KR20100079785A - 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물은 폴리카보네이트 60 내지 90 중량%; 폴리아릴레이트 10 내지 40 중량%; 및 에폭시 작용성 사슬연장제 0.1 내지 2 중량%를 포함하며, 성형품을 제조하기 위한 상기 성분들의 혼합 및 조성물 배출 시에 100 ~ 200 kgf/㎠ 의 전단응력이 가해지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물은 폴리카보네이트의 우수한 기계적 물성 및 외관 특성을 저하시키지 않으면서도 내스크래치성을 개선하여, 공정시간이 상대적으로 짧은 사출성형 또는 압출성형에 용이하게 사용될 수 있다.
폴리카보네이트, 내스크래치성

Description

고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물{Polycarbonate resin composition with superior scratch resistance}
본 발명은 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물과 이를 이용하여 제조되는 성형품에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 폴리카보네이트의 종래 우수한 물성을 유지하면서도 내스크래치성이 향상되어 사출성형 또는 압출성형에도 적합하게 사용될 수 있는 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조되는 성형품에 관한 것이다.
일반적으로 엔지니어링 플라스틱으로 분류되는 폴리카보네이트는 비스페놀 A와 포스겐 등을 반응시켜 제조하는 열가소성 수지로 비결정성이기 때문에 투명하다. 그 외에 기계적 강도가 높고 내열성, 전기절연성이 뛰어나며 충격강도는 열가소성 수지 중 가장 높다고 알려져 있다. 또 흡습으로 인한 치수 변화가 대단히 적고 온도 변화에 따른 물리특성이 안정한 여러가지 장점을 가지고 있어 환경 변화에 강한 플라스틱이다. 이러한 우수한 기계적 성질과 투명성으로 전기전자소재, 가전기기의 하우징, 자동차 소재로 널리 이용되고 있으며, 폴리카보네이트 수지 조성물 자체로 가진 투명성에 더하여 여러 가지 색상을 표현할 수도 있다.
그러나, 폴리카보네이트 수지 조성물은 상기 언급된 바와 같이 제품의 외관 용도로 사용되기 적절한 특성을 지녔지만 취약한 내스크래치성으로 인하여 사출공정 시에 쉽게 표면 손상이 발생이 빈번하여, 이는 제품의 가치를 현저히 떨어뜨리게 된다. 또한 실제 사용자가 제품을 구입하여 사용하는 중에도 제품 손상이 쉽게 발생하는 문제가 있다. 따라서 기존에 폴리카보네이트 수지가 가진 장점을 유지하면서 취약한 내스크래치성에 대한 개선을 지속적으로 요구 받고 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래 폴리카보네이트 수지의 우수한 기계적 성질을 유지하면서도 내스크래치성이 향상되고, 사출성형이나 압출성형이 가능한 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공하는 것이다. 또한, 상기의 폴리카보네이트 수지 조성물을 사용하여, 종래 폴리카보네이트 수지 조성물로 제조한 성형품에 비해 가치보존을 오래하고 취급이 용이한 성형품을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물은 폴리카보네이트 60 내지 90 중량%; 폴리아릴레이트 10 내지 40 중량%; 및 에폭시 작용성 사슬연장제 0.1 내지 2 중량%를 포함하며, 성형품을 제조하기 위한 상기 성분들의 혼합 및 조성물 배출 시에 100 ~ 200 kgf/㎠ 의 전단응력이 가해진다.
본 발명의 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물은 에폭시 작용성 사 슬연장제를 통해 폴리카보네이트 수지와 아릴레이트 수지 간의 높은 상용성을 확보할 수 있으며, 아릴레이트 수지로 인해 향상된 내스크래치성을 나타낼 수 있다. 또한, 에폭시 작용성 사슬연장제를 도입하여 사출 또는 압출공정과 같은 짧은 시간을 가진 공정에서 물성향상을 위한 충분한 반응을 이끌어 낼 수 있고, 사출 또는 압출 공정에 적용이 가능하여 생산시간이 짧으며 연속생산이 가능하다고, 공정 조건을 제어함으로써 반응의 정도를 조절할 수 있으므로 표면경도를 조절할 수 있다.
본 발명의 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물은 페놀계 산화방지제를 0.1~0.3중량% 더 포함할 수 있고, 전술한 본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물은 다양한 성형품으로 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물은 폴리카보네이트에 폴리아릴레이트와 에폭시 작용성 사슬연장제를 도입함으로써 전지전자 제품의 외관과 자동차 소재에 널리 쓰이는 비중이 높은 폴리카보네이트 소재에 내스크래치성을 증가시켜 제품 사출공정간의 스크래치에 의한 불량율을 줄여 생산성 향상에 기여할 수 있으며, 제품의 취급도 용이하게 할 수 있다.
또한, 투명성이 유지되어 투명/불투명 제품 모두에 활용 할 수 있으므로 활용 범위가 넓다. 또한 전체적인 기계적 물성의 하락이 없어 성형품의 사용이 용이하다. 또한 합성의 방법이 아닌 반응 압출공정 또는 사출공정을 통해 쉽게 제품을 생산할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물에서 사용되는 폴리카보네이트로는 중량평균 분자량이 17,000~30,000인 것이 바람직하다. 상기 분자량 범위의 폴리카보네이트가 압출 또는 사출 공정에 적합한 장점이 있다. 분자량이 17,000 미만이면 충분한 중합량에 도달하지 못했기 때문에 최종 생산품의 물성이 떨어지게 되고 폴리아릴레이트와의 용융혼합시 점도비의 붕괴로 혼합의 효과가 떨어진다. 또한 분자량이 30,000 초과이면 너무 높은 점도로 인하여 사출물의 생산이 어렵게 되고 생산성이 급격히 저하될 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 폴리카보네이트는 다양한 중합 방법으로 제조된 폴리카보네이트가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 계면중합법 또는 용융중합법으로 중합된 폴리카보네이트, 보다 바람직하게는 용융중합법으로 중합된 폴리카보네이트를 사용하는 것이 반응성 측면에서 유리하다.
본 발명에 따른 폴리카보네이트는 조성물 전체 중량 대비 60 내지 90 중량%로 포함되는 것을 특징으로 한다. 그 함량이 60 중량% 미만이면 아릴레이트 수지의 양이 증가함에 따라 혼합공정에서의 급격한 점도의 상승이 일어나 생산성이 떨어지게 되고 이고, 90 중량% 초과이면 충분한 내스크래치성을 발휘할 수 없다.
또한, 본 발명의 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물은 폴리아릴레이트를 포함한다.
본 발명에 따른 아릴레이트 수지는 폴리카보네이트 수지보다 탄성이 높은 종류의 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 본 발명에서 사용가능한 아릴레이트 수지의 경우 테레프탈레이트(Terephthalate)와 이소프탈레이트(Isophthalate)의 랜덤 공중합체인 것이 바람직하다
본 발명에 따른 아릴레이트는 조성물 전체 중량 대비 10 내지 40 중량%로 포함되는 것을 특징으로 한다. 그 함량이 10 중량% 미만이면 내스크래치성의 발현이 충분치 않고, 40 중량% 초과이면 점도의 상승으로 인하여 생산성이 떨어지게 된다. 또한, 본 발명의 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물은 에폭시 작용성 사슬연장제를 포함한다.
본 발명에 사용된 에폭시 작용성 사슬연장제는 에폭시기가 고분자의 사슬을 연장하는 기능을 하는 사슬연장제라면 특별한 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 사슬연장제에 치환된 에폭시 작용기의 숫자가 3~9인 것이 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 사슬연장제의 구체적인 예를 들면, 스티렌 단량체, 아크릴산 단량체 및 에폭시 단량체가 각각 중합되어 형성된 반복단위들를 포함하는 블록 공중합체가 사용될 수 있고, 그 구체예로 스티렌-아크릴-에폭시 블록 공중합체의 구조를 갖는 사슬연장제가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 에폭시 작용성 사슬연장제는 에폭시의 함량이 높을수록 반응압출에서의 반응성이 우수하다. 예를 들면, 본 발명에 따른 에폭시 작용성 사슬연 장제의 에폭시 당량(Epoxy Equvalent Weight)은 285~445 g/mol의 함량을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 에폭시 작용성 사슬연장제는 조성물 전체 중량 대비 0.1 내지 2 중량%로 포함되는 것을 특징으로 한다. 그 함량이 0.1 중량% 미만이면 반응압출의 효과가 미미하게 되며, 2 중량% 초과이면 투명제품에 헤이즈(Haze)가 발생하기 시작하며 압출공정시 Die-swell 현상이 심각하게 발생되어 생산성이 급격히 떨어진다.
또한, 선택적으로 본 발명의 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물은 페놀계 산화방지제를 조성물 전체 중량 대비 0.1 내지 0.3중량%로 더 포함할 수 있다. 반응압출공정에서 상기 페놀계 산화방지제의 수산기가 에폭시기와 반응하여 수지 조성물의 물성을 향상시킬 수 있다. 바람직하게는, 디페놀계 산화방지제가 효과적으로 사용될 수 있는데, 예를 들면 작용기에 탄소수가 1~5인 알칸 단량체가 치환되어 있으며 또한 1 개 이상의 t-부틸 단량체로 치환된 디페놀계 산화방지제를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물은 본 발명의 목적 및 효과를 벗어나지 않는 범위에서 열가소성 수지에 일반적으로 사용되는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 열안정제, 산화방지제, 활제, 카본블랙 마스터 배치 또는 윤활제로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 1 내지 5중량% 추가로 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 1
폴리카보네이트 수지 79중량%, 아릴레이트 수지 20중량% 및 에폭시 작용성 사슬연장제 1중량%를 이축 압출기를 이용하여 반응 압출을 실시하였다. 이 때 이축압출기 내의 조건은 온도는 170~300℃, 스크류 rpm은 100rpm, 체류시간은 20~40초로 조절하였다.
실시예 2
폴리카보네이트 69중량% 및 폴리아릴레이트 30중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 수지 조성물을 얻었다.
비교예 1
폴리아릴레이트 및 사슬연장제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 수지 조성물을 얻었다.
비교예 2
사슬연장제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 수지 조성물을 얻었다.
비교예 3~4
이축압출기의 스크류 회전속도를 다르게 한 것(비교예3:100rpm, 비교예4:400rpm)을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 수지 조성물을 얻었다.
상기 실시예1~2 및 비교예1~4에서 사용된 각 성분의 조성 및 이축압출기의 스크류 회전속도 등을 하기 표 1에 정리하였으며, 실시예 및 비교예에서 사용한 각 성분은 다음과 같다.
(1) 폴리카보네이트 수지: 용융 중합법으로 중합 된 폴리카보네이트 수지
(2) 아릴레이트 수지: 유니티카 아릴레이트 수지
(3)에폭시 작용성 사슬연장제 : BASF ADR4367
Melt-PC
(중량%)		 아릴레이트 수지
(중량%)		 에폭시 작용성 사슬연장제
(중량%)		 스크류 (rpm) 전단응력
(kgf/㎠)
실시예1 79% 20% 1% 200 150
실시예2 69% 30% 1% 200 150
비교예1 100% - - 200 150
비교예2 80% 20% - 200 150
비교예3 79% 20% 1% 100 62
비교예4 79% 20% 1% 400 250
시험예
이축 압출기(twin screw extruder)를 사용하여 실시예 1~2 및 비교예 1~4의 조성물들을 하기 표 1에 나타낸 조성 및 압출조건으로 혼합 및 압출가공하고 120℃에서 4시간 건조 후 사출 성형하였다.
상기 실시예1~2 및 비교예1~4에 따라 제조된 시편의 표면경도, 인장특성, 충격강도, 투과도, 외관특성을 하기와 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 기재하였다.
(1) 표면경도: ASTM D3363에 의거하여 0.5kgf에서 측정하였다.
(2) 인장특성: ASTM D638에 의거하여 측정하였다. (Sample Type-4)
(3) 충격강도: ASTM D256 Method-A에 의거하여 측정하였다.
(4) 투과도: 흐림도계에서 ASTM 1003에 의거하여 측정하였다.
(5) 외관특성: 표면의 미려함을 육안으로 상, 중, 하 3단계로 판단하였다.
조성 연필경도 인장탄성율
(kgf/cm2)		 인장강도
(kgf/cm2)		 인장신율
(%)		 Izod 충격강도
(1/8 inch notched)
(kgfcm/cm)		 투과도
(%)		 외관특성
실시예1 H 24800 655 57 28 84 상
실시예2 2H 26100 662 45 19 80 중
비교예1 2B 24100 650 122 75 89 상
비교예2 B 24700 652 65 39 87 상
비교예3 F 24600 650 68 33 85 상
비교예4 3H 25700 671 32 18 71 하
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 에폭시 작용성 사슬연장제의 함량은 일정한 반면, 폴리카보네이트의 함량은 감소하고 폴리아릴레이트의 함량이 증가된 경우인 실시예1 및 실시예2에서, 수지 조성물의 연필경도가 급격히 증가되는 것을 알 수 있다.
하지만 같은 양의 아릴레이트 수지가 첨가되었더라도 에폭시 작용성 사슬연장제가 사용되지 않은 비교예1 및 비교예2의 경우에는 이러한 연필경도의 상승 효과는 미미한 것으로 나타났다.
이로부터 에폭시 작용성 사슬연장제가 폴리카보네이트와 폴리아릴레이트 간의 상용성과 각각의 수지간의 반응성을 상승시켜 압출공정이라는 극히 제한된 공정시간을 가지는 공정에서 효과적인 반응을 야기하는 것을 알 수 있다.
또한, 통상적으로 이종의 폴리머가 혼합된 경우 대부분 취약한 상용성에 의해서 기계적 물성이 급격히 하락하기가 쉬운데, 상기 각각의 시험에 대해 UTM을 이용한 기계적 물성의 측정결과에 의하면 기계적 물성의 하락이 미미하였고 오히려 기계적 물성이 조금씩 향상되는 것을 알 수 있다. 이는 에폭시 작용성 사슬연장제에 의해서 폴리카보네이트와 폴리아릴레이트 이종간의 상용성의 개선과 수지 각각의 반응에 의한 시너지 효과로 인한 것으로 판단된다.
또한, 상기 표 2에서 실시예1 및 비교예3~4의 스크류 rpm 및 전단응력 항목의 결과로부터, 반응압출간 공정조건의 조절에 의하여 반응성을 제한함으로써 경도의 조절이 가능함을 알 수 있다. 즉, 혼합 조건의 차이가 에폭시 작용성 사슬연장제의 반응성에 차이를 야기함을 알 수 있다.
따라서, 같은 조성을 가진 조성물 일지라도 반응압출간 겪게 되는 전단응력에 의하여 취득할 수 있게 되는 물성이 다름을 예측할 수 있다. 전단응력의 경우 압출기에서의 스크류의 회전 속도를 조절함으로써 다르게 부여가 가능하다.
이에 관한 상기 항목의 실험 결과에 의하면, 비교예 3과 같이 낮은 전단응력이 가해지는 경우 이종의 수지가 용융 혼합되는 과정에서 분산 및 분배의 효과가 약하게 되고, 그 결과 전반적으로 낮은 반응성을 얻게 되는 반면, 비교예 4와 같이 스크류의 고속 회전에 의한 높은 전단응력이 가해질 경우 이종 폴리머의 분산과 분배에 관한 혼합 효과가 높아짐으로써 높은 반응성을 부여할 수 있다.
그러나, 고분자 사슬이 부여하는 높은 전단응력으로 인하여 압출기에 높은 응력이 걸림에 의해서 생산성이 저해될 수 있으며, 더욱이 높은 마찰에 의한 전단가열(Shear Heating) 효과에 의해서 압출기 배럴 안에서의 온도가 상승하여 반응성 조절을 정확하게 하기 힘들게 됨을 알 수 있다. 또한, 온도에 의해서 고분자 사슬에 열적 열화(Thermal Degradation)가 쉽게 발생 할 수 있는 환경이 조성되게 되며, 높은 전단 응력이 고분자 사슬에 작용하게 됨으로써 기계적 열화(Mechanical Degradation)를 일으킬 수 있어서 기계적인 물성의 하락이 생기게 됨을 알 수 있다. 그리고 상기 표 2의 투과도 및 외관특성 항목에 나타난 바와 같이, 반응성의 차이에 의해 투명성에 있어서는 다른 결과를 낼 수 있음을 알 수 있다. 기본적으로 폴리카보네이트와 폴리아릴레이트의 굴절율의 차이는 0.03 정도의 차이 밖에 없으므로 이종간의 혼합에 의해서 투명성이 저해가 되지는 않지만, 에폭시 작용성 사슬연장제의 도입에 의하여 새로운 반응이 진행되었기 때문에 투명도에 약간의 차이가 발생했음을 확인할 수 있다. 특히 비교예 4의 경우 급격한 반응의 결과로 인하여 제품의 투명도가 굉장히 떨어지게 되어 외관용 사출품으로 사용하기 부적절한 표면상태를 가지고 있었으며 혼합된 이종의 수지들간의 상분리 현상의 발생으로 인하여 국소적인 굴절율의 차이에 인한 얼룩짐을 관찰 할 수 있었다.
하지만 비교예 4를 제외하고는 육안으로 관찰 하기에 모든 시편이 투명성을 유지하였으며 자동차제품의 내장재 또는 전지전자 제품의 외관제품으로 사용하기에 문제가 없는 투명성을 유지하고 있었다.

Claims (7)

  1. 폴리카보네이트 60 내지 90 중량%;
    폴리아릴레이트 10 내지 40 중량%; 및
    에폭시 작용성 사슬연장제 0.1 내지 2 중량%
    를 포함하며, 성형품을 제조하기 위한 상기 성분들의 혼합 및 조성물 배출 시에 100 ~ 200 kgf/㎠ 의 전단응력이 가해지는 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리카보네이트는 중량평균 분자량이 17,000~30,000이며, 용융 중합법으로 중합된 것을 특징으로 하는 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리아릴레이트는 테레프탈레이트와 이소프탈레이트의 랜덤 공중합체인 것을 특징으로 하는 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 작용성 사슬연장제는 스티렌 단량체, 아크릴산 단량체 및 에폭시 단량체가 각각 중합되어 형성된 반복단위들를 포함하는 블록 공중합체인 것을 특징으로 하는 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    페놀계 산화방지제를 0.1~0.3중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    사출성형 또는 압출성형에 사용되는 것을 특징으로 하는 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물.
  7. 제1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 성형품.
KR1020080138358A 2008-12-31 2008-12-31 고내스크래치성 폴리카보네이트 수지 조성물 KR101164145B1 (ko)

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