KR20230167359A - 정전기 소산성 폴리아미드 조성물 및 이를 포함하는 물품 - Google Patents

정전기 소산성 폴리아미드 조성물 및 이를 포함하는 물품 Download PDF

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비자이 고팔라크리쉬난
매튜 빈센트
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솔베이 스페셜티 폴리머즈 유에스에이, 엘.엘.씨.
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Abstract

폴리아미드 조성물, 및 그러한 폴리아미드 조성물을 포함하는 성형품, 예컨대 모바일 전자 장치 구성요소가 본원에 기재된다. 폴리아미드 조성물은 폴리아미드 중합체, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브 또는 이들의 임의의 조합을 포함한 전기 전도성 재료, 및 최대 500 마이크론의 평균 길이를 특징으로 하는 3차원 구조를 갖고, 적어도 20 중량%의 유리 플레이크를 포함하는 유리 충전제를 포함한다. 폴리아미드 조성물 및 성형품은 거의 등방성인 금형 수축, 낮은 뒤틀림 및 거의 등방성인 CLTE(선형 열 팽창 계수)를 나타내고, 정전기 소산성(ESD)이다.

Description

정전기 소산성 폴리아미드 조성물 및 이를 포함하는 물품
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2021년 4월 6일자로 출원된 미국 가출원 제63/171216호 및 2021년 8월 5일자로 출원된 유럽 특허 출원 제21189881.6호에 대한 우선권을 주장하며, 상기 출원의 전체 내용은 모든 목적을 위해 본원에 참조로 포함된다.
기술분야
본 발명은 정전기 소산성 폴리아미드 조성물에 관한 것이며, 또한 그러한 중합체 조성물을 포함하거나 그로부터 제조된 물품, 예컨대 성형품, 특히 모바일 전자 장치 구성요소에 관한 것이다.
반-결정질 폴리아미드는 우수한 기계적 특성 및 가공성을 가지고 있어서, 우수한 기계적 성능을 필요로 하는 다양한 용품에 매우 적합하다. 폴리아미드 성형품은 엔지니어링 분야, 구체적으로는 자동차 분야에서의 구성요소뿐만 아니라 전자 구성요소에 광범위하게 사용된다. 중량은 줄었지만, 높은 기계적 강도를 갖는 성형품에 대한 수요로 인해, 이러한 물품은 일반적으로 충전제, 구체적으로는 섬유질 충전제에 의해 보강된다. 구체적으로 폴리프탈아미드는 높은 유리 전이 온도 Tg 및 높은 용융 온도 Tm으로부터 유래하는 고온 성능에 대해 주목받고 있다.
그러나, 반-결정질 폴리아미드는 결정화로 인해 비등방성 금형 수축(mold shrinkage)을 나타내며, 유리 섬유와 같은 섬유질 보강 충전제가 이러한 효과를 증폭시킨다. 추가적으로, 선형 열 팽창 계수 "CLTE", 또는 수분 흡수에 의한 팽창과 같은 치수 안정성은 또한 비등방성이며, 이는 반-결정질 중합체 형태 및 높은 종횡비의 보강 충전제로 인해 발생한다.
대부분의 플라스틱 수지와 마찬가지로 폴리아미드는 절연 재료이다. 실제로, 플라스틱 수지는 전형적으로 전류를 쉽게 전도하지 않으며 일반적으로 알려진 다른 절연 재료에 비해 다소 저렴하기 때문에, 종종 전기 절연 재료로 사용되는 것이 고려되는 경우가 많다. 알려진 다수의 플라스틱은 최소한 약간의 전기 절연 기능을 제공하도록 충분한 내구성 및 내열성이 있지만, 대부분의 그러한 플라스틱은 재료의 표면 상에 정전하가 축적되어 문제가 된다.
그러한 표면 전하 축적은 여러 가지 이유로 바람직하지 않을 수 있다. 그러한 재료는 때로는 매우 빠르게 방전되며, 이는 전자 구성요소를 손상시키거나, 환경에 따라 화재 또는 폭발을 유발할 수 있다. 또한, 갑작스런 정전 방전은 상기 재료를 사용하는 이들에게 불편을 줄 수 있다.
심지어 갑작스런 정전 방전이 문제가 아닌 경우에도, 정전하를 운반하는 재료 상에 전형적으로 먼지가 유인되어 축적될 것이다. 더 나아가, 정전하는 민감한 전자 구성요소 또는 장치 등에 간섭을 일으킬 수 있다.
저항률은 표면 저항률 및 체적 저항률을 포함하는 것으로 정의될 수 있다. 체적 저항률이 적절한 범위 내에 있는 경우, (일반적으로 표면을 따라) 전하가 소산될 수 있는 대안의 경로가 제공된다. 실제로, 표면 저항률은 전형적으로 정전기 소산("ESD") 중합체성 재료에 대한 주요한 중점 사항이다.
표면 저항률은 실온에서 재료의 표면에서 측정한 전기 저항 측정치이다(전형적으로 제곱당 옴 또는 "Ω/sq" 단위로 측정됨). 표면 저항률이 약 105 Ω/sq 이하인 경우, 조성물의 표면은 매우 적은 절연 능력을 갖고, 일반적으로 전기 전도성인 것으로 간주된다. 그러한 조성물은 누출 속도가 매우 높기 때문에 일반적으로 열등한 정전기 소산 중합체성 재료이다.
표면 저항률이 1012 Ω/sq 초과인 경우, 조성물의 표면은 일반적으로 절연체인 것으로 간주된다. 소정 용품에서, 그러한 조성물은 또한 표면이 정전하를 소산시키는 데 필요한 필수적인 양의 전기 전도성을 갖지 않기 때문에 열등한 정전기 소산 재료이다. 전형적으로, 표면 저항률이 약 105 내지 1012 Ω/sq인 경우, 표면과 접촉하는 임의의 전하는 쉽게 소산되거나 "붕괴"할 것이다. 표면 저항률 및 체적 저항률의 평가와 관련된 추가 정보는 미국 표준 테스트 방법 D257에서 찾을 수 있다. 중합체 조성물은 전기 전도성 첨가제를 첨가함으로써 전기 전도성으로 제조될 수 있다. 이러한 전기 전도성 첨가제에는 탄소 섬유, 탄소 블랙, 탄소 나노튜브, 그래핀 또는 흑연이 포함될 수 있다. 이러한 전기 전도성 첨가제에는 또한 계면활성제, 염, 전도성 유기 중합체 및 전도성 무기 중합체가 포함될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 정전기 소산성(ESD) 특성 및 적합한 치수 안정성을 갖는, 폴리아미드계 물품, 바람직하게는 성형품을 제조하는 데 사용되는 폴리아미드 조성물을 제공하는 것이다. 이러한 특성들의 조합으로 인해 그러한 물품은 전자 용품에 매우 적합하게 되며, 특히 엄격한 치수 공차를 가지며 최적 기능을 위해 ESD 특성을 필요로 하는 모바일 전자 장치 구성요소에 매우 적합하게 된다.
본 발명은 매우 엄격한 치수 공차를 갖는 폴리아미드계 성형품(예컨대, 모바일 전자 장치의 구성요소)에서 비등방성 금형 수축 및 치수 변화(낮은 뒤틀림(warpage)) 문제를 해결한다. "뒤틀림"이란 성형 동안 수지의 비등방성 수축에 의해 유발될 수 있는 하나 이상의 방향에서 성형품의 변형을 의미한다.
본 발명은 또한 정전하의 느린 소산을 촉진시킴으로써 작동 중에 발생하는 정전하를 축적하는 폴리아미드계 물품 또는 장치의 열등한 정전기 소산 문제를 해결한다. 전기 전도성 재료가 없으면, 폴리아미드계 물품 또는 장치는 절연될 것이고, 전하 소산이 발생하지 않을 것이다. 반면에, 너무 많은 전기 전도성 재료가 있으면, 폴리아미드계 물품 또는 장치는 매우 낮은 저항률(매우 높은 전도성)을 가져서, 이에 의해 물품 또는 장치가 접지되어 그 성능이 저하될 수 있다.
본 발명의 제1 양태는 폴리아미드 중합체, 전기 전도성 재료, 및 최대 500 마이크론의 평균 길이를 특징으로 하는 3차원 구조를 갖는 유리 충전제를 포함하는 폴리아미드 조성물에 관한 것이다.
폴리아미드 조성물은
- 적어도 20 중량%(wt%)의 폴리아미드 중합체,
- 1 중량% 초과 내지 20 중량% 이하의, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브 또는 이들의 임의의 조합을 포함한 전기 전도성 재료, 및
- 20 중량% 내지 60 중량%의, 최대 500 마이크론의 평균 길이를 특징으로 하는 3차원 구조를 갖는 유리 충전제로서, 적어도 20 중량%의 유리 플레이크를 포함하는 유리 충전제를 포함하고,
상기 중량%는 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
특정한 폴리아미드 조성물은
- 적어도 20 중량%(wt%)의 폴리아미드 중합체,
- 1 중량% 초과 내지 20 중량% 이하의, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브 또는 이들의 임의의 조합을 포함한 탄소계 전기 전도성 재료, 및
- 30 중량% 내지 55 중량%의, 유리 플레이크로 이루어진 유리 충전제를 포함하고,
상기 중량%는 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
폴리아미드 조성물은 유리 충전제와 상이한 선택적 보강제, 및/또는 선택적 첨가제, 예를 들어 열 안정제, 윤활제, 충격 개질제, UV 안정제, 안료 등을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 양태는 본 발명에 따른 폴리아미드 조성물의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 폴리아미드 중합체, 전기 전도성 재료, 유리 충전제, 유리 충전제와 상이한 선택적 보강제, 및 선택적 첨가제, 예를 들어 열 안정제, 윤활제, 충격 개질제, UV 안정제, 안료 등을 용융 블렌딩하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제3 양태는 본 발명에 따른 폴리아미드 조성물을 포함하거나, 그로부터 제조된 성형품에 관한 것이다.
본 발명의 제4 양태는 본 발명에 따른 폴리아미드 조성물을 포함하거나, 그로부터 제조된 전자 장치 구성요소, 바람직하게는 모바일 전자 장치 구성요소에 관한 것이다.
본 발명의 제5 양태는 성형품, 예컨대 모바일 전자 장치 구성요소를 제조하기 위한 본 발명에 따른 폴리아미드 조성물의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는 폴리아미드 중합체를 전기 전도성 재료, 유리 충전제, 및 선택적으로 첨가제와 블렌딩하여 성형 조성물을 형성한 후, 성형 조성물을 성형, 바람직하게는 사출 성형하여 성형품을 형성하는 단계를 포함하는, 폴리아미드계 성형품의 표면 저항률 또는 체적 저항률을 감소시키고 또한 그의 금형 수축 및/또는 뒤틀림을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다양한 양태, 장점 및 특징은 상세한 설명 및 예를 참조함으로써 보다 쉽게 이해되고 인식될 것이다.
정의
본 명세서에서, 일부 용어는 하기와 같은 의미를 갖는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 폴리아미드는 일반적으로 적어도 하나의 방향족 또는 지방족 포화 이산과 적어도 하나의 지방족 포화 또는 방향족 1차 디아민, 락탐, 아미노산 또는 이러한 상이한 단량체들의 혼합물의 중축합에 의해 수득된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 폴리프탈아미드(PPA)는 일반적으로 적어도 하나의 이산과 적어도 하나의 디아민의 중축합에 의해 수득되며, 중합체 사슬에서 반복 단위의 이산 부분 중 적어도 55 몰%는 테레프탈산 및/또는 이소프탈산이고, 디아민은 지방족이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 지방족 폴리아미드 중합체는 아미드 결합(-NH-CO-)을 갖고 임의의 방향족 기가 없는, 적어도 50 몰%의 반복 단위를 포함한다. 다시 말하면, 중축합을 통해 폴리아미드의 반복 단위를 형성하는 이산 부분 및 디아민, 락탐 또는 아미노산 부분에는 임의의 방향족 기가 없다.
본원에서 사용되는 바와 같이, '반-결정질' 폴리아미드는 20℃/min의 가열 속도로 시차 주사 열량법을 사용하여 측정되는 융해열("ΔHf")이 적어도 5 줄/그램(J/g)이다. 마찬가지로, 본원에서 사용되는 바와 같이, 비정질 폴리아미드는 20℃/min의 가열 속도로 시차 주사 열량법을 사용하여 측정되는 ΔHf가 5 J/g g 미만이다. ΔHf는 ASTM D3418에 따라 측정될 수 있다. 일부 실시형태에서, ΔHf는 적어도 20 J/g, 또는 적어도 30 J/g, 또는 적어도 40 J/g이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 폴리아미드 조성물에서 폴리아미드에 대한 "유리 전이 온도", Tg, 및 "용융 온도", Tm을 언급하는 경우, Tg 및 Tm은 달리 명시되지 않는 한 바람직하게는 ASTM D3418에 따라 측정된다.
3차원 구조, 예를 들어 튜브, 시트, 플레이크, 디스크, 구 또는 임의의 다른 3-D 구조와 관련하여 본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "나노"는 약 0.1 마이크로미터 미만(<100 나노미터)의 적어도 하나의 치수 및 약 50:1 내지 약 5000: 1의 최장 치수 내지 최단 치수의 종횡비를 갖는 구조를 지칭한다. 나노 3-D 구조의 치수는 동적 광 산란(DSL) 및/또는 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 얻은 현미경 사진 상에서의 직접 측정에 의해 결정될 수 있다.
본 명세서에서, 요소의 군으로부터 요소를 선택하는 것은 또한 명시적으로 다음과 같이 설명된다:
- 상기 군으로부터 2개를 선택함 또는 몇몇 요소를 선택함,
- 하나 이상의 요소가 제거된 요소의 군으로 이루어진 요소의 하위 군으로부터 요소를 선택함.
이어지는 본 명세서의 구절에서, 임의의 설명이 특정 실시형태와 관련하여 설명될지라도, 그러한 설명은 본 개시내용의 다른 실시형태에 적용될 수 있고 그와 상호 교환될 수 있다. 이와 같이 정의된 각각의 실시형태는 달리 지시되거나 명백히 상충되지 않는 한, 다른 실시형태와 조합될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 조성물, 성분 또는 물품, 공정, 방법 또는 용도의 요소 및/또는 특징은 명시적으로 또는 암시적으로 조성물, 성분 또는 물품, 공정, 방법 또는 용도의 다른 요소 및/또는 특징과 가능한 모든 방식으로 조합될 수 있으며, 이는 본 명세서의 범주로부터 벗어나지 않는 것으로 이해해야 한다.
본 명세서에서, 하한 또는 상한, 또는 하한 및 상한에 의해 한정된 변수에 대한 값의 범위의 설명은 또한 변수가 각각 값의 범위 내에서 하한을 제외하거나, 상한을 제외하거나, 하한 및 상한을 제외하고 선택되는 실시형태를 포함한다. 본원에서 양끝점에 의한 수치 범위의 임의의 언급은 언급된 범위 내에 포함된 모든 수치뿐만 아니라 범위의 양끝점 및 등가물을 포함한다.
용어 "포함하는"(또는 "포함하다")은 "본질적으로 이루어진"(또는 "본질적으로 이루어지다") 및 또한 "이루어진"(또는 "이루어지다")을 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 조성물에 대하여 "본질적으로 이루어진"은 조성물에 명시적으로 인용되지 않은 성분(들)의 함량이 1 중량% 미만, 또는 0.5 중량% 미만, 또는 0.1 중량% 미만, 또는 0.05 중량% 미만, 또는 0.01 중량% 미만임을 의미하며, 상기 중량%는 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
본원에서 단수 용어의 사용은 달리 구체적으로 명시되지 않는 한 복수를 포함한다.
본 발명에 따른 폴리아미드 조성물이 폴리아미드 중합체, 전기 전도성 재료, 유리 충전제, 유리 충전제와 상이한 선택적 보강제(들), 및 선택적 첨가제를 포함하는 경우, 놀랍게도, 생성된 폴리아미드 조성물은 정전기 소산성 특성, 개선된 치수 안정성(CLTE) 및 개선된 수축 및/또는 뒤틀림 특성을 가지면서, 적합한 기계적 성능을 나타내는 폴리아미드계 성형품을 생성한다는 것을 발견하였다.
본 발명에 따른 그러한 폴리아미드 조성물을 함유하거나 그로부터 제조된 성형품은 거의 등방성인 금형 수축 및/또는 낮은 뒤틀림 및 거의 등방성인 CLTE(선형 열 팽창 계수)를 나타낸다. 추가적으로, 체적 저항률은 본 발명에 따른 그러한 폴리아미드 조성물을 함유하거나 그로부터 제조된 성형품이 정전기 소산성(ESD)이게 하는 것이다. 이러한 조합으로 인해 본 발명에 따른 폴리아미드 조성물은 엄격한 치수 공차를 가지며 최적 기능을 위해 ESD 특성을 필요로 하는 전자 용품에 매우 적합하게 된다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 그러한 폴리아미드 조성물을 함유하거나 그로부터 제조된 성형품은 전자 장치 구성요소이다.
일부 실시형태에서, 폴리아미드계 성형품 또는 전자 장치 구성요소는 체적 저항률(ASTM D257에 따라 측정됨)이 적어도 1·10+5 Ω.cm, 또는 적어도 1.5·10+5 Ω.cm, 및/또는 최대 5·10+12 Ω.cm, 또는 최대 3·10+12 Ω.cm, 또는 최대 1·10+12 Ω.cm이다. 일부 실시형태에서, 폴리아미드계 성형품 또는 전자 장치 구성요소는 체적 저항률이 1·10+5 Ω.cm 내지 5·10+12 Ω.cm 이하이다. 따라서, 체적 저항률은 특정 체적 저항률을 갖는 전도성 재료를 선택하고, 성형품을 제조하는 데 사용되는 폴리아미드 조성물 중의 전기 전도성 재료 함량을 변화시킴으로써 적어도 약 107배 이상 조정될 수 있다.
일부 실시형태에서, 본 발명에 따른 폴리아미드계 성형품 또는 전자 장치 구성요소는 ISO 294(ASTM D955)에 따라 결정된 횡 방향에서의 금형 수축률(in %)이 최대 0.5%, 또는 최대 0.47%, 또는 최대 0.45%, 또는 최대 0.44%이다.
일부 실시형태에서, 본 발명에 따른 폴리아미드계 성형품 또는 전자 장치 구성요소는 횡 방향에서의 금형 수축률에 대한 흐름 방향에서의 금형 수축률의 비가 32% 초과, 또는 35% 초과, 또는 40% 초과, 또는 45% 초과, 또는 50% 초과, 또는 55% 초과, 또는 60% 초과이며, 여기서 흐름 방향 및 횡 방향에서의 금형 수축률(in %)은 ISO 294(ASTM D955)에 따라 결정된다.
일부 실시형태에서, 본 발명에 따른 폴리아미드계 성형품 또는 전자 장치 구성요소는 뒤틀림이 최대 0.5, 또는 최대 0.4, 또는 최대 0.3, 또는 최대 0.2, 또는 최대 0.18이다. 뒤틀림은 폴리아미드 조성물을 포함하는 성형품 또는 전자 장치 구성요소의 횡 방향에서의 수축률 - 흐름 방향에서의 수축률의 절대 값이며, 수축률 % 둘 모두는 바람직하게는 ASTM D955에 따라 결정된다.
일부 실시형태에서, 20 중량%의 적어도 하나의 폴리아미드 중합체, 1 중량% 초과 내지 20 중량%의 전기 전도성 재료, 적어도 20 중량%의 적어도 유리 충전제로서의 유리 플레이크, 선택적으로 보강제(들) 및 선택적으로 첨가제(예를 들어, 열 안정제, 윤활제, 충격 개질제, UV 안정제, 안료 등)를 포함하는 폴리아미드 조성물을 성형하여 생성되는 본 발명에 따른 폴리아미드계 성형품 또는 전자 장치 구성요소는 유리 플레이크가 유리 섬유로 대체된 유사한 조성물과 비교하여 더 낮은 뒤틀림(in %)을 갖는다.
일부 실시형태에서, 본 발명에 따른 폴리아미드 조성물은 폴리아미드 중합체(들) 이외의 중합체를 5 중량% 초과로 포함하지 않고, 바람직하게는 2 중량% 초과로 포함하지 않고, 보다 바람직하게는 1 중량% 초과로 포함하지 않는다.
일부 실시형태에서, 본 발명에 따른 폴리아미드 조성물은 본원에 기재된 바와 같이 본질적으로 폴리아미드 중합체, 전기 전도성 재료, 유리 충전제, 선택적으로, 유리 충전제와 상이한 보강제(들), 및 선택적으로 첨가제, 예를 들어 열 안정제, 윤활제, 충격 개질제, UV 안정제, 안료 등으로 이루어진다. 폴리아미드 조성물에 대하여 용어 "본질적으로 이루어진"은 조성물에 명시적으로 기재되지 않은 성분(들)의 함량이 1 중량% 미만, 또는 0.5 중량% 미만, 또는 0.1 중량% 미만, 또는 0.05 중량% 미만, 또는 0.01 중량% 미만임을 의미하며, 상기 중량%는 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
폴리아미드 중합체
폴리아미드 조성물은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 20 중량%의 적어도 하나의 폴리아미드 중합체를 포함한다.
폴리아미드 조성물 중의 폴리아미드 중합체는 반-방향족 폴리아미드를 포함할 수 있다. 그러한 경우, 폴리아미드 조성물 중의 폴리아미드 중합체는 PA10T/10I; PA10T; PA6T/6I; PA6T; PA9T; PA12T; PA10T/66; PA6T/66; PA6,I; PA12I; PAMXD6; PAPXD10; 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 반-방향족 폴리아미드를 포함할 수 있다.
폴리아미드 조성물 중의 폴리아미드 중합체는 적어도 하나의 폴리프탈아미드를 포함할 수 있거나, 이것으로 본질적으로 이루어질 수 있다. 그러한 경우, 폴리아미드 조성물 중의 폴리아미드 중합체는 PA10T/10I; PA10T; PA6T/6I; PA6T; PA9T; PA12T; PA10T/66; PA6T/66; PA6,I; PA12I; 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 폴리프탈아미드를 포함할 수 있거나, 이것으로 본질적으로 이루어질 수 있다.
폴리아미드 조성물 중의 폴리아미드 중합체는 지방족 폴리아미드를 포함할 수 있다. 그러한 경우, 폴리아미드 조성물 중의 폴리아미드 중합체는 PA610; PA612; PA1010; PA12; PA510; PA66; PA1012; 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
폴리아미드 조성물 중의 적어도 하나의 폴리아미드 중합체의 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 20 중량%, 또는 적어도 25 중량%, 또는 적어도 30 중량%이다.
폴리아미드 조성물 중의 폴리아미드 중합체의 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 89.9 중량%, 또는 최대 85 중량%, 또는 최대 80 중량%, 또는 최대 75 중량%, 또는 최대 70 중량%, 또는 최대 65 중량%일 수 있다.
일부 실시형태에서, 폴리아미드 조성물은 상기 설명에 따라 별개의 폴리아미드 중합체들을 복수개 포함할 수 있다. 그러한 경우, 별개의 폴리아미드 중합체들의 총 함량은 상기 기재된 범위 내에 있다. 그러한 실시형태의 특정 예는 폴리아미드 중합체가 PA6,10과 PAMDX6의 조합을 포함하거나, 이것으로 본질적으로 이루어진 경우이다. 그러한 실시형태의 다른 예는 폴리아미드 중합체가 PA10T/10I와 PAMDX6의 조합을 포함하거나, 이것으로 본질적으로 이루어진 경우이다. PAMXD6 중합체는 아디프산 및 메타-자일릴렌 디아민으로부터 제조된 중합체이다(특히 Solvay Specialty Polymers U.S.A, L.L.C.로부터 IXEF® 폴리아릴아미드로 상업적으로 입수가능함).
폴리아미드 조성물에서 폴리아미드 중합체 중 하나(예를 들어, PAMXD6 중합체)는 폴리아미드 조성물을 제조하기 전 첨가제 및/또는 전기 전도성 재료가 혼합되는 마스터배치를 형성하기 위한 중합체성 담체일 수 있다. 그러한 경우, 마스터배치 중합체성 담체로서 사용되는 그러한 폴리아미드(예를 들어, PAMXD6)의 중량 함량(중량%)은 다른 폴리아미드(들)의 중량 함량(중량%)보다 더 적어야 하며, 각각의 중량%는 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
폴리아미드 중합체는 적어도 하나의 반-방향족 폴리아미드 및 적어도 하나의 지방족 폴리아미드를 포함할 수 있다. 그러한 경우, 폴리아미드 조성물 중 별개의 폴리아미드의 합한 중량을 기준으로 한 적어도 하나의 반-방향족 폴리아미드의 중량 비는 폴리아미드 조성물 중 별개의 폴리아미드의 합한 중량을 기준으로 한 적어도 하나의 지방족 폴리아미드의 중량 비보다 더 낮을 수 있다.
일부 실시형태에서, 폴리아미드 조성물은 방향족 폴리아미드를 포함하지 않을 수도 있다.
대안의 실시형태에서, 폴리아미드 조성물은 지방족 폴리아미드를 포함하지 않을 수도 있다.
폴리아미드 조성물은 단일 단량체, 예컨대 PA6으로부터 제조된 폴리아미드를 배제할 수 있다.
폴리아미드 조성물은 6개 이하의 탄소를 포함하는 2개의 단량체, 예컨대 PA66으로부터 제조된 폴리아미드를 배제할 수 있다.
폴리아미드 중합체는 바람직하게는 반-결정질 폴리아미드이다.
폴리아미드 조성물 중의 폴리아미드 중합체의 적어도 일부는 바이오-기반일 수 있다.
폴리아미드 조성물은 Tg가 80℃ 미만이고/이거나 Tm이 250℃ 미만인 임의의 폴리아미드를 포함할 수 있다.
대안적으로, 폴리아미드 조성물은 Tg가 적어도 80℃, 적어도 95℃, 또는 적어도 100℃인 폴리아미드 중합체를 포함할 수 있다.
폴리아미드 중합체는 Tg가 200℃ 이하, 180℃ 이하, 160℃ 이하, 150℃ 이하, 140℃ 이하, 또는 135℃ 이하일 수 있다. 그러한 경우, 폴리아미드 중합체는 Tg가 80℃ 내지 150℃, 100℃ 내지 140℃, 또는 100℃ 내지 135℃일 수 있다.
폴리아미드 중합체는 용융 온도 Tm이 적어도 230℃, 적어도 260℃, 또는 적어도 265℃일 수 있다. 폴리아미드 중합체는 Tm이 360℃ 이하, 350℃ 이하, 또는 340℃ 이하, 또는 330℃ 이하일 수 있다. 그러한 경우, 폴리아미드 중합체는 Tm이 230℃ 내지 360℃, 260℃ 내지 350℃, 또는 265℃ 내지 330℃일 수 있다. Tg 및 Tm은 ASTM D3418에 따라 측정될 수 있다.
전기 전도성 재료
폴리아미드 조성물은 또한 1 중량% 초과 내지 20 중량% 이하의, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브 또는 이들의 임의의 조합을 포함한 적어도 하나의 전기 전도성 재료를 포함한다. 전기 전도성 재료는 폴리아미드 조성물의, 그리고 폴리아미드 조성물로부터 제조되거나, 폴리아미드 조성물이 혼입된 물품 또는 장치의 ESD를 개선시킨다.
전기 전도성 재료는 바람직하게는 체적 저항률이 2·10-2 Ω.cm 미만, 또는 최대 1·10-2 Ω.cm, 또는 최대 5·10-3 Ω.cm, 또는 최대 3·10-3 Ω.cm, 또는 최대 2·10-3 Ω.cm이다. 전기 전도성 재료는 바람직하게는 체적 저항률이 적어도 1·10-4 Ω.cm이다. 전기 전도성 재료는 체적 저항률이 1·10-4 Ω.cm 내지 20·10-4 Ω.cm 이하일 수 있다.
전기 전도성 재료는 표준 Brunauer-Emmett-Teller(BET) 측정 방법에 의해 측정되는 비표면적(SSA)이 적어도 0.1 m2/g, 바람직하게는 10 m2/g 이상, 예를 들어 약 10 m2/g 내지 약 500 m2/g일 수 있다. 예를 들어, 표준 질소 시스템과 함께 Micro-metrics TriStar II를 사용한 BET 측정 방법을 사용할 수 있다.
전기 전도성 재료는 금속화 탄소 섬유, 촙드(chopped) 탄소 섬유, 밀드(milled) 탄소 섬유, 과립 상태의 밀드/촙드 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 예컨대 단일 벽 탄소 나노튜브("SWCNT"), 이중 벽 탄소 나노튜브("DWCNT"), 다중 벽 탄소 나노튜브("MWCNT")(중첩된 SWCNT로 이루어짐) 및 이들의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄소계 구조를 포함할 수 있거나, 이것으로 본질적으로 이루어질 수 있다. 전기 전도성 재료는 바람직하게는 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄소계 구조를 포함하거나, 이것으로 본질적으로 이루어진다: 촙드 탄소 섬유, 밀드 탄소 섬유, 과립 상태의 밀드/촙드 탄소 섬유, 탄소 나노튜브 및 이들의 임의의 혼합물.
바람직한 탄소 섬유에는 촙드 탄소 섬유, 밀드 탄소 섬유, 및/또는 과립 상태의 밀드/촙드 탄소 섬유가 포함되지만, 이로 한정되지 않는다.
폴리아미드와 상용될 수 있는 바람직한 촙드 탄소 섬유는 Procotex로부터 CF.OS.U1-6mm, CF.OS.U2-6mm, CF.OS.A-6mm, CF.OS.I-6mm로 상업적으로 입수가능하며, 평균 모노필라멘트 직경은 7 마이크론이고, 평균 길이는 6 mm이고, 체적 저항률은 15·10-4 Ω.cm 내지 20·10-4 Ω.cm 이하이다.
바람직한 밀드 탄소 섬유는 Procotex로부터 CF.LS-MLD80 ~ CF.LS-MLD250으로 상업적으로 입수가능하며, 평균 모노필라멘트 직경은 7 마이크론이고, 중간 길이는 80 내지 250 마이크론이고, 체적 저항률은 15·10-4 Ω.cm 내지 20·10-4 Ω.cm.이다.
탄소 나노튜브는 나노미터 또는 분자 크기의 전기 전도성 재료의 예이다. 바람직하게는, 탄소 나노튜브는 MWCNT이다. 탄소 나노튜브 및 탄소 나노-로프, 예컨대 탄소 나노튜브의 로프(예를 들어, SWNT 또는 MWNT , 및 SWNT 또는 MWNT의 로프)는 높은 기계적 강도, 전기 전도성 및 높은 열 전도성을 나타낸다.
적합한 다중 벽 CNT(MWCNT)에는 순도가 90% C 순도만큼 낮은 Nanocyl® NC7000 MWCNT 등급 또는 95% C 초과의 순도까지 C 순도를 갖는 Nanocyl® NC3100 MWCNT 등급이 포함되며, 둘 모두 Nanocyl(벨기에 소재)의 것이다. Nanocyl® NC7000 MWCNT는 평균 직경이 9.5 나노미터이고, 평균 길이가 1.5 마이크론이고, BET 표면적이 250 내지 300 m2/g이고, 체적 저항률이 1·10-4 Ω.cm이다. 탄소 나노튜브에 대한 다른 적합한 공급원은 Hyperion Catalysis International로부터의 FRIBIL® 다중 벽 탄소 나노튜브이다. 이러한 MWCNT는 외경이 약 10 나노미터이고, 길이가 10 마이크론 초과일 수 있다.
탄소 나노튜브는 직경에 대한 길이로 정의되는 평균 종횡비가 100 이상일 수 있다. 탄소 나노튜브는 평균 종횡비가 1000 이상일 수 있다. 탄소 나노튜브는 평균 직경이 1 나노미터(nm) 내지 3.5 nm 또는 4 nm(로핑)일 수 있다. 탄소 나노튜브는 평균 길이가 적어도 1 μm일 수 있다.
전기 전도성 재료는 단독 또는 조합 형태의 섬유, 플레이크, 분말, 미소구체, 나노-입자, 나노-섬유, 나노-플레이크, 나노-로프, 나노-리본, 나노-피브릴, 나노-니들, 나노-시트, 나노-로드, 탄소 나노-콘, 탄소 나노-스크롤, 나노-판, 나노-점, 덴드리트, 디스크 또는 임의의 다른 3차원 바디로 이루어진 군으로부터 선택되는 다른 3차원 구조(들)를 추가로 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 전기 전도성 재료는 금속 플레이크, 금속 분말, 금속화 유리 구체, 금속화 유리 섬유, 금속 섬유, 금속화 휘스커(whisker), 본질적으로 전도성인 중합체 및/또는 흑연 피브릴로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 추가로 포함할 수 있다.
전기 전도성 재료는 바람직하게는 탄소계 구조(들)만 포함한다. 탄소계 구조는 일반적으로 적어도 90 중량%의 탄소를 포함한다. 90 내지 95% C 순도를 갖는 상업적으로 입수가능한 산업 등급의 탄소계 구조 또는 나노 구조는 전처리 없이 폴리아미드 중합체에 직접적으로 분산될 수 있다.
탄소 섬유 및/또는 탄소 나노튜브 외에도, 전기 전도성 재료는 탄소 나노-섬유, 탄소 나노-플레이크, 탄소 나노-로프, 탄소 나노-리본, 탄소 나노-피브릴, 탄소 나노-니들, 탄소 나노-시트, 탄소 나노-로드, 탄소 나노-콘, 탄소 나노-스크롤, 탄소 나노-옴, 전도성 탄소 블랙 분말, 흑연 피브릴, 흑연 나노-판, 나노-점, 그래핀 또는 이들의 둘 이상의 임의의 조합으로부터 선택되는 탄소계 구조를 추가로 포함할 수 있다.
전기 전도성 재료는 바람직하게는 다음을 포함하거나, 다음으로 이루어진다:
- 탄소 섬유, 탄소 나노튜브(CNT), 예컨대 SWCNT, DWCNT 및 MWCNT 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄소계 구조, 및
- 선택적으로, 탄소 나노튜브의 로프, 탄소 블랙 분말 또는 이들의 임의의 조합.
폴리아미드 조성물 중의 전기 전도성 재료 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 1 중량% 초과, 또는 적어도 1.5 중량% 및 최대 20 중량%이다.
전기 전도성 재료가 탄소 섬유를 포함하는 경우, 폴리아미드 조성물 중의 탄소 섬유 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 6 중량%, 또는 적어도 8 중량%, 또는 적어도 10 중량%이다. 그러한 경우, 탄소 섬유 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 20 중량%, 또는 최대 17 중량%, 또는 최대 15 중량%이다. 탄소 섬유 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 6 중량% 내지 20 중량%, 또는 8 중량% 내지 20 중량%, 또는 10 중량% 내지 20 중량%, 또는 6 중량% 내지 15 중량%, 또는 8 중량% 내지 15 중량%, 또는 10 중량% 내지 20 중량%, 또는 10 중량% 내지 15 중량%일 수 있다.
전기 전도성 재료가 탄소 나노튜브를 포함하는 경우, 폴리아미드 조성물 중의 그 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 1 중량% 초과, 또는 적어도 1.5 중량%이다. 그러한 경우, 탄소 나노튜브(CNT)의 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 8 중량%, 또는 최대 7 중량%, 또는 최대 6 중량%, 또는 최대 5　중량%, 또는 최대 4 중량%, 또는 최대 3 중량%이다. 탄소 나노튜브의 함량은 폴리아미드 조성물 중에 존재하는 경우 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 1 중량% 초과 내지 8 중량% 이하, 또는 1 중량% 초과 내지 5 중량% 이하, 또는 1 중량% 초과 내지 4 중량% 이하, 또는 1 중량% 초과 내지 3 중량% 이하, 또는 1.5 중량% 내지 8 중량%, 또는 1.5 중량% 내지 5 중량%, 또는 1.5 중량% 내지 3 중량%일 수 있다.
전기 전도성 재료가 탄소 블랙 분말을 추가로 포함하는 경우, 폴리아미드 조성물 중의 탄소 블랙 분말 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 중량%로부터, 또는 적어도 0.5 중량%, 또는 적어도 1 중량%일 수 있다. 그러한 경우, 폴리아미드 조성물 중의 탄소 블랙 분말 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 10 중량%이다.
전도성 재료가 다른 탄소계 나노-구조(탄소 나노튜브 이외의 것)를 추가로 포함하는 경우, 폴리아미드 조성물 중의 그 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 5 중량%, 또는 0.1 중량% 내지 4 중량%, 또는 0.1 중량% 내지 3 중량%, 또는 0.5 중량% 내지 5 중량%, 또는 0.5 중량% 내지 4 중량%, 또는 0.5 중량% 내지 3 중량%, 또는 1 중량% 내지 8 중량%, 또는 1 중량% 내지 5 중량%, 또는 1 중량% 내지 4 중량%, 또는 1 중량% 내지 3 중량%, 또는 1.5 중량% 내지 8 중량%, 또는 1.5 중량% 내지 5 중량%, 또는 1.5 중량% 내지 3 중량%일 수 있다.
유리 충전제
폴리아미드 조성물은 또한 20 중량% 내지 60 중량%의, 최대 500 마이크론, 또는 최대 450 마이크론, 또는 최대 400 마이크론, 또는 최대 350 마이크론, 또는 최대 200 마이크론, 또는 최대 250 마이크론의 평균 길이를 특징으로 하는 3차원 구조를 갖는 적어도 하나의 유리 충전제를 포함한다. 3차원 구조를 갖는 유리 충전제의 경우, 그 "길이"는 그의 최장 치수로 간주된다. 상기 중량%는 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
유리 충전제는 바람직하게는 전기 절연 충전제이며, 일반적으로 체적 저항률이 10+12 Ω.cm 초과 또는 5·10+12 Ω.cm 초과이다.
유리 충전제는 바람직하게는 비-섬유질이다. "비-섬유질" 충전제는 본원에서 길이, 폭 및 두께를 갖는 3차원 구조를 갖는 것으로 고려되며, 길이 및 폭 둘 모두는 그 두께보다 상당히 더 크다. 일반적으로, 3차원 구조를 갖는 그러한 유리 충전제는 평균 폭 및 평균 두께 중 가장 큰 것에 대한 평균 길이로서 정의되는 종횡비가 최대 3, 또는 최대 2.5, 또는 최대 2 또는 최대 1.5이다.
3차원 구조의 치수(길이, 폭, 두께)는 주사 전자 현미경(SEM)에 의해 얻어진 현미경 사진 상에서 직접 측정하여 결정될 수 있다.
유리 충전제의 3차원 구조의 평균 치수(즉, 길이, 폭 및 두께)는 폴리아미드 조성물로 혼입시키기 전 유리 충전제의 평균 길이로서 취할 수 있거나, 폴리아미드 조성물 중의 유리 충전제의 평균 치수로서 취할 수 있다.
유리 충전제는 상이한 유형의 유리를 생성하도록 조정될 수 있는 몇 가지 금속 산화물을 함유하는 실리카계 유리 화합물이다. 주요 산화물은 실리카 모래 형태의 실리카이고; 용융 온도를 감소시키고 결정화를 방해하기 위해 칼슘, 나트륨 및 알루미늄과 같은 다른 산화물이 혼입된다. 임의의 유리 유형, 예컨대 A, C, D, E, M, S, R, T 유리 또는 이들의 혼합물, 바람직하게는 C 또는 E 유리가 유리 충전제에서 사용될 수 있다. C 유리는 알칼리 성분을 함유하며 높은 산 저항성을 갖는다. E 유리는 알칼리를 거의 함유하지 않으며, 따라서 이는 수지에서 높은 안정성을 갖고 전기 전도성이 없다.
유리 충전제는 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 20 중량%의 유리 플레이크를 포함한다.
유리 충전제는 유리 플레이크로 본질적으로 이루어질 수 있으며, 폴리아미드 조성물은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 20 중량% 내지 60 중량%의 유리 플레이크, 바람직하게는 30 중량% 내지 55 중량%의 유리 플레이크를 포함하게 된다.
유리 플레이크는 C 또는 E 유리를 갖는 유리 플레이크일 수 있다. E 또는 C 유리를 갖는 적합한 유리 플레이크는 NSG로부터 GLASFLAKE®로 상업적으로 입수가능하다. E-유리 플레이크는 열가소성 중합체로 제조된 정밀 부품에서 뒤틀림을 방지하고 치수 정확성을 개선시키는 데 특히 효과적이다. 평균 두께가 0.4 내지 1 마이크론인, NSG로부터 또한 상업적으로 입수가능한 FINEFLAKE® 유리 플레이크가 미세하고 얇은 성형품에 적합하다. 유리 플레이크는 과립화될 수 있다. 예를 들어, E 유리를 갖는 FLEKA® 과립화 유리 플레이크는 NSG로부터 상업적으로 입수가능하다.
유리 플레이크는 평균 두께가 0.4 마이크론 내지 10 마이크론일 수 있다. 일부 실시형태에서, 유리 플레이크는 평균 두께가 0.4 마이크론 내지 2 마이크론 이하, 또는 1 마이크론 이하일 수 있다.
유리 충전제는 촙드 유리 섬유를 추가로 포함할 수 있되, 단 그 평균 길이는 최대 500 마이크론, 또는 최대 450 마이크론, 또는 최대 400 마이크론, 또는 최대 350 마이크론, 또는 최대 200 마이크론, 또는 최대 250 마이크론이다.
유리 충전제가 최대 500 마이크론, 또는 최대 450 마이크론, 또는 최대 400 마이크론, 또는 최대 350 마이크론, 또는 최대 200 마이크론, 또는 최대 250 마이크론의 평균 길이를 특징으로 하는 유리 플레이크 및 촙드 유리 섬유 둘 모두를 포함하는 경우, 이들의 합한 양은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 60 중량%를 초과하지 않는다.
추가로, 유리 충전제가 유리 플레이크 및 촙드 유리 섬유 둘 모두를 포함하는 경우, 유리 플레이크는 바람직하게는 유리 충전제의 50 중량% 초과, 또는 60 중량% 초과, 또는 70 중량% 초과, 또는 80 중량% 초과의 중량 분율에 해당한다(중량% 단위의 이러한 중량 분율은 유리 플레이크 및 촙드 유리 섬유의 합한 중량을 기준으로 한다). 예로서, 폴리아미드 조성물 중의 유리 플레이크 함량이 30 중량%이면, 촙드 유리 섬유 함량은 30 중량%(폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 함) 미만이어야 한다.
촙드 유리 섬유는 유리 충전제에 존재하는 경우 일반적으로 두께가 5 내지 20 μm, 바람직하게는 5 내지 15 μm, 보다 바람직하게는 5 내지 10 μm일 수 있다. 촙드 유리 섬유는 평균 길이가 적어도 50 마이크론, 또는 적어도 100 마이크론, 또는 적어도 150 마이크론, 또는 적어도 200 마이크론, 또는 적어도 250 마이크론일 수 있다. 촙드 유리 섬유는 평균 길이가 100 내지 500 마이크론, 또는 150 내지 450 마이크론일 수 있다.
촙드 유리 섬유는 평균 폭 및 평균 두께 중 가장 큰 것에 대한 평균 길이로서 정의되는 종횡비가 최대 5, 또는 최대 3, 또는 최대 2.5, 또는 최대 2 또는 최대 1.5일 수 있다.
촙드 유리 섬유의 형태는 특별히 제한되지 않는다. 촙드 유리 섬유는 원형 단면("둥근 유리 섬유") 또는 비원형 단면("평평한 유리 섬유")일 수 있다. 적합한 평평한 유리 섬유의 예에는 계란형, 타원형 및 직사각형 단면을 갖는 유리 섬유가 포함되지만, 이로 한정되지 않는다.
유리 충전제가 평평한 촙드 유리 섬유를 추가로 포함하는 경우, 평평한 유리 섬유는 평균 폭(단면의 최장 치수)이 적어도 15 μm, 바람직하게는 적어도 20 μm, 보다 바람직하게는 적어도 22 μm, 보다 더 바람직하게는 적어도 25 μm이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시형태에서, 평평한 촙드 유리 섬유는 평균 폭(단면의 최장 직경)이 최대 40 μm, 바람직하게는 최대 35 μm, 보다 바람직하게는 최대 32 μm, 보다 더 바람직하게는 최대 30 μm이다. 평평한 촙드 유리 섬유는 평균 폭(단면의 최장 직경)이 15 내지 35 μm, 바람직하게는 20 내지 30 μm, 보다 바람직하게는 25 내지 29 μm 범위일 수 있다. 평평한 촙드 유리 섬유는 두께(단면의 최단 직경)가 적어도 4 μm, 바람직하게는 적어도 5 μm, 보다 바람직하게는 적어도 6 μm, 보다 더 바람직하게는 적어도 7 μm일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 평평한 촙드 유리 섬유는 두께(단면의 최단 직경)가 최대 25 μm, 바람직하게는 최대 20 μm, 보다 바람직하게는 최대 17 μm, 보다 더 바람직하게는 최대 15 μm일 수 있다. 평평한 촙드 유리 섬유는 두께(단면의 최단 직경)가 5 내지 20 μm, 바람직하게는 5 내지 15 μm, 보다 바람직하게는 7 내지 11 μm 범위일 수 있다.
평평한 촙드 유리 섬유는 유리 섬유의 폭(단면의 최장 직경) 대 두께(동일한 단면의 최단 직경)의 비가 적어도 2, 바람직하게는 적어도 2.2, 보다 바람직하게는 적어도 2.4, 보다 더 바람직하게는 적어도 3일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 평평한 촙드 유리 섬유는 유리 섬유의 폭(단면의 최장 직경) 대 두께(동일한 단면의 최단 직경)의 비가 최대 8, 바람직하게는 최대 6, 보다 바람직하게는 최대 4일 수 있다. 평평한 촙드 유리 섬유는 유리 섬유의 폭(단면의 최장 직경) 대 두께(동일한 단면의 최단 직경)의 비가 2 내지 6, 바람직하게는 2.2 내지 4일 수 있다.
폴리아미드 조성물 중의 유리 충전제 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 20 중량%, 또는 적어도 25 중량%, 또는 적어도 30 중량%이다. 유리 충전제 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 60 중량%, 또는 최대 55 중량%, 또는 최대 50 중량%이다. 폴리아미드 조성물 중의 유리 충전제 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 20 중량% 내지 60 중량%이거나, 25 중량% 내지 60 중량%, 또는 30 중량% 내지 60 중량%, 또는 20 중량% 내지 55 중량%, 또는 25 중량% 내지 55 중량%, 또는 30 중량% 내지 55 중량%, 또는 20 중량% 내지 50 중량%, 또는 25 중량% 내지 50 중량%, 또는 30 중량% 내지 50 중량%일 수 있다.
폴리아미드 조성물은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 20 중량%, 또는 적어도 25 중량%, 또는 적어도 30 중량%의 유리 플레이크를 포함한다. 폴리아미드 조성물은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 60 중량%, 또는 최대 55 중량%, 또는 최대 50 중량%의 유리 플레이크를 포함한다.
폴리아미드 조성물 중의 유리 플레이크 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 20 중량% 내지 60 중량%, 또는 25 중량% 내지 60 중량%, 또는 30 중량% 내지 60 중량%, 또는 20 중량% 내지 55 중량%, 또는 25 중량% 내지 55 중량%, 또는 30 중량% 내지 55 중량%, 또는 20 중량% 내지 50 중량%, 또는 25 중량% 내지 50 중량%, 또는 30 중량% 내지 50 중량%일 수 있다.
선택적 보강제
폴리아미드 조성물은 상기 기재된 바와 같이 유리 충전제와 상이한 적어도 하나의 선택적 보강제를 추가로 포함할 수 있다.
보강 충전제로도 불리는 다양한 종류의 보강제가 본 발명에 따른 폴리아미드 조성물에 선택적으로 첨가될 수 있다. 이들은 섬유질 보강제 및 미립자 보강제로부터 선택될 수 있다.
선택적 보강제는 미네랄 충전제(예컨대, 활석, 운모, 카올린, 탄산칼슘, 규산칼슘, 탄산마그네슘), 탄소 섬유, 합성 중합체성 섬유, 아라미드 섬유, 알루미늄 섬유, 티타늄 섬유, 마그네슘 섬유, 탄화붕소 섬유, 암면 섬유, 스틸 섬유, 규회석, 유리 볼(ball)(예를 들어, 중공 유리 미소구체), 및 본 발명에 따른 폴리아미드 조성물에서 사용되는 유리 충전제와 상이한 유리 섬유로부터 선택될 수 있다.
미립자 보강제는 미네랄 충전제(예컨대, 활석, 운모, 카올린, 탄산칼슘, 규산칼슘, 탄산마그네슘) 또는 유리 볼(예를 들어, 중공 유리 미소구체)로부터 선택될 수 있다.
섬유질 보강 충전제는 본원에서 길이, 폭 및 두께를 갖는 3차원 재료인 것으로 간주되며, 여기서 평균 길이는 폭 및 두께 둘 모두보다 상당히 더 크다. 일반적으로, 그러한 재료는 평균 길이와, 평균 폭 및 평균 두께 중 가장 큰 것의 비로 정의되는 종횡비가 적어도 5, 적어도 10, 적어도 20, 또는 적어도 50이다.
선택적 보강 섬유(예를 들어, 유리 섬유)는 평균 길이가 0.5 mm 초과, 바람직하게는 적어도 1 mm, 및 50 mm 이하인 촙드 유리 섬유(유리 충전제와 상이함) 또는 연속 유리 섬유일 수 있다. 선택적 보강 유리 섬유의 평균 길이는 폴리아미드 조성물로 혼입시키기 전 보강 유리 섬유의 평균 길이로서 취할 수 있거나, 폴리아미드 조성물 중의 보강 섬유의 평균 길이로서 취할 수 있다.
선택적 유리 섬유는 평균 길이가 3 mm 내지 50 mm, 또는 3 mm 내지 10 mm, 3 mm 내지 8 mm, 3 mm 내지 6 mm, 또는 3 mm 내지 5 mm일 수 있다. 대안적으로, 선택적 유리 섬유는 평균 길이가 10 mm 내지 50 mm, 10 mm 내지 45 mm, 10 mm 내지 35 mm, 10 mm 내지 30 mm, 10 mm 내지 25 mm, 또는 15 mm 내지 25 mm일 수 있다. 그러한 경우, 선택적 유리 섬유는 일반적으로 등가 직경이 5 내지 20 μm, 바람직하게는 5 내지 15 μm, 보다 바람직하게는 5 내지 10 μm일 수 있다.
모든 유리 유형, 예컨대 A, C, D, E, M, S, R, T 유리 또는 이들의 임의의 혼합물 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. E, R, S 및 T 유리 섬유는 당업계에 잘 알려져 있다. 이들은 문헌[Fiberglass and Glass Technology, Wallenberger, Frederick T.; Bingham, Paul A. (Eds.), 2010, XIV, chapter 5, pages 197-225]에 명백히 기재되어 있다. R, S 및 T 유리 섬유는 규소, 알루미늄 및 마그네슘의 산화물로 본질적으로 구성된다. 구체적으로, 그러한 유리 섬유는 전형적으로 62 내지 75 중량%의 SiO2, 16 내지 28 중량%의 Al2O3 및 5 내지 14 중량%의 MgO를 포함한다. 반면에, R, S 및 T 유리 섬유는 10 중량% 미만의 CaO를 포함한다.
선택적 유리 섬유는 높은 모듈러스 유리 섬유를 포함할 수 있거나, 이것으로 이루어질 수 있다. 높은 모듈러스 유리 섬유는 ASTM D2343에 따라 측정되는 탄성 모듈러스가 적어도 76 GPa, 바람직하게는 적어도 78 GPa, 보다 바람직하게는 적어도 80 GPa, 가장 바람직하게는 적어도 82 GPa이다. 높은 모듈러스 유리 섬유의 예에는 S, R 및 T 유리 섬유가 포함되지만, 이로 한정되지 않는다. 높은 모듈러스 유리 섬유의 상업적으로 입수가능한 공급원은 각각 Taishan 및 AGY로부터의 S-1 및 S-2 유리 섬유이다.
선택적 유리 섬유는 둥근 유리 섬유 또는 평평한 유리 섬유를 포함하거나, 이것으로 이루어질 수 있다. 적합한 평평한 유리 섬유의 예에는 계란형, 타원형 및 직사각형 단면을 갖는 유리 섬유가 포함되지만, 이로 한정되지 않는다.
폴리아미드 조성물이 평평한 유리 섬유를 추가로 포함하는 경우, 평평한 유리 섬유는 단면의 최장 직경이 적어도 15 μm, 바람직하게는 적어도 20 μm, 보다 바람직하게는 적어도 22 μm, 보다 더 바람직하게는 적어도 25 μm일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 평평한 유리 섬유는 단면의 최장 직경이 최대 40 μm, 바람직하게는 최대 35 μm, 보다 바람직하게는 최대 32 μm, 보다 더 바람직하게는 최대 30 μm일 수 있다. 일부 실시형태에서, 평평한 유리 섬유는 단면의 최단 직경이 적어도 4 μm, 바람직하게는 적어도 5 μm, 보다 바람직하게는 적어도 6 μm, 보다 더 바람직하게는 적어도 7 μm일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 평평한 유리 섬유는 단면의 최단 직경이 최대 25 μm, 바람직하게는 최대 20 μm, 보다 바람직하게는 최대 17 μm, 보다 더 바람직하게는 최대 15 μm일 수 있다.
선택적인 평평한 유리 섬유는 유리 섬유의 단면의 최장 직경 대 동일한 단면의 최단 직경의 비가 적어도 2, 바람직하게는 적어도 2.2, 보다 바람직하게는 적어도 2.4, 보다 더 바람직하게는 적어도 3일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이러한 평평한 유리 섬유의 비는 최대 8, 바람직하게는 최대 6, 보다 바람직하게는 최대 4일 수 있다.
선택적 유리 섬유가 둥근 유리 섬유인 경우, 유리 섬유는 유리 섬유의 단면의 최장 직경 대 동일한 단면의 최단 직경의 비가 2 미만, 바람직하게는 1.5 미만, 보다 바람직하게는 1.2 미만, 보다 더 바람직하게는 1.1 미만, 가장 바람직하게는 1.05 미만일 수 있다. 물론, 당업자는 유리 섬유의 형태(예를 들어, 둥글거나 평평함)에 상관 없이, 정의에 의해 종횡비가 1 미만일 수 없음을 이해할 것이다.
선택적 유리 섬유는 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는 둥근 또는 평평한 유리 섬유일 수 있다: E-유리 섬유; ASTM D2343에 따라 측정되는 인장 모듈러스가 적어도 76 GPa인 높은 모듈러스 유리 섬유; 및 이들의 조합.
폴리아미드 조성물이 상기 설명에 따른 유리 충전제 및 적어도 하나의 선택적 보강제를 포함하는 경우, 유리 충전제 + 선택적 보강제(들)의 합한 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 15 중량%, 또는 적어도 20 중량%, 또는 적어도 25 중량%, 또는 적어도 30 중량%이다. 추가의 또는 대안의 실시형태에서, 유리 충전제 + 선택적 보강제(들)의 합한 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 최대 60 중량%, 또는 최대 55 중량%, 또는 최대 50 중량%이다. 일부 실시형태에서, 유리 충전제 + 선택적 보강제(들)의 합한 함량은 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 15 중량% 내지 60 중량%, 또는 20 중량% 내지 60 중량%, 또는 25 중량% 내지 60 중량%, 또는 30 중량% 내지 60 중량%, 또는 20 중량% 내지 55 중량%, 또는 25 중량% 내지 55 중량%, 또는 30 중량% 내지 55 중량%, 또는 20 중량% 내지 50 중량%, 또는 25 중량% 내지 50 중량%, 또는 30 중량% 내지 50 중량%이다.
폴리아미드 중합체가 유리 충전제 + 선택적 보강제(들)를 포함하는 경우, 폴리아미드 조성물 중의 유리 충전제 + 선택적 보강제(들)의 합한 중량을 기준으로 한 유리 충전제의 중량 비는 폴리아미드 조성물 중의 유리 충전제 + 선택적 보강제(들)의 합한 중량을 기준으로 한 선택적 보강제(들)의 중량비보다 더 크다.
폴리아미드 조성물은 바람직하게는 섬유질 보강제를 배제한다.
폴리아미드 조성물은 바람직하게는 평균 길이가 0.5 mm 초과, 또는 1 mm 초과인 유리 섬유를 배제한다.
폴리아미드 조성물은 바람직하게는 유리 구 또는 볼을 배제하며, 구체적으로는 중공 유리 볼을 배제한다.
폴리아미드 조성물은 바람직하게는 상기 기재된 바와 같이 유리 충전제와 상이한 보강제를 배제한다.
선택적 첨가제
선택적으로, 폴리아미드 조성물은 강인화제, 가소제, 광 안정제, 자외선("UV") 안정제, 열 안정제, 안료, 염료, 정전기 방지제, 난연제, 충격 개질제, 윤활제, 핵형성제, 산화 방지제, 가공 보조제 및 이들 둘 이상의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
폴리아미드 조성물이 하나 이상의 선택적 첨가제를 포함하는 경우, 첨가제의 총 농도는 15 중량% 이하, 10 중량% 이하, 5 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하, 1 중량% 이하, 및/또는 적어도 0.1 중량%, 또는 적어도 0.2 중량%, 또는 적어도 0.3 중량%이다.
구체적으로, 폴리아미드 조성물은 적어도 하나의 충격 개질제, 열 안정제 및/또는 윤활제를 추가로 포함할 수 있다.
본원에서 유용한 충격 개질제는 특별히 제한되지 않되, 단 이들은 항복 및 파단 시 충분한 인장 신율과 같은 유용한 특성을 폴리아미드 조성물에 부여해야 한다. 예를 들어, 유리 전이 온도가 0℃ 미만인 임의의 고무질 저-모듈러스 관능화된 폴리올레핀 충격 개질제가 본 발명에 적합하다. 유용한 충격 개질제에는 폴리올레핀, 바람직하게는 관능화된 폴리올레핀, 특히 탄성중합체, 예컨대 SEBS 및 EPDM이 포함된다.
유용한 관능화된 폴리올레핀 충격 개질제는 상업적 공급처로부터 입수가능하며, Exxon Mobil Chemical Company로부터, EXXELOR™ PO로서 입수가능한 말레화 폴리프로필렌 및 에틸렌-프로필렌 공중합체, 및 약 0.6 중량%의 펜던트 석신산 무수물 기를 포함하는 말레산 무수물-관능화된 에틸렌-프로필렌 공중합체 고무, 예컨대 EXXELOR® RTM. VA 1801; DuPont Company로부터 SURLYN®로서 입수가능한 아크릴레이트-개질된 폴리에틸렌, 예컨대 SURLYN® 9920, 메타크릴산-개질된 폴리에틸렌; 및 Dow Chemical Company로부터의 PRIMACOR®, 예컨대 PRIMACOR® 1410 XT, 아크릴산-개질된 폴리에틸렌; Kraton Polymers로부터 입수가능한, 말레산 무수물-개질된 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체, 예컨대 KRATON® FG1901 GT 또는 FG1901 X, 약 2 중량%의 말레산 무수물로 그래프트된 SEBS; Crompton Corporation으로부터 입수가능한, 말레산 무수물-관능화된 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체(EPDM) 삼원중합체 고무, 예컨대 ROYALTUF® 498, 1% 말레산 무수물 관능화된 EPDM이 포함된다.
본 발명의 실시에서 또한 사용될 수 있는 다른 관능화된 충격 개질제에는, 예를 들어 아크릴산, 메타크릴산, 말레산 무수물 또는 이들의 에스테르와 같은 적합한 반응성 카복실산 또는 이들의 유도체로 그래프트되거나 공중합됨으로써 반응성 관능성이 제공된 에틸렌-고급 알파-올레핀 중합체 및 에틸렌-고급 알파-올레핀-디엔 중합체가 포함되며, ASTM D-638에 따라 결정되는 인장 모듈러스는 약 50,000 psi 이하일 것이다. 적합한 고급 알파-올레핀에는, 예를 들어 프로필렌, 부텐-1, 헥센-1 및 스티렌과 같은 C3 내지 C8 알파-올레핀이 포함된다. 대안적으로, 그러한 단위를 포함하는 구조를 갖는 공중합체는 또한 중합된 1-3 디엔 단량체의 적합한 단일중합체 및 공중합체의 수소화에 의해 수득될 수 있다. 예를 들어, 다양한 수준의 펜던트 비닐 단위를 갖는 폴리부타디엔이 쉽게 수득되며, 이들은 수소화되어 에틸렌-부텐 공중합체 구조를 제공할 수 있다. 마찬가지로, 폴리이소프렌의 수소화를 사용하여 등가의 에틸렌-이소부틸렌 공중합체가 제공될 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 관능화된 폴리올레핀에는 용융 지수가 약 0.5 내지 약 200 g/10 min의 범위인 것들이 포함된다.
바람직한 실시형태에서, 폴리아미드 조성물은 정전기 방지제를 포함하지 않는다.
폴리아미드 조성물의 제조
본 발명은 추가로 상술한 폴리아미드 조성물의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 적어도 하나의 폴리아미드 중합체, 전도성 재료, 유리 충전제, 유리 충전제와 상이한 선택적 보강제(들), 및 임의의 다른 선택적 첨가제, 예를 들어 윤활제, UV 안정제, 열 안정제, 충격 개질제 등을 용융 블렌딩하는 단계를 포함한다.
본 발명과 관련하여 중합체성 성분과 비중합체성 성분을 혼합하기 위해 임의의 용융 블렌딩 방법이 사용될 수 있다.
예를 들어, 중합체성 성분(들) 및 비중합체성 성분을 용융 혼합기, 예컨대 단축 압출기 또는 이축 압출기, 교반기, 단축 또는 이축 혼련기, 또는 Banbury 혼합기로 공급할 수 있고, 첨가 단계는 모든 성분을 한 번에 또는 배치에서 서서히 첨가하는 첨가일 수 있다. 중합체성 성분(들) 및 비중합체성 성분을 배치에서 서서히 첨가하는 경우, 중합체성 성분(들) 및/또는 비중합체성 성분의 일부를 먼저 첨가하고, 이어서 적절한 혼합 조성물이 수득될 때까지 후속적으로 첨가되는 나머지 중합체성 성분(들) 및 비중합체성 성분과 용융 혼합한다.
선택적 보강제가 긴 물리적 형상(예를 들어, 긴 또는 "무한" 섬유)으로 존재하는 경우, 연신 압출 성형, 장섬유 펠릿을 형성하기 위한 인발, 또는 단방향 복합 테이프를 형성하기 위한 인발을 사용하여 보강된 조성물을 제조할 수 있다.
물품 및 용품
본 발명의 다른 양태는 폴리아미드 조성물의 물품에서의 용도를 제공한다.
폴리아미드 조성물은 바람직하게는, 물품, 바람직하게는 성형품으로 혼입될 수 있다. 적합한 성형품에는 전자 장치 구성요소, 구체적으로는 모바일 전자 장치 구성요소가 포함된다.
물품은 특히 모바일 전자 장치, LED 패키징, 전기 및 전자 구성요소(컴퓨팅, 데이터-시스템 및 사무 장비용 전원 장치 구성요소, 및 표면 실장 기술 상용성 커넥터 및 접점이 포함되지만, 이로 한정되지 않음), 의료 장치 구성요소; 및 소형 회로 차단기, 접촉기, 스위치 및 소켓용 전기 보호 장치, 자동차 구성요소, 및 항공우주 구성요소(선실 내부 구성요소가 포함되지만, 이로 한정되지 않음)에서 사용될 수 있다.
용어 "모바일 전자 장치"는 다양한 장소에서 편리하게 운반 및 사용되도록, 특히 사람이 휴대하거나 손에 들고 다니도록 설계된 전자 장치를 나타내고자 한다. 모바일 전자 장치의 대표적인 예는 모바일 전자 전화기, 개인 정보 단말기, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 라디오, 카메라 및 카메라 액세서리, 웨어러블(wearable) 컴퓨팅 장치(예를 들어, 스마트 시계, 스마트 안경 등), 계산기, 음악 재생기, 위성 위치확인 시스템 수신기, 휴대용 게임 콘솔 및 콘솔 액세서리, 하드 드라이브 및 다른 전자 저장 장치로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직한 모바일 전자 장치에는 랩톱 컴퓨터, 태플릿 컴퓨터, 모바일 전자 전화기 및 웨어러블 컴퓨팅 장치, 예를 들어 시계가 포함된다.
본원에서 관심 대상인 모바일 전자 장치의 구성요소에는 안테나 윈도우, 피팅 부품, 스냅 핏 부품, 상호 이동가능(mutually moveable) 부품, 기능 요소, 작동 요소, 추적 요소, 조정 요소, 캐리어 요소, 프레임 요소, 스위치, 커넥터, 케이블, 하우징, 및 예를 들어 스피커 부품과 같이 모바일 전자 장치에 사용되는 하우징 이외의 임의의 다른 구조 부품이 포함되지만, 이로 한정되지 않는다. 일부 실시형태에서, 장치 구성요소는 실장 구멍이 있는 실장 구성요소 또는 다른 잠금 장치일 수 있으며, 여기에는 그 자체와 회로 기판, 마이크, 스피커, 디스플레이, 배터리, 커버, 하우징, 전기 또는 전자 커넥터, 힌지, 라디오 안테나, 카메라 모듈, 스위치 또는 스위치 패드가 포함되지만, 이로 한정되지 않는 모바일 전자 장치의 다른 구성요소 사이의 스냅 핏 커넥터가 포함되지만, 이로 한정되지 않는다.
모바일 전자 장치는 입력 장치의 적어도 일부일 수 있다.
본 발명의 특정 양태는 전자 장치, 특히 모바일 전자 장치용 정전기 소산성 구성요소에 관한 것이다. 그러한 정전기 소산성 구성요소는 본원에 기재된 바와 같은 폴리아미드 조성물을 포함하거나 그로부터 제조된 성형품일 수 있다.
모바일 전자 장치 구성요소는 또한 모바일 전자 장치 하우징일 수 있다. "모바일 전자 장치 하우징"은 모바일 전자 장치의 후면 커버, 전면 커버, 안테나 하우징, 프레임 및/또는 백본(backbone) 중 하나 이상을 지칭한다. 하우징은 단일 물품일 수 있거나, 둘 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. "백본"은 전자 장치, 마이크로프로세서, 스크린, 키보드 및 키패드, 안테나, 배터리 소켓 등과 같은 장치의 다른 구성요소들이 장착되는 구조적 구성요소를 지칭한다. 백본은 모바일 전자 장치의 외부에서 보이지 않거나, 부분적으로만 보이는 내부 구성요소일 수 있다. 하우징은 충격 및 외부 물질(예컨대, 액체, 먼지 등)로부터의 오염 및/또는 손상으로부터 장치의 내부 구성요소를 보호할 수 있다. 커버와 같은 하우징 구성요소는 또한 스크린 및/또는 안테나와 같이 장치의 외부에 노출되는 소정 구성요소의 충격에 대한 실질적인 또는 일차적인 구조적 지지를 제공하거나 그로부터 보호할 수 있다. 모바일 전자 장치 하우징은 모바일 전화기 하우징, 안테나 하우징, 안테나 윈도우, 태블릿 하우징, 랩톱 컴퓨터 하우징, 태블릿 컴퓨터 하우징 또는 시계 하우징으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
전자 장치 구성요소에는, 예를 들어 라디오 안테나 또는 카메라 모듈이 포함될 수 있다. 이러한 경우, 라디오 안테나는 WiFi 안테나 또는 RFID 안테나일 수 있다. 일부 그러한 실시형태에서, 라디오 안테나의 적어도 일부는 폴리아미드 조성물 상에 배치된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 라디오 안테나의 적어도 일부는 폴리아미드 조성물로부터 변위될 수 있다.
'모바일' 전자 장치 구성요소에 관한 임의의 설명은 '모바일'이 아닌, 즉 사람이 휴대하거나 손에 들고 다니지 않는 전자 장치의 일부인 전자 장치 구성요소(예컨대, 하우징, 라디오 안테나 또는 카메라 모듈)에 동일하게 적용될 수 있다.
자동차 구성요소의 예에는 자동차 전자 구성요소, 자동차 조명 구성요소(모터 엔드 캡, 센서, ECU 하우징, 보빈 및 솔레노이드, 커넥터, 회로 보호/릴레이, 액추에이터 하우징, Li-이온 배터리 시스템 및 퓨즈 박스가 포함되지만, 이로 한정되지 않음), 견인 모터 및 전력 전자 구성요소(배터리 팩이 포함되지만, 이로 한정되지 않음), 전기 배터리 하우징의 구성요소가 포함되지만, 이로 한정되지 않는다.
물품은 열가소성에 적합한 임의의 공정, 예를 들어 압출, 사출 성형, 취입 성형, 회전성형, 오버몰딩 또는 압축 성형에 의해 폴리아미드 조성물로부터 성형될 수 있다.
성형품 또는 (모바일) 전자 장치 구성요소의 바람직한 형성은 폴리아미드 조성물의 사출 성형 또는 압출 성형과 같은 적합한 용융-가공 방법을 포함하며, 사출 성형이 바람직한 성형 방법이다.
일부 실시형태에서, 본 발명에 따른 성형품 또는 (모바일) 전자 장치 구성요소는 다음 특징 중 적어도 하나를 갖는다.
본 발명에 따른 성형품 또는 (모바일) 전자 장치 구성요소는 체적 저항률이 적어도 1·10+5 Ω.cm, 또는 적어도 1.5·10+5 Ω.cm일 수 있다. 본 발명에 따른 성형품 또는 (모바일) 전자 장치 구성요소는 체적 저항률이 최대 5·10+12 Ω.cm, 또는 최대 3·10+12 Ω.cm일 수 있다. 그러한 경우, 성형품 또는 (모바일) 전자 장치 구성요소는 체적 저항률이 1·10+5 Ω.cm 내지 5·10+12 Ω.cm 이하일 수 있다.
본 발명에 따른 성형품 또는 (모바일) 전자 장치 구성요소는 ISO 294(ASTM D955)에 따라 결정된 횡 방향에서의 금형 수축률(in %)이 최대 0.5%, 또는 최대 0.47%, 또는 최대 0.45%, 또는 최대 0.44%일 수 있다.
본 발명에 따른 성형품 또는 (모바일) 전자 장치 구성요소는 횡 방향에서의 수축률에 대한 흐름 방향에서의 금형 수축률의 비가 32% 초과, 또는 35% 초과, 또는 40% 초과, 또는 45% 초과, 또는 50% 초과, 또는 55% 초과, 또는 60% 초과일 수 있고, 여기서 흐름 방향 및 횡 방향에서의 금형 수축률(in %)은 ISO 294(ASTM D955)에 따라 결정된다.
본 발명에 따른 성형품 또는 (모바일) 전자 장치 구성요소는 뒤틀림이 최대 0.5, 또는 최대 0.4, 또는 최대 0.3, 또는 최대 0.2, 또는 최대 0.18일 수 있다.
폴리아미드 조성물의 용도
일부 실시형태에서, 폴리아미드 조성물 또는 물품은 상기 기재된 바와 같이 모바일 전자 장치 구성요소를 제조하는 데 사용될 수 있다.
폴리아미드 조성물의 뒤틀림 및/또는 금형 수축을 감소시키는 방법
본 발명의 다른 양태는 폴리아미드 중합체 및 전기 전도성 재료를 유리 충전제 및 선택적 성분과 블렌딩하여 성형 조성물을 형성한 후 상기 성형 조성물을 성형, 바람직하게는 사출 성형하여 성형품을 형성하는 단계를 포함하는, 폴리아미드 조성물로부터 제조된 성형품의 뒤틀림 및/또는 금형 수축을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 블렌딩은 바람직하게는 상기 기재된 바와 같은 용융 블렌딩에 의해 수행된다.
폴리아미드 조성물의 체적 저항률을 감소시키는 방법
본 발명의 다른 양태는 폴리아미드 중합체 및 유리 충전제 및 선택적 성분을 전도성 재료와 블렌딩하여 성형 조성물을 형성한 후 상기 성형 조성물을 성형, 바람직하게는 사출 성형하여 성형품을 형성하는 단계를 포함하는, 폴리아미드 조성물로부터 제조된 성형품의 체적 저항률을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 블렌딩은 바람직하게는 상기 기재된 바와 같은 용융 블렌딩에 의해 수행된다.
실시예
이제, 본 발명은 하기 실시예를 참조로 하여 설명될 것이고, 그 목적은 예시적일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 실시예에서 사용되는 바와 같이, "E"는 본 발명의 실시예의 실시형태를 나타내고, "CE"는 비교 실시예를 나타낸다.
실시예는 본 발명에 따른 폴리아미드 조성물의 개선된 뒤틀림 및/또는 금형 수축 및 CLTE(치수 안정성에 대해), 및 체적 저항률의 감소를 입증한다.
원료
샘플을 형성하는 데 사용되는 원료는 하기에 제공된 바와 같다:
- 폴리아미드 1("PA1"): Radici의 Radipol DC 40으로서, PA6,10(Tg = 50~60℃, Tm = 220℃)
- 폴리아미드 2("PA2"): Kingfa의 Vicnyl 6100으로서, PA10T/10I(Tg = 105℃, Tm = 295℃)
- 유리 플레이크("GFla"): NEG의 MEG160FY-M03
- 유리 섬유("GFib1") - Nittobo의 CSG3PA 평평한 섬유 E 유리
- 유리 섬유("GFib2") - Taishan의 HM435TM 둥근 S-1 유리
- 전기 전도성 재료("CM1"): Procotex의 APPLY CARBON 촙드 탄소 섬유 CF.OS.U1-6MM
- 선택적 전기 전도성 재료("CM2"): IXEF® 0316/0000로 상업적으로 입수가능한 탄소 블랙 농축물(30 중량% Black Pearls 800 탄소 블랙, 중합체성 담체로서 70 중량% PAMXD6); A15560; Colloids Limited의 것
- 전기 전도성 재료("CM3"): 중합체성 담체: Mitsubishi Gas Chemical Co.의 PAMXD6 '7003' 중의 Hyperion Catalysis International로부터의 15 중량% FIBRIL® 다중 벽 탄소 나노튜브의 마스터배치
- 전기 전도성 재료("CM4"): 중합체성 담체: Mitsubishi Gas Chemical Co.의 PAMXD6 '7003' 중의 10 중량% Nanocyl® NC7000 다중 벽 탄소 나노튜브의 마스터배치
- 전기 전도성 재료("CM5"): 과립 상태의 300-마이크론 밀드 탄소 섬유, Procotex로부터 APPLY CARBON CF MLD 300 G U1 재사용 탄소 섬유 과립으로 상업적으로 입수가능함; 약 300±40 마이크론의 평균 크기, 약 94 중량%의 탄소 함량, 약 7±2 마이크론의 모노필라멘트 섬유의 직경, 및 15 ·10-3 ohm.m의 평균 체적 저항률을 특징으로 함.
- 첨가제: 0.1 중량%의 윤활제(Baerlocher의 스테아르산칼슘 Ceasit I) 및 0.2 중량%의 열 안정제(BASF의 Irganox® B1171)를 함유하는 첨가제 패키지 1("AP1")
- 첨가제: 0.1 중량%의 윤활제(Baerlocher의 스테아르산칼슘 Ceasit I), 0.3 중량%의 UV 안정제(BASF의 Chimassorb 944 LD) 및 0.2 중량%의 열 안정제(BASF의 Irganox® B1171)를 함유하는 첨가제 패키지 2("AP2")
- 선택적 첨가제: 안료/염료를 폴리아미드 조성물에 첨가할 수 있다.
테스트 방법
● 인장 특성 - ISO 527
o 5개의 사출 성형된 ISO 유형 1a 인장 시편(총 길이 = 170 mm, 게이지 길이 = 50 mm, 테스트되는 섹션 폭 = 10 mm, 및 두께 = 4 mm)에 대해 인장 모듈러스, 강도 및 변형률을 측정하였다.
● 노치드 아이조드(Notched Izod) 충격 강도- ASTM D256
o 3.2 mm 두께 X 12.7 mm 폭 X 125 mm 길이의 치수를 갖는 5개의 사출 성형된, 직사각형 막대에 대해 노치드 아이조드 충격 강도를 J/m 단위로 측정하였다.
● 비노치드 아이조드 충격 강도- ASTM D4812
o 3.2 mm 두께 X 12.7 mm 폭 X 125 mm 길이의 치수를 갖는 5개의 사출 성형된, 직사각형 막대에 대해 비노치드 아이조드 충격 강도를 J/m 단위로 측정하였다.
● 일부 경우, 10개의 사출 성형된 ISO 유형 1A 막대(80 ± 2 mm의 길이, 10 ± 0.2 mm의 폭, 4 ± 0.2 mm의 두께)를 사용하여 ISO 180에 따라 아이조드 충격 강도 특성(노치드-아이조드, 비노치드-아이조드)을 kJ/m2 단위로 측정하였다.
● CLTE - ASTM E831
o 3.2 mm 두께 X 12.7 mm 폭 X 12.0 내지 13.0 mm 길이의 치수를 갖는 사출 성형된 시편에 대해 치수 변화를 측정하였다. TMA를 사용하여 0℃로부터 50℃까지의 CLTE를 흐름 및 횡 방향에서 5℃/min의 가열 속도로 측정하였다.
● 금형 수축률 - ISO 294(ASTM D955)
o 60 mm 폭 X 60 mm 길이 X 2 mm 두께의 치수를 갖는 5개의 사출 성형된 플라크에 대해 금형 수축률(흐름 방향(%) 및 횡 방향(%)에서의 금형 수축률)을 측정하였다.
● 뒤틀림은 다음과 같이 결정하였다: 상술한 바와 같이, ASTM D955에 따라 폴리아미드 조성물을 60 mm x 60 mm x 2 mm의 치수를 갖는 플라크로 사출 성형하였다. 뒤틀림은 횡 방향에서의 수축률 - 흐름 방향에서의 수축률의 절대 값으로 계산되었다.
● 체적 저항률 - ASTM D257
o 4" x 4" x 1/8"(길이 x 폭 x 두께) 또는 60 mm x 60 mm x 2 mm(길이 x 폭 x 두께)의 치수를 갖는 5개의 사출 성형된 플라크에 대해 체적 저항률을 측정하였다.
● 표면 저항률 - ASTM D257
o 4" x 4" x 1/8"(길이 x 폭 x 두께)의 치수를 갖는 5개의 사출 성형된 플라크에 대해 표면 저항률을 측정하였다.
실시예 1 - PA6,10을 사용한 폴리아미드 조성물
이 실시예에서, PA1(PA6,10)을 탄소 섬유, 선택적으로 탄소 블랙 농축물, 첨가제 패키지 1 및 유리 플레이크(GFla)와 컴파운딩(용융 블렌딩)하여 폴리아미드 조성물의 몇몇 샘플을 제조하였다.
샘플 E1 및 E2는 44.7 중량%의 PA1, 10 중량%의 탄소 섬유 및 45 중량%의 유리 플레이크를 함유하였다. 샘플 E2는 10 pph의 탄소 블랙 농축물을 추가로 함유하였지만, 샘플 E1은 어떠한 탄소 블랙 농축물도 함유하지 않았다.
비교를 위해, 89.7 중량%의 PA1, 10 중량%의 탄소 섬유를 함유하지만, 유리 플레이크가 없는 샘플 CE0을 제조하였다. 49.7 중량%의 PA1, 50 중량%의 유리 플레이크, 및 1 또는 10 pph의 탄소 블랙 농축물(탄소 섬유는 없음)을 함유하는 샘플 CE1, CE2를 또한 제조하였다. 샘플 CE3 및 CE4는 44.7 중량%의 PA1, 50 중량%의 유리 플레이크, 및 1 또는 10 pph의 탄소 블랙 농축물을 함유하였지만, 탄소 섬유의 함량은 샘플 E1 및 E2에서 사용되는 것의 절반인 5 중량%였다.
Coperion® ZSK-26 공동-회전 이축 압출기를 사용하여 용융 블렌딩을 수행하였고, 이어서 컴파운딩된 샘플을 ASTM D3641에 따라 성형하였다.
표 1은 폴리아미드 조성물 및 또한 다음의 특성을 나타낸다: 조성물의 표면 및 체적 저항률, 충격 특성을 포함한 기계적 특성, CLTE(0 내지 50℃) 특성(흐름 방향 및 횡 방향에서 ppm) 및 금형 수축 특성(흐름 방향 및 횡 방향에서 in/in %).
표 1에 나타낸 바와 같이, 10 중량%의 탄소 섬유가 폴리아미드 조성물로 첨가된 샘플 E1, E2는 탄소 섬유가 없는 샘플 CE1 및 CE2 및 5 중량%의 동일한 탄소 섬유가 있는 샘플 CE3 및 CE4와 비교하여 체적 저항률 및 또한 표면 저항률이 감소하였다. 샘플 E1, E2는 그 체적 저항률이 10+5 내지 5 ·10+12 ohm.cm의 범위 내에 속하기 때문에 정전기 소산성이었다.
샘플 E1, E2와 비교하여 샘플 CE0에서 알 수 있는 바와 같이, 단지 10 중량%의 탄소 섬유만을 PA1로 도입하는 것은 또한 ESD 범위 내의 체적 저항률을 달성시키지 못하였다. ESD 재료를 생성하기 위해 유리 플레이크(절연 충전제)와 탄소 섬유의 조합이 요구된다.
[표 1]
폴리아미드 조성물 중에 10 중량%의 탄소 섬유와 탄소 블랙이 조합된 샘플 E2는 IXEF® 탄소 블랙 농축물 없이 10 중량%의 탄소 섬유를 함유하는 샘플 E1과 비교하여 105배 만큼 체적 저항률이 감소하였다. 그러나, 이러한 효과는 1 pph의 IXEF® 탄소 블랙 농축물만을 갖는 샘플 CE1(CM1 없음) 및 CE2(5 중량%의 CM1 있음)와 비교하여 10 pph의 IXEF® 탄소 블랙 농축물을 갖는 샘플 CE2(CM1 없음) 및 CE4(5 중량%의 CM1 있음)에 대해서는 관찰되지 않았다. 따라서, 탄소 섬유가 최대 5 ·10+12 ohm.cm(ESD 체적 저항률 범위 내에 있음)의 체적 저항률을 달성하기에 충분한 양으로 PA1-기반 조성물에 존재하지 않는 경우, 1 내지 10 pph의 IXEF® 탄소 블랙 농축물을 첨가하는 것은 ESD에 적합하도록 PA1-기반 조성물에 대한 체적 저항률을 감소시키는 데 효과적이지 않다.
5 중량%의 탄소 섬유가 폴리아미드 조성물로 첨가된 샘플 CE3은 탄소 섬유가 없는 샘플 CE1에 비해 체적 저항률이 약간 감소하였지만, 표면 저항률은 그렇지 않았다. 아무튼, 샘플 CE3에 의한 체적 저항률은 ESD 체적 저항률 범위 내에 있기에 여전히 너무 높았다.
또한, 10 중량%의 탄소 섬유가 있는 샘플 E1, E2의 탄성 모듈러스 및 파단 시 인장 응력은 5 중량%의 탄소 섬유가 있는 샘플 CE3, CE4와 비교하여 개선되었고, 탄소 섬유가 없는 샘플 CE1, CE2와 비교하여 훨씬 더 우수하였다.
10 중량%의 탄소 섬유가 있는 샘플 E1, E2의 파단 시 인장 신율(%)은 탄소 섬유가 없는 샘플 CE1, CE2 및 5 중량%의 탄소 섬유가 있는 샘플 CE3, CE4와 비교하여 동일하거나 더 우수하였다.
더 나아가, 금형 수축 특성은 표 1에서의 모든 PA1-기반 조성물에 대해서 유리 플레이크의 첨가에 의해 보다 등방성이 되었다. 흐름 방향 대 횡 방향에서의 수축률 비는 74% 내지 82%였으며, 이는 등방성 수축에 매우 근접하다. 10 중량%의 CM1의 첨가에도 불구하고, 샘플 E1, E2에서 폴리아미드 조성물의 횡 방향 금형 수축률은 샘플 CE1 내지 CE4와 비교하여 비교적 변하지 않은 채로 유지되었고, 이는 10 중량%의 CM1의 첨가가 횡 방향 금형 수축에 악영향을 끼치지 않음을 나타낸다.
샘플 E2를 샘플 E1과 비교하고, 샘플 CE4를 샘플 CE3과 비교하고, 샘플 CE2를 샘플 CE1과 비교할 경우, 탄소 블랙의 존재에 의해 PA1-기반 조성물의 횡 방향 금형 수축률이 약간 감소된 것으로 보였다.
샘플 E1, E2에 의해 얻은 결과는 PA1-기반 조성물에서 5 중량% 초과의 탄소 섬유(및 선택적으로 탄소 블랙) 및 45 중량%의 유리 플레이크를 첨가하여, 치수 안정성을 획득하면서(개선된 금형 수축 특성을 유지하면서) 적합한 ESD 재료가 수득될 수 있음을 입증하였다.
실시예 2 - PA10T/10I를 사용한 폴리아미드 조성물
이 실시예에서, PA2(PA10T/10I)를 탄소 섬유, 선택적으로 탄소 블랙 농축물, 첨가제 패키지 1 및 유리 플레이크(GFla)와 컴파운딩(용융 블렌딩)하여 폴리아미드 조성물의 몇몇 샘플을 제조하였다.
샘플 E3 및 E4는 44.7 중량%의 PA2, 10 중량%의 탄소 섬유 및 45 중량%의 유리 플레이크를 함유하였다. 샘플 E4는 10 pph의 탄소 블랙 농축물을 추가로 함유하였지만, 샘플 E3은 어떠한 탄소 블랙 농축물도 함유하지 않았다.
비교를 위해, 49.7 중량%의 PA2, 50 중량%의 유리 플레이크 및 10 pph의 탄소 블랙 농축물(탄소 섬유는 없음)을 함유하는 샘플 CE5를 또한 제조하였다.
샘플 CE6 및 CE7는 44.7 중량%의 PA2, 50 중량%의 유리 플레이크, 및 1 또는 10 pph의 탄소 블랙 농축물을 함유하였지만, 탄소 섬유의 함량은 샘플 E3 및 E4에서 사용되는 것의 절반인 5 중량%였다.
Coperion® ZSK-26 공동-회전 이축 압출기를 사용하여 용융 블렌딩을 수행하였고, 이어서 컴파운딩된 샘플을 ASTM D3641에 따라 성형하였다.
표 2는 샘플 E3, E4, CE5, CE6의 폴리아미드 조성물, 및 또한 다음의 특성을 나타낸다: 조성물의 표면 및 체적 저항률, 기계적 특성, CLTE(0 내지 50℃) 특성 및 금형 수축 특성.
비교 실시예 3 - PA10T/10I 및 유리 섬유를 사용한 폴리아미드 조성물
이 비교 실시예에서, PA2(PA10T/10I)를 첨가제 패키지 2 및 30 중량%의 E-유리 섬유(GFib1) 또는 55 중량%의 S1-유리 섬유(GFib2)와 컴파운딩(용융 블렌딩)하여 몇몇 샘플 CE8, CE9를 제조하였다. 이 실시예는 유리 플레이크와 비교하여 유리 섬유를 사용할 경우 치수 안정성을 평가하기 위한 것이다(금형 수축률 측정 및 뒤틀림 계산에 의해).
샘플 CE8, CE9의 폴리아미드 조성물 및 특성이 표 2에 또한 제공되어 있다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 10 중량%의 탄소 섬유가 폴리아미드 조성물로 첨가된 샘플 E3, E4는 탄소 섬유가 없는 샘플 CE5 및 5 중량%의 동일한 탄소 섬유가 있는 샘플 CE6 및 CE7과 비교하여 체적 저항률 및 또한 표면 저항률이 감소하였다. 샘플 E3, E4는 그 체적 저항률이 10+5 내지 5 ·10+12 ohm.cm의 범위 내에 속하기 때문에 정전기 소산성이었다. 샘플 CE5, CE6 및 CE7은 ESD 재료가 아니었다.
폴리아미드 조성물 중에 10 중량%의 탄소 섬유와 탄소 블랙이 조합된 샘플 E4는 탄소 블랙 없이 10 중량%의 탄소 섬유를 함유하는 샘플 E3과 비교하여 10배 만큼 체적 저항률이 감소하였다. 그러나, 이러한 효과는 1 pph의 탄소 블랙 농축물만을 갖는 샘플 CE6(5 중량%의 CM1 있음)과 비교하여 10 pph의 탄소 블랙 농축물을 갖는 샘플 CE7(5 중량%의 CM1 있음)에 대해서는 관찰되지 않았다. 따라서, 탄소 섬유가 최대 5 ·10+12 ohm.cm(ESD 체적 저항률 범위 내에 있음)의 체적 저항률을 달성하기에 충분한 양으로 PA2-기반 조성물에 존재하지 않는 경우, 1 내지 10 pph의 탄소 블랙 농축물을 첨가하는 것은 ESD에 적합하도록 PA2-기반 조성물에 대한 체적 저항률을 감소시키는 데 효과적이지 않다. 샘플 CE6, CE7(5 중량%의 CM1 있음)에 의해 얻은 체적 저항률은 ESD 체적 저항률 범위 내에 있기에 여전히 너무 높았다.
또한, 10 중량%의 탄소 섬유가 있는 샘플 E3, E4의 탄성 모듈러스는 5 중량%의 탄소 섬유가 있는 샘플 CE6, CE7과 비교하여 개선되었고, 탄소 섬유가 없는 샘플 CE5와 비교하여 훨씬 더 우수하였다.
더 나아가, 금형 수축은 표 2에서의 샘플 CE5 내지 CE7 및 E3 내지 E4에 대해서 유리 플레이크의 첨가에 의해 등방성에 접근하였다. 흐름 방향 대 횡 방향에서의 금형 수축률 비는 63% 내지 78%에 이르렀다.
10 중량%의 CM1의 첨가에도 불구하고, 샘플 E3에서 폴리아미드 조성물의 횡 방향 금형 수축률은 샘플 CE5 내지 CE7과 비교하여 비교적 변하지 않은 채로 유지되었고, 이는 탄소 섬유의 첨가가 횡 방향 금형 수축에 부정적인 영향을 끼치지 않음을 나타낸다.
[표 2]
반면에, 금형 수축은 표 2에 나타낸 바와 같이 유리 섬유가 첨가된 샘플 CE8(55 중량%의 S1-유리 섬유) 및 CE9(30 중량%의 E-유리 섬유)에서 비등방성이었다. 흐름 방향 대 횡 방향에서의 금형 수축률 비는 각각 13% 및 31%였다. 또한, 표 2에서 샘플 CE8(55 중량%의 S1-유리 섬유) 및 CE9(30 중량%의 E-유리 섬유)의 뒤틀림은 유리 플레이크가 첨가된 샘플 CE5 내지 CE7 및 E3 내지 E4에 의해 관찰된 것보다 더 큰 것으로 관찰되었다.
샘플 E3, E4에 의해 얻은 결과는 PA2-기반 조성물에서 5 중량% 초과의 탄소 섬유(및 선택적으로 탄소 블랙) 및 45 중량%의 유리 플레이크를 첨가하여, 치수 안정성(낮은 뒤틀림 및 개선된 금형 수축 특성)을 획득하면서 적합한 ESD 재료가 수득될 수 있음을 입증하였다.
실시예 4 - PA6,10을 사용한 폴리아미드 조성물
이 실시예에서, PA1(PA6,10)을 탄소 나노튜브(마스터배치 "CM3" 또는 "CM4"로서), 탄소 블랙 농축물 "CM2", 첨가제 패키지 1 및 유리 플레이크(GFla)와 컴파운딩(용융 블렌딩)하여 폴리아미드 조성물의 몇몇 샘플을 제조하였다. Coperion® ZSK-26 공동-회전 이축 압출기를 사용하여 용융 블렌딩을 수행하였고, 이어서 컴파운딩된 샘플을 ASTM D3641에 따라 성형하였다.
샘플 E5 및 E6는 전기 전도성 재료로서 두 가지 상이한 양의 탄소 나노튜브 마스터배치 "CM3"을 함유하였고, 따라서 실제 중량 함량은 각각 2.25 및 3 중량% CNT이었다. 샘플 E7 및 E8는 전기 전도성 재료로서 두 가지 상이한 양의 탄소 나노튜브 마스터배치 "CM4"를 함유하였고, 따라서 실제 중량 함량은 중합체성 담체로서 PAMXD6 중에 각각 1.5 및 2 중량% CNT이었다.
비교를 위해, 탄소 나노튜브가 없는 샘플 CE10을 제조하였다.
표 3은 폴리아미드 조성물 및 또한 다음의 특성을 나타낸다: 조성물의 표면 및 체적 저항률, 충격 특성을 포함한 기계적 특성, CLTE(0 내지 50℃) 특성(흐름 방향 및 횡 방향에서 ppm) 및 금형 수축 특성(흐름 방향 및 횡 방향에서 in/in %).
[표 3]
표 3에 나타낸 바와 같이, 1.5 내지 3 중량%의 탄소 나노튜브(MWCNT)가 폴리아미드 조성물로 첨가된 샘플 E5 내지 E8은 탄소 나노튜브가 없는 샘플 CE10에 비해 체적 저항률 및 또한 표면 저항률이 감소하였다. 샘플 E5 내지 E8은 그 체적 저항률이 10+5 내지 5 ·10+12 ohm.cm의 범위 내에 속하기 때문에 정전기 소산성이었다. 샘플 CE10는 ESD 재료가 아니었다.
나타내지는 않았지만, 1 중량% 미만의 탄소 나노튜브(MWCNT)의 폴리아미드 조성물로의 첨가는 ESD 재료를 제공하도록 체적 저항률을 최대 5 ·10+12 ohm.cm 값 미만으로 감소시키지 못하였다.
ESD 재료를 제공하도록 최소 10+5 ohm.cm의 체적 저항률을 달성하기 위해, 폴리아미드 조성물로 첨가되는 탄소 나노튜브의 중량%를 3 중량% 이상의 CNT 함량(샘플 E6에서 사용됨), 예를 들어 5 중량% 이하의 CNT 또는 6 중량% 이하의 CNT로 증가시켜 체적 저항률을 적어도 약 100배 만큼 감소시킬 수 있었다.
샘플 E5 내지 E8에 의해 얻은 결과는 PA1-기반 조성물에서 1.5 내지 3 중량%의 탄소 나노튜브 및 50 중량%의 유리 플레이크를 첨가하여, 치수 안정성(낮은 뒤틀림 및 개선된 금형 수축 특성)을 획득하면서 적합한 ESD 재료가 수득될 수 있음을 입증하였다.
실시예 5 - PA10T/10I를 사용한 폴리아미드 조성물
이 실시예에서, PA2(PA10T/10I)를 전기 전도성 재료로서 10 중량% 밀드 탄소 섬유 미립자("CM5"), 탄소 블랙 농축물 "CM2", 첨가제 패키지 1 및 유리 플레이크(GFla)와 컴파운딩(용융 블렌딩)하여 폴리아미드 조성물의 샘플 E9를 제조하였다. Coperion® ZSK-26 공동-회전 이축 압출기를 사용하여 용융 블렌딩을 수행하였고, 이어서 컴파운딩된 샘플을 ASTM D3641에 따라 성형하였다.
비교를 위해, 밀드 탄소 섬유가 없는 샘플 CE11을 제조하였다.
샘플 CE11 및 E9의 폴리아미드 조성물 및 특성이 표 4에 제공되어 있다.
표 4에 나타낸 바와 같이, 10 중량%의 밀드 탄소 섬유(미립자 형태)가 폴리아미드 조성물로 첨가된 샘플 E9는 밀드 탄소 섬유가 없는 샘플 CE11에 비해 체적 저항률이 1010배 만큼 상당히 감소하였다. 샘플 E9는 그 체적 저항률이 10+5 내지 5 ·10+12 ohm.cm의 범위 내에 속하기 때문에 정전기 소산성이었다. 샘플 CE11는 ESD 재료가 아니었다.
[표 4]
또한, 10 중량%의 밀드 탄소 섬유가 있는 샘플 E9의 탄성 인장 모듈러스 및 인장 강도는 밀드 탄소 섬유가 없는 샘플 CE11에 비해 개선되었다. 마찬가지로, 밀드 탄소 섬유를 첨가하여 노치드 아이조드 충격 특성이 개선되었다.
더 나아가, 10 중량%의 밀드 탄소 섬유의 첨가는 금형 수축 및 뒤틀림에 부정적인 영향을 끼치지 않았고, 반대로 개선시켰다. 횡 방향 금형 수축률(0.3%)은 샘플 CE11(0.43%)과 비교하여 샘플 E9에서 매우 개선되었다. 흐름 방향 대 횡 방향의 금형 수축률 비는 샘플 CE11에서 70%인 것에 비해 90%였고, 추정된 뒤틀림 값은 0.13(CE11)에서 0.03(E9)으로 감소하였다. 금형 수축은 샘플 E9에서 10 중량%의 밀드 탄소 섬유의 첨가에 의해 등방성에 접근하였다.
샘플 E9에 의해 얻은 결과는 PA2-기반 조성물에서 10 중량%의 밀드 탄소 섬유 미립자 및 50 중량%의 유리 플레이크를 첨가하여, 치수 안정성(낮은 뒤틀림 및 개선된 금형 수축 특성)을 획득하고 뛰어난 기계적 특성을 유지하면서 적합한 ESD 재료가 수득될 수 있음을 입증하였다.
본 발명의 바람직한 실시형태를 나타내고 설명하였지만, 본 발명의 범주 또는 교시를 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 변형이 이루어질 수 있다. 본원에 기재된 실시형태는 단지 예시적인 것이고, 제한되지 않는다. 조성물, 물품 및 방법의 다양한 변화 및 변형이 가능하며 본 발명의 범위 내에 있다. 따라서, 보호 범위는 상기 제시된 설명에 의해 제한되지 않고, 이어지는 청구범위에 의해서만 제한되며, 그 범위는 청구범위의 청구 대상의 모든 등가물을 포함한다. 각각의 모든 청구범위가 본 발명의 실시형태로서 본 명세서에 포함된다. 따라서, 청구범위는 추가의 설명이며 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 추가 사항이다. 상기 문헌을 참조로 하여 포함시키는 것은 본원의 명시적인 개시내용과 반대되는 청구 대상을 포함하지 않는 것으로 제한된다.
본원에서 인용되는 모든 특허 출원 및 공보의 개시내용은, 본원에 기재된 것을 보완하는 예시적, 절차적 또는 다른 세부 사항을 제공하는 정도로 참조로 포함된다. 본원에 참조로 포함된 임의의 특허, 특허 출원 및 공보의 개시내용이 용어가 불분명해질 수 있는 정도로 본 출원의 설명과 상충된다면, 본 출원이 우선할 것이다.

Claims (15)

  1. 폴리아미드 조성물로서,
    중량%는 상기 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로,
    - 적어도 20 중량%(wt%)의 폴리아미드 중합체,
    - 1 중량% 초과 내지 20 중량% 이하의, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브 또는 이들의 임의의 조합을 포함한 전기 전도성 재료, 및
    - 20 중량% 내지 60 중량%의, 최대 500 마이크론의 평균 길이를 특징으로 하는 3차원 구조를 갖는 유리 충전제로서, 적어도 20 중량%의 유리 플레이크를 포함하는 유리 충전제
    를 포함하는, 폴리아미드 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리아미드 중합체는 반-방향족 폴리아미드, 바람직하게는 폴리프탈아미드를 포함하는, 폴리아미드 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 폴리아미드 중합체는 PA10T/10I; PA10T; PA6T/6I; PA6T; PA9T; PA12T; PA10T/66; PA6T/66; PA6,I; PA12I; PAMXD6; PAPXD10; 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 반-방향족 폴리아미드를 포함하는, 폴리아미드 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리아미드 중합체는 PA610; PA612; PA10/10; PA12; PA510; PA66; PA10/12; 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 지방족 폴리아미드를 포함하는, 폴리아미드 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 충전제는 둥근 또는 평평한 촙드(chopped) 유리 섬유를 추가로 포함하는, 폴리아미드 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리 충전제는 상기 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 30 중량% 내지 55 중량%의 유리 플레이크를 포함하는, 폴리아미드 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 재료는 촙드 탄소 섬유, 밀드(milled) 탄소 섬유, 과립 상태의 밀드/촙드 탄소 섬유, 단일 벽 탄소 나노튜브(SWCNT), 이중 벽 탄소 나노튜브(DWCNT), 다중 벽 탄소 나노튜브(MWCNT) 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 폴리아미드 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 재료는 탄소 블랙 분말을 추가로 포함하는, 폴리아미드 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 재료는 단독 또는 조합 형태의 플레이크, 분말, 미소구체, 나노-입자, 나노-섬유, 나노-플레이크, 나노-로프, 나노-리본, 나노-피브릴, 나노-니들, 나노-시트, 나노-로드, 탄소 나노-콘, 탄소 나노-스크롤, 나노-판, 나노-점, 덴드리트, 디스크 또는 임의의 다른 3차원 바디로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄소계 3차원 구조(들)를 추가로 포함하는, 폴리아미드 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 재료는 ASTM D257에 따라 측정되는 체적 저항률이 2·10-2 Ω.cm 미만, 또는 최대 1·10-2 Ω.cm, 또는 최대 5·10-3 Ω.cm, 또는 최대 3·10-3 Ω.cm, 또는 최대 1·10-3 Ω.cm이고, 바람직하게는 ASTM D257에 따라 측정되는 체적 저항률이 1·10-4 Ω.cm 내지 20·10-4 Ω.cm 이하인, 폴리아미드 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    정전기 소산성인, 폴리아미드 조성물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 폴리아미드 조성물의 제조 방법으로서,
    폴리아미드 중합체, 전기 전도성 재료, 유리 충전제, 및 유리 충전제와 상이한 다른 보강제, 강인화제, 가소제, 광 안정제, 자외선 안정제, 열 안정제, 안료, 염료, 정전기 방지제, 난연제, 충격 개질제, 윤활제, 핵형성제, 산화 방지제, 가공 보조제 및 이들 둘 이상의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 임의의 선택적 첨가제를 용융 블렌딩하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 폴리아미드 조성물을 포함하는 성형품.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 폴리아미드 조성물을 포함하는 모바일 전자 장치 구성요소.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    - 1·10+5 Ω.cm 내지 5·10+12 Ω.cm 이하의, ASTM D257에 따라 측정되는 체적 저항률;
    - 32% 초과, 또는 35% 초과, 또는 40% 초과, 또는 45% 초과, 또는 50% 초과, 또는 55% 초과, 또는 60% 초과인 횡 방향에서의 금형 수축률에 대한 흐름 방향에서의 금형 수축률의 비(상기 흐름 방향 및 횡 방향에서의 금형 수축률(in %)은 ISO 294(ASTM D955)에 따라 결정됨);
    - 최대 0.5, 또는 최대 0.4, 또는 최대 0.3, 또는 최대 0.2, 또는 최대 0.18의 뒤틀림; 및/또는
    - 최대 0.5%, 또는 최대 0.47%, 또는 최대 0.45%, 또는 최대 0.44%의, ISO 294(ASTM D955)에 따라 결정되는, 횡 방향에서의 금형 수축률(in %)
    과 같은 특성 중 적어도 하나를 갖는, 성형품 또는 모바일 전자 장치 구성요소.
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