KR20140100147A - 난연성 폴리아미드 수지 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 난연성 폴리아미드 수지 조성물에 관한 것으로, 상기 조성물은 인-시투 중합법(In-situ polymerization)에 의해 유기화된 층상점토화합물이 함유된 폴리아미드 나노복합재 그리고 충전제와 인계 난연제를 포함함으로써, 폴리아미드 수지 조성물의 난연성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 조성물의 강도, 내열성, 내흡습성 및 치수안정성 등도 향상시킬 수 있는 장점이 있으며, 종래 난연성 소재보다 가볍고 생산원가가 낮아 경제성이 높은 난연성 폴리아미드 수지 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 난연성 폴리아미드 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는유기화된 층상점토화합물이 함유된 폴리아미드 나노복합재, 충전제 및 인계 난연제를 포함함으로써, 폴리아미드 수지 조성물의 난연성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 조성물의 강도, 내열성, 내흡습성, 경량성 및 치수안정성 등도 향상시킬 수 있는 폴리아미드 수지 조성물에 관한 것이다.
최근 활발히 개발 중인 전기 자동차 및 하이브리드 자동차에는 전기전자 부품이 증가하고 있으며, 대용량 배터리의 적용이 확대되고 있는 상황에서 화재를 방지할 수 있는 난연 플라스틱 소재의 필요성이 증대되고 있다. 또한, 자동차 충돌 등에 의한 발화 시, 승객의 안전을 위하여 화재 전이를 최소화할 수 있는 난연 소재 적용이 반드시 필요한 구성요소로 되고 있다.
난연 플라스틱 소재를 만드는 방법은 여러 가지 있지만 그 중에서 난연제를 플라스틱 소재에 첨가하여 난연성이 향상된 플라스틱을 만드는 방법이 있다. 그러나, 난연제가 적용된 플라스틱 소재의 경우 난연제 첨가로 인한 생산원가의 상승, 플라스틱의 중량증대 및 난연제 물질 자체의 유해성이 문제가 되기도 한다.
일반적으로, 폴리아미드 수지는 내열성 및 기계적 특성이 우수한 엔지니어링 플라스틱으로서 각종 기계, 전기전자 및 자동차 부품으로 널리 사용되고 있으며, 이러한 특성을 바탕으로 무기계 섬유상 및 무기분말 등을 첨가하여 폴리아미드 수지의 강도, 내열성 및 치수 안정성 등을 향상시켜 산업적으로 널리 사용되고 있다.
그러나, 폴리아미드 수지는 수분 흡수율이 높은 것이 단점이며, 일단 수분이 흡수되면 폴리아미드 수지의 강도 저하는 물론 치수안정성 저하, 성형 가공성 저하 및 난연성 저하 등의 문제점이 발생한다. 상기 문제점으로 인하여 폴리아미드 수지는 각종 기계, 전기전자, 자동차 부품에서 요구되는 강성, 치수안정성, 내열성 및 난연성 등의 제반 특성들을 충분히 만족시킬 수 없는 문제가 있었다.
따라서, 상기 문제들을 극복하기 위한 연구가 지속되고 있으며, 대한민국 특허 등록공고 제10-0945911호에는 폴리아미드 나노조성물 및 그 제조방법을 제시하고 있다. 상기 폴리아미드 나노조성물에는 점토가 포함되어 있어서 내열성을 향상시켰지만 난연성이 없으며 비중이 크다는 단점이 있다.
대한민국 특허공개 제2002-0029380호에는 인 시투(In-situ) 중합에 의한 폴리아미드 나노복합체 조성물의 제조방법을 제시하고 있다. 그러나 폴리아미드와 실리케이트 물질을 중합하여 폴리아미드의 물성을 증가시키는 것은 언급되어 있지만, 난연성에 대한 언급은 없다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 본 발명은 인-시투 중합법(In-situ polymerization)에 의해 유기화된 층상점토화합물이 함유된 폴리아미드 나노복합재를 적용함으로써, 종래 난연성 소재 대비 원가는 낮아지면서 난연성, 강도, 내열성, 내흡습성, 경량성 및 치수안정성은 향상된 난연성 폴리아미드 수지 조성물을 제공하고자 함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 난연성 폴리아미드 수지 조성물은 유기화된 층상점토화합물이 함유된 폴리아미드 나노복합재; 충전제; 및 인계 난연제;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 난연성 폴리아미드 수지 조성물은 전체 난연성 폴리아미드 수지 조성물 중량 대비, 상기 유기화된 층상점토화합물 0.1 내지 10 중량%, 폴리아미드 나노복합재 40 내지 98 중량%, 충전제 1 내지 45 중량% 및 인계 난연제 1 내지 30 중량% 를 포함하는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 폴리아미드 나노복합재는 폴리아미드6, 폴리아미드66, 폴리아미드11, 폴리아미드12, 폴리아미드610, 폴리아미드612, 폴리아미드4 및 폴리아미드 코폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유기화된 층상점토화합물은 인-시투 중합법(In-situ polymerization)에 의해 폴리아미드 나노복합재에 도입되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 폴리아미드 나노복합재는 상대점도 2.5 내지 3.5 인 것이 바람직하다.
또한, 상기 충전제는 섬유강화재 또는 무기물 충전제인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 섬유강화재는 유리섬유, 탄소섬유, 천연섬유, 광물섬유, 금속섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하고, 상기 무기물 충전제는 탈크, 휘스커, 탄산칼슘, 실리카, 카오린, 윌라스토나이트 및 층상점토화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 인계 난연제는 백인, 적인, 암모늄 폴리포스페이트(Ammonium Polyphosphate, APP), 트리페닐 포스페이트(Triphenyl Phoshate,TPP) 및 멜라닌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 효과는, 층상점토화합물이 포함된 폴리아미드 나노복합재, 충전제 및 인계 난연제를 포함함으로써 조성물의 난연성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 조성물의 강도, 내열성, 내흡습성, 경량성 및 치수안정성 등도 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 난연성 폴리아미드 수지 조성물을 종래 난연성 소재와 비교할 때 더 가볍고 생산원가는 낮아졌지만, 물성 및 난연성은 향상되는 장점이 있기 때문에 본 발명을 자동차, 전기전자, 가전제품 및 엔지니어링 플라스틱 등에 적용하면 경량화 및 원가절감을 이룰 수 있는 장점이 있다.
도 1은 유기화된 층상점토화합물이 함유된 폴리아미드 나노복합재의 단면도이다.
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.
이하, 표 및 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 난연성 폴리아미드 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 난연성 폴리아미드 수지 조성물은 유기화된 층상점토화합물이 함유된 폴리아미드 나노복합재, 충전제 및 인계 난연제를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이하 각각의 구성 성분에 대해 구체적으로 살펴본다.
(1) 폴리아미드 나노복합재
폴리아미드 나노복합재는 본 발명의 난연성, 수분안정성, 내열성 및 경량성 등의 성질이 있는 본 발명의 기본 소재이며, 상기 폴리아미드 나노복합재는 폴리아미드6, 폴리아미드66, 폴리아미드11, 폴리아미드12, 폴리아미드610, 폴리아미드612, 폴리아미드4 및 폴리아미드 코폴리머로 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 폴리아미드 나노복합재는 층상점토화합물이 인-시투 중합법(In-situ polymerization)에 의해 폴리아미드 사이에 도입되어 형성된 것이 바람직하며, 상기 층상점토화합물은 층상점토화합물 사이에 유기물이 게재되어 있는 유기화된 층상점토화합물인 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 인-시투 중합법은 상기 유기화된 층상점토화합물을 폴리아미드 수지에 분산시키는 방법의 하나로, 폴리아미드의 단량체(Monomer)인 ε-카프로락탐 용액에 유기화된 층상점토화합물을 도입하고 혼합한 후 중합하여 점토층을 완전 박리시키고 폴리아미드 단량체 사이에 유기화된 층상점토화합물을 중합시키는 중합법이다.
상기 인-시투 중합법을 통하여, 유기화된 층상점토화합물이 폴리아미드 나노복합재에 분산됨으로써, 상기 나노복합재는 높은 난연성을 나타냄과 동시에 우수한 기계적 특성, 내열성, 치수 안정성, 내흡습성 및 경량성을 보여줄 수 있다.
보다 상세하게, 도 1은 유기화된 층상점토화합물이 함유된 폴리아미드 나노복합재의 단면도이다. 상기 유기화된 층상점토화합물(100)은 높은 종횡비(Aspect ratio)를 갖기 때문에 내부와 외부의 산소이동을 방해하여 연소가 불가능하게 한다. 이것이 유기화된 층상점토화합물(100)이 포함된 폴리아미드 나노복합재는 높은 난연성를 나타내는 이유다. 상기 난연성을 나타내는 물질은 상기 유기화된 층상점토화합물(100) 뿐만 아니라 다른 나노 크레이(Nano Clay)가 포함될 수도 있다.
또한, 상기 유기화된 층상점토화합물의 함량은 0.1 내지 10 중량% 인 것이 바람직하다. 상기 유기화된 층상점토화합물의 함량이 0.1 미만일 경우, 조성물에 층상점토화합물에 의한 난연 효과가 나타나기 어려우며, 상기 유기화된 층상점토화합물의 함량이 10 초과일 경우, 과량의 층상점토화합물이 폴리아미드 단량체의 결합을 방해할 수 있다.
또한, 상기 전체 폴리아미드 수지 조성물 중량 대비 폴리아미드 나노복합재 40 내지 98 중량% 인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 폴리아미드 나노복합재 40 중량% 미만일 경우, 폴리아미드 수지 조성물의 난연성이 급격히 감소될 수 있으며 98 중량% 초과일 경우, 상대적으로 충전제와 인계 난연제가 지나치게 미량 첨가되어 폴리아미드 수지 조성물의 난연성 및 물성이 급격히 감소될 수 있다.
또한, 상기 폴리아미드 나노복합재의 상대점도(Relative viscosity)는 2.5 내지 3.5 인 것이 바람직하다. 상기 상대점도는 용액점도(a)의 용매점도(b)에 대한 비(a/b)로서, 고분자 용액의 점도를 나타내는 방법의 하나이며, 유기화된 층상점토화합물의 농도에 따라 변한다. 즉, 상기 유기화된 층상점토화합물의 농도가 크면 상대점도는 크게 나오며, 유기화된 층상점토화합물의 농도가 작으면 상대점도는 작게 나온다.
따라서, 상기 상대점도가 2.5 미만일 경우, 폴리아미드 수지에 유기화된 층상점토화합물이 충분하지 못하여 폴리아미드 나노복합재의 난연성 및 물성이 떨어질 수 있다. 반면, 3.5 초과일 경우, 과다하게 분산된 유기화된 층상점토화합물에 의해 폴리아미드간의 결합이 방해되어 폴리아미드 나노복합재의 물성이 떨어질 수 있는 문제가 있다.
(2) 충전제
충전제는 폴리아미드 나노복합재의 강성, 치수안정성, 내열성 및 경량화를 가능하게 하며, 상기 충전제에는 섬유강화재 또는 무기물 충전제가 포함되는 것이 바람직하다.
상기 섬유강화재는 유리섬유, 탄소섬유, 천연섬유, 광물섬유, 금속섬유 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 유리섬유이다. 상기 섬유강화재는 평균 직경이 10 내지 15㎛ 인 것이 바람직하며, 상기 유리섬유가 10㎛ 미만일 경우, 유리섬유의 강도가 약하여 조성물의 강도를 향상시키기에 부족한 반면, 상기 유리섬유가 15㎛ 초과일 경우, 직경이 커진 유리섬유에 의해 폴리아미드 나노복합재간 결합력이 떨어져 조성물의 강도가 감소될 수 있다.
상기 무기물 충전제는 탈크, 휘스커, 탄산칼슘, 실리카, 카오린, 윌라스토나이트 및 층상점토화합물 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 전체 폴리아미드 수지 조성물 중량 대비 상기 충전제는 1 내지 45 중량% 인 것이 바람직하다. 상기 충전제는 1 중량% 미만일 경우, 조성물의 강성, 치수안정성, 내열성 및 난연성에서 만족할만한 결과를 얻을 수 없으며 45 중량% 초과일 경우, 조성물의 물성저하, 표면불량, 가공성 불량 및 상업성 부족 등의 문제가 발생될 수 있다.
또한, 상기 충전제는 폴리아미드 나노복합재 60 내지 80 중량% 일 경우 상기 충전제 10 내지 25 중량% 및 인계 난연제 3 내지 5 중량% 인 것이 바람직하며, 그 합이 13 내지 30 중량%가 되도록 하는 것이 바람직하다.
(3) 인계 난연제
폴리아마이드 수지를 포함한 대부분의 플라스틱재료는 열에 노출되었을 때 연소하기 쉽고 연소할 때 유독가스가 배출되기 때문에 난연화를 할 필요가 있다. 상기 난연화의 방법에는 플라스틱에 난연제를 첨가하는 방법이 있으며, 난연제에는 인계 난연제, 할로겐(Halogen)계 난연제, 무기계 난연제 및 멜라닌계 난연제 등이 있지만, 본 발명에서는 인계 난연제를 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 인계 난연제는 백인, 적인, 암모늄 폴리포스페이트(Ammonium Polyphosphate, APP), 트리페닐 포스페이트(Triphenyl Phoshate,TPP) 및 멜라닌 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
특히, 상기 적인은 응축상에서의 분해를 방해하고 탄화율을 높혀서 난연작용을 하며, 난연제 자체의 적색 색상으로 인하여 사용이 제한적이다. 적인은 독성이 없고 열적으로 안정하지만, 물과 접촉할 경우 포스핀 가스(Phosphine gas)를 방출하므로 주의해야 한다.
또한, 전체 폴리아미드 수지 조성물 중량 대비 상기 인계 난연제 1 내지 30중량% 인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 인계 난연제 1 중량% 미만일 경우, 조성물의 난연성이 크지 않으며 상기 인계 난연제 30 중량% 초과일 경우, 다른 성분과의 조성비 문제가 발생하여 조성물의 물성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 인계 난연제의 형태는 백인 파우더, 적인 파우더 또는 마스터배치 형태인 것이 바람직하다. 즉, 상기 인계 난연제는 인계 난연제를 포함하는 마스터배치(master batch)를 사용하는 것이 바람직하지만, 인계 난연제 파우더를 직접 사용하는 것도 가능하다.
특히, 폴리아미드 나노복합재, 충전제 및 인계 난연제의 함량을 조정하면 다양한 물성을 얻을 수 있으며, 원하는 물성을 만족하는 조성의 비를 결정하여 적용하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 난연성 폴리아미드 수지 조성물은 자동차, 전기전자 부품, 가전제품 및 엔지니어링 플라스틱 등에 적용되는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
[실시예]
하기 표에 제시 비율로 폴리아미드 나노복합재, 충전제 및 인계 난연제가 배합된 조성물로 미국재료시험학회(American Society for Testing and Materials, ASTM) 규격을 적용하여 사출 성형하여 시편을 제작하였다.
| 조성 |
단위 | 실시예 | 비교예 | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 1 | 2 | 3 | ||
| 폴리아미드 나노복합재 | 중량% | 82 | 77 | 72 | 71.4 | 70.8 | 70.2 | - | - | - |
| - 폴리아미드 수지 | 중량% | 79.60 | 74.75 | 69.90 | 69.33 | 68.76 | 68.19 | 77 | 82 | 65 |
| - 층상점토화합물 | 중량% | 2.40 | 2.25 | 2.10 | 2.07 | 2.04 | 2.01 | - | - | - |
| 충전제 | 중량% | 15 | 20 | 25 | 25 | 25 | 25 | 23 | 15 | 30 |
| 인계 난연제 | 중량% | 3 | 3 | 3 | 3.6 | 4.2 | 4.8 | - | 3 | 5 |
상기 표 1은 실시예 및 비교예의 구성 성분 및 함량을 나타낸 표이다. 실시예의 구성 성분은 폴리아미드 수지 및 유기화된 층상점토화합물이 함유된 폴리아미드 나노복합재가 적용되었지만, 비교예의 구성 성분은 실시예와 달리 유기화된 층상점토화합물이 포함되지 않은 폴리아미드 수지를 적용하였다. 이하, 각각의 실시예 및 비교예를 구체적으로 살펴본다.
실시예 1은 인-시투 중합법으로 전체 조성물 중량 대비 유기화된 층상점토화합물이 도입된 폴리아미드 나노복합재 82 중량% 와 인계 난연제 3 중량% 를 우선 배합 후 메인피더(Main feeder)로 주입하고, 충전제인 유리섬유 15 중량% 는 측면피더(Side feeder)로 주입하였으며, 250 내지 270℃ 온도조건에서 다축링압출기로 가공하여 시편을 만들었다.
실시예 2는 상기 실시예 1과 동일한 공정으로 시편을 만들었지만, 전체 조성물 중량 대비 폴리아미드 나노복합재 77 중량%, 충전제 20 중량% 및 인계 난연제 3 중량% 가 적용되었다.
실시예 3은 상기 실시예 1과 동일한 공정으로 시편을 만들었지만, 전체 조성물 중량 대비 폴리아미드 나노복합재 72 중량%, 충전제 25 중량% 및 인계 난연제 3 중량% 가 적용되었다.
실시예 4는 상기 실시예 1과 동일한 공정으로 시편을 만들었지만, 전체 조성물 중량 대비 폴리아미드 나노복합재 71.4 중량%, 충전제 25 중량% 및 인계 난연제 3.6 중량% 가 적용되었다.
실시예 5는 상기 실시예 1과 동일한 공정으로 시편을 만들었지만, 전체 조성물 중량 대비 폴리아미드 나노복합재 70.8 중량%, 충전제 25 중량% 및 인계 난연제 4.2 중량% 가 적용되었다.
실시예 6은 상기 실시예 1과 동일한 공정으로 시편을 만들었지만, 전체 조성물 중량 대비 폴리아미드 나노복합재 70.2 중량%, 충전제 25 중량% 및 인계 난연제 4.8 중량% 가 적용되었다.
반면, 비교예 1은 전체 조성물 중량 대비 유기화된 층상점토화합물이 도입되지 않은 폴리아미드 수지 77 중량% 를 메인피더(Main feeder)로 주입하고, 충전제인 유리섬유 23 중량% 는 측면피더(Side feeder)로 주입하였으며, 250 내지 270℃ 온도조건에서 다축링압출기를 이용하여 가공하여 시편을 만들었다.
비교예 2는 전체 조성물 중량 대비 유기화된 층상점토화합물이 도입되지 않은 폴리아미드 수지 82 중량% 와 인계 난연제 3 중량% 를 우선 배합 후 메인피더(Main feeder)로 주입하고 충전제인 유리섬유 15 중량% 는 측면피더(Side feeder)로 주입하였으며 250 내지 270℃ 온도조건에서 다축링압출기를 이용하여 가공하여 시편을 만들었다.
비교예 3은 상기 비교예 2와 동일한 공정으로 시편을 만들었지만, 전체 조성물 중량 대비 폴리아미드 수지 65 중량%, 충전제 30 중량% 및 인계 난연제 5 중량% 가 적용되었다.
이하, 상기 표 1을 기준으로 만든 시편의 물성시험 결과를 하기 표에 나타내었다.
| 평가항목 | 단위 | 실시예 | 비교예 | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 1 | 2 | 3 | ||
| 굴곡탄성률 | ㎏/㎠ | 62300 | 70800 | 79000 | 75500 | 76500 | 77000 | 59000 | 50200 | 71000 |
| 인장강도 | ㎏/㎠ | 1075 | 1182 | 1361 | 1411 | 1428 | 1412 | 1203 | 1143 | 1250 |
| 굴곡강도 | ㎏/㎠ | 1616 | 1860 | 2169 | 2140 | 2185 | 2167 | - | - | - |
| HDT(18.5kg) | ℃ | 205 | 210 | 215 | 215 | 215 | 215 | 210 | 197 | 215 |
| 흡습률 | % | 0.25 | 0.27 | 0.29 | 0.3 | 0.28 | 0.32 | 0.5 | 055 | 0.52 |
| 비중 | - | 1.24 | 1.28 | 1.33 | 1.34 | 1.35 | 1.35 | 1.3 | 1.24 | 1.39 |
| 수축률 | % | 0.36 | 0.33 | 0.30 | 0.29 | 0.29 | 0.30 | 0.32 | 0.40 | 0.28 |
| 표면상태 | - | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | △ |
| 난연성 등급 | - | V1 | V1 | V1 | V0 | V0 | V0 | HB | V2 | V1 |
상기 표 2는 상기 표 1의 구성 성분 및 함량을 기준으로 만든 시편을 이용하여 실시한 물성시험 결과를 나타낸 표이다. 이하, 각각의 실시예 및 비교예를 상세히 설명한다.
상기 굴곡탄성률은 폴리아미드 수지 조성물에 굴곡하중을 걸어 탄성한계 내에서의 응력과 변형의 비율로, 상기 굴곡탄성률이 클수록 변형에 대한 저항이 크다는 것을 뜻하므로 그 값이 클수록 조성물의 강성이 커진다.
상기 인장강도는 재료가 인장 하중에 의해 파단할 때의 최대 응력으로 그 값이 클수록 조성물의 강성이 커진다.
상기 굴곡강도는 물질이 영구히 뒤틀리거나 파손되지 않고 구부러질 수 있는 최대의 힘으로 파단 순가에 인장응력이 작용하고 있는 외부표면에 작용하는 최대의 응력이므로 그 값이 클수록 조성물의 강성이 커진다.
상기 HDT는 열변형온도(Heat Deflection Temperature, HDT)로 임의의 양 만큼의 변형이 발생하는 최고 한계온도를 뜻하므로 그 값이 클수록 조성물의 내열성이 커진다.
상기 흡습률은 재료가 흡습하고 있는 수증기의 양을 나타내는 비율로 일반적으로 건조중량에 대한 수분의 양을 퍼센트로 표시하므로 그 값이 작을수록 내흡습성이 커진다.
상기 비중은 어떤 물질의 질량과, 이것과 같은 부피를 가진 표준물질의 질량과의 비율인데, 본 발명에서는 물을 표준물질로 하였다. 따라서 그 값이 작을수록 경량성이 커진다.
상기 수축률은 인장 시험에 있어서 시험편의 단면적 A와 파단 후 파단면의 단면적 B와 차이를 원래의 단면적 A로 나눈 값을 퍼센트로 나타낸 값으로 그 값이 작을수록 치수안정성이 커진다.
상기 표면상태 성형의 완성도를 나타낸 것으로 ○ 표시는 성형 완성도가 우수함을, △ 표시는 성형 완성도가 보통임을 나타낸다.
상기 난연성 등급은 수직연소시험(UL 94 V)의 시험 결과를 나타낸 것으로 난연성은 V0 등급이 가장 우수한 것이고 V1 등급은 보통이며 V2 등급은 미약하다는 것을 나타낸다.
상기 표 2의 물성시험 결과로부터 층상점토화합물이 포함된 폴리아마이드 나노복합재를 적용한 실시예 1 내지 6의 난연성 폴리아미드 수지 조성물은 층상점토화합물이 포함되지 않은 비교예 1 내지 3 보다 강성, 내열성, 내흡습성, 경량성 및 난연성이 우수하다는 것을 알 수 있었다.
보다 상세하게, 실시예 1 내지 6 은 평균 굴곡탄성률 73517 ㎏/㎠, 평균 인장강도 1312 ㎏/㎠, 평균 HDT 212.5℃, 평균 흡습률 0.285, 평균 비중 1.315, 평균 수축률 0.312 및 평균 난연성 등급 V0.5 인 값을 갖는다.
따라서, 상기 실시예 1 내지 6은 비교예 1과 비교해서 굴곡탄성률, 인장강도, HDT, 흡습률 및 난연성 등급이 우수하다는 것으로부터 본 발명은 강도, 내열성, 내흡습성 및 난연성이 우수하다는 것을 알 수 있으며, 비교예 2와 비교해서 강도, 내열성, 내흡습성, 경량성, 치수안정성 및 난연성이 우수하다는 것을 알 수 있고, 비교예 3과 비교해서 강도, 내흡습성, 경량성 및 난연성이 우수하다는 것을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 난연성 폴리아미드 수지 조성물은 종래 폴리아미드 수지 조성물보다 물성 및 난연성이 향상되었다는 결론을 얻을 수 있었다.
또한, 상기 물성시험에 사용된 본 발명을 실제 자동차에 적용한 실시예를 비교예와 물성 및 경제성을 비교하였다.
| 구분 | 실시예 | 비교예 | |
| 소재 | 조성 | PA66-GF 17 중량% + MF 21 중량% + Nano Clay 3 중량% |
PA66-GF 17 중량% + MF 21 중량% + 난연제 추가(브롬계) |
| 비중 | 1.45 | 1.54 | |
| 난연성 등급 | V0 | V0 | |
| 부품 | 중량 | 600 g | 640 g |
| 원가 | 2,800 원 | 4,800 원 | |
상기 표 3은 유기화된 층상점토화합물이 도입된 실시예와 유기화된 층상점토화합물을 도입하지 않고 브롬계 난연제를 추가한 비교예의 물성 및 경제성을 비교한 표이다.
상기 실시예와 비교예의 조성에서 가장 큰 차이는 나노 크레이(Nano Clay)인 유기화된 층상점토화합물의 유무이다. 폴리아미드 수지에 나노 크레이가 첨가되는 실시예와 폴리아미드 수지에 브롬계 난연제가 첨가되는 비교예에서 난연성 등급은 모두 우수한 등급을 얻었다. 그러나 실시예의 경우 비중이 1.45 로 비교예의 1.54 보다 가볍다는 것으로부터 본 발명에 따른 실시예의 경량성이 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 실시예의 경우 비교예보다 중량이 적고, 원가도 낮다는 것을 알 수 있다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
100 : 유기화된 층상점토화합물
Claims (8)
- 유기화된 층상점토화합물이 함유된 폴리아미드 나노복합재;
충전제; 및
인계 난연제;를
포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리아미드 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
전체 난연성 폴리아미드 수지 조성물 중량 대비, 상기 유기화된 층상점토화합물 0.1 내지 10 중량%, 폴리아미드 나노복합재 40 내지 98 중량%, 충전제 1 내지 45 중량% 및 인계 난연제 1 내지 30 중량% 를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리아미드 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리아미드 나노복합재는 폴리아미드6, 폴리아미드66, 폴리아미드11, 폴리아미드12, 폴리아미드610, 폴리아미드612, 폴리아미드4 및 폴리아미드 코폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리아미드 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 유기화된 층상점토화합물은 인-시투 중합법(In-situ polymerization)에 의해 폴리아미드 나노복합재에 도입되는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리아미드 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리아미드 나노복합재는 상대점도 2.5 내지 3.5 인 것을 특징으로 하는 난연성 폴리아미드 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 충전제는 섬유강화재 또는 무기물 충전제인 것을 특징으로 하는 난연성 폴리아미드 수지 조성물.
- 제6항에 있어서,
상기 섬유강화재는 유리섬유, 탄소섬유, 천연섬유, 광물섬유, 금속섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하고,
상기 무기물 충전제는 탈크, 휘스커, 탄산칼슘, 실리카, 카오린, 윌라스토나이트 및 층상점토화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리아미드 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 인계 난연제는 백인, 적인, 암모늄 폴리포스페이트(Ammonium Polyphosphate, APP), 트리페닐 포스페이트(Triphenyl Phoshate,TPP) 및 멜라닌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리아미드 수지 조성물.
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