KR850001702B1

KR850001702B1 - 열가소성 수지조성물

Info

Publication number: KR850001702B1
Application number: KR7904237A
Authority: KR
Inventors: 시드니 언더우드 윌리엄; 봄 루이스
Original assignee: 아른 쥐. 아르네센, 크리스티안 피엔; 엘켐 에이에스
Priority date: 1979-12-01
Filing date: 1979-12-01
Publication date: 1985-11-26
Also published as: KR830001344A

Abstract

내용 없음.

Description

열가소성 수지조성물

본 발명은 열가소성 수지조성물, 특히 충진재로서 특정한 형태의 실리카(이산화규소)를 함유하는 폴리비닐클로라이드(PVC) 조성물에 관한 것이며 그러한 것을 합성할 때 생기는 가공물에 관한 것이다.

열가소성수지는 안정한 상품이다. 폴리비닐클로라이드(PVC)는 필름, 얇은막, 박막, 병, 용기, 레코드, 파이프나 도관같은 견고한 압출품, 케이블, 마루용 재료, 직물이나 종이를 코팅하는 재료와 신발등 용도가 다양하다. PVC는 일반적으로 위와 같은 용도에 충진재를 필요로 한다.

가소성 PVC는 전기절연물에 사용된다. 일반적으로 충진재의 혼합은 보다 값이 싼 호분의 혼합과 생석회 고령토와 같이 필요한 전기적인 성질을 뷰여키위해 고안된 충진재로서 사용된다(고령토는 호분보다 훨씬 비싸다).

비가소성 PVC(UPVC)는 비교적 값이 싸고 가볍고 내식성이 있기 때문에 파이프나 낙수함통과 같은 빗물-물품을 만드는데 광범위하게 사용된다.

또한 UPVC는 압력파이프, 토양기구, 배수기구나 도관을 제조할 때도 사용된다.

UPVC는 일반적으로 다음과 같은 첨가재를 함유한다.

(a) 열안정재, 보통 염기성납 혹은 주석염

(b) PVC가루가 압출기의 앞부분에서 일정하게 열을 흡수(즉 융해분도 감소)할 수 있도록 하는 내부윤활제(보통 저비점 왁스)

(c) 압출기 주형을 통하여 융해물의 흐름을 돕는 외부 윤활제(보통 스테아릭산 에스테르)

(d) 완충제, 특히 차거운 상태에서

(e) 색소(예를 들면 회색을 띄게 하기 위해서 카본블랙 산화 티타늄 혼합)

(f) 일반적으로 조성물을 값싸게 하기위한 충진재(보통 탄화칼슘, 예를 들면 탄화칼슘 침전물(PCC)

그러나 중요한 것은 압력파이프에 대한 용도는 UPVC에서는 예외이다 ; 여기에서 충진재의 사용은 UPVC성질의 저하를 방지하기 위해서 일반적으로 피한다.

충진재의 성질(입자크기와 모양과 화학적인 구성)은 광택, 공기부여, 침투성, 내화성, 화학성질(예를 들면, 산과 알카리에 대한 저항), 노화성, 기계적 성질(장력강도, 신장도, 경도, 부서짐등등), 차원성질(수축)과 가공특성과 같은 완공물의 성질에 영향을 미치므로 중요하다.

일반적으로 지금까지 사용된 충진재(스테아릭산을 입힌 탄화칼슘)는 불편한 점이 없을 수 없다. 예를들면, 일반적으로 그것은 10phr(수지 100부당부)이상 사용할 수 없으며, 완공품의 메짐성(부서짐)과 내산성은 인정될 수 없다. 보통 PVC에 충진재가 많아지면 경도메짐성(부서짐), 수분흡수도가 커지며, 화학적인 저항에 감소를 가져온다. 이러한 성질의 저하는 10phr이하에서 분명히 나타날 수 있다. 충진재가 많아지므로서 그러한 성질의 저하는 현저해서 15Phr정도로 중량하는 것은 값비싼 보조제를 첨가하는 것을 제외하고 좋은질의 UPVC에 있어서 일반적으로 생각할 수 없다.

더우기, 탄화칼슘 입자는, 대량으로 다루기 힐들 뿐만 아니라 압출기의 오리피스를 막게하며 가득찬 수지에 있어서, 유동성이 좋지 않은 경향이 있다. 그러므로 적당량의 윤활제가 필요하다.

또한, 가공전의 UPVC조성물의 가공조건은 열안정제가 필요하다. 지금까지 사용된 안정제는 독성이 있는 경향이 있었으나 안정제를 더 적은 양넣은 UPVC조성물을 사용하면 바람직하다.

본 발명은 증기상 규소산화 및 승화와 실리카의 농축(비결정 실리카 입자는 지금부터 편의상 "본 비결정 실리카"라 칭한다)으로 얻어진, 충진재로서 비결정 실리카입자를 함유하는 열가소성 수지조성물을 말한다.

여기서 "충진재"는 본 발명에서 협력제를 함유한다. "열가소성수지" 표현은 열가소성수지 그 자체뿐만 아니라 그로부터 혼합물, 탄성물질, 니트릴고무와 같은 다른물질과 열가소성 수지의 혼합물을 뜻한다.

같은 중합체에서 탄성, 열가소성 영역에 포함되고, 열가소성 수지와 탄성물질의 내부혼합물로 간주되기 때문에 소위 열가소성고무(열가소성 탄성물질)라 할 수 있다. 유황화합이 제조에 사용되지 않았기 때문에 열가소성고무는 고무라기보다는 오히려 플라스틱으로 간주된다. 열가소성수지는 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 공중합체와 아크릴 중합체가 있다. 그러나 본 발명의 용도에 적합한 수지는 PVC, 특히 견교한 비가소성 PVC(UPVC)이다. 따라서 본 발명에서는 발명적용에 대한 한정을 뜻하지는 않을지라도 지금부터는 주로 PVC에 관해서 언급하게 된다.

열가소성 수지의 충진재로서, 즉 PVC와, 특히 UPVC, 본 비결정 실리카를 사용하면 가공전 충진재와 관련있는 여러가지 단점을 경감 내지 제거하게 된다는 것이 발견되었다. 특히, PVC에 있어, 특히 UPVC, 종래의 충진재와 같은 중량을 비교해 볼 때, 본 비결정 실리카는 충격강도와 메짐성이 적어진다. 또한 본 비결정 실리카를 사용하면 손상시키지 않고 메짐성이 적고 고도의 충격강도를 유지하는 반면 종래의 중량보다 크다.

예를 들면, 화학적 저항성은 좋고 흡수성은 적다. 또한 본 비결정 실리카를 사용하면 PVC조성물의 유동성을 저하시키지 않고 가공하기 쉽다. 더우기, 본 비결정 실리카는 적은 열량으로 변형성질을 증가시킬 수 있어 열전도도가 크다. 결과적으로 순환시간이 짧아지면 안정제가 적게든다. 또한 본 비결정 실리카가 PVC에서 충진재로서 사용될 때, 내산성과 함께 끝마리와 내화성이 좋아진다. 충진재는 보다 훨씬 값이 싸므로 생산원가를 감소시킬 수 있기 때문에 PVC성질을 손상시키지 않고 다량의 충진재를 사용한다는 것은 경제성이 크다는 것을 생각할 수 있게 된다.

다시 말해서 비결정 실리카는 충진재로서 뿐만 아니라 협력제로서, 즉 수지를 대신해서 사용할 수 있으므로 원가를 절약할 수 있어 유리한 입장에서 사용될 수 있다. 일반적으로 PVC분자량이 커지면 커질수록 그 성질은 좋아진다. 본 실리카를 사용하게 되면 어떤 용도에도 쓰여질 수 있는 보다 큰 분자량의 PVC로서의 역활을 하게 된다.

(1) 비결정 실리카

본 발명 사용에 가장 적합한 비결정 실리카는 전기환 원로에서의 규소철이나 금속규소를 생산할 때 부산물로 얻어진다. 이 공정에서, 실리카의 비교적 상당량이 여과기나 다른 포집기에서 회수되는 먼지형태를 하고 있다. 그러한 실리카는 노르웨이, Elkem Spigerverket A/S에서 얻을 수 있다.

여기에 설명하는 실리카의 표준시료에 대한 분석과 물리적인 데이타는 다음표에 주워진다.

[표 1]

금속규소 생산에서 포대 여과기에서 포집된 분진

[표 2]

75% FeSi 생산할 때 포대 여과기에 포집된 분진

위의 비결정 실리카는 미국의 규소와 규소철 제조업체 Ohio Ferro-Allogs Corpn과 Union Carbide Corpn, Metals Division에서 구할 수 있다.

규소철 제조화학식은 다음과 같다 :

SiO₂+2C+Fe→FeSi+2CO

합금에서 순도높은 규소를 얻기 위해서 석영을 과량 사용한다 :

SiO₂+2C→2CO+Si

이 규소는 산소와 증기상에서 반응하여 본 발명에서 유용한 규소를 얻게 된다. 적당히 반응조건을 조절하므로서 부산물이 아니라 주산물로서 비결정 실리카를 얻을 수 있다, 예를 들면, 질이좋은 이산화규소 입자를 만들기 위해서 산소공기중로 다시 산화시킨 규소를 제조하는데 거친 실리카(예를 들면 석영)가 감소된다.

본 발명에 사용된 비결정 실리카는 실제적으로 준미크론, 구형, 비집합 입자로 구성되어 있다. 견고하고, 화학적 불활성, 다공성이 적음과 동시에 일정한 구형과 비교적 좁은 입자크기는 상당히 유용한 비결정 실리카의 조건이 된다.

예를 들면, 비결정 실리카 입자는 적어도 이산화규소 중량 86%로 구성되어 있으며, 실제밀도 2.20-2.25g/cm³, 비표면적 18-22m²/g, 입자는 구형이 될 것이며 적어도 그 입자의 중량 60%는 1미크론보다 작은 크기가 될 것이다. 물론 가치변동이 있을 수 있다. 예를 들면 실리카는 SiO₂함량이 적을 수도 있다. 더우기 입자크기의 분포는 조절될 수 있어 원심분리로 거칠은 입자를 제거할 수 있다.

본 비결정 실리카는 탄소성분때문에 회색을 띌 수 있다. 그러나 이 탄소는 500℃이상에서 연소 제거할 수 있다. 보통 제조되는 회색실리카와 사실상 같은 비교적 흰실리카를 얻기 위해서 규소와 규소철 제조공정을 조절할 수 있다. 본래는, 원료에서 석탄을 감소 또는 제거시키므로서 공정조절을 할 수 있다.

이러한 조절결과 규소나 규소철양에 실리카 조성에 다른 변화가 온다. 다시 말하면 규소나 규소철에 대한 실리카비율이 공정조절에서 높다.

위에 말한 흰 비결정 실리카를 사용하므로서 추가로 흰 색소를 첨가할 필요성이 없게 된다. 그러나, 흰 색소와 함께 회색 실리카를 사용하지 않아야 한다. 그러므로 TiO₂3phr을 사용하면 원하는 색깔을 만들고저 다른 색소를 첨가할 수 있게 하면서 바탕색을 만들 수 있다. 물론 어두운 색의 PVC가 필요하다면, 어두운 색소(예를 들면 카본블랙)가 대신 사용될 수 있다. 그러나 여러분야에서 본 비결정 실리카에 의해서 수지에 착색되는 회색이, 파이프 경우에서처럼, 유리할 수도 있다. 결과적으로 따로 색소첨가가 필요없어 원가를 절감시킬 수 있다.

본 비결정 실리카는 부산물로서 얻어질 수 있기 때문에, 비교적 값싸게 얻어질 수 있다. 표 1, 2에서 명시한 바와 같이 본 비결정 실리카는 조밀하게 꽉 채워져있어 운반비나 운용비가 적게 든다.

(Ⅱ) 공 정

PVC에 충진재로서 본 비결정 실리카를 사용하면 종래의 기술이나 어떤 기구를 사용하는데 있어 훨씬 유리한 입장에 있다. 최적조건으로, 본 비결정 실리카는 균일분산시키기 위해서 수지와 완전히 혼합되어야 한다는 것이 중요하다. 실험실 규모로는 용융혼합이 유용하지만, 공업적으로는 조합압출기에서 잘 혼합하는 것이 유용하다. 다른 방법으로는, 특히, 조성물이 크고, 대량생산되는(쌍스크루우) 압출기에서 압출될 때, 건식혼합방법이 유용하게 쓰인다. 또한 수지기로나 PVC를 제조할 때 분무건조가 사용되는 곳에 완전한 혼합을 하기 위해서 그 과정에 실리카가 첨가된다.

여러번 실험을 함으로서, 실험자는 균일분산시키기 위해서 (a) 적절한 조건을 결정할 수 있었으며 (b) 어떤 경우에도 본 비결정 실리카의 최적당량을 결정지을 수 있었다. 위에서 요약한대로, 조작자는 열안정제, 윤활제나 흰색소가 적게 든다는 것을 알게 될 것이다. 사실상, PCC보다 본 비결정 실리카를 사용함으로서 공정이 더 좋아진 것이 입증되었다.

(Ⅲ) 특별한 예

다음 예에 사용된 물질은 아래와 같다 :

B.P Chemicals Limited에서 제조하는 고분자량 PVC인, PVC-"Breon 125 12".

네델란드 Akzo Chemie NV에서 제조되는 안정제, Stabilizer-"EL 74"

I.C.I. Limited에서 제조되는 표면처리하고 침전시킨 탄화칼슘인 Conventional filler-"WinnofilS".

본 비결정 실리카-"Kestrel 600".

Kestrel 600은 전기환원로에서 금속규소 제조시 부산물로 얻어지는 실리카 입자이다. 이 실리카는 독성이 없으며, 비결정이며, 흡수성이 없고 구형입자이며 저흡수성의 조성을 하고 있다.

전형적인 물리적 성질 :

입자 평균크기 0.15미크론

색 회색

S.G(20/20℃) 2.2

SiO₂조성 중량 94%이상

수 분 중량 0.7%(최대)

pH(50% CH₃OH중 2%슬러리, 50% 수분혼합물) 약 7.5

부피밀도 200/300gms perlitre

UPVC에서 충진재로서 본 비결정 실리카의 성질을 검토하기 위해서, 다음과 같은 실험치가 있다(중량부로 표시).

[표 3]

고속과 용융혼합이 다음과 같이 자세히 설명된다 :

(i) Steele & Colishaw 고속혼합기에서 3개의 혼합물 각각을 고속혼합한다. 용기가 60℃까지 예열한 후 원료를 넣어서 120℃가 될 때까지 계속 혼합한다. 그리고 나서 혼합물을 쏟아 냉각한다. 회전속도, 전동기전류와 혼합온도가 나타나게 되는데 제재 B와 C에 사용된 두 충진재의 작용에 큰 차이가 없다.

(ii) 용융혼합물은 2-로울제분기 Planters에 영향을 미친다.

전방로울은, 로울속도 30rpm에서, 175℃에 고정시키고 후방로울은, 로울속도 25rpm에서, 155℃에 고정시켰다. 본비결정 실리카를 함유하는 제재(제재 C라 칭함)는 3개중에서 다루기가 가장 쉽고 로울을 저해하는 경향이 없다.

박막구조

크롬을 도금한 주형이 사용되는데, 판크기는 150×150×1.5mm로 된다. 적절한 크기의 제분혼합제재가 주형구멍에 놓여지고 그 장치가 170℃로 유지하기 위해 고정된 압착기에 놓여진다. 처음에는 약한 압력을 가하고 15분후에 0.5tsi주조압력을 가한다. 주물은 압착기에서 냉각되고 박막은 제거된다. 3가지 모든 제재는 좋은질의 박막이 만들어진다.

인장시험

봉부분이 30mm×3.7mm인 조그마한 아령모양의 시료는 위에 설명한 것처럼 각 제재의 압축주형의 얇은 박막에서 떨어진다. 끝부분의 손실을 막기 위해서 박막과 절단기를 시료를 자르기전에 2, 3분동안 100℃의 건조기에 넣는다.

각 제재에 대해서, 세시료는 긴 평행축으로 잘려서 분쇄입자방향으로 가면(시료는 주조하기전에 분쇄된다) 다시 수직으로 잘린다.

0-500Newton짜리 세편을 이용해서 Instron테스터기로 인장시험을 한다. 크로스 헤드(Cross head)속도는 5mm/min이다. 시료의 신장은 모든 변형이 30mm게이지(gauge)에서 발생한다는 가정하에 크로스헤드 운동으로부터 측정된다. 시험온도는 21-22℃이다. 시험결과는 다음과 같다.

[표 4]

충격시험

Ceast테스터기를 사용해서 충격시험을 한다. 이 시험에서 봉모양의 시료는 긴 수평측과 함께 받침대위에 각끝을 놓음으로서 지속시켜 준다. 시료는 50mm 떨어져서 두개의 수직스톱(Stop)에 놓여진다. 시료는 스톱사이 중간지점에 추에 의해서 수평으로 충격을 받는다. 시료는 수충격으로 깨지며 시료를 깰때 흡수된 에너지는 추의 진폭이 감소되는 정도로 측정된다. 이 에너지는 시료의 충격저항치로서 사용된다.

Ceast테스터기에서, 진자에 부착되어 있는 힘측정기는 오실로스코우프(oscilloscope)에 연결되어 있으며 시료가 파괴되는 동안 시간에 따른 힘의 흔적을 표시한다.

시료는 압축주물 박막에서 자른 넓이 6mm, 두께 1.4mm의 띠모양이다. 시료는 분쇄된 PVC한 층으로 부터 주조되었다. 시료는 수평으로나 혹은 수직으로 잘려서 분쇄입자가 된다.

시험은 이와 같이 실시되어서, 힘은 두께 1.4mm표면에 적용된다. 세시험은 각 제재에 대하여 "입자에 평행"으로 잘린 시료에, 또 세시험은 "입자에 수직"으로 잘린 시료에 행한다.

결과를 요약하면 아래와 같다.

[표 5]

인장 및 충격시험을 통해, 충진재로서 본 비결정 실리카를 함유하는 제재는 충진되지 않은 PVC와 가공전에 충진된 PVC와 비교해서 더 좋은 기계적 특성치를 가지고 있다는 것이 판명되었다.

이와 같이 충진재로서 본 비결정 실리카를 함유하는 PVC는 메짐성이 적으며(파괴시 신장도 크다는 것을 뜻함), 종래의 충진된 PVC보다 파괴강도와 충격강도가 더 크다.

삐캇(ViCat) 연화점

결과는 다음과 같다.

이와 같이, 충진재로 본 비결정 실리카를 사용하면 이러한 성질에 큰 손실을 가져오지 않는다.

화학저항

시험은 약 112×20×1.5 크기의 장방형 시험피스(piece)로 한다. 각 시험피스는 무게를 측정해서 60℃에서 30일동안 적당한 산이나 알카리용액에 담가놓는다. 각 시료는 각각의 비등관에서 시험함으로서 분리된다. 그래서 상호혼합을 방지한다. 30일동안의 마지막날, 각 시료를 꺼내서 물로 완전 세척해서 건조 후 무게를 측정한다. 시험은 두번했다. 중량변화를 여러번 측정한다. 산용액은 60%황산용액이다. 알카리용액은 가성소다 200g/ℓ수용액이다. 결과는 다음과 같다.

[표 6]

산이나 알카리에 30일동안 담근후에도 외관상 변화가 거의 없다. 산용액에서의 중량감소, 알카리용액에서의 중량증가는 영국표준(BS) 4660 : 1973에 규정전 제한치내에 있다. 그런데 그것은 각 물질은 32mg(분시험에서는 약 0.7%중량변화)이상 변화를 허용하고 있지 않다.

그러나 제재 B에서 탄화칼슘의 비율은, 내산성이 있을지라도 최대로 간주된다. 잘 알려진 바와 같이, 탄화칼슘은 산과 반응해서 대응칼슘염, 물과 이산화탄소를 형성한다. 반면 실리카는 대부분 보통산에 불활성이며, 충진재로 사용된 본 비결정 실리카 비율이 화학적 저항의 손실없이 증가될 수 있다는 것이 주목되고 있다.

또한, 위에 설명한 것처럼, PCC양이 증가하면 충진된 UPVC의 메짐성이 상당히 커진다. 그러나 이것은 본 비결정 실리카와는 다르다.

(Ⅳ) 충진재의 대증량

단순히 기술적인 견해에서, 본 비결정 실리카가 보통 5-10pphr정도써서 충분하다. 그러나, 원가를 절감시키기 위해서 본 실리카 충진재를 더 증량했으면 하는 마음이 있었다. 여기에 주워진 결과와 여기에 기록되지 않은 결과에 근거를 두고 볼 때, 본 비결정 실리카는 5-150pphr에서, 특히 5-100 혹은 5-80pphr, 사용된다.

다음 표는 종래의 PCC충진재와 10-30pphr 증량한 본 비결정 실리카로 충진된 UPVC에 대한 시험결과를 나타낸다.

[표 7]

주의 : 1. 충격강도는 비표준시험과정에서 노치(notch)봉으로 결정된다.

2. 보정 충격강도는 충격강도가 시료봉의 두께에 비례한다는 가정하에 측정된다.

3. 시료가 다르면 결과도 산만하다.

위표에서 중요한 성질은 파괴강도나 파괴시 신장도이다. 이것이 시료의 메짐성의 척도이다. 종래의 충진재 경우에, PVC는 증량을 크게하므로서 메짐성이 커진다.

본 비결정 실리카로 충진된 PVC는 충진재를 대량증량하여도 메짐성이 작다.

여러번 실험으로, 견고한 UPVC혼합물은 사실상 표 7에 명시한 시료를 만들기 위해 사용되는 같은과정 소위고속혼합, 분쇄혼합과 압축주형 방법으로 박막형태로 만들어진다. 그러나 Kestrel 600을 더 증량해서 쓴다. 결과는 아래에 주워졌다.

[표 8]

가공전 충진재는 기계적성질과 화학저항성을 저하시키므로 고급 조성물에 다량 증량 할 수 없어, 충진재로 Winnofils와 비교실험은 쓸데없이 장황하게 된다.

본 비결정 실리카를 다량 증량하면 PVC조성물의 내화성을 향상시킨다.

(Ⅴ) 사출성형

앞에서, 연구과정에 필요하므로, 이과정은 압축주형을 포함한다. 그러나, 사출성형은 공업적으로, 예를들면 파이프에 부속품을 만드는데 사용된다(열팽창 같은 일정성질을 지속시키기 위해서 같은 물질로부터 연합부속품과 파이프를 만드는데 유리하다).

다음표는 여러 PVC 제재에 대한 공정조건을 나타내며 스제크리(Szekely)기계가 챠피(Charpy)봉 3개짜리 주형과 함께 사용된다.

[표 9]

가공전 조성물 IM2와 IM4를 비교해볼때, 본 발명의 조성물 IM1과 IM2는 주물품 끝마무리와 성능이 우수하다.

(Ⅳ) 보다 더 좋은 고급 본 비결정 실리카가 사출성형 PVC 조성물에 똑같이 사용될 수 있다.

(Ⅳ) 파이프 압출

성분혼합이 잘될때, 본 비결정 실리카를 함유하는 UPVC조성물로부터 품질좋은 파이프를 만들 수 있다는 것이 실험결과 나타났다. 그성분은 사실상 용융혼합후의 고속혼합할 필요가 있다. 그리고 그 조성물은 압출단계에 적합하게 알맹이를 만들기 위해 잘라진다.

다음표는 성분(phr), 압출조건과 여러 조성물의 특성을 열거했다. 조성 Q는 비교목적 용도이다.

파이프(외경 41mm)는, 53cm/min속도로, 특정 주형 압축기를 사용해서 Schloemann BT 50-8 쌍나사 압출기에서 조성물로부터 압출되어서 만들어진다.

[표 10]

주의

(1) 브레온(Breon)S110/10

(2) 3염기성 황산납, 연합 납 제조업체(Associated Lead Manufacturers)에서 제공하는 D급

(3) 2염기성 스테아릭납, 연합 납 제조업체(Associated Lead Manufacturer s)에서 제공하는 D급

(4) 스테아릭칼슘, 연합 납 제조업체(Associated Lead Manufacturers)에서 제공하는 D급

(5) 디스텍(Distec) A108, 미드켐 회사(Midkem Ltd)제공.

(6) 폴리에틸렌락스, AC617A, 롬-하스회사(Rohm&Hass(u.k) Ltd) 제공

[표 10]

(계속)

압출기 조건

주의

(1) Bl, Ad, D1과 D2는 기구부품에 대한 종래의 고안이다.

그림은 온도 (℃)를 나타낸다.

[표 10]

(계속)

주의

(1) 2m 높이에서 2.7kg물체를 떨어뜨림.

(2) 비캇 연화점은 ℃

충진재로 본 비결정 실리카를 함유하는 UPVC로 부터 압출되어 만들어진 파이프는, 실리카수준에 달려있지만, 저급, 예를들면 물파이프(영국표준 BS4576 참조)뿐만 아니라 고급, 예를들면 압력파이프(영국표준 BS3505참조)까지 기준치에 맞는다.

사실상, 이 파이프는 영국표준이 규정한 이하의 두께로서 BS3505강도를 나타낸다.

이 발명에서의 PVC조성에서 만들어진 파이프의 장점은 메짐성파단보다 오히려 유순하다. 더우기, 가공전 PVC파이프는 실같이 될수 없으나(노치(notch)에 예민함), 본 충진된 PVC파이프는 실같이 될수있다.

(Ⅶ) 기타적용

위에 설명한 것처럼, 고 비캇 연화온도(100℃이상)는 충진재로서 보통 UPVC에 본 비결정 실리카를 사용함으로서 도달할 수 있다. 이것은 파이프에 뜨거운물을 운반하는데 필요한 것이다.

뜨거운 물을 운반하는 파이프는 염소화 PVC(CPVC)로 만드나 이것은 비싼물질이다. 본 비결정 실리카를 다량증량하면 CPVC의 필요한 성질을 별로 손상시키지 않고 원가를 절감시 킬 수 있다.

앞에 설명한 것이 주로 UPVC에 관한 것이지만, 가소성 PVC에 충진재로 본 비결정 실리카를 사용할 수 있다. 다음표는 여러 실험제재의 조성을 나타내는데, 그 제재는 다목적 가소성 PVC제재로 알려져 있다. 각경우에, 여기에 쓰인 PVC는 위에서 말한 브레온 S125/12이고, 안정제는 디옥틸프탈레이트이며, 안정제는 3염기성 황산납이다.

각제재에 대해서, 원료를 달아서 금속용기에 미리 혼합한다. 용융혼합은 전기로 가열한 2개짜리 로울(roll) 분쇄기(12인치 실험용 분쇄기, 플랜터)에서 실시되며 전방 로울은 150℃로 고정되며 후방로울은 140℃로 고정된다. 로울속도는 전방 20rpm, 후방 18rpm이다. 혼합시간은 10분이며, 호분 40pphr를 함유하는 혼합은 그 혼합온도에서 끈적끈적하다.

분쇄로 말미암아, 화상주형을 사용해서 150×150×1.5mm의 박막으로 압출되는 압력이 생긴다. 이주형은 160℃로 예열된 후 혼합물질을 넣고 10분동안 접점압력으로 압축한다. 이 기간후에 0.5tsi(4MN/m²)압력이 가해지며 압축기가 상온까지 냉각한다.

인장강도를 시험하기 위해서, 4개의 아령모양의 시료가, 두께를 측정한후, 다목적 PVC제재의 박막으로부터 잘려지며 각 시료는 실험온도 23℃, 속도 500mm/min로 Hounsfield Tesnometer로 시험한다. 압축과정은 영국표준 BS903, PARTA2, 1971에 규정되었다. 그결과는 아래표에 주워졌다.

[표 11]

제 재

본 비결정 실리카를 비교적 많이 첨가해도 인장강도에 손신을 가져오지 않는다는 결과가 나왔다.

본 비결정 실리카를 함유하는 제재는 80pphr에서도 부드럽고 매끈한 박막을 만들 수 있다.

물론, UPVC와 유사하게, 가소성 PVC에 본 비결정 실리카 충진재를 더욱 많은 양을 사용할 수 있다. 보통보다 더 적은양의 가소제를 사용함이 고려되고 있다.

(Ⅸ) 충진재 혼함

완걸품 FVC의 필요한 특성을 살리기 위해서 하나나 혹은 여러 충진재를 본 비결정 실리카와 혼합하는데 숙련된 기술자가 필요할 것이다. 또한 위에서 말한 바와 같이, 본 비결정 실리카는 종래의 공정보조제와 함께 사용할 수 있다. 예를들면, 스테아릭산(혼합하기전 실리카 입자 코팅(Coating)제로서, Paraloid K120N 혹은 K175 (Rohm and Hass), 안정제, 왁스등등이다.

구체화에서 본 비결정 실리카는 시란(규화수소), 예를들어 유니온 카바이드의 A-1100과 같은 아미노-시란으로 먼저 처리된다. 다시말하면 시란은 수지와 실리카 조성물에 혼합시킬 수 있다. 시란을 첨가하면 조성물의 기계적 특성을 향상시 킬수 있다.

(Ⅹ) 열가소성 탄성수지

(a) 유네프렌(Uneprens)-폴리올디핀 열가소성 탄성물질

열가소성 탄성물질이나 TPR'S(열가소성고무)는 고유플라스틱과 고유고무사이에 중요한 위치에 있으며 증가일로에 있다. 간단히 말해서, 그것들은 사출성형이나 압출성형과 같은 조작에서의 일반적인 열가소제로 사용된다. 주위온도에서 그것들은 강한 고무성질을 가하고 있다. 항구적인 비가역이 아니며 화학적인 유황화함공정이 포함되며 다른 큰 장점은 그 물질을 재 사용할 수 있다는 것이다. 예를들면, 조작이나 폐품이 사용가능하다. 종래의 고무경우에 유황화함은 플라스틱에서 탄성조건으로 전이 시킬 수 없었으며 이 공정에 나오는 폐품조각을 사용할 수 없었다.

일반전으로 TPR'S은 표준고무나 플라스틱보다 훨씬 비싸다. 이때문에, 특성에 손상을 주지않고 최종 조성물에 원가를 감소시키는 충진재나 협력재가 문제시되었다. 유네프렌(Uneprene) 형태의 TPR에서, 본 비결정실리카는 특성을 강화하고 유네프렌 720과 유네프렌 310에서 10-20부로 인장강도를 증가시킨다.

파괴시 신장도도 커진다. 그효과는 더 딱딱한 유네프렌 910플라스틱과 비교해서 부드럽고 탄성 유네프렌 720경우에 현저하다. 탄성성분을 넣으면 보강이 가능하다. 더 딱딱한 유네프렌 910은 혼함물에서 폴리프로필렌의 함량을 많이 가지고 있다

본 비결정 실리카를 20phr이상으로 증량할때, 처리유를 약간 넣는것이 좋다. 다음표에 화합물 번호38은 케스트렐 600, 30부와 기름 5부와 함께 유네프렌 710과의 결과를 나타낸다. 여기서, 본래의 원료의 인장강도는 상당량의 충진재(실리카와 기름)를 넣어서 유지된다.

유네프렌에서 본 실리카의 전반적인 실험결과로, 부드러운 탄성물질이 딱딱한 것보다 더 비싸므로, 본 실리카는 장래가 촉망되는 협력제이다. 부드러운 탄성물질은 값비싼 EPDM고무를 함유하고, 딱딱한 것은 비교적 값싼 폴리프로필렌 함량을 많이 함유하고 있다. 무개를 따져 보아도, 본 실리카가 폴리프로필렌보다 값이 덜들게 된다. 연한 본 실리카를 첨가한 열가소성 고무는 창틀봉인제에 사용할 수 있다. 실리카가 첨가된 유네프렌의 실험결과는 다음표 12에 주워졌다.

[표 12]

(b) 스티렌-부라리엔-스티렌(SBS) 열가소성 탄성물질 연구된 제재는 쉘 카리플렉스(Shell Cariflex)1101열가소성 탄성물질(폴리(스티렌) 첨단 블록(blocks)과 (부타리엔) 중앙블록을 함유한 3블록 공중함제). 첫째로 이 탄성물질은 점도가 큰 방향성 기름(쉘 듀플렉스(Shell Duplex)929)와 케스트렐 600과 직접 화합되어 있다. 두번째 그 탄성물질은 쉘로부터 다양한 분자량 150,000인 단일폴리(스티렌)(결정폴리(스티렌))과 이미 화합되어져 있다. 모든혼합에서 케스트렐 600은 처리되지 않은 상태로 사용된다. 브라벤더(Brabender) 내부 혼합기는 화합조작에서 160℃에서 사용된다. 그재료는 박막으로 압축주조되어 표준시료가 24시간후 박막에서 알려진다. 아래표 13은 시험전 제재를 상세하게 나타낸다.

[표 13]

SBS/시험한 케스트렐 600제재

첫번째

두번째

응력변형(Stress-strain) 데이타는 크로스헤드(crosshead) 속도 500mm/mi n(변형속도 1000 min)에서 J.J Tensometer로 얻었다.

다른 물리적인 시험은 별도를 제외하고는 영국 표준 규정에 따라 실시된다.

주요결과를 요약하면 아래 표 14와 같다.

[표 14]

"*"는 비표준 시료의 확실한 경도

실험 데이타의 심의

(i) 최종성정, 모든 케스트렐 600을 첨가한 물질은 파괴시 신장도가 좋으나 충진재 증량을 많이하면 그 시료는 신장도가 높은 상태에서 탄성보다는 오히려 가소성 성질을 나타내는 경향이 있다. 협력제 기름이 너무많으면 케스트렐 600은 200pph이상에서 극한강도가 좋아진다. 폴리(스티렌)을 혼합함으로서 인장강도가 향상되며 이러한 현상은 인장강도 계수가 증가하고 신장을 감소하기 때문에 나타난다.

(ii) 압축세트(set). 이것은 충진재를 증량함으로서 점차 증가하지만 신발밑창과 같은 목적으로 쓰여질 수 있으며 차량밤바(bumper)와 같은 변형이 적은(20%이하)용도물질이 적은 항목현상을 나타내고 덜중요한 용도에는 150-200pph이상 쓸수 있다.

(iii) 계수와 경도. SBS에서 충진재로 케스트렐 600을 조금만 가하여도 계수와 경도에 두드러진 현상을 나타낸다. 예를들면 충진재 200pph/기름 50pph에서 100%계수가 충진되 않은 SBS는 100%계수가 1.0MPa인 반면, 오직 2.3MPa이다. 압축과 이력현상(자기탄성)에 약간의 손실을 가져 오지만, 250%이상 충진재로의 보정제재에 의해서 고무같은 강도와 경도를 도달할 수 있다.

(iV) 이력현상, 이 매개변수는, 그 정보를 순환 음력-변화그래프에서 얻을 수 있어도, 측정방법으로 산출할 수 없다. 150pph에서 이력현상은 특히 폴리(스티렌)이 함유된 시료에서 비교적 크다. 크립(creep 소성변형이 시간이 지남에 따라 증가), 이력현상의 정도는 물질이 사용되는 변형정도에 달려있다.

(V) 마모저항, 이것은 상대눈금에 나타나며 고무같은 물질에 대해서는 200/50시료까지는 잘 나타난다. 폴리(스티렌)에서는 혼합함으로서 향상되나 이러한 현상은 계수가 증가하기 때문이다. 마모저항은 신발밑창과 같이 여러용도에 적용된다.

(Ⅵ) 가공성, 그물질은 쉽게 혼합되며, 보통온도 160℃에서 주조된다. 실험중 충진재를 다량 증량하여도 별어려움은 없었다.

간단히 말해서, 본 비결정 실리카를 SBS열탄성체에 첨가하면, 충진재 중량을 250pph (100부 고무기본) 이상까지는 강하고 확대성이 좋은 열가소성 탄성물질을 만들 수 있다. 압축세트(set), 이력현상, 마모가 심한 곳에서는, 본실리카 충진재의 150pph는 보다더 높은 상한선을 나타낸다. 계수와 마모저항은 결정폴리(스티렌) 50pph를 혼합함으로서 증가할 수 있다.

이러한 열 가소성 탄성물질은 신발류, 차량의 밤바, 고무보호피막, 중대하지 않은 호스와 특별혼합시 물에 민감한 전선등에 사용할 수 있다.

Claims

열가소성 수지 및 충진재로서 공기와 더불어 기상에서 산화된 환원생성물과 탄소와 함께 규소를 환원시키는 방법에 의해 얻어진 비결정 규소를 함유하고, 상기 충진재는 바람직하게는 규소금속 또는 규소합금을 제조하는 전기 용융로의 방출기체로부터 침전된 비결정 규소로 이루어짐을 특징으로하는 가공물로 성형하기위해 적당한 고체 수지 조성물.