KR900002249B1 - 사출 성형성 방향족 폴리에스테르의 유동성 개선 방법 - Google Patents
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Abstract
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Description
본 발명은 사출 성형성 방향족 폴리에스테르의 유동성 개선 방법에 관한 것이다.
전(全)방향족 폴리에스테르를 기재로 하는 성형 조성물의 성형성은 전 방향족 폴리에스테르에 다음과 같은 반복 단위들이 조합된 폴리에스테르 조성물을 소량 첨가함으로써 개선된다.
상기 식에서 p=0-0.9, q=0.1-1.00, r=1-7,s=0.3-1.00, t=0-0.7이다.
적합한 조성물은 반복 단위들이 p=0, q=1.0, r=1-5 및 s=1.0 인 폴리에스테르로 구성된 것이다.
전 방향족 에스테르류가 성형 조형물로서 사용하기에 적합하다는 것은 공지되어 있다. 본 발명이 주로 관련된 종류의 전 방향족 폴리에스테르의 합성법은 발명의 명칭 "p-옥시벤조일 코폴리 에스테르"의 미합중국 특허 제 3,637,595 호에 개시되어 있다, 방향족 폴리에스테르류, 더욱 구체적으로 옥시벤조일 폴리에스테르의 성형성을 기재한 다른 특허로서는 미합중국 특허 제 3,662,052 호, 제 3,849,362 호 및 제 4,219,629호를 들 수 있다.
위와 같은 목적에 이용될 수 있는 방향족 폴리에스테르류의 또 다른 군으로서는 반복 단위로서 2,6-디카로복시나프탈렌 성분 및 (또는) p-옥시벤조일 성분, 대칭성 디옥시 아릴 성분을 갖는 방향족 폴리에스테르류 및 이들의 유도체를 들 수 있다.
이와 같은 폴리에스테르류는 다음과 같은 미합중국 특허에 기재되어 있다. 즉, 미합중국 특허 제 4,067,852 호, 제 4,083,829 호, 제 4,130,545 호, 제 4,161,470 호,제 4,184,996 호, 제 4,219,461 호, 제4,224,433 호, 제 4,238,598 호, 제4,238,599 호, 제4,256,624호, 제 4,265,802 호, 제 4,279,803 호, 제 4,318,841 호 및 제 4,318,842 호.
본 발명에 유용한 옥시벤조일 폴리에스테르류에는 여러가지 형태의 충전제가 목적으로 하는 특성을 촉진시키는 양으로, 또는 목적하는 특성에 실질적으로 영향을 미치지 아니하는 최소량으로 병용될 수 있다. 적합한 충전제의 예로서는 유리 섬유, 분쇄된 유리, 폴리테트라플루오로 에틸렌, 안료, 활석, 기타 공지의 충전제 및 이들의 배합물들을 들 수 있다.
옥시벤조일 폴리에스테르류를 기재로 한 성형 조성물을 응용한 특정 예로서, 가열을 오븐 및 마이크로웨이브 오븐 모두에 사용될 수 있는 신규한 오븐기를 제공할 수 있으며, 이것은 "플라스틱 오븐기"란 명칭으로 본 출원인 명의로 출원중인 미합중국 특허 출원 제 450,949 호에 기재되어 있다.
또한, 충전제로서 특정 품질의 활석을 이용하여 이와같은 오븐기의 생산 공정을 더욱 개선시킨 예로는 "활석을 함유하는 개선된 플라스틱 오븐기"란 발명의 명칭으로 본 출원인 명의로 출원중인 미합중국 특허 출원 제 401,765 호가 있다.
더욱 효과적인 성형 조성물을 개발하고, 성형법을 개선하기 위한 지속적인 노력이 계속되어 왔다.
본 발명자들은 전 방향족 폴리에스테르에 특정 조성의 옥시벤조일 폴리에스테르를 소량 혼합시킴으로써 상기 전 방항족 폴리에스테르, 특히 옥시벤조일 폴리에스테르에 보다 좋은 성형 특성과 가공성을 부여할 수 있음을 발견하였다.
한편 본 발명은 본 출원인 명의로 출원 중인 상기 미합중국 특허 출원명세서들 중에 기재된 수지 모두에 일반적으로 응용될 수 있으나, 본 발명은 특히 이염기성 산성분, 히드록시 방향족 산성분 및 방향족 디올 성분으로서 약 1:2:1의 몰비로 존재하는 테레프탈산, p-히드록시벤조산 및 비페놀로부터 각각 유도된 수지에 이용되는 것이 적합하다. 성형 조성물에 있어서 상기 몰비 이와의 비도 사용할 수 있고, 상기 수지 이외의 수지들도 사용할 수 있으며, 상기 성형 조성물에는 몰비가 1:3:1, 1:5:1,1:7:1, 1:3.5:1 및 1:1:1 인 수지도 사용할 수 있다.
상기한 수지들은 모두, 테레프탈산 반응 물질의 일부 또는 전부를 이소프탈산으로 대체시켜 제조한 수지를 소량 혼합함으로써 그의 유동성을 개선시킬 수 있었다. 얻어진 수지들은 유동성 개질제로서 효과적인 것으로 밝혀졌으며, 다음과 같은 단위들의 조합체이다.
상기 식에서, p=0-0.9, q=0.1-1.00, r=1-7, s=0.3-1.00, t=0-0.7이다. 적합한 조성물은 상기 식에서 p=0, q=1.0, r=1-5 및 s=1.0 인 폴리에스테르로 구성된 것이다.
본 발명자들은 또한 이염기성산 반응 물질이 이소프탈산인 경우에 비페놀 반응 물질의 전부 또는 일부를 히드로퀴논으로 대체시킴으로써 유동성 개질제를 얻을 수 있음을 발견하였다.
p-히드록시벤조산의 비율도 변화시킬 수 있다.
유동성 개질제는 약 250℃ 이상의 융점을 가지며, 최종 수지 혼합물의 열 안정성에 역효과를 미치지 아니할 뿐만 아니라, 최종 성형 제품에 있어서 색 또는 착색 안정성을 변화시키지도 아니한다.
이 유동성 개질제는 성형 수지 기재 화합물에 소량으로, 예를 들면 약 1% 내지 약 20%, 적합하기로는 약 2 %내지 약 10% 의 양으로 첨가할 수 있다.
본 발명의 조성물은 공지된 방법에 따라 압출법으로 제조할 수 있다. 예를들면, 공급구에서 중합체, 특정활성 및 이산화티탄을 첨가하면서 진공능을 갖는 벤트(vent)가 설치된 이축 스크류 압출기(twin screw extruder)를 사용할 수 있다.
이어서, 이와 같이 하여 제조된 조성물은 사출 성형 분야에서 공지된 기술을 사용하는 일반적인 방법에 따라 사출 성형된다.
본 발명은 다음에 기재하는 사실예들에 의해서 더욱 구체적으로 설명하며, 이 실시예들에 기재된 "부"와 "백분율"은 달리 기재하지 않는 한 중량에 기초한 것이다. 이들 비제한적인 실시예들은 당업자들에게 본 발명의 실시 방법을 이해 시키기 위한 특정 실시 방법들을 예시한 것이고, 본 발명은 행함에 있어서 가장 적합한 방식을 기재한 것이다.
본 명세서에 기재된 용어 MF(용융 유동성)는 물질의 압출율(g/10분)로서 ASTMD1238에 정의되어 있다. 시험 조건하에서, 본 명세서에 기재된 화합물들은 온도 410℃, 하중 약 17.236㎏(381b) 하에서, 길이 약 0/80㎝(0.315인치) 및 직경 약 0.21㎝(0.0825인치)를 갖는 오리피스(orifice)를 통과시킨다.
본 명세서에 기재된 용어 중에서 압축 유동성(CF)은 카르버 프레스(Carver press)상에서 약 2267.96㎏(5000 파운드)으로 압축시켰을 경우에 칭량된 샘플의 유동성의 관한 측정치를 의미한다. 이 압축 유동성은 2개의 평행판 사이에서 압축시킨 일정한 중량, 통상 0.5-1.0 그람의 분말상 물질의 샘플로부터 얻은 디스크의 면적으로부터 측정한다. 이 특성을 결정하기 위해서, 2장의 알루미늄박 사이에 샘플을 압착시키고, 이어서 약 15.24㎝ × 약 15.24㎝ × 약 0.64㎝(6'' ×6''× 1/4)의 크롬 도금 강철판으로 압착시켰다. 샘플을 압착시키기 위해서 약 426.67℃(800F)로 조정한 Carver 2112-X 모델 No.150-C 수압식 압착기를 사용했다. 특정 압착 온도는 각 샘플 시험에서 나타낸 값이다. 샘플 재료와 온도를 압착 온도와 평행되게 하기 위하여 샘플 재료들을 유지 압력하에 판 사이에서 5분 동안 방치시켰다. 이어서, 여기에 약 2267.96㎏(5000파운드)의 하중을 2분 동안 가했다. 이어서 CF를 다음과 같은 근거에 의해서 계산했다. 압착된 성형 화합물의 면적은 2개의 알루미늄 박 시이트 사이에서 압착시킨 샘플로부터 알루미늄 샌드위치를 절단해서 측정한다. 알루미늄박은 알루미늄박 인자라고 하는 공지의 면적/중량 관계를 갖는다. 면적은 가해진 하중의 압력을 정상화시키고, 1보다 큰 숫자를 얻기 위하여 그 숫자에 100을 곱한다. 이어서, 압축 유동성(CF)는 다음과 같은 식에 의해 계산된다.
[실시예 1]
이 실시예는 본 발명에 있어서 기재 성형 수지로서 유용한 코폴리에스테르의 합성을 설멍한 것이다.
비페놀 268부, 파라히드록시벤조산 396부, 아세트산 무수물 692.40부 및 테레프탈산 238부를 혼합하고, 5시간에 걸쳐서 315℃ 온도로 가열하였다. 가열하는 동안 반응 혼합물을 충분히 교반시켰다. 이 반응 혼합물의 온도가 315℃에 도달되었을때, 중합체 성분들을 반응 용기에서 꺼내, 미합중국 스탠다드 시이브 시리이즈(U.S.Standard Sieve Series)로 20-200 메쉬 범위의 입도로 분쇄시켰다. 수지 입자들을 오븐 중에서 16시간 걸쳐서, 점증적으로 345℃로 가열하여, 수지 입자들을 과립상 분말로서 회수했다.
[실시예 2]
성형 주성물은 기재수지로서 실시예 1의 중합체 257.5부, 이산화티탄 금홍석 30부 및 천연 활석의 판상구조를 갖는 고순도 활석 212.5부의 혼합물을 감압(압력 100-150㎜Hg)상태의 이축 스크류 압출기로 압출시켜서 제조하였으며, 2중량%의 작열감량이 있었고, 철 성분은 0.5% Fe2O3로서 분석되었으며, 입도 분포는 입자들 중 95% 이상이 40 미크론 미만인 것으로 나타냈다.
[실시예 3]
비페놀 956부, p-히드록시벤조산 1411부, 아세트산 무수물 2449부, 테레프탈산 743부 및 이소프탈산 106부를 혼합시키고, 온도 상승율을 매 시간당 30℃로 승온시켜서 5시간에 걸쳐서 295℃까지 가열하였다. 가열하는 동안 이 반응 혼합물을 충분히 교반시켰다. 이 반응 혼합물의 온도가 295℃에 도달 되었을때, 중합체 성분들을 반응용기에서 꺼내 냉각시키고, 미합중국 스탠다드 시이브 시리즈의 20-200 메쉬 범위의 입도로 분쇄하였다. 이어서 수지 압자들을 오븐 속에서 11시간에 걸쳐서 366℃까지 가열하고, 이 온도로 1시간 동안 유지시킨 후, 과립상 분말(404℃에서 CF=58)로서 회수했다.
[실시예 4]
비페놀 699부, p-히드록시벤조산 1913부, 아세트산 무수물 2573부 및 이소프탈산 620부를 혼합하고, 온도상승율을 매시간 당 30℃로 상승시켜서 5시간에 걸쳐서 304℃까지 가열하였다. 이 반응 혼합물을 가열 중에 완전히 교반시켰다. 이 반응 혼합물의 온도가 300℃에 도달되었을때, 용융물을 2개의 아암(arm)이 설치된 기계식 혼합기에 붓고, 이 용융물을 324℃에서 4시간 동안 혼합하였다. 이 용융물은 냉각된 후 270℃에서 CF = 217을 갖고, 고유 점도(Ⅳ)가 0.85(펜타플루오로 페놀중에서 0.1%)인 고체로 전환되었다.
[실시예 5]
비페놀 699부, p-히드록시벤조산 1913부, 아세트산 무수물 2573부, 이소프탈산 620부 및 Mg(OAc)2 ·4H2O 2.1부를 혼합하고, 온도의 상승율을 매시간 당 35℃로 상승시켜서 3시간에 걸쳐서 255℃까지 가열하였다. 가열하는 동안 이 반응 혼합물을 충분히 교반시키고, 반응 혼합물을 255-265℃에서 1시간 더 유지시켰다. 이어서 용유물을 2개의 아암이 설치된 기계식 혼합기에 붓고, 260℃ 에서 4시간 동안 혼합하였다. 이 용융물은 냉각된 후, 270℃에서 CF가 64이고, Ⅳ=1.0인 고체로 전환되었다.
다음 실시예들은 옥시벤조일 폴리에스테르 기재 성형 컴파운드에 우수한 유동 특성을 부여하기 위한 유동성 개질제 수지의 이용을 설명한 것이다.
[실시예 6]
실시예 3의 공중합체(CF=58)를 실시예 2의 성형조성물 펠렛과 실시예 2의 조성물 95부에 대해 실시예 3의 수지 5부의 비율로 분말 형태로 혼합하였다. 이 생성혼합물을 실시예 2의 개질시키지 않은 조성물로 구성된 대조물과 대비해서 성형하였다. 성형 조건들과 대응하는 저장 온도는 다음 표에 기재된 것과 같다.
위 표에서 첨가제를 함유하는 개질된 조성물의 저장 온도가 5℃ 낮았으므로, 개질된 조성물의 유동 특성이 보다 양호함을 알 수 있다.
[실시예 7]
실시예 5에서 이소프탈산, p-히드록시벤조산 및 비페놀(몰비 1:3.71:1.00)로 제조한 수지 50%와 휘타커(Whitaker), 클라크(Clark) 및 다니엘(Daniel)의 Polytal 4545 활석 50%로 되는 혼합물을 단축 스크류 압출기에서 혼합하고, 이어서 이 혼합물을 펠렛형으로 회수했다.
이와 같이 하여 제조한 수지 4%와 실시예 2의 조성물의 펠렛 96%로된 혼합물을 실시예 2의 개질시키지 않은 조성물로 구성되는 대조물과 대비해서 성형하였다. 성형 조건들 및 대응하는 저장 온도는 다음 표에 기재한 것과 같다.
보다 작은 토오크(torque)로 성형한 혼합 개질된 조성물과 성형표들은 더욱 양호한 광택을 나타냈으며, 성형하는 동안 대조물보다 작은 점착성을 나타냈다. 저장 온도는 16℃가 낮아졌다.
[실시예 8]
A. 유동성 개질제 수지를 이소프탈산, p-히드록시 벤조산 및 비페놀(몰비 1:3.71:1.005)를 사용해서 실시예 3의 방법으로 제조하였다. 이 수지 10%를 Polytal 4545 42%, 이산화티탄 금홍석 8% 및 실시예 2의 수지 40%와 혼합하였다(조성물 A)
B. 실시예 1의 수지 50%를 Polytal 4545 42%와 이산화티탄 금홍석 8%와 혼합하여 성형 조형물(B)을 제조했다.
상기 조성물 A와 B의 혼합물을 다음 표에 나타난 비율로 혼합하고, 이 혼합물을 약 2.54㎝(1인치) 킬론(Killon)압출기를 사용해서 펠렛형으로 압출시켰다. 이 표에 나타난 압출 성형의 용이성과 용융 유동성(MF)으로부터 유동성 개질제의 효능이 증명되었다.
압출된 펠렛의 압출 유동성(CF)와 용융 유동성(MF) 모두가 유동성이 높은 물질의 양이 증가함에 따라 증가하였다.
[실시예 9 및 10]
다음 실시예들은 다량의 충전제를 함유하는 성형 수지들로 성형한 물품들의 특성에 역효과를 미치지 아니하고, 옥시벤조일 기재 성형 수지와 병용할 수 있는 충전제의 양을 증가시키기 위한 유동성 개질제 수지의 사용에 관해 설명한 것이다.
[실시예 9]
79%의 충전제를 함유하는 오븐 속에서 건조시킨 Potters E-3000 유리 비드(glass beads) 1300부, 이산화티탄 금홍석 100부, 실시예 1에 기재된 옥시벤조일 폴리에스테르 기재 수지 560부 및 실시예 5에 기재된 유동성 개질제 40부로된 혼합물을 각각 약 326.7℃(620°F), 약 382.2℃(720°F) 및 약 393.3℃(740°F)로 유지된 대역(공급) 1,2 및 3을 갖는 약 2.54㎝(1인치)킬론 압출기를 사용해서 압출시켰다. 30rpm 에서 전류계는 단지 3-4apm를 기록하였다(엠프티 압출에서는 약 1/2apm를 기록했다). 이러한 조건 하에서, 담회색.베이지색 용융 리본(다이없음)이 압출하였다. 이 리본을 칩(chip)형태로 만들고, 얻어진 칩들을 30톤 Newbury기를 사용해서 사출 성형하였다. 두께 73밀(mil), 약 7.62㎝ × 약 7.62㎝(3인치 × 3인치)의 트레이를 얻었다. 이 트레이의 Dynatup 충격 강도는 0.74ft - lb이었으며, 260℃ 에서 내부풀음성을 나타냈고, 42% 미만의 비드를 함유하는 성형 화합물로 만든 트레이에 있어서 개선된 내인소성(scratch resistance)과 개선된 경도를 나타냈다. 본 명세서에 기재된 유동성 개질제를 사용하지 않고, 50% 이상의 충전제를 함유시킨 배합물에 있어서 동일한 옥시벤조일 폴리에스테르 수지, TiO2및 E유리를 사용하는 유사한 조성물을 혼합(압출)하는 것은 불가능하였다.
[실시예 10]
진공 장치를 설치한 83㎜ "ZSK" 이축 스크류 압출기를 이용하여서, 다음과 같은 혼합물들을 300lb/시간 및 125rpm으로 압출시켰다.
혼합물Ⅰ(50%수준)-실시예 1에 기재된 수지 50부, Polytal 4545 활석 45.5부 및 TiO2금홍석 4.5부.
혼합물Ⅱ(60%수준)-실시예 1에 기재된 수지 38부, 실시예 5에 기재된 유동성 개질제 2부, Polytal 4545 활석 55부 및 TiO2금홍석 5부.
혼합물Ⅱ는 충전제를 10% 함유하고 있지만, 유동성 개질제를 전혀 함유하지 않은 혼합물Ⅰ보다 휠씬 낮은 토오크로 압출되었다.
압출된 펠렛은 다음과 같은 유동 특성을 갖는다.
이 혼합물들을 Windsor 180톤 성형기로 ASTM 시험 편으로 성형하여 약 25.4㎝(10인치) × 약 12.7㎝(5인치)의 트레이를 얻었다. 혼합물Ⅱ는 더욱 많은 양을 충전시켰지만, 유동성 개질제를 전혀 함유하지 아니한 혼합물Ⅰ보다 10℃ 낮은 저장 온도와 더 낮은 로오크에서 성형되었다. 생성된 물리적 특성들은 완전히 허용되었다.
상기 실시예와 특허청구 범위에 기재된 비는 몰비이다.
Claims (18)
- 제 1 항에 있어서, 구조식 중 단위들의 비율이 p=0, q=1.0, r=1-5, s=1.0인 방법.
- 제 1 항에 있어서, 유동성 개질제를 1%-20%의 양으로 함유시키는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 유동성 개질제를 2%-10%의 양으로 함유시키는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 방향족 옥시벤조일 폴리에스테르가 테레프탈산, p-히드록시벤조산 및 비페놀의 반응에 의하여 제조된 폴리에스테르인 방법.
- 제 1 항에 있어서, 방향족 옥시벤조일 폴리에스테르 유동 개질제가 이소프탈산, p-히드록시벤조산 및 비페놀의 반응에 의하여 제조된 폴리에스테르인 방법.
- 제 1 항에 있어서, 방향족 옥시벤조일 폴리에스테르 유동 개질제가 이소프탈산과 테레프탈산의 혼합물, p-히드록시벤조산 및 비페놀의 반응에 의하여 제조된 폴리에스테르인 방법.
- 제 5 항에 있어서, 테레프탈산, p-히드록시벤조산 및 비페놀의 몰비가 각각 1:0.1:1-1:15:1인 방법.
- 제 5 항에 있어서, 테레프탈산, p-히드록시벤조산 및 비페놀의 몰비가 1:2:1 인 방법.
- 제 10 항에 있어서, 단위들의 비율이 p=0, q=1.0, r=1-5이고, s=1.0인 조성물.
- 제 10 항에 있어서, 유동성 개질제가 1%-20%의 양으로 함유된 조성물.
- 제 10 항에 있어서, 유동성 개질제가 2%-10%의 양으로 함유된 조성물.
- 제 10 항에 있어서, 방향족 옥시벤조일 폴리에스테르가 테레프탈산, p-히드록시벤조산 및 비페놀의 반응에 의하여 제조된 폴리에스테르인 조성물.
- 제 10 항에 있어서, 방향족 옥시벤조일 폴리에스테르 유동성 개질제가 이소프탈산, p-히드록시벤조산 및 비페놀의 반응에 의하여 제조된 폴리에스테르인 조성물.
- 제 10 항에 있어서, 방향족 옥시벤조일 폴리에스테르 유동 개질제인 이소프탈산과 테레프탈산의 혼합물, p-히드록시벤조산 및 비페놀의 반응에 의하여 제조된 폴리에스테르인 조성물.
- 제 14 항에 있어서, 테레프탈산, p-히드록시벤조산 및 비페놀의 몰비가 각각 1:0.1:1-1:15:1인 조성물.
- 제 14 항에 있어서, 테레프탈산, p-히드록시벤조산 및 비페놀의 몰비가 1:2:1 인 조성물.
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