KR20050097502A - 미리-박리된 나노클레이 기초 조성물 및 이들의 용도 - Google Patents

미리-박리된 나노클레이 기초 조성물 및 이들의 용도 Download PDF

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Abstract

본원 발명은 팽윤성 무기 층상 물질(inorganic layered material)에 기초된 적어도 하나의 나노클레이(nanoclay)를 함유하는 조성물, 특히 분말의 마스터 배취(batch)에 관련된다. 나노클레이는 6-32개의 탄소 원자를 가지는 하나 이상의 지방족 또는 고리형 라디칼을 포함하는 하나 이상의 비-음이온성 유기 성분 및 하나 이상의 실옥산 성분에 의하여 변형된다. 분말의 마스터 배취는 폴리머 분말과 함께 균질의 혼합물을 제조할 수 있으며, 그렇게 사용될 수 있다. 폴리머 마스터 배취는 또한 분말의 마스터 배취를 담체 폴리머로 합성함에 의하여 제조될 수 있다. 분말 마스터 배취 또는 폴리머 마스터 배취는 폴리머 조성물의 다양한 유형에서 충전 물질 또는 충전 물질 시스템으로 사용될 수 있다.

Description

미리-박리된 나노클레이 기초 조성물 및 이들의 용도{COMPOSITION BASED ON PRE-EXFOLIATED NANOCLAY AND USE THEREOF}
본원 발명은 조성물, 특히 유기적으로 층간 삽입된 나노클레이에 기초된 마스터배치, 이러한 마스터배치의 독창적인 용도, 및 마스터배취의 제조 공정에 관련된다.
일반적으로 플라스틱의 성질 또는 폴리머 물질의 성질은 충전제로서의 나노클레이에 의하여 개선될 수 있음이 상당히 오랫동안 알려져 왔다. 여기서 이러한 나노클레이의 중요한 공급원(source)은 물-팽윤성(water-swellable) 천연 또는 합성 파일로실리케이트이다. 물에서의 팽윤은 나노층상형태(nanolamellae)을 방출하여, 그리하여 진정의 망상조직을 제공한다. 일반적으로 폴리머 또는 긴-사슬 이온, 또는 다른 하전된 입자들을 중간체 층으로 침투시킬 수 있으며, 이러한 공정을 층간 삽입(intercalate)이라고 정의한다.
생성된 층간 삽입된 나노클레이가 산업적으로 사용될 수 있게 하기 위하여, 나노클레이를 추가적인 팽윤제(swelling agent)를 사용하여 박리시켜야만 한다. 파일로실리케이트 내부의 처음의 밀접-범위 정렬은 이러한 박리 공정에서 사라진다. 예컨대, 이러한 유형의 파일로실리케이트의 예로서 몬트모릴로나이트와 같은 완전히 박리된 스멕타이트(smectite)는 약 1nm의 직경, 약 100nm의 폭, 500 내지 1000nm의 길이의 층에 의하여 수득된 최고 1000의 매우 높은 종횡비(aspect ratio)를 가진 입자 크기를 형성할 수 있다.
이러한 적용에 있어서, 나노클레이라는 용어는 언제나 유기적으로 층간 삽입된 파일로실리케이트(층상 실리케이트)를 의미하는 것으로 이해된다. 이는 본 분야에서 일반적으로 사용되는 층간 삽입에 해당한다. 이러한 나노클레이들은 상업적으로 입수가능하다. "나노필(nanofil)"이라는 명칭은 몬트모릴로나이트-기초 나노클레이를 판매하기 위하여 쥐드케미 아게(Suedchemie AG)사가 사용한다. 실례는 "나노필 15" 및 "나노필 5"인데, 이들은 디스테아로일디메틸암모늄 클로라이드로 유기적으로 층간 삽입되어 있다. "EA 108"이라는 이름을 가진 미국 엘리멘티스 코오퍼레이션(Elementis Corp.)사의 제품은 헥토라이트에 기초된다.
플라스틱-가공 산업에서 이러한 나노클레이의 사용에 관한 문제는 천연 또는 합성 파일로실리케이트가 소수성 플라스틱으로 가공될 수 있도록 먼저 친유기적으로 만들어져야 한다는 것이다. 양이온 교환은 파일로실리케이트의 이러한 친유기적 변형에 있어 중요한 공정으로서 중요성을 가진다. 양이온 교환은 암모늄 계면활성제, 또는 포스포늄 계면활성제, 또는 설포늄 계면활성제에 기초된 양이온성 계면활성제를 가진 수성 상(phase)에서 이루어진다. 또다른 공지된 공정은 산 활성화(acid activation)이다.
나노클레이는 할로겐-없는 난연제(flame retardant)에서 첨가제로서 중요하게 되었다. 예를 들어, DE-A-199 21 472는 할로겐 없는 충전제로서 열가소성 폴리머 또는 가교결합 가능한 폴리머, 수산화 마그네슘, 수산화 칼슘, 수산화 아연, 및/또는 수산화 알루미늄 및/또는 이들의 이중 수산화물 및 또한 팽윤성 스멕타이트에 기초하여 유기적으로 층간 삽입된 파일로실리케이트를 포함하는 난연제 폴리머 조성물을 개시한다.
US 6,380,295 B1은 스멕타이트 클레이, 4차 암모늄 화합물, 및 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리에폭사이드, 및 폴리올레핀의 그룹에서 선택된 하나 이상의 비-음이온성 폴리머의 층간 삽입 및 반응을 통해 제조된 이온-교환된 반응 산물을 설명하고 청구한다.
나노클레이는 할로겐-없는 난연제에서 첨가제로서 사용함이 바람직한데, 이는 나노클레이가 폴리머의 연소 동안 안정한 껍질층의 형성을 촉진하기 때문이다. 이러한 껍질층의 형성은 폴리머의 추가적인 점화(ignition), 연소하는 폴리머로부터 물질의 떨어짐 또는 붕괴(collapse)를 저해한다.
만약 나노클레이 충전제가 할로겐-없는 난연제의 활성을 개선하고자 한다면, 이들이 도입되는 폴리머 내부에서 박리되어야만 한다. 그러나 이러한 목적에 필요한 팽윤제가 존재할 때, 특히 유기 용제가 사용될 때, 합성 공정 동안 공정 기술의 문제점들은 선행 기술에 알려져 있었다. 또한 지금까지는 기능성 실란(functionalized silane)과 같은 전통적인 커플링제(coupling agent)를 사용하는 것이 불가능하였다.
최종 폴리머에서, 지금까지 관찰된 바람직하지 않은 인자(factor)는 나노클레이 충전제의 사용이 폴리머 조성물의 기계적 특성 및 압출성(extrudability)을 상당히 손상시킨다는 것이다. 나노클레이 충전제는 각각의 폴리머 조성물로 편입되는 동안 문제점을 가진다. 왜냐하면 나노클레이 충전제의 박리가 어렵기 때문에, 지금까지는 나노클레이 충전제가 전체적인 폴리머 조성물에 걸쳐 균일하게 분산되는 것이 어려웠다. 지금까지 이러한 및 이들의 높은 비용은 이들의 적용 분야를 제한하여왔다. 추가적인 문제점들이 전기 분야에서 발생한다. 특히 소금물에서, 300 V를 사용한 이틀 이상의 담금(immersion) 테스트는 아크(arcing)에 의하여 폴리머의 파손을 일으켰다.
이러한 배경에 대하여, 본원 발명의 기본이 되는 목적은, 폴리머 물질의 성질, 특히 미리-박리 및 원하는 폴리머로 편입된 후의 박리를 각각 개선시키기 위하여, 및 나노클레이 충전제의 용도를 새로운 적용 분야에 도입하기 위하여, 이들의 사용에 대하여 발생되어야 하는 비용을 줄여 비용-효율성을 증가시킨 반면에, 다양한 폴리머 물질에서 균일하게 분산될 수 있는 나노클레이 충전제를 제공하는 것이었다.
이러한 목적은 청구항 1항의 조성물에 의하여 달성된다. 그러므로 본원 발명은 하나 이상의 실옥산 성분(A) 및 6 내지 32개의 탄소 원자를 가진 하나 이상의 지방족 또는 고리형 라디칼을 가지는 하나 이상의 비-음이온성 유기 성분(B)으로 변형되고, 팽윤성 무기 층상 물질에 기초된 하나 이상의 나노클레이를 포함하는 조성물, 특히 고운가루(pulverulent)(분말)의 마스터배취를 제공한다.
마스터배취(masterbatch)라는 용어는 원래 화학에서 공지이며, 생산 공정 또는 공정 연쇄에서 처음에 제조되어 사용되는 예비혼합물에 대한 명칭이다. 본원 발명의 목적을 위하여, 만약 고운가루의 마스터배취가 성질을 변형시키기 위한 충전제로서, 플라스틱 일 수도 있는 폴리머 또는 폴리머 조성물에서 미리 제조된 유닛의 형태로 처음 제조되어 사용된다면, 선행 기술로부터 공지된 결점들은 제거될 수 있다.
마스터배취에 존재하는 나노클레이의 평균 입자 크기는 0.1 내지 1000 ㎛, 바람직하게는 0.1 내지 100 ㎛, 특히 바람직하게는 1 내지 15 ㎛, 매우 특히 바람직하게는 2 내지 10 ㎛이다.
나노클레이는 가루로 된 나노클레이를 포함할 수 있거나 완전히 가루로 될 수 있다. 그라인딩(grinding)은 본래 높은 작업처리량을 허용하며 가루로 된 나노클레이를 높은 수득률로 제공하는 공지된 공정이다. 그라인딩 공정 그 자체에 대하여 어떠한 특정한 요구사항도 주어질 필요가 없다. 그라인딩 공정은 제트 밀(jet mill) 또는 볼밀(ball mill)에 의하여 대체될 수 있으나, 특히 진동형 밀(vibratory mill), 롤형 밀(roll mill), 충격형 밀(impact mill), 마찰식 밀(attrition mill), 또는 핀드 디스크 밀(pinnde disk mill)에 의하여 대체될 수 있다.
평균 입자 크기가 상업적으로 입수가능한 나노클레이의 입자 크기 이하로 감소되어 가루로 된 나노클레이는, 생성물이 폴리머 조성물에서 난연제로서 사용하기 위하여 할로겐-없는 충전제와 함께 사용하는 마스터배취의 제조일 때, 특히 매우 유리하다. 매우 놀랍게도, 비록 이 때 나노클레이가 원하는 작용을 할 수 없게 되는 평균 입자 크기로 감소된다 하더라도, 그럼에도 불구하고 이러한 유형의 마스터배취의 사용은 폴리머 조성물의 기계적 성질 뿐만 아니라 폴리머 조성물의 가공 성질도 상당히 개선시킴이 발견된다.
이러한 기계적 성질 및 가공 성질의 개선은 동일한 기계적 성질 및 동일한 가공 품질을 위하여, 난연제, 바람직하게는 할로겐-없는 충전제를 가진 폴리머 조성물의 더 높은 부하(loading)를 가능하게 한다.
그러나, 반면에, 난연제 충전제를 가진 더 낮은 부하는 추가적으로 폴리머 조성물의 난연성을 동시에 손상시키지 않고 기계적 성질 및 가공 품질을 개선하기에 바람직할 수 있다. 더 상세한 사항은 폴리머 또는 폴리머 조성물에 난연성을 제공하기 위한 본원 발명의 고운가루의 마스터배취의 용도에 대한 이하의 다음 단계에서 제공될 것이다.
무기 층상 물질은 바람직하게는 천연 또는 합성 파일로실리케이트에서 선택되었다. 특히 언급될 수 있는 이러한 유형의 파일로실리케이트는 몬트모릴로나이트, 헥토라이트, 사포나이트, 및 베이델라이트 중에서도 스멕타이트이다. 벤토나이트 역시 사용될 수 있다.
유기적 층간 삽입 공정에 적합한 화합물은 당해 기술의 당업자에게 잘 알려져 있다. 특히 4차 오늄 화합물, 바람직하게는 4차 암모늄 화합물이 사용될 수 있다. 또한 적합한 화합물은 양성자화 아민, 유기 포스포늄 이온, 및/또는 아미노카르복실릭 애시드를 포함한다.
어떠한 올리고머성(IUPAC 가이드라인에 따름) 또는 폴리머성 실옥산 또는 실옥산 유도체라도 실옥산 성분으로 사용될 수 있다. 여기의 실옥산 유도체는 바람직하게는 Si 원자의 CH3 부수 작용기 중 하나 이상이 그 밖의 다른 작용기 그룹에 의해 대체된 것들이다. 일반적으로 적합한 실옥산 유도체 그룹에 대한 각각의 화합물의 예는 실시예에서 언급된다. 제한없이, 올리고알킬실옥산, 폴리디알킬실옥산, 폴리알킬아릴실옥산, 폴리디아릴실옥산, 또는 이들 중 원하는 혼합물이 특히 바람직하며, 언급된 상기 실옥산 유도체는 수화가능한 실란을 제외하고, 하나 이상의 반응성 그룹에 의하여 특히 바람직하게 기능성화 되어 있다.
6 내지 32개의 탄소 원자, 바람직하게는 8 내지 22개의 탄소 원자, 특히 10 내지 18개의 탄소 원자를 가지는 하나 이상의 지방족 또는 고리형 라디칼을 가진 하나 이상의 비-음이온성 유기 성분은 바람직하게는 이하의 물질 분류 중 하나의 지방산 유도체이다:
1. 특히 C6 - C22 라디칼을 가지는 1차 및 2차 알콜 모두를 포함하는 포화 또는 불포화된 지방 알코올;
2. 지방 알데히드, 지방 케톤
여기서 R 및 R1, 및/또는 R2는 각각 6 내지 32개의 탄소 원자를 가진 라디칼이다;
3. 지방산 알코올 폴리글리콜 에테르
R-(O-CH2-CH2)-OH
여기서 R은 6 내지 32개의 탄소 원자를 가지는 라디칼이다;
4. 지방 아민
R-NH2, R1-NH-R2, R-N(CH3)2
여기서 R 및, R1 및/또는 R2는 각각 6 내지 32개의 탄소 원자를 가지는 라디칼이다;
5. 모노-, 디-, 및 트리글리세라이드 에스테르
여기서 R1, R2, 및 R3로부터의 하나의 라디칼은 또한 6개보다 더 적은 탄소 원자를 가질 수 있음이 바람직하다.
6. 지방산 알칸올아미드
여기서 R1 및 R2는 6개 내지 32개의 탄소 원자를 가지는 라디칼이고, n은 1 내지 6인 것이 바람직하다;
7. 지방산 아미드
여기서 R은 6 내지 32개의 탄소 원자를 가지는 라디칼이다;
8. 지방산의 알킬 에스테르
9. 지방산 글루카마이드
여기서 R1 및 R2는 6 내지 32개의 탄소 원자를 가지는 라디칼인 것이 바람직하다;
10. 왁스
11. 디카르복실릭 에스테르
여기서 R1 및 R2는 6 내지 32개의 탄소 원자를 가지는 지방족 라디칼이며, n은 1 내지 6이다;
12. 물에 불용성인 지방산 비누 (이들은 2가 금속을 가진 긴-사슬 카르복실릭 애시드의 염이다)
여기서, 하나 이상의 R은 6 내지 32 개의 탄소 원자를 가지며 MeⅡ는 2가 금속이다;
13. 몬탄 왁스 (이들은 이들의 사슬 길이가 C26 내지 C32인 왁스이다);
14. 파라핀 및 PE 왁스.
지방 알코올, 지방 아민, 트리글리세라이드 에스테르, 지방산의 알킬 에스테르, 및 왁스가 특히 바람직하다. 일반적으로 적합한 물질 그룹으로부터의 개별적인 화합물의 예는 실시예에 언급되어 있다.
또한 발명 마스터배취 또는 발명 조성물은 발명 첨가제 혼합물, 예컨대 안정화제, 유동 보조제(flow aids), Sipernat 22 S 또는 Aerosil R 972 (Degussa, 독일) 등의 실리카와 같은 항-점결제(anti-caking agent)의 작용에 유해하지 않는 한 다른 성분을 포함할 수 있다.
놀랍게도, 본원 발명을 위하여, 여기 설명된 바와 같은 하나 이상의 올리고머성 또는 폴리머성 실옥산 성분 및 6 내지 32개의 탄소 원자를 가진 하나 이상의 지방족 또는 고리형 라디칼을 가진 하나 이상의 비-음이온성 유기 성분, 특히 여기서 설명된 바와 같은 비-음이온성 지방산 유도체로 구성된 조합은 나노클레이를 미리-박리시키는 동안 상승적이며, 특히 유리한 일치된 작용(concerted action)을 가질 수 있다. 예를 들어, 실옥산 성분(A)만을 통한 나노클레이의 변형은 중요한 층-분리 증가 및 미리-박리를 일으키지 않는다. 폴리프로필렌과 같은 원하는 플라스틱 매트릭스로 후속적으로 편입되는 동안 어떠한 박리도 일어나지 않는다; X-선 회절분석법에서, 유기친화된(organophilicized) 나노클레이의 001 피크는 여전히 명확하게 보이며, 층 분리가 측정될 수 있다. 또한 비-음이온성 성분(B)만을 통하여 나노클레이가 변형되는 동안 동일한 결과가 발견된다. 비록 특정한 층-분리 증가가 X-선 회절분석법에서 식별될 수 있지만, 유기친화된 나노클레이의 001 피크는 플라스틱 매트릭스로 후속적으로 편입된 후 X-선 회절분석법에서 여전히 명확하게 보이며, 층 분리가 측정될 수 있다. 그러므로 플라스틱 내부에서 어떠한 개별적인 층 박리도 일어나지 않는다. 이와 대조적으로, 나노클레이가 여기서 설명된 바와 같이, 상기 정의된 하나 이상의 실옥산 성분(A) 및 하나 이상의 비-음이온성 유기 성분으로 구성된 발명의 조합으로 변형될 때, 특히 유리하게 미리-박리되며, 플라스틱 매트릭스로 후속적으로 편입된 후에 실질적으로 완전한 갈라짐(delamination) 또는 박리가 달성된다; 유기친화된 나노클레이의 001 피크는 실질적으로 보이지 않게 되었다.
또한 본원 발명은 6 내지 32개의 탄소 원자를 가진 하나 이상의 지방족 또는 고리형 라디칼을 가지는 음이온성 유기 성분을 사용할 수 있지만, 비-음이온성 성분의 사용이 특히 바람직한데, 이는 발명의 조성물은 특히 유리한 제품 성질을 가지기 때문이다.
여기서 언급된 성분(A) 및 (B) 모두는 놀랍게도 나노클레이의 박리의 우수한 개선을 위하여 작용하며, 또한 여기 언급된 성분은 일반적으로 사용되는 층간 삽입제와 가장 우수하며 화학적으로 양립가능함에도 불구하고 값이 싼 특수한 이점을 가진다.
이러한 성분 (A) 및 (B)의 한 가지 특수한 이점은 가루로 된 나노클레이와의 조합에서 얻어지는데, 가루로 된 나노클레이는 미세한-입자 분말이며, 미세한 먼지를 형성할 수 있어, 폭발 위험의 잠재적 공급원을 대표한다. 상술된 첨가제 중 하나 또는 원하는 상술된 첨가제의 혼합물이 사용될 때, 이러한 문제는 상당히 완화되거나 제거될 수 있다.
10 내지 13개의 탄소 원자를 가지는 지방산으로부터 유도된 지방산 유도체가 바람직하다. 여기서는 특히 라우릭 애시드, 팔미틱 애시드, 스테아릭 애시드, 올레익 애시드, 리놀레익 애시드, 카프로익 애시드, 및 카스터 오일이 언급된다. 지방산 유도체, 특히 이러한 그룹의 상술한 대표예들은 많은 양으로 용이하게 수득될 수 있고 동시에 값이 싼 이점을 가지며, 다음으로는 대량의 산업 규모에서 안전한 조작을 가능하게 한다. 지방산 유도체는 수소화된 유도체, 알코올 유도체, 아민 유도체, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이들은 또한 폴리머성 지방산, 케토 지방산, 지방산 알킬옥사졸린 및 지방산 알킬비스옥사졸린 또는 이들의 혼합물의 그룹으로부터 유도될 수 있다. 불포화 지방산 중에서, 특히 모노- 또는 폴리불포화된 수산화 지방산이 언급될 수 있다.
또한 발명의 조성물은 에틸렌-프로필렌 코폴리머(EPM), 에틸렌-프로필렌 터폴리머(EPDM), 열가소성 엘라스토머, 커플링제, 가교결합제, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 언급된 커플링제는 기능성 실란이다. 바람직하게는 EPM 및/또는 EPDM은 20000 미만의 평균 분자량을 가진다. EPM 및/또는 EPDM 내의 프로필렌에 대한 에틸렌의 비율은 40:60 내지 60:40 일 수 있다.
놀랍게도, 만약 건조한, 고운가루의 나노클레이가 본원 발명의 조성물/마스터배취의 제조에 출발 물질로서 사용되고, 이 때 나노클레이가 미리-박리 첨가제 또는 첨가제 혼합물에 의하여 건조 공정에서 변형된다면, 가장 우수한 제품 성질이 달성됨을 발견하였다. 이러한 공정에서, 나노클레이는 건조 첨가제 또는 첨가제 혼합물에 의하여 코팅되며, 여기서는 특히 높은 회전 속도의 전통적인 건조 믹서가 사용될 수도 있다. 여기서 "건조"라 함은 고운가루가 아닌 또는 반죽같은(압출가능한) 덩어리, 또는 슬러리 또는 현탁액의 반대의 의미이다. 그러므로 본원 발명의 나노클레이의 변형은 바람직하게는 표면 변형 공정 또는 표면 코팅 공정이다.
본원 발명의 한 실시예에서, 실직적으로 미리-박리된 나노클레이의 균질한 혼합물의 형태인 고운가루의 마스터배취는 폴리머 분말과 실질적으로 균질하게 혼합될 수 있었다. 예를 들어, 폴리머 분말이 상승된 온도에서 저장될 때, 폴리머 분말은 주로 분말 마스터배취의 점결(caking)을 저해하고자 한다. 이는 최종 분말 마스터배취의 자유-유동성(free-flowability)의 개선에 결정적으로 기여한다. 사용되는 각각의 폴리머 분말에 대한 적합한 선택 기준은 본질적으로 의도적으로 추가 사용하는 분말 마스터배취와의 양립가능성이다. 언급되어야 하는 적합한 폴리머 분말의 예는 폴리에틸렌-에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(EVA), 에틸렌-에틸 아크릴레이트 코폴리머(EEA), 에틸렌-메틸 아크릴레이트 코폴리머(EMA), 에틸렌-부틸 아크릴레이트 코폴리머(EBA), 이들의 말레익-안하이드라이드-(MAH)-변형된 유도체, 아이오노머(ionomer), 스티렌-엘라스토머 시스템, 에테르-에스테르 블록 코폴리머, 폴리에테르-폴리아미드 블록 코폴리머(PEBA), 열가소성 폴리머의 혼합물, 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머, 열가소성 실리콘 고무, 또는 언급된 폴리머의 혼합물 등이다. 이러한 혼합물로 언급될 수 있는 예는 EVA/SAN, EVA/PA11, EVA/PS, 및 또한 PVDF/EVA 이다. 후자는 듀퐁(DePont)사의 ALCRYN으로서 상업적으로 입수가능하다.
또한 본원 발명의 목적은 본원 발명의 한 실시예에서의 고운가루의 마스터배취를 미리 결정된 담체 폴리머와 함께 합성함으로써 수득된 폴리머 마스터배취를 통하여 달성된다.
이러한 목적에 적합한 담체 폴리머는 폴리에틸렌-에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(EVA), 에틸렌-에틸 아크릴레이트 코폴리머(EMA), 에틸렌-부틸 아크릴레이트 코폴리머(EBA), 이들의 말레익-안하이드라이드-(MAH)-변형된 유도체, 아이오노머, 스티렌-엘라스토머 시스템, 에테르-에스테르 블록 코폴리머, 폴리에테르-폴리아미드 블록 코폴리머(PEBA), 열가소성 폴리머의 혼합물, 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머, 열가소성 실리콘 고무, 또는 언급된 폴리머의 혼합물을 포함한다. 이러한 혼합물로 언급될 수 있는 예는 EVA/SAN, EVA/PA11, EVA/PS, 및 또한 PVDF/EVA이다. 후자는 듀퐁사의 ALCRYN으로서 상업적으로 입수가능하다.
유리하고, 산업적 적용을 단순화시키는 사실은, 분말 마스터배취로 실질적으로 균질한 혼합물을 형성하기 위한 폴리머 분말로서, 그리고 폴리머 마스터배취를 형성하기 위한 담체 폴리머로서 동일한 출발 물질이 적합하다는 것이다. 그 결과 보다 단순한 산업적 조작이 가능할 뿐만 아니라 양립가능성의 문제도 피할 수 있다.
폴리머 마스터배취 내의 담체 폴리머의 비율은 10 내지 90 중량%, 바람직하게는 40 내지 70 중량%이다. 펠렛 형태(pellet)의 폴리머 마스터 배취를 사용하는 것이 유리함이 증명되었다.
본원 발명의 분말 마스터배취 또는 폴리머 마스터배취는, 만약 언급된 한 실시예에서 적절하다면, 폴리머, 폴리머 조성물, 또는 일반적으로 플라스틱에서 나노충전제로서 폭넓은 다양한 용도로 편입될 수 있다. 또한 이는 미리 전통적인 충전제의 함량을 감소시키기 위한 및 일반적으로 생성된 폴리머 또는 폴리머 조성물의 성질 측면을 개선시키기 위한 이미 공지된 충전제 시스템으로의 추가적인 용도를 포함한다.
여기서 중요한 분야는 할로겐-없는 난연제에서의 사용이다. 난연제에서 실질적으로 사용된 할로겐-없는 충전제는 수산화 알루미늄, 산화 알루미늄 수화물(뵈마이트), 수산화 마그네슘, 산화 마그네슘, 브루사이트, 탄산 마그네슘, 하이드로마그네사이트, 훈타이트, 보크사이트, 탄산 칼슘, 활석, 유리 분말, 멜라민 이소시아뉴레이트, 이들의 유도체 및 제조, 보레이트, 스탄네이트, 및 하이드록시스탄네이트, 인산, 또는 이들의 원하는 혼합물이다. 사용된 할로겐-없는 충전제와, 할로겐-없는 난연제를 생성하기 위하여 이러한 충전제들이 편입되는 폴리머 또는 폴리머 조성물 사이의 양립가능성을 확보하기 위하여, 선행 기술은 할로겐-없는 충전제, 특히 여기서는 수산화 알루미늄 및 수산화 마그네슘으로 언급된 충전제가 표면-변형 되어있을 것을 미리 필요로 하였다. 이것은 원하는 수준의 기계적 및/또는 전기적 성질을 수득하는 유일한 방법이었다. 놀랍게도 그리고 유리하게도, 만약 언급된 할로겐-없는 충전제가 본원 발명의 마스터배취와 함께 사용된다면, 이제 할로겐-없는 충전제의 이전의 전통적인 표면-변형은 필요하지 않다.
언급된 할로겐-없는 충전제에 관하여 제공되어야 하는 추가적인 정보는 특히 여기서 수산화 알루미늄[일반적인 구조식 Al2O3 × 3H2O의 알루미나 트리하이드레이트(ATH)] 및 수산화 마그네슘이 다양한 형태로 사용된다는 것이며, 이러한 그룹 모두에 대하여 언급할 가치가 있는 것은 난연제에서의 이들의 효율성 뿐만 아니라 연기 생성의 감소에 있어서의 특이한 효율성, 및 할로겐화된, 특히 브롬계 및 염소계 폴리머에서의 용도, 또한 그 중에서도 특히 PVC에서의 용도이다. 본원 발명의 분말 마스터배취 또는 본원 발명의 폴리머 마스터배취와 조합하여 사용하는 것은 성질 측면에 어떠한 역효과도 미치지 않고 할로겐-없는 충전제의 비율을 감소시킬 수 있다.
수산화 마그네슘의 경우에, 합성 형태 또는 천연 물질 브루사이트가 동등하게 사용될 수 있다. 바람직하게는 이러한 충전제들은 1 내지 12 ㎛, 바람직하게는 2 내지 8 ㎛의 평균 입자 크기로 갈아진다. 충전제가 본원 발명의 마스터배취와 조합하여 사용되고, 가공 온도가 180℃ 미만, 또는 연장된 기간 동안 최종 폴리머 또는 플라스틱의 사용 온도는 150℃ 미만이고, 충전제의 평균 입자 크기가 2 내지 8 ㎛ 일 때, 특히 우수한 결과가 달성된다.
분말 마스터배취 형태 또는 폴리머 마스터배취 형태인 본원 발명의 마스터배취의 한가지 특히 놀라운 용도는 혼합되지 않은 폴리올레핀 또는 이들의 혼합물(즉 "합금")에서, 폴리아미드 및 폴리에스테르 또는 이들의 혼합물과 같은 가공 플라스틱에서, 폴리스티렌에서, 및 불포화 폴리에스테르(UP) 시스템 및 에폭시 수지 시스템과 같은 열경화성 플라스틱에서 충전제로서의 용도이다.
이러한 폴리올레핀 시스템에서 충전제로 사용되는 분말 마스터배취 또는 폴리머 마스터배취는 이상적인, 즉, 지금까지는 비-극성 폴리머로는 불가능했던 폴리머 매트릭스에서의 박리된 분산을 달성한다. 이전에는 이러한 유형의 폴리머 매트릭스에서 전통적으로 수득할 수 있는 나노클레이의 매우 적은 비율, 예컨대, 0.1 내지 15 중량%의 균일한 분산을 달성하는데 있어서 상당한 문제점이 있었으며, 그 결과 연소성 테스트에서 기계적 성질의 상당한 손상 및 예측할 수 없는 다양한 성능의 상당한 손상이 있었다.
본원 발명의 분말 마스터배취 및 폴리머 마스터배취에서 발견된 전반적인 특수한 이점은 이들이 상용화제로서 사용될 수 있으며, 또한 겉껍질 형성제(crust-former)로, 그리하여 또한 난연제의 효과적인 구성성분으로서 사용될 수 있다는 점이다. 또한 폴리머 조성물은 당해 분야의 당업자에게 본래 잘 알려져 있는 안정화제를 포함할 수 있다.
분말 마스터배취 또는 폴리머 마스터배취에 관한 또 다른 폭넓은 적용 분야는 엘라스토머 및 열경화성 플라스틱에서 충전제로서의 용도이다.
언급된 폭넓게 다양한 폴리머 시스템에서 분말 마스터배취 또는 폴리머 마스터배취를 사용하는데 있어서의 이점은 다음과 같은 매우 일반적인 말로 요약될 수 있다: 분말 마스터배취 또는 폴리머 마스터배취의 사용은 예컨대, 표면 매끄러움 또는 균일성, 미끈미끈함이 없는 표면 외관, 및 프린팅 및 복사 공정에서의 탁월한 성능과 같이 폴리머 조성물의 표면 성질을 개선시킨다. 이와 함께, 마모 저항성이 개선되며, 투과성 및 또한 마찰성에 유리한 영향을 미친다. 산업적 이용에 관하여 언급할 수 있는 특히 유리한 특징은 다양한 기체 물질에 대하여 투과성이 없다는 것이다. 예컨대 주입-성형 공정(injection-molding process)에서의 가공 품질은 증가된 가소성(plasticity) 및 성형성(moldability)을 통해 상당히 개선될 수 있다. 언급하여야 할 다른 유리한 성질은 압출기에서의 개선된 가공성, 감소된 수축, 및 감소된 탁함(haze)이다. 중공 성형(blow molding)에서, 중공된 물질을 안정화시키는 전체적인 효과 및 우수한 가공성이 관찰되었다. B1 및 UL 94와 같은 연소 시험(fire test)은 나노클레이 충전제가 분말 마스터배취 또는 폴리머 마스터배취의 형태로 매우 적게 부하된 상태에서 조차도 물질이 덜 낙하함을 나타내었다.
본원 발명의 분말 마스터배취의 한 실시예를 포함하는 폴리머 조성물의 제조는 난연제 폴리머 조성물을 위한 실시예에 의하여 설명된 바와 같이, 간단한 방법으로 수행될 수 있다.
먼저, 나노클레이를 선택하여, 미리-박리시키고, 선택적으로 원하는 입자 크기를 제공하기 위하여 곱게 간다. 이는 또한 실질적으로 균질한 혼합물을 제공하기 위하여 폴리머 분말을 가지며 가공될 수 있는 가루로 된 마스터배취를 제공한다. 난연제 폴리머 조성물을 형성하기 위하여, 난연제, 또한 바람직하게는 할로겐-없는 충전제를 가진 이러한 마스터배취를 폴리머로 도입하기 위한 두 가지 상이한 가능한 공정이 존재한다. 첫번째는, 고운가루의 마스터배취를 충전제와 혼합하고, 이후 폴리머와 합성하여 난연제 폴리머 조성물을 제공할 수 있다. 두번째 다른 방법은, 고운가루 마스터배취 및 충전제를 서로 별개로 용융된 폴리머의 흐름에 계량하여 넣어서, 그 안에 포매시켜, 난연제 폴리머 조성물을 형성하는 것이다.
또한 폴리머 마스터배취는 이러한 유형의 난연제 폴리머 조성물의 제조를 위한 기초로 사용될 수 있다. 이 때 폴리머 조성물을 위하여 원하는 폴리머를, 우선 나노클레이를 다시 선택하고 미리-박리 시킴으로써, 본원 발명의 한 실시예의 폴리머 마스터배취와 합성하고, 선택적으로 원하는 입자 크기로 곱게 간다. 이는 만약 적절하다면, 균질한 혼합물에서 폴리머 분말을 가진 고운가루의 마스터배취를 제공한다. 생성된 분말 마스터배취는 폴리머 분말에 조화되거나 또는 사용된 폴리머 분말과 동일한 담체 폴리머와 합성되어, 폴리머 마스터배취를 형성하고, 이 후 더욱 가공하여 최종 난연제 폴리머 조성물을 제공한다. 다시 여기서, 두가지 다른 절차가 가능하다. 첫번째 방법으로는, 폴리머 마스터배취를 편입될 폴리머와 기계적으로 혼합하고, 이후 난연제, 바람직하게는 할로겐-없는 충전제와 합성하여, 최종 난연제 폴리머 조성물을 제공한다. 두번째 다른 방법은, 폴리머 마스터배취를 난연제로 만들 폴리머와 함께 합성기의 제 1 주입구에 도입시키고, 다음으로 난연제 충전제를 용융된 폴리머 조성물에 첨가하거나, "스플릿-피드(split-feed)" 공정으로 계량하여 넣어, 최종 난연제 폴리머 조성물을 형성한다.
분말 마스터배취 및 폴리머 마스터배취에 관하여 설명된 공정은 난연제 폴리머성 조성물을 제조하는데에만 사용될 수 있는 것이 아니라, 또한 원칙적으로 예컨대, 폴리올레핀의 합성과 같은 폴리머 마스터배취 및 분말 마스터배취의 그밖의 다른 폭넓은 다양한 적용을 위하여도 이용될 수 있다. 합성시키는 동안의 탁월한 결과는, 폴리머 마스터배취에 대한 시작점이기도 한 분말 마스터배취를 통하여, 실제 합성 단계가 일어나기 전에, 사용된 나노클레이 층의 박리를 준비하고 촉진시키는 방식으로 상기 나노클레이가 처리된다는 사실에 기인한다.
결과적으로, 합성 공정은 더욱 효율적이며, 원하는 폴리머 안에서 나노클레이를 박리시키기 위한 에너지 손실 및 시간 손실이 적어진다. 상기 결과는 합성에 있어서 제조된 마스터배취를 사용할 때, 매우 실질적인 이점인데, 왜냐하면, 폴리머의 체류 시간이 감소되며, 폴리머의 열이력(heat history)이 최소화되고, 이는 열 분해에 대한 예방적 조치 및 제지-조치가 되기 때문이다. 한편, 최종 폴리머 조성물 또는 합성된 물질의 색채 강도(color strength) 및 기계적 성질이 상당히 개선되며, 작업 처리량이 증가되고, 합성 공정 비용은 현저히 감소된다. 본원 발명의 마스터배취 중 하나의 사용에 대해 언급될 수 있는 또 다른 실질적인 이점은, 예컨대, 난연제의 제조를 위해 사용되는 경우에 난연성을 손상시키지 않고 나노클레이를 가진 폴리머 조성물 또는 폴리머의 총 부하를 감소시킬 수 있으며, 실제로 바람직하게는 2 중량%의 비율로, 특히 바람직하게는 1 중량% 미만의 비율로 감소시킬 수 있다는 것이다. 여기서 비교를 위하여, 나노클레이를 가진 폴리머 조성물의 전통적인 부하의 경우에 필요한 총 부하는 5 내지 10 중량% 이다.
합성 공정 자체 동안 및 합성된 폴리머 또는 폴리머 조성물의 성질 측면에 관한 이러한 현저한 개선점은, 합성 공정을 시작하기 전에 박리를 촉진시키기 위해 사용하는 마스터배취의 형태로 나노클레이를 제조하는 공정이 나노클레이를 폴리머 및 다른 할로겐-없는 충전제와 혼합하는 것을 도와주며, 및/또는 폴리머가 실제적인 합성 단계 동안의 혼합 보다 더 효율적으로 사용된다는 사실에 의하여 설명될 수 있다.
실시예로서, 65 중량%의 총 충전제 부하를 가진 폴리프로필렌에 기초된 폴리머 조성물 또는 폴리머의 경우에, 200% (2 m/m에 해당)이상 및 바람직하게는 500% (5 m/m에 해당)이상, 또는 그 이상의 파열시 인장 변형률(tensile strain)은 합성 공정 이후에 본원 발명의 마스터배취를 사용하지 않은 10% (0.1 m/m에 해당)과 비교하여 설명될 수 있다.
난연제 폴리머 조성물을 제조하기 위한 전술한 공정은 케이블 또는 와이어를 생산하기 위한 생성된 폴리머 조성물의 압출성형과 같은 하부 가공 단계를 통하여 보충된다. 수반할 수 있는 추가적인 공정은, 생성된 폴리머 조성물을 최종 제품을 제공하기 위한 생성된 폴리머 조성물의 가공 방법을 몇가지만 언급하자면, 폴리머 조성물의 주입-성형, 필름 블로우잉(film blowing), 및 회전 성형(rotational molding)을 들 수 있다.
폴리머성 또는 고운가루의 마스터배취를 사용함으로써 수득된 폴리머 또는 폴리머 조성물은 난연 분야에서 껍질 형성을 위한 상승제로서 및 상용화제로서 유리하게 사용될 수 있지만, 또한 일반적으로 폴리머 조성물의 폭넓은 다양한 성질을 개선시키는 수단으로서, 및 장벽-층-형성 조성물로서도 사용될 수 있다. 또한 엘라스토머 및 열경화성 플라스틱은 조성물의 성질이 현저하게 증가될 수 있는 이러한 폴리머 조성물 중의 하나이다.
선택된 본원 발명의 실시예는 본원 발명의 보다 상세한 설명을 위하여 이하에서 사용될 것이다.
본원 발명의 실시예 및 비교 실시예에서 수득된 폴리머 조성물은 이하에 언급된 표준 시험 및 표준 측정을 거치게 하였다:
DIN 53 735에 대한 용융 지수 (MFI),
DIN 53 455에 대한 인장 강도,
DIN 53 455에 대한 파열시 인장 변형률,
DIN 53 454에 대한 충격 저항성 테스트(an),
UL 94 테스트(미국 안전 시험 기관 표준)에 의한 연소 성능.
UTBD(다져 굳히지 않은 용적 밀도)는 kg/l로 치밀하지 않은 용적 밀도에 사용되는 용어이다.
사용되는 고속 믹서(mixer)는 항상 M.I.T.의 60/2500이다.
Ⅰ. 분말 마스터배취의 제조
비교 실시예 1:
폭발 보호를 받아야 하는 상업적으로 입수가능한 고속 믹서는 아래와 같이 사용된다.
독일 쥐드케미 아게사의 나노클레이 "Nanofil 15" 100 kg을 1360 rpm(분당 회전)에서 약 45℃의 온도로 가열하고, 상기 온도에서
지방산 에스테르(독일 케보 사의 글리세릴 스테아레이트) 34 kg를 약 30초간 첨가제로서 계량하여 넣는다.
반응 혼합물을 상기 회전 속도에서 100℃의 방출 온도로 가열하고, 이후 냉각 믹서에서 약 30℃의 최종 온도로 냉각시킨다.
예컨대, 상대적으로 고온에서 보관하는 중에 점결을 저해하기 위하여 EVA 분말 40 kg을 상기 수득된 반응 혼합물과 균질하게 혼합하고, 상기 물질을 꺼내어 장벽층을 가진 봉지에 포장한다.
생성된 분말 마스터배취는 매우 우수한 계량 용량을 가진 자유-유동성의 먼지없는 분말인데, 이의 UTBD는 0.65 kg/l 이다. 매우 우수한 계량 용량은 이러한 분말 마스터배취를 연속적인 합성 어셈블리에 매우 적합하게 만든다. 또한 본 실시예 및 이하의 실시예와 유사한 본원 발명의 조성물은 EVA 구성성분의 생략을 통하여 상응하게 제조될 수 있다. EVA는 또한 폴리올레핀 분말과 같은 다른 폴리머로 대체될 수 있다.
본원 발명의 실시예 2:
폭발 보호를 받아야 하는 상업적으로 입수가능한 고속 믹서는 아래와 같이 사용된다.
독일 쥐드케미 아게사의 나노클레이 "Nanofil 15" 100 kg을 1360 rpm(분당 회전)에서 약 45℃의 온도로 가열하고, 상기 온도에서
지방산 아민(독일, 클래리언트, Genamin SH 100) 24 kg, 및
"Lithsolvent PL" 폴리디에틸실옥산 4.4 kg (두가지 모두 독일, 뒤셀도르프, 케보 사)을 첨가제로서 상기 언급된 순서에 계량하여 넣는다.
상기 반응 혼합물을 상기 언급된 회전 속도에서 90℃의 방출 온도로 가열하고, 이후 냉각 믹서에서 약 30℃의 최종 온도로 냉각시킨다.
예컨대, 상대적으로 고온에서 보관하는 중에 점결을 저해하기 위하여 EVA 분말 20 kg을 상기 수득된 반응 혼합물과 균질하게 혼합하고, 상기 물질을 꺼내어 장벽층을 가진 봉지에 포장한다.
생성된 분말 마스터배취는 매우 우수한 계량 용량을 가진 자유-유동성의 먼지없는 분말이며, 이의 UTBD는 0.82 kg/l 이다. 매우 우수한 계량 용량은 이러한 분말 마스터배취를 연속적인 합성 어셈블리에 매우 적합하게 만든다.
본원 발명의 실시예 2a :
폭발 보호를 받아야 하는 상업적으로 입수가능한 고속 믹서는 아래와 같이 사용된다.
독일 쥐드케미 아게사의 나노클레이 "Nanofil 5" 100 kg을 1360 rpm(분당 회전)에서 약 45℃의 온도로 가열하고, 상기 온도에서
평지씨 오일 메틸 에스테르(Kebonal 20, 케보) 24 kg, 및
"Lithsolvent PL" 폴리디에틸실옥산 4.4 kg (두가지 모두 독일, 뒤셀도르프, 케보 사)을 첨가제로서 약 30초간 상기 언급된 순서에 계량하여 넣는다.
상기 반응 혼합물을 상기 언급된 회전 속도에서 90℃의 방출 온도로 가열하고, 이후 냉각 믹서에서 약 30℃의 최종 온도로 냉각시킨다.
생성된 분말 마스터배취는 매우 우수한 계량 용량을 가진 자유-유동성의 먼지없는 분말인데, 이의 UTBD는 0.69 kg/l 이다. 매우 우수한 계량 용량은 이러한 분말 마스터배취를 연속적인 합성 어셈블리에 매우 적합하게 만든다.
본원 발명의 실시예 3 :
폭발 보호를 받아야 하는 상업적으로 입수가능한 고속 믹서는 아래와 같이 사용된다.
독일 쥐드케미 아게사의 나노클레이 "Nanofil 5" 100 kg을 1360 rpm(분당 회전)에서 약 45℃의 온도로 가열하고, 상기 온도에서
독일, 칼스루에, ABCR 리서치 케미컬 사의 폴리페닐메틸실옥산 4.4 kg, 및
스테아릭 에스테르 24.4 kg(독일, 케보 사의 글리세릴 스테아레이트)을 첨가제로서 약 30초간 상기 언급된 순서에 계량하여 넣는다.
상기 반응 혼합물을 상기 언급된 회전 속도에서 130℃의 방출 온도로 가열하고, 이후 냉각 믹서에서 약 30℃의 최종 온도로 냉각시킨다.
생성된 분말 마스터배취는 매우 우수한 계량 용량을 가진 자유-유동성의 먼지없는 분말인데, 이의 UTBD는 0.65 kg/l 이다. 매우 우수한 계량 용량은 이러한 분말 마스터배취를 연속적인 합성 어셈블리에 매우 적합하게 만든다.
실시예 4 :
폭발 보호를 받아야 하는 상업적으로 입수가능한 고속 믹서는 아래와 같이 사용된다.
독일 쥐드케미 아게사의 나노클레이 "Nanofil 948" 100 kg을 1360 rpm(분당 회전)에서 약 45℃의 온도로 가열하고, 상기 온도에서
평지씨 오일 메틸 에스테르(Kebonal 20, 케보) 24.4 kg, 및
"Lithsolvent PL" 폴리디에틸실옥산 4.4 kg (두가지 모두 독일, 뒤셀도르프, 케보 사)을 첨가제로서 약 30초간 상기 언급된 순서에 계량하여 넣는다.
상기 반응 혼합물을 상기 언급된 회전 속도에서 110℃의 방출 온도로 가열하고, 이후 냉각 믹서에서 약 30℃의 최종 온도로 냉각시킨다.
예컨대, 상대적으로 고온에서 보관하는 중에 점결을 저해하기 위하여 EVA 분말 80 kg을 상기 수득된 반응 혼합물과 균질하게 혼합하고, 상기 물질을 꺼내어 장벽층을 가진 봉지에 포장한다.
생성된 분말 마스터배취는 매우 우수한 계량 용량을 가진 자유-유동성의 먼지없는 분말인데, 이의 UTBD는 0.73 kg/l 이다. 매우 우수한 계량 용량은 이러한 분말 마스터배취를 연속적인 합성 어셈블리에 매우 적합하게 만든다.
실시예 5 :
폭발 보호를 받아야 하는 상업적으로 입수가능한 고속 믹서는 아래와 같이 사용된다.
독일 쥐드케미 아게사의 나노클레이 "Nanofil 5" 100 kg을 1360 rpm(분당 회전)에서 약 45℃의 온도로 가열하고, 상기 온도에서
피마자유 에틸 에스테르(Kebonal 60A, 케보) 24.4 kg, 및
독일, 칼스루에, ABCR 리서치 케미컬 사의 폴리페닐메틸실옥산 4.4 kg을 첨가제로서 약 30초간 상기 언급된 순서에 계량하여 넣는다.
상기 반응 혼합물을 상기 언급된 회전 속도에서 85℃의 방출 온도로 가열하고, 이후 냉각 믹서에서 약 30℃의 최종 온도로 냉각시킨다.
예컨대, 상대적으로 고온에서 보관하는 중에 점결을 저해하기 위하여 EVA 분말 40 kg을 상기 수득된 반응 혼합물과 균질하게 혼합하고, 상기 물질을 꺼내어 장벽층을 가진 봉지에 포장한다.
생성된 분말 마스터배취는 매우 우수한 계량 용량을 가진 자유-유동성의 먼지없는 분말인데, 이의 UTBD는 0.67 kg/l 이다. 매우 우수한 계량 용량은 이러한 분말 마스터배취를 연속적인 합성 어셈블리에 매우 적합하게 만든다.
본원 발명의 실시예 6 :
폭발 보호를 받아야 하는 상업적으로 입수가능한 고속 믹서는 아래와 같이 사용된다.
미국 엘리멘티스 사의 나노클레이 "Elementis EA 108" 100 kg을 1360 rpm(분당 회전)에서 약 45℃의 온도로 가열하고, 상기 온도에서
평지씨 오일 메틸 에스테르(Kebonal 20, 케보) 24.4 kg, 및
독일, 뒤셀도르프, 케보 사의 "Lithsolvent PL" 폴리디에틸폴리실옥산 4.4 kg을 첨가제로서 약 30초간 상기 언급된 순서에 계량하여 넣는다.
상기 반응 혼합물을 상기 언급된 회전 속도에서 100℃의 방출 온도로 가열하고, 이후 냉각 믹서에서 약 30℃의 최종 온도로 냉각시킨다.
예컨대, 상대적으로 고온에서 보관하는 중에 점결을 저해하기 위하여 EVA 분말 80 kg을 상기 수득된 반응 혼합물과 균질하게 혼합하고, 상기 물질을 꺼내어 장벽층을 가진 봉지에 포장한다.
생성된 분말 마스터배취는 매우 우수한 계량 용량을 가진 자유-유동성의 먼지없는 분말인데, 이의 UTBD는 0.81 kg/l 이다. 매우 우수한 계량 용량은 이러한 분말 마스터배취를 연속적인 합성 어셈블리에 매우 적합하게 만든다.
본원 발명의 실시예 7 :
폭발 보호를 받아야 하는 상업적으로 입수가능한 고속 믹서는 아래와 같이 사용된다.
미국 텍사스 주 곤잘레스의 서던 클레이 프로덕트 사의 나노클레이 "SCP 30 B" 100 kg을 1360 rpm(분당 회전)에서 약 45℃의 온도로 가열하고, 상기 온도에서
평지씨 오일 메틸 에스테르(Kebonal 20, 케보) 24.4 kg, 및
독일, 뒤셀도르프, 케보 사의 "Lithsolvent PL" 폴리디에틸폴리실옥산 4.4 kg을 첨가제로서 약 30초간 상기 언급된 순서에 계량하여 넣는다.
상기 반응 혼합물을 상기 언급된 회전 속도에서 100℃의 방출 온도로 가열하고, 이후 냉각 믹서에서 약 30℃의 최종 온도로 냉각시킨다.
예컨대, 상대적으로 고온에서 보관하는 중에 점결을 저해하기 위하여 EVA 분말 80 kg을 상기 수득된 반응 혼합물과 균질하게 혼합하고, 상기 물질을 꺼내어 장벽층을 가진 봉지에 포장한다.
생성된 분말 마스터배취는 매우 우수한 계량 용량을 가진 자유-유동성의 먼지없는 분말인데, 이의 UTBD는 0.61 kg/l 이다. 매우 우수한 계량 용량은 이러한 분말 마스터배취를 연속적인 합성 어셈블리에 매우 적합하게 만든다.
본원 발명의 실시예 8 :
폭발 보호를 받아야 하는 상업적으로 입수가능한 고속 믹서는 아래와 같이 사용된다.
독일 쥐드케미 아게사의 나노클레이 "Nanofil 5" 100 kg을 1360 rpm(분당 회전)에서 약 60℃의 온도로 및 이 온도에서 가열한다.
"Lithsolvent OF" 이소스테아릴 티타네이트 24.4 kg, 및
"Lithsolvent PL" 폴리디에틸폴리실옥산 4.4 kg (두가지 모두 독일, 뒤셀도르프, 케보 사)을 첨가제로서 약 30초간 상기 언급된 순서에 계량하여 넣는다.
상기 반응 혼합물을 상기 언급된 회전 속도에서 65℃의 방출 온도로 가열하고, 이후 냉각 믹서에서 약 30℃의 최종 온도로 냉각시킨다.
생성된 분말 마스터배취는 매우 우수한 계량 용량을 가진 자유-유동성의 먼지없는 분말인데, 이의 UTBD는 0.56 kg/l 이다. 매우 우수한 계량 용량은 이러한 분말 마스터배취를 연속적인 합성 어셈블리에 매우 적합하게 만든다.
본원 발명의 실시예 14 :
폭발 보호를 받아야 하는 상업적으로 입수가능한 고속 믹서는 아래와 같이 사용된다.
독일 쥐드케미 아게사의 나노클레이 "Nanofil 32" 100 kg을 1360 rpm(분당 회전)에서 약 45℃의 온도로 및 이 온도에서 가열한다.
"Lithsolvent OF" 이소스테아릴 테트라티타네이트 24.4 kg, 및
독일, 뒤셀로르프, 케보 사의 "Lithsolvent PL" 폴리디에틸실옥산 4.4 kg을 첨가제로서 약 30초간 상기 언급된 순서에 계량하여 넣는다.
상기 반응 혼합물을 상기 언급된 회전 속도에서 100℃의 방출 온도로 가열하고, 이후 냉각 믹서에서 약 30℃의 최종 온도로 냉각시킨다.
예컨대, 상대적으로 고온에서 보관하는 중에 점결을 저해하기 위하여 EVA 분말 40 kg을 상기 수득된 반응 혼합물과 균질하게 혼합하고, 상기 물질을 꺼내어 장벽층을 가진 봉지에 포장한다.
생성된 분말 마스터배취는 매우 우수한 계량 용량을 가진 자유-유동성의 먼지없는 분말인데, 이의 UTBD는 0.86 kg/l 이다. 매우 우수한 계량 용량은 이러한 분말 마스터배취를 연속적인 합성 어셈블리에 매우 적합하게 만든다.
Ⅱ. 폴리머 마스터배취의 제조
원칙적으로, 고도의 충전된 시스템의 제조를 위한 합성 산업에 사용된 공정 기계는 폴리머 마스터배취의 제조를 위해 사용될 수도 있는데, 공정기계의 예는 투-롤 밀(two-roll mill), 내부 믹서, FCM, 싱글-스크류 압출기, 트윈-스크류 압출기, Buss 코-니더(Buss co-kneader), 또는 유사한 공정 기계이다. 만약 Buss 코-니더가 사용된다면, 공정 길이는 적어도 11 L/D 에 해당하여야 한다.
본원 발명의 실시예 15 :
본원 발명의 실시예 2에서 수득된 분말 마스터배취 및 원하는 최종 폴리머 또는 폴리머 조성물에 관하여 선택된 담체 폴리머를 Buss 코-니더 또는 유사한 적합한 공정 기계에 도입한다.
본원 발명의 실시예에서, 실시예 2에서 수득된 분말 마스터배취의 60 중량% 및 담체 폴리머의 40 중량%를 사용한다. 본 본원 발명의 실시예를 위하여, 사용된 담체 폴리머는 엑손-모빌(Exxon-Mobil)사의 "Escorene Ultra UL 00119" 명칭으로 상업적으로 입수가능한 EVA를 포함한다.
Buss 코-니더의 구역 1 및 2, 및 또한 이의 펠릿트화 스크류(PS)를 약 135℃로, 다이를 약 145℃로 가열하고, 담체 폴리머를 연속적으로 Buss 코-니더의 주요 수용부에 계량하여 넣는다. 선택된 분말 마스터배취의 해당량을 상기 언급된 중량비로 예컨대, 중력계량적 공급 시스템(gravimetric feed system)을 사용하여 Buss 코-니더의 주요 수용부에 첨가한다. 원통안에서, 분말 마스터배취를 담체 폴리머와 혼합하고, 이후 생성된 폴리머 마스터배취를 가공하여 펠릿을 제공하고, 냉각시켜, 꺼낸다.
폴리머 마스터배취는 원통형 펠릿 또는 콩모양의 펠릿의 형태로 수득된다.
본원 발명의 실시예 16 :
본원 발명의 실시예 16의 폴리머 마스터배취는 본원 발명의 실시예 15에서 언급된 바와 같이 수득되지만, 본원 발명의 실시예 2a와 같이 수득된 분말 마스터배취는 여기서 본원 발명의 실시예 2의 분말 마스터배취 대신 사용된다.
본원 발명의 실시예 17 :
본원 발명의 실시예 17와 같은 폴리머 마스터배취는 본원 발명의 실시예 15에서 언급된 바와 같이 수득되지만, 본원 발명의 실시예 3과 같이 수득된 분말 마스터배취는 여기서 본원 발명의 실시예 2의 분말 마스터배취 대신 사용된다.
본원 발명의 실시예 18 :
본원 발명의 실시예 18과 같은 폴리머 마스터배취는 본원 발명의 실시예 15에서 언급된 바와 같이 수득되지만, 본원 발명의 실시예 8과 같이 수득된 분말 마스터배취는 본원 발명의 실시예 2의 분말 마스터배취 대신 사용된다.
본원 발명의 실시예 19 :
본원 발명의 실시예 2에서 수득된 분말 마스터배취 및 원하는 최종 폴리머 또는 폴리머 조성물에 관하여 선택된 담체 폴리머를 Buss 코-니더 또는 유사한 적합한 공정 기계에 도입한다.
본 발명의 실시예에서, 실시예 2에서와 같이 수득된 분말 마스터배취의 60 중량% 및 담체 폴리머의 40 중량%이 사용된다. 본원 발명의 본 실시예를 위하여 사용된 담체 폴리머는 미국, 듀퐁 사의 "FUSABOND" 명칭으로 상업적으로 입수가능한 EP-g-MAH를 포함한다.
Buss 코-니더의 구역 1 및 2, 및 또한 이의 PS를 약 165℃로, 다이를 약 170℃로 가열하고, 담체 폴리머를 연속적으로 Buss 코-니더의 주요 수용부에 계량하여 넣는다. 선택된 분말 마스터배취의 해당량을 상기 언급된 중량비로 예컨대, 중력계량적 공급 시스템을 사용하여 Buss 코-니더의 주요 수용부에 첨가한다. 원통안에서, 분말 마스터배취를 담체 폴리머와 혼합하고, 이후 생성된 폴리머 마스터배취를 가공하여 펠릿을 제공하고, 냉각시켜, 꺼낸다.
폴리머 마스터배취는 원통형 펠릿 또는 콩모양(lenticular)의 펠릿의 형태로 수득된다.
본원 발명의 실시예 20 :
본원 발명의 실시예 2에서 수득된 분말 마스터배취 및 원하는 최종 폴리머 또는 폴리머 조성물에 관하여 선택된 담체 폴리머를 Buss 코-니더 또는 유사한 적합한 공정 기계에 도입한다.
본 발명의 실시예에서, 실시예 2에서와 같이 수득된 분말 마스터배취의 60 중량% 및 담체 폴리머의 40 중량%이 사용된다. 본원 발명의 본 실시예를 위하여 사용된 담체 폴리머는 엑손-모빌 사의 "EXXELOR PO 1050" 명칭으로 상업적으로 입수가능한 PP-g-MAH를 포함한다.
Buss 코-니더의 구역 1 및 2, 및 또한 이의 PS를 약 165℃로, 다이를 약 175℃로 가열하고, 담체 폴리머를 연속적으로 Buss 코-니더의 주요 수용부에 계량하여 넣는다. 선택된 분말 마스터배취의 해당량을 상기 언급된 중량비로 예컨대, 중력계량적 공급 시스템을 사용하여 Buss 코-니더의 주요 수용부에 첨가한다. 원통안에서, 분말 마스터배취를 담체 폴리머와 혼합하고, 이후 생성된 폴리머 마스터배취를 가공하여 펠릿을 제공하고, 냉각시켜, 꺼낸다.
폴리머 마스터배취는 원통형 펠릿 또는 콩모양(lenticular)의 펠릿의 형태로 수득된다.
본원 발명의 실시예 21 :
본원 발명의 실시예 8에서 수득된 분말 마스터배취 및 원하는 최종 폴리머 또는 폴리머 조성물에 관하여 선택된 담체 폴리머를 Buss 코-니더 또는 유사한 적합한 공정 기계에 도입한다.
본 발명의 실시예에서, 실시예 2에서와 같이 수득된 분말 마스터배취의 60 중량% 및 담체 폴리머의 40 중량%이 사용된다. 본원 발명의 본 실시예를 위하여 사용된 담체 폴리머는 엑손-모빌 사의 "Escor 5000" 명칭으로 상업적으로 입수가능한 EEA를 포함한다.
Buss 코-니더의 구역 1 및 2, 및 또한 이의 PS를 약 125℃로, 다이를 약 135℃로 가열하고, 담체 폴리머를 연속적으로 Buss 코-니더의 주요 수용부에 계량하여 넣는다. 선택된 분말 마스터배취의 해당량을 상기 언급된 중량비로 예컨대, 중력계량적 공급 시스템을 사용하여 Buss 코-니더의 주요 수용부에 첨가한다. 원통안에서, 분말 마스터배취를 담체 폴리머와 혼합하고, 이후 생성된 폴리머 마스터배취를 가공하여 펠릿을 제공하고, 냉각시켜, 꺼낸다.
폴리머 마스터배취는 원통형 펠릿 또는 콩모양(lenticular)의 펠릿의 형태로 수득된다.
본원 발명의 실시예 22 :
본원 발명의 실시예 3에서 수득된 분말 마스터배취 및 원하는 최종 폴리머 또는 폴리머 조성물에 관하여 선택된 담체 폴리머를 Buss 코-니더 또는 유사한 적합한 공정 기계에 도입한다.
본 발명의 실시예에서, 실시예 3에서와 같이 수득된 분말 마스터배취의 60 중량% 및 담체 폴리머의 40 중량%이 사용된다. 본원 발명의 본 실시예를 위하여 사용된 담체 폴리머는 미국, 알리드 시그날 사의 "ACLYN AC 201 A" 명칭으로 상업적으로 입수가능한 칼슘 아이오노머를 포함한다.
Buss 코-니더의 구역 1 및 2, 및 또한 이의 PS를 약 125℃로, 다이를 약 135℃로 가열하고, 담체 폴리머를 연속적으로 Buss 코-니더의 주요 수용부에 계량하여 넣는다. 선택된 분말 마스터배취의 해당량을 상기 언급된 중량비로 예컨대, 중력계량적 공급 시스템을 사용하여 Buss 코-니더의 주요 수용부에 첨가한다. 원통안에서, 분말 마스터배취를 담체 폴리머와 혼합하고, 이후 생성된 폴리머 마스터배취를 가공하여 펠릿을 제공하고, 냉각시켜, 꺼낸다.
폴리머 마스터배취는 원통형 펠릿 또는 콩모양(lenticular)의 펠릿의 형태로 수득된다.
본원 발명의 실시예 23 :
본원 발명의 실시예 8에서 수득된 분말 마스터배취 및 원하는 최종 폴리머 또는 폴리머 조성물에 관하여 선택된 담체 폴리머를 Buss 코-니더 또는 유사한 적합한 공정 기계에 도입한다.
본 발명의 실시예에서, 실시예 3에서와 같이 수득된 분말 마스터배취의 60 중량% 및 담체 폴리머의 40 중량%이 사용된다. 본원 발명의 본 실시예를 위하여 사용된 담체 폴리머는 미국, 엑손-모빌 사의 "Iotek 7010" 명칭으로 상업적으로 입수가능한 EAAZ 폴리머를 포함한다.
Buss 코-니더의 구역 1 및 2, 및 또한 이의 PS를 약 110℃로, 다이를 약 125℃로 가열하고, 담체 폴리머를 연속적으로 Buss 코-니더의 주요 수용부에 계량하여 넣는다. 선택된 분말 마스터배취의 해당량을 상기 언급된 중량비로 예컨대, 중력계량적 공급 시스템을 사용하여 Buss 코-니더의 주요 수용부에 첨가한다. 원통안에서, 분말 마스터배취를 담체 폴리머와 혼합하고, 이후 생성된 폴리머 마스터배취를 가공하여 펠릿을 제공하고, 냉각시켜, 꺼낸다.
폴리머 마스터배취는 원통형 펠릿 또는 콩모양(lenticular)의 펠릿의 형태로 수득된다.
본원 발명의 실시예 24 :
본원 발명의 실시예 3에서 수득된 분말 마스터배취 및 원하는 최종 폴리머 또는 폴리머 조성물에 관하여 선택된 담체 폴리머를 Buss 코-니더 또는 유사한 적합한 공정 기계에 도입한다.
본 발명의 실시예에서, 실시예 3에서와 같이 수득된 분말 마스터배취의 60 중량% 및 담체 폴리머의 40 중량%이 사용된다. 본원 발명의 본 실시예를 위하여 사용된 담체 폴리머는 미국, 엑손-모빌 사의 "EXXELOR PO 1015" 명칭으로 상업적으로 입수가능한 말레익 안하이드라이드-(MAH)-변형된 폴리프로필렌을 포함하는데, 이것은 또한 엑손-모빌 사의 Escorene Ultra 00328의 10 중량%와 혼합되었다.
Buss 코-니더의 구역 1 및 2, 및 또한 이의 PS를 약 185℃로, 다이를 약 200℃로 가열하고, 담체 폴리머를 연속적으로 Buss 코-니더의 주요 수용부에 계량하여 넣는다. 선택된 분말 마스터배취의 해당량을 상기 언급된 중량비로 예컨대, 중력계량적 공급 시스템을 사용하여 Buss 코-니더의 주요 수용부에 첨가한다. 원통안에서, 분말 마스터배취를 담체 폴리머와 혼합하고, 이후 생성된 폴리머 마스터배취를 가공하여 펠릿을 제공하고, 냉각시켜, 꺼낸다.
폴리머 마스터배취는 원통형 펠릿 또는 콩모양(lenticular)의 펠릿의 형태로 수득된다.
본원 발명의 실시예 25 :
본원 발명의 실시예 5에서 수득된 분말 마스터배취 및 원하는 최종 폴리머 또는 폴리머 조성물에 관하여 선택된 담체 폴리머를 Buss 코-니더 또는 유사한 적합한 공정 기계에 도입한다.
본 발명의 실시예에서, 실시예 3에서와 같이 수득된 분말 마스터배취의 60 중량% 및 담체 폴리머의 40 중량%이 사용된다. 본원 발명의 본 실시예를 위하여 사용된 담체 폴리머는 스위스 EMS-케미 사의 "Grilamid 20 LM" 명칭으로 상업적으로 입수가능한 폴리카프로락탐을 포함한다.
Buss 코-니더의 구역 1 및 2, 및 또한 이의 PS를 약 200℃로, 다이를 약 220℃로 가열하고, 담체 폴리머를 연속적으로 Buss 코-니더의 주요 수용부에 계량하여 넣는다. 선택된 분말 마스터배취의 해당량을 상기 언급된 중량비로 예컨대, 중력계량적 공급 시스템을 사용하여 Buss 코-니더의 주요 수용부에 첨가한다. 원통안에서, 분말 마스터배취를 담체 폴리머와 혼합하고, 이후 생성된 폴리머 마스터배취를 가공하여 펠릿을 제공하고, 냉각시켜, 꺼낸다.
폴리머 마스터배취는 원통형 펠릿 또는 콩모양(lenticular)의 펠릿의 형태로 수득된다.
Ⅲ. 선택된 폴리머 조성물에서의 분말 마스터배취 및 폴리머 마스터배취
아래 표의 모든 백분율은 다른 언급이 없는한 중량%에 기초한다.
다음의 약어가 표에서 사용된다:
ATH = 일반 구조식 Al2O3 × 3H2O의 알루미나 트리하이드레이트
PUMB = 분말 마스터배취
POMB = 폴리머 마스터배취
[표 1]
표 1에서 보는 바와 같이 수득된 결과는, 표 3의 비교 실시예에서 수득된 수치와 비교할 때, 본원 발명의 분말 마스터배취의 사용은, 난연성은 적어도 동일하지만, 파열시 동일한 및 종종 훨씬 더 나은 인장 강도를 가진 개선된 인장 변형률을 실질적으로 제공하였음을 보여준다.
[표 2]
표 2는 본원 발명의 폴리머 마스터배취를 사용하여 수득한 결과를 설명한다. 수치를 분말 마스터배취를 사용하여 표 1에서 수득된, 파열시 인장 변형률의 수치와 비교할 때, 하나를 제외하고, 보다 더 개선되었음을 보여준다.
표 3의 수치와 비교하면, 표 1에 관한 이전의 설명이 원칙적으로 다시 적용가능하다.
[표 3]
FR 20은 여기서 사용된 수산화 마그네슘의 등급에 대하여, 이스라엘의 생산자 데드 씨 브로민(Dead Sea Bromine) 사에 의하여 사용되는 명칭이다.
용융 지수 및 파열시 인장 변형률에 관하여 비교 실시예에서 수득된 수치는 그 자체로 가공가능성에 관한 경계선이다. 파열시 인장 변형률에 관한 C1, C2, 및 C4에서 수득된 수치는 1.5의 표준 이하이다.
[표 4]
충격 저항성에 관하여 각괄호 안에 언급된 수치는 물질이 부서짐을 보이지 않았을 때, 각 경우에서 측정된 충격 에너지를 표시한다.
물질의 부서짐은 본원 발명의 실시예 P9에서만 발견되었다. 그러나 그럼에도 불구하고, 충격 저항성에 대한 우수한 수치가 얻어졌으며, 표 5의 비교 실시예의 수치를 훨씬 넘어섰고, 이는 또한 포장의 축조를 포함하는 우수한 가공가능성을 제공한다.
[표 5]
이러한 비교 실시예에서 얻어진 충격 저항성은 예컨대, 포장의 축조에서 요구되는 수치보다 훨씬 낮다. 비교 실시예 C5에 대하여 측정된 바와 같이, C8의 충격 저항성은 매우 부서지기 쉬운, 단단한 물질임을 표시하며, 포장의 축조에도 부적합하다. 포장의 축조에서 요구되는 충격 저항성은 적어도 30이다.
비교 실시예 C5 내지 C8의 물질 모두가 물질의 부서짐을 보였기 때문에, 여기서는 부서짐 에너지를 언급할 필요가 없었다.
[표 6]
파열시 인장 변형률은, 예컨대, 여기서 사용된 PA6 Ultramid B3L와 같은 가공 폴리아미드에서 언급될 수 있는 해결하기 어려운 성질이다. 비교 실시예 C9 - C12를 가진 표 7에 의하여 명백하게 볼 수 있는 바와 같이, 폴리아미드를 처리하는데 있어서, 파열시 인장 변형률은, 일반적으로 0.02를 넘지 않는다. 오직 C10 만이 1 크기 자리수로 개선된 수치를 보여주는데, 이는 AMEO가 또한 본 실시예에서 사용되었기 때문이다. 파열시 인장 변형률에 대한 전통적인 낮은 수치는 전통적으로 처리한 폴리아미드의 부서지기 쉬운 부서짐에서 나타난다.
[표 7]
표 6의 설명에서 이미 명백한 바와 같이, 파열시 인장 변형률은 폴리머 조성물을 위하여 여기서 사용된 폴리아미드의 처리 유형에 관하여 예외적으로 중요하다. 여기서 보는 바와 같이, P13을 제외하고, 본원 발명에 의하여 제조된 각각의 폴리머 조성물은, 파열시 인장 변형률에 관하여 선행 기술에서 지금까지 전통적으로 달성된 수치를 넘는, 적어도 3 크기 자리수로 파열시 인장 변형률을 가진다.
[표 8]
극성 (출발) 폴리머를 가지고 :
제품들의 가시적인 평가를 위하여, 제조된 (펠릿) 폴리머 조성물을 고온 플레이트 사이에서 압축시켜 박막[압축된 쉬트(pressed sheet)]을 제공하였으며, 검은색 배경에서 희미한 "얼룩(specks)", 즉, 비-균질적으로 분산된 나노클레이의 존재에 대하여 평가하였다.
등급 1 : 10배 확대에서 모두 얼룩이 보이지 않음
등급 6 : 육안으로 구별가능한 극히 수많은 얼룩
지금까지는 선행 기술에서 실현하는 것이 불가능한 것으로 간주되었던, 극성(출발) 폴리머를 가지고 본원 발명적으로 제조한 폴리머 조성물은 탁월한 성질 측면을 보여준다. 발견된 특히 유리한 특징은 압출성형 공정을 하는 동안 버(burr)가 만들어지지 않는다는 점, 및 상기 물질은 모든 측면에서 매우 우수한 압출성형이 가능하다는 점이다. 주입-성형 공정을 하는 동안의 수축은 보다 작아지며, 표면은 보다 현저히 우수해진다.
폴리머 조성물 또는 합성된 폴리머 물질의 성질 측면은 보다 높은 충전제의 비율로 선형으로 개선될 수 있다는 당해 기술분야의 당업자 사이에 퍼져 있는 편견에 반박하기 위한 고안이 시도된다.
표 8에서 보는 바와 같이, 실험 쌍 P21-P22는 조사된 성질에 관하여 높은 테스트 수치 또는 균형잡힌 평균 수치를 가진, 가장 균형잡힌 성질 측면을 가진다.
[표 9]
비-극성 (출발) 폴리머를 가지고 :
폴리머 조성물 또는 합성된 폴리머 물질의 본 실시예는 블로운-필름(blown-film) 산물에 대한 필름 등급에 관련된다. 마스터배취의 백분율에 관하여 폴리머/충전제 마스터배취 조성물 (이는 기본적으로 또한 충전제를 나타내기도 함)에 대해 이미 언급되었던 비-선형성을 여기서 다시 명확하게 볼 수 있다. 실험 P25는 균형잡힌 테스트 결과를 가지며 전체적으로 매우 우수한 성질 측면을 달성하였는데, 예컨대, 실험 P23 및 P24와 비교 할 때, 상기 성질은 마스터배취의 20% 정도로 훨씬 더 우수하였다.
그러나 P23 및 P24는 또한 비교 실시예 C16과 비교 할 때, 보다 현저히 우수한 수치를 보인다. 파열시 인장 변형률이 단지 0.2인 비교 실시예의 물질은 필름 안정성을 확보하지 않는다.
[표 10]
비-극성 (출발) 폴리머를 가지고 :
표 10의 Eltex KL 104는 주입 성형 및 압출성형에 사용되는 폴리프로필렌을 지칭한다. 실험 P28 - P30의 조성물을 가진 본원 발명의 폴리머 조성물 또는 합성된 폴리머 물질은 또다시 가장 균형잡힌 성질 측면을 달성할 수 있다. 그러므로 비-선형성 또한 여기서 관찰할 수 있다.
대조적으로, P30은 파열시 인장 변형률은 여기서는 덜 바람직하지만, 용융 지수에 대하여 탁월한 수치를 가진다. 그러나 이는 언급된 가공 방법에 있어서 결정적인 것은 아니다. 폴리프로필렌에 대한 파열시 인장 변형률은 기본적으로 압출성형 공정 그 자체에 의하여 결정된다.
기본적으로, 분말 마스터배취 또는 폴리머 마스터배취를 사용하여 제조된 폴리머, 폴리머 조성물, 및 합성된 물질은 각각 지금까지 선행 기술에 공지되고 충전제로서 나노클레이만으로 제조된 폴리머, 폴리머 조성물 및 합성된 물질을 능가하는 실질적인 이점을 가진다. 이들은 보다 효율적인 가공이 가능하며, 실질적으로 먼지가 없고, 상대적으로 높은 용적 밀도(치밀하지 않음)를 가진다.
본원 발명은 6 내지 32개의 탄소 원자를 가지는 하나 이상의 지방족 또는 고리형 라디칼을 가지는 하나 이상의 비-음이온성 유기적 화합물에 의하여 및 하나이상의 실옥산 성분에 의하여 변형된 팽윤성 무기 층상 물질(inorganic layered material)로 구성된 하나 이상의 나노클레이(nanoclay)를 포함하는 조성물, 특히 분말의 마스터 배취(batch)에 관련된다.
고운가루의 마스터배취는 폴리머 분말과 균질의 혼합물을 생성할 수 있으며, 그와 같이 사용될 수 있다. 또한, 폴리머 마스터배취는 고운가루의 마스터 배취를 담체 폴리머와 합성하여 제조될 수 있따. 고운가루의 마스터배취 또는 폴리머 마스터배취는 다양한 폴리머 조성물에서 충전제 시스템으로 또는 충전제로서 사용될 수 있다.

Claims (27)

  1. 6 내지 32개의 탄소 원자를 가지는 하나 이상의 지방족(aliphatic) 또는 고리형 라디칼을 가지는 하나 이상의 비-음이온성 유기 성분 및 하나 이상의 실옥산(siloxane) 성분에 의하여 변형된 팽윤성 무기 층상 물질로 구성된 하나 이상의 나노클레이를 포함하는 조성물, 특히 고운가루(pulverulent)의 마스터배취(masterbatch).
  2. 제 1항에 있어서, 상기 존재하는 나노클레이의 평균 입자 크기는 0.1 내지 1000 ㎛, 바람직하게는 0.1 내지 100 ㎛, 특히 바람직하게는 1 내지 15 ㎛, 및 매우 특히 바람직하게는 2 내지 10 ㎛임을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 존재하는 나노클레이는 갈아진 나노클레이(ground nanoclay)임을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기 층상 물질(inorganic layered material)은 천연 또는 합성 파일로실리케이트(phyllosilicate)에서 선택됨을 특징으로 하는 조성물.
  5. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비-음이온성 유기 성분은 특히 포화 또는 불포화 지방산 및 폴리머 지방산의 유도체 그룹에서 선택된, 특히 바람직하게는 지방 알코올, 지방 아민, 트리글리세라이드 에스테르, 지방산의 알킬 에스테르, 및 왁스의 그룹에서 선택된 하나 이상의 비-음이온성 지방산 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  6. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비-음이온성 유기 성분은 8 내지 22개의 탄소 원자, 특히 10 내지 18개의 탄소 원자를 가지는 하나 이상의 지방족 또는 고리형 라디칼을 가지는 것을 특징으로 하는 조성물.
  7. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방산 유도체는 10 내지 30 개의 탄소 원자를 가지는 지방산으로부터 유도되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  8. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방산 유도체는 수소화된 유도체, 알코올 유도체, 아민 유도체, 또는 이들의 혼합물에서 선택된 것임을 특징으로 하는 조성물.
  9. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방산 유도체는 폴리머성 지방산, 케토 지방산, 지방산 알킬옥사졸린 및 지방산 알킬비스옥사졸린, 또는 이들의 혼합물로부터 유도함을 특징으로 하는 조성물.
  10. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실옥산 성분은 올리고머성 또는 폴리머성 실옥산 그룹 및, 각각, 특히 올리고알킬실옥산, 폴리디알킬실옥산, 폴리알킬아릴실옥산, 폴리디아릴실옥산 또는 이들의 혼합물로 구성된 실옥산 유도체에서 선택된 것임을 특징으로 하는 조성물.
  11. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실옥산 성분은 하나 이상의 반응성 그룹에 의하여 기능화된 실옥산 유도체에서 선택된 것임을 특징으로 하는 조성물.
  12. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 또한 상기 첨가제 또는 첨가제 혼합물은 특히 폴리머에서 가공하는 동안 유동성(flowability)의 개선을 위한 하나 이상의 다른 성분, 바람직하게는 에틸렌-프로필렌 코폴리머(EPM), 에틸렌-프로필렌 터폴리머(EPDM), 열가소성 엘라스토머, 커플링제(coupling agent), 가교결합제, 또는 이들의 혼합물의 그룹의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  13. 제 12항에 있어서, EPM 및/또는 EPDM의 분자량이 20000 미만임을 특징으로 하는 조성물.
  14. 제 12항 또는 13항에 있어서, EPM 및/또는 EPDM 내에서의 에틸렌:프로필렌 비율이 40:60 내지 60:40 임을 특징으로 하는 조성물.
  15. 제 1항 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서, 미리-박리된 나노클레이와 폴리머 분말의 실질적으로 균질한 혼합물의 형태인 것을 특징으로 하는 조성물.
  16. 미리 결정된 담체 폴리머와 제 1항 내지 15항 중 어느 한 항의 조성물의 합성을 통하여 수득된 폴리머-함유 조성물, 특히 폴리머 마스터배취.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 미리 결정된 담체 폴리머는 폴리에틸렌-에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(EVA), 에틸렌-에틸 아크릴레이트 코폴리머(EEA), 에틸렌-메틸 아크릴레이트 코폴리머(EMA), 에틸렌-부틸 아크릴레이트 코폴리머(EBA), 이들의 말레익-안하이드라이드-(MAH)-변형된 유도체, 아이오노머(ionomer), 스티렌-엘라스토머 시스템, 에테르-에스테르 블록 코폴리머, 폴리에테르-폴리아미드 블록 코폴리머(PEBA), 열가소성 폴리머의 혼합물, 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머, 열가소성 실리콘 고무, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 폴리머-함유 조성물.
  18. 제 16항 또는 17항에 있어서, 상기 담체 폴리머의 비율은 10 내지 90%, 바람직하게는 40 내지 70%임을 특징으로 하는 폴리머-함유 조성물.
  19. 제 16항 내지 18항 중 어느 한 항에 있어서, 펠릿(pellet) 형태임을 특징으로 하는 폴리머-함유 조성물.
  20. 폴리머 또는 폴리머 조성물에서 충전제(filler)로서 사용되는 것을 특징으로 하는 제 1항 내지 15항 중 어느 한 항의 조성물 또는 제 16항 내지 19항 중 어느 한 항의 폴리머-함유 조성물.
  21. 폴리머 또는 폴리머 조성물을 위한 충전제 시스템에서 사용되는 것을 특징으로 하는 제 1항 내지 15항 중 어느 한 항의 조성물 또는 제 16항 내지 19항 중 어느 한 항의 폴리머-함유 조성물.
  22. 제 21항에 있어서, 난연제 할로겐-함유 충전제 또는 난연제 할로겐-없는 충전제와 조합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 제 1항 내지 15항 중 어느 한 항의 조성물 또는 제 16항 내지 19항 중 어느 한 항의 폴리머-함유 조성물.
  23. 제 22항에 있어서, 할로겐-없는 충전제임을 특징으로 하는 제 1항 내지 15항 중 어느 한 항의 조성물 또는 제 16항 내지 19항 중 어느 한 항의 폴리머-함유 조성물.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 할로겐-없는 난연제 충전제는 수산화 알루미늄, 산화 알루미늄 수화물(뵈마이트,boehmite), 수산화 마그네슘, 산화 마그네슘, 브루사이트(brucite), 탄산 마그네슘, 하이드로마그네사이트, 훈타이트(huntite), 보크사이트, 탄산 칼슘, 활석(talc), 유리 분말, 멜라민 이소시아뉴레이트, 이들의 유도체 및 제형(preparation), 보레이트(borate), 스탄네이트(stannates), 및 하이드록시스탄네이트(hydroxystannates), 인산, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 것임을 특징으로 하는 제 1항 내지 15항 중 어느 한 항의 조성물 또는 제 16항 내지 19항 중 어느 한 항의 폴리머-함유 조성물.
  25. 제 20항에 있어서, 폴리올레핀 및 이들의 혼합물에서, 가공 플라스틱 및 이들의 혼합물에서, 및 또한 합금에서 충전제로서 사용하는 것을 특징으로 하는 제 1항 내지 15항 중 어느 한 항의 조성물 또는 제 16항 내지 19항 중 어느 한 항의 폴리머-함유 조성물.
  26. 제 20항 또는 21항에 있어서, 엘라스토머 및 열경화성 플라스틱(thermoset)를 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 제 1항 내지 15항 중 어느 한 항의 조성물 또는 제 16항 내지 19항 중 어느 한 항의 폴리머-함유 조성물.
  27. 제 20항 내지 26항 중 어느 한 항에 있어서, 최종 폴리머 또는 폴리머 조성물에서 미리-박리된 나노클레이 함량은 0.1 내지 50 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 15 중량%임을 특징으로 하는 제 1항 내지 15항 중 어느 한 항의 조성물 또는 제 16항 내지 19항 중 어느 한 항의 폴리머-함유 조성물.
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