KR970008211B1 - 포화폴리에스테르 기재의 열가소성 조성물 및 그를 함유하는 성형품 - Google Patents

포화폴리에스테르 기재의 열가소성 조성물 및 그를 함유하는 성형품 Download PDF

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Abstract

요약없음

Description

포화폴리에스테르 기재의 열가소성 조성물 및 그를 함유하는 성형품
본 발명은 특히 내충격성이 강화된 성형품의 제조에 유용한 열가소성 폴리에스테르 알로이에 관한 것이다.
특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 같은 열가소성 폴리에스테르의 내충격성 강화는 이들 재료로 이루어진 물품을 생산하는 산업에 있어서 해결되지 않은 선결 과제의 구성 요소가 되고 있다. 이 선결 과제는 상온에서의 내충격성 강화 뿐만 아니라 매우 낮은 온도에서의 내충격성 강화에도 점점 관련되어 지고 있다. 실제로, 이와 같은 성형품들은 가정용 용도 뿐만 아니라, 한대 지방의 외장재, 예를 들어 자동차 부품의 외장재에 사용될 만하다.
따라서, 특히 문헌 US-1-4,172,859에는 특별히 기본적으로 60~90중량%의 포화폴리에스테르 매트릭스 함유 상과 1~40중량%의 0.01~3미크론 크기의 랜덤 공중합체 입자 함유 상으로 이루어진 강인한 다중상 열가소성 조성물이 기재되어 있는데, 여기에서 상기의 랜덤 공중합체는 에틸렌을 기재로 하여 제1공단량체가 불포화 디카르복실산의 무수물 및 불포화 에폭시화물로 부터 선택된 것이고 제2공단량체가 아크릴산 에스테르 및 비닐에스테르로 부터 선택된 것이다. 불포화 에폭시화물을 함유하는 랜덤 공중합체를 포함하는 이 문헌의 실시양태들 중에서, 놋치된 아이조드 충격 강도가 20℃에서 86kg cm/cm 이하(사출면으로부터 이탈된 시험편의 말단에서 측정된 값)인 조성물을 주목할 수 있는데, 이 조성물은 67중량%의 에틸렌, 5중량%의 글리시딜 메타크릴레이트 및 28중량%의 비닐 아세테이트를 포함하는 삼원공중합체를 20% 함유한다. 그러나, 이 삼원공중합체중에 비닐 아세테이트가 존재한다는 것이 상기 조성물이 전환될때 불리한 요소로 작용함을 주목해야 하는데; 실제로, 통상의 공업품으로의 전환 온도에서 아세트산의 방출이 발생하며, 이는 삼원 공중합체의 분해를 의미한다.
다른 문헌에도 열가소성 폴리에스테르의 저온 충격강도의 개선가능성이 나타나 있다. 즉, 특허문헌 EP-A-072,455에는 폴리부틸렌테레프탈레이트 100중량부, 90중량%의 에틸렌과 10중량%의 글리시딜 메타크릴레이트로 이루어진 공중합체 10중량부, 및 85몰%의 에틸렌과 15몰%의 1-부텐으로 이루어진 공중합체 20중량부를 함유하는 조성물이 기재되어 있다. 이 조성물은 놋치된 아이조드 충격 강도가 -40℃에서 19kg cm/cm이다. 공개된 일본국 특허 출원 제86-204,258호에는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 80중량부, 89중량%의 에틸렌과 11중량%의 글리시딜 메타크릴레이트로 이루어진 공중합체 10중량부, 91몰%의 에틸렌과 9몰%의 1-부텐으로 이루어진 공중합체 10중량부, 및 말레인산 무수물 1중량부를 함유하는 조성물이 기재되어 있다. 이 조성물은 놋치된 아이조드 충격강도가 -30℃에서 19kg cm/cm이다.
상기한 2개 문헌의 조성물에 의해 성취된 저온 성능 수준은 이미 비개질된 폴리부틸렌 테레프탈레이트의 저온 성능면에서 실질적인 개량에 기여하였지만, 이들은 여전히 많은 적용분야에 부적합함을 주목해야 한다. 더우기 이들 조성물은 특허 문헌 US-A-4,172,859에 최초로 기재된 것보다 매우 낮은 상온 성능을 나타낸다.
결과적으로, 본 발명의 첫번째 목적은 상온 및 매우 낮은 온도 모두에서 뛰어난 충격 강도를 갖는 포화폴리에스테르 기재의 열가소성 조성물을 개발하려는 데 있다. 본 발명의 두번째 목적은 조성물이 공업품으로 전환되면서 겪게 되는 고온 조건하에서 그의 구성 성분들중 어느 하나가 분해하는 불이익을 나타내지 않는 포화폴리에스테르 기재의 열가소성 조성물을 개발하려는 데에 있다. 본 발명의 세번째 목적은 상기한 장점 이외에도 사출성형에 의한 전환에 적합한 점도를 갖는, 보다 구체적으로는 용융 지수(하중 5kg 하, 250℃에서 측정)가 10dg/min 이상인 포화폴리에스테르 기재의 열가소성 조성물을 개발하려는 데에 있다.
본 발명의 첫번째 대상물은 약 60중량% 이상의 포화폴리에스테르와 약 40중량% 이하의 1종 이상의 고분자 보강재로 이루어지고, 여기에서 사용되는 고분자 보강재가
(a) 약 94~60중량%의 에틸렌, 약 5~25중량%의 탄소수 2~10의 알킬 또는 시클로알킬기를 지닌 1종 이상의 알킬 또는 시클로알킬 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 및 약 1~15중량%의 1종 이상의 불포화 에폭시화물로 이루어진 공중합체 1종 이상.
(b) 약 84~60중량%의 에틸렌, 약 15~34중량%의 탄소수 2~10의 알킬 또는 시클로알킬기를 지닌 1종 이상의 알킬 또는 시클로알킬 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 및 약 1~6중량%의 1종 이상의 불포화 다카르복실산의 무수물로 이루어진 공중합체 1종 이상, 및
(c) 공중합체(a) 중에 존재하는 에폭시기와 공중합체(b) 중에 존재하는 무수물기 간의 반응을 촉진할 수 있는 화합물 1종 이상을 혼합함으로써 수득한 적어도 부분적으로 가교 결합된 고분자 조성물임을 특징으로 하는 열가소성 조성물로 되어 있다.
상술한 선행 기술의 경험에 비하여 독특한 고분자 보강재내 성분(a), (b) 및 (c)의 배합은 본 발명의 목적을 유리하게 달성할 수 있게 한다. 첫째로, 공중합체(a)는 대략 특정된 비율 이상의 에틸렌, 아크릴레이트 및 불포화 에폭시화물을 함유해야하며, 이들의 비율은 상기 성분을 통해 포화폴리에스테르 매트릭스에 소망한 결합을 한, 고분자 보강재를 제공할 수 있는 값이어야 하는 것이 중요하다. 둘째로, 공중합체(b) 중의 에틸렌, 아크릴레이트 및 불포화무수물의 비율에도 동일한 규정이 적용된다. 세째로 화합물(c)은 고분자 조성물의 적어도 부분적인 가교 결합에서의 촉진제로서의 기능을 유효하게 충족시키기 위하여 공중합체(a) 및 (b)에 비하여 충분한 양이어야 한다. 일단 공중합체(a) 중의 에폭시화물의 비율 및 공중합체(b) 중의 무수물의 비율이 정하여지면, 화합물 (c)의 유효량의 결정은 본 분야의 숙련가의 권한내에 있게 된다. 마지막으로, 성분 (a)의 단독 존재는 조성물에 너무 낮은 용융 지수, 즉 사출 성형에 의한 전환에 어울리지 않는 점도를 부여하는 역효과를 지니므로, 본 발명의 효과면에서는 성분 (a) 및 (b)의 동시 존재가 필수적이다.
공중합체(a) 및 (b)의 성분으로 사용될 수 있는 알킬 아크릴레이트 및 메타크릴레이트의 예로는, 특히 메틸 메타크리레이트, 에틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 이소부틸 아크릴레이트 및 2-에틸헥실아크릴레이트가 있다. 중합체(a)의 성분으로 사용될 수 있는 불포화 에폭시화물의 예로는, 특히-알릴 글리시딜 에테르, 비닐 글리시딜 에테르, 글리시딜 말레이트, 글리시딜 이타코네이트, 글리시딜 아크릴레이트 및 글리시딜 메타크릴레이트와 같은 지방족 글리시딜 에스테르 및 에테르, 및 -2-시클로헥센-1-글리시딜에테르, 디클리시딜 4,5-시클로헥센디카르복실레이트, 글리시딜 4-시클로헥센 카르복실레이트, 글리시딜 5-노르보르넨-2-메틸-2-카르복실레이트 및 디클리시딜 엔도시스-비시클로(2.2.1)-5-헵텐-2,3-디카르복실레이트와 같은 지환족 글리시딜 에스테르 및 에테르가 있다.
중합체 (b)의 성분으로 사용될 수 있는 불포화 디카르복실산의 무수물의 예로는 특히 말레인산 무수물, 이타콘산 무수물, 시트라콘산 무수물 및 테트라히드로프탈산 무수물이 있다.
공중합체(a) 중에 존재하는 에폭시기와 공중합체(b) 중에 존재하는 무수물기 간의 반응을 촉진할 수 있는 화합물(c) 중에서, 특히 -디메틸라우릴아민, 디메틸스테아릴아민, N-부틸모르폴린, N,N-디메틸시클로헥실아민, 벤질디메틸아민, 피리딘, 4-디메틸아미노피리딘, 1-메틸이미다졸, 테트라메틸에틸렌디아민, 테트라메틸구아니딘, 트리에틸렌디아민, 테트라메틸히드라진, N,N-디메틸피페라진 및 N,N,N',N'-테트라메틸-1,6-헥산디아민과 같은 3차 아민, -트리페닐포스핀과 같은 3차 포스핀이 언급될 수 있다.
본 발명에 따른 보강 중합체의 조성중 공중합체(a) 형성 부분은 1~50dg/min, 바람직하게는 5~20dg/min의 범위내에서 선택된 값의 용융 지수(ASTM 표준 D 1238에 따라서 2.16kg하, 190℃에서 측정)를 지닐수 있다. 본 발명에 따른 보강 중합체의 조성중 공중합체(b) 형성 부분은 1~50dg/min의 범위내에서 선택된 값의 용융 지수(상기와 같이 측정)를 지닐 수 있다.
보강 중합체중 공중합체(a)+(b)의 각 비율은 중량비(a)/(b)가 대략 0.1~10 사이에 있게 되는 값일 수 있다.
특히, 이들 비율은 공중합체(b) 중의 무수물 및 공중합체(a) 중의 불포화 에폭시화물의 각 함량의 함수로서 본 분야의 숙련가에 의해 선택될 수 있으며; 바람직하게는 이들 비율은 공중합체(b) 중에 존재하는 무수물기와 공중합체(a) 중에 존재하는 에폭시기 사이의 관계가 대략 동몰이도록 하는 값으로 선택된다.
본 발명에 따른 열가소성 조성물중의 포화 폴리에스테르 형성 부분은 글리콜과 디카르복실산과의, 또는 그의 반응성 유도체들간의 선형 포화 축합 생성물들로 부터 선택될 수 있다. 이들 수지는 탄소수 8~14의 방향족 디카르복실산과 식 HO(CH2)nOH(여기에서, n은 2~10의 정수이다)의 글리콜 1종 이상과의 축합 생성물로 이루어지는 것이 바람직할 것이다. 바람직한 폴리에스테르는 폴리-1,4-부틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트이다.
본 발명에 따른 조성물들은 안정하제 및 산화방지제와 같은 1종 이상의 통상적인 첨가제, 열분해, 자외선 분해, 윤활제, 이형제, 착색제 및 안료 함유 착색 물질, 섬유상 및 입상 충전제 및 보강제, 핵제, 난연제등에 의해 개재될 수 있다.
안정화제는 열가소성 조성물의 제조공정 어느 단계에서 조성물 중에 첨가 배합될 수 있다. 안정화제는 조성물이 보호되기 전에 분해개시가 일어나지 않도록 초기에 포함되는 것이 바람직하다. 이들 안정화제는 조성물과 상용될 수 있어야 한다.
폴리카르보디이미드와 같은 점도-안정화제가 사용될 수 있다.
본 발명의 원료중에 사용될 있는 산화 및 열에 대한 안정화제에는 일반적으로 부가 중합체중에 사용되는 것들이 포함된다.
예를 들면, 이들은 입체 장해된 페놀, 히드로퀴논, 2차 아민 및 그의 배합물들로 이루어진다.
또한, 예를들어 포화폴리에스테르 중량에 대해 2% 이하 범위의 비율인 자외선에 대한 안정화제는 일반적으로 부가 중합체중에 사용되는 것일 수 있다. 예시될 수 있는 그의 예로는 여러 치환 레조르시놀, 살리실레이트, 벤조트리아졸, 벤조페논 등이 있다.
예를 들어 조성물 중량에 대해 1% 이하의 범위인 비율로 사용될 수 있는 윤활제 및 이형제는 스테아린산, 스테아릴 알코올 및 스테아르아마드이다. 니그로신 등의 유기 착색제; 이산화 티탄, 황화 카드뮴, 술포셀렌화 카드뮴(cadmium sulfoselenide), 프탈로시아닌, 울트라머린 블루, 카본블랙 등의 안료도 사용될 수 있다; 또한, 탄소, 섬유, 유리섬유, 무정형 실리카, 석면, 규산칼슘, 규산 알루미늄, 탄산 마그네슘, 카올린, 백악, 분말석영, 운모, 장석 등의 섬유상 또는 입상 충전제 및 보강제; 활석, 불화 칼슘, 알루미나, 미립 폴리테트라플루오로에틸렌등의 핵제; 철, 주석, 안티몬, 아연, 구리, 마그네슘 및 납과 같은 다가 금속의 산화물을 1~10중량% 함유하는 난연제도 조성물 중량에 대해 50% 이하로, 3~20중량%의 헥사 브로모벤젠, 데카르브로모비페닐옥시드, 헥사브로모디페닐 카르보네이트, 할로겐화 비스페놀 A 유도체, 예를 들어 테트라브로모비스페놀 A 디아세테이트 등의 할로겐화 방향족 및 지환족 화합물과 함께 사용될 수 있다.
착색 물질(착색제 및 안료)은 조성물 중량에 대해 대략 5중량% 이하의 비율로 존재할 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 밀폐된 계내에서 용융상태의 포화 폴리에스테르와 고분자 보강재를 혼합하고, 일반적으로 2~5개 혼련구간과 강한 전단작용을 일으키는 역피치 1개 이상을 채택하는 다축 스크류 압출기(예:Werner-pfleiderer extruder) 또는 다른 통상의 가소장치(예:Brabender, Banbury, Buss 및 다른 혼합기)중에서 균질 혼합물을 형성시킴으로써 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 열가소성 조성물중에서, 놋치된 아이조드 충격 강도가 20℃에서 110kg cm/cm 이상 및/또는 -30℃에서 25kg cm/cm 이상 및/또는 -40℃에서 20kg cm/cm 이상인 것들이 특히 더 바람직하다.
본 발명은 상온 및 매우 낮은 온도 모두에서의 충격 강도가 뛰어난 사출성형 공업품, 예를 들어 완충기 및 다른 자동차 산업용 부품을 제작할 수 있게 한다.
이하의 실시예는 단지 본 발명의 예시를 위해 주어진 것이다.
(비교예)
관련 조성물은 용융 지수(5kg 하, 250℃에서 측정)가 79.3dg/min이고 상품명이 울트라더
Figure kpo00001
B 4550(U1tradur
Figure kpo00002
B 4550)인 폴리-1,4-부틸렌 테레프탈레이트 80중량부, 및 용융 지수(2.16kg 하, 190℃에서 측정)가 11dg/min이고 79중량%의 에틸렌, 9중량%의 에틸 아크릴레이트 및 12중량%의 글리시딜 메타크릴레이트를 함유하는 삼원공중합체 20중량부로 이루어진다. 이 조성물은 240℃의 온도에서 부스(Buss) PR 46공혼련기(co-kneader)중에서 제조하였다.
용융지수(5kg, 하, 250℃에서 측정)가 1.7dg/min인 생성 조성물은 사출 성형에 의한 전환에 부적합하다.
이 조성물은 DIN 표준 53453에 따라 측정한 놋치된 샤르피충격 강도가 다음과 같다:
20℃에서 34 kJ/m2
0℃에서 19kJ/m2
-20℃에서 12kJ/m2
실시예 2
아래와 같이 이루어진 조성물을 실시예 1의 조건하에서 제조한다.
-폴리에스테르 울트라더
Figure kpo00003
B 4550, 80 중량부,
-실시예 1에서 사용한 삼원공중합체 5중량부,
-용융지수(2.16kg 하, 190℃에서 측정)가 5dg/min이고, 상품명이 로타더
Figure kpo00004
3700(Lotader
Figure kpo00005
3700)이며, 68중량%의 에틸렌, 30중량%의 에틸 아크릴레이트 및 2중량%의 말레인산 무수물을 함유하는 삼원공중합체 15중량부, 및
-디메틸스테아릴아민 1.2중량부.
이 조성물은 용융지수(5kg 하, 250℃에서 측정)가 29.7dg/min인데, 사출 성형에 의한 전환이 전반적으로 가능하다.
또한, 이 조성물의
-DIN 표준 53453에 따라 측정한 놋치된 샤르피 충격 강도는 다음과 같다:
20℃에서 45 kJ/m2
0℃에서 39 kJ/m2
-20℃에서 15kJ/m2
-ASTM 표준 D256에 따라 측정한 놋치된 아이조드 충격 강도는 다음과 같다:
20℃에서 135 kg cm/cm
-30℃에서 35 kg cm/cm
-40℃에서 26 kg cm/cm
실시예 3 및 4
(비교예)
관련 조성물은 상품명이 아르나이트
Figure kpo00006
A0 4900(Arnite
Figure kpo00007
A0 4900)인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(소량 비율의 폴리-1,4-부틸렌 테레프탈레이트 포함) 80중량부와 에틸렌 삼원공중합체 20중량부로 이루어진다.
실시예 3에서 사용되는 삼원공중합체는 실시예 1의 것과 같다.
실시예 4에서 사용되는 삼원공중합체는 실시예 2에 기재된 로타더
Figure kpo00008
3700이다.
부스 PR 46 공혼련기 중, 265℃에서 제조된 이들 조성물은 측정 온도를 함수로 하여 표에 도시한 바와 같은 놋치된 샤르피 충격 강도(DIN 표준 53453에 따라 측정, kJ/m2으로 표시)를 나타낸다.
실시예 5
아래와 같이 이루어진 조성물은 실시예 3의 조건하에서 제조한다:
-80 중량부의 폴리 에스테르 아르나이트
Figure kpo00009
A0 4900,
-5 중량부의 실시예 1의 삼원공중합체,
-15 중량부의 삼원공중합체 로타더
Figure kpo00010
, 및
-0.4 중량부의 디메틸스테아릴아민,
이 조성물은 측정 온도를 함수로 하여 하기 표에 도시한 바와같은, DIN 표준 53453에 따라 측정된 놋치된 샤르피 충격 강도를 나타낸다.
실시예 6
아래와 같이 이루어진 조성물은 실시예 3의 조건하에서 제조한다:
-75 중량부의 폴리에스테르 아르나이트
Figure kpo00011
A0 4900,
-12.5 중량부의 실시예 1의 삼원 공중합체,
-12.5 중량부의 삼원공중합체 로타더
Figure kpo00012
3700, 및
-0.3 중량부의 디메틸스테아릴아민.
이 조성물은 측정 온도를 함수로 하여 하기표에 도시한 바와 같은, DIN 표준 53453에 따라 측정된 놋치된 샤르피 충격 강도를 나타낸다.
Figure kpo00013

Claims (8)

  1. 60중량% 이상의 포화폴리에스테르 및 40중량% 이하의 1종 이상의 고분자 보강재로 이루어지고, 여기에서 사용되는 고분자 보강재가 (a) 94~60중량%의 에틸렌, 5~25중량%의 탄소수 2~10의 알킬 또는 시클로알킬기를 지닌 1종 이상의 알킬 또는 시클로알킬아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 및 1~15중량%의 1종 이상의 불포화 에폭시화물로 이루어진 공중합체 1종 이상, (b) 84~60중량%의 에틸렌, 15~34중량%의 탄소수 2~10의 알킬 또는 시클로알킬기를 지닌 1종 이상의 알킬 또는 시클로알킬아크리레이트 또는 메타크리레이트, 및 1~6중량%의 1종 이상의 불포화 디카르복실산 무수물로 이루어진 공중합체 1종 이상, 및 (c) 공중합체(a) 중에 존재하는 에폭시기와 공중합체(b) 중에 존재하는 무수물기간의 반응을 촉진할 수 있는 화합물 1종 이상을 혼합함으로써 수득한 적어도 부분적으로 가교 결합된 고분자 조성물임을 특징으로 하는 열가소성 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 공중합체(a)의 조성중 불포화 에폭시화물 형성 부분이 글리시딜 메타크릴레이트 임을 특징으로 하는 열가소성 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공중합체(b)의 조성중 불포화디카르복실산의 무수물 형성 부분이 말레인산 무수물임을 특징으로 하는 열가소성 조성물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 화합물(c)가 삼차 아민임을 특징으로 하는 열가소성 조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공중합체(a) : 공중합체(b)의 중량비가 0.1~10임을 특징으로 하는 열가소성 조성물.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 포화폴리에스테르가 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리-1,4-부틸렌테레프탈레이트로부터 선택됨을 특징으로 하는 열가소성 조성물.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 그의 놋치된 아이조드 충격 강도가 20℃에서 110kg cm/cm 이상이고, -30℃에서 25kg cm/cm 이상이며 -40℃에서 20kg cm/cm 이상으로 나타남을 특징으로 하는 열가소성 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항중 어느 한 항에 따른 열가소성 조성물로 부터 수득되는 성형품.
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