KR20190037560A

KR20190037560A - 워터 어시스턴트 인젝션용 폴리아미드 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품

Info

Publication number: KR20190037560A
Application number: KR1020170127036A
Authority: KR
Inventors: 최전모
Original assignee: 코오롱플라스틱 주식회사
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2019-04-08
Also published as: KR102340854B1

Abstract

본 발명은 워터 어시스턴트 인젝션용 폴리아미드 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 워터 어시스턴트 인젝션(water assisted injection) 성형이 용이하며, 표면 특성이 우수한 동시에 결정화 속도가 늦어 사출 금형 내에서 용융 수지의 고화가 이루어지기 전, 고압의 물 또는 유체를 이용하여 중공 구조를 성형할 수 있는 장점을 가진다.

Description

워터 어시스턴트 인젝션용 폴리아미드 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품{Polyamid resin composition for water assistant infection and Molding produced from the same}

본 발명은 워터 어시스턴트 인젝션용 폴리아미드 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것이다.

최근 자동차 경량화 추세에 따라 다양한 금속 부품들이 플라스틱 소재로 대체 되고 있으며, 그에 따라 다양한 플라스틱 소재뿐만 아니라 제품 성형 기술도 다양화 되고 있다. 특히 자동차 샤시와 같이 높은 수준의 강성을 필요로 하는 부품 외에, 공조, 내장 부품에 플라스틱 소재 적용이 증가하고 있다.

이 중 공조 파트의 냉각관은 플라스틱화 함으로써 중량 감소 및 생산성이 향상되는 장점이 있으나, 사출 성형 기술의 한계로 인하여 디자인 자유도가 떨어져 금속 관을 사용하고 있다.

이에 가스 인젝션(gas injection) 사출 기술을 통하여 중공 구조 형태의 제품을 성형하는 공법이 개발되었으나, 균일한 직경의 제품 성형 불가, 내부 표면 불량 등의 이유로 성형 제품의 산업 현장 적용이 극히 미미하였다.

종래 가공 기술의 문제점을 개선하기 위하여 가스가 아닌 유체, 특히 물을 이용하여 중공 구조를 성형하는 워터 어시스트(Water assist) 사출 성형 기술이 개발 되었으며, 유럽 선진 회사들을 필두로 해당 공법의 적용 사례가 늘고 있는 추세이다.

그러나 이러한 기술도 일반적인 플라스틱 복합 수지를 적용하여 제품 성형 시, 플라스틱 수지의 빠른 냉각 속도로 인하여 균일한 직경의 중공 형태 제품을 성형하는데 어려움이 많으며, 표면 또한 거칠어 냉각수 등의 흐름 시 내부 마모로 냉각 펌프 등에 고장의 원인이 될 수 있다.

따라서 water assist 사출 성형이 용이한 결정화 속도를 제어할 수 있는 사출 성형 부품에 적용 가능한 소재 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 워터 어시스턴트 인젝션(Water assistant injection)이 가능한 고분자 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리아미드 수지 조성물에 에틸렌 메타아크릴산 공중합체 및 니그로신을 첨가하여 결정화 특성 제어가 가능한 복합 수지로서 water assisted injection 성형이 용이며, 표면 특성이 우수한 동시에 결정화 속도가 늦어 사출 금형 내에서 용융 수지의 고화가 이루어지기 전, 고압의 물 또는 유체를 이용하여 중공 구조를 성형할 수 있다.

본 발명의 일 구현예는 폴리아미드 수지; 및 상기 폴리아미드 수지 100중량부에 대하여 비결정성 수지 5 내지 45중량부; 및 니그로신 마스터배치 0.5 내지 3.0 중량부를 포함하고, 상기 비결정성 수지는 에틸렌 메타아크릴산 공중합체에 금속이온을 가교시켜 제조된 아이오노머인 워터 어시스턴트 인젝션용 폴리아미드 수지 조성물을 제공하는 것이다.

상기 폴리아미드 수지는 상대점도가 2.3 내지 3.3인 것을 특징으로 한다.

상기 폴리아미드 수지는 폴리아미드6 또는 폴리아미드66 수지 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

상기 금속이온은 나트륨 이온 또는 아연 이온 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 구현예는 상술한 워터 어시스턴트 인젝션용 폴리아미드 수지 조성물로부터 제조된 성형체를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 워터 어시스턴트 인젝션용 폴리아미드 수지 조성물은 기계적 강도가 우수하고, 표면 특성이 우수할 뿐만 아니라, 동시에 결정화 속도가 늦어서 사출 후 고화되기 전 중공 구조 성형이 가능한 장점을 가지며, 이러한 폴리아미드 수지 조성물을 자동차나 기타 기계부품을 제조하는데 적용할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 폴리아미드 수지; 및 상기 폴리아미드 수지 100중량부에 대하여 비결정성 수지 5 내지 45 중량부; 및 니그로신 마스터배치 0.5 내지 3.0 중량부를 포함하고, 상기 비결정성 수지는 에틸렌 메타아크릴산 공중합체에 금속이온을 가교시켜 제조된 아이오노머인 워터 어시스턴트 인젝션용 폴리아미드 수지 조성물을 제공할 수 있다.

본 발명은 상기 조성물을 자동차나 기타 기계부품을 제조하는데 적용할 수 있다.

이를 구체적으로 설명하면, 자동차 히터 파이프 등 중공 구조의 성형품 제작 시 성형을 위해서는 블로우 몰딩 또는 가스 어시스티드 인젝션(gas assisted injection) 등의 성형방법이 가능하다. 블로우 몰딩으로 제품 성형 시 싸이클 타임이 증가할 뿐만 아니라 제품 형상도 제한적이어서 실제 산업 제품에 적용이 어렵다. 또한, 기존의 Gas assisted injection 기술은 균일한 직경의 중공 구조체 성형이 어려우며, 내부 표면이 거칠어 유체의 이동이 있을 시 마모로 인하여 내부 유체의 흐름에 문제가 생길 수 있다.

본 발명에서는 폴리아미드 수지 조성물에 비결정성 수지 및 니그로신을 포함하여 종래의 문제점을 해결하고, 폴리아미드 수지의 결정화 온도를 감소시키며, 표면 특성이 우수한 효과를 얻을 수 있다.

상기 폴리아미드 수지는 상대점도가 2.3 내지 3.3인 것이 바람직하다. 상기 폴리아미드 수지의 상대점도가 2.3 미만인 경우 충격강도가 저하되어 내 충격성이 감소하는 문제가 있고, 3.3을 초과하는 경우 흐름성이 증가하여 워터 인젝션이 불가한 문제가 있다.

또한, 상기 폴리아미드 수지는 폴리아미드6 또는 폴리아미드66 수지 중에서 선택되는 것을 포함하는 것이 본 발명이 목적하는 효과를 얻는데 보다 바람직하다.

본 발명에 포함되는 상기 비결정성 수지는 에틸렌 메타아크릴산 공중합체에 금속이온을 가교시켜 제조된 아이오노머 (Ionomer of Ethylene acid acrylate terpolymer)인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 상기 아이오노머는 교차 이온 결합(Ionically crosslinked) 구조를 가진 열가소성 고분자 물질이며, 에틸렌과 메타크릴릭산의 공중합체에서 만들어내므로 그 밀도나 가공성에 있어서 저밀도 폴리에틸렌이나, 에틸렌 비닐 아세테이트와 비슷하지만, 기계적 물성은 더욱 우수하다.

상기 아이오노머는 결합되는 금속 이온에 따라 물리적 물성 및 가공성에 차이가 있을 수 있다.

본 발명에 따른 아이오노머는 금속이온으로서, 나트륨 이온 또는 아연 이온 중에서 어느 하나를 포함하여 폴리아미드와 공유결합을 통하여 폴리아미드 비결정성 영역의 움직임을 방해하고, 이러한 이유에서 결정화 속도가 감소한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 water assistant injection용 폴리아미드 수지 조성물은 상기 비결정성 수지의 함량에 따라 결정화 온도 감소효과를 발휘한다. 이는 비결정성 수지가 폴리아미드 수지 내부에서 결정화를 방해하여 결정화 속도를 감소시키는 역할을 하게 되며, 궁극적으로 용융 수지의 금형 내 사출 후 고화가 이루어지기까지의 시간을 지연시키게 되는 것이다.

상기 비결정성 수지는 폴리아미드 수지 100중량부에 대하여 5 내지 45 중량부로 포함되는 것이 좋다. 상기 비결정성 수지의 함량이 5 중량부 미만인 경우 폴리아미드 수지와 공유 결합을 형성하는 이온의 수가 적어 결정화 속도 감소 효과를 나타내지 못한 문제가 있고, 45 중량부를 초과하는 경우 기계적 물성이 저하하여 폴리아미드를 베이스로한 제품으로서 적용이 어려운 문제가 있다.

본 발명에서는 폴리아미드 수지와 비결정성 수지를 혼련하여 폴리아미드 수지의 결정화온도 감소시켜 water assistant injection 성형성을 최적화 하는 작용을 한다. 본 발명에 사용되는 상기의 비결정성 수지는 상기 조성물의 결정화 온도를 감소시키는 작용을 한다.

상기 니그로신은 블랙(Black) 색상의 염료로, 나이트로벤젠, 아닐린 및 아닐린 하이드로클로라이드를 구리와 철 촉매 하에서 가열하여 합성된 것이다.

상기 니그로신은 니그로신 내에 함유하고 있는 크롬이온과 폴리아미드 상호간의 화학적 결합을 형성하며, 이는 폴리아미드의 비결정성 영역과 결합하여 폴리아미드의 결정화온도를 감소시킬 수 있다.

상기 니그로신 마스터배치는 폴리아미드 수지 100중량부에 대하여 0.5 내지 3.0 중량부로 포함되는 것이 좋다. 상기 니그로신의 함량이 0.5 중량부 미만인 경우 니그로신 함유량이 낮아 폴리아미드 수지의 결정화 속도에 미치는 영향이 없는 문제가 있고, 3.0 중량부를 초과하는 경우 결정화 속도 감소가 너무 커 사출 성형이 어려운 문제가 있다.

한편, 본 발명의 효과를 상쇄시키지 않는 범위에서 내열안정제, 활제, 충전제, 보강제 등의 첨가제를 추가적으로 포함시킬 수 있다.

본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상술한 워터 어시스턴트 인젝션용 폴리아미드 수지 조성물로부터 제조된 성형체, 구체적으로 자동차나 기타 기계부품을 제공할 수 있다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 상세히 기술할 것이나 본 발명의 범위를 이들 실시예에 의해 한정하는 것은 아니다.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 11

하기 표 1에 기재된 조성으로 블렌딩하여 트윈스크류 압출기를 통하여 폴리아미드 수지 조성물을 제조하였다.

	PA 66	Surlyn 9020	Rubber-g-MA	Nigrosine 마스터배치	내열안정제	활제	충전제	보강제
실시예 1	100	7	-	2	0.5	0.2	1	-
실시예 2	100	20	-	2	0.5	0.2	1	-
실시예 3	100	40	-	2	0.5	0.2	1	-
비교예 1	100	-	7	2	0.5	0.2	1	-
비교예 2	100	-	20	2	0.5	0.2	1	-
비교예 3	100	-	40	2	0.5	0.2	1	-
비교예 4	100	-	7	-	0.5	0.2	1	-
비교예 5	100	-	20	-	0.5	0.2	1	-
비교예 6	100	-	40	-	0.5	0.2	1	-
비교예 7	100	7	-	-	0.5	0.2	1	-
비교예 8	100	20	-	-	0.5	0.2	1	-
비교예 9	100	40	-	-	0.5	0.2	1	-
비교예 10	100	10	-	4	0.5	0.2	1	50
비교예 11	100	10	-	4	-	-	-	50
비교예 12	100	-	10	4	-	-	-	50
비교예 13	100	3	-	2	0.5	0.2	1	-
비교예 14	100	50	-	2	0.5	0.2	1	-

(주석) (함량 단위: 중량부)

PA66, Ascend: 폴리아미드 66(상대점도 2.7)

Surlyn9020, Dupont: 비결정성 수지로서, 아연 이온을 포함한 에틸렌 메타아크릴산 공중합체

Rubber-g-MA, Dow Chemical: 비결정성 수지로서, 무수말레인산이 그래프트된 에틸렌-옥텐 공중합체

Nigrosine 마스터배치, NPK: 니그로신 블랙 유기 안료 마스터배치

내열안정제(SONGNOX 1010, 송원산업): 페놀게 1차 산화 방지제

활제(HI-TECA, 신원화학): 스테아르아미드

충전제(K003, NPK): 카본블랙 마스터배치

보강제(262H, Nippon Electric Glass): 유리섬유

측정방법

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 폴리아미드 수지 조성물의 시편을 사용하여 다음과 같은 방법으로 물성을 측정하였다.

1. 인장강도(MPa): 2 mm의 시편을 사용하여 ASTM D638에 의거하여 평가하였다.

2. 유동지수(g/10min): ASTM D638에 의거하여 280℃에서 2,160g의 하중으로 평가하였다.

3. 결정화 온도(℃): ASTM D1525에 의거하여 평가하였다.

구분	인장강도(MPa)	유동지수(g/10min)	결정화 온도(^oC)
실시예 1	69	20	205
실시예 2	67	13	200
실시예 3	65	5	196
비교예 1	68	21	216
비교예 2	60	13	216
비교예 3	55	6	216
비교예 4	68	20	219
비교예 5	61	12	219
비교예 6	56	6	220
비교예 7	69	20	208
비교예 8	67	13	203
비교예 9	64	5	199
비교예 10	180	12	208
비교예 11	178	12	208
비교예 12	180	12	228
비교예 13	69	28	220
비교예 14	45	3	190

상기 표 2에서 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 3을 통하여 비결정성 수지의 함량이 증가할수록 폴리아미드 수지 조성물의 결정화 온도가 감소하는 것을 확인할 수 있으며 유동지수도 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

이에 비하여 본 발명에 따른 비결정성 수지를 사용하지 않고, 종래 수지를 사용한 비교예 1 내지 3을 보면, 종래 수지의 함량이 증가함에도 불구하고 결정화 온도의 감소 효과가 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1 내지 3에 비하여 비교예 1 내지 3의 결정화 온도가 모두 높은 값을 보임을 알 수 있었다.

또한, 비교예 1 내지 6을 보면, 종래의 수지 조성물에서는 니그로신 마스터 배치가 결정화 온도를 저하시키는데 미미한 영향을 주고 있으나, 실시예 1 내지 3 및 비교예 7 내지 9을 보면, 비결정성 수지를 포함하는 본 발명에 따른 조성물에서는 니그로신 마스터 배치가 결정화 온도를 저하시키는데 보다 큰 영향을 주고 있음을 알 수 있었다.

또한, 비교예 10 및 11을 보면, 실시예 1 대비 결정화 온도가 동일 수준으로 나타나 본 발명과 같은 비결정성 수지를 포함하는 조성물에서는 보강제를 첨가하는 경우에서도 결정화 온도가 저하되는 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.

또한, 비교예 13 및 14을 보면, 비결정성 수지가 5중량부 미만인 경우 결정화 온도의 감소 효과가 없는 것을 확인할 수 있으며, 40 중량부를 초과하는 경우 인장강도가 45MPa로 현저하게 저하되고, 결정화 온도가 190℃ 이하로 감소하여 사출성형이 어려움을 알 수 있었다.

이로부터 본 발명에 따른 비결정성 수지를 포함하는 폴리아미드 수지 조성물인 경우 적절한 수준의 인장강도 및 유동지수를 가지면서도 결정화 온도의 감소 효과를 얻을 수 있어,　워터 어시스턴트 인젝션(water assistant injection)용 성형체에 적용할 수 있는 것이다.

Claims

폴리아미드 수지; 및 상기 폴리아미드 수지 100중량부에 대하여 비결정성 수지 5 내지 40 중량부; 및 니그로신 마스터배치 0.5 내지 3 중량부를 포함하고, 상기 비결정성 수지는 에틸렌 메타아크릴산 공중합체에 금속이온을 가교시켜 제조된 아이오노머인 워터 어시스턴트 인젝션용 폴리아미드 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 수지는 상대점도가 2.3 내지 3.3인 것을 특징으로 하는 워터 어시스턴트 인젝션용 폴리아미드 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 수지는 폴리아미드6 또는 폴리아미드66 수지 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 워터 어시스턴트 인젝션용 폴리아미드 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 금속이온은 나트륨 이온 또는 아연 이온 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 워터 어시스턴트 인젝션용 폴리아미드 수지 조성물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 워터 어시스턴트 인젝션용 폴리아미드 수지 조성물로부터 제조된 성형체.