KR20030019953A

KR20030019953A - 트랙킹 지수가 높은 액정 중합체 및 관련 제품

Info

Publication number: KR20030019953A
Application number: KR10-2003-7000102A
Authority: KR
Inventors: 스티브 거스트 코티스
Original assignee: 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2003-03-07
Also published as: JP5349724B2; CN1451033A; EP1299501A2; WO2002002717A2; CN100489029C; CA2410570A1; WO2002002717A3; AU2001271837A1; JP2004502828A

Abstract

a) 용용 가공 가능하며 용융된 상태에서 이방성을 나타내는 완전 방향족 폴리에스테르; b) 약 3 ㎛ 미만의 입경을 갖고 조성물의 비교 트랙킹 지수 (CTI) 등급을 약 220 볼트 초과로 증가시키고 비가연성을 제공하기에 충분한 양으로 존재하는 비전도성 충전제를 주성분으로 하는 수지 조성물 중 LCP의 기타 바람직한 특성과 함께 탁월한 트랙킹 지수뿐만 아니라 난연성이 달성되었다. 임의로, 극소량의 비휘발성 형광 휘도 강화제가 수지 조성물에 첨가될 수 있다. 형광 휘도 강화제는 비전도성 충전제와 조합하여 놀랍게도 수지의 난연성을 상당히 개선하는 것으로 밝혀졌다.

Description

트랙킹 지수가 높은 액정 중합체 및 관련 제품 {High Tracking Index Liquid Crystalline Polymers and Related Applications}

액정 중합체 (LCP)는 이들의 열적 안정성, 내약품성 및 다른 바람직한 특성으로 인해 일반적인 목적의 용도, 더욱 구체적으로는 전기 및 전자 산업에 있어서 성형 수지로서 유용하며 상업적으로 중요한 품목이 되었다. 많은 전기 및 전자 용도의 경우 성형 수지는 우수한 트랙킹 저항과 우수한 난연성을 나타내어야 한다.

트랙킹은 전기장과 외부 표면 오염의 조합된 효과에 의한 물질의 표면상의 영구적이면서 점진적인 전도 경로의 형성과 관련된 현상이다. 전기적 트랙킹은 전류가 통하는 손상된 전기 부품이 예를 들어 전해액이나 응결에 의해 습윤되었을 때 일어날 수 있다. 이 트랙킹은 섬락 및 아크 발생을 유발할 수 있으며 이는 전기 부품에 더 손상을 가하게 되어 연속적인 파손 오류를 유발한다. 트랙킹은 예를 들어 100 V AC 이하의 낮은 전압에서 일어날 수 있으나, 전압이 감소되면 덜 발생하게 된다. 비교 트랙킹 지수 (CTI) 등급은 조성물이 습윤 및(또는) 오염된 조건하에서 전기 절연 물질로서 기능하는 성능의 정량적 지표를 제공한다. 수지 조성물의 CTI 등급의 측정시에, 두 전극을 성형된 시험편 위에 놓는다. 이어서 염화 암모늄 수용액을 천천히 시험편에 적가하면서 두 전극 사이에 전압차가 생기도록 한다. 시험편의 CTI 등급은 다섯 번의 연속적인 시험에서 트랙킹을 유발하기 위해 시험편에 50 방울 이상의 용액을 가하여야할 때의 최대 전극 전압차이다. 따라서, CTI 값은 성형물이 전도성을 나타내는 것으로 확인될 때의 전압이다. 전기 및 전자 산업에서의 일부 용도의 경우, CTI 값은 220 볼트 이상이어야 한다.

난연성은 대략 6.35 cm × 1.27 cm × 0.15875 cm (2.5" × 0.5" × 0.0625")의 치수를 갖는 샘플을 분젠 버너 불꽃에 10 초간 접촉시키는 문헌 [Underwriters' Laboratories Bulletin No. 94]의 시험에 따라 측정한다. 이어서 샘플을 꺼내고 불꽃이 사라지는데 걸리는 시간을 기록한다. 이 시험은 또한 물질을 "적가성" 또는 "비적가성"으로 특정하는데, 이는 인근 구조물의 연소를 유발할 수 있는 수지의 연소되는 액적을 고려한 것이다. 일부의 용융된 수지가 시험 중 바아로부터 떨어지는 경우 샘플을 "적가성"이라고 한다. 액적이 연소되며 바아 밑에 위치한 솜뭉치를 발화시키기에 충분하게 연소하면 그 물질은 시험에서 탈락된다. 심지어는 기술적으로는 물질의 시험에서의 탈락을 유발하지 않는 자연 소화 액적도 실제로는 바람직하지 않은 것으로 고려된다. 동일한 샘플을 분젠 버너 불꽃에 다시 10 초간 접촉시켜 시험을 반복한다. UL V-0 등급은 각각 2회 반복한 다섯 개의 샘플의 시험 중 임의의 한 샘플에 대한 소화 시간 (FOT)이 10 초 이하로 요구되며, 누적 FOT는 다섯 샘플에 대해 총 50 초를 초과하지 않아야 한다. 다섯 개의 시험 샘플이 50 초의 누적 FOT를 갖고 다섯 개의 샘플 중 하나 이상이 10 초시험에서 실패하는 경우 V-1 등급이 부여된다. V-1 등급은 V-0 등급이 필요한 전기 용도에 일반적으로 요구되며, V-1 또는 V-2 등급을 갖는 난연제도 많은 최종 용도에 있어서 적합하다. 그러나 실제로, 최대 35 초의 누적 FOT를 갖는 V-0 등급이 주로 구매자들로부터 지시된다.

데카브로모디페닐에탄 또는 브롬화 폴리스티렌과 같은 할로겐 함유 화합물을 난연성 열가소성 물질을 제조하는데 사용할 수 있다는 것이 공지되어 있다. 미국 특허 4,824,723호는 열가소성 중합체 및 블렌드의 코어와, 중합체 및 할로겐 함유 난연제의 블렌드를 포함하는 외층으로 이루어지며, V-0 등급 및 500 볼트 초과의 탁월한 CTI 등급을 갖는 난연성 전기 절연성 다층 재료를 개시하고 있다.

미국 특허 4,636,544호는 수지 성형 조성물의 CTI를 개선하기 위한 이산화티탄 (TiO₂)의 용도를 개시하고 있다. 그러나, 조성물 중에 난연제가 여전히 필요하다. TiO₂는 제한된 양, 바람직하게는 각각 85 중량부의 수지 및 할로겐화 폴리(1,4-부틸렌 테레프탈레이트) 조성물에 대해 약 1 내지 약 10 부의 TiO₂의 양으로 사용된다. 미국 특허 4,421,888호는 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리부틸렌 테레프탈레이트의 혼합물, 유리 섬유 및 탈크의 혼합물, 및 유효량의 할로겐 함유 난연제를 포함하는, 높은 수준의 트랙킹 저항을 갖는 비가연성, 비적가성의 충전된 폴리에스테르 조성물로부터 성형된 제품을 개시하고 있다.

난연제, 특히 열가소성 물질 및 특히 폴리에스테르 중 할로겐화 탄화수소 기재의 난연제의 단점은 이들이 전기적 특성을 저해한다는 것이다. 또한, 열가소성물질 중의 할로겐 함유 화합물의 사용은 이들이 연소시 독성 연무를 발생하며, 할로겐화 난연제가 자체로 독성일 수 있다는 이유로 일부 국가에서는 엄격하게 제한되어 있다. 난연제로서 할로겐 함유 화합물을 사용하지 않고도 LCP의 열적 안정성, 내약품성 및 기타 바람직한 특징뿐만 아니라 탁월한 난연성 및 높은 CTI 등급을 갖는 플라스틱 조성물에 대한 요구가 현재 존재한다.

발명의 요약

본 발명은

a) 용용 가공 가능하며 용융된 상태에서 이방성을 나타내는 완전 방향족 폴리에스테르;

b) 약 4 ㎛ 미만의 평균 입도를 갖고 조성물의 비교 트랙킹 지수 (CTI) 등급을 약 220 볼트 이상으로 증가시키고 조성물에 비가연성을 부여하기에 충분한 양으로 존재하는 비전도성 충전제; 및 임의로

c) T_bp> T_m- 60 ℃ (여기서, T_m은 LCP의 융점임)의 비점을 갖는, 0.005 중량％ 초과의 양의 1 종 이상의 형광 광학 휘도 강화제를 주성분으로 하는 조성물에 관한 것이다.

1 종 이상의 형광 광학 휘도 강화제를 함유하거나 함유하지 않는 조성물이 본 발명에 포함된다.

본 발명은 또한 완전 방향족 폴리에스테르를 평균 입도 약 4 ㎛ 미만의 비전도성 충전제 재료, 바람직하게는 클로라이드 가공 루틸형 금속 산화물로 피복된 이산화티탄과, 바람직하게는 상기 방향족 폴리에스테르와 충전제 재료의 전체 중량을 기준으로 약 30 내지 50 중량％의 충전제 재료의 양으로 블렌딩하는, 우수한 트랙킹 지수뿐만 아니라 난연성을 갖는 전기 및 전자 용도용 수지 조성물의 실용적인 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한

a) 용융 가공 가능하며 용융 상태에서 이방성을 나타내는 완전 방향족 폴리에스테르; b) 평균 입도 약 4 ㎛ 미만의 비전도성 충전제 재료; 및 임의로는 c) T_bp> T_m- 60 ℃ (여기서, T_m은 LCP의 융점임)의 비점을 갖는, 0.005 중량％ 초과의 양의 1 종 이상의 형광 광학 휘도 강화제를 주성분으로 하는 수지 조성물로부터 제작한 전기 장치에 관한 것이다.

본 발명은 또한 a) 방향족 폴리에스테르, 폴리(에스테르-아미드), 폴리(에스테르-이미드), 폴리(에스테르-아미드-이미드) 또는 이들의 혼합물인 서모트로픽 액정 중합체 성분; b) 최대 치수가 약 4 ㎛ 미만인 1 종 이상의 비전도성 충전제 성분; 및 임의로는 c) T_bp> T_m- 60 ℃ (여기서, T_m은 LCP의 융점임)의 비점을 갖는, 0.005 중량％ 초과의 양의 1 종 이상의 형광 광학 휘도 강화제를 주성분으로 하는 액정 중합체 조성물로부터 형성된 성분을 포함하며 220 볼트 초과의 비교 트랙킹 지수 (CTI)를 가지며, 0.15875 cm (0.0625") 두께에서의 UL-94 시험에서 V-0의 가연성 등급을 갖고, 200 볼트 이상의 전압을 전달하는 전기 전도체를 더 포함하는 전기 및 전자 장치에 관한 것이다.

본 발명은 또한 표면 및(또는) 광학 품질이 요구되는 상기 조성물의 용도에 관한 것이다.

본 발명 분야는 높은 트랙킹 지수 및 탁월한 난연성을 갖는 서모트로픽 (thermotropic) 액정 중합체 조성물 및 그로부터 제조된 제품에 관한 것이다.

본 발명의 서모트로픽 액정 중합체 조성물의 바람직한 실시 양태에 대해 먼저 기술하기로 한다. 서모트로픽 액정 중합체 (LCP)는 업계에서 "액정" 및 "이방성 용융물"을 포함하는 다양한 용어로 공지되어 있다. 중합체가 용융된 상태에서 편광 현미경을 사용하여 교차된 편광자 사이에서 시험하여 빛을 통과시키는 경우 그 중합체는 광학적으로 이방성이다. "서모트로픽"은 중합체가 용융된 후 다시 고화될 수 있는, 즉 열가소성임을 의미한다.

고 CTI/난연성 LCP 조성물

본 발명에 유용한 LCP 중합체는 서모트로픽 액정 폴리에스테르 및 액정 폴리(에스테르-아미드), 폴리(에스테르-이미드), 폴리(에스테르-아미드-이미드) 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 이들 용어는 이들의 통상적인 의미를 가지며 단지 중합체 내의 반복 단위가 에스테르 및 임의로는 아미드 및(또는) 이미드 연결쇄로 연결되었음을 나타낸다. 바람직한 중합체는 액정 폴리에스테르이며, 이 폴리에스테르가 방향족 폴리에스테르인 것이 더욱 바람직하다. "방향족"은 에스테르, 아미드 또는 이미드와 같은 관능기에 함유된 탄소 원자를 제외하고 중합체 주쇄 내의 모든 탄소 원자가 페닐렌, 나프틸릴렌, 비페닐렌 등과 같은 방향족 고리 내에 존재함을 나타낸다. 알킬과 같은 다른 유형의 기 내의 탄소 원자가 메틸히드로퀴논 또는 2-t-부틸-4-히드록시벤조산으로부터 유도된 반복 단위 내에서와 같이 방향족 고리상에 치환체로서 존재할 수 있고(있거나) n-알킬 아미드와 같은 중합체 내의 다른 위치에도 존재할 수 있다. 할로겐, 에테르 및 아릴과 같은 다른 치환기도 LCP 내에 존재할 수 있다.

본 발명의 LCP 조성물에 사용되는 완전 방향족 폴리에스테르의 성분으로서, 예를 들어 i) 히드로퀴논; ii) 4,4'-디히드록시비페닐(4,4'-비페놀); iii) 이소프탈산; iv) 테레프탈산; v) p-히드록시벤조산 또는 그의 유도체; vi) 4,4'-디히드록시비페닐 (4,4'-비벤조산 또는 그의 유도체); viii) 2,6-나프탈렌디카르복실산; iv) 6-히드록시-2-나프톤산, 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 상기 성분들은 모두 업계에 공지되어 있으며 구입 가능하거나 업계에서 손쉽게 이용 가능한 기술로 제조할 수 있다. 상기 성분들의 조합 가운데, 히드로퀴논, 4,4'-디히드록시비페닐, 테레프탈산, 4-히드록시벤조산 및 2,6-나프탈렌디카르복실산의 조합이 특히 바람직하다.

LCP 조성물은 액정 특징을 갖지 않는 유사 중합체와 비교하여 매우 높은 인장 강도 및 계수를 갖는 것으로 공지되어 있다. 본 발명자들은 완전 방향족 폴리에스테르에 평균 입도 4 ㎛ 미만의 비전도성 충전제를 약 30 내지 50 중량％ 첨가하면 종래 기술에서 통상적으로 요구되었던 난연제 성분을 사용하지 않고도 회로 차단기, 릴레이, 커넥터 등과 같은 전기 장치에 요구되는 재료 명세를 충족하기 위한 조성물의 트랙킹 지수 및 난연성을 현저하게 개선한다는 것을 드디어 발견하였다. 비전도성 충전제의 작용의 정확한 특성은 LCP 수지의 트랙킹 지수와 난연성을 개선하는 모두에 있어서 알려지지 않았다. 수지 내, 특히 표면에서의 비전도성 입자의 농도가 높으면 절연 영역을 형성하여 트랙킹 공정 중 탄소질 전도성 퇴적물의 형성을 방해하는 것으로 추정된다. 그러나, 이는 본 발명에 있어서의 제한이나 요구 조건을 의미하는 것은 아니다.

비전도성 분말상 충전제의 예로는 규조토 및 규회석; 금속 산화물, 예컨대 산화철, 이산화티탄, 산화바륨, 산화아연 및 알루미나; 금속 탄산염, 예컨대 탄산칼슘 및 탄산마그네슘; 금속 황화물, 예컨대 황화칼슘, 황화바륨; 알루미나, 칼슘, 마그네슘, 아연, 세륨 및 혼합 금속의 인산염; 마그네슘, 칼슘, 알루미늄 및 혼합 금속의 티탄산염; 마그네슘 및 칼슘의 불화물; 아연, 지르코늄, 칼슘, 바륨, 마그네슘, 혼합 알칼리 토금속의 규산염 및 천연 규산염 광물 등; 알칼리 및 알칼리 토금속의 알루미노 실리케이트 및 천연 알루미노실리케이트 등; 칼슘, 아연, 마그네슘, 알루미늄 및 혼합 금속의 옥살산염; 아연, 칼슘, 마그네슘 및 혼합 알칼리토 규소 카바이드의 알루미네이트; 질화규소; 및 질화붕소가 있으나 이에 한정되지는 않는다.

본 발명의 LCP 조성물에 사용하기에 바람직한 비전도성 충전제는 이산화티탄과 개질 이산화티탄 안료를 포함한다. 이산화티탄은 일반적으로 큰 차폐력을 갖는 백색 안료로서 폭넓게 사용되고 있다. 이산화티탄 입자의 표면은 처리되지 않거나 알루미늄, 규소와 같은 금속의 산화물 또는 지르코니아로 피복되어 높은 표면적을 갖는 피복을 제공하거나 스테아르산 또는 라우르산 또는 오르가노실록산 오일로 처리될 수 있다. 이산화티탄의 유용한 결정 형태는 아나타제와 루틸형을 포함한다. 아나타제형은 준-안정성이며 고온에서는 안정한 루틸형으로 변한다. 루틸형이 바람직하다. 이산화티탄 미립은 입자, 박편 등과 같은 임의의 불연속적인 형태를 취할 수 있다. 바람직한 비전도성 충전제는 루틸형 경질 금속 산화물로 피복된 이산화티탄, 예컨대 클로라이드 가공 루틸형 이산화티탄이다. 가장 바람직한 비전도성 충전제는 TiO₂함량이 97 ％이고 알루미나와 유기 물질로 표면 처리된 이산화티탄 안료이다.

본 발명의 중요한 한 특징은 비전도성 충전제의 크기이다. 충전제 미립의 크기는 4 ㎛ 미만, 바람직하게는 1 ㎛ 미만, 가장 바람직하게는 0.10 내지 0.30 ㎛ 범위인 것이 바람직하다. 비전도성 충전제 미립의 집합체 또는 응집체도 이들의 평균 입경이 상기 비전도성 충전제 입자의 크기 범위 내라면 유용하다. 집합체는 용융 결합과 같은 강한 결합에 의해 서로 지지되고 쉽게 분해되지 않는 반면 응집체는 약하게 결합되어 있으며 높은 에너지로 진탕하여 분해될 수 있다는 점에서 집합체는 응집체와 구별된다.

본 발명의 LCP 조성물 내에 존재하는 비전도성 충전제의 양은 220 볼트를 초과하는 CTI를 유지하면서 0.15875 cm (0.0625")의 두께에서 V-0의 UL94 가연성 등급을 달성하는데 충분한 농도로서 정의된다. 일반적으로, 비전도성 충전제의 농도는 수지의 전체 중량을 기준으로 약 30 내지 약 50 중량％의 범위일 수 있다.

임의의 휘도 개선제를 함유하는 고 CTI/난연제 LCP 조성물

본 발명자들은 놀랍게도 휘도 강화제를 전기 절연성 조성물에 첨가할 경우 재료의 난연성이 현저하게 개선됨을 발견하였다. 휘도 강화제의 비점은 바람직하게는 T_bp> T_m- 60 ℃ (여기서, T_bp는 휘도 강화제의 비점이고, T_m은 LCP의 융점임)이어야 한다.

휘도 개선제는 통상적으로 형광 광학 휘도 강화제로도 공지되어 있다. 그 예로는 2,2'-(티오펜디일)-비스-(t-부틸벤즈옥사졸); 2-(스티빌-4")-(나프토-1',2',4,5)-1,2,3-트리아졸-2"-술폰산 페닐 에스테르; 및 7-(4'-클로로-6"-디에틸아미노-1',3',5'-트리아진-4'-일)아미노-3-페닐 쿠마린을 들 수 있지만, 특히 이들로 한정되는 것은 아니다. 치환된 안트라센, 스틸벤, 트리아진, 티아졸, 벤즈옥사졸, 쿠마린, 크산텐, 트리아졸, 옥사졸, 티오펜 또는 피라졸린으로부터 유도된 하나 이상의 잔기를 갖는 다른 형광 광학 휘도 강화제를 본 발명의 LCP 조성물에 사용할 수 있다.

본 발명에 따라 사용할 수 있는 적합한 광학 휘도 강화제의 예로는 비스(알킬-치환된 벤즈옥사졸릴)티오펜 구조를 갖는 2,5-비스(5-tert-부틸-2-벤즈옥사졸릴)티오펜으로 생각되는 Uvitex (등록상표) OB (미국 뉴욕주 아르즐리 소재, 시바-가이기 케미칼 캄파니 (Ciba-Geigy Chemical Company) 제조); 7-(2h-나프톨(1,2-d)-트리아졸-2-일)-3-페닐-쿠마린으로 생각되는 Leucopure (등록상표) EGM (미국 뉴저지주 이스트 하노버 소재, 산도즈 (Sandoz) 제조); 피라졸린 유도체로 생각되는 Phorwhite (등록상표) K-20G2 (미국 뉴저지주 유니온 소재, 모베이 케미칼 코포레이션 (Mobay Chemical Corporation) 제조); 4,4-비스(벤즈옥사졸릴)스틸벤으로 생각되는 Eastobrite (등록상표) OB-1 (미국 테네시주 킹스포트 소재, 이스트만 케미칼 프로덕츠, 인크. (Eastman Chemical Products, Inc.) 제조)이 있다. 상기 Uvitex (등록상표) OB가 본 발명에 따라 사용하기에 가장 바람직하다.

약 0.005 중량％ 초과, 바람직하게는 약 0.005 내지 약 0.3 중량％의 농도의 고비점 휘도 개선제 또는 형광 휘도 강화제가 본 발명의 고 CTI 난연성 LCP 조성물에 사용되었다. 놀랍게도 이와 같이 매우 적은 양의 형광 휘도 강화제를 비전도성 충전제와 조합하여 사용하면 재료의 외관 (예를 들어 표면 및 광학적 품질)을 향상시킬 뿐만 아니라 연소 시간을 감소시켜 일반적으로 조성물의 난연성도 개선한다. 결과적으로, 형광 휘도 강화제를 첨가하면 비전도성 충전제를 더 사용할 수 있다. 형광 휘도 강화제는 본 발명의 LCP 조성물 중 비전도성 충전제의 범위를 약 43 중량％로부터 45 중량％ 이상으로 확장시킨다.

본 발명의 조성물은 수지의 난연성과 전기 절연성에 영향을 주지 않는 양으로 비전도성의 다양한 공지된 첨가제를 임의로 함유할 수도 있다. 이러한 첨가제로는 UV 안정화제, 윤활제, 및 안트라퀴논, 직접 염료, 파라 레드 등과 같은 착색제가 있다.

고 CTI/난연성 LCP 조성물의 제조

본 발명의 최초 LCP 조성물은 적합한 단량체 또는 이들의 전구체로부터 표준 중축합 기술 (용융, 액상 및(또는) 고상 중합 반응을 포함할 수 있음)을 사용하여 바람직하게는 무수 조건 및 불활성 대기하에 제조할 수 있다. 예를 들어, 필요량의 아세트산 무수물, 디올, 히드록시벤조산 (또는 임의로 디올/히드록시벤조산의 아세테이트/디아세테이트 유도체), 및 이산, 및 20 ％ 과량 이하의 아세트산 무수물을 교반기, 질소 유입관 및 조합 증류 헤드/응축기 (부산물의 제거를 돕기 위함)가 장착된 반응 용기 내에서 배합한다.

반응 용기 및 다른 장치를 사용 전에 건조하고 질소로 퍼어지시킨다. 반응 용기 및 질소 하에 유지시킨 교반된 내용물을 가열시키면 성분들이 반응하고, 형성된 임의의 부산물 (예컨대 아세트산)을 증류 헤드/응축기를 통해 배출시켜 회수한다. 회수된 부산물의 양이 일정하게 유지되는 것으로부터 확인하여 중합 반응이 거의 종결된 것으로 나타나면, 임의의 잔류하는 부산물의 제거를 용이하게 하고 중합 반응을 종결시키기 위해 용융물을 감압하 (예를 들어 10 mmHg 이하 (절대압))에 두고 고온으로 가열한다. 중합 반응 조건은 예를 들어 사용된 반응물과 목적하는 중합도에 따라 변할 수 있다.

이어서 LCP 용융물은 배출되어 냉각된 후 정제 및(또는) 후속하는 가공, 예컨대 액정 폴리에스테르 조성물을 본 발명의 비전도성 충전제, 및 임의로는 휘도 개선제와 용융 배합하기 전에 고형화될 수 있다. 용융 배합은 용융 액정 폴리에스테르와 충전제 조성물을 혼합할 수 있는 임의의 장치, 예컨대 일축 또는 이축 압출기로 수행될 수 있다. LCP 용융물 내에서 비전도성 미립의 균일한 최대 분산을 위해 성분들이 충분히 유동하는 효과적인 온도에서 성분들이 서로 완전히 블렌딩되는 것이 중요하다. 이축 압출기는 축이 같은 방향으로 회전하는 것일 수도, 반대 방향으로 회전하는 것일 수도 있다. 배합된 조성물은 압출 및 사출 성형과 같은 종래 방법에 의해 성형품과 필름의 형태로 다양한 제품으로의 용융 제작을 위해 펠렛으로 절단될 수 있다.

임의로, 비전도성 충전제 및 선택적인 휘도 개선제와 함께 용융된 중합체가 성형 및(또는) 형상화된 전기 장치와 같은 제품의 제조를 위해 용융 압출기 및(또는) 사출 성형기 또는 회전 장치와 같은 적합한 장치로 직접 이송될 수 있다. 여기서도, 성분들은 미립의 최대 분산을 위해 완전히 블렌딩되어야 한다.

본원에 기술된 고 CTI/난연성 LCP 조성물은 비교적 높은 전압을 전달하는 전기 전도체가 장치 내에 존재하거나 그의 일부인 전기 장치 ("전자" 장치도 포함함)에 유용하다. 본원에 있어서 높은 전압이란 약 200 볼트 초과, 더욱 바람직하게는 약 220 볼트 이상, 특히 바람직하게는 약 240 볼트 이상, 매우 바람직하게는 약 250 볼트 이상임을 의미한다. 바람직하게는 1 종 이상의 전도체가 0.5 암페어 이상, 더욱 바람직하게는 1 암페어 이상의 전류를 전달할 수 있다. 어떤 점에서는 상기 장치가 특정 최소 수준의 전압에 노출되었다고 할 수 있다. 이러한 전압은 전기 장치의 "등급"일 수도 있다. 이는 전기 장치가 적합한 평가 기관 (예를 들어 Underwriter's Laboratories)에 의해 특정 최대 전압에서 전류로 전달하는가 (노출되는가)에 의해 평가됨을 의미한다. 본원에 기술된 고 CTI/난연성 LCP 조성물은 이들의 높은 CTI 등급으로 인해 이러한 높은 전압에서 상기 전기 장치 내에서 적합한 절연체로서 기능할 수 있으며, 즉 이들은 상기 전압에 노출되었을 때 (시간이 경과해도) 이들의 절연성을 잃지 않는다. 또한, 전기를 전도하거나 취급하는데 사용되는 대부분은 아니더라도 다수의 장치가 특정한 최소 수준의 난연성 또는 내연성을 가져야 하며, 본원에 기술된 조성물은 상기 요구된 특성을 갖는다.

또한, 본 발명의 조성물, 특히 상술한 바와 같은 광학 휘도 강화제를 함유하는 조성물은 표면 및 광학적 품질이 희망되는 용도, 예컨대 자동차의 반사판 및 배즐 (예를 들어 전조등, 후미등, 브레이크등, 방향 지시등, 안개등 및 보조등); 섬광 전구용 반사판 (예를 들어 항공기, 구조 및 비상 차량용의 반사판, 및 모든 종류, 예를 들어 도로 차단기의 경고등); 고강도 조명용 반사판 (예를 들어 스포츠 경기장, 수술실 또는 진찰실용 투광 조명등); 할로겐등용 반사판 (예를 들어 주거, 산업, 상업용 하우징의 내장용 조사등, 진열용 조사등); 일반 조명등 (예를 들어 군사, 해양, 경찰 또는 개인용 탐조등); 광학 및 사진 용도의 반사판 (예를 들어 무비 프로젝터, 사진 플래시 시스템, 슬라이드 프로젝터); 심미적인 자동차의 후드 하부의 반사 부품 (예를 들어 다기관 덮개, 로커 덮개, 밸브 덮개); 기타 심미적 반사 자동차 부품 (예를 들어 배기관 말단, 휠커버); 열 (적외선) 반사판 (예를 들어 자동차 용도, 예컨대 브레이크, 배기 시스템 주변의 열차단재, 또는 산업적 용도, 예컨대 유리, 금속 또는 다른 노로부터의 열의 반사용); 레이저 반사판 (예를 들어 연구 및 산업용, 오디오 및 전자 제품 (CD 플레이어), 우주 기술 (인공 위성)); 고온용 심미적 반사 부품 (예를 들어 제습 히터 (space heater), 스토브탑 (stovetop), 오븐탑 (oventop), 다리미 (pressing iron), 전자 엔터테인먼트 제품, 컴퓨터 부품, 전동 공구, 백열 전구를 갖는 점등 표지판; 태양광 반사판 (예를 들어 에너지 생산용)에 사용될 수 있다.

하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 실시 양태를 예시한다. 본 발명은 하기 실시예에 한정되지 않는다.

시험:

건조시킨 샘플의 용융 점도는 카예니스, 인크. (Kayeness, Inc.)에서 제조한 Galaxy O V 모델 8052 모세관 유량계를 사용하여 측정하였다. 측정은 350 ℃ 또는 360 ℃에서 전단 속도 1000 1/초로 30/1000 인치의 구멍 및 20의 L/D를 갖는 다이를 사용하여 측정하였다.

가연성 시험은 UL-94에 따라 수행하였다.

본원에 기술된 다음의 물리적 시험은 미국 재료 시험 협회 (American Society for Testing and Materials; ASTM)에 의해 확립된 수순에 따라 수행하였으며, 다음을 포함한다.

굴곡 탄성률 및 굴곡 강도 - ASTM D-790

파단 신장 변형력 게이지 - ASTM D-638

노치된 아이조드 (Izod) - ASTM D-256

DTUL (열 변형 온도) - ASTM D-648

비교 트랙킹 지수 (CTI) 시험을 ASTM UL 746A에 따라 수행하여 습윤 및 오염 조건하에서 시험편이 절연재로서 기능하는 성능을 중합체 샘플에 트랙킹이 발생하기 전에 인가될 수 있는 볼트 단위의 전기로서 측정하였다. CTI 시험에서 측정될 수 있는 최대 전압은 600 볼트였다.

제조

달리 지시되지 않는 한, 하기 실시예의 LCP 조성물을 비전도성 충전제, 및 임의로는 일부 실시예에서 휘도 강화제와 배합하는 것은 통상적인 이송 부재를 갖는 영역, 혼련 또는 혼합 부재를 갖는 영역, 중합체 용융물로부터 임의의 휘발성 물질을 진공하에 탈기하는 저압 영역, 및 다이를 갖는 30 또는 40 mm ZSK Werner 및 Pfleiderer 이축 압출기 내에서 수행하였다.

휘도 강화제 및 40 mm ZSK를 사용하는 실시예에서, 휘도 강화제를 우선 필요량의 약 1/8 내지 1/3의 비전도성 충전제와 혼합하고, 생성된 농축물을 압출기의 후방 영역으로 도입하였다. 나머지 비전도성 충전제 (휘도 강화제 비포함)를 다른 공급기로부터 후방 영역으로 첨가하였다. LCP 펠렛을 제 3 공급기로부터 후방 영역에 공급하였다. 30 mm ZSK를 사용하는 실시예에서, 단지 두 개의 공급기가 사용되었으며, 하나는 펠렛을 위한 것이고 다른 하나는 미분 성분을 위한 것이다. 배합된 조성물이 다이로부터 배출되면 이들에 물을 분무하여 급냉시키고 통상적인 스트랜드 커터로 펠렛으로 절단하였다. 압출기 본체와 다이의 온도는 약 340 ℃로 유지하였다. 펠렛을 성형하기 전에 펠렛을 하룻밤 동안 약 16 시간 동안 진공 오븐 내에서 N₂퍼어지 하에 100 내지 130 ℃에서 건조시켰다.

건조된 중합체 펠렛을 본체 온도가 약 340 ℃이고 사출 압력이 약 4,000 psi인 6 oz HPM 성형기를 사용하여 1/16" T-바아, 1/8" T-바아 또는 직경 2" × 1/8" 디스크의 표준 시험편으로 성형하였다. 달리 언급되지 않는 한, 샘플들을 높은 압출 속도 및 7,000 내지 12,000 psi의 중간 압입 압력으로 사출 성형하였다. "고속"으로 표기된 실시예에서, 사출 성형은 7,000 내지 10,000 psi의 낮은 압입 압력으로 고속 (< 0.5 초)으로 수행되었다. "저속"으로 표기된 실시예에서, 성형은 >0.5 초의 낮은 속도로 수행되었으나, 성형물의 충전을 용이하게 하기 위해 > 10,000 psi의 높은 압입 압력으로 수행되었다.

성분:

실시예에 사용된 LCP 수지, 비전도성 충전제, 휘도 강화제 및 기타 충전제의 조성물은 다음과 같다.

A: 이 LCP 중합체는 히드로퀴논/4,4'-비페놀/테레프탈산/2,6-나프탈렌디카르복실산/4-히드록시벤조산을 50/50/70/30/320의 몰비로 포함하며, 미국 특허 5,110,896호의 실시예 4에서와 동일한 조성을 갖는다.

B: 이 LCP 중합체는 히드로퀴논/4,4'-비페놀/테레프탈산/2,6-나프탈렌디카르복실산/4-히드록시벤조산을 50/50/85/15/320의 몰비로 포함하며, 미국 특허 5,110,896호의 실시예 9에서와 동일한 조성을 갖는다.

C: 이 LCP 중합체는 히드로퀴논/테레프탈산/이소프탈산/2,6-나프탈렌디카르복실산/4-히드록시벤조산을 100/33/34/33/300의 몰비로 포함한다.

달리 언급되지 않는 한, 비전도성 충전제는 SMC Corp. (미국 매릴랜드주 볼티모어 소재)로부터 Tiona (등록상표) RCL-4로 구입 가능하며 알루미나 및 유기 물질로 표면 처리된 TiO₂함량 97 ％의 클로라이드 가공 루틸형 이산화티탄이다.

일부 실시예에서, 다음의 비전도성 충전제 재료를 사용하였다: SMC Corp.로부터 Tiona (등록상표) RCL-2로 구입 가능하며 Al/Si 및 유기 물질로 표면 처리된 TiO₂함량 90 ％의 이산화티탄 안료; Tiona (등록상표) RCL-3로 구입 가능하며Al/Si로 표면 처리된 TiO₂함량 80 ％의 이산화티탄 안료; 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 (E.I. du Pont de Nemours and Company; 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재)로부터의 이산화티탄 안료 TIPURE R102.

휘도 강화제는 시바-가이기 케미칼 캄파니 (미국 뉴욕주 아르즐리 소재) 제조의 Uvitex (등록상표) OB로서, 약 196 내지 230 ℃의 융점을 갖는 미세한 황색 결정 분말이다. 이 물질은 약 300 ℃로부터 증발하기 시작한다.

Jetfil 575C의 상품명으로 공지된 탈크는 루제낙 아메리카 인크. (Luzenac America Inc.; 미국 콜로라도주 엥겔우드 소재)로부터 구입하였다.

유리 섬유는 오웬스-코닝 파이버글래스 테크놀로지 인크. (Owens-Corning Fiberglas Technology Inc.; 미국 일리노이주 서밋 소재)로부터의 절단된 E-유리 섬유인 OC 408BC이다.

배합 조건 및 스크류 디자인은 성형품의 특성에 영향을 미친다는 것에 주의해야 한다. 동일한 조성물로부터 샘플을 제조하고 상이한 스크류 디자인을 사용하여 배합하였다. 연소 시간 및 CTI 등급을 포함하는 샘플의 특성은 스크류 디자인에 따라 달라지는 것으로 밝혀졌으며 성분들의 완전 블렌딩을 확보하기 위한 최적의 블렌딩에 큰 스크류 디자인이 바람직하다.

사출 성형 조건 역시 특성에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 동일하게 배합된 재료로부터 샘플을 제조하고 높은 충전 속도 및 낮은 압입 압력으로, 이어서 낮은 공급 속도 및 높은 압입 압력으로 사출 성형하였다. UL 94 등급 및 CTI를 포함하는 특성은 공급 방법에 따라 달라지는 것으로 밝혀졌다. 사출 공급 속도는 스크류 램을 앞으로 이동시키는 초 단위의 시간이다. 일반적으로 6 OZ HPM을 사용하면 고속은 체류 시간 0.5 초 미만 (주로 0.1 내지 0.2 초의 범위)이고, 저속은 0.5 초 초과이다. 최적 성형을 위해 사출 성형기 내에서의 체류 시간이 짧은 높은 공급 속도가 바람직하다.

시험한 배합 및 사출 성형 조건하에, SMC Corp.로부터 Tiona (등록상표) RCL-4로 구입 가능하며 알루미나 및 유기 물질로 표면 처리된 TiO₂함량 97 ％의 이산화티탄 안료가 가장 우수한 것으로 밝혀졌다. 또한 어떤 LCP 출발 재료는 특정 조건하에 다른 것보다 우수한 것으로 밝혀졌다.

결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비전도성 충전제 재료로서 RCL-4를 사용하여 추가의 시험을 수행하였다. 하기 표 2의 결과는 조성물 내에 충전제 재료가 단지 존재함으로써 수지에 높은 트랙킹 지수 성능과 난연성뿐만 아니라 탁월한 기계적 특성을 제공함을 나타낸다.

하기 표 3에 나타낸 바와 같이, 매우 적은 양의 Uvitex OB와 같은 휘도 강화제의 존재는 뜻밖에 조성물의 비교 트랙킹 지수 및 난연 성능을 상당히 개선시킨다.

상기 설명으로부터 명백한 바와 같이, 제조된 재료와 수행된 방법은 광범위한 발명 중 단지 구체적인 실시 양태에만 관련된 것이다. 본 발명의 양태를 예시하고 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고도 변경을 가할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이에 한정되는 것으로 의도되지 않는다.

Claims

a) 방향족 폴리에스테르, 폴리(에스테르-아미드), 폴리(에스테르-이미드), 폴리(에스테르-아미드-이미드) 또는 이들의 혼합물인 서모트로픽 (thermotropic) 액정 중합체 성분;

b) 최대 치수가 약 4 ㎛ 미만인 1 종 이상의 비전도성 충전제 성분;

을 주성분으로 하는 액정 중합체 조성물로부터 형성된 성분을 포함하며, 220 볼트 초과의 비교 트랙킹 지수 (CTI) 등급을 가지며, 0.15875 cm (0.0625") 두께에서의 UL-94 시험에서 V-0의 가연성 등급을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 또는 전기 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 액정 중합체 (LCP) 조성물이 T_bp> T_m- 60 ℃ (여기서, T_m은 LCP의 융점임)의 비점을 갖고, 치환된 안트라센, 스틸벤, 트리아진, 티아졸, 벤즈옥사졸, 쿠마린, 크산텐, 트리아졸, 옥사졸, 티오펜 또는 피라졸린으로부터 유도된 하나 이상의 잔기를 갖는 1 종 이상의 형광 광학 휘도 강화제를 a) 및 b)의 총 중량을 기준으로 0.005 중량％ 초과의 양으로 더 포함하는 전자 또는 전기 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 비전도성 충전제가 입경 약 0.1 내지 0.3 ㎛의 클로라이드 가공 루틸형 이산화티탄인 전자 또는 전기 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 비전도성 충전제가 TiO₂함량이 97 ％이고 알루미나 및 유기 물질로 표면 처리되어 있으며 입경이 약 0.1 내지 약 0.3 ㎛인 이산화티탄 안료인 전자 또는 전기 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 서모트로픽 액정 중합체가 i) 히드로퀴논; ii) 4,4'-디히드록시비페닐(4,4'-비페놀); iii) 이소프탈산; iv) 테레프탈산; v) p-히드록시벤조산; vi) 4,4'-디카르복시비페닐 (4,4'-비벤조산); viii) 2,6-나프탈렌디카르복실산; iv) 6-히드록시-2-나프톤산, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 완전 방향족 폴리에스테르인 전자 또는 전기 장치.
a) 방향족 폴리에스테르, 폴리(에스테르-아미드), 폴리(에스테르-이미드), 폴리(에스테르-아미드-이미드) 또는 이들의 혼합물인 서모트로픽 액정 중합체 성분;

b) 최대 치수가 약 4 ㎛ 미만인 1 종 이상의 비전도성 충전제 성분;

을 주성분으로 하는 액정 중합체 조성물로부터 형성된 성분을 포함하며, 220 볼트 초과의 비교 트랙킹 지수 (CTI) 등급을 가지며, 0.15875 cm (0.0625") 두께에서의 UL-94 시험에서 V-0의 가연성 등급을 갖고, 200 볼트 이상의 전압을 전달하는전기 전도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 또는 전기 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 액정 중합체 (LCP) 조성물이 T_bp> T_m- 60 ℃ (여기서, T_m은 LCP의 융점임)의 비점을 갖고, 치환된 안트라센, 스틸벤, 트리아진, 티아졸, 벤즈옥사졸, 쿠마린, 크산텐, 트리아졸, 옥사졸, 티오펜 또는 피라졸린으로부터 유도된 하나 이상의 잔기를 갖는 1 종 이상의 형광 광학 휘도 강화제를 a) 및 b)의 총 중량을 기준으로 0.005 중량％ 초과의 양으로 더 포함하는 전자 또는 전기 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 비전도성 충전제가 입경 약 0.1 내지 0.3 ㎛의 클로라이드 가공 루틸형 이산화티탄인 전자 또는 전기 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 비전도성 충전제가 TiO₂함량이 97 ％이고 알루미나 및 유기 물질로 표면 처리되어 있으며 입경이 약 0.1 내지 약 0.3 ㎛인 이산화티탄 안료인 전자 또는 전기 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 서모트로픽 액정 중합체가 i) 히드로퀴논; ii) 4,4'-디히드록시비페닐(4,4'-비페놀); iii) 이소프탈산; iv) 테레프탈산; v) p-히드록시벤조산; vi) 4,4'-디카르복시비페닐 (4,4'-비벤조산); viii) 2,6-나프탈렌디카르복실산; iv) 6-히드록시-2-나프톤산, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 완전 방향족 폴리에스테르인 전자 또는 전기 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 전압이 약 250 볼트 이상인 전자 또는 전기 장치.
제 6 항에 있어서, 200 볼트 이상을 전달하는 것으로 평가된 전자 또는 전기 장치.
제 6 항에 있어서, 약 250 볼트 이상을 전달하는 것으로 평가된 전자 또는 전기 장치.