KR20240046060A - 폴리알킬렌카보네이트계 수지 조성물 - Google Patents

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KR20240046060A
KR20240046060A KR1020230128835A KR20230128835A KR20240046060A KR 20240046060 A KR20240046060 A KR 20240046060A KR 1020230128835 A KR1020230128835 A KR 1020230128835A KR 20230128835 A KR20230128835 A KR 20230128835A KR 20240046060 A KR20240046060 A KR 20240046060A
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carbonate
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polyalkylene carbonate
polyacetal
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KR1020230128835A
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문근형
염수길
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트와 폴리아세탈을 포함하는 수지 조성물 및 상기 수지 조성물로부터 형성된 성형품에 관한 것으로, 본 발명의 수지 조성물은 유연성 및 가공성이 우수하면서도, 동시에 인장강도 및 충격강도 역시 우수하여 다양한 분야의 제품에 널리 적용될 수 있다.

Description

폴리알킬렌카보네이트계 수지 조성물{Polyalkylenecarbonate Based Resin Composition}
본 발명은 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트와 폴리아세탈을 블렌딩함으로써 준수한 가공성 및 유연성을 가지면서도, 우수한 인장강도 및 충격강도를 갖는 수지 조성물 및 상기 수지 조성물로부터 형성되는 성형품에 관한 것이다.
폴리알킬렌카보네이트는 온실 가스의 주범인 이산화탄소를 원료로 하는 친환경 플라스틱 수지로, 유연성, 투명성 및 차단성이 우수하다는 장점이 있어 다양한 일상 생활에서의 생필품 용도로 사용되기에 적합하다. 다만 폴리알킬렌카보네이트는 자체적인 충격강도가 떨어지는 단점이 있고, 내열성이 역시 부족하여 고온에서 쉽게 열분해되기 때문에 다른 종류의 수지와의 블렌딩 가공을 통해 떨어지는 충격강도를 보완하기도 쉽지 않다는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로, 폴리알킬렌카보네이트를 폴리케톤과 블렌딩하여 가공성을 개선한 선행 기술들이 있으나, 폴리케톤을 블렌딩할 경우에는 폴리알킬렌카보네이트와 폴리케톤의 열적 특성 차이가 심해 가공성이 불리하다는 또 다른 단점이 존재한다.
한편, 폴리옥시메틸렌이라고도 불리우는 폴리아세탈은 고강성의 열가소성 플라스틱 수지로, 폴리아미드, 폴리에스터 또는 폴리카보네이트와 같은 일반 엔지니어링 플라스택 소재 대비 저온에서의 성형성이 우수하고, 내마모성 등의 물성이 우수하여 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 상기 폴리아세탈은 키보드 부품이나 기어와 같은 사출 용도에서 주로 사용되며, 투명성, 인장 강도 및 광택성이 매우 우수하다. 다만, 폴리아세탈은 그 강성도가 특정 수준 이상으로 높아서, 사출 후 완제품으로의 유통 및 보관 시 쉽게 깨지는 문제가 있으며, 이에 따라 유연성과 충격 강도를 개선하여야 할 필요가 있다. 그러나 폴리아세탈은 그 자체의 유연성이 떨어지기 때문에 다른 유연성 소재와의 혼합 시 상용성이 부족하여 가공이 어려워지고, 혼합에 의해 폴리아세탈의 자체적인 장점 역시 희석되는 또 다른 문제가 있다.
따라서, 앞서 설명한 폴리알킬렌카보네이트와 폴리아세탈의 단점을 상쇄할 수 있으면서도, 요구되는 가공성, 유연성 및 충격강도 등의 여러 물성을 동시에 만족할 수 있는 신규한 폴리알킬렌카보네이트계 수지에 대한 연구가 필요한 상황이다.
KR 10-2018-0076352 A KR 10-1898521 B1
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폴리알킬렌카보네이트 수지와 폴리아세탈 수지를 블렌딩하되, 폴리알킬렌카보네이트의 말단을 캐핑한 후, 상기 두 수지를 최적 중량비로 혼합하여 사용함으로써 폴리알킬렌카보네이트 자체의 떨어지는 내열성 및 가공성을 보완할 수 있고, 블렌딩 수지의 우수한 가공성, 유연성 및 내충격성을 구현할 수 있는 신규한 폴리알킬렌카보네이트계 수지 조성물에 관한 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 수지 조성물 및 상기 수지 조성물로부터 형성된 성형품을 제공한다.
구체적으로, (1) 본 발명은 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트 및 폴리아세탈을 포함하며, 상기 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보이트 및 폴리아세탈 사이의 중량비는 10:90 내지 50:50인 수지 조성물을 제공한다.
(2) 본 발명은 상기 (1)에 있어서, 상기 폴리아킬렌카보네이트는 무수 말레인산, 4-tert-옥틸페놀, 2-나프톨, 4-n-부톡시페놀, 4-페닐페놀, 4-(벤질옥시)-페놀 및 4-tert-부틸페놀로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 캡핑제로 말단 캡핑된 것인 수지 조성물을 제공한다.
(3) 본 발명은 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트의 말단 캡핑제 함량은 폴리알킬렌카보네이트 및 말단 캡핑제의 합산 100 중량부 대비 0.5 내지 2.0 중량부인 수지 조성물을 제공한다.
(4) 본 발명은 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, 상기 폴리알킬렌카보네이트는 폴리에틸렌카보네이트, 폴리프로필렌카보네이트, 폴리펜텐카보네이트, 폴리헥센카보네이트, 폴리옥텐카보네이트 및 폴리시클로헥센카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 수지 조성물을 제공한다.
(5) 본 발명은 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서, 상기 폴리알킬렌카보네이트는 중량 평균 분자량이 10,000 내지 300,000g/mol인 수지 조성물을 제공한다
(6) 본 발명은 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 상기 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트의 열분해온도(Td)는 230 내지 300℃인 수지 조성물을 제공한다.
(7) 본 발명은 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서, 상기 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트의 용융 흐름 지수(melt flow index)는 5 내지 15g/10min인 수지 조성물을 제공한다.
(8) 본 발명은 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서, 상기 폴리아세탈은 중량 평균 분자량이 10,000 내지 200,000g/mol인 수지 조성물을 제공한다.
(9) 본 발명은 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 있어서, 사슬 연장제를 더 포함하는 것인 수지 조성물을 제공한다.
(10) 본 발명은 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 있어서, 상기 사슬 연장제는 디이소시아네이트계 사슬 연장제, 에틸렌글리콜계 사슬 연장제 및 에폭사이드계 사슬 연장제로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 수지 조성물을 제공한다.
(11) 본 발명은 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 있어서, 상기 사슬 연장제는 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트 및 폴리아세탈의 합산 100 중량부 대비 5 중량부 이하로 포함되는 것인 수지 조성물을 제공한다.
(12) 본 발명은 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 하나에 있어서, 에폭사이드계 산화방지제, 페놀계 산화방지제, 방향족 아민계 산화방지제, 인계 산화방지제 및 유황계 산화방지제로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 산화방지제를 더 포함하는 수지 조성물을 제공한다.
(13) 본 발명은 상기 (1) 내지 (12) 중 어느 하나에 따른 수지 조성물을 압출하여 얻어진 성형품을 제공한다.
본 발명의 수지 조성물은 우수한 내열성, 가공성, 유연성 및 내충격성을 가지며, 이에 따라 다양한 분야의 압출 제품에 적용되기에 특히 적합하다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
수지 조성물
본 발명은 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트 및 폴리아세탈을 포함하며, 상기 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보이트 및 폴리아세탈 사이의 중량비는 10:90 내지 50:50인 수지 조성물을 제공한다. 이하에서, 본 발명의 수지 조성물에 포함되는 두 성분에 대해 각각 구체적으로 설명한다.
(1) 폴리알킬렌카보네이트
본 발명의 수지 조성물은 폴리알킬렌카보네이트를 포함한다. 폴리알킬렌카보네이트는 앞서 설명한 바와 같이 우수한 유연성이나 투명성 등과 같은 특성을 가져 다양한 분야에서 사용되는 소재이나, 열안정성이 낮고, 이에 따라 상대적 고온 조건에서 다른 수지와 혼합하여 가공하는 블렌딩(blending) 가공이 쉽지 않다는 단점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 폴리알킬렌카보네이트의 위와 같은 단점을 최소화하기 위하여 말단 캡핑(end-capping)된 폴리알킬렌카보네이트를 사용한다.
말단 캡핑(end-capping)은 중합체 사슬에 존재하는 작용기를 말단 캡핑제(end-capping agent)의 작용기와 반응시킴으로써 그 구조를 변형하고, 이에 따라 중합체 자체의 특성이나 물성을 개질하는 것을 의미한다. 본 발명에서는 폴리알킬렌카보네이트를 말단 캡핑하여 사용함으로써 앞서 설명한 열안정성이 낮다는 단점을 개선할 수 있다. 보다 구체적으로, 폴리알킬렌카보네이트의 말단기에는 카복실기가 존재하는데, 카복실기는 상대적으로 낮은 온도에서 열분해되기 때문에 폴리알킬렌카보네이트의 자체적인 열안정성이 떨어진다. 그러나 이러한 구조를 말단 캡핑, 구체적으로는 무수 말레인산과 같은 무수물기를 갖는 말단 캡핑제나, 하이드록시기를 갖는 말단 캡핑제로 캡핑할 경우, 무수물기 또는 하이드록시기와 카복실기 사이의 에스테르화 반응이 진행되어 말단에 카복실기를 열안정성이 뛰어난 구조로 변경할 수 있으며, 이를 통해 중합체 전체적인 열안정성을 크게 개선할 수 있다. 예컨대, 본 발명에서 사용되는 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트는 말단 캡핑되지 않은 폴리알킬렌카보네이트 대비 열분해온도가 50℃ 이상, 보다 바람직하게는 60℃ 이상 높은 것일 수 있으며, 본 발명에서 사용되는 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트는 그 자체적인 열분해온도가 230 내지 300℃, 바람직하게는 250 내지 280℃일 수 있다. 한편, 본 발명에 있어서 상기 열분해온도는 열중량 분석법(Thermogravimetric Analysis, TGA)을 통해 측정되는 것일 수 있다.
또한, 보다 구체적으로 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트의 용융 흐름 지수(melt flow index)는 5 내지 15g/10min일 수 있고, 특히 바람직하게는 7 내지 13g/10min일 수 있다. 말단 캡핑되지 않은 폴리알킬렌카보네이트는 대략적으로 5g/10min 이하의 용융 흐름 지수를 갖는 반면, 본 발명에서 사용되는 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트는 상술한 정도로 높은 용융 흐름 지수를 가지며, 이에 따라 후술하는 폴리아세탈과의 상용성이 보다 좋을 수 있고, 폴리아세탈과의 블렌딩 가공 시 가공성이 뛰어날 수 있다.
본 발명의 폴리알킬렌카보네이트에 있어서, 말단 캡핑제의 함량은 폴리알킬렌카보네이트 및 말단 캡핑제의 합산 100 중량부 대비 0.5 내지 2.0 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 1.0 중량부일 수 있다. 말단 캡핑제의 함량이 상술한 범위보다 낮은 경우에는 말단 캡핑에 따른 기술적 이점이 미미하고, 말단 캡핑제의 함량이 상술한 범위보다 너무 높은 경우에는 오히려 말단 캡핑제가 산 촉매제로 적용하여, 폴리알킬렌카보네이트의 가수 분해를 촉진하여 열적 안정성을 열위해질 수 있다.
본 발명의 폴리알킬렌카보네이트에 있어서, 말단 캡핑은 무수 말레인산, 4-tert-옥틸페놀(TOP), 2-나프톨(NAP), 4-n-부톡시페놀(BOP), 4-페닐페놀(PHP), 4-(벤질옥시)-페놀(BYP) 및 4-tert-부틸페놀(TBP)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 캡핑제로 수행되는 것일 수 있으며, 보다 바람직하게는 무수 말레인산으로 수행되는 것일 수 있다. 상기 나열한 캡핑제들은 적은 함량으로도 폴리알킬렌카보네이트의 열안정성을 크게 개선할 수 있으면서도, 폴리알킬렌자체의 우수한 물성은 크게 저하시키지 않는다는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 폴리알킬렌카보네이트는 폴리에틸렌카보네이트, 폴리프로필렌카보네이트, 폴리펜텐카보네이트, 폴리헥센카보네이트, 폴리옥텐카보네이트 및 폴리시클로헥센카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 특히 바람직하게는 폴리에틸렌카보네이트일 수 있다. 폴리알킬렌카보네이트로 상술한 종류의 것들을 사용할 경우, 수지 자체의 여러 물성이 준수하면서, 이들 사이의 밸런스 역시 우수할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 있어서, 상기 폴리알킬렌카보네이트는 중량 평균 분자량이 10,000 내지 300,000g/mol일 수 있고, 바람직하게는 150,000 내지 250,000g/gmol일 수 있다. 폴리알킬렌카보네이트의 중량 평균 분자량이 너무 작거나 큰 경우에는 수지 조성물에서 요구되는 여러 물성 중 하나 이상이 크게 열위해지는 문제가 발생할 수 있다.
(2) 폴리아세탈
본 발명의 폴리알킬렌카보네이트계 수지 조성물은 상술한 폴리알킬렌카보네이트와 함께 폴리아세탈을 포함한다. 폴리아세탈은 폴리알킬렌카보네이트의 부족한 내열성을 보완하는 역할을 하며, 폴리알킬렌카보네이트는 폴리아세탈의 부족한 유연성을 보완하는 역할을 한다.
본 발명에서 사용되는 폴리아세탈은 중량 평균 분자량이 10,000 내지 200,000g/mol일 수 있고, 바람직하게는 중량 평균 분자량이 50,000 내지 150,000g/mol일 수 있다. 폴리아세탈의 중량 평균 분자량이 너무 낮거나, 너무 높은 경우에는 폴리아세탈과 폴리알킬렌카보네이트 사이의 열적 흐름성 차이가 커 가공성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 수지 조성물에 있어서, 상기 폴리알킬렌카보네이트 및 폴리아세탈 사이의 중량비는 10:90 내지 50:50일 수 있고, 바람직하게는 20:80 내지 50:50일 수 있다. 우수한 충격강도, 유연성 및 가공성을 구현하기 위해서는 폴리아세탈의 함량이 폴리알킬카보네이트 대비 많은 것이 바람직하고, 특히 두 성분 사이의 함량비가 상술한 범위일 때 여러 물성들 사이의 밸런스가 더욱 우수할 수 있다.
(3) 사슬 연장제
한편, 본 발명의 수지 조성물은 앞서 설명한 두 성분 외에 사슬 연장제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 수지 조성물에 사슬 연장제가 포함될 경우, 수지 조성물로 얻어지는 성형품의 인장 강도가 특히 우수할 수 있다.
상기 사슬 연장제는 디이소시아네이트계 사슬 연장제, 에틸렌글리콜계 사슬 연장제 및 에폭사이드계 사슬 연장제로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상일 수 있고, 특히 바람직하게는 에폭사이드계 사슬 연장제일 수 있다. 또한, 사슬 연장제는 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트 및 폴리아세탈의 합산 100 중량부 대비 5 중량부 이하로 포함되는 것일 수 있고, 바람직하게는 0.5 내지 3 중량부로 포함되는 것일 수 있다.
수지 조성물
본 발명의 폴리알킬렌카보네이트계 수지 조성물은 앞서 설명한 두 종류의 수지 외에도 산화방지제를 더 포함할 수 있다. 산화방지제를 더 포함함으로써 수지 조성물으로부터 형성되는 성형품 등의 산화 현상을 억제할 수 있다. 상기 산화방지제로는 에폭사이드계 산화방지제, 페놀계 산화방지제, 방향족 아민계 산화방지제, 인계 산화방지제 및 유황계 산화방지제로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 사용할 수 있으며, 상기 산화방지제의 함량은 폴리알킬렌카보네이트와 폴리아세탈의 합산 100 중량부 기준 5 중량부 미만, 바람직하게는 0.01 내지 3 중량부일 수 있다.
성형품
본 발명은 앞서 설명한 수지 조성물로부터 얻어지는 성형품을 제공한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 상기 폴리알킬렌카보네이트계 수지 조성물을 압출하여 얻어진 성형품을 제공한다.
본 발명의 수지 조성물은 압출과 같은 가공 방법을 통해 성형품으로 제조될 수 있으며, 상기 성형품은 높은 유연성 및 충격 강도가 요구되는 다양한 제품 분야에 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아니다.
재료
폴리에틸렌카보네이트(중량 평균 분자량: 180,000 내지 220,000g/mol)를 무수 말레인산으로 우선 말단 캡핑하였다. 구체적으로, 폴리에틸렌카보네이트 수지 99 중량부에 무수 말레인산 1 중량부를 첨가하고, 반응 개시제로 디큐밀퍼옥사이드(DCP)를 0.1 중량부 첨가하였다. 그 후 수지 혼합물을 트윈 스크류에 투입하고, 압출 온도를 170℃로 하여 압출하였다. 그 결과 무수 말레인산으로 말단 캡핑된 폴리에틸렌카보네이트 수지를 얻었다. 한편, 폴리아세탈로는 중량 평균 분자량이 50,000 내지 150,000g/mol인 것을 사용하였다.
실시예 1
상기 재료에서 제조된 폴리에틸렌카보네이트 수지와 폴리아세탈 수지를 50:50의 중량비로 혼합하였으며, 190℃ 조건에서 반응 압출하여 수지 조성물을 수득하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 폴리에틸렌카보네이트 수지와 폴리아세탈 수지 사이의 중량비를 40:60으로 하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 수지 조성물을 수득하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 폴리에틸렌카보네이트 수지와 폴리아세탈 수지 사이의 중량비를 30:70으로 하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 수지 조성물을 수득하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에서 폴리에틸렌카보네이트 수지와 폴리아세탈 수지 사이의 중량비를 20:80으로 하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 수지 조성물을 수득하였다.
실시예 5
상기 실시예 1에서 폴리에틸렌카보네이트 수지와 폴리아세탈 수지 사이의 중량비를 10:90으로 하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 수지 조성물을 수득하였다.
실시예 6
상기 실시예 1에서 추가로 에폭사이드계 사슬 연장제인 2,3-에폭시프로필메타크릴레이트를 폴리알킬렌카보네이트 수지 및 폴리아세틸 수지의 합산 100 중량부 대비 1 중량부 더 투입하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 수지 조성물을 수득하였다.
실시예 7
상기 실시예 2에서 추가로 에폭사이드계 사슬 연장제인 2,3-에폭시프로필메타크릴레이트를 폴리알킬렌카보네이트 수지 및 폴리아세틸 수지의 합산 100 중량부 대비 1 중량부 더 투입하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 수지 조성물을 수득하였다.
실시예 8
상기 실시예 3에서 추가로 에폭사이드계 사슬 연장제인 2,3-에폭시프로필메타크릴레이트를 폴리알킬렌카보네이트 수지 및 폴리아세틸 수지의 합산 100 중량부 대비 1 중량부 더 투입하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 수지 조성물을 수득하였다.
실시예 9
상기 실시예 1에서 추가로 에폭사이드계 사슬 연장제인 2,3-에폭시프로필메타크릴레이트를 폴리알킬렌카보네이트 수지 및 폴리아세틸 수지의 합산 100 중량부 대비 1 중량부 더 투입하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 수지 조성물을 수득하였다.
실시예 10
상기 실시예 5에서 추가로 에폭사이드계 사슬 연장제인 2,3-에폭시프로필메타크릴레이트를 폴리알킬렌카보네이트 수지 및 폴리아세틸 수지의 합산 100 중량부 대비 1 중량부 더 투입하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 수지 조성물을 수득하였다.
비교예 1
상기 재료의 폴리에틸렌카보네이트 수지를 말단 캡핑하지 않고, 단독 사용하였다.
비교예 2
상기 재료의 폴리아세탈을 단독 사용하였다.
비교예 3
상기 비교예 1의 말단 캡핑되지 않은 폴리에틸렌카보네이트 수지를 폴리아세탈과 30:70의 중량비로 혼합하였으며, 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 수지 조성물을 수득하였다.
비교예 4
상기 실시예 1에서 폴리에틸렌카보네이트 수지와 폴리아세탈 수지 사이의 중량비를 60:40으로 하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 수지 조성물을 수득하였다.
비교예 5
상기 실시예 1에서 폴리에틸렌카보네이트 수지와 폴리아세탈 수지 사이의 중량비를 5:95로 하였다는 점을 제외하고는 동일하게 실시하여 수지 조성물을 수득하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 수지의 제조 조건을 간략히 정리하여 하기 표 1로 나타내었다.
PEC 중량부 POM 중량부 PEC의 말단 캡핑 여부 사슬 연장제 사용 여부
실시예 1 50 50 O X
실시예 2 40 60 O X
실시예 3 30 70 O X
실시예 4 20 80 O X
실시예 5 10 90 O X
실시예 6 50 50 O O
실시예 7 40 60 O O
실시예 8 30 70 O O
실시예 9 20 80 O O
실시예 10 10 90 O O
비교예 1 100 0 X X
비교예 2 O 100 - X
비교예 3 30 70 X X
비교예 4 60 40 O X
비교예 5 5 95 O X
* PEC: 폴리에틸렌카보네이트* POM: 폴리아세탈(폴리옥시메틸렌)
실험예 1. 말단 캡핑 여부에 따른 열안정성 및 용융 흐름 지수 비교
상기 재료에서 얻어진 말단 캡핑된 폴리에틸렌카보네이트 수지와 비교예 1의 말단 캡핑되지 않은 폴리에틸렌카보네이트 수지의 열안정성과 용융 흐름 지수를 비교하였다. 구체적으로, TGA(Thermogravimetric Analyzer with Large Furnace(LF), Mettler Toledo社)를 사용하여 30℃에서 400℃까지 10℃씩 승온시키면서 열분해 온도 및 열분해 온도에서의 중량 손실율을 측정하였다. 또한, 이와 별도로 용융 흐름 지수 측정 장비(QM280A, QMESYS社)를 사용하여 190℃ 조건에서 2.16kg의 추를 올려 용융 흐름 지수를 측정하였다.
그 결과를 하기 표 2로 나타내었다.
말단 캡핑된 폴리에틸렌카보네이트 수지 말단 캡핑되지 않은 폴리에틸렌카보네이트 수지
(비교예 1)
엷분해 온도(Td, ℃) 258.6 196.2
중량 손실율(@Td, %) 0.7 2.1
용융 흐름 지수(MFI, g/10min) 3.1 1.5
상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 폴리에틸렌카보네이트 수지를 말단 캡핑함으로써 열분해 온도가 크게 상승하고, 해당 열분해 온도에서의 중량 손실율은 감소하며, 용융 흐름 지수가 크게 증가하였음을 확인하였다. 이는 즉 말단 캡핑을 통해 폴리에틸렌카보네이트 수지의 상대적으로 열위한 열안정성을 보완할 수 있으면서도, 가공성 역시 개선할 수 있음을 의미한다.
실험예 2. 실시예 및 비교예의 물성 및 용융 흐름 지수 비교
상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 수지 조성물로부터 시편을 제조한 후, 그 물성과 용융 흐름 지수를 측정하였다. 용융 흐름 지수의 경우, 앞선 실험예 1에서와 동일한 방법으로 측정하였고, 물성의 경우 수지 조성물을 ASTM 412 표준 규격에 따라 190℃ 조건에서 시편으로 제조한 후, 인장 강도, 신율 및 아이조드 충격 강도를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3으로 나타내었다.
MFI
(g/10min)
인장 강도
(단위:Mpa)
신율
(%)
충격 강도
(단위:J/m)
실시예 1 8.9 34 166 38.9
실시예 2 10.4 37 115 36.3
실시예 3 13.0 40 40 41.6
실시예 4 15.1 42 19 42.2
실시예 5 7.1 59 16 66.7
실시예 6 7.8 37 150 51.6
실시예 7 8.7 40 110 43.2
실시예 8 11.1 45 39 39.2
실시예 9 13.6 47 17 41.6
실시예 10 6.6 60 9 67.5
비교예 1 1.0 8 810 N/A
비교예 2 27.0 60 2 68.9
비교예 3 19.6 22 7 32.2
비교예 4 16.2 46 12 45.1
비교예 5 25.0 57 2 70.3
상기 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트와 폴리아세탈을 혼합한 본 발명 실시예의 수지 조성물은 비교예의 수지 조성물 대비 신율이 높아 유연하면서도, 인장 강도나 아이조드 충격 강도와 같은 강도 면에서도 부족하지 않거나 오히려 우수하다. 또한, MFI 역시 충분히 높아 가공성 역시 뛰어나다.
구체적으로, 말단 캡핑되지 않은 폴리에틸렌카보네이트를 단독 사용한 비교예 1의 경우, 신율은 높았지만 가공성 및 인장 강도가 모두 열위하였다. 또한, 비교예 1의 시편은 그 강도가 너무 물러서 충격 강도 확인 시 시편이 부서지지 않고, 시편이 오히려 휘어져, 충격 강도 자체를 측정할 수 없었다. 한편, 폴리아세탈을 단독 사용한 비교예 2의 경우 신율이 크게 열위하여 유연성이 크게 떨어진다는 점을 확인하였다. 상기 비교예 1 및 2를 블렌딩한 비교예 3의 경우 신율, 인장강도와 충격강도 모두 실시예 대비 떨어지는 점을 확인하였다.
또한, 말단 캡핑된 폴리에틸렌카보네이트와 폴리아세탈을 블렌딩하되, 두 성분 사이의 중량비가 적절하지 못한 비교예 4 및 5의 경우, 각각 실시예 1 및 5와 비교하여 신율이 떨어졌으며, 이에 따라 본 발명에서 요구하고 있는 폴리에틸렌카보네이트 및 폴리아세탈 사이의 중량비가 만족될 때 신율 측면이 특히 개선된다는 점을 확인하였다.
상기 내용을 종합하여, 말단 캡핑된 폴리에틸렌카보네이트와 폴리아세탈을 블렌딩하여 사용할 경우, 준수한 가공성 및 유연성을 가지면서도, 인장 및 충격강도가 모두 뛰어난 수지 조성물을 제공할 수 있음을 확인하였다.

Claims (13)

  1. 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트; 및
    폴리아세탈;을 포함하며,
    상기 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보이트 및 폴리아세탈 사이의 중량비는 10:90 내지 50:50인 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리아킬렌카보네이트는 무수 말레인산, 4-tert-옥틸페놀, 2-나프톨, 4-n-부톡시페놀, 4-페닐페놀, 4-(벤질옥시)-페놀 및 4-tert-부틸페놀로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 캡핑제로 말단 캡핑된 것인 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트의 말단 캡핑제 함량은 폴리알킬렌카보네이트 및 말단 캡핑제의 합산 100 중량부 대비 0.5 내지 2.0 중량부인 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌카보네이트는 폴리에틸렌카보네이트, 폴리프로필렌카보네이트, 폴리펜텐카보네이트, 폴리헥센카보네이트, 폴리옥텐카보네이트 및 폴리시클로헥센카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌카보네이트는 중량 평균 분자량이 10,000 내지 300,000g/mol인 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트의 열분해온도(Td)는 230 내지 300℃인 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트의 용융 흐름 지수(melt flow index)는 5 내지 15g/10min인 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 폴리아세탈은 중량 평균 분자량이 10,000 내지 200,000g/mol인 수지 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    사슬 연장제를 더 포함하는 것인 수지 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 사슬 연장제는 디이소시아네이트계 사슬 연장제, 에틸렌글리콜계 사슬 연장제 및 에폭사이드계 사슬 연장제로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상인 수지 조성물.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 사슬 연장제는 말단 캡핑된 폴리알킬렌카보네이트 및 폴리아세탈의 합산 100 중량부 대비 5 중량부 이하로 포함되는 것인 수지 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    에폭사이드계 산화방지제, 페놀계 산화방지제, 방향족 아민계 산화방지제, 인계 산화방지제 및 유황계 산화방지제로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 산화방지제를 더 포함하는 수지 조성물.
  13. 제1항에 따른 수지 조성물을 압출하여 얻어진 성형품.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101898521B1 (ko) 2017-07-20 2018-09-13 주식회사 효성 충격강도 저하를 개선한 폴리케톤/폴리에틸렌카보네이트 얼로이 수지 조성물

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