KR20240004684A - 내스크래치성 폴리카르보네이트 조성물 - Google Patents

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로샨 쿠마르 자
아룬 쿠마르 시크더
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사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이.
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Abstract

본 발명은 90.0 중량% 내지 99.9 중량%의 방향족 폴리카르보네이트; 80℃ 내지 115℃ 범위의 용융점을 갖는 0.1 중량% 내지 5.0 중량%의 지방족 아미드 왁스 및 선택적으로 0.01 중량% 내지 5.0 중량%의 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이다.

Description

내스크래치성 폴리카르보네이트 조성물
본 발명은 방향족 폴리카르보네이트 및 지방족 아미드 왁스를 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이 같은 조성물을 포함하거나 이로 이루어진 물품에 관한 것이다.
폴리카르보네이트는 잘 알려진 물질이며, 일반적으로 양호한 기계적 및 광학적 특성을 나타낸다. 전형적인 응용은 광학 미디어 캐리어, 자동차 글레이징, OVAD(실외 차량 및 장치) 외부 응용, 압출 시트, 렌즈 및 물병을 포함한다. 폴리카르보네이트 또는 폴리카르보네이트계 조성물은 전자 기기용 하우징, 소비자 전자 응용 등에도 사용될 수 있다.
다양한 분야에서 광범위하게 사용되는 방향족 폴리카르보네이트를 포함하는 조성물은 우수한 외관, 기계적 특성 및 치수 안정성을 갖는다. 이 같은 열가소성 중합체 조성물의 인기는 양호한 용융 흐름 특성(사출 성형 공정을 위한 중요한 요건)과 함께 가격 경쟁력과 조합된 특성의 균형에 기인할 수 있다. 이들 조성물은 자동차의 내장 및 외장 부품, 전자 기기의 하우징 등과 같은 분야에서 특히 유용하다.
그러나, 많은 중합체와 마찬가지로, 통상적인 방향족 폴리카르보네이트 단독 중합체의 내스크래치성 및 내마모성은 특정 응용에서는 충분하지 않을 수 있다. 이러한 관점에서, 중합체 물품의 내스크래치성 표면을 제공하기 위한 대안적인 해결책이 당해 기술분야에 확립되어 있다. 하나의 해결책은 우수한 내스크래치 특성으로 인해 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA)를 개별 물품의 베이스 폴리머로 사용하는 것에서 찾았다. 그러나, PMMA가 항상 비용-효율적인 해결책인 것은 아니며/아니거나, 기계적 특성과 같은 기타 이유로 인해 폴리카르보네이트에 대한 적합한 대안이 아닐 수 있다. 상술한 문제에 대한 추가의 대안은, 중합체 물품의 표면에 내스크래치성 코팅(예를 들어, UV 경화성 코팅)을 적용하는 것이다. 그러나, 이러한 접근법은 비용 효율성이 낮으며, 또한 추가적인 가공 단계가 요구되므로 사이클 시간의 증가를 초래한다. 대안적으로, 내스크래치성을 개선하는 데 도움이 되는 다양한 중합체에 대한 첨가제의 사용이 선행 기술에서 또한 언급되어 있다. 특정 무기 또는 유기 첨가제의 첨가는 폴리카르보네이트의 내스크래치성 및 내흠집성을 개선시킬 수 있지만, 종종 바람직하지 않게 투명도 감소 및/또는 헤이즈 증가를 초래한다.
US 5,731,376에는 폴리오르가노실록산을 포함하여 내스크래치성이 개선된 폴리프로필렌 블록 공중합체가 개시되어 있다. 조성물은 지방산 아미드를 추가로 포함할 수 있다.
US 5,585,420에는 플레이트-유사 무기 충전제를 포함하는 내스크래치성 폴리올레핀 조성물이 개시되어 있다. 조성물은 고무 함량이 높은 에틸렌-프로필렌 공중합체, 지방산 아미드, 폴리오르가노실록산 또는 에폭시수지를 추가로 포함할 수 있다.
US 7,462,670B2에는 폴리카르보네이트(PC), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 또는 PC/ABS 블렌드, 또는 이오노머 및 첨가제 조합을 포함하는 내스크래치성 중합체 기판 조성물이 개시되어 있다. 상기에 언급된 첨가제 조합은 카르복실산 시약-작용성 올레핀 중합체이다.
JP 2019-131661에는 표면의 투명도 및 친수성을 유지하면서 내마모성이 향상된 고품질 성형 물품을 제조할 수 있는 폴리카르보네이트수지 조성물 및 이로 이루어진 성형 물품이 개시되어 있다. 폴리카르보네이트 수지 조성물은 폴리카르보네이트수지(A) 및 지방족 산 아미드(B)를 함유한다. 폴리카르보네이트 수지(A)는 하기 화학식 1로 표시된 디하이드록시 화합물에서 유래하는 구성 단위를 함유한다. 지방족 산 아미드(B)는 작용기를 갖는 알킬 말단을 갖는다.
[화학식 1]
US 5,554,302에는 하기 화학식의 화합물이 이형 유효량으로 혼합된 방향족 카르보네이트 중합체를 포함하는 조성물이 개시되어 있다.
상기 식에서, R1, R2 및 R3은 동일하거나 상이하고, 1개 내지 25개의 탄소 원자를 갖는 알킬이며, 여기에는 아미드가 중합체 가공 조건 하에 본질적으로 비휘발성이라는 조건이 포함된다.
US 2020/0165430에는 90 중량% 내지 99.9 중량%의 적어도 하나의 스티렌계 공중합체, 0.1 중량% 내지 10 중량%의 지방족 아미드 왁스 첨가제(80℃ 내지 115℃ 범위의 용융점을 갖는 적어도 하나의 지방족 아미드 왁스 조성물을 포함함), 및 선택적으로 적어도 하나의 착색제, 염료, 안료 및/또는 추가의 첨가제를 포함하는 내스크래치성 열가소성 중합체 조성물(P)이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 스크래치 및/또는 흠집에 대한 향상된 내성을 갖는 폴리카르보네이트 조성물을 제공하는 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 스크래치 및/또는 흠집에 대한 향상된 내성을 갖는 폴리카르보네이트 조성물을 제공하는 것이며, 이때 상기 조성물은 투명도 및 헤이즈와 같은 양호한 광학적 특성을 갖는다.
놀랍게도, 본 발명자들은 방향족 폴리카르보네이트 및 특정 지방족 아미드 왁스를 포함하는 조성물은 상기 지방족 아미드 왁스를 함유하지 않는 것 외에는 동일한 조성물과 비교하여 개선된 내스크래치성 및 내흠집성 거동을 나타낸다는 것을 발견하였다.
이에 결부되기를 원하지 않으면서, 본 발명자들은 특정 지방족 아미드 왁스가 표면으로 이동하는 스크래치 방지제로서 작용한다는 것을 믿으며, 이때 이는 얇은 윤활층을 형성하며, 이는 결과적으로 표면 마찰을 감소시켜 스크래치 및 흠집에 대한 내성의 향상을 초래한다.
따라서, 본 발명은 열가소성 조성물에 관한 것으로, 이때 열가소성 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 (A) 90.0 중량% 내지 99.9 중량%의 방향족 폴리카르보네이트, (B) 80℃ 내지 115℃ 범위의 용융점을 갖는 0.1 중량% 내지 5.0 중량%의 지방족 아미드 왁스, 및 선택적으로 (C) 0.01 중량% 내지 5.0 중량%의 적어도 하나의 첨가제를 포함한다.
본 발명을 적용함으로써, 전술한 목적을 적어도 부분적으로 충족한다.
폴리카르보네이트(구성성분 A)
폴리카르보네이트는 잘 알려진 물질이며, 일반적으로 양호한 기계적 및 광학적 특성을 나타낸다. 폴리카르보네이트는 일반적으로 2개의 상이한 기술을 사용하여 제조된다. 계면 기술 또는 계면 공정으로 알려져 있는 제1 기술에서, 포스겐은 액체상에서 비스페놀 A(BPA)와 반응한다. 폴리카르보네이트의 제조를 위한 잘 알려진 다른 기술은 종종 용융 에스테르 교환 또는 용융 중축합 기술로도 지칭되는 소위 용융 기술이다. 용융 기술 또는 용융 공정에서, 비스페놀, 전형적으로 BPA는 용융상에서 카르보네이트, 전형적으로 디페닐 카르보네이트(DPC)와 반응한다. 용융 에스테르 교환 공정에 의해 수득된 폴리카르보네이트는 계면 공정에 의해 수득된 폴리카르보네이트와 구조적으로 상이한 것으로 알려져 있다. 그러한 점에서, 특히 소위 "용융 폴리카르보네이트"는 전형적으로 "계면 폴리카르보네이트"에는 일반적으로 존재하지 않는 최소량의 프라이즈 분지화(Fries branching)를 갖는다는 점에 주목한다. 그 밖에도, 용융 폴리카르보네이트는 전형적으로 더 많은 개수의 페놀성 하이드록시 말단기를 갖는 반면, 계면 공정에 의해 수득된 폴리카르보네이트는 전형적으로 말단 캐핑되어 있으며, 많아도 150 ppm, 바람직하게는 많아도 50 ppm, 보다 바람직하게는 많아도 10 ppm의 페놀 하이드록실 말단기를 갖는다.
본 발명에 따르면, 폴리카르보네이트가 방향족 비스페놀 A 폴리카르보네이트 단독 중합체(본원에서 비스페놀 A 폴리카르보네이트로도 지칭됨)를 포함하거나 이로 이루어지는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 본원에 개시된 본 발명의 폴리카르보네이트는 폴리카르보네이트의 총량을 기준으로 적어도 60 중량%, 바람직하게는 적어도 90 중량%의 비스페놀 A 폴리카르보네이트를 포함한다. 보다 바람직하게는, 조성물 내의 폴리카르보네이트는 본질적으로 비스페놀 A 폴리카르보네이트를 포함하거나 이로 이루어진다. 본 발명에 따른 방향족 폴리카르보네이트는 바람직하게는, 예를 들어 폴리카르보네이트-폴리실록산 공중합체 또는 폴리카르보네이트-폴리에스테르 공중합체와 같은 공중합체를 포함하지 않는다. 방향족 폴리카르보네이트와는 별도로, 본원에 개시된 바와 같은 조성물은 비방향족 폴리카르보네이트를 포함하지 않는 것이 추가로 바람직하다.
일 양태에서, 폴리카르보네이트는 계면 폴리카르보네이트이다. 다른 양태에서, 폴리카르보네이트는 용융 폴리카르보네이트이다. 또 다른 양태에서, 폴리카르보네이트는 20 중량% 내지 80 중량%의 계면 폴리카르보네이트와 80 중량% 내지 20 중량%의 용융 폴리카르보네이트의 혼합물이다. 폴리카르보네이트는 분자량이 상이한 것 외에는 동일한 2개 이상의 폴리카르보네이트의 혼합물일 수 있다.
폴리카르보네이트는 폴리카르보네이트 표준물질을 이용한 겔 투과 크로마토그래피를 사용하여 결정된 15,000 g/mol 내지 60,000 g/mol의 중량 평균 분자량를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 열가소성 조성물 및 적어도 하나의 추가의 중합체 성분을 포함하는 성형 조성물로 확장될 수 있다. 추가의 중합체 성분은 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 공중합체(ABS), 메틸 메타크릴레이트/부타디엔/스티렌 공중합체(MBS), 스티렌/부타디엔/스티렌 공중합체(SBS), 스티렌/아크릴로니트릴 공중합체(SAN), 아크릴로니트릴/스티렌/아크릴로니트릴 공중합체(ASA), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 불포화 폴리에스테르(UPES), 폴리아미드(PA), 열가소성 우레탄(TPU), 폴리스티렌(PS), 내충격성 폴리스티렌(HIPS), 폴리염화비닐(PVC) 중 하나 이상일 수 있다.
성형 조성물은 성형 조성물의 중량을 기준으로 99 중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는 90 중량% 내지 60 중량%의 열가소성 조성물 및 1 중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 40 중량%의 하나 이상의 추가적인 중합체(들)를 포함한다. 성형 조성물 내의 열가소성 조성물의 양은 성형 조성물의 중량을 기준으로 적어도 60 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 70 중량%, 더욱 더 바람직하게는 적어도 80 중량% 또는 적어도 90 중량%인 것이 바람직하다. 추가적인 중합체 성분의 양은 성형 조성물의 중량을 기준으로 많아도 40 중량%, 바람직하게는 많아도 30 중량%, 더욱 더 바람직하게는 많아도 20 중량% 또는 많아도 10 중량%일 수 있다. 성형 조성물은 성형 조성물의 중량을 기준으로 99 중량% 내지 90 중량%의 열가소성 조성물 및 10 중량% 내지 1 중량%의 추가적인 중합체 성분을 포함할 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 열가소성 조성물의 양은, 성형 조성물 내의 열가소성 조성물의 양이 성형 조성물의 중량을 기준으로 적어도 60 중량% 또는 적어도 70 중량%가 되도록 비교적 높은 것이 바람직하다.
당업자라면 성형 조성물이 성형 조성물의 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 20 중량%의 양으로 존재할 수 있는 통상적인 착색제, 첨가제 및/또는 충전제를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 착색제는 성형 조성물 내에 적은 양, 예를 들어 10 ppm 내지 10,000 ppm으로 포함될 수 있다.
지방족 아미드 왁스(구성성분 B)
열가소성 조성물은 열가소성 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 5.0 중량%의 지방족 아미드 왁스를 포함한다. 바람직하게는, 열가소성 조성물은 0.2 중량% 내지 3.0 중량%, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 내지 2.0 중량%의 지방족 아미드 왁스(B)를 포함한다. 지방족 아미드 왁스(B)는 80℃ 내지 115℃, 바람직하게는 90℃ 내지 110℃, 및 가장 바람직하게는 100℃ 내지 108℃ 범위의 용융점을 갖는다. 지방족 아미드 왁스의 용융점은 ASTM D127-19(적하 용융점 방법)에 따라 측정된다. 바람직하게는, 지방족 아미드 왁스는 1차 또는 보다 바람직하게는 2차 지방족 아미드 왁스를 포함하거나 이로 이루어진다. 보다 바람직하게는, 지방족 아미드 왁스는 화학식 R1-CONH-R2(여기서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 1개 내지 30개의 탄소 원자, 바람직하게는 12개 내지 24개의 탄소 원자, 특히 16개 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 지방족의 포화 또는 불포화 탄화수소기로부터 선택됨)를 갖는 아미드 화합물을 포함하거나 이로 이루어진다.
특히 바람직한 실시형태에서, 지방족 아미드 왁스는 스테아르산에서 유래하는 적어도 하나의 아미드 화합물, 즉 R1이 17개의 탄소 원자를 갖는 지방족의 포화 탄화수소기를 나타내는 적어도 하나의 아미드 화합물을 포함하거나 이로 이루어진다. 이 경우, R2는 바람직하게는 16개 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 지방족의 포화 탄화수소기를 나타낸다.
지방족 아미드 왁스는 N-메틸 스테아르아미드 및/또는 스테아르아미드를 포함하지 않거나 이로 이루어지지 않는다.
지방족 아미드 왁스가 하기 화학식의 화합물이 아닌 것이 바람직하다:
상기 식에서, R1, R2 및 R3은 동일하거나 상이하며, 1개 내지 25개의 탄소 원자를 갖는 알킬이다.
기타 첨가제
열가소성 조성물은 선택적으로 0.01 중량% 내지 5.0 중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 2.0 중량%의 적어도 하나의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 조성물에서 사용되는 전형적인 첨가제는 염료, 안료, 산화 방지제, 안정화제 또는 착색제 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 첨가제의 예는 흐름 개질제, 충전제, 강화제(예를 들어, 유리 섬유 또는 유리 플레이크), 가소제, 윤활제, 이형제(특히, 글리세롤 모노스테아레이트, 펜타에리트리톨 테트라 스테아레이트, 글리세롤 트리스테아레이트, 스테아릴 스테아레이트), 정전기 방지제, 김서림 방지제, 항균제, 착색제(예를 들어, 염료 또는 안료), 난연제 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이때 이들은 단독으로 사용되거나, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 PTFE-캡슐화된 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(TSAN으로도 알려져 있음)와 같은 적하 방지제와 조합된다.
이들 첨가제는 임의의 제조 운영 단계에서 혼합될 수 있지만, 바람직하게는 첨가된 물질의 안정화 효과(또는 기타 특정 효과)로부터 조기에 이익을 얻기 위해 초기 단계에 혼합될 수 있다.
조성물을 포함하는 성형 물품(shaped, formed 또는 molded article)이 또한 제공된다. 조성물은 사출 성형, 압축 성형, 블로우 성형, 압출 및 열성형과 같은 다양한 방법에 의해 물품으로 성형될 수 있다. 물품의 일부 예로는 자동차 및 차체 패널, 예를 들어 범퍼 커버, 범퍼 또는 전기 장치용 하우징을 들 수 있다. 특정 응용에서, 본 발명은 0.1 ㎜ 내지 6 ㎜, 바람직하게는 2 ㎜ 내지 5 ㎜의 두께를 갖는 시트에 관한 것이며, 이때 상기 시트는 본원에 개시된 열가소성 조성물로 이루어진다. 이 같은 시트는 내스크래치성이 중요한 특성인 응용에 사용될 수 있다. 예를 들어, 이 같은 시트는 (자동차) 글레이징 응용 또는 터치 패널 응용에 사용될 수 있다.
다른 응용에서, 열가소성 조성물은 스툴(stool), 의자, 소파 또는 테이블과 같은 가구 물품을 제조하는 데 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 본원에 개시된 조성물을 포함하거나 이로 이루어진 물품에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 본원에 개시된 조성물을 포함하거나 이로 이루어진 차체 부품 또는 전기 장치용 하우징에 관한 것이다. 마찬가지로, 본 발명은 상기 차체 부품 또는 상기 하우징을 포함하는 차량 또는 전기 장치에 관한 것이다. 본 발명은 자동차 부품과 같은 물품의 제조를 위한 본원에 개시된 조성물의 용도에 관한 것이다.
조성물
본 발명에 따르면, 열가소성 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 (A) 90.0 중량% 내지 99.9 중량%의 방향족 폴리카르보네이트, (B) 80℃ 내지 115℃ 범위의 용융점을 갖는 0.1 중량% 내지 5.0 중량%의 지방족 아미드 왁스, 및 (C) 선택적으로 0.01 중량% 내지 5.0 중량%의 적어도 하나의 첨가제를 포함한다.
방향족 폴리카르보네이트의 양은 바람직하게는 95.0 중량% 내지 99.8 중량%이고, 지방족 아미드 왁스의 양은 바람직하게는 0.2 중량% 내지 3.0 중량%, 보다 바람직하게는 0.2 중량% 내지 2.0 중량%, 더욱 더 바람직하게는 0.5 중량% 내지 1.7 중량%이다.
지방족 아미드 왁스는 화학식 R1-CONH-R2(여기서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 16개 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 지방족의 포화 또는 불포화 탄화수소기로부터 선택됨)를 갖는 아미드 화합물을 포함하거나 이로 이루어지는 것이 바람직하다.
의심의 여지를 없애기 위해, 당업자라면 열가소성 조성물의 총 중량이 100 중량%를 나타낼 것이고, 총 100 중량%를 형성하지 않는 물질의 임의의 조합이 비현실적이며 본 발명에 따르지 않는다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본원에 개시된 열가소성 조성물을 구성하는 성분의 총합은 100 중량%이다.
일 양태에서, 본 발명은 또한 열가소성 조성물에서 ASTM D127-19에 따라 측정할 때 80℃ 내지 115℃ 범위의 용융점을 갖는, 본원에 개시된 지방족 아미드 왁스의 용도에 관한 것으로, 이때 열가소성 조성물은 열가소성 조성물의 중량을 기준으로 (A) 90.0 중량% 내지 99.9 중량%의 방향족 폴리카르보네이트, (B) 0.1 중량% 내지 5.0 중량%의 상기 지방족 아미드 왁스, 및 (C) 선택적으로 0.01 중량% 내지 5.0 중량%의 적어도 하나의 첨가제를 포함하거나, 내스크래치성을 개선하기 위해 방향족 폴리카르보네이트로 이루어져 있다.
특성
놀랍게도, 상기에 기재된 지방족 아미드 왁스를 방향족 폴리카르보네이트 단독 중합체를 포함하는 열가소성 조성물에 첨가하면 투명도를 유지하고 헤이즈를 낮추면서 바람직한 내스크래치 및 내흠집 특성을 초래하는 것으로 밝혀졌다.
따라서, 본 발명은 또한 내스크래치성을 개선하기 위해 방향족 폴리카르보네이트를 포함하거나 이로 이루어진 열가소성 조성물에서 80℃ 내지 115℃ 범위의 용융점을 갖는 지방족 아미드 왁스의 용도에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 본원에 개시된 바와 같은 열가소성 조성물은, 하기에 기재된 바와 같이 나노 스크래치 시험에 의해 측정할 때 48 mN 프로파일 하중에서의 0.3 ㎛ 미만의 압입 깊이(indenter depth) 및 50% 이상의 스크래치 회복률을 갖는다:
나노 스크래치 시험
시험 시료에 대해 나노 스크래치 시험을 수행하기 위해 Nano-Indenter® XP(KLA Corporation, 미국 밀피타스 소재)를 사용하였다. 이러한 나노-압입기에서, 팁(tip)이 이동하도록 허용되고 샘플 표면에 수직인 최대 거리는 약 1.5 ㎜이었다. 이러한 전체 범위에 걸쳐, 변위 분해능은 0.1 ㎚ 이상이었다. 이러한 시스템의 경우 최대 하중 용량은 500 mN이었으며, 정밀도는 1μN 이상이었다. 전형적인 나노 스크래치 실험에서, 압입기를 하중 램핑 모드(load-ramping mode)로 표면을 따라 드래깅(dragging)하였다. 3-면 Berkovich-형상의 다이아몬드 압입기를 사용하여 정면 방향 모드(face forward mode)로 스크래치 시험을 수행하였다. 전형적인 스크래치 실험은 4개의 단계(즉, 원본 프로파일, 스크래치 세그먼트, 잔여 프로파일 및 교차 프로파일)로 수행되었다(문헌[V. Jardret, P. Morel, "Viscoelastic effects on the scratch resistance of polymers: relationship between mechanical properties and scratch properties at various temperatures", Prog. Org. Coat., 48, 322, (2003)].
원본 프로파일에서, 표면 형태는 스크래치를 수행할 소정의 위치에서 표면을 50 mN의 하중으로 사전 프로파일링함으로써 수득되었다. 이어서, 압입기는 초기 위치로 되돌아갔으며, 법선 하중을 50 mN에서 120 mN으로 증가시키면서 스크래치 실험을 시작하였다. 그루브(groove)에서의 잔류 변형을 측정하기 위해 50 mN의 하중으로 동일한 경로를 따라 스크래치 후 프로파일을 수행하였다. 최종적으로, 변형을 평가하기 위해 소정의 위치(본 실험의 경우 48 mN의 프로파일 하중)에서 교차 프로파일을 수행하였다. 시험 파라미터의 최적화는 다음 단락에 기술되어 있다. 각 샘플에 대해 스크래치를 5회 수행하고, 이들 시험의 평균을 낸 이후에 파라미터를 기록하였다. 본 연구에 사용된 테스트 파라미터는 표 1에 나타나 있다.
도 1은 스크래치 실험 동안의 전형적인 교차 프로파일을 보여주며, 여기서 "A"는 스크래치 너비를 지칭하고, "B"는 총 스크래치 깊이, 즉 압입 깊이를 지칭하고, "C"는 잔류 스크래치 깊이를 지칭하고, "D"는 스크래치 파일업 높이(scratch pile-up 높이)를 지칭한다.
또한, 본원에 기술된 바와 같은 열가소성 조성물은 하기에 기재된 바와 같이 500회 사이클의 크로크미터 흠집 시험 이후에 4 이하의 델타 헤이즈 및 적어도 90%의 투과도를 갖는다:
크로크미터 흠집 시험:
자동화된 크로크미터(Globetex Industries, 인도)를 사용하여 성형 샘플에 대해 크로크미터 흠집 시험을 수행하였다. 이를 위해, 금속 고리로 고정된 마모용 직물로 덮인 돌출형 16 ㎜ 아크릴 핑거에 9 N 힘을 지속적으로 가하였다. 50 ㎜ x 50 ㎜의 펠트 조각(Test Fabric Inc.)을 아크릴 핑거와 마모용 직물(Test Fabric Inc.의 린넨 L-61U) 사이에 배치하였다. 길이가 50 ㎜인 샘플 상에서 아암(arm)을 타격하였다.
델타 투과율 및 델타 헤이즈를 계산하기 위해 흠집 시험 이전 및 이후에 샘플의 헤이즈 및 투과도를 측정하였다. 헤이즈 및 투과율의 측정(ASTM D1003 표준)을 위해 BYK Gardner의 헤이즈-가드 플러스(Haze-gard plus; BYK Gardner GmbH, 독일)를 사용하였다. 시료 크기는 두께가 3 ㎜인 60 ㎜ x 60 ㎜ 정사각형 칩이다.
델타 헤이즈는 하기 방정식으로 주어진다:
델타 헤이즈 = |흠집 시험 이후의 헤이즈(%) - 흠집 시험 이전의 헤이즈(%)|
델타 투과율은 하기 방정식으로 주어진다:
델타 투과율 = |흠집 시험 이후의 투과율(%) - 흠집 시험 이전의 투과율(%)|
이제, 본 발명은 하기 비제한적인 실시예에 기초하여 추가로 설명될 것이다.
실시예
41의 L/D를 갖는 Werner Pfleiderer 25 밀리미터(㎜) 공동-회전 교합형(intermeshing) 이축 압출기 상에서 압출하여 열가소성 조성물을 제조하였다. 조성물의 성분 및 이들의 공급원은 표 2에 나열되어 있다. 모든 성분을 건식 혼합하고, 압출기의 목부(throat)에 첨가하였다. 압출기는 150℃ 내지 260℃의 배럴 온도로 설정되었다. 배합 동안에 용융물에 100 밀리바(mbar) 내지 800 mbar의 진공이 가해진 상태에서 55% 내지 60%의 토크를 유지하면서 재료를 작동시켰다. 조성물은 다이 헤드(die head)에서 나온 후 펠렛화되었다.
40℃ 내지 280℃로 설정된 성형기 및 100℃로 설정된 주형을 이용하여 모든 샘플을 사출 성형을 통해 성형하였다.
표 3의 양은 조성물의 총 중량을 기준으로 한 중량 백분율이다. 모든 실시예에서, 성분의 총량은 100 중량%와 동일하다. 표 3에는 본 발명에 따른 열가소성 조성물이 본 발명에 따른 지방족 아미드 왁스를 포함하지 않은 것 외에는 동일한 조성물과 비교하여 개선된 내스크래치 특성 (잔류 스크래치 깊이, 스크래치 파일업 높이, 회복률(%), 총 스크래치 깊이 및 스크래치 너비)을 나타낸다는 것이 나타나 있다.
스크래치 성능 결과는 표 3 및 도 2 내지 도 5에 또한 요약되어 있다. 샘플 1은 내스크래치성 첨가제가 없는 비교예(CE1)이며, 샘플 2 내지 샘플 7은 상이한 내스크래치성 첨가제가 존재하는 후속 실시예이다.
스크래치의 깊이 및 너비가 낮고 스크래치 회복률(%)이 높을수록 조성물의 스크래치 성능이 양호해진다.
샘플 3 및 샘플 4(지방족 아미드 왁스를 포함하는 조성물)은 보다 양호한 스크래치 성능을 나타냈다. 또한, 지방족 아미드 왁스를 갖는 조성물의 경우에 순수 방향족 폴리카르보네이트(샘플 1)와 비교하여 스크래치 회복률(%)이 유의하게 개선된다. 통상, 복구률이 높을수록 스크래치 성능이 양호해진다. 압입 깊이 및 스크래치 파일업 높이도 지방족 아미드 왁스에 의해 더 낮아진다. 도 6으로부터 명백한 바와 같이, 파일업 높이가 낮아지면 스크래치 가시성을 줄이는 데 도움이 된다.
도 7은 시험 방법에서 기재된 바와 같은 500회 사이클의 흠집 시험 이전 및 이후의 투과율(%) 및 헤이즈의 변화를 보여준다. 흠집을 낸 이후에 관찰된 투과율에서는 큰 변화가 관찰되지 않았다. 지방족 아미드 왁스를 함유하는 샘플의 경우 거의 6배 더 양호한 델타 헤이즈가 관찰되었다(도 6). 이 같은 조성물에서는 스크래치 성능과 함께 흠집 성능도 개선되었다. 도 7: 상기에 기재된 바와 같은 린넨을 흠집 요소로서 사용하여 크로크미터를 이용한 500회 사이클의 흠집 시험 이후의 델타 투과율(%) 및 델타 헤이즈.
특정 응용에서, 자동차 및 가전제품의 터치 패널의 글레이징과 같이, 투명도 및 헤이즈는 스크래치 성능을 개선시키면서 유지되어야 하는 중요한 특징이다. 상기 결과를 보면, 지방족 아미드 왁스를 포함하는 방향족 폴리카르보네이트 조성물이 투명도 및 헤이즈를 손상시키지 않으면서 개선된 스크래치 및 흠집 성능을 나타낸다는 것이 명백하다.

Claims (12)

  1. 열가소성 조성물로서, 상기 조성물의 중량을 기준으로,
    (A) 90.0 중량% 내지 99.9 중량%의 방향족 폴리카르보네이트,
    (B) ASTM D127-19에 따라 측정할 때 80℃ 내지 115℃ 범위의 용융점을 갖는 0.1 중량% 내지 5.0 중량%의 지방족 아미드 왁스, 및
    (C) 선택적으로 0.01 중량% 내지 5.0 중량%의 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 열가소성 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지방족 아미드 왁스는 화학식 R1-CONH-R2(여기서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 1개 내지 30개, 바람직하게는 16개 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 지방족의 포화 또는 불포화 탄화수소기로부터 선택됨)를 갖는 아미드 화합물을 포함하거나 이로 이루어지는 것인 열가소성 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지방족 아미드 왁스의 양은 0.2 중량% 내지 3.0 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 2.0 중량%인 것인 열가소성 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방향족 폴리카르보네이트는 비스페놀-A 폴리카르보네이트 단독 중합체를 포함하거나 이로 이루어지는 것인 열가소성 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 조성물은 명세서에 기재된 바와 같이 나노 스크래치 시험(Nano scratch Test)에 의해 측정할 때 48 mN 프로파일 하중에서의 0.3 ㎛ 미만의 압입 깊이(indenter depth) 및 50% 이상의 스크래치 회복률을 갖는 것인 열가소성 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방족 아미드 왁스는 N-메틸 스테아르아미드 및/또는 스테아르아미드를 포함하지 않거나 이로 이루어지지 않는 것인 열가소성 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 조성물은 본 명세서에 기재된 방법에 따라 측정된 500회 사이클의 크로크미터 흠집 시험(Crockmeter Mar test) 이후에 4 이하의 델타 헤이즈 및 적어도 90%의 투과율(본 명세서에 기재된 방법에 따라 측정됨)을 가지며, 이때 델타 헤이즈는 하기 방정식으로 주어지는 것인 열가소성 조성물:
    델타 헤이즈 = |흠집 시험 이후 헤이즈(%) - 흠집 시험 이전 헤이즈(%)|.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 열가소성 조성물 및 적어도 하나의 추가의 중합체 성분을 포함하는 성형 조성물로서, 이때 상기 성형 조성물 내의 열가소성 조성물의 양은 상기 성형 조성물의 중량을 기준으로 적어도 60 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 70 중량%, 더욱 더 바람직하게는 적어도 80 중량%인 것인 성형 조성물.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 열가소성 조성물 또는 제8항의 성형 조성물을 포함하거나 이로 이루어진 물품으로서, 이때 바람직하게는 상기 물품은 차체 부품 또는 전기 장치용 하우징인 것인 물품.
  10. 제9항의 물품을 포함하는 차량 또는 전기 장치.
  11. 물품, 바람직하게는 자동차 부품의 제조를 위한 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 조성물 또는 제8항의 성형 조성물의 용도.
  12. 열가소성 조성물에서 ASTM D127-19에 따라 측정할 때 80℃ 내지 115℃ 범위의 용융점을 갖는 지방족 아미드 왁스의 용도로서, 이때 상기 열가소성 조성물은 상기 조성물의 중량을 기준으로 (A) 90.0 중량% 내지 99.9 중량%의 방향족 폴리카르보네이트, (B) 0.1 중량% 내지 5.0 중량%의 상기 지방족 아미드 왁스 및 (C) 선택적으로 내스크래치성을 개선시키기 위한 0.01 중량% 내지 5.0 중량%의 적어도 하나의 첨가제를 포함하는 것인 지방족 아미드 왁스의 용도.
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