KR20130043231A - 열안정화된 폴리아미드 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 본 발명은 다가 알코올계 안정화 시스템을 포함하며, 열에 노출된 후 기계적 물성을 유지하는데 우수한, 열에 대해 안정화된 폴리아미드 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 조성물의 제조 방법, 그리고 특히, 다양한 물품을 만들기 위한 상기 조성물의 용도에 관한 것이다.

Description

열안정화된 폴리아미드 조성물{HEAT-STABILIZED POLYAMIDE COMPOSITION}
본 발명은 다가 알코올계 안정화 시스템을 포함하며, 열에 노출된 후 기계적 물성을 유지하는데 우수한, 열에 대해 안정화된 폴리아미드 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 조성물의 제조 방법, 그리고 특히, 다양한 물품을 만들기 위한 상기 조성물의 용도에 관한 것이다.
폴리아미드는 성형 부품 및/또는 사출-성형 부품과 같이 다양한 물품을 제조하는데 널리 사용되는 합성 중합체이다. 폴리아미드는 자외선, 열 및/또는 악천후와 같은 외부 요소 또는 조건을 거치게 되면 분해될 수 있다. 분해현상은 폴리아미드를 제조 및/또는 형성하는 동안에 사용되는 열에 의해 유도될 수도 있다. 이러한 불안전성은 폴리아미드의 분해, 기계적 성질의 손실, 및 색상 변화로 반영된다. 이들 문제점은 특히 상당한 열에 노출되는 자동차 업계 부품들과 같은 일정 수의 적용분야에서 중요해 질 수 있다.
열과 관련하여 폴리아미드의 안정성을 향상시키기 위해, 폴리아미드를 특정 안정화제와 조합시키는 것이 알려져 있다. 이러한 용도의 많은 첨가제가 시판 중에 있다. 대부분의 경우에 사용되며 양호한 안정성을 제공하는 요오드화구리를, 특히 요오드화칼륨과 조합된 형태로 사용하는 것이 알려져 있다. 또한 더 복잡한 첨가제, 이를테면 입체장애형 페놀계 항산화제 화합물, HALS 타입의 입체장애 아민을 적어도 하나 가진 안정화제, 또는 인-함유 안정화제를 사용하는 것이 관행으로 알려져 있다.
그러나, 열과 관련된 안정성 면에서 한층 더 효과적이며 더 저렴한 폴리아미드 조성물을 얻을 필요가 있다.
본 출원인은 장기간 열에 노출된 후에도 기계적 물성을 탁월하게 유지할 수 있게 하는 신규 폴리아미드 조성물을 개발하였다.
따라서 본 발명은 2개 내지 8개의 하이드록실기를 가진 다가 알코올을 포함하는 폴리아미드 조성물의 열-산화 내성을 증가시키기 위한 충격보강제(impact modifier)의 용도에 관한 것이다.
또한 본 발명은
- 1종의 열가소성 폴리아미드 수지;
- 3 내지 10 중량%의 충격보강제; 및
- 2개 내지 8개의 하이드록실기를 가진 1종의 다가 알코올
을 적어도 포함하는 조성물에 관한 것이다.
중량비는 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 표현한다.
본 발명의 폴리아미드는 특히 1종 이상의 지방족 디카복실산을 1종의 지방족 또는 고리형 또는 고리형지방족 또는 아릴지방족 디아민과 중축합 반응시켜 수득되는 폴리아미드(이를테면, PA 6.6, PA 6.10, PA 6.12, PA 10.10, PA 10.6, PA 12.12, PA 4.6, MXD 6 또는 PA 92), 또는 1종 이상의 방향족 디카복실산과 1종의 지방족 또는 방향족 디아민 사이의 중축합 반응에 의해 수득되는 폴리아미드(이를테면, 폴리테레프탈아미드, 폴리이소프탈아미드 또는 폴리아라미드), 또는 이들의 블렌드 및 (코)폴리아미드로 구성된 군에서 선택된다. 또한 본 발명의 폴리아미드는 1종 이상의 아미노산 또는 락탐 자체를 중축합 반응시켜 수득되는 폴리아미드(이를테면, 가령 PA 6, PA 7, PA 11, PA 12 또는 PA 13), 이들의 블렌드 및 (코)폴리아미드 중에서 선택될 수 있으며, 이때 상기 아미노산은 락탐 환을 가수분해 개환시켜 생성될 수 있다. 특히 코폴리아미드 타입으로, 폴리아미드 6/66을 언급할 수 있다.
반결정성 지방족 폴리아미드 또는 반방향족 폴리아미드가 특히 바람직하다.
폴리아미드 6 타입 및 폴리아미드 66 타입이 특히 바람직하다. "폴리아미드 6 타입"이란 용어는 구체적으로 카프롤락탐 또는 아미노카프로 단량체 잔기를 90 중량% 이상 포함하는 폴리아미드를 의미한다. "폴리아미드 66 타입"이란 용어는 구체적으로 아디프산 및 헥사메틸렌디아민 단량체 잔기를 90 중량% 이상 포함하는 폴리아미드를 의미한다.
폴리아미드, 특히 폴리아미드 6 타입의 겉보기 용융점도는 ISO 11443 표준에 따라 250℃의 온도에서 1000s-1의 전단속도로 측정하였을 때 10 내지 1200 Pa.s이거나; 특히 폴리아미드 66 타입의 겉보기 용융점도는 ISO 11443 표준에 따라 280℃의 온도에서 1000s-1의 전단속도로 측정하였을 때 10 내지 700 Pa.s이다.
특히, 폴리아미드 단량체의 중합반응 이전 또는 도중에, 아니면 용융 압출시, 사슬 길이를 조절하는 단량체, 이를테면, 구체적으로, 상기 폴리아미드 단량체 또는 폴리아미드와 반응할 수 있는 아민 또는 카복실산 관능기를 가진 이관능성 및/또는 일관능성 화합물의 첨가를 통해 다양한 분자량의 폴리아미드를 사용할 수 있다.
"카복실산"이란 용어는, 예를 들어 산무수물, 산염화물 및 에스테르와 같은, 카복실산 및 그 유도체를 의미한다. "아민"이란 용어는 아미드 결합을 형성할 수 있는 아민 및 그 유도체를 의미한다.
중합반응 초기, 도중 또는 말기에, 임의 타입의 지방족- 또는 방향족- 모노카복실산 또는 디카복실산, 또는 임의 타입의 지방족- 또는 방향족- 모노아민 또는 디아민 아민을 사용할 수 있다.
매우 구체적으로는, 적어도 아디프산 및 헥사메틸렌디아민 또는 그 염(이를테면, 헥사메틸렌디아민 아디페이트)으로부터 수득되고, 선택적으로 기타 폴리아미드 단량체 폴리아미드를 다양한 비율로 포함할 수 있는 폴리아미드를 사용할 수 있다. 이런 취지로, 폴리아미드 66/6T를 언급할 수 있다.
본 발명에 따른 폴리아미드는 또한 블렌딩법, 특히는 용융 블렌딩법을 통해 수득될 수 있다. 예를 들면, 1종의 폴리아미드를 다른 폴리아미드와 블렌드하거나, 1종의 폴리아미드를 폴리아미드 올리고머와 블렌드하거나, 아니면 1종의 폴리아미드를 특히 디아민, 디카복실산, 모노아민 및/또는 모노카복실산과 같은 사슬 길이 조절용 단량체와 블렌드할 수 있다. 특히, 폴리아미드에, 가령 이소프탈산, 테레프탈산 또는 벤조산을 대략 0.2 중량% 내지 2 중량% 함량으로 첨가할 수 있다.
본 발명의 조성물은 특히 상기 폴리아미드로부터 유도되는 코폴리아미드, 또는 상기 폴리아미드 또는 (코)폴리아미드의 블렌드를 또한 포함할 수 있다.
구체적으로는, 폴리아미드 단량체의 존재 하에, 아민 관능기 또는 카복실산 관능기 타입으로 된 3개 이상의 동일한 반응성 관능기를 포함한 1종 이상의 다관능성 화합물을 블렌딩함으로써 수득되는 고유동성 분지형 폴리아미드를 또한 사용할 수 있다.
고유동성 폴리아미드로는, 스타(star) 거대분자 사슬과, 해당되는 경우, 선형 거대분자 사슬을 포함하는 스타 폴리아미드를 또한 사용할 수 있다. 이러한 스타 거대분자 사슬을 포함하는 중합체에 대해, 예를 들면, 특허문헌 WO 97/24388 및 WO 99/64496에 기재되어 있다.
구체적으로 이들 스타 폴리아미드는, 중합반응 도중에, 폴리아미드 단량체의 존재 하에, 아미노산 또는 락탐(이를테면, 카프롤락탐), 아민 관능기 또는 카복실산 관능기 타입으로 된 3개 이상의 동일한 반응성 관능기를 포함한 1종 이상의 다관능성 화합물을 블렌딩함으로써 수득된다. "카복실산"이란 용어는, 예를 들어 산무수물, 산염화물 및 에스테르와 같은, 카복실산 및 그 유도체를 의미한다. "아민"이란 용어는 아미드 결합을 형성할 수 있는 아민 및 그 유도체를 의미한다.
상기 조성물은, 본 발명의 개질형 폴리아미드 외에도, 1종 이상의 다른 중합체, 바람직하게는 폴리아미드 또는 코폴리아미드를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은, 조성물의 총 중량을 기준으로, 20 중량% 내지 80 중량%, 우선적으로는 20 중량% 내지 70 중량%, 더 우선적으로는 35 중량% 내지 65 중량%의 폴리아미드를 포함할 수 있다.
강화용 또는 용적팽창용 충전재는 폴리아미드 조성물의 제조에 통상 사용되는 충전재이다. 특히, 강화용 섬유질 충전재, 이를테면 유리섬유, 탄소섬유 또는 유기섬유; 비-섬유질 충전재, 이를테면 미립자형 또는 층상(lamellar) 충전재, 및/또는 박리형 또는 비-박리형 나노충전재, 예를 들어 알루미나, 카본블랙, 점토, 인산지르코늄, 고령토, 탄산칼슘, 구리, 규조토(diatomaceous earth), 흑연, 운모, 실리카, 이산화티타늄, 제올라이트, 활석(talc), 규회석(wollastonite); 중합성 충전재, 이를테면, 가령 디메타크릴레이트 입자, 유리비드 또는 유리분말을 언급할 수 있다.
바람직하게는, 유리섬유와 같은 강화용 섬유를 특히 사용한다. 우선적으로, 가장 널리 사용되는 섬유는 7 내지 14μm의 직경과 5mm 미만의 길이를 가진 "잘게 조각난(chopped)" 타입의 유리섬유이다. 이들 충전재는 섬유와 폴리아미드 매트릭스 사이에 기계적 접합을 보장하는 표면크기를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은, 조성물의 총 중량을 기준으로, 5 중량% 내지 60 중량%, 우선적으로는 10 중량% 내지 40 중량%의 강화용 또는 용적팽창용 충전재를 포함할 수 있다.
이로써 본 발명의 조성물은, 조성물의 총 중량을 기준으로, 3 중량% 내지 10 중량%의 충격보강제를 포함한다. 이는 따라서 충격보강제를 3 중량% 내지 10 중량%만 포함할 수 있는 조성물을 의미한다. 다른 말로 하면, 충격보강제, 특히 조성물 중 충격보강제 시스템의 총 비율은 전체 조성물에서 단지 3 중량% 내지 10 중량%일 수 있다.
위에 정의한 바와 같은 폴리아미드를 포함하는 본 발명에 따른 조성물은 충격보강제, 즉 폴리아미드 조성물의 충격강도를 보강할 수 있는 화합물을 1종 이상 포함한다. 이들 충격보강제는, 우선적으로, 폴리아미드와 반응하는 관능기를 포함한다.
본 발명에 따르면, "폴리아미드와 반응하는 관능기"란 표현은 폴리아미드의 산 또는 아민 관능기와 특히 공유-, 이온- 또는 수소-결합 상호작용 또는 반 데르 발스 결합을 통해 화학적으로 반응 또는 상호작용할 수 있는 기를 의미한다. 이러한 반응성 기는 충격보강제가 폴리아미드 매트릭스에 양호하게 분산되도록 보장할 수 있다. 일반적으로 양호한 분산 상태는 평균크기 0.1 내지 2μm의 충격보강제 입자를 매트릭스 내에 사용함으로써 얻어진다.
폴리아미드 내 산 또는 아민 특성의 불균형 △EG = CEG-AEG (산 말단기의 농도 CEG - 아민 말단기의 농도 AEG)을 가져오는 관능기로서, 폴리아미드와 반응하는 관능기를 포함한 충격보강제를 우선적으로 사용한다. 따라서, 예를 들어, △EG가 "산성"(CEG > AEG)이면, 폴리아미드의 산 관능기와 특히 공유-, 이온- 또는 수소-결합 상호작용 또는 반 데르 발스 결합을 통해 화학적으로 반응 또는 상호작용할 수 있는 반응성 관능기를 우선적으로 사용하게 된다. 예를 들어, △EG가 "아민"(AEG > CEG)이면, 폴리아미드의 아민 관능기와 특히 공유-, 이온- 또는 수소-결합 상호작용 또는 반 데르 발스 결합을 통해 화학적으로 반응 또는 상호작용할 수 있는 반응성 관능기를 우선적으로 사용하게 된다. "아민" 특성의 △EG를 나타내는 폴리아미드와 반응하는 관능기를 가진 충격보강제를 우선적으로 사용한다.
충격보강제가 아주 좋게는, 그 자체 내에, 폴리아미드와 반응하는 관능기, 예를 들면, 에틸렌/아크릴산(EAA)을 포함할 수 있다
폴리아미드와 반응하는 관능기를 보통 그래프트 또는 공중합 반응으로 충격보강제에 첨가시키는 것도 가능하며, 그 예로는 무수말레인산과 그래프트된 에틸렌/프로필렌/디엔(EPDM)이 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 단량체 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나를 포함하는 올리고머성 또는 중합성 화합물인 충격보강제를 사용할 수 있다: 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 이소프렌, 디엔, 아크릴레이트, 부타디엔, 스티렌, 옥텐, 아크릴로니트릴, 아크릴산, 메타크릴산, 비닐아세테이트, 비닐에스테르(이를테면, 아크릴 에스테르 및 메타크릴 에스테르), 및 글리시딜 메타크릴레이트. 본 발명에 따른 이들 화합물은, 추가로, 위에 언급한 단량체 외의 단량체를 또한 포함할 수 있다.
선택적으로는 엘라스토머 기재(base)로 알려져 있는, 충격보강제 화합물의 기재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리이소프렌, 에틸렌/프로필렌 고무(EPR), 에틸렌/프로필렌/디엔(EPDM) 고무, 에틸렌 및 부텐 고무, 에틸렌 및 아크릴레이트 고무, 부타디엔 및 스티렌 고무, 부타디엔 및 아크릴레이트 고무, 에틸렌 및 옥텐 고무, 부타디엔 및 아크릴로니트릴 고무, 에틸렌/아크릴산(EAA) 제품, 에틸렌/비닐아세테이트(EVA) 제품, 에틸렌/아크릴 에스테르(EAE) 제품, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌(ABS) 공중합체, 스티렌/에틸렌/부타디엔/스티렌(SEBS) 블록 공중합체, 스티렌/부타디엔/스티렌(SBS) 공중합체, 메타크릴레이트/부타디엔/스티렌(MBS) 타입의 코어/쉘 엘라스토머, 위에 나열된 엘라스토머 중 2종 이상으로 된 블렌드로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
위에 나열된 기들에 더하여, 충격보강제는 폴리아미드와 반응하는, 일반적으로 그래프트되거나 공중합된 관능기, 이를테면, 구체적으로, 산(예컨대, 카복실산, 염화된 형태의 산(salified acid)), 에스테르(특히, 아크릴레이트 및 메타크릴레이트), 아이오노머, 글리시딜기(특히, 에폭시기, 글리시딜 에스테르), 무수물(특히, 무수말레인산), 옥사졸린, 말레이미드, 또는 이들의 혼합물을 또한 포함할 수 있다.
엘라스토머 상의 이러한 관능기는, 가령, 엘라스토머의 제조시 공단량체를 사용함으로써 수득된다.
폴리아미드와 반응하는 관능기를 포함하는 충격보강제로서, 특히, 에틸렌, 아크릴 에스테르 및 글리시딜 메타크릴레이트의 삼원공중합체; 에틸렌 및 부틸 에스테르 아크릴레이트의 공중합체; 에틸렌, n-부틸 아크릴레이트 및 글리시딜 메타크릴레이트의 공중합체; 에틸렌 및 무수말레인산의 공중합체; 무수말레인산과 그래프트된 에틸렌/프로필렌/디엔 공중합체; 무수말레인산과 그래프트된 스티렌/말레이미드 공중합체; 무수말레인산과 그래프트된 스티렌/에틸렌/부틸렌/스티렌 공중합체; 무수말레인산과 그래프트된 스티렌/아크릴로니트릴 공중합체; 무수말레인산과 그래프트된 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 공중합체; 및 이들의 수소화된 형태를 언급할 수 있다.
전체 조성물에서 충격보강제의 중량비는 조성물의 총 중량을 기준으로 특히 3 중량% 내지 10 중량%, 우선적으로는 4 중량% 내지 8 중량%, 구체적으로는 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5, 7, 7.5 및 8, 그리고 이들 구간 사이의 값에 해당된다.
그러므로 본 발명에 따른 조성물은 2개 내지 8개의 하이드록실기를 가진 1종 이상의 다가 알코올을 함유하는 안정화 시스템을 포함한다.
상기 조성물이 2개 내지 8개의 하이드록실기를 가진 다가 알코올로 단독 구성되는 것; 즉 CuI 및 KI의 짝짓기, 입체장애형 페놀계 화합물, HALS 타입의 입체장애형 아민 단위를 1개 이상 가진 안정화제, 또는 유기 또는 무기 인-함유 안정화제(이를테면, 차아인산나트륨 또는 차아인산망간)과 같은 다른 열안정화제에 의지하지 않는, 열안정화 시스템을 포함하는 것이 전적으로 가능하다.
다가 알코올은 우선적으로 3개 내지 8개의 하이드록실기를 가진다.
본 발명의 다가 알코올은 지방족, 고리형 지방족, 아릴지방족 및 방향족 화합물들 중에서 선택될 수 있으며, 산소, 질소 및/또는 황과 같은 헤테로원자를 1개 이상 함유할 수 있다. 다가 알코올은 에테르, 카복실산, 아미드 또는 에스테르 기와 같은 치환기를 1개 이상 함유할 수 있다.
다가 알코올로는, 따라서, 디올, 이를테면 1,5-펜탄디올, 2,2-디메틸-1,3 프로판디올, 트리에틸렌 글리콜, 폴리(글리콜 에테르), 트리올, 이를테면 글리세롤, 트리메틸올프로판, 2,3-디-(2'-하이드록시에틸)사이클로헥산-1-올, 헥산-1,2,6-트리올, 1,1,1-트리스-(하이드록시메틸)에탄, 3-(2'-하이드록시에톡시)프로판-1,2-디올, 3-(2'-하이드록시프로폭시)프로판-1,2-디올, 2-(2'-하이드록시에톡시)헥산-1,2-디올, 6-(2'-하이드록시프로폭시)헥산-1,2-디올, 1,1,1-트리스-[(2'-하이드록시에톡시)메틸]에탄, 1,1,1-트리스-[(2'-하이드록시프로폭시)메틸]프로판, 1,1,1-트리스-(4'-하이드록시페닐)에탄, 1,1,1-트리스-(하이드록시페닐)프로판, 1,1,3-트리스-(디하이드록시-3-메틸페닐)프로판, 1,1,4-트리스-(디하이드록시페닐)부탄, 1,1,5-트리스-(하이드록시페닐)-3-메틸펜탄, 디-트리메틸올프로판, 트리메틸올프로판 에톡실레이트, 또는 트리메틸올프로판 프로폭실레이트; 폴리올, 이를테면 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨 및 트리펜타에리트리톨; 및 단당류, 이를테면 사이클로덱스트린, D-마노스, 글루코오스, 갈락토오스, 수크로오스, 프룩토오스, 크실로오스, 아라비노오스, D-마니톨, D-소르비톨, D- 또는 L- 아라비톨, 크실리톨, 이디톨, 탈리톨, 알리톨, 알트리톨, 굴리톨, 에리트리톨, 트레이톨, 및 D-굴론산-γ-락톤(D-gulonic-γ-lactone); 및 유사 화합물로 이루어진 군에 거론된 다가 알코올을 언급할 수 있다.
바람직한 다가 알코올은, 제각기 결합된 탄소 원자들이 1개 이상의 원자에 의해, 우선적으로는 탄소 또는 산소 원자에 의해 분리되는 1쌍 이상의 하이드록실기를 가진 다가 알코올을 포함한다.
우선적으로, 열가소성 조성물에 사용되는 다가 알코올은 디글리세롤, 트리글리세롤, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 트리펜타에리트리톨 또는 디-트리메틸올프로판이다. 더 우선적으로, 사용되는 다가 알코올은 디펜타에리트리톨 및/또는 트리펜타에리트리톨이다.
본 발명에 따른 조성물은 폴리아미드 조성물을 제조하는데 보통 사용되는 첨가제를 또한 포함할 수 있다. 이에 따라, 윤활제, 난연제, 가소제, 조핵제, 촉매, 항산화제, 대전방지제, 착색제, 매트화제(mattifying agent), 몰딩 보조제 또는 기타 통상적인 첨가제를 언급할 수 있다.
이들 충전재 및 첨가제를, 이를테면, 가령 중합반응 동안 또는 용융 블렌딩 수행시, 각 충전재 또는 첨가제에 적합한 일반적인 방식으로 개질형 폴리아미드에 첨가시킬 수 있다.
우선적으로, 본 발명의 조성물은
- 1종의 열가소성 폴리아미드 수지;
- 3 내지 10 중량%의 충격보강제;
- 2개 내지 8개의 하이드록실기를 가진 1종의 다가 알코올;
- 1종의 강화용 또는 용적팽창용 충전재; 및
- 윤활제, 난연제, 가소제, 조핵제, 촉매, 항산화제, 대전방지제, 착색제, 매트화제 및 몰딩 보조제로 이루어진 군에서 선택된 1종의 첨가제
를 적어도 포함한다.
우선적으로, 본 발명의 조성물은
- 1종의 열가소성 폴리아미드 수지;
- 3 내지 10 중량%의 충격보강제;
- 2개 내지 8개의 하이드록실기를 가진 1종의 다가 알코올;
- 1종의 강화용 또는 용적팽창용 충전재; 및
- 윤활제, 난연제, 가소제, 조핵제, 촉매, 항산화제, 대전방지제, 착색제, 매트화제 및 몰딩 보조제로 이루어진 군에서 선택된 1종의 첨가제
로 구성된다.
일반적으로 폴리아미드 조성물은 저온 조건 하의 조성물, 또는 용융물에 다양한 관련 화합물을 블렌딩하여 수득된다. 이 과정은 상기 다양한 화합물의 특성에 따라, 다소 높은 온도와 다소 높은 전단력에서 수행된다. 이들 화합물은 동시에 또는 연속으로 도입될 수 있다. 일반적으로, 재료를 가열한 후, 용융시키고, 전단력을 인가한 후, 전달시키는 압출 장치를 이용한다.
제1 구현예에 따르면, 모든 화합물은 단 한 번의 조작시, 예를 들면 압출 조작시, 용융-블렌드된다. 예를 들면, 중합체 재료의 과립을 블렌드하고, 블렌드된 과립들을 압출 장치에 넣어 용융시키고, 다소 높은 전단력으로 전단가공을 행한다. 특정 구현예에 따르면, 최종 조성물을 제조하기 전에, 상기 화합물들 중 일부를, 용융물 또는 비(非)용융물 상태로, 미리 블렌드할 수 있다.
압출 장치를 이용하여 본 발명에 따른 조성물을 제조하는 경우, 상기 조성물은 바람직하게 과립 형태로 만든다. 용융 단계를 포함한 공정을 이용하여 상기 과립을 형성하여, 물품을 얻도록 한다. 이에 따라, 물품은 본 조성물로 구성된다. 일반 구현예에 따르면, 개질형 폴리아미드를, 가령 이축 압출 장치 내에서, 막대 형태로 압출하고 나서, 과립형태로 잘게 절단한다. 이어서, 상기 생성된 과립을 용융시키고, 용융된 조성물을 성형 장치(예를 들면, 사출 몰딩 장치)에 공급함으로써, 몰딩된 부품을 제조한다.
본 발명에 따른 조성물은 예를 들면 몰딩 공정, 구체적으로는 사출 몰딩, 압출, 압출 블로우-몰딩, 또는 로토몰딩(rotomolding)과 같은 모든 플라스틱 성형 공정에서 사용될 수 있다. 언급할 수 있는 물품으로는 자동차 산업에 쓰이는 물품들이 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 조성물을 성형하여, 예를 들면 압출, 몰딩 또는 사출 몰딩시켜 수득되는 물품에 관한 것이다.
본 명세서에는 특정 용어들을 사용하여 본 발명의 원리에 대한 이해를 쉽게 하고자 하였다. 그러나, 이들 특정 용어들을 사용하여 본 발명의 범주를 제한하고자 구상한 것이 아님을 이해해야 한다. "및/또는"이란 용어에는 "및", "또는", 그리고 이 용어에 관련된 구성요소들의 모든 기타 가능한 조합에 대한 의미들이 포함된다.
본 발명의 다른 세부사항 또는 장점들은, 단지 예시 목적으로 제공된 하기 실시예들의 도움으로 더 분명해질 것이다.
실험 부문
특성 분석
산 말단기 함량(CEG) 및 아민 말단기(AEG) 함량: 전위차법으로 분석한 후, meq/kg 단위로 표시하였다. 사슬블로킹기(TBG)의 함량은 반응물질들의 초기량으로부터 계산하였다. 예를 들어, 벤조산 또는 아세트산을 사슬 블로커(chain blocker) 로 사용할 수 있다.
수평균 분자량 Mn은 수학식 : Mn = 2.106/(AEG+CEG+TBG)을 이용하여 구한 후, g/mol 단위로 표시하였다.
융점(Mp), 회합 엔탈피(△Hf), 및 냉각시 결정화 온도(Tc): Perkin Elmer Pyris 1 기구를 이용하여, 10 ℃/분의 속도로, 시차 주사 열량측정법(DSC)을 통해 구하였다.
유리전이온도(Tg)는 같은 기구에서 40 ℃/분의 속도로 구하였다.
코폴리아미드 PA 66/6T 65/35 몰/몰의 제조
5834 kg(224.4몰)의 N염(헥사메틸렌디아민 및 아디프산의 1:1 염), 19.9 kg(119.8몰) 테레프탈산, 44.06 kg(122.6몰)의 32.34% 중량% 헥사메틸렌디아민 수용액, 340.5g(5.67몰)의 100% 아세트산, 56 kg의 탈염수 및 6.4 g의 발포억제제 Silcolapse 5020?를 중합 반응기에 투입했다. 코폴리아미드 66/6T 65/35는, 폴리아미드 66 타입의 중합반응을 위한 표준 공정에 따라, 290℃에서 15분간 피니싱 처리함으로써 제조하였다. 수득된 중합체를 막대 형태로 주조한 후, 냉각시키고, 이들 막대를 절단시켜 과립으로 성형했다.
상기 수득된 중합체는 다음과 같은 특성을 나타내었다: CEG = 71.4 meq/kg, AEG = 51.4 meq/kg, 및 TBG = 71 meq/kg, 즉, Mn = 10300 g/몰. 코폴리아미드 66/6T 65/35는 반결정성이었으며, 다음과 같은 열적 특성을 가졌다: Tg = 81.9℃, Tc=248.1℃, Mp = 281.9℃.
압출
압출시키기에 앞서, 폴리아미드 과립을 건조시켜 수분 함량을 1000 ppm 미만으로 만들었다. 270 rpm의 속도, 40 kg/h로 작동하는 이축 공-회전(co-rotating)식 Werner and Pleiderer사의 ZSK 40 압출기에서, 다양한 성분들과 첨가제를 용융-블렌딩하여 제제들을 제조하였다. 8개의 존에서의 온도를 각각 250, 255, 260, 265, 270, 275, 280℃로 설정하였다. 제제 내 모든 성분들은 압출기가 작동을 시작하는 시점에 첨가되었다. 사출 몰딩하기 전에, 과립을 건조시켜 수분 함량이 1000 ppm 미만이 되도록 하였다.
사용된 첨가제는 다음과 같다:
- DPE로 알려져 있는, Sigma Aldrich사의 디펜타에리트리톨(공업용급),
- Ajay Europe사의 CuI 및 KI,
- Owens Corning Vetrotex사의 OCV 983 유리섬유(35 중량%),
- Exxelor VA1803로 표시되는, ExxonMobile Chemical사의 엘라스토머, 에틸렌에 기초하며, 무수말레인산과 그래프트된 비정질 공중합체(0.5 중량% 내지 1 중량%),
- 마스터배치로서의, 카본블랙 및 니그로신 안료(0.7 중량%).
열노화 시험
상기 제조된 제제들을, 몰드 온도가 80℃인 Demag 50T 프레스 상에서, 두께 4mm의 다기능 시험편 형태로 280℃에서 사출한 후, 공기 중에서 열노화되기 전과 후의, ISO 527/1A 표준에 따른 인장 기계적 물성(인장률, 항복 응력, 항복 변형률 - 5개 시료에서 평균을 구하였음) 및 ISO 179-1/1eU 표준에 따른 충격 기계적 물성(노치무 샤르피(unnotched Charpy) - 10개의 시료에서 평균을 구하였음)을 23℃에서 특성 분석하였다.
240℃로 조절된 Heraeus TK62120 인큐베이터에 상기 시험편들을 둠으로써, 공기로 통풍시키면서 열노화 실험을 수행하였다. 다양한 노화 시점에서, 시험편들을 인큐베이터로부터 분리하고, 대기 온도에서 식힌 후, 열봉합(heat-sealed) 봉지에 넣어, 기계적 물성 평가에 앞서 시험편들이 어떠한 수분도 취하지 못하도록 하였다.
주어진 노화 시간에서의 인장강도 또는 충격강도의 보유율은 노화 전의 동일 물성을 기준으로 하여 구하였다. 따라서 보유율을 퍼센트로 정의하였다.
제제 및 물성을 아래의 표 1에서 대조하였다.
C1 C2 C3 1
PA 66/6T(%) 63.15 59.15 62.3 58.3
DPE(%) - - 2 2
Cul/KI(%) 0.15/1 0.15/1
Exxelor VA 1803 엘라스토머(%) - 4 - 4
노화되기 전
인장률(MPa) 11620 11160 11770 11420
항복 인장응력(MPa) 198.8 187.7 197.6 184
항복 변형률(%) 2.6 2.6 3.5 3.4
노치 샤르피 충격(kJ/m2) 65 81.0 80 91
240℃에서 168 시간 동안 노화된 후
항복 인장응력 보유율(MPa) 76 84 105 103
노치 샤르피 충격 보유율(%) 46 51 83 97
240℃에서 336 시간 동안 노화된 후
항복 인장응력 보유율(MPa) N.M N.M 99 99
노치 샤르피 충격 보유율(%) N.M N.M 65 77
240℃에서 504 시간 동안 노화된 후
항복 인장응력 보유율(MPa) 64 72 80 89
노치 샤르피 충격 보유율(%) 51 46 46 62
N.M.: 측정되지 않음
따라서, 엘라스토머의 존재는 어떠한 특성의 열안정화제를 사용하였든지 간에(CuI/KI 혼합물 또는 DPE), 노화 이전의, 제제의 충격 강도를 향상시킬 수 있다는 것이 명백하게 관찰되었다. 이것이 바로 원하는 효과이다. 한편, 완전히 놀랍게도, 엘라스토머를 DPE에 대한 보충물로 사용하면, 엘라스토머를 사용하지 않은 경우보다 인장 기계적 물성 및 충격 기계적 물성의 보유율이 더 증가한다는 것이 관찰되었다. 이는 다른 종류의 열안정화제(예를 들면, CuI/KI 혼합물) 경우에서는 실험적으로 입증되지 않았다. 따라서, 다가 알코올과 엘라스토머의 혼합물을 사용하면, 공기 중에서의 열노화 이후, 인장 및 충격 기계적 물성을 보유하는데 있어서 시너지적 효과가 있다.

Claims (12)

  1. - 1종의 열가소성 폴리아미드 수지;
    - 3 내지 10 중량%의 충격보강제(impact modifier); 및
    - 2개 내지 8개의 하이드록실기를 가진 1종의 다가 알코올
    을 적어도 포함하는 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 60 중량%의 강화용 또는 용적팽창용 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 충격보강제는 폴리아미드와 반응하는 관능기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 충격보강제의 엘라스토머 기재(base)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리이소프렌, 에틸렌/프로필렌 고무(EPR), 에틸렌/프로필렌/디엔(EPDM) 고무, 에틸렌 및 부텐 고무, 에틸렌 및 아크릴레이트 고무, 부타디엔 및 스티렌 고무, 부타디엔 및 아크릴레이트 고무, 에틸렌 및 옥텐 고무, 부타디엔 및 아크릴로니트릴 고무, 에틸렌/아크릴산(EAA) 제품, 에틸렌/비닐아세테이트(EVA) 제품, 에틸렌/아크릴 에스테르(EAE) 제품, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌(ABS) 공중합체, 스티렌/에틸렌/부타디엔/스티렌(SEBS) 블록 공중합체, 스티렌/부타디엔/스티렌(SBS) 공중합체, 메타크릴레이트/부타디엔/스티렌(MBS) 타입의 코어/쉘 엘라스토머, 및 위에 나열된 엘라스토머 중 2종 이상으로 된 블렌드로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 충격보강제는 에틸렌, 아크릴 에스테르 및 글리시딜 메타크릴레이트의 삼원공중합체; 에틸렌 및 부틸 에스테르 아크릴레이트의 공중합체; 에틸렌, n-부틸 아크릴레이트 및 글리시딜 메타크릴레이트의 공중합체; 에틸렌 및 무수말레인산의 공중합체; 무수말레인산과 그래프트된 에틸렌/프로필렌/디엔 공중합체; 무수말레인산과 그래프트된 스티렌/말레이미드 공중합체; 무수말레인산과 그래프트된 스티렌/에틸렌/부틸렌/스티렌 공중합체; 무수말레인산과 그래프트된 스티렌/아크릴로니트릴 공중합체; 무수말레인산과 그래프트된 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 공중합체; 및 이들의 수소화된 형태로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물의 총 중량을 기준으로, 4 중량% 내지 8 중량%의 충격보강제를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 내지 8개의 하이드록실기를 가진 다가 알코올로 단독 구성된 열안정화 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 다가 알코올은 3개 내지 8개의 하이드록실기를 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 다가 알코올은 디올, 이를테면 1,5-펜탄디올, 2,2-디메틸-1,3 프로판디올, 트리에틸렌 글리콜, 폴리(글리콜 에테르), 트리올, 이를테면 글리세롤, 트리메틸올프로판, 2,3-디-(2'-하이드록시에틸)사이클로헥산-1-올, 헥산-1,2,6-트리올, 1,1,1-트리스-(하이드록시메틸)에탄, 3-(2'-하이드록시에톡시)프로판-1,2-디올, 3-(2'-하이드록시프로폭시)프로판-1,2-디올, 2-(2'-하이드록시에톡시)헥산-1,2-디올, 6-(2'-하이드록시프로폭시)헥산-1,2-디올, 1,1,1-트리스-[(2'-하이드록시에톡시)메틸]에탄, 1,1,1-트리스-[(2'-하이드록시프로폭시)메틸]프로판, 1,1,1-트리스-(4'-하이드록시페닐)에탄, 1,1,1-트리스-(하이드록시페닐)프로판, 1,1,3-트리스-(디하이드록시-3-메틸페닐)프로판, 1,1,4-트리스-(디하이드록시페닐)부탄, 1,1,5-트리스-(하이드록시페닐)-3-메틸펜탄, 디-트리메틸올프로판, 트리메틸올프로판 에톡실레이트, 또는 트리메틸올프로판 프로폭실레이트; 폴리올, 이를테면 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨 및 트리펜타에리트리톨; 및 단당류, 이를테면 사이클로덱스트린, D-마노스, 글루코오스, 갈락토오스, 수크로오스, 프룩토오스, 크실로오스, 아라비노오스, D-마니톨, D-소르비톨, D- 또는 L- 아라비톨, 크실리톨, 이디톨, 탈리톨, 알리톨, 알트리톨, 굴리톨, 에리트리톨, 트레이톨, 및 D-굴론산-γ-락톤(D-gulonic-γ-lactone)으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 다가 알코올은, 제각기 결합된 탄소 원자들이 1개 이상의 원자에 의해 분리되는 1쌍 이상의 하이드록실기를 가진 것을 특징으로 하는 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 다가 알코올은 디글리세롤, 트리글리세롤, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 트리펜타에리트리톨 및 디-트리메틸올프로판으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  12. 2개 내지 8개의 하이드록실기를 가진 다가 알코올을 포함하는 폴리아미드 조성물의 열-산화 내성을 증가시키기 위한 충격보강제의 용도.
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