KR920007528B1 - 열가소성 탄성중합체 조성물 - Google Patents

열가소성 탄성중합체 조성물 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
열가소성 탄성중합체 조성물
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 고온에서 저용매 스웰링을 나타내는 열가소성 탄성중합체 조성물에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 가교결합된 아크릴릭 에스테르 공중합체 고무와 폴리아미드를 주성분으로 하는 열가소성 탄성중합체 조성물에 관한 것이다.
일반적으로, 열가소성수지는 그들의 용융점이나 연화점 이상의 온도에서 성형하거나 다른 형태로 재성형, 재가공처리 될 수 있는 조성물이며, 열가소성 탄성중합체는 열가소성 수지와 같이 처리할 수 있는 탄성중합체의 물리적 특성을 상적으로 갖는 열가소성수지와 탄성중합체의 성질을 모두 나타내는 물질이다.
성형물들은 종래의 가황에서 시간을 소모하는 경화단계없이 압출성형, 사출성형, 압축성형에 의하여 열가소성 탄성중합체로부터 제조될 수 있으며, 가황을 행하는데 필요한 시간의 절약은 제조기술상 상당한 잇점을 제공한다. 또한, 열가소성 탄성중합체는 재생처리없이 재가공될 수 있으며, 많은 열가소성 탄성중합체는 열에 의하여 용결될 수 있다.
폴리부타디엔, 스티렌과 부타디엔의 랜덤(random), 그라프트, 블록공중합체, EPDM 고무, 천연고무, 폴리이소프렌 등과 같은 비극성 고무는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌과 폴리스티렌같은 비극성 열가소성 수지와 쉽게 혼합될 수 있다. 비극성이고 불포화도가 높은 고무는 약 125℃이상의 온도에서는 일반적으로 사용되지 않으며, 비극성 열가소성 수지는 결정형 폴리에틸렌이 약 120℃, 결정형 폴리프로필렌이 약 170℃, 그리고 폴리스티렌이 약 105℃의 융점을 갖는 것같이 낮은 융점을 갖는다. 비극성이고 불포화도가 높은 고무와 열가소성 수지를 주재로 하는 열가소성 탄성중합체를 고온에서 사용할 경우에는 원하는 특성을 얻기 위하여 일반적으로 안정화제를 포함시킨다. 예를 들어 미국특허 제 4,104,210호, 제 4,130,535호와 제 4,311,628호에 기재된 바 있는 디엔 혹은 EPDM 고무와 폴리올레핀의 혼합물을 주재로 하는 공지의 열가소성 탄성중합체들은 일반적으로 약 120℃이하의 온도에서 사용된다.
비극성 고무는 스웰링과 이로 인하여 발생할 수 있는 성능의 감소를 방지하기 위하여 자동차 변속기에 사용되는 액체, 모터오일, 부동액 등과 같은 용매성 액체와 광범위한 접촉이 없는 곳에서 일반적으로 사용된다. 상술한 스웰링의 방지, 특히 125℃ 이하의 온도에서 사용시 스웰링의 방지는 니트릴고무, 염소화 폴리에틸렌 고무, 네오프렌 등과 같은 극성고무를 사용함으로써 이룰 수 있다. 극성고무는 폴리프로필렌과 같은 비극성 열가소성 중합체와 일반적으로 혼화되지 않기 때문에 일반적으로 혼화성을 부여하는 것이 필요하다.
예를들어, 폴리올레핀 혼화성 세그멘트와 고무 혼화성 세그멘트를 갖는 폴리올레핀, 경화아크릴릭 에스테르 공중합체 고무 및 그라프트 공중합체의 블렌드가 미국특허 제 4,555,546호에 기재되어 있다.
또한, 미국특허 제 4,141,863호의 기재와 같이 극성고무는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리카르보네이트 등과 같은 극성 열가소성수지와 혼합될 수 있다.
보다 바람직한 특성을 갖는 다수의 극성 열가소성 중합체들은 나일론 6가 약 225℃에서 용융되는 것과 고운에서 용융된다. 바람직한 다수의 극성고무들은 고융점 극성 열가소성수지와 장시간 용융, 혼합될 경우에 있어서는 분해되는 경향이 있기 때문에, 생성되는 열가소성 탄성중합체 조성물은 최적의 특성을 가질 수 없다.
다행히도, 일부의 극성 아크릴레이트 고무는 예외적으로 열에 안정하며 열가소성 수지와 혼합하는데 유용하다.
이러한 고무로는 에틸렌/알킬 아크릴레이트 에스테르 공중합체 고무와 산으로 변형시킨 이들의 관능성 유도체를 포함하는 아크릴릭 에스테르 공중합체 고무가 포함된다. 예를들어, 미국특허 제 4,310,638호, 제 4,327,199호와 제 4,473,683호에는 극성 열가소성 중합체인 폴리아미드, 폴리에스테르, 스티렌 중합체 각각이 마그네슘이나 산화아연과 이온적으로 가교결합되어 중화된 산함유 아크릴릭 에스테르 공중합체 고무의 블랜드에 대하여 기술하고 있으나, 상술한 블렌드들은 향상된 열안정성을 나타내기는 하나 특히 이온결합성 가교결합이 불안정하게 되는 고온에서는 용매에 의하여 스웰링 되기 쉬운 단점이 있었다.
따라서, 본 발명은 폴리아미드 수지, 공유결합적으로 가교결합된 아크릴레이트 고무의 블렌드를 함유하는 열가소성 탄성중합체를 제공하는 것으로, 상술한 블렌드를 고무와 폴리아미드가 중량비로 약 9 : 1 내지 약 4 : 6인 것이 바람직한 것으로, 이런 열가소성 탄성중합체 조성물은 고온에서 뛰어난 치수 안정성을 나타내며 용매에 의한 스웰링의 저항이 예외적으로 뛰어난 특징이 있다.
바람직한 실시에 있어서, 상술한 고무들은 다관능성이고 공유결합성 가교결합제에 의하여 고무가 바람직하며, 폴리아미드는 폴리카프로락탐(나일론 6), 폴리헥사메틸렌-아디프아미드(나일론 66), 혹은 이들의 혼합물이나 공중합체가 바람직하다. 본 발명에서 사용한 ＂탄성중합체(elastomeric)＂라는 용어는 영구신장도(tensionset)가 약 60% 이하, 바람직하게는 약 50% 이하인 고무와 같은 탄성을 나타내는 열가소성 수지조정물을 의미한다.
본 발명의 실시에 적당한 열가소성 폴리아미드 수지는 결정형 열가소성 수지 또는 중합체 사슬내에 아미드 단위가 반복되는 터폴리머, 호모폴리머, 코폴리머를 포함하는 고분자량의 비결정형 고체 중합체들로, 사의형성과 성형을 할 수 있는 등급의 나일론들이 바람직한 폴리아미드수지이다. 100℃이상의 연화점이나 용융점을 갖는 상업적으로 이용할 수 있는 나일론들은 본 발명에 유용하게 사용될 수 있으며 160℃-280℃의 연화점을 가지는 나일론이 특히 바람직하다. 바람직한 폴리아미드의 예로는 나일론 6, 폴리프로피오락탐(나일론 3), 폴리에난토락탐(나일론 7), 폴리카프릴락탐(나일론 8), 폴리라우릴락탐(나일론 12)등과 같은 폴리락탐; 폴리아미노운데카노익산(나일론 11), 같은 아미노산의 호모폴리며; 폴리피롤리디논(나일론 4), 나일론 6,6, 폴리테트라메틸렌아디프아미드(나일론 4,6), 폴리테트라메틸렌옥살 아미드(나일론 4,2), 폴리헥사메틸렌 아젤아미드(나일론 6,9), 폴리헥사메틸렌 세바크아미드(; 0), 폴리헥사메틸렌 이소프탈아미드(나일론 6,I), 폴리헥사메틸렌 도데카노익산(; 2)등과 같은 디아민과 디카르복실산의 코폴리아미드; 방향성 폴리아미드와 부분적으로 방향성인 폴리아미드; 카프로락탐과 헥사메틸렌 아디프아미드(나일론 6/6,6)와 같은 코폴아미드, 또는 나일론 6/6,6/6,10과 같은 터폴리아미드; 폴리에테르 폴리아미드같은 블록 공중합체; 또는 이들의 혼합물들이다. 적당한 폴리아미드의 또다른 예로는 ＂The Encyclopedia of Ploymer Science and Technology, Second Edition, Vol.11, page 315-476＂에 기재되어 있으며 본 발명에서는 이를 참고로 하였다.
본 발명에는 사용되는 바람직한 폴라아미드는 나일론 6, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 6,6, 나일론 6,9, ; 0과 나일론 6/6,6이다.
본 발명의 열가소성 탄성중합체 조성물에 있어서 유용한 아크릴레이트 고무는 폴리아크릴레이트 고무, 아크릴릭 에스테르 공중합체 고무 등과 같이 가황하여 가교결합성이 부여된 아크릴레이트 고무이다. 적당한 폴리아크릴레이트 고무는 ＂Rubber Would Blue Book, 1987 Edition, page 393-394＂에 기재되어 있는 가교결합 부위로서 산, 하이드록시, 에폭시 혹은 기타의 관능기를 갖는 것으로, 산기 가교결합 부위들은 에스테르기의 부분가수분해에 의해 고무내에서 발생되는 것이다.
바람직한 실시에 있어서는 올레핀/아크릴릭 에스테르 공중합체 고무가 바람직하다.
이러한 고무는 적어도 하나의 알파 올레핀과 적어도 하나의 C1-C18알킬(메트)아크릴레이트와 가교결합 부위를 제공할 수 있는 소량의 임의불포와 관능성 단량체와 중합시켜 제조할 수 있는 공중합체일 수 있다. 상술한 관능성 단량체는 산, 하이드록시, 에폭시, 이소시아네이트, 아민, 옥사졸린, 디엔 혹은 다른 반응성 관능기들을 함유할 수 있다.
상술한 관능성 단량체들이 첨가되지 않은 경우에 가교결합 위치는 고무의 에스테르기의 부분 가수분해에 의하여 생성될 수 있다. 상술한 공중합체 고무의 중합에 적당한 알파 올레핀은 에틸렌, 프로필렌, 부텐-1, 이소브틸렌, 펜텐, 헵텐, 옥텐 등, 혹은 이들의 혼합물이며, 이중에서 C1-C4알파 올레핀이 바람직하고 에틸렌이 가장 바람직하다.
알켄과 공중합하는데 있어서 적당한 알킬(메트)아크릴레이트는 메틸 아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, t-부틸아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트 등과 이들의 혼합물이며, 이중에서 C1-C12알킬(메트)아크릴레이트가 바람직하며, C1-C4알킬(메트)-아크릴레이트가 가장 바람직하다. 대부분의 경우에 바람직한 올레핀/아크릴릭 에스테르 공중합체 고무는 (메트)아크릴산이나 말레익산으로부터 유도된 불포화 카르복실산 모노머 단위, 말레익 안하이드리드로부터 유도된 안하이드리드 단위, 혹은 모노에틸 말레에이트로부터 유도된 부분적인 에스테르 단위를 포함한다. 대부분의 경우에 바람직한 올레핀/아크릴릭 에스테르 공중합체 고무는 에틸렌, C1-C4알킬아크릴레이트와 산성모노머 단위의 터폴리머이며, 이중에서 가장 바람직한 터폴리머는 적어도 약 30몰%의 에틸렌, 약 10-69.5몰%의 메틸 아크릴레이트와 약 0.5-10몰%의 모노에틸 말레에이트로 구성된 것이다. 모든 경우에 있어서, 아크리레이트 고무는 필수적으로 비결정형이고 실온이하의 즉, 약 23℃이하의 유리전이온도(Tg)를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 열가소성 탄성중합체 조성물에 사용되는 가교결합제는 고무의 반응성 관능기와 공유결합에 의하여 아크릴레이트 고무의 가황 즉, 고무의 가교결합을 위해 선택된 적어도 2 관능성인 다관능성 화합물이다.
예를들어, 고무가 아크릴 혹은 말레익산 단위로부터 유래된 카르복시 관능기를 가질 경우에는 공유결합성 가교결합제는 하이드록시, 아민, 이소시아네이트, 에폭시 혹은 다른 산반응성 관능기를 갖는 화합물이 효과적이다. 효과적인 가교결합제에는 비스페놀-A와 같은 디올, 펜타에리스리톨 같은 폴리올, 메틸렌디아닐린, 디페닐 구아니딘 등과 같은 아민, 톨투엔 디-이소시아네이트와 이소시아네이트가 터미네이트된 폴리에스테르 프리폴리머와 같은 이소시아네이트, 비스페놀-A의 디글리시딜 에테르 같은 에폭사이드와 트리스하이드록시메틸 아미노 메탄같이 1종 이상의 산 반응성관능기를 갖는 화합물이 있다.
또 다른 공유 결합성 가교결합제로는 네오알콕시 트리[N-에틸아미노-에틸아미노]티타니이트와 같이 금속이 착화된 유기리간드를 포함하는 것등이 있다. 아민과 같이 바람직한 가교결합제는 폴리아미드 수지와 강하게 작용하지 않는다. 일반적으로 가교결합제의 양은 고무와 가교결합제의 분자량에 좌우되지만 아클릴레이트 고무의 약 15wt%를 초과하지 않는다. 바람직한 가교결합제의 양은 본 발명의 열가소성 탄성중합체 조성물의 원하는 특성에 부합하도록 반복실험에 의하여 쉽게 결정할 수 있다. 폴리아미드 수지와 작용할 수 있는 이소시아네이트와 에폭시와 같은 가교결합제의 경우에는 폴리아미드수지의 과다한 가교결합을 방지하기 위하여 적은양의 가교결합제를 사용하는 것이 바람직하다. 가교결합제의 양과 가교결합의 정도는 열가소성 탄성중합체 조성물로부터 추출될 수 있는 고무의 양에 의하여 결정될 수 있다. 여기에서 사용된 ＂추출될 수 있는(extractable)＂의 용어는 열가소성 폴리아미드 수지와 공유결합적으로 가교결합된 아크릴레이트 고무의 블렌드를 함유하는 열가소성 탄성중합체 조성물로부터 추출될 수 있는 고무를 의미한다. 예를들어 고무는 저함량(low level)의 가교결합제 때문에 혹은 고무가 비가교결합성 분획을 포함하기 때문에 추출될 수 있다. 추출될 수 있는 고무의 양은 용매(23℃)에 48시간 동안 함침시킨 후에 열가소성 탄성중합체 조성물을 가압하여 얇은(약 0.2mm)필름으로하여 중량감소를 측정함에 의하여 통상적으로 결정된다. 상술한 용매는 고무의 실제적으로 용해할 수 있으나 폴리아미드는 실제로 용해할 수 없는 용매중에서 선택된 것이다. 상술한 용매에는 디클로로메탄, 톨루엔, 테트라하이드로푸란 등을 포함한다. 예를들어, 바람직한 열가소성 탄성중합체 조성물은 동적가황에 의하여 가교결합된 후 고무의 약 50%이하가 추출되지 않도록 충분한 양의 가교결합체를 함유한 것이다.
다른 조성물에 있어서, 좀더 바람직한 특성은 약 30%이하의 고무가 추출되지 않을 때 얻을 수 있다. 아직까지도 다른 조성물에서의 바람직한 특성은 약 20%이하의 고무가 추출되지 않을 때 이루어진다.
본 발명의 또 다른 관점에서, 열가소성 탄성중합체 조성물은 탄성중합체 성질을 유지하면서 조성물 내에서 폴리아미드에 대한 고무의 비율을 증가시키는 가소제를 함유할 수도 있다.
예를들어, 가소제를 첨가하지 않은 경우에는 고무와 같은 탄성을 유지시키려면 고무와 폴리아미드의 중량비를 약 4 : 6보다 작게해서는 안되지만 가소제를 첨가하는 경우에는 폴리아미드의 중량을 증가시킬 수 있다. 뿐만아니라, 본 발명의 다른 관점에서의 바람직한 가소제의 사용은 오일스웰링에 대한 조성물의 저항성과 조성물의 열안정성을 향상시킬 수 있으며, 히스테리시스(hysteresis), 원가, 탄성 한계량(permanent set)을 감소시킬 수 있다. 일반적으로 가소제를 첨가하는 경우의 첨가량은 조성물의 약 10 내지 50중량부의 범위이다. 적당한 가소제는 폴리아미드 수지와 비반응성인 것으로 디시클로헥실 프탈레이트, 디메틸프탈레이트, 디옥틸 프탈레이트, 브틸벤질 프탈레이트 및 벤질프탈레이트와 같은 프탈레이트 에스테르; 트리부톡시에틸 포스페이트, 트리부틸 포스페이트, 트리크레실 포스페이트, 크레실 디페닐 포스페이트, 2-에틸헥실디페닐 포스페이트, 이소데실디페닐 포스페이트 및 트리페닐스페이트와 같은 포스페이트; C1-C9알킬 트리멜리테이트와 같은 트리멜리테이트 에스테르; N-시클로헥실-p-톨루엔 설폰아미드, N-에틸-o,p-톨루엔설폰아미드 및 o-톨루엔설폰아미드와 같은 설폰아미드와 액체올리고 가소제를 포함한다. 바람직한 가소제로는 폴리아미드의 통상적인 용융온도에서 가조제의 방출을 억제하는 저휘발성의 액체가 바람직한 것이다. 트리멜리테이트는 저휘발성을 갖는 통상의 바람직한 가소제의 일례이다.
본 발명의 열가소성 탄성중합체 조성물의 특성은 오일스웰링에 대한 저항을 증가시키는 점토, 실리카, 탈크등과 같은 충진제를 첨가함에 의해 변화시킬 수 있다. 이러한 충진제는 특히, 폴리아미드의 결정성 높을 경우에는 조성물에 과도한 강성이 부여되는 것을 피하기 위하여 고무상 내로 함입시키는 것이 바람직하다. 열가소성 수지와 고무를 내로 합입시키는 것이 바람직하다. 열가소성 수지와 고무를 혼합함에 있어서 통상적으로 사용되는 기타 성분들로는 카본블랙, 티타늄 디옥사이드, 안료, 산화아연, 스테아릴산, 촉진제, 안정제, 노화방지제, 반응보조제, 조기가황 억제제, 난연제, 커플링제 등과 같은 것들이 포함된다. 특성등은 충진제가 첨가되는 시점 예를들어, 아클릴레이트고무의 가황전 또는 가황후에 따라 영향을 받는다. 아크릴레이트 고무를 사용하여 마스터배취(master batch)를 행할 경우에 있어서, 인장강도를 향상시키기 위해서는 카본블랙을 동적가황전에 첨가하는 것이 바람직하다.
안정제는 오일에 의한 스웰을 적게하기 위하여 동적 가황후에 첨가하는 것이 바람직하다. 충진제의 바람직한 첨가방법과 첨가량, 예를들어 고무와 폴리아미드의 중량부 한계와 다른 성분들의 첨가방법과 첨가량은 다음의 실시예의 구체적인 기재에 의하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 반복실험을 통하여 쉽게 결정할 수 있다.
[열가소성 탄성중합체 조성물의 제조방법]
비가황 단계에서는 열가소성 수지라고 하더라도 가황된 고무는 비처리 단계에서 경화될 수 있기 때문에 열경화성 수지로 분류된다. 본 발명의 개선된 열가소성 탄성중합체 조성물은 열가소성으로 제조할 수 있는 것으로 고무가 가교결합될 수 있는 시간과 온도 조건하에서 처리된 가황아크릴레이트 고무와 폴리아미드 수지의 블렌드로부터 바람직하게 제조할 수 있다.
상술한 블렌드의 마스티케이팅(Masticating)과 경화를 동시에 행하는 것이 열가소성 수지 조성물의 제조에 유리할 뿐만 아니라, 열경화성 수지의 생성을 방지하는데 유효하다.
따라서, 본 발명의 열가소성 탄성중합체 조성물은 가황아클릴레이트 고무와 폴리아미드 수지의 블렌드를 폴리아미드의 용융점 이상의 온도에서 혼화하고 러버밀, 브라벤더 믹서, 반뷰리 믹서등과 같은 통상의 마스티케이팅 장치나 또는 한쌍의 스쿠류우로 계속하여 혼합하는 혼합익스투르더를 사용하여 블렌드를 계속하여 마스티케이팅하면서 가교결합 형성에 영향을 미치기에 충분한 온도에서 가교결합제를 첨가하여 제조하는 것이 바람직하다. 폴리아미드 수지와 가황고무는 수지가 연화되기에 충분한 온도에서, 통상적으로 폴리아미드수지의 용융점 이상의 온도에서 혼합한다. 대부분의 경우에 있어서, 가교결합제는 용융된 폴리아미드수지와 가황될 수 있는 고무가 혼합된 후에 첨가하였다. 다른 경우에 예를들어, 경화작용이 늦거나 또는 지연되어 일어나는 경우에 가교결합제는 폴리아미드 수지와 고무의 용융, 혼합을 시작하기 전에 첨가할 수도 있다. 가황온도에서 가열과 마스티케이팅은 수분이내에 가교결합 형성을 완료하는데 일반적으로는 적합하지만, 더욱 짧은 시간을 요한다면 더욱 고온을 사용할 수도 있다. 마스티케이션은 조성물이 최대의 균일도에 도달했을 때 예를들어, 믹서가 최대의 회전능력을 나타낼때에 단시간 동안 계속하는 것이 바람직하다. 통상적으로는 약 0.5-30분간 교반하는 것이 만족할만한 결과를 얻을 수 있다.
가교결합 형성에 있어서 적당한 온도범위는 폴리아미드 수지의 용융점 내지 고무의 분해온도 사이로서 약 100℃ 내지 350℃의 범위이며 최대온도는 폴리아미드와 고무의 성분, 항감성제(antidegredants)의 존재여부와 혼합시간에 따라 다소간 변화된다. 전형적으로 온도범위는 약 150℃ 내지 300℃이며 바람직한 범위는 약 180℃내지 280℃이다.
열가소성 수지 조성물을 얻기 위하여는 실제적인 가교결합이 생성될때까지 중단없이 계속하여 교반하는 것이 중요하다. 만약에 교반을 중지한 후에 감지할 수 있는 정도의 가교결합이 생성된다면 처리할 수 없는 열경화성 조성물을 얻을 수도 있다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자는 이용할 수 있는 폴리아미드 수지, 가황아크릴레이트 고무와 가교결합제를 사용하는 매우 간단한 실험으로서 본발명의 향상된 생성물의 제조방법의 적당여부를 결정하는데 충분할 것이다.
폴리아미드와 아크릴레이트 고무 블렌드의 동적 가황 이외의 다른방법이 본 발명의 열가소성 탄성중합체 조성물을 제조하는데 사용될 수 있다. 예를들어, 고무는 폴리아미드 수지의 부재하에서 동적 혹은 정적으로 충분히 가황되고 분말화되어 폴리아미드 수지의 용융점이나 연화점이상의 온도에서 수지와 혼합될 수 있다. 가교결합된 고무입자가 작다면 예를들어, 약 50마이크로미터(미크톤)이하이면 가교결합된 고무와 폴리아미드 수지의 혼화에 의하여 잘 분산되고 적당한 농도를 갖는 본 발명의 조성물을 얻을 수 있다. 혼합물이 입자가 큰 고무를 함유하거나 고무입자의 분산이 잘 안되어 본발명 범주이외에 해당하는 혼합물은 콜드 밀링(cold milling)하므로써 분쇄하여 무게평균 입자의 크기를 약 50미크톤 이하로, 바람직하게는 20미크톤 이하로, 좀더 바람직하게는 약 10미크톤 이하로, 가장 바람직하게는 5미크톤 이하로 줄일 수 있다. 세분 혹은 분쇄후에 본발명의 조성물을 얻을 수 있다. 가끔, 분산 상태가 불량하고 또 너무 큰 입자를 가지는 조성물이 육안으로 관측되며 특히 안료와 충진재의 부재하에서는 성형판 내에서도 관측될 수 있으나, 이러한 조성물들은 본발명 범주 밖의 것이다.
경화된 아크릴레이트 고무를 함유하는 열가소성 탄성중합체 조성물의 특성은 고무와 폴리아미드의 상대비율과 조성물이 동적으로 혹은 정적으로 경화되었는지에 따라 좌우된다. 고무와 폴리아미드 100중량부당 경화된 아크릴레이트 고무를 30부 이상 함유하는 혼합물일 경우에는 정적 경화로 열경화성 조성물을 만들 수 있는 반면에, 고무와 폴리아미드 100부당 경화된 아크릴레이트 고무를 90부까지 함유하는 혼합물의 동적경화로는 일반적으로 열가소성 수지 조성물을 제공한다. 상술한 고무함량이 높은 조성물이 고무와 폴리아미드가 부분적으로 가교결합되어 있을 때에는 공동의 연속상(Co-Continuous phases)을 포함한다. 일반적으로 고무와 폴리아미드 100부당 경화된 아클릴레이트 고무를 40부 이상 함유하는 조성물은 열가소성 수지와 탄성중합체의 특성을 모두 갖는다. 또한 고무와 폴리아미드 100부당 경화된 아크릴레이트 고무를 약 35부 이하를 함유하는 비가소화 조성물을 열가소성 수지가 되는 것으로 추측할 수 있다.
블렌드조성물의 특성에 대한 상대비율의 효과는 한계가 폴리아미드와 아크릴레이트 고무의 종류, 충진제, 가소제와 다른성분들의 존재여부와 고무의 경화 정도 등과 같은 많은 요인에 의해 좌우되므로 정확하게 한정할 수는 없다.
물론, 본발명 조성물의 특성은 폴리아미드, 아크릴레이트 고무, 그리고 이들의 혼합물을 혼합시키는데 통상적으로 사용되는 성분들의 첨가에 의하여 변화될 수 있다. 혼합과 동적가황에 관한 또 다른 기술내용으로는 미국특허 제 4,104,210호, 제 4,130,535호, 제 4,141,863호에 기재되어 있으며, 이들 모두를 본발명에서 참고로 하였다.
여기에서 사용된 ＂블렌드＂라는 용어는 폴리아미드 매트릭스에 작은 입자의 가교결합된 고무가 잘 분산된 것으로부터 폴리아미드와 부분적으로 가교결합된 고무상호간 공동의 계속상을 나타내는 것의 범위를 갖는 혼합물을 의미한다. 나일론 6과 같은 폴리아미드와, 폴리아미드에 작은 입자형태로 분산된 아크릴릭 에스테르 공중합체 고무와 같은 경화된 아크릴레이트 고무의 혼합물을 함유하는 동적가황에 의하여 제조된 조성물이 바람직하다. 특히 바람직한 조성물은 고무와 폴리아미드 100부당 20 내지 60부 범위의 폴리아미드, 더욱 바람직하게는 약 55부 이하의 폴리아미드를 함유하는 조성물이다.
본 발명의 열가소성 탄성중합체 조성물은 다양한 형태의 성형, 압출, 카렌다 성형가공형태로 사용될 수 있다.
상술한 조성물의 특성은 성분의 비율을 변화시키므로서 광범위한 범위의 유용한 성질을 갖는다.
다음의 설명은 본 발명의 열가소성 탄성중합체 조성물의 개념과 구체적인 예를 설명하는 것이지만 본발명의 범주를 한정하는 것은 아니다. 상술한 조성물의 인장특성은 ASTM 방법 D638에 따라 측정하였다. 다른언급이 없다면 절단될때까지 분당 50.8cm(20인치)로 인장 시험기에서 시험편을 잡아당겼다. 극한장력(UTS)은 파손시의 장력으로 하였으며 메가파스칼(MPa)의 단위로 기록하였다. 100% 인장(M100)에서의 장력 모듈러스와 300% 인장(M300)에서의 장력 모듈러스를 MPa로 기록하였다.
극한 신장율(UE)은 파손시의 신장율이며 원래의 시험편 길이의 %로써 기록하였다. 경도(H)는 쇼어 A경도(A) 혹은 쇼어 D경도(D)로 기록하였다.
텐션 세트(Tension Set : TS)는 시험편을 신장시키고 원래 길이의 두배에서 10분동안 유지시킨 다음, 수축시켜 수축되지 않고 신장되어 남아있는 것으로서, 수축 10분후에 원래길이의 증가%로 측정하였다.
오일스웰(OS)은 ASTM 방법 D471에 따라 결정하였으며, 뜨거운 오일에 시혐편을 함침시킨 후 증가된 시험편의 질량을 원래의 질량의 퍼센트로서 기록하였다.
온도가 괄호안에 기재되든지 다른방법으로 표현하는 것과 같이 다른 언급이 없다면 시험편은 ASTM Reference oil No.3을 150℃에서 70시간동안 합침시켰다.
저온 취화점(low temperature brittle point : LTB)은 ASTM 방법 D746에 따라 측정하였으며, LTB는 충격에 의한 취성파괴에 의해 시험편이 파손되는 온도로서 섭씨온도를 기록하였다.
다음의 실시예에 사용된 물질은 다음과 같다.
폴리아미드 ;
PA-1; Allied-Signal사 제품인 Capron 8202NL 나일론 6.
PA-1C; Allied-Signal사 제품인 Capron 8202C 나일론 6.
PA-2; Rilsan Corp사 제품인 Rilsan BMNO 나일론 11.
PA-3; Emser Industries사 제품인 Grilamid L20G 나일론 12.
PA-4; DuPont사 제품인 Zytel 101 나일론 6,6.
PA-5; Monsanto사 제품인 Vydyne 60H 나일론 6,9.
PA-6; 나일론 6/6, 6(융점 : 213℃).
PA-7; DuPont사 제품인 Elvamide 8064 나일론 6/6, 6/6, 10.
PA-8; DuPont사 제품인 Zytel 109L 나일론 중합체.
PA-9; Rilsan Corp.사 제품인 Rilsan 6312 나일론 블록 공중합체.
아크릴레이트 고무 ;
R-1; DuPont사 제품으로서 약 73몰%의 에틸렌, 약 26몰%의 메틸 아크릴레이트와 약 1몰%의 카르복실산으로 구성된 VAMAC-G 니이트 터폴리머.
R-2; 100부의 VAMAC-G, 20부의 발연 실리카, 3부의 안정제와 반응보조제로 구성된 VAMAC-123 마스터 배취.
가교결합제 ;
XL-1; Angus Chemical Company 제품인 트리스(하이드록시-메틸)아미노 메탄.
XL-2; Kenrich Petrochemical사 제품인 LICA-44 네오알콕시트리[N-에틸아미노에틸아미노] 티타니이트.
XL-3; Olin Chemicals사 제품인 4,4′-메틸렌 디아닐린.
XL-4; Aldrich Chemical Company 제품인 4,4′-메틸렌 비스(시클로헥실아민).
XL-5; Aldrich Chemical Company 제품인 N-(2-아미노에틸)-피페라진.
XL-6; Merck사 제품인 Maglite D 마그네슘 옥사이드.
XL-7; Mobay사 제품으로 약 19% NCO, Mondur E-501 이소시아네이트가 터미네이트된 폴리에스테르 프리폴리머.
안정화제 ;
S-1; Ciba-Geigy사 제품으로서 0.4pbw Irganox MD 1024와 0.3pbw Chimassorb 944 LD 및 0.2pbw Irganox 1425의 혼합물.
S-2; Cincinnati Milacron사 제품으로서 0.2pbw Carbstab 디스테아릴티오디프로피오네이트, 칼슘 스테아레이트, Ethyl Corp.사 제품인 0.4pbw Ethanox 330의 혼합물.
반응 보조제;
MgS; 마그네슘 스테아레이트.
ZUN; DuPont사 제품인 Zelec UN 비중화된 알코올 포스페이트 윤활제.
SAM; 비스(t-부틸아미노시클로헥실)메탄
충진제;
F-1; Malvern Minerals사 제품인 Novakup L207A 실리카.
F-2; Burgess Pigment Co.사 제품인 Burgess 2211 점토.
F-3; Hardwick사 제품인 Stan-white 500칼슘 카르보네이트.
가소제 ;
P-1; Monsanto Chemical Company 제품인 Santicizer 79-TM 알킬 트리멜리테이트 가소제.
P-2; Monsanto Chemical Company 제품인 Santicizer 9 오르소, 파라-톨루엔 설폰아미드 가소제.
P-3; Monsanto Chemical Company 제품인 Santicizer 148 이소데실 디페닐 포스페이트 가소제.
[실시예 1]
본 실시예는 폴리아미드 PA-1, 아크릴릭 에스테르 공중합체 고무 R-1과 변량의 트리스(하이드록시메틸)아미노메탄 가교결합제 XL-1을 포함하는 본 발명의 열가소성 탄성중합체 조성물을 구체적으로 설명하는 것이다. 용매내에서 추출될 수 있는 조성물의 양 예를들어, 고무의 양으로 표시되는 가교결합 정도를 조절하는 것은 조성물이 원하는 특성의 균형을 갖도록 하는 것이다.
트리스(하이드록시메틸)아미노메탄 가교결합제를 포함하는 본 발명에 따른 조성물은 폴리아미드 PA-1과 고무 R-1(100부의 고무당 0.9부의 안정화제 S-1을 포함)을 브라밴더 믹서에서 100rpm, 240℃로 용융, 혼합하고 최대의 균일성에 도달한 후 3-4분 동안 계속 교반하므로서 동적 가황한 블렌드에 3분후에 가교결합제 XL-1을 첨가한 다음, 블렌드 스톡을 제거하고 냉각하여 브라밴더에 다시 넣고 또다시 1-2분을 교반하고, 그 다음에 스톡을 냉각하고 250℃에서 압출성형하여 제조하였다. 시험편의 인장특성은 T-500 텐소메터(Tensometer)를 사용하여 분당 20인치(50.8cm)의 속도에서 측정하였다. 가교결합의 정도는 각 조성물의 가압 필름으로부터 결정하였다. 약 0.2mm 두께의 필름을 디클로로메탄에 23℃에서 약 48시간 동안 함침시켰다. 조성물의 중량감소는 추출될 수 있는 고무(추출물)를 결정하기 위하여 조성물내의 원래 고무중량으로 나누었다. 분석결과로부터 약 30% 이하의 추출될 수 있는 고무를 갖는 조성물은 충분히 가교결합되어 바람직한 특성을 갖는 열가소성 탄성중합체 조성물을 만든다는 것을 알았다.
[표 1]
Figure kpo00001
[실시예 2]
본 실시예는 마그네슘 옥사이드와 같은 이오노머성(ionomeric) 가교결합제를 함유하거나 가교결합제를 함유하지 않는 종래의 조성물과 비교하여 UTS, UE, H, TS와 OS 등과 같은 특성이 향상되고 고무에 대한 폴리아미드의 비율이 9 : 1 내지 4 : 6인 것과 같은 고무비율의 범위를 갖는 본 발명의 열가소성 탄성중합체 조성물을 설명하는 것이다.
가교결합제를 함유하지 않는 종래의 조성물은 고무 100부당 안정화제 S-2를 0.81부 함유하는 아크릴릭 에스테르 공중합체 고무 R-1과 폴리아미드 PA-1을 브라밴더 믹서에서 100rpm, 240℃로 10분동안 용융 혼합하고 블렌드 스톡을 제거하여 냉각하고 믹서에 다시 넣은 다음, 1분동안 또다시 교반한 다음, 블렌드 스톡을 제거하고 250℃에서 압출성형하여 제조하였다. 이오노머성 가교결합제를 함유하는 공지의 조성물은 폴리아미드와 고무를 브라밴더 믹서에서 100rpm, 240℃에서 용융, 혼합하고 최대로 균일하게 된후 3분까지 혹은 다시 10분동안 계속하여 교반하여 동적 가황한 블렌드에 2분후에 마그네슘 옥사이드, 가교결합제 XL-6과 마그네슘 스테아레이트를 첨가한 다음, 스톡을 냉각하고 1-2분동안 재교반하여 280℃에서 압출성형하였다. 트리스(하이드록시 메틸)아미노메탄, 가교결합제 XL-1을 포함하는 본 발명에 따른 조성물은 폴리아미드와 고무를 브라밴더 믹서에서 100rpm, 240℃로 용융, 혼합하고 최고로 균일하게 된후 3-4분 동안 다시 교반을 계속하면서 동적가황시킨 블렌드에 3분후에 가교결합제 XL-1을 첨가하고 블렌드 스톡을 제거하고 냉각하여 브라밴드에 다시넣어 1-2분 동안 다시 교반한 다음, 스톡을 냉각하고 250℃에서 압출성형하였다. 시험편의 인장특성은 T-500 텐소메터를 사용하여 분당 20인치(50.8cm)의 속도에서 측정하였다. 실험결과는 인장특성이 가황에 의하여 향상되었음을 나타내고 있으며, 이오노머성 가교결합제와 비교하여 공유결합적인 가교결합제를 사용하는 것이 특성을 향상시킬 수 있음을 나타낸다. 예를들어, 고무 : 폴리아미드의 비가 9 : 1인 조성물은 낮은 오일 스웰을 나타내며, 고무 : 폴리아미드의 비가 8 : 2인 조성물은 낮은 경도를 나타내며, 고무 : 폴리아미드의 비가 8 : 2 이하인 조성물은 낮은 오일 스웰과 텐션세트(Tension set)를 나타내며, 고무 : 폴리아미드의 비가 4 : 6 이하인 조성물은 높은 장력특성을 나타낸다.
[표 2a]
Figure kpo00002
[표 2b]
Figure kpo00003
[표 2c]
Figure kpo00004
[표 2d]
Figure kpo00005
[표 2e]
Figure kpo00006
[표 2f]
Figure kpo00007
[실시예 3]
본 실시예는 나일론 6, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 6,6, 나일론 6,9를 포함하는 여러종류의 폴리아미드, PA-6, PA-7과 PA-8이 혼합된 폴리아미드 및 블록 폴리에테르-폴리아미드 PA-9를 주재로 하는 열가소성 탄성중합체 조성물을 설명하는 것이다. 폴리아미드는 실시예 1과 2와 동일한 방법으로 표3에 기재된 비율로 아크릴릭 에스테르 공중합체 고무 R-1과 트리스(하이드록시 메틸) 아미노메탄, 가교결합제, XL-1과 혼합하였다. 표3에 기재된 분석결과는 본 발명의 열가소성 탄성중합체 조성물이 다양한 폴리아미드로부터 제조될 수 있음을 나타낸다.
[표 3]
Figure kpo00008
[실시예 4]
본 실시예는 다양한 공유결합성 가교결합제 중 하나와 동적가황시킨 열가소성 탄성중합체 조성물을 설명하는 것이다. 이와 같은 조성물은 이온결합성 가교결합제로 동적가황시킨 조성물과 비교할 때 오일 스웰에 대한 저항성이 향상됨을 나타낸다.
조성물은 실시예 1과 2와 동일한 방법으로 제조하였다.
표4에 기재된 분석결과는 다양한 공유결합성 가교결합제를 사용할 경우, 높은 장력 특성과 오일 스웰에 대한 높은 저항성을 갖는 열가소성 탄성중합체 조성물을 제조할 수 있음을 나타낸다.
[표 4]
Figure kpo00009
[실시예 5]
본 실시예는 이소시아네이트가 터미네이트된 폴리에스테르 프리폴리머를 함유하고 공유결합성 가교결합제로 동적가황시킨 열가소성 탄성중합체 조성물을 설명하는 것이다. 이런 조성물은 특히 약하고 낮은 텐션 세트(Tension set)와 고온에서 오일 스웰에 대한 향상된 저항성을 나타낸다. 조성물은 표5에 기재된 성분의 비율로 실시예 1과 2와 동일한 방법으로 제조하였다. 분석결과는 비중화된 알코올 포스페이트는 가교결합 형성을 증가시키고 오일 스웰을 감소시키는데 사용될 수 있음을 나타낸다.
[표 5]
Figure kpo00010
[실시예 6]
본 발명은 다양한 충진제를 함유하는 열가소성 탄성중합체 조성물을 설명하는 것이다. 조성물은 충진제와 안정화제를 마스터 배취를 형성시키기 위하여 미리 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 표6에 기재된 성분비율로 제조하였다. R-2의 경우에 고무는 마스터 배취로 제공되었다.
분석결과는 충진제가 낮은 오일 스웰과 같은 바람직한 특성을 갖는 본 발명의 조성물을 제공하는데 사용될 수 있음을 나타낸다.
[표 6]
Figure kpo00011
[실시예 7]
본 발명은 다양한 가소제를 함유하는 열가소성 탄성중합체 조성물을 설명하는 것이다. 조성물은 가소제를 폴리아미드와 혼합하여 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 표7에 기재된 성분비율로 제조하였다. 분석결과는 가소제가 승온에서 조차도 예외적으로 낮은 오일 스웰을 갖는 조성물을 제공하는데 효과적일 수 있음을 나타내었다.
[표 7]
Figure kpo00012
[비교실시예]
본 실시예는 이온결합성 가교결합제 XL-6, 마그네슘 옥사이드로 동적가황된 탄성중합체가 높은 오일 스웰을 나타내고 고온에서 오일에서 분해되는 경향이 있다는 것을 설명하는 것이다. 조성물은 표8에 기재된 성분비율로 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
[표 8]
Figure kpo00013
* 분해된 것

Claims (30)

  1. 고무와 이와 혼합가능한 열가소성 수지로 된 고무, 수지 블렌드에 가교결합제, 가소제, 충진제 등을 첨가하여 된 열가소성 탄성중합체 조성물에 있어서, 고무, 수지 블렌드가 공유결합으로 가교결합된 아크릴레이트 고무와 열가소성 폴리아미드 수지로 된 것임을 특징으로 하는 열가소성 탄성중합체 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 폴리아미드는 나일론 6, 나일론 6,6 혹은 이들의 혼합물이나 공중합체 임을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 50% 이하의 고무가 추출될 수 있음을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 고무는 가교결합 부위로 산, 하이드록시 혹은 에폭시기를 갖는 폴리아크릴레이트 고무임을 특징으로 하는 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 폴리아미드는 나일론 6, 나일론 6,6 혹은 이들의 혼합물이나 공중합체임을 특징으로 하는 조성물.
  6. 제4항에 있어서, 50% 이하의 고무가 추출됨을 특징으로 하는 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 아크릴레이트 고무는 올레핀/아크릴릭 에스테르 공중합체 고무임을 특징으로 하는 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 폴리아미드는 나일론 6, 나일론 6,6 혹은 이들의 혼합물이나 공중합체임을 특징으로 하는 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 50% 이하의 고무가 추출됨을 특징으로 하는 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 고무는 0.1-25몰%의 카르복실산을 함유함을 특징으로 하는 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 공중합체 고무는 폴리아민에 의하여 공유결합적으로 가교결합됨을 특징으로 하는 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 고무는 에틸렌, 알킬 아크릴레이트와 불포화 카르복실산의 공중합체임을 특징으로 하는 조성물.
  13. 제12항에 있어서, 조성물은 고무와 폴리아미드 100부당 10 내지 60부의 폴리아미드로 이루어짐을 특징으로 하는 조성물.
  14. 제13항에 있어서, 조성물은 고무와 폴리아미드 100부당 55부 이하의 폴리아미드로 이루어짐을 특징으로 하는 조성물.
  15. 제14항에 있어서, 폴리아미드의 중량부에 해당하는 미립자 충진제를 함유함을 특징으로 하는 조성물.
  16. 제14항에 있어서, 조성물의 중량부에 해당하는 가소제를 함유함을 특징으로 하는 조성물.
  17. 제14항에 있어서, 30% 이하의 고무가 추출됨을 특징으로 하는 조성물.
  18. 제17항에 있어서, 20% 이하의 고무가 추출됨을 특징으로 하는 조성물.
  19. 고무, 수지 블렌드가 산을 함유한 공유결합으로 가교된 아크릴릭에스테르/올레핀 공중합체 고무와 폴리아미드 수지로 됨을 특징으로 하는 열가소성 탄성중합체 조성물.
  20. 제19항에 있어서, 고무는 폴리아민에 의하여 공유결합적으로 가교결합됨을 특징으로 하는 조성물.
  21. 제20항에 있어서, 폴리아미드는 나일론 66임을 특징으로 하는 조성물.
  22. 제21항에 있어서, 고무는 0.1-25몰%의 카르복실산을 함유하는 특징으로 하는 조성물.
  23. 제22항에 있어서, 고무는 에틸렌, 알킬 아크릴레이트와 불포와 카르복실산의 공중합체임을 특징으로 하는 조성물.
  24. 제23항에 있어서, 30% 이하의 고무가 추출됨을 특징으로 하는 조성물.
  25. 제24항에 있어서, 블렌드는 고무와 폴리아미드 100부당 10-60부의 폴리아미드로 됨을 특징으로 하는 조성물.
  26. 제20항에 있어서, 폴리아미드는 나일론 6임을 특징으로 하는 조성물.
  27. 제26항에 있어서, 고무는 0.1-25몰%의 카르복실산을 함유함을 특징으로 하는 조성물.
  28. 제27항에 있어서, 고무는 에틸렌, 알킬 아크릴레이트와 불포와 카르복실산의 공중합체임을 특징으로 하는 조성물.
  29. 제28항에 있어서, 30% 이하의 고무가 추출됨을 특징으로 하는 조성물.
  30. 제29항에 있어서, 블렌드는 고무와 폴리아미드 100부당 10-60부의 폴리아미드로 됨을 특징으로 하는 조성물.
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