KR20200078143A - 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이의 물품에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 굴곡강도가 우수하면서 저연기밀도 특성을 갖는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다.

Description

폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품{POLYCARBONATE RESIN COMPOSITION AND MOLDED ARTICLES THEREOF}
본 발명은 굴곡강도가 우수하면서 저연기밀도 특성을 갖는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다.
폴리카보네이트 수지는 비스페놀 A와 같은 방향족 디올과 포스겐과 같은 카보네이트 전구체가 축중합하여 제조되는 수지로서, 우수한 기계적 물성 및 열적 물성을 가지고 있다. 특히 압출에 우수한 용융 안정성을 특징으로 하는 비할로겐 난연 폴리카보네이트 수지는 전기전자 제품의 외장재, 자동차 부품, 건축 소재, 광학 부품 등 광범위한 분야에 적용된다.
폴리카보네이트 수지는 고분자 분해 거동과 방염제 분해거동, 탄화물 생성거동을 타 고분자 수지와 대비하면, 연소 초기, 중기 및 후기에 이르는 난연 메커니즘이 효과적이며, radical trap 효과, 산소차단 효과, 단열 효과, 흡열 효과 등을 갖는다.
다만 탄소, 수소 등으로 구성된 유기물질인 폴리카보네이트는 연소하기 쉬운 성질을 가져, 우수한 난연 효과에 비해 억연 효과는 뛰어나지 못하다. 난연이 큰 효과를 발휘하는 기체상에서 난연제가 산화를 억제하여 연기를 증가시키기 때문이다.
이에 본 발명자들은, 폴리카보네이트에 활석 및 붕산아연을 특정 중량비로 첨가하고 고내열 고분자 수지를 혼합한 폴리카보네이트 수지 조성물을 합성하여, 우수한 난연 효과와 더불어 연소 시 연기밀도를 현저히 저감시키고, 이에 더해 굴곡강도 향상시킬 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
한국특허공개 제 10-2008-0047310호
본 발명은 굴곡강도가 우수하면서 저연기밀도 특성을 갖는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리카보네이트 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계(ABS) 수지, 방향족 인산 에스테르계 화합물, 실리콘계 고무, 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide) 수지, 활석(talc) 및 붕산아연(Zinc Borate)을 포함하는, 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공한다.
이에 더해, 본 발명에서는 상기의 폴리카보네이트 수지 조성물을 포함하는 물품을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
폴리카보네이트 수지
상기 폴리카보네이트 수지는 폴리카보네이트 수지 조성물에 포함되는 베이스 수지로, 보다 구체적으로는 방향족 디올계 화합물과 카보네이트 전구체의 중합 반응에 의해 제조된 방향족 폴리카보네이트일 수 있다.
상기 폴리카보네이트 수지 제조를 위한 방향족 디올계 화합물은 비스페놀계 화합물일 수 있으며, 구체적으로는 비스(4-히드록시페닐)메탄, 비스(4-히드록시페닐)에테르, 비스(4-히드록시페닐)설폰, 비스(4-히드록시페닐)설폭사이드, 비스(4-히드록시페닐)설파이드, 비스(4-히드록시페닐)케톤, 1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판(비스페놀 A; BPA), 2,2-비스(4-히드록시페닐)부탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산(비스페놀 Z; BPZ), 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디브로모페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3-브로모페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3-클로로페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3-메틸페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)프로판, 1,1-비스(4-히드록시페닐)-1-페닐에탄, 비스(4-히드록시페닐)디페닐메탄 또는 α,ω-비스[3-(ο-히드록시페닐)프로필]폴리디메틸실록산 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
또, 상기 카보네이트 전구체로는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디부틸 카보네이트, 디시클로헥실 카보네이트, 디페닐 카보네이트, 디토릴 카보네이트, 비스(클로로페닐) 카보네이트, m-크레실 카보네이트, 디나프틸 카보네이트, 비스(디페닐) 카보네이트, 카보닐 클로라이드(포스겐), 트리포스겐, 디포스겐, 카보닐 브로마이드 또는 비스할로포르메이트 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있으며, 이들 중에서도 트리포스겐 또는 포스겐이 사용될 수 있다.
보다 구체적으로 상기 폴리카보네이트 수지는 방향족 디올계 화합물의 히드록시기와 카보네이트 전구체가 반응하여 형성된, 하기 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 포함하는 것일 수 있다:
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, C1-10 알킬, C1-10 알콕시, 또는 할로겐이고,
Z는 비치환되거나 또는 페닐로 치환된 C1-10 알킬렌, 비치환되거나 또는 C1-10 알킬로 치환된 C3-15 사이클로알킬렌, O, S, SO, SO2, 및 CO로 이루어진 군에서 선택된다.
보다 더 구체적으로, 상기 화학식 1에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 메틸, 클로로, 또는 브로모이고, Z는 메틸렌, 에탄-1,1-디일, 프로판-2,2-디일, 부탄-2,2-디일, 1-페닐에탄-1,1-디일, 또는 디페닐메틸렌과 같이, 비치환되거나 또는 페닐로 치환된 직쇄 또는 분지쇄의 C1-10 알킬렌이거나, O, S, SO, SO2, 또는 CO일 수 있다. 보다 더 구체적으로, 상기 화학식 1에서 Z는 사이클로헥산-1,1-디일, O, S, SO, SO2, 또는 CO일 수 있다.
일례로, 비스페놀 A와 카보네이트 전구체로서 트리포스겐이 중합될 경우, 상기 폴리카보네이트는 하기 화학식 1-1로 표시되는 반복단위를 포함하는 것일 수 있다:
[화학식 1-1]
Figure pat00002
또, 상기 폴리카보네이트 수지는 ISO 1133에 따라 측정한 유동지수(MI)(265℃, 5kg)가 5 내지 15 g/10min, 또는 7 내지 13 g/10min일 수 있고, 이 범위 내에서 기계적 강도가 우수한 효과가 있다.
상술한 폴리카보네이트 수지는 일반적인 방향족 폴리카보네이트의 잘 알려진 합성 방법에 따라 직접 합성하거나, 상업적으로 시판되고 있는 방향족 폴리카보네이트를 입수하여 사용할 수 있다.
또, 상기 폴리카보네이트 수지는 수지 조성물 100 중량부에 대하여 25 내지 65 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 바람직하게는, 30 중량부 이상, 35 중량부 이상, 또는 40 중량부 이상이고; 60 중량부 이하, 55 중량부 이하, 또는 50 중량부 이하일 수 있다.
상기 폴리카보네이트 수지의 함량이 25 중량부 미만인 경우, 충격에 약해지는 문제가 있고, 65 중량부를 초과하는 경우 화염 실험 시 규격을 만족하지 못하는 문제가 있을 수 있다.
아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계(ABS) 수지
상기 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계(ABS) 수지는 충격 강도, 인장 강도, 탄성률이 우수한 성분으로, 폴리카보네이트 수지의 내충격성, 내열성 및 성형성 등의 개선을 위해 첨가되는 충격 보강제로서, 본원 발명의 다른 성분들과 함께 특정 함량으로 조합되어 사용됨으로써, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계(ABS) 수지만을 단독으로 사용하였을 경우 대비 난연성 및 기계적, 열적 물성을 향상시킬 수 있다.
상기 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 수지는 특별히 제한되지 않으나, 부타디엔계 고무, 아크릴로니트릴계 단량체 및 스티렌계 단량체를 유화 그라프트 중합한 다음, 이를 응집, 탈수 및 건조하여 분말상태로 제조된 것일 수 있다.
상술한 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계(ABS) 수지는 일반적인 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계(ABS) 수지의 잘 알려진 합성 방법에 따라 직접 합성하거나, 상업적으로 시판되고 있는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계(ABS) 수지를 입수하여 사용할 수 있다.
한편, 상기 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계(ABS) 수지는 수지 조성물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 바람직하게는, 0.2 중량부 이상, 0.3 중량부 이상, 또는 0.5 중량부 이상이고; 4 중량부 이하, 3 중량부 이하, 또는 2 중량부 이하일 수 있다.
상기 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계(ABS) 수지의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우, 압출 과정에서 용융강도(Melt strength)가 저하되는 문제가 있고, 5 중량부를 초과하는 경우 난연성이 저하되는 문제가 있다.
방향족 인산 에스테르계 화합물
상기 방향족 인산 에스테르계 화합물은 폴리카보네이트 수지의 난연성을 개선하기 위해 첨가되는 인계 난연제로서, 본원 발명의 다른 성분들과 함께 특정 함량으로 조합되어 사용됨으로써, 방향족 인산 에스테르계 화합물만을 단독으로 사용하였을 경우 대비 난연성 및 억연성을 향상시킬 수 있다.
상기 방향족 인산 에스테르계 화합물은 비스페놀A 디포스페이트(BPADP), 트리페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트, 트리자이레일포스페이트, 크레실디페닐포스페이트, 옥틸디페닐포스페이트 및 하기 화학식 2로 표시되는 방향족 디포스페이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다:
[화학식 2]
Figure pat00003
상기 화학식 2에서,
Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로 C6-30 알킬이 치환 또는 비치환된 C6-30 아릴이고,
R은 페닐렌 또는
Figure pat00004
이고,
n은 1 내지 5의 정수이다.
상기 방향족 인산 에스테르계 화합물은 바람직하게는 비스페놀A 디포스페이트(BPADP)일 수 있다.
상술한 방향족 인산 에스테르계 화합물은 일반적인 방향족 인산 에스테르계 화합물의 잘 알려진 합성 방법에 따라 직접 합성하거나, 상업적으로 시판되고 있는 방향족 인산 에스테르계 화합물을 입수하여 사용할 수 있다.
상기 방향족 인산 에스테르계 화합물은 수지 조성물 100 중량부에 대하여, 5 내지 15 중량부로 포함될 수 있다. 바람직하게는, 6 내지 14 중량부, 또는 7 내지 13 중량부로 포함될 수 있다.
상기 방향족 인산 에스테르계 화합물의 함량이 5 중량부 미만인 경우, 난연성이 열세해지는 문제가 있고, 15 중량부를 초과하는 경우 강도 저하 및 연기밀도 저하의 문제가 있다.
실리콘계 고무
상기 실리콘계 고무는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이의 성형품의 충격 강도를 적절히 보강하기 위한 충격 보강제로서, 본원 발명의 다른 성분들과 함께 특정 함량으로 조합되어 사용됨으로써, 방향족 인산 에스테르계 화합물만을 단독으로 사용하였을 경우 대비 가공압력 감소 및 충격 향상의 효과를 볼 수 있다.
상기 실리콘계 고무로는 실리콘-아크릴계 고무가 사용될 수 있고, 이는 코어-쉘 구조를 가진다. 상기 코어-쉘 구조에서 아크릴레이트 고무로는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, n-프로필(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 또는 헥실(메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴레이트 단량체로부터 형성된 고무를 사용할 수 있고, 이러한 고무의 형성을 위해 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,4-부틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 알릴(메타)아크릴레이트, 또는 트리알릴시아누레이트 등의 경화제를 더 사용할 수 있다.
상기 코어-쉘 구조에서 실리콘 고무로는 시클로실록산으로부터 제조되는 것을 사용할 수 있고, 이의 구체적인 예로는 헥사메틸시클로트리실록산, 옥타메틸시클로테트라실록산, 데카메틸시클로펜타실록산, 도데카메틸시클로헥사실록산, 트리메틸트리페닐시클로트리실록산, 테트라메틸테트라페닐시클로테트로실록산, 및 옥타페닐시클로테트라실록산으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상으로부터 제조된 것을 사용할 수 있다. 이러한 실리콘 고무의 형성을 위해, 트리메톡시메틸실란, 트리에톡시페닐실란, 테트라메톡시실란, 또는 테트라에톡시실란 등의 경화제를 더 사용할 수 있다.
한편, 상기 실리콘계 고무의 실리콘 함량은 상기 실리콘계 고무 100 중량부에 대하여, 80 내지 98 중량부일 수 있다. 바람직하게는, 82 중량부 이상, 84 중량부 이상, 또는 86 중량부 이상이고; 96 중량부 이하, 또는 94 중량부 이하일 수 있다.
상기 실리콘계 고무는 수지 조성물 100 중량부에 대하여 3 내지 10 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 바람직하게는, 3 내지 9 중량부, 3 내지 8 중량부, 또는 3 내지 7 중량부일 수 있다.
상기 실리콘계 고무의 함량이 3 중량부 미만인 경우, 깨지기 쉬운 문제가 있고, 10 중량부를 초과하는 경우 난연성 저하 문제가 있다.
폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide) 수지
상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는 내열성, 치수 안정성, 내약품성, 난연성, 가공성 등의 여러 특성이 우수하고 기계적 강도 또한 뛰어나, 본원 발명의 다른 성분들과 함께 특정 함량으로 조합되어 사용됨으로써, 폴리페닐렌 설파이드 수지만을 단독으로 사용하였을 경우 대비 내열도 상승 및 화염 실험에 긍정적인 역할을 수 있다.
상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는 제조 방식에 따라 선형, 가지형, 가교형 등이 있는데, 본 발명에서는 한정을 하지 않고 어느 것도 적용이 가능하다. 바람직하게는 하기 화학식 3으로 나타나는 para 구조와 하기 화학식 4로 나타나는 ortho 구조를 4:6 내지 6:4의 몰비로 함유한 폴리페닐렌 설파이드 수지를 사용할 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00005
[화학식 4]
Figure pat00006
상술한 폴리페닐렌 설파이드 수지는 일반적인 폴리페닐렌 설파이드 수지의 잘 알려진 합성 방법에 따라 직접 합성하거나, 상업적으로 시판되고 있는 폴리페닐렌 설파이드 수지를 입수하여 사용할 수 있다.
상기 폴리페닐렌 설파이드 수지는 조성물 100 중량부에 대하여, 10 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 바람직하게는, 11 중량부 이상, 12 중량부 이상, 또는 13 중량부 이상이고; 19 중량부 이하, 18 중량부 이하, 또는 17 중량부 이하일 수 있다.
상기 폴리페닐렌 설파이드 수지의 함량이 10 중량부 미만인 경우, 화염 실험에 영향이 없고, 20 중량부를 초과하는 경우 충격에 약해지는 문제가 있다.
활석(talc) 및 붕산아연(Zinc Borate)
상기 활석 및 붕산아연은 폴리카보네이트 수지의 연기 밀도를 저감시키기 위해 첨가되는 성분으로서, 활석은 연기밀도를 낮추는 효과가 있고, 붕산아연은 고내열 고분자 수지를 사용하는 것 이상의 효과가 있다. 특히, 활석은 난연제로써 불연성을 향상시키고 붕산 아연은 수분을 생성하고 2차 그을음을 억제시킴으로써 난연과 억연기능을 모두 할 수 있다.
한편, 상기 활석과 붕산아연의 중량비는 1:1 내지 1:2일 수 있다. 바람직하게는 1:1.1 내지 1:1.9, 1:1.2 내지 1:1.8, 또는 1:1.3 내지 1:1.7일 수 있다.
상기 활석과 붕산아연의 중량비가 1:1 미만인 경우 화염 실험 시 화염규격(EN45545-2)을 만족하지 못하는 문제가 있고, 1:2를 초과하는 경우 오히려 화염 실험에 긍정적으로 작용하지 않으면서 물성만 저하되는 문제가 있다.
상기 활석은 수지 조성물 100 중량부를 기준으로, 5 내지 15 중량부로 포함될 수 있다. 바람직하게는, 6 중량부 이상, 7 중량부 이상, 또는 8 중량부 이상이고; 14 중량부 이하, 13 중량부 이하, 또는 12 중량부 이하일 수 있다.
상기 활석의 함량이 5 중량부 미만인 경우, 화염 실험 시 화염 규격을 만족하지 못하는 문제가 있고, 15 중량부를 초과하는 경우 물성저하의 문제가 있다.
상기 붕산아연은 조성물 100 중량부를 기준으로, 10 내지 20 중량부로 포함될 수 있다. 바람직하게는, 11 중량부 이상, 12 중량부 이상, 또는 13 중량부 이상이고; 19 중량부 이하, 18 중량부 이하, 또는 17 중량부 이하일 수 있다.
상기 붕산아연의 함량이 10 중량부 미만인 경우, 화염 실험 시 화염 규격을 만족하지 못하는 문제가 있고, 20 중량부를 초과하는 경우 물성저하의 문제가 있다.
폴리카보네이트 수지 조성물 및 그 제조 방법
상기 폴리카보네이트 수지 조성물은, 상술한 폴리카보네이트 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지, 방향족 인산 에스테르계 화합물, 실리콘계 고무, 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide) 수지, 활석(talc) 및 붕산아연(Zinc Borate)을 특정 함량비로 포함함으로써, 폴리카보네이트 수지 본연의 사출성형이 용이로운 장점 및 우수한 난연성을 유지하면서 우수한 굴곡강도를 나타내고, 연기밀도가 현저히 낮은 특성을 갖는다.
구체적으로, 상기 폴리카보네이트 수지 조성물은 측정 두께 2.5mm에서 ISO 5659-2 및 ASTM E662에 의거하여 측정한 연기밀도가 350 이하일 수 있다. 바람직하게는 345 이하, 340이하, 335 이하, 330이하, 325 이하, 또는 320이하 일 수 있다. 또한, 연기밀도가 낮을수록 우수한 것이어서, 하한의 제한은 없으나, 일례로, 150 이상, 170 이상, 또는 200 이상일 수 있다.
또한, 상기 폴리카보네이트 수지 조성물은 ASTM D790에 의거하여 측정한 굴곡강도가 50,000 내지 70,000 kg/cm2 일 수 있다. 바람직하게는, 51,000 kg/cm2 이상, 52,000 kg/cm2 이상, 또는 53,000 kg/cm2 이상이고; 69,000 kg/cm2 이하, 68,000 kg/cm2 이하, 67,000 kg/cm2 이하, 또는 66,000 kg/cm2 이하일 수 있다.
또한, 상기 폴리카보네이트 수지 조성물은 UL94 규격에 의거, 1.5mm 두께를 갖는 시편에 대해 측정한 난연성 등급이 V0일 수 있다.
한편, 상기 폴리카보네이트 수지 조성물은 상술한 폴리카보네이트 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계(ABS) 수지, 방향족 인산 에스테르계 화합물, 실리콘계 고무 및 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide) 수지를 혼합하는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1의 혼합물에 붕산아연(Zinc Borate) 및 활석(talc)을 혼합하는 단계(단계 2);를 포함하는, 폴리카보네이트 수지 조성물의 제조 방법을 통해 제조할 수 있다. 상기의 제조 방법은, 단계 1의 제조 시 열과 압력을 받아 붕산아연 및 활석이 기화되어 날라가는 것을 방지하여, 상기 폴리카보네이트 수지 조성물에서 붕산아연 및 활석에 의한 물성 향상의 효과를 극대화할 수 있다.
바람직하게는 상기 단계 1은 1 내지 5분간 혼련/용융이 진행될 수 있고, 반응 온도는 200 ℃ 내지 300 ℃일 수 있다.
바람직하게는 상기 단계 2는 1 내지 5분간 혼련/용융이 진행될 수 있고, 반응 온도는 200 ℃ 내지 300 ℃일 수 있다.
상기 단계 2에서 붕산아연은 압출기의 메인 호퍼에 투입하지 않고 사이드 투입구(제1 사이드 투입구)에 투입하는 방법으로 진행된다. 상기 방법으로 압출이 진행되면 혼합 시간이 줄어들어 반응 시 붕산아연이 기체로 날아가는 것을 줄이고, 연기밀도 감소의 효과가 극대화 된다.
상기 붕산아연을 사이드 투입구에 투입 시 200 ℃ 내지 300 ℃의 온도에서 진행될 수 있다.
한편, 상기 사이드 투입구 외에 압출기의 또 다른 사이드 투입구(제2 사이드 투입구)를 통해 활석을 투입하는 방법은 압출 과정에서 혼합 시간을 감소시켜 반응 시 활석이 기체로 날아가는 것을 줄이고, 연기밀도 감소의 효과를 극대화시킨다.
상기 활석을 사이드 투입구에 투입 시 200 ℃ 내지 300 ℃의 온도에서 진행될 수 있다.
바람직하게는, 상기 붕산아연을 사이드 투입구에 투입하는 방법과 활석을 사이드 투입구에 투입하는 방법은 동시에 진행될 수 있다.
상기 수지 조성물은 필요에 따라 당업계에서 통상적으로 사용되는 상용화제, 산화 방지제, 열 안정제, 광안정화제, 가소제, 대전 방지제, 핵제, 난연제, 활제, 충격 보강제, 형광 증백제, 방사선 흡수제, 자외선흡수제, 안료 및 염료로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 상용화제는 두 종류의 고분자를 혼합하여 사용하는 경우의 상용성을 증가시키기 위해 사용한다. 상용성(compatibility)은 두 고분자를 혼합하였을때 두 고분자가 균일하게 섞이거나 분산되는 것을 의미하는데, 상용성이 떨어지면 고분자 각각의 물성이 그대로 발현되어 조성물에서 서로의 물성을 보완할 수 없다.
상기 상용화제는 당업계에서 사용되는 물질이면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 styrene-ethylene/butylene-styrene-glycidyl methacrylate 공중합체(SEBS-GMA), ethylene-glycidyl methacrylate 공중합체(EGMA) 등이 사용될 수 있다.
상기 수지 조성물은 상기 전술한 성분과 광반응성 화합물 및 필요에 따라 첨가제를 혼합하여 제조할 수 있으며, 이하 설명할 바와 같이 성형품을 제조하기 위하여 용융 혼련하여 펠렛으로 제조하는 것이 바람직하다.
상기 용융 혼련은 당업계에서 통상적으로 사용되는 방법, 예컨대 리본 블렌더, 헨셀 믹서, 밴버리 믹서, 드럼 텀블러, 단축 스크루압출기, 2축 스크루 압출기, 코니더, 다축 스크루 압출기 등을 사용하는 방법에 의해 실시할 수 있다. 상기 용융 혼련의 온도는 필요에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 예를 들어 200 ℃ 내지 300 ℃의 온도로 조절할 수 있다.
성형품
또한, 본 발명은 상기 수지 조성물을 포함한 성형품을 제공한다. 상기 성형품은 특별히 제한되지는 않으나, 바람직하게는 철도차량용 부품 또는 공유기용 부품이다. 상기 수지 조성물은 난연성이 뛰어나며, 굴곡 강도가 우수하고 연기밀도가 낮은 특성을 가진다. 이에 따라, 성형품의 제조 공정이나 성형품이 실제 제품에 적용되었을 때 외관 변형이 현저히 저감되어, 철도차량용 부품 또는 공유기용 부품으로 유용하게 사용할 수 있다.
성형품의 제조 방법은 당업계에서 통상적으로 사용하는 방법으로 제조될 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 수지 조성물의 용융 혼련물 또는 펠릿을 원료로 하여 사출 성형법, 사출 압축 성형법, 압출 성형법, 진공 성형법, 블로우 성형법, 프레스 성형법, 압공 성형법, 발포 성형법, 열 굽힘 성형법, 압축 성형법, 캘린더 성형법 및 회전 성형법 등의 성형법을 적용할 수 있다.
성형품의 크기, 두께 등은 사용 목적에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 사용 목적에 따라 평판 또는 곡면의 형태를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 폴리카보네이트 수지 조성물과 이의 성형품은 굴곡강도가 우수하면서 동시에 연기밀도가 낮은 특성을 갖는다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 보다 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
사용 물질
(1) PC: LUPOY PC 1300-03, 1600-03, 1300-10 (엘지화학)
(2) ABS: ABS HS230-DP (엘지화학)
(3) 실리콘계 고무: Metablen SX005 (Mitsubishi 사)
(4) BPADP(Adeka 사)
(5) PPS: para와 ortho 구조를 5:5의 몰비로 포함하는 PPS (LG Chem 사)
(6) 활석: Talc 6300,3000C (Koch 사, 95%가 3.3 μm 이하의 입자크기, 밀도 2.8 g/cm3), Talc 3CA(IMERYS 사)
(7) 붕산아연: Firebrake ZB (US BORAX 사)
(8) SEBS-GMA: Polinker PL6210 (Polyalloy 사)
(9) EGMA: IGETABOND E (Sumitomo 사)
실시예 1
하기 표 1에 나타낸 각 성분 중 붕산아연 및 활석을 제외하고 믹서로 혼합한 후, 이축압출기(twin-screw extruder, L/D=42, Φ=40, 배럴온도 260℃, 압출속도 50 kg/hr)로 1~3 분간 혼련/용융하였다. 이후 붕산아연 및 활석을 사이드 투입구를 통해 추가하고 280 ℃에서 1~3 분간 추가 혼합/용융한 뒤 이후 압출 가공을 하여 펠렛을 제조하였다. 제조된 펠렛을 convection oven에서 80 ℃로 4시간 이상 건조한 후 사출 성형하여 상온에서 48시간 이상 방치하여 시편(가로*세로*두께: 7.5mm*7.5mm*2.5mm)을 제작하였다.
실시예 2 및 실시예 3
하기 표 1에 나타낸 각 성분의 함량에 따라 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2 및 실시예 3의 시편을 제작하였다.
비교예 1 내지 비교예 5
하기 표 1에 나타낸 각 성분의 함량에 따라 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 1 내지 비교예 5의 시편을 제작하였다.
단위: 중량부
(조성물 100 중량부 기준)		 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
PC 46 44 44 61 66 61 61 61
ABS 1 1 1 6 1 1 1 1
실리콘계 고무 5 5 5 - 5 5 5 5
BPADP 8 8 8 8 8 8 8 8
PPS 15 15 15 - - - - -
활석 10 10 10 10 10 10 10 15
붕산아연 15 15 15 15 10 - - 10
붕산칼슘 - - - 15 - -
Mg(OH)2 - - - - 15
SEBS-GMA 2
EGMA 2
실험예
상기 실시예 및 비교예의 시편에 대하여 아래와 같은 방법으로 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
(1) 굴곡강도(kg/cm2): ASTM D790에 의거하여 1.3 mm/sec로 측정하였다.
(2) 연기밀도: 측정 두께 2.5mm에서 ISO 5659-2 및 ASTM E662에 의거하여 연기밀도를 측정하였다.
(3) 난연성: UL 94V에 의거하여 난연성을 평가하였다. 구체적으로, 난연 test 적용에 필요한 1.5 mm 두께의 난연 시편을 5개 준비하고, 하기에 따라 평가하였다. 먼저, 20 mm 높이의 불꽃을 10초간 시편에 접염 후, 시편의 연소 시간(t1)을 측정하고, 연소 양상을 기록하였다. 이어, 1차 접염 후 연소가 종료되면, 다시 10초간 접염 후 시편의 연소 시간(t2) 및 불똥이 맺힌 시간(glowing time, t3)을 측정하고, 연소 양상을 기록하였다. 5개 시편에 대해 동일하게 적용한 다음, 하기 표 2의 기준으로 평가하였다.
(4) 화염규격: ISO 5660-1에 의거하여 콘칼로리미터를 이용하여 가열강도 50kw/m2으로 가열하여 화염규격을 측정하였다.
난연성 등급 V0 V1 V2
개별 연소 시간(개별 시편의 t1 또는 t2) 10초 이하 30초 이하 30초 이하
5개 시편의 총 연소 시간(5개 시편의 t1 및 t2의 총합) 50초 이하 250초 이하 250초 이하
2차 접염 후의 연소 및 불똥이 맺힌 시간(개별 시편의 t2 및 t3의 합) 30초 이하 60초 이하 60초 이하
적하에 의한 탈지면의 발화 없음 없음 있음
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
굴곡강도
(kg/cm2)		 54,800 55,000 55,100 22,100 25,500 29,000 28,800 32,700
연기밀도
(D4)		 315 319 311 371 411 780 699 423
난연성 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0
화염규격 98 86 89 113 91 110 131 86
상기 표 3을 참고하면, 실시예의 폴리카보네이트 수지 조성물은 우수한 굴곡강도를 가짐과 동시에 연기밀도가 현저히 저감됨을 확인할 수 있었다. 이에 본 발명에 따른 실시예들은 제품에 적용되어 여러 극한 환경에 놓이는 경우에도 우수한 품질을 유지할 수 있음을 확인하였다.
반면, PPS를 포함하지 않는 비교예 1 내지 비교예 5는 실시예에 비해 굴곡강도가 현저히 열악함을 확인할 수 있었다.
또한, 붕산아연을 사용하는 경우, 붕산칼슘이나 Mg(OH)2를 사용한 경우에 비해 연기밀도가 현저히 저감된 것을 확인할 수 있었다.

Claims (11)

  1. 폴리카보네이트 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계(ABS) 수지, 방향족 인산 에스테르계 화합물, 실리콘계 고무, 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide) 수지, 활석(talc) 및 붕산아연(Zinc Borate)을 포함하는,
    폴리카보네이트 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방향족 인산 에스테르계 화합물은 비스페놀A 디포스페이트(BPADP)인,
    폴리카보네이트 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘계 고무 100 중량부에 대하여, 실리콘 함량은 80 내지 98 중량부인,
    폴리카보네이트 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 활석과 붕산아연의 중량비는 1:1 내지 1:2인,
    폴리카보네이트 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    측정 두께 2.5mm에서 ISO 5659-2 및 ASTM E662에 의거하여 측정한 연기밀도는 350 이하인,
    폴리카보네이트 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    ASTM D790에 의거하여 측정한 굴곡강도는 50,000 내지 70,000 kg/cm2인,
    폴리카보네이트 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    UL94에 의거하여 1.5mm 두께의 시편에 대해 측정한 난연성 등급은 V0인,
    폴리카보네이트 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 폴리카보네이트 수지 조성물 100 중량부에 대하여,
    폴리카보네이트 수지 25 내지 65 중량부;
    아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계(ABS) 수지 0.1 내지 5 중량부;
    방향족 인산 에스테르계 화합물 5 내지 15 중량부;
    실리콘계 고무 3 내지 10 중량부;
    폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide) 수지 10 내지 20 중량부;
    활석(talc) 5 내지 15 중량부; 및
    붕산아연(Zinc Borate) 10 내지 20 중량부를 포함하는,
    폴리카보네이트 수지 조성물.
  9. 폴리카보네이트 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계(ABS) 수지, 방향족 인산 에스테르계 화합물, 실리콘계 고무 및 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide) 수지를 혼합하는 단계(단계 1); 및
    상기 단계 1의 혼합물에 붕산아연(Zinc Borate) 및 활석(talc)을 혼합하는 단계(단계 2);를 포함하는,
    폴리카보네이트 수지 조성물의 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 폴리카보네이트 수지 조성물을 포함하는,
    성형품.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 성형품은 철도차량용 부품 또는 공유기용 부품인,
    성형품.
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