KR101535392B1 - 가소제, 수지 조성물 및 이들의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가소제, 수지 조성물 및 이들의 제조 방법에 관한 것으로, 친환경성을 띠지만 구조적인 한계로 인해 발생되던 불량한 물성들을 개선함으로써 수지 조성물의 가소제로서 사용시 컴파운드 처방에서 요구되는 내광성, 혹은 시트 처방에서 요구되는 점도, 블리딩(bleeding) 현상, 겔링성 등의 물성을 개선시킬 수 있는 가소제 및 이들을 포함한 수지 조성물을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 가소제, 수지 조성물 및 이들의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 친환경성을 띠지만 구조적인 한계로 인해 발생되던 불량한 물성들을 개선할 수 있는 가소제, 수지 조성물 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다.
통상적으로 가소제는 알코올이 프탈산 및 아디프산과 같은 폴리카복시산과 반응하여 이에 상응하는 에스터를 형성한다. 또한 인체에 유해한 프탈레이트계 가소제의 국내외 규제를 고려하여, 테레프탈레이트계, 아디페이트계, 기타 고분자계 등의 프탈레이트계 가소제를 대체할 수 있는 친환경 가소제들에 대한 연구가 계속되고 있다.
한편, 내광성을 물성으로 요구하는 바닥재, 벽지, 시트 업종의 제품 등을 제작하기 위해서는 변색을 고려하여 적절한 가소제를 사용하여야 한다. 벽지 또는 시트용 PVC 컴파운드의 경우에 해당 규격에서 요구되는 특성인 인장강도, 신율, 내광성, 블리딩(bleeding) 현상, 겔링성 등에 따라 PVC 수지에 가소제, 충전제, 안정제, 점도저하제, 분산제, 소포제, 발포제 등을 배합하게 된다.
일례로, PVC에 적용 가능한 친환경 가소제 중, 가격이 저렴한 디옥틸 테레프탈레이트를 적용할 경우, 점도가 높고 가소제의 흡수 속도가 상대적으로 느려 원지 뒷면으로 배어나오는 블리딩(bleeding) 현상이 관찰될 뿐 아니라, 겔링성도 탁월하지 않았다.
이에 상기 디옥틸 테레프탈레이트보다 우수한 제품, 혹은 디옥틸 테레프탈레이트를 포함한 신규 조성물의 제품을 개발함으로써, 염화비닐계 수지에 대한 가소제로서 최적 적용할 수 있는 기술에 대한 연구가 계속 필요한 실정이다.
이에 본 발명자들은 가소제에 대한 연구를 계속하던 중 친환경성을 띠지만 구조적인 한계로 인해 발생되던 불량한 물성들을 개선할 수 있는 친환경 가소제를 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 목적은 수지 조성물의 가소제로서 사용시 컴파운드 처방에서 요구되는 내광성, 혹은 시트 처방에서 요구되는 점도, 블리딩 현상, 겔링성 등의 물성을 개선시킬 수 있는 가소제와 그 제조 방법 및 이들을 포함한 수지 조성물을 제공하려는데 있다.
본 발명에 따르면, 이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가소제를 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 알코올 하에 이소프탈산 및 테레프탈산을 함께 투입하여 혼합물을 얻는 단계;
상기 혼합물에 촉매를 첨가하고 질소분위기 하에서 반응시키는 단계;
미반응 알코올을 제거하고, 미반응 산을 중화시키는 단계; 및
감압증류에 의해 탈수 및 여과하여 가소제를 얻는 단계;를 포함하는, 가소제의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면, 테레프탈 타입의 에스테르와 이소프탈 타입의 에스테르를 포함하는 에스테르계 혼합물을 준비하는 단계; 및
상기 테레프탈 타입의 에스테르와 이소프탈 타입의 에스테르를 상기 이소프탈 타입의 에스테르가 상기 혼합물 총 중량 기준으로 1 내지 99 wt%이도록 블렌딩하여 제1항의 가소제를 얻는 단계;를 포함하는, 가소제의 제조방법을 제공한다.
나아가, 본 발명에 따르면, 에틸렌 초산 비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리스타이렌, 폴리우레탄, 및 열가소성 엘라스토머 중에서 선택된 수지 100 중량부에 대하여, 상기 가소제를 5 내지 150 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 조성물을 제공한다.
본 발명에 따르면, 친환경성을 띠지만 구조적인 한계로 인해 발생되던 불량한 물성들을 개선함으로써 수지 조성물의 가소제로서 사용시 컴파운드 처방에서 요구되는 내광성, 혹은 시트 처방에서 요구되는 점도, 블리딩(bleeding) 현상, 겔링성 등의 물성을 개선시킬 수 있는 가소제 및 이들을 포함한 수지 조성물을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명에서는 친환경성을 띠지만 구조적인 한계로 인해 발생되던 불량한 물성들을 개선할 수 있는 가소제를 제공하는데 기술적 특징을 갖는다.
본 발명에 따른 가소제는 친환경 가소제로서, 상기 용어 "친환경 가소제"는 달리 언급되지 않는 한, 에테르 프리(ether-free) 에스테르계 가소제, 혹은 에테르 프리 프탈 타입 에스테르계 가소제를 지칭할 수 있다. 여기서 프탈 타입 에스테르란 이소프탈 및 테레프탈을 모두 포함할 수 있다.
상기 에테르 프리는 가소제 내에 포함된 에테르 성분이 1,000 ppm 이하, 100 ppm 이하, 혹은 10 ppm 이하인 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가소제에 있어서, 이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르의 혼합비는 1 : 99 내지 99 : 1의 중량비일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가소제에 있어서, 이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르의 혼합비는 20 : 80 내지 99 : 1 중량비, 50 : 50 내지 99 : 1 중량비 또는 50 : 50 내지 90 : 10 중량비일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가소제에 있어서, 이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르의 혼합비는 60 : 40 내지 90 : 10 중량비 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가소제에 있어서, 이소프탈 타입의 에스테르가 가소제 총 중량 기준으로 1 내지 99 wt%, 20 내지 99 wt%, 50 내지 99 wt%,는 50 내지 90 wt% 또는 60 내지 90 wt%인 가소제를 제공할 수 있다.
구체적으로는 본 발명의 일 실시예에 따른 가소제에 있어서, 이소프탈 타입의 에스테르의 함량은 테레프탈 타입의 에스테르의 함량과 동등하거나, 그 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가소제에 있어서, 이소프탈 타입의 에스테르의 함량은 테레프탈 타입의 에스테르의 함량과 동등하거나, 그 이상의 함량으로 사용하는 경우, 컴파운드 또는 시트 등 제조시 경도 및 신율이 현저히 개선되어 제품의 생산성 및 작업성에 유리할 수 있으며, 가소화 효율의 개선 효과가 뛰어날 수 있다.
상기 이소프탈 타입의 에스테르는 일례로, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 3 내지 11, 탄소수 4 내지 10, 탄소수 8 내지 10, 탄소수 8 내지 9, 혹은 탄소수 8인 알킬기 중에서 독립적으로 선택된 말단 기를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가소제는, 특히 이소프탈 타입의 에스테가 탄소수 8 내지 10인 알킬기 중에서 선택된 말단기를 포함함으로써 탄소수 7 이하인 알킬기 중에서 선택된 말단기를 갖는 에스테르를 사용한 가소제를 포함하는 경우에 비해 내이행성 및 가열 감량이 현저히 개선될 수 있다. 내이행성과 가열 감량이 증가하는 경우 최종 제품의 가공성 및 장기 안정성에 있어서 치명적인 결점이 될 수 있다. 특히, 가열 감량이 증가함은 내부에 존재하는 가소제의 양이 감소함을 의미할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 가소제는 내이행성 및 가열 감량을 개선시키기 위해 탄소수 8 내지 10인 알킬기 중에서 선택된 말단기를 갖는 에스테르를 포함하는 이소프탈 타입의 에스테르를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가소제에 있어서, 상기 이소프탈 타입의 에스테르는 디알킬이소프탈레이트일 수 있으며, 상기 알킬은 탄소수 1 내지 12, 탄소수 3 내지 11, 탄소수 4 내지 10, 탄소수 8 내지 10, 탄소수 8 내지 9, 혹은 탄소수 8인인 알킬일 수 있다.
구체적인 예로, 상기 이소프탈 타입의 에스테르는 하기 식 1로 표시되는 구조를 갖는 것일 수 있다.
[화학식 1]
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가소제에 따르면, 테레프탈 타입의 에스테르는 가소제 총 중량 기준으로 1 내지 99 wt%, 1 내지 80 wt%, 1 내지 50 wt%, 10 내지 50 wt%, 또는 10 내지 40 wt%일 수 있다.
상기 테레프탈 타입의 에스테르는 탄소수 1 내지 12, 탄소수 3 내지 11, 탄소수 4 내지 10, 탄소수 8 내지 10, 탄소수 8 내지 9, 혹은 탄소수 8인 알킬기 중에서 독립적으로 선택된 말단 기를 갖는 것일 수 있다.
구체적인 예로, 상기 테레프탈 타입의 에스테르는 상술한 이소프탈 타입의 에스테르의 말단기와 동일한 탄소수를 갖는 알킬기를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 특히 테레프탈 타입의 에스테가 탄소수 8 내지 10인 알킬기 중에서 선택된 말단기를 가짐으로써 탄소수 7 이하인 알킬기 중에서 선택된 말단기를 갖는 에스테르를 사용한 가소제에 비해 내이행성 및 가열 감량이 현저히 개선될 수 있다. 내이행성과 가열 감량이 증가하는 경우 최종 제품의 가공성 및 장기 안정성에 있어서 치명적인 결점이 될 수 있다. 특히, 가열 감량이 증가함은 내부에 존재하는 가소제의 양이 감소함을 의미할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 가소제는 내이행성 및 가열 감량을 개선시키기 위해 탄소수 8 내지 10인 알킬기 중에서 선택된 말단기를 갖는 에스테르를 포함하는 테레프탈 타입의 에스테르를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가소제에 있어서, 상기 테레프탈 타입의 에스테르는 디알킬테레프탈레이트일 수 있으며, 상기 알킬은 탄소수 1 내지 12, 탄소수 3 내지 11, 탄소수 4 내지 10, 탄소수 8 내지 10, 탄소수 8 내지 9, 혹은 탄소수 8인인 알킬일 수 있다.
다른 일례로, 상기 테레프탈 타입의 에스테르는 하기 식 2로 표시되는 구조를 갖는 것일 수 있다.
[화학식 2]
본 발명에서 상기 가소제를 제조하는 방식은, 원 팟(one pot) 제조 방식 혹은 블렌딩 방식을 적용할 수 있는 것으로, 일례로 원 팟 제조 방식은 다음과 같다.
즉, 알코올 하에 이소프탈산을 투입한다(이하 제1 단계라 칭함).
상기 혼합물에 촉매를 첨가하고 질소분위기 하에서 반응시킨다.
그런 다음 미반응 알코올을 제거하고, 미반응 산을 중화시킨다.
이어서 감압증류에 의해 탈수 및 여과하여 상기 가소제를 제조할 수 있다.
구체적인 예로, 상기 이소프탈산과 테레프탈산은 20 : 80 내지 99 : 1 중량비, 50 : 50 내지 99 : 1 중량비 또는 50 : 50 내지 90 : 10 중량비로 투입할 수 있다.
또한, 또 다른 일례로 이소프탈산과 테레프탈산은 60 : 40 내지 90 : 10 중량비로 투입할 수 있다.
또한, 상기 블렌딩 제조 방식은 일례로 다음과 같다.
테레프탈 타입의 에스테르와 이소프탈 타입의 에스테르를 준비한다.
상기 테레프탈 타입의 에스테르와 이소프탈 타입의 에스테르를 상기 이소프탈 타입의 에스테르가 가소제 총 중량 기준으로 1 내지 99 wt%, 20 내지 99 wt%, 50 내지 99 wt%,는 50 내지 90 wt% 또는 60 내지 90 wt%이 되도록 블렌딩하여 상기 가소제를 제조할 수 있다.
상기 블렌딩 제조 방식에서, 상기 테레프탈 타입의 에스테르는, 알코올에 테레프탈산을 투입한 다음 촉매를 첨가하고 질소분위기 하에서 반응시키는 단계; 미반응 알코올을 제거하고, 미반응 산을 중화시키는 단계; 및 감압증류에 의해 탈수 및 여과하는 단계;로 준비될 수 있다.
또한, 상기 블렌딩 제조 방식에서, 상기 이소프탈 타입의 에스테르는, 알코올에 이소프탈산을 투입한 다음 촉매를 첨가하고 질소분위기 하에서 반응시키는 단계; 미반응 알코올을 제거하고, 미반응 산을 중화시키는 단계; 및 감압증류에 의해 탈수 및 여과하는 단계;로 준비될 수 있다.
상기 원 팟 제조 방식 혹은 블렌딩 제조 방식에서 사용되는 알코올은, 일례로 탄소수 1 내지 20의 알킬기를 갖는 지방족 혹은 방향족 화합물일 수 있고, 구체적인 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 노말 부탄올, 이소부탄올, tert-부탄올, 펜탄올 및 그 이성질체 알코올, 헥산올 및 그 이성질체 알코올, 헵탄올 및 그 이성질체 알코올, 2-에틸헥실 알코올, 노말 옥틸 알코올 등의 옥탄올 및 그 이성질체 알코올, 이소노닐 알코올 등의 노난올 및 그 이성질체 알코올, 2-프로필헵틸 알코올, 4-메틸-2-프로필 헥실 알코올, 5-메틸-2-프로필-헥실 알코올, 노말 데실 알코올 등의 데칸올 및 그 이성질체 알코올, 운데칸올 및 그 이성질체 알코올, 도데칸올 및 그 이성질체 알코올 등 탄소수 1 내지 20의 알킬기를 갖는 지방족 알코올 및 그 이성질체 알코올, 그리고 페놀, 벤질알코올 등의 탄소수 1 내지 20의 알킬기를 갖는 방향족 알코올 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
또 다른 예로, 상기 알코올은 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 3 내지 11, 탄소수 4 내지 10, 탄소수 8 내지 10, 탄소수 8 내지 9, 혹은 탄소수 8의 알킬기를 갖는 분지쇄 지방족 알코올일 수 있다
상기 원 팟 제조 방식에 사용되는 상기 알코올은, 테레프탈산과 이소프탈산의 혼합물 총 100 몰% 기준으로 150 내지 500 몰%, 200 내지 400몰%, 200 내지 350 몰%, 250 내지 400 몰%, 혹은 270 내지 330 몰% 범위 내로 사용될 수 있다.
또한 상기 블렌딩 제조 방식에 사용되는 상기 알코올은, 테레프탈산 100 몰% 기준으로 150 내지 500 몰%, 200 내지 400 몰%, 200 내지 350 몰%, 250 내지 400 몰%, 혹은 270 내지 330 몰% 범위 내로 사용될 수 있다.
나아가 상기 블렌딩 제조 방식에 사용되는 상기 알코올은, 이소프탈산 100 몰% 기준으로 150 내지 500 몰%, 200 내지 400 몰%, 200 내지 350 몰%, 250 내지 400 몰%, 혹은 270 내지 330 몰% 범위 내로 사용될 수 있다.
한편, 상기 원 팟 제조 방식 혹은 블렌딩 제조 방식에서 사용하는 촉매는 일례로, 황산, 염산, 인산, 질산, 파라톨루엔술폰산, 메탄술폰산, 에탄술폰산, 프로판술폰산, 부탄술폰산, 알킬 황산 등의 산 촉매, 유산 알루미늄, 불화리튬, 염화칼륨, 염화세슘, 염화칼슘, 염화철, 인산알루미늄 등의 금속염, 헤테로폴리산 등의 금속 산화물, 천연/합성 제올라이트, 양이온 및 음이온 교환수지, 테트라알킬 티타네이트(tetra alkyl titanate) 및 그 폴리머 등의 유기금속 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적인 예로, 상기 촉매는 테트라알킬 티타네이트를 사용할 수 있다.
촉매의 사용량은 종류에 따라 상이할 수 있으며, 일례로 균일 촉매의 경우에는 반응물 총 100 wt%에 대하여 0.01 내지 5 wt%, 0.01 내지 3 wt%, 1 내지 5 wt% 혹은 2 내지 4 wt% 범위 내, 그리고 불균일 촉매의 경우에는 반응물 총량의 5 내지 200 wt%, 5 내지 100 wt%, 20 내지 200 wt%, 혹은 20 내지 150 wt% 범위 내일 수 있다.
이때 상기 반응 온도는 180 내지 280 ℃, 200 내지 250 ℃, 혹은 210 내지 230 ℃ 범위 내일 수 있다.
이같이 제조된 가소제는 에틸렌 초산 비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리스타이렌, 폴리우레탄, 및 열가소성 엘라스토머 중에서 선택된 수지 100 중량부에 대하여, 5 내지 150 중량부, 40 내지 100 중량부, 혹은 40 내지 50 중량부 범위 내로 포함하여 컴파운드 처방, 및 시트 처방에 모두 효과적인 수지 조성물을 제공할 수 있다.
일례로, 상기 조성물은 전선, 바닥재, 자동차 내장재, 필름, 시트, 벽지 혹은 튜브 제조에 적용할 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하 실시예는 본 발명의 예시일 뿐 본 발명을 이에 한정하는 의미는 아니다.
<제조예 1-원 팟 제조1>
온도 센서, 기계식 교반기, 응축기, 데칸터(Decantor) 및 질소 주입장치가 부착된 5구 둥근 플라스크에 테레프탈산 1.5 mol, 이소프탈산 1.5 mol, 2-에틸헥산올 9.0 mol을 혼합한 혼합 반응물에 반응 촉매로서 테트라이소프로필 티타네이트 1.8g을 첨가하고 220℃까지 승온하면서 5시간 동안 반응을 수행하였다.
반응 후 감압 조건에서 초과분의 알코올을 추출하고 소다회 및 증류수로 중화 수세 과정을 거쳐 감압 증류하에 탈수하고 여과하였다.
수득된 조성물을 GC-Mass 분석기로 분석한 결과, 하기 화학식 1,2를 갖는 화합물로 이루어진 것을 확인하였으며, 중량비가 50:50인 것을 확인하였다.
[화학식 1]
[화학식 2]
<제조예 2: 원 팟 제조2>
상기 제조예 1에서, 테레프탈산 2.1 mol, 이소프탈산 0.9 mol, 2-에틸헥산올 9.0 mol을 혼합한 혼합 반응물을 사용한 것을 제외하고는 동일한 공정을 반복하였다.
수득된 가소제를 GC-Mass 분석기로 분석한 결과, 실시예 1에서 제시된 상기 화학식 2 및 1을 갖는 화합물들이 각각 70:30(화학식 2:화학식 1)의 중량비로 이루어진 것을 확인하였다.
<제조예 3: 원팟 제조3>
상기 제조예 1에서, 테레프탈산은 미사용하면서 이소프탈산 3.0 mol, 2-에틸헥산올 9.0 mol을 혼합한 혼합 반응물을 사용한 것을 제외하고는 동일한 공정을 반복하였다.
수득된 가소제를 GC-Mass 분석기로 분석한 결과, 실시예 1에서 제시된 상기 화학식 1을 갖는 화합물인 것을 확인하였다.
<제조예 4: 블렌딩 제조1>
상기 제조예 1에서, 이소프탈산은 미사용하면서 테레프탈산 3.0 mol 및 2-에틸헥산올 9.0 mol을 혼합한 혼합 반응물을 사용한 것을 제외하고는 동일한 공정을 반복하였다.
수득된 가소제를 GC-Mass 분석기로 분석한 결과, 실시예 1에서 제시된 상기 화학식 2를 갖는 화합물인 것을 확인하였다.
수득된 화합물과 제조예 3에서 수득된 화합물을 70:30(화학식 2:화학식 1)의 중량비로 혼합하였다.
<제조예 5: 블렌딩 제조2>
상기 제조예 4에서 수득된 화합물과 제조예 3에서 수득된 화합물을 50:50의 중량비로 혼합하였다.
<
컴파운드
처방>
제조예 1 내지 5에서 수득된 가소제를 각각 실시예 1 내지 4와 비교예 3의 실험용 시편으로 사용하였다.
또한, 다음의 제품을 비교예 1,2의 실험용 시편으로서 각각 준비하였다.
DOP: (주)LG화학의 제품명 LGflex DOP
DOTP: (주)LG화학의 제품명 GL300
상기 제조예 1 내지 5에서 수득된 가소제를 사용한 실시예 1 내지 4와 비교예 3, 및 비교예 1 내지 2의 시판 가소제를 사용한 시편 제작은 ASTM D638을 참조하여, PVC 100 중량부에 가소제 50 중량부, 충전제 40 중량부, 안정제 5 중량부, 스테아린산 0.3 중량부를 3L 슈퍼 믹서(super mixer)에서 100 ℃ 하에 500 rpm 하에 2분, 1300 rpm 하에 약 10분간 배합한 다음 롤 밀을 170 ℃에서 4분간 작업하여 5mm 시트를 제작후, 프레스 작업은 185 ℃에서 예열 3분, 가열 3분, 냉각 3분간 작업 후, 1~3mm 시트를 만들어 타입”C”(type”C”) 형으로 몇 개의 아령형 시편을 제작하였다.
각 시편을 사용하여 다음과 같은 물성 시험을 수행하고 결과를 하기 표 1에 정리하였다.
<시험 항목>
* 블리딩 유무 및 QUV : QUV 오븐온도 100℃에서 200 시간 동안 UV 조사한 후, 시편을 꺼내어 블리딩 유무와 색차계를 이용하여 △E를 확인한다.
*경도( ASTMD785 ): 경도 시험기(“C” type)침을 완전히 내린 후 10 초 후에 나타난 경도 값을 읽었다. 경도는 각각의 시편에 대해 3곳을 시험한 다음 평균 값을 계산하였다.
* 인장강도 , 신율 [ ASTM D638 ]: 테스트 기기인 U.T.M을 이용하여 크로스헤드 스피드(cross head speed)를 200 mm/min으로 당긴 후, 시편이 절단되는 지점의 신율과 인장강도를 측정하였다. 인장강도(kgf/cm2)는 하중(load)(kgf)/두께(cm)x폭(cm)로 계산하였고, 신율(%)은 익스텐션(estension)/초기길이x 100으로 계산하였다.
| 구분 | 항 목 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예 3 | 실시예3 | 실시예4 | 비교예1 | 비교예2 | |
| 제조예No. | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | - | - | ||
| 물 성 |
블리딩 유무 | 무 | 무 | 무 | 무 | 무 | 무 | 유 | |
| QUV(△E) | 1.86 | 2.18 | 1.02 | 2.10 | 1.75 | 1.01 | 3.29 | ||
| 경도 | 88.5 | 90.0 | 88.0 | 89.8 | 88.7 | 88.0 | 90.7 | ||
| 상온 | 신율(%) | 259.2 | 257.9 | 263.1 | 257.5 | 260.2 | 262.5 | 252.1 | |
| 인장강도 (kg/cm2) |
184.5 | 185.4 | 180.5 | 185.0 | 184.0 | 180.7 | 190.8 | ||
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 4에 따르면 비교예 1 과 동등 내지 그 이상의 수준을 보였고, 비교예 2의 DOTP 제품과 비교시, 블리딩 현상과 내광성, 인장강도 등 모든 항목에서 개선을 보였다.
인장강도의 경우, 이소프탈 타입의 에스테르를 단독으로 사용한 비교예 3에 비해 이소프탈 타입의 에스테르를 테레프탈 타입의 에스테르와 조합한 실시예 1 내지 4의 경우 인장강도가 5% 이상 증가함을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1 내지 4의 에스테르계 가소제는 Agilent사의 가스 크로마토그래프 기기(Agilent 7890 GC, 컬럼: HP-5, 캐리어 가스: 헬륨)를 이용하여 측정한 에테르 함량이 모두 1,000 ppm 이하임을 확인할 수 있었다.
<시트 처방>
상기 제조예 1 내지 5에서 수득된 가소제, 및 비교예 1 내지 2의 시판 가소제를 사용한 시편 제작은 ASTM D 638을 참조하여, PVC 100 중량부에 가소제 80 중량부, 2차 가소제인 ESO 2 중량부, 바륨-아연 안정제 2 중량부를 3L 슈퍼 믹서(super mixer)에서 100 ℃ 하에 500 rpm 하에 2분, 1300 rpm 하에 약 10분간 배합한 다음 롤 밀을 160 ℃에서 3분간 작업하여 5mm 시트를 제작하였다.
프레스 작업은 185 ℃에서 예열 3분, 가열 3분, 냉각 3분간 작업 후, 1~3mm 시트를 만들어 타입”C”(type”C”) 형으로 몇 개의 아령형 시편을 제작하였다.
각 시편을 사용하여 다음과 같은 물성 시험을 수행하고 결과를 하기 표 2에 정리하였다.
<시험 항목>
*경도( ASTMD785 ), 인장강도 , 신율[ASTM D638]는 상술한 것과 동일한 방식으로 측정하였다.
*내이행성: 각 시편에 대해 소수점 4자리까지 초기무게(Wi)를 측정하였다. 80℃의 오븐에 폴리스타이렌판 사이에 시트(3cmx3cm)을 넣고 1kg 하중을 가한 상태에서 72시간 경과 후 시편을 꺼내어 항온조에서 4시간 이상 보관한 다음, 시편 무게(Wq)를 측정하고, 이행량을 식 (Wi-Wq)/Wi x 100으로부터 계산하였다.
*가열 감량: 각 시편에 대해 소수점 4자리까지 초기무게(Wi)를 측정하였다. 80℃ 오븐에 크램프를 이용하여 시편을 고정시키고, 72시간 후 시편을 꺼내 항온조에서 4시간 이상 보관 후 시편 무게 (Wo)를 측정하고, 가열감량을 식 (Wi-Wo)/Wi x 100으로부터 계산하였다.
| 구 분 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예 3 | 실시예3 | 실시예4 | 비교예1 | 비교예2 | |
| 제조예 No. | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | - | - | |
| 물 성 |
경 도 | 82.0 | 82.5 | 80.0 | 82.3 | 81.8 | 80.2 | 83.5 |
| 인장강도 (kg/cm2) |
193.0 | 195.8 | 184.9 | 195.0 | 192.7 | 185.3 | 196.8 | |
| 신율(%) | 360.2 | 357.1 | 364.2 | 356.8 | 358.5 | 365.8 | 352.1 | |
| 내이행성(%) | 9.9 | 9.7 | 10.0 | 9.7 | 9.8 | 10.1 | 9.4 | |
| 가열감량(%) | 1.5 | 1.4 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 4.6 | 1.3 | |
상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 경우 비교예 1, 2 대비 동등 수준 이상의 개선된 물성을 확인할 수 있었다.
특히, 실시예 1 내지 4의 경우 가열 감량이 1.4 내지 1.5 % 정도인데 반해, 비교예 1의 경우 가열 감량이 4.6 %까지 급격히 증가함을 확인할 수 있다. 비교예 1과 같이 가열 감량이 급격히 증가한다는 것은 시편 내부에 존재하는 에스테르계 가소제의 양이 그만큼 감소했다는 의미일 수 있다.
인장강도의 경우, 이소프탈 타입의 에스테르를 단독으로 사용한 비교예 3에 비해 이소프탈 타입의 에스테르를 테레프탈 타입의 에스테르와 조합한 실시예 1 내지 4의 경우 인장강도가 5% 이상 증가함을 알 수 있다.
내이행성의 경우, 본 발명의 실시예 1 내지 4는 비교예 1에 비해 내이행성이 약 3% 정도 감소하였으며, 가열감량의 경우 비교예 1에 비해 200% 이상 감소함을 알 수 있다.
<탄소수에 따른 물성 측정>
이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르의 말단기인 탄소수에 따른 물성을 비교하기 위하여, 하기 표 3과 같이 조건을 달리하여 물성을 측정하였다. 이때, 상기 가소제에 있어서, 이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르의 함량은 60 : 40 중량비로 사용하여 상기 시트의 제조방법과 동일한 방법으로 시트를 제조한 것이다. 상기 실시예 5 내지 10의 이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르는 각각 디알킬이소프탈레이트 및 디알킬테레프탈레이트이다.
| 실시예/비교예 | 비교예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | 실시예 7 | 실시예 8 | 실시예 9 | 실시예 10 | |
| 탄소수 | P:C6 TP:C4 |
IP :C8 TP :C8 |
IP :C9 TP :C9 |
IP :C10 TP :C10 |
IP :C7 TP :C7 |
IP :C6 TP :C6 |
IP :C5 TP :C5 |
|
| 원팟/블렌딩 | (블렌딩) | (원팟) | (원팟) | (원팟) | (원팟) | (원팟) | (원팟) | |
| 물 성 |
경 도 | 88.0 | 88.3 | 90.4 | 91.8 | 86.7 | 85.2 | 82.1 |
| 인장강도 (kg/cm2) |
185.0 | 184.2 | 180.5 | 173.6 | 201.7 | 235.6 | 259.2 | |
| 신율(%) | 258.7 | 260.2 | 235.6 | 210.8 | 268.5 | 278.9 | 295.3 | |
| 내이행성(%) | 9.9 | 9.6 | 1.05 | 0.07 | 10.5 | 13.8 | 15.9 | |
| 가열감량(%) | 3.5 | 1.3 | 0.68 | 0.50 | 12.3 | 15.6 | 24.3 | |
IP: 이소프탈 타입의 에스테르
P: 프탈 타입의 에스테르
TP: 테레프탈 타입의 에스테르
상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 5 내지 10의 경우. 안정적인 물성을 확보할 있었다. 특히, 이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르의 말단기인 탄소수가 8 내지 10인 실시예 5 내지 7의 경우, 내이행성 및 가열 감량이 탄소수가 7 이하인 에스테르를 사용한 실시예 8 내지 10에 비해 10배 이상 현저히 감소함을 알 수 있다.
또한, 이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르를 혼합한 경우는 테레프탈 타입의 에스테르 및 프탈 타입의 에스테르를 혼한합 비교예 4에 비해 가열 감량이 약 3배 이상 개선되었고, 내이행성도 9배까지 감소됨을 알 수 있다.
따라서, 이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르를 포함하는 본 발명의 가소제는 테레프탈 타입의 에스테르 및 DOP를 혼합한 가소제에 비해 내이행성 및 가열감량면에서 현저히 개선될 뿐만 아니라, 친환경적인 면에서도 효과가 있다.
또한, 이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르를 포함하는 본 발명의 가소제는 특히 에스테르의 말단기인 탄소수가 8 내지 10인 경우 탄소수가 8 미만인 경우에 비해 물성이 현저히 개선되었음을 알 수 있다.
<이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르 혼합비에 대한 물성 측정>
이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르 혼합비에 대한 물성을 비교하기 위하여, 이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르의 함량을 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 40:60 및 0:100의 중량비로 하여 상기 시트의 제조방법과 동일한 방법으로 시트를 제조하여 물성을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다:
| 실시예 / 비교예 | 실시예 11 | 실시예 12 | 실시예 13 | 실시예 14 | 실시예 15 | 비교예 5 | |
| IP : TP (중량비) | 90:10 | 80:20 | 70:30 | 60:40 | 40:60 | 0:100 | |
| 물 성 |
경 도 | 88.0 | 88.2 | 88.5 | 88.5 | 89.5 | 91.5 |
| 신율(%) | 261.3 | 259.4 | 257.9 | 258.8 | 256.5 | 252.1 | |
| 내이행성(%) | 10.0 | 9.9 | 9.9 | 9.8 | 9.7 | 9.4 | |
| 가열감량(%) | 1.5 | 1.4 | 1.4 | 1.4 | 1.4 | 1.3 | |
표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 11 내지 15와 같이 이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르의 함량이 90:10, 80:20, 70:30, 60:40 및 40:60의 중량비로 한 경우, 테레프탈 타입의 에스테르를 단독으로 사용한 비교예 5에 비해 경도가 현저히 개선된 것을 확인할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 경도는 이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르의 혼합비에도 영향을 받았다. 즉, 이소프탈 타입의 에스테르가 테레프탈 타입의 에스테르의 함량에 비해 높은 실시예 11 내지 14의 경우, 테레프탈 타입의 에스테르의 함량이 더 높은 실시예 15 및 비교예 5에 비해 경도가 현저히 감소되었다. 경도가 감소됨은 제품 생산성을 개선하는데 효과가 있으며, 우수한 작업성으로 인해 가소화 효율의 개선 효과가 나타남을 알 수 있다.
또한, 실시예 11 내지 15는 비교예 5 대비 내이행성 및 가열감량이 동등 수준을 보였으며, 신율의 경우도 증가함을 나타내었다.
따라서, 본 발명과 같이 이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르를 포함하는 본 발며의 가소제는 내이행성 및 가열감량이 동등수준이고, 경도 및 신율이 증가하여 제품의 생산성 및 가공성을 향상시킬 수 있다.
Claims (21)
- 이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르를 포함하되,
상기 이소프탈 타입의 에스테르 및 테레프탈 타입의 에스테르의 중량비는 50 : 50 내지 99 : 1의 중량비인 것을 특징으로 하는, 가소제.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 이소프탈 타입의 에스테르는 탄소수 1 내지 12 인 알킬기 중에서 독립적으로 선택된 말단 기를 갖는 것을 특징으로 하는, 가소제.
- 제4항에 있어서,
상기 이소프탈 타입의 에스테르는 탄소수 8 내지 10 인 알킬기 중에서 독립적으로 선택된 말단 기를 갖는 것을 특징으로 하는, 가소제.
- 제4항에 있어서,
상기 이소프탈 타입의 에스테르는 디알킬이소프탈레이트인 것을 특징으로 하는, 가소제.
- 제6항에 있어서,
상기 이소프탈 타입의 에스테르는 하기 식 1로 표시되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 가소제.
[화학식 1]
- 제1항에 있어서,
상기 테레프탈 타입의 에스테르는 탄소수 1 내지 12 인 알킬기 중에서 독립적으로 선택된 말단 기를 갖는 것을 특징으로 하는, 가소제.
- 제8항에 있어서,
상기 테레프탈 타입의 에스테르는 탄소수 8 내지 10인 알킬기 중에서 독립적으로 선택된 말단 기를 갖는 것을 특징으로 하는, 가소제.
- 제8항에 있어서,
상기 테레프탈 타입의 에스테르는 디알킬테레프탈레이트인 것을 특징으로 하는, 가소제.
- 제10항에 있어서,
상기 테레프탈 타입의 에스테르는 하기 식 2로 표시되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 가소제.
[화학식 2]
- 제1항에 있어서,
상기 가소제는 에테르 프리(ether-free) 가소제인 것을 특징으로 하는, 가소제.
- 알코올 하에 이소프탈산 및 테레프탈산을 함께 투입하여 혼합물을 얻는 단계;
상기 혼합물에 촉매를 첨가하고 질소분위기 하에서 반응시키는 단계;
미반응 알코올을 제거하고, 미반응 산을 중화시키는 단계; 및
감압증류에 의해 탈수 및 여과하여 제1항의 가소제를 얻는 단계;를 포함하는, 가소제의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제13항에 있어서,
상기 알코올은 탄소수 1 내지 12인 알킬기를 갖는 것을 특징으로 하는, 가소제의 제조방법.
- 제13항에 있어서,
상기 알코올은 이소프탈산 100 몰% 기준으로 150 내지 500몰% 범위로 사용된 것을 특징으로 하는, 가소제의 제조방법.
- 테레프탈 타입의 에스테르와 이소프탈 타입의 에스테르를 포함하는 에스테르계 혼합물을 준비하는 단계; 및
상기 테레프탈 타입의 에스테르와 이소프탈 타입의 에스테르를 상기 이소프탈 타입의 에스테르가 상기 혼합물 총 중량 기준으로 1 내지 99 wt%이도록 블렌딩하여 제1항의 가소제를 얻는 단계;를 포함하는, 가소제의 제조방법.
- 에틸렌 초산 비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리스타이렌, 폴리우레탄, 및 열가소성 엘라스토머 중에서 선택된 수지 100 중량부에 대하여, 제1항에 따른 가소제를 5 내지 150 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
- 제19항에 있어서,
상기 조성물은 컴파운드 처방 또는 시트 처방으로 적용되는 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
- 제19항에 있어서,
상기 조성물은 전선, 바닥재, 자동차 내장재, 필름, 시트, 벽지 또는 튜브 제조에 적용하는 것을 특징으로 하는, 수지 조성물.
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