KR20230019106A - 몰딩 컴파운드를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

몰딩 컴파운드를 제조하기 위한 방법 Download PDF

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KR20230019106A
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데니스 슈나이더
마티아스 벨츠너
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슈테틀러 마르스 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Abstract

본 발명은 적어도 결합제 및 연화제로 구성되고, 결합제 및 연화제가 플라스티졸의 형태이고, 플라스티졸이 본질적으로 PVC 및 가소제를 포함하는, 몰딩 컴파운드를 제조하는 방법으로서, 제조 방법은 제1 단계에서, PVC 분말 및 가소제의 양을 임의로 다른 혼합물 및/또는 첨가제와 함께 혼합하는 단계, 및 혼합 공정을 대략 55℃ 내지 70℃의 혼합 온도에서 수행하는 단계를 가짐을 특징으로 한다.

Description

몰딩 컴파운드를 제조하기 위한 방법
본 발명은 몰딩 컴파운드(molding compound)를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
물체를 성형하기 위한 플라스틱 몰딩 컴파운드 및 이의 제조 방법은 원칙적으로 공지되어 있다. 물체는 산업용으로 수동으로 또는 기계적으로 설계될 수 있다.
몰딩 컴파운드는 또한 소위 점토, 또는 폴리머 함유 컴파운드의 경우, 소위 폴리머 점토를 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 몰딩 컴파운드는 오늘날의 일상 생활에서 매우 광범위한 용도를 갖는다.
모델링 컴파운드 형태의 몰딩 컴파운드는 종래 기술로부터의 예로서 선택된다.
DE 25 15 757 C3는 손으로 변형되고 가열에 의해 경화될 수 있는 플라스틱 컴파운드를 개시한다.
이러한 컴파운드는 실질적으로 폴리비닐 클로라이드(PVC), 충전제 및 프탈레이트 함유 가소제로 구성된다.
DE 10 2005 059 143 A1은 또한 프탈레이트 함유 가소제를 사용하지 않는 모델링 컴파운드를 개시한다.
선택된 종래 기술에 따른 이러한 컴파운드의 단점은 이들이 에이징(aging)에 내성이 없고, 예를 들어 모델링 컴파운드의 블록이, 심지어 미개봉 포장에서도 장기간 저장 후 경도 증가를 나타낸다는 것이다. 결과적으로, 모델링 컴파운드는 사용자가 혼련하기(knead) 어렵다.
이러한 문제는 여전히 에이징의 이상적인 경우를 나타내는데, 그 이유는 긴 저장 시간이 심지어 모델링 컴파운드의 블록 및 또한 일반적으로 몰딩 재료가 더 이상 손으로 혼련될 수 없음으로 인해 사용할 수 없게 되기 때문이다.
이는 컴파운드의 가소제가 이미 실온에서 상호작용을 나타낸다는 사실에 기인한다. 이는 경화되지 않은 상태의 PVC 함유 모델링 컴파운드의 에이징 공정으로 지칭된다.
언급된 종래 기술에 따른 모델링 컴파운드의 경우, 분말형 원료는 20℃ 내지 30℃의 온도에서 가소제와 혼합된다. 25 내지 30 중량%의 가소제 흡수가 달성된다. 개별 PVC 응집체는, 예를 들어, 더 긴 저장 동안 시간 경과에 따라 붕해되며, 이는 차례로 PVC 그레인(grain)의 표면이 증가하였기 때문에 가소제에 대한 필요성을 발생시킨다.
이 경우, 모델링 컴파운드의 부드러운 혼련/혼련 거동을 주로 담당하는 PVC 입자 사이의 중간 공간에 초기에 저장된 가소제는 더 이상 존재하지 않는다. 대신, 가소제는 붕해된 응집체의 새로 생성된 표면 상에 축적된다. 경화되지 않은 모델링 컴파운드의 경도는 이러한 현상의 결과로서 시간이 지남에 따라 증가한다.
따라서, 본 발명의 목적은 언급된 단점을 갖지 않는 몰딩 컴파운드를 제조하기 위한 방법을 제공하고, 특히 비경화 상태의 PVC 함유 몰딩 컴파운드의 저장 동안 에이징 공정을 최소화하여 더 큰 저장 안정성을 보장하는 것이며, 이는 특정 소비자 이점을 나타낸다.
상기 목적은 청구항 1에 포함된 특징으로 달성된다. 본 발명에 따른 방법의 유리한 개선 및 개발은 추가 청구항들에서 포함된다.
놀랍게도, 상기 목적은 결합제(PVC 분말) 및 임의량의 가소제를 임의의 다른 보충물 및/또는 첨가제와 함께 혼합 공정 ― 혼합 공정은 55℃ 내지 70℃, 바람직하게는 58℃ 내지 65℃의 혼합 온도에서 수행됨 ―에 적용함으로써, 몰딩 컴파운드를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법으로 달성될 수 있는 것으로 나타났다.
몰딩 컴파운드는 본 발명에 따른 방법에서 성분으로서 다음을 포함한다:
20 - 68 중량% 결합제,
32 - 60 중량% 가소제,
0 - 40 중량% 충전제 및
0 - 20 중량% 다른 첨가제
몰딩 컴파운드의 바람직한 구체예는 방법에서 다음을 포함한다:
40 - 68 중량% 결합제,
35 - 55 중량% 가소제,
0 - 40 중량% 충전제 및
0 - 20 중량% 다른 첨가제
몰딩 컴파운드의 특히 바람직한 구체예는 다음을 포함한다:
45 - 63 중량% 결합제
38 - 52 중량% 가소제
0 - 17 중량% 충전제
0 - 15 중량% 다른 첨가제
놀랍게도, 몰딩 컴파운드의 PVC 시스템에 더 많은 양의 가소제를 수용/도입함으로써, 시간 경과에 따른 컴파운드의 경도 증가가 감소되고, 이에 따라 저장 안정성이 유의하게 개선되는 것으로 나타났다.
또한, 놀랍게도 PVC 분말에 첨가되는 가소제가 많을수록 경화 공정 후 컴파운드의 생성된 가요성이 더 높은 것으로 밝혀졌다. 상기 더 높은 가소제 함량은 경화된 컴파운드의 가요성을 상당히 증가시킨다.
또한, 놀랍게도 본 발명에 따른 방법은 경화 공정 후에 더 큰 투명성을 달성하기 위해 사용될 수 있는 것으로 나타났다.
본 발명에 따른 방법을 사용하여 제조된 몰딩 컴파운드는 결합제 ― 결합제는 플라스티졸의 형태이고, 플라스티졸은 실질적으로 PVC 및 가소제를 포함함 ― 및 임의로 다른 보충물 및/또는 첨가제로 구성된다. 몰딩 컴파운드는, 예를 들어, 추가 보충물 및/또는 첨가제로서 적어도 하나의 충전제를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 몰딩 컴파운드는 혼합물 중 가소제의 함량이 조정되어 가소제가 PVC 입자의 표면에 그 자체로 부착되고 고체 입자 사이의 중간 공간에 저장되어 "혼련가능 저항"이 형성되도록 조정될 때 존재한다. 가소제 함량이 너무 낮으면, 즉, 가소제가 중간 공간에도 존재하지 않고 고체 입자의 표면 상에만 축적되는 경우, 몰딩 컴파운드가 수동으로 처리되든 또는 기계로 처리되든 상관없이 컴파운드가 너무 단단하거나 성형하기가 매우 어렵다.
한편, 고체 입자의 표면 및 고체 입자 사이의 중간 공간이 가소제로 완전히 덮이거나 심지어 과포화될 경우, 생성된 몰딩 재료는 너무 많이 유동하여 더 이상 제어된 방식으로 성형될 수 없을 것이다.
본 발명에 따른 방법의 원리를 예시하기 위해, 모델링 물질과 관련하여 종래 기술에 비해 본 발명을 명확하게 예시하도록 모델링 물질을 설명에 사용하였다.
이제 성형 설계된/모델링된 소재 및 물체를 영구적인 고체 상태로 전환시키기 위해 열이 공급되어야 한다. 예를 들어, 모델링 컴파운드의 경우, 이는 소위 베이킹 경화로 지칭된다. 가소제 또는 가소제 함량은 경화 공정을 담당하며, 이는 PVC와의 상호작용으로 인해 컴파운드가 경화되게 한다.
그러나, 가소제는 실온에서 저장되는 경우에도 PVC 과립 또는 PVC 고체 입자에 대해 특정 친화성을 가지며, 부분적으로 응집체로 구성된 PVC 과립이 분해되어 새로운 표면/표면적을 생성하도록 하는 것으로 나타났다. 중간 공간에 저장된 가소제는 상기 새로 생성된 표면을 통해 상기 새로 생성된 표면으로 이동한다. 결과적으로, 중간 공간에서 액체 가소제 성분의 부족으로 인해 성형성(moldability)이 감소하기 때문에 몰딩 컴파운드의 경도가 증가한다.
특정 이점은 응집체 붕해(= 에이징 공정)가, 더 높은 온도에서 그리고 더 많은 양의 가소제와 혼합함으로써 본 발명에 따른 방법을 사용하는 제조 공정에서 진행될 수 있다는 것이다.
이는, 예를 들어, "제조 공정 동안 에이징 공정"이 개시된 후 표적화된 방식으로 가소제를 첨가함으로써, 시간 경과에 따른 비경화 컴파운드의 저장 안정성 또는 경도의 증가를 궁극적으로 개선시킨다.
몰딩 컴파운드에서 가소제의 증가된 비율/함량으로부터 초래된 추가 이점은 시스템에서 겔화하는 능력이 경화 공정 동안 개선되어, 경화 후 더 큰 탄성을 초래한다는 것이다. 놀랍게도, 베이킹 경화 후 투명도는 더 높은 온도 및 관련 가소제 함량에서의 혼합 및 충전제 및/또는 첨가제 사용의 감소에 의해 상당히 증가될 수 있는 것으로 나타났다.
본질적으로 PVC의 형태인 사용된 결합제, 및 첨가된 가소제는 플라스티졸을 형성한다. PVC는 특히, 에멀젼화제 함유 또는 비함유 에멀젼 PVC, 현탁액 PVC 및 마이크로비드 현탁액 PVC 또는 개별 PVC 유형의 혼합물로서 존재할 수 있다.
프탈레이트 비함유 및/또는 프탈레이트 함유 가소제가 가소제로서 사용될 수 있다.
총 가소제 함량은 32 내지 60 중량%, 바람직한 구현예에서 35 내지 55 중량%, 및 특히 바람직한 구현예에서 38 내지 53 중량%이다.
프탈레이트 비함유 가소제는 시트르산, 아디프산 및/또는 벤조에이트 에스테르를 기반으로 한다.
프탈레이트 비함유 가소제는, 예를 들어, 아세틸 트리부틸 시트레이트, 트리(2-에틸헥실) 아세틸 시트레이트, 트리옥틸 시트레이트, 트리데실 시트레이트, 트리부틸 시트레이트, 트리헥실 시트레이트, 트리에틸 시트레이트, 디옥틸 아디페이트, 디이소데실 아디페이트, 디이소노닐 아디페이트, 비스(2-에틸헥실) 아디페이트, 디이소노닐 1,2-사이클로헥산디카르복실레이트, 모노글리세리드의 아세트산 에스테르, 벤조에이트 또는 상기 물질 중 적어도 2개의 혼합물이다. 가소제는 벤조에이트 또는 벤조에이트 에스테르의 그룹에 추가로 속할 수 있다. 이의 2,2,4-트리에틸-1,3-펜탄디일 디벤조에이트 및 이의 유도체, 트리에틸렌 글리콜 디벤조에이트, 디에틸렌 글리콜 디벤조에이트, 디에틸렌 글리콜 모노벤조에이트 및/또는 프로필렌 글리콜 디벤조에이트가 예로서 언급된다. 상기 언급된 모든 가소제의 임의의 혼합물이 가능하다.
프탈레이트 함유 가소제의 예는 디-2-에틸헥실 프탈레이트, 디트리데실 프탈레이트 및 디부틸 프탈레이트이다.
프탈레이트 함유 가소제의 임의의 혼합물이 가능하다. 프탈레이트 비함유 및 프탈레이트 함유 가소제로 구성된 가소제의 혼합물을 사용하는 것이 또한 가능하다.
본 발명의 방법의 바람직한 구현예는 프탈레이트 함유 가소제를 함유하지 않는 몰딩 컴파운드의 제조이다.
안정화제는 PVC 안정성을 개선한다. 즉, 안정화제는 특히 염화수소의 분리를 방지한다. 무엇보다도, 칼슘, 아연, 주석, 마그네슘, 나트륨, 칼륨 금속의 무기 및 유기 염, 예를 들어, 칼슘 스테아레이트, 나트륨 스테아레이트, 칼륨 스테아레이트, 아연 스테아레이트, 마그네슘 스테아레이트, 주석 스테아레이트 및/또는 금속 염의 혼합물이 이를 위해 사용된다.
< 250 ㎛, 바람직하게는 100 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖는 무기 및 유기 충전제, 예를 들어, 카올린, 백악, 실리카, 탈크, 수산화알루미늄 및/또는 분말형 점토가 충전제로서 실질적으로 사용된다.
금속 글리터(metal glitter), 글리터 분말 및 글리터 플레이크 또는 상기 물질의 혼합물은, 예를 들어, 특수 광학 효과를 달성하기 위해 추가 충전제로서 존재할 수 있다.
소위 경량 충전제가 또한 충전제로서 사용될 수 있거나, 언급된 다른 충전제가 혼합될 수 있다. 경량 충전제의 예는 중공 구체, 특히, 예를 들어, 3M사 또는 Lehmann & Voss로부터의 중공 유리 미소구체이다. 경량 충전제의 함량에 따라, 유리하게는 0.3 내지 1.1 g/ml의 범위인 원하는 밀도가 설정될 수 있다. 상업적으로 이용 가능한 경량 충전제의 크기는 또한 자유롭게 선택될 수 있으며, 이의 크기는 바람직하게는 10 내지 400 ㎛의 범위이다.
또한, 폴리머를 기반으로 하는 충전제가 또한 사용될 수 있다. PAMA, PMMA 및/또는 폴리에틸렌이 이 그룹의 예로서 명명된다.
안료는 분말 안료, 바람직하게는 아조 비함유 컬러 안료, 효과 안료 및/또는 아조 비함유 레이크 염료(laked dye)로서 순수한 형태의 착색제로서 존재할 수 있다. 다수의 가능한 착색 안료는 다음을 포함한다: 피그먼트 옐로우 14(Pigment Yellow 14)(C.I. 21095), 피그먼트 레드 254(Pigment Red 254)(C.I. 56110), 피그먼트 오렌지 34(Pigment Orange 34)(C.I. 21110), 피그먼트 레드 122(Pigment Red 122)(C.I. 73915), 피그먼트 그린 7(Pigment Green 7)(C.I. 74260), 피그먼트 화이트 6(Pigment White 6)(C.I. 77891), 피그먼트 블랙 7(Pigment Black 7)(C.I. 77266), 피그먼트 레드 101(Pigment Red 101)(C.I. 77491), 피그먼트 바이올렛 23(Pigment Violet 23)(C.I. 51319), 피그먼트 블루 29(Pigment Blue 29)(C.I. 77007), 피그먼트 옐로우 185(Pigment Yellow 185)(C.I. 56290), 피그먼트 옐로우 1(Pigment Yellow 1)(C.I. 11680), 피그먼트 레드 48:2(Pigment Red 48:2)(C.I. 15865:2), 피그먼트 레드 53:1(Pigment Red 53:1)(C.I. 15585:1), 피그먼트 오렌지 34(Pigment Orange 34)(C.I. 21115), 피그먼트 옐로우 83(Pigment Yellow 83)(C.I. 21108) 및 피그먼트 블루 15(Pigment Blue 15)(C.I. 74160).
이러한 착색제의 첨가는 몰딩 컴파운드에 화려한 외관을 제공한다.
진주광택 안료, 운모 철 금속 광택 안료, 폴리에스테르 글리터 안료 및 발광 안료가 추가 착색제로서 특정될 수 있다.
여기서, 상이한 색상의 몰딩 컴파운드가 또한 요망에 따라 서로 블렌딩, 혼합 또는 혼련되어 마블링 효과를 야기할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 몰딩 컴파운드를 사용하는 프레임워크 실시예 및 일부 포뮬레이션 실시예를 사용하여 더욱 상세히 예시될 것이다.
몰딩 컴파운드에 대한 프레임워크 실시예 1
20 - 68 중량%의 결합제
32 - 60 중량%의 가소제
0 - 40 중량%의 충전제
0 - 20 중량%의 다른 첨가제
프레임워크 실시예 2 - 바람직한 조성물
40 - 68 중량%의 결합제
35 - 55 중량%의 가소제
0 - 20 중량%의 충전제
0 - 20 중량%의 다른 첨가제
프레임워크 실시예 3 - 특히 바람직한 조성물
45 - 63 중량%의 결합제
38 - 53 중량%의 가소제
0 - 17 중량%의 충전제
0 - 15 중량%의 다른 첨가제
안정화제, 공동-안정화제, 착색제 및/또는 충전제는 사용될 수 있는 다른 첨가제의 예이다.
포뮬레이션 실시예 1 - 황색 몰딩 컴파운드
51 중량%의 E-PVC 및 S-PVC
42 중량%의 ATBC를 기반으로 하는 가소제
6 중량%의 안정화제
0.5 중량%의 충전제
0.5 중량%의 Pigment Yellow 83
포뮬레이션 실시예 2 - 경화 후 투명한 몰딩 컴파운드
48 중량%의 E-PVC 및 S-PVC
52 중량%의 ATBC를 기반으로 하는 가소제
종래 기술 - DE 10 2005 059 143에 따른 비교 포뮬레이션
59 중량%의 PVC
24 중량%의 시트르산을 기반으로 하는 가소제
1 중량%의 안정화제
7 중량%의 공동-안정화제
4 중량%의 충전제
1 중량%의 Pigment Red 254
바람직하게 사용되는 프탈레이트 비함유 가소제는 시트르산 및/또는 아디프산을 기반으로 한다.
컴파운드의 요망하는 농도는 결합제 함량 및/또는 가소제 함량을 변화시킴으로써 용이하게 조정될 수 있다.
본 발명은 하기 표에 기초하여 모델링 컴파운드를 사용하여 더욱 상세히 예시될 것이다.
표 1: 40℃에서 시간의 함수로서 비경화 컴파운드의 경도 증가.
Figure pct00001
종래 기술과 비교하여 적용 문헌에 따라 오븐에서 아직 경화되지 않은 컴파운드는 시간이 지남에 따라(30일 또는 90일) 40℃에서 저장될 때, 표 1에 제시되어 있는 바와 같이, 경도 증가가 크게 낮았다.
표 2: 경화된 모델링 컴파운드의 가요성
Figure pct00002
이러한 더 높은 파괴 강도는 "텍스처 분석기"로 결정되고 확인될 수 있다. 10 cm의 길이 및 1 cm의 직경을 갖는 둥근 파괴 막대(round fracture bar)를 시험 시편으로 제조하였다.
본 발명에 따라 제조된 몰딩 컴파운드는 자동차 구성, 가정 용품, 의료 장비, 장난감 및 식품 산업, 및 또한 상기 언급된 용도를 위한 액세서리에 사용된다.
본 발명에 따라 제조된 몰딩 컴파운드로 형성된 물품 및 물체는 열의 작용에 의해 성형된 후에 경화된다.
적어도 결합제 및 가소제로 구성되고, 결합제 및 가소제가 플라스티졸의 형태이고, 플라스티졸이 실질적으로 PVC 및 가소제를 포함하는, 몰딩 컴파운드를 제조하기 위한 방법은 PVC 분말 및 가소제의 양을 임의로 다른 보충물 및/또는 첨가제와 함께 혼합 공정에 적용함으로써 수행되고, 혼합 공정은 55℃ 내지 70℃의 혼합 온도에서 일어난다.

Claims (6)

  1. 적어도 결합제 및 가소제로 구성되고, 상기 결합제 및 상기 가소제가 플라스티졸의 형태이고, 상기 플라스티졸이 실질적으로 PVC 및 가소제를 포함하는, 몰딩 컴파운드(molding compound)를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 제조 방법이
    상기 PVC 분말 및 상기 가소제의 양을 임의의 다른 보충물 및/또는 첨가제와 함께 혼합 공정에 적용함으로써 수행되고,
    상기 혼합 공정이 55 내지 70℃의 혼합 온도에서 일어나는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 가소제 함량이 32 내지 60 중량%, 바람직하게는 35 내지 55 중량%, 및 더욱 바람직하게는 38 내지 53 중량%인 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가소제가 프탈레이트 비함유 및/또는 프탈레이트 함유 가소제로서 형성됨을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 프탈레이트 비함유 가소제가 시트르산, 아디프산 및/또는 벤조에이트 에스테르를 기반으로 함을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제3항에 있어서, 바람직하게 사용되는 프탈레이트 비함유 가소제가 아세틸 트리부틸 시트레이트, 트리(2-에틸헥실) 아세틸 시트레이트, 트리옥틸 시트레이트, 트리데실 시트레이트, 트리부틸 시트레이트, 트리헥실 시트레이트, 트리에틸 시트레이트, 디옥틸 아디페이트, 디이소데실 아디페이트, 디이소노닐 아디페이트, 디이소노닐 1,2-사이클로헥산디카르복실레이트, 모노글리세라이드의 아세트산 에스테르, 벤조에이트 또는 상기 물질 중 적어도 2개의 혼합물임을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 몰딩 컴파운드가 적어도
    20 - 68 중량%의 결합제
    32 - 60 중량%의 가소제
    0 - 40 중량%의 충전제
    0 - 20 중량%의 다른 첨가제를 포함함을 특징으로 하는, 방법.
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