KR20090014198A - 고성능 엔지니어링 플라스틱 및 엔지니어링 플라스틱에 사용되는 첨가제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 높은 방염성 및 양호한 화합물 가공성을 지니는 엔지니어링 플라스틱에 있어서 방염 첨가제로서 및 가공 보조제로서 마이크로실리카를 포함하는 엔지니어링 플라스틱에 관한 것이다.

Description

고성능 엔지니어링 플라스틱 및 엔지니어링 플라스틱에 사용되는 첨가제{HIGH PERFORMANCE ENGINEERING PLASTICS AND ADDITIVE FOR USE IN ENGINEERING PLASTICS}

본 발명은 개선된 방염성을 지니는 고성능 엔지니어링 플라스틱 및 엔지니어링 플라스틱용 첨가제에 관한 것이다.

엔지니어링 플라스틱은 열 안정성, 충격내성 및 인장강도와 같은 이들의 특별한 성질에 기인하여 몇 가지의 고성능 제품에 광범위하게 사용되고 있다. 그러나, 엔지니어링 플락스틱은 단점, 예컨대, 가공 곤란성, 높은 수분 흡수성 및 높은 가연성을 지니고 있다.

엔지니어링 플라스틱은 기계적, 화학적 및 열적 성질을 지니며, 치수 안정성을 유지하며, 강한 충격, 열 또는 수분하의 조건에 안정한 열가소성 물질이다. 이들에는 아세탈, 폴리카르보네이트(PC), 폴리페닐설파이드, 폴리설폰, 개질된 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리이미드, 폴리아미드(PA), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 액정 폴리머(LCP), 에틸렌 비닐아세테이트 코폴리머(EVA) 및 엔지니어링 목적으로 사용되는 그 밖의 플라스틱이 포함된다.

엔지니어링 플라스틱의 방염성을 개선시키기 위해서, 할로겐- 또는 인 함유 유기 화합물 또는 적린(red phosphorus)이 사용된다. 그러나, 이들 첨가제는 일부 심각한 단점을 지니고 있다. 따라서, 연소시에, 인체나 환경에 유해할 수 있는 독성 및 부식성 가스가 방출된다. 또한, 엔지니어링 플라스틱의 기계적인 성질 및 가공성이 감소된다. 또한 비독성 첨가제, 예컨대, 알루미늄 트리하이드레이트, 수산화마그네슘 및 유리섬유가 사용되어 엔지니어링 플라스틱의 방염성을 개선시키고 있으나, 이들은 비독성이긴 하지만 엔지니어링 플라스틱의 기계적인 성질 및 가공성에 유해할 수 있다.

기계적인 특성을 유지시키기 위해서, 충전제, 예컨대, 탈크 또는 규회석(wollastonite) 또는 섬유, 예컨대, 유리섬유 또는 탄소섬유와 같은 첨가제가 엔지니어링 플라스틱을 생성시키기 위한 화합물에 첨가되지만, 이들 물질의 혼입은 다른 부정적인 효과를 유발시키는데, 그러한 단점 중 하나는 가공 속도를 저하시키는 높은 화합물 점도이다. 따라서, 화합물 성질 및 가공 성향 및 이들 엔지니어링 플라스틱 화합물로부터 제조된 최종 제품의 성능을 최적화시키는 것은 어렵다.

발명의 설명

본 발명에 의하면, 방염성을 실질적으로 증가시키면서 그와 동시에 화합물의 가공성 및 엔지니어링 플라스틱의 기계적 성질을 유지하는 엔지니어링 플라스틱을 제공하고 있다. 또한 본 발명의 엔지니어링 플라스틱은 연소시에 독성 또는 부식성 가스를 방출시키지 않는다. 본 발명에 의하면, 화합물의 가공성 및 엔지니어링 플라스틱의 기계적인 성질에 부정적인 영향을 주지 않으면서 엔지니어링 플라스틱의 방염성을 실질적으로 개선시키는 엔지니어링 플라스틱용 첨가제를 또한 제공하고 있다.

따라서, 본 발명은 높은 방염성 및 양호한 화합물 가공성을 지니는 엔지니어링 플라스틱으로서, 엔지니어링 플라스틱이 방염 첨가제로 마이크로실리카를 포함함을 특징으로 하는 엔지니어링 플라스틱에 관한 것이다.

바람직한 구체예에 따르면, 엔지니어링 플라스틱은 5 내지 100중량%, 더욱 바람직하게는 8 내지 50중량%의 마이크로실리카를 방염제로서 함유한다.

또 다른 구체예에 따르면, 엔지니어링 플라스틱은 마이크로실리카와 통상의 방염제의 조합물을 포함한다.

본 발명은 추가로 엔지니어링 플라스틱에서의 방염 첨가제로서 마이크로실리카의 용도에 관한 것이다.

본원의 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 마이크로실리카는 실리카(수정)가 SiO-가스로 환원되고 환원 생성물이 증기 상에서 산화되어 무정형 실리카를 형성시키는 공정에 의해서 얻은 무정형 SiO₂ 미립자이다. 마이크로실리카는 70중량% 이상의 실리카(SiO₂)를 함유할 수 있으며, 비밀도(specific density)가 2.1 내지 2.3 g/cm³이고 표면적이 15 내지 50 mg²/g이다. 주요 입자는 실질적으로 구형이고 평균 크기는 약 0.15㎛이다. 마이크로실리카는 바람직하게는 전기환원로(electric reduction furnace)에서 실리콘 또는 실리콘 합금의 생산중에 부산물로서 얻어진다. 마이크로실리카는 백하우스 필터(baghouse filter) 또는 그 밖의 수집 장치를 사용하는 통상의 방법으로 회수되며, 거친 입자를 제거하고, 표면을 개질시키고 그 밖의 다른 방법을 수행하여 추가로 가공될 수 있다.

놀랍게도, 마이크로실리카를 첨가하면 실질적으로 엔지니어링 플라스틱의 가연성이 저하되면서 엔지니어링 플라스틱의 기계적인 성질에 부정적인 영향을 주지 않으며 화합물의 가공성을 감소시키지 않는다는 것이 밝혀졌다. 이와 관련하여, 특히, 마이크로실리카는 유리섬유 보다 방염성을 더욱 우수하게 하는데, 둘 다 이산화실리콘 물질임에도 그러함이 밝혀졌다. 또한 본 발명의 엔지니어링 플라스틱은 연소시에 독성 또는 부식성 가스를 방출시키지 않는다는 것이 밝혀졌다. 마지막으로, 마이크로실리카와 그 밖의 공지된 방염제, 예컨대, 알루미늄 트리하이드레이트 또는 수산화마그네슘의 조합물을 사용하면 엔지니어링 플라스틱의 방염성에 조합효과가 있다는 것이 밝혀졌다.

본 발명은 추가로 엔지니어링 플라스틱의 방염성을 개선시키기 위한 엔지니어링 플라스틱에 대한 첨가제로서 마이크로실리카의 용도에 관한 것이다.

실시예 1

폴리아미드 엔지니어링 플라스틱을 바스프사(BASF)에서 제조된 폴리아미드 폴리머 PA6으로부터 제조하였다.

상이한 양의 마이크로실리카를 PA6 폴리머에 첨가하여 본 발명에 따른 샘플 A 및 B를 생성시켰다. 본 발명에 따른 두 가지의 다른 샘플, 즉 E 및 F를 상이한 양의 마이크로실리카와 유리섬유 둘 모두를 첨가함으로써 제조하였다. 한계 산소 지수(limiting oxygen index: LOI)를 BS EN 4589-2:199에 따라서 측정하고 생산된 폴리아미드 플라스틱의 백열선 점화 온도(glowing wire ignition temperature: GWIT)를 BS EN 6095-2-13:2001에 따라서 측정하였다. 또한, 굴곡 탄성율(flexural modulus)과 충격강도를 측정하였다. 비교 목적으로, 단지 유리 섬유만을 함유하는 폴리아미드 플라스틱의 두 샘플, 즉 C 및 D를 생성시키고 상기된 바와 동일한 방법으로 시험하였다.

샘플들의 조성 및 한계 산소 지수, 백열선 점화 온도, 굴곡 탄성율(flexural modulus) 및 충격 강도를 하기 표 1에 나타내었다.

표 1

1) 미국 스페서피케이션(American specification): UL94 클래스 V-0(UL94 class V-0)에 따라 시험

2) 미국 스페서피케이션: UL94 클래스 V-1에 따라 시험

표 1로부터 마이크로실리카와 유리섬유가 모두 이산화실리콘을 기초로 하고 있지만 마이크로실리카를 첨가하면 유리섬유의 첨가에 비해서 현저하게 높은 방염성이 나타남을 알 수 있다. 기계적인 성질은 추가로 마이크로실리카와 유리섬유의 양을 변화시킴으로써 추가로 최적화될 수 있다. 추가로, 아주 고함량의 유리섬유와 마이크로실리카를 지니는 샘플 E 및 F가 어려움 없이 가공될 수 있으므로 가공성이 개선되었음을 표 1로부터 알 수 있다.

실시예 2

폴리아미드 엔지니어링 플라스틱을 아토피나사(Atofina)로부터 구입한 폴리아미드 폴리머 PA11로부터 제조하였다.

상이한 양의 마이크로실리카와 유리섬유를 폴리머에 첨가하여 본 발명에 따 라서 샘플 1, 2 및 3을 생성시키고, 생성된 폴리아미드 플라스틱의 LOI, GWIT, 굴곡 탄성율 및 충격 강도를 측정하였다. LOI와 GWIT는 실시예 1에서 언급된 표준방법에 따라서 측정되었다. 비교를 위해서 두 샘플, 즉, 샘플 4 및 5를 마이크로실리카 첨가 없이 제조하였다.

샘플의 조성 및 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

표 2

표 2로부터, 유리섬유만을 함유하는 샘플 4 및 5에 비해서 마이크로실리카와 유리섬유 둘 모두를 함유하는 실시예 1 내지 3의 경우에 방염성이 아주 크게 증가함을 알 수 있다. 또한, 단지 25% 폴리머를 함유하는 샘플 3의 화합물을 가공할 수 있었다는 것은 아주 놀라운 일이다. 이러한 결과는 마이크로실리카의 첨가가 화합물의 가공성을 개선시킴을 나타내고 있다.

실시예 3

엑손(Exxon)으로부터 구입한 에틸렌 비닐아세테이트 코폴리머, EVA(18% 비닐 아세테이트)를 사용하여 엔지니어링 플라스틱의 두 샘플을 생성시켰다. 한 샘플, 즉, 본 발명에 따른 샘플 1은 10% 마이크로실리카와 55% 알루미늄 트리하이드레이트(ATH)를 충전제로서 함유하며, 다른 샘플, 즉, 비교를 위한 샘플 2는 60% ATH를 함유하고 마이크로실리카를 함유하지 않았다. 비교 샘플, 즉, 60% ATH를 함유하는 샘플 2는 고도의 방염성인 것으로 공지되어 있다.

샘플들을 실시예 1에 기재된 표준방법에 따라서 LOI, GWIT에 대해서 시험하였다. 또한 파단시 신율(EB: elongation at break), 인장강도(TS: tensile strength) 및 인장 탄성율(tensile modulus)을 측정하였다. 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

표 3

샘플 1과 샘플 2를 모두 UL94에 따른 클래스 V-0으로 평가하였다.

본 발명에 따른 샘플 1은 ATH의 함량이 감소되었지만, 본 발명에 따른 샘플 1과 샘플 2 모두에서 아주 우수한 방염성을 나타내고 있음을 표 3으로부터 알 수 있다. 따라서, 마이크로실리카의 첨가와 ATH의 감소는 LOI과 GWIT로서 측정되는 경우 에틸렌 비닐아세테이트 코폴리머의 방염성을 감소시키지 않았다. 또한, 기계적 성질, 특히, 인장 탄성율은 샘플 1이 샘플 2에 비해서 더 우수함을 표 3으로부터 알 수 있다.

표 3에 기재된 결과에 추가로, IOS 5660에 따라 샘플 1과 샘플 2를 시험하는 경우에 발생하는 전체 열은 ATH만을 함유하는 샘플 2에 비해서 마이크로실리카와 ATH를 함유하는 샘플 1의 경우에 저하되었음이 밝혀졌다. 또한, 열 방출 속도의 피크가 ATH만을 함유하는 샘플 2에 비해서 본 발명에 따른 샘플 1의 경우에 현저하게 감소하였다. 최종적으로 CO 방출도 샘플 2에 비해서 샘플 1의 경우에 더 낮았으며, 이는 본 발명의 샘플 1에 대하여 더 불완전한 연소를 보임을 나타내고 있는 것이다.

이러한 결과는 통상의 방염제와 함께 마이크로실리카를 사용하는 경우에 추가의 방염성이 얻어짐을 나타내고 있다. 따라서, 통상의 방염제와 함께 마이크로실리카를 사용하는 경우에 상승 효과가 얻어지고 있다.

Claims (3)

1. 높은 방염성과 양호한 화합물 가공성을 지니는 엔지니어링 플라스틱에 있어서, 엔지니어링 플라스틱이 20 내지 50 중량%의 유리섬유 및 5 내지 60 중량%의 마이크로실리카를 방염 첨가제로서 및 가공 보조제로서 함유하는 엔지니어링 플라스틱(engineering plastics).
2. 제 1항에 있어서, 8 내지 50 중량%의 마이크로실리카를 함유하는 엔지니어링 플라스틱.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 마이크로실리카와 통상의 방염 첨가제의 조합물을 포함하는 엔지니어링 플라스틱.