KR102589600B1 - 양호한 기계적 특성 및 양호한 유전 특성을 갖는 천연 섬유를 포함하는 열가소성 조성물 - Google Patents

양호한 기계적 특성 및 양호한 유전 특성을 갖는 천연 섬유를 포함하는 열가소성 조성물 Download PDF

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Abstract

열가소성 조성물은 약 40중량% 내지 약 90중량%의 결정성 중합체, 약 5중량% 내지 약 50중량%의 현무암 섬유, 및 약 1중량% 내지 약 20중량%의 충격 개질제를 포함한다. 일부 양태에서 결정성 중합체는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 이의 공중합체, 또는 이의 조합을 포함한다. 열가소성 조성물은 나노 몰딩 기술(NMT) 응용분야, 특히 가전제품 응용분야에 사용하기에 적합하다.

Description

양호한 기계적 특성 및 양호한 유전 특성을 갖는 천연 섬유를 포함하는 열가소성 조성물
본 개시내용은 양호한 유전 특성을 갖는 천연 섬유를 포함하는 열가소성 조성물, 특히 현무암 섬유를 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이다.
금속과 플라스틱의 혼성화는 가전제품(consumer electronics), 자동차 등과 같은 응용분야에서 집중적인 영역이었으며, 그 중 나노 몰딩 기술(NMT)은 금속 및 플라스틱 통합 기술의 한 유형이다. NMT는 플라스틱 수지를 금속 표면 상에 주입하는 하나의 혁신적인 기술이고, 그것은 다른 금속-플라스틱 통합 기술에 비해 소형화 및 심미적 디자인 자유의 이점을 제공한다.
폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및 그 배합 재료는 내화학성, 비용, 금속과의 결합 강도, 색상 공간 등과 같은 그의 균형잡힌 특성에 기인하여 가전제품에 널리 사용된다. PBT 및 기타 중합체는 전형적으로 강화 섬유와 조합되어 중합체를 포함하는 열가소성 조성물의 강도를 향상시킨다. 중합체 산업에서 일반적으로 사용되는 강화 섬유는 유리 섬유와, 덜한 정도로, 기타 섬유 예컨대 탄소 섬유를 포함한다. 그러나 유리 섬유와 탄소 섬유는 "천연"으로 간주되지 않는다.
이들 및 다른 단점은 본 개시내용의 양태에 의해 해결된다.
국제 출원 공보 WO 2017/187384는 중합체 베이스 수지, 유리 섬유 성분 및 레이저 직접 구조화 첨가제를 포함하는 열가소성 조성물을 기술한다. 레이저 직접 구조화 첨가제는 구리 크로마이트 블랙, 구리 수산화 인산염, 주석-안티몬 회색 석석(cassiterite grey) 또는 이의 조합을 포함한다. 중합체 베이스 수지는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리(p-페닐렌 옥사이드)(PPO) 또는 이의 조합을 포함한다. 열가소성 조성물은 알루미늄 합금에 결합될 때 적어도 약 20MPa의 나노 몰딩 기술(NMT) 결합 강도를 갖는다. 열가소성 조성물은 적어도 약 0.25의 도금 지수를 포함한다. 개시된 열가소성 조성물은 가전제품 장치의 NMT 결합된 커버와 같은 물품을 형성하는데 사용될 수 있다.
요약
개시내용의 양태는 약 40중량% 내지 약 90중량%의 결정성 중합체, 약 5중량% 내지 약 50중량%의 현무암 섬유 및 약 1중량% 내지 약 20중량%의 충격 개질제를 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이다. 일부 양태에서 결정성 중합체는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 이의 공중합체 또는 이의 조합을 포함한다. 열가소성 조성물은 나노 몰딩 기술(NMT) 응용분야, 특히 가전제품 응용분야에 사용하기에 적합하다.
본 개시내용은 양호한 기계적 성능 및 낮은 Dk 특성을 갖는 NMT 응용분야를 위한 열가소성 조성물에 관한 것이다. 열가소성 조성물은 베이스 수지로서 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)에 제한되지 않지만 이와 같은 결정성 중합체 및 보강 충전제로서 현무암 섬유를 포함한다. 열가소성 조성물은 NMT 응용분야, 특히 가전제품 응용분야에 사용하기에 적합하다.
현무암이 생분해성으로 엄격하게 고려되지는 않았지만, 그것은 천연 기원이고 따라서 천연 또는 "환경친화적" 성분을 사용하는 것이 점점 더 바람직해지고 있는 열가소성 조성물에 사용하기에 매력적이다. 현무암은 흔한 화산암이고 그 화학적 조성이 유리의 것과 유사하다. 그것은 SiO2, Al2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, Fe2O3 및 FeO의 성분을 포함한다. 화학적 조성은 현무암의 색상에 영향을 미쳐 갈색에서 칙칙한 녹색에 이르는 색상을 제공할 수 있다.
본 개시내용은 개시내용의 하기의 상세한 설명 및 본원에 포함된 실시예를 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다. 다양한 양태에서, 본 개시내용은 약 40중량% 내지 약 90중량%의 결정성 중합체, 약 5중량% 내지 약 50중량% 현무암 섬유, 및 약 1중량% 내지 약 20중량%의 충격 개질제를 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이다. 특정 양태에서 결정성 중합체는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 이의 공중합체 또는 이의 조합을 포함한다. 열가소성 조성물은 강화 충전제를 포함하지 않거나 유리 섬유를 포함하는 종래의 조성물과 비교하여 개선된 결합 강도, 유전성 및 충격 강도 특성을 나타낸다.
본 화합물, 조성물, 물품, 시스템, 장치 및/또는 방법을 개시하고 기술하기 전에, 물론 다를 수 있지만, 달리 명시되지 않는 한 특정 합성 방법 또는 달리 명시되지 않는 한 특정 시약에 제한되지 않음을 이해해야 한다. 또한, 본원에서 사용된 용어는 오직 특정 양태를 설명하기 위한 것이고 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다.
본 개시내용의 요소들의 다양한 조합, 예를 들어 동일한 독립항에 의존하는 종속항으로부터의 요소들의 조합이 본 개시내용에 의해 포괄된다.
더욱이, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본원에 제시된 임의의 방법이 그 단계가 특정 순서로 수행될 것을 요구하는 것으로 해석되는 것은 결코 의도되지 않음을 이해해야 한다. 따라서, 방법 청구항이 그 단계가 따라야 할 순서를 실제로 인용하지 않거나 단계가 특정 순서로 제한된다는 것이 청구항 또는 설명에서 달리 구체적으로 언급되지 않는 경우, 어떤 식으로든 순서가 추론되도록 의도된 것은 아니다. 이것은: 단계의 배치 또는 조작 흐름과 관련된 논리 문제; 문법적 구성 또는 구두점에서 유래된 일반 의미; 및 명세서에 기술된 양태의 수 또는 유형을 포함하여 해석을 위한 임의의 가능한 비-명시적 근거에 적용한다.
본원에 언급된 모든 간행물은 간행물이 인용된 것과 관련된 방법 및/또는 자료를 개시하고 기술하기 위해 참조로 본원에 포함된다.
정의
또한 본원에서 사용된 용어는 오직 특정 양태를 기술하기 위한 것이고 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다. 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어 "포함하는"은 "구성되는" 및 "본질적으로 구성되는" 양태를 포함할 수 있다. 달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 개시내용이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서 및 이어지는 청구범위에서, 본원에 정의될 다수의 용어를 참조할 것이다.
명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 바와 같이, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 언급 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어 "결정성 중합체"에 대한 언급은 둘 이상의 결정성 중합체의 혼합물을 포함한다.
본원에서 사용된 용어 "조합"은 블렌드, 혼합물, 합금, 반응 생성물 등을 포함한다.
범위는 본원에서 하나의 값(제1 값)에서 다른 값(제2 값)까지로 표현될 수 있다. 그러한 범위가 표현될 때, 범위는 일부 양태에서 제1 값 및 제2 값 중 하나 또는 둘 모두를 포함한다. 유사하게, 값이 근사치로 표현될 때 선행사 '약'을 사용하여 특정 값이 다른 양태를 형성하는 것으로 이해될 것이다. 각각의 범위의 평가변수는 다른 평가변수와 관련하여 그리고 다른 평가변수와는 독립적으로 둘 모두 중요하다는 것을 추가로 이해할 것이다. 또한 본원에 개시된 다수의 값이 있고, 각 값은 또한 본원에서 그 값 자체에 더하여 "약" 그 특정 값으로 개시된다는 것이 이해된다. 예를 들어, 값 "10"이 개시되면 "약 10"도 개시된다. 또한 2개의 특정 단위 사이의 각 단위가 또한 개시되는 것으로 이해된다. 예를 들어, 10 및 15가 개시되면 11, 12, 13, 14도 개시된다.
본원에서 사용된 용어 "약" 및 "~에서 또는 약"은 관심있는 양 또는 값이 지정된 값, 대략적으로 지정된 값, 또는 지정된 값과 약 동일한 것일 수 있음을 의미한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 그것은 달리 나타내거나 추론하지 않는 한 ±10% 변화를 나타내는 공칭 값이라는 것이 일반적으로 이해된다. 용어는 유사한 값이 청구범위에 인용된 동등한 결과 또는 효과를 촉진한다는 것을 전달하기 위한 것이다. 즉, 양, 크기, 제형, 매개변수 및 기타 양과 특성은 정확하지 않으며 정확할 필요도 없지만 바람직하게는, 허용오차, 환산 계수, 반올림, 측정 오류 등과 당업자에게 공지된 기타 요인을 반영하여 근사치 및/또는 더 크거나 작을 수 있음을 이해한다. 일반적으로 양, 크기, 제형, 매개변수 또는 기타 양 또는 특성은 명시적으로 그러한 것으로 언급되었는지 여부에 관계없이 "약" 또는 "대략"이다. 정량적 값 앞에 "약"이 사용되는 경우, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한 매개변수는 특정 정량적 값 자체도 포함하는 것으로 이해된다.
본원에 개시된 방법 내에서 사용되는 조성물 그 자체 뿐만 아니라 개시내용의 조성물을 제조하는데 사용되는 성분이 개시된다. 이들 및 기타 물질이 본원에 개시되어 있고, 이들 물질의 조합, 부분집합, 상호작용, 그룹 등이 개시될 때, 이들 화합물의 각각의 다양한 개별적 및 집합적 조합 및 순열에 대한 특정 참조가 명시적으로 개시될 수 없지만, 각각은 본원에서 구체적으로 고려되고 기술된다는 것이 이해된다. 예를 들어, 특정 화합물이 개시되고 논의되고 상기 화합물을 포함하는 다수의 분자에 이루어질 수 있는 다수의 변형이 논의되는 경우, 구체적으로 반대로 표시되지 않는 한, 화합물의 각각 및 모든 조합 및 순열과 가능한 변형이 구체적으로 고려된다. 따라서, 분자 A, B 및 C의 부류뿐만 아니라 분자 D, E 및 F의 부류 및 조합 분자의 예가 개시된 경우, A-D가 개시된 경우, 각각이 개별적으로 인용되지 않더라도 각각은 개별적으로 및 집합적으로 고려되는 의미인 조합, A-E, A-F, B-D, B-E, B-F, C-D, C-E 및 C-F가 개시된 것으로 간주된다. 마찬가지로, 이들의 임의의 부분집합 또는 조합도 개시된다. 따라서, 예를 들어 A-E, B-F 및 C-E의 하위-그룹은 공개된 것으로 간주된다. 이 개념은 개시내용의 조성물을 제조하고 사용하는 방법에서의 단계를 포함하지만 이에 제한되지 않는 본 출원의 모든 양태에 적용된다. 따라서, 수행될 수 있는 다양한 추가 단계가 있는 경우, 이들 추가 단계의 각각은 본 개시내용의 방법의 임의의 특정 양태 또는 양태의 조합으로 수행될 수 있음을 이해해야 한다.
조성물 또는 물품에서 특정 요소 또는 성분의 중량부에 대한 명세서 및 결론되는 청구범위에서의 언급은 중량부로 표현되는 요소 또는 성분과 조성물 또는 물품에서 임의의 다른 요소 또는 성분 사이의 중량 관계를 나타낸다. 따라서, 성분 X 2 중량부 및 성분 Y 5 중량부를 함유하는 화합물에서 X 및 Y는 2:5의 중량비로 존재하고, 추가 성분이 화합물에 함유되어 있는지 여부에 관계없이 이러한 비율로 존재한다.
성분의 중량 퍼센트는 달리 구체적으로 언급되지 않는 한 성분이 포함된 제형 또는 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 상호교환적으로 사용될 수 있는 용어 "BisA", "BPA" 또는 "비스페놀 A"는 하기 식에 의해 표시되는 구조를 갖는 화합물을 지칭한다:
BisA는 명칭 4,4'-(프로판-2,2-디일)디페놀; p,p'-이소프로파일리덴비스페놀; 또는 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판에 의해 지칭될 수도 있다. BisA는 CAS # 80-05-7을 갖는다.
본원에 사용된 "폴리카보네이트"는 카보네이트 연결에 의해 조합된 하나 이상의 디하이드록시 화합물, 예를 들어 디하이드록시 방향족 화합물의 잔기를 포함하는 올리고머 또는 중합체를 지칭한다; 그것은 또한 호모폴리카보네이트, 코폴리카보네이트 및 (코)폴리에스테르 카보네이트를 포괄한다.
중합체의 구성성분과 관련하여 사용되는 용어 "잔기" 및 "구조 단위"는 명세서 전체에서 동의어이다.
본원에서 사용된 용어 "중량 퍼센트", "중량%(wt%)" 및 "중량%(wt.%)"는 달리 명시되지 않는 한, 조성물의 총 중량을 기준으로 주어진 성분의 중량에 의한 퍼센트를 나타낸다. 즉, 달리 명시되지 않는 한, 모든 중량% 값은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다. 개시된 조성물 또는 제형에서 모든 성분에 대한 중량% 값의 합은 100과 같다는 것을 이해해야 한다.
본원에서 달리 명시되지 않는 한, 모든 테스트 표준은 본 출원을 출원할 당시 유효한 가장 최근의 표준이다.
본원에 개시된 각각의 물질은 상업적으로 이용가능하고/하거나 이의 제조에 대한 방법이 당업자에게 공지되어 있다.
본원에 개시된 조성물은 특정 기능을 갖는 것으로 이해된다. 개시된 기능을 수행하기 위한 특정 구조적 요건이 본원에 개시되고, 개시된 구조와 관련된 동일한 기능을 수행할 수 있는 다양한 구조가 있고, 이들 구조는 전형적으로 동일한 결과를 달성할 것이라는 것이 이해된다.
열가소성 조성물
개시내용의 양태는 약 40중량% 내지 약 90중량%의 결정성 중합체; 약 5중량% 내지 약 50중량% 현무암 섬유; 및 약 1중량% 내지 약 20중량%의 충격 개질제를 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이다.
결정성 중합체 구조는 일반적으로 매우 정렬되어 있으며, 이것이 그것에 강도 및 강성을 제공하는 것이다. 대조적으로, 비정질 중합체는 보다 유연성과 탄성을 갖는다. 개시내용의 양태에 따른 열가소성 조성물은 임의의 적합한 결정성 중합체를 포함할 수 있다. 특정 양태에서 결정성 중합체는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 이의 공중합체 또는 이의 조합을 포함한다.
일부 양태에서 현무암 섬유는 짧은 절단 현무암 섬유, 긴 현무암 섬유, 연속 현무암 섬유 또는 이의 조합을 포함한다. 본원에서 사용되는 짧은 절단 현무암 섬유는 6밀리미터(mm) 미만의 길이를 갖는다. 긴 현무암 섬유는 6mm 내지 25mm의 길이를 갖는다. 연속 현무암 섬유는 용융된 현무암에서 가공되고 연속 섬유로 추출된다.
충격 개질제는 에틸렌-아크릴 에스테르-글리시딜 메타크릴레이트 삼원공중합체, 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체, 폴리올레핀 공중합체, 에틸렌 아크릴레이트 공중합체 또는 이의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 양태에서 폴리올레핀 공중합체는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS), 스티렌-에틸렌-프로파일렌-스티렌(SEPS), 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 또는 이의 조합을 포함한다.
일부 양태에서 열가소성 조성물은 약 0.1중량% 내지 약 5중량%의 적어도 하나의 추가 첨가제를 포함한다. 적어도 하나의 추가 첨가제는 핵형성제, 안정제, 추가 충격 개질제, 산 소거제, 적하 방지제, 항산화제, 정전기 방지제, 사슬 연장제, 착색제, 탈형제, 유동 촉진제, 윤활제, 이형제, 가소제, 켄칭제, 난연제, UV 반사 첨가제 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 추가 첨가제는 조성물의 원하는 특성에 상당하게 역효과를 주지 않는 임의의 양으로 열가소성 조성물에 포함될 수 있다.
특정 양태에서 열가소성 조성물은 이소프탈레이트-테레프탈레이트-비스페놀 A 에스테르 단위를 갖는 약 5중량% 내지 약 20중량%의 폴리카보네이트 공중합체를 추가로 포함한다. 특정 양태에서 폴리카보네이트 공중합체는 SABIC에서 이용가능한 LEXAN™ SLX 수지이다.
열가소성 조성물은 강화 충전제를 포함하지 않거나 유리 섬유를 포함하는 통상의 조성물과 비교하여 개선된 특성을 갖는다. 일부 양태에서, 열가소성 조성물은 T-처리, 전단 유형 시험 방법을 사용하여 ISO 19095에 따라 시험된 바와 같이 적어도 23 메가파스칼(MPa)의 결합 강도를 갖는다. 다른 양태에서, 열가소성 조성물은 TRI-처리, 맞대기 이음 시험 방법을 사용하여 ISO 19095에 따라 시험된 바와 같이 적어도 35 메가파스칼(MPa)의 결합 강도를 갖는다.
특정 양태에서 조성물은 ASTM D256에 따라 시험된 바와 같이 섭씨 23도(℃)에서 적어도 90 주울/미터(J/m)의 노치 아이조드 충격 강도를 갖는다.
특정 양태에서 결정성 중합체는 PBT를 포함하고 조성물은 SABIC 방법에 따라 시험된 바와 같이 1.9 기가헤르츠(GHz) 또는 5.0GHz에서 4.0 미만의 유전 상수(Dk)를 갖는다. SABIC 방법은 아래 실시예에 기술되어 있다.
열가소성 조성물을 제조하는 방법
본원에 기술된 하나 또는 임의의 전술한 성분은 먼저 서로 건식 블렌딩되거나, 전술한 성분의 임의의 조합과 건식 블렌딩된 다음, 하나 또는 다중-공급기로부터 압출기 안으로 공급되거나, 하나 또는 다중-공급기로부터 압출기 안으로 개별적으로 공급될 수 있다. 개시내용에 사용된 충전제는 또한 먼저 마스터배치로 가공된 다음 압출기 안으로 공급될 수 있다. 성분은 스로트 호퍼 또는 임의의 측면 공급기에서 압출기 안으로 공급될 수 있다.
개시내용에 사용된 압출기는 단일 스크류, 다중 스크류, 맞물림 동-회전 또는 역회전 스크류, 비-맞물림 동-회전 또는 역회전 스크류, 왕복 스크류, 핀이 있는 스크류, 스크린이 있는 스크류, 핀이 있는 배럴, 롤, 램, 헬리컬 로터, 공동-혼련기, 디스크-팩 프로세서, 다양한 기타 유형의 압출 장비 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 가질 수 있다.
성분은 또한 함께 혼합된 다음 용융-블렌딩되어 열가소성 조성물을 형성할 수 있다. 성분의 용융 블렌딩은 전단력, 인장력, 압축력, 초음파 에너지, 전자기 에너지, 열 에너지 또는 전술한 힘 또는 에너지 형태 중 적어도 하나를 포함하는 조합의 사용을 포함한다.
배합 동안 압출기 상의 배럴 온도는 수지가 반-결정성 유기 중합체인 경우 중합체의 적어도 일부가 약 용융 온도 이상의 온도에 도달하는 온도, 또는 수지가 무정형 수지인 경우 유동점(예를 들어, 유리 전이 온도)으로 설정될 수 있다.
상기 언급된 성분을 포함하는 혼합물은 바람직하다면 다중 블렌딩 및 성형 단계를 거칠 수 있다. 예를 들어, 열가소성 조성물은 먼저 압출되어 펠릿으로 성형될 수 있다. 그런 다음 펠릿은 몰딩기에 공급되어 임의의 원하는 형상이나 생성물로 성형될 수 있다. 대안적으로, 단일 용융 블렌더로부터 나오는 열가소성 조성물은 시트 또는 가닥으로 성형되고 어닐링, 일축 또는 이축 배향과 같은 압출-후 공정을 거칠 수 있다.
본 공정에서 용융물의 온도는 일부 양태에서 성분의 과도한 열적 분해를 피하기 위해 가능한 낮게 유지될 수 있다. 특정 양태에서 용융 온도는 약 230℃ 내지 약 350℃ 사이에서 유지되지만, 가공 장비에서 수지의 체류 시간이 비교적 짧게 유지된다면 더 높은 온도가 사용될 수 있다. 일부 양태에서 용융 가공된 조성물은 다이에서의 작은 출구 구멍을 통해 압출기와 같은 가공 장비에서 빠져나간다. 생성된 용융 수지의 가닥은 가닥을 수조를 통해 통과시킴에 의해 냉각될 수 있다. 냉각된 가닥은 포장 및 추가 취급을 위해 펠릿으로 잘게 잘릴 수 있다.
제조의 물품
특정 양태에서, 본 개시내용은 열가소성 조성물을 포함하는 성형, 형성 또는 몰딩된 물품에 관한 것이다. 열가소성 조성물은 사출 몰딩, 압출, 회전 몰딩, 취입 몰딩 및 열성형과 같은 다양한 수단에 의해 유용한 성형된 물품으로 몰딩되어 예를 들어, 셀룰러 전화기, 태블릿 컴퓨터, 개인용 컴퓨터, 노트북 및 휴대용 컴퓨터 및 기타 그러한 장비, 의료 애플리케이션, RFID 애플리케이션, 자동차 애플리케이션 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는 개인용 또는 상업용 전자 장치의 물품 및 구조 부품을 형성할 수 있다. 추가 양태에서, 물품은 압출 몰딩된다. 또 다른 양태에서, 물품은 사출 몰딩된다. 특정 양태에서 물품은 가전제품 장치 안으로 통합된다.
일 양태에서, 열가소성 조성물은 나노 몰딩 기술(NMT) 공정에서 금속 표면에 적용되어 물품을 형성한다.
본 개시내용의 요소들의 다양한 조합, 예를 들어, 동일한 독립항에 의존하는 종속항으로부터의 요소들의 조합이 본 개시내용에 의해 포괄된다.
개시내용의 양태
다양한 양태에서, 본 개시내용은 적어도 하기의 양태에 속하고 이를 포함한다.
양태 1. 하기를 포함하거나, 구성되거나 또는 본질적으로 구성되는 열가소성 조성물:
약 40중량% 내지 약 90중량%의 결정성 중합체;
약 5중량% 내지 약 50중량% 현무암 섬유; 및
약 1중량% 내지 약 20중량%의 충격 개질제.
양태 2. 양태 1에 있어서, 결정성 중합체는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 이의 공중합체 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
양태 3. 양태 1 또는 2에 있어서, 현무암 섬유는 짧은 절단 현무암 섬유, 긴 현무암 섬유, 연속 현무암 섬유, 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
양태 4. 양태 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 충격 개질제는 에틸렌-아크릴 에스테르-글리시딜 메타크릴레이트 삼원공중합체, 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체, 폴리올레핀 공중합체, 에틸렌 아크릴레이트 공중합체, 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
양태 5. 양태 4에 있어서, 폴리올레핀 공중합체는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS), 스티렌-에틸렌-프로파일렌-스티렌(SEPS), 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
양태 6. 양태 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 약 0.1중량% 내지 약 5중량%의 적어도 하나의 추가 첨가제를 추가로 포함하는, 열가소성 조성물.
양태 7. 양태 6에 있어서, 적어도 하나의 추가 첨가제는 핵형성제, 안정제, 추가 충격 개질제, 산 소거제, 적하 방지제, 항산화제, 정전기 방지제, 사슬 연장제, 착색제, 탈형제, 유동 촉진제, 윤활제, 이형제, 가소제, 켄칭제, 난연제, UV 반사 첨가제 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
양태 8. 양태 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 이소프탈레이트-테레프탈레이트-비스페놀 A 에스테르 단위를 갖는 폴리카보네이트 공중합체 약 5중량% 내지 약 20중량%를 추가로 포함하는, 열가소성 조성물.
양태 9. 양태 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 T-처리, 전단 유형 시험 방법을 사용하여 ISO 19095에 따라 시험된 바와 같이 적어도 23 메가파스칼(MPa)의 결합 강도를 갖는, 열가소성 조성물.
양태 10. 양태 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 TRI-처리, 맞대기 이음 시험 방법을 사용하여 ISO 19095에 따라 시험된 바와 같이 적어도 35 메가파스칼(MPa)의 결합 강도를 갖는, 열가소성 조성물.
양태 11. 양태 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 결정성 중합체는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함하고 조성물은 SABIC 방법에 따라 시험된 바와 같이 1.9 기가헤르츠(GHz) 또는 5.0GHz에서 4.0 미만의 유전 상수(Dk)를 갖는, 열가소성 조성물.
양태 12. 양태 1 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 ASTM D256에 따라 시험된 바와 같이 섭씨 23도(℃)에서 적어도 90 주울/미터(J/m)의 노치 아이조드 충격 강도를 갖는, 열가소성 조성물.
양태 13. 양태 1 내지 12 중 어느 하나에 따른 열가소성 조성물을 포함하는 물품.
양태 14. 양태 13에 있어서, 물품은 나노 몰딩 기술(NMT) 공정에서 금속 표면에 적용된 열가소성 조성물을 포함하는, 물품.
양태 15. 양태 13 또는 14에 있어서, 물품은 가전제품 장치 안으로 통합되는, 물품.
실시예
다음 실시예는 본원에 청구된 화합물, 조성물, 물품, 장치 및/또는 방법이 어떻게 제조되고 평가되는지에 대한 완전한 개시내용 및 설명을 당업자에게 제공하기 위해 제시되고, 순전히 예시적인 것으로 의도되고 개시내용을 제한하려는 의도가 아니다. 수치(예를 들어, 양, 온도 등)와 관련하여 정확성을 보장하기 위해 노력했지만 일부 오류 및 편차가 고려되어야 한다. 달리 표시되지 않는 한, 부는 중량부이고, 온도는 ℃ 또는 주변 온도이고, 압력은 대기압이거나 대기압에 가깝다. 달리 명시하지 않는 한, 조성물에 대해 지칭하는 백분율은 중량%의 관점이다.
반응 조건, 예를 들어 성분 농도, 원하는 용매, 용매 혼합물, 온도, 압력 및 기술된 공정으로부터 수득된 생성물 순도 및 수율을 최적화하기 위해 사용될 수 있는 기타 반응 범위 및 조건의 다양한 변형 및 조합이 존재한다. 이러한 공정 조건을 최적화하기 위해 합리적이고 일상적인 실험만 필요할 것이다.
비교예 및 실시예 열가소성 조성물을 표 1에 따른 전형적인 압출 프로파일을 사용하여 형성하고 압출하였다:
표 1 - 압출 프로파일
압출된 조성물을 표 2에 나타낸 전형적인 몰딩 프로파일에 따라 사출 몰딩하였다:
표 2 - 몰딩 프로파일
NMT-가능 열가소성 조성물은 PBT를 베이스 수지로 사용하고 현무암 섬유를 강화 섬유로 사용하여 개발되었다(Ex1.1, Ex1.2 및 Ex1.3). 임의의 강화 섬유가 없고 유리 섬유가 있는 비교 조성물이 또한 형성되었다(각각 C1.1 및 C1.2). 아크릴레이트계 삼원공중합체(Lotader® AX8900)가 모든 조성물에 충격 개질제로서 포함되었고, 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌(SEBS) 충격 개질제가 비교예 C1.2 및 실시예 Ex1.3에서 사용되었다. 현무암 섬유는 암갈색의 천연 색상을 가지므로 실시예 조성물 Ex1.1-Ex1.3에 대해서는 착색제가 사용되지 않는다. 카본 블랙은 유리 섬유가 천연 색상을 제공하지 않기 때문에 C1.2에서 착색제로 포함되었다.
표 3 - 실시예 및 비교예 조성물
실시예 및 비교예 조성물의 다양한 특성을 평가하였다; 결과는 표 4에 나타나 있다:
표 4 - 표 3의 조성물의 특성
유전 상수(Dk) 및 손실 계수(Df)를 결정하기 위한 "SABIC 방법"은 QWED 분할 포스트 유전 공진기와 Agilent 네트워크 분석기를 사용하여 이들 값을 측정하는 것을 포함한다. 1.9 기가헤르츠(GHz) 측정의 경우, 최소 샘플 크기는 70 밀리미터(mm) x 70mm이고 최대 샘플 두께는 4mm이다. 5.0GHz 측정의 경우 최소 샘플 크기는 30mm x 30mm이고 최대 샘플 두께는 2mm이다.
개발된 조성물의 기계적 성능 및 유전 특성이 표 4에 나열되어 있다. 현무암 섬유 또는 편평한 유리 섬유의 동일한 장입 수준으로, PBT/현무암 섬유는 유사한 기계적 성능을 갖지만 1.9GHz 및 5GHz에서 훨씬 더 낮은 Dk를 갖는다(>0.1). 따라서, 현무암 섬유는 유사한 기계적 특성과 더 낮은 Dk를 요하는 응용분야에서 편평한 유리 섬유를 대체할 가능성이 있다. NMT 응용분야의 경우, 금속과의 결합 강도는 동일한 장입 수준에서 현무암 섬유 및 편평한 유리 섬유 둘 모두에 대해 유사하다. 또한 현무암 섬유는 짙은 갈색의 천연 색상을 갖기 때문에, 부유 유리 섬유가 추가 처리 시 "표면 백화" 문제를 야기할 수 있기 때문에 어두운 색상이 필요한 NMT 응용분야에서 유리 섬유에 비해 잠재적인 이점을 가질 수 있다.
본 개시내용은 양호한 기계적 성능, 낮은 Dk 특성 및 양호한 금속 결합 성능을 갖는 열가소성 조성물에 관한 것이다. 베이스 수지로서 PBT와 같지만 이에 제한되지 않는 결정성 중합체, 충전제로서 현무암 섬유, 및 글리시딜 메타크릴레이트(GMA)계 공중합체 및/또는 SEBS와 같은 충격 개질제를 사용하여 개시된 조성물의 기계적 성능은 통상적인 편평한 유리 섬유 조성물의 것과 유사하였다. 부가하여, T-처리 하에서 알루미늄을 갖는 개시된 조성물의 결합 강도는 편평한 유리 섬유 조성물의 것과 유사하게 30 메가파스칼(MPa)보다 높았고 Dk는 훨씬 더 낮았다(>0.1). 일반적으로, 양호한 금속 결합 강도, 양호한 기계적 성능 및 낮은 Dk 특성은 개시된 열가소성 조성물을 NMT 응용분야에서 유리 섬유 대체를 위한 양호한 후보로 만든다. 더욱이, - 짙은 갈색의 천연 색상을 갖는 - 현무암 섬유는 어두운 색상 응용분야에서 유리 섬유보다 잠재적인 이점을 제공할 수 있다.
상기 설명은 예시인 것으로 의도되고 제한적이지 않다. 예를 들어, 상술한 실시예(또는 그의 하나 이상의 양태)는 서로 조합하여 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 설명을 검토할 때 당업자에 의해 다른 양태가 사용될 수 있다. 초록은 37 C.F.R. §1.72(b)에 따라 독자가 기술적 개시내용의 성격을 신속하게 확인할 수 있도록 한다. 그것은 청구항의 범위 또는 의미를 해석하거나 제한하는데 사용되지 않는다는 이해와 함께 제출된다. 또한, 상기 상세한 설명에서, 개시내용을 간소화하기 위해 다양한 특징들이 함께 그룹화될 수 있다. 이는 청구되지 않은 공개된 기능이 임의의 청구항에 필수적이라는 의미로 해석되어서는 안된다. 오히려, 발명의 주제는 개시된 특정 양태의 모든 특징보다 적게 존재할 수 있다. 따라서, 다음의 청구항은 실시예 또는 양태로서 본원에서 상세한 설명 안으로 포함되며, 각각의 청구항은 그 자체로 별도의 양태로서 존재하고, 이러한 양태는 다양한 조합 또는 순열에서 서로 조합될 수 있음이 고려된다. 개시내용의 범주는 첨부된 청구항 및 그러한 청구항에 부여된 등가물의 전체 범주를 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 40중량% 내지 89중량%의 결정성 중합체;
    5중량% 내지 50중량% 현무암 섬유; 및
    1중량% 내지 20중량%의 충격 개질제를 포함하는, 열가소성 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 결정성 중합체는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 이의 공중합체 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 현무암 섬유는 짧은 절단 현무암 섬유, 긴 현무암 섬유, 연속 현무암 섬유 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 충격 개질제는 에틸렌-아크릴 에스테르-글리시딜 메타크릴레이트 삼원공중합체, 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체, 폴리올레핀 공중합체, 에틸렌 아크릴레이트 공중합체 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 폴리올레핀 공중합체는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS), 스티렌-에틸렌-프로파일렌-스티렌(SEPS), 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 0.1중량% 내지 5중량%의 적어도 하나의 추가 첨가제를 추가로 포함하는, 열가소성 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 적어도 하나의 추가 첨가제는 핵형성제, 안정제, 추가 충격 개질제, 산 소거제, 적하 방지제, 항산화제, 정전기 방지제, 사슬 연장제, 착색제, 탈형제, 유동 촉진제, 윤활제, 이형제, 가소제, 켄칭제, 난연제, UV 반사 첨가제 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 조성물은 이소프탈레이트-테레프탈레이트-비스페놀 A 에스테르 단위를 갖는 폴리카보네이트 공중합체 5중량% 내지 20중량%를 추가로 포함하는, 열가소성 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 조성물은 T-처리, 전단 유형 시험 방법을 사용하여 ISO 19095에 따라 시험된 바와 같이 적어도 23 메가파스칼(MPa)의 결합 강도를 갖는, 열가소성 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 조성물은 TRI-처리, 맞대기 이음 시험 방법을 사용하여 ISO 19095에 따라 시험된 바와 같이 적어도 35 메가파스칼(MPa)의 결합 강도를 갖는, 열가소성 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 결정성 중합체는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함하고 조성물은 분할 포스트 유전체 공진기와 네트워크 분석기를 사용하여 시험된 바와 같이 1.9 기가헤르츠(GHz) 측정 또는 5.0GHz 측정에서 4.0 미만의 유전 상수(Dk)를 가지고,
    여기서 1.9GHz 측정은 70 밀리미터(mm) x 70mm의 최소 크기 및 4mm의 최대 두께를 갖는 샘플로 시험되고,
    여기서 5.0GHz 측정은 30mm x 30mm의 최소 크기 및 2mm의 최대 두께를 갖는 샘플로 시험되는, 열가소성 조성물.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물은 ASTM D256에 따라 시험된 바와 같이 섭씨 23도(℃)에서 적어도 90 주울/미터(J/m)의 노치 아이조드 충격 강도를 갖는, 열가소성 조성물.
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 열가소성 조성물을 포함하는 물품.
  14. 제13항에 있어서, 물품은 나노 몰딩 기술(NMT) 공정에서 금속 표면에 적용된 열가소성 조성물을 포함하는, 물품.
  15. 제13항에 있어서, 물품은 가전제품(consumer electronics) 장치 안으로 통합되는, 물품.
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