KR102297673B1 - 표면 특성 및 접착성이 우수한 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 - Google Patents

표면 특성 및 접착성이 우수한 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표면 특성 및 접착성이 우수한 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 폴리카보네이트 수지 및 유리섬유와 함께 특정 함량의 극성 이형제를 포함함으로써, 우수한 표면 특성(즉, 낮은 접촉각 및 높은 표면에너지) 및 우수한 접착성(특히, 높은 고온 박리강도)를 나타내는 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다.

Description

표면 특성 및 접착성이 우수한 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품{Glass fiber-reinforced polycarbonate composition with good surface properties and adhesion, and molded article comprising the same}
본 발명은 표면 특성 및 접착성이 우수한 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 폴리카보네이트 수지 및 유리섬유와 함께 특정 함량의 극성 이형제를 포함함으로써, 우수한 표면 특성(즉, 낮은 접촉각 및 높은 표면에너지) 및 우수한 접착성(특히, 높은 고온 박리강도)를 나타내는 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다.
폴리카보네이트 수지 조성물은 우수한 내충격성, 내열성 및 기계적 강도를 유지하면서 향상된 가공성을 나타내기 때문에, 통상 자동차 부품, 컴퓨터 하우징 또는 기타 사무용 기기의 하우징에 광범위하게 사용되고 있다.
최근 자동차, 전기전자 및 산업자재 부품 등 분야에서 경량이면서도 다양한 기능성을 지닌 소재 개발에 대한 수요가 증대되고 있는 바, 종래의 금속 및 가교고무 부품에서 플라스틱 부품 등 수지의 활용도가 높아지고 있다.
구체적으로 폴리카보네이트 수지는 오디오 스피커 내부와 외부의 다양한 부품들의 재료로 사용될 수 있다. 폴리카보네이트 조성물로 제조된 오디오 부품 중에는 접착제를 사용하여 금속, 플라스틱, 직물 등의 다양한 소재의 부품들과의 접착이 필요한 경우가 다수 있다. 예를 들면 오디오 스피커 그릴은 스피커 내부를 보호하기 위해 사용되는 부품으로, 그릴의 재질에는 금속, 플라스틱, 직물 등의 다양한 소재가 사용된다. 이러한 소재로 금속이나 플라스틱을 사용하면 스피커에서 나오는 소리가 쉽게 통과할 수 없는 반면, 천으로 된 스피커 그릴은 비교적 전 대역의 소리가 쉽게 통과할 수 있어, 직물 소재가 다수 사용되고 있다.
직물 소재의 스피커 그릴과 폴리카보네이트 수지로 제작된 오디오 부품을 부착시키기 위해서는 접착제가 필요하다. 하지만 일반적인 폴리카보네이트 조성물의 경우, 표면에너지가 낮아 접착제와의 접착성이 낮으며, 접착제와 폴리카보네이트 자체의 부착력이 현저히 떨어진다는 문제가 있다. 따라서, 접착제와의 접착력이 향상된 폴리카보네이트 수지 조성물이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 치수 안정성, 기계적 강도 등을 우수하게 유지하면서, 표면 특성 및 접착성이 향상된 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 폴리카보네이트 수지, 유리섬유 및 극성 이형제를 포함하며, 조성물 총 100 중량부를 기준으로 한 상기 극성 이형제의 함량이 0.07 중량부 내지 10 중량부인, 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 본 발명의 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물을 포함하는 성형품이 제공된다.
본 발명에 따른 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물은 치수 안정성, 기계적 강도 등을 우수하게 유지하면서, 접촉각이 낮고 표면에너지가 높아 우수한 표면 특성을 나타내는 동시에 접착제에 대한 접착성이 우수하여(특히, 높은 고온 박리강도), 직물, 플라스틱, 금속 소재들에 대하여 접착제에 의한 접착성을 향상시킬 수 있다.
이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물은 폴리카보네이트 수지를 포함한다.
상기 폴리카보네이트 수지로는 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지가 사용될 수 있으며, 이러한 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지는 2가 페놀, 카보네이트 전구체 및 분자량 조절제로부터 제조될 수 있다.
상기 2가 페놀류는, 예컨대 다음과 같은 구조를 갖는 폴리카보네이트 수지의 단량체이다.
Figure 112019109758138-pat00001
상기에서, X는 알킬기, 설파이드, 에테르, 설폭사이드, 설폰, 케톤 등의 작용기들을 포함하는 경우 및 작용기가 전혀 없는 경우를 모두 포함한다. 바람직하게는 X는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬렌기를 나타내고, 더 바람직하게는 X는 1 내지 10개의 탄소를 함유하는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬렌기를 나타낸다. R1과 R2는 수소, 할로겐 원자, 직선형, 분지형 또는 환형 알킬기를 나타낸다. 한편, n 및 m은 독립적으로 0 내지 4의 정수일 수 있다. 여기서 n 및/또는 m이 0인 경우는, R1 및/또는 R2가 수소임을 의미한다.
상기 2가 페놀류의 비제한적인 예시는, 비스(4-히드록시페닐)메탄, 비스(4-히드록시페닐)페닐메탄, 비스(4-히드록시페닐)나프틸메탄, 비스(4-히드록시페닐)-(4-이소부틸페닐)메탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1-에틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)프로판, 1-페닐-1,1-비스(4-히드록시페닐) 에탄, 1-나프틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1,2-비스(4-히드록시페닐) 에탄, 1,10-비스(4-히드록시페닐)데칸, 2-메틸-1,1-비스(4-히드록시페닐) 프로판, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 (비스페놀 A) 등을 포함하며, 이 중 대표적인 것은 비스페놀 A이다.
상기 카보네이트 전구체는 폴리카보네이트 수지의 또 다른 단량체로서, 포스겐(카보닐 클로라이드)을 사용하는 것이 바람직하다. 카보네이트 전구체의 비제한적인 예시는 카보닐 브로마이드, 비스 할로 포르메이트, 디페닐카보네이트 또는 디메틸카보네이트 등을 포함한다.
상기 분자량 조절제로는 이미 공지되어 있는 물질 즉, 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지 제조에 사용되는 모노머와 유사한 단일작용성 물질(monofunctional compound)을 사용할 수 있다. 비제한적인 예시로서, 페놀을 기본으로 하여 그 유도체들(예를 들면, 파라-이소프로필페놀, 파라-터트-부틸페놀, 파라-쿠밀페놀, 파라-이소옥틸페놀, 파라-이소노닐페놀 등)을 사용할 수 있고, 그 밖에 지방족 알콜류등 여러 종류의 물질을 사용할 수 있으며, 이들중 파라-터트-부틸페놀(PTBP)을 적용하는 것이 가장 바람직하다.
이와 같은 2가 페놀, 카보네이트 전구체(precursor), 분자량 조절제로 제조되는 방향족 폴리카보네이트 수지로는, 예를 들어, 선형 폴리카보네이트 수지, 분지화된 폴리카보네이트 수지, 코폴리카보네이트 수지 및 폴리에스테르카보네이트 수지 등이 있다.
한편, 본 발명의 예시적인 구현예들에서는 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지로서, 25℃, 메틸렌 클로라이드 용액에서 측정한 점도평균분자량(Mv)이 15,000 내지 40,000인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 17,000 내지 30,000의 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 점도평균분자량이 15,000 미만일 경우, 충격강도와 인장강도 등의 기계적 물성이 크게 저하될 수 있고, 40,000을 초과하는 경우에는, 용융점도의 상승으로 수지의 가공에 문제가 발생할 수 있다. 특히 충격강도와 인장강도 등 기계적 물성의 측면에서는 점도평균분자량이 20,000 이상인 것이 바람직하며, 가공성의 측면에서는 점도평균분자량이 30,000 이하인 것이 바람직하다.
일 구체예에서, 본 발명의 수지 조성물에는 상기 폴리카보네이트 수지가, 조성물 100 중량부 기준으로 70 내지 95 중량부로 포함될 수 있다. 조성물 내 폴리카보네이트 수지의 함량이 상기 수준보다 적으면 기계적 특성, 내열성 등이 나빠질 수 있고, 반대로 상기 수준보다 많으면 접착성이 나빠질 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 수지 조성물 100 중량부 내의 상기 폴리카보네이트 수지 함량은, 75 중량부 이상, 80 중량부 이상, 85 중량부 이상 또는 88 중량부 이상일 수 있고, 또한 94 중량부 이하, 93 중량부 이하, 92 중량부 이하 또는 91 중량부 이하일 수 있다.
본 발명의 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물은 또한 유리섬유를 포함한다.
일 구체예에서, 상기 유리섬유의 직경은 5 ㎛ 이상, 7 ㎛ 이상 또는 9 ㎛ 이상일 수 있고, 또한, 18 ㎛ 이하, 15 ㎛ 이하 또는 12 ㎛ 이하일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 유리섬유의 길이는 1 mm 이상, 1.5 mm 이상 또는 2 mm 이상일 수 있고, 또한, 10 mm 이하, 8 mm 이하 또는 6 mm 이하일 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 수지 조성물에는 상기 유리섬유가, 조성물 100 중량부 기준으로 2 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 조성물 내 유리섬유의 함량이 상기 수준보다 적으면 기계적 특성이 나빠질 수 있고, 반대로 상기 수준보다 많으면 표면 특성이 나빠질 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 수지 조성물 100 중량부 내의 상기 유리섬유 함량은, 3 중량부 이상, 5 중량부 이상 또는 8 중량부 이상일 수 있고, 또한 18 중량부 이하, 15 중량부 이하 또는 12 중량부 이하일 수 있다.
본 발명의 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물은 또한 극성 이형제를 포함한다.
일 구체예에서, 상기 극성 이형제로는 다관능 알코올(예컨대, 히드록시기를 2 이상 가지는 알코올)과 모노카르복시 지방산의 에스테르를 포함하는 것을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 극성 이형제로는 다관능 알코올과 모노카르복시 C20-C36 지방산의 에스테르를 포함하는 것을 사용할 수 있으며, 보다 더 구체적으로는 다관능 알코올과 모노카르복시 C24-C32 지방산의 에스테르를 포함하는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 수지 조성물에는 상기 극성 이형제가, 조성물 100 중량부 기준으로 0.07 중량부 내지 10 중량부로 포함된다. 조성물 100 중량부 내의 극성 이형제의 함량이 0.07 중량부 미만이면 표면 특성 및 접착성이 나빠지고(특히, 높은 접촉각 및 낮은 고온 박리강도), 10 중량부를 초과하면 기계적 물성이 나빠질 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 수지 조성물 100 중량부 내의 상기 극성 이형제 함량은, 0.1 중량부 이상, 0.12 중량부 이상, 0.15 중량부 이상 또는 0.18 중량부 이상일 수 있고, 또한 8 중량부 이하, 5 중량부 이하 또는 1 중량부 이하일 수 있다.
상기 설명한 성분들 이외에, 본 발명의 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물은 필요에 따라 충격 보강제, 상용화제, 가소제, 열안정제, 광안정제, 활제, 분산제, 적하방지제 및 소광제 중에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물은 ASTM D5946에 규정된 평가방법으로 측정시 70° 미만의 접촉각을 나타낼 수 있으며, 보다 구체적으로는 69° 이하, 65° 이하 또는 60° 이하의 접촉각을 나타낼 수 있다. 접촉각의 하한에는 특별한 제한이 없으며, 예컨대, 40° 이상, 45° 이상 또는 50° 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 구체예에서, 본 발명의 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물은 ASTM D2578에 규정된 잉크 테스트 방법으로 측정시 36.5 mN/m를 초과하는 표면에너지 값을 나타낼 수 있으며, 보다 구체적으로는 36.6 mN/m 이상, 36.8 mN/m 이상 또는 37 mN/m 이상의 표면에너지 값을 나타낼 수 있다. 표면에너지 값의 상한에는 특별한 제한이 없으며, 예컨대, 50 mN/m 이하, 45 mN/m 이하 또는 40 mN/m 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 구체예에서, 본 발명의 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물은 ASTM D3330에 규정된 평가방법으로 100℃에서 측정시 0.45 N/mm 이상의 박리강도를 나타낼 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.5 N/mm 이상, 0.55 N/mm 이상 또는 0.6 N/mm 이상의 박리강도를 나타낼 수 있다. 박리강도(100℃)의 상한에는 특별한 제한이 없으며, 예컨대, 1 N/mm 이하, 0.95 N/mm 이하 또는 0.9 N/mm 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물로 성형품을 제조하면, 치수 안정성, 기계적 강도 등을 우수하게 유지하면서, 접촉각이 낮고 표면에너지가 높아 우수한 표면 특성을 나타내는 동시에 접착제에 대한 접착성이 우수하여(특히, 높은 고온 박리강도), 직물, 플라스틱, 금속 소재들에 대하여 접착제에 의한 접착성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 본 발명의 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물을 포함하는 성형품이 제공된다.
본 발명의 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물을 성형하여 성형품으로 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 플라스틱 성형 분야에서 일반적으로 사용되는, 예컨대, 압출 또는 사출 성형 방법 및 장치를 사용할 수 있고, 바람직하게는 사출 성형으로 제조할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이들로 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 및 비교예 ]
본 실시예 및 비교예에서 사용한 성분들은 구체적으로 다음과 같다:
(A-1): 용융지수가 12g/10분인 방향족 계면중합 폴리카보네이트 (삼양사, TRIREX 3022PJ)
(A-2): 용융지수가 10g/10분인 방향족 용융중합 폴리카보네이트(롯데케미칼, PC-1100S)
(B-1): 극성 이형제(클라리언트사의 Licowax E)
(B-2): 비극성 이형제 (FACI ASIA PACIFIC PTE LTD사의 PETS - AHS )
(C): 길이 3mm, 직경 10㎛인 유리섬유(KCC사의 CS321)
하기 표 1에 나타낸 실시예 및 비교예의 성분 및 함량으로 각각의 구성 성분을 텀블러 믹서로 10분 동안 혼합한 후, 이축(twin screw type) 압출기에 첨가하고, 실린더온도 280℃및 교반 속도 250 rpm 조건에서 용융 및 압출하여 펠렛을 제조하였다. 제조된 펠렛은 110℃에서 4시간 이상 건조한 후, 280℃의 사출기(제조사: LG전선, 제품명: LGH-200N)에서 사출하여 시편을 제조하였다. 제조된 시편에 대하여 하기의 방법으로 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[물성 측정 방법]
(1) 접촉각(°): ASTM D5946에 규정된 평가방법에 의하여 접촉각을 측정하였다.
(2) 표면에너지(mN/m): ASTM D2578에 준하여 arcotest사 TEST INKS를 통하여 사출품의 표면에너지를 측정하였다.
(3) 박리강도(N/mm): ASTM D3330에 규정된 평가방법에 의하여 진행하며 박리강도 단위는 N/mm로 단위 길이당 강도로 해석하였다. 측정은 180° 박리강도로 진행하였으며, 시편 위에 접착제 도포 후 천을 붙인 뒤, 상온 및 100℃에서 1시간 고체화 후 박리하였다.
(4) 난연성: FMVSS 302에 규정된 평가방법에 의하여 난연성을 측정하였다.
[표 1]
Figure 112019109758138-pat00002
[표 2]
Figure 112019109758138-pat00003
상기 결과로부터, 본 발명에 따른 실시예의 폴리카보네이트 수지 조성물들은 모두 낮은 접촉각, 높은 표면에너지 및 높은 박리강도를 가짐을 확인하였다. 반면, 비교예 1 내지 5의 조성물들은 실시예에 비하여 높은 접촉각, 낮은 표면에너지 및 낮은 박리강도(특히, 고온 박리강도)를 나타내었던바, 접착력이 열악함을 알 수 있었다.

Claims (7)

  1. 폴리카보네이트 수지, 유리섬유 및 극성 이형제를 포함하며,
    조성물 총 100 중량부를 기준으로 한 상기 극성 이형제의 함량이 0.07 중량부 내지 10 중량부이고,
    ASTM D3330에 규정된 평가방법으로 100℃에서 측정시 0.6 N/mm 이상의 박리강도를 나타내는,
    유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 폴리카보네이트 수지가 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지인, 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 극성 이형제가 다관능 알코올과 모노카르복시 지방산의 에스테르를 포함하는 것인, 조성물.
  4. 제1항에 있어서, ASTM D5946에 규정된 평가방법으로 측정시 70° 미만의 접촉각을 나타내는, 조성물.
  5. 제1항에 있어서, ASTM D2578에 규정된 잉크 테스트 방법으로 측정시 36.5 mN/m를 초과하는 표면에너지 값을 나타내는, 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물을 포함하는 성형품.
  7. 삭제
KR1020190134307A 2019-10-28 2019-10-28 표면 특성 및 접착성이 우수한 유리섬유-강화 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 KR102297673B1 (ko)

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