KR20200125900A - 난연성 및 항균성 고분자 조성물 및 이로부터 형성된 고분자 제품 - Google Patents

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KR20200125900A
KR20200125900A KR1020200047626A KR20200047626A KR20200125900A KR 20200125900 A KR20200125900 A KR 20200125900A KR 1020200047626 A KR1020200047626 A KR 1020200047626A KR 20200047626 A KR20200047626 A KR 20200047626A KR 20200125900 A KR20200125900 A KR 20200125900A
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구광회
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에스케이 글로벌 케미컬 인터네셔널 트레이딩 (상하이) 씨오. 엘티디.
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Abstract

본 발명의 실시예들의 고분자 조성물은 고분자 수지, 은(Ag), 아연(Zn) 및 붕소(B) 함유 무기 복합 제제를 포함하는 항균제, 및 브롬화 유기물 및 무기 화합물의 복합 제제를 포함하는 난연제를 포함하며, 우수한 항균 특성 및 난연성을 장기간 유지할 수 있다.

Description

난연성 및 항균성 고분자 조성물 및 이로부터 형성된 고분자 제품{FLAME RETARDANT AND ANTIBIOTIC POLYMER COMPOSITION AND POLYMER PRODUCT FORMED FROM THE SAME}
본 발명은 난연성 및 항균성 고분자 조성물 및 이로부터 형성된 고분자 제품에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 고분자 수지, 난연제 및 항균제를 포함하는 고분자 조성물 및 이로부터 형성된 고분자 제품에 관한 것이다.
고분자 물질은 가정용 제품, 산업용 제품, 가공 식품 등과 같은 제품에 있어서 절연재, 포장재, 보강재 등과 같은 다양한 재료로서 활용되고 있다. 예를 들면, 폴리프로필렌 제품은 우수한 성형성, 기계적 안정성 등의 이유로 고분자 제품 재료로서 널리 사용되고 있다.
최근, 소비자의 건강, 환경 오염 등에 대한 관심이 증가됨에 따라, 고분자 제품에 항균성과 같은 인체 친화적, 환경 친화적 특성이 요구되고 있다. 또한, 고분자 제품이 전기 제품, 기계 또는 건축 자재 등에 활용되는 경우, 열이나 화재에 대한 저항성을 가질 필요가 있다.
따라서, 난연성 및 항균성을 갖는 고분자 제품 제조를 위한 고분자 조성물의 개발이 필요하다. 또한, 난연성 및 항균성을 가지면서 내 충격성, 내 스크래치성과 기계적 특성 역시 향상 또는 유지될 필요가 있다.
본 발명의 일 과제는 향상된 난연성 및 항균 특성을 가지며, 기계적 안정성을 갖는 고분자 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 고분자 조성물을 사용한 고분자 제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 고분자 조성물은 고분자 수지, 은(Ag), 아연(Zn) 및 붕소(B) 함유 무기 복합 제제를 포함하는 항균제, 및 브롬화 유기물 및 무기 화합물의 복합 제제를 포함하는 난연제를 포함한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 항균제는 나트륨(Na), 칼슘(Ca) 및/또는 규소(Si)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 난연제의 상기 브롬화 유기물은 데카브로모디페닐에탄(decabromodiphenylethane) 및/또는 옥타브로모비스페놀 에테르(octabromobisphenol ether)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 난연제의 상기 무기 화합물은 삼산화 안티몬을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 고분자 수지는 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 고분자 수지는 230oC 및 2.16kg 로드(load)에서 20 내지 40 g/10min의 용융 지수를 갖는 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 고분자 조성물은 충격보강제, 항산화제 및 윤활제를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 윤활제는 스테아레이트(stearate), 에틸렌 비스스테아릴 아미드(ethylene bisstearyl amide) 및/또는 폴리에틸렌 왁스를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 고분자 조성물은 조성물 총 중량 중 상기 고분자 수지 60 내지 80 중량%, 상기 항균제 0.1 내지 1 중량%, 상기 난연제 10 내지 30 중량%, 상기 충격보강제 5 내지 20 중량%, 상기 항산화제 0.1 내지 1 중량%, 및 상기 윤활제 0.1 내지 1 중량%를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 충격 보강제는 폴리올레핀계 엘라스토머를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 상술한 고분자 조성물로부터 제조된 고분자 제품이 제공된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 고분자 제품은 가전제품의 외장 부품일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르는 고분자 조성물은 난연제 및 항균제를 함께 포함하여 우수한 난연성 및 항균 특성을 갖는 고분자 제품에 활용될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 항균제는 은(Ag), 아연(Zn) 및 붕소(B) 복합체를 포함하여, 증가된 항균 특성을 구현할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 난연제는 데카브로모디페닐에탄(decabromodiphenylethane), 옥타브로모비스페놀 에테르(octabromobisphenol ether) 및/또는 삼산화 안티몬(antimony trioxide)을 포함하며, 강화된 난연 특성이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 우수한 난연성 및 항균 특성을 제공하는 고분자 조성물 및 이로부터 제조된 고분자 제품을 제공한다.
상기 고분자 조성물은 고분자 수지, 항균제(antibiotic agent) 및 난연제(flame retardant)를 포함하며, 충격보강제, 항산화제, 윤활제 등을 더 포함할 수 있다.
상기 고분자 수지는 고분자 제품에 널리 활용되는 중합체, 복합 수지, 수지 합금 등을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 고분자 수지는 폴리프로필렌을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 고분자 수지는 230oC 및 2.16kg 로드에서 20 내지 40 g/10min의 용융 지수를 갖는 폴리프로필렌을 포함할 수 있다. 이 경우, 고분자 조성물의 가공성, 성형성, 기계적 안정성 등의 측면에서 유리할 수 있다.
상기 고분자 수지의 함량은 고분자 조성물 총 중량 중 60 내지 80중량%일 수 있다. 상기 범위 내에서 고분자 제품의 내충격성, 내화학성, 내스크리치성, 유연성 등의 기계적, 화학적 특성을 유지하면서 원하는 난연성 및 항균 특성을 용이하게 확보할 수 있다.
상기 항균제는 예를 들면, 항박테리아 특성을 가질 수 있으며, 은(Ag) 기반의 무기 복합 제제를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 항균제는 은(Ag), 아연(Zn) 및 붕소(B) 복합 제제를 포함할 수 있다. 아연 및 붕소를 함께 융합 또는 혼합함으로써, 은 단독, 또는 은 및 1종의 원소를 포함하는 화합물을 포함하는 항균제에 비해 증폭된 항균 성능을 구현할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 항균제는 은 염(예를 들면, 은 염화물), 아연 염(예를 들면, 아연 산화물) 및 붕소 함유 화합물(예를 들면, 붕산)을 포함하는 원료 물질들을 함께 혼합한 후, 볼 밀(ball mill) 처리와 같은 분쇄 혹은 그라인딩 공정, 및 열처리를 통해 수득될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 항균제는 추가 성분을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 추가 성분은 나트륨(Na), 칼슘(Ca) 및 규소(Si) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 원료 물질들에 나트륨 염(예를 들면, 소듐 설페이트), 칼슘 염(예를 들면, 칼슘 설페이트, 칼슘 불화물) 및 규소 화합물(예를 들면, 실리카)을 함께 혼합할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 항균제의 함량은 고분자 조성물 총 중량 중 0.1 내지 1 중량%일 수 있다. 상기 범위 내에서 지나친 이온 배출에 따른 환경 오염, 비용 증가 등을 초래하지 않고 충분한 항균 특성을 구현할 수 있다.
상기 난연제는 브롬화 유기물 및 무기 화합물의 복합 제제를 포함할 수 있다. 상기 브롬화 유기물을 포함함으로써, 상기 고분자 수지와의 상용성을 향상시키고, 고분자 수지의 열분해를 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 상기 무기 화합물을 함께 사용하여 상술한 항균제와의 상용성이 향상되면서 고분자 제품의 강도 또는 경도 증가를 통해 난연성을 추가적으로 증가시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 브롬화 유기물은 데카브로모디페닐에탄(decabromodiphenylethane) 및 옥타브로모비스페놀 에테르(octabromobisphenol ether) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 무기 화합물은 삼산화 안티몬(antimony trioxide)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 난연제의 함량은 고분자 조성물 총 중량 중 10 내지 30 중량%일 수 있다. 상기 범위 내에서 고분자 수지의 기계적, 화학적 특성을 저해하지 않으면서 충분한 난연성을 확보할 수 있다.
상기 고분자 조성물은 고분자 수지의 기계적 특성, 상술한 난연제 및 항균제의 성능을 저해하지 않는 범위 내에서 추가 제제를 더 포함할 수 있다. 상기 추가 제제는 충격 보강제(toughner), 항산화제, 윤활제 등을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 충격 보강제는 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomer)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 충격 보강제는 폴리스티렌계, 폴리올레핀계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계, 폴리 염화비닐계 엘라스토머를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 충격 보강제로서 폴리올레핀계 엘라스토모가 사용될 수 있다.
예를 들면, 상기 충격 보강제의 함량은 고분자 조성물 총 중량 중 5 내지 20 중량%일 수 있다. 상기 범위 내에서 난연성 및 항균 특성을 유지하면서 충분한 경도 또는 강도를 갖는 고분자 제품을 용이하게 제조할 수 있다.
상기 항산화제는 수지 조성물 분야에서 공지된 예를 들면, 페놀계 산화방지제, 인(P)계 산화 방지제, 아민계 산화방지제 등을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 항산화제의 함량은 고분자 조성물 총 중량 중 0.1 내지 1 중량%일 수 있다. 상기 범위 내에서 고분자 제품의 기계적 특성을 저해하지 않으면서 화학적 안정성을 용이하게 향상 또는 유지시킬 수 있다.
상기 윤활제는 예를 들면, 스테아레이트(stearate), 에틸렌 비스스테아릴 아미드(ethylene bisstearyl amide) 및/또는 폴리에틸렌 왁스를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 윤활제의 함량은 고분자 조성물 총 중량 중 0.1 내지 1 중량%일 수 있다. 상기 범위 내에서 고분자 제품의 기계적 특성을 저해하지 않으면서 표면 특성과 같은 윤활성이 용이하게 확보될 수 있다.
상술한 고분자 조성물은 고분자 수지의 원하는 특성, 난연성 및 항균 특성을 저해하지 않는 범위 내에서 광안정제, 커플링제, 충전제 등과 같은 수지 조성물 분야에서 공지된 기타 제제들을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예들은 상술한 고분자 조성물로부터 제조된 고분자 제품을 제공한다.
예를 들면, 싱글-스크류 또는 트윈-스크류 압출기를 활용한 용융 압출 공정을 통해 고분자 제품을 제조할 수 있다. 또한, 그래뉼화 공정을 통해 입자, 과립 또는 펠렛 형태의 고분자 제품을 제조할 수 있다.
상기 고분자 제품은 예를 들면, 성형품 형태로 제공되어 가정용 제품, 자동차 부품, 전자 전기 제품, 기계 부품, 광디스크, 포장재, 컴퓨터 등과 같은 사무기기, 건축 자재 등과 같은 다양한 산업 분야에 광범위하게 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 고분자 제품은 가정용 가전 제품의 외장부품, 절연재, 보강 부품 등으로 효과적으로 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예 및 비교예들을 포함하는 실험예를 제시하나, 이는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
제조예 1: 항균제의 제조
아연 산화물, 은 염화물, 소듐 설페이트 데카하이드레이트(sodium sulfate decahydrate), 칼슘 설페이트, 칼슘 불화물, 실리카 및 붕산을 소정의 비율로 혼합하여 원료 물질을 준비하였다. 상기 원료 물질을 4시간 동안 볼-밀 처리하고, 바 퍼니스(bar furnace) 내에서 5℃/min의 속도로 승온하여 1250℃까지 가열하였다. 2시간 동안 열처리 후 상온에서 냉각하여 항균제를 제조하였다.
제조예 2: 항균제의 제조
붕산을 혼합하지 않은 것을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 항균제를 제조하였다.
고분자 조성물의 제조
실시예 1
폴리프로필렌 72kg, 충격 보강제로서 폴리올레핀계 엘라스토머 8kg, 난연제로서 데카브로모디페닐에탄, 옥타브로모비스페놀 에테르 및 삼산화 안티몬의 혼합물 20kg, 상기 제조예 1에 따른 항균제 0.2kg, 항산화제(페놀계 산화방지제: Irganox 1010 등) 0.2 kg 및 윤활제로서 스테아레이트 0.2kg을 믹서기 내에 주입하였다. 2분 동안 혼합한 후 스크류 압출기를 이용하여 압출 및 그래뉼화시켜 고분자 제품을 획득하였다. 압출기의 공정 온도는 180 내지 230℃ 범위로 유지되었으며, 스크류 회전 속도는 250 rpm으로 조절되었다.
실시예 2
폴리프로필렌 68kg, 충격 보강제 12kg, 난연제 20kg, 항균제 0.2 kg, 항산화제 0.2 kg 및 윤활제로서 에틸렌 비스스테아릴 아미드 0.2 kg을 사용하고, 압출기 공정 온도를 210 내지 230℃ 범위로 유지한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 고분자 제품을 제조하였다.
실시예 3
폴리프로필렌 60kg, 충격 보강제 20kg, 난연제 20kg, 항균제 0.2kg, 및 윤활제로서 스테아레이트 0.2kg을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 고분자 제품을 제조하였다.
실시예 4
폴리프로필렌 65kg, 충격 보강제 10kg, 난연제 25kg, 항균제 0.1kg, 항산화제 0.2 kg, 윤활제로서 스테아레이트 0.2 kg을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 고분자 제품을 제조하였다.
비교예 1
제조예 2의 항균제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 제품을 제조하였다.
비교예 2
난연제로서 데카브로모디페닐에탄 및 옥타브로모비스페놀 에테르를 사용하고, 삼산화 안티몬을 배제한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 제품을 제조하였다.
고분자 제품 물성 평가
실시예 및 비교예의 고분자 제품에 대한 물성 평가를 하기 표 1에 기재된 측정 표준에 따라 측정하였다. 측정결과는 하기 표 1에 함께 기재하였다.
구분 측정표준 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
인장강도(Tensile Strength)
(MPa)		 ISO 527-2 28 26 21 24 24 26
휨 강도(Bending Strength)
(MPa)		 ISO 178 41 39.5 35.2 40.6 38.5 40.2
굴곡 모듈러스(Flexual Modulus)
(MPa)		 ISO 178 1720 1660 1520 1710 1610 1700
단순지지 빔 노치 충격강도(Charpy notched impact strength)(23℃)(kJ/m2) ISO 179/1A 3.5 4 7.8 4.1 3.5 3.2
단순지지 빔 비노치 충격강도(Charpy unnotched impact strength)(23℃)(kJ/m2) ISO 179/1A 30 33 61 32 28 29
항균 시험 GB2423.16 0급 0급 0급 1급 2B급 1급
난연 시험 UL94 V0 V0 V2 V0 V0 HB
표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 항균제 및 난연제를 포함한 경우, 바람직한 기계적 강도를 유지하면서 향상된 항균 특성 및 난연성을 갖는 고분자 제품이 구현되었다.

Claims (12)

  1. 고분자 수지;
    은(Ag), 아연(Zn) 및 붕소(B) 함유 무기 복합 제제를 포함하는 항균제; 및
    브롬화 유기물 및 무기 화합물의 복합 제제를 포함하는 난연제를 포함하는, 고분자 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 항균제는 나트륨(Na), 칼슘(Ca) 및 규소(Si)로 이루어진 그룹 중 적어도 하나의 성분을 더 포함하는, 고분자 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 브롬화 유기물은 데카브로모디페닐에탄(decabromodiphenylethane) 및 옥타브로모비스페놀 에테르(octabromobisphenol ether) 중 적어도 하나를 포함하는, 고분자 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 무기 화합물은 삼산화 안티몬을 포함하는, 고분자 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 고분자 수지는 폴리프로필렌을 포함하는, 고분자 조성물
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 고분자 수지는 230oC 및 2.16kg 로드(load)에서 20 내지 40 g/10min의 용융 지수를 갖는 폴리프로필렌을 포함하는, 고분자 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서, 충격 보강제, 항산화제 및 윤활제를 더 포함하는, 고분자 조성물.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 윤활제는 스테아레이트(stearate), 에틸렌 비스스테아릴 아미드(ethylene bisstearyl amide) 및 폴리에틸렌 왁스로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는, 고분자 조성물.
  9. 청구항 7에 있어서, 조성물 총 중량 중,
    상기 고분자 수지 60 내지 80 중량%;
    상기 항균제 0.1 내지 1 중량%;
    상기 난연제 10 내지 30 중량%;
    상기 충격 보강제 5 내지 20 중량%;
    상기 항산화제 0.1 내지 1 중량%; 및
    상기 윤활제 0.1 내지 1 중량%를 포함하는, 고분자 조성물.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 충격보강제는 폴리올레핀계 엘라스토머인 고분자 조성물.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항의 고분자 조성물로 제조된 고분자 제품.
  12. 청구항 11항에 있어서, 가전제품의 외장 부품인 고분자 제품.
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