KR20200060517A - 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스티렌계 수지 또는 스티렌계 합금, 용융 강도 증진제, 산화 방지제, 윤활제를 소정의 중량부 비율로 포함하는 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물을 제공한다. 종래 기술과 비교하여, 본 발명은 다음의 유리한 효과를 갖는다: 1. 본 발명에서 용융 강도 증진제로 사용되는 랜덤 공중합체는, 스티렌계 수지 및 이의 합금과 열역학적으로 사용되고, 상 분리가 발생하지 않으며 우수한 기계적 특성을 갖는다. 2. 본 발명에서 용융 강도 증진제로 사용되는 랜덤 공중합체는 분자량이 적당하고, 고무 분말, 고분자 SAN 분말, 내열성 분말과 같은 수지에 비해 가소화가 더 용이하여, 가공성이 더 우수하고, 두께가 균일하고, 수축율이 낮으며, 표면 결함이 쉽게 발생하지 않는다.

Description

용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물 및 이의 제조방법
본 발명은 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 고분자 재료 분야에 속한다.
ABS 수지는 내충격성, 내열성, 치수 안정성 및 착색성이 우수한 수지로서, 전자, 가전, 자동차 등 분야에서 널리 사용되고 있고, 다양한 가공 공정에 적합하다. 가장 일반적인 가공 방법은 사출 성형이고, 그밖에 압출 및 블로우 성형 등 공정이 있다. 예를 들면, 자동차의 리어 윙 및 스포일러는 일반적으로 블로우 성형 공정으로 제조되는 반면, 냉장고 인너라이너는 일반적으로 블리스터 공정으로 제조된다. 블로우 성형과 같은 공정에서, 재료의 용융 강도가 불충분하면, 패리슨이 처지거나, 내려앉는 현상이 발생하고, 블리스터 성형 시 국소적으로 너무 얇아지나, 심지어 파열되는 등의 일련의 문제가 발생한다. 따라서, 이러한 종류의 제품에 사용되는 ABS 수지는 우수한 기계적 특성 외에도 높은 용융 강도 및 내열성을 필요로 한다.
내열성은 내열제로 개선될 수 있지만, 용융 강도를 향상시키기는 어렵고, 개질 업체는 종종 고무 분말, 고분자량 SAN 분말, 내열성 분말 등과 같은 유동성이 낮은 제품을 첨가함으로써 재료의 용융 강도를 향상시킨다. 그러나, 이러한 방법들은 상기 문제점을 완전히 해결할 수 없고, 동시에 가소화 불량, 과도한 수축과 같은 다른 문제를 야기할 수도 있으며, 제품의 벽 두께가 균일하지 않고 표면 결함이 발생하는 문제를 초래하기도 쉽다.
상술한 기술방안들에 존재하는 단점은 압출, 블로우 및 블리스터 제품 분야에서의 ABS 수지의 광범위한 적용을 크게 제한하였다.
HIPS, ASA, SAN 및 이의 PC/ABS 합금, PC/ASA 합금에도 비슷한 문제가 존재한다. 따라서 용융 강도를 높이기 위한 관련 방법이 연구의 초점이 되어 왔으며, 공정이 간단하고 물리적 및 기계적 특성이 우수하고, 비용이 저렴한 스티렌계 수지 및 이의 합금으로 더 높은 용융 강도를 얻는 제조방법에 관해서 아직 보고되지 않았다.
종래 기술의 결함을 고려하여, 본 발명의 목적은 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 다음의 기술방안을 통해 실현된다:
제1 측면에서, 본 발명은 중량부로,
스티렌계 수지 또는 스티렌계 합금: 100부;
용융 강도 증진제: 5~30부;
산화 방지제: 0.1~0.5부;
윤활제: 0.3~1.0부;를 포함하는 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물을 제공한다.
바람직하게는, 상기 용융 강도 증진제는 방향족 비닐 단량체와 아크릴로니트릴계 단량체를 공중합한 랜덤 공중합체이다.
바람직하게는, 상기 용융 강도 증진제의 수평균분자량은 200,000~400,000이다.
바람직하게는, 상기 용융 강도 증진제에서, 방향족 비닐 단량체의 질량 함량은 50~85%이고, 아크릴로니트릴계 단량체의 질량 함량은 10~40%이다.
바람직하게는, 상기 용융 강도 증진제는 장측쇄 분지화 구조를 가지며, 상기 측쇄의 수평균분자량은 10,000~90,000이다.
바람직하게는, 상기 방향족 스티렌계 단량체는 스티렌 단량체, α-메틸 스티렌 단량체, α-클로로 스티렌 단량체 및 p-메틸 스티렌 단량체 중 1종 이상을 포함하고, 상기 아크로니트릴계 단량체는 아크릴로니트릴계 단량체 및 α-메타크릴로니트릴 단량체 중 1종 또는 2종을 포함한다.
바람직하게는, 상기 스티렌계 수지는 ABS 수지, SAN 수지, ASA 수지 및 HIPS 수지 중 1종 이상을 포함하고, 상기 스티렌계 합금은 PC/ABS 합금 및 PC/ASA 합금 중 1종 또는 2종이다.
바람직하게는, 상기 산화 방지제는 페놀계 산화 방지제이다.
제2 측면에서, 본 발명은 상술한 바와 같은 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물의 제조방법을 더 제공하며,
스티렌계 수지 또는 스티렌계 합금을 용융 강도 증진제, 산화 방지제, 윤활제와 함께 25~90℃에서 균일하게 혼합한 후, 이축 압출기를 사용하여 200~260℃에서 압출 및 과립화하여, 상기 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물을 얻는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 이축 압출기의 종횡비는 34보다 크다.
종래 기술과 비교하면, 본 발명은 다음과 같은 유리한 효과를 갖는다.
1. 본 발명에서 용융 강도 증진제로 사용되는 랜덤 공중합체는, 스티렌계 수지 및 이의 합금과 열역학적으로 상용되고, 상 분리가 발생하지 않으며 우수한 기계적 특성을 갖는다.
2. 본 발명에서 용융 강도 증진제로 사용되는 랜덤 공중합체의 분자량은 적당하고, 고무 분말, 고분자 SAN 분말, 내열성 분말과 같은 수지에 비해 가소화가 더 용이하므로, 가공성이 더 우수하고, 두께가 균일하고, 수축율이 낮으며, 표면 결함이 쉽게 발생하지 않는다.
3. 본 발명의 용융 강도 증진제로 사용되는 랜덤 공중합체는 장측쇄 분지화 구조를 가지며, 폴리머 재료가 장측쇄 분지화 분자구조를 갖는 경우, 재료는 변형 경화 현상을 나타내므로, 국부적으로 큰 변형이 발생할 때 재료가 파열되지 않고, 동시에 주변 부분이 변형을 일으키기에 충분한 강도를 가지므로, 전체적으로 균일하고 얇아진다.
4. 용도가 광범위하다: ABS, SAN, ASA, HIPS, PC/ABS 합금 및 PC/ASA 합금에 대해 모두 효과가 있다.
5. 공정이 간단하고, 비용이 저렴하고, 생산 난이도 및 투자 비용이 감소되어, 상기 방법에 의해 제조된 제품은 가전, 자동차, 항공 등 분야에 널리 사용될 수 있다. 매우 넓은 응용 전망 및 산업화 가치를 가지고 있다.
본 발명의 기타 특징, 목적 및 장점은 하기 도면을 참조하여 비제한적인 실시예에 대한 설명을 통해 더욱 명확해질 것이다.
도 1은 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에서 얻어진 샘플의 인장 유변 특성 테스트 결과이다.
도 2는 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에서 얻어진 샘플의 역학 특성 테스트 결과이다.
도 3은 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 3에서 얻어진 샘플의 고온 인장 특성 테스트 결과이다.
이하에서는 구체적인 실시예를 결합하여 본 발명을 상세히 설명한다. 하기 실시예는 당업자가 본 발명을 추가로 이해하는데 도움이 될 것이지만, 본 발명을 임의의 형태로 제한하지는 않는다. 당업자는 본 발명의 개념을 벗어나지 않고, 약간의 변형 및 개선을 진행할 수 있음을 유의해야 한다. 이러한 변형 및 개선들은 모두 본 발명의 보호범위에 해당한다.
표 1 실시예와 비교예의 배합표
Figure pct00001
상술한 배합에 따른 제품을 트윈 스크류로 압출 및 과립화하고, 80℃의 오븐에서 2시간 동안 건조시키고, 입자는 모세관 레오미터를 통해 인장 유변 특성을 테스트하고, 테스트 결과는 도 1을 참조할 수 있다. 동시에 입자를 표준 시편으로 사출 성형하고, 기계적 특성(결과는 도 2 참조) 및 고온 인장 테스트(결과는 도 3참조)를 진행하고, 블로우 성형 제품의 표면을 관찰하고, 1 내지 5의 숫자로 표면의 매끄러운 정도를 표시했고(결과는 표2에 나타낸 바와 같다), 클수록 좋다.
테스트 조건은 다음과 같다:
IZOD 노치 충격강도: ASTM D256 표준에 따라 테스트하였고, 시편의 두께는 3.2mm이다.
굴곡 탄성율: ASTM D790 표준에 따라 테스트하였고, 테스트 속도는 3mm/min이다.
인장 특성: ASTM D628 표준에 따라 테스트하였고, 인장 속도는 5mm/min이다.
용융 지수: ASTM D1238 표준에 따라 테스트하였고, 테스트 조건은 220℃*10Kg이다.
고온 인장 테스트: DIN EN ISO 527-3 표준에 따라 진행하였다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3과 비교예 1을 비교하면 알 수 있듯이, 비교예 1의 ABS 는 시간이 지남에 따라, 소정의 변형 이후 변형이 증가함에 따라 점도가 빠르게 증가하는 현상이 나타나지 않았으나, 실시예 1의 제품은, 일정하게 위로 쳐들리며, 변형 경화 특징이 나타났음을 알 수 있고, 실시예 2 및 실시예 3은 보다 현저하게 위로 쳐들리며, 현저한 변형 경화 특징을 나타냈다. 변형 경화는 용융 점도의 증가를 의미한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3과 비교예 1을 비교했을 때, 기본적인 역학적 특성은 현저한 차이가 없고, 본 발명의 방법은 스티렌 및 이의 합금에 대해 용융 강도를 현저하게 개선함과 동시에, 역학적 특성에는 부작용이 없음을 알 수 있다.
도 3은 실시예 1 내지 실시예 5와 비교예 1 내지 비교예 4의 고온 인장 특성을 나냈으며, 고온 인장 특성은 블로우 및 블리스터 공정 동안 재료의 성능을 최대로 시뮬레이션할 수 있다. 상기 도면을 통해 알 수 있듯이, 실시예 1 내지 실시예 3은 실시예 1에 비해, 그리고 실시예 5는 비교예 4에 비해 고온 인장 특성이 모두 현저하게 상승했고, 비교예 2 내지 비교예 3의 고온 인장 특성도 우수하게 나타났으나, 표 2의 데이터를 통해 유동성이 나쁘다는 것을 알 수 있다. 결론적으로, 실시예 1 내지 실시예 3은 역학적 성능이 우수하고, 가공 성능이 좋고, 용융 강도가 높은 특성을 가지며, 동시에 공정이 간단하고 비용이 저렴하다.
표 2 실시예와 비교예의 유동성 및 외관
Figure pct00002
이상, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 특정 실시예로 제한되지 않으며, 당업자는 청구범위 내에서 다양한 변형 또는 수정을 진행할 수 있고, 이는 본 발명의 실질적인 내용에 영향을 미치지 않는다는 것을 이해해야 한다.

Claims (10)

  1. 중량부로,
    스티렌계 수지 또는 스티렌계 합금: 100부;
    용융 강도 증진제: 5~30부;
    산화 방지제: 0.1~0.5부;
    윤활제: 0.3~1.0부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용융 강도 증진제는 방향족 비닐 단량체와 아크릴로니트릴계 단량체를 공중합한 랜덤 공중합체인 것을 특징으로 하는, 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 용융 강도 증진제의 수평균분자량은 200,000 내지 400,000인 것을 특징으로 하는, 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 용융 강도 증진제에서, 방향족 비닐 단량체의 질량 함량은 50 내지 85%이고, 아크릴로니트릴계 단량체의 질량 함량은 10 내지 40%인 것을 특징으로 하는, 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 용융 강도 증진제는 장측쇄 분지화 구조를 가지며, 상기 측쇄의 수평균분자량은 10,000 내지 90,000인 것을 특징으로 하는, 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방향족 스티렌계 단량체는 스티렌 단량체, α-메틸 스티렌 단량체, α-클로로 스티렌 단량체 및 p-메틸 스티렌 단량체 중 1종 이상을 포함하고, 상기 아크릴로니트계 단량체는 아크릴로니트릴계 단량체 및 α-메타크릴로니트릴 단량체 중 1종 또는 2종을 포함하는 것을 특징으로 하는, 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스티렌계 수지는 ABS 수지, SAN 수지, ASA 수지 및 HIPS 수지 중 1종 이상을 포함하고, 상기 스티렌계 합금은 PC/ABS 합금 및 PC/ASA 합금 중 1종 또는 2종인 것을 특징으로 하는, 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 산화 방지제는 페놀계 산화 방지제인 것을 특징으로 하는, 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물.
  9. 스티렌계 수지 또는 스티렌계 합금을 용융 강도 증진제, 산화 방지제, 윤활제와 함께 25~90℃에서 균일하게 혼합한 후, 이축 압출기를 사용하여 200~260℃에서 압출 및 과립화하여, 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제1항에 따른 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 이축 압출기의 종횡비는 34보다 큰 것을 특징으로 하는, 용융 강도가 높은 스티렌계 수지 조성물의 제조방법.
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