KR20050000633A - 스티렌계 열가소성 수지 조성물 - Google Patents

스티렌계 열가소성 수지 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 스티렌계 열가소성 수지 조성물은 (A) 신디오탁틱 폴리스티렌계 중합체 100 중량부; (B) 스티렌계 고무변성 중합체 0∼30 중량부; 및 (C) 방향족 술폰술폰산의 금속염(metal aromatic sulfonesulfonate) 0.05∼30 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 스티렌계 열가소성 수지 조성물은 선택적으로 무기 충전재(D)를 상기 구성성분 (A)+(B)+(C) 100 중량부에 대하여 100 중량부 이내로 더 포함할 수 있다.

Description

스티렌계 열가소성 수지 조성물{Styrene-containing Thermoplastic Resin Compositions}
발명의 분야
본 발명은 스티렌계 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 신디오탁틱 폴리스티렌계 중합체 및 스티렌계 고무변성 중합체에 방향족 술폰술폰산의 금속염(metal aromatic sulfonesulfonate)을 포함시켜 결정화속도 뿐만 아니라 기계적 물성 및 내열성이 향상된 스티렌계 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.
발명의 배경
일반적으로 신디오탁틱 폴리스티렌계 중합체는 사출성형이 어려운 것으로 알려져 있다. 이는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지, 나일론 수지 등의 결정화 수지에 비하여 결정화 속도가 늦기 때문이다. 신디오탁틱 폴리스티렌계 중합체를 사출 성형하는 경우, 결정화 속도가 낮아 사출사이클 시간이 증가하고, 사출 후 성형물이 휘어지고, 내열성 및 기계적 물성이 감소하고, 금형온도가 높아야 한다는 등의 문제가 있다.
상기 문제를 해결하기 위하여 신디오탁틱 폴리스티렌계 중합체의 결정화 속도의 향상을 위해 많은 연구가 진행되어 왔다. 종래기술로 벤조에이트 화합물, 금속염, 탈크 등을 사용하여 결정화 속도를 향상시키는 기술이 있다. 그러나 탈크와 같은 첨가제는 신디오탁틱 폴리스티렌계 중합체를 분해시키거나 내충격도가 약해지는 문제를 일으킨다.
미국특허 제4,448,913호에서는 폴리알파올레핀과 같은 저분자량 폴리에틸렌을 사용하여 결정화 속도를 증가시키는 방법을 개시하고 있다.
또한, 미국특허 제4,401,792호에서는 폴리에틸렌 아이노머(ionomer)를 사용하여 결정화 속도를 증가시키는 방법을 개시하고 있다. 그러나 상기 폴리알파올레핀이나 아이노머의 경우는 결정화 속도를 향상시키지만 이에 비해 내열성 향상은 크지 않다는 단점이 있다.
따라서 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점들을 극복하기 위하여, 신디오탁틱 폴리스티렌계 중합체 및 스티렌계 고무변성 중합체에 방향족 술폰술폰산의 금속염을 포함시킴으로써, 결정화속도 뿐만 아니라 기계적 물성 및 내열성이 향상된 스티렌계 열가소성 수지 조성물을 제조하기에 이른 것이다.
본 발명의 목적은 수지의 제조시 결정화속도가 향상된 스티렌계 열가소성 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 인장강도, 굴곡강도, 충격강도 등의 기계적 물성이 향상된 스티렌계 열가소성 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 내열성이 향상된 스티렌계 열가소성 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
발명의 요약
본 발명에 따른 스티렌계 열가소성 수지 조성물은 (A) 신디오탁틱 폴리스티렌계 중합체 100 중량부; (B) 스티렌계 고무변성 중합체 0∼30 중량부; 및 (C) 방향족 술폰술폰산의 금속염(metal aromatic sulfonesulfonate) 0.05 ∼ 30 중량부를 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는, 선택적으로 무기 충전재(D)를 상기 구성성분 (A)+(B)+(C) 100 중량부에 대하여 100 중량부 이내로 더 포함할 수 있다.
이하 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.
발명의 구체예에 대한 상세한 설명
본 발명에 따른 스티렌계 열가소성 수지 조성물의 각 성분은 다음과 같다.
(A) 신디오탁틱 구조를 갖는 폴리스티렌계 중합체
본 발명의 신디오탁틱 스티렌계 중합체는 입체구조가 주로 신디오탁틱 구조(주쇄에 대하여 측쇄인 페닐기나 치환 페닐기가 교대로 반대방향으로 위치한 입체구조)를 갖는 스티렌계 수지상 중합체이다. 입체 규칙도(tacticity)는13C-NMR법으로 정량이 가능하다.
본 발명에 사용되는 상기 신디오탁틱 폴리스티렌계 중합체의 예로는 입체 규칙도가 디아드(dyad)의 경우 85 %이상, 펜타드(라세미펜타드)의 경우 35 %이상인 폴리스티렌, 폴리 할로겐화스티렌, 폴리 알콕시스티렌, 폴리 알킬스티렌, 폴리 안식향산 에스테르스티렌 및 이들의 혼합물, 또는 이를 주성분으로 한 공중합체를 들 수 있다.
또한, 상기 신디오탁틱 폴리스티렌계 중합체는 융점이 260∼270 ℃이고, 분자량은 용도에 따라 적절히 정할 수 있다.
(B) 스티렌계 고무변성 중합체
본 발명의 스티렌계 고무변성 중합체는 스티렌 단량체 단위를 함유한 것으로, 스티렌-부타디엔 블록공중합체, 스티렌-부타디엔-에틸렌-스티렌 블록 공중합체, 아크릴산 메틸 부타디엔 스티렌 공중합체, 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체 등을 들 수 있다. 이들은 모두 스티렌 단위를 갖기 때문에 상기 신디오탁틱 폴리스티렌계 중합체(A)에 대해 분산성이 우수하다. 이 중, 스티렌-부타디엔 블록공중합체의 부타디엔 부분의 95%이상을 수소화한 스티렌-부타디엔-에틸렌-스티렌 블록 공중합체는 고온의 공정에 대해 안정성이 있고 장기내열성이 뛰어나기 때문에 가장 바람직하다.
상기 고무변성 중합체의 스티렌부분은 중량 평균 분자량(Mw)이 20,000 이상, 스티렌을 제외한 부분의 중량 평균 분자량이 80,000 이상이어야 한다. 중량 평균 분자량이 그 보다 작을 경우에는 충격보강 효과가 불충분하고, 내열성이 떨어진다.
본 발명에서 고무질 중합체의 함량은 상기 신디오탁틱 폴리스티렌계 중합체(A) 100 중량부에 대하여 0∼30 중량부가 적절하며, 바람직하게는 5∼30 중량부를 사용하고, 더욱 바람직하게는 10∼20 중량부를 사용한다. 30 중량부 이상 사용될 경우, 내열성이 저하되어 고내열을 요구하는 분야에 적용하기 어려운 문제가 있다.
(C) 방향족 술폰술폰산의 금속염
본 발명에 사용된 방향족 술폰술폰산의 금속염은 공지의 화합물로서, 미국특허 제3,948,851호에 그 제조방법 개시되어 있다.
본 발명에 사용된 방향족 술폰술폰산의 금속염은 모노머 형태이거나, 폴리머 형태일 수 있으며, 두 가지의 혼합물일 수도 있다. 금속염은 알칼리금속이나 알칼리토금속 또는 두가지의 혼합물이다. 구체적으로, 소듐, 리튬, 포타슘, 루비듐, 세슘, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스토론튬, 바륨 등의 금속이 포함된다.
모노머 형태의 방향족 술폰술폰산의 금속염은 하기의 화학식1을 가진다.
[화학식1]
상기 식에서 R' 및 R''는 방향족 고리가 1∼2 개인 아릴기 또는 C1-C6의 알킬기로부터 독립적으로 선택되는데, R' 및 R'' 중 하나는 최소한 1 개의 방향족 고리를 포함해야 하고; M은 알칼리금속 또는 알칼리토금속이고; X는 전자흡입성(electron withdrawing) 라디칼이고; l의 범위는 1∼2이고; m의 범위는 1∼6이고; 그리고 n의 범위는 0∼10이다.
상기한 방향족 술폰술폰산의 금속염은 소량을 투입하여도 본 발명에 따른 스티렌계 열가소성 수지의 결정화 속도를 대폭 향상키고, 나아가 제조된 수지 조성물은 기계적 물성이 우수하다. 결정화 속도는 시차주사열량계(DSC: differential scanning calorimetry) 그래프상의 결정화 온도의 변화로 알 수 있는데, 결정화 속도가 증가하면 DSC 그래프상의 결정화 온도가 상승한다. 본 발명에 사용된 방향족 술폰술폰산의 금속염은 결정핵제로 작용하므로 신디오탁틱 폴리스티렌계 중합체의 결정화속도를 증가시키고, 그 결과 DSC 그래프상의 결정화 온도가 상승하게 된다.
방향족 술폰술폰산의 금속염(C)의 함량은 0.05∼30 중량부이며, 바람직하게는 0.1∼5 중량부이고, 더욱 바람직하게는 0.1∼2 중량부이다.
(D) 무기 충전재
본 발명에 사용할 수 있는 무기 충전재는 일반적으로 유리섬유가 많이 사용된다. 유리섬유는 통상의 절단유리섬유(chopped strand)가 사용되며, 수지와의 접착력을 증대시키기 위해 커플링제(coupling agent)를 사용할 수 있다.
기타의 무기 충전재로는 탄소섬유, 세라믹섬유, 붕소섬유, 티탄산칼륨 섬유, 아스베스토스, 탄산칼슘, 규산염, 알루미나, 수산화알루미늄, 활석, 점토, 운모, 유리분말, 유리비이드, 황산바륨, 또는 휘스커 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 무기 충전재는 필요에 따라 선택적으로 사용할 수 있고, 사용할 경우에 그 함량은 상기 구성성분 (A)+(B)+(C) 100 중량부에 대하여 100 중량부 이내로 사용한다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물에는 상기의 성분 외에도 안정제나 산화방지제, 이형제, 적하방지제(anti-dripping agent), 또는 안료 등도 첨가할 수 있다. 이 경우, 첨가제의 함량은 상기 구성성분 (A)+(B)+(C)+(D) 100 중량부에 대하여 0.01∼2 중량부가 바람직하다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
본 발명의 실시예 및 비교실시예에서 사용된 신디오탁틱 구조를 갖는 스티렌계 중합체(A), 스티렌계 고무변성 중합체(B), 방향족 술폰술폰산 금속염(C), 및 무기 충전재(D)의 사양은 다음과 같다.
(A) 신디오탁틱 구조를 갖는 스티렌계 중합체
일본 Idemitsu Pertochemical사의 Zarex 130ZC를 사용하였다.
(B) 스티렌계 고무변성 중합체
한국 shell사의 Kraton G1651을 사용하였다.
(C) 방향족 술폰술폰산의 금속염
Seal Sands Chemicals Ltd.의 Potassium Diphenyl sulphone-3-sulfonate를 사용하였다.
(D) 무기 충전재
한국 상-고방 베트로텍스사의 EC10 3MM 910을 사용하였다.
실시예 1∼6 및 비교실시예 1∼4
실시예 및 비교실시예의 성분 조성을 하기 표1의 조성에 따라 각 구성성분을헨셀 믹서기에서 3∼10 분간 균일하게 혼합한 뒤 이축압출기에 투입하였다. 무기 충전재는 유리섬유를 사용하여 사이드 피더(side feeder)를 이용하여 압출기 중간에 투입하였다. 압출온도는 290 ℃, 회전속도 250 rpm에서 압출하여 펠렛을 제조하였다.
제조된 펠렛은 10 Oz 사출기에서 사출온도 290 ℃, 금형온도 80 ℃로 하여 물성시편을 제조한 뒤, 23 ℃ 및 상대습도 50 %의 조건 하에서 40시간 동안 방치한 뒤 ASTM 방법에 따라 물성을 측정하였다.
각 실시예 및 비교실시예에 의해 성형된 시편에 대하여 하기의 방법으로 물성을 측정하였으며, 그 측정결과는 표2에 나타내었다.
(1) 인장강도: ASTM D-638에 따라 인장강도를 측정하였으며, 단위는 kgf/cm2이다.
(2) 굴곡강도: 굴곡강도는 ASTM D-790에 따라 측정하였으며, 단위는 kgf/cm2이다.
(3) Izod 충격강도: ASTM D-256에 따라 아이조드 노치 충격강도를 측정하였으며, 단위는 kgf·cm/cm이다.
(4) 내열도: 내열도는 ASTM D-648에 따라 각각 측정하였으며 단위는 ℃이다.
(5) 결정화 온도: 결정화 온도는 DSC로 측정하였으며, 단위는 ℃이다.
상기 표2에 나타난 바와 같이, 방향족 술폰술폰산 금속염(C)을 첨가한 실시예와 그렇지 않은 비교실시예를 대비해 보았을 때, 결정화 온도가 상승함으로써 결정화 속도가 증가하였음을 알 수 있다. 뿐만 아니라, 큰 폭의 내열도 향상과 함께 우수한 인장강도, 굴곡강도, 및 충격강도가 확보됨을 알 수 있다.
본 발명은 결정화속도가 향상될 뿐만 아니라, 굴곡강도, 충격강도 등의 기계적 물성 및 내열성이 향상된 스티렌계 열가소성 수지 조성물을 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (5)

  1. (A) 신디오탁틱 폴리스티렌계 중합체 100 중량부;
    (B) 스티렌계 고무변성 중합체 0∼30 중량부; 및
    (C) 방향족 술폰술폰산의 금속염(metal aromatic sulfonesulfonate) 0.05 ∼ 30 중량부;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스티렌계 열가소성 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방향족 술폰술폰산의 금속염(C)은 하기의 화학식1로 표시되는 방향족 술폰술폰산의 금속염인 것을 특징으로 하는 스티렌계 열가소성 수지 조성물.
    [화학식1]
    상기 식에서 R' 및 R''는 방향족 고리가 1∼2 개인 아릴기 또는 C1-C6의 알킬기로부터 독립적으로 선택되는데, R' 및 R'' 중 하나는 최소한 1 개의 방향족 고리를 포함해야 하고; M은 알칼리금속 또는 알칼리토금속이고; X는 전자흡입성(electron withdrawing) 라디칼이고; l의 범위는 1∼2이고; m의 범위는1∼6이고; 그리고 n의 범위는 0∼10이다.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수지 조성물은 무기 충전재(D)를 상기 구성성분 (A)+(B)+(C) 100 중량부에 대하여 100 중량부 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스티렌계 열가소성 수지 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 무기 충전재는 유리섬유, 탄소섬유, 세라믹섬유, 붕소섬유, 티탄산칼륨 섬유, 아스베스토스, 탄산칼슘, 규산염, 알루미나, 수산화알루미늄, 활석, 점토, 운모, 유리분말, 유리비이드, 황산바륨, 및 휘스커로 이루어지는 군으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 스티렌계 열가소성 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수지 조성물은 염료, 안료, 난연제, 충전재, 열안정제, 광안정제, 활제, 항균제, 이형제, 적하 방지제 또는 핵제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스티렌계 열가소성 수지 조성물.
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WO2009151237A3 (ko) * 2008-06-12 2010-03-11 삼진폴리텍 주식회사 폴리스티렌 발포 트레이용 흡수성 마스터 배치 칩 조성물

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