KR20150120823A

KR20150120823A - 연신율이 우수한 고강성 수지 조성물

Info

Publication number: KR20150120823A
Application number: KR1020140047062A
Authority: KR
Inventors: 류동렬; 윤필중; 서금석
Original assignee: 신일화학공업(주)
Priority date: 2014-04-19
Filing date: 2014-04-19
Publication date: 2015-10-28

Abstract

본 발명은, 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 및 스티렌 아크릴로니트릴 중에서 선택된 1종 이상의 수지와, 상기 수지 100중량부에 대하여 평균 입자 크기가 1∼5㎛이며 각형비가 5보다 크면서 라멜라 구조를 가진 탈크 1∼30중량부를 포함하며, 연신율이 2.5% 보다 높은 인성(toughness)을 갖는 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 연신율이 우수한 고강성 수지 조성물에 의하면, 고속 성형(예컨대, 고속 스팀 사출 성형)이 가능하며, 표면이 균일하고 매끄러워 박막 성형품으로의 적용이 적합하며, 연신율이 높고, 난연성이 우수하다.

Description

연신율이 우수한 고강성 수지 조성물{High strength resin composition with high toughness}

본 발명은 연신율이 우수한 고강성 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속 스팀 사출 성형이 가능하며, 표면이 균일하고 매끄러워 박막 성형품으로의 적용이 적합하며, 연신율이 높고, 난연성이 우수한 폴리카보네이트/아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌/스티렌 아크릴로니트릴계 수지 조성물에 관한 것이다.

폴리카보네이트(polycarbonate; 이하 'PC'라 함) 수지, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene; 이하 'ABS'라 함) 수지 또는 스티렌 아크릴로니트릴(Styrene acrylonitrile; 이하 'SAN'이라 함) 수지 조성물은 일반적으로 고유동, 고강성, 고광택 등이 요구되는 전자제품 외장재, 부품 등의 용도로 사용되고 있다.

일반적으로 PC, ABS 또는 SAN 수지 조성물은 강성 및 충격강도를 향상시키기 위해 유리섬유(Glass Fiber; GF) 등을 포함하고 있다. 유리섬유(GF)를 함유한 PC, ABS 또는 SAN 수지 조성물은 충격강도가 우수하지만, 2.5 mm 이하의 디지털 TV, 컴퓨터 하우징 등의 외관물 부품 등(예를 들면 베젤, 데코레이션 판넬, 커버)에 고속 스팀 사출 성형이 어렵고, 연신율이 2% 미만으로 낮으며, 표면이 균일하지 못하다. 따라서, 고속 스팀 사출 성형이 가능하고, 연신율이 높으며, 표면이 개선된 PC, ABS 또는 SAN 수지 조성물을 개발할 필요가 있다.

대한민국 특허등록 제10-1054291호 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0126949호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고속 스팀 사출 성형이 가능하며, 표면이 균일하고 매끄러워 박막 성형품으로의 적용이 적합하며, 연신율이 높고, 난연성이 우수한 PC/ABS/SAN계 수지 조성물을 제공함에 있다.

본 발명은, 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 및 스티렌 아크릴로니트릴 중에서 선택된 1종 이상의 수지와, 상기 수지 100중량부에 대하여 평균 입자 크기가 1∼5㎛이며 라멜라율(Lamellarity)이 3보다 큰 라멜라 구조를 가진 탈크 1∼30중량부를 포함하며, 연신율이 2.5% 보다 높은 인성(toughness)을 갖는 수지 조성물을 제공한다.

상기 수지 조성물은 상기 수지 100중량부에 대하여 평균 입자 크기가 1∼5㎛ 이며, 라멜라율(Lamellarity)이 3보다 작고 1보다 큰 탈크를 1∼30중량부를 더 포함할 수 있다.

상기 수지 조성물은 상기 수지 100중량부에 대하여 나노클레이 0.5∼5중량부를 더 포함할 수 있다.

상기 나노클레이는 몬트모릴로나이트(Montmorillonite), 사포나이트(Saponite), 시피올라이트(Sepeolite), 헥토라이트(Hectorite) 단독이나 혼합물로 구성되어 있고 4급 알킬 암모늄으로 처리되어 있는 유기화 클레이일 수 있다.

상기 수지 조성물은 상기 수지 100중량부에 대하여 침상형의 휘스커 1∼30중량부를 더 포함할 수 있다.

상기 침상형의 휘스커는 평균 지름이 1.5㎛보다 작거나 같고, 평균 길이가 10∼60㎛인 것일 수 있다.

상기 수지 조성물은 상기 수지 100중량부에 대하여 탄소나노튜브 0.5∼3.5중량부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 수지 조성물은 상기 수지 100중량부에 대하여 무수말레인산이 그라프트 결합된 러버 1∼5중량부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 수지 조성물은 상기 수지 100중량부에 대하여 포스페이트(phosphate), 포스포네이트(phosphonate), 포스피네이트(phosphinate), 포스핀옥사이드(phosphine oxide) 및 포스파젠(phosphazene) 중에서 선택된 1종 이상의 물질 5∼15중량부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 수지 조성물은 상기 수지 100중량부에 대하여 월라스토나이트 0.1∼25중량부를 더 포함할 수 있으며, 상기 월라스토나이트는 평균 입경이 1∼20㎛인 것이 바람직하다.

또한, 상기 수지 조성물은 상기 수지 100중량부에 대하여 N-페닐말레이미드와 스티렌의 공중합체 0.1∼10중량부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 수지 조성물은 상기 수지 100중량부에 대하여 무수말레인산이 그라프트 결합된 스티렌과 에틸렌-부틸렌의 공중합체 0.1∼10중량부를 더 포함할 수 있으며, 상기 무수말레인산이 그라프트 결합된 스티렌과 에틸렌-부틸렌의 공중합체는 폴리스티렌의 함량이 10∼50중량%일 수 있다.

또한, 상기 수지 조성물은 상기 수지 100중량부에 대하여 에틸렌-프로필렌계 이피디엠 고무에 무수말레인산이 그라프트 결합된 비결정성 고무 0.1∼10중량부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 수지 조성물은 상기 수지 100중량부에 대하여 플로고파이트 0.1∼10중량부를 더 포함할 수 있다.

상기 플로고파이트는 실란(silane)으로 코팅된 플로고파이트일 수 있으며, 평균 입경이 1∼30㎛ 이고, 종횡비가 30∼150인 것일 수 있다.

본 발명의 연신율이 우수한 고강성 수지 조성물에 의하면, 고속 성형(예컨대, 고속 스팀 사출 성형)이 가능하며, 표면이 균일하고 매끄러워 박막 성형품으로의 적용이 적합하며, 연신율이 높고, 난연성이 우수하다.

도 1은 트윈 스크류 압출기를 도시한 도면이다.
도 2는 트윈 스크류 압출기에서 가열수단을 제외하여 샤프트와 실린더의 모습을 상세하게 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 트윈 스크류 압출기의 실린더와 샤프트 부분을 상세하게 도시한 도면이다.
도 4는 트윈 스크류 압출기의 샤프트의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 용융 및 압축 영역의 스크류 샤프트를 상세하게 도시한 도면이다.
도 6은 반죽 영역의 계단식 스크류를 상세하게 도시한 도면이다.
도 7은 분산 영역의 샤프트 일부를 상세하게 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

이하에서, 나노(nano)라 함은 나노미터(㎚) 단위로서 1∼1,000㎚의 크기를 의미하는 것으로 사용하며, 나노클레이(nano clay)라 함은 1∼1,000㎚의 입자 크기를 갖는 점토(clay)를 의미하는 것으로 사용한다. 또한, 미세 탈크라 함은 평균 입자 크기가 1㎛보다 작거나 같은 탈크를 의미하며, 일반 탈크라 함은 각형비가 5보다 작고 평균 입자 크기가 1㎛보다 큰 탈크를 의미하는 것으로 사용한다. 또한, 고각형비 탈크라 함은 각형비가 5보다 큰 탈크를 의미하는 것으로 사용한다.

본 발명은 고속 성형(예컨대, 고속 스팀 사출 성형)이 가능하며, 표면이 균일하고 매끄러워 박막 성형품으로의 적용이 적합하며, 연신율이 높고, 난연성이 우수한 PC/ABS/SAN계 수지 조성물을 제시한다. 이하에서, PC/ABS/SAN계 조성물이라 함은 PC 수지, ABS 수지, SAN 수지, PC와 ABS의 복합 수지인 PC-ABS 수지, PC와 SAN의 복합 수지인 PC-SAN 수지, ABS와 SAN의 복합 수지인 ABS-SAN 수지, 그리고 PC, ABS 및 SAN의 복합 수지인 PC-ABS-SAN 수지를 포함하는 수지 조성물을 의미하는 것으로 사용한다.

일반적인 PC, ABS 또는 SAN 수지 조성물은 고속 스팀 사출 성형이 어렵고 표면이 균일하지 못한 단점이 있었지만, 본 발명의 수지 조성물은 고속 스팀 사출 성형이 가능하고, 표면이 균일하고 매끄러우며, 연신율이 높고, 난연성이 우수하다는 장점이 있다. 본 발명의 PC/ABS/SAN계 수지 조성물은 연신율 2.5% 보다 높은 인성(Toughness)를 유지한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연신율이 우수한 고강성 수지 조성물은, PC, ABS 및 SAN 중에서 선택된 1종 이상의 수지와, 상기 수지 100중량부에 대하여 평균 입자 크기가 1∼5㎛이며 라멜라율(Lamellarity)이 3보다 큰 라멜라 구조를 가진 탈크 1∼30중량부를 포함하며, 연신율이 2.5% 보다 높은(예컨대, 2.51∼15) 인성(toughness)을 갖는다. 상기 수지 조성물의 비중은 1.20∼1.40 정도 이다.

PC는 12000∼24000 정도의 평균 분자량을 가지며, ASTM D-1238에 따라 300℃에서 1.2kg 하중에서 10분당 10∼50g 정도의 용융지수(melt index)를 가진다. PC는 선형 사슬(linear chain) PC를 사용할 수 있다. 아래의 화학식 1은 PC 수지의 구조를 보여준다.

[화학식 1]

아래의 화학식 2는 ABS 수지의 구조를 보여준다. ABS 공중합체(수지)는 용융지수가 30∼40g/10min (ASTM D 1238, 220℃, 10㎏) 정도이다.

[화학식 2]

SAN 공중합체(수지)도 용융지수가 30∼40g/10min (ASTM D 1238, 220℃, 10㎏) 정도이다.

상기 탈크는 평균 입자 크기가 1∼5㎛이며 라멜라율(Lamellarity)이 3보다 큰(예컨대, 라멜라율이 3.1∼15) 라멜라 구조를 가진 탈크일 수 있으며, 상기 탈크는 상기 수지 100중량부에 대하여 1∼30중량부 함유되는 것이 바람직하다. 이러한 탈크는 각형비가 5보다 큰(예컨대, 각형비가 5.1∼100) 고각형비 탈크일 수 있다.

라멜라율(Lamellarity)은 다음의 수학식 1에 의해 정의될 수 있다.

[수학식 1]

라멜라율(Lamellarity) = (d50 Lazer - d50 Sedimentation)/d50 Sedimentation

여기서, 'd50'은 평균지름(mass-mean diameter)을 의미한다.

'd50 Lazer'은 평균지름(mass-mean diameter)을 레이저에 의한 방법으로 측정한 값이고, 'd50 Sedimentation'은 평균지름(mass-mean diameter)을 세디멘테이션(sedimentation, 침강법)에 의한 방법으로 측정한 값이다.

또한, 상기 수지 조성물은 상기 수지 100중량부에 대하여 평균 입자 크기가 1∼5㎛ 이며, 라멜라율(Lamellarity)이 3보다 작고 1보다 큰 탈크를 1∼30중량부를 더 포함할 수 있다.

나노클레이는 수지의 난연성과 가공성을 향상시키는 역할을 한다. 나노클레이는 수지 조성물에 수지 100중량부에 대하여 0.5∼5중량부 함유되는 것이 바람직하다. 나노클레이는 트윈 스크류 압출기(twin screw extruder)에 의해 용융되어 압출되면, 샤프트(shaft)에 의한 전단 응력에 의해 나노클레이는 박리되게 되고, 박리되어 형성된 소판들이 다시 뭉치거나 공간이 부족하여 박리를 멈추기도 한다. 이와 같이 나노클레이가 박리되어 형성된 소판들은 불연속적인 형태로 수지 내에 분산되게 된다. 나노클레이는 수지에 분산되면 두께가 1㎚ 이상이고 1㎛ 미만의 나노 크기를 갖는다. 상기 나노클레이는 표면에 다수의 극성기를 보유하고 있고, 고분자의 입자와 입자 사이의 계면에 위치되어 판상 구조에 의해 고분자들이 서로 뭉치는 현상을 억제하는 역할을 한다. 나노클레이는 스멕타이트(Smectite)로서 몬트모릴로나이트(Montmorillonite), 헥토라이트(Hectorite), 사포나이트(Saponite), 시피올라이트(Sepeolite), 버미큘라이트(Vermiculite), 베이델라이트(Beidelite), 카올리나이트(Kaolinite), 마가다이트(Magadite)나 그 혼합물일 수 있다.

이러한 나노클레이는 몬트모릴로나이트(Montmorillonite), 사포나이트(Saponite), 시피올라이트(Sepeolite), 헥토라이트(Hectorite) 단독이나 혼합물로 구성되어 있고 4급 알킬 암모늄계로 처리되어 있는 유기화 클레이인 것이 바람직하다. 나노클레이는 표면에 다수의 마이너스 전하를 지니고 있는데, 유기화 클레이는 다른 구성 성분 사이의 친화력을 향상시켜서 상분리를 방지할 수 있다는 측면에서 바람직하다.

상기 수지 조성물은 상기 수지 100중량부에 대하여 침상형의 휘스커 1∼30중량부를 더 포함할 수 있다. 상기 침상형의 휘스커는 단결정 구조를 띠고 평균 지름이 1.5㎛보다 작거나 같고(예컨대, 평균 지름이 100nm∼1.5㎛), 평균 길이가 10∼60㎛인 것이 바람직하다.

상기 수지 조성물은 상기 수지 100중량부에 대하여 탄소나노튜브 0.5∼3.5중량부를 더 포함할 수 있다. 탄소나노튜브(carbon nanotube; CNT)는 탄소 원자들로 이루어진 육각형의 네트워크를 둥글게 말은 형태를 갖는다. 이때 말은 각도에 따라 끝 부분이 지그 재그 모양과 팔걸이 의자 모양을 갖는다. 또한 둥글게 말리어진 형태는 벽이 하나인 구조인 단일벽(Single Wall) 형태와 다수의 벽을 갖는 다중벽(Multi Wall) 구조를 취하게 되며, 이 외에도 단일벽(Single Wall)이나 다중벽(Multi Wall)이 다발로 되어 있는 형태(Nano tube bundle), 튜브의 내부에 금속이 존재하는 형태(Metal-atom-filled nano tube) 등이 있다. 탄소나노튜브를 수지에 분산되게 적절히 첨가하면, 굴곡탄성율(Fluxural Modulus; FM), 굴곡강도(Fluxural Strength; FS), 인장강도(tensile strength; TS)와 같은 기계적 특성과 열변형온도(Heat Deflection Temperature; HDT)와 같은 내열 특성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 수지 조성물은 상기 수지 100중량부에 대하여 포스페이트 (phosphate), 포스포네이트 (phosphonate), 포스피네이트 (phosphinate), 포스핀옥사이드 (phosphine oxide) 및 포스파젠 (phosphazene) 중에서 선택된 1종 이상의 물질 5∼15중량부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연신율이 우수한 고강성 수지 조성물은 압출기(extruder), 바람직하게는 대한민국 특허등록 제10-0998619호에서 제시된 연속식 트윈 스크류 압출기(continuous twin screw exturder)를 이용하여 제조할 수 있다.

이하에서 연속식 트윈 스크류 압출기를 이용하여 수지 조성물을 제조하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다. 상기 트윈 스크류 압출기는 화합물의 균일한 용융 및 혼합을 제공하고 우수한 분산성을 얻기 위하여 스크류 디자인이 설계되어 있다. 트윈 스크류 압출기는 복합 전단(용융 및 압축 영역에서는 높은 전단력과 분산 영역에서는 낮은 전단력)이 작용되게 디자인되었다.

상기 연신율이 우수한 고강성 수지 조성물을 제조하기 위하여 PC, ABS 및 SAN 중에서 선택된 1종 이상의 수지를 포함하는 출발원료를 트윈 스크류 압출기의 호퍼(hopper)에 투입하고, 용융 압출한 후, 수조(water bath)에서 냉각하고 절단하여 수지 조성물을 형성한다.

수지 조성물의 특성 향상을 위해, 상기 출발원료를 트윈 스크류 압출기에 투입할 때 함께 보조원료로 탄소나노튜브를 추가적으로 투입할 수 있고, 무수말레인산이 그라프트 결합된 러버를 추가적으로 투입할 수 있으며, 포스페이트, 포스포네이트, 포스피네이트, 포스핀옥사이드 및 포스파젠 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 추가적으로 투입할 수도 있고, N-페닐말레이미드와 스티렌의 공중합체를 추가적으로 투입할 수도 있으며, 무수말레인산이 그라프트 결합된 스티렌과 에틸렌-부틸렌의 공중합체를 추가적으로 투입할 수도 있고, 에틸렌-프로필렌계 이피디엠 고무에 무수말레인산이 그라프트 결합된 비결정성 고무를 추가적으로 투입할 수도 있으며, 플로고파이트를 추가적으로 투입할 수도 있다.

상기 트윈 스크류 압출기는 출발원료를 투입하기 위한 메인 피더(main feeder)(110)와, 회동 가능하게 설치된 2개의 샤프트(120)와, 2개의 샤프트(120)를 감싸는 실린더(130)와, 상기 샤프트(120)들을 회동시키기 위한 구동수단(140a, 140b, 140c)과, 실린더(130) 내부를 가열하기 위한 가열수단(150)과, 가열수단(150)의 가열 온도를 제어하기 위한 제어수단(미도시)과, 조성물을 배출하는 토출 다이(160)와, 용융되어 혼련된 원료가 분산되는 과정의 조성물에 탈크, 나노클레이, 침상형의 휘스커, 월라스토나이트와 같은 원료를 사이드피딩(side feeding) 방식으로 주입하기 위한 사이드 피더(170)를 포함한다. 상기 2개의 샤프트들은 용융된 혼합물에 전단 응력을 인가하기 위하여 일정 방향(예컨대, 시계 방향)으로 회전하며, 상기 샤프트들의 회전 속도는 50∼300rpm 정도이다.

상기 수지 조성물을 제조하기 위하여 PC, ABS 및 SAN 중에서 선택된 1종 이상의 수지와 선택적인 보조원료를 원하는 조성으로 함량을 선택하여 이들 원료를 트윈 스크류 압출기의 메인 피더(110)에 투입하고, 용융 압축하는 단계와, 탈크, 나노클레이를 사이드 피더(170)를 통해 주입하고 낮은 전단응력(low shear stress)을 인가하여 분산시키는 단계 및 분산된 조성물을 토출하는 단계를 거쳐 토출된 조성물을 수조(water bath)에서 급냉하고 절단하여 원하는 형태의 수지 조성물을 얻는다.

상기 트윈 스크류 압출기는 그 작용 기능에 따라 크게 3개의 영역으로 나눌 수 있는데, 출발원료를 혼합하여 용융하고 압축(compression)하는 용융 및 압축 영역(melting and compression zone)과, 용융 및 압축된 원료 혼합물을 샤프트의 회전에 의한 전단 응력에 의하여 불연속적으로 분산시키면서 토출 영역 쪽으로 이동시키는 분산 영역과, 분산되어 이루어진 수지 조성물을 외부로 토출하는 토출 영역(ejecting zone)으로 구분될 수 있다.

분산영역(dispersion zone)은 용융 및 압축 영역을 통과한 용융된 원료 혼합물을 일정 온도와 압력으로 유지하면서 충분히 혼련 및 분산시켜서 토출 영역으로 플로우시키는 영역이다. 샤프트의 회전에 의한 전단 응력에 의하여 원료 혼합물의 각 구성 성분이 불연속적으로 분산됨으로써 균일한 조성물이 형성되는 것이다.

상기 분산 영역에는 용융되어 혼련된 원료가 분산되는 과정의 조성물에 상기 실린더 내로 탈크, 나노클레이, 침상형의 휘스커, 월라스토나이트와 같은 원료를 사이드피딩(side feeding) 방식으로 주입하기 위한 사이드 피더(170)가 형성되어 있다. 사이드 피더(170)를 통해 탈크, 나노클레이, 침상형의 휘스커, 월라스토나이트와 같은 원료를 투입하여 균일하게 분산된 수지 조성물을 얻을 수 있는 장점이 있다. 나노클레이를 호퍼에 투입할 경우, 출발원료와 화학적 구조, 극성, 계면 장력 등의 차이로 인해 상분리 현상이 발생할 수 있으나, 사이드 피더(170)를 통해 출발원료가 용융된 용융물에 투입함으로써 이러한 현상을 억제할 수 있다. 또한, 사이드 피더(170)를 통해 나노클레이와 같은 원료를 투입함으로써 수지 조성물의 기계적 특성 등을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 상기 사이드 피더(170)는 분산 영역에 복수 개가 구비될 수 있다.

토출 영역은 분산 영역에서 분산된 수지 조성물을 압축하면서 토출 다이로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 이루어진다. 토출 영역에서 나선형 스크류의 직경에 대한 나선형 스크류의 길이의 비는 용융물의 점도, 토출 속도 등을 고려하여 적절하게 결정하는데, 20∼40 정도이다.

토출 영역에서 가압된 수지 조성물은 토출 다이를 통해 연속적으로 배출된다. 토출 다이를 통과한 조성물은 수조(water bath)와 같은 냉각 장치를 통해 급냉되어 원하는 크기로 절단되고 건조되어 원하는 수지 조성물을 얻을 수가 있다.

실린더 내에서의 플로우(flow) 속도는 용융 및 압축된 원료 혼합물의 점도, 트윈 스크류 압출기의 샤프트 크기, 실린더와 샤프트 사이의 이격 거리, 샤프트 사이의 이격 거리 등을 적절하게 조절하여 제어할 수 있다. 트윈 스크류 압출기의 내부 온도는 190∼300℃ 정도인 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로는, 압출기의 용융 및 압축 영역에서는 호퍼를 통해 투입된 출발원료의 용융 온도보다 높은 240∼290℃의 온도(실린더의 온도)로 유지하고, 호퍼를 통해 투입된 원료의 용융 및 압축이 완료된 이후의 실린더의 온도는 압출기의 분산 영역에 따라 190∼240℃로 설정하고, 압출기의 토출 영역에서는 실린더의 온도를 분산 영역에서의 온도보다 높은 240∼300℃의 온도로 유지한다. 트윈 스크류 압출기로부터 토출된 수지 조성물은 수조에서 급냉되어 원하는 크기로 절단되고 건조되어 최종 수지 조성물을 얻을 수가 있다. 상기 수조의 온도는 출발원료의 유리전이온도 보다 낮은 40℃ 이하의 온도로 유지되는 것이 바람직하다.

이하에서 트윈 스크류 압출기의 도면을 참조하여 더욱 구체적으로 수지 조성물을 제조하는 방법을 설명한다.

PC, ABS 및 SAN 중에서 선택된 1종 이상의 수지를 포함하는 출발원료를 원하는 조성에 맞추어 트윈 스크류 압출기의 메인 피더(110)에 투입한다. 상기 메인 피더(110)에 보조원료로 탄소나노튜브를 추가적으로 투입할 수 있고, 무수말레인산이 그라프트 결합된 러버를 추가적으로 투입할 수 있으며, 포스페이트, 포스포네이트, 포스피네이트, 포스핀옥사이드 및 포스파젠 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 추가적으로 투입할 수도 있고, N-페닐말레이미드와 스티렌의 공중합체를 추가적으로 투입할 수도 있으며, 무수말레인산이 그라프트 결합된 스티렌과 에틸렌-부틸렌의 공중합체를 추가적으로 투입할 수도 있고, 에틸렌-프로필렌계 이피디엠 고무에 무수말레인산이 그라프트 결합된 비결정성 고무를 추가적으로 투입할 수도 있으며, 플로고파이트를 추가적으로 투입할 수도 있다.

상기 트윈 스크류 압출기의 용융 및 압축 영역(Z1) 내에서 상기 출발원료 또는 기타 원료를 혼합하고 용융 및 압축시킨다. 메인 피더(110)를 통해 투입된 출발원료는 온도가 점차 증가하여 용융되기 시작한다. 메인 피더(110)를 통해 투입되면 출발원료는 용융되기 시작하여 고상 수지와 용융 액상 수지의 2개 상이 존재할 수 있는데, 용융 및 압축 영역(Z1)을 통과하면 완전히 용융되게 된다. 가열 수단에 의해 용융 및 압축 영역의 온도는 구간에 따라 240∼290℃를 유지한다. 이때, 모터에 의해 구동되는 2개의 샤프트(120)들은 시계 방향으로 회전하며, 2개의 사프트들 사이의 축간 거리는 1∼10㎝ 정도이다. 용융 및 압축 영역(Z1)의 샤프트(120)는 메인 피더(110)를 통해 주입된 원료를 혼합하고 압축하면서 분산 영역(Z2) 내로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 구비된다. 나선형 스크류의 헬릭스각(Helix Angle)은 예컨대 30°정도이고, 나선형 스크류의 나사산과 실린더(130) 사이의 간격은 예컨대 샤트프 직경의 1/60 정도이며, 나선형 스크류의 피치는 예컨대 5㎝ 정도로 일정하다. 용융 및 압축 영역(Z1)에서 나선형 스크류의 직경에 대한 나선형 스크류의 길이의 비는 예컨대 30 정도이다.

상기 트윈 스크류 압출기의 샤프트(120)들을 시계 방향으로 회전시켜 실린더(130) 내에서 용융 및 압축된 원료의 용융물은 분산 영역(Z2)에서 용융 및 압축 영역(Z1)에서 보다는 낮은 압축 및 전단 응력이 인가되게 된다. 분산영역(dispersion zone)(Z2)은 용융 및 압축 영역(Z1) 또는 반죽 영역(Z4)을 통과한 용융물을 일정 온도와 압력으로 유지하면서 충분히 혼련시켜 토출 영역(Z3)으로 플로우시키는 영역이다.

이 분산영역에서 트윈 스크류 압출기의 샤프트들을 일정 방향으로 회전시켜 용융 및 압축된 출발원료에 전단 응력이 인가되게 한다. 이때, 트윈 스크류 압출기의 분산 영역(Z2)은 구간에 따라 온도를 190∼240℃로 설정한다. 분산 영역(Z2)은 상방향으로 테이퍼(taper)진 압축부(compression part)(C1)와, 상방향으로 테이퍼진 압축부과 인접하게 형성되고 평평한 일자형의 전단부(shear part)(C2) 및 하방향으로 테이퍼진 릴리스부(C3)를 포함하는 샤프트(120) 구조를 갖는다. 상방향으로 테이퍼진 압축부의 테이퍼 각(a1)은 예컨대 20°정도를 이룬다. 하방향으로 테이퍼진 압축부의 테이퍼 각(a2)은 예컨대 -20° 정도를 이룬다. 실린더(130)와 샤프트(120) 사이의 간격은 샤트프 직경의 1/20∼1/60 정도이고, 일자형의 전단부를 이루는 사프트와 실린더(130) 사이의 간격은 샤트프 직경의 1/40∼1/60 정도이다. 분산 영역(Z2)에서 샤프트(120)의 직경에 대한 샤프트(120)의 길이의 비는 예컨대 40 정도이다. 상기 분산 영역(Z2)에 탈크, 나노클레이와 같은 원료를 사이드 피더(170)를 통해 주입한다. 또한, 상기 사이드피더(170)에 침상형의 휘스커나 월라스토나이트를 추가적으로 투입할 수 있다.

토출 영역(Z3)에서는 분산 영역(Z2)에서의 온도보다 높은 온도인 240∼300℃의 온도로 가열하면서 트윈 스크류 압출기에서 조성물을 토출 다이(160)로 토출한다. 토출 영역(Z3)은 분산 영역(Z2)에서 분산된 조성물을 압축하면서 토출 다이(160)로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 이루어지며, 분산 영역(Z2)에서보다 높은 전단 응력이 인가되게 된다. 분산 영역(Z2)에서 분산된 조성물은 나선형 스크류 형태의 샤프트(120)에 의해 압축되면서 토출 다이(160)로 공급되게 된다. 나선형 스크류의 헬릭스각(Helix Angle)은 예컨대 -30°정도이고, 나선형 스크류의 나사산과 실린더(130) 사이의 간격은 예컨대 샤트프 직경의 1/60 정도이며, 나선형 스크류의 피치는 예컨대 5㎝ 정도로 일정하다. 토출 영역(Z3)에서 나선형 스크류의 직경에 대한 나선형 스크류의 길이의 비는 예컨대 30 정도이다. 토출 다이(160)로부터 토출된 조성물을 냉각 및 절단하여 수지 조성물을 얻는다.

이하에서, 본 발명에 따른 실험예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실험예들에서 PC 수지는 용융지수가 15g/10min (ASTM D 1238, 300℃, 1.2㎏)인 것을 사용하였고, ABS 공중합체(수지)는 용융지수가 34g/10min (ASTM D 1238, 220℃, 10㎏)인 것을 사용하였다.

휘스커(Whisker)는 침상형으로서 단결정 구조를 띠고 있으며, 입자 지름 크기 최대(max) 1.0㎛, 평균 길이 10∼60㎛인 것으로, KOCH사의 제품명 M-HOS를 사용하였다.

나노클레이는 BYK사(社)의 나노클레이로서 제품명 RXG 7060을 사용하였다.

코어-쉘 가교 고무는 입경이 0.3∼0.35㎛인 것으로, LG화학사의 제품명 EM500을 사용하였다.

미네랄 필러(mineral filler; MF)는 합성 미네랄 기반 섬유(synthetic mineral-based fiber)로서 직경 0.5∼1.2㎛, 길이 10∼30㎛인 것으로, 밀리켄사의 제품명 HPR-803i를 사용하였다.

제1 월라스토나이트(Wollastonite)는 입자 크기의 중앙값(median paricle size) 7㎛인 것을 사용하였다. 제2 월라스토나이트(Wollastonite)는 입자 크기의 중앙값(median paricle size) 8㎛인 것을 사용하였다.

N-페닐말레이미드와 스티렌의 공중합체는 용융지수가 2.6g/10min (ASTM D 1238, 300℃, 10㎏)인 것으로, NIPPON SHOKUBAI사의 제품명 POLYIMILEX PSX0371을 사용하였다.

무수말레인산이 그라프트 결합된 스티렌과 에틸렌-부틸렌의 공중합체는 30wt%의 폴리스티렌 함량을 갖는 스티렌과 에틸렌-부틸렌의 공중합체이며, 용융지수가 22gms/10min (ASTM D 1238, 230℃, 5㎏)인 것으로, Kraton사의 제품명 FG1901G를 사용하였다.

투명 고분자는 용융지수가 18gms/10min (ASTM D 1238, 260℃, 2.16㎏)인 것으로, Kraton사의 제품명 G1643M을 사용하였다.

에틸렌-프로필렌계 이피디엠 고무에 무수말레인산이 그라프트 결합된 비결정성 고무는 주요 분자사슬이 단일 구조로만 이루어졌으며 용융지수가 2g/10min (ASTM D 1238, 300℃, 2.16㎏)인 것으로, 금호석유화학사의 제품명 KEPA1130을 사용하였다.

비스페놀 에이 비스(디페닐 포스페이트)(Bisphenol A bis (diphenyl phosphate); BDP)은 인계 난연제 이다.

아래의 표 1에 월라스토나이트(Wollastonite)와 코어-쉘 가교 고무를 각각 17중량%와 5중량%로 고정하여 적용한 PC-ABS계 수지 조성물을 나타내었다. 표 1에서 'PC/ABS=75/25'는 PC와 ABS가 75:25의 중량비로 혼합된 것을 의미하고, 실험예 1에서 PC와 ABS의 전체 함량은 63중량%이고, 실험예 2 내지 실험예 5에서 PC와 ABS의 전체 함량은 60중량%이다.

	실험예1	실험예2	실험예3	실험예4	실험예5
PC	PC/ABS=75/25
ABS	PC/ABS=75/25
N-페닐말레이미드와 스티렌의 공중합체	-	3wt%	3wt%	3wt%	3wt%
코어-쉘 가교 고무	5wt%	5wt%	5wt%	5wt%	5wt%
나노클레이(nanoclay)	-	-	-	3wt%	3wt%
미네랄 필러(mineral filler)	-	-	3wt%	-	-
탈크(Talc)	3wt%	-	-	-	-
휘스커(Whisker)	-	3wt%	-	-	-
제1 월라스토나이트 (Wallastonite)	17wt%	17wt%	17wt%	17wt%
제2 월라스토나이트	-	-	-	-	17wt%
비스페놀 에이 비스(디페닐 포스페이트)	12wt%	12wt%	12wt%	12wt%	12wt%

탈크(Talc)는 입자 크기 5.5±0.5㎛인 일반 탈크로서, KOCH사의 제품명 KCM6300을 사용하였다.

아래의 표 2에 나노클레이를 1∼3중량%로 고정하여 적용한 PC-ABS계 수지 조성물을 나타내었다. 표 2에서 'PC/ABS=75/25'는 PC와 ABS가 75:25의 중량비로 혼합된 것을 의미하고, 실험예 6 내지 실험예 10에서 PC와 ABS의 전체 함량은 63중량%이고, 실험예 11에서 PC와 ABS의 전체 함량은 62중량%이며, 실험예 12, 실험예 14 및 실험예 16에서 PC와 ABS의 전체 함량은 61중량%이고, 실험예 13 및 실험예 15에서 PC와 ABS의 전체 함량은 74중량%이며, 실험예 17에서 PC와 ABS의 전체 함량은 70중량%이다.

실험예6

실험예7

실험예8

실험예9

실험예10

실험예11

실험예12

실험예13

실험예14

실험예15

실험예16

실험예17

PC

PC/ABS=75/25

ABS

N-페닐말레이미드와 스티렌의 공중합체

-

5wt%

-

투명 고분자

-

5wt%

-

스티렌과 에틸렌-부틸렌의 공중합체

7wt%

-

에틸렌-프로필렌계 이피디엠 고무에 무수말레인산이 그라프트 결합된 비결정성 고무

-

7wt%

-

나노클레이

3wt%

1wt%

2wt%

-

미네랄 필러(MF)

10wt%

-

10wt%

3wt%

-

탈크

-

10wt%

-

5wt%

3wt%

-

3wt%

-

10wt%

-

제2 월라스토나이트

5wt%

-

유리섬유(glass fiber; GF)

-

5wt%

7wt%

15wt%

비스페놀 에이 비스(디페닐 포스페이트)

12wt%

15wt%

유리섬유(GF)는 길이 3∼4mm, 직경 14㎛인 것으로, 오웬스코닝사의 제품명 GF183을 사용하였다.

아래의 표 3에 나노클레이와 비스페놀 에이 비스(디페닐 포스페이트)(Bisphenol A bis (diphenyl phosphate); BDP)를 각각 1중량%와 12중량%로 고정하여 적용한 PC-ABS계 수지 조성물을 나타내었다. 표 3에서 'PC/ABS=75/25'는 PC와 ABS가 75:25의 중량비로 혼합된 것을 의미하고, 실험예 18, 실험예 20 및 실험예 22에서 PC와 ABS의 전체 함량은 72중량%이고, 실험예 19 및 실험예 21에서 PC와 ABS의 전체 함량은 77중량%이다.

	실험예 18	실험예 19	실험예 20	실험예 21	실험예 22
PC	PC/ABS=75/25
ABS	PC/ABS=75/25
투명 고분자	5wt%	-	-	-	-
나노클레이(nanoclay)	1wt%	1wt%	1wt%	1wt%	1wt%
미네랄 필러(MF)	10wt%	10wt%	15wt%	-	-
탈크	-	-	-	20wt%	25wt%
비스페놀 에이 비스(디페닐 포스페이트)	12wt%	12wt%	12wt%	12wt%	12wt%

아래의 표 4에 나노클레이를 1중량%와 고정하여 적용한 PC-ABS계 수지 조성물을 나타내었다. 표 4에서 'PC/ABS=75/25'는 PC와 ABS가 75:25의 중량비로 혼합된 것을 의미하고, 실험예 23에서 PC와 ABS의 전체 함량은 69중량%이고, 실험예 24에서 PC와 ABS의 전체 함량은 72중량%이며, 실험예 25에서 PC와 ABS의 전체 함량은 74중량%이고, 실험예 26 및 실험예 27에서 PC와 ABS의 전체 함량은 69중량%이며, 실험예 28에서 PC와 ABS의 전체 함량은 67중량%이다.

	실험예23	실험예24	실험예25	실험예26	실험예27	실험예 28
PC	PC/ABS=75/25
ABS	PC/ABS=75/25
투명 고분자	3wt%	-	-	-	-	-
코어-쉘 가교 고무	-	-	3wt%	3wt%	3wt%
나노클레이(nanoclay)	1wt%	1wt%	1wt%	1wt%	1wt%	1wt%
미네랄 필러	5wt%	5wt%	10wt%	5wt%	7wt%	-
제1 탈크	10wt%	10wt%	-	-	-	-
제2 탈크	-	-	-	10wt%	8wt%	20wt%
비스페놀 에이 비스(디페닐 포스페이트)	12wt%	12wt%	12wt%	12wt%	12wt%	12wt%

제1 탈크(Talc)는 입자 크기 5.5±0.5㎛인 일반 탈크로서, KOCH사의 제품명 KCM6300을 사용하였다.

제2 탈크는 판상의 백색분말로 입자 크기 3.5±0.5㎛인 일반 탈크로서, KOCH사의 제품명 KCM3000을 사용하였다.

아래의 표 5에 나노클레이와 고각형비 탈크를 각각 1중량%와 15∼20중량%로 고정하여 적용한 PC-ABS계 수지 조성물을 나타내었다. 표 5에서 'PC/ABS=75/25'는 PC와 ABS가 75:25의 중량비로 혼합된 것을 의미하고, 실험예 29에서 PC와 ABS의 전체 함량은 72중량%이고, 실험예 30 및 실험예 31에서 PC와 ABS의 전체 함량 67중량%이며, 실험예 32에서 PC와 ABS의 전체 함량은 62중량%이고, 실험예 33에서 PC와 ABS의 전체 함량은 69중량%이며, 실험예 34, 실험예 36 및 실험예 37에서 PC와 ABS의 전체 함량은 64중량%이고, 실험예 35에서 PC와 ABS의 전체 함량은 59중량%이다.

	실험예29	실험예30	실험예31	실험예32	실험예33	실험예34	실험예35	실험예36	실험예37
PC	PC/ABS=75/25
ABS	PC/ABS=75/25
스티렌과 에틸렌-부틸렌의 공중합체	-	5wt%	-	5wt%	-	-	5wt%	-	-
코어-쉘 가교 고무	-	-	-	-	3wt%	3wt%	3wt%	3wt%	3wt%
나노클레이	1wt%	1wt%	1wt%	1wt%	1wt%	1wt%	1wt%	1wt%	1wt%
미네랄 필러	-	-	-	-	-	-	-	-	5wt%
탈크	-	-	-	-	-	-	-	5wt%	-
제2 월라스토나이트	-	-	-	-	-	5wt%	5wt%	-	-
고각형비 탈크	15wt%	15wt%	20wt%	20wt%	15wt%	15wt%	15wt%	15wt%	15wt%
비스페놀 에이 비스(디페닐 포스페이트)	12wt%	12wt%	12wt%	12wt%	12wt%	12wt%	12wt%	12wt%	12wt%

탈크는 판상의 백색분말로 입자 크기 3.5±0.5㎛인 일반 탈크로서, KOCH사의 제품명 KCM3000을 사용하였다.

고각형비(High aspect ratio; HAR) 탈크는 디라미네이트(delaminate)된 탈크로 2㎛(d50 Sedimentation)이며, 앞서 설명한 수학식 1에 정의된 라멜라율(Lamellarity)이 4 ∼ 5이고 평균 각형비는 9.5인 것으로, Imerys사의 제품명 Luzenac T84를 사용하였다.

아래의 표 6에 나노클레이 및 고각형비 탈크를 각각 1중량% 및 15∼17.5중량%로 고정하여 적용한 PC-ABS계 수지 조성물을 나타내었다. 표 6에서 'PC/ABS=75/25'는 PC와 ABS가 75:25의 중량비로 혼합된 것을 의미하고, 실험예 38에서 PC와 ABS의 전체 함량은 59.5중량%이고, 실험예 39 및 실험예 40에서 PC와 ABS의 전체 함량은 62중량%이고, 실험예 41에서 PC와 ABS의 전체 함량은 67중량%이다.

	실험예38	실험예39	실험예40	실험예41
PC	PC/ABS=75/25
ABS	PC/ABS=75/25
스티렌과 에틸렌-부틸렌의 공중합체	2.5wt%	5wt%	5wt%	2.5wt%
나노클레이	1wt%	1wt%	1wt%	1wt%
제2 월라스토나이트	-	5wt%	-	-
고각형비 탈크	15wt%	15wt%	15wt%	17.5wt%
미세 탈크	-	-	5wt%	-
비스페놀 에이 비스(디페닐 포스페이트)	12wt%	12wt%	12wt%	12wt%

고각형비(High aspect ratio; HAR) 탈크는 디라미네이트(delaminate)된 탈크로 입자 크기 2㎛ (d50 Sedimentation)이며, 라멜라율(Lamellarity)이 4 ∼ 5이며 평균 각형비는 9.5인 것으로, Imerys사의 제품명 Luzenac T84를 사용하였다.

미세 탈크는 입자 크기의 중앙값(median paricle size) 1.0㎛이고 라멜라율이 2 ∼ 3인 라멜라 구조를 가진 것으로, Imerys사의 제품명 Jetfine 3CA를 사용하였다.

아래의 표 7에 고각형비 탈크를 15∼17.5중량%로 고정하여 적용한 PC-ABS계 수지 조성물을 나타내었다. 표 7에서 'PC/ABS=75/25'는 PC와 ABS가 75:25의 중량비로 혼합된 것을 의미하고, 실험예 42에서 PC와 ABS의 전체 함량은 70.5중량%이고, 실험예 43 및 실험예 44에서 PC와 ABS의 전체 함량은 63중량%이고, 실험예 45에서 PC와 ABS의 전체 함량은 68중량%이다.

	실험예42	실험예43	실험예44	실험예45
PC	PC/ABS=75/25
ABS	PC/ABS=75/25
스티렌과 에틸렌-부틸렌의 공중합체	2.5wt%	5wt%	5wt%	2.5wt%
제2 월라스토나이트	-	5wt%	-	-
고각형비 탈크	15wt%	15wt%	15wt%	17.5wt%
미세 탈크	-	-	5wt%	-
비스페놀 에이 비스(디페닐 포스페이트)	12wt%	12wt%	12wt%	12wt%

고유동 고강성 PC/ABS/SAN계 수지 조성물에 대하여 다음과 같은 방법으로 물성을 측정하였다.

비중은 ASTM D792에 의하여 측정하였다.

굴곡강도(FS)와 굴곡탄성율(FM)은 ASTM D790에 의하여 크로스 헤드스피드를 2.8mm/min의 시험 속도로 측정하였으며, 굴곡강도와 굴곡탄성율의 단위는 kgf/cm²이다.

아이조드 노치(IZOD Notched) 충격강도와 아이조드 언노치(IZOD unnotched) 충격강도는 ASTM D256에 의하여 시편이 파단될 때의 에너지를 단위 두께로 나눈 값이며, 1/8' 두께를 갖는 시편을 이용하여 측정하였다. 충격강도의 단위는 kg·㎝/㎝ 이다.

인장강도(TS)와 연신율은 ASTM D638에 의하여 50mm/min 속도로 측정하였으며 연신율은 파단점에서의 값을 기록하였다. 인장강도의 단위는 kgf/cm² 이고, 연신율의 단위는 % 이다.

열변형온도(HDT)는 ASTM D648에 의거하여 1.8Mpa 하중에서 온도를 2℃/min의 속도로 상승시켰을 때 시편의 변형이 0.254mm에 달한 때의 온도를 측정하였다. 열변형온도의 단위는 ℃이다.

스파이럴 플로우(Spiral Flow)는 사출 온도 280℃에서 2mm 두께의 시편에 대한 것으로, 단위는 cm 이다.

아래의 표 8에 표 1에 대한 물성을 나타내었다.

물성		실험예1	실험예2	실험예3	실험예4	실험예5
비중		1.33	1.33	1.33	1.33	1.33
굴곡강도(㎏f/cm²)		806	900	941	793	971
굴곡탄성율(㎏f/cm²)		39538	46441	51532	48952	50427
충격강도 (㎏f·cm/cm)	노치	4.6	3.6	3.0	2.8	3.0
충격강도 (㎏f·cm/cm)	언노치	28	30	30	18	29
인장강도(㎏f/cm²)		618	619	624	643	655
연신율(%)		2.2	1.9	2.0	1.6	1.9
열변형온도(℃)		111	113	114	112	111
Spiral Flow(cm)		25	30	49	55	57

실험예 1 내지 실험예 5의 경우는 충격강도가 너무 낮은 것으로 나타났다.

아래의 표 9에 표 2에 대한 물성을 나타내었다.

물성		실험예6	실험예7	실험예8	실험예9	실험예10	실험예11	실험예12	실험예13	실험예14	실험예15	실험예16	실험예17
비중		1.24	1.26	1.25	1.25	1.24	1.30	1.32	1.29	1.28	1.25	1.29	1.33
굴곡강도 (kgf/cm²)		751	647	704	855	726	936	940	1031	906	923	862	1159
굴곡탄성율 (kgf/cm²)		24245	21611	24992	26880	25399	51071	49278	43229	34829	31901	36797	44877
충격강도 (㎏f·cm/cm)	노치	9.2	9.9	8.5	5.1	5.4	3.0	2.7	3.0	5.7	7.1	5.1	5.4
충격강도 (㎏f·cm/cm)	언노치	38	83	51	41	43	40	30	43	51	57	51	39
인장강도 (kgf/cm²)		570	481	513	652	521	693	732	729	680	643	681	862
연신율(%)		4.4	13.2	9.4	4.1	4.2	1.8	1.6	2.3	3.5	3.3	2.3	2.4
열변형온도 (℃)		99	101	106	108	105	114	114	112	110	108	111	92
스파이럴 플로우(cm)		-	-	-	-	-	42	44	46	47	47	48	-

실험예 8 내지 실험예 17에서 충격보강을 위해 GF를 첨가하였으나, 외관이 좋지 않은 것으로 나타났다. GF를 첨가한 경우에는 표면이 매끄럽지 못하고 거칠었다.

아래의 표 10에 표 3에 대한 물성을 나타내었다.

물성		실험예18	실험예19	실험예20	실험예21	실험예22
비중		1.25	1.27	1.30	1.34	1.39
굴곡강도(㎏f/cm²)		789	1023	885	892	849
굴곡탄성율(㎏f/cm²)		33621	43736	59770	44580	53544
충격강도 (㎏f·cm/cm)	노치	4.5	3.0	1.8	3.0	3.0
충격강도 (㎏f·cm/cm)	언노치	89	36	24	28	17
인장강도(㎏f/cm²)		576	668	766	635	612
연신율(%)		9.4	2.4	1.5	2.2	1.4
열변형온도(℃)		81	81	80	77	76
Spiral Flow(cm)		64	46	59∼60	42	36

GF를 넣지 않고 미네랄 필러(MF)를 사용한 실험예 18 내지 실험예 22의 경우에 외관은 좋아졌으나 여전히 충격강도는 낮은 것으로 나타났다.

아래의 표 11에 표 4에 대한 물성을 나타내었다.

물성		실험예 23	실험예 24	실험예 25	실험예 26	실험예 27	실험예 28
비중		1.29	1.31	1.25	1.29	1.29	1.31
굴곡강도(㎏f/cm²)		880	977	914	900	857	771
굴곡탄성율 (㎏f/cm²)		35324	42520	41273	42483	44536	43095
충격강도 (㎏f·cm/cm)	노치	3.9	3.0	4.4	3.9	3.7	3.5
충격강도 (㎏f·cm/cm)	언노치	61	38	65	55	50	44
인장강도(㎏f/cm²)		597	655	602	624	600	549
연신율(%)		7.3	2.6	2.7	7.2	2.7	6.9
열변형온도(℃)		79	81	90	89	87	71
Spiral Flow(cm)		53	44	35	35	39	42

미네랄 필러(MF)와 탈크(Talc)를 함께 사용하면서 코어-쉘 가교 고무(EM500)나 투명 고분자(Kraton, G1643M)를 첨가하여 충격강도를 높일 수 있었다. 외관도 좋은 것으로 나타났다.

아래의 표 12에 표 5에 대한 물성을 나타내었다.

물성		실험예29	실험예30	실험예31	실험예32	실험예33	실험예34	실험예35	실험예36	실험예37
비중		1.32	1.29	1.35	1.32	1.30	1.35	1.32	1.35	1.34
굴곡강도(㎏f/cm²)		828	817	869	802	833	788	746	770	537
굴곡탄성율 (㎏f/cm²)		48617	37415	57824	42200	46180	52145	39378	54591	52507
충격강도 (㎏f·cm/cm)	노치	3.3	5.3	3.0	4.0	3.0	2.9	3.8	3.0	1.6
충격강도 (㎏f·cm/cm)	언노치	34	54	30	27	41	20	32	20	14
인장강도 (㎏f/cm²)		675	590	650	564	619	617	526	625	543
연신율(%)		2.5	9.7	1.5	2.7	2.6	1.7	2.9	1.5	0.8
열변형온도(℃)		-	90	-	87	-	-	82	-	-
Spiral Flow(cm)		35	35	35	35	34	38	38	38	62

스티렌과 에틸렌-부틸렌의 공중합체(Kraton사의 제품명 FG1901G)와 고각형비 탈크(Imerys사의 제품명 Luzenac T84)로 충격강도를 높일 수 있었다. 표면이 균일하고 매끄러웠다.

아래의 표 13에 표 6에 대한 물성을 나타내었다.

물성		실험예38	실험예39	실험예40	실험예41
비중		1.30	1.33	1.33	1.32
굴곡강도(㎏f/cm²)		875	765	743	857
굴곡탄성율 (㎏f/cm²)		37806	34073	32548	41201
충격강도 (㎏f·cm/cm)	노치	5.0	5.8	5.6	5.1
충격강도 (㎏f·cm/cm)	언노치	51	86	68	61
인장강도(㎏f/cm²)		597	532	533	590
연신율(%)		7.0	7.8	13.4	7.7
열변형온도(℃)		89	-	-	90
Spiral Flow(cm)		43	41	48	42

스티렌과 에틸렌-부틸렌의 공중합체(Kraton사의 제품명 FG1901G)와 고각형비 탈크(Imerys사의 제품명 Luzenac T84) 함량 증가로 충격강도를 높이며, 연신율은 2.5% 이상의 인성(toughness)을 유지하는 수지 조성물을 제조할 수 있었다.

아래의 표 14에 표 7에 대한 물성을 나타내었다.

물성		실험예42	실험예43	실험예44	실험예45
비중		1.29	1.32	1.32	1.31
굴곡강도(kgf/cm²)		853	747	718	812
굴곡탄성율 (kgf/cm²)		35124	33107	31472	40081
충격강도 (㎏f·cm/cm)	노치	5.1	6.0	5.8	5.4
충격강도 (㎏f·cm/cm)	언노치	53	89	70	65
인장강도(kgf/cm²)		587	521	520	579
연신율(%)		8.2	9.1	14.8	9.2
열변형온도(℃)		89	89	88	89
Spiral Flow(cm)		42	40	47	41

스티렌과 에틸렌-부틸렌의 공중합체(Kraton사의 제품명 FG1901G)와 고각형비 탈크(Imerys사의 제품명 Luzenac T84) 함량 증가로 충격강도를 높일 수 있었다. 나노클레이를 포함한 경우 대비 연신율은 1% 이상 증가하는 수지 조성물을 제조할 수 있었다.

난연시험은 UL 규격에 따라 두께 1.5mm와 3.0mm 시편으로 측정하였다. 실험예 46의 난연시험 결과는 아래와 같이 V-0이며, GF 17wt% 첨가한 실험예 17의 경우 난연 등급 V-1이다.

Set#:		1	Material:			실험예46 (1.5 mm)						Color:		BK
>48h/23±2℃/50±5%RH							168±2h/70±2℃ + >4h/23±2℃/<20%RH

Start Time:10:00				End Time: 10:05			Start Time:10:10				End Time: 10:15
#	Thk (mm)@	t₁ (s)	X₁	t₂ (s)	t₂+t₃ (s)	X₂	#	Thk (mm)@	t₁ (s)	X₁	t₂ (s)	t₂+t₃ (s)	X₂
1	1.472	2	2	9	9	2	6	1.469	3	2	8	8	2
2	1.471	1	2	8	8	2	7	1.471	1	2	7	7	2
3	1.471	2	2	7	7	2	8	1.471	2	2	4	4	2
4	1.474	0	2	5	5	2	9	1.470	2	2	4	4	2
5	1.472	2	2	9	9	2	10	1.470	2	2	4	4	2
Total Flame Time, Σt₁+Σt₂(s):						45		Total Flame Time, Σt₁+Σt₂(s):				37
Notes:		Cotton used within 30 min, please refer to start time and end time.									Flame Class:		V-0

Set#:		2	Material:			실험예46 (3.0 mm)							Color:		BK
>48h/23±2℃/50±5%RH							168±2h/70±2℃ + >4h/23±2℃/<20%RH

Start Time:10:20				End Time: 10:25			Start Time:10:30				End Time: 10:35
#	Thk (mm)@	t₁ (s)	X₁	t₂ (s)	t₂+t₃ (s)	X₂	#	Thk (mm)@	t₁ (s)	X₁	t₂ (s)	t₂+t₃ (s)	X₂
1	2.952	1	2	2	2	2	6	2.938	0	2	2	2	2
2	2.941	0	2	2	2	2	7	2.943	0	2	1	1	2
3	2.938	0	2	2	2	2	8	2.949	0	2	1	1	2
4	2.935	0	2	1	1	2	9	2.939	0	2	2	2	2
5	2.941	0	2	2	2	2	10	2.944	1	2	1	1	2
Total Flame Time, Σt₁+Σt₂(s):						10		Total Flame Time, Σt₁+Σt₂(s):					8
Notes:		Cotton used within 30 min, please refer to start time and end time.									Flame Class:			V-0

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

110: 메인 피더 120: 샤프트
130: 실린더 140a, 140b, 140c: 구동수단
150: 가열수단 160: 토출 다이
155: 송풍기 165: 냉각관
170: 사이드 피더 180: 프레임
190: 벤트 포트

Claims

폴리카보네이트, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 및 스티렌 아크릴로니트릴 중에서 선택된 1종 이상의 수지; 및
상기 수지 100중량부에 대하여 평균 입자 크기가 1∼5㎛이며 라멜라율(Lamellarity)이 3보다 큰 라멜라 구조를 가진 탈크 1∼30중량부를 포함하며,
연신율이 2.5% 보다 높은 인성(toughness)을 갖는 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 수지 100중량부에 대하여 평균 입자 크기가 1∼5㎛ 이며, 라멜라율(Lamellarity)이 3보다 작고 1보다 큰 탈크를 1∼30중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 수지 100중량부에 대하여 나노클레이 0.5∼5중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
제3항에 있어서, 상기 나노클레이는 몬트모릴로나이트(Montmorillonite), 사포나이트(Saponite), 시피올라이트(Sepeolite), 헥토라이트(Hectorite) 단독이나 혼합물로 구성되어 있고 4급 알킬 암모늄으로 처리되어 있는 유기화 클레이인 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 수지 100중량부에 대하여 침상형의 휘스커 1∼30중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
제5항에 있어서, 상기 침상형의 휘스커는 평균 지름이 1.5㎛보다 작거나 같고, 평균 길이가 10∼60㎛인 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 수지 100중량부에 대하여 탄소나노튜브 0.5∼3.5중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 수지 100중량부에 대하여 무수말레인산이 그라프트 결합된 러버 1∼5중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 수지 100중량부에 대하여 포스페이트(phosphate), 포스포네이트(phosphonate), 포스피네이트(phosphinate), 포스핀옥사이드(phosphine oxide) 및 포스파젠(phosphazene) 중에서 선택된 1종 이상의 물질 5∼15중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 수지 100중량부에 대하여 월라스토나이트 0.1∼25중량부를 더 포함하며, 상기 월라스토나이트는 평균 입경이 1∼20㎛인 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 수지 100중량부에 대하여 N-페닐말레이미드와 스티렌의 공중합체 0.1∼10중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 수지 100중량부에 대하여 무수말레인산이 그라프트 결합된 스티렌과 에틸렌-부틸렌의 공중합체 0.1∼10중량부를 더 포함하며, 상기 무수말레인산이 그라프트 결합된 스티렌과 에틸렌-부틸렌의 공중합체는 폴리스티렌의 함량이 10∼50중량%인 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 수지 100중량부에 대하여 에틸렌-프로필렌계 이피디엠 고무에 무수말레인산이 그라프트 결합된 비결정성 고무 0.1∼10중량부를 더 포함하는 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 수지 100중량부에 대하여 플로고파이트 0.1∼10중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 플로고파이트는 실란(silane)으로 코팅된 플로고파이트이며, 평균 입경이 1∼30㎛ 이고, 종횡비가 30∼150인 것을 특징으로 하는 수지 조성물.