KR101924351B1 - 개선된 물리적 특성을 갖는 얇은 벽 성형용 전도성 조성물 및 이의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 개시물은 전기 전도 특성뿐만 아니라 개선된 기계적 및 물리적 특성을 나타내는 열가소성 조성물과 관련된다. 본원에서는 또한 개시된 조성물의 제조 방법뿐만 아니라 이를 포함하는 제조 물품을 개시하고 있다.

Description

개선된 물리적 특성을 갖는 얇은 벽 성형용 전도성 조성물 및 이의 용도{THIN WALL MOLDABLE CONDUCTIVE COMPOSITIONS WITH IMPROVED PHYSICAL PROPERTIES AND USES THEREOF}
관련 응용분야
본 출원은 2014년 10월 22일에 출원된 미국 특허출원 제62/067,248호에 대한 우선권을 주장하고, 이의 개시내용은 임의의 그리고 모든 목적을 위해 그 전문이 본원에 포함되어 있다.
기술 분야
본 개시물은 개선된 물리적 특성 예컨대, 유동성, 연성, 및 충격 강도를 유지하면서도 전기 전도성 및 정적기 분산 특성(static dissipative property)을 나타내는 폴리프로필렌 조성물에 관한 것이다.
통상적으로, 열가소성 중합체 조성물의 전기 전도성은 중합체 매트릭스로의 전기 전도성 충전제의 도입을 통해 달성될 수 있다. 또한, 이러한 전도성 물질은 정전기 분산 물질로서 작용하고, 잠재적으로 위험한 전하의 축적을 방지할 수 있다.
요약
수지 조성물로의 충전제의 주입시, 얻은 전기 전도성 또는 정전기 분산 능력은 본 조성물의 다른 물리적 특성에 대한 바람직하지 않은 효과를 수반할 수 있다. 높은 충전제 장입량은 저조한 유동 특성을 야기하고, 이는 결국 조성물의 가공성을 감소시킬 수 있다. 낮은 유동성은 특히 얇은 벽 성형 능력을 감소시킨다. 얇은 벽 성형성을 제공하고, 양호한 유동성, 금형 이형 성능, 연성, 및 아이조드 충격 강도 특성을 제공하는 전기 전도성 중합체 복합체에 대한 본 기술분야의 필요성이 존재한다. 다양한 양태에서, 개선된 유동성, 연성, 및 충격 강도를 갖는 얇은 벽 성형성의 전기 전도성 열가소성 조성물이 개시되어 있다.
상기 기재된 다른 단점은 하기를 포함하는 조성물에 의해 충족된다: (a) 폴리프로필렌 중합체 성분은 폴리프로필렌 공중합체 및 폴리프로필렌 단독중합체를 포함하는 약 75 중량% 내지 약 84 중량%의 폴리프로필렌 중합체 성분; (b) 약 15 중량% 내지 약 25 중량%의 전기 전도성 충전제 성분: (c) 약 0.01 중량% 내지 약 0.05 중량%의 중합체 사슬 개질제 성분; 및 약 0.5 중량% 내지 약 1 중량%의 금형 이형 첨가제, 여기서 모든 성분의 결합된 중량 백분율 값은 약 100 중량%를 초과하지 않고, 모든 중량 백분율 값은 조성물의 총 중량에 기초하고, 상기 조성물은 (i) 약 200 ohm/sq. 미만의 표면 저항; (ii) 23℃에서 측정된 약 300 J/m 초과의 노치 아이조드 충격 강도; (iii) 노치 및 비노치 아이조드 충격 시험에서의 100% 연성; (iv) 190 ℃ 및 2.16 kg 하중에서 약 15 cm3/10 min보다 큰 용융 체적 유량; 및 (v) 500 psi 미만의 배출 압력에 의해 나타낸 양호한 금형 이형 성능을 가진다.
다양한 양태에서, 본 개시물은 본원에 개시된 조성물을 포함하는 물품에 관한 것이다. 예를 들면, 개시된 조성물은 개시된 조성물을 포함하는 얇은 벽 물품에 관한 것이다. 이와 관련하여, 얇은 벽은 이의 길이 및 너비와 비교하는 경우 더 좁은 생성물의 부분이다. 본원에 개시된 바와 같이, 얇은 벽은 약 3 mm 미만의 공칭 두께를 가질 수 있다. 얇은 벽 물품은 소비자 가전 장치에 대한 하우징으로서 기술분야의 어레이에서 사용하기 위해 처리될 수 있다.
추가의 양태에서, 본 개시물은 얇은 벽 성형용 전도성 열가소성 조성물을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명의 양태가 특정 법정 부류, 예컨대 시스템 법정 부류에 기술되고 청구될 수 있는 한편, 이는 단지 편의를 위한 것이고, 본 기술분야의 당업자는 본 발명의 각각의 양태는 임의의 법정 부류에 기술되고 청구될 수 있다. 달리 명확하게 언급되지 않는 한, 본원에 기재된 임의의 방법 또는 양태는 이의 단계가 특정 순서로 수행되는 것으로 해석되는 것으로 의도되지 않는다. 따라서, 방법 청구항은 단계가 특정 순서로 제한되지 않는 청구항 또는 상세한 설명에서 특별하게 언급되지 않으며, 임의의 경우에서 순서가 추론되는 것으로 의도되지 않는다. 이는 단계의 배열 또는 조작 순서와 관련한 이론적 문제, 문법적 구조 또는 구두법으로부터 유도된 명백한 의미, 또는 명세서에 기술된 양태의 수 또는 유형을 포함하는 해석을 위한 임의의 가능한 비표현적 기조에 대해 유지한다.
개시된 열가소성 조성물은 (a) 폴리프로필렌 중합체 성분은 폴리프로필렌 공중합체 및 폴리프로필렌 단독중합체를 포함하는, 약 75 중량% 내지 약 84 중량%의 폴리프로필렌 중합체 성분; (b) 약 15 중량% 내지 약 25 중량%의 전기 전도성 충전제 성분: (c) 약 0.01 중량% 내지 약 0.05 중량%의 중합체 사슬 개질제 성분; 및 약 0.5 중량% 내지 약 1 중량%의 금형 이형 첨가제를 포함하고, 여기서 모든 성분의 결합된 중량 백분율 값은 약 100 중량%를 초과하지 않고, 모든 중량 백분율 값은 조성물의 총 중량에 기초한다. 개시된 열가소성 조성물은 (i) 약 200 ohm/sq. 미만의 표면 저항; (ii) 23℃에서 측정된 약 300 J/m 초과의 노치 아이조드 충격 강도; (iii) 노치 및 비노치 아이조드 충격 시험에서의 100% 연성; (iv) 190 ℃ 및 2.16 kg 하중에서 약 15 cm3/10 min보다 큰 용융 체적 유량; 및 (v) 500 psi 미만의 배출 압력에 의해 나타낸 양호한 금형 이형 성능을 가질 수 있다.
통상적으로 적합한 절연체, 중합체성 수지는 전도성 충전제의 부가시 전도성 또는 정전기-분산성으로 제조될 수 있다. 이러한 물질의 부가는 전기적 전하를 절연 중합체를 통해 전도되게 하는 중합체 매트릭스 내의 입자의 시스템을 생성할 수 있다. 그러나, 전도성 충전제의 높은 장입량은 대개 중합체의 처리에 궁극적으로 부정적인 영향을 주는 저조한 유동성, 연성, 및 충격 강도를 갖는 복합 중합체 조성물을 생성한다. 개시된 조성물은 높은 유동성, 적절한 금형 이형성, 개선된 노치 및 비노치 아이조드 충격 강도, 및 양호한 연성을 유지하면서도 전기 전도성이 채워진 열가소성 조성물을 제공한다. 개시된 조성물은 이러한 및 기타 다른 필요성을 충족시키고, 상기 조성물은 (a) 폴리프로필렌 중합체 성분은 폴리프로필렌 공중합체 및 폴리프로필렌 단독중합체를 포함하는 약 75 중량% 내지 약 84 중량%의 폴리프로필렌 중합체 성분; (b) 약 15 중량% 내지 약 25 중량%의 전기 전도성 충전제 성분: (c) 약 0.01 중량% 내지 약 0.05 중량%의 중합체 사슬 개질제 성분; 및 (d) 약 0.5 중량% 내지 약 1 중량%의 금형 이형 첨가제를 포함하고; 여기서 모든 성분의 결합된 중량 백분율 값은 약 100 중량%를 초과하지 않고, 모든 중량 백분율 값은 조성물의 총 중량에 기초하고, 개시된 조성물은 (i) 약 200 ohm/sq. 미만의 표면 저항; (ii) 23℃에서 측정된 약 300 J/m 이상의 노치 아이조드 충격 강도; (iii) 노치 및 비노치 아이조드 충격 시험에서의 100% 연성; 190 ℃ 및 2.16 kg 하중에서 약 15 cm3/10 min보다 큰 용융 체적 유량; 및 500 psi 미만의 배출 압력에 의해 나타낸 양호한 금형 이형 성능을 가진다. 일 양태에서, 폴리프로필렌 단독중합체는 약 230 ℃의 온도에 따라 그리고 2.16 kg 하중 하에서 측정된 바와 같은 약 25 g/10 min 초과의 용융 흐름 지수를 가질 수 있다. 폴리프로필렌 공중합체는 약 230 ℃의 온도에서 그리고 2.16 kg 하중 하에서의 약 10 g/10 min 초과의 용융 흐름 지수 및 실온에서 측정된 약 180 J/m 초과의 노치 아이조드 충격 강도를 가질 수 있다. 추가의 양태에서, 전도성 충전제는 카본 블랙일 수 있다. 금형 첨가제는 펜타에리트리톨 스테아레이트일 수 있다.
본 발명의 개시된 조성물은 충격 강도, 유동성, 및 연성을 유지하면서도 전기 전도성 특성을 나타낸다. 일부 양태에서, 개시된 조성물은 개선된 금형 이형 성능을 나타낼 수 있다. 조성물은 금형 이형 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 조성물은 조성물의 총 중량의 약 0.2 중량% 내지 약 2 중량%의 양으로 금형 이형 첨가제를 포함할 수 있다. 추가의 예로서, 조성물은 금형 첨가제로서 펜타에리트리톨 스테아레이트를 포함할 수 있다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "전기 전도성 충전제" 또는 "전기 전도성 첨가제"는 통상적으로 무기성이고, 중합체 매트릭스보다 높은 전기 전도성을 갖고, 중합체 제형으로 도입되는 경우 중합체 물질의 전기 전도성을 증가시키는 것을 보조할 수 있고, 정전기 분산 응용분야에 사용하기 위한 중합체를 가능하게 하는 임의의 첨가제, 또는 충전제와 관련된다. 일반적인 전기 전도성 충전제는 탄소 나노튜브, 탄소 섬유, 카본 블랙, 금속성 충전제, 금속성 코팅으로 코팅된 비전도성 충전제, 또는 비금속성 충전제를 포함한다.
폴리프로필렌 중합체 성분
본원에 사용되는 바와 같은, 용어 "폴리프로필렌"은 폴리프로필렌의 중량 기준으로 적어도 95 중량%의 프로필렌으로부터 유도된 반복 단위 (즉, --CH2--CH(CH3)-- 단위)를 포함하는 중합체와 관련된다. 일부 구현예에서, 폴리프로필렌은 폴리프로필렌의 중량 기준으로 적어도 98 중량%의 프로필렌으로부터 유도된 반복 단위를 포함할 수 있다. 폴리프로필렌이 프로필렌 및 다른 공중합성 단량체의 공중합체인 경우, 다른 공중합성 단량체는 예를 들면, 에틸렌, C4-C12 알켄, C1-C6-알킬 아크릴레이트, C1-C6-알킬 메타크릴레이트, 또는 상기 단량체 중 2개 이상의 혼합물일 수 있다. 일부 양태에서, 폴리프로필렌은 프로필렌의 단독중합체일 수 있다. 폴리프로필렌은 신디오택틱, 이소택틱, 또는 어택틱일 수 있다. 예를 들면, 폴리프로필렌은 어택틱일 수 있다.
일 양태에서, 개시된 조성물의 폴리프로필렌 성분은 폴리프로필렌 단독중합체 및 폴리프로필렌 공중합체를 포함할 수 있다. 추가의 예에서, 조성물은 폴리프로필렌 단독중합체 및 폴리프로필렌 공중합체를 포함할 수 있고, 여기서 프로필렌 단독중합체는 폴리프로필렌 중합체 성분의 소수 성분이다. 소수 성분은 폴리프로필렌 중합체 성분의 총 중량의 반보다 적게 포함하는 폴리프로필렌 단독중합체와 관련된다. 다른 예에서, 폴리프로필렌 중합체 성분은 약 15 중량% 내지 약 35 중량%의 폴리프로필렌 단독중합체 및 약 65 중량% 내지 약 85 중량%의 폴리프로필렌 공중합체를 포함할 수 있다. 또 다른 추가의 예에서, 폴리프로필렌 중합체 성분은 약 25 중량% 내지 약 35 중량%의 폴리프로필렌 단독중합체 및 약 65 중량% 내지 약 75 중량%의 폴리프로필렌 공중합체를 포함할 수 있다.
일부 양태에서, 폴리프로필렌 성분은 폴리프로필렌 단독중합체 및 폴리프로필렌 공중합체를 포함한다. 일 예에서, 폴리프로필렌 단독중합체는 230 ℃ 및 2.16 kg의 하중 하에서 측정된 약 25 g/10 min보다 큰 용유 흐름 지수 (MFI)를 가질 수 있다. 추가의 예에서, 폴리프로필렌 공중합체는 23 ℃에서 측정된 바와 같이 약 180 J/m 초과의 노치 아이조드 충격 강도 및 230 ℃ 및 2.16 kg의 하중 하에서 측정된 약 10 g/10 min보다 큰 용융 흐름 지수를 가질 수 있다.
전도성 충전제
정전 방전 (ESD)은 전자 부품에 유해할 수 있고, 이는 불량, 감소된 신뢰성 및 증가된 비용, 및 이용되는 장비에서의 잠재적 부품 불량을 야기한다. 중합체성 물질은 통상적으로 양호한 절연체이나, 전도성 충전제, 예컨대 금속성 충전제, 금속 코팅으로 코팅된 비전도성 충전제, 또는 전기 전도성 비금속성 충전제뿐만 아니라 탄소 기반 충전제 예컨대 탄소 나노튜브, 탄소 섬유, 및 카본 블랙의 부가시 전도성이거나 정전기-분산성일 수 있다. 이러한 물질의 부가는 중합체 매트릭스 내에서의 입자를 상호연결하는 네트워크를 생성하고, 이는 전기 전하를 절연 중합체를 통해 전도되게 한다. 일부 양태에서, 개시된 조성물은 전기 전도성 충전제를 포함할 수 있다. 예로서, 조성물은 정전기 전하의 분산을 위해 전도성 충전제를 포함할 수 있다.
탄소 기반 충전제는 열가소성수지 내에서 전기 전도성 충전제로서 사용될 수 있다. 탄소 나노튜브는 대개 단일벽 탄소 나노튜브 (SWNT), 다중벽 탄소 나노튜브 (MWNT), 또는 증기 성장 탄소 섬유 (VGCF)이다. 단일벽 탄소 나노튜브 (SWNT)는 흑연의 레이저-기화법, 탄소 아크 합성 또는 고압 일산화탄소 전환 공정 (HIPCO) 공정에 의해 제조될 수 있다. 이러한 SWNT는 일반적으로 약 0.7 내지 약 2.4 나노미터 (nm)의 외부 직경을 갖는 그래핀 시트를 포함하는 단일벽을 가진다. MWNT는 레이저 절제술 및 탄소 아크 합성과 같은 공정으로부터 유도되고, 내부 중공 코어 주변에 결합된 적어도 2개의 그래핀층을 가진다. MWNT는 일반적으로 약 2 내지 약 50 nm의 직경을 가진다. 증기 성장 탄소 섬유 (VGCF)는 일반적으로 화학 기상 증착 공정에서 제조된다. "3개-고리" 또는 "피시본(fishbone)" 구조를 갖는 VGCF는 적절한 온도, 즉, 약 800℃ 내지 약 1500℃에서 특정 금속 촉매의 존재 하에 증기상에서의 탄화수소로부터 성장될 수 있다. 탄소 나노튜브는 일반적으로 전기 전도성 조성물의 총 중량의 약 0.001 중량% 내지 약 80 중량%의 양으로 사용된다.
또한, 다양한 유형의 전기 전도성 탄소 섬유는 전기 전도성 조성물에 사용될 수 있다. 탄소 섬유는 일반적으로 이의 직경, 형태, 및 그래핀화도 (형태 및 그래핀화도는 상호관련됨)에 따라 분류된다. 이러한 특성은 현재 탄소 섬유를 합성하기 위해 사용되는 방법에 의해 결정된다. 예를 들면, 약 5 마이크로미터 이하의 직경을 갖는 탄소 섬유, 및 (방사형, 평면형, 또는 원주형 배치로의) 섬유 축과 평행한 그래핀 리본은 페놀, 폴리아크릴로니트릴 (PAN), 또는 피치를 포함하는 섬유 형태로의 유기 전구체의 열분해에 의해 상업적으로 생산된다. 탄소 섬유는 일반적으로 약 1,000 나노미터 (1 마이크로미터) 내지 약 30 마이크로미터 이상의 직경을 가진다. 탄소 섬유는 일반적으로 수지의 총 중량의 약 0.001 중량% 내지 약 50 중량%의 양으로 사용된다.
카본 블랙은 열가소성 수지에서 전도성 충전제로서 사용될 수 있다. 전기 전도성 카본 블랙은 S. C. F. (Super Conductive Furnace), E. C. F. (Electric Conductive Furnace), Ketjen Black EC (Akzo Co., Ltd.로부터 이용가능함) 또는 아세틸렌 블랙을 포함하는 상표명의 배열 하에 시판되고 상업적으로 이용가능한 전도성 분말이다. 카본 블랙의 특성은 이것이 도입되는 중합체 매트릭스의 특성에 영향을 준다. 입자 크기 또는 표면적, 구조의 정도 및 입자 중의 중공 공간의 해당하는 양, 및 다공도는 전도성뿐만 아니라 유동성의 수준에 영향을 준다. 카본 블랙 입자는 다공성 응집체 (입자의 클러스터)를 형성할 수 있고, 이는 물리력 예컨대 반데르 발스 힘에 의해 서로 강하게 부착된다. 응집체는 결국 약한 상호작용에 의해 서로 고정되는 응집체로 뭉칠 수 있다. 게다가, 응집체는 열가소성수지 형성 및 처리 과정, 예컨대 압출 과정에서 존재하는 전단과 같은 힘에 의해 크기로 압축될 수 있다.
일 양태에서, 본 개시물의 전도성 충전제는 카본 블랙을 포함할 수 있다. 전도성 충전제는 약 0.2 g/cc의 밀도를 갖는 카본 블랙을 포함할 수 있다. 카본 블랙은 적어도 약 50 m2/g, 또는 더 상세하게는, 적어도 약 60 m2/g의 표면적을 가질 수 있다.
카본 블랙은 전기 전도성 조성물의 총 중량의 약 0.01 중량% 내지 약 50 중량%의 양으로 사용될 수 있다. 일 양태에서, 카본 블랙은 개시된 열가소성 조성물의 중량 기준으로 약 15 중량% 내지 약 25 중량%의 양으로 사용된다. 다른 구현예에서, 카본 블랙은 열가소성 조성물의 총 중량 기준으로 약 17 중량% 내지 약 23 중량%의 양으로 사용된다. 예를 들면, 열가소성 조성물은 약 19 중량%의 카본 블랙을 포함할 수 있다.
중합체 사슬 개질제 첨가제
폴리올레핀 중합체는 사슬 절단을 통해 저분자량으로 분해될 수 있다. 비스브레이킹(visbreaking)으로서 알려진 사슬 절단은 수지에 낮은 평균 분자량, 또는 좁은 분자량 분포 (MWD)를 부여한다. 이러한 수지에 대해, 좁은 MWD는 개선된 유동성 및 가공성을 제공할 수 있다. 따라서, 중합체에서의 직접 사슬 절단은 일반적으로 "제어된 레올로지"로서 지칭된다. 폴리프로필렌 중합체는 대개 높은 MWD를 특징으로 하고, 분자량 저하에 민감성이다. 비스브레이킹의 공정은 자연적으로 또는 폴리프로필렌 수지로의 화학 첨가제의 도입을 통해 일어난다. 특정 온도에서 또는 UV 노출의 결과로서, 분해는 불안정화된 폴리프로필렌이 산화됨에 따라 자연적으로 발생된다. 대안적으로, 첨가제는 사슬 절단을 유도하기 위해 주입된다. 일 양태에서, 개시된 조성물은 중합체 사슬 길이 및 중합체의 분자량 분포를 변경하기 위해 구성된 첨가제를 포함한다. 추가의 예에서, 개시된 조성물은 폴리프로필렌 중합체의 분자량 분포를 변경하기 위해 구성되는 중합체 사슬 개질제 첨가제를 포함한다. 추가의 예에서, 중합체 사슬 개질제 첨가제는 과산화물을 포함한다.
과산화물에 의한 폴리프로필렌의 분해는 일련의 자유 라디칼 반응 (I)을 통해 진행되는 것으로 여겨진다. 과산화물은 균일 절단에 의해 열분해되어 퍼옥시 라디칼을 생성하고, 이는 이후 폴리프로필렌 중합체성 사슬의 골격과 반응하고, 궁극적으로 베타 절단 반응을 통해 중합체 골격을 분해시킨다. 생성된 중합체성 라디칼은 이후 불균화를 통해 말단화된다.
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사슬 절단에 의해 유도된 이러한 과산화물은 짧은 중합체 사슬 길이를 제공하고, 이는 폴리프로필렌 중합체의 좁은 분자량 분포를 생성한다.
다양한 양태에서, 개시된 조성물의 중합체 사슬 개질제 첨가제는 과산화물을 포함한다. 예를 들면, 첨가제는 유기 과산화물 예컨대 tert-부틸 하이드로퍼옥사이드, tert-아밀 하이드로퍼옥사이드, 핀네 하이드로퍼옥사이드, 큐멘 하이드로퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(하이드로퍼옥시)헥산, 디이소프로필벤젠 모노하이드로퍼옥사이드, 디벤조일 과산화물, p-클로로벤조일 과산화물, 라우로일 과산화물, 3,5,5-트리메틸헥사노일 과산화물, 아세틸 과산화물, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(2-에틸헥사노일퍼옥시)헥산, 2,2-디(tert-부틸퍼옥시)부탄, 2,2-디(tert-아밀)퍼옥시프로판, 4-(tert-아밀퍼옥시)-4-메틸-2-펜타놀, 1,1-디(tert-부틸퍼옥시)사이클로헥산, 2,2-비스(4,4-디-tert-부틸퍼옥시사이클로헥실)프로판, 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)-3-헥신, 디-tert-부틸 과산화물, 디-tert-아밀 과산화물, 1,4-디(tert-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산, 1,1,4,4,7,7-헥사메틸사이클로-4,7-디퍼옥시노난, 3,3,6,6,9,9-헥사메틸사이클로-1,2,4,5-테트라옥사노난, 3,6,6,9,9-펜타메틸-3-n-프로필-1,2,4,5-테트라옥사사이클로노난, 3,6,6,9,9-펜타메틸-3-(에틸 아세테이트)-1,2,4,5-테트라옥사사이클로노난, 또는 3-페닐-3-tert-부틸퍼옥시프탈라이드일 수 있다. 중합체 사슬 조절제 첨가제는 폴리프로필렌 캐리어에서 과산화물을 포함할 수 있다.
일 양태에서, 열가소성 조성물은 열가소성 조성물의 총 중량의 약 0.01 중량% 내지 약 0.05 중량%의 양으로 중합체 사슬 개질제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 열가소성 조성물은 열가소성 조성물의 총 중량의 약 0.01 중량% 내지 약 0.05 중량%의 양으로 과산화물을 포함할 수 있다.
금형 이형제
일 양태에서, 열가소성 조성물은 추가로 금형 이형 첨가제를 포함한다. 첨가제 예컨대 가소제, 윤활제, 및/또는 예를 들면, 프탈산 에스테르 예컨대 디옥틸-4,5-에폭시-헥사하이드로프탈레이트; 트리스-(옥톡시카보닐에틸)이소시아누레이트; 트리스테아린; 이- 또는 다작용성 방향족 포스페이트 예컨대 레조르시놀 테트라페닐 디포스페이트 (RDP), 하이드로퀴논의 비스(디페닐)포스페이트 및 BPA의 비스(디페닐)포스페이트; 폴리-알파-올레핀; 에폭시화된 대두 오일; 실리콘 오일을 포함하는 실리콘; 에스테르, 예를 들면, 지방산 에스테르 예컨대 알킬 스테아릴 에스테르, 예를 들면, 메틸 스테아레이트; 스테아릴 스테아레이트, 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트 등; 메틸 스테아레이트 및 폴리에틸렌 글리콜 폴리머, 폴리프로필렌 글리콜 폴리머, 및 그것의 코폴리머를 포함하는 친수성 및 소수성 비이온성 계면활성제의 혼합물, 예를 들면, 적합한 용매에서의 메틸 스테아레이트 및 폴리에틸렌-폴리프로필렌 글리콜 코폴리머; 산화폴리에틸렌 및 산화폴리프로필렌의 블록 공중합체; 예컨대 Pluronic™ 계열의 공중합체; 왁스 예컨대 밀랍, 몬탄 왁스, 파라핀 왁스 등; 및 폴리 알파 올레핀 예컨대 Ethylflo™ 164, 166, 168, 및 170를 포함하는 금형 이형제 중에서 고려가능한 중복이 존재한다. 일 양태에서, 예시적인 금형 이형 첨가제는, 예를 들면, 비제한적으로, 금속 스테아레이트, 스테아릴 스테아레이트, 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트, 밀랍, 몬탄 왁스, 파라핀 왁스 등, 또는 상기 금형 이형 첨가제 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함한다. 예를 들면, 금형 이형 첨가제는 펜타에리트리톨 스테아레이트를 포함한다.
금형 이형 첨가제는 일반적으로 임의의 충전제를 배제한 총 조성물의 100 중량부 기준으로 0.1 내지 1.0 중량부의 양으로 사용된다. 일 양태에서, 개시된 조성물은 약 0.2 중량% 내지 약 2 중량%의 양으로 금형 이형 첨가제를 포함할 수 있다. 일 예로서, 열가소성 조성물은 총 조성물의 약 0.2 중량% 내지 약 2 중량%의 양으로 펜타에리트리톨 스테아레이트를 포함할 수 있다.
일 양태에서, 금형 이형 첨가제를 포함하는 열가소성 조성물은 금형 이형 조성물의 부재 하에 실질적으로 동일한 참조 조성물과 비교하여 더 나은 금형 이형 성능을 가지고, 여기서 금형 이형 조성물의 존재는 기계적 및 물리적 특성에 실질적으로 부정적인 영향을 주지 않는다.
일 양태에서, 금형 이형 성능은 금형으로부터 성형된 샘플을 배출하는데 요구되는 배출 압력에 따라 평가될 수 있다. 예를 들면, 금형 이형 조성물을 포함하는 열가소성 조성물은 금형 이형 조성물의 부재 하에 실질적으로 동일한 참조 조성물과 비교하여 낮은 배출 압력을 가지고, 여기서 금형 이형 조성물의 존재는 기계적 및 물리적 특성에 실질적으로 부정적인 영향을 주지 않는다. 큰 주어진 샘플에 대해, 750 psi보다 큰 금형 이형 배출 압력은 저조한 금형 이형 성능을 나타내고, 500 psi 미만의 금형 이형 배출 압력은 양호한 금형 이형 성능을 나타낸다. 일 예로서, 열가소성 조성물의 성형된 샘플은 약 500 psi 미만의 배출 압력을 나타낼 수 있다. 추가의 예에서, 열가소성 조성물의 성형된 샘플의 배출 압력은 약 500 psi일 수 있다.
기타 첨가제
본원에 기술된 바와 같은 열가소성 조성물은 본 기술분야에 알려진 바와 같은 매우 다양한 조성물 및 응용분야에 대해 적합하다. 열가소성 조성물은 원하는 특성을 달성하기 위해 선택되는 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있고, 단 첨가제(들)은 또한 열가소성 조성물의 원하는 특성에 상당한 부정적인 영향을 주지 않도록 선택된다. 첨가제 조성물 또는 개개의 첨가제는 조성물을 형성하기 위한 성분의 혼합 과정에서 적절한 시기에 혼합될 수 있다. 첨가제는 중합체 내에서 가용성 및/또는 비가용성일 수 있다.
첨가제 조성물은 충격 개질제, 유동성 개질제, 충전제 (예를 들면, 미립자 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 유리, 탄소, 미네랄, 또는 금속), 강화제 (예를 들면, 유리 섬유), 충격 개질제, 항산화제, 열안정제, 광안정제, 자외선 (UV) 광 안정제, UV 흡수 첨가제, 가소제, 윤활제, 이형제 (예컨대, 금형 이형제), 정전기방지제, 방무제, 항미생물제, 착색제 (예를 들면, 염료 또는 안료), 표면 효과 첨가제, 방사선 안정제, 난연제, 적하방지제 (예를 들면, PTFE-캡슐화된 스티렌-아크릴로니트릴 코폴리머 (TSAN)), 또는 상기 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 열안정제, 금형 이형제, 및 자외선 광 안정제의 조합이 사용될 수 있다. 일반적으로, 첨가제는 일반적으로 효과적인 것으로 알려진 양으로 사용된다. 예를 들면, 첨가제 조성물의 총량 (임의의 충격 개질제, 충전제, 또는 강화제 제외)은 약 0.001 중량% 내지 약 10.0 중량%, 또는 약 0.01 중량% 내지 약 5 wt%, 또는 약 0.01 중량% 내지 약 1 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 2 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 3 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 4 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 6 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 7 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 8 중량%, 및/또는 약 0.01 중량% 내지 약 9 중량%을 포함하는 임의의 개재된 범위일 수 있고, 이의 각각은 조성물의 중합체의 총 중량에 기초한다.
물품
일 양태에서, 본 발명은 개시된 열가소성 조성물을 포함하는 형상화되고, 형성되고, 또는 성형된 물품에 관한 것이다. 열가소성 조성물은 사출 성형, 압출, 회전 성형, 블로우 성형 및 열성형과 같은 다양한 수단에 의해 유용한 형상화된 물품으로 성형된 물품 예컨대, 예를 들면, 휴대폰 및 휴대폰 커버에 대한 다양한 부품, 컴퓨터 하우징에 대한 부품, 컴퓨터 하우징 및 사무기기 하우징 예컨대 모니터용 하우징, 휴대용 전자 장치 하우징 예컨대 휴대폰에 대한 하우징, 전기 커넥터, 및 조명기구, 장식품, 가정용 기기, 지붕, 그린하우스, 일광욕실, 수용장 엔클로저, 발광 다이오드 (LED) 및 광 패널, 압출 필름 및 시트 물품 등을 형성할 수 있다.
본 개시된 조성물은 얇은 벽 물품 예컨대 피펫 팁(pipette tip) 또는 전자 장치의 하우징의 제조에서의 특별하게 유용하다. 조성물로부터 형성될 수 있는 물품의 추가적인 예는 전기 부품, 예컨대 계전기, 및 엔클로저, 가전 제품 예컨대 랩탑, 데스크탑용 부품, 도킹 스테이션, PDA, 디지털 카메라, 데스크탑용 엔클로져 및 부품, 및 통신 부품 예컨대 베이스 스테이션 터미널용 부품을 포함한다. 상기 주지한 바와 같이, 개시된 복합체는 전자 부품 및 장치의 제조에의 사용에 매우 적합하다. 이와 같이, 일부 양태에 따라, 개시된 복합체는 물품 예컨대 인쇄 회로 기판 캐리어, 번인 테스트 소켓, 하드디스크 드라이브용 플렉스 블랫킷 등을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
다양한 양태에서, 본 발명은 임의의 개시된 열가소성 조성물을 포함하는 성형 물품, 열성형 물품, 발포 물품, 압출 필름, 압출 시트, 다층 물품의 하나 이상의 층, 코팅 물품용 기재 또는 금속화된 물품용 기재로부터 선택되는 물품에 관한 것이다.
다양한 양태에서, 본 발명은 개시된 열가소성 조성물로부터 형성된 제조 물품에 관한 것이다. 추가의 양태에서, 물품은 사출 성형 부품이다. 또 다른 추가의 양태에서, 물품은 압출된 필름 또는 시트이다. 또 다른 추가의 양태에서, 물품은 전자 장치에 대한 부품이다.
하나 이상의 양태에서, 물품은 사출 성형 물품이다. 추가의 양태에서, 물품은 압출된 필름 또는 시트이다. 개시된 열가소성 조성물은 종래의 방법을 사용하여 물품, 필름, 또는 시트로 형성될 수 있다.
또 다른 추가의 양태에서, 물품, 필름, 또는 시트는 기구를 형성하는데 사용될 수 있다. 또 다른 추가의 양태에서, 물품은 하나 이상의 개구를 가질 수 있다.
추가의 양태에서, 본 발명에 따른 개시된 열가소성 조성물을 포함할 수 있는 장치의 비제한적인 예는 컴퓨터 장치, 가전 제품, 장식 장치, 전자기 간섭 장치, 인쇄 회로, Wi-Fi 장치, 블루투스 장치, GPS 장치, 휴대폰 안테나 장치, 스마트폰 장치, 자동차 장치, 군사 장치, 항공우주 장치, 의료 장치, 예컨대 보청기, 센서 장치, 보안 장치, 차폐 장치, RF 안테나 장치, 또는 RFID 장치를 포함한다.
다양한 양태에서, 물품은 헬스케어 분야에서의 응용을 위해 의료 장치에 대한 부품일 수 있다. 예를 들면, 개시된 열가소성 조성물을 포함하는 물품은 피펫 팁에 사용될 수 있다. 전도성 폴리프로필렌은 액체의 흐름에 의해 발생되는 정전기가 팁 랙(tip rack)을 통해 배출되게 할 수 있다.
하나 이상의 양태에서, 물품은 전자 장치에 대한 부품이다.
추가의 양태에서, 물품은 컴퓨터 장치, 전자기 간섭 장치, 인쇄 회로, Wi-Fi 장치, 블루투스 장치, GPS 장치, 게임 장치, 휴대폰 안테나 장치, 스마트폰 장치, 랩탑 컴퓨터, 테블릿 컴퓨터, 전자 리더 장치, 복사기 장치, 자동차 장치, 의료 장치, 센서 장치, 보안 장치, 차폐 장치, RF 안테나 장치, LED 장치, 및 RFID 장치로부터 선택된다. 예를 들면, 물품은 스마트폰의 부품일 수 있다. 또 다른 추가의 양태에서, 물품은 컴퓨터 장치, 센서 장치, 보안 장치, RF 안테나 장치, LED 장치, 및 RFID 장치로부터 선택된다. 또 다른 추가의 예에서, 물품은 컴퓨터 장치, RF 안테나 장치, LED 장치, 및 RFID 장치로부터 선택된다. 또 다른 추가의 양태에서, 물품은 RF 안테나 장치, LED 장치, 및 RFID 장치로부터 선택된다. 또 다른 추가의 양태에서, 물품은 RF 안테나 장치, 및 RFID 장치로부터 선택된다. 또 다른 추가의 양태에서, 물품은 LED 장치이다. 또 다른 추가의 양태에서, LED 장치는 LED 튜브, LED 소켓, 및 LED 히트 싱크로부터 선택된다. 다른 양태에서, 물품은 스포츠 고글 또는 안경 프레임에 대한 부품이다.
추가의 양태에서, 물품은 전자 하우징용 부품이다. 또 다른 추가의 양태에서, 전자 하우징은 휴대폰, 스마트폰, GPS 장치, 랩탑 컴퓨터, 테블릿 컴퓨터, 전자 리더, 또는 복사기에 대한 부품이다. 또 다른 추가의 양태에서, 전자 하우징은 휴대폰 또는 스마트폰에 대한 부품이다. 또 다른 추가의 양태에서, 전자 하우징은 GPS 장치에 대한 부품이다. 또 다른 추가의 양태에서, 전자 하우징은 랩탑 컴퓨터, 테블릿 컴퓨터, 또는 전자리더에 대한 부품이다.
추가의 양태에서, 성형 물품은 자동차 분야에서의 장치를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 추가의 양태에서, 자동차 인테리어에서 개시된 블렌딩된 열가소성 조성물을 사용할 수 있는 자동차 분야에서의 이러한 장치의 비제한적인 예는 적응식 정속주행 시스템, 헤드라이트 센서, 앞유리 와이퍼 센서, 및 문/창문 스위치를 포함한다. 추가의 양태에서, 자동차 익스테리어에 개시된 블렌딩된 열가고성 조성물을 포함할 수 있는 자동차 분야에서의 장치의 비제한적인 예는 자동차 익스테리어에서의 개시된 블렌딩된 열가소성 조성물을 포함할 수 있는 자동차 분야에서의 장치의 비제한적인 예는 엔진 관리에 대한 압력 및 흐름 센서, 에어 컨디셔닝, 충돌 감지, 및 익스테리어 조명 기구를 포함한다.
다양한 양태에서, 물품은 외부 전기식 엔클로져이다.
추가의 양태에서, 물품은 전기 자동차 충전 시스템의 부품이다.
추가의 양태에서, 물품은 광전지 접합 커넥터 또는 광전지 접합 박스의 부품이다.
다양한 양태에서, 본 발명은 열가소성 조성물로부터 형성된 성형체를 포함하는 제조 물품에 관한 것이며, 여기서 성형체는 전기 전도성을 나타내는 적어도 하나의 표면을 갖고; 열가소성 조성물은 적어도 하나의 개선된 전기 전도성 특정을 제공하기 위한 수단을 포함한다.
또한, 본원에 사용되는 전문용어는 특정 양태만을 기술하는 목적을 위한 것이고, 제한적인 것으로 의도되지 않는 것으로 의도된다. 명세서 및 청구항에서 사용되는 바와 같이, 용어 "포함함"은 구현예 "~이루어짐" 및 "~로 본질적으로 이루어짐"을 포함할 수 있다. 달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 개시물이 속하는 기술분야의 당업자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 하기의 본 명세서 및 청구항에서, 본원에 정의된 다수의 용어가 참조될 것이다.
명세서 및 첨부된 청구항에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a," "an" 및 "the")는 맥락에서 분명하게 달리 나타내지 않는 한 복수 형태를 포함한다. 예를 들면, 따라서, "폴리프로필렌 중합체"에 대한 참조는 2개 이상의 폴리프로필렌 중합체의 혼합물을 포함한다.
범위는 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값까지로 본원에 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현되는 경우, 다른 양태는 하나의 특정 값 및/또는 다른 특정 값까지 포함한다. 마찬가지로, 선행사 "약"을 사용하여 근사값으로 값이 표현되는 경우, 특정 값은 다른 양태를 형성하는 것으로 이해될 것이다. 각 범위의 종점은 다른 종점과 관련하여, 그리고 다른 종점과 별개로 둘 모두에서 유의미한 것으로 추가로 이해될 것이다. 또한, 본원에 개시된 다수의 값이 존재하고, 각각의 값은 또한 값 그 자체에 부가하여 본원에 "약"의 특정 값으로서 개시되는 것으로 이해된다. 예를 들면, 값 "10"이 개시되는 경우, 이후 "약 10" 또한 개시된 것이다. 또한, 2개의 특정 단위들 사이의 각각의 단위가 또한 개시된 것으로 이해된다. 예를 들면, 10 및 15가 개시되는 경우, 이후 11, 12, 13, 및 14도 개시된 것이다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "약" 및 "대략 또는 약"은 논의되는 양 또는 값이 이와 대략적으로 또는 근사한 일부 값을 표시하는 값일 수 있음을 의미한다. 일반적으로, 본원에 사용되는 바와 같이, 이는 달리 나타내거나 암시하지 않는 한, ±10% 변화값을 나타내는 공칭 값인 것으로 이해된다. 상기 용어는 유사한 값이 청구항에서 언급된 동일한 결과 또는 효과를 촉진하는 것을 전달하는 것으로 의도된다. 즉, 양, 크기, 제형, 파라미터, 및 다른 양 및 특성은 정확하지 않고, 정확할 필요는 없으나, 허용도, 환산 계수, 반올림, 측정값 오차 등, 및 본 기술분야에 알려진 다른 인자를 반영하여 원하는 바와 같은 근사하고 및/또는 더 크거나 작을 수 있다. 일반적으로, 양, 크기, 제형, 파라미터 또는 다른 정량 또는 특성은 이와 같이 표현적으로 언급되는지 여부와 상관없이 "약" 또는 "대략"인 것이다. 정량값 앞에 "약"이 사용되는 경우, 파라미터는 또한, 특별하게 달리 언급되지 않는 한, 특정 정량값 자체를 포함하는 것으로 이해된다.
본원에 개시된 방법 내에서 사용되는 개시물의 조성물뿐만 아니라 조성물을 제조하기 위해 사용되는 성분이 개시되어 있다. 이러한 및 기타 물질이 본원에 개시되어 있고, 이러한 물질의 조합, 하위부류, 상호작용, 군 등이 개시되는 경우, 한편 이러한 화합물의 각각의 다양한 개개의 그리고 총괄적인 조합 및 순열의 특정 참조가 명확하게 개시되지 않을 수 있는 한편, 각각은 본원에 특별하게 고려되고, 논의되어 있다. 예를 들면, 특정 화합물이 개시되고 논의되고, 화합물을 포함하는 다수의 분자에 대해 이루어질 수 있는 다수의 변형이 개시되는 경우, 화합물의 각각의 그리고 모든 조합 및 순열 및 가능한 변형이, 특별하게 달리 나타내지 않는 한, 구체적으로 고려된다. 따라서, 분자 A, B, 및 C의 부류가 개시되고, 분자 D, E, 및 F의 부류 및 조합 분자, A-D의 예가 개시되어 있는 경우, 이후, 심지어 각각이 개별적으로 언급되지 않아도, 각각은 개별적 그리고 총괄적으로 고려되고, 이는 조합들, A-E, A-F, B-D, B-E, B-F, C-D, C-E, 및 C-F이 개시된 것으로 고려됨을 의미한다. 마찬가지로, 이의 임의의 하위부류 또는 조합이 또한 개시되어 잇다. 이에 따라, 예를 들면, A-E, B-F, 및 C-E의 하위-그룹은 개시된 것으로 고려될 수 있다. 이러한 개념은 비제한적으로 개시물의 조성물을 사용하는 제조 방법의 단계를 포함하는 본 출원의 모든 양태에 적용된다. 따라서, 다수행될 수 있는 다양한 추가적인 단계가 존재하는 경우, 이러한 추가적인 단계 각각은 본 개시물의 방법의 양태의 임의의 특정 양태 또는 양태의 조합으로 수행될 수 있는 것으로 이해된다.
명세서 및 최종적 청구항에서의 조성물 또는 물품에서의 특정 성분 또는 구성요소의 중량부에 대한 참조는 중량부가 표현되는 조성물 또는 물품에서의 성분 또는 구성요소 및 다른 성분 또는 구성요소 사이의 중량 관계를 나타낸다. 따라서, 2 중량부의 성분 X 및 5 중량부의 성분 Y를 포함하는 화합물에서, X 및 Y는 2:5의 중량비로 존재하고, 추가의 성분은 화합물에 함유되는지와 무관하게 이러한 비로 존재한다.
본원에 사용되는 바와 같이, 달리 특별하게 언급하지 않는 한, 상호교환적으로 사용될 수 있는 성분의 용어 "중량 백분율", "wt.%," 및 "중량%"는 성분이 포함되는 제형 또는 조성물의 총 중량에 기초한다. 예를 들면, 조성물 또는 물품에서의 특정 성분 또는 구성요소가 8 중량%를 가지는 것으로 언급되는 경우, 이러한 백분율은 100 중량%의 총 조성 백분율에 관한 것으로 이해된다.
화합물은 표준 명명법을 사용하여 기재된다. 예를 들면, 임의의 표시된 기로 치환되지 않은 임의의 위치는 나타난 바와 같은 결합, 또는 수소 원자에 의해 채워진 이의 원자가를 가지는 것으로 이해된다. 2개의 문자 또는 기호 사이에 있지 않은 파선("-")은 치환을 위한 부착 지점을 나타내기 위해 사용된다. 예를 들면, -CHO는 카보닐기의 탄소를 통해 부착된다. 달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용되는 기술 및 과학 용어는 본 개시물이 속하는 기술분야에서의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가진다.
본 개시물은 적어도 하기 양태를 포함한다.
양태 1. 전도성 및 정전기 분산 특성을 나타내는 열가소성 조성물로서, 폴리프로필렌 중합체 성분이 폴리프로필렌 공중합체 및 폴리프로필렌 단독중합체를 포함하는, 약 78 중량% 내지 약 81 중량%의 폴리프로필렌 중합체 성분; 약 18 중량% 내지 약 22 중량%의 카본 블랙; 약 0.03 중량% 내지 약 0.05 중량%의 과산화물; 및 약 0.5 중량% 내지 약 1 중량%의 금형 이형 첨가제를 포함하는, 여기서 모든 성분의 결합된 중량 백분율 값은 약 100 중량%를 초과하지 않고, 모든 중량 백분율 값은 조성물의 총 중량에 기초하는, 열가소성 조성물.
양태 2. 전도성 및 정전기 분산 특성을 나타내는 열가소성 조성물로서, 폴리프로필렌 중합체 성분이 폴리프로필렌 공중합체 및 폴리프로필렌 단독중합체를 포함하는, 약 75 중량% 내지 약 84 중량%의 폴리프로필렌 중합체 성분; 약 15 중량% 내지 약 25 중량%의 전기 전도성 충전제 성분; 약 0.01 중량% 내지 약 0.05 중량%의 중합체 사슬 개질제 첨가제 성분; 및 약 0.2 중량% 내지 약 2 중량%의 금형 이형 첨가제를 포함하는, 여기서 모든 성분의 결합된 중량 백분율 값은 약 100 중량%를 초과하지 않고, 모든 중량 백분율 값은 조성물의 총 중량에 기초하는, 열가소성 조성물.
양태 3. 양태 1 또는 2에 있어서, 상기 폴리프로필렌 단독중합체는 폴리프로필렌 중합체 성분의 총 중량의 반보다 적게 포함하는, 열가소성 조성물.
양태 4. 양태 1 또는 2에 있어서, 상기 폴리프로필렌 단독중합체는 폴리프로필렌 중합체 성분의 총 중량의 약 15 중량% 내지 약 35 중량%의 양으로 존재하고, 폴리프로필렌 공중합체 성분은 폴리프로필렌 중합체 성분의 총 중량의 약 65 중량% 내지 약 85 중량%의 양으로 존재하는, 열가소성 조성물.
양태 5. 양태 1 또는 2에 있어서, 상기 폴리프로필렌 단독중합체는 폴리프로필렌 중합체 성분의 총 중량의 약 25 중량% 내지 약 35 중량%의 양으로 존재하고, 폴리프로필렌 공중합체 성분은 폴리프로필렌 중합체 성분의 총 중량의 약 65 중량% 내지 약 75 중량%의 양으로 존재하는, 열가소성 조성물.
양태 6. 양태 1-5 중 임의의 하나에 있어서, 상기 폴리프로필렌 단독중합체는 약 230 ℃의 온도에서, 그리고 2.16 kg 하중 하에서 측정되는 바와 같은 약 15 25 g/10 min보다 큰 용융 흐름 지수를 갖는, 열가소성 조성물.
양태 7. 양태 1-6 중 임의의 하나에 있어서, 상기 폴리프로필렌 공중합체는 실온에서 측정된 약 180 J/m보다 큰 노치 아이조드 충격 강도를 가지는, 열가소성 조성물.
양태 8. 양태 1-7 중 임의의 하나에 있어서, 상기 폴리프로필렌 공중합체는 약 230 ℃의 온도에서, 그리고 2.16 kg 하중 하에서 약 10 g/10 min보다 큰 용융 흐름 지수를 갖는, 열가소성 조성물.
양태 9. 양태 1-8 중 임의의 하나에 있어서, 상기 전기 전도성 충전제는 카본 블랙인, 열가소성 조성물.
양태 10. 양태 1-9 중 임의의 하나에 있어서, 상기 중합체 사슬 개질제 성분은 과산화물인, 열가소성 조성물.
양태 11. 양태 10에 있어서, 상기 과산화물은 폴리프로필렌 캐리어에서의 농축물인, 열가소성 조성물.
양태 12. 양태 9-11 중 임의의 하나에 있어서, 상기 과산화물은 폴리프로필렌 캐리어에서의 20% 과산화물 농축물인, 열가소성 조성물.
양태 13. 양태 1-12 중 임의의 하나에 있어서, 상기 금형 이형 첨가제는 펜타에리트리톨 스테아레이트인, 열가소성 조성물.
양태 14. 양태 1-13 중 임의의 하나에 있어서, 상기 열가소성 조성물은 200 ohm/sq 미만의 표면 저항을 갖는, 열가소성 조성물.
양태 15. 양태 1-14 중 임의의 하나에 있어서, 상기 열가소성 조성물은 23 ℃에서 약 300 J/m보다 큰 노치 충격 강도를 가지는, 열가소성 조성물.
양태 16. 양태 1-15 중 임의의 하나에 있어서, 상기 열가소성 조성물은 노치 및 비노치 아이조드 충격 시험에서의 100% 연성을 나타내는, 열가소성 조성물.
양태 17. 양태 1-16 중 임의의 하나에 있어서, 상기 열가소성 조성물은 190 ℃에서 그리고 2.16 kg의 하중 하에서 약 15 cm3/10 min보다 큰 용융 체적 유량을 가지는, 열가소성 조성물.
양태 18. 양태 1-17 중 임의의 하나에 있어서, 상기 열가소성 조성물이 500 psi 미만의 금형 이형 배출 압력을 나타내는, 열가소성 조성물.
양태 19. 양태 1-18 중 임의의 하나의 열가소성 조성물을 포함하는 제조 물품.
양태 20. 열가소성 조성물의 성형 방법으로서, 폴리프로필렌 중합체 성분이 폴리프로필렌 공중합체 및 폴리프로필렌 단독중합체를 포함하는, 약 75 중량% 내지 약 84 중량%의 폴리프로필렌 중합체 성분; 약 15 중량% 내지 약 25 중량%의 전기 전도성 충전제 성분; 약 0.01 중량% 내지 약 0.05 중량%의 중합체 사슬 개질제 성분; 및 약 0.2 중량% 내지 약 2 중량%의 금형 이형 첨가제를 혼합하는 단계를 포함하고, 여기서 모든 성분의 결합된 중량 백분율 값은 약 100 중량%를 초과하지 않고, 모든 중량 백분율 값은 조성물의 총 중량에 기초하는 성형 방법.
양태 21. 양태 20에 있어서, 열가소성 조성물을 압출하는 단계를 더 포함하는 방법.
양태 22. 양태 20의 방법에 의해 제조되는 물품.
실시예
개시된 조성물은 하기 비제한적인 실시예에 의해 예시된다. 하기 실시예는 본 기술분야의 당업자에게 본원에 청구된 화합물, 조성물, 물품, 장치 및/또는 방법이 제조되고 평가되는 방식의 완전한 개시 및 설명을 제공하기 위해 기재되고, 순수하게 예시적인 것으로 의도되고, 개시내용을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 수 (예를 들면, 양, 온도 등)과 관련하여 정확성을 보장하기 위한 노력이 이루어졌으나, 일부 오차 및 편차가 고려되어야 한다. 달리 나타내지 않는 한, 부는 중량부이고, 온도는 ℃이거나 주위 온도이고, 압력은 대기압이거나 또는 그 부근이다. 달리 나타내지 않는 한, 조성과 관련된 백분율은 중량%와 관련된다.
기술된 방법으로부터 수득되는 생성물 순도 및 수율을 최적화하기 위해 사용될 수 있는, 반응 조건의 수많은 변화 및 조건, 예를 들면, 성분 농도, 원하는 용매, 용매 혼합물, 온도, 압력 및 다른 반응 범위 및 조건의 수많은 변화 및 조합이 존재한다. 단지 합리적이고, 일상적인 실험이 이러한 처리 조건을 최적화하기 위해 요구될 것이다.
일반적인 물질 및 방법
실시예에서, 폴리프로필렌 단독중합체, 공중합체 또는 이러한 블렌드, 안정제, 유동성 개질제, 및 금형 이형제 (적용가능한 경우)를 10개의 배럴 40 mm 트윈 이축 압출기의 공급목에 주입하였다. 전도성 충전제를 사이드 공급기를 통해 부가하였다. 조성물은 200 rpm의 축 속도 및 100 lb/시간의 공급 속도에서 420℉의 배럴 온도로 압출하였다. 성형 물품을 분석을 위해 제조하였다. 샘플을 420℉의 배럴 온도 및 100℉의 금형 온도에서 사출 성형하였다.
물리적 측정은 본원에 기재된 시험 및 시험 방법을 사용하여 이루어졌다.
노치 아이조드 충격 ("NII") 시험을 23℃에서 ASTM D 256에 따라 63.5 mm x 12.7 mm x 3.18 mm 성형 샘플 (바) 상에서 실시하였다. 시험 샘플은 48시간 동안 23℃ 및 55% 상대 습도의 ASTM 표준 조건에서 컨디셔닝시켰고, 이후 평가하였다.
비노치 아이조드 충격 시험을 23℃에서 ASTM D 4812에 따라 성형 부품 (바) 상에서 실시하였다. 시험 시편을 48시간 동안 23℃ 및 55% 상대 습도의 ASTM 표준 조건에서 컨디셔닝시켰고, 이후 평가하였다.
샘플의 연성 백분율을 노치 및 비노치 아이조드 충격 시험 과정에서의 샘플의 파열 방식으로 결정하였다. 100% 연성 결정값은 불완전한 파손을 나타내고, 여기서 파열(fracture)은 노치의 정점과 샘플의 반대면 사이의 거리의 90% 미만으로 연장된다. 0% 연성 결정값은 샘플의 완전한 파손을 나타낸다.
용융 체적 유량 (MVR)을 190 ℃ 및 2.16 kg의 하중에서 ASTM 1238에 따라 결정하였다.
표면 저항을 Keithley 8009 저항 시험 고정부를 갖는 Keithley 모델 6517A 일렉트로미터/고저항 미터 상에서 ASTM D257에 따라 측정하였다. 본 방법에서, 전압을 시험 시편 (3인치×2인치×1/8th 인치 사출 성형 플라크)에 인가하고, (시스템 안정화를 허용하기 위한) 주어진 지연 기간 이후, 미터는 ohms/평방으로 샘플의 표면 저항을 기록하였다. 인가된 전압을 모든 시험을 위해 약 0.1 V 내지 약 1 V의 범위에서 유지하였다.
금형 이형 성능은 하기 방법에 따라 평가하였다. 열가소성 조성물을 유압 사출 성형 기계를 사용하여 사출 금형으로 주입하였다. 사출 성형 기계의 중심으로부터 조성물을 배출하기 위해 적용되는 배출 압력이 샘플의 금형 이형 성능에 해당한다. 750 psi 이상의 사출 압력은 좋지 않은 금형 이형 성능, 또는 금형 이형성을 나타낸다. 500 psi 이하의 사출 압력은 샘플의 양호한 금형 이형성을 나타낸다.
비제한적인 실시예로서, 샘플 조성물은 표 1에 기재된 성분으로부터 제조하였다.
[표 1] 열가소성 조성물 성분
Figure 112017036640933-pct00002
표 2는 비교 및 본 발명의 샘플의 열가소성 조성물을 기술하고 있다. 비교 샘플 C1-C4 및 본 발명의 샘플 S1 - S10을 비슷한 수지 조성물에 기초하여 제조하였고, 여기서 폴리프로필렌 단독중합체 및 공중합체의 양은 변화되었고; 중합체 사슬 개질제 과산화물 CR20P의 양은 (샘플 S1 - S10에 대해) 변화되고; 금형 이형제는 (샘플 S7 - S10에 대해) 주입된다. 표 2에서의 모든 제형은 19 중량%의 카본 블랙을 포함한다.
[표 2] 샘플의 제형의 상세설명
Figure 112017036640933-pct00003
물리적 측정은 본원에 기재된 시험 및 시험 방법을 사용하여 이루어졌다.
통상적인 유동성 및 물리적 특성뿐만 아니라 표면 저항은 표 3에 제공되는 열가소성 조성물에 대해 표 4에 나타나 있다. 비교 샘플 CS1은 충격 강도 및 연성에 대해 가장 저조한 값을 나타내었으나, 또한 보통의 유동성 및 낮은 표면 저항을 나타낸다 (낮은 표면 저항은 높은 전기 전도성을 나타낸다). 개선된 충격 강도 결과는 비교 샘플 CS2에 관찰되었고, 여기서 폴리프로필렌 성분은 폴리프로필렌 공중합체만을 포함한다. 그럼에도 불구하고, CS2는 상당하게 낮은 용융 체적 유량 및 더 높은 표면 저항을 가진다. CS3 및 CS4는 또한 유동성 및 전기 전도성에서의 개선을 나타내나, CS2와 비교시 노치 아이조드 충격 강도 및 연성에서의 급격한 감소가 나타난다. 비교 샘플 CS3 및 CS4는 또한 조성물에서의 폴리프로필렌 단독중합체 및 공중합체의 비율의 중요성을 나타낸다. 폴리프로필렌 단독중합체 및 공중합체가 총 조성물의 동일한 중량 백분율인 CS3는 폴리프로필렌 단독중합체가 더 높은 비율의 폴리프로필렌 중합체 성분을 포함하는 CS4와 비교하여 개선된 충격 강도를 나타낸다. 그러나, CS3는 상당하게 더 높은 표면 저항을 가진다.
전도성 충전제, 과산화물 개질제 및 폴리프로필렌 성분 내의 폴리프로필렌 공중합체 단독만을 포함하는 샘플 S1 및 S2는 CS2와 비교하여 개선된 유동성을 나타낸다. 그러나, 노치 아이조드 충격 강도 및 노치 아이조드 연성은 상당하게 감소된다. 또한, S1 및 S2는 CS1, CS3, 및 CS4보다 상당하게 더 높은 표면 저항을 가진다. 샘플 S3 내지 S10 (총 조성물의 0.06 중량% 미만의 과산화물 및 폴리프로필렌 성분의 총 중량의 낮은 중량 백분율로의 폴리프로필렌 단독중합체를 가짐)은 양호한 유동성, 양호한 표면 저항, 및 양호한 노치 및 비노치 아이조드 충격 강도를 나타낸다.
샘플 S7 내지 S10에서의 금형 이형 첨가제의 주입은 조성물에 대해 개선된 금형 이형 능력을 제공한다. 표 3에 나타난 바와 같이, 샘플 S7 내지 S10은 사출 성형 기계의 중심의 부품으로부터 배출하기 위해 500 psi 미만의 배출 압력을 요구하였다. 500 psi 미만의 배출 압력은 양호한 금형 이형성을 나타낸다. 또한, 이러한 결과는 놀랍게도 금형 이형 첨가제는 열가소성 수지의 금형 이형 성능을 개선할 뿐만 아니라, 샘플 S7 - S10에 대해 노치 충격 강도 시험에서의 개선된 유동성 및 100% 연성을 가진다는 것을 입증한다.
[표 3] 성형 샘플의 물리적 특성
Figure 112017036640933-pct00004
상기 기술된 개시된 제형은 높은 연성, 높은 노치 아이조드 충격 강도 (≥ 300 J/m) 및 비노치 아이조드 충격 강도 (≥ 1000 J/m), 양호한 유동성 (2.16 kg 하중 하의 190 ℃에서의 ≥ 15 cm3/10 min), 및 500 psi 미만의 배출 압력에 의해 나타나는 양호한 금형 이형 성능을 갖는 전기 전도성 열가소성 조성물을 제공한다. 개시된 제형의 나타난 특성은 이들을 의료, 전기 및 전자 시장, 특히 얇은 벽 부품을 요구하는 것에서의 제조 물품에 사용하기에 매우 적합하게 한다.

Claims (20)

  1. 전도성 및 정전기 분산 특성을 나타내는 열가소성 조성물로서,
    폴리프로필렌 중합체 성분이 폴리프로필렌 공중합체 및 폴리프로필렌 단독중합체를 포함하는, 78 중량% 내지 81 중량%의 폴리프로필렌 중합체 성분;
    18 중량% 내지 21.47 중량%의 카본 블랙;
    0.03 중량% 내지 0.05 중량%의 과산화물; 및
    0.5 중량% 내지 1 중량%의 금형 이형 첨가제
    를 포함하며,
    상기 폴리프로필렌 단독중합체는 상기 폴리프로필렌 중합체 성분의 총 중량의 25 중량% 내지 35 중량%의 양으로 존재하고, 상기 폴리프로필렌 공중합체 성분은 상기 폴리프로필렌 중합체 성분의 총 중량의 65 중량% 내지 75 중량%의 양으로 존재하며,
    여기서 모든 성분의 결합된 중량 백분율 값은 100 중량%를 초과하지 않고, 모든 중량 백분율 값은 조성물의 총 중량에 기초하는, 열가소성 조성물.
  2. 전도성 및 정전기 분산 특성을 나타내는 열가소성 조성물로서,
    폴리프로필렌 중합체 성분이 폴리프로필렌 공중합체 및 폴리프로필렌 단독중합체를 포함하는, 75 중량% 내지 84 중량%의 폴리프로필렌 중합체 성분;
    15 중량% 내지 24.79 중량%의 전기 전도성 충전제 성분;
    0.01 중량% 내지 0.05 중량%의 중합체 사슬 개질제 첨가제 성분; 및
    0.2 중량% 내지 2 중량%의 금형 이형 첨가제
    를 포함하며,
    상기 폴리프로필렌 단독중합체는 상기 폴리프로필렌 중합체 성분의 총 중량의 25 중량% 내지 35 중량%의 양으로 존재하고, 상기 폴리프로필렌 공중합체 성분은 상기 폴리프로필렌 중합체 성분의 총 중량의 65 중량% 내지 75 중량%의 양으로 존재하며,
    여기서 모든 성분의 결합된 중량 백분율 값은 100 중량%를 초과하지 않고, 모든 중량 백분율 값은 조성물의 총 중량에 기초하는, 열가소성 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 단독중합체는 폴리프로필렌 중합체 성분의 총 중량의 반보다 적게 포함되는, 열가소성 조성물.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 단독중합체는 230 ℃의 온도에서, 그리고 2.16 kg 하중 하에서 ASTM 1238에 따라 측정되는 25 g/10 min보다 큰 용융 흐름 지수를 가지는, 열가소성 조성물.
  6. 제2항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 공중합체는 ASTM D 256에 따라 측정되는 실온에서 측정된 180 J/m보다 큰 노치 아이조드 충격 강도를 가지는, 열가소성 조성물.
  7. 제2항에 있어서, 상기 폴리프로필렌 공중합체는 230 ℃의 온도에서, 그리고 2.16 kg 하중 하에서 ASTM 1238에 따라 측정된 10 g/10 min보다 큰 용융 흐름 지수(melt flow index)를 가지는, 열가소성 조성물.
  8. 제2항에 있어서, 상기 전기 전도성 충전제는 카본 블랙인, 열가소성 조성물.
  9. 제2항에 있어서, 상기 중합체 사슬 개질제 성분은 과산화물인, 열가소성 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 과산화물은 폴리프로필렌 캐리어에서의 농축물인, 열가소성 조성물.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 과산화물은 폴리프로필렌 캐리어에서의 20% 과산화물 농축물인, 열가소성 조성물.
  12. 제2항에 있어서, 상기 금형 이형 첨가제는 펜타에리트리톨 스테아레이트인, 열가소성 조성물.
  13. 제2항에 있어서, 상기 열가소성 조성물은 200 ohm/sq 미만의 표면 저항을 가지는, 열가소성 조성물.
  14. 제2항에 있어서, 상기 열가소성 조성물은 ASTM D 256에 따라 측정되는 23 ℃에서 300 J/m보다 큰 노치 충격 강도를 가지는, 열가소성 조성물.
  15. 제2항에 있어서, 상기 열가소성 조성물은 각각 ASTM D 256 및 ASTM D 4812에 따라 실온에서 측정되는 노치 및 비노치 아이조드 충격 시험에서의 100% 연성을 나타내는, 열가소성 조성물.
  16. 제2항에 있어서, 상기 열가소성 조성물은 190 ℃에서 그리고 2.16 kg의 하중 하에서 ASTM 1238에 따라 15 cm3/10 min보다 큰 용융 체적 유량(melt volume rate)을 가지는, 열가소성 조성물.
  17. 제2항에 있어서, 상기 열가소성 조성물이 500 psi 미만의 금형 이형 배출 압력을 나타내는, 열가소성 조성물.
  18. 제2항의 열가소성 조성물을 포함하는 제조 물품.
  19. 열가소성 조성물의 성형 방법으로서,
    폴리프로필렌 중합체 성분이 폴리프로필렌 공중합체 및 폴리프로필렌 단독중합체를 포함하는, 75 중량% 내지 84 중량%의 폴리프로필렌 중합체 성분;
    15 중량% 내지 24.79 중량%의 전기 전도성 충전제 성분;
    0.01 중량% 내지 0.05 중량%의 중합체 사슬 개질제 성분; 및
    0.2 중량% 내지 2 중량%의 금형 이형 첨가제
    를 혼합하는 단계를 포함하고,
    상기 폴리프로필렌 단독중합체는 상기 폴리프로필렌 중합체 성분의 총 중량의 25 중량% 내지 35 중량%의 양으로 존재하고, 상기 폴리프로필렌 공중합체 성분은 상기 폴리프로필렌 중합체 성분의 총 중량의 65 중량% 내지 75 중량%의 양으로 존재하며,
    여기서 모든 성분의 결합된 중량 백분율 값은 100 중량%를 초과하지 않고, 모든 중량 백분율 값은 조성물의 총 중량에 기초하는 성형 방법.
  20. 제19항의 방법에 의해 제조되는 물품.
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