KR100945911B1 - 폴리아미드 나노조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 폴리아미드 수지 내에 점토가 함유되어 박리된 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 있으며, 상기 점토 소판들은 일정 거리 만큼 서로 이격되어 있고, 상기 점토는 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼20중량% 함유되어 있으며, ASTM D648에 따라 측정된 상기 폴리아미드 나노조성물의 열변형온도가 적어도 110℃인 폴리아미드 나노조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 폴리아미드 수지 내에 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 우수한 기계적 특성, 내열 특성 및 물리적 특성을 나타내는 폴리아미드 나노조성물을 얻을 수가 있다.
폴리아미드(polyamide), 점토(clay), 유리섬유(glass fiber), 탄소나노튜브(carbon nano tube), 카본블랙(carbon black), 카본섬유(carbon fiber), 분산(dispersion)

Description

폴리아미드 나노조성물 및 그 제조방법{polyamide nanocomposite and manufacturing method thereof}
본 발명은 폴리아미드 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우수한 기계적 특성, 내열 특성 및 물리적 특성을 나타내는 폴리아미드 나노조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
폴리아미드(polyamide)는 내충격성, 내마모성, 내화학성 등이 우수하여 전기 전자 소자의 하우징(electronic device housing), 전기 회로 보드(electric circuit board), 모터 절연체(motor insulator), 커넥터(connector), 자동차 엔진 커버, 에어 인테이크 매니폴드(Air Intake manifold; AIM), 연료필터 하우징 등과 같은 구조용 재료에 적합하다.
최근에는 나노조성물이 우수한 기계적 특성, 내열 특성 및 물리적 특성을 나타내는 것으로 알려져 있어 이에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 점토를 분산시켜 나노조성물을 얻으려는 연구가 진행되고 있다.
대한민국 특허출원 제10-2003-0034824호(특허등록 제10-0502261호)는 폴리아미드 동시 이축 연신 필름의 제조방법에 관한 것으로, 나일론(nylon)에 몬모닐로나이트(montmorillonite)가 분산된 나노조성물을 제시하고 있다. 그러나, 특허출원 제10-2003-0034824호는 축합법을 이용하여 나일론 나노조성물을 제조하는 방법을 제시할 뿐이다. 이러한 축합법에 의한 방식은 공정이 복잡하고, 재현성이 떨어지며, 제조에 오랜 시간이 걸리고, 생산 수율이 떨어져서 대량 생산에는 적합하지 않다는 문제점이 있다.
이에 따라 용융 컴파운딩 공정(melt compounding process)에서 박리하여 분산시키려는 연구도 진행되고 있다. 그러나, 현재까지 알려진 용융 컴파운딩 공정을 이용한 나노조성물은 점토의 박리 정도를 충분히 확보하지 못하고 균일한 분산도 이루어지지 못하고 있으며, 만족할 만한 수준의 기계적 특성, 내열 특성 및 물리적 특성을 갖는 나노조성물을 얻지 못하고 있으며, 또한 전기 전도성을 갖는 폴리아미드 나노조성물에 대하여도 아직까지 개발되지 못하고 있다.
한편, 폴리아미드 조성물을 제조하기 위해서는 폴리아미드 수지를 용융시켜 혼련하는 과정을 거쳐야 하는데, 혼합되는 폴리아미드 수지와 원료 간에 용융 온도에 차이가 있고 점성의 제어가 어려우며, 용융 혼련되는 물질들간의 화학적 구조, 극성 및 계면 장력 등이 상이하여 상분리 현상이 발생하여 분산에 어려움이 있다. 따라서, 이러한 상분리 현상을 방지하기 위하여 분산제, 계면활성제와 같은 첨가제를 첨가하여야 하는데, 이러한 첨가제는 친환경적이지 못하다.
최근에는 환경에 유해한 계면활성제, 분산제, 커플링제, 산화방지제, 자외선 안정제 등과 같은 첨가제를 사용하지 않고 나노조성물의 개발해야 할 필요성이 대두되고 있음에 불구하고, 개발의 어려움으로 인하여 현재까지 개발되지 못하고 있으며, 만족할 만한 수준의 기계적 특성, 내열 특성 및 물리적 특성을 갖는 폴리아미드 나노조성물을 얻지 못하고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 환경에 유해한 계면활성제, 분산제, 커플링제, 산화방지제, 자외선 안정제 등과 같은 첨가제가 함유되지 않음에도 불구하고 폴리아미드 수지 내에 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 우수한 기계적 특성, 내열 특성 및 물리적 특성을 나타내는 폴리아미드 나노조성물을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 환경에 유해한 계면활성제, 분산제, 커플링제, 산화방지제, 자외선 안정제 등과 같은 첨가제를 사용함이 없이도 폴리아미드 수지 내에 판형의 점토 소판들을 불연속적으로 균일하게 분산시키고, 혼합, 용융, 압축 및 분산이 인-시츄(in-situ)하게 이루어지는 폴리아미드 나노조성물의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 폴리아미드 수지 내에 점토가 함유되어 박리된 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 있으며, 상기 점토 소판들은 일정 거리 만큼 서로 이격되어 있고, 상기 점토는 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼20중량% 함유되어 있으며, ASTM D648에 따라 측정된 상기 폴리아미드 나노조성물의 열변형온도가 적어도 110℃인 폴리아미드 나노조성물을 제공한다.
상기 폴리아미드 나노조성물은 탄소나노튜브를 0.1∼15중량% 함유하고, 상기 폴리아미드 나노조성물은 10-2∼1012Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 가질 수 있다.
상기 폴리아미드 나노조성물은 카본블랙을 0.5∼20중량% 함유하고, 상기 폴리아미드 나노조성물은 10-2∼1012Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 가질 수 있다.
상기 폴리아미드 나노조성물은 카본섬유를 5∼35중량% 함유하고, 상기 폴리아미드 나노조성물은 10-2∼1012Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 가질 수 있다.
상기 폴리아미드 나노조성물은 탄소나노튜브, 카본블랙 및 카본섬유 중에서 선택된 적어도 2개 이상의 물질을 0.5∼35중량% 함유하고, 상기 폴리아미드 나노조성물은 10-2∼1012Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 가질 수 있다.
상기 폴리아미드 나노조성물은 유리섬유를 더 포함하고, 상기 유리섬유는 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 5∼35중량% 함유되어 있을 수 있다.
상기 폴리아미드 수지는 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 50∼99.99중량% 함유되어 있을 수 있다.
상기 폴리아미드 나노조성물의 열변형 온도는 110∼230℃일 수 있다.
또한, 본 발명은, 폴리아미드 수지와, 점토를 연속식 2축 압출기에 투입하는 단계와, 상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토를 혼합하고, 상기 폴리아미드 수지의 용융 온도보다 높은 온도에서 용융 및 압축시키는 단계와, 상기 연속식 2축 압출기의 샤프트들을 일정 방향으로 회전시켜 실린더 내에서 용융 및 압축된 혼합물에 전단 응력이 인가되게 하여 상기 점토가 판형의 소 판으로 박리되고 상기 폴리아미드 수지 내에 판형의 점토 소판들을 불연속적으로 균일하게 분산시키는 단계와, 상기 분산시키는 단계보다 높은 온도로 가열하면서 연속식 2축 압출기에서 조성물을 토출하는 단계 및 수조에서 급냉시켜 열변형온도가 적어도 110℃인 폴리아미드 나노조성물을 얻는 단계를 포함하며, 상기 점토는 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼20중량% 함유되게 상기 연속식 2축 압출기에 투입하는 폴리아미드 나노조성물의 제조방법을 제공한다.
상기 폴리아미드 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 상기 호퍼에 탄소나노튜브를 투입하되, 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 0.1∼15중량% 함유되게 투입할 수 있다.
상기 폴리아미드 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 상기 호퍼에 카본블랙을 함께 투입하되, 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 0.5∼20중량% 함유되게 투입할 수 있다.
상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리아미드 수지에 분산되는 과정의 조성물에 카본섬유를 사이드 피딩 방식으로 투입하되, 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 5∼35중량% 함유되게 투입할 수 있다.
탄소나노튜브, 카본블랙 및 카본섬유 중에서 선택된 적어도 2개 이상의 물질을 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 0.5∼35중량% 함유되게 투입하되, 상기 탄소나노튜브 또는 상기 카본블랙은 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 함께 투입하고, 상기 카본 섬유는 상기 폴리아 미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리아미드 수지에 분산되는 과정의 조성물에 사이드 피딩 방식으로 투입할 수 있다.
상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리아미드에 분산되는 과정의 조성물에 유리섬유를 사이드 피딩 방식으로 투입하고, 상기 유리섬유는 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 5∼35중량%가 함유되게 투입할 수 있다.
상기 폴리아미드 수지는 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 50∼99.99중량% 함유되게 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 수 있다.
상기 용융 및 압축시키는 단계는 240∼250℃의 온도에서 이루어지고, 상기 분산시키는 단계는 190∼240℃의 온도에서 이루어지며, 상기 토출하는 단계는 240∼250℃의 온도에서 이루어질 수 있다.
상기 용융 및 압축시키는 단계는 나선형 스크류 형태의 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지고, 상기 분산시키는 단계는 상방향으로 테이퍼진 압축부와 상방향으로 테이퍼진 압축부과 인접하게 형성되고 평평한 일자형의 전단부를 포함하는 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지며, 상기 토출하는 단계는 나선형 스크류 형태의 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지며, 상기 분산시키는 단계에서는 샤프트의 직경에 대한 샤프트의 길이의 비가 20∼60 범위를 이루고 실린더와 샤프트 사이의 간격은 샤프트 직경의 1/20∼1/60 범위를 이룰 수 있다.
본 발명에 의하면, 일반 폴리아미드 조성물에 비하여 우수한 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도, 충격강도, 열변형온도와 같은 기계적 특성 및 내열 특성을 나타내는 폴리아미드 나노조성물을 얻을 수가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 우수한 전기 전도성을 갖고 표면저항이 작은 폴리아미드 나노조성물을 얻을 수가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 계면활성제, 분산제, 커플링제, 산화방지제, 자외선 안정제 등의 첨가제들을 첨가함이 없이도 점토가 폴리아미드 내에서 박리되어 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산된 구조의 폴리아미드 나노조성물을 제조할 수 있으며, 상기 폴리아미드 나노조성물은 상기와 같은 첨가제들을 함유하지 않으므로 친환경적이다.
또한, 본 발명에 의하면, 연속식 2축 압출기 내에서 혼합, 용융, 압축 및 분산이 인-시츄(in-situ)하게 이루어지므로 공정이 간단하고 불순물의 유입 가능성을 최소화할 수 있으며, 재현성이 우수하다.
본 발명의 폴리아미드 나노조성물은 열변형온도가 높아 자동차 엔진 커버, 자동차 팬더, 자동차 연료 필터 하우징, 에어 인테이크 매니폴드(Air Intach Manifold; AIM) 등과 같은 산업용 재료로서도 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리아미드 나노조성물의 미세 구조를 개략적으로 보여주는 도면으로서, 판형의 점토 소판(platelet)이 폴리아미드 소지 내에 불연속적으로 균일하게 분산된 구조를 보여주는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리아미드 나노조성물은, 폴리아미드 수지 내에 판형의 점토 소판(platelet)들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 있는 구조를 갖는다.
폴리아미드(polyamide) 수지와 점토를 연속식 2축 압축기(continuous flow twin screw extruder)로 용융 압출한 후, 저온에서 급냉하여 펠릿(pellet) 형태의 폴리아미드 나노조성물을 얻을 수 있다. 이렇게 얻어진 펠릿 형태의 폴리아미드 나노조성물은 내열성이 뛰어나고, 우수한 기계적 특성을 갖는다. 펠릿 형태의 폴리아미드 나노조성물은 유리전이온도 이상의 온도에서 연신하여 얇은 필름을 얻을 수도 있다. 폴리아미드 나노조성물이라 함은 폴리아미드 수지 내에 분산된 상이 나노 크기, 즉 1∼1000㎚ 크기로 이루어진 조성물을 의미한다.
일반적인 폴리아미드 수지는 유리전이온도(glass transition temperature)가 47℃이고, 용융 온도(melting temperature)는 220℃이며, 화학식은 C6H11ON이다. 폴 리아미드의 비정질 밀도는 25℃에서 1.084g/㎝3이고, 결정질 밀도는 25℃에서 1.23g/㎝3이다. 폴리아미드의 반복단위(repeat unit) 구조는 다음과 같다.
Figure 112008049990160-pat00001
위와 같은 구조를 갖는 폴리아미드의 반복단위 분자량(molecular weight of repeat unit)은 113.16g/mol 정도인 것으로 알려져 있다.
본 발명은 소지(matrix)인 폴리아미드 수지에 점토(clay)가 판형의 소판(platelet) 형태로 불연속적으로 균일하게 분산된 폴리아미드 나노조성물을 제공한다. 폴리아미드 수지는 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 50∼99.99중량% 함유될 수 있다.
폴리아미드와 점토의 혼합물이 용융되어 연속식 2축 압출기(continuous flow twin screw extruder)에 의해 가공되면, 샤프트(shaft)에 의한 전단 응력에 의해 점토는 박리되게 되고 점토의 함량이 일정 정도 이상(예컨대, 5중량% 이상)이 되면 박리되어 형성된 점토 소판들이 인터칼레이트되기도 한다. 이와 같이 점토가 박리되어 형성된 점토 소판들은 불연속적인 형태로 폴리아미드 내에 분산되게 되며, 연속식 2축 압출기에서 토출되어 급냉되면 폴리아미드 나노조성물을 얻을 수 있다. 일반적으로 폴리아미드(polyamide)는 열변형온도(Heat Distortion Temperature; HDT)가 75℃ 정도에 불과하나, 점토가 불연속적으로 판형의 소판 형태로 분산된 폴리아미드 나노조성물은 열변형온도가 110∼180℃ 정도로 향상되게 된다.
폴리아미드와 점토가 용해된 혼합물의 점도는 2.0∼5.0 정도 범위의 값을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 너무 점도가 낮으면 성형성이 떨어져 연속식 2축 압출기를 이용하여 압출 성형하는데 어려움이 있고, 너무 점도가 높으면 연속식 2축 압출기에 의한 토출이 어려워 수율이 떨어지는 문제점이 있다.
점토의 함량은 0.01∼20중량% 정도인 것이 바람직하다. 점토의 함량이 0.01중량% 미만이면 충분한 기계적 특성, 내열 특성 및 물리적 특성의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 점토의 함량이 20중량%를 초과하면 폴리아미드와 점토가 용해된 혼합물의 점도가 높아지고 불연속적인 소판이 조밀하게 되어 기계적 특성 및 내열 특성의 더 이상의 증가를 기대하기 어려우므로 비경제적이다. 첨가되는 점토의 입자 크기는 분산성을 고려하여 0.5∼100㎛ 정도인 것이 바람직하다. 점토 입자의 크기가 100㎛를 초과하면 균일한 분산이 어려울 수 있고, 0.5㎛보다 작으면 점토 분말의 가격이 고가이므로 경제적이지 못하다. 점토의 첨가에 의해 폴리아미드 나노조성물의 굴곡 탄성율(Fluxural Modulus; FM), 굴곡 강도(Fluxural Strength; FS), 인장 강도(tensile strength), 연신율(tensile modulus)과 같은 기계적 특성들을 향상시킬 수 있고, 열변형온도(Heat Distortion Temperature; HDT)와 같은 내열 특성도 향상시킬 수 있으며, 가스차단성, 수분차단성과 같은 물리적 특성들을 또한 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입 할 때 상기 호퍼에 탄소나노튜브(carbon nano tube; CNT)를 첨가할 수도 있다. 상기 탄소나노튜브(carbon nano tube; CNT)는 폴리아미드 나노조성물에 전기 전도성을 부여하고 기계적 특성 및 내열 특성을 향상시키기 위하여 첨가하는 것이다. 상기 탄소나노튜브로는 단일벽 나노튜브(single wall carbon nano tube; SWCNT)나 다중벽 나노튜브(multi wall carbon nano tube; MWCNT)를 사용할 수 있으나, 상대적으로 가격이 저렴하고 분산이 용이한 다중벽 나노튜브를 사용하는 것이 바람직하다. 분산성 및 전기 전도성을 고려하여 상기 탄소나노튜브로는 예컨대, 평균 직경이 5∼30㎚이고 길이가 1∼20㎛의 것을 사용할 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 전기 전도성을 고려하여 0.1∼15중량% 정도를 첨가한다. 탄소나노튜브의 함량이 0.1중량% 미만이면 충분한 전기 전도성, 기계적 특성 및 내열 특성의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 탄소나노튜브의 함량이 15중량%를 초과하면 폴리아미드와 점토가 용융된 조성물의 점도가 높아지고 더 이상의 전기 전도성 증가도 기대하기 어렵고 제조 원가도 상승하므로 비경제적이다.
폴리아미드 나노조성물에 전기 전도성을 부여하고 기계적 특성 및 내열 특성을 향상시키기 위하여 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 상기 호퍼에 카본블랙(carbon black)을 첨가할 수도 있다. 카본블랙은 전기 전도성을 고려하여 0.5∼20중량% 정도를 첨가한다. 카본블랙의 함량이 0.5중량% 미만이면 충분한 전기 전도성, 기계적 특성 및 내열 특성의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 카본블랙의 함량이 20중량%를 초과하면 폴리아미드와 점토가 용융된 조성물의 점도가 높아지고 더 이상의 전기 전도성 증가도 기대하기 어렵고 제조 원가도 상승하므로 비경제적이다.
또한, 폴리아미드 나노조성물에 전기 전도성을 부여하고 기계적 특성 및 내열 특성을 향상시키기 위하여 폴리아미드 및 점토의 용융 조성물에 카본섬유(carbon fiber)를 첨가할 수도 있다. 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리아미드 수지에 분산되는 과정의 조성물에 카본섬유를 사이드 피딩 방식으로 투입한다. 카본섬유는 전기 전도성을 고려하여 5∼35중량% 정도를 첨가한다. 카본섬유의 함량이 5중량% 미만이면 충분한 전기 전도성, 기계적 특성 및 내열 특성의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 카본섬유의 함량이 35중량%를 초과하면 폴리아미드와 점토가 용융된 조성물의 점도가 높아지고 더 이상의 전기 전도성 증가도 기대하기 어렵고 제조 원가가 상승하므로 비경제적이다.
폴리아미드와 점토의 혼합물에 탄소나노튜브, 카본블랙 및 카본섬유 중에서 선택된 적어도 2개 이상의 물질을 첨가하여 폴리아미드 나노조성물을 형성하게 되면 첨가되는 함량에 따라 폴리아미드 나노조성물의 표면 저항이 10-2∼1012 Ω·㎝ 정도로 낮아지게 된다. 상기와 같은 표면 저항은 도체로서도 작용할 수 있고 정전기 방전(electro static discharge; ESD)에도 효율적으로 작용할 수 있다. 또한, 탄소나노튜브, 카본블랙 또는 카본섬유의 첨가에 의해 폴리아미드 나노조성물의 굴곡 탄성율(Fluxural Modulus; FM), 굴곡 강도(Fluxural Strength; FS), 인장 강도(tensile strength)와 같은 기계적 특성들이 향상될 수 있고, 열변형온도(Heat Distortion Temperature; HDT)와 같은 내열 특성이 향상될 수 있으며, 표면저항이 낮아져 전기전도도가 향상될 수 있다.
탄소나노튜브, 카본블랙 및 카본섬유 중에서 선택된 적어도 2개 이상의 물질을 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 0.5∼35중량% 함유되게 투입하되, 상기 탄소나노튜브 또는 상기 카본블랙은 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 함께 투입하고, 상기 카본 섬유는 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리아미드 수지에 분산되는 과정의 조성물에 사이드피딩 방식으로 투입하는 것이 바람직하다. 상기 카본섬유는 상기 연속식 2축 압출기의 분산영역(dispersion zone)에 마련된 주입구를 통해 투입하는 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 투입한다.
폴리아미드 나노조성물의 굴곡 탄성율(Fluxural Modulus; FM), 굴곡 강도(Fluxural Strength; FS), 인장강도(tensile strength)와 같은 기계적 특성과, 열변형온도(Heat Distortion Temperature; HDT)와 같은 내열 특성을 향상시키기 위하여 유리섬유(Glass Fiber; GF)를 첨가할 수도 있다. 상기 유리섬유는 기계적 특성 및 내열 특성을 고려하여 5∼35중량% 정도를 첨가하는 것이 바람직하다. 유리섬유의 함량이 5중량% 미만이면 충분한 기계적 특성 및 내열 특성의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 유리섬유의 함량이 35중량%를 초과하더라도 더 이상 기계적 특성 및 내열 특성의 증가를 기대하기 어려우므로 비경제적이다. 상기 유리섬유는, 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점 토가 박리되어 상기 폴리아미드에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역(dispersion zone)에 마련된 주입구를 통해 투입하는 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 투입하는 것이 바람직하다.
폴리아미드 나노조성물에 탄소나노튜브, 카본블랙, 카본섬유, 유리섬유를 첨가함에 따라 또는 이들을 복합적으로 첨가함에 따라 열변형온도는 아래의 실시예들에 나타난 바와 같이 190∼230℃ 정도로 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리아미드 나노조성물을 제조하기 위하여 소지인 폴리아미드 수지와 점토를 연속식 2축 압출기(continuous flow twin screw exturder)의 호퍼(hopper)에 투입하고, 용융 압출한 후, 수조(water bath)에서 급냉하고 절단하여 펠릿 형태의 폴리아미드 나노조성물을 얻는다. 전기 전도성 부여 및 기계적 특성과 내열 특성 향상을 위해, 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 함께 탄소나노튜브 또는 카본블랙을 첨가할 수 있다. 또한, 전기 전도성 부여 및 기계적 특성과 내열 특성 향상을 위해, 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리아미드에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 카본섬유를 첨가할 수도 있다. 또한 앞서 설명한 바와 같이 기계적 특성 및 내열 특성 향상을 위해 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리아미드에 분산되는 과정의 조성물에 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유도 첨가할 수 있다.
상기 연속식 2축 압출기는 원료를 투입하기 위한 호퍼(hopper)와, 회동가능 하게 설치된 2개의 샤프트(shaft)와, 상기 2개의 샤프트를 감싸는 실린더(cylinder)와, 상기 샤프트를 회동시키기 위한 구동수단과, 상기 실린더를 가열하기 위한 가열수단(heater)과, 상기 가열수단의 가열 온도를 제어하기 위한 제어수단과, 조성물을 토출하는 토출 다이와, 용융되어 혼련된 원료가 분산되는 과정의 조성물에 상기 실린더 내로 2차 원료를 사이드피딩(side feeding) 방식으로 주입하기 위한 사이드피딩 주입구를 포함한다. 상기 2개의 샤프트들은 용융된 혼합물에 전단 응력을 인가하기 위하여 일정 방향(예컨대, 시계 방향)으로 회전하며, 상기 샤프트들의 회전 속도는 150∼300rpm 정도이다.
상기 연속식 2축 압출기는 그 작용 기능에 따라 크게 3개의 영역으로 나눌 수 있는데, 원료 혼합물을 혼합하여 용융하고 압축(compression)하는 용융 및 압축 영역(melting and compression zone)과, 용융 및 압축된 혼합물을 샤프트의 회전에 의한 전단 응력에 의하여 소지(matrix)인 폴리아미드 수지에 점토를 박리시켜 불연속적으로 소판(platelet) 형태로 분산시키면서 토출 영역 쪽으로 이동시키는 분산 영역과, 점토가 분산된 폴리아미드 수지를 외부로 토출하는 토출 영역(ejecting zone)으로 구분될 수 있다.
호퍼를 통해 투입된 폴리아미드 수지는 온도가 점차 증가하여 용융되기 시작한다. 호퍼를 통해 투입되면 폴리아미드 수지는 용융되기 시작하여 고상 수지와 용융 액상 수지의 2개 상이 존재할 수 있는데, 용융 및 압축 영역을 통과하면 완전히 용융되게 된다. 상기 용융 및 압축 영역의 샤프트는 호퍼를 통해 주입된 원료들(예 컨대, 폴리아미드 수지와 점토)을 혼합하고 압축하면서 분산 영역 내로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 이루어진다. 투입된 원료들은 나선형 스크류 형태의 샤프트에 의해 압축되면서 그 부피가 축소되고 원료들간의 공극률은 낮아지게 된다. 용융 및 압축 영역에서 나선형 스크류의 직경에 대한 나선형 스크류의 길이의 비는 용융물의 점도, 분산 영역으로 압출되는 압출량 등을 고려하여 결정하는데, 20∼40 정도이다.
분산영역(dispersion zone)은 용융 및 압축 영역을 통과한 용융된 조성물을 일정 온도와 압력으로 유지하면서 충분히 혼련시켜 소지인 폴리아미드 수지에 점토와 같은 원료를 분산시켜 토출 영역으로 플로우시키는 영역이다. 샤프트의 회전에 의한 전단 응력에 의하여 소지(matrix)인 폴리아미드 수지에 점토와 같은 원료가 박리(exfoliation)되어 불연속적인 소판(platelet) 형태로 분산되게 된다. 예컨대, 점토는 약 8㎛ 입자 크기를 갖는데, 분산 영역에서의 높은 전단응력에 의해 입자들이 잘게 쪼개져서 나노 크기(예컨대, 10∼300㎚)의 소판 형태로 박리되게 된다. 점토는 층상 구조로 이루어져 있으므로 전단 응력에 의해 층간 분리가 일어나 박리되게 되며, 첨가된 점토량이 많을 경우에는 박리되어 분산된 층들 사이로 층간삽입(intercalate)되어 분산되기도 한다. 이와 같은 분산 영역은 상방향으로 테이퍼(taper)진 압축부(compression part)와, 상방향으로 테이퍼진 압축부과 인접하게 형성되고 평평한 일자형의 전단부(shear part)를 적어도 포함하는 샤프트 구조를 갖는다. 분산 영역에서 샤프트의 직경에 대한 샤프트의 길이의 비는 용융물의 점도, 전단 응력, 플로우 속도 등을 고려하여 결정하는데, 20∼60 정도이다. 상기 분 산 영역에서 실린더와 샤프트 사이의 간격은 샤프트 직경의 1/20∼1/60 범위를 이룬다.
상기 분산 영역에는 용융되어 혼련된 원료가 분산되는 과정의 조성물에 상기 실린더 내로 2차 원료를 사이드피딩(side feeding) 방식으로 주입하기 위한 사이드피딩 주입구가 형성되어 있다. 사이드피딩 주입구를 통해 카본섬유, 유리섬유와 같은 2차 원료를 용융물에 투입하여 2차 원료를 포함하는 폴리아미드 조성물을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이와 같은 2차 원료는 호퍼에 투입할 경우, 폴리아미드 수지와 같은 1차 원료와 화학적 구조, 극성, 계면 장력 등의 차이로 인해 상분리 현상이 발생할 수 있으나, 사이드피딩 주입구를 통해 1차 원료가 용융된 용융물에 투입함으로써 이러한 현상을 억제할 수 있다. 또한, 사이드피딩 주입구를 통해 카본섬유, 유리섬유와 같은 2차 원료를 투입함으로써 조성물의 전기 전도성과 기계적 특성 등을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 상기 사이드피딩 주입구는 분산 영역에 복수 개가 구비되어 있을 수 있다.
토출 영역은 분산 영역에서 분산된 조성물을 압축하면서 토출 다이로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 이루어진다. 토출 영역에서 나선형 스크류의 직경에 대한 나선형 스크류의 길이의 비는 용융물의 점도, 토출 속도 등을 고려하여 적절하게 결정하는데, 20∼40 정도이다.
토출 영역에서 가압된 조성물은 토출 다이를 통해 연속적으로 배출된다. 토출 다이를 통과한 조성물은 수조(water bath)와 같은 냉각 장치를 통해 급냉되어 원하는 크기의 펠릿 형태로 절단되고 건조되어 원하는 조성물을 얻을 수가 있다.
실린더 내에서의 플로우(flow) 속도는 용융 및 압축된 혼합물의 점도, 연속식 2축 압출기의 샤프트 크기, 실린더와 샤트트 사이의 이격 거리, 샤트프들간의 이격 거리 등을 적절하게 조절하여 제어할 수 있다. 연속식 2축 압출기의 내부 온도는 190∼250℃ 정도인 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로는, 호퍼에 투입된 직후 폴리아미드 수지를 용융시키기 위한 압출기의 용융 및 압축 영역에서는 폴리아미드 수지의 용융 온도보다 높은 240∼250℃의 온도(실린더의 온도)로 유지하고, 폴리아미드 수지의 용융 및 압축이 완료된 이후의 실린더의 온도는 압출기의 분산 영역에 따라 190∼240℃로 설정하고, 압출기의 토출 영역에서는 실린더의 온도를 분산 영역에서의 온도보다 높은 240∼250℃의 온도로 유지한다. 연속식 2축 압출기로부터 토출된 폴리아미드 나노조성물은 수조에서 급냉되어 원하는 크기의 펠릿 형태로 절단되고 건조되어 최종 폴리아미드 나노조성물을 얻을 수가 있다. 상기 수조의 온도는 폴리아미드의 유리전이온도보다 낮은 40℃ 이하의 온도로 유지된다. 상기 건조는 약 80℃의 온도에서 실시할 수 있다.
이렇게 얻어진 폴리아미드 나노조성물에 대하여 다음과 같은 방법으로 물성을 측정하였다.
(1) 열변형온도(heat distortion temperature; HDT)
ASTM D648에 따라 시편에 18.6kgf/㎝2의 하중을 주고 주변 유체온도를 2℃/min의 속도로 상승시켰을 때 시편의 변형이 0.254㎜에 달한 때의 온도를 측정하였 다.
(2) 굴곡강도(flexual strength; FS) 및 굴곡탄성율(flexual modulus; FM)
ASTM D790에 따라 크로스 헤드 스피드(cross head speed)를 5㎜/min의 시험 속도로 측정하였다.
(3) 인장강도(tensile strenth)
ASTM D638에 준하여 온도 23±2℃, 상대습도 50% 및 대기압의 조건에서 5㎜/min의 인장속도로 측정하였다. 연신율은 파단점에서의 값을 기록하며, 최소 5회 이상 측정하여 평균값으로 나타내었다.
(4) 충격강도(impact strength)
ASTM D256에 준하여 시편이 파단될 때의 에너지를 단위 두께로 나눈 것이 충격강도에 해당한다. 충격강도는 1/8인치 두께를 갖는 시편을 이용하여 측정하였고, 최소 5회 이상 측정하여 평균값으로 나타내었으며, 상온에서 아이조드 노치(izod notch) 방법으로 측정하였다.
(5) 표면저항(surface resistivity)
금속 버스 바(metal bus bar)가 연결된 전기저항계(OHM meter)를 이용하여 단위면적당 표면저항을 측정하였다.
(6) XRD(X-ray Diffraction)
X-선 회절은 리가쿠(Rigaku)사의 D/max 2200H 장비를 이용하여 2°/min의 주사 속도(scanning rate)로 40kV, 50mA를 인가하여 측정하였다.
본 발명은 하기의 실시예들을 참고로 더욱 상세히 설명되며, 이 실시예들이 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.
<실시예 1>
8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 0∼15중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하고, 폴리아미드 수지는 점토의 함량에 따라 혼합물의 전체 함량이 100중량%을 이루도록 85∼100중량%를 상기 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기의 용융 및 압축 영역 내에서 상기 폴리아미드 수지와 점토를 혼합하고 용융 및 압축시켰다. 가열 수단에 의해 용융 영역의 온도는 250℃를 유지하였다. 이때, 구동수단에 의해 구동되는 2개의 샤프트들은 시계 방향으로 회전하며, 상기 샤프트들의 회전 속도는 230rpm 정도이고, 2개의 사프트들 사이의 축간 거리는 5㎝ 정도이다. 용융 및 압축 영역의 샤프트는 호퍼를 통해 주입된 원료를 혼합하고 압축하면서 분산 영역 내로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 구비된다. 나선형 스크류의 헬릭스각(Helix Angle)은 30°정도이고, 나선형 스크류의 나사산과 실린더 사이의 간격은 샤트프 직경의 1/60 정도이며, 나선형 스크류의 피치는 5㎝ 정도로 일정하다. 용융 및 압축 영역에서 나선형 스크류의 직경에 대한 나선형 스크류의 길이의 비는 30 정도이다.
상기 연속식 2축 압출기의 샤프트들을 시계 방향으로 회전시켜 실린더 내에서 용융 및 압축된 원료의 용융물에 전단 응력이 인가되게 하여 상기 점토를 판형의 소판으로 박리시키고 상기 폴리아미드 수지 내에 판형의 점토 소판들을 불연속적으로 균일하게 분산시켰다. 이때, 연속식 2축 압출기의 분산 영역은 구간에 따라 온도를 190∼240℃로 설정하였다. 상기 샤프트들의 회전 속도는 230rpm 정도로 설정하였다. 분산 영역은 상방향으로 테이퍼(taper)진 압축부(compression part)와, 상방향으로 테이퍼진 압축부과 인접하게 형성되고 평평한 일자형의 전단부(shear part)를 포함하는 샤프트 구조를 갖는다. 상방향으로 테이퍼진 압축부의 테이퍼 각은 20° 정도를 이룬다. 실린더와 샤프트 사이의 간격을 샤트프 직경의 1/20∼1/60 정도이고, 일자형의 전단부를 이루는 사프트와 실린더 사이의 간격은 샤트프 직경의 1/40∼1/60 정도이다. 분산 영역에서 샤프트의 직경에 대한 샤프트의 길이의 비는 40 정도이다.
토출 영역에서는 분산 영역에서의 온도보다 높은 온도인 250℃의 온도로 가열하면서 연속식 2축 압출기에서 조성물을 토출 다이로 토출하였다. 토출 영역의 샤프트는 조성물을 압축하면서 토출 다이로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 구비된다. 나선형 스크류의 헬릭스각(Helix Angle)은 30°정도이고, 나선형 스크류의 나사산과 실린더 사이의 간격은 샤트프 직경의 1/60 정도이며, 나선형 스크류의 피치는 5㎝ 정도로 일정하다. 토출 영역에서 나선형 스크류의 직경에 대한 나선형 스크류의 길이의 비는 30 정도이다.
토출 다이로부터 토출된 조성물을 35℃의 수조에서 급냉하였고, 절단하고 80℃ 온도에서 건조하여 펠릿 형태의 폴리아미드 나노조성물을 얻었다. 토출 속도는 30㎏/hr 정도로 설정하였다.
표 1은 실시예 1과 관련하여 점토의 함량에 따른 폴리아미드 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 점토의 함량(중량%)
0 0.5 1 1.5 2 5 7 10 12 15
굴곡강도(㎏/㎝2) 1065 1141 1167 1180 1304 2418 2482 2374 2352 2368
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 28781 30821 31350 32020 36238 41786 43898 47765 51747 50390
인장강도(㎏/㎝2) 647 787 763 833 846 854 836 729 674 666
연신율(%) 20 20 19 15 12 3.4 2.9 1.5 1.5 1.2
충격강도(㎏·㎝/㎝) 5.1 5 5 4.3 3.8 3 3 3 3 2.9
열변형온도(℃) 75 110 120 132 150 173 176 178 177 178
표 1을 참조하면, 굴곡강도는 점토의 첨가량이 15중량%가 될 때까지 점토의 첨가량이 증가함에 따라 계속적으로 증가하였고, 굴곡탄성율은 점토의 첨가량이 12중량%가 될 때까지 계속적으로 증가하였다. 굴곡강도는 점토의 함량이 15중량%일 때 점토를 첨가하지 않은 경우(점토의 함량이 0중량%인 경우)에 비하여 약 122% 정도 증가하였다. 굴곡탄성율은 점토의 함량이 15중량%일 때 점토를 첨가하지 않은 경우(점토의 함량이 0중량%인 경우)에 비하여 약 75% 정도 증가하였다. 충격강도는 점토의 함량이 1중량%보다 작을 경우에는 점토를 첨가하지 않은 경우와 비슷한 수준을 나타내었으나, 점토의 함량이 높아짐에 따라 점차 감소하였다. 열변형온도는 점토의 첨가량이 증가함에 따라 점차 증가하는 모습이 관찰되었다. 열변형온도는 점토의 함량이 2중량%일 때 점토를 첨가하지 않은 경우(점토의 함량이 0중량%인 경우)에 비하여 약 100% 정도 증가하였다.
<실시예 2>
폴리아미드 수지 78.0∼98.0중량%와 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 2.0중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리아미드 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리아미드 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리아미드 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 0∼25중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리아미드 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 2는 실시예 2와 관련하여 유리섬유의 함량에 따른 폴리아미드 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 유리섬유의 함량(중량%)
0 10 15 20 25
굴곡강도(㎏/㎝2) 1304 1497 1677 1790 1940
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 36238 55515 60897 66362 80375
인장강도(㎏/㎝2) 846 887 953 1090 1157
연신율(%) 12 1.7 2 2.5 2.3
충격강도(㎏·㎝/㎝) 3.8 2.7 2.5 2.5 2.3
열변형온도(℃) 150 198 210 210 209
표 2를 참조하면, 굴곡강도와 굴곡탄성율은 유리섬유의 함량이 증가함에 따라 증가하였고, 충격강도는 유리섬유의 함량이 증가함에 따라 거의 일정하거나 약간 감소하였다. 열변형온도는 유리섬유의 함량이 증가함에 따라 상당히 증가하였는데, 일반 폴리아미드 수지의 열변형온도가 75℃임을 감안할 때 유리섬유의 함량이 10중량%일 때 약 165% 정도 더 높아졌음을 알 수 있다. 이러한 열변형온도의 향상은 본 발명의 폴리아미드 나노조성물이 고온 환경에서 사용되는 물질로도 사용될 수 있음을 나타낸다. 한편, 표 2에서 유리섬유의 함량이 0%인 경우는 유리섬유가 첨가되지 않은 경우로서 폴리아미드 수지와 2중량%의 점토만이 함유되어 폴리아미드 나노조성물을 이루는 경우를 나타낸다.
<실시예 3>
폴리아미드 수지 73∼83중량%와 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 2중량%∼12중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리아미드 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리아미드 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리아미드 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 15중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리아미드 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 3은 실시예 3과 관련하여 점토의 함량에 따른 폴리아미드 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 점토의 함량(중량%)
2 5 7 10 12
굴곡강도(㎏/㎝2) 1677 1710 1594 1610 1452
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 60897 70395 77192 77895 95113
인장강도(㎏/㎝2) 953 1081 1012 913 792
연신율(%) 2 2 1.7 1.4 1.0
충격강도(㎏·㎝/㎝) 2.5 3.2 3.0 2.7 2.7
열변형온도(℃) 210 209 203 202 199
표 3을 참조하면, 점토의 함량이 5중량% 미만에서는 굴곡강도가 점토의 함량이 증가함에 따라 증가하였고, 특히, 굴곡탄성율은 점토의 함량이 12중량%가 될 때까지 계속적으로 증가하였다. 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도의 향상은 5중량% 이상으로 점토가 첨가되어도 완전히 또는 대부분이 박리되어 폴리아미드 소지에 균일하게 분산되었음을 뒷받침하는 것이다.
<실시예 4>
폴리아미드 수지 76.3∼96.3중량%와, 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 2중량%와, 탄소나노튜브 1.7중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리아미드 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리아미드 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리아미드 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 0∼20중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리아미드 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 4는 실시예 4와 관련하여 유리섬유의 함량에 따른 폴리아미드 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 유리섬유의 함량(중량%)
0 10 15 20
굴곡강도(㎏/㎝2) 2352 2590 2756 2937
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 33057 57559 64332 81778
인장강도(㎏/㎝2) 714 901 921 947
연신율(%) 2.5 1.6 1.6 1.7
충격강도(㎏·㎝/㎝) 3.7 2.7 3.1 3.0
열변형온도(℃) 169 203 206 209
표면저항(Ω·㎝) 5.E+06 6.E+05 2.E+05 9.E+04
표 4를 참조하면, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도가 유리섬유의 함량이 증가함에 따라 증가하였다. 가장 높은 열변형온도는 유리섬유의 함량이 20중량%일 때 209℃를 나타내었는데, 이것은 일반 폴리아미드 수지의 열변형온도가 75℃임을 감안할 때 약 175% 정도 높은 온도이다. 이러한 열변형온도의 향상은 본 발명의 폴리아미드 나노조성물이 자동차 엔진 커버, 자동차 팬더, 자동차 연료 필터 하우징, 에어 인테이크 매니폴드(Air Intach Manifold; AIM) 등과 같은 산업용 재료로서도 사용될 수 있음을 나타낸다. 표면 저항은 탄소나노튜브 1.7중량%가 첨가되고 유리섬유가 첨가되지 않았을 때는 5×106Ω·㎝를 나타내었으며, 표면저항은 유리섬유의 함량이 증가함에 따라 점차 낮아졌다.
한편, 표 4에서 유리섬유의 함량이 0%인 경우는 유리섬유가 첨가되지 않은 경우로서 96.3중량%의 폴리아미드 수지, 2중량%의 점토 및 1.7중량%의 탄소나노튜브가 첨가되어 폴리아미드 나노조성물을 이루는 경우를 나타낸다.
<실시예 5>
폴리아미드 수지 76.3∼81.3중량%와, 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 2중량%∼7중량%와, 탄소나노튜브 1.7중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리아미드 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리아미드 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리아미드 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 15중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리아미드 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 5는 실시예 5와 관련하여 점토의 함량에 따른 폴리아미드 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 점토의 함량(중량%)
2 3 7
굴곡강도(㎏/㎝2) 2756 2945 3233
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 64332 67836 69343
인장강도(㎏/㎝2) 921 1026 1365
연신율(%) 1.6 1.6 1.5
충격강도(㎏·㎝/㎝) 3.1 3.1 3.0
열변형온도(℃) 206 208 210
표면저항(Ω·㎝) 2.E+05 2.E+05 1.E+05
표 5를 참조하면, 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 인장강도는 점토의 함량이 7중량%가 될 때까지 계속적으로 증가하였다. 충격강도는 점토의 함량에 관계없이 일정한 수준을 나타내었다. 열변형온도는 점토의 함량이 증가함에 따라 약간 증가하였다. 표면 저항은 점토의 함량에 관계없이 105Ω·㎝의 동일한 차수(order)를 나타내었다.
<실시예 6>
폴리아미드 수지 75.0∼80.0중량%와, 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 2중량%∼7중량%와, 탄소나노튜브 3중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리아미드 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리아미드 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리아미드 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 15중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리아미드 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 6은 실시예 6과 관련하여 점토의 함량에 따른 폴리아미드 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 점토의 함량(중량%)
2 3 7
굴곡강도(㎏/㎝2) 1255 1377 1455
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 60217 64131 68454
인장강도(㎏/㎝2) 711 805 788
연신율(%) 1.5 1.5 1.3
충격강도(㎏·㎝/㎝) 3.1 3.0 2.6
열변형온도(℃) 206 208 211
표면저항(Ω·㎝) 3.E+02 3.E+02 1.E+02
표 6을 참조하면, 탄소나노튜브 3중량%를 첨가함에 따라 표 5(탄소나노튜브의 첨가량이 1.7중량%인 경우)와 비교하여 표면저항이 102Ω·㎝의 차수로 낮아졌음을 알 수 있다. 굴곡강도 및 굴곡탄성율은 표 5와 비교하여 감소하였다. 충격강도는 표 5와 비교하여 동일하거나 비슷한 정도를 유지하였다.
<실시예 7>
폴리아미드 수지 72.0∼92.0중량%와, 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 2중량%와, 카본블랙 6중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리아미드 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리아미드 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리아미드 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 0∼20중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리아미드 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 7은 실시예 7과 관련하여 유리섬유의 함량에 따른 폴리아미드 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 유리섬유의 함량(중량%)
0 10 15 20
굴곡강도(㎏/㎝2) 2234 2456 2887 3452
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 34657 55341 60387 79347
인장강도(㎏/㎝2) 770 880 895 850
연신율(%) 3.0 1.2 1.3 1.0
충격강도(㎏·㎝/㎝) 3.5 3.0 2.9 2.5
열변형온도(℃) 212 214 215 217
표면저항(Ω·㎝) 4.E+04 4.E+02 4.E+01 3.E+01
표 7을 참조하면, 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 열변형온도는 유리섬유의 함량이 증가함에 따라 증가하였으나, 충격강도는 약간 감소하는 것으로 관찰되었다. 표면저항은 유리섬유의 함량이 10중량% 이상이 됨에 따라 개선되었음을 알 수 있다.
한편, 표 7에서 유리섬유의 함량이 0%인 경우는 유리섬유가 첨가되지 않은 경우로서 92중량%의 폴리아미드 수지, 2중량%의 점토 및 6중량%의 카본블랙이 첨가되어 폴리아미드 나노조성물을 이루는 경우를 나타낸다. 표 1과 표 7을 비교하여 보면, 폴리아미드 수지와 2중량%의 점토만이 첨가된 경우(표 1 참조)에는 열변형온도가 150℃를 나타내었으나, 폴리아미드 수지, 2중량%의 점토 및 6중량%의 카본블랙이 첨가된 경우(표 7 참조)에는 열변형온도가 212℃를 나타낸다는 것을 알 수 있다.
<실시예 8>
폴리아미드 수지 72.0∼77.0중량%와, 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 2∼7중량%와, 카본블랙 6중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리아미드 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리아미드 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리아미드 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 15중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리아미드 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 8은 실시예 8과 관련하여 점토의 함량에 따른 폴리아미드 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 점토의 함량(중량%)
2 5 7
굴곡강도(㎏/㎝2) 2887 2945 3233
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 60387 65386 78451
인장강도(㎏/㎝2) 895 913 976
연신율(%) 1.3 1.0 1.0
충격강도(㎏·㎝/㎝) 2.9 2.9 2.8
열변형온도(℃) 215 218 222
표면저항(Ω·㎝) 4.E+02 5.E+01 2.E+01
표 8을 참조하면, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도는 점토의 함량이 증가함에 따라 점차 증가하였다. 특히, 열변형온도는 점토의 함량이 7중량%일 때 222℃를 나타내었다. 표면저항은 102∼101Ω·㎝의 차수를 나타내었고, 이 정도 수준의 낮은 표면저항은 본 발명의 폴리아미드 나노조성물이 자동차 엔진 필터 하우징, 자동차 팬더 등과 같은 산업용 재료로서도 사용될 수 있음을 나타낸다.
<실시예 9>
폴리아미드 수지 70.0∼75.0중량%와, 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 2∼7중량%와, 카본블랙 8.0중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리아미드 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리아미드 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리아미드 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 15중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리아미드 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 9는 실시예 9와 관련하여 점토의 함량에 따른 폴리아미드 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 점토의 함량(중량%)
2 5 7
굴곡강도(㎏/㎝2) 3433 3677 3884
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 78440 82487 83462
인장강도(㎏/㎝2) 1020 945 834
연신율(%) 1.3 1.3 1.0
충격강도(㎏·㎝/㎝) 2.8 2.5 2.1
열변형온도(℃) 212 214 216
표면저항(Ω·㎝) 2.E+01 7.E+00 6.E+00
표 9를 참조하면, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도는 점토의 함량이 증가함에 따라 점차 증가하였다. 표면저항은 점토의 함량이 5중량% 이상에서 100Ω·㎝의 차수 범위를 나타내었다.
<실시예 10>
폴리아미드 수지 73.0∼78.0중량%와 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 2∼7중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리아미드 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리아미드 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리아미드 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 15중량%와 카본섬유 5중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리아미드 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 10은 실시예 10과 관련하여 점토의 함량에 따른 폴리아미드 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 점토의 함량(중량%)
2 5 7
굴곡강도(㎏/㎝2) 2110 2347 2776
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 69943 73451 78456
인장강도(㎏/㎝2) 1424 1544 1520
연신율(%) 3.1 3.0 2.8
충격강도(㎏·㎝/㎝) 2.8 2.9 2.9
열변형온도(℃) 209 210 215
표면저항(Ω·㎝) 6.E+05 6.E+05 4.E+05
표 10을 참조하면, 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 열변형온도는 점토의 함량이 증가함에 따라 점차 증가하였다. 표면저항은 점토의 함량에 관계없이 105Ω·㎝의 차수로서 비슷한 수준을 나타내었다.
<실시예 11>
폴리아미드 수지 68.0∼78.0중량%와 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 2중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리아미드 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리아미드 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리아미드 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 15중량%와 카본섬유 5중량%∼15중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리아미드 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 11은 실시예 11과 관련하여 카본섬유의 함량에 따른 폴리아미드 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 카본섬유의 함량(중량%)
5 10 15
굴곡강도(㎏/㎝2) 2110 2396 2634
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 69943 123667 145326
인장강도(㎏/㎝2) 1424 1641 1832
연신율(%) 3.1 2.4 2.2
충격강도(㎏·㎝/㎝) 2.8 5.2 5.5
열변형온도(℃) 209 212 218
표면저항(Ω·㎝) 6.E+05 5.E+03 2.E+01
표 11을 참조하면, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도는 카본섬유의 함량이 증가함에 따라 점차 증가하였다. 표면저항은 카본섬유의 함량이 증가함에 따라 점차 낮아졌다.
<비교예>
폴리아미드 수지 100중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리아미드 수지를 혼합하고, 상기 폴리아미드 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
이후의 공정은 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 폴리아미드 수지 조성물을 얻었다.
비교예의 폴리아미드 수지 조성물에 대하여는 표 1에서 점토의 첨가량이 0중량%인 경우에 대한 것이고, 표 1에 나타난 바와 같이 점토가 분산되지 않은 폴리아미드 수지 조성물의 열변형온도는 75℃ 정도였다.
상기 표 1 내지 표 11에 나타난 바와 같이, 본 발명의 폴리아미드 나노조성물은 비교예에 비하여 높은 열변형온도를 가질 뿐만 아니라, 우수한 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 인장강도를 나타낸다는 것을 알 수 있다. 또한, 탄소나노튜브, 카본블랙 및 카본섬유 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질이 첨가되면 전기 전도성을 갖게 되고, 그 첨가량에 따라 낮은 표면저항값을 얻을 수도 있음을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 판형의 점토 소판이 폴리아미드 소지 내에 불연속적으로 균일하게 분산된 구조를 설명하기 위하여 도시한 개략도이다.

Claims (17)

  1. 폴리아미드 나노조성물에 있어서,
    폴리아미드 수지 내에 점토가 함유되어 박리된 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 있으며, 상기 점토 소판들은 일정 거리 만큼 서로 이격되어 있고, 상기 점토는 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼20중량% 함유되어 있으며, ASTM D648에 따라 측정된 상기 폴리아미드 나노조성물의 열변형온도가 적어도 110℃이고, 상기 폴리아미드 수지는 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 50∼99.99중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 폴리아미드 나노조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 나노조성물은 탄소나노튜브를 0.1∼15중량% 함유하고, 상기 폴리아미드 나노조성물은 10-2∼1012Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 갖는 폴리아미드 나노조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 나노조성물은 카본블랙을 0.5∼20중량% 함유하고, 상기 폴리아미드 나노조성물은 10-2∼1012Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 갖는 폴리아미드 나노조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 나노조성물은 카본섬유를 5∼35중량% 함유하고, 상기 폴리아미드 나노조성물은 10-2∼1012Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 갖는 폴리아미드 나노조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 나노조성물은 탄소나노튜브, 카본블랙 및 카본섬유 중에서 선택된 적어도 2개 이상의 물질을 0.5∼35중량% 함유하고, 상기 폴리아미드 나노조성물은 10-2∼1012Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 갖는 폴리아미드 나노조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 폴리아미드 나노조성물은 유리섬유를 더 포함하고, 상기 유리섬유는 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 5∼35중량% 함유되어 있는 폴리아미드 나노조성물.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 폴리아미드 나노조성물의 열변형 온도는 110∼230℃인 폴리아미드 나노조성물.
  9. 폴리아미드 수지와, 점토를 연속식 2축 압출기에 투입하는 단계;
    상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토를 혼합하고, 상기 폴리아미드 수지의 용융 온도보다 높은 온도에서 용융 및 압축시키는 단계;
    상기 연속식 2축 압출기의 샤프트들을 일정 방향으로 회전시켜 실린더 내에서 용융 및 압축된 혼합물에 전단 응력이 인가되게 하여 상기 점토가 판형의 소판으로 박리되고 상기 폴리아미드 수지 내에 판형의 점토 소판들을 불연속적으로 균일하게 분산시키는 단계;
    상기 분산시키는 단계보다 높은 온도로 가열하면서 연속식 2축 압출기에서 조성물을 토출하는 단계; 및
    수조에서 급냉시켜 열변형온도가 적어도 110℃인 폴리아미드 나노조성물을 얻는 단계를 포함하며,
    상기 점토는 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼20중량% 함유되게 상기 연속식 2축 압출기에 투입하고, 상기 폴리아미드 수지는 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 50∼99.99중량% 함유되게 상기 연속식 2축 압출기에 투입하는 것을 특징으로 하는 폴리아미드 나노조성물의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 호퍼에 탄소나노튜브를 투입하되, 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 0.1∼15중량% 함유되게 투입하는 폴리아미드 나노조성물의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 호퍼에 카본블랙을 함께 투입하되, 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 0.5∼20중량% 함유되게 투입하는 폴리아미드 나노조성물의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리아미드 수지에 분산되는 과정의 조성물에 카본섬유를 사이드 피딩 방식으로 투입하되, 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 5∼35중량% 함유되게 투입하는 폴리아미드 나노조성물의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서, 탄소나노튜브, 카본블랙 및 카본섬유 중에서 선택된 적어도 2개 이상의 물질을 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 0.5∼35중량% 함유되게 투입하되, 상기 탄소나노튜브 또는 상기 카본블랙은 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 함께 투입하고, 상기 카본 섬유는 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리아미드 수지에 분산되는 과정의 조성물에 사이드 피딩 방식으로 투입하는 폴리아미드 나노조성물의 제조방법.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 폴리아미드 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리아미드에 분산되는 과정의 조성물에 유리섬유를 사이드 피딩 방식으로 투입하고, 상기 유리섬유는 상기 폴리아미드 나노조성물 전체에 대하여 5∼35중량%가 함유되게 투입하는 폴리아미드 나노조성물의 제조방법.
  15. 삭제
  16. 제9항에 있어서, 상기 용융 및 압축시키는 단계는 240∼250℃의 온도에서 이루어지고, 상기 분산시키는 단계는 190∼240℃의 온도에서 이루어지며, 상기 토출하는 단계는 240∼250℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리아미드 나노조성물의 제조방법.
  17. 제9항에 있어서, 상기 용융 및 압축시키는 단계는 나선형 스크류 형태의 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지고, 상기 분산시키는 단계는 상방향으로 테이퍼진 압축부와 상방향으로 테이퍼진 압축부과 인접하게 형성되고 평평한 일자형의 전단부를 포함하는 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지며, 상기 토출하는 단계는 나선형 스크류 형태의 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지며, 상기 분산시키는 단계에서는 샤프트의 직경에 대한 샤프트의 길이의 비가 20∼60 범위를 이루고 실린더와 샤프트 사이의 간격은 샤프트 직경의 1/20∼1/60 범위를 이루는 것을 특징으로 하는 폴리아미드 나노조성물의 제조방법.
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