KR20210082519A - 고용접선 강도 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금 및 그 제조 방법 - Google Patents

고용접선 강도 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고용접선 강도 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금을 개시하였으며, 중량부에 따라 계산하면, 폴리프로필렌 5-40 중량부; 폴리카보네이트 40-85 중량부; 에틸렌 공중합체 화합제 1-15 중량부를 포함한다. 고용접선 강도 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금은 고용접선 강도, 양호한 용융 지수 및 우수한 화학적 저항성능을 구비한다.

Description

고용접선 강도 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금 및 그 제조 방법
본 발명은 고분자 재료 기술분야에 속하며, 특히 고용접선 강도 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
폴리카보네이트(PC)는 성능이 우수한 엔지니어링 플라스틱이며, 우량한 역학 성능 및 우수한 치수 안정성을 구비하고, 열 안정성, 내후성, 크리프 내성 및 내열성이 양호하다. 그러나 PC분자 체인은 강성 라디칼을 구비하며, 따라서 그 멜트 점도가 높으며, 또한, 제조품의 화학적 저항성이 나쁘다.
폴리프로필렌과 폴리카보네이트를 혼합하면 폴리카보네이트의 유동성을 제고시킬 수 있어, 가공 성능을 제고시킬 수 있으며, 가공 성능이 양호하고 화학적 저항성이 우수한 재료를 획득할 수 있다. 그러나 해당 합금은 호환성이 나쁘고, 용접선 강도가 낮으며, 화학제품 성능이 부족하여, 취약점으로써 부품의 단절 및 실효를 용이하게 야기한다.
본 발명의 목적은, 상기 기술 결함들을 극복하기 위한 것이며, 고용접선 강도 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금을 제공하며 우수한 내열 노화 성능을 구비한다.
본 발명의 다른 일 목적은, 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 아래와 같은 기술방안을 통해 구현된다:
고용접선 강도 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금에 있어서, 중량부에 따라 계산하면,
폴리프로필렌 5-40 중량부;
폴리카보네이트 40-85 중량부;
에틸렌 공중합체 화합제 1-15 중량부의 구성을 포함한다.
상기 폴리프로필렌은 공폴리프로필렌, 호모폴리프로필렌 중의 적어도 하나로부터 선택된다.
상기 에틸렌 공중합체 화합제는 아크릴산의 에틸렌 공중합체, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 스티렌 부타디엔 스티렌 공중합체, 스티렌 에틸렌 부타디엔 스티렌 공중합체, 스티렌 에틸렌 프로필렌 스티렌 공중합체 중의 적어도 하나로부터 선택되며; 상기 아크릴산의 에틸렌 공중합체는 에틸렌 메타크릴산 공중합체, 에틸렌 아크릴산 에틸 공중합체, 에틸렌 아크릴산 부틸 공중합체 중의 적어도 하나로부터 선택된다. 바람직하게, 상기 에틸렌 공중합체 화합제는 아크릴산의 에틸렌 공중합체로부터 선택된다.
바람직하게, 상기 에틸렌 공중합체 화합제는 반응 활성 그룹이 함유된 에틸렌 공중합체 화합제로부터 선택되며, 에틸렌 공중합체는 아크릴산의 에틸렌 공중합체, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 스티렌 부타디엔 스티렌 공중합체, 스티렌 에틸렌 부타디엔 스티렌 공중합체, 스티렌 에틸렌 프로필렌 스티렌 공중합체 중의 적어도 하나로부터 선택되며, 반응 활성 그룹은, 무수마레인산 그룹, 에폭시 그룹 중의 적어도 한가지이며, 반응 활성 그룹의 접목률(grafting ratio)은 0.1-15%이며; 상기 아크릴산의 에틸렌 공중합체는 에틸렌 메타크릴산 공중합체, 에틸렌 아크릴산 에틸 공중합체, 에틸렌 아크릴산 부틸 공중합체 중의 적어도 하나로부터 선택된다. 바람직하게, 상기 에틸렌 공중합체 화합제는 아크릴산의 에틸렌 공중합체로부터 선택된다.
상기 폴리카보네이트는 방향족 폴리카보네이트, 지방족 폴리카보네이트, 방향족 지방족 폴리카보네이트로부터 선택되고; 바람직하게, 상기 폴리카보네이트의 중량 평균 분자량은 1.8만-2.8만이다.
중량부로 계산하면, 0-10 중량부의 가공 보조제 및/또는 첨가제를 더 포함한다.
더 나아가서, 본 발명은 폴리프로필렌, 에틸렌 공중합체 화합제에 대한 선택을 통해 본 발명의 용접선 강도가 더 제고되도록 한다.
폴리카보네이트와 폴리프로필렌은 합금으로 용융 혼합된 후, 폴리프로필렌은 분산상, 폴리카보네이트는 연속상인 상태 구조를 형성한다. 용접선 강도의 크기는 용접선 위치 분산상의 입자반경, 방향 및 폴리카보네이트와 폴리프로필렌 사이의 표면 장력에 의해 공동 결정된다. 분산상의 입자반경이 작을 수록, 방향이 작을 수록, 표면 장력이 작을 수록 용접선 강도가 크다. 입자반경은 계산식으로부터 알 수 있듯이, 분산상 용융 지수가 크면, EDK가 작고, 보다 용이하게 분산상의 입자반경을 감소시키나; 고분자의 확산이론에 따르면, 분산상 용융 지수는 방향의 증대를 야기하며, 따라서 분산상 용융 지수의 선택은 입자 반경과 방향이 밸런스되도록 선택해야 하며, 최대 한도에서 입자반경을 감소시키는 동시에 비교적 작은 방향을 유지해야만 고용접선 강도를 얻을 수 있다.
Figure pct00001
φ: 분산상 체적 분율(volume fraction); Pr: 충돌 확률; γ: 계면 결합력; σ12: 전단 응력.
또한, 일반적인 에틸렌 공중합체 화합제(compatibilizer)는 B-D형 접목 공중합체이며, B체인 부분 에틸렌 분자체인 부분은 폴리프로필렌 구조와 유사하며, 유사한 화합으로 그와 폴리프로필렌의 화합성은 매우 양호하며; 또한, D체인 부분은 폴리카보네이트의 단기와 화학반응이 존재하며, D체인 부분은 화학 결합으로 폴리카보네이트와의 결합하여 폴리카보네이트와의 화합성을 상응하게 제고시키며, 즉, 화합제는 브릿지 물질로써 폴리프로필렌과 폴리카보네이트를 연결하여 양자의 화합성을 제고시키고 표면 장력을 감소시킨다. 따라서, 폴리프로필렌과 폴리카보네이트의 합금에 에틸렌 공중합체 화합제를 추가 후 간접적으로 분산상의 입자반경을 감소시킨다. 그러나, 화합성의 제고로 인해 분자 체인 사이의 상호 작용력도 증가되며, 함금 시스템의 용융 지수를 감소시킨다.
에틸렌 공중합체 화합제의 용융 지수는 확산 정도와 속도에 영향을 준다. 용융 지수가 너무 낮을 경우, 용융 상태에서, 에틸렌 공중합체 화합제의 확산은 늦어지고, 화합제 증가 작용을 발휘할 수 없다. 용융 지수가 일정 정도에 도달 후, 에틸렌 공중합체 화합제는 분산상과 연속상의 계면으로 용이하게 확산되며, 합금 분산상과 연속상을 연결하여 계면 접합력을 제고시키고, 응력의 전달을 통해 분산상의 입자반경을 감소시키고 합금의 용접선 강도를 제고시킨다. 그러나 에틸렌 공중합체 화합제의 용융 지수는 너무 높아지고, 오히려 에틸렌 공중합체 화합제가 감소되며, 분산상, 연속상 두 상 사이가 서로 관통되는 정도로 되며, 용접선 강도를 감소시킨다.
에틸렌 공중합체 화합제의 활성 그룹 수량 및 유형은 폴리카보네이트와의 반응 활성에 영향을 주며, 반응 활성 그룹은 폴리카보네이트와의 반응 정도를 증가하며, 공간 입체 장애와 분자 간 작용력의 제고로 인해 용접선 강도를 제고시키고, 합금의 용융 지수를 감소시킨다.
종합하면, 본 발명은 40g/10min-150g/10min, 테스트 조건 230℃, 2.16kg의 용융 지수 범위내에서 폴리프로필렌의 용융 지수를 제고시키는 것을 통해, 최대 한도에서 입자 반경을 감소시키는 동시에 비교적 작은 선택 방향을 유지하며, 에틸렌 공중합체 화합제를 선택하여 간접적으로 분산상의 입자반경을 감소시키며; 이를 통해, 본 발명의 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금에서, 분산상 입자 반경은 작고, 선택 방향도 작으며, 최종적으로 폴리카보네이트 합금의 용접선 강도를 제고시킨다.
아크릴산의 에틸렌 공중합체는 비교적 높은 용체 강도를 구비하며, 극성 그룹은 폴리카보네이트와 유사 화합되며, 따라서 폴리카보네이트 합금의 용접선 강도를 뚜렷하게 개선시킬 수 있다.
본 발명의 고용접선 강도 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금의 용접선 강도는 60% 이상이고, 용융 지수는 10g/10min이상이며, 용접선 강도 테스트는 ASTM D638 기준에 따라 테스트하며, 용융 지수의 테스트 조건은 260℃, 2.16kg이며; 더 바람직하게, 상기 고용접선 강도 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금의 용접선 강도는 65%이상이고, 용융 지수는 10g/10min이상이며, 용접선 강도 테스트는 ASTM D638 기준에 따라 테스트하며, 용융 지수의 테스트 조건은 260℃, 2.16kg이다.
고용접선 강도 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금의 제조 방법에 있어서, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 에틸렌 공중합체 화합제, 가공 보조제 및/또는 첨가제를 비례에 따라 고속 믹서기에서 균일하게 혼합하고; 그 후 이축 압출기에 추가하여 220℃-240의 온도에서 용융 혼합을 진행한 후 조립, 냉각, 건조하여 고용접선 강도 폴리카보네이트 합금을 얻는 단계를 포함한다.
용접선 강도가 60% 이상이고, 용융 지수가 10g/10min 이상인 고용접선 강도 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금을 얻기 위해, 상기 폴리프로필렌의 용융 지수는 40g/10min-150g/10min보다 크고, 테스트 조건은 230℃, 2.16kg이다. 바람직하게, 상기 폴리프로필렌의 용융 지수는 60g/10min-150g/10min보다 크고, 테스트 조건은 230℃, 2.16kg이다.
상기 에틸렌 공중합체 화합제의 용융 지수는 0.2g/10min-50g/10min, 테스트 조건은 190℃, 2.16kg이며; 바람직하게, 상기 에틸렌 공중합체 화합제의 용융 지수는 0.4g/10min-35g/10min 이상이며, 테스트 조건은 190℃, 2.16kg이다.
본 발명은 아래와 같은 유익한 효과를 가진다:
본 발명은 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금에 에틸렌 공중합체 화합제를 추가하는 것을 통해 합금의 용접선 강도 및 화학적 저항성능을 제고시키고; 더 나아가서, 본 발명은 아크릴산의 에틸렌 공중합체는 합금의 용접선 강도 및 화학적 저항성능에 대한 제고가 비교적 큰 것을 발견하였으며; 더 나아가서, 본 발명은 폴리프로필렌, 에틸렌 공중합체 화합제의 용융 지수에 대해 최적화를 진행하였으며, 얻은 합금의 용접선 강도는 더 제고되며; 본 발명은 또한, 폴리카보네이트의 중량 평균 분자량도 합금의 용접선 강도 및 화학적 저항성능에 영향을 주는 것을 발견하였으며, 즉, 폴리카보네이트의 중량 평균 분자량이 1.8만-2.8만일 시, 합금의 용접선 강도 및 화학적 저항성능은 비교적 양호하다. 종합하면, 본 발명의 공용접선 강도 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금은 고용접선 강도, 우수한 화학적 저항성능 등 장점을 구비한다.
이하, 구체적인 실시방식을 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하며, 이하의 실시예는 본 발명의 비교적 바람직한 실시방식이나, 본 발명의 실시방식은 하기 실시예의 제한을 받지 않는다.
실시예, 비교예의 원료는 시중 판매하는 것이며, 구체적으로 다음과 같다.
폴리프로필렌: 공폴리프로필렌.
EMA: 에틸렌 메타크릴산 공중합체;
EEA: 에틸렌 아크릴산 에틸 공중합체;
EMA-g-GMA: 에폭시 그룹 접목 에틸렌 메타크릴산(GMA는 에폭시 그룹);
EVA: 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체;
SEBS: 스티렌 에틸렌 부타디엔 스티렌 공중합체;
화합제(B): PP-G-MAH(무수 마레인산 접목 폴리프로필렌);
폴리카보네이트(A): 방향족 폴리카보네이트, 중량 평균 분자량은 2.8만;
폴리카보네이트(B): 지방족 폴리카보네이트, 중량 평균 분자량은 1.8만;
폴리카보네이트(C): 방향족 폴리카보네이트, 중량 평균 분자량은 8천;
폴리카보네이트(D): 방향족 폴리카보네이트, 중량 평균 분자량은 3만;
노화 방지제: 산화 방지제: 자외선 노화 방지제=1: 1.
실시예와 비교예 중 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금의 제조 방법은, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 화합제, 가공 보조제 및/또는 첨가제를 비례에 따라 고속 믹서기에서 균일하게 혼합하고; 그 후, 이축 압출기에 추가하여 220℃-240℃의 온도에서 용융 혼합을 진행한 후 조립, 냉각, 건조하여 고용접선 강도 폴리카보네이트 합금을 얻는 단계를 포함한다.
각 테스트 방법은 아래와 같다:
(1) 합금 용융 지수(MFR): ASTM D1238에 따라 측정하며, 폴리카보네이트 합금 테스트 조건은 260℃, 2.16kg이고;
(2) 화학적 저항성능: 해당 시료를 다양한 화학제품(메탄올, 10%황산, 이소포론, 아세톤, 콩기름, 잉크)에 7일 액침시키고, 육안으로 시료를 관찰하여 화학적 저항성을 평가한다. 4개의 등급으로 구분하며: 외관이 아무 변화가 없을 시 "우(excellent)"로 표시하고, 조금 팽윤될 시 "양(good)"으로 표시하며, 미량 균열을 "중(medium)"으로, 대량 균열 또는 단열을 "차(poor)"로 표시한다.
(3) 용접선 강도: 용접선 계수를 사용하여 FKL로 표시:
FKL=TSX/TS0Х100%,
TSX는 용접선 인장 강도이고, TS0는 무용접선 인장 강도이며, ASTM D638기준을 사용하여 테스트한다.
[표 1]
Figure pct00002
[표 2]
Figure pct00003
[표 3]
Figure pct00004
실시예 1-7 및 비교예 4로부터 알 수 있듯이, 에틸렌 공중합체 화합제 용융 지수의 상승에 따라, 제품의 용융 지수는 상승되고, 용접선 강도는 역 U 형상을 나타내며, 에틸렌 공중합체 화합제의 용융 지수가 0.4-35g/10min(테스트 조건 190℃, 2.16kg)일 시, 제품의 용접선 강도, 화학적 저항성능은 모두 대폭 하강된다.
실시예 3/8-11로부터 알 수 있듯이, 폴리올레핀 용융 지수의 상승에 따라, 제품의 용접선 강도, 용융 지수는 상승된다.
실시예 10 및 실시예 15-17로부터 알 수 있듯이, 반응 활성 그룹을 함유한 에틸렌 공중합체 화합제는 반응 활성 그룹을 함유하지 않는 에틸렌 공중합체 화합제에 비해, 용접선 강도를 더 제고시킬 수 있다.
실시예 1/12/13/14로부터 알 수 있듯이, 아크릴산의 에틸렌 공중합체를 화합제로 하는 제품의 각 항 성능은 비교적 양호하다.
실시예 3 및 비교예 3으로부터 알 수 있듯이, 폴리올레핀의 용융 지수가 30g/10min(테스트 조건 230℃, 2.16kg)일 시, 제품의 용접선 강도는 대폭 하강되며, 용융 지수는 비교적 낮다.
실시예 10/18-20으로부터 알 수 있듯이, 중량 평균 분자량이 1.8-2.8만인 폴리카보네이트로 제조하여 얻은 제품의 용접선 강도는 비교적 높다.

Claims (10)

  1. 고용접선 강도 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금에 있어서, 중량부에 따라 계산하면,
    폴리프로필렌 5-40 중량부;
    방향족 폴리카보네이트 40-85 중량부;
    에틸렌 공중합체 화합제 1-15 중량부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고용접선 강도 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌은 공폴리프로필렌, 호모폴리프로필렌 중의 적어도 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고용접선 강도 폴리프로필렌/폴리카보네이트 합금.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 에틸렌 공중합체 화합제는 아크릴산의 에틸렌 공중합체, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 스티렌 부타디엔 스티렌 공중합체, 스티렌 에틸렌 부타디엔 스티렌 공중합체, 스티렌 에틸렌 프로필렌 스티렌 공중합체 중의 적어도 하나로부터 선택되며; 상기 아크릴산의 에틸렌 공중합체는 에틸렌 메타크릴산 공중합체, 에틸렌 아크릴산 에틸 공중합체, 에틸렌 아크릴산 부틸 공중합체 중의 적어도 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고용접선 강도 폴리카보네이트 합금.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 에틸렌 공중합체 화합제는 아크릴산의 에틸렌 공중합체로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고용접선 강도 폴리카보네이트 합금.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 에틸렌 공중합체 화합제는 반응 활성 그룹이 함유된 에틸렌 공중합체 화합제로부터 선택되며, 에틸렌 공중합체는 아크릴산의 에틸렌 공중합체, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 스티렌 부타디엔 스티렌 공중합체, 스티렌 에틸렌 부타디엔 스티렌 공중합체, 스티렌 에틸렌 프로필렌 스티렌 공중합체 중의 적어도 하나로부터 선택되며, 반응 활성 그룹은, 무수마레인산 그룹, 에폭시 그룹 중의 적어도 한가지이며, 반응 활성 그룹의 접목률은 0.1-15%이며; 상기 아크릴산의 에틸렌 공중합체는 에틸렌 메타크릴산 공중합체, 에틸렌 아크릴산 에틸 공중합체, 에틸렌 아크릴산 부틸 공중합체 중의 적어도 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고용접선 강도 폴리카보네이트 합금.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 에틸렌 공중합체 화합제는 아크릴산의 에틸렌 공중합체로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고용접선 강도 폴리카보네이트 합금.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리카보네이트는 방향족 폴리카보네이트, 지방족 폴리카보네이트, 방향족 지방족 폴리카보네이트로부터 선택되고; 상기 폴리카보네이트의 중량 평균 분자량은 1.8만-2.8만이며; 중량부로 계산하면, 0-10 중량부의 가공 보조제 및/또는 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고용접선 강도 폴리카보네이트 합금.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 고용접선 강도 폴리카보네이트 합금의 용접선 강도는 60% 이상이고, 용접선 강도 테스트는 ASTM D638 기준에 따라 테스트하며, 바람직하게, 상기 고용접선 강도 폴리카보네이트 합금의 용접선 강도는 65%이상이며, 용접선 강도 테스트는 ASTM D638 기준에 따라 테스트하는 것을 특징으로 하는 고용접선 강도 폴리카보네이트 합금.
  9. 제 7 항의 고용접성 강도 폴리카보네이트 합금의 제조 방법에 있어서,
    폴리카보네이트, 폴리올레핀, 에틸렌 공중합체 화합제, 가공 보조제 및/또는 첨가제를 비례에 따라 고속 믹서기에서 균일하게 혼합하고; 그 후 이축 압출기에 추가하여 220℃-240℃의 온도에서 용융 혼합을 진행한 후 조립, 냉각, 건조하여 고용접선 강도 폴리카보네이트 합금을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고용접선 강도 폴리카보네이트 합금의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 폴리올레핀의 용융 지수는 40g/10min-150g/10min보다 크고, 테스트 조건은 230℃, 2.16kg이며; 바람직하게, 상기 폴리올레핀의 용융 지수는 60g/10min-150g/10min보다 크고, 테스트 조건은 230℃, 2.16kg이며; 상기 에틸렌 공중합체 화합제의 용융 지수는 0.2g/10min-50g/10min, 테스트 조건은 190℃, 2.16kg이며; 바람직하게, 상기 에틸렌 공중합체 화합제의 용융 지수는 0.4g/10min-35g/10min 이상이며, 테스트 조건은 190℃, 2.16kg인 것을 특징으로 하는, 고용접선 강도 폴리카보네이트 합금의 제조 방법.
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