KR20180039715A - 플라스틱 조성물, 이의 제조방법 및 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 적어도 하나의 극성 열가소성 중합체; (b) 적어도 하나의 불포화 지방족 지방산의 금속염; (c) 적어도 하나의 다가 알콜(이의 융점은 중합체 (a)의 융점의 최대 80℃ 미만 및 최대 50℃ 초과이다); 및 (d) 알콜 (c)와는 상이한 적어도 하나의 추가의 알콜(이의 비점은 중합체 (a)의 융점의 최대 100℃ 미만 및 최대 80℃ 초과이다)을 포함하는 플라스틱 조성물에 관한 것이다.

Description

플라스틱 조성물, 이의 제조방법 및 용도
본 발명은 플라스틱 조성물, 이를 기본으로 하는 충전된 플라스틱 조성물의 제조방법, 및 이러한 플라스틱 조성물의 용도에 관한 것이다.
기능성 부품을 제조하기 위한 충전된 플라스틱 조성물의 사용은 선행 기술로부터 알려져 있다. 이러한 조성물은 전형적으로 플라스틱 매트릭스 및 충전재를 포함한다.
고 충전재 부분은 이러한 기능성 부품의 일부 특성들을 개선시키는데 바람직하다. 충전재 부분을 증가시키는 것은, 예를 들면, 보다 가치있는 열 전도율, 밀도, 자성, 또는 전자기 신호 및 이온화 방사선과 관련한 차폐 효과 또는 이의 증가를 야기할 수 있다. 일부 특성들의 상당한 개선은 특히 충전재 부분이 이론적 최대치에 가까운 경우에 관찰될 수 있는데, 그 이유는 이 범위에서 입자 접촉의 수가 크게 증가하기 때문이다. 충전재의 용적 분율이 최대 패킹 밀도를 갖는 천연의(native) 충전재 입자의 용적 분율에 가까워질 때 이를 이론적 최대치에 가깝다고 말할 수 있다. 최대 패킹 밀도에서 천연의 충전재 입자의 용적 분율은 입자 크기 분포로부터 직접적으로 야기된다.
다른 한편으로, 충전재 부분이 증가함에 따라, 플라스틱 조성물의 용융 점도(melt viscosity) 또한 상승하므로, 이러한 유형의 고-충전 조성물은 모든 가공 기술에 이용 가능하지는 않다. 성형 화합물(molding compounds) 및 주조 화합물(casting compounds)은 부분적으로는 디자인의 자유를 희생하면서 충전재로 고도로 충전(highly loaded)될 수 있는 반면, 고도로 충전된 플라스틱 조성물은 종종 가변적인 사출 성형 공정(injection molding process) 또는 압출 공정(extrusion process)의 프레임워크 내에서 가공에 적합하지 않다. 게다가, 부품의 일부 기계적 특성들이 고 충전재 부분에 의해 저하되며 고도로 충전된 부품들은 잘 부서지는 경향이 있다.
본 발명의 목적은 사출 성형 공정 또는 압출 공정의 프레임워크 내에서 가공될 수 있고 추가로 허용 가능한 기계적 특성을 갖는 가능한 고도로 충전된 플라스틱 조성물을 제공하는 것이다.
이러한 배경으로부터, 본 발명은 (a) 적어도 하나의 극성 열가소성 중합체; (b) 적어도 하나의 불포화 지방족 지방산의 금속염; (c) 적어도 하나의 다가 알콜(이의 융점은 중합체 (a)의 융점의 최대 80℃ 미만 및 최대 50℃ 초과이다); 및 (d) 알콜 (c)와는 상이한 적어도 하나의 추가의 알콜(이의 비점은 중합체 (a)의 융점의 최대 100℃ 미만 및 최대 80℃ 초과이다)을 포함하는 고도로 충전된 플라스틱 조성물에 관한 것이다.
상압에서의 비점을 비점으로 이해해야 한다.
하나의 양태에서, 플라스틱 조성물은 적어도 하나의 미립자 충전재 (e)를 추가로 갖는 충전된 플라스틱 조성물이다.
충전 조성물은, 예를 들면, 압출 공정 또는 사출 성형 공정의 프레임워크 내에서 가공될 수 있는 펠렛 형태로 존재할 수 있다. 조성물은 또한, 예를 들면, 압출 공정 또는 사출 성형 공정을 사용하여 수득될 수 있는 고형 부품으로서 존재할 수 있다.
하나의 양태에서, 플라스틱 조성물은 충전재 부분이, 충전 조성물의 총 용적에서 측정하여, 40 vol.% 이상에 이르는 고도로 충전된 플라스틱 조성물이다. 바람직한 양태에서, 충전재 부분은 50 vol.% 이상에 이른다. 추가의 바람직한 양태에서, 충전재 부분은 60 vol.% 이상에 이를 수 있다.
하나의 양태에서, 미립자 충전재 (e)는 입자 크기의 단봉 분포(unimodal distribution)를 갖는다. 대안적인 양태에서, 충전재는 입자 크기의 다봉 분포(multimodal distribution)를 갖는다.
본 발명은 고도로 충전된 플라스틱 조성물 중의 충전재 부분이 입자 크기 분포로부터 야기되는 이론적 최대치에 가깝다는 생각을 포함한다. 입자 크기의 단봉 분포를 갖는 충전재의 경우, 이론적 최대치는 전형적으로 입자 크기의 다봉 분포(예를 들면, 75 vol.%)를 갖는 충전재의 경우보다 낮다(예를 들면, 65 vol.%). 고도로 충전된 플라스틱 조성물의 다수의 물리적 특성, 예를 들면 이들의 열 전도율은 이론적 최대치에의 충전재 부분의 근접함보다는 절대적 충전재 부분(absolute filler material portion)에 덜 의존하는 것으로 인지되었다. 효과는, 이러한 효과가 아마도 충전재의 입자 접촉의 횟수에 의해 결정적으로 영향을 받으며 이러한 횟수는 이론적 최대치에 매우 가깝게 증가한다는 사실에 기초하는 것 같다.
따라서, 플라스틱 조성물 중의 충전재 부분이 이론적 최대치의 적어도 80 vol.%, 바람직하게는 적어도 90 vol.%, 추가로 바람직하게는 적어도 95 vol.%에 이르는 양태가 제공된다.
비충전된 플라스틱 조성물은 용어 "유기 물질" 하에 조합될 수 있다. 고도로 충전된 플라스틱 조성물에서 또는 패킹 한계에 가깝게 충전된 본 발명에 따르는 플라스틱 조성물에서, 다가 알콜 (c)은 가공에서 용융 용적의 증가 및 용융 점도의 저하에 기여하고, 완성된 부품 중의 다가 알콜 (c)은 유기 물질과 충전 물질 사이의 친화도 또는 결합 강도의 증가에 기여하며, 추가의 알콜 (d)은 가공 동안 가스 상을 형성하고, 따라서 유기 물질의 용적을 더욱 증가시키고 점도를 더욱 저하시키며, 완성된 부품 중의 추가의 알콜 (d)은 유기 물질과 충전 물질 사이의 친화도 또는 결합 강도의 증가에 기여하고, 염 (b)은 혼합물의 균질화에 기여한다고 추정된다.
따라서, 하나의 양태에서, 충전재 (e)는 금속 분말, 금속 산화물 분말, 또는 산화물 세라믹 분말인 양태가 제공된다. 이러한 분말을 포함하는 혼합물의 사용 및 그대로 또는 혼합물로의 비-산화물 세라믹 분말의 사용이 또한 고려되고 본 발명에 의해 포함된다.
충전재 입자는 바람직하게는 구형 또는 과립형 디자인을 갖는다. 하나의 양태에서, 충전재의 평균 입경은 1㎛ 내지 150㎛, 바람직하게는 20㎛ 내지 100㎛이다. 충전재의 평균 입경(grain diameter)은, 예를 들면, DIN 66165에 따라 체 분석으로 결정될 수 있다.
하나의 양태에서, 다가 알콜 (c)의 융점은 중합체 (a)의 융점의 최대 50℃ 미만 및/또는 최대 30℃ 초과이다.
하나의 양태에서, 추가의 알콜 (c)의 비점은 중합체 (a)의 융점의 최대 70℃ 미만 및/또는 최대 50℃ 초과이다.
구성분 (a), (c), 및 (d) 사이의 특정의 일반적인, 바람직하게는 최대의 비점 및 융점 차는, 한편으로, 중합체 (a) 및 다가 알콜 (c)는 가공 동안 용융된 상태로 존재해야 하고 추가의 알콜 (d)은 가공 동안 가스 형태로 존재해야 하며, 다른 한편으로, 물질 중의 어느 것도 분해되어서는 안된다는 배경을 갖는다. 추가의 알콜 (d)의 비점이 상압에서 중합체 (a)의 융점보다 최대 100℃ 아래일 수 있다는 사실은 다중 bar(multiple bar)의 국소 압력이 비점의 증가를 초래하는 가공 동안 가능하게 채택될 수 있다는 사실로 인한 것이다.
극성 중합체(a)는 폴링(Pauling)에 따른 서로의 전기음성도 차가 적어도 0.5, 바람직하게는 적어도 0.9, 또는 적어도 1.2에 이르는 적어도 두 개의 상이한 원자를 교대로 갖는 반복 단위를 포함하거나 반복 단위로 이루어진다. 적어도 하나의 탄소원자 또는 적어도 하나의 방향족 단위는 바람직하게는 반복 단위 내에 상기 전기음성도 차를 갖는 두 개의 상이한 원자들 사이에 배치된다. 예를 들면, 상기 원자들 사이에는 적어도 하나의 메틸렌 그룹이 있다. 반복 단위는 바람직하게는 적어도 하나의 양성자성 그룹, 예를 들면 OH- 그룹 및/또는 NH- 그룹을 포함한다.
하나의 양태에서, 중합체 (a)는 104 내지 106 g/mol의 평균 몰 질량을 갖는다. 적합한 중합체 (a)의 평균 몰 질량은, 예를 들면, 30,000 내지 100,000 g/mol일 수 있다.
하나의 양태에서, 중합체 (a)의 융점은 140℃ 내지 400℃이다.
하나의 양태에서, 중합체 (a)는 80% 미만의 결정화도를 갖는 반결정질 중합체이다. 결정화도는, 예를 들면, 30 내지 60%일 수 있다.
하나의 양태에서, 중합체 (a)의 다분산도는 5 미만이다.
하나의 양태에서, 중합체 (a)는 폴리아미드를 포함한다. 단지 폴리아미드는 또한 중합체로서 사용될 수 있다.
적합한 폴리아미드는 지방족, 반방향족 또는 방향족 폴리아미드, 예를 들면 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 또는 코폴리아미드를 포함한다. 예를 들면, 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리아미드 12 및/또는 코/터폴리아미드를 포함하는 상이한 폴리아미드들의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 폴리아미드(들) 및 다른 열가소성 중합체, 예를 들면, 폴리올레핀의 혼합물이 추가로 적합하다.
추가의 적합한 중합체는 폴리이미드, 폴리설폰아미드, 폴리비닐 알콜, 할로겐화 중합체, 및 상기 정의의 의미에서 극성인 산 그룹을 갖는 중합체를 포함한다.
하나의 양태에서, 지방산의 염 (b)은 8개 이상의 탄소원자 및 적어도 하나의 이중 결합을 갖는 1가 카복실산이다. 카복실산은 바람직하게는 25개보다 적은 탄소원자를 포함한다. 이중 결합의 바람직한 수는 1 내지 5개이다. 탄소원자의 수는, 예를 들면, 15 내지 20에 이를 수 있다. 이중 결합의 수는, 예를 들면, 1 또는 2에 이를 수 있다. 적합한 카복실산은 올레산 및 리놀레산을 포함한다. 염의 양이온은, 예를 들면, 알칼리 금속, 특히 나트륨 또는 칼륨일 수 있다.
하나의 양태에서, 비충전된 조성물 중의, 즉, 유기 물질 중의 염 (b)의 비율은 1 내지 15중량%에 이른다. 바람직한 범위는 3중량% 이상 7중량% 미만의 비율을 포함한다.
하나의 양태에서, 다가 알콜 (c)은 2 내지 9개의 하이드록실 그룹을 갖는다.
하나의 양태에서, 다가 알콜 (c)은 주쇄에 단지 탄소원자 및, 가능하게는, 추가의 산소원자를 갖는다.
다가 알콜 (c)의 주쇄는 선형 또는 사이클릭일 수 있거나 선형 및 사이클릭 부분을 가질 수 있다.
적합한 다가 알콜 (c)의 예는 1,2-에탄디올, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 2,2-비스(하이드록시메틸)-1,3-프로판디올, 1,2,3-프로판트리올, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2,3-부탄디올, 2,2-비스(하이드록시메틸)-1,3-부탄디올, 2-부텐-1,4-디올, 2-부틴-1,4-디올, 1,2,4-부탄트리올, 부탄-1,2,3,4-테트롤, 1,6-헥산디올, 1,2,6-헥산트리올, 3-헥신-2,5-디올, 3-헥신-2,5-디올, 만니톨, 크실리톨, 단당류(예를 들면 프럭토스, 락토스 또는 만노스)의 그룹으로부터의 폴리올 및 비닐 알콜 중합체를 포함한다.
하나의 양태에서, 비충전된 조성물 중의, 즉, 유기 물질 중의 다가 알콜 (c)의 비율은 3 내지 40중량%에 이른다. 바람직한 범위는 10중량% 이상 및 30중량% 미만의 비율을 포함한다.
하나의 양태에서, 추가의 알콜 (d)은 1가 또는 다가 및 임의로 방향족 알콜이다. 비충전된 조성물 중의, 즉, 유기 물질 중의 추가의 알콜 (d)의 비율은 3 내지 20중량%에 이를 수 있다. 추가의 알콜 (d)의 바람직한 용적 분율은 5중량% 이상 및 15중량% 미만의 비율을 포함한다. 적합한 추가의 알콜 (d)의 예는 메탄올, 에탄올, 부탄올, 및 헥산올을 포함한다. 추가의 예는 페닐에틸 알콜, 티오페닐메틸 알콜, 하이드로신나밀 알콜, 페닐메틸 알콜, 1-프로필헵틸 알콜, 9-데센-1-올, (α,α-디메틸페닐)메탄올, 1-도데칸올, (α-에틸페닐)메탄올, (4-하이드록실페닐)메탄올, (4-이소프로필페닐)메탄올, 4-메톡시페닐메탄올, (2-메틸페닐)메탄올, 6-메틸-1-헵탄올, (2-니트로페닐)메탄올, 1-노난올, 1-옥타코산올, 1-옥탄올, 2-옥탄올, 1-테트라데칸올, 1-트리데칸올, 1-운데칸올 및 2-운데칸올을 포함한다.
유기 물질 중의 중합체 (a)의 중량 비율은 추가의 첨가제의 분율의 합과 100중량% 사이의 차로부터 야기된다.
추가의 적합한 첨가제는 페놀, 예를 들면, 페놀, 크레졸, 레조르시놀, 하이드로퀴논, 비스페놀 A, 및 이들의 할로겐화 유도체를 포함한다. 추가의 적합한 첨가제는 비치환되거나 할로겐화된 유기 산, 예를 들면, 포름산 또는 아세트산을 포함한다. 추가의 적합한 에스테르는 지방산 에스테르를 포함한다. 지방산 에스테르는, 예를 들어 플라스틱 조성물의 용융 점도 저하에 영향을 미칠 수 있고/있거나 충전재 (e)의 전처리를 제공할 수 있다. 추가의 적합한 첨가제는 알킬 실란을 포함한다. 추가의 적합한 첨가제는 유기 티타네이트, 유기 포스포네이트, 및 유기 포스페이트를 포함한다. 각각의 이들 첨가제는, 예를 들면, 0.1 내지 5 vol.%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다.
처음에 명시된 배경으로부터, 본 발명은 추가로, A 충전재 (e)를 용매에 현탁시키는 단계; B 염 (b) 및 다가 알콜 (c)을 현탁액으로 되도록 혼합하는 단계; C 용매를 제거하기 위해 현탁액을 건조시키는 단계; D 잔류물을 중합체 (a)와 혼합하는 단계; 및 E 추가의 알콜 (d)을 가하는 단계를 포함하여, 본 발명에 따르는 충전된 플라스틱 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이러한 방식으로 제조된 조성물에서, 염 (b) 및 다가 알콜 (c)은 단순히 혼합물에 존재할 뿐만 아니라 이의 선행 표면처리로 인해 충전재에 결합된다.
반응 단계는 단계 C에 따르는 건조 전에 단계 B에 따르는 혼합을 뒤따를 수 있다. 이 단계의 지속시간은, 예를 들면, 10분 내지 2시간에 이를 수 있다. 실온 또는 승온이 온도로서 선택될 수 있다. 예를 들면, 교반(stirring)에 의한 현탁액의 비등(agitation)이 반응 단계 동안 일어날 수 있다. 대안적으로 현탁액이 반응 단계 동안 정지상(stationary)인 것이 제공될 수 있다.
단계 D에 따르는 혼합은 건조 상태에서 일어날 수 있으며, 이때 단계 C로부터의 분말상, 임의로 이전에 그라인딩된 잔류물이 분말상 또는 과립상 중합체 (a)와 혼합된다. 중합체의 용융 상태에서의 혼합이 또한 고려된다.
하나의 양태에서, 단계 D에 따르는 혼합 뒤에는 용융 상태에서의 배합, 냉각 및 분쇄가 뒤따른다.
단계 E에 따르는 추가의 알콜 (d)의 첨가는 분쇄된 건조 혼합물에 이러한 추가의 알콜 (d)을 분무함으로써 일어날 수 있다.
적합한 용매는 극성 용매, 예를 들면 아세톤과 같은 비양성자성 극성 용매 또는 에탄올과 같은 양성자성 극성 용매를 포함한다.
마지막으로 본 발명은, 처음에 명시된 배경으로부터, 압출 공정 또는 사출 성형 공정의 일부로서 성형물을 제조하기 위한 본 발명에 따르는 고도로 충전된 플라스틱 조성물의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 기술적 가공 및 기계적 측면으로부터 합리적인 방식으로 천연의 충전재 분말 입자의 이론적 최대 패킹 밀도에 매우 가까운 중합체 중의 충전재의 용적 충전도를 달성할 수 있는 가능성을 제공한다. 따라서, 자성 또는 열 전도율과 같은 충전재의 특정한 물리적 특성이 플라스틱 조성물에 매우 강한 영향을 미칠 수 있어, 예를 들면 금속 대체물(metal replacement)에 새로운 영역을 열 수 있다.
본 발명의 추가의 상세 및 이점은 선행 기술, 이루어진 요구 및 충전재 입자 및 매트릭스의 추정되는 협력 정도를 참고로 하여 하기에 설명될 것이다. 이러한 서술은, 예를 들면, 특정 물질의 존재 필요성과 관련하여, 예시적인 의미를 갖는 것이지 제한적인 것은 아님을 주지해야 한다.
본 발명에 따르는 조성물은 하나의 양태에서 사출 성형, 압출, 및 유사한 공정을 위한 재료로서의 고도로 충전된 가소화 가능한 플라스틱-결합된 분말/섬유/탄소 나노튜브, 위스커 또는 고도로 충전된 열가소성 수지의 제조를 위한 열가소성의 유기화 개질된 플라스틱 조성물로서 간주될 수 있다. 본 출원은 개선된 물리적 특성, 예를 들면, 열 전도율, 자기 현상, 높은 밀도, 이온화 방사선의 감쇠, 무선 주파수로부터의 차폐 및 마모 효과, 및 MIM 및 CIM 공정 뿐만 아니라 3D 인쇄 공정을 위한 공급 원료를 갖는 플라스틱을 포함한다.
이러한 재료는 분야에 따라 상이한 수요 프로필을 만족시켜야 한다. 예는 하기에 명시된 것들을 포함한다. 이러한 분야를 위한 개질된 중합체 시스템은 완성된 부품에서 하기의 요구를 만족시켜야 한다. 이것은 인장 강도, 탄성률, 내구성, 온도 저항, 경도, 및 내마모성과 같은 기계적 특성을 갖는 재료를 제공한다. 이러한 요구는 중합체 자체에 및 분말상/섬유상 충전재에의 결합 둘 다에 적용된다. 이것은 환경 조건 및 공정 및 적용 조건에 대해 화학적으로 내성이어야 한다. 이것은 또한 매우 높은 패킹 속도로 또는 높은 충전도로 모든 재료를 가소화시켜야 하며, 재료의 배합 동안 및 부품 제조 동안 플라스틱 사출 성형에 대해 전형적인 복잡한 형상을 할 수 있어야 한다. 동일하게, 탁월한 윤활 특성을 갖고 매우 높은 압력을 견디는 층이 접착/결합 관련된 충전재 표면 상에 제조되어야 한다. 이것은 천연의 중합체보다 실질적으로 더 낮은 매우 낮은 용융 점도를 가져야 한다. 유동 이동 중인 충전재와 일시적인 용적 증가에 의해 매우 조밀한 패킹으로 있는 충전재 간의 패킹 밀도의 차이를 보상할 수 있어야 한다. 고화 및 결정화 거동이 성분에서 너무 높은 내부 응력을 발생하지 않을 수 있다. 가소화 조건하에 열에서 충전재 입자에의 강한 결합에도 불구하고, 공구로부터의 용이한 탈형 성능(demolding capability)이 고화 조건하에 확보되어야 한다.
선행 기술에서, 분말의 달성 가능한 이론적 최대 패킹 밀도는 상기한 분야에서 어떠한 재료로도 거의 도달하지 못하였다. 약한 극성 폴리아미드 PA11, PA12 등 또는 폴리올레핀과 같은 공업용 열가소성 수지를 기본으로 하는 중합체 제제는 기껏해야 입자 크기 분포에 대한 LEE의 포뮬러에 따라 도달될 수 있는 단봉 분말 d90 < 45㎛를 갖는 대략 65 vol.%의 값보다 > 10 vol.% 아래인 구형 단봉 분말을 갖는 내용물을 가능케 한다. 값은 불규칙 형태, e.g. 스팰터드(spaltered) 형태 또는 플레이트-유사 형태로 더욱 더 제거된다. 내용물은 PA 46, PA6 또는 PA 66과 같은 더 높은 강도의 보다 극성인 중합체가 사용되는 경우 더욱 더 동일하게 추가로 강하된다. 일반적으로, 분말 표면에 대한 중합체의 결합이 충분히 강하지 않기 때문에 상기한 분말을 갖는 > 55 vol.% 분말 부분으로부터 사출 성형의 가공에서의 유동 특성 및 특히 기계적 특성이 둘 다 상당히 저하된다. 따라서, 11 g/cm3의 밀도에서 텅스텐 스크리닝 물질에 대한 한계는 현재 납의 스크리닝력(screening power)(> 50%의 스크리닝력 납은 14 g/cm3이 가능할 수 있다) 또는 2-3 W/mK에서 등방성 열 전도율 플라스틱의 열 전도율(15-20 W/mK는 이론적 패킹 밀도에 도달하는데 있어서 Lewis & Nielsen에 따라 가능해야 한다)이다. 동일한 불균형은 또한 기계적 강도가 추가로 크게 저하되는 영구 자성 및 연 자성 물질에도 존재한다. 이미 달성되었고 본 발명에 따라 달성될 수 있는 밀도의 예시로서 기재된 실시예에서, 용적 충전도는 대략 16 vol.%에 이르지만, 충전재의 절대 용적은 불변 플라스틱 용적에 배가된다. 성형 물질 및 주조 물질을 위한 합성 수지, 및 최근에 쇄-단축 폴리올레핀은 약간 더 양호한 값을 달성한다. 그러나, 디자인의 자유 및 수익성 또는 가능한 사용 조건에 있어서의 제한이 강도 및 온도와 관련하여 여기서 관찰될 것이다.
본 발명에 따르면, 극성 중합체가 사용되는데, 그 이유는 물리적으로 관심을 끄는 충전재의 대부분이 마찬가지로 극성 표면 특성을 갖기 때문이다. 공지된 폴리아미드, 이들의 유도체 및 합금 이외에, 중합체는 또한 폴리아미드, 폴리설폰아미드, 폴리비닐 알콜, 동일하게 이의 유도체 및 합금, 뿐만 아니라 몇몇 특정 할로겐-함유 중합체와 관련된다. 상기 모든 금속 및 금속 산화물 분말 뿐만 아니라 산화물 세라믹 분말 및, 임의로, 비-산화물 세라믹 분말이 선택된 충전재에 고려된다. 선택된 유기 첨가제의 모듈 시스템은 고도로 충전된 열가소성 수지가 기본 중합체를 개질시키도록 개발되었다. 이것은 사출 성형, 압출 및 유사 공정을 위한 재료로서의 고도로 패킹된 가소화 가능한 플라스틱-결합 분말 또는 고도로 충전된 열가소성 수지의 생산을 가능케 한다. 모듈 시스템은 부품 제조 동안 및 완성된 부품에서 개질된 플라스틱의 단일 및 다수의 특성에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 본 발명은 다봉 분말 혼합물의 사용에 의해 충전된 플라스틱의 점도를 낮추려고 시도한 최근 논문의 개발로부터 묘사된다. 여기서 유동 개선이 패킹 밀도를 증가시킬 수 있기 때문에, 물리적 특성이 저하하므로 용적 충전 정도가 동일한 정도로 증가될 수 없어 중합체 용융물은 습윤 성능 및 윤활 필름 용적이 부족하다.
응집/결합, 점도, 용적, 강도, 내충격성, 활주 또는 탈형의 특성들은 모듈 방식으로 설정될 수 있으며, 이것은 단일 방식으로 뿐만 아니라 다중 방식으로 때로는 상승작용적으로 조합된다. 극성 중합체의 용융 점도는 충분히 완전하고 동시에 이동 가능한 습윤을 갖는 높은 패킹 수준의 수행을 위해 더 이상 충분하지 않다. 상기 용융 점도는 분자 구조의 영구 손실 없이 및 친수성 표면에서 응집력/결합력의 강하 없이 크게 감소되어야 한다. 본 발명의 의미에서, 이것은 이들의 비점 및 융점에 대하여 중합체 용융물과 열역학적으로 상용성인 유기 염 및 적합한 양성자성 용매의 염 용융 점도 및 매우 낮은 점성 용매 점도를 갖는 매우 점성인 중합체 용융 점도의 부분 치환에 의해 초기에 수행된다. 수득된 점도는 실질적으로 더 낮다. 따라서, 주어진 용융 용적의 습윤 용량은 많이 증가한다. 습윤 용량을 더욱 증가시키고 윤활 필름 용적을 증가시키기 위해, 용융 용적이 또한 동시에 일시적으로 크게 증가되며, 이때 주로 액체 상의 용융 용적이 증가하는데 이의 용적 성장은 주로 생성된 액체 용적을 가스 용적 분율까지 추가로 부풀리는 이차 정의된 가스 용적의 추가의 도입을 위한 필요조건이다.
중합체 용해의 정확한 기능은 여기서 보다 상세하게 검토하지 않는데, 그 이유는 이것은 기본적으로 알려져 있고 여기서는 단지 혁신적인 방식으로 사용되기 때문이다. 적합한 용액 중의 보다 큰 극성의 결정질 폴리아미드가 특히 사용되어, 매우 높은 점도-감소 효과를 능가하여, 중합체의 응집력의 확산-제어된 저하에 의해 극성 충전재에 대한 응집력의 큰 증가를 수득한다. 개발된 유기 물질에 대해, 이것은 응집력이 충전재 표면의 극성과는 더욱 관계가 없음을 의미한다. 폴리아미드 용융은 융점이 이의 용융 온도에 가까운 알콜을 필요로 한다. 중합체의 용융 용적은 이러한 알콜의 높은 용적 분율에 의해 크게 증가될 수 있다.
다가 알콜이 추가로 폴리아미드를 위한 가소제로서 작용하며, 극성 충전재 및 중합체 매트릭스 둘 다에 대한 높은 극성 및 친화성 덕분에, 충전재의 입자 구조 내에 중합체 쇄의 침투를 촉진시킴으로써 충전재 입자의 매봉을 개선시킨다. 그러나, 용융 조건하에서 기상이고 응축 조건에서 수소 브릿지 상에서 마찬가지로 중합체와 결합되는 액체 상태의 알콜의 첨가된 더 낮은 용적 분율이 추가의 용적 증가를 야기한다. 용매가 추가로 새로 인식된 내충격성에 대한 효과를 갖는다. 고화된 중합체에서 응축된 용매 상의 가소화 효과는 탄성중합체에 대해 유사한 효과를 갖는다. 폴리아미드 용융물과 알콜 용융물의 혼화성 및 균질화는 지방산 염의 첨가에 의해 개선된다.
동시에, 이들 염은 냉각 동안 고용융 알콜의 결정화를 방지하여, 물질이 취성으로 되는 것을 방지한다. 동시에, 이들은 고온에서 활주 수단(sliding means)으로서 및 저온에서 탈형 수단으로서 작용한다. 이들은 또한 결정화에 대한 강도-촉진 효과를 갖는다.
본 발명의 추가의 상세한 설명 및 이점은 아래 기재된 양태로부터 야기된다.
34.1 용적부의 알루미늄 분말을 적당한 용기 중에서 41.8 용적부의 아세톤에 가하고 잘 교반한다. 다음의 입도 분류를 갖는 알루미늄 분말이 알루미늄 분말로서 사용된다: d5 < 10 ㎛, d10 < 15 ㎛, d20 < 20 ㎛, d50 < 25 ㎛, d70 < 30 ㎛, d80 < 35 ㎛, d100 < 145 ㎛. 1.1 용적부의 나트륨 올레에이트 및 4.4 용적부의 2.2 비스(하이드록시메틸) 1,3-프로판디올을 상기 현탁액에 가하고, 이를 교반하고, 실온에서 30 min 동안 정치시킨다.
현탁액을 후속적으로 건조시킨다.
건조된 혼합물을 후속적으로 교반에 의해 15.4 용적부의 폴리아미드-6과 혼합한다. 폴리아미드-6은 < 45%의 결정화도 및 < 70,000 g/mol의 평균 몰 질량을 갖는다. 3.2 용적부의 페닐메틸 알콜을 상기 분말 혼합물에 분무한다. 전체 혼합물을 간단한 혼합기 중에서 교반에 의해 균질하게 혼합한다.
수득된 분말상 조성물을 sigma 혼련기(kneader)에서 배합하고 사출 성형을 위해 준비된 분쇄기에서 과립화한다.
그 결과, 폴리아미드-6 및 62 vol.%의 충전제 부분을 갖는 철 분말의 열가소성 사출-성형 가능한 조성물이 수득된다. 상기 분말의 사용시 이론적 최대 충전재 부분은 65용적%에 이른다.

Claims (15)

  1. (a) 적어도 하나의 극성 열가소성 중합체;
    (b) 적어도 하나의 불포화 지방족 지방산의 금속염;
    (c) 적어도 하나의 다가 알콜(이의 융점은 중합체 (a)의 융점의 최대 80℃ 미만 및 최대 50℃ 초과이다); 및
    (d) 알콜 (c)와는 상이한 적어도 하나의 추가의 알콜(이의 비점은 중합체 (a)의 융점의 최대 100℃ 미만 및 최대 80℃ 초과이다)을 포함하는 플라스틱 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 미립자 충전재 (e)를 추가로 갖는 충전된 플라스틱 조성물임을 특징으로 하는 플라스틱 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    충전재 부분이, 충전 조성물의 총 용적에서 측정하여, 40 vol.% 이상 및/또는 이론적 최대치의 80 vol.% 이상에 이르는 고도로 충전된 플라스틱 조성물임을 특징으로 하는 플라스틱 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    다가 알콜 (c)의 융점이 중합체 (a)의 융점의 최대 50℃ 미만 및/또는 최대 30℃ 초과이고/이거나; 추가의 알콜 (c)의 비점이 중합체 (a)의 융점의 최대 70℃ 미만 및/또는 최대 50℃ 초과임을 특징으로 하는 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
    충전재 (e)가 금속 분말, 금속 산화물 분말 또는 산화물 세라믹 분말이거나; 충전재 (e)가 금속 분말, 금속 산화물 분말 또는 산화물 세라믹 분말이고/이거나; 충전재의 평균 입경이 1㎛ 내지 150㎛임을 특징으로 하는 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    중합체 (a)가 104 내지 106 g/mol의 평균 몰 질량을 갖고/갖거나; 중합체 (a)의 융점이 140℃ 내지 400℃임을 특징으로 하는 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
    중합체 (a)가 80% 미만의 결정화도를 갖는 반결정질 중합체이고/이거나; 및/또는 중합체 (a)의 다분산도가 5 미만임을 특징으로 하는 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
    중합체 (a)가 폴리아미드를 포함하고/하거나; 중합체 (a)가 폴리아미드임을 특징으로 하는 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서,
    지방산의 염 (b)이 8개 이상의 탄소원자를 갖고 적어도 하나의 이중 결합을 갖는 1가 카복실산임을 특징으로 하는 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
    비충전된 조성물 중의 염 (b)의 비율이 1 내지 15중량%, 및 바람직하게는 3 내지 7중량%에 이르는 것을 특징으로 하는 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
    다가 알콜 (c)이 2 내지 8개의 하이드록실 그룹을 갖고/갖거나; 및/또는 다가 알콜 (c)이, 선형 또는 사이클릭일 수 있거나 선형 및 사이클릭 부분을 가질 수 있는 주쇄에, 단지 탄소원자 및, 임의로, 산소원자를 가짐을 특징으로 하는 조성물.
  12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서,
    비충전된 조성물 중의 다가 알콜 (c)의 분율이 3 내지 40중량%, 및 바람직하게는 10 내지 30중량%에 이르는 것을 특징으로 하는 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서,
    알콜 (d)이 1가 또는 다가 방향족 알콜이고/이거나; 조성물 중의 알콜 (d)의 비율이 3 내지 20중량%, 및 바람직하게는 5 내지 15중량%에 이르는 것을 특징으로 하는 조성물.
  14. A 충전재 (e)를 용매에 현탁시키는 단계;
    B 염 (b) 및 다가 알콜 (c)을 현탁액으로 되도록 혼합하는 단계;
    C 용매를 제거하기 위해 현탁액을 건조시키는 단계;
    D 잔류물을 중합체 (a)와 혼합하는 단계; 및
    E 추가의 알콜 (d)을 가하는 단계를 포함하여, 제2항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 따르는 충전된 플라스틱 조성물을 제조하는 방법.
  15. 압출 또는 사출 성형 공정의 일부로서 성형품을 제조하기 위한, 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 따르는 플라스틱 조성물의 용도.
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