KR102246137B1 - 대전방지성 액체 결정질 중합체 조성물 - Google Patents

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Abstract

성형 작업 중에 정전하를 발생시키는 경향이 감소된 액체 결정질 중합체 조성물이 제공된다. 보다 자세히, 조성물은 액체 결정질 중합체 매트릭스 내에 분산된 이온성 액체를 포함한다. 전기 전도성인 것에 더하여, 이온성 액체는 용융 가공 중에 액체 형태로 존재할 수 있고, 이는 이온성 액체가 액체 결정질 중합체 매트릭스 내에 보다 균일하게 블렌딩될 수 있도록 한다. 이는 전기적 접속을 개선시키며 따라서 조성물이 그 표면으로부터 빠르게 정전하를 없애는 능력을 향상시킨다.

Description

대전방지성 액체 결정질 중합체 조성물{ANTISTATIC LIQUID CRYSTALLINE POLYMER COMPOSITION}
본원은 전체로써 이에 대해 참조로서 여기에 포함된 미국 가출원 일련 번호 61/714,337(2012년 10월 16일 출원) 및 61,779,260(2013년 3월 13일 출원)에 대한 우선권을 주장한다.
전기 부품은 매우 규칙적인 구조를 형성하는 능력 때문에 액체 결정질 중합체로부터 형성된 성형 부품을 종종 포함한다. 예를 들어, 렌즈 배럴 또는 렌즈 배럴이 장착되는 기저부와 같은 컴팩트 카메라 모듈("CCM")의 성형 부품을 위해 액체 결정질 중합체를 사용하려는 시도가 있었다. 불행하게도, 액체 결정질 중합체로부터 이러한 성형 부품을 형성하려고 시도할 때 종종 다양한 문제점이 경험 된다. 예를 들어, 부품이 성형틀로부터 꺼내어질 때, 부품의 표면에 먼지 입자의 부착을 일으키는 정전하가 발생할 수 있다. 컴팩트 카메라 모듈과 같은 특정한 제품에서 이러한 먼지 입자는 유해하며 커다란 제품 결함에 이르게 할 수 있다. 이와 같이, 성형 작업 중에 정전하를 발생시키는 경향이 감소된 액체 결정질 중합체에 대한 요구가 존재한다.
본 발명의 한 실시태양에 따라, 액체 결정질 중합체 매트릭스 내에 분산된 이온성 액체를 포함하는 중합체 조성물이 개시된다. 이온성 액체는 약 400℃ 이하의 용융 온도를 가지며 양이온 종 및 반대이온을 포함하는 염이다.
본 발명의 다른 실시태양에 따라, 중합체 조성물을 포함하는 성형 부품이 개시된다. 중합체 조성물은 액체 결정질 중합체 매트릭스 내에 분산된 이온성 액체를 포함한다. 부품은 IEC 60093에 따라 측정된 약 1 x 1015 옴 이하의 표면 저항률을 보인다.
본 발명의 또 다른 실시태양에 따라, 렌즈 배럴이 장착되는 일반적으로 평면인 기저부를 포함하는 컴팩트 카메라 모듈이 개시된다. 기저부, 배럴, 또는 둘 다는 약 500 마이크로미터 이하의 두께를 가지고 액체 결정질 중합체 매트릭스를 포함하는 중합체 조성물을 포함하는 부품으로부터 형성된다. 부품은 IEC 60093에 따라 측정된 약 1 x 1015 옴 이하의 표면 저항률을 보인다.
본 발명의 다른 특징 및 측면이 아래에서 보다 상세히 제시된다.
당업자에게 있어서 그 최적예를 포함한 본 발명의 전체 및 실시 개시가 첨부 도면에 대한 참조를 포함하여 명세서의 나머지 부분에 보다 자세히 제시되어 있으며, 여기에서:
도 1은 본 발명에 따라 형성될 수 있는 미세 피치 전기 커넥터의 한 실시태양의 분해 사시도이고;
도 2는 도 1의 미세 피치 전기 커넥터의 대향 벽의 정면도이고;
도 3은 본 발명의 중합체 조성물을 형성하기 위해 사용될 수 있는 압출기 스크류의 한 실시태양의 개략도이고;
도 4-5는 각각 본 발명의 한 실시태양에 따라 형성되는 안테나 구조를 이용할 수 있는 전자 부품의 정면 및 배면 사시도이고;
도 6-7은 본 발명의 한 실시태양에 따라 형성될 수 있는 컴팩트 카메라 모듈("CCM")의 사시도 및 정면도이다.
당업자는 본 발명의 논의가 단지 예시적인 실시태양의 설명이며, 본 발명의 보다 넓은 측면을 제한하려는 의도가 아님을 이해할 것이다.
일반적으로 말해서, 본 발명은 성형 작업 중에 정전하를 발생시키는 경향이 감소된 액체 결정질 중합체 조성물에 대한 것이다. 보다 자세히, 조성물은 액체 결정질 중합체 매트릭스 내에 분산된 이온성 액체를 포함한다. 전기 전도성인 것에 더하여, 이온성 액체는 용융 가공 중에 액체 형태로 존재할 수 있고, 이는 액체 결정질 중합체 매트릭스 내에 보다 균일하게 블렌딩될 수 있도록 한다. 이는 전기적 접속을 개선시키며 따라서 조성물이 그 표면으로부터 빠르게 정전하를 없애는 능력을 향상시킨다. 이 대전방지 거동은 IEC 60093에 따라 측정된 비교적 낮은 표면 및/또는 체적 저항률로 특징지을 수 있다. 즉, 중합체 조성물로부터 형성된 성형 부품은 약 1 x 1015 옴 이하, 일부 실시태양에서 약 1 x 1014 옴 이하, 일부 실시태양에서 약 1 x 1010 옴 내지 약 9 x 1013 옴, 그리고 일부 실시태양에서 약 1 x 1011 내지 약 1 x 1013 옴의 표면 저항률을 보일 수 있다. 비슷하게, 성형 부품은 또한 약 1 x 1015 옴-m 이하, 일부 실시태양에서 약 1 x 1010 옴-m 내지 약 9 x 1014 옴-m, 그리고 일부 실시태양에서 약 1 x 1011 내지 약 5 x 1014 옴-m의 체적 저항률을 보일 수 있다.
본 발명자는 또한 이온성 액체의 액체 결정질 중합체 매트릭스 내에 쉽게 분산되는 능력이 바람직한 대전방지 특성을 달성하기 위해 비교적 낮은 농도의 사용을 가능하게 할 수 있다는 것을 발견하였다. 그러나 이는 비교적 낮은 농도로 사용되므로, 조성물의 열적 및 기계적 특성은 불리하게 영향받지 않는다. 이와 관련하여, 이온성 액체는 통상적으로 중합체 조성물의 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량%, 일부 실시태양에서 약 0.3 중량% 내지 약 5 중량%, 일부 실시태양에서 약 0.4 중량% 내지 약 3 중량%, 그리고 일부 실시태양에서 약 0.5 중량% 내지 약 1.5 중량%를 구성한다. 액체 결정질 중합체의 농도는 일반적으로 다른 임의적 성분의 존재에 근거하여 달라질 수 있지만, 통상적으로 약 25 중량% 내지 약 95 중량%, 일부 실시태양에서 약 30 중량% 내지 약 80 중량%, 그리고 일부 실시태양에서 약 40 중량% 내지 약 70 중량%의 양으로 존재한다.
본 발명의 다양한 실시태양을 이제 보다 상세히 설명한다.
I. 액체 결정질 중합체
열방성 액체 결정질 중합체는 일반적으로 성형틀의 작은 공간을 효과적으로 채우는 것을 가능하게 하는 높은 결정화도를 갖는다. 적합한 열방성 액체 결정질 중합체는 방향족 폴리에스테르, 방향족 폴리(에스테르아미드), 방향족 폴리(에스테르카르보네이트), 방향족 폴리아미드 등을 포함할 수 있고, 비슷하게 하나 또는 그 이상의 방향족 히드록시카르복시산, 방향족 디카르복시산, 방향족 디올, 방향족 아미노카르복시산, 방향족 아민, 방향족 디아민 등 및 이들의 조합으로부터 형성된 반복 단위를 포함할 수 있다.
액체 결정질 중합체는 이들이 막대형의 구조를 가지고 용융 상태(예를 들어, 열방성 네마틱 상태)에서 결정질 거동을 보인다는 점에서 일반적으로 "열방성"으로 분류된다. 이러한 중합체는 기술분야에서 알려진 대로 하나 또는 그 이상의 유형의 반복 단위로부터 형성될 수 있다. 액체 결정질 중합체는, 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 방향족 에스테르 반복 단위를, 통상적으로 중합체의 약 60 몰% 내지 약 99.9 몰%, 일부 실시태양에서 약 70 몰% 내지 약 99.5 몰%, 그리고 일부 실시태양에서 약 80 몰% 내지 약 99 몰%의 양으로 포함할 수 있다. 방향족 에스테르 반복 단위는 일반적으로 다음 화학식 I로 나타낼 수 있다:
<화학식 I>
Figure 112015035665072-pct00001
식 중,
고리 B는 치환된 또는 비치환된 6-원 아릴기(예를 들어, 1,4-페닐렌 또는 1,3-페닐렌), 치환된 또는 비치환된 5- 또는 6-원 아릴기에 융합된 치환된 또는 비치환된 6-원 아릴기(예를 들어, 2,6-나프탈렌) 또는 치환된 또는 비치환된 5- 또는 6-원 아릴기에 연결된 치환된 또는 비치환된 6-원 아릴기(예를 들어, 4,4-비페닐렌)이고;
Y1 및 Y2는 독립적으로 O, C(O), NH, C(O)HN 또는 NHC(O)이다.
통상적으로, Y1 및 Y2 중 적어도 하나는 C(O)이다. 이러한 방향족 에스테르 반복 단위의 예는, 예를 들어, 방향족 디카르복시산 반복 단위(화학식 I의 Y1 및 Y2는 C(O)이다), 방향족 히드록시카르복시산 반복 단위(화학식 I의 Y1은 O이고 Y2는 C(O)이다) 뿐만 아니라 이들의 다양한 조합을 포함할 수 있다.
예를 들어, 테레프탈산, 이소프탈산, 2,6-나프탈렌디카르복시산, 디페닐 에테르-4,4'-디카르복시산, 1,6-나프탈렌디카르복시산, 2,7-나프탈렌디카르복시산, 4,4'-디카르복시비페닐, 비스(4-카르복시페닐)에테르, 비스(4-카르복시페닐)부탄, 비스(4-카르복시페닐)에탄, 비스(3-카르복시페닐)에테르, 비스(3-카르복시페닐)에탄 등 뿐만 아니라 이들의 알킬, 알콕시, 아릴 및 할로겐 치환체 및 이들의 조합과 같은 방항족 디카르복시산으로부터 유도된 방향족 디카르복시산 반복 단위가 사용될 수 있다. 특히 적합한 방향족 디카르복시산은, 예를 들어, 테레프탈산("TA"), 이소프탈산("IA") 및 2,6-나프탈렌디카르복시산("NDA")을 포함할 수 있다. 사용되는 경우, 방향족 디카르복시산(예를 들어, IA, TA, 및/또는 NDA)으로부터 유도된 반복 단위는 통상적으로 중합체의 약 5 몰% 내지 약 60 몰%, 일부 실시태양에서 약 10 몰% 내지 약 55 몰%, 그리고 일부 실시태양에서 약 15 몰% 내지 약 50 %를 구성한다.
4-히드록시벤조산; 4-히드록시-4'비페닐카르복시산; 2-히드록시-6-나프토산; 2-히드록시-5-나프토산; 3-히드록시-2-나프토산; 2-히드록시-3-나프토산; 4'-히드록시페닐-4-벤조산; 3'-히드록시페닐-4-벤조산; 4'-히드록시페닐-3-벤조산 등 뿐만 아니라 이들의 알킬, 알콕시, 아릴 및 할로겐 치환체 및 이들의 조합과 같은 방향족 히드록시카르복시산으로부터 유도된 방향족 히드로카르복시산 반복 단위 또한 사용될 수 있다. 특히 적합한 방향족 히드록시카르복시산은 4-히드록시벤조산("HBA") 및 6-히드록시-2-나프토산("HNA")이다. 사용되는 경우, 히드록시카르복시산(예를 들어, HBA 및/또는 HNA)으로부터 유도된 반복 단위는 통상적으로 중합체의 약 10 몰% 내지 약 85 몰%, 일부 실시태양에서 약 20 몰% 내지 약 80 몰%, 그리고 일부 실시태양에서 약 25 몰% 내지 약 75 %를 구성한다.
다른 반복 단위 또한 중합체에 사용될 수 있다. 특정 실시태양에서, 예를 들어, 히드로퀴논, 레조르시놀, 2,6-디히드록시나프탈렌, 2,7-디히드록시나프탈렌, 1,6-디히드록시나프탈렌, 4,4'-디히드록시비페닐(또는 4,4'-비페놀), 3,3'-디히드록시비페닐, 3,4'-디히드록시비페닐, 4,4'-디히드록시비페닐 에테르, 비스(4-히드록시페닐)에탄 등 뿐만 아니라 이들의 알킬, 알콕시, 아릴 및 할로겐 치환체, 및 이들의 조합과 같은 방향족 디올로부터 유도된 반복 단위가 사용될 수 있다. 특히 적합한 방향족 디올은, 예를 들어, 히드로퀴논("HQ") 및 4,4'-비페놀("BP")을 포함할 수 있다. 사용되는 경우, 방향족 디올(예를 들어, HQ 및/또는 BP)로부터 유도된 반복 단위는 통상적으로 중합체의 약 1 몰% 내지 약 30 몰%, 일부 실시태양에서 약 2 몰% 내지 약 25 몰%, 그리고 일부 실시태양에서 약 5 몰% 내지 약 20 %를 구성한다. 방향족 아미드(예를 들어, 아세트아미노펜("APAP")) 및/또는 방향족 아민(예를 들어, 4-아미노페놀("AP"), 3-아미노페놀, 1,4-페닐렌디아민, 1,3-페닐렌디아민 등)으로부터 유도된 반복 단위 또한 사용될 수 있다. 사용되는 경우, 방향족 아미드(예를 들어, APAP) 및/또는 방향족 아민(예를 들어, AP)으로부터 유도된 반복 단위는 통상적으로 중합체의 약 0.1 몰% 내지 약 20 몰%, 일부 실시태양에서 약 0.5 몰% 내지 약 15 몰%, 그리고 일부 실시태양에서 약 1 몰% 내지 약 10 %를 구성한다. 다양한 다른 단량체 반복 단위가 중합체에 포함될 수 있음을 또한 이해해야 한다. 예를 들어, 특정한 실시태양에서, 중합체는 지방족 또는 지환족 히드록시카르복시산, 디카르복시산, 디올, 아미드, 아민 등과 같은 비-방향족 단량체로부터 유도된 하나 또는 그 이상의 반복 단위를 포함할 수 있다. 물론, 다른 실시태양에서, 중합체는 비-방향족(예를 들어, 지방족 또는 지환족) 단량체로부터 유도된 반복 단위가 없다는 점에서 "완전히 방향족"일 수 있다.
필수적으로 요구되는 것은 아니지만, 액체 결정질 중합체는 나프탈렌-2,6-디카르복시산("NDA"), 6-히드록시-2-나프토산("HNA") 또는 이들의 조합과 같은 나프텐 히드록시카르복시산 및 나프텐 디카르복시산으로부터 유도된 반복 단위를 아주 적은 함량 포함한다는 점에서 "저(低) 나프테닉" 중합체일 수 있다. 즉, 나프텐 히드록시카르복시산 및/또는 디카르복시산(예를 들어, NDA, HNA, 또는 HNA와 NDA의 조합)으로부터 유도된 반복 단위의 총 양은 통상적으로 중합체의 30 몰% 이하, 일부 실시태양에서 약 15 몰% 이하, 일부 실시태양에서 약 10 몰% 이하, 일부 실시태양에서 약 8 몰% 이하, 그리고 일부 실시태양에서 0 몰% 내지 약 5 몰%(예를 들어, 0 몰%)이다. 높은 수준의 종래의 나프텐산의 부재에도 불구하고, 생성된 "저 나프테닉" 중합체는 여전히 좋은 열적 및 기계적 특성을 보이는 것이 가능하다고 믿어진다.
한 특정 실시태양에서, 액체 결정질 중합체는 4-히드록시벤조산("HBA") 및 테레프탈산("TA") 및/또는 이소프탈산("IA"), 뿐만 아니라 다양한 다른 임의적 성분으로부터 유도된 반복 단위로부터 형성될 수 있다. 4-히드록시벤조산("HBA")으로부터 유도된 반복 단위는 중합체의 약 10 몰% 약 80 몰%, 일부 실시태양에서 약 30 몰% 내지 약 75 몰%, 그리고 일부 실시태양에서 약 45 몰% 내지 약 70 %를 구성할 수 있다. 테레프탈산("TA") 및/또는 이소프탈산("IA")으로부터 유도된 반복 단위는 비슷하게 중합체의 약 5 몰% 내지 약 40 몰%, 일부 실시태양에서 약 10 몰% 내지 약 35 몰%, 그리고 일부 실시태양에서 약 15 몰% 내지 약 35 %를 구성할 수 있다. 4,4'-비페놀("BP") 및/또는 히드로퀴논("HQ")으로부터 유도된 반복 단위 또한 중합체의 약 1 몰% 내지 약 30 몰%, 일부 실시태양에서 약 2 몰% 내지 약 25 몰%, 그리고 일부 실시태양에서 약 5 몰% 내지 약 20 %의 양으로 사용될 수 있다. 다른 가능한 반복 단위는 6-히드록시-2-나프토산("HNA"), 2,6-나프탈렌디카르복시산("NDA") 및/또는 아세트아미노펜("APAP")으로부터 유도된 것들을 포함할 수 있다. 특정한 실시태양에서, 예를 들어, HNA, NDA, 및/또는 APAP로부터 유도된 반복 단위는 사용될 경우 각각 약 1 몰% 내지 약 35 몰%, 일부 실시태양에서 약 2 몰% 내지 약 30 몰%, 그리고 일부 실시태양에서 약 3 몰% 내지 약 25 몰%를 구성할 수 있다.
중합체의 특정한 성분 및 성질에 상관없이, 액체 결정질 중합체는 에스테르 반복 단위(예를 들어, 방향족 히드록시카르복시산, 방향족 디카르복시산 등) 및/또는 다른 반복 단위(예를 들어, 방향족 디올, 방향족 아미드, 방향족 아민 등)를 형성하기 위해 사용되는 방향족 모노머(들)를 처음에 반응기 용기에 도입하여 중축합 반응을 개시함으로써 제조될 수 있다. 이러한 반응에 사용되는 특정한 조건 및 단계는 잘 알려져 있으며, 칼룬단(Calundann)의 미국 특허 번호 4,161,470; 린스티 드(Linstid) III 등의 미국 특허 번호 5,616,680; 린스티드 ( Linstid ) III 등의 미국 특허 번호 6,114,492; 셰퍼드(Shepherd) 등의 미국 특허 번호 6,514,611; 및 와 고너(Waggoner)의 WO 2004/058851에 보다 상세히 기재되어 있을 수 있다. 반응을 위해 사용되는 용기는 특별히 제한되지 않으나, 통상적으로 고 점도 유체의 반응에 흔히 사용되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 반응 용기의 예는 앵커 유형, 다단계 유형, 나선형-리본 유형, 스크류 샤프트 유형 등 또는 이들의 변형된 형상과 같이 다양한-형상의 교반 날개가 있는 교반기를 가지는 교반 탱크-유형 장치를 포함할 수 있다. 이러한 반응 용기의 추가적 예는 혼련기, 롤 밀, 밴버리(Banbury) 혼합기 등과 같이 수지 혼련에 흔히 사용되는 혼합 장치를 포함할 수 있다.
원하는 경우, 반응은 기술분야에서 알려진 단량체의 아세틸화를 통해 진행될 수 있다. 이는 단량체에 아세틸화제(예를 들어, 아세트산 무수물)를 첨가함으로써 달성될 수 있다. 아세틸화는 일반적으로 약 90 ℃의 온도에서 개시된다. 아세틸화의 초기 단계 동안, 증기 상 온도를 아세트산 부산물 및 무수물이 증류되기 시작하는 온도 미만으로 유지하도록 환류를 수행할 수 있다. 아세틸화 동안의 온도는 통상적으로 90 ℃ 내지 150 ℃, 그리고 일부 실시태양에서 약 110 ℃ 내지 약 150 ℃의 범위이다. 환류를 사용하는 경우, 증기 상 온도는 통상적으로 아세트산의 끓는점을 초과하지만, 잔류 아세트산 무수물을 유지하기에 충분히 낮게 유지된다. 예를 들어, 아세트산 무수물은 약 140 ℃의 온도에서 증발한다. 따라서, 반응기에 약 110 ℃ 내지 약 130 ℃의 온도에서 증기 상 환류를 제공하는 것이 특히 바람직하다. 실질적으로 완전한 반응을 보장하기 위해, 과량의 아세트산 무수물이 사용될 수 있다. 과량의 무수물의 양은 환류의 존재 또는 부재를 포함하여, 사용되는 특정한 아세틸화 조건에 따라 달라질 것이다. 존재하는 반응물 히드록시기의 총 몰을 기준으로 하여 약 1 내지 약 10 몰 퍼센트의 과량의 아세트산 무수물을 사용하는 것이 일반적이다.
아세틸화는 별도의 반응기 용기 내에서 일어날 수 있거나, 중합 반응기 용기 내에서 현장에서 일어날 수 있다. 별도의 반응기 용기가 사용되는 경우, 하나 또는 그 이상의 단량체가 아세틸화 반응기에 도입되고 이어서 중합 반응기로 옮겨질 수 있다. 비슷하게, 하나 또는 그 이상의 단량체는 또한 예비-아세틸화를 거치지 않고 반응기 용기로 직접 도입될 수 있다.
단량체 및 임의적 아세틸화제에 더하여, 다른 성분 또한 중합을 용이하게 하는 것을 돕기 위해 반응 혼합물 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 금속 염 촉매(예를 들어, 아세트산 마그네슘, 아세트산 주석(I), 티탄산 테트라부틸, 아세트산 납, 아세트산 나트륨, 아세트산 칼륨 등) 및 유기 화합물 촉매(예를 들어, N-메틸이미다졸)와 같은 촉매가 임의적으로 사용될 수 있다. 이러한 촉매는 통상적으로 반복 단위 전구체의 총 중량을 기준으로 하여 약 50 내지 약 500 백만분율(ppm)의 양으로 사용된다. 별도의 반응기가 사용되는 경우, 촉매를 중합 반응기보다는 아세틸화 반응기에 적용하는 것이 통상적으로 바람직하나, 이것이 결코 필수조건은 아니다.
반응 혼합물은 일반적으로 반응물의 용융 중축합을 개시하기 위해 중합 반응기 용기 내에서 승온으로 가열된다. 중축합은, 예를 들어, 약 250 ℃ 내지 약 400 ℃, 일부 실시태양에서 약 280 ℃ 내지 약 395 ℃, 그리고 일부 실시태양에서 약 300 ℃ 내지 약 380 ℃의 온도 범위 내에서 일어날 수 있다. 예를 들어, 액체 결정질 중합체를 형성하기 위한 적합한 기술은 반응기에 전구체 단량체 및 아세트산 무수물을 충전하고, 혼합물을 약 90 ℃ 내지 약 150 ℃의 온도로 가열하여 단량체의 히드록시기를 아세틸화하고(예를 들어, 아세톡시를 형성하고), 그리고 이어서 약 250 ℃ 내지 약 400 ℃로 온도를 상승시켜 용융 중축합을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 최종 중합 온도에 접근함에 따라, 원하는 분자량이 쉽게 달성될 수 있도록 반응의 휘발성 부산물(예를 들어, 아세트산)이 또한 제거될 수 있다. 반응 혼합물은 좋은 열 및 물질 전달, 그리고 결국 좋은 물질 균일성을 보장하기 위해 중합 동안 일반적으로 교반을 받는다. 교반기의 회전 속도는 반응의 과정 동안 달라질 수 있으나, 통상적으로 약 10 내지 약 100 분당 회전("rpm"), 그리고 일부 실시태양에서 약 20 내지 약 80 rpm의 범위이다. 용융물에서 분자량을 키우기 위해, 중합 반응은 진공 하에서 수행될 수 있으며, 이의 적용은 중축합의 최종 단계 동안 형성된 휘발성 물질의 제거를 용이하게 한다. 진공은 약 5 내지 약 30 제곱 인치 당 파운드("psi"), 그리고 일부 실시태양에서 약 10 내지 약 20 psi의 범위 내와 같은 흡입 압력의 적용에 의해 발생될 수 있다.
용융 중합 후에, 용융된 중합체는 통상적으로 원하는 배치의 다이가 갖춰진 압출 오리피스를 통해 반응기로부터 배출되고, 냉각되고, 수집될 수 있다. 보통, 용융물은 천공 다이를 통해 가닥 형태로 배출되어 수조에 담겨지고, 펠릿화되고, 건조된다. 일부 실시태양에서, 용융 중합된 중합체는 그 분자량을 더욱 증가시키기 위해 또한 후속 고체-상 중합 방법을 받을 수 있다. 고체-상 중합은 기체(예를 들어, 공기, 불활성 기체 등)의 존재하에 수행될 수 있다. 적합한 불활성 기체는, 예를 들어, 질소, 헬륨, 아르곤, 네온, 크립톤, 크세논 등 뿐만 아니라 이들의 조합을 포함할 수 있다. 고체-상 중합 반응기 용기는 사실상 중합체가 원하는 체류 시간 동안 원하는 고체-상 중합 온도를 유지하도록 하는 임의의 디자인의 것일 수 있다. 이러한 용기의 예는 고정 상, 정지 상, 이동 상, 유동 상 등을 갖는 것들일 수 있다. 고체-상 중합이 수행되는 온도는 달라질 수 있으나, 통상적으로 약 250 ℃ 내지 약 350 ℃의 범위 내이다. 중합 시간은 물론 온도 및 표적 분자량에 따라 달라질 것이다. 그러나 대부분의 경우에 고체-상 중합 시간은 약 2 내지 약 12 시간, 그리고 일부 실시태양에서 약 4 내지 약 10 시간일 것이다.
II. 이온성 액체
본 발명의 이온성 액체는 일반적으로 액체 결정질 중합체와 함께 용융 처리될 때 액체 형태로 있을 수 있도록 충분히 낮은 용융 온도를 갖는 염이다. 예를 들어, 이온성 액체의 용융 온도는 약 400 ℃ 이하, 일부 실시태양에서 약 350 ℃ 이하, 일부 실시태양에서 약 1 ℃ 내지 약 100 ℃, 그리고 일부 실시태양에서 약 5 ℃ 내지 약 50 ℃일 수 있다. 염은 양이온 종 및 반대이온을 포함한다. 양이온 종은 "양이온 중심"으로써 적어도 하나의 헤테로원자(예를 들어, 질소 또는 인)를 가지는 화합물을 포함한다. 이러한 헤테로원자 화합물의 예는, 예를 들어, 다음의 구조를 가지는 4급 오늄을 포함한다:
Figure 112015035665072-pct00002
식 중, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, 및 R8은 독립적으로 수소; 치환된 또는 비치환된 C1-C10 알킬기(예를 들어, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, n-펜틸 등); 치환된 또는 비치환된 C3-C14 시클로알킬기(예를 들어, 아다만틸, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로옥틸, 시클로헥세닐 등); 치환된 또는 비치환된 C1-C10 알케닐기(예를 들어, 에틸렌, 프로필렌, 2-메티프로필렌, 펜틸렌 등); 치환된 또는 비치환된 C2-C10 알키닐기(예를 들어, 에티닐, 프로피닐 등); 치환된 또는 비치환된 C1-C10 알콕시기(예를 들어, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, n-부톡시, t-부톡시, sec-부톡시, n-펜톡시 등); 치환된 또는 비치환된 아실옥시기(예를 들어, 메타크릴옥시, 메타크릴옥시에틸 등); 치환된 또는 비치환된 아릴기(예를 들어, 페닐); 치환된 또는 비치환된 헤테로아릴기(예를 들어, 피리딜, 푸라닐, 티에닐, 티아졸릴, 이소티아졸릴, 트리아졸릴, 이미다졸릴, 이속사졸릴, 피롤릴, 피라졸릴, 피리다지닐, 피리미디닐, 퀴놀릴 등); 등으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다. 한 특정 실시태양에서, 예를 들어, 양이온 종은 N+R1R2R3R4 구조를 갖는 암모늄 화합물일 수 있고, 여기에서 R1, R2 및/또는 R3은 독립적으로 C1-C6 알킬(예를 들어, 메틸, 에틸, 부틸 등)이고 R4는 수소 또는 C1-C4 알킬기(예를 들어, 메틸 또는 에틸)이다. 예를 들어, 양이온 성분은 트리-부틸메틸암모늄일 수 있고, 여기에서 R1, R2 및 R3은 부틸이고 R4는 메틸이다.
양이온 종을 위한 적합한 반대이온은, 예를 들어, 할로겐(예를 들어, 염화물, 브로민화물, 아이오딘화물 등); 황산염 또는 술폰산염(예를 들어, 메틸 술페이트, 에틸 술페이트, 부틸 술페이트, 헥실 술페이트, 옥틸 술페이트, 황산 수소, 메탄 술포네이트, 도데실벤젠 술포네이트, 도데실술페이트, 트리플루오로메탄 술포네이트, 헵타데카플루오로옥탄술포네이트, 소듐 도데실에톡시술페이트 등); 술포숙시네이트; 아미드(예를 들어, 디시안아미드); 이미드(예를 들어, 비스(펜타플루오로에틸-술포닐)이미드, 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 비스(트리플루오로메틸)이미드 등); 붕산염(예를 들어, 테트라플루오로붕산염, 테트라시아노붕산염, 비스[옥살라토]붕산염, 비스[살리실라토]붕산염 등); 인산염 또는 포스핀산염(예를 들어, 헥사플루오로포스페이트, 디에틸포스페이트, 비스(펜타플루오로에틸)포스피네이트, 트리스(펜타플루오로에틸)-트리플루오로포스페이트, 트리스(노나플루오로부틸)트리플루오로포스페이트 등); 안티몬산염(예를 들어, 헥사플루오로안티몬산염); 알루민산염(예를 들어, 테트라클로로알루민산염); 지방산 카르복실레이트(예를 들어, 올레산염, 이소스테아르산염, 펜타데카플루오로옥탄산염 등); 시안산염; 아세트산염; 등 뿐만 아니라 전술한 임의의 것들의 조합을 포함할 수 있다. 액체 결정질 중합체와의 혼화성을 개선하는 것을 돕기 위해, 이미드, 지방산 카르복실레이트 등과 같이 일반적으로 사실상 소수성인 반대이온을 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 특히 적합한 소수성인 반대이온은, 예를 들어, 비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드, 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드, 및 비스(트리플루오로메틸)이미드를 포함할 수 있다.
III. 임의적 성분
A. 전도성 충전제
이온성 액체에 더하여, 다른 전도성 충전제 또한 대전방지 특성을 개선하는 것을 돕기 위해 중합체 조성물에 사용될 수 있다. 적합한 전도성 충전제의 예는, 예를 들어, 금속 입자(예를 들어, 알루미늄 플레이크), 금속 섬유, 탄소 입자(예를 들어, 흑연, 팽창 흑연, 그래핀, 탄소 블랙, 흑연화 탄소 블랙 등), 탄소 나노튜브, 탄소 섬유 등을 포함할 수 있다. 탄소 섬유 및 흑연이 특히 적합하다. 특정 실시태양에서, 시너지 효과가 이온성 액체 및 전도성 충전제를 조합하여 사용함에 의해 달성될 수 있다. 이론에 의해 제한되려는 의도 없이, 본 발명자는 이온성 액체는 용융 가공 도중 쉽게 흘러서 특정한 전도성 충전제(예를 들어, 탄소 섬유, 흑연 등)와 액체 결정질 중합체 매트릭스 사이에 더 나은 연결 및 전기적 경로를 제공하는 것을 도와, 이에 의해 표면 저항률을 더욱 감소시킨다고 믿는다. 사용되는 경우, 전도성 충전제는 통상적으로 중합체 조성물의 약 0.5 중량% 내지 약 30 중량%, 일부 실시태양에서 약 1 중량% 내지 약 25 중량%, 그리고 일부 실시태양에서 약 2 중량% 내지 약 20 중량%를 구성한다.
B. 섬유 충전제
일반적으로 전도성이 아닌 섬유 충전제가 또한 강도를 개선하는 것을 돕기 위해 중합체 조성물에 사용될 수 있다. 이러한 섬유 충전제의 예는 유리, 세라믹(예를 들어, 알루미나, 실리카, 이산화 티타늄 등), 광물(예를 들어, 규회석, 조노트라이트, 도소나이트 등), 아라미드(예를 들어, 이.아이. 듀폰 디 네모아(E.I. DuPont de Nemours, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재)에 의해 판매되는 케블라(Kevlar)®), 폴리올레핀, 폴리에스테르 등과 같은 중합체, 뿐만 아니라 이들의 혼합물로부터 형성된 것들을 포함할 수 있다.
특히 적합한 유리 섬유는, 예를 들어, E-유리, A-유리, C-유리, D-유리, AR-유리, R-유리, S1-유리, S2-유리 등 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 유리 섬유의 체적 평균 길이는 약 10 내지 약 500 마이크로미터, 일부 실시태양에서 약 100 내지 약 400 마이크로미터, 일부 실시태양에서 약 150 내지 약 350 마이크로미터, 그리고 일부 실시태양에서 약 200 내지 약 325 마이크로미터와 같이 비교적 작을 수 있다. 유리 섬유는 또한 좁은 길이 분포를 가질 수 있다. 즉, 섬유의 적어도 약 70 부피%, 일부 실시태양에서 섬유의 적어도 약 80 부피%, 그리고 일부 실시태양에서 섬유의 적어도 약 90 부피%는 상기 명시된 범위 내의 길이를 갖는다. 이러한 짧은 길이 및/또는 좁은 분포는 강도, 유동성 및 표면 품질의 바람직한 조합을 달성하는 것을 더욱 도울 수 있고, 이는 작은 치수 공차를 갖는 성형 부품에 아주 잘 맞게 한다. 위에서 언급된 길이 특성을 갖는 것에 더하여, 유리 섬유는 또한 생성된 중합체 조성물의 기계적 특성 및 표면 품질을 개선시키는 것을 돕기 위해 비교적 높은 종횡비(평균 길이를 공칭 지름으로 나눔)를 가질 수 있다. 예를 들어, 섬유는 약 1 내지 약 100의 종횡비를 가질 수 있고, 일부 실시태양에서 약 10 내지 약 60, 그리고 일부 실시태양에서 약 30 내지 약 50이 특히 이롭다. 섬유는, 예를 들어, 약 1 내지 약 35 마이크로미터, 일부 실시태양에서 약 2 내지 약 20 마이크로미터, 그리고 일부 실시태양에서 약 3 내지 약 10 마이크로미터의 공칭 지름을 가질 수 있다.
광물 섬유("위스커(whiskers)"로도 알려짐) 또한 본 발명에서의 사용에 적합하다. 특히 적합한 것은, 니글로스(NYGLOS)®라는 상품명 하에 니코 미네랄즈(Nyco Minerals)로부터 입수할 수 있는 것들과 같은(예를 들어, 니글로스® 4W 또는 니글로스® 8), 무수 황산 칼슘 및 규회석 섬유이다. 이러한 광물 섬유의 체적 평균 길이는 약 1 내지 약 200 마이크로미터, 일부 실시태양에서 약 2 내지 약 150 마이크로미터, 일부 실시태양에서 약 5 내지 약 100 마이크로미터, 그리고 일부 실시태양에서 약 10 내지 약 50 마이크로미터와 같이 비교적 작을 수 있다. 위에서 언급된 길이 특성을 갖는 것에 더하여, 광물 섬유는 또한 생성된 중합체 조성물의 기계적 특성 및 표면 품질을 더욱 개선하는 것을 돕기 위해 비교적 높은 종횡비(평균 길이를 공칭 지름으로 나눈 값)를 가질 수 있다. 예를 들어, 광물 섬유는 약 1 내지 약 50, 일부 실시태양에서 약 2 내지 약 20, 그리고 일부 실시태양에서 약 4 내지 약 15의 종횡비를 가질 수 있다. 위스커는, 예를 들어, 약 1 내지 약 35 마이크로미터, 일부 실시태양에서 약 2 내지 약 20 마이크로미터, 그리고 일부 실시태양에서 약 3 내지 약 15 마이크로미터의 공칭 지름을 가질 수 있다.
사용된 특정 유형과 관계없이, 중합체 조성물 내의 섬유 충전제의 상대적인 양은 유동성과 같은 조성물의 다른 물성에 불리하게 영향을 주지 않으면서 바람직한 기계적 물성을 달성하는 것을 돕기 위해 선택적으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 섬유 충전제(예를 들어, 유리 섬유, 광물 섬유 등 뿐만 아니라 이들의 조합)는 통상적으로 중합체 조성물의 약 2 중량% 내지 약 40 중량%, 일부 실시태양에서 약 5 중량% 내지 약 35 중량%, 그리고 일부 실시태양에서 약 6 중량% 내지 약 30 중량%를 구성한다. 섬유는 상기 언급된 범위 내에서 사용될 수 있지만, 본 발명의 한 특히 유용한 측면은 여전히 원하는 기계적 물성을 달성하면서도 적은 섬유 함량이 사용될 수 있다는 것이다. 이론에 의해 제한되려는 의도 없이, 섬유의 좁은 길이 분포가 뛰어난 기계적 물성을 달성하는 것을 도울 수 있고, 따라서 더 적은 양의 섬유의 사용을 가능하게 하는 것으로 믿어진다.
C. 미립자 충전제
바람직한 물성 및/또는 색을 달성하는 것을 돕기 위해 일반적으로 전도성이 아닌 미립자 충전제 또한 중합체 조성물에 사용될 수 있다. 사용되는 경우, 이러한 미립자 충전제는 통상적으로 중합체 조성물의 약 5 중량% 내지 약 40 중량%, 일부 실시태양에서 약 10 중량% 내지 약 35 중량%, 그리고 일부 실시태양에서 약 10중량% 내지 약 30 중량%를 구성한다. 점토 광물이 본 발명에서의 사용에 특히 적합할 수 있다. 이러한 점토 광물의 예는, 예를 들어, 활석(Mg3Si4O10(OH)2), 할로이사이트(Al2Si2O5(OH)4), 고령석(Al2Si2O5(OH)4), 일라이트((K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)]), 몬모릴로나이트(Na,Ca)0 .33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2·nH2O), 질석((MgFe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)2·4H2O), 팔리고르스카이트((Mg,Al)2Si4O10(OH)·4(H2O)), 납석(Al2Si4O10(OH)2) 등 뿐만 아니라 이들의 조합을 포함한다. 점토 광물에 대신하여 또는 그에 더하여, 또 다른 미립자 충전제가 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 규산 칼슘, 규산 알루미늄, 운모, 규조토, 규회석, 등과 같은 다른 적합한 규산염 충전제 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 운모가 본 발명에서의 사용을 위해 특히 적합한 광물일 수 있다. 지질학상 산출에 상당한 차이가 있는 화학적으로 구별되는 다양한 종류의 운모가 있지만, 모두 본질적으로 같은 결정 구조를 가진다. 본원에서 사용되는 용어 "운모"는 백운모(KAl2(AlSi3)O10(OH)2), 흑운모(K(Mg,Fe)3(AlSi3)O10(OH)2), 금운모(KMg3(AlSi3)O10(OH)2), 리튬 운모(K(Li,Al)2- 3(AlSi3)O10(OH)2), 해록석(K,Na)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10(OH)2) 등 뿐만 아니라 이들의 조합과 같은 임의의 이들 종을 총칭적으로 포함하도록 의도된다.
D. 관능성 화합물
원하는 경우 관능성 화합물 또한 다른 것들 중 중합체 조성물의 용융 점도를 감소시키는 것을 돕기 위해 본 발명에서 사용될 수 있다. 한 실시태양에서, 예를 들어, 본 발명의 중합체 조성물은 관능성 방향족 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 화합물은 통상적으로 중합체 사슬과 반응하여 그 길이를 줄이고, 따라서 용융 점도를 감소시킬 수 있는 하나 또는 그 이상의 카르복실 및/또는 히드록실 관능기를 포함한다. 특정한 경우에, 화합물은 또한 그 용융 점도가 감소된 뒤에도 조성물의 기계적 특성을 유지하는 것을 돕기 위해 잘린 후에 보다 짧은 중합체 사슬들을 함께 결합할 수 있다. 관능성 방향족 화합물은 하기 화학식 II에서 규정된 일반 구조를 가지거나 이의 금속 염일 수 있다:
<화학식 II>
Figure 112015035665072-pct00003
식 중,
고리 B는 6-원 방향족 고리이고, 여기에서 1 내지 3 고리 탄소 원자는 임의적으로 질소 또는 산소로 대체되고, 각 질소는 임의적으로 산화되고, 고리 B는 임의적으로 5- 또는 6-원 아릴, 헤테로아릴, 시클로알킬 또는 헤테로시클릴에 융합 또는 연결될 수 있고;
R4는 OH 또는 COOH이고;
R5는 아실, 아실옥시(예를 들어, 아세틸옥시), 아실아미노(예를 들어, 아세틸아미노), 알콕시, 알케닐, 알킬, 아미노, 아릴, 아릴옥시, 카르복실, 카르복실 에스테르, 시클로알킬, 시클로알킬옥시, 히드록실, 할로, 할로알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴옥시, 헤테로시클릴 또는 헤테로시클옥시이고;
m은 0 내지 4, 일부 실시태양에서 0 내지 2, 그리고 일부 실시태양에서 0 내지 1이고;
n은 1 내지 3, 그리고 일부 실시태양에서 1 내지 2이다. 화합물이 금속 염의 형태일 때, 적합한 금속 반대이온은 전이 금속 반대이온(예를 들어, 구리, 철 등), 알칼리 금속 반대이온(예를 들어, 칼륨, 나트륨 등), 알칼리 토금속 반대이온(예를 들어, 칼슘, 마그네슘 등) 및/또는 주족 금속 반대이온(예를 들어, 알루미늄)을 포함할 수 있다.
한 실시태양에서, 예를 들어, 화학식 II에서 B는 페닐이고 이 경우 생성된 페놀계 화합물은 다음 화학식 III을 가지거나 이의 금속 염이다:
<화학식 III>
Figure 112015035665072-pct00004
식 중,
R4는 OH 또는 COOH이고;
R6은 아실, 아실옥시, 아실아미노, 알콕시, 알케닐, 알킬, 아미노, 카르복실, 카르복실 에스테르, 히드록실, 할로 또는 할로알킬이고;
q는 0 내지 4, 일부 실시태양에서 0 내지 2, 그리고 일부 실시태양에서 0 내지 1이다. 이러한 페놀계 화합물의 특정한 예는, 예를 들어, 벤조산(q는 0이다), 4-히드록시벤조산(R4는 COOH이고, R6은 OH이고, q는 1이다); 프탈산(R4는 COOH이고, R6은 COOH이고, q는 1이다); 이소프탈산(R4는 COOH이고, R6은 COOH이고, q는 1이다); 테레프탈산(R4는 COOH이고, R6은 COOH이고, q는 1이다); 2-메틸테레프탈산(R4는 COOH이고, R6은 COOH 및 CH3이고, q는 2이다); 페놀(R4는 OH이고 q는 0이다); 소듐 페녹시드(R4는 OH이고 q는 0이다); 히드로퀴논(R4는 OH이고, R6은 OH이고, q는 1이다); 레조르시놀(R4는 OH이고, R6은 OH이고, q는 1이다); 4-히드록시벤조산(R4는 OH이고, R6은 C(O)OH이고, q는 1이다) 등 뿐만 아니라 이들의 조합을 포함한다.
다른 실시태양에서, 상기 화학식 II에서 B는 페닐이고 R5는 페닐이고 이 경우 디페놀계 화합물은 다음의 화학식 IV을 가지거나 이의 금속 염이다:
<화학식 IV>
Figure 112015035665072-pct00005
식 중,
R4는 COOH 또는 OH이고;
R6은 아실, 아실옥시, 아실아미노, 알콕시, 알케닐, 알킬, 아미노, 아릴, 아릴옥시, 카르복실, 카르복실 에스테르, 시클로알킬, 시클로알킬옥시, 히드록실, 할로, 할로알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴옥시, 헤테로시클릴 또는 헤테로시클옥시이고;
q는 0 내지 4, 일부 실시태양에서 0 내지 2, 그리고 일부 실시태양에서 0 내지 1이다. 이러한 디페놀계 화합물의 특정한 예는, 예를 들어, 4-히드록시-4'-비페닐카르복시산(R4는 COOH이고, R6은 OH이고, q는 1이다); 4'-히드록시페닐-4-벤조산(R4는 COOH이고, R6은 OH이고, q는 1이다); 3'-히드록시페닐-4-벤조산(R4는 COOH이고, R6은 OH이고, q는 1이다); 4'-히드록시페닐-3-벤조산(R4는 COOH이고, R6은 OH이고, q는 1이다); 4,4'-비벤조산(R4는 COOH이고, R6은 COOH이고, q는 1이다);(R4는 OH이고, R6은 OH이고, q는 1이다); 3,3'-비페놀(R4는 OH이고, R6은 OH이고, q는 1이다); 3,4'-비페놀(R4는 OH이고, R6은 OH이고, q는 1이다); 4-페닐페놀(R4는 OH이고 q는 0이다); 비스(4-히드록시페닐)에탄(R4는 OH이고, R6은 C2(OH)2페놀이고, q는 1이다); 트리스(4-히드록시페닐)에탄(R4는 OH이고, R6은 C(CH3)비페놀이고, q는 1이다); 4-히드록시-4'-비페닐카르복시산(R4는 OH이고, R6은 COOH이고, q는 1이다); 4'-히드록시페닐-4-벤조산(R4는 OH이고, R6은 COOH이고, q는 1이다); 3'-히드록시페닐-4-벤조산(R4는 OH이고, R6은 COOH이고, q는 1이다); 4'-히드록시페닐-3-벤조산(R4는 OH이고, R6은 COOH이고, q는 1이다); 등 뿐만 아니라 이들의 조합을 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 상기 화학식 II에서 B는 나프테닐이고 이 경우 생성된 나프텐계 화합물은 다음의 화학식 V를 가지거나 이의 금속 염이다:
<화학식 V>
Figure 112015035665072-pct00006
식 중,
R4는 OH 또는 COOH이고;
R6은 아실, 아실옥시, 아실아미노, 알콕시, 알케닐, 알킬, 아미노, 아릴, 아릴옥시, 카르복실, 카르복실 에스테르, 시클로알킬, 시클로알킬옥시, 히드록실, 할로, 할로알킬, 헤테로아릴, 헤테로아릴옥시, 헤테로시클릴 또는 헤테로시클옥시이고;
q는 0 내지 4, 일부 실시태양에서 0 내지 2, 그리고 일부 실시태양에서 0 내지 1이다. 이러한 나프텐계 화합물의 특정한 예는, 예를 들어, 1-나프토산(R4는 COOH이고 q는 0이다); 2-나프토산(R4는 COOH이고 q는 0이다); 2-히드록시-6-나프토산(R4는 COOH이고, R6은 OH이고, q는 1이다); 2-히드록시-5-나프토산(R4는 COOH이고, R6은 OH이고, q는 1이다); 3-히드록시-2-나프토산(R4는 COOH이고, R6은 OH이고, q는 1이다); 2-히드록시-3-나프토산(R4는 COOH이고, R6은 OH이고, q는 1이다); 2,6-나프탈렌디카르복시산(R4는 COOH이고, R6은 COOH이고, q는 1이다); 2,3-나프탈렌디카르복시산(R4는 COOH이고, R6은 COOH이고, q는 1이다); 2-히드록시-나프텔렌(R4는 OH이고 q는 0이다); 2-히드록시-6-나프토산(R4는 OH이고, R6은 COOH이고, q는 1이다); 2-히드록시-5-나프토산(R4는 OH이고, R6은 COOH이고, q는 1이다); 3-히드록시-2-나프토산(R4는 OH이고, R6은 COOH이고, q는 1이다); 2-히드록시-3-나프토산(R4는 OH이고, R6은 COOH이고, q는 1이다); 2,6-디히드록시나프탈렌(R4는 OH이고, R6은 OH이고, q는 1이다); 2,7-디히드록시나프탈렌(R4는 OH이고, R6은 OH이고, q는 1이다); 1,6-디히드록시나프탈렌(R4는 OH이고, R6은 OH이고, q는 1이다) 등 뿐만 아니라 이들의 조합을 포함한다.
본 발명의 특정한 실시태양에서, 예를 들어, 중합체 조성물은 히드로퀴논, 레조르시놀, 4,4'-비페놀 등 뿐만 아니라 이들의 조합과 같은 방향족 디올을 포함할 수 있다. 사용되는 경우, 이러한 방향족 디올은 중합체 조성물의 약 0.01 중량% 내지 약 1 중량%, 그리고 일부 실시태양에서 약 0.05 중량% 내지 약 0.4 중량%를 구성할 수 있다. 방향족 카르복시산 또한 단독으로 또는 방향족 디올과 함께 특정한 실시태양에서 사용될 수 있다. 방향족 카르복시산은 중합체 조성물의 약 0.001 중량% 내지 약 0.5 중량%, 그리고 일부 실시태양에서 약 0.005 중량% 내지 약 0.1 중량%를 구성할 수 있다. 특정 실시태양에서, 방향족 디올(상기 화학식들에서 R4 및 R6은 OH이다)(예를 들어, 4,4'-비페놀) 및 방향족 디카르복시산(상기 화학식들에서 R4 및 R6은 COOH이다)(예를 들어, 2,6-나프텔렌 디카르복시산)의 조합이 바람직한 점도 감소를 달성하는 것을 돕기 위해서 본 발명에서 사용된다.
위에서 언급된 것들에 더하여, 비-방향족 관능성 화합물 또한 본 발명에서 사용될 수 있다. 이러한 화합물은 용융 점도의 감소와 같은 다양한 목적의 역할을 할 수 있다. 한 이러한 비-방향족 관능성 화합물은 물이다. 원하는 경우 물은 가공 조건 하에서 물을 생성하는 형태로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 물은 가공 조건 하에서(예를 들어, 고온) 효과적으로 물을 "잃는" 수화물로 첨가될 수 있다. 이러한 수화물은 알루미나 삼수화물, 황산 구리 오수화물, 염화 바륨 이수화물, 황산 칼슘 이수화물 등 뿐만 아니라 이들의 조합을 포함한다. 사용되는 경우, 수화물은 중합체 조성물 약 0.02 중량% 내지 약 2 중량%, 그리고 일부 실시태양에서 약 0.05 중량% 내지 약 1 중량%를 구성할 수 있다. 한 특정 실시태양에서, 방향족 디올, 수화물 및 방향족 디카르복시산의 혼합물이 조성물에 사용된다. 이러한 실시태양에서, 방향족 디올에 대한 수화물의 중량비는 통상적으로 약 0.5 내지 약 8, 일부 실시태양에서 약 0.8 내지 약 5, 그리고 일부 실시태양에서 약 1 내지 약 5이다.
E. 다른 첨가제
조성물에 포함될 수 있는 또 다른 첨가제는, 예를 들어, 항균제, 안료, 항산화제, 안정제, 계면활성제, 왁스, 고체 용매, 난연제, 드립 방지제 및 물성 및 가공성을 향상시키기 위해 첨가되는 다른 물질을 포함할 수 있다. 실질적인 분해 없이 액체 결정질 중합체의 가공 조건을 견딜 수 있는 윤활제 또한 중합체 조성물에 사용될 수 있다. 이러한 윤활제의 예는 지방산 에스테르, 이들의 염, 에스테르, 지방산 아미드, 유기 포스페이트 에스테르 및 엔지니어링 플라스틱 재료의 가공에서 윤활제로 흔히 사용되는 종류의 탄화수소 왁스 및 이들의 혼합물을 포함한다. 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 아라크산, 몬탄산, 옥타데신산, 파리나르산(parinric acid) 등과 같은 적합한 지방산은 통상적으로 약 12 내지 약 60 탄소 원자의 골격 탄소 사슬을 갖는다. 적합한 에스테르는 지방산 에스테르, 지방 알콜 에스테르, 왁스 에스테르, 글리세롤 에스테르, 글리콜 에스테르 및 복합 에스테르를 포함한다. 지방산 아미드는 예를 들어, 팔미트산 아미드, 스테아르산 아미드, 올레산 아미드, N,N'-에틸렌비스스테아르아미드 등과 같은 지방 1차 아미드, 지방 2차 아미드, 메틸렌 및 에틸렌 비스아미드 및 알카놀아미드를 포함한다. 또한 적합한 것은 스테아르산 칼슘, 스테아르산 아연, 스테아르산 마그네슘 등과 같은 지방산의 금속 염; 파라핀 왁스를 포함하는 탄화수소 왁스, 폴리올레핀 및 산화 폴리올레핀 왁스 및 미결정질 왁스이다. 특히 적합한 윤활제는 펜타에리스리톨 테트라스테아레이트, 스테아르산 칼슘 또는 N,N'-에틸렌비스스테아르아미드와 같은 스테아르산의 산, 염 또는 아미드이다. 사용되는 경우, 윤활제(들)는 통상적으로 중합체 조성물의 약 0.05 중량% 내지 약 1.5 중량%, 그리고 일부 실시태양에서 약 0.1 중량% 내지 약 0.5 중량%를 구성한다.
IV. 형성
액체 결정질 중합체, 이온성 액체 및 다른 임의적 첨가제는 중합체 조성물을 형성하기 위해 약 250 ℃ 내지 약 450 ℃, 일부 실시태양에서 약 280 ℃ 내지 약 400 ℃, 그리고 일부 실시태양에서 약 300 ℃ 내지 약 380 ℃ 범위의 온도에서 함께 용융 가공되거나 블렌딩될 수 있다. 임의의 다양한 용융 가공 기술이 일반적으로 본 발명에서 사용된다. 예를 들어, 성분들(예를 들어, 액체 결정질 중합체, 이온성 액체 등)은 별도로 또는 조합되어 회전가능하게 탑재되고 배럴(예를 들어, 원통형 배럴)내에 수용되고, 공급부 및 스크류의 길이 방향을 따라 공급부로부터 하류에 위치한 용융부를 정의할 수 있는 적어도 하나의 스크류를 포함하는 압출기로 공급될 수 있다.
압출기는 일축 스크류 또는 이축 스크류일 수 있다. 도 3을 참조하면, 예를 들어, 하우징 또는 배럴(114) 및 적합한 드라이브(124)(통상적으로 모터 및 기어박스 포함)에 의해 한 말단 상에서 회전가능하게 구동되는 스크류(120)를 포함하는 일축 스크류 압출기(80)의 한 실시태양이 표시되어 있다. 원하는 경우 두 개의 별도의 스크류를 사용하는 이축 스크류 압출기가 사용될 수 있다. 스크류의 배치는 본 발명에 특별히 중요하지 않으며 기술분야에서 알려진 대로 임의의 수 및/또는 배향의 스레드 및 채널을 포함할 수 있다. 도 3에 표시된 대로, 예를 들어, 스크류(120)는 스크류(120)의 코어 주변으로 방사상 연장되는 일반적으로 나선형 채널을 형성하는 스레드를 포함한다. 호퍼(40)는 액체 결정질 중합체 및/또는 다른 물질(예를 들어, 무기 입자 및/또는 관능성 화합물)을 배럴(114) 내의 개구부를 통해 공급부(132)로 공급하기 위해 드라이브(124)에 인접하여 위치한다. 드라이브(124) 반대편은 압출된 플라스틱이 추가적인 가공을 위해 배출되는 압출기(80)의 배출 말단(144)이다.
공급부(132) 및 용융부(134)는 스크류(120)의 길이를 따라 정의된다. 공급부(132)는 액체 결정질 중합체 및/또는 이온성 액체가 첨가되는 배럴(114)의 투입부이다. 용융부(134)는 액체 결정질 중합체가 고체에서 액체로 변화하는 상 변화부이다. 압출기가 제조될 때 이들 부분의 정확히 정의된 설계는 없지만, 당업자는 고체에서 액체로 상 변화가 일어나는 공급부(132) 및 용융부(134)를 확실히 식별할 수 있다. 필수적으로 요구되는 것은 아니지만, 압출기(80)는 또한 배럴(114)의 배출 말단에 인접하고 용융부(134)로부터 하류에 위치하는 혼합부(136)를 가질 수 있다. 원하는 경우 하나 또는 그 이상의 분배 및/또는 분산 혼합 요소가 압출기의 혼합 및/또는 용융부 내에 사용될 수 있다. 일축 스크류 압출기를 위해 적합한 분배 혼합기는, 예를 들어, 색슨(Saxon), 덜메이지(Dulmage), 캐비티 트랜스퍼(Cavity Transfer) 혼합기 등을 포함할 수 있다. 비슷하게, 적합한 분산 혼합기는 블리스터 링(Blister ring), 르로이/매독(Leroy/Maddock), CRD 혼합기 등을 포함할 수 있다. 기술분야에서 잘 알려진 대로, 혼합은 부스 니더(Buss Kneader) 압출기, 캐비티 트랜스퍼 혼합기 및 볼텍스(Vortex) 치합형 핀 혼합기에서 사용되는 것들과 같은, 중합체 용융물의 폴딩 및 재배향을 일으키는 배럴 중의 핀을 사용함으로써 더욱 개선될 수 있다.
사용되는 경우, 섬유(예를 들어, 탄소 섬유와 같은 전도성 충전제 및/또는 유리 섬유와 같은 섬유 충전제) 또한 호퍼(40) 또는 그로부터 하류의 위치에 첨가될 수 있다. 한 특정 실시태양에서, 섬유는 액체 결정질 중합체가 공급되는 지점으로부터 하류이지만 용융부에 앞선 위치에 첨가될 수 있다. 도 3에서, 예를 들어, 압출기(80)의 공급부(132) 구역 내에 위치한 호퍼(42)가 표시되어 있다. 호퍼(42)에 공급되는 섬유는 처음에 약 1,000 내지 약 5,000 마이크로미터, 일부 실시태양에서 약 2,000 내지 약 4,500 마이크로미터, 그리고 일부 실시태양에서 약 3,000 내지 약 4,000 마이크로미터의 체적 평균 길이를 가지는 것과 같이 상대적으로 길 수 있다. 그럼에도 불구하고, 액체 결정질 중합체가 여전히 고체 상인 위치에 이들 긴 섬유를 공급함으로써, 중합체는 섬유의 크기를 위에서 나타난 체적 평균 길이 및 길이 분포로 감소시키는 연마제의 기능을 할 수 있다. 그러나 임의의 임의적 섬유가 바람직한 길이에서 압출기에 단순히 공급될 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 실시태양에서, 섬유는, 예를 들어, 압출기의 혼합 및/또는 용융부 또는 심지어 공급부에서 액체 결정질 중합체와 함께 공급될 수 있다. 또 다른 실시태양에서, 섬유는 전혀 사용되지 않을 수 있다.
형성되는 특정 방식에 상관없이, 본 발명자는 생성된 중합체 조성물이 뛰어난 열적 특성을 가질 수 있다는 것을 발견했다. 예를 들어, 중합체 조성물의 용융 점도는 작은 크기를 가지는 성형틀의 구멍으로 쉽게 흘러들어갈 수 있도록 충분히 낮을 수 있다. 한 특정 실시태양에서, 중합체 조성물은 1000 초-1의 전단 속도에서 측정된 약 0.1 내지 약 80 Pa-s, 일부 실시태양에서 약 0.5 내지 약 50 Pa-s, 그리고 일부 실시태양에서 약 1 내지 약 30 Pa-s의 용융 점도를 가질 수 있다. 용융 점도는 조성물의 용융 온도보다 15 ℃ 높은 온도(예를 들어, 350 ℃)에서 ISO 시험 번호 11443에 따라 측정될 수 있다. 조성물은 또한 비교적 높은 용융 온도를 가질 수 있다. 예를 들어, 중합체의 용융 온도는 약 250 ℃ 내지 약 400 ℃, 일부 실시태양에서 약 280 ℃ 내지 약 395 ℃, 그리고 일부 실시태양에서 약 300 ℃ 내지 약 380 ℃일 수 있다.
V. 성형 부품
일단 형성되면, 중합체 조성물은 기술분야에서 알려진 기술을 사용하여 임의의 다양한 다른 형상 부품으로 성형될 수 있다. 예를 들어, 형상 부품은 건조 및 예열된 플라스틱 과립이 성형틀 내로 주입되는 일-성분 사출 형성 공정을 사용하여 성형될 수 있다. 사용된 성형 기술에 상관없이, 훌륭한 대전방지 특성, 높은 유동성 및 훌륭한 기계적 특성의 독특한 조합을 가지는 본 발명의 중합체 조성물이 작은 치수 공차를 가지는 전자 부품을 위해 특히 적합하다는 것이 밝혀졌다. 이러한 부품은, 예를 들어, 일반적으로 약 500 마이크로미터 이하, 일부 실시태양에서 약 50 내지 약 450 마이크로미터, 그리고 일부 실시태양에서 약 100 내지 약 400 마이크로미터와 같은 적어도 하나의 마이크로 크기의 치수(예를 들어, 두께, 폭, 높이 등)를 갖는다.
한 이러한 부품은 미세 피치 전기 커넥터이다. 보다 자세히, 이러한 전기 커넥터는 중앙 처리 장치("CPU")를 인쇄 회로 기판에 분리 가능하게 장착하기 위해 종종 사용된다. 커넥터는 접촉 핀을 수용하도록 배치되는 삽입 통로를 포함할 수 있다. 이들 통로는 열가소성 수지로부터 형성될 수 있는 대향 벽에 의해 정의된다. 바람직한 전기적 성능을 달성하는 것을 돕기 위해서, 이들 핀의 피치는 일반적으로 주어진 공간 내에 다수의 필요한 접촉 핀을 수용하도록 작다. 이는, 결국, 핀 삽입 통로의 피치 및 이들 통로를 분할하는 대향 벽의 폭 또한 작을 것을 요구한다. 예를 들어, 벽은 약 500 마이크로미터 이하, 일부 실시태양에서 약 50 내지 약 450 마이크로미터, 그리고 일부 실시태양에서 약 100 내지 약 400 마이크로미터의 폭을 가질 수 있다. 과거에는, 이렇게 얇은 폭을 갖는 성형틀을 열가소성 수지로 적절히 채우는 것이 종종 어려웠다. 그러나, 그 독특한 특성 때문에 본 발명의 중합체 조성물은 미세 피치 커넥터의 벽을 형성하는데에 특히 적절하다.
한 특히 적합한 미세 피치 전기 커넥터가 도 1에 표시되어 있다. 기판-면 부분(C2)이 회로 기판(P)의 표면에 장착될 수 있는 전기 커넥터(200)가 표시되어 있다. 커넥터(200)는 또한 기판-면 커넥터(C2)에 연결됨으로써 이산 배선(3)을 회로 기판(P)에 연결하도록 구성된 배선 물질-면 부분(C1)을 포함할 수 있다. 기판-면 부분(C2)은 배선 물질-면 커넥터(C1)가 끼워지는 끼움 홈(10a) 및 하우징(10)의 가로 방향으로 가늘고 긴 모양을 갖는 제1 하우징(10)을 포함할 수 있다. 배선 물질-면 부분(C1)은 비슷하게 하우징(20)의 가로 방향으로 가늘고 긴 제2 하우징(20)을 포함할 수 있다. 제2 하우징(20)에서, 복수의 단자-수용 동공(22)이 상부 및 하부 단자-수용 동공(22)을 포함하는 2단 배열을 이루도록 가로 방향으로 평행하게 제공될 수 있다. 이산 배선(3)의 말단부에 장착되는 단자(5)는 각각의 단자-수용 동공(22) 내에 수용될 수 있다. 원하는 경우 기판-면 커넥터(C2) 상의 연결 부재(표시되지 않음)에 대응하는 잠금 부분(28)(맞물림 부분) 또한 하우징(20) 상에 제공될 수 있다.
상기 논의된 바와 같이, 제1 하우징(10) 및/또는 제2 하우징(20)의 내부 벽은 비교적 작은 폭 치수를 가질 수 있고, 본 발명의 중합체 조성물로부터 형성될 수 있다. 벽은, 예를 들어, 도 2에 보다 자세히 표시되어 있다. 도시된 바와 같이, 삽입 통로 또는 공간(225)은 접촉 핀을 수용할 수 있는 대향 벽(224)의 사이에서 정의된다. 벽(224)은 위에서 언급된 범위 내인 폭 "w"을 갖는다. 벽(224)이 섬유(예를 들어, 요소(400))를 포함하는 중합체 조성물로부터 형성되는 경우, 이러한 섬유는 벽의 폭에 가장 맞도록 특정한 범위 내의 체적 평균 길이 및 좁은 길이 분포를 가질 수 있다. 예를 들어, 벽 중 적어도 하나의 폭의 섬유의 체적 평균 길이에 대한 비는 약 0.8 내지 약 3.2, 일부 실시태양에서 약 1.0 내지 약 3.0, 그리고 일부 실시태양에서 약 1.2 내지 약 2.9이다.
벽에 더하여 또는 이에 대신하여, 하우징의 임의의 다른 부분 또한 본 발명의 중합체 조성물로부터 형성될 수 있다는 점을 또한 이해해야 한다. 예를 들어, 커넥터는 또한 하우징을 둘러싸는 쉴드를 포함할 수 있다. 일부 또는 모든 쉴드는 본 발명의 중합체 조성물로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 하우징 및 쉴드는 각각 중합체 조성물로부터 단일로 성형된 한-조각 구조일 수 있다. 비슷하게, 쉴드는 각각 본 발명의 중합체 조성물로부터 형성될 수 있는 제1 쉘 및 제2 쉘을 포함하는 두-조각 구조일 수 있다.
물론, 중합체 조성물은 또한 매우 다양한 다른 부품에 사용될 수 있다. 예를 들어, 중합체 조성물은 전자 부품에서의 사용을 위한 평면 기판으로 성형될 수 있다. 기판은 약 500 마이크로미터 이하, 일부 실시태양에서 약 50 내지 약 450 마이크로미터, 그리고 일부 실시태양에서 약 100 내지 약 400 마이크로미터의 두께를 갖는 것과 같이 얇을 수 있다. 한 실시태양에서, 예를 들어, 평면 기판 다양한 알려진 기술(예를 들어, 레이저 직접 구조화, 전기도금 등)을 사용하여 하나 또는 그 이상의 도전성 소자와 함께 이용될 수 있다. 도전성 소자는 다양한 다른 목적에 기여할 수 있다. 한 실시태양에서, 예를 들어, 도전성 소자는 SIM 카드에 사용되는 것들과 같은 집적 회로를 형성한다. 다른 실시태양에서, 도전성 소자는 패치 안테나 구조, 역-F 안테나 구조, 폐쇄 및 개방 슬롯 안테나 구조, 루프 안테나 구조, 단극자, 쌍극자, 평면 역-F 안테나 구조, 이들 디자인의 혼성 등으로부터 형성된 공진 요소를 갖는 안테나와 같은 다양한 다른 종류의 안테나를 형성한다. 생성된 안테나 구조는 가용 내부 공간이 비교적 작은, 상기 기재된 바와 같은 비교적 소형의 휴대용 전자 부품의 하우징에 포함될 수 있다.
도 4-5에 도시된 안테나 구조를 포함하는 한 특히 적합한 전자 부품은 휴대 전화 기능을 갖는 휴대용 장치(410)이다. 도 4에 표시된 대로, 장치(410)는 플라스틱, 금속, 다른 적합한 유전 재료, 다른 적합한 도전 재료, 또는 이러한 물질의 조합으로부터 형성된 하우징(412)을 가질 수 있다. 터치 스크린 디스플레이와 같은 디스플레이(414)는 장치(410)의 전면에 제공될 수 있다. 장치(410)는 또한 스피커 포트(440) 및 다른 입력-출력 포트를 가질 수 있다. 하나 또는 그 이상의 버튼(438) 및 다른 사용자 입력 장치가 사용자 입력을 받기 위해 사용될 수 있다. 도 5에 표시된 대로, 안테나 구조(426)는 또한 장치(410)의 후면(442)에 제공될 수 있지만, 안테나 구조는 일반적으로 장치의 임의의 원하는 위치에 배치될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 위에서 나타낸 대로, 안테나 구조(426)는 본 발명의 중합체 조성물로부터 형성된 평면 기판을 포함할 수 있다. 안테나 구조는 임의의 다양한 알려진 기술을 사용하여 전자 장치 내의 다른 부품에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 하우징(412) 또는 하우징(412)의 부품은 안테나 구조(426)를 위한 도전성 접지 면의 역할을 할 수 있다.
본 발명의 중합체 조성물로부터 형성된 평면 기판은 또한 다른 용도에 사용될 수 있다. 예를 들어, 한 실시태양에서, 평면 기판은 무선 통신 장치(예를 들어, 휴대 전화)에 흔히 사용되는 컴팩트 카메라 모듈("CCM")의 기저부를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 도 6-7를 참조하면, 예를 들어, 컴팩트 카메라 모듈(500)의 한 특정 실시태양이 보다 자세히 표시되어 있다. 표시된대로, 컴팩트 카메라 모듈(500)은 기저부(506) 위에 가로놓이는 렌즈 어셈블리(504)를 포함한다. 기저부(506)는, 결국, 임의적 메인 보드(508) 위에 가로놓인다. 이들의 비교적 얇은 특성때문에, 기저부(506) 및/또는 메인 보드(508)는 상기 기재된 본 발명의 중합체 조성물로부터 형성되기에 특히 적합하다. 렌즈 어셈블리(504)는 기술분야에서 알려진 임의의 다양한 배열을 가질 수 있고, 고정 초점형 렌즈 및/또는 자동 초점형 렌즈를 포함할 수 있다. 한 실시태양에서, 예를 들어, 렌즈 어셈블리(504)는 메인 보드(508) 위에 위치하는 이미지 센서(602)와 통신하고 회로(601)에 의해 제어되는 렌즈(604)를 보관하는 중공 배럴의 형상을 하고 있다. 배럴은 사각형, 원통형 등과 같은 임의의 다양한 모양을 가질 수 있다. 특정한 실시태양에서, 배럴은 본 발명의 중합체 조성물로부터 형성되고 위에서 언급된 범위 내의 벽 두께를 가질 수 있다. 카메라 모듈의 다른 부품 또한 본 발명의 중합체 조성물로부터 형성될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 표시된 대로, 중합체 필름(510)(예를 들어, 폴리에스테르 필름) 및/또는 열 절연 캡(502)은 렌즈 어셈블리(504)를 덮을 수 있다. 일부 실시태양에서, 필름(510) 및/또는 캡(502) 또한 본 발명의 중합체 조성물로부터 형성될 수 있다.
중합체 조성물을 사용할 수 있는 또 다른 가능한 전자 부품은, 예를 들어, 휴대 전화, 랩톱 컴퓨터, 소형 휴대용 컴퓨터(예를 들어, 초경량(ultraportable) 컴퓨터, 넷북 컴퓨터 및 태블릿 컴퓨터), 손목-시계 장치, 펜던트 장치, 헤드폰 및 이어폰 장치, 무선 통신 기능을 갖는 미디어 플레이어, 휴대용 컴퓨터(종종 개인 정보 단말기로도 불림), 리모콘, 위성 위치확인 시스템(GPS) 장치, 휴대용 게임 장치, 배터리 커버, 스피커, 카메라 모듈, 집적 회로(예를 들어, SIM 카드), 전자 장치용 하우징, 전기 제어기, 회로 차단기, 스위치, 전력 전자기기, 프린터 부품 등을 포함한다.
사용된 특정 방식에 상관없이, 본 발명자는 본 발명의 중합체 조성물로부터 형성된 성형 부품이 뛰어난 기계적 및 열적 특성을 가질 수 있다는 것을 발견하였다. 위에서 나타낸 대로, 이는 액체 결정질 중합체 매트릭스 내에 균일하게 블렌딩되고 분산되는 이온성 액체의 독특한 능력에 부분적으로 기인한다. 성형 부품은, 예를 들어, ISO 시험 번호 179-1(ASTM D256, 방법 B와 기술적으로 동등함)에 따라 23 ℃에서 측정된 약 4 kJ/m2 이상, 일부 실시태양에서 약 2 내지 약 60 kJ/m2, 일부 실시태양에서 약 2 내지 약 40 kJ/m2, 그리고 일부 실시태양에서 약 3 내지 약 30 kJ/m2와 같은 비교적 높은 충격 강도(샤르피 노치 충격 강도)를 가질 수 있다. 부품의 인장 및 굴곡 기계적 특성 또한 좋을 수 있다. 예를 들어, 부품은 약 20 내지 약 500 MPa, 일부 실시태양에서 약 50 내지 약 400 MPa, 그리고 일부 실시태양에서 약 80 내지 약 350 MPa의 인장 강도; 약 0.5 % 이상, 일부 실시태양에서 약 0.6 % 내지 약 20 %, 그리고 일부 실시태양에서 약 0.8 % 내지 약 3.5 %의 인장 파단 변형률; 및/또는 약 5,000 MPa 내지 약 30,000 MPa, 일부 실시태양에서 약 8,000 MPa 내지 약 20,000 MPa, 그리고 일부 실시태양에서 약 10,000 MPa 내지 약 15,000 MPa의 인장 탄성률을 보일 수 있다. 인장 특성은 23 ℃에서 ISO 시험 번호 527(ASTM D638와 기술적으로 동등함)에 따라 측정될 수 있다. 성형 부품은 또한 약 20 내지 약 500 MPa, 일부 실시태양에서 약 50 내지 약 400 MPa, 그리고 일부 실시태양에서 약 100 내지 약 350 MPa의 굴곡 강도; 약 0.5 % 이상, 일부 실시태양에서 약 0.6 % 내지 약 20 %, 그리고 일부 실시태양에서 약 0.8 % 내지 약 3.5 %의 굴곡 파단 변형률; 및/또는 약 5,000 MPa 내지 약 30,000 MPa, 일부 실시태양에서 약 8,000 MPa 내지 약 20,000 MPa, 그리고 일부 실시태양에서 약 10,000 MPa 내지 약 15,000 MPa의 굴곡 탄성률을 보일 수 있다. 굴곡 특성은 23 ℃에서 ISO 시험 번호 178(ASTM D790와 기술적으로 동등함)에 따라 측정될 수 있다. 성형 부품은 또한 1.8 MPa의 기준 하중에서 ASTM D648-07(ISO 시험 번호 75-2와 기술적으로 동등함)에 따라 측정한 약 200 ℃ 이상, 그리고 일부 실시태양에서 약 200 ℃ 내지 약 280 ℃의 하중하 굴곡 온도(DTUL)를 보일 수 있다.
성형 부품은 또한 종래의 난연제의 부재인 경우에도 개선된 난연성 성능을 가질 수 있다. 조성물의 난연성은, 예를 들어, "플라스틱 재료의 인화성 시험, UL94"라는 제목의 언더라이터의 실험실 회보(Underwriter's Laboratory Bulletin) 94 절차에 따라 측정될 수 있다. 아래에서 보다 자세히 설명하는 바와 같이 소화 시간(총 연소 시간) 및 드립 저항 능력에 근거하여 다양한 등급이 부여될 수 있다. 이 절차에 따라, 예를 들어, 본 발명의 조성물로부터 형성된 성형 부품은 부품이 주어진 부품 두께(예를 들어, 0.25 또는 0.8 mm)에서 측정된 50 초 이하의 총 연소 시간 및 0의 솜에 불을 붙이는 드립 연소 입자의 총 수를 가진다는 것을 의미하는 V0 등급을 얻을 수 있다. 예를 들어, 불꽃에 노출되었을 때, 본 발명의 조성물로부터 형성된 성형 부품은 약 50 초 이하, 일부 실시태양에서 약 45 초 이하, 그리고 일부 실시태양에서 약 1 내지 약 40 초의 총 연소 시간을 보일 수 있다. 또한, UL94 시험 도중 발생한 솜에 불을 붙이는 드립 연소 입자의 총 수는 3 이하, 일부 실시태양에서 2 이하, 그리고 일부 실시태양에서 1 이하(예를 들어, 0)일 수 있다. 이러한 시험은 23 ℃ 및 상대 습도 50 %에서 48 시간 동안 상태조절된 뒤에 수행될 수 있다.
본 발명은 다음의 실시예를 참조하여 더욱 잘 이해될 수 있다.
시험 방법
대전방지성 시험: 대전방지 거동을 시험하기 위해, 성형 부품 표면에 정전하를 발생시키기 위해 성형된 원반/판을 종이에 부드럽게 문질렀다. 부품을 이어서 작은 종이 조각 근처로 가져갔다. 만약 정전하가 부품 표면에 발생하면, 부품과 종이 사이에 인력이 발생한다. 비슷하게, 만약 정전하가 발생하지 않았다면, 종이 가까이로 부품을 이동함에 따른 종이의 움직임이 발생하지 않는다. 만약 종이의 움직임이 있으면, "아니오"라고 기록하고 만약 종이의 움직임이 없으면, 그때는 "예"라고 기록한다.
표면/체적 저항률. 표면 및 체적 저항률 값은 일반적으로 IEC 60093(ASTM D257-07와 유사)에 따라 측정된다. 이 절차에 따라, 표준 시편(예를 들어, 1 미터 입방)이 두 전극 사이에 놓인다. 전압이 육십(60) 초 동안 가해지고 저항이 측정된다. 표면 저항률은 전위 경도(V/m 단위)를 전극 길이의 단위 당 전류(A/m 단위)로 나눈 값이고, 일반적으로 절연 재료의 표면을 따른 누설 전류에 대한 저항을 나타낸다. 전극의 네(4) 말단이 사각형을 규정하므로, 나눈 값에서 길이는 상쇄되고 표면 저항률은 옴 단위로 기재되지만, 보다 서술적인 평방 당 옴의 단위를 보는 것 또한 보다 흔하다. 체적 저항률 또한 재료 내의 전류에 평행한 전위 경도의 전류 밀도에 대한 비로 측정된다. SI 단위로, 체적 저항률(옴-m)은 재료의 1미터 입방의 대향 면 사이의 직류 저항과 숫자상으로 같다.
용융 점도: 용융 점도(Pa-s)는 1000 s-1의 전단 속도 및 용융 온도 15 ℃ 위인 온도에서(예를 들어, 350 ℃) 다이니스코(Dynisco) LCR7001 모세관 유동계를 사용하여 ISO 시험 번호 11443에 따라 측정될 수 있다. 유동계 오리피스(다이)는 1 mm의 지름, 20 mm의 길이, 20.1의 L/D 비 및 180°의 입구각을 가졌다. 배럴의 지름은 9.55 mm + 0.005 mm이고 막대의 길이는 233.4 mm였다.
용융 온도: 용융 온도("Tm")는 기술분야에서 알려진 대로 시차 주사 열량측정법("DSC")에 의해 측정되었다. 용융 온도는 ISO 시험 번호 11357에 의해 측정한 시차 주사 열량측정법(DSC) 최고점 용융 온도이다. DSC 절차 아래, 샘플은 TA Q2000 기구 상에서 수행한 DSC 측정을 사용하여 ISO 표준 10350에서 규정된 대로 분당 20 ℃로 가열되고 냉각되었다.
하중하 굴곡 온도(" DTUL "): 하중하 굴곡 온도가 ISO 시험 번호 75-2(ASTM D648-07와 기술적으로 동등함)에 따라 측정되었다. 보다 자세히, 80 mm의 길이, 10 mm의 두께, 및 4 mm의 폭을 가지는 시험 조각 샘플을 기준 하중(최대 외부 섬유 응력)이 1.8 메가파스칼인 주변부 3점 휨 시험 하였다. 시편을 0.25 mm(ISO 시험 번호 75-2의 경우 0.32 mm) 구부러질 때까지 온도가 분 당 2 ℃ 상승하는 실리콘 오일 조에 담그었다.
인장 탄성률, 인장 응력, 및 인장 신율: 인장 특성이 ISO 시험 번호 527(ASTM D638와 기술적으로 동등함)에 따라 시험된다. 탄성률 및 강도 측정은 80 mm의 길이, 10 mm의 두께, 그리고 4 mm의 폭을 가지는 동일한 시험 조각 샘플 상에서 이루어진다. 시험 온도는 23 ℃이고, 시험 속도는 1 또는 5 mm/분이다.
굴곡 탄성률, 굴곡 응력, 및 굴곡 변형률: 굴곡 특성이 ISO 시험 번호 178(ASTM D790와 기술적으로 동등함)에 따라 시험된다. 이 시험은 64 mm 지지 간격 상에서 수행된다. 시험은 잘리지 않은 ISO 3167 다목적 바의 중앙 부분 상에서 실행된다. 시험 온도는 23 ℃이고 시험 속도는 2 mm/분이다.
노치 샤르피 충격 강도: 노치 샤르피 특성이 ISO 시험 번호 ISO 179-1(ASTM D256, 방법 B와 기술적으로 동등함)에 따라 시험된다. 이 시험은 A 유형 노치(0.25 mm 베이스 반경) 및 1 유형 시편 크기(80 mm의 길이, 10 mm의 폭, 및 4 mm의 두께)를 사용하여 실행된다. 시편이 단일 투스(tooth) 밀링 기계를 사용하여 다목적 바의 중심으로부터 절단된다. 시험 온도는 23 ℃이다.
UL94: 시편이 수직 위치로 지지되고 불꽃이 시편의 아래에 가해진다. 불꽃이 십(10) 초 동안 가해진 다음 불길이 멈출 때까지 제거되고, 이 때 불꽃이 다른 십(10) 초 동안 다시 가해진 다음 제거된다. 두(2) 세트의 다섯(5) 개 시편이 시험된다. 샘플 크기는 125 mm의 길이, 13 mm의 폭, 및 0.8 mm의 두께이다. 두 세트는 에이징 전 및 후에 상태조절된다. 에이징 없는 시험의 경우, 각 두께는 23 ℃ 및 50 % 상대 습도에서 48 시간 동안 상태조절된 뒤에 시험된다. 에이징 시험의 경우, 두께별로 다섯(5) 개 샘플이 70 ℃에서 7 일 동안 상태조절된 뒤에 시험된다.
Figure 112015035665072-pct00007
실시예 1
하기 표 1에서 나타낸 대로 다양한 비율의 액체 결정질 중합체, 윤활제(글리코루브(Glycolube)™ P) 및 이온성 액체로부터 샘플 1-6이 형성된다. 배합은 18-mm 일축 스크류 압출기를 사용하여 수행된다. 비교 샘플(비교 샘플 1)이 또한 액체 결정질 중합체 및 윤활제로부터 형성된다. 리(Lee) 등의 미국 특허 번호 5,508,374에 설명된 것과 같은 각 샘플의 액체 결정질 중합체가 HBA, HNA, TA, BP 및 APAP로부터 형성된다. 이온성 액체는 트리-n-부틸메틸암모늄 비스-(트리플루오로메탄술포닐)이미드(3M의 FC-4400)이다. 부품은 샘플 1 및 대조물 샘플 1로부터 판(60 mm x 60 mm)으로 사출 성형되고, 저항률(표면 및 체적), 대전방지 거동 및 열적 특성을 시험하였다. 결과가 하기 표 1에서 제시된다.
Figure 112015035665072-pct00008
나타난 대로, 증가된 양의 이온성 액체는 일반적으로 조성물의 물성에 실질적인 영향 없이 표면 저항률의 감소를 가져왔다.
실시예 2
액체 결정질 중합체(상기 기재된 것과 같이), 유리 섬유, 활석, 윤활제(글리코루브™ P), 이온성 액체, 검은색 마스터배치, 알루미늄 삼수화물("ATH"), 4,4'-비페놀("BP") 및 2,6-나프탈렌 디카르복시산("NDA")으로부터 샘플(샘플 7)이 형성된다. 검은색 마스터배치는 액체 결정질 중합체 80 중량% 및 탄소 블랙 20 중량%를 포함한다. 액체 결정질 중합체와 이온성 액체는 실시예 1에서 기술된 것과 같고, 섬유는 오웬스 코닝(Owens Corning)으로부터 얻어지고 4 밀리미터의 초기 길이를 갖는다. 배합은 25-mm 이축 스크류 압출기를 이용하여 수행된다. 비교 샘플이 또한 대전방지성 첨가제 없이(비교 샘플 2) 그리고 대전방지성 첨가제로써 탄소 섬유 마스터배치와 함께(비교 샘플 3-6) 형성된다. 탄소 섬유 마스터배치는 탄소 섬유 30 중량% 및 액체 결정질 중합체 70 중량%를 포함한다. 부품이 샘플 7 및 비교 샘플 2-6로부터 판(60 mm x 60 mm)으로 사출 성형되고, 저항률(표면 및 체적), 대전방지 거동, 열적 특성, 기계적 특성, 및 인화성을 시험하였다. 결과가 하기 표 2에서 제시된다.
Figure 112015035665072-pct00009
나타난 대로, 대전방지성 첨가제로써 탄소 섬유만을 포함하는 비교 샘플에서는 대전방지 효과가 관찰되지 않았다.
본 발명의 상기 및 다른 변경 및 변형은 당업자에 의해 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않으면서 수행될 수 있다. 또한, 다양한 실시태양의 측면이 전체 또는 일부 교체될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 당업자는 전술한 설명은 단지 예시이고, 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명을 제한하려는 의도가 아님을 알 것이다.

Claims (20)

  1. 액체 결정질 중합체 매트릭스 내에 분산된 이온성 액체를 포함하고, 상기 이온성 액체는 400 ℃ 이하의 용융 온도를 가지며 양이온 종 및 반대이온을 포함하는 염이며, 여기서 상기 액체 결정질 중합체 매트릭스는 방향족 디카르복시산 반복 단위, 방향족 히드록시카르복시산 반복 단위, 방향족 디올 반복 단위 또는 이들의 조합을 포함하는 중합체로부터 형성되는 것인, 중합체 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이온성 액체가 조성물의 0.1 중량% 내지 10 중량%를 구성하는, 중합체 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액체 결정질 중합체가 조성물의 25 중량% 내지 95 중량%를 구성하는, 중합체 조성물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중합체가 방향족 아미드 반복 단위 및 방향족 아민 반복 단위 중 적어도 하나를 더 포함하는 것인, 중합체 조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 양이온 종이 4급 오늄인, 중합체 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 4급 오늄이 N+R1R2R3R4 구조를 갖는 암모늄 화합물이고, 상기 R1, R2 및 R3이 각각 C1-C6 알킬이고 R4가 수소 또는 C1-C4 알킬기인, 중합체 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 암모늄 화합물이 트리-부틸메틸암모늄인, 중합체 조성물.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반대이온이 할로겐, 황산염, 술폰산염, 술포숙신산염, 아미드, 이미드, 붕산염, 인산염, 포스핀산염, 안티몬산염, 알루민산염, 지방산 카르복시산염, 시안산염, 아세트산염 또는 이들의 조합인, 중합체 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 이미드가 비스(펜타플루오로에틸술포닐)이미드, 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 또는 비스(트리-플루오로메틸)이미드인, 중합체 조성물.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄소 섬유, 흑연, 탄소 블랙 또는 이들의 조합을 더 포함하는, 중합체 조성물.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 광물 섬유를 더 포함하는, 중합체 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 광물 섬유가 규회석 섬유를 포함하는 것인, 중합체 조성물.
  13. 제11항에 있어서, 상기 광물 섬유가 1 내지 200 마이크로미터의 체적 평균 길이를 가지고 1 내지 35 마이크로미터의 공칭 지름을 가지는 것인, 중합체 조성물.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 관능성 방향족 화합물을 더 포함하는, 중합체 조성물.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수화물을 포함하는 비-방향족 관능성 화합물을 더 포함하는, 중합체 조성물.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조성물이 1000 초-1의 전단 속도 및 조성물의 용융 온도 15 ℃ 위인 온도에서 ISO 시험 번호 11443에 따라 측정된 0.1 내지 80 Pa-s의 용융 점도를 가지는, 중합체 조성물.
  17. 제1항 또는 제2항의 중합체 조성물을 포함하는 성형 부품으로, 상기 부품이 IEC 60093에 따라 측정된 1 x 1015 옴 이하의 표면 저항률을 보이는, 성형 부품.
  18. 제17항에 있어서, 상기 부품이 IEC 60093에 따라 측정된 1 x 1011 내지 1 x 1013 옴의 표면 저항률 및/또는 1 x 1015 옴-m 이하의 체적 저항률을 보이는, 성형 부품
  19. 제1항 또는 제2항의 중합체 조성물을 포함하는 부품을 포함하고, 상기 부품이 IEC 60093에 따라 측정된 1 x 1015 옴 이하의 표면 저항률을 보이는, 컴팩트 카메라 모듈.

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