KR102119601B1 - 바이오 코폴리에스터 수지의 제조 또는 대전방지 코팅용 마스터배치 - Google Patents

바이오 코폴리에스터 수지의 제조 또는 대전방지 코팅용 마스터배치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이오 코폴리에스터 마스터배치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대전방지 성능을 가지면서도 헤이즈(haze)가 발생되지 않아 투명성을 유지할 수 있는 마스터배치, 이를 유효성분으로 하여 제조되는 바이오 코폴리에스터 수지 및 이를 상면 및/또는 하면에 대전방지층으로 코팅한 바이오 코폴리에스터 수지 복합체에 관한 것이다.
본 발명의 마스터배치를 이용해 코폴리에스터 수지를 직접 제조하거나 수지의 표면에 대전방지층으로 구성할 경우 109~11 Ω/㎡ 수준의 표면저항을 가져 높은 대전방지 성능을 실현할 수 있으며, 별도의 대전방지층으로 코팅하게 되더라도 모재가 되는 일반적인 코폴리에스터 수지가 가지는 굴절률(약 1.5 수준)과 유사한 굴절률을 가지게 되어 헤이즈(haze) 현상 없이 높은 투명성을 유지할 수 있다는 효과가 있다.

Description

바이오 코폴리에스터 수지의 제조 또는 대전방지 코팅용 마스터배치{MASTERBATCH FOR MANUFACTURING BIO COPOLYESTER PLASTIC OR USING ANTISTATIC-COATING MATERIAL}
본 발명은 바이오 코폴리에스터 마스터배치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대전방지 성능을 가지면서도 헤이즈(haze)가 발생되지 않아 투명성을 유지할 수 있는 마스터배치, 이를 유효성분으로 하여 제조되는 바이오 코폴리에스터 수지 및 이를 상면 및/또는 하면에 대전방지층으로 코팅한 바이오 코폴리에스터 수지 복합체에 관한 것이다.
기존의 범용 플라스틱은 기계적 물성, 내화학성, 내구성 등이 우수하여 일상 생활에서 널리 사용되고 있으나, 사용 후 폐기 시에는 자연으로 환원되지 못한다는 단점이 있다. 나날이 수요가 증가하고 있는 플라스틱 소재의 1회 용품은 회수가 원활하지 않아 그대로 방치되는 경우가 많으며 농업용 필름 등은 토양에 묻혀 농작물의 성장에 지장을 초래하고 있다. 이와 같이 플라스틱 폐기물에 의한 환경오염이 사회문제로 대두됨에 따라 사용 후 폐기 시 자연적으로 분해되는 친환경 플라스틱의 개발이 활발히 이루어지고 있다.
한편, 고분자 물질은 본질적으로 전기 절연체이지만 가공되거나 사용될 때 고분자 물질의 표면에 정전하(static charges)가 축적된다. 전하의 축적은 수백 볼트까지 상승할 수 있고, 이는 쇼트에 의해 전자 소자를 손상시키거나 심지어 사람의 목숨을 위협하는 원인이 되기도 한다. 또한 고분자 물질 표면에 축적된 정전하는 먼지를 끌어당기기 때문에 반도체를 비롯한 전자제품 산업에서 사용될 때 심각한 문제를 발생시킬 수 있다. 따라서 여러 전자산업에서는 높은 투명성 등 기본적인 성능이 저해되지 않으면서 대전방지 특성을 가진 플라스틱에 대한 요구가 높아지고 있다.
한국 등록특허공보 제10-1082492호(대전방지 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 대전방지 성능을 가지면서도 헤이즈(haze)가 발생되지 않아 투명성을 유지할 수 있는 마스터배치, 이를 유효성분으로 하여 제조되는 바이오 코폴리에스터 수지 및 이를 상면 및/또는 하면에 대전방지층으로 코팅한 바이오 코폴리에스터 수지 복합체를 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따라 대전방지 성능을 가지며 빛이 반사되면서 뿌옇게 보이는 헤이즈(haze) 현상 없이 투명한 바이오 코폴리에스터 수지를 제조하는데 사용되는 마스터배치(master batch)에 있어서, 코폴리에스터(copolyester) 모재 90~97 wt%; 대전방지제 2.0~5.0wt%; 자외선 안정제 계열의 분산제 0.01~0.5 wt%; 산화방지제 0.1~1.0 wt%; 및 가수분해 억제제 계열의 중정제 0.2~1.0 wt%;를 포함하는 바이오 코폴리에스터 마스터배치를 제공한다.
상기 코폴리에스터 모재는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 계열의 수지일 수 있으며, 바람직하게는 글리콜 변성 PET(PETG; PET-glycol modified) 계열의 수지일 수 있다.
상기 대전방지제는 액상의 이온성 대전방지제일 수 있으며, 바람직하게는 퍼플루오로알킬설포닐(perfluoroalkyl sulfonyl) 작용기를 가지는 질소 오늄염 계열일 수 있다.
상기 분산제는 힌더드아민계 광안정제(HALS; Hindered amine light stabilizer)일 수 있으며, 상기 산화방지제는 폐놀계 제1 산화방지제 및 인계 제2 산화방지제를 포함할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따라 전술한 마스터배치를 유효성분으로 포함하는 바이오 코폴리에스터 수지를 제공한다. 또한, 다른 실시예에 따라 평면 상의 코폴리에스터 수지의 양면 중 어느 한 면 이상에 전술한 마스터배치를 유효 성분으로 포함하는 코팅층이 형성된 바이오 코폴리에스터 수지 복합체를 제공한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 마스터배치를 이용해 코폴리에스터 수지를 직접 제조하거나 수지의 표면에 대전방지층으로 구성할 경우 109~11 Ω/㎡ 수준의 표면저항을 가져 높은 대전방지 성능을 실현할 수 있으며, 별도의 대전방지층으로 코팅하게 되더라도 모재가 되는 일반적인 코폴리에스터 수지가 가지는 굴절률(약 1.5 수준)과 유사한 굴절률을 가지게 되어 헤이즈(haze) 현상 없이 높은 투명성을 유지할 수 있다는 효과가 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 "제 1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 발명의 마스터배치는 기본적으로 코폴리에스터(copolyester) 모재와 대전방지제, 분산제, 산화방지제 및 중정제를 포함하여 구성된다. 본 발명의 마스터배치는 코폴리에스터 수지 자체를 제작하기 위한 원재료로 사용되거나 코폴리에스터 수지의 표면에 형성되는 코팅층의 재료로 사용된다.
본 발명의 마스터배치에는 코폴리에스터 모재가 기본물질로 상당량 함유되며 대전방지 성능 부여를 위해 대전방지제가 포함된다. 그 외에도 여러 물질이 최적화된 비율로 함유되면서 코팅이나 수지패널 제조를 위한 작업성을 높이고, 적정 굴절률 제어를 통한 투명성을 제고하며 물리화학적으로 안정성을 높일 수 있다.
각 세부 구성에 대한 구체적인 내용은 다음과 같다.
먼저, 마스터 배치의 기본적인 모재로 코폴리에스터 모재가 포함된다. 코폴리에스터 모재의 함유량은 수지 제조나 수지 표면에 코팅층 형성이 용이하게 이루어지고 다른 성분들과의 적절한 혼합 시 물성 저하나 기능 발휘가 이상 없이 발현되기 위해서 중량 기준 90~97 wt%인 것이 바람직하다.
여기서 코폴리에스터 모재는 일반적으로 PET라 불리는 폴리에틸렌테레프탈리에트 계열 수지일 수 있다. 바람직하게는 친환경 플라스틱으로서 비스페놀A(BPA) 등 유해 물질이 검출되지 않으면서도 기계적 물성이 높아 유리의 대체재로도 활용되는 글리콜 변성 PET(PETG) 계열의 수지인 것이 좋다. 또한 1,4-사이클로헥산디메탄올 및 아이소소바이드를 포함하는 공중합 폴리에스터 수지인 것이 더욱 바람직하며, 구체적으로는 SK Chemical사의 Ecozen T90(1,4-benzenedicarboxylic acid, 1,4-demethyl ester, polymer) 제품을 활용할 수 있다.
다음으로, 대전방지 성능 부여를 위해 대전방지제가 포함된다. 전체 마스터배치 내 대전방지제는 중량 기준 2.0~5.0 wt%로 함유되는 것이 바람직하다. 상한을 초과하여 함유될 경우 압출 코팅 등 가공 시 용융지수 차이로 인해 서징(surging) 현상이 발생되거나 제품 표면에 긁힘(scratch)이 발생될 수 있으며, 코팅 후 제품 표면에 녹물처럼 묻어 나오게 되는 단점이 있고, 2.0~5.0 wt%로 함유될 경우 부작용 최소화 및 양산성 확보에 더욱 유리하다. 또한, 하한 미만으로 함유될 경우 필요한 대전방지 성능을 충분히 구현할 수 없다.
대전방지제는 액상의 이온성(ionic) 대전방지제를 채택하는 것이 바람직하며 우레탄 성분이나 파우더 형태의 대전방지제를 사용할 경우 서징(surging), 긁힘 현상이나 제품 표면에 기포가 발생(엠보싱)될 수 있다. 또한, 대전성능이나 제품 생산성과 작업성을 위해서 대전방지제와 후술할 분산제의 최적화된 조합과 함량이 필수적이다. 대전방지제는 퍼플루오로알킬설포닐(perfluoroalkyl sulfonyl) 작용기를 가지는 질소 오늄염(onium salt) 계열 물질을 채택하는 것이 우수한 광학특성과 고온 안정성을 확보하기 위해 더욱 바람직하며, 구체적으로는 3M사의 FC4400(tri-n-butylmethylammonium bis-(trifluoromethanesulfonyl)imide, 화학식 (n-C4H9)3(CH3)N+ -N(SO2CF3)2)를 활용할 수 있다.
다음으로, 작업성, 가공성 등 측면에서 부작용을 최소화하고 대전방지제가 효과적으로 모재에 혼입되도록 유도하기 위해 마스터배치 내에 분산제를 함유할 수 있다. 분산제는 자외선 안정제 계열의 물질을 사용하는 것이 좋으며 중량 기준 0.01~0.5 wt%의 함량으로 포함하는 것이 바람직하다. 상한을 초과하여 함유될 경우 표면에 긁힘 현상이 발생되고 투명도가 저하되는 문제가 있다. 하한 미만으로 함유될 경우에는 전체적인 대전방지 성능을 저하시키거나 국부적으로 전혀 대전방지 성능이 발휘되지 못하는 단점이 있다.
분산제는 힌더드아민계 광안정제(HALS)를 사용하는 것이 투명도와 대전방지 성능을 높이면서도 제품의 기계적 물성을 제고하기 위해 더욱 바람직하며, 구체적으로는 송원산업(Songwon)의 SONGLIGHT 6220(Polymer of dimethyl succinate and 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine ethanol)를 활용할 수 있다.
다음으로, 마스터배치에는 산화방지제를 포함될 수 있으며 폐놀계 산화방지제로 구성되어 제품에 내열성을 부여하기 위한 제1 산화방지제와, 인계 산화방지제로 구성되어 제품의 변색을 방지하는 제2 산화방지제가 각각 함유될 수 있다.
산화방지제는 마스터배치 내 중량 기준 0.1~1.0 wt% 함유되는 것이 바람직하며 제1 및 제2 산화방지제 각각이 위 함량으로 함유되는 것이 좋다. 산화방지제의 함량이 상한을 초과하여 함유될 경우 오히려 대전방지 성능을 저하시킬 수 있으며 대전방지제가 마스터배치 내 고르게 섞이지 않아 작업성과 가공성이 악화되는 단점이 있다. 하한 미만으로 함유될 경우에는 제품 생산하는 과정에서 변색으로 인해 투명도가 저하될 수 있으며 제품의 내열도 역시 떨어질 수 있다.
구체적으로 제1 산화방지제는 폐놀계 산화방지제 중 BASF사의 IRGANOX 1010(Pentaerythritol tetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate))를 활용할 수 있으며, 제2 산화방지제는 인계 산화방지제 중 BASF사의 IRGAFOS 168(Tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphite)을 활용할 수 있다.
끝으로, 본 발명의 마스터배치에는 가수분해 억제 기능 발휘를 위한 중정제가 포함되며 중량 기준 0.2~1.0 wt% 함유되는 것이 바람직하다. 상한을 초과하여 함유될 경우 경제성이 떨어지며 대전방지와 내열성 등 다른 구성성분의 기능발휘에 악영향을 미치게 되며, 하한 미만으로 함유될 경우에는 충분한 가수분해 반응 제어 효과를 거두지 못하는 단점이 있다.
구체적으로 중정제는 ZIKO사의 ZIKA-AH362(Bis(2,6-diisopropylphenyl)carbodiimide)를 활용할 수 있다.
본 발명은 바람직한 다른 실시예에 따라 상기 언급한 마스터배치를 유효 성분으로 포함하는 바이오 코폴리에스터 수지를 제공한다. 마스터배치를 통해 바이오 코폴리에스터 수지를 제조하는 방법은 압출성형, 사출성형 등 다양한 플라스틱 제조방법을 채택할 수 있으며 특정한 공정에 국한되지 않는다. 또한, 제조되는 수지는 평면이나 필름 혹은 이들이 적층된 적층체일 수 있으며, 용기나 자동차 부품과 같은 각종 산업 부품이나 중간재, 완성품 등 3차원 형상물 등 다양한 형태일 수 있다.
한편, 본 발명은 바람직한 다른 실시예에 따라 필름이나 패널 등 면상의 형태로 가공된 코폴리에스터 수지의 일면 혹은 일면과 타면 모두에 형성되는 코팅층으로서 마스터배치가 활용될 수 있다. 이 경우 일반적으로 코폴리에스터 수지에 대전방지 성능을 부여하기 위한 표면처리의 방식으로 채택된다.
코팅 방법은 공지된 여러 가지의 폴리머/플라스틱 코팅 방식을 채택할 수 있으며 특정 공정에 국한되지 않는다. 마스터배치를 수지 제조의 원재료로 활용하는 것보다 일면 혹은 양면에 코팅하는 코팅재로 활용할 경우 비용 절감의 효과를 얻으면서도 최적화된 대전방지 성능을 구현할 수 있다. 특히 본 발명에 따른 마스터배치 코팅층, 바이오 코폴리에스터 수지 및 본 발명에 따른 마스터배치 코팅층 이렇게 3-layer로 구성할 경우 가장 효율적인 성능 구현이 가능하다.
한편, 본 발명의 마스터배치로 코팅층을 형성할 경우 피코팅물 즉, 모재가 되는 바이오 코폴리에스터 수지와 굴절률 차이가 최소화되어 헤이즈(haze) 현상이 발생되지 않고 시인성이 확보되며 복합체 전체의 높은 투명성을 유지할 수 있다.
이하 본 발명의 바이오 코폴리에스터 수지의 제조 또는 대전방지 코팅용 마스터배치에 대한 실시예를 살펴본다. 그러나 이는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
[실험예] 대전방지 마스터배치 실험예
위에서 언급한 본 발명에 따른 마스터배치를 다음과 같이 대전방지제와 분산제만 달리하여 비교예 1 내지 6 및 실시예 1 내지 3를 제조, SK Chemical사의 Ecozen T90 모재 표면에 코팅하여 성능실험을 실시하였다.
(1) 비교예 1: 액상의 비이온성 대전방지제 투입, 분산제 미투입
(2) 비교예 2: 우레탄 성분의 대전방지제 투입, 분산제 미투입
(3) 비교예 3: 파우더 타입의 대전방지제 투입, 분산제 미투입
(4) 비교예 4: 우레탄 성분의 대전방지제와 액상의 이온성 대전방지제(3M사의 FC4400) 혼합 투입, 분산제 미투입
(5) 비교예 5: 파우더 타입의 대전방지제와 액상의 이온성 대전방지제(3M사의 FC4400) 혼합 투입, 분산제 미투입
(6) 비교예 6: 액상의 이온성 대전방지제(3M사의 FC4400) 투입, 분산제 미투입
(7) 실시예 1: 액상의 이온성 대전방지제(3M사의 FC4400) 2.0 wt% 미만의 함량으로 투입, 분산제 투입
(8) 실시예 2: 액상의 이온성 대전방지제(3M사의 FC4400) 5.0 wt% 초과의 함량으로 투입, 분산제 투입
(9) 실시예 3: 액상의 이온성 대전방지제(3M사의 FC4400) 3.0 wt%의 함량으로 투입, 분산제 투입
비교예 1은 코팅층이 녹물처럼 묻어나오고 대전방지제의 분산이 제대로 이루어지지 않았다. 비교예 2는 서징(surging) 현상이 심하게 발생되며 충분한 대전성능이 구현되지 않았으며, 비교예 3 역시 대전성능이 발휘되지 않았다. 비교예 4는 서징 현상이 심하게 발생되었으며 대전 성능이 충분치 못했고, 비교예 5 역시 목적하는 대전 성능을 얻을 수 없었다. 비교예 6은 코팅층 상에 대전방지제가 충분히 분산되지 않아 표면 상 대전방지 효과가 균일하게 구현되지 않았으며 제품 표면에 긁힘 현상이 관찰되었다.
이에 반해 실시예 1 내지 3은 대전방지제가 코팅층 표면에 고르게 분산되어 표면 긁힘 현상, 녹물처럼 묻어나오는 현상, 가공 시 서징(surging) 현상 등이 발생되지 않았다.
다만 실시예 1의 경우 대전방지 성능이 충분히 발휘되지 않았고, 실시예 2의 경우 제품 표면에서 엠보싱 현상이 발견되었다. 실시예 3의 경우에는 표면 상의 부작용이나 가공 시 문제점이 발생되지 않았으며 코팅층 표면 전체에 대해 균일하게 대전방지 효과(109~11 Ω/㎡ 수준의 표면저항이 관찰됨)를 얻을 수 있었다.
한편, 파우더 타입의 대전방지제로 제조된 비교예들은 코팅층의 굴절률이 약 1.42 수준을 보이며 모재(Ecozen T90)의 굴절률(1.567) 대비 상당히 낮아 헤이즈 현상으로 인해 투명성이 크게 저하되었다. 또한, 5.0 wt%를 초과하여 액상의 이온성 대전방지제로 제조된 실시예 2에서의 코팅층 역시 약 1.45 수준을 보이며 유사한 결과를 나타냈다.
다만, 바람직한 성분과 함량비로 대전방지제를 포함하고 적절하게 분산제를 추가 투입한 최적의 실시예인 실시예 3의 코팅층은 모재와 가장 유사한 1.55~1.57의 굴절을 보이며 헤이즈 현상 없는 높은 시인성과 투명성을 나타냈다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

Claims (10)

  1. 대전방지 성능을 가지며 빛이 반사되면서 뿌옇게 보이는 헤이즈(haze) 현상 없이 투명한 바이오 코폴리에스터 수지를 제조하는데 사용되는 마스터배치(master batch)에 있어서,
    코폴리에스터(copolyester) 모재 90~97 wt%;
    대전방지제 2.0~5.0 wt%;
    자외선 안정제 계열의 분산제 0.01~0.5 wt%;
    산화방지제 0.1~1.0 wt%; 및
    가수분해 억제제 계열의 중정제 0.2~1.0 wt%;
    를 포함하고,
    상기 대전방지제는 액상의 이온성 대전방지제인 바이오 코폴리에스터 마스터배치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 코폴리에스터 모재는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 계열의 수지인 것을 특징으로 하는 바이오 코폴리에스터 마스터배치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 코폴리에스터 모재는 글리콜 변성 PET(PETG; PET-glycol modified) 계열의 수지인 것을 특징으로 하는 바이오 코폴리에스터 마스터배치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 대전방지제는 퍼플루오로알킬설포닐(perfluoroalkyl sulfonyl) 작용기를 가지는 질소 오늄염 계열인 것을 특징으로 하는 바이오 코폴리에스터 마스터배치.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 분산제는 힌더드아민계 광안정제(HALS; Hindered amine light stabilizer)인 것을 특징으로 하는 바이오 코폴리에스터 마스터배치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 산화방지제는 폐놀계 제1 산화방지제 및 인계 제2 산화방지제를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 코폴리에스터 마스터배치.
  9. 청구항 1 내지 3, 5, 7, 8 중 어느 한 항의 마스터배치를 유효 성분으로 포함하는 바이오 코폴리에스터 수지.
  10. 평면 상의 코폴리에스터 수지의 양면 중 어느 한 면 이상에 청구항 1 내지 3, 5, 7, 8 중 어느 한 항의 마스터배치를 유효 성분으로 포함하는 코팅층이 형성된 바이오 코폴리에스터 수지 복합체.
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