KR101610236B1 - 페놀수지 성형재료 - Google Patents

Abstract

개시된 페놀수지 성형재료는, 노볼락형 페놀수지 10 내지 30중량%, 레졸형 페놀수지 25 내지 50중량%, 페놀-셀룰로오스 복합체 파우더 5 내지 35중량% 및 충진재를 포함하는 첨가제 5 내지 20중량%를 포함한다. 상기 페놀수지 성형재료는 아민계 경화제를 사용하지 않으므로, 성형 후에 암모니아에 의한 부식 발생 또는 성형 제품의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 성형 제품의 내구성 및 내열성을 개선할 수 있다.

Description

페놀수지 성형재료{PHENOL RESIN MOLDING MATERIAL}

본 발명은 페놀수지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 페놀수지 성형에 사용될 수 있는 페놀수지 성형재료에 관한 것이다.

일반적으로, 페놀수지 성형재료와 같은 유무기 복합재료는 압출 및 사출 열성형 과정에 의하여 미세한 크기의 복잡한 형상을 갖는 전기 및 전자 부품을 제조하는데 널리 이용되고 있다.

압출 및 사출 열성형 과정은, 바인더 역할을 하는 수지, 충진제 역할을 하는 무기 충진제, 및 소량의 가소제, 경화제 및 이형제 등으로 이루어지는 성형재료를 바인더 수지의 연화점 부근의 온도 범위로 가열하여 유동성을 띠게 한 후, 일정한 형상의 몰드에 압출이나 사출방식에 의해 강한 압력으로 구석구석 채워지도록 밀어 넣고, 몰드 온도를 고온으로 가열하여 성형재료를 경화시킴으로써 최종제품을 제조하는 것으로 이루어지게 된다. 최근, IT 산업의 발전으로 이동통신, 디스플레이 등의 각종 전기, 전자 부품에 이러한 유무기 복합재료가 폭넓게 이용되고 있다.

그러나, 기존의 페놀수지 성형재료의 제조방법에 있어서는, 페놀수지와 경화제의 단순한 블랜딩에 의하여 복합재료를 제조하므로, 무기 충진제와의 호환성 문제가 발생하고, 분산성 및 기능성의 조절이 어렵기 때문에 열성형시 심한 수축이 일어나고 변형이 생기는 등의 문제가 있다. 이에, 전기전자부품, 기계구조용 및 가전제품용의 각 적용 제품의 특성에 맞는 고기능성을 발현할 수 있는 페놀수지 성형재료의 제조기술 개발이 요구되고 있다.

페놀수지 성형재료의 경우 경화 속도를 향상을 위하여 아민계 경화제를 사용하는데, 이러한 아민계 경화제는 경화 완료 후에도 성형품 내에 잔류하여, 상기 아민계 경화제로부터 휘발된 암모니아에 의한 제품 부식의 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 아민계 경화제를 사용하지 않거나 그 양을 감소시킬 수 있는 페놀수지 성형재료를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 페놀수지 성형재료는, 노볼락형 페놀수지 10 내지 30중량%, 레졸형 페놀수지 25 내지 50중량%, 페놀-셀룰로오스 복합체 파우더 5 내지 35중량% 및 충진재를 포함하는 첨가제 5 내지 20중량%를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 노볼락형 페놀수지의 중량평균분자량은 3,000 내지 10,000이다.

일 실시예에 따르면, 상기 레졸형 페놀수지의 중량평균분자량은 5,000 내지 10,000이다.

일 실시예에 따르면, 상기 레졸형 페놀수지는, 페놀 화합물과 알데하이드 화합물을, 망간 아세테이트, 마그네슘 아세테이트 및 아연 아세테이트로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나를 촉매의 존재하에 반응시켜 얻어진다.

일 실시예에 따르면, 상기 페놀-셀룰로오스 복합체 파우더는, 종이를 페놀수지에 함침한 후, 경화하여 얻어진 복합체 시트를 분쇄하여 얻어진다.

일 실시예에 따르면, 상기 페놀-셀룰로오스 복합체 파우더는, 페놀수지 20 내지 30중량%; 및 셀룰로오스 70 내지 80중량%를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 첨가제는, 코튼 파우더 0.5 내지 12중량%, 수산화칼슘 0.5 내지 3중량%, 탄산칼슘 2.5 내지 6중량%, 스테아르산아연 0.1 내지 1.5중량% 및 카본 블랙 1 내지 2중량%를 포함한다.

본 발명에 따른 페놀수지 성형재료는 아민계 경화제를 사용하지 않으므로, 성형 후에 암모니아에 의한 부식 발생 또는 성형 제품의 손상을 방지할 수 있다.

또한, 코튼 파우더 및 페놀-셀룰로오스 복합체 파우더를 이용하여, 성형 제품의 내구성 및 내열성을 개선할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 페놀수지 성형재료에 대해 상세히 설명한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

페놀수지 성형재료

본 발명의 일 실시예에 따른 페놀수지 성형재료는, 노볼락형 페놀수지, 레졸형 페놀수지, 셀룰로오스-페놀 복합체 파우더 및 무기 충진제를 포함한다.

상기 노볼락형 페놀수지는 페놀 화합물과 알데하이드 화합물을 산성 촉매의 존재하에서 반응시켜 얻어진다. 상기 노볼락형 페놀수지는, 페놀 화합물의 페놀성 수산기에 대한, 알데하이드 화합물에서 유래되는 메틸렌기 또는 치환 메틸렌기의 결합 위치의 비율에 따라, 경화 특성이 상이하다.

상기 노볼락형 페놀수지는 기존에 성형재료로 사용되었던 일반적인 노볼락형 페놀수지일 수 있다. 예를 들어, 상기 노볼락형 페놀수지는 오쏘(ortho)-결합에 비하여 파라(para)-결합이 더 많이 존재한다. 상기 노볼락형 페놀수지는 생산이 용이하고, 기계적 강도가 높다는 장점을 갖는다. 일 실시예에서, 상기 노볼락형 페놀수지는 0.2 미만, 더욱 바람직하게는 0.1 미만의 오쏘-결합/파라-결합비를 가질 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 노볼락형 페놀수지는 서로 다른 오쏘-결합/파라-결합비를 갖는 두 종 이상의 노볼락형 페놀수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 오쏘 결합에 비하여 파라 결합이 더 많이 존재하는 하이 파라 노볼락형 페놀수지 및 오쏘 결합에 비하여 파라 결합이 더 적게 존재하는 하이 오쏘 노볼락형 페놀수지를 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 하이 오쏘 노볼락형 페놀수지는 오쏘-결합/파라-결합비가 1.0 이상이며, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 2.5이다. 상기 하이 오쏘 노볼락형 페놀수지는 경화 속도가 빠르고, 경화제의 첨가가 최소화되어 압출 또는 사출 성형시 제품 생산 시간을 단축시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 노볼락형 페놀수지의 중량평균분자량은 3,000 내지 10,000일 수 있다.

상기 노볼락형 페놀수지의 함량은, 상기 페놀수지 성형재료 전체 중량에 대하여 약 10 내지 30중량%일 수 있다.

상기 레졸형 페놀수지는 페놀 화합물과 알데하이드 화합물을 금속 촉매의 존재하에서 반응시켜 얻어진다. 상기 레졸형 페놀수지는 히드록시 반응기를 가지며, 상기 노볼락형 페놀수지와 반응하여 가교 구조를 형성하는 경화제 역할을 할 수 있다.

상기 페놀 화합물은 페놀, m-크레졸, p-크레졸, 크실레졸 등을 포함할 수 있다. 상기 알데하이드 화합물은 포름알데히드, 파라포름알데히드 등을 포함할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

상기 금속 촉매는, 망간, 마그네슘, 아연 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 촉매는 금속 아세테이트일 있다. 예를 들어, 상기 금속 촉매는 망간 아세테이트, 마그네슘 아세테이트, 아연 아세테이트 등을 포함할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

상기 금속 촉매의 존재 하에서, 상기 페놀 화합물과 상기 알데하이드 화합물이 반응한다. 예를 들어, 아래와 같은 반응식에 따라 페놀과 포르말린이 반응하여, 메틸올페놀을 형성할 수 있다.

<반응식 1>

상기 반응식에서는 메틸올페놀이 얻어지는 것으로 예시되었으나, 이는 설명을 위한 것이며, 반응 조건 등에 따라 디메틸올페놀, 트리메틸올페놀 등이 얻어질 수 있다. 디메틸올페놀은 반응하여 4,4-디히드록시디페닐메탄(화학식 1), 2,4-디히드록시디페닐메탄(화학식 2) 또는 2,2-디히드록시디페닐메탄(화학식 3)을 형성한다.

<화학식 1>

<화학식 2>

<화학식 3>

상기 디히드록시페닐디메탄은 화학식 1 내지 3의 화합물이 혼합되어 얻어지는데, 일반적인 촉매(염기성 촉매)를 사용할 경우, 오쏘-오쏘 결합에 의해 형성되는 2,2-디히드록시디페닐메탄이 20 내지 30중량%의 비율로 얻어지는데, 상기 금속 촉매를 사용할 경우, 2,2-디히드록시디페닐메탄이 60 내지 80중량%의 비율로 얻어지며, 이에 따라, 최종 제품의 분자량 및 경화 속도를 증가시킬 수 있다.

상기 레졸형 페놀수지를 제조하기 위하여, 먼저 상기 알데하이드 화합물과 상기 페놀 화합물의 몰비가 1.2 내지 1.7이 되도록 혼합한다. 다음으로, 상기 금속 촉매를 가하여, 상기 알데하이드 화합물과 상기 페놀 화합물의 반응을 진행한다. 상기 반응을 통해, 메틸올페놀이 형성될 수 있으며, 이들 간에 중합이 일어나 상기 레졸형 페놀수지가 얻어진다. 상기 레졸형 페놀수지의 중량평균분자량은 5,000 내지 10,000일 수 있다.

상기 레졸형 페놀수지의 함량은, 상기 페놀수지 성형재료 전체 중량에 대하여 약 25 내지 50중량%일 수 있다.

상기 셀룰로오스-페놀 복합체 파우더는, 종이를 페놀수지에 함침한 후, 이를 경화하여 얻어진 복합체 시트를 분쇄하여 얻어질 수 있다. 상기 복합체 시트는, PCB 기판의 천공 작업 등에서 받침으로 사용되는 것으로부터 재활용된 것일 수 있다. 상기, 셀룰로오스-페놀 복합체 파우더에서 페놀수지의 함량은 20 내지 30중량%이고, 셀룰로오스(종이)의 함량은 70 내지 80중량%일 수 있다.

예를 들어, 상기 복합체 파우더의 입도는 약 100㎛ 이하일 수 있다. 바람직하게는, 상기 복합체 파우더의 입도는 약 5㎛ 내지 100㎛일 수 있다.

상기 셀룰로오스-페놀 복합체 파우더는 페놀 성형품의 내열성을 보강할 수 있다. 상기 셀룰로오스-페놀 복합체 파우더의 함량은, 상기 페놀수지 성형재료 전체 중량에 대하여 약 5 내지 35중량%일 수 있다.

상기 페놀수지 성형재료는, 충진재를 포함하는 첨가제 약 5 내지 20중량%를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 페놀수지 성형재료는, 경화 촉매, 스테아르산, 혹은 스테아르산아연 등의 이형제, 충진재, 열경화성 수지의 접착성을 향상시키기 위한 밀착성 향상제, 혹은 커플링제, 착색 안료, 혹은 착색 염료, 용제 등을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 페놀수지 성형재료는 코튼 파우더(cotton powder)를 더 포함할 수 있다. 상기 코튼 파우더는 필러 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라, 페놀수지 성형품의 강도를 개선할 수 있다. 상기 코튼 파우더의 함량은, 상기 페놀수지 성형재료 전체 중량에 대하여 약 0.5 내지 12중량%일 수 있다. 상기 코튼 파우더의 입도는 약 150㎛ 이하일 수 있다. 바람직하게는, 상기 복합체 파우더의 입도는 약 50㎛ 내지 150㎛일 수 있다. 상기 페놀수지 성형재료는 상기 코튼 파우더 대신에 탈크, 유리 섬유, 목분 등과 같은 충진재를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 페놀수지 성형재료는 수산화칼슘을 더 포함할 수 있다. 수산화칼슘은 상기 페놀수지 성형재료의 경화반응을 증가시킬 수 있다. 상기 수산화칼슘의 함량은, 상기 페놀수지 성형재료 전체 중량에 대하여 약 0.5 내지 3중량%일 수 있다.

또한, 상기 페놀수지 성형재료는 탄산칼슘을 더 포함할 수 있다. 상기 탄산칼슘의 함량은, 상기 페놀수지 성형재료 전체 중량에 대하여 약 2.5 내지 6중량%일 수 있다.

또한, 상기 페놀수지 성형재료는 스테아르산아연을 더 포함할 수 있다. 상기 스테아르산아연의 함량은, 상기 페놀수지 성형재료 전체 중량에 대하여 약 0.1 내지 1.5중량%일 수 있다.

또한, 상기 페놀수지 성형재료는 카본 블랙과 같은 착색 안료를 더 포함할 수 있다. 상기 착색 안료의 함량은, 상기 페놀수지 성형재료 전체 중량에 대하여 약 1 내지 2중량%일 수 있다.

상기 페놀수지 성형재료는 다음과 같은 과정에 의해 준비될 수 있다. 먼저 각 성분들을 혼합한다. 예를 들어, 노볼락형 페놀수지, 레졸형 페놀수지, 셀룰로오스-페놀 복합체 파우더, 코튼 파우더, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 스테아르산아연 및 착색 안료를 버티컬 믹서에 투입하여 혼합한다. 바람직하게, 상기 각 성분들을 혼합하기 전에 각 성분들을 함께 또는 각각 분쇄한다.

다음으로, 상기 혼합물을, 반죽기(kneader)를 통하여 이송시키면서 가열하여 용융한다. 상기 가열 온도는 약 120℃ 내지 150℃일 수 있다.

다음으로, 상기 용융된 혼합물을 건조하여 필레 형태로 형성한 후, 이를 다시 분쇄하여 적절한 입도를 갖는 파우더 형태의 페놀수지 성형재료를 형성한다. 상기 파우더 형태의 페놀수지 성형재료는 버티컬 믹서 등에 의해 다시 혼합된 후, 제품화(포장)될 수 있다.

이하에서는 구체적인 실시예를 통하여, 본 발명의 페놀수지 성형재료 및 그 제조 방법을 살펴보기로 한다.

실시예

아래의 표 1에 따라, 각 성분들을 버티컬 믹서에 투입하여 약 1시간 동안 혼합한 다음, 혼합된 재료들은 니더를 통하여 이송되면서 약 1분간 약 130℃에서 가열되어 용융하였다. 상기 용융 조성물을 필레 형태로 건조한 후, 분쇄기에서 분쇄하고, 분쇄된 입자를 다시 버티컬 믹서에서 혼합하여, 파우더 형태의 페놀수지 성형재료를 수득하고, 각 성형재료를 이용하여 시편(자동차 정류자)를 제조하여,그 물성을 표 2에 표시하였다.

하기의 표 1에서, 각 성분의 함량은 중량부이고, KC-3750은, 출원인(강남화성 주식회사)의 상품으로서, 노볼락형 페놀수지이고, KC-5565는 출원인의 상품으로서, 레졸형 페놀수지이다. 또한, 셀룰로오스-페놀 복합체 파우더에서, 페놀수지와 셀룰로오스의 중량비는 25:75이고, 파우더의 입도는 약 50㎛였다. 또한, 코튼 파우더의 입도는 약 100㎛였다.

표 1

표 2

표 2를 참조하면, 본 발명의 페놀수지 성형재료를 이용하여, 우수한 물성을 갖는 페놀수지 성형품을 제조할 수 있음을 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 페놀수지 성형재료는, 각종 전기 부품, 전자 부품, 자동차 부품 등의 제조에 사용될 수 있다.

Claims (7)

1. 노볼락형 페놀수지 10 내지 30중량%;
   레졸형 페놀수지 25 내지 50중량%;
   페놀-셀룰로오스 복합체 파우더 5 내지 35중량%;
   코튼 파우더 0.5 내지 12중량%;
   수산화칼슘 0.5 내지 3중량%;
   탄산칼슘 2.5 내지 6중량%;
   스테아르산아연 0.1 내지 1.5중량%; 및
   카본 블랙 1 내지 2중량%를 포함하고,
   상기 노볼락형 페놀수지의 중량평균분자량은 3,000 내지 10,000이고, 상기 레졸형 페놀수지의 중량평균분자량은 5,000 내지 10,000인 것을 특징으로 하는 페놀수지 성형재료.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 레졸형 페놀수지는, 페놀 화합물과 알데하이드 화합물을, 망간 아세테이트, 마그네슘 아세테이트 및 아연 아세테이트로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나를 촉매의 존재하에 반응시켜 얻어지는 것을 특징으로 하는 페놀수지 성형재료.
5. 제1항에 있어서, 상기 페놀-셀룰로오스 복합체 파우더는, 종이를 페놀수지에 함침한 후, 경화하여 얻어진 복합체 시트를 분쇄하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 페놀수지 성형재료.
6. 제5항에 있어서, 상기 페놀-셀룰로오스 복합체 파우더는,
   페놀수지 20 내지 30중량%; 및
   셀룰로오스 70 내지 80중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 페놀수지 성형재료.
7. 삭제