KR950006262B1

KR950006262B1 - 폴리염화비닐수지조성물용 Ba-Zn계 마스터뱃치첨가제

Info

Publication number: KR950006262B1
Application number: KR1019910014943A
Authority: KR
Inventors: 강호철; 남충우
Original assignee: 한화종합화학주식회사; 박원배
Priority date: 1991-08-28
Filing date: 1991-08-28
Publication date: 1995-06-13
Also published as: KR930004381A

Abstract

내용 없음.

Description

폴리염화비닐수지조성물용 Ba-Zn계 마스터뱃치첨가제

본 발명은 폴리염화비닐수지조성물용 Ba-Zn계 마스터뱃치첨가제에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 입자 유동성이 좋고, 분진문제가 없으며, 가공성도 향상시킬 수 있는 자동차부품에 유용한 폴리염화비닐수지 조성물용 Ba-Zn계 마스터뱃치첨가제에 관한 것이다.

일반적으로 폴리염화비닐(이하 PVC라 한다) 수지조성물은 PVC수지, 가소제, 충진제(Filler)등 다량으로 사용되는 원료 이외에도 열안정제, 내부화제, 외부활제, 가공조제등의 부원료를 필수적으로 소량씩 첨가하여 제조하며, 필요에 따라서는 안료, UV안정제, 난연제등이 부수적으로 첨가되기도 한다. 따라서, 한종류의 PVC수지 조성물을 제조하기 위해서는 각종 원, 부원료가 필요하다.

한편, 마스터뱃치첨가제는 열안정제, 내, 외부활제, 가공조제등 5 내지 6개의 첨가제를 혼합하여서 된 것으로서, 이를 사용하여 PVC 수지조성물을 제조할 경우에는 배합의 간편화, 작업조건의 개선, 계량오차의 축소등에 의해 품질안정을 도모할 수 있어 궁극적으로 수지제품의 생산성(가공성)향상을 기대할 수 있다.

종래의 PVC 수지조성물용 마스터뱃치첨가제로는, 납(Pb) 안정제계통의 마스터뱃치와 바륨-아연(Ba-Zn) 복합안정제계통의 마스터뱃치가 잘 알려져 있다. 이러한 납 안정제계통의 마스터뱃치는 열안정제로서 삼염기성 황산납(Tribasic Lead Sulphate)과 이염기성 스테아린산납(Dibasic Lead Stearate ; 2PhO·Pb (C₁₇H₃₅COO)₂), 내부활제로서 스테아린산납(Pb(C₁₇H₃₅COO)₂), 외부활성제로서 백색분말이며 비중이 0.96이고, 분자량이 400인 AC-629A(미국 Allied Signal)사 제품의 상표명 ; 산화폴리에틸렌)와, 스테아린산 (C₁₇H₃₅COOH), 가공조제로서 백색분말이며, 비중이 1.18인 K-125(독일의 Rohm and Haas사 제품의 상표명 ; 메틸메타크릴레이트-알킬아크릴레이트 코폴리머)등을 혼합하여 사용하였다. 또, 바륨-아연(Ba-Zn) 복합안정제계통의 마스터뱃치는 열안정제로서 비중이 1.065 내지 1.095이고, 점도가 100CPS 이하인 BZ-1087(송원산업(주)제품의 상표명 ; 바륨-아연계 액상유기복합체)와, BP-203S(송원산업(주)제품의 상표명 ; 바륨-아연제 고상유기복합체), 내부활제로서 스테아린산칼슘(Ca-St)과 스테아린산 바륨(Ba-St), 외부활성제로서 AC629A(미국 Allied Signal사 제품의 상표명 ; 산화폴리에틸렌)와 스테아린산(C₁₇H₃₅COOH), 가공조제로서 상기 K-125(독일의 Rohm and Haas사 제품의 상표명 ; 메틸메타크릴레이트-알킬아크릴레이트 코폴리머)등을 혼합하여 사용하였다.

상기 설명에 있어서, 산화폴리에틸렌(AC-629A)대신에 비중이 0.9-1.0이고 분자량이 1000 내지 10,000인 산화폴리에틸렌계 활제인 HI-WAX 405MP(미쓰이사제품의 상표명)를 사용해도 된다. 또, 메틸메타크릴레이트-알킬아크릴레이트 코폴리머대신에 비중이 1.0 내지 1.3이고 백색분말의 혼합물인 메틸메타크릴레이트-알킬아크릴레이트 코폴리머게 가공조제(일본 카네카(주) 제품의 상표로 PA-20 또는 일본 미쯔비시(주) 제품의 상표명으로 P-530)를 사용해도 된다.

그리고, 비중이 1.05 내지 1.10이고, 점도가 150CPS 이하인 PVC 수지인 열안정제로서 바륨-아연계 액상유기복합제(송원산업(주)제품의 상표명 ; BZ-150T, BZ-128T, 또는 코오롱유화(주)제품의 상표명 KBZ-260G, KBZ-250G, 또는 대협화성(주)제품의 상표명 ; LOX-3)를 사용해도 되고, 또 PVC 수지의 열안정제로서 바륨-아연계 고상유기복합제(송원산업(주)제품의 상표명 BP-203S, BP-252S, BP-206S, BP-207S, BP-251S, 또는 BP-253S)를 사용해도 된다.

그러나, 종래의 이러한 안정제계통의 마스터뱃치는 인체에 해로운 안정제 및 기타 첨가제등이 농축되는 관계로 제조시 분진 및 증기발생의 문제가 있었으며, 가공성에도 문제가 있어 생산성을 향상시키지 못하는 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 종래의 이와같은 문제를 해결하기 위한 것으로서 PVC수지와 디옥틸프탈레이트를 바인더로 사용하여 PVC 입자를 디옥틸프탈레이트로 웨팅(Wetting)시켜 작은 입자의 첨가제를 바인딩시키고, 혼합기의 마찰열에 의한 온도상승으로 일부 첨가제가 코팅되므로 인해 분진발생이 크게 감소된 상태로 제조될 수 있는 PVC 수지조성물용 Bz-Zn계 마스터뱃치 첨가제를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 PVC 수지조성물의 물성을 우수하게 하고 가공성도 향상시킬 수 있는 Bz-Zn계 마스터뱃치 첨가제를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 실제 계량오차를 줄이고, 계량작업을 단순화하여 수지제품의 품질안정과 생산성향상을 도모할 수 있는 Bz-Zn계 마스터뱃치첨가제를 제공하는데 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 PVC 수지조성물용 Bz-Zn계 마스터뱃치첨가제는, PVC 수지 20.0 내지 25.0중량%, 디옥틸프탈레이트 2.0 내지 6.0중량% 및 내부활제를 주성분으로 하고 여기에 통상의 기타 첨가제가 포함된 것으로 이루어져 있다.

이와같은 본 발명을 다음에서 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 Bz-Zn계 마스터뱃치는 PVC 수지, 가소제 및 내부활제를 주성분으로 하며 여기서 외부활제와 가공조제가 기타 첨가제로서 첨가되어 제조되게 된다. 이중에서 특히 PVC와 가소제는 바인더로서 사용되게 된다.

여기서, PVC 수지로는 중합도가 800, 1000, 1300, 2500인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하기로는 바인더성분으로서 중합도가 1000인 것이 좋다. 그리고, 사용량은 20.0 내지 25.0중량%가 좋다.

본 발명에 따른 Bz-Zn계 마스터뱃치첨가제의 한 주성분으로서 상기의 PVC수지와 함께 바인더역활을 하는 가소제로는 디옥틸프탈레이트, 디-이소노닐프탈레이트, 디-2-에틸헥실 아디페이트, 디-운데실프탈레이트 및 에폭시콩기름등이 사용될 수 있으나, 그 중에서도 디옥틸프탈레이트가 가장 바람직하며, 그 사용량은 2.0 내지 6.0중량%가 좋다.

한편, 본 발명에서 사용하는 내부활제는 스테아린산바륨(Bz-St)과 스테아린산칼슘(Ca-St)을 말하며, 이들의 사용량은 스테아린산바륨이 5.5 내지 10.0중량%, 스테아린산칼슘이 3.0 내지 7.0중량%가 바람직하다.

그리고, 본 발명에서 사용하는 통상의 기타 첨가제로서는 외부활제 및 가공조제등이 있는데, 외부활제로서는 스테아린산(Ht-St)과 산화폴리에틸렌(미국 Allied Signal사 상표명 AC-629A)이 사용될 수 있으며, 그 사용량은 각각 3.4 내지 8.8중량%와 7.5 내지 13.6중량%가 바람직하고, 가공조제로서는 메틸메타크릴레이트-알킬아크릴레이트 코폴리머(독일 Rohm and Haas사 상표명 K-125)를 31.6 내지 52.0중량%로 사용할 수 있다.

이와같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 Bz-Zn계 마스터뱃치첨가제의 제조과정은 헨첼혼합기(Henschel Mixer)를 이용할 수 있으며, 먼저 혼합기를 고열로 한 후에 이 혼합기에 바인더로서 PVC수지와 디옥틸프탈레이트를 투입하고 5 내지 10분동안 저속으로 교반시킨 후에 다시 고속으로 교반시킨다. 교반도중에 일시중지하고 내벽에 부착된 것을 긁어내어도 된다. 다음에, 여기에 내부활제와 기타 첨가제로서 외부활제 및 가공조제등이 혼합된 혼합물을 투입하여 고속으로 5 내지 10분간 교반하고, 암어가 8.5에서 9로 상승하게 되면 70℃ 내지 75℃의 온도에서 혼합기의 운전을 중단시켜서 배합물을 배출시킨다. 상기에서 얻어진 배합물을 냉각혼합기에 다시 투입하여 40℃의 온도까지 충분히 냉각시키면, 옅은 황색의 150㎛ 내지 200㎛의 크기를 갖는 구형입자로 된 마스터뱃치파우더가 얻어지게 된다.

상기의 과정에서는 바인더로서 PVC 수지입자를 디옥틸프탈레이트로 웨팅시켜 작은 입자의 첨가제들을 바인딩시키고, 혼합기의 마찰열에 의한 온도상승으로 일부 첨가제가 코팅되므로 분진발생의 정도를 약 80%이상 감소시킬 수 있게 된다.

본 발명에 따른 마스터뱃치파우더의 입자상태는 혼합기의 배출온도 조건에 크게 좌우되는데, 고열혼합기 압력이 정지된 상태에서 상승하기 시작하는 겔링포인트(Gelling Poing)의 온도에서 배출시키는 것이 중요하다. 상기 배출온도 이하의 온도에서 배출할 때에는 단순한 분말상태가 되며, 온도가 과도하게 높을 경우에는 겔링정도가 심한 덩어리가 형성된다.

다른 한편으로, 상기 공정시 활제인 산화폴리에틸렌이 혼합기 내벽에 코팅되는 경향이 있는데, 연속작업시 마스터파우더의 산화폴리에틸렌의 함량에 영향을 미칠 수 있으므로 산화폴리에틸렌은 별도로 냉각혼합기에서 분산시키거나 냉각혼합로 배합물을 이송시키기 전에 고열혼합기에서 1분 내지 2분간 교반시키는 것도 바람직하다.

본 발명에 따라 제조된 마스터뱃치는 상기와 같이 바인더를 사용하고, 혼합기의 마찰열을 이용하여 적정한 온도에서 형성된 마스터파우더 형태로서, 입자의 구조면에서 살펴보면, 입자의 유동성을 고려할 때, 가능한 한 크고 균일한 구형의 입자구조를 갖는 것이 유리하다. 그러나, 대부분의 첨가제 입자직경은 1㎛ 내지 50㎛정도이고, 플레이크(Flake)상태의 외부활제인 스테아린산의 입자직경은 수 ㎛정도이다.

따라서, 균일한 입자직경을 갖게하기 위해서 본 발명에서는 PVC 입자를 도입하고, 하나의 PVC입자에 용융점이 비교적 낮은(60℃ 이하) 스테아린산을 코팅시키고, 다른 첨가제를 바인딩시킨 것이다. 따라서, 본 발명에 의해 얻어진 마스터파우더는 PVC 입자에 코팅된 부분과 바인딩되어 있는 첨가제들이 구형입자의 형태를 이루게 된다. 이때, 건조한 상태의 분말들이 혼합되는 관계로 분진발생이 심하므로 디옥틸프탈레이트를 소량사용한 것이며, 바인딩상태가 양호하여 분진발생의 문제가 없게된다.

한편, 입자의 분포면에서 살펴보면, 입자분포는 그 범위가 좁을 수록 유리하고, 평균입경이 클수록 유리하다. 따라서, 본 발명의 마스터뱃치파우더의 경우 PVC의 평균입경인 150㎛보다 크면서 대체적으로 150㎛내지 200㎛의 범위에 속한다.

본 발명에 따라 얻어진 마스터뱃치첨가제는 제조시 분진발생이 크게 감소되어 제조될 수 있으며, PVC 수지조성물의 물성을 우수하게 하고 가공성도 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 실제 계량오차를 줄이고, 계량작업을 단순화하여 수지제품의 품질안정과 생산성향상을 도모할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하며, 본 발명은 다음의 실시에 국한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

200ℓ의 고열의 슈퍼혼합기에 중합도가 1000인 폴리염화비닐 11.46kg과 디옥틸프탈레이트 2.09kg을 투입하고 10분동안 저속으로 교반시킨 후에, 다시 고속으로 교반시킨 다음, 스테아린산바륨(Ba-St) 4.17kg, 스테아린산칼슘(Ca-St) 3.13kg, 스테아린산(H-St) 3.13kg, 메틸메타크릴레이트-알킬아크릴레이트 코폴리머 20.84kg을 동시에 투입하여 고속으로 10분간 교반하고, 암페어가 8.5에서 9로 상승하면 75℃의 온도에서 배합물을 배출시킨다. 상기에서 얻어진 배합물을 냉각혼합기에 산화폴리에틸렌 5.21kg과 함께 투입하여 40℃의 온도까지 냉각시킨 후 배출시켜서 옅은 황색의 150㎛내지 200㎛의 평균크기를 갖는 구형입자로 된 마스터뱃치파우더를 얻었다.

상기에서 얻어진 마스터뱃치파우더를 중합도가 1300인 폴리염화비닐 65중량부를 혼합한 혼합물 100중량부에 대해 7.0중량부, 디이소노프탈레이트 60중량부, 디-2 에틸헥실아디페이트 20중량부, 바륨-아연계 액상유기복합체(송원산업(주)제품(BZ-108T) 1.5중량부, 바륨-아연계 고상유기복합체(송원산업(주)제품(BP-2035) 0.4중량부, 자외선(UV)안정제로서 벤조페논 0.5중량부, 난연제인 Sb₂O₃3.0중량부의 혼합물에 첨가하고 싱글 스크류 압출기(일본의 아케카이(주) 제품의 상표명 ; RC-90)인 펠릿타이져(Pelletizer)로 펠릿형상의 PVC 수지콤파운드를 얻었다.

상기와 같이 얻어진 콤파운드를 믹싱롤(160℃×5분)로 2㎜의 압축시편을 제작(170℃×10분)하여 인장강도, 신장율, 경도, 비중, 잔사등과 같은 물성을 측정하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

또, 상기와 같이 얻어진 콤파운드에 대해 다음과 같은 조건으로 브라벤더가공시험을 실시하였다. 그 결과가 다음 표 2에 나타내었다.

온도 : 140℃

혼합 rpm : 30

부하량 : 50g

토크최대크기 : 400kg^o㎝

혼합시간 : 7분

[실시예 2]

상기 실시에 1에서 콤파운드제조시 중합도가 1300인 폴리염화비닐 대신 중합도가 800인 폴리염화비닐 50중량부로 사용하고 중합도가 2500인 폴리염화비닐의 양도 50중량부로 사용하며, 디이소노닐프탈레이트를 80중량부, 디-2-에틸헥실아디페이트 대신 보조 열안정제 겸 가소제로 에폭사이즈드 소이빈오일(일본 아데카아루구스(주) 제품의 상표명 ; O-130P) 3.0중량부를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 성분 및 방식으로 실시하여 펠릿형상의 콤파운드를 얻었다.

상기와 같이 얻어진 콤파운드에 대한 물성 및 브라벤더가공시험도 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 다음 표 1과 표 2에 각각 나타내었다.

[비교실시예 1]

상기 실시예 1에서 마스터뱃치를 사용하는 대신 별도로 스테아린산바륨 0.4중량부, 스테아린산칼슘 0.3중량부, 스테아린산 0.3중량부, 산화폴리에틸렌 0.3중량부, 메틸메타크릴레이트-알킬아크릴레이트 코폴리머 1.6중량부를 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일한 성분 및 방식으로 실시하여 펠릿현상의 콤파운드를 얻었다.

상기와 같이 얻어지 콤파운드에 대한 물성 및 브라벤더가공시험도 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 다음 표 1과 표 2에 각각 나타내었다.

[비교실시예 2]

상기 실시예 2에서 마스터뱃치를 사용하는 대신 스테아린산칼슘 0.7중량부, 스테아린산 0.3중량부, 산화폴리에틸렌 0.5중량부, 메틸메타크릴레이트-알킬아크릴레이트 코폴리머 2.0중량부를 사용하는 것 이외에는 실시예 2와 동일한 성분 및 방식으로 실시하여 펠릿형상의 콤파운드를 얻었다.

상기와 같이 얻어진 콤파운드에 대한 물성 및 브라벤더가공시험도 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 그 결과를 다음 표 1과 표 2에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

(140℃의 조건)

Claims

PVC 수지조성물용 Ba-Zn계 마스터뱃치첨가제에 있어서, PVC 수지 20.0 내지 25.00중량%, 디옥틸프탈레이트 2.0 내지 6.0중량% 및 내부활제를 주성분으로 하고 여기에 통상의 기타 첨가제가 포함된 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐수지조성물용 Ba-Zn계 마스터뱃치첨가제.
제1항에 있어서, 내부활제는 스테아린산바륨과스테아린산칼슘이고, 이들의 사용량은 스테아린산바륨이 5.5 내지 10.0중량%, 스테아린산칼슘이 3.0 내지 7.0중량%인 폴리염화비닐수지조성물용 Ba-Zn계 마스터뱃치첨가제.
제1항에 있어서, 마스터뱃치첨가제는 구형의 파우더입자인 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐수지조성물용 Ba-Zn계 마스터뱃치첨가제.
제3항에 있어서, 상기 구형입자의 직경은 150㎛ 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는 마스터뱃치첨가제.