WO2016175604A1 - 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품 - Google Patents

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WO2016175604A1
WO2016175604A1 PCT/KR2016/004521 KR2016004521W WO2016175604A1 WO 2016175604 A1 WO2016175604 A1 WO 2016175604A1 KR 2016004521 W KR2016004521 W KR 2016004521W WO 2016175604 A1 WO2016175604 A1 WO 2016175604A1
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WO
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polycarbonate resin
glass fiber
silane
resin composition
weight
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PCT/KR2016/004521
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아리핀에릭
우은택
한재현
홍상현
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롯데첨단소재 주식회사
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Publication date
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/54—Silicon-containing compounds
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    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L69/00—Compositions of polycarbonates; Compositions of derivatives of polycarbonates

Definitions

  • the present invention relates to a polycarbonate resin composition and a molded article using the same. More particularly, the present invention relates to a polycarbonate resin composition and a molded article using the same, while preventing deterioration in appearance characteristics due to glass fibers. .
  • Thermoplastic resins have a lower specific gravity than glass or metal and have physical properties such as relatively excellent moldability.
  • Plastic products using such thermoplastic resins have been variously applied to electrical and electronic products, automobile parts, and the like.
  • glass and metals used in some parts such as automobiles and electronics that require high rigidity are replaced with thermoplastic resins reinforced with glass fibers.
  • thermoplastic resin when reinforcing glass fibers in a thermoplastic resin, it is possible to improve tensile and flexural strength while maintaining excellent moldability of the thermoplastic resin.
  • glass fiber reinforced thermoplastic resins exhibit excellent flexural modulus and heat resistance, making them suitable for parts that must withstand constant loads or heat.
  • the glass fiber when the glass fiber is added to the thermoplastic resin, the impact resistance is greatly reduced, and thus it is difficult to use the component in which the damage caused by the external impact is concerned.
  • the glass fiber can reduce the flowability of the resin, it is necessary to increase the injection operation temperature for molding.
  • an impact modifier when an impact modifier is added to reinforce the impact resistance of the glass fiber reinforced thermoplastic resin, the fluidity of the thermoplastic resin is reduced, which leads to a severe breakage of the glass fiber in the extrusion process, thereby improving the desired impact resistance. There is no problem.
  • thermoplastic resin composition capable of realizing excellent stiffness and impact resistance while preventing physical and cosmetic property degradation due to glass fibers.
  • the present invention is a polycarbonate resin composition that can implement excellent stiffness and impact resistance, while preventing the appearance properties due to glass fibers, by adding a glass fiber and a silane coupling agent in an optimal ratio to the polycarbonate resin, and using the same It is for providing a molded article.
  • silane coupling agent having an optimal structure, to provide a polycarbonate resin composition and a molded article using the same having high chemical affinity with glass fibers, and can simultaneously realize excellent impact resistance and rigidity with a minimum of glass fibers It is for.
  • the silane coupling agent is to provide a polycarbonate resin composition and a molded article using the same by efficiently connecting the polycarbonate resin and glass fiber, thereby improving the dispersibility, fluidity and rigidity.
  • One embodiment of the present invention (A) polycarbonate resin; (B) glass fibers having a length of about 1 mm to about 10 mm; And (C) a silane coupling agent, based on about 100 parts by weight of the polycarbonate resin (A) and the glass fiber (B), from about 0.1 part to about 1.5 parts by weight of the silane coupling agent (C). It relates to a polycarbonate resin composition containing by weight part.
  • the length of the glass fiber (B) may be about 2mm to about 5mm.
  • the silane coupling agent (C) may be a compound represented by the following formula (2):
  • R is a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms
  • X is an epoxy, acryloxy, methoxy, ⁇ -glycidoxy, acryl, amino, mecapto, isocyanate group or a combination thereof.
  • the silane coupling agent (C) is ⁇ -amino propyltriethoxy silane, ⁇ -amino propyltrimethoxy silane, N- (beta-aminoethyl) ⁇ -Amino propyltriethoxy silane (N- ( ⁇ -amino ethyl) ⁇ -amino propyltriethoxy silane), ⁇ -methacryloxy propyltriethoxy silane, ⁇ -methacryloxy propyltrimethoxy Silane ( ⁇ -methacryloxy propyltrimethoxy silane), ⁇ -glycidoxypropyltriethoxy silane, and beta (3,4-epoxyethyl) ⁇ -amino propyltriethoxy silane ( ⁇ (3,4) -epoxyethyl) ⁇ -amino propyltriethoxy silane) may be included.
  • the polycarbonate resin (A) is about 50 wt% to about 80 wt%
  • the glass fiber (B) is about 20 wt% to about 100 wt% of the total weight of the polycarbonate resin (A) and the glass fiber (B). It may be included in 50% by weight.
  • the weight ratio of the polycarbonate resin (A) and the glass fiber (B) may be about 1: 1 to about 4: 1.
  • Another embodiment of the present invention relates to a molded article comprising the polycarbonate resin composition.
  • a glass fiber (B) forms a dispersed phase on a resin containing a polycarbonate resin (A), and a silane coupling agent (C) is chemically formed between the polycarbonate resin (A) and the glass fiber (B). It may be to form a bond.
  • the molded article may have a flexural modulus of about 70,000 kgf / cm 2 to about 130,000 kgf / cm 2 measured by ASTM D790 (2.8 mm / min).
  • the molded article was prepared by injecting the polycarbonate resin composition into a flat sheet having a thickness of 1 mm, a width of 5 cm, and a length of 5 cm, and aged the specimens at room temperature for 6 hours, using 500 g of weight. Impacted by the dupont drop test method of fall test equipment, the average value of measuring the height (cm) of 50% of each specimen may be about 62 cm to about 100 cm.
  • the polycarbonate resin composition and the molded article using the same of the present invention can realize excellent stiffness and impact resistance while preventing the appearance of glass fibers from deteriorating appearance characteristics by adding glass fibers and a silane coupling agent in an optimum ratio to the polycarbonate resin. Can be.
  • the polycarbonate resin composition of the present invention and the molded article using the same have high chemical affinity with glass fibers by adding a silane coupling agent having an optimal structure, and can simultaneously realize excellent impact resistance and rigidity with minimal glass fibers. have.
  • the polycarbonate resin composition and the molded article using the same of the present invention can improve the dispersibility, fluidity and rigidity by the silane coupling agent efficiently connects the polycarbonate resin and the glass fiber.
  • the polycarbonate resin composition and the molded article using the same according to the present invention can ensure an excellent appearance by the combination of the optimal components, and can also implement excellent physical properties such as impact resistance.
  • One embodiment of the present invention (A) polycarbonate resin; (B) glass fibers having a length of about 1 mm to about 10 mm; And (C) silane coupling agent; relates to a polycarbonate resin composition comprising.
  • the silane coupling agent (C) may include one or more functional groups of ⁇ -glycidoxy, amino, acryl, isocyanate and mecapto groups.
  • Such a polycarbonate resin composition can implement both excellent appearance, moldability, impact resistance and rigidity.
  • the silane coupling agent (C) includes a functional group that forms a chemical bond with the glass fiber (B), and includes a functional group that forms a chemical bond with the polycarbonate resin (A).
  • the silane coupling agent acts in combination based on excellent chemical compatibility and affinity, it can be realized to excellent levels of mechanical properties, including appearance, formability, impact resistance and rigidity.
  • the polycarbonate resin (A) is a polyester having a carbonate bond in its structure, and its kind is not particularly limited.
  • the polycarbonate resin (A) may use any polycarbonate available in the resin composition field.
  • the polycarbonate resin (A) may be, for example, an aromatic polycarbonate resin including an aromatic ring.
  • an aromatic polycarbonate resin When using such an aromatic polycarbonate resin, the heat resistance of the molded article manufactured from a polycarbonate resin composition can be improved further.
  • the polycarbonate resin (A) may be prepared by reacting a diphenol compound represented by Chemical Formula 1 with one of phosgene, a halogen acid ester, a carbonate ester, and a combination thereof.
  • a 1 is a single bond, hydrogen, substituted or unsubstituted C 1 to C 5 alkylene, substituted or unsubstituted C 1 to C 5 alkylidene, substituted or unsubstituted C 3 to C 6 cycloalkyl Benzene, substituted or unsubstituted C 5 to C 6 cycloalkylidene, CO, S, and SO 2 selected from the group consisting of R 1 and R 2 are each independently a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C 1 To C 30 alkyl, and substituted or unsubstituted C 6 to C 30 aryl, wherein n 1 , and n 2 are each independently an integer of 0 to 4.
  • substituted means that the hydrogen atom is a halogen group, C 1 to C 30 alkyl, C 1 to C 30 haloalkyl, C 6 to C 30 aryl, C 2 to C 30 heteroaryl, C 1 to C 20 It means substituted with a substituent selected from the group consisting of alkoxy, and combinations thereof.
  • diphenol examples include hydroquinone, resorcinol, 2,2-bis- (4-hydroxyphenyl) propane, 2,4-bis- (4-hydroxyphenyl) -2-methylbutane, 1,1- Bis- (4-hydroxyphenyl) cyclohexane, 2,2-bis- (3-chloro-4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis- (3,5-dichloro-4-hydroxyphenyl) Propane, 2,2-bis- (3-methyl-4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) propane and the like.
  • diphenols for example, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (3,5-dichloro-4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis- ( 3-methyl-4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis- (3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl) propane or 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane can be used have.
  • diphenol can further improve the heat resistance and the deterioration resistance of the polycarbonate resin (A).
  • diphenols 2, 2-bis (4-hydroxyphenyl) propane can be used, for example.
  • diphenol can further improve the heat resistance and hydrolysis resistance of the polycarbonate resin (A).
  • Two or more kinds of the diphenols represented by the formula (1) may be combined to constitute a repeating unit of the polycarbonate resin (A).
  • the polycarbonate resin (A) may have a weight average molecular weight (Mw) of about 10,000 g / mol to about 200,000 g / mol. More specifically, about 15,000 g / mol to about 80,000 g / mol can be used, but is not limited thereto. When the weight average molecular weight of the polycarbonate resin (A) is within the above range, more excellent impact resistance and fluidity can be obtained.
  • Mw weight average molecular weight
  • polycarbonate resin (A) may be used by mixing two or more kinds of polycarbonate resins having different weight average molecular weights in order to satisfy the desired fluidity.
  • the polycarbonate resin (A) may be a branched chain. Specifically, the branched polycarbonate resin (A) may be prepared by adding a trifunctional or more than one polyfunctional compound. In this case, the polycarbonate resin (A) may contain about 0.05 mol% to about 2 mol% of the polyfunctional compound based on the total diphenols used for the polymerization. For example, the polycarbonate resin (A) may further be added during the polymerization of a compound having a trivalent or higher phenol group with a diphenol compound represented by Formula 1; and at least one of phosgene, a halogen acid ester, and a carbonate ester; It may be prepared. In this case, the polycarbonate resin (A) may be more excellent in impact resistance, heat resistance and hydrolysis resistance.
  • the polycarbonate resin (A) may be a homo polycarbonate resin, a copolycarbonate resin, or may be a blend of a copolycarbonate resin and a homo polycarbonate resin.
  • polycarbonate resin (A) may be replaced in part or whole with an aromatic polyester-carbonate resin obtained by polymerization in the presence of an ester precursor, such as a bifunctional carboxylic acid.
  • the polycarbonate resin (A) is about 50% by weight to about 80% by weight, for example about 60% by weight, based on 100% by weight of the polycarbonate resin (A) and the glass fiber (B) % To about 75% by weight. While maintaining the properties as the base resin within the above range, it can be mixed with other components to maintain excellent moldability and appearance properties.
  • Glass fiber (B) serves to reinforce the impact resistance and rigidity of the polycarbonate resin composition, the kind is not particularly limited.
  • the glass fiber (B) can be used in combination with carbon fibers, basalt fibers, fibers made from biomass, or a combination thereof.
  • the biomass means a living organism using a plant or a microorganism as an energy source.
  • the cross section of the glass fiber (B) may be in the shape of any one of a circle, oval, polygon, and combinations thereof.
  • a dumbbell-shaped one may be used in which two circles are connected.
  • the diameter may be about 5 ⁇ m to about 20 ⁇ m, and more specifically, about 10 ⁇ m to about 15 ⁇ m.
  • the silane coupling agent (C) described later.
  • the long diameter may be about 20 ⁇ m to about 40 ⁇ m, and the short diameter is about 5 ⁇ m to about 15 ⁇ m, and more specifically, the long diameter is about 25 ⁇ m. To about 35 ⁇ m, and a short diameter of about 8 ⁇ m to about 12 ⁇ m. Within this range, while maintaining the appearance characteristics of the polycarbonate resin composition, it is possible to secure excellent impact resistance, and can maximize the effect of improving dispersibility and rigidity by interacting with the silane coupling agent (C) described later. .
  • the long diameter means the longest diameter passing through the center in the oval
  • the short diameter means the shortest diameter passing through the center
  • the length of the glass fiber (B) is about 1mm to about 10mm. In addition, it may specifically be about 2mm to about 5mm, or about 4mm to about 4.5mm. Within this range, it is advantageous to add to the extruder, the moldability is improved, and the impact resistance and rigidity can be further increased. When the length of the glass fiber (B) is less than about 1mm, the impact resistance and rigidity is significantly lowered, and when the length of the glass fiber (B) exceeds about 10mm, it is difficult to add to the extruder for molding.
  • the average ratio of the diameter and the length of the glass fiber is specifically about 1: 1 to about 20: 1, more specifically about 1: 1 to about 4: May be one. Within this range, the productivity can be improved while maximizing the impact reinforcing effect.
  • the average ratio of the diameter and the length of the glass fiber means an average value of the ratio of the diameter and the length of each of the plurality of glass fibers.
  • the glass fiber (B) may have an aspect ratio of less than about 1: 4.0 in cross section. Specifically, the glass fiber B may have an aspect ratio of a cross section of less than about 1: 2.0, and more specifically, about 1: 1 to about 1: 1.5. Within this range, the glass fiber (B) can ensure more excellent rigidity in the polycarbonate resin composition.
  • the aspect ratio of the glass fiber cross section is the average of the ratio of the longest axis diameter: shortest axis diameter of the cross section of each of the fibers.
  • the glass fiber (B) may include a mixture of two or more kinds of cross-sectional shape, diameter, length, and the like.
  • the glass fiber having a circular cross section and the glass fiber having an elliptical cross section when used, they may be specifically mixed in a weight ratio of about 1: 4 to about 4: 2, and more specifically, about 1: 1. It may be mixed in a weight ratio of 2 to about 2: 1. When two or more kinds of glass fibers are mixed and used within the ratio range, the dimensional stability of the polycarbonate resin composition may be further improved.
  • the glass fiber (B) is specifically about 20 wt% to about 50 wt%, more specifically about 25 wt% based on 100 wt% of the polycarbonate resin (A) and the glass fiber (B) % To about 40% by weight.
  • the stiffness and dimensional stability of the polycarbonate resin composition are further improved, basic physical properties such as appearance characteristics and fluidity can be remarkably improved.
  • the glass fiber (B) is less than 20% by weight, there is little effect of improving the rigidity and dimensional stability, and when the glass fiber exceeds 50% by weight, there is a problem that the basic physical properties such as appearance characteristics and fluidity are significantly lowered.
  • the content ratio of the polycarbonate resin (A) and the glass fiber (B) may be specifically about 1: 1 to about 4: 1, more specifically about 3: 1 to about 3: 2. Within this range, it is possible to prevent appearance damage due to protrusion of the glass fiber (B) and gas generation, and the glass fiber (B) can be efficiently dispersed in the polycarbonate resin composition.
  • the silane coupling agent (C) used in the present invention serves to efficiently bond the polycarbonate resin and the glass fiber.
  • the silane coupling agent (C) may be a compound represented by the following formula (2).
  • R is a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms; O is an oxygen atom; Si is a silicon atom; X is an epoxy, acryloxy, methoxy, ⁇ -glycidoxy, acryl, amino, mecapto, isocyanate group or a combination thereof.
  • RO is a functional group that forms a chemical bond with an inorganic material such as glass fiber or metal.
  • RO can be methoxy, ethoxy or a combination thereof.
  • X is a functional group that forms a chemical bond with an organic material such as synthetic resin.
  • the synthetic resin may be a component included in the polycarbonate resin composition, for example, a polycarbonate resin (A).
  • X has excellent chemical compatibility and affinity for synthetic resins, such as polycarbonate, thereby realizing excellent mechanical properties.
  • the silane coupling agent (C) is ⁇ -amino propyltriethoxy silane, ⁇ -amino propyltrimethoxy silane, N- (beta-amino Ethyl) ⁇ -amino propyltriethoxy silane (N- ( ⁇ -amino ethyl) ⁇ -amino propyltriethoxy silane), ⁇ -methacryloxy propyltriethoxy silane, ⁇ -methacryloxy propyl ⁇ -methacryloxy propyltrimethoxy silane, ⁇ -glycidoxypropyltriethoxy silane, beta (3,4-epoxyethyl) ⁇ -amino propyltriethoxy silane ( ⁇ (3) , 4-epoxyethyl) ⁇ -amino propyltriethoxy silane).
  • Such a silane coupling agent (C) combines with water in air or glass fiber (B) to form hydrolyzed silanol, and the silanol is combined with glass fiber (B). Therefore, the silane coupling agent (B) has a structure capable of bonding by reacting with the resin phase and the glass fiber (B).
  • the silane coupling agent (C) is used in an amount of about 0.1 parts by weight to about 1.5 parts by weight based on about 100 parts by weight of the polycarbonate resin (A) and the glass fiber (B).
  • the content of the silane coupling agent (C) is less than 0.1 parts by weight or more than 1.5 parts by weight, it is difficult to realize sufficient impact resistance, and it is difficult to achieve both impact resistance and flexural modulus.
  • the silane coupling agent (C) may comprise about 0.3 parts by weight to about 1 part by weight, for example, about 0.3 parts by weight to about 0.7 parts by weight.
  • the polycarbonate resin composition may significantly increase impact resistance and rigidity, and reduce side reactions between the silane group and other compounds.
  • the weight ratio of the glass fiber (B) and the silane coupling agent (C) may be specifically about 40: 1 to about 135: 1, more specifically 40: 1 to 50: 1. Within this range, the polycarbonate resin composition can implement more excellent dispersibility and rigidity.
  • Polycarbonate resin composition of an embodiment of the present invention is an antibacterial agent, heat stabilizer, antioxidant, release agent, light stabilizer, surfactant, coupling agent, plasticizer, compatibilizer, lubricant, antistatic agent, colorant, pigment, dye, flame retardant, flame retardant, It may further comprise at least one additive (D) of the anti-drip agent, weather stabilizer, ultraviolet absorber, sunscreen and mixtures thereof.
  • the polycarbonate resin composition may include at least one of an antioxidant or a lubricant as an additive.
  • the polycarbonate resin may implement damage prevention properties and excellent processability during molding such as injection.
  • antioxidant examples include phenolic, phosphite, thioether, and amine antioxidants
  • lubricant examples include polyethylene wax and the like.
  • release agents include fluorine-containing polymers, silicone oils, metal salts of stearic acid, metal salts of montanic acid, montanic acid ester waxes, and the like.
  • Examples of the flame retardant include phosphorus-based, nitrogen-based and halogen-based flame retardants.
  • flame retardant aids include antimony oxide
  • examples of anti-dropping agents include polytetrafluoroethylene and the like
  • examples of weather stabilizers include benzophenone or amine weather stabilizers.
  • the additive (D) of the present invention may be specifically about 0.1 parts by weight to about 5 parts by weight, more specifically about 0.1 parts by weight to about 1 parts by weight based on about 100 parts by weight of the polycarbonate resin (A). Within this range, it is possible to further improve the physical properties of the polycarbonate resin composition of the present invention and to maximize the processability.
  • Another embodiment of the present invention can provide a molded article comprising the polycarbonate resin composition.
  • the polycarbonate resin composition may be applied to various industrial fields such as various electric and electronic products and automobile parts.
  • the said molded article is manufactured by shape
  • a glass fiber (B) forms a dispersed phase on a resin containing a polycarbonate resin (A), and a silane coupling agent (C) is chemically formed between the polycarbonate resin (A) and the glass fiber (B). It may be to form a bond.
  • the molded article may have a flexural modulus measured by ASTM D790 (2.8 mm / min), specifically about 70,000 kgf / cm 2 to about 130,000 kgf / cm 2, more specifically about 100,000 kgf / cm 2 to about 130,000 kgf / cm 2.
  • the molded article may have an average of about 62 cm to about 100 cm of impact resistance evaluation results measured by the dupont drop test described below.
  • the polycarbonate resin composition of the present invention within the range, while preventing the appearance properties due to the glass fiber, while identifying the critical significance that is implemented at the same time excellent stiffness and impact resistance.
  • the component used for the polycarbonate resin composition of the Example and comparative example of this invention is as follows.
  • PANLITE L 1225WX a polycarbonate resin manufactured by TEIJIN CHEMICALS
  • OWENSCORNING company used a glass fiber of 2mm to 5mm in length, 5 ⁇ m to 20 ⁇ m in diameter.
  • glass fiber having a length of more than 10 ⁇ m to 100 ⁇ m and a diameter of 5 ⁇ m to 20 ⁇ m of NIPPON ELECTRIC Co., Ltd. was used.
  • the pellets were prepared by drying the specimens of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 after drying for 3 hours or more under 100 ° C.
  • Example Comparative example One 2 3 4 One 2 3 4 5 (A) polycarbonate resin 75 60 60 60 75 60 60 60 60 (B-1) glass fiber 25 40 40 40 25 40 40 - 40 (B-2) glass fiber - - - - - - 40 - (C) Silane coupling agent 0.5 1.0 0.3 0.5 - - 2.0 0.5 0.05
  • the unit is polycarbonate resin (A) and glass fiber (B) by weight percent (100 wt% of the total polycarbonate resin (A) and glass fiber (B)), silane coupling agent (C) Is described in parts by weight based on about 100 parts by weight of the polycarbonate resin (A) and the glass fiber (B).
  • Impact resistance by injecting a flat specimen of thickness 1mm, width 5cm and length 5cm, aging (aging) for 6 hours at room temperature, with a fall test equipment of the dupont drop test method using a weight of 500g 20 pieces of the specimens were impacted, and the height at which 50% of the specimens were destroyed was measured and evaluated as an average value of the heights.
  • the polycarbonate resin compositions of Examples 1 to 4 to which the glass fibers (B-1) and the silane coupling agent (C) were added according to the composition of the present invention are different from each other. -2) evenly compared to Comparative Examples 1 to 5 without adding or exceeding the content of the silane coupling agent (C), the impact resistance and the flexural modulus are all excellent evenly, which is required for parts materials such as electronic devices. It was confirmed that all of the physical properties could be satisfied.
  • Comparative Examples 1 and 2 in which the silane coupling agent (C) of the present invention is not added, are compared with Examples 1 and 2 in which the polycarbonate resin (A) and the glass fiber (B-1) are included in the same ratio. It was confirmed that the flexural modulus was significantly lowered.

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Abstract

본 발명은 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품에 관한 것으로서, (A) 폴리카보네이트 수지; (B) 길이가 약 1mm 내지 약 10mm인 유리섬유; 및 (C) 실란계 커플링제를 포함하고, 상기 폴리카보네이트 수지(A) 및 상기 유리섬유(B)의 합 약 100 중량부를 기준으로 상기 실란계 커플링제(C)를 약 0.1 중량부 내지 약 1.5 중량부로 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품
본 발명은 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유리섬유로 인한 외관 특성 저하를 방지하면서도, 우수한 강성 및 내충격성을 구현할 수 있는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품에 관한 것이다.
열가소성 수지는 유리나 금속에 비하여 비중이 낮으며 비교적 우수한 성형성 등의 물성을 가진다. 이러한 열가소성 수지를 이용한 플라스틱 제품은 전기전자 제품, 자동차 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들면, 높은 강성이 필요한 자동차 및 전자제품 등의 일부 부품에 사용되는 유리나 금속을 유리섬유로 보강한 열가소성 수지로 대체하여 이용하고 있다.
일반적으로, 열가소성 수지에 유리섬유를 보강할 경우, 열가소성 수지가 갖는 우수한 성형성을 유지하면서도 인장 및 굴곡강도를 향상시킬 수 있다. 특히, 유리섬유가 보강된 열가소성 수지는 우수한 굴곡 탄성률과 내열성을 나타내어, 지속적인 하중 또는 열을 견뎌야 하는 부품에 적합하다.
그러나, 열가소성 수지에 유리섬유를 첨가할 경우, 내충격성이 크게 감소하여 외부충격에 의한 파괴가 우려되는 부품에 사용하기 어렵다. 또한, 유리섬유는 수지의 유동성을 감소시킬 수 있어, 성형을 위해서는 사출작업온도를 높여야 한다. 또한, 유리섬유가 보강된 열가소성 수지의 내충격성을 보강하기 위하여 충격보강제를 첨가할 경우, 열가소성 수지의 유동성이 저하되고, 이로 인하여 압출공정에서 유리섬유의 파괴가 심해져 원하는 정도의 내충격성의 향상을 얻을 수 없는 문제가 있다.
또한, 열가소성 수지 내의 유리섬유 함량을 높이는 경우에는 성형품 표면에 유리섬유가 돌출되거나 가스 발생량이 증가하여 외관 특성이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 유리섬유로 인한 물성 및 외관 특성 저하를 방지하면서도, 우수한 강성 및 내충격성을 구현할 수 있는 열가소성 수지 조성물에 대한 개발이 요구된다.
본 발명은 폴리카보네이트 수지에, 유리섬유와 실란계 커플링제를 최적의 비율로 첨가함으로써, 유리섬유로 인한 외관 특성 저하를 방지하면서도, 우수한 강성 및 내충격성을 구현할 수 있는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품을 제공하기 위한 것이다.
또한, 최적의 구조를 갖는 실란계 커플링제를 첨가함으로써, 유리섬유와의 화학적 친화도가 높고, 최소한의 유리섬유로 우수한 내충격성과 강성을 동시에 구현할 수 있는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품을 제공하기 위한 것이다.
또한, 실란계 커플링제가 폴리카보네이트 수지와 유리섬유를 효율적으로 연결함으로써, 분산성, 유동성 및 강성을 향상시킬 수 있는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품을 제공하기 위한 것이다.
또한, 최적의 구성성분의 조합에 의하여, 우수한 외관을 확보할 수 있으며, 내충격성 등의 우수한 물성도 동시에 구현할 수 있는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 구현예는 (A) 폴리카보네이트 수지; (B) 길이가 약 1mm 내지 약 10mm인 유리섬유; 및 (C) 실란계 커플링제를 포함하고, 상기 폴리카보네이트 수지(A) 및 상기 유리섬유(B)의 합 약 100 중량부를 기준으로 상기 실란계 커플링제(C)를 약 0.1 중량부 내지 약 1.5 중량부로 포함하는 폴리카보네이트 수지 조성물에 관한 것이다.
상기 유리섬유(B)의 길이는 약 2mm 내지 약 5mm일 수 있다.
상기 실란계 커플링제(C)는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다:
[화학식 2]
RO-SiX3
상기 화학식 2에서, R은 탄소수 1 내지 20의 탄화수소기이고; X는 에폭시, 아크릴옥시, 메타크록시, γ-글리시드옥시, 아크릴, 아미노, 메캅토, 이소시아네이트기 또는 그 조합이다.
상기 실란계 커플링제(C)는 γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(γ-amino propyltriethoxy silane), γ-아미노 프로필트리메톡시 실란(γ-amino propyltrimethoxy silane), N-(베타-아미노에틸) γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(N-(β-amino ethyl) γ-amino propyltriethoxy silane), γ-메타크릴옥시 프로필트리에톡시 실란(γ-methacryloxy propyltriethoxy silane), γ-메타크릴옥시 프로필트리메톡시실란(γ-methacryloxy propyltrimethoxy silane), γ-글리시드옥시 프로필트리에톡시 실란(γ-glycidoxypropyltriethoxy silane), 및 베타(3,4-에폭시에틸) γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(β(3,4-epoxyethyl) γ-amino propyltriethoxy silane) 중 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 폴리카보네이트 수지(A) 및 상기 유리섬유(B)의 합 100 중량% 중 폴리카보네이트 수지(A)는 약 50 중량% 내지 약 80 중량%, 상기 유리섬유(B)는 약 20 중량% 내지 약 50 중량%로 포함될 수 있다.
상기 폴리카보네이트 수지(A)와 상기 유리섬유(B)의 중량비는 약 1:1 내지 약 4:1일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 폴리카보네이트 수지 조성물을 포함하는 성형품에 관한 것이다.
상기 성형품은 폴리카보네이트 수지(A)를 포함하는 수지 상에 유리섬유(B)가 분산상을 이루며, 상기 폴리카보네이트 수지(A) 및 상기 유리섬유(B) 사이에 실란계 커플링제(C)가 화학적 결합을 형성하는 것일 수 있다.
상기 성형품은 ASTM D790(2.8 mm/min)에 의해 측정한 굴곡탄성률이 약 70,000kgf/㎠ 내지 약 130,000kgf/㎠일 수 있다.
상기 성형품은 상기 폴리카보네이트 수지 조성물을 두께 1mm, 폭 5cm 및 길이 5cm의 평판형으로 사출하여 제조한 시편 20개에 대하여, 상기 시편들을 상온에서 6 시간 동안 에이징(aging)하고, 500g의 추를 이용한 dupont drop test 방식의 낙추평가장비로 충격하여, 각 시편의 50%가 파괴되는 높이(cm)를 측정한 평균값이 약 62 cm 내지 약 100 cm일 수 있다.
본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품은 폴리카보네이트 수지에, 유리섬유와 실란계 커플링제를 최적의 비율로 첨가함으로써, 유리섬유로 인한 외관 특성 저하를 방지하면서도, 우수한 강성 및 내충격성을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품은 최적의 구조를 갖는 실란계 커플링제를 첨가함으로써, 유리섬유와의 화학적 친화도가 높고, 최소한의 유리섬유로 우수한 내충격성과 강성을 동시에 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품은 실란계 커플링제가 폴리카보네이트 수지와 유리섬유를 효율적으로 연결함으로써, 분산성, 유동성 및 강성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용한 성형품은 최적의 구성성분의 조합에 의하여, 우수한 외관을 확보할 수 있으며, 내충격성 등의 우수한 물성도 동시에 구현할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 발명의 일 구현예는 (A) 폴리카보네이트 수지; (B) 길이가 약 1mm 내지 약 10mm인 유리섬유; 및 (C) 실란계 커플링제;를 포함하는 폴리카보네이트 수지 조성물에 관한 것이다. 상기 실란계 커플링제(C)는 γ-글리시드옥시(gamma-glycidoxy)기, 아미노기, 아크릴기, 이소시아네이트기 및 메캅토기 중 하나 이상의 작용기를 포함할 수 있다. 이러한 폴리카보네이트 수지 조성물은 우수한 외관, 성형성, 내충격성 및 강성을 모두 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 실란계 커플링제(C)는 상기 유리섬유(B)와 화학적 결합을 형성하는 작용기를 포함하는 동시에, 폴리카보네이트 수지(A)와 화학적 결합을 형성하는 작용기 포함한다. 이를 통해 (A) 폴리카보네이트 수지; (B) 유리섬유; 및 (C) 실란계 커플링제는 우수한 화학적 상용성 및 친화력을 토대로 복합적으로 작용하여, 외관, 성형성, 내충격성 및 강성 등을 포함하는 기계적 물성을 우수한 수준으로 구현할 수 있다.
이하, 이들 구성요소 각각을 더욱 상세히 설명한다.
(A) 폴리카보네이트 수지
폴리카보네이트 수지(A)는 구조 내에 카보네이트 결합을 가진 폴리에스테르로서 그 종류가 특별히 제한되지 않는다. 폴리카보네이트 수지(A)는 수지 조성물 분야에서 이용 가능한 임의의 폴리카보네이트를 사용할 수 있다.
일 실시예의 폴리카보네이트 수지(A)는 예를 들면, 방향족 고리를 포함하는 방향족 폴리카보네이트 수지일 수 있다. 이러한 방향족 폴리카보네이트 수지를 사용하는 경우, 폴리카보네이트 수지 조성물로 제조되는 성형품의 내열성을 더욱 향상시킬 수 있다.
일 예로, 폴리카보네이트 수지(A)는 하기 화학식 1로 표시되는 디페놀류 화합물;과 포스겐, 할로겐산 에스테르, 탄산 에스테르 및 이들의 조합 중 하나의 화합물;을 반응시켜 제조될 수 있다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2016004521-appb-I000001
상기 A1는 단일 결합, 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5의 알킬렌, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C5의 알킬리덴, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C6의 시클로알킬렌, 치환 또는 비치환된 C5 내지 C6의 시클로알킬리덴, CO, S, 및 SO2로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 알킬, 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 n1, 및 n2는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
상기 "치환된"이란 수소 원자가 할로겐기, C1 내지 C30의 알킬, C1 내지 C30의 할로알킬, C6 내지 C30의 아릴, C2 내지 C30의 헤테로아릴, C1 내지 C20의 알콕시, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환된 것을 의미한다.
상기 디페놀의 구체예로서는 히드로퀴논, 레조시놀, 2,2-비스-(4-히드록시페닐)프로판, 2,4-비스-(4-히드록시페닐)-2-메틸부탄, 1,1-비스-(4-히드록시페닐)사이클로헥산, 2,2-비스-(3-클로로-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스-(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스-(3-메틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스-(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)프로판 등을 들 수 있다.
상기 디페놀류 중에서도, 예를 들면, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스-(3-메틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스-(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)프로판 또는 1,1-비스(4-히드록시페닐)사이클로헥산을 사용할 수 있다. 이러한 경우, 디페놀은 폴리카보네이트 수지(A)의 내열성 및 내열화성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 디페놀류 중에서도, 예를 들면, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판을 사용할 수 있다. 이러한 경우, 디페놀은 폴리카보네이트 수지(A)의 내열성 및 내가수분해성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 디페놀류는 2종 이상이 조합되어 폴리카보네이트 수지(A)의 반복 단위를 구성할 수도 있다.
상기 폴리카보네이트 수지(A)는 구체적으로 중량평균분자량(Mw)이 약 10,000g/mol 내지 약 200,000g/mol인 것을 사용할 수 있다. 더욱 구체적으로 약 15,000g/mol 내지 약 80,000g/mol인 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 폴리카보네이트 수지(A)의 중량평균 분자량이 상기 범위 내인 경우, 더욱 우수한 내충격성 및 유동성을 얻을 수 있다.
또한, 폴리카보네이트 수지(A)는 원하는 유동성을 충족시키기 위하여 중량평균분자량이 서로 다른 2종 이상의 폴리카보네이트 수지를 혼합하여 사용할 수도 있다.
또한, 상기 폴리카보네이트 수지(A)는 분지쇄가 있는 것을 사용할 수 있다. 구체적으로, 분지쇄가 있는 폴리카보네이트 수지(A)는 3관능 또는 그 이상의 다관능 화합물을 첨가하여 제조될 수 있다. 이러한 경우, 폴리카보네이트 수지(A)는 다관능 화합물을 중합에 사용되는 디페놀 전체에 대하여 약 0.05몰% 내지 약 2몰%로 포함할 수 있다. 예를 들면, 폴리카보네이트 수지(A)는 3가 또는 그 이상의 페놀기를 가진 화합물을 상기 화학식 1로 표시되는 디페놀류 화합물;과 포스겐, 할로겐산 에스테르 및 탄산 에스테르 중 하나 이상;의 중합 시 더 첨가하여 제조된 것일 수 있다. 이러한 경우, 폴리카보네이트 수지(A)는 내충격성, 내열성 및 내가수분해성이 더욱 우수할 수 있다.
상기 폴리카보네이트 수지(A)는 호모 폴리카보네이트 수지, 코폴리카보네이트 수지일 수 있으며, 또한 코폴리카보네이트 수지와 호모 폴리카보네이트 수지의 블렌드일 수도 있다.
또한, 상기 폴리카보네이트 수지(A)는 에스테르 전구체(precursor), 예컨대 2관능 카르복실산의 존재 하에서 중합 반응시켜 얻어진 방향족 폴리에스테르-카보네이트 수지로 일부 또는 전량을 대체할 수도 있다.
또한, 상기 폴리카보네이트 수지(A)는 상기 폴리카보네이트 수지(A) 및 상기 유리섬유(B)의 합 100 중량%를 기준으로, 약 50 중량% 내지 약 80 중량%, 예를 들면, 약 60 중량% 내지 약 75 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 기초수지로서 성질을 유지하면서도, 타 성분과의 혼합되어 우수한 성형성과 외관 특성을 유지할 수 있다.
(B) 유리섬유
유리섬유(B)는 폴리카보네이트 수지 조성물의 내충격성과 강성을 보강하는 역할을 하며, 그 종류가 특별히 제한되지 않는다.
상기 유리섬유(B)는 탄소 섬유, 현무암 섬유, 바이오매스(biomass)로부터 제조된 섬유 또는 이들의 조합과 함께 혼합하여 사용할 수 있다. 이때 상기 바이오매스(biomass)란 식물이나 미생물 등을 에너지원으로 이용하는 생물체를 의미한다.
또한, 상기 유리섬유(B)의 단면은 원형, 타원형, 다각형 및 그 조합 중 어느 하나의 모양일 수 있다. 일 예로, 두 개의 원형이 연결된 아령 모양의 것을 사용할 수도 있다.
일 예로, 상기 유리섬유(B)의 단면이 원형인 경우에는 구체적으로 직경이 약 5㎛ 내지 약 20㎛일 수 있으며, 더욱 구체적으로 약 10㎛ 내지 약 15㎛일 수 있다. 상기 범위 내에서, 폴리카보네이트 수지 조성물의 외관 특성을 유지하면서도, 우수한 내충격성을 확보할 수 있으며, 후술하는 실란계 커플링제(C)와 상호작용하여 분산성 및 강성의 향상효과를 극대화할 수 있다.
다른 일 예로, 상기 유리섬유(B)의 단면이 타원형인 경우에는 구체적으로 장경이 약 20㎛ 내지 약 40㎛, 단경이 약 5㎛ 내지 약 15㎛일 수 있으며, 더욱 구체적으로 장경이 약 25㎛ 내지 약 35㎛, 단경이 약 8㎛ 내지 약 12㎛일 수 있다. 상기 범위 내에서, 폴리카보네이트 수지 조성물의 외관 특성을 유지하면서도, 우수한 내충격성을 확보할 수 있으며, 후술하는 실란계 커플링제(C)와 상호작용하여 분산성 및 강성의 향상효과를 극대화할 수 있다.
여기서, 장경은 상기 타원형에서 중심을 지나는 가장 긴 직경을 의미하며, 단경은 중심을 지나는 가장 짧은 직경을 의미한다.
상기 유리섬유(B)의 길이는 약 1mm 내지 약 10mm이다. 또한, 구체적으로 약 2mm 내지 약 5mm, 또는 약 4mm 내지 약 4.5mm일 수 있다. 상기 범위 내에서, 압출기에 투입하기 유리하고, 성형성이 향상되며, 내충격성 및 강성을 더욱 높일 수 있다. 상기 유리섬유(B)의 길이가 약 1mm 미만인 경우에는 내충격성과 강성이 현저히 저하되며, 약 10mm를 초과하는 경우에는, 성형을 위한 압출기에의 투입이 어려운 문제가 있다.
또한, 상기 유리섬유(B)의 단면이 원형이나 타원형인 경우, 유리섬유의 직경과 길이의 평균비율은 구체적으로 약 1:1 내지 약 20:1, 더욱 구체적으로 약 1:1 내지 약 4:1일 수 있다. 상기 범위 내에서, 충격보강 효과를 극대화하면서도 생산성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 유리섬유의 직경과 길이의 평균비율은 복수의 유리섬유 각각의 직경과 길이의 비율의 평균값을 의미한다.
상기 유리섬유(B)는 단면의 종횡비가 약 1:4.0 미만일 수 있다. 구체적으로, 유리섬유(B)는 단면의 종횡비가 약 1:2.0 미만일 수 있으며, 더욱 구체적으로 약 1:1 내지 약 1:1.5일 수 있다. 상기 범위 내에서, 유리섬유(B)는 폴리카보네이트 수지 조성물 내에서 더욱 우수한 강성을 확보할 수 있다.
여기서, 유리섬유 단면의 종횡비(aspect ratio)는 섬유들 각각의 단면의 최장축 직경:최단축 직경의 비율의 평균이다.
상기 유리섬유(B)는 단면의 형태, 직경, 길이 등이 서로 상이한 2종 이상을 혼합하여 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 단면이 원형인 유리섬유와 단면이 타원형인 유리섬유를 혼합하여 사용할 경우, 구체적으로 각각 약 1:4 내지 약 4:2의 중량비로 혼합될 수 있고, 더욱 구체적으로 약 1:2 내지 약 2:1의 중량비로 혼합될 수 있다. 상기 비율 범위 내로 2종 이상의 유리섬유를 혼합하여 사용할 경우, 폴리카보네이트 수지 조성물의 치수 안정성이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 상기 유리섬유(B)는 상기 폴리카보네이트 수지(A) 및 상기 유리섬유(B)의 합 100 중량%를 기준으로, 구체적으로 약 20 중량% 내지 약 50 중량%, 더욱 구체적으로 약 25 중량% 내지 약 40 중량%일 수 있다. 상기 범위 내에서, 폴리카보네이트 수지 조성물의 강성 및 치수안정성이 더욱 향상되면서도, 외관 특성 및 유동성 등의 기본 물성이 현저하게 향상될 수 있다. 상기 유리섬유(B)가 20중량% 미만인 경우에는 강성 및 치수안정성의 향상 효과가 거의 없으며, 50중량%를 초과하는 경우에는 외관 특성 및 유동성 등의 기본 물성이 현저히 저하되는 문제가 있다.
또한, 상기 폴리카보네이트 수지(A)와 상기 유리섬유(B)의 함량비율은 구체적으로 약 1:1 내지 약 4:1, 더욱 구체적으로 약 3:1 내지 약 3:2일 수 있다. 상기 범위 내에서, 유리섬유(B)의 돌출 및 가스 발생으로 인한 외관 손상을 방지할 수 있으며, 유리섬유(B)가 폴리카보네이트 수지 조성물 내에 효율적으로 분산될 수 있다.
(C) 실란계 커플링제
본 발명에서 사용되는 실란계 커플링제(C)는 폴리카보네이트 수지와 유리섬유를 효율적으로 결합시키는 역할을 한다.
상기 실란계 커플링제(C)는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
RO-SiX3
상기 화학식 2에서, R은 탄소수 1 내지 20의 탄화수소기이고; O는 산소원자이고; Si는 규소원자이며; X는 에폭시, 아크릴옥시, 메타크록시, γ-글리시드옥시, 아크릴, 아미노, 메캅토, 이소시아네이트기 또는 그 조합이다.
상기 화학식 2에서 RO는 유리섬유나 금속 등의 무기물질과 화학적 결합을 형성하는 작용기이다. 예를 들면, RO는 메톡시, 에톡시 또는 그 조합일 수 있다.
상기 화학식 2에서 X는 합성수지 등의 유기물질과 화학적 결합을 형성하는 작용기이다. 여기서, 합성수지는 폴리카보네이트 수지 조성물에 포함되는 성분, 예를 들면 폴리카보네이트 수지(A) 등일 수 있다. X는 폴리카보네이트 등의 합성수지에 대한 우수한 화학적 상용성 및 친화력이 있으며, 그로 인하여 우수한 기계적 물성을 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 실란계 커플링제(C)는 γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(γ-amino propyltriethoxy silane), γ-아미노 프로필트리메톡시 실란(γ-amino propyltrimethoxy silane), N-(베타-아미노에틸) γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(N-(β-amino ethyl) γ-amino propyltriethoxy silane), γ-메타크릴옥시 프로필트리에톡시 실란(γ-methacryloxy propyltriethoxy silane), γ-메타크릴옥시 프로필트리메톡시실란(γ-methacryloxy propyltrimethoxy silane), γ-글리시드옥시 프로필트리에톡시 실란(γ-glycidoxypropyltriethoxy silane), 베타(3,4-에폭시에틸) γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(β(3,4-epoxyethyl) γ-amino propyltriethoxy silane) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 실란계 커플링제(C)는 공기 또는 유리섬유(B) 중의 수분과 결합하여 가수분해 실란올을 형성하고, 이 실란올은 유리섬유(B)와 결합하게 된다. 그러므로 실란계 커플링제(B)는 수지상과 유리섬유(B)와 반응하여 결합할 수 있는 구조를 가진다.
상기 실란계 커플링제(C)는 상기 폴리카보네이트 수지(A) 및 상기 유리섬유(B)의 합 약 100 중량부를 기준으로, 약 0.1 중량부 내지 약 1.5 중량부로 사용한다. 상기 실란계 커플링제(C)의 함량이 0.1 중량부 미만이거나 1.5 중량부를 초과하는 경우, 충분한 내충격성을 구현하기 어려우며, 내충격성 및 굴곡탄성률을 양립하기 어렵다.
더욱 구체적으로, 상기 실란계 커플링제(C)는 약 0.3 중량부 내지 약 1 중량부, 예를 들면 약 0.3 중량부 내지 약 0.7 중량부로 포함할 수 있다. 상기 범위 내에서, 폴리카보네이트 수지 조성물은 내충격성 및 강성이 현저히 증가되고, 실란기와 타 화합물간의 부반응이 저감될 수 있다.
또한, 상기 유리섬유(B)와 상기 실란계 커플링제(C)의 중량비는 구체적으로 약 40:1 내지 약 135:1, 더욱 구체적으로 40:1 내지 50:1일 수 있다. 상기 범위 내에서, 폴리카보네이트 수지 조성물은 더욱 우수한 분산성과 강성을 구현할 수 있다.
(D) 첨가제
본 발명 일 구현예의 폴리카보네이트 수지 조성물은 항균제, 열안정제, 산화방지제, 이형제, 광안정제, 계면활성제, 커플링제, 가소제, 상용화제, 활제, 정전기방지제, 착색제, 안료, 염료, 난연제, 난연보조제, 적하방지제, 내후안정제, 자외선 흡수제, 자외선 차단제 및 이들의 혼합물 중 1종 이상의 첨가제(D)를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 폴리카보네이트 수지 조성물은 산화방지제 또는 활제 중 적어도 하나를 첨가제로 포함할 수 있다. 이러한 경우, 폴리카보네이트 수지는 사출 등의 성형 시 파손을 방지성 및 우수한 가공성을 구현할 수 있다.
산화방지제의 예로는 페놀형, 포스파이트형, 티오에테르형, 아민형 산화방지제 등이 있으며, 활제의 예로는 폴리에틸렌 왁스 등이 있다.
이형제의 예로는 불소 함유 중합체, 실리콘 오일, 스테아르산의 금속염, 몬탄산의 금속염, 몬탄산 에스테르 왁스, 등이 있다.
난연제의 예로는 인계, 질소계, 할로겐계 난연제 등이 있다. 난연보조제의 예로는 산화안티몬 등이 있으며, 적하방지제의 예로는 폴리테트라플루오로에틸렌 등이 있고, 내후안정제의 예로는 벤조페논형 또는 아민형 내후안정제 등이 있다.
본 발명의 첨가제(D)는 상기 폴리카보네이트 수지(A) 약 100 중량부를 기준으로 구체적으로 약 0.1 중량부 내지 약 5 중량부, 더욱 구체적으로 약 0.1 중량부 내지 약 1 중량부일 수 있다. 상기 범위 내에서 본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물의 물성을 더욱 향상시키고, 가공성을 극대화할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 폴리카보네이트 수지 조성물을 포함하는 성형품을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리카보네이트 수지 조성물은 각종 전기전자 제품, 자동차 부품 등의 다양한 산업분야에 적용할 수 있다.
상기 성형품은 전술한 (A)폴리카보네이트 수지, (B)유리섬유 및 (C)실란 커플링제를 포함하는 폴리카보네이트 수지 조성물을 성형함으로써 제조된다.
상기 성형품은 폴리카보네이트 수지(A)를 포함하는 수지 상에 유리섬유(B)가 분산상을 이루며, 상기 폴리카보네이트 수지(A) 및 상기 유리섬유(B) 사이에 실란계 커플링제(C)가 화학적 결합을 형성하는 것일 수 있다.
상기 성형품은 ASTM D790(2.8 mm/min)에 의해 측정한 굴곡탄성률이 구체적으로 약 70,000kgf/㎠ 내지 약 130,000kgf/㎠, 더욱 구체적으로 약 100,000kgf/㎠ 내지 약 130,000kgf/㎠일 수 있다.
또한, 상기 성형품은 후술하는 dupont drop test에 의해 측정된 내충격성 평가 결과의 평균이 약 62 cm 내지 약 100 cm일 수 있다.
상기 dupont drop test는 전술한 본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물을 두께 1mm, 폭 5cm 및 길이 5cm의 평판형으로 사출하여 제조한 시편 20개를 준비한 후, 상기 시편들을 상온에서 6 시간 동안 에이징(aging)하고, 500g의 추를 이용한 dupont drop test 방식의 낙추평가장비로 충격하여, 각 시편의 50%가 파괴되는 높이(cm)를 측정한 평균값으로 측정한다.
수차례의 실험을 통해, 해당 범위 내에 속하는 본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물에서, 유리섬유로 인한 외관 특성 저하를 방지하면서도, 우수한 강성 및 내충격성이 동시에 구현되는 임계적 의의를 확인하였다.
실시예
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예 및 비교예의 폴리카보네이트 수지 조성물에 사용된 성분은 다음과 같다.
(A) 폴리카보네이트 수지
본 발명의 실시예 및 비교예에서는 TEIJIN CHEMICALS社의 폴리카보네이트 수지인 PANLITE L 1225WX 제품을 사용하였다.
(B) 유리섬유
(B-1) 유리섬유
본 발명의 실시예에서는 OWENSCORNING社의 길이가 2mm 내지 5mm, 직경이 5㎛ 내지 20㎛인 유리섬유를 사용하였다.
(B-2) 유리섬유
본 발명의 비교예에서는 NIPPON ELECTRIC社의 길이가 10㎛ 초과 내지 100㎛, 직경이 5㎛ 내지 20㎛인 유리섬유를 사용하였다.
(C) 실란계 커플링제
본 발명의 실시예 및 비교예에서는 γ-글리시드옥시(gamma-glycidoxy) 작용기를 갖는 실란계 커플링제를 사용하였다.
실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 5
하기 표 1의 함량에 따라 각 구성성분을 첨가하고 건식 혼합한 후, φ=45mm인 이축압출기로 250℃ 내지 280℃의 노즐온도에서 가공하여 펠렛을 제조하였다. 이때, 유리섬유 외의 성분은 메인공급부(main feeder)에, 유리섬유는 사이드공급부(side feeder)에 투입하였다. 제조된 펠렛은 100℃ 하에서 3 시간 이상 건조한 후 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1~ 5의 시편을 사출 가공하여 제조하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4 5
(A) 폴리카보네이트수지 75 60 60 60 75 60 60 60 60
(B-1) 유리섬유 25 40 40 40 25 40 40 - 40
(B-2) 유리섬유 - - - - - - - 40 -
(C)실란계 커플링제 0.5 1.0 0.3 0.5 - - 2.0 0.5 0.05
상기 표 1에서, 단위는 폴리카보네이트 수지(A) 및 유리섬유(B)는 중량%로(폴리카보네이트 수지(A) 및 유리섬유(B)의 합 100중량%), 실란계 커플링제(C)는 폴리카보네이트 수지(A) 및 유리섬유(B)의 합 약 100 중량부에 대한 중량부로 기재하였다.
상기 표 1과 같은 성분의 조성으로 얻어진 시편에 대하여 다음과 같은 방법으로 내충격성 및 굴곡탄성률을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
물성 평가 방법
(1) 내충격성(cm): 두께 1mm, 폭 5cm 및 길이 5cm의 평판형 시편을 사출하여, 상온에서 6시간 동안 에이징(aging)하고, 500g의 추를 이용한 dupont drop test 방식의 낙추평가장비로 상기 시편을 20개 충격하여, 각 시편의 50%가 파괴되는 높이를 측정하여, 그 높이의 평균값으로 평가하였다.
(2) 굴곡탄성률(kgf/㎠): ASTM D790 항목에 따라 1/4" 두께의 시편을 제조하였으며 측정속도 2.8mm/min으로 평가하여 신장율 1% 내의 탄성률을 측정하였다.
평가항목 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4 5
내충격성 (cm) 90 62 62 65 90 61 61 31 61
굴곡탄성률 (kgf/㎠) 77255 104850 104500 105450 66835 93240 95155 51775 97500
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본원발명의 조성에 따라 유리섬유(B-1)와 실란계 커플링제(C)를 첨가한 실시예 1 내지 4의 폴리카보네이트 수지 조성물은 길이가 상이한 유리섬유(B-2)를 첨가하거나 실란계 커플링제(C)를 첨가하지 않거나 함량을 초과하여 첨가한 비교예 1 내지 5에 비해 내충격성 및 굴곡탄성률이 모두 고르게 우수하여, 전자기기 등의 부품 소재에서 요구되는 물성을 모두 만족할 수 있음을 확인하였다.
특히, 본 발명의 실란계 커플링제(C)를 첨가하지 않은 비교예 1 및 2는 폴리카보네이트 수지(A)와 유리섬유(B-1)가 동일한 비율로 포함된 실시예 1 및 2에 비하여, 굴곡탄성률이 현저히 저하됨을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

Claims (10)

  1. (A) 폴리카보네이트 수지; (B) 길이가 약 1mm 내지 약 10mm인 유리섬유; 및 (C) 실란계 커플링제를 포함하고,
    상기 폴리카보네이트 수지(A) 및 상기 유리섬유(B)의 합 약 100 중량부를 기준으로 상기 실란계 커플링제(C)를 약 0.1 중량부 내지 약 1.5 중량부로 포함하는 폴리카보네이트 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유리섬유(B)의 길이는 약 2mm 내지 약 5mm인 폴리카보네이트 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실란계 커플링제(C)는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물:
    [화학식 2]
    RO-SiX3
    상기 화학식 2에서, R은 탄소수 1 내지 20의 탄화수소기이고; X는 에폭시, 아크릴옥시, 메타크록시, γ-글리시드옥시, 아크릴, 아미노, 메캅토, 이소시아네이트기 또는 그 조합이다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실란계 커플링제(C)는 γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(γ-amino propyltriethoxy silane), γ-아미노 프로필트리메톡시 실란(γ-amino propyltrimethoxy silane), N-(베타-아미노에틸) γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(N-(β-amino ethyl) γ-amino propyltriethoxy silane), γ-메타크릴옥시 프로필트리에톡시 실란(γ-methacryloxy propyltriethoxy silane), γ-메타크릴옥시 프로필트리메톡시실란(γ-methacryloxy propyltrimethoxy silane), γ-글리시드옥시 프로필트리에톡시 실란(γ-glycidoxypropyltriethoxy silane), 및 베타(3,4-에폭시에틸) γ-아미노 프로필트리에톡시 실란(β(3,4-epoxyethyl) γ-amino propyltriethoxy silane) 중 하나 이상을 포함하는 것인 폴리카보네이트 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리카보네이트 수지(A) 및 상기 유리섬유(B)의 합 100 중량% 중 폴리카보네이트 수지(A)는 약 50 중량% 내지 약 80 중량%, 상기 유리섬유(B)는 약 20 중량% 내지 약 50 중량%로 포함되는 폴리카보네이트 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리카보네이트 수지(A)와 상기 유리섬유(B)의 중량비는 약 1:1 내지 약 4:1인 폴리카보네이트 수지 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 폴리카보네이트 수지 조성물을 포함하는 성형품.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 성형품은 상기 폴리카보네이트 수지(A)를 포함하는 수지 상에 유리섬유(B)가 분산상을 이루며, 상기 폴리카보네이트 수지(A) 및 상기 유리섬유(B) 사이에 실란계 커플링제(C)가 화학적 결합을 형성하는 성형품.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 성형품은 ASTM D790(2.8 mm/min)에 의해 측정한 굴곡탄성률이 약 70,000kgf/㎠ 내지 약 130,000kgf/㎠인 성형품.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 성형품은 상기 폴리카보네이트 수지 조성물을 두께 1mm, 폭 5cm 및 길이 5cm의 평판형으로 사출하여 제조한 시편 20개에 대하여, 상기 시편들을 상온에서 6 시간 동안 에이징(aging)하고, 500g의 추를 이용한 dupont drop test 방식의 낙추평가장비로 충격하여, 각 시편의 50%가 파괴되는 높이(cm)를 측정한 평균값이 약 62 cm 내지 약 100 cm인 성형품.
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