KR102190181B1 - 강화 폴리알킬렌 테레프탈레이트의 조성물과 이의 제법 및 용도 - Google Patents

강화 폴리알킬렌 테레프탈레이트의 조성물과 이의 제법 및 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명의 조성물은 폴리알킬렌 테레프탈레이트, 알킬렌 디올, 이소프탈산 및 테레프탈산의 삼원공중합체, 및 폴리알킬렌 테레프탈레이트 강화 섬유를 포함한다. 그 조성물은, 단독으로 또는 다른 열가소성 물질과 함께, 보다 낮은 가공 온도에서, 보다 높은 용융 유동성으로, 물품을 형성하는데 사용될 수 있다. 이 형성된 물품은 보다 낮은 휨 및 개선된 기계적 특성을 특징으로 한다. 그 물품은 자동차, 전기, 가정, 건축 및 산업 용도에 유용할 수 있다. 그러한 열가소성 폴리에스테르를 제조하는 방법이 또한 본 발명에 개시된다.

Description

강화 폴리알킬렌 테레프탈레이트의 조성물과 이의 제법 및 용도{COMPOSITION OF REINFORCED POLYAKYLENE TEREPHTHALTE, PREPARATION AND USE THEREOF}
본 발명은 개질된 강화 폴리알킬렌 테레프탈레이트의 조성물에 관한 것으로, 그것은 또다른 열가소성 물질과 함께 성형품을 형성할 때 보다 낮은 가공 온도 및 보다 높은 용융 유동성과 같은 매우 우수한 가공성 뿐만 아니라 보다 낮은 휨(warpage)과 같은 보다 우수한 재료 성능, 및 보다 높은 기계적 특성을 갖는다. 본 발명은 또한 상기 조성물의 제법 및 용도에 관한 것이다.
열가소성 폴리에스테르, 즉 폴리알킬렌 테레프탈레이트(PAT), 예컨대 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 일반적으로 PAT-강화 섬유, 예컨대 유리 섬유(GF)에 의해 강화되고 상업적으로 이용가능하다. PAT는 전형적으로 압출, 블로우 성형 또는 사출 성형과 같은 용융 성형 기법을 이용하여 임의의 물품으로 형성된다. 보다 낮은 가공 온도는 PAT를 보다 용이하게 가공하는 것을 용이하게 하는데, 그 이유는 PAT 용융물이 보다 빠르게 유동하기 때문이다. 가공 온도가 융점에 의해 지시되기 때문에, 보다 낮은 가공 온도의 연구에서 주시해야 하는 파라미터는 대개 PAT의 융점이다. 다른 한편으로는, 용융 유동성을 증가시키는 것은 그 용융 유동성이 개질을 통해 증가된다면 유리할 것이라는 점은 명백하다. 그러므로, 낮은 가공 온도(또는 융점) 및/또는 보다 높은 용융 유동성은 또한 그 물품을 제조하기 위한 사이클-시간도 감소시킨다.
최근에는, GF 강화 PBT가 강화 재료로서 압출 폴리비닐 클로라이드(PVC) 프로파일에서 강을 대체하는데 사용되고 있다. US2010/0319843A1에서는, PBT 스트립 및 PVC 프로파일이 별도로 제조되고, PBT 스트립이 금속 삽입물의 대체로서 PVC 프로파일 내로 삽입되어 PVC 프로파일을 강화하게 된다. 그러나, 증가된 GF 함량으로 인하여, GF 강화 PAT는 불량한 가공성 및 성능, 예컨대 높은 휨, 높은 가공 온도 및 낮은 용융 유동성으로 인하여 어려움을 겪고 있다. GF 강화 PAT가 수 많은 사출 성형, 블로우 성형 및 압출 용도에서 사용될 수 있도록 낮은 휨 및 가공성을 개선하는 것이 필수적이다.
GF 강화 PAT가 다른 열가소성 물질과 함께 복합 구조를 형성하는데 사용될 때, GF 강화 PAT의 적용은 또한 PAT의 높은 가공 온도에 의해서도 제한된다. 예를 들어, EP2431152A2에서, GF 충전 PBT는 PVC와 공압출되어 공압출된 PVC 프로파일을 생성하게 된다. 그러나, 유리 충전 PBTDML 융점(및 이로 인한 가공 온도)은 너무 높다. 그 용융된 PBT 물질은 불량한 전반적인 성능과 함께 색 변화, 열화, 및 PVC에 대한 불량한 접착성을 야기하였다.
그러므로, 높은 GF 함량 및 보다 낮은 가공 온도, 보다 낮은 휨, 보다 높은 유동성, 및/또는 보다 우수한 기계적 특성을 지닌 강화 PAT를 제조하는 방식을 발견할 필요성이 있어 왔다.
JP41784725A에서는, 에틸렌 글리콜, 이소프탈산 및 테레프탈산의 삼원공중합체(PEIT) 및 PET가 블렌딩되어 낮은 융점 PBT를 얻게 된다. 그러나, JP41784725A에는 PAT를 강화하는 GF의 사용이 개시되어 있지 않았다. 사실, 그 적용의 PEIT 개질된 PBT는 섬유 산업에서 텍스타일 층들의 열적 본딩을 개선시키는 것을 목적으로 하였다. 그러한 조성물 또는 적용에 있어서 유리 섬유를 혼입시킬 필요성이 없다. 더구나, PEIT 개질된 PBT의 융점은, 예를 들어 PVC와 함께 복합 구조물을 형성하는데 사용하기에 여전히 너무나 높다.
따라서, 본 발명의 목적은, 제품이 매우 우수한 가공 특성, 예컨대 보다 낮은 가공 온도, 보다 높은 유동성, 보다 우수한 기계적 특성, 및 보다 낮은 휨을 갖도록, PAT 강화 섬유, 보다 구체적으로 GF에 의해 강화되고, 알킬렌 디올, 이소프탈산 및 테레프탈산의 삼원공중합체(PAIT), 보다 구체적으로 PEIT에 의해 개질되는 PAT, 보다 구체적으로 PBT 또는 PET를 포함하는 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 조성물의 제조 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 블로우 성형, 사출 또는 공압출과 같은 용융 성형에 의해 단독으로 또는 다른 열가소성 물질과 함께 성형품을 형성하는 상기 조성물의 용도를 제공하는 것이다.
본 발명의 최종 목적은 상기 조성물을 사용하는 성형품을 제공하는 것이다. 이 목적들은 i) 폴리알킬렌 테레프탈레이트, ii) (폴리알킬렌 이소프탈레이트)-코-(폴리알킬렌 테레프탈레이트), iii) 폴리알킬렌 테레프탈레이트-강화 섬유, 및 iv) 임의로 하나 이상의 첨가제를 포함하는 조성물로서, 여기서 성분 i)에서 알킬렌은 메틸렌 기, 에틸렌 기, 프로필렌 기, 부틸렌 기 및 시클로헥센 디메틸렌 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 성분 ii)에서 알킬렌은 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌 및 부틸렌으로부터 선택되는 것인 조성물; 그 조성물의 제조 공정으로서, 성분 i) 내지 성분 iii) 및 임의로 성분 iv), 또는 이들 성분 중 임의 성분의 전구체는 성분 i) 및 성분 ii)가 용융 가공될 수 있는 조건 하에 배합되는 것인 제조 공정; 및 그 조성물의 용도로서, 조성물은, 임의로 하나 이상의 추가 열가소성 물질과 함께, 용융 성형되어 성형품을 형성하게 되는 것인 용도에 의해 달성된다. 게다가, 그 목적은 제1 열가소성 물질을 제2 열가소성 물질로 개질시키는 공정으로서, 제2 열가소성 물질은 제1 열가소성 물질과 함께 용융 성형되고, 그 개질된 제1 열가소성 물질의 융점은 감소되는 것인 공정; 및 이 공정에 의해 생성되는 개질된 제1 열가소성 물질의 용도로서, 그 개질된 제1 열가소성 물질은, 임의로 추가의 제3 열가소성 물질과 함께, 용융 성형되는 것인 용도에 의해 달성된다.
본 발명자들은 PAT, 보다 구체적으로 PBT 또는 PET를 PAIT, 보다 구체적으로 PEIT 및 PAT 강화 섬유, 보다 구체적으로 GF와 블렌딩함으로써, 본 발명의 목적들이 달성될 수 있다는 점을 발견하게 되었다. 그와 같이 제조된 PAIT 개질된 섬유 강화 PAT는 매우 우수한 가공성, 예컨대 용융물의 보다 높은 용융 유동성 및 저하된 융점(및 이로 인하여 보다 낮은 가공 온도)을 가지며, 다른 열가소성 물질, 예컨대 PVC와 함께 성형품을 형성하는데 사용될 때 제품의 보다 낮은 휨을 갖는다. PAIT 개질된 섬유 강화 PAT는 단독으로 또는 다른 열가소성 물질, 예컨대 PVC와의 조합으로 복합 구조를 형성함으로써 성형체로 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 실시예 III에서 PEIT 개질된 GF 강화 PBT의 DSC이다.
도 4는 PVC를 GF 강화 PBT와 공압출함으로써 형성된 프로파일을 나타내는 사진이다.
PAT, PAIT 및 PAT 강화 섬유를 포함하는 조성물은 PAT, PAIT 및 PAT 강화 섬유를 배합함으로써 얻어질 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실시양태에서, PAT는 알킬렌 디올과 알킬렌 테레프탈레이트의 열가소성 공중합체이다. 바람직하게는, PAT는 폴리메틸렌 테레프텔레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 및 폴리시클로헥센 디메틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, PAT는 PET 및 PBT로부터 선택된다. 해당 기술 분야의 당업자라면, PAT의 혼합물이 또한 사용될 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
PAT의 적합한 명세서, 예컨대 분자량 및 조성물 내의 PAT 함량은 바람직한 기계적 특성 및 가공성을 달성하기 위해서 통상적인 수단으로 당업자에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에서, PAIT는 알킬렌 디올, 이소프탈산 및 테레프탈산의 열가소성 삼원공합체이다. PAIT는 폴리메틸렌 테레프탈레이트-코-폴리메틸렌 이소프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트-코-폴리에틸렌 이소프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트-코-폴리프로필렌 이소프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트-코-폴리부틸렌 이소프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택된다. 그 공중합체는 임의의 구조, 예컨대 랜덤, 교호 또는 블록 공중합체의 구조를 가질 수 있다. 가장 바람직하게는, PAIT는 PEIT 및 PBIT로부터 선택된다. 해당 기술 분야의 당업자라면, PAIT의 혼합물이 또한 사용될 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
PAIT의 적합한 명세서, 예컨대 분자량 및 테레프탈레이트 단위 대 이소프탈레이트 단위의 몰비, 및 조성물 내의 PAIT 함량은 바람직한 기계적 특성 및 가공성을 달성하기 위해서 통상적인 수단으로 해당 기술 분야의 당업자에 의해 결정될 수 있다. PAIT 내의 이소프탈레이트 단위의 함량은, PAIT 내의 이소프탈레이트 단위 및 테레프탈레이트 단위의 총 수를 기준으로 바람직하게는 0 몰% 초과, 보다 바람직하게는 5 내지 50 몰%, 훨씬 더 바람직하게는 10 내지 40 몰%, 가장 바람직하게는 15 내지 25 몰%이다.
본 발명의 한 실시양태에서, PAT 강화 섬유는 PAT를 강화시키는데 사용될 수 있는 임의의 섬유 재료이다. 바람직하게는, PAT 강화 섬유는 유리 섬유, 폴리아미드 섬유, 셀룰로즈 섬유, 및 세라믹 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된다. 그러나, 해당 기술 분야의 당업자라면, 섬유는 이들에 국한되는 않는다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 보다 바람직하게는, PAT 강화 섬유는 GF이다. 또한, 해당 기술 분야의 당업자라면, 상기 PAT 강화 섬유의 다양한 배합물 및 혼합물이 사용될 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
보다 바람직한 PAT 강화 섬유는 PAT의 카르복실 기와 반응하여 에테르 결합을 생성하기 위한 에폭시 기와 같은 작용성 구조를 포함하는 것들이다. 그 작용성 구조와 PAT 또는 중간 화합물 간의 반응은 또한 섬유가 우수한 접착성을 가짐으로써 그로부터 형성된 물품의 물리적 특성을 개선시키게 된다는 점도 보장할 수 있다. 그 작용성 구조는 바람직하게는 폴리우레탄 구조, 보다 바람직하게는 비스(시클로헥실이소시아네이토)메탄, 1,6-헥산디올 및 아디프산 폴리에스테르의 반응 생성물, 및 비스페놀 글리시딜 에테르이다.
PAT 강화 섬유의 적합한 명세서, 예컨대 조성물 내의 섬유 함량은 바람직한 기계적 특성 및 가공성을 달성하기 위해서 통상적인 수단으로 해당 기술 분야의 당업자에 의해 결정될 수 있다.
해당 기술 분야의 당업자라면, 조성물은 다른 공지된 첨가제를 더 포함할 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
예를 들면, 본 발명의 한 실시양태에서, 조성물은 하나 이상의 윤활제를 포함할 수 있다. 포함된다면, 그 윤활제는 10 내지 40개의 탄소 원자를 갖는 포화 지방족 카르복실산과 2 내지 40개의 탄소 원자를 갖는 포화 지방족 알콜 또는 아민의 에스테르 또는 아미드인 것이 바람직하다. 윤활제가 고도로 소수성인 지방산 사슬을 포함할 때, 추가로 윤활제는 조성물 및 열가소성 중합체의 내가수분해성에 도움을 주는 것으로 간주된다. 바람직한 윤활제는 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트이다. 포함된다면, 윤활제는 각각 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.01 내지 5 중량%, 보다 바람직하게는 약 0.01 내지 3 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.01 내지 2 중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실시양태에서, 조성물은 하나 이상의 열적 항산화제를 포함할 수 있다. 포함된다면, 열적 항산화제는 입체 장애형 페놀성 기를 갖는 것이 바람직하다. 해당 기술 분야의 당업자라면, 다양한 열적 항산화제가 탈색으로부터 조성물 및 열가소성 중합체를 안정화하고 열적 산화성 열화를 방지하는데 이용가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 하나의 실시양태에서, 열적 항산화제는 펜타에리트리톨테트라키스(3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트), 테트라키스(메틸렌-3-(3',5'-디-tert-부틸-4'-히드록시페닐)프로피오네이트)메탄, 옥타데실-3-(3',5'-디-tert-부틸-4'-히드록시페닐)프로피오네이트, 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질)벤젠 및 4,4'-(2,2-디페닐프로필)디페닐아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질이다. 또한, 해당 기술 분야의 당업자라면, 상기 열적 항산화제의 다양한 배합물 또는 혼합물이 또한 본 발명에 의해 사용될 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 바람직한 열적 항산화제는 펜타에리트리톨 테트라키스(3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트)이다. 포함된다면, 열적 항산화제는 각각 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.01 내지 5 중량%, 보다 바람직하게는 0.01 내지 3 중량%, 가장 바람직하게는 0.01 내지 1.5 중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실시양태에서, 조성물은 하나 이상의 성핵제를 포함할 수 있다. 포함된다면, 성핵제는 탈크, 카올린, 마이카, 탄산나트륨, 황산칼슘 및 황산바륨(이들에 국한되는 것은 아님) 중 허나 이상으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 해당 기술 분야의 당업자라면, 상기 성핵제의 다양한 배합물 또는 혼합물이 또한 본 발명에 의해 이용될 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 포함된다면, 성핵제는 각각 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.01 내지 2 중량%, 보다 바람직하게는 약 0.01 내지 1 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.01 내지 0.1 중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실시양태에서, 조성물은 하나 이상의 안료를 포함할 수 있다. 포함된다면, 안료는 무기 또는 유기 화합물을 포함할 수 있으며, 물품에 특수 효과 및/또는 색상을 부여할 수 있다. 해당 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 안료는 또한 담체 매트릭스, 예컨대 플라스틱 수지 중에 분산될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 안료는 카본 블랙 안료이다. 해당 기술 분야의 당업자라면, 안료는 해당 기술 분야에서 공지된 안료들 중 임의의 것 또는 그 안료들의 배합물일 수 있다. 포함된다면, 안료는 각 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.05 내지 5 중량%, 보다 바람직하게는 약 0.5 내지 3 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.5 내지 1.5 중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하다. 안료의 양은 만약에 있다면 담체 매트릭스의 양을 포함한다. 담체 매트릭스가 사용된다면, 안료는 안료와 담체 매트릭스의 총 중량을 기준으로 10 내지 50 중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실시양태에서, 상기 기술된 바와 같이 PAT, PAIT 및 PAT 강화 섬유 및 임의의 첨가제가 통상적인 수단으로 배합되어 PAIT 개질된 섬유 강화 PAT 조성물을 형성하게 된다. 조성물을 제조하는 방법은 상기 기술된 바와 같이 PAT, PAIT 및 PAT 강화 섬유를 다른 임의의 성분과 함께 제공하는 단계, 및 성분들을 배합하는 단계로서, 보통 약 150℃ 내지 약 350℃의 온도에서 수행하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 해당 기술 분야의 당업자라면, 이들 단계가 또한 보다 낮은 온도 또는 보다 높은 온도에서 수행될 수 있다는 점을 이해해야 한다. 본 발명의 방법은 배합기, 단일 스크류 압출기, 트윈 스크류 압출기, 링 압출기, 혼합기, 및 반응 용기 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 장치에서 수행될 수 있다. 바람직한 장치는 트윈 스크류 압출기이다. 해당 기술 분야의 당업자라면, 다른 장치가 사용될 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
특정한 이론 또는 메카니즘에 한정하고자 하는 것은 아니지만, 보다 우수한 성능, 예컨대 보다 낮은 융점, 보다 높은 용융 유동성 및 보다 낮은 휨을 달성하기 위해서 공중합체를 형성하는 배합 공정 동안 에스테르교환이 발생한 것으로 이해된다.
이어서, PAIT 개질된 섬유 강화 PAT는, 바람직하게는 압출 공정, 블로우 성형 공정 또는 사출 성형 공정을 통해, 물품으로 성형될 수 있다. 해당 기술 분야의 당업자라면, 본 발명이 그 물품을 제조하는 하나의 특정 방법에 국한되지 않는다는 점을 이해해야 한다. 대안으로, 조성물은 또한 다른 열가소성 물질, 바람직하게는 PVC를 통상적인 수단, 예컨대 공압출로 강화하여 복합 구조물을 형성하는데 사용될 수도 있다.
본 발명은, GF 강화 PBT와 비교하여, PVC와 같은 다른 열가소성 물질과 함께 물품을 형성하는데 사용될 때, 성형품 또는 압출품의 보다 낮은 융점, 보다 높은 용융 유동성 및 보다 낮은 휨을 지닌 조성물을 형성하도록, 열가소성 PAT로서 PBT, PAIT로서 PEIT 및 PAT 강화 섬유로서 GF에 대하여 예시할 것이다. 그러나, 해당 기술 분야의 당업자라면, 본 발명이 그러한 물질들에 국한되는 것이 아님을 이해할 수 있을 것이다.
PBT는 상업적으로 이용가능한 물질이고, 추가 처리 없이 구입한 대로 사용된다. PBT의 전형적인 융점은 약 225℃이다. 바람직하게는, PBT는 80 내지 170, 바람직하게는 100 내지 150의 점도 수치를 특징으로 한다. PBT의 함량은 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 15 내지 75 중량%, 보다 바람직하게는 20 내지 50 중량%이다.
PEIT는 상업적을 이용가능한 물질이고, 추가 처리 없이 구입한 대로 사용된다. PEIT의 전형적인 융점은 약 100 내지 200℃이다. 바람직하게는, PEIT는 110 내지 180℃의 융점을 특징으로 한다. PEIT의 함량은 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 15 내지 75 중량%, 보다 바람직하게는 20 내지 50 중량%이다. 보다 높은 PEIT 함량은 결과적으로 보다 낮은 융점 및 이로 인한 보다 낮은 가공 온도를 유도한다.
GF는 상업적으로 이용가능한 물질이고, 추가 처리 없이 구입한 대로 사용된다. GF의 함량은 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 5 내지 60 중량%, 보다 바람직하게는 10 내지 55 중량%이다.
조성물을 제조하는 전형적인 공정은 성분들을 건식 블렌딩하는 단계 및 이어서 펠릿화를 수행하여 펠릿을 형성하는 단계를 포함한다. 이어서, 그 펠릿은 압출되어 펠릿을 형성하게 된다. 해당 기술 분야의 당업자라면, 다른 공정이 또한 이용될 수 있다는 점을 이해해야 한다.
PEIT 개질된 GF 강화 PAT 조성물은, 바람직하게는 압출 공정, 블로우 성형 공정 또는 사출 성형 공정을 통해, 가열되어 물품으로 성형될 수 있다. 해당 기술 분야의 당업자라면, 본 발명은 물품을 제조하는 하나의 특정한 방법에 국한되는 것이 아님을 이해해야 한다.
대안으로, 조성물은 또한 다른 열가소성 물질, 바람직하게는 PVC을 통상적인 수단, 예컨대 공압출로 강화하여 복합 구조물을 형성하는데 사용될 수도 있다. PVC와 PBT의 공압출은 PVC/PBT 복합 구조물의 제조에 용이한 공정이다. 그러나, PVC 융점와 PBT 융점, 각자 약 200℃와 225℃ 사이의 현저한 차이 때문에, PVC/PBT 공압출에 대한 기술적 장애물이 있다. 이러한 사실에 기인하여, 압출은 230℃ 내지 240℃까지의 상승된 온도에서 수행된다. 이러한 온도 영역에서, PVC는 이미 심한 열적 열화를 나타내기 시작하고, 원하는 제품을 얻는 것이 불가능하게 된다. 본 발명에 의하면, 개질된 강화 PBT는 다른 중요하고 보조적인 특성을 유지하면서 약 200℃의 저하된 융점을 가질 수 있다. 이는 PVC와 PBT를 통상적인 방식으로 공압출하는 것을 가능하게 한다.
PVC 및 PBT를 공압출하기 위해서, PBT의 융점은, 공압출시 PVC의 색 변화, 탈형, 휨, 및 열화를 회피하기 위해서, 개질된 강화 PBT의 원하는 융점이 얻어질 수 있도록, 상기 정의된 PEIT의 함량 범위 내에 있는 특정 값으로 PEIT 함량을 제어함으로써 조정된다. PEIT 함량이 높으면 높을 수록, PEIT 개질된 GF 강화 PBT의 융점은 더욱 더 낮아질 것이다.
해당 기술 분야의 당업자라면, PBT는 PET 또는 다른 PAT, 예컨대 폴리시클로헥산 디메틸렌 테레프탈레이트로 대체될 수 있고/있거나, PEIT는 프로필렌 글리콜, 이소프탈산 및 테레프탈산의 삼원공중합체, 또는 부틸렌 글리콜, 이소프탈산 및 테레프탈산의 삼원공중합체로 대체될 수 있다는 점을 명백히 이해할 수 있다. 또한, 해당 기술 분야의 당업자라면, 그러한 경우, 본 발명은 PBT 및 PEIT를 위한 공정과 유사한 방식으로 실시될 수 있다는 점도 이해할 수 있다.
PAT를 PAIT로 개질하고 PAT를 PAT 강화 섬유로 강화함으로써, 다른 열가소성 물질과 함께 사용될 때 제조된 물품의 보다 낮은 가공 온도 및 보다 높은 용융 유동성과 같은 매우 우수한 가공성 뿐만 아니라 보다 낮은 휨과 같은 재료 성능, 및 보다 높은 기계적 특성을 지닌 PAT가 달성될 수 있다. 그러한 PAT를 단독으로 또는 다른 열가소성 물질과 함께 사용하면, 통상적인 수단으로 보다 우수한 외관 또는 기계적 특성을 지닌 성형품을 얻는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 성형품은 배관(tubing), 창틀(window profile), 커넥터, 탱크 또는 다른 압출 프로파일 부품이다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 예시된다.
실시예 I. PEIT 개질된 GF 강화 PBT의 제조
PEIT 개질된 GF 강화 PBT는 하기 표 2에 열거되어 있는 표준 PBT 압출 조건을 이용하여 통상적인 트윈 스크류 압출기에서 표 1에 따른 조성물을 배합함으로써 제조된다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
Ultradur B4500 NAT,중량% PBT 43.40 25.40 21.70 21.70
Loxiol P861/3.5, 중량% 윤활제 0.15 0.15 0.15 0.15
탄산나트륨 IPH, 중량% 성핵제 0.25 0.25 0.25 0.25
Printex 60A, 중량% 카본 블랙 안료 1.20 1.20 1.20 1.20
저 융점 폴리에스테르 칩(III형)(m.p. 180℃), 중량% PEIT 18.00 21.70
저 융점 폴리에스테르 칩(I형)
(m.p. 130℃), 중량%		 PEIT 21.70
NEG T-187H, 중량% GF 55.0 55.0 55.0 55.0
TZ1
(℃)		 TZ2
(℃)		 TZ3
(℃)		 TZ4
(℃)		 TZ5
(℃)		 TZ6
(℃)		 TZ7
(℃)		 TZ8
(℃)		 TZ9
(℃)		 TZ12
(℃)		 TZ13
(℃)		 스크류
(rpm)
55 260 260 240 240 240 240 270 270 270 270 400~500
실시예 II. PEIT 개질된 GF 강화 PBT의 기계적 특성
기계적 특성은 표준 공정에 의해 측정된다. MVP는 ISO 1133에 따라 측정된다. 파단시 인장 변형, 파단시 인장 강도, 인장 모듈러스는 ISO 527에 따라 측정된다. 샤르피 충격(Charpy impact)는 ISO 179에 따라 측정된다. 융점 및 결정화점은 DSC에 의해 측정된다. 각각의 값은 하기 표 3에 나타낸다.
특성 단위 실시예 1 실시예 3 실시예 4
MVR(275℃/2.16 kg) cm3/10 분 1.674 5.32 6.83
파단시 인장 변형 % 1.1 1.1 1.0
파단시 인장 강도 MPa 138 152 146.0
인장 모듈러스 MPa 18800 21000 21000.0
샤르피 충격 - 노치형 KJ/m2 8,4 11 11.0
샤르피 충격 - 비노치형 KJ/m2 40 43 37.0
융점 ℃ 220.1 203 182.5
결정화점 ℃ 201.1 183.5 167.3
명확하게도, PEIT-개질(실시예 2 내지 실시예 4)에 의하면, 파단시 인장 변형, 인장 모듈러스, MVP(유동성), 샤르피 충격 강도와 같은 기계적 특성은 GF 강화 PBT(실시예 1)과 비교할 때 개선될 수 있다.
실시예 III. PEIT 개질된 GF 강화 PBT의 융점
PBT의 융점은 DSC에 의해 측정되고, 도 1 내지 도 3에 도시된다.
도 1 및 도 2는 실시예 2 및 실시예 3의 DSC 결과를 나타낸다. 측정된 융점 및 결정화 온도는 하기 표 4에 열거되어 있다.
도 1(실시예 2) 도 2(실시예 3)
융점(℃) 210.13 195.13
결정화 온도(℃) 183.37 144.44
PEIT의 수준을 (18.00 중량%에서 21.70 중량%로) 증가하면, PEIT 개질된 GF 강화 PBT의 융점은 PBT의 융점(225℃)으로부터 각각 210℃ 및 195℃로 감소된다는 점을 이해할 수 있다.
도 3은 표 1에서 Ultradur B4500 NAT를 대체하는, PBT로서 Ultradur B2550을 사용한 또다른 일련의 실험에서 상이한 블렌드 비율에 대하여 DSC에 의해 얻어진 가열 곡선을 도시한 것이고, 모든 실험에서는 180℃의 융점을 지닌 PEIT가 사용된다. 도 3에서 LMP는 PEIT와 동일한 의미를 갖는다는 점을 유의해야 한다. PBT 및 PEIT의 함량은 Tg 및 Tm과 함께 하기 표 5에 나타나 있다. PEIT 수준을 증가하면, 형성된 PAT의 융점은 감소된다는 점을 이해할 수 있다.
PBT:PEIT*(중량%) Tg(℃) Tm(℃)
100%:0% 44.51 223.72
80%:20% 47.78 219.99
60%:40% 52.59 216.6
40%:60% 57.33 208.8
0%:100% 68.17 -
*m.p. 180℃
실시예 IV. PVC와 PEIT 개질된 GF 강화 PBT로 제조된 PVC 프로파일
PVC 프로파일은 도 4에 도시된 바와 같은 PVC 프로파일을 표 2에서의 GF 강화 PBT(실시예 1) 및 표 2에서의 PEIT 개질된 GF 강화 PBT(실시예 3)과 하기 표 6에 특정된 압출 온도에서 공압출함으로써 제조하였다.
도 4는 PVC를 GF 강화 PBT와 공압출함으로써 형성된 프로파일을 도시하는 사진이고, 여기서 PBT는 좌측에서 동공을 거의 충전하고, 반면에 우측에서 동공을 단지 일부만 충전한다.
프로파일의 휨은 GB/T 8814-2004, 섹션 6.4에 따라 측정된다.
PBT 충전 정도 및 PVC에 대한 접착성을 측정하기 위해서, 프로파일은 찢어 내어 PBT 부분을 노출시킨다. 그 노출된 PBT 부분은 프로파일의 잔부로부터 벗겨 내어 무게를 단다. 프로파일에서 충전된 PBT의 부피는 벗겨진 PBT 부분의 중량과 PBT 비중으로부터 측정된다. 충전 정도는 PBT가 충전된 설계된 동공의 부피에 대한 백분율로서 계산된다. PVC에 대한 접착성은 PVC로부터 PBT를 벗겨 내는데 필요한 힘으로부터 대략적으로 측정된다.
그 재료의 성능은 하기 표 6에 열거되어 있다.
특성 단위 실시예 1 실시예 3
6-m 공압출된 프로파일을 기초로 한 휨 mm/m 4.0~5.0(245℃) 0.3(205℃)
205℃의 압출 온도에서 충전 정도 % 0(용융 불가) 100
215℃의 압출 온도에서 충전 정도 % 0(용융 불가) 100
245℃의 압출 온도에서 충전 정도 % 30~40 100
(박리에 의한) PVC에 대한 접착성 N/A 불량(245℃) 우수(205℃)
이해할 수 있는 바와 같이, GF 강화 PBT를 사용하는 경우, 205℃ 및 215℃의 온도에서 PVC와 공압출하는 것이 불가능한데, 그 이유는 PBT가 용융하지 않기 때문이다. 오직 245℃의 온도에서만, GF 강화 PBT가 성공적으로 가공될 수 있다. 또다른 한편으로는, PEIT 개질을 이용하는 경우, PEIT 개질된 GF 강화 PBT는 205℃의 낮은 온도, 저하된 공정 온도에서 가공할 수 있다.
제조된 물품에 있어서, PEIT 개질된 GF 강화 PBT, 예컨대 실시예 3은 공압출된 PVC 프로파일의 휨을 13배 내지 17배만큼 크게 감소시키고, 충전 정도는 훨씬 더 낮은 온도에서 30% 내지 40%에서 100%로 개선되고, PVC에 대한 접착성이 또한 크게 개선된다.
해당 기술 분야의 당업자라면, 부틸렌 기는 테트라메틸렌 기로서 간주되어야 한다는 점을 이해해야 한다.

Claims (19)

  1. i) 폴리알킬렌 테레프탈레이트, ii) (폴리알킬렌 이소프탈레이트)-코-(폴리알킬렌 테레프탈레이트), iii) 폴리알킬렌 테레프탈레이트-강화 섬유, 및 iv) 임의로 하나 이상의 첨가제를 포함하는 조성물의 성형품을 형성시키는 방법으로서, 성분 i)에서 알킬렌은 메틸렌 기, 에틸렌 기, 프로필렌 기, 부틸렌 기 및 시클로헥센 디메틸렌 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 성분 ii)에서 알킬렌은 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌 및 부틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 조성물은, 하나 이상의 추가 열가소성 물질과 함께, 용융 성형되어 성형품을 형성하고, 추가 열가소성 물질은 폴리비닐 클로라이드인 방법.
  2. 제1항에 있어서, 용융 성형은 블로우 성형, 사출 성형 또는 압출인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 성형품은 배관(tubing), 창틀(window profile), 커넥터 또는 탱크인 방법.
  4. i) 폴리알킬렌 테레프탈레이트, ii) (폴리알킬렌 이소프탈레이트)-코-(폴리알킬렌 테레프탈레이트), iii) 폴리알킬렌 테레프탈레이트-강화 섬유, 및 iv) 임의로 하나 이상의 첨가제를 포함한 조성물을 포함하고 추가로 하나 이상의 추가 열가소성 물질을 포함하는 성형품으로서, 성분 i)에서 알킬렌은 메틸렌 기, 에틸렌 기, 프로필렌 기, 부틸렌 기 및 시클로헥센 디메틸렌 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 성분 ii)에서 알킬렌은 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌 및 부틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 추가 열가소성 물질은 폴리비닐 클로라이드인 성형품.
  5. 제4항에 있어서, 성형품은 배관, 창틀, 커넥터 또는 탱크인 성형품.
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