KR950012101B1 - 아크릴계 벌크몰딩 컴파운드(bmc)의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

아크릴계 벌크몰딩 컴파운드(BMC)의 제조방법

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 아크릴계 몰딩 컴파운드의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게로는 메틸메타크릴레이트(이하 'MMA'라 칭함)를 기지재료로 사용한 벌크몰딩 컴파운드(이하 'BMC'라 칭함)의 제조방법에 관한 것이다.

종래의 BMC는 기지재료로 주로 불포화 폴리에스테르수지, 페놀수지, 에폭시수지 등이 사용되었으며, 이를 기지재료와 무기충전재, 유리섬유 등과 같은 섬유상보강재 및 기타 첨가제로 구성되었다. 이와같은 BMC는 전기적 특성, 내열성, 내충격성 등이 우수하여 논 퓨즈 브레이크, 절연판, 코일봉지제 등과 같은 전기절연재료로 주로 사용되어 왔다. 그러나 불포화 폴리에스테르수지, 페놀수지 등과 같은 열경화성 수지가 기지재료로 사용되기 때문에 폐기물의 처리가 어렵고, 성형 후 열가공이 불가능할 뿐만 아니라, 내후성 및 표면 광택도가 충분하지 못하여 외장 제품에의 사용에는 제약을 받게되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것이며, BMC의 기지재료로 열가소성 수지이며 내후성 및 표면광택도가 우수한 MMA를 사용함으로써 상기 문제점을 해결하였다.

MMA를 BMC에 도입하는 데에 따르는 문제점은 기지재료로 사용되는 MMA단량체 또는 그것의 부분중합체인 MMA시럽이 액상이기 때문에 점착성이 강하여 취급상 어려움이 있다는 점이다. 종래에 불포화 폴리에스테르수지를 기지재료로 사용한 경우에는 이러한 문제점을 2가 금속산화물 또는 2가 금속 수산화물을 증점제로 첨가하여 숙성시킴으로써 점착성을 제거하였으나, MMA에는 이러한 증점체를 첨가하여도 효과가 없었다.

본 발명에서는 BMC 제조공정 중 마지막 단계에서 BMC 표면의 MMA 중합도를 높혀주는 단계를 삽입함으로써 점착성을 제거하였다. 본 발명의 제조방법은 크게 다음과 같은 세가지 단계로 이루어진다.

(1) 부분중합물의 제조단계 ; BMC의 기지재료로 사용되는 MMA단량체의 부분중합물을 제조하는 단계로써 그 제조방법은 첫째 MMA단량체에 PMMA수지를 용해시키는 방법, 둘째 MMA단량체를 중합반 응조에서 일정수준의 컨버젼(conversion) 수준을 갖는 시점까지 부분중합시켜 원하는 시럽을 얻는 방법과 같은 두가지 방법이 있다.

(2) 혼련(kneading) 단계 ; 종래의 BMC 제조와 동일하게 (1)에서 얻어진 부분중합물과 무기충전재, 섬유상보강제 및 기타 첨가제를 상온에서 니더(kneader)로 혼합하는 단계이다.

(3) 점성제거단계 ; (2)에서 얻어진 혼합물을 폴리비닐알콜 또는 나이론/폴리에틸렌 다층필름 백(bag)에 넣어 오븐 속에서 일정시간 가열하여 BMC표면의 MMA중합도를 높혀 주는 단계이다.

(1)단계에서 MMA단량체에 PMMA수지를 용해시키는 경우에는 내압반응조에 MMA단량체에 대하여 PMMA수지를 20~40％가 되도록 넣고 2~5기압, 50~70℃의 조건으로 교반하면서 용해시킨다.

부분중합법을 사용하여 시럽을 제조하는 경우에는 중합개시제로서 라디칼 촉매를 사용하여, 연쇄이동제, 내부이형제 등도 첨가하여 원하는 시럽을 제조한다. 여기에서 MMA단량체라 함은 MMA단량체 단독 또는 MMA단량체의 20중량％ 이하를 MMA와 공중합 가능한 중합성 단량체로 치환된 것을 의미한다. MMA와 공중합가능한 중합성 단량체로는 아크릴산, 메타클린산, 탄소수 1~18의 1가 알콜과 아크릴산과의 에스테르, 탄소수 2~18의 1가 알콜과 메타크릴산과의 에스테르, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 등의 올레핀계 니트릴, 스틸렌,

-메틸스틸렌, t-부틸스틸렌 등의 방향족 올레핀, 초산비닐, 안식향산비닐 등의 비닐에스테르, 아크릴아미드, 메타크릴아미드 등의 비닐아미드에 있어서의 일관능성 단량체 및 에틸렌글리콜-디메타크릴레이트, 트리메틸프로판트리메타크 릴레이트에 있어서의 다관능성 단량체를 들 수 있으며, 이상 열거한 것들의 1종 또는 2종 이상 혼합된 것을 사용할 수 있다.

MMA계 시럽의 폴리머로의 컨버젼 율은 20~40중량％로서 이 범위보다 낮은 컨버젼 율에서는 시럽 자체의 점도가 낮아 충전재, 보강제 등이 수지와 분리되는 현상이 발생하고, 이 범위 이상에서는 시럽의 제조 자체가 곤란하다.

(2)단계에서는 (1)의 단계에서 제조된 MMA계 시럽과 충전재, 보강제, 안료, 개질제, 연쇄이동제, 다관능아크릴계 단량체, 안정제, 내부이형제, 중합개시제, 중합촉진제 등을 일정비율로 섞어 수지혼합물을 제조한다.

수지혼합물에 사용되는 충전재로는 주로 수산화알루미늄, 산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄산칼슘, 규산칼슘, 황산칼슘, 실리카, 운모, 탈크, 크레이, 목분 등의 분말상 충전재를 들 수 있다. 특히 MMA계 수지와 광학굴절율이 유사한 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 등의 충전재를 사용하면 외관상 반투명의 은은한 분위기를 갖는 고급질감의 제품을 제조할 수 있다. 이러한 충전재의 적절한 함량은 30~90중량％이며, 더욱 좋기로는 60~80중량％이다. 이 범위보다 낮으면 벌키(bulky)한 성질이 없어지고 점착성이 강하여 재료의 취급이 곤란하며, 이 범위 이상에서는 수지와의 혼합성이 떨어진다.

보강제로 주로 사용되는 것은 유리섬유, 탄소섬유 및 금속섬유 등이며, 보강제는 제품의 충격강도를 향상시킴과 동시에 섬유자체의 형태를 드러냄으로써 외관을 다양하게 하는 역할을 한다. 보강제의 적절한 함량은 5~30중량％이다.

연쇄이동제는 시럽의 제조시에도 사용되고 수지혼합물에도 적용되어 고분자 체인의 길이를 조절함으로써 분자량 분포를 균일하게 하는 역할과 시럽의 점도를 조절하는 역할을 한다. 주로 사용되는 연쇄이동제는 머켑탄류이며, 0.01~1.0중량％ 정도가 적절한 사용량이다.

제품의 표면경도를 향상시키기 위하여 수지혼합물에 첨가되는 가교제는 다관능 아크릴계 단량체가 사용되는 데, 그 예로는 에틸렌글리콜디 메틸아크릴레이트, 트리메틸프로판트리메타크릴레이트 등이 있다. 이러한 가교제의 적절한 사용량은 MMA계 단량체의 1~40중량부이며, 더욱 좋기로는 5~20중량부이다.

수지혼합물의 제조는 주로 오픈 니더(open kneader)에서 행한다. 먼저 시럽에 보강제를 제외한 각종 처가제를 넣고 골고루 혼합시킨 후 보강제를 넣고 (2)단계 혼합공정을 거친다. (3)의 단계에서 (2)단계에서 제조된 수지혼합물의 점착성을 저하시키고 단량체의 기산(氣散)에 의한 성형시 성형품 표면의 백화현상의 발생방지를 위해 수지혼합물의 표면중합도를 높혀주는 단계로서 본 발명에서는 (2)의 수지 혼합물을 폴리비닐알콜 또는 나이론/폴리에틸렌 다층필름 백 속에 일정량의 수지혼합물을 넣고 백의 입구를 열접합(heat sealing) 시킨 상태에서 수조나 오븐 속에서 일정조건으로 가열하여 중합을 진행시킨다. 이 단계에서는 40~60℃에서 1~2시간 방치함으로써 중합도를 1차적으로 높힌다. 이때 발생된 기체상태의 MMA단량체는 열접합된 백 내에 존재하므로 백의 한 부분을 개봉하여 제거할 필요가 있다. 2차단계로서 1차의 온도조건보다 높은 80~100℃에서 20~40분간 방치한 후 냉각수조에 담구어 냉각시켜서 최종제품을 얻는다.

상기와 같이 가열을 1, 2차로 나누어 하는 이유는 높은 온도 즉 80~100℃로 계속 가열하면 기체상태의 MMA단량체가 너무 많이 생겨 백이 터질 우려가 있고, 낮은 온도 즉 40~60℃로 계속 가열하면 시간이 너무 오래 걸리기 때문이다.

이렇게 제조된 제품은 백에 포장된 상태로 상온에 보관하여 성형시 백을 제거한 후 사용한다. 이하 본 발명의 실시예를 설명한다.

[제조실시예]

50ℓ교반기 부착 중합반응조에서 MMA단량체 100, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트 5, 머캡토아세틸산 0.1 및 벤조일퍼옥사이드 0.15의 조성비로 80℃에서 약 150분간 반응시켜 리플렉토미터(reflectoneter)를 이용하여 고분자 컨버젼 율이 28중량％ 수준에 이르렀을 때 급냉시켜 점도가 400cps 수준의 부분중합물인 시럽을 얻었다.

[실시예 1]

하기 표1)과 같이 제조실시예에서 제조된 시럽과 각종 첨가제 중 1차적으로 유리섬유를 제외한 모든 첨가제를 30ℓ오픈 니더에 넣고 15분간 혼련한 후 유리섬유를 첨가하여 10분간 2차 혼련공정을 거쳤다. 2차 혼련공정을 거친혼합물을 10㎏단위로 폴리비닐알콜 백에 넣고 열접합기로 밀봉하여 50℃의 오븐 속에 1.5시간 방치 후 백을 개봉하여 발생된 기체상태의 MMA단량체를 날려 보낸 후 재밀봉하여 90℃ 오븐에서 30분간 방치 후 냉각수조 속에 담구어 냉각시켜 최종재료를 얻고 2일간 방치한 후 통상의 방법에 의하여 110℃에서 압축성형기로 성형하였다. 그 결과는 다음의 표2)와 같다.

[표 1]

[비교실시예 1]

표 1)의 제조실시예에서 제조된 시럽과 각종 첨가제 외에 중점제인 마그네슘옥사이드(MgO) 0.6중량부와 1차적으로 유리섬유를 제외한 모든 첨가제를 넣고 30ℓ오픈 니더에서 15분간 혼련한 후 유리섬유를 첨가하여 10분간 2차혼련공정을 거쳤다. 이 혼합물을 폴리비닐 알콜 백에 넣어 2일간 방치한 후 통상의 방법대로 110℃에서 압축성형기로 성형하였으며, 그 결과는 다음의 표 2)와 같다.

[비교실시예 2]

실시예 1에서 90℃ 오븐에 30분간 방치하는 공정을 생략한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조ㆍ성형하였다. 그 결과는 표 2)와 같다.

[비교실시예 3]

실시예 1의 50℃ 오븐 대신 80℃ 오븐을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 성형ㆍ제조하였으며, 그 결과는 표 2)와 같다.

[표 2]

Claims (1)

1. 메틸메타크릴레이트(MMA)계 시럽을 기기재료로 사용하여 무기충전재와 기타 첨가제를 혼합하여 제조하는 아크릴계 벌크몰딩 콤파운드의 제조에 있어서, 2차에 걸친 가열공정 중 1차 가열공정은 40~60℃에서 1~2시간, 2차 가열공정은 80~100℃에서 20~40분간 가열한 후 급냉시키는 것을 특징으로 하는 벌크몰딩컴파운드(BMC)에 제조방법.