공되는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계 코어와 스티렌/아크릴로니트릴(SAN)계 셸을 가진 코어-셸 입자를 포함하는 조성물 또는 분말을 제조 또는 생산하는 방법이 기술된다.
상기 방법은 에멀젼 또는 현탁액으로서 존재하는 중간 생성물인 코어-셸 PTFE계 라텍스를 제조하기 위한 중합 공정을 포함한다. 상기 방법은 또한 PTFE계 코어와 SAN계 셸을 가진 고체 코어-셸을 생성시키는 응집 공정을 포함한다.
상기 중합 공정용 반응제는 하기 표 6에 요약되어 있다. 상기 중합 공정은 20리터 반응기에서, 고체 함량이 60%인 PTFE의 분산액과, 스티렌과 아크릴로니트릴의 수성 코폴리머를 도입함으로써 실행된다. 반응기의 내용물은 교반기를 이용하여 교반된다.
다음으로, 핫 스팀 재킷 시스템을 이용하여 반응기의 온도를 65℃까지 상승시킨다. 이어서, 스티렌과 아크릴로니트릴의 모노머 용액을 촉매와 함께 반응기에 가한다. 촉매는 K2S2O8이다. 촉매, 즉 K2S2O8의 양은 0.31중량부이다. K2S2O8을 첨가하고 나서 약 30분간 온도를 65℃로 유지시킨다.
이어서, 유화제를 반응기에 첨가한다. 유화제는 SN 100과 KOH를 포함한다. 유화제는 0.312중량부의 KOH와 1.5중량부의 SN 100을 포함한다. 상기 유화제는 상기 모노머 용액과 함께 첨가된다. 유화제 및 모노머 용액의 첨가는 온도를 65℃로 유지시키면서 약 4.5시간에 걸쳐 연속적으로 이루어진다. 모노머 용액은 26.25중량부의 스티렌과 8.75중량부의 아크릴로니트릴을 포함할 수 있다. 유화제 및 모노머 용액의 첨가 후, 온도를 65℃로 약 30분간 유지시킨 다음, 약 2.5시간 동안 약 68℃로 상승시킨다.
다음으로, 반응기를 냉각시킨다. 상기 중합 공정에 의해 코어-셸 PTFE계 라텍스(또한, 중간 생성물 또는 그라프트 테플론 또는 PTFE 라텍스로 알려져 있음)가 제조된다.
상기 방법은 중합 공정에 이어서 응집 공정을 추가로 포함한다. 응집 공정용 반응제는 하기 표 7에 요약되어 있다. 응집 공정은 코어-셸 PTFE계 라텍스를 컬러 안정화제 및 산화방지 물질과 혼합하여 라텍스 마스터배치를 제조함으로써 시작된다. 보다 구체적으로, 테트라소듐 피로포스페이트(TSPP) 0.1중량부, 소듐 포름알데히드 설폭실레이트(SFS) 0.1중량부, 및 수산화칼륨(KOH) 0.21중량부를 코어-셸 PTFE계 라텍스와 혼합한다. 여기에 추가하여, Aquanox LDLA(즉, 산화방지 물질) 0.6중량부를 상기 코어-셸 PTFE계 라텍스와 혼합한다.
응집 공정은 1.5리터 반응기에서 실행된다. 1.5리터 반응기에 물 12리터와 응고제를 채운다. 응고제는 황산마그네슘 5.025중량부와 인산 1.675중량부를 포함한다. 다음으로, 반응기의 온도를 약 86℃ 내지 89℃로 상승시킨다. 이어서, 상기 라텍스 마스터배치를 주입 속도를 제어하면서 반응기에 첨가한다. 다음으로, 반응기의 온도를 약 92℃ 내지 94℃로 상승시킨다. 응집에 걸리는 시간은 약 15분 내지 30분이다. 응집 반응 또는 공정에 의해 코어-셸 PTFE계 분말이 제조된다. 코어-셸 PTFE계 분말은 반응기로부터(및 반응기에 여전히 존재하는 잔류 반응물로부터) 분리되고, 격리되고, 수득될 수 있다. 코어-셸 PTFE계 분말을 분리 또는 수득하기 위해 여과 공정을 실행할 수 있다. 이어서, 코어-셸 PTFE계 분말은 약 80℃에서 약 24시간에 걸쳐 오븐에서 건조되어 건조 상태 또는 무수 코어-셸 PTFE계 분말이 얻어진다. 상기 공정의 결과적 또는 최종 생성물인 건조된 코어-셸 PTFE계 분말은 구형 또는 실질적으로 구형인 입자일 수 있다.
건조된 코어-셸 PTFE계 분말(즉, 실시예 1의 공정의 생성물)의 주사 전자현미경(SEM) 사진을 얻었다. 건조된 코어-셸 PTFE계 분말의 SEM 사진을 기존의 PTFE 분말의 SEM 사진과 비교하여 본 발명의 코어-셸 PTFE계 분말과 기존의 코어-셸 PTFE계 분말의 성질(즉, 상대적 구조적 성질)을 평가했다.
도 2a는 본 발명의 특정한 공정에 의해 제조된 건조 상태의 코어-셸 PTFE계 분말의 SEM 사진이고, 도 2b는 기존의 PTFE 분말의 SEM 사진이다. 도 2b에 나타난 바와 같이, 기존의 PTFE 분말은 피브릴 구조를 포함한다. 피브릴 구조는 기존의 PTFE 분말 전체에 분산될 수 있다. 피브릴 구조는 PTFE 분말을 분산시키는 데 어려움을 초래할 수 있다. 또한, 기존의 PTFE 분말에 존재하는 피브릴 구조는 다른 분말과 혼합하는 능력에 대해 불리한 충격 또는 영향을 미칠 수 있으므로, 그러한 기존의 PTFE 분말의 작업성을 저하시킬 수 있다.
도 2a에 나타난 바와 같이, 본 발명의 특정한 공정에 의해 제조된 건조 상태의 코어-셸 PTFE계 입자는 구형 또는 실질적으로 구형이다. 건조된 코어-셸 PTFE계 입자는 피브릴 또는 피브릴형 구조를 포함하는 것으로 보이지 않는다. 건조된 코어-셸 PTGE계 입자의 구형 또는 실질적으로 구형인 구조는 상기 입자의 분산 관련 특성을 향상시키는 데 도움을 줄 수 있고, 건조된 코어-셸 PTGE계 입자를 다른 공지의 플라스틱 분말과 혼합하는 능력을 증대시킬 수 있다.
중합 공정용 반응제
반응물/반응제 양
PTFE의 분산액 50중량%
스티렌과 아크릴로니트릴의 코폴리머 15중량%
스티렌 모노머 26.25중량%
아크릴로니트릴 8.75중량%
SN 100(올레산 및 스테아르산) 1.5phr
K2S2O8 0.31phr
수산화칼륨(KOH) 0.312phr
응집 공정/반응용 반응제
반응물/반응제 양
SAN 라텍스를 구비하는 코어-셸 PTFE 100중량%
테트라소듐 피로포스페이트(TSPP) 0.1phr
소듐 포름알데히드 설폭실레이트(SFS) 0.1phr
수산화칼륨(KOH) 0.21phr
WDS 8.474phr
산화방지제-아쿠아녹스 LDLA 0.6phr
MgSO4ㆍ7H2O 5.025phr
인산(H3PO4) 1.675phr
본 발명의 구현예는 PTFE계 코어와 SAN계 셸을 구비한 코어-셸 입자(코어-셸 PTFE계 분말이라고도 함)를 포함하는 조성물 또는 분말을 조제, 생산 또는 제조하는 방법, 공정 및 기술에 관한 것이다. 상기 코어-셸 PTFE계 분말은 고체 형태로 존재하므로, 예를 들면 플라스틱 제품을 제조하는 컴파운딩(compounding) 공정중에 다른 공지의 플라스틱 분말과 혼합하기 위한 상용성을 촉진 및/또는 증강시킨다. 본 발명의 구현예의 방법은 중합 공정 또는 반응뿐 아니라 응집 공정 또는 반응을 포함 또는 수반한다.
상기 중합 공정은 코어-셸 PTFE계 라텍스(또한 그라프트 테플론 또는 PTFE 라텍스로 알려져 있음)을 생성한다. 이 코어-셸 PTFE계 라텍스는 코어-셸 PTFE계 분말의 생산 또는 제조용 응집 공정에서 원재료로서 사용된다. 본 발명의 다양한 구현예에 의해 제조된 코어-셸 PTFE계 분말은 플라스틱(또는 폴리머)의 생산 또는 제조 공정에서 첨가제로서 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 다양한 구현예가 제공하는 공정을 통해 제조된 코어-셸 PTFE계 분말은, 예를 들면 스티렌 폴리머와 같은 다른 플라스틱 폴리머와 높은 균질성을 나타낸다. 또한, 본 발명의 다양한 구현예가 제공하는 공정을 통해 제조된 코어-셸 PTFE계 분말은 플라스틱(또는 폴리머) 제품의 제조 공정에서 첨가제로서 사용될 때 증강되거나 향상된 기계적 성질(예; 높은 기계적 강도 및/또는 보다 매끄러운 표면 특성)을 제공할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 특정한 구현예는 PTFE계 코어와 SAN계 셸을 구비한 코어-셸 입자를 포함하는 조성물 및 분말을 조제, 제조 또는 생산하기 위한 새로운, 이점을 가진, 및/또는 증강된 방법, 공정 및/또는 기술을 제공하기 위해 기재되어 있다. 그러한 구현예의 문맥 내에서, 특정한 구현예와 관련된 특징, 기능, 공정, 공정 부분, 이점 및 대안이 기재되었지만, 다른 구현예도 그러한 이점을 나타낼 수 있으며, 모든 구현예들이 본 발명의 범위에 포함되는 그러한 이점을 나타내야 하는 것은 아니다. 전술한 특징, 기능, 공정, 공정 부분, 이점 및 대안은 다른 상이한 방법, 공정, 시스템, 또는 용도에 바람직하게 결합될 수 있다. 전술한 특징, 기능, 공정, 공정 부분 또는 대안뿐 아니라, 당업자에 의해 후속적으로 이루어질 수도 있는 여러 가지의 현재로는 예견하지 못하거나 예상하지 못하는 그에 대한 대안, 변형, 변경 또는 개선 사항은 이하의 특허청구범위에 의해 포괄된다.

Claims (42)

  1. 폴리테트라플루오로에틸렌계 코어(core)로 구성되고, 스티렌/아크릴로니트릴 코폴리머계 셸(shell)을 포함하는 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말을 제조하는 방법으로서,
    폴리테트라플루오로에틸렌의 수성 분산액, 유화제, 과황산 칼륨, 스티렌 모노머, 아크릴로니트릴 모노머, 및 스티렌과 아크릴로니트릴의 코폴리머를 포함하는 반응제를 반응기에 도입하고, 60℃ 내지 70℃의 온도에서, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 라텍스를 제조하기 위한 중합 공정을 수행하는 단계;
    상기 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 라텍스를, 85℃ 내지 90℃의 온도에서, 응고제(coagulant), 컬러 안정화제, 및 산화방지제에 도입하여, 혼합물을 형성하는 단계; 및
    상기 혼합물의 온도를 90℃ 내지 100℃까지 상승시켜, 상기 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 라텍스를 응집시키는 단계를 포함하고,
    상기 반응기 내의 상기 반응제는 폴리테트라플루오로에틸렌 45중량% 내지 55중량%, 스티렌과 아크릴로니트릴의 코폴리머 10중량% 내지 20중량%, 스티렌 모노머 25중량% 내지 27.5중량%, 및 아크릴로니트릴 모노머 5중량% 내지 10중량%를 포함하고,
    상기 유화제는 수산화칼륨 및 올레산과 스테아르산의 혼합물을 포함하고,
    상기 응고제는 황산 마그네슘 및 인산 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 라텍스의 응집에 의해 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말이 제조되는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스티렌 모노머와 상기 아크릴로니트릴 모노머를 4시간 내지 5시간에 걸쳐 반응기에 도입하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반응제는 폴리테트라플루오로에틸렌 및 스티렌과 아크릴로니트릴의 코폴리머의 에멀젼을 포함하는 수지를 포함하고,
    수지 100부당 0.312부(0.312phr)의 수산화칼륨을 포함하고, 0.5phr의 올레산과 스테아르산의 혼합물을 포함하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    0.31phr의 과황산칼륨을 포함하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    10중량%의 스티렌 모노머 및 아크릴로니트릴 모노머와 함께 상기 과황산칼륨을 상기 반응기에 도입하고,
    90중량%의 스티렌 모노머 및 아크릴로니트릴 모노머와 함께 상기 유화제를 상기 반응기에 도입하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 과황산칼륨을 상기 반응기에 도입할 때, 상기 반응기의 온도를 63℃ 내지 67℃로 유지하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 유화제를 상기 반응기에 도입할 때, 상기 반응기의 온도를 63℃ 내지 67℃로 유지하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유화제를 4시간 내지 5시간 동안에 걸쳐 상기 반응기에 도입하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 과황산칼륨과 유화제를 상기 반응기에 도입한 다음, 상기 반응기의 온도를 67℃ 내지 70℃로 상승시키고, 상기 중합 공정의 완결을 촉진하고 달성하기 위해, 상기 상승된 온도를 2시간 내지 3시간 동안 유지시키는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 안정화제는 테트라소듐 피로포스페이트, 소듐 포름알데히드 설폭실레이트, 및 수산화칼륨 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 산화방지제는 아쿠아녹스(aquanox) LDLA를 포함하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 안정화제는 테트라소듐 피로포스페이트 0.1phr, 소듐 포름알데히드 설폭실레이트 0.1phr 및 수산화칼륨 0.21phr을 포함하고,
    상기 산화방지제는 아쿠아녹스 LDLA 0.6phr을 포함하고,
    상기 응고제는 황산마그네슘 5.025phr, 및 인산 1.675phr을 포함하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 코어-셸 폴리세트라플루오로에틸렌계 라텍스를 86℃ 내지 89℃의 온도에서 상기 응고제, 컬러 안정화제, 및 산화방지제에 도입하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 코어-셸 폴리세트라플루오로에틸렌계 라텍스를 상기 응고제, 컬러 안정화제, 및 산화방지제에 도입한 후에 상기 혼합물의 온도를 92℃ 내지 94℃로 상승시키는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말을 수득하기 위해 상기 혼합물을 여과하는 단계를 추가로 포함하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 수득된 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말을 75℃ 내지 90℃의 온도에서 건조하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  21. 폴리테트라플루오로에틸렌계 코어(core)로 구성되고, 스티렌/아크릴로니트릴 코폴리머계 셸(shell)을 포함하는 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말을 제조하는 방법으로서,
    폴리테트라플루오로에틸렌의 수성 분산액, 유화제, 과황산 칼륨, 스티렌 모노머, 아크릴로니트릴 모노머, 및 스티렌과 아크릴로니트릴의 코폴리머를 포함하는 반응제를 반응기에서 반응시켜, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 라텍스를 제조하기 위한 중합 공정을 수행하는 단계;
    상기 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 라텍스를 응고제(coagulant), 컬러 안정화제, 및 산화방지제에 도입하여, 혼합물을 형성하는 단계; 및
    상기 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 라텍스를 응집시키는 응집 공정을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 중합 공정 동안 스티렌 모노머와 아크릴로니트릴 모노머를 4시간 내지 5시간에 걸쳐 반응기에 도입하고,
    상기 응고제는 황산 마그네슘 및 인산 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 응집 공정을 통해 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말이 제조되는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 반응제는 폴리테트라플루오로에틸렌 45중량% 내지 55중량%, 스티렌과 아크릴로니트릴의 코폴리머 10중량% 내지 20중량%, 스티렌 모노머 25중량% 내지 27.5중량%, 및 아크릴로니트릴 모노머 5중량% 내지 10중량%를 포함하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 유화제는 수산화칼륨 및 올레산과 스테아르산의 혼합물을 포함하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  24. 제21항에 있어서,
    10중량%의 스티렌 모노머 및 아크릴로니트릴 모노머와 함께 상기 과황산칼륨을 상기 반응기에 도입하고,
    90중량%의 스티렌 모노머 및 아크릴로니트릴 모노머와 함께 상기 유화제를 상기 반응기에 도입하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 유화제를 4시간 내지 5시간 동안에 걸쳐 상기 반응기에 도입하는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 제1항에 있어서,
    상기 제조된 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말은 실온에서 1,000g/분 이상의 유동률(flow rate)을 가지는, 코어-셸 폴리테트라플루오로에틸렌계 분말의 제조 방법.


  32. 삭제
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