KR20000045207A - 웰드강도가 우수한 폴리카보네이트계 열가소성 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 (A) 열가소성 폴리카보네이트 수지 30 내지 80중량부, (B) g-ABS 수지 5 내지 50중량부, (C) SAN 수지 5 내지 60중량부, 그리고 (D) 에폭시기로 기능화된 올레핀계 공중합체 0.5내지 5중량부로 이루어진 웰드 강도를 향상시킨 폴리카보네이트 열가소성 수지 조성물에 관한 것으로, 성형품의 특징상 웰드 부위가 많으면서도 내충격성이 요구되는 휴대용 전화기, 도난경보장치 등의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

웰드강도가 우수한 폴리카보네이트계 열가소성 수지 조성물

본 발명은 폴리카보네이트계 열가소성 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리카보네이트 수지와 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌공중합체(이하, ABS 수지라 한다)로 구성된 열가소성 수지 조성물에 에폭시기로 기능화된 올레핀계 공중합체를 도입함으로써 폴리카보네이트/ABS 열가소성 수지조성물의 웰드강도를 증진시킬 수 있는 폴리카보네이트계 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.

폴리카보네이트 수지는 다른 수지와 비교하여 뛰어난 내충격성, 자기소화성, 치수안정성 및 높은 내열도 등으로 인해 엔지니어링 플라스틱으로서 광범위하게 사용되고 있다.

그러나, 노치 민감성이 매우 높기 때문에 폴리카보네이트 수지로 제조된 성형물 부분중 응력이 집중되는 부위에서 충격강도가 급격히 떨어지는 단점이 있어 사용에 많은 제약을 받아왔다. 또한, 다른 일반적인 열가소성 수지와 달리 유동성이 매우 낮기 때문에 성형시 고온의 가공온도가 요구됨으로서 수지의 과열에 따른 열분해로 인하여 물성 저하 현상이 많이 나타나며, 낮은 유동성을 보완하기 위하여 사출성형시 높은 사출압력과 속도를 적용함으로서 성형물의 일부 부위에 과도한 잔류 응력을 남기는 단점이 있고, 이러한 과도한 잔류응력으로 인하여 폴리카보네이트 수지로 제조된 성형물은 상기에서 설명하였듯이 내충격성이 급격히 저하됨으로서 그 이용범위의 확대에 많은 제약을 받아왔다.

따라서, 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 많은 노력이 행해져 왔는데, 폴리카보네이트 수지의 노치민감성을 저하시키기 위한 방법으로는 폴리부타디엔 또는 아크릴레이트계 고무를 코어구조로 가지고 비닐계 단량체로 쉘 구조를 형성하는 코어-쉘 형태의 충격보강재 또는 올레핀계 공중합체로 이루어진 충격보강재에 의하여 폴리카보네이트 수지의 내충격성이 급격히 저하되는 현상을 방지할 수 있었다.

그러나, 단순히 충격보강재만을 도입하였을 경우에는 폴리카보네이트 수지의 유동성을 증진시킬 수 없었으며 성형시 높은 가공온도를 요구함으로서 충격보강재의 변성에 의한 물성 저하 및 변색이라는 문제는 해결되지 않았다.

단순히 충격보강재만을 넣었을 때의 단점을 극복하기 위해 적용된 방법으로는 충격보강재로서 유화 그라프트 중합방법에 의해 제조된 그라프트 공중합체(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 그라프트 공중합체 : 이하 'g-ABS 수지'라 칭함)와 유동성을 증진시키는 목적으로 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체(이하 'SAN 수지'라 칭함)를 도입하는 방법을 사용하였다.

폴리카보네이트 수지에 g-ABS 수지와 SAN 수지를 혼합가공하여 제조된 열가소성 수지 조성물(이하 '폴리카보네이트/ABS 수지라 칭함)은 폴리카보네이트의 노치민감성을 저하시킬 뿐 아니라 유동성도 향상시킴으로서 폴리카보네이트 수지 대비 낮은 성형가공온도에서 제품을 제조할 수 있었다.

그러나, 폴리카보네이트 수지에 단순히 g-ABS 수지와 SAN 수지를 혼합가공할 경우 폴리카보네이트 수지의 노치민감성을 저하시키고 유동성을 증진할 수는 있으나 폴리카보네이트 수지와 SAN 수지의 제한적인 상용성으로 인해 사출성형시 웰드 부위의 기계적 강도가 급격히 떨어지는 문제점이 발생하였다.

따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해서는 사출성형물 또는 금형 설계시 웰드 부위를 만들지 않도록 하거나 또는 웰드 부위를 강화시킬 수 있는 방법들이 요구되고 있으나 대부분의 경우 제품의 모양이나 금형설계를 통하여 웰드 부위의 강도를 증진시키는데는 한계가 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구한 결과, 폴리카보네이트/ABS 열가소성 수지 조성물에 에폭시기로 기능화된 올레핀계 공중합체를 도입하는 경우 폴리카보네이트 수지와 SAN 수지의 상용성이 증진됨으로서 폴리카보네이트/ABS 열가소성 수지 조성물의 우수한 기계적 물성을 저하시키지 않으면서도 상기 수지 조성물로 제조된 성형물의 웰드 부위의 강도를 증진시킬 수 있다는 사실을 발견하였으며, 이 결과를 바탕으로 폴리카보네이트/ABS 열가소성 수지 조성물로 제조된 제품의 웰드 부위를 강화시킬 수 있는 수지 조성물을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은 (A)폴리카보네이트수지 30 내지 80중량부, (B)g-ABS수지 5 내지 50중량부, (C)SAN수지 5 내지 60중량부, 및 (D)에폭시기로 기능화된 올레핀계 공중합체 0.5 내지 5중량부로 이루어진 웰드강도가 우수한 폴리카보네이트계 열가소성 수지 조성물을 관한 것이다.

이하, 본 발명의 열가소성 수지 조성물의 각 성분인 (A) 폴리카보네이트 수지, (B) g-ABS 수지, (C) SAN 수지, 그리고 (D) 에폭시기로 기능화된 올리핀계 공중합체에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 사용가능한 폴리카보네이트 수지(A)의 제조방법과 열가소성 수지 조성물에의 이용은 이 분야의 통상적 지식을 가진 자에게는 이미 잘 알려져 있는 것으로, 분자량 조절제와 촉매의 존재하에서 디히드릭페놀과 포스겐을 반응시켜 제조하거나 디히드릭페놀과 디페닐카보네이트와 같은 카보네이트 전구체의 에스테르 상호교환반응을 이용하여 제조 할 수 있으며, 비스페놀 A와 같은 선형 폴리카보네이트, 트리멜리틱 무수물, 트리멜리틱산 등과 같은 다관능성 방향족 화합물을 디히드록시페놀과 카보네이트 전구체와 반응시켜 제조되는 가지 달린(branched) 폴리카보네이트, 그리고 폴리에스테르카보네이트 공중합체 등을 포함하는 것이다.

사용가능한 디히드릭페놀은 비스페놀이며, 가장 바람직하게는 2,2-비스(4-히드록시페놀)프로판 (비스페놀 A)이다. 비스페놀 A는 부분적 또는 전체적으로 다른 디히드릭페놀로 대체 될 수 있는바, 비스페놀 A 이외의 디히드릭페놀로는 히드로퀴논, 4,4'-디히드록시디페닐, 비스(4-히드록시페닐)메탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산, 2,2-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)프로판, 비스(4-히드록시페닐)설파이드, 비스(4-히드록시페닐)술폰, 비스(4-히드록시페닐)술폭사이드, 비스(4-히드록시페닐)케톤, 비스(4-히드록시페닐)에테르 및 2,2-비스(3,5-디브로모-4-히드록시페닐)프로판과 같은 할로겐화 비스페놀 등을 포함한다.

또한, 폴리카보네이트 수지는 단일중합체이거나 두 종류 이상의 디히드릭페놀을 사용한 공중합체, 또는 그러한 수지들의 혼합물도 가능하다. 이때, 폴리에스테르카보네이트 공중합체는 이관능성 카르복실산을 디히드릭 페놀과 카보네이트 전구체와 반응시켜 제조할 수 있다.

본 발명에서 폴리카보네이트 수지는 30내지 80중량부가 사용되는 것이 바람직하다. 만일, 폴리카보네이트의 수지가 30중량부 미만일 경우 원하는 기계적 물성을 얻을 수 없으며, 그 함량이 80중량부를 초과하는 경우에는 폴리카보네이트/ABS 열가소성 수지 조성물의 유동성이 급격히 떨어지는 단점이 있다.

본 발명에 사용되는 g-ABS 수지의 제조방법과 열가소성 수지 조성물에의 이용은 이 분야의 통상적 지식을 가진 자에게는 이미 잘 알려져 있는 것으로, 통상 괴상중합, 괴상·현탁중합, 유화중합법 등에 의하여 제조되어 단독 혹은 특성에 따라 혼합하여 생산하고 있으나, 괴상중합에 의해 제조되는 g-ABS 수지는 생산과 제조원가 감소 등의 장점에도 불구하고 다양한 물성을 갖는 수지를 제조할 수 없고, 특히 고무함량이 높은 수지를 제조할 수 없어 가장 많이 사용되고 있는 것이 유화중합법에 의한 것이다. 유화중합법에 의해 제조된 g-ABS 수지는 고무 입자직경이 대부분 0.1∼1.0㎛ 사이의 부타디엔계 고무질 중합체를 사용하여 아크릴로니트릴과 스티렌 단량체를 열분해 개시제 및 레독스 개시제등 라디칼 생성개시제를 첨가하여 그라프트 중합을 진행한 후 응고 및 탈수와 건조 공정을 거쳐 제조된다. 제조된 g-ABS 수지는 부타디엔계 고무질 중합체가 30 내지 70중량부와 아크릴로니트릴과 스티렌 단량체로 구성된 그라프트 단량체 혼합물 30 내지 70중량부로 구성되어 있다.

본 발명에서 g-ABS 수지는 5중량부 내지 50중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 SAN 수지의 제조방법과 열가소성 수지 조성물에의 이용 역시 이 분야의 통상적 지식을 가진 자에게는 이미 잘 알려져 있는 것으로, 아크릴로니트릴과 스티렌 단량체를 열분해 개시제 및 레독스 개시제등 라디칼 생성개시제를 첨가하여 통상의 현탁중합 혹은 괴상중합법에 의하여 제조한 것이다.

이때, 제조된 SAN 수지는 아크릴로니트릴 단량체 20내지 40중량부와 스티렌 단량체 60내지 80중량부로 구성되어 있다. SAN 수지의 중량평균분자량은 중합공정에 의하여 다양하게 조절할 수 있으나 본 발명에 적합한 SAN 수지의 중량평균분자량은 80,000 g/mol 내지 250,000g/mol이다. 중량평균분자량이 80,000 g/mo보다 작을 경우에는 원하는 기계적 물성을 얻을 수 없으며 중량평균분자량이 250,000g/mol보다 클 경우에는 유동성이 낮아 성형가공성이 저하된다.

본 발명에서 SAN 수지는 5 중량부 내지 60 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 적당한 에폭시기로 기능화된 올레핀계 공중합체는 에폭시기로 기능화되어 있는 비닐계 단량체와 에틸렌, 프로필렌, 이소프로필렌, 부틸렌, 또는 이소부틸렌과 같은 올레핀계 단량체중에서 하나 이상의 것을 선택하여 제조할 수 있으며 그 제조방법과 열가소성 수지 조성물에의 이용은 이 분야의 통상적 지식을 가진자에게는 이미 잘 알려져 있는 것으로 본 발명을 위하여 특별히 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 에폭시기로 기능화된 올레핀계 중합체의 사용량은 0.5내지 5 중량부가 바람직한데, 만일 에폭시기로 기능화된 올레핀계 공중합체의 함량이 0.5 중량부 미만일 경우 본 발명이 목적하는 웰드 강도의 증진효과를 얻을 수 없으며, 그 함량이 5중량부를 초과하는 경우에는 폴리카보네이트/ABS 수지의 유동성이 급격히 저하되어 성형가공에 있어서 많은 제약을 받게된다.

본 발명의 열가소성 수지 조성물에는 기타 첨가물을 넣어 사용함으로써 온도에 따라 사용될 수 있는데, 구체적으로는 유리섬유, 탄소섬유, 탈크, 실리카, 마이카, 알루미나등 무기충진재를 첨가할 경우 기계적인 강도 및 열변형온도(HDT, HEAT DISTORTION TEMPERATURE) 등의 물성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 열가소성 수지 조성물에는 기타 자외선 흡수제, 열안정제, 산화방지제, 난연제, 활제, 염료 및 안료 등을 사용하여 제조할 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기 실시예에는 본 발명의 구체적인 예시에 불과하며 본 발명의 보호범위를 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아니다.

하기의 실시예 1-2 및 비교예 1에서 사용된 (A)폴리카보네이트 수지, (B) g-ABS 수지, (C) SAN 수지, 그리고 (D) 에폭시기로 기능화된 올레핀계 공중합체의 사양은 다음과 같다.

(A) 폴리카보네이트 수지

중량평균 분자량이 20,000∼40,000 g/mol의 비스페놀-A 형 폴리카보네이트를 사용하였다.

(B) g-ABS 수지

중량평균 입자경이 0.20∼0.30㎛인 고무로 구성된 고무 라텍스 45내지 60 중량부에 아크릴로니트릴과 스티렌 단량체로 구성된 그라프트 단량체 혼합물 40 내지 55중량부를 그라프팅시키는 통상의 유화중합법에 의해 제조된 g-ABS 수지를 사용하였다. 이때 제조된 g-ABS 수지의 그라프트율은 45∼75% 범위에 있다.

(C) SAN 수지

아크릴로니트릴 26∼34%, 스티렌 66∼74%로 구성되고 중량평균분자량이 100,000∼200,000g/mol인 통상의 현탁중합 혹은 괴상중합법에 의해 제조된 SAN 수지를 사용하였다.

(D) 에폭시기로 기능화된 올레핀계 공중합체

에폭시기로 기능화된 비닐계 단량체, 에틸렌, 그리고 프로필렌 단량체를 사용하여 중합된 에폭시기로 기능화된 에틸렌-프로필렌 공중합체를 사용하였다.

실시예 1∼2 및 비교예 1에서 사용된 각 성분의 조성은 표 1과 같다.

표 1의 조성과 같이 각 성분을 혼합하여 Ø=45㎜인 이축 압출기를 사용하여 펠렛으로 제조하였다. 제조된 펠렛은 80℃에서 3시간 이상 건조후 10 Oz 사출기에서 성형온도 230-270℃, 금형온도 60∼90℃ 조건으로 사출하여 가운데 부위에서 웰드 부위에 형성되는 충격 및 인장물성 시편을 제조하였다. 제조된 시편은 ASTM D256에 따라 웰드 아이조드 충격강도(1/8")와 ASTM D638에 따라 웰드 인장강도를 측정하였다.

실시예 1∼2에서 보듯이 에폭시기로 기능화된 올레핀계 공중합체를 일정비율 사용할 경우 웰드 충격강도와 웰드 인장강도가 매우 향상되는 것을 알 수 있다.

성분	실시예 1	실시예 2	비교예 1
폴리카보네이트	50	50	50
g-ABS	20	20	20
SAN	30	30	30
에폭시기로 기능화된 에틸렌-프로필렌 공중합체	1	3	-
물성
웰드인장강도(㎏/㎠)	429	498	351
웰드 아이조드 충격강도(㎏·㎝/㎝)	14.9	21.1	10.0

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에서 폴리카보네이트/ABS 열가소성 수지 조성물에 에폭시기로 기능화된 올레핀계 공중합체를 도입하여 성형품의 웰드강도를 증진시킬 수 있는 수지조성물을 구성함으로써 성형품의 특징상 웰드 부위가 많으면서도 내충격성이 요구되는 휴대용 전화기, 도난경보장치 등의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (2)

1. 폴리카보네이트수지 30 내지 80중량부, g-ABS수지 5 내지 50중량부, SAN수지 5 내지 60중량부, 및 에폭시기로 기능화된 올레핀계 공중합체 0.5 내지 5중량부로 이루어진 웰드강도가 우수한 폴리카보네이트계 열가소성 수지 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 에폭시기로 기능화된 올레핀계 공중합체는 에폭시기로 기능화된 비닐계단량체와 에틸렌, 프로필렌, 이소프탈렌, 부틸렌 또는 이소부틸렌으로부터 1종 이상 선택하여 제조된 것임을 특징으로 하는 웰드강도가 우수한 폴리카보네이트계 열가소성 수지 조성물.