KR20030050183A - 충격특성이 향상된 신디오탁틱 폴리스티렌 수지조성물 - Google Patents

충격특성이 향상된 신디오탁틱 폴리스티렌 수지조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명의 신디오탁틱 폴리스티렌 수지 조성물은 (A) 신디오탁틱 폴리스티렌 수지(sPS) 50∼97 중량부, (B) 폴리페닐렌 옥사이드(PPO) 1∼10 중량부, (C) 고무성분의 충격 보강재로서의 수소첨가 스티렌/부타디엔/스티렌 블록 공중합체(hydrogenated-SEBS) 1∼20 중량부, 및 (D) 상용화제로서 반응성이 있는 에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트(EAG) 공중합체 또는 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트(E-GMA) 공중합체 1∼20 중량부로 이루어진다. 상기 PPO(B) 대신에 리액티브 폴리스티렌(RPS)를 사용할 수 있고, PPO를 사용하면서 RPS를 함께 사용할 수도 있다. 상기 충격보강재(C)로 SEBS 대신에 하이드로제네이티드 스티렌-부타디엔-스티렌 말레익 안하이드라이드(SEBS-MA)를 사용할 수도 있다. 상기의 상용화제(D)로서 E-GMA를 사용하는 경우에는 스티렌-부타디엔-에폭시-스티렌(SBS-Epoxy)을 첨가하여 사용할 수도 있다.

Description

충격특성이 향상된 신디오탁틱 폴리스티렌 수지조성물{Syndiotactic Polystyrene Resin Composition with Improved Impact Strength}
발명의 분야
본 발명은 충격특성이 우수한 신디오탁틱 폴리스티렌(syndiotactic polystyrene: sPS) 수지 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 (A) 신디오탁틱 폴리스티렌 수지(sPS)를 주성분으로 하여 (B) 폴리페닐렌 옥사이드(PPO), (C) 고무성분의 충격 보강재, 및 (D) 상용화제로서 반응성이 있는 에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트(EAG) 또는 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트(E-GMA) 공중합체를 포함하는 우수한 충격특성을 나타내는 수지 조성물에 관한 것이다.
발명의 배경
신디오탁틱 폴리스티렌은 결정성을 갖는 폴리스티렌으로서 내열온도가 높고기계적 물성이 높은 반면 충격특성이 낮은 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 고무성분의 충격 보강재 및 각종 상용화제를 도입하여 이를 해결해왔으며, 대표적인 예가 미국특허 제5,777,028호, 제5,760,105호, 제5,654,365호, 제5,543,462호, 제5,270,353호, 제5,391,603호, 제5,352,727호 및 EP 0 978 536 A1 등에 잘 나타나 있다. 이들 특허에 개시된 sPS의 충격특성은 아이조드(Izod) 시험치로 10 ㎏㎝/㎝에서 최대 30 ㎏㎝/㎝ 정도를 나타내고 있으며, 반면에 기계적 물성은 신디오탁틱 폴리스티렌 자체보다 떨어져 굴곡강도 기준으로 20,000∼25,000 ㎏f/㎠ 수준을 나타내고 있다.
sPS 수지의 충격을 보강하는 방법에는 우선 고무성분과 단순 혼련을 통해 탄성을 보완하거나 또는 경직한(rigid) 신디오탁틱 폴리스티렌과 고무성분간의 계면의 성질을 향상시켜 상분리가 되지 않게 하는 두 가지 방법으로 분류할 수 있다. 그러나, 전자보다는 후자의 경우가 가공성형성이나 물성의 재현성을 위해서 바람직한 방법이라 할 수 있다.
내충격성이 우수한 신디오탁틱 폴리스티렌 수지 조성물 개발과 관련해서 본 출원인은 이미 국내특허출원 제99-26623호(1999. 7. 2 출원)로서 출원한 바 있다. 이 국내특허출원에서는 신디오탁틱 폴리스티렌-말레익 안하이드라이드(sPS-MA)와 하이드로제네이티드 스티렌-부타디엔-스티렌 말레익 안하이드라이드(SEBS-MA)를 사용하고 다이아민 컴파운드를 추가하여 주성분이 되는 신디오탁틱 폴리스티렌과 첨가되는 고무성분 모두에 극성을 부여하고, 이를 다이아민 컴파운드로 연결시킴으로써 신디오탁틱 폴리스티렌과 다른 종류의 고분자간의 계면의 성질이 향상되어 충격강도를 올릴 수 있게 하는 방법을 개시하고 있다.
이제까지의 신디오탁틱 폴리스티렌은 결정성을 갖는 폴리스티렌으로서 내열온도가 높고 강성이 높은 반면 충격특성이 낮아 자체 성분으로는 적용 용도를 확대하는 데는 많은 제약이 따른다. 따라서, 이를 보완하기 위해 충격을 강화해줄 수 있는 고무성분을 보강해야 하는 경우가 대부분인데, 본 발명자들은 이러한 충격특성을 보완할 수 있는 상용화 체계에 의한 컴파운딩 기술과 극성 및 반응성이 있는 상용화제의 성분의 최적화된 배합을 통하여 혼련성 향상의 극대화를 이룬 충격특성이 특별히 우수하게 나타나는 조성물을 얻고자 한 것이다. 본 발명은 상기 방법의 고무성분에 신규의 상용화제를 첨가하고 혼련성을 극대화하여 충격특성을 대폭 개선한 sPS 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 충격특성이 우수한 신디오탁틱 폴리스티렌(syndiotactic polystyrene: sPS) 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 신규의 상용화제를 첨가하고 혼련성을 극대화하여 충격특성은 물론 다른 기계적 물성도 우수한 신디오탁틱 폴리스티렌 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
발명의 요약
본 발명의 신디오탁틱 폴리스티렌 수지 조성물은 (A) 신디오탁틱 폴리스티렌 수지(sPS) 50∼97 중량부, (B) 폴리페닐렌 옥사이드(PPO) 1∼10 중량부, (C) 고무성분의 충격 보강재로서의 수소첨가 스티렌/부타디엔/스티렌 블록 공중합체(hydrogenated-SEBS) 1∼20 중량부, 및 (D) 상용화제로서 반응성이 있는 에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트(EAG) 공중합체 또는 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트(E-GMA) 공중합체 1∼20 중량부로 이루어진다.
상기 PPO(B) 대신에 리액티브 폴리스티렌(RPS)을 사용할 수 있고, PPO를 사용하면서 RPS를 함께 사용할 수도 있다.
상기 충격보강재(C)로 SEBS 대신에 하이드로제네이티드 스티렌-부타디엔-스티렌 말레익 안하이드라이드(SEBS-MA)를 사용할 수도 있다.
상기의 상용화제(D)로서 E-GMA를 사용하는 경우에는 스티렌-부타디엔-에폭시-스티렌(SBS-Epoxy)을 첨가하여 사용할 수도 있다. SBS-Epoxy는 상용화제로 사용될 뿐만 아니라 충격보강재로 사용되기 때문에 SBS-Epoxy가 E-GMA와 함께 사용되는 경우에는 고무성분의 충격 보강재를 사용하지 않아도 바람직한 물성을 갖는 sPS 수지 조성물을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 신디오탁틱 폴리스티렌 수지 조성물은 상기 성분 외에도 필요에 따라 기타 첨가제를 적절히 사용할 수 있다.
발명의 구체예에 대한 상세한 설명
신디오탁틱 폴리스티렌을 기본으로 하이드로제네이티드 스티렌-부타디엔-스티렌(SEBS)과 폴리페닐렌 옥사이드(PPO)를 근간으로 이루어진 수지조성물이 충격향상에 효과가 있다는 것은 잘 알려져 있다.
본 발명의 신디오탁틱 폴리스티렌 수지조성물에서는 별도의 함량을 조절하지 않고 충격물성의 극대화를 위하여 상용화제의 공기 중 수분의 영향 등으로 인한 상용성 저하를 최소화하고자 모든 원료를 투입 전 110 ℃에서 2 시간 이상 건조하였으며, 추가적으로 상용성을 극대화할 수 있는 상용화제로 EAG 및 E-GMA를 선정하여 이 성분의 에틸렌 부분과 스티렌-에틸렌 공중합체 고무성분인 SEBS와의 상용성을 극대화하고 이 성분의 나머지 극성기(EAG: 아크릴레이트, E-GMA: 글리시딜 메타크릴레이트)를 활용하여 다른 극성 고분자나 무기물 등과의 혼련성을 유도할 수 있도록 하였다.
이하 본 발명의 수지 조성물의 실시 형태에 대하여 설명한다.
(A) 신디오탁틱 폴리스티렌(sPS)
신디오탁틱 폴리스티렌은 신규의 메탈로센 촉매와 조촉매로 이루어지는 촉매계에서 중합된다. 상기 메탈로센 촉매는 전이금속 화합물의 보조 리간드와 화합물의 작용기가 서로 결합하여 연결된 구조를 가지며, 전이금속 화합물의 종류 또는 2개 이상의 작용기를 갖는 화합물의 종류 및 각각의 반응물의 몰비에 따라 매우 다양한 형태로 존재할 수 있다.
신디오탁틱 구조는 입체화학 구조가 신디오탁틱 구조, 즉 탄소-탄소 결합으로 형성된 주쇄에 대해 측쇄인 페닐기가 교호적으로 반대 방향으로 위치하는 입체구조를 갖는 것이고, 그의 탁틱시티(tacticity)는 동위체 탄소에 의한 핵자기 공명법(13C-NMR)에 의해 정량화 된다.13C-NMR법에 의해 측정된 탁티시티는 연속하는 복수개의 구성단위의 존재비율, 예컨대 두개의 경우는 다이아드, 3개의 경우는 트리아드, 5개의 경우는 펜타드로 표시될 수 있지만, 본 발명에서 말하는 신디오탁틱 폴리스티렌 중합체는 통상적으로 라세미다이아드로 75 % 이상, 바람직하게는 85 % 이상, 혹은 라세미펜타드로 30 % 이상, 바람직하게는 50 % 이상의 신디오탁티시티를 갖는 폴리스티렌을 말한다.
(B) 폴리페닐렌 옥사이드(PPO)(또는 폴리페닐렌 에테르(PPE))
PPO는 신디오탁틱 폴리스티렌과 충격보강재인 고무성분과의 상용성을 증가시키기 위하여 부가한다. PPO는 공지의 화합물로 통상 구리아민착체, 1종 이상의 2 또는 3 치환 페놀의 존재 하에 단독중합체 또는 헤테로중합체를 생성하는 산화커플링 반응에 의해 제조된다. 여기서 구리아민착체는 제1, 제2 및/또는 제3 아민으로부터 유도된 구리아민착체를 사용할 수 있다. PPO의 예로는 폴리(2,3-디메틸-6-에틸-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2-메틸-6-클로로메틸-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2-메틸-6-히드록시에틸-1,4-페렌에테르), 폴리(2-메틸-6-n-부틸-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2-에틸-6-이소프로필-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2-에틸-n-프로필-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2,3,6-트리메틸-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2-에틸(4'-메틸페닐)-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2-브로모-6-페닐-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2-메틸-6-페닐-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2-페닐-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2-클로로-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2-메틸-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2-클로로-6-에틸-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2-클로로-6-브로모-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2,6-디-n-프로필-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2-메틸-6-이소프로필-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2-클로로-6-메틸-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2-메틸-6-에틸-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2,6-디클로로-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2,6-디에틸-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2,6-디브로모-1,4-페닐렌에테르), 폴리(2,6-디클로로-1,4-페닐렌에테르) 등이 있다. 또한, 상기 단독중합체에의 조제에 사용된 것과 같은 페놀화합물의 2종 이상으로부터 유도된 공중합체도 사용 가능하다. 아울러 이들을 무수말레인산, 푸미르산 등을 시작으로 하는 변성제로 변성시킨 것도 이용된다. 이들 중에서 특히 바람직한 것은 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌에테르)이다.
상기 PPO 대신에 리액티브 폴리스티렌(RPS)을 사용할 수 있고, PPO를 사용하면서 RPS를 함께 사용할 수도 있다. RPS는 매트릭스인 신디오탁틱 폴리스티렌의 극성화를 유도할 목적으로 사용한다. 리액티브 폴리스티렌(RPS)의 대표적인 예로 옥사졸린(oxazoline)이 있다.
(C) 수소첨가 스티렌/부타디엔/스티렌 블록 공중합체(SEBS)
수소첨가 스티렌/부타디엔/스티렌 블록 공중합체(SEBS)는 고무성분으로서 신디오탁틱 폴리스티렌의 충격 강도를 증가시키기 위해 부가되는 충격보강재이며, 분자량이 높고 고온(약 300 ℃)에서의 성형성이 뛰어난 제품이 적합하다. 상기 충격보강재(C)로 SEBS 대신에 하이드로제네이티드 스티렌-부타디엔-스티렌 말레익 안하이드라이드(SEBS-MA)를 사용할 수도 있다.
(D) 상용화제
상용화제로서 반응성이 있는 에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트(EAG) 공중합체 또는 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트(E-GMA) 공중합체가 사용된다. 상기의 상용화제(D)로서 E-GMA를 사용하는 경우에는 스티렌-부타디엔-에폭시-스티렌(SBS-Epoxy)을 첨가하여 사용할 수도 있다. SBS-Epoxy는 상용화제로 사용될 뿐만 아니라 충격보강재로 사용되기 때문에 SBS-Epoxy가 E-GMA와 함께 사용되는 경우에는 고무성분의 충격 보강재를 사용하지 않아도 바람직한 물성을 갖는 sPS 수지 조성물을 얻을 수 있다.
에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트(EAG)는 랜덤 터폴리머(ter-polymer)로서 에틸렌 블록은 폴리올레핀과의 친화성이 있고 아크릴릭 에스터는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)와 같은 에스터기가 있는 엔지니어링 플라스틱과의 반응성이 좋고 열적 안정성을 줄 수 있다. 또한, 글리시딜 메타크릴레이트는 카복실기(-COOH), 수산화기(-OH), 아민기(-NH2)와 같은 관능성기와의 반응성이 있는 극성기를 함유하고 있다.
에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트(E-GMA)는 공중합체로서 앞서 설명한 것과 마찬가지로 에틸렌 블록은 폴리올레핀과의 친화성이 있고 글리시딜 메타크릴레이트는 카복실기(-COOH), 수산화기(-OH), 아민기(-NH2)와 같은 관능성기와의 반응성이 있는 극성기를 함유하고 있다.
스티렌-부타디엔-에폭시-스티렌(SBS-Epoxy)은 신디오탁틱 폴리스티렌과 고무성분과의 상용성을 증가시키기 위해서 부가되는 상용화제로서 부타디엔과 에폭시의 반응성을 이용할 수 있는 구조로 되어 있다.
(E) 기타성분
상기 성분 (A)∼(D)를 근간으로 한 수지조성물 또는 (A)를 제외한 나머지 성분들을 대체하는 개념으로 아래의 원료들을 조합하여 수지조성물을 제조할 수 있다.
다이아민 컴파운드 : 극성기를 가지고 있는 상용화제간의 커플링(coupling)반응을 유도하는 매개체이다.
무기충전재 : 섬유상이거나 입상, 분말상이거나 문제시되지 않는다. 섬유상 충전재로는 글라스섬유(Glass Fiber), 탄소섬유, 위스커(Whisker) 등이 권고된다. 형상으로는 클로스터상, 매트상, 집속절단상, 단섬유, 필라멘트상, 위스커 등이 있지만, 접속절단상의 경우 길이가 0.05 내지 50 ㎜이고 섬유경이 5 내지 20 ㎛인 것이 바람직하다. 또한, 이들 충전재로는 표면처리된 것이 바람직하다. 표면처리에이용되는 커플링제는 충전재와 수지와의 접착성을 양호하게 하기 위해 이용되는 것으로, 예컨대 실란계 커플링제, 티탄계 커플링제 등 임의로 선택되어 이용될 수 있다. 한편, 입상, 분말상 충전재로는 예컨대 활석, 카본블랙, 그라파이트, 이산화티탄, 마이카, 실리카, 탄산칼슘, 황산칼슘, 탄산바륨, 탄산마그네슘, 황산마그네슘, 황산바륨, 옥시설페이트, 산화주석, 알루미나, 카올린, 탄화규소, 금속분말, 글라스 파우더, 글라스 플레이크, 글라스 비즈(beads) 등이 적당하다. 상기와 같은 충전재 중에서도 특히 글라스 충전재, 예컨대 글라스 파우더, 글라스 플레이크, 글라스 비즈, 글라스 필라멘트, 글라스 비즈 등이 권고된다.
본 발명의 신디오탁틱 폴리스티렌 수지 조성물은 필요에 따라 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 산화방지제, 핵제, 가소제, 가공조제, 열안정제, 산화방지제, 광안정제, 난연제, 난연조제, 열가소성수지, 염료, 안료, 대전방지제 등의 첨가제를 배합할 수 있다. 또한, 이들 각각에 대해서는 그의 1종만을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
산화방지제 : 인계, 페놀계, 황계 등 공지된 것으로부터 임의로 선택하여 사용할 수 있다.
핵제 : 신디오탁틱 폴리스티렌의 결정화를 촉진하기 위해 핵제를 처방할 수 있다. 핵제로는 알루미늄 디(p-3급-부틸벤조에이트)를 시작으로 하는 카복실산의 금속염, 메틸렌비스(2,4-디-3급-부틸페놀)산 포스페이트 나트륨을 시작으로 하는 인산 금속염, 활석, 프로시아닌 유도체 등 공지된 것으로부터 임의로 선택하여 이용할 수 있다.
가소제 : 폴리에틸렌글리콜, 폴리아미드 올리고머, 에틸렌비스 스테아로아마이드, 프탈산 에스테르, 폴리스티렌 올리고머, 폴리에틸렌왁스, 미네랄 오일, 실리콘 오일 등의 공지된 것으로부터 임의로 선택하여 이용할 수 있다.
이형제 : 폴리에틸렌 왁스, 실리콘 오일, 장쇄 카복실산, 장쇄 카복실산 금속염 등의 공지된 것으로부터 임의로 선택하여 이용할 수 있다.
난연제 및 난연조제 : 난연제로는 규소화 폴리스티렌, 규소화 신디오탁틱 폴리스티렌, 규소화 폴리페닐렌에테르를 시작으로 하는 규소화 중합체, 규소화 디페닐알칸, 규소화 디페닐에테르를 시작으로 하는 규소화 방향족 화합물, 트리크레딜옥스페이트, 트리페닐옥스페이트, 트리스-3-클로로프로필옥스페이트를 시작으로 하는 인계 난연제 등의 공지된 것으로부터 임의로 선택하여 이용할 수 있다. 또한, 드립(drip)방지제로는 테프론 등의 공지된 것으로부터 임의로 선택하여 이용할 수 있다.
열가소성 수지 : 직쇄상 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고압법 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 에틸렌-비닐-아세테이트 공중합체(EVA), 아이소탁틱 폴리프로필렌, 신디오탁틱 폴리프로필렌, 블록 폴리프로필렌, 랜덤 폴리프로필렌, 폴리부텐, 1,2-폴리부타디엔, 환상 폴리올레핀, 폴리-4-메틸 펜텐을 시작으로 하는 폴리올레핀계 수지, 하이임팩폴리스티렌(HIPS) 등 ABS, SMA를 시작으로 하는 폴리스티렌계 수지, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)를 시작으로 하는 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드 6 또는 폴리아미드 6,6을 시작으로 하는 폴리아미드계 수지, 폴리아릴렌설파이드 수지 등의 공지된 것으로부터 임의로 선택하여 이용할 수 있다.
상기 기타 첨가제는 각각의 용도에 따라 선택되며, 이들의 함량도 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.
본 발명의 신디오탁틱 폴리스티렌 수지조성물은 충격물성의 극대화를 위하여 상용화제의 공기 중 수분의 영향 등으로 인한 상용성 저하를 최소화하고자 모든 원료를 투입 전 110 ℃에서 2 시간 이상 건조한다. 본 발명은 신디오탁틱 폴리스티렌의 충격강도를 새로운 상용화 시스템을 적용하여 향상시키며, 또한 이러한 수지 조성물을 기본으로 하여 혼련성의 극대화를 위해 모든 종류의 원료를 혼련전에 110 ℃에서 2 시간 이상 건조하여 투입하였으며, 혼련성의 극대화를 위해 회분식 혼련기인 믹서(독일 HAAKE사 Rheocord 90)를 이용하였다. 기본이 되는 컴파운드의 경우 충격강도를 극대화하여 다른 새로운 컴파운드로의 전개시 기계적 강성 보완이 용이하도록 하여 무기물 충전시 충격강도와 굴곡강성 등의 기계적 물성과 균형된 물성 향상을 이룰 수 있도록 하였다.
본 발명에 의한 스티렌계 수지조성물의 조제방법에 대해서는 특별히 제한되지 않고 공지의 방법에 의해 조제할 수 있다. 예컨대, 상기 성분 및 각종 첨가제를 리본블렌더, 헨셀 믹서, 반베리 믹서, 드럼 텀블러, 단축 스크류 압출기, 이축 스크류 압출기, 동시 혼련기, 다축 스크류 압출기 등을 이용하여 용융함으로써 본 발명의 수지조성물을 수득할 수 있다.
용융수지의 온도는 수지발열을 감안하여 장비의 온도를 240∼265 ℃에서 적정히 유지하고 수지온도가 290 ℃ 이상이 되어 열분해가 일어나지 않도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 하기 실시예에서도 원료 혼합전 배합원료를 모두 110 ℃에서 2 시간 이상의 건조과정을 거쳐 독일 HAAKE사의 회분식 믹서(60 ㏄/batch)를 사용하여 조제하였다.
본 발명의 수지 조성물을 성형하는 방법에 있어서도 특별히 제한되지 않으며 사출, 압출성형 등의 공지된 방법에 의해 성형될 수 있다. 성형시의 가공온도는 수지온도를 기준으로 신디오탁틱 폴리스티렌의 융점 이상으로 하되 너무 높아서 300 ℃ 이상이 되지 않도록 하는 것이 바람직하며, 융점이하로 270 ℃ 이하가 되면 성형품의 표면 외관이 나빠지는 경우가 있고 흐름성 저하로 생산성 저하가 될 수도 있다.
본 발명의 신디오탁틱 폴리스티렌 조성물은 하기의 실시예에 의하여 보다 명확히 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적에 불과하며 발명의 영역을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
하기의 실시예 및 비교실시예의 수지 조성물에 사용된 (A) 신디오탁틱 폴리스티렌(sPS), (B) 폴리페닐렌옥시드(PPO) 또는 RPS, (C) 수소첨가 스티렌/부타디엔/스티렌 블록 공중합체(SEBS) 또는 하이드로제네이티드 스티렌-부타디엔-스티렌 말레익 안하이드라이드(SEBS-MA), (D)에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트(EAG), 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트(E-GMA), 및 스티렌-부타디엔-에폭시-스티렌(SBS-Epoxy), 및 (E) 기타성분의 제조 및 사양은 다음과 같다.
(A) 신디오탁틱 폴리스티렌(sPS)
생성되는 폴리머의 형태(morphology)를 조절하기 위하여 실험실 규모의 유리반응기에서 중합하여 신디오탁티시티(Syndiotacticity)가 97 % 이상인 폴리스티렌을 얻었다(중량평균분자량: 400,000∼600,000, 분자량분포: 2.7).
(B) 폴리페닐렌옥시드(PPO) 또는 리액티브 폴리스티렌(RPS)
PPO로는 일본 아사히사의 상용제품인 P401을 사용하였다. 리액티브 폴리스티렌(RPS: Oxazoline)으로는 일본 Shokubai사의 Epocros 1005 (Oxazoline 5%)를 사용하였다.
(C) 수소첨가 스티렌/부타디엔/스티렌 블록 공중합체(SEBS) 및 SEBS-MA
SEBS로는 쉘(Shell)사의 상용제품인 Kraton G-1651을 사용하였다.
SEBS-MA로는 일본 아사히(Asahi)사의 상용제품인 M-1913을 사용하였다.
(D) 상용화제
에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트(EAG)로 Atofina사 상용화 제품인 Lotader AX-8900(MI: 6, AE함량: 26%, GMA함량: 8%)을 사용하였다. 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트(E-GMA)로는 Atofina사 상용화 제품인 Lotader AX-8840(MI: 5, GMA함량: 8%)을 사용하였다. 스티렌-부타디엔-에폭시-스티렌(SBS-Epoxy)로는 일본 DAICEL Chemical Industries사의 상품명 EPOFRIEND A1020 제품을 사용하였다.
(E) 기타 성분
다이아민 컴파운드로는 일본 동경화성공업주식회사가 제조한 아래 구조식을 갖는 컴파운드를 사용하였다.
에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA)로는 삼성종합화학(주)의 상용화 제품인 E180F를 사용하였다.
직쇄상 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로는 삼성종합화학(주)의 상용화 제품인 B230A를 사용하였다.
직쇄상 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)으로는 삼성종합화학(주)의 상용화 제품인 4220F를 사용하였다.
고압법 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)으로는 삼성종합화학(주)의 상용화 제품인 431G를 사용하였다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로는 (주)삼양사의 상용화 제품인 TRIPET 2550GN45를 사용하였다.
폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)로는 (주)삼양사의 상용화 제품인 TRIBIT 1503S를 사용하였다.
하기 실시예 및 비교실시예의 수지 조성물에 대한 성형은 회분(Batch)반응 형태의 믹서기(독일 Haake사, 50g/1회)를 사용하였으며, 스티렌계 산화방지제(1, 2차) 1%를 첨가하고, 265 ℃에서 50rpm(분당 회전수)으로 6-8 분간 혼련하였으며, 이를 충격강도 시편을 제조할 수 있는 규격(ASTM D-256) 몰드(Mold)에서 290 ℃로 성형시켜 측정 시편을 제조하였다. 제조한 시편의 물성측정은 규격에 의거하여(ASTM D-256) 홈이 파진(Notched) 형태의 아이조드 충격강도(Izod Impact Strength)로 측정하였다. 마찬가지 방법으로 굴곡강도의 시편을 성형하여 물성을 측정하였다.
실시예 1 및 비교실시예 1-7
실시예 1 및 비교실시예 1-7은 기초 실험으로 각 성분의 종류별 물성의 특이점을 파악하고자 원료에 대한 별도의 건조 과정을 거치지 않고 실험하였다. 또한 EAG의 효과가 전혀 없는 것으로 파악되어 EGA의 효율성 증대를 위해서 이후 실험에 대해서는 모든 성분에 대한 컴파운드 제조 전 건조를 실시하기로 하였다. 실시예 1 및 비교실시예 1-7의 조성 및 물성을 하기 표 1에 나타내었다.
실시예1 비교실시예
1 2 3 4 5 6 7
(A)sPS(%) 72 72 80 72 72 80 72 72
(B)(%) PPO 0 0 0 0 4 0 0 4
RPS 8 28 8 8 4 8 8 4
(C)(%)SEBS 12 0 0 0 0 0 0 0
(D)(%)EAG 8 0 0 8 8 0 8 8
(E)(%) PBT 0 0 12 12 12 0 0 0
EVA 0 0 0 0 0 12 12 12
아이조드 충격강도(notched)(㎏㎝/㎝) 3.1 0.81 1.0 1.2 1.6 1.8 3.7 3.1
굴곡강도(flexural Modulus)(㎏f/㎠) 21,200 30,330 34,300 23,980 23,490 26,660 18,470 18,420
실시예 2-3 및 비교실시예 8-14
상기 실시예 1 및 비교실시예 1-7의 결과를 반영하여 모든 성분들에 대한 제조 전에 110 ℃에서 2 시간 이상 건조 후 제조하였으며, 상용화제로 E-GMA를 선정하여 실험하였다. 실시예 2-3 및 비교실시예 8-14의 조성, 작업조건 및 물성을 하기 표 2에 나타내었다.
표 2의 결과에서 보듯이 실시예 2와 3의 경우 현저한 충격강도의 향상이 이루어져 특정 조성과 성분의 조합에서의 고무상용화 효과가 큰 것으로 나타났다. 즉, SEBS와 EAG의 조성으로 약 20 % 정도의 조성을 이루게 되면 고무에 의한 상용화 효과가 극대화되는 것으로 나타났으며, 여타 다른 열가소성 수지에 대해서는 터프닝은 일어나지만 현저한 물성향상은 없었다.
실시예 비교실시예
2 3 8 9 10 11 12 13 14
(A)sPS(%) 72 72 72 72 72 72 72 72 72
(B)(%) PPO 8 8 8 8 8 8 8 8 8
SBS-Epoxy 0 12 0 0 0 0 0 0 0
(C)(%) SEBS 12 0 0 0 0 0 0 0 0
SEBS-MA 0 0 0 0 0 0 8 0 0
(D)(%) E-GMA 8 8 8 8 8 8 8 8 8
(E)(%) PET 0 0 12 0 0 0 0 0 0
PBT 0 0 0 12 0 0 0 0 0
EVA 0 0 0 0 12 0 0 0 0
LDPE 0 0 0 0 0 12 0 0 0
Di-amine 0 0 0 0 0 0 4 0 0
HDPE 0 0 0 0 0 0 0 12 0
LLDPE 0 0 0 0 0 0 0 0 12
부하(Nm)(Torque) Max 25.5 16.3 19.4 12.9 17.6 13.9 21.2 18.6 19.2
Min 5.6 4.2 4.7 4.3 4.2 4.0 4.3 4.0 4.1
수지온도 (℃) 275 277 275 274 276 275 276 277 277
아이조드 충격강도(notched)(㎏㎝/㎝) 75.8 40.9 5.5 4.9 4.7 4.7 9.4 5.9 5.5
굴곡강도(flexural Modulus)(㎏f/㎠) 12,290 12,570 17,450 11,470 14,110 11,030 14,330 14,350 11,840
실시예 4-5 및 비교실시예 15-18
실시예 2-3 및 비교실시예 8-14의 결과로부터 재현성 평가와 E-GMA외에 EAG에 대한 효과도 추가로 검증할 수 있도록 성분을 조정하여 실시하였다. 표 3에서 알 수 있듯이 실시예 5(표 2에서의 실시예 2와 동일조성)에서와 같이 기존 조성과 동일한 실험시에도 충격강도의 향상은 현저한 것으로 나타났으며, EAG를 상용화제로 사용하여도 실시예 4에서 보듯이 E-GMA보다는 효과가 덜 하지만 현저+한 충격물성 향상은 동일하게 이루어짐을 알 수 있었다. 이는 종래의 충격향상 sPS 수지조성물과 비교하여서도 현저한 비교우위를 나타나는 결과를 가져오며, 본 발명에서 EAG또는 E-GMA를 사용시 특정 조성에서는 충격특성이 탁월한 수지조성물을 얻을 수 있음을 확인할 수 있는 것이다.
실시예 비교실시예
4 5 15 16 17 18
(A)sPS(%) 72 72 72 72 72 72
(B)(%) PPO 8 8 14 0 14 0
SBS-Epoxy 0 0 12 0 0 0
(C)(%) SEBS 12 12 0 0 0 14
(D)(%) EAG 8 0 8 8 0 0
E-GMA 0 8 0 0 8 8
(E)(%) LLDPE 0 0 0 12 0 0
PBT 0 0 0 0 12 0
EVA 0 0 0 0 0 12
부하(Nm)(Torque) Max 17.6 25.5 16.3 19.2 19.4 12.9
Min 4.2 5.6 4.2 4.1 4.7 4.3
수지온도(℃) 276 275 277 277 275 274
아이조드 충격강도(notched)(㎏㎝/㎝) 48.0 65.3 6.8 22.3 4.3 16.5
굴곡강도(flexural Modulus)(㎏f/㎠) 11,670 13,000 13,240 7,875 14,230 7,741
본 발명은 신규의 상용화제를 첨가하고 혼련성을 극대화하여 충격특성은 물론 다른 기계적 물성도 우수한 신디오탁틱 폴리스티렌 수지 조성물과 이를 제조하는 방법을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (7)

  1. (A) 신디오탁틱 폴리스티렌 수지(sPS) 50∼97 중량부;
    (B) 폴리페닐렌 옥사이드(PPO) 1∼10 중량부;
    (C) 고무성분의 충격 보강재로서의 수소첨가 스티렌/부타디엔/스티렌 블록 공중합체(hydrogenated-SEBS) 1∼20 중량부; 및
    (D) 상용화제로서 반응성이 있는 에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트(EAG) 공중합체 또는 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트(E-GMA) 공중합체 1∼20 중량부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격특성이 우수한 신디오탁틱 폴리스티렌 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 PPO가 리액티브 폴리스티렌(RPS)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충격특성이 우수한 신디오탁틱 폴리스티렌 수지 조성물.
  3. (A) 신디오탁틱 폴리스티렌 수지(sPS) 50∼97 중량부;
    (B) 리액티브 폴리스티렌(RPS) 1∼10 중량부;
    (C) 고무성분의 충격 보강재로서의 수소첨가 스티렌/부타디엔/스티렌 블록공중합체(hydrogenated-SEBS) 1∼20 중량부; 및
    (D) 상용화제로서 반응성이 있는 에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트(EAG) 공중합체 또는 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트(E-GMA) 공중합체 1∼20 중량부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격특성이 우수한 신디오탁틱 폴리스티렌 수지 조성물.
  4. (A) 신디오탁틱 폴리스티렌 수지(sPS) 50∼97 중량부;
    (B) 폴리페닐렌 옥사이드(PPO) 1∼10 중량부;
    (C) 고무성분의 충격 보강재로서의 하이드로제네이티드 스티렌-부타디엔-스티렌 말레익 안하이드라이드(SEBS-MA) 1∼20 중량부; 및
    (D) 상용화제로서 반응성이 있는 에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트(EAG) 공중합체 또는 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트(E-GMA) 공중합체 1∼20 중량부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격특성이 우수한 신디오탁틱 폴리스티렌 수지 조성물.
  5. (A) 신디오탁틱 폴리스티렌 수지(sPS) 50∼97 중량부;
    (B) 스티렌-부타디엔-에폭시-스티렌(SBS-Epoxy) 1∼20 중량부;
    (C) 고무성분의 충격 보강재로서의 하이드로제네이티드 스티렌-부타디엔-스티렌 말레익 안하이드라이드(SEBS-MA) 1∼20 중량부; 및
    (D) 상용화제로서 반응성이 있는 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트(E-GMA) 공중합체 1∼20 중량부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격특성이 우수한 신디오탁틱 폴리스티렌 수지 조성물.
  6. (A) 신디오탁틱 폴리스티렌 수지(sPS) 50∼97 중량부; (B) 폴리페닐렌 옥사이드(PPO) 1∼10 중량부; (C) 고무성분의 충격 보강재로서의 수소첨가 스티렌/부타디엔/스티렌 블록 공중합체(hydrogenated-SEBS) 1∼20 중량부; 및 (D) 상용화제로서 반응성이 있는 에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트(EAG) 공중합체 또는 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트(E-GMA) 공중합체 1∼20 중량부를 충격물성의 극대화를 위하여 상용화제의 공기중 수분의 영향으로 인한 상용성 저하를 최소화하고자 투입 전 110 ℃에서 2 시간 이상 건조하는 것을 특징으로 하는 충격특성이 우수한 신디오탁틱 폴리스티렌 수지 조성물의 제조방법.
  7. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제5항 또는 제6항에 있어서, 무기충전제, 산화방지제, 핵제, 가소제, 가공조제, 열안정제, 광안정제, 난연제, 난연조제, 염료, 안료, 및/또는 대전방지제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충격특성이 우수한 신디오탁틱 폴리스티렌 수지 조성물.
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