KR101728583B1 - 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품 - Google Patents

유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품 Download PDF

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Abstract

본 기재는 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴계 공중합체, 알킬렌-아크릴레이트계 공중합체, 유리섬유 및 이산화타이타늄을 포함하는 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.
본 기재에 따르면, 내충격성과 내광성이 모두 개선되고, 성형성이 우수한 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품을 제공을 제공하는 효과가 있다.

Description

유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품{FIBER GLASS REINFORCED THERMOPLASTIC RESIN COMPOSITION AND PRODUCT PREPARED THEREFROM}
본 기재는 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내충격성과 내광성이 모두 개선되고, 성형성이 우수한 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것이다.
일반적으로 열가소성 수지의 경우 화이트 색상을 내기 위해 다양한 안료를 사용할 수 있다. 이때 일반적인 비보강 수지의 경우에는 큰 물성의 저하가 없지만 유리섬유로 보강된 수지의 경우에는 안료가 유리섬유를 파괴할 수 있기 때문에 넣지 않았을 때에 비하여 충격강도, 인장강도 및 굴곡강도 등과 같은 기계적 물성이 크게 떨어지는 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 종래에 안료로 ZnS를 사용하는 방법, 안료의 투입량을 최소화하는 방법 및 압출조건을 완화하는 방법이 사용되고 있었다.
그러나, 상기 ZnS를 사용하는 방법의 경우 ZnS는 유리섬유의 기계적 물성을 크게 떨어뜨리지는 않으나 내광성을 개선시키지 못해 장기 내광성이 요구되는 소재의 경우에는 사용할 수 없는 문제가 있다.
또한, 상기 안료의 투입량을 최소화하는 방법의 경우 안료의 양을 매우 적게 넣어도 안료가 유리섬유를 깨뜨리는 것은 물리적인 현상이기 때문에 기계적 물성의 저하는 여전하며, 나아가 수지 자체의 낮은 내광성에 의한 색변화(ΔE 증가)가 다시 문제가 된다.
마지막으로, 압출조건을 완화하는 방법(Screw configuration softening)의 경우 안료와 유리섬유 사이의 마찰을 줄여 유리섬유가 깨지는 것을 다소 줄일 수는 있으나, 분산이 균일하게 되지 않아 오히려 기계적 물성이 떨어지고, 사출 시에 여전히 유리섬유가 깨질 수 있는 위험이 존재하게 된다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 기재는 내충격성과 내광성이 모두 개선되고, 또한 성형성이 우수한 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 기재의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 기재에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 기재는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴계 공중합체, 알킬렌-아크릴레이트계 공중합체, 유리섬유 및 이산화타이타늄을 포함하는 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 제공한다.
또한, 본 기재는 a) 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 공중합체 10 내지 30 중량%; b) 스티렌-아크릴로니트릴계 공중합체 55 내지 80 중량%; c) 알킬렌-아크릴레이트계 공중합체 0.1 내지 10 중량%; d) 유리섬유 5 내지 20 중량%; 및 e) 이산화타이타늄 0.1 내지 10 중량%;를 포함하는 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물을 제공한다.
또한, 본 기재는 상기 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물로부터 제조된 성형품을 제공한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 기재에 따르면 내충격성과 내광성이 모두 개선되고, 또한 성형성이 우수한 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 성형품을 제공하는 효과가 있다.
이하 본 기재를 상세하게 설명한다.
본 기재의 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물은 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴계 공중합체, 알킬렌-아크릴레이트계 공중합체, 유리섬유 및 이산화타이타늄을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 기재의 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물은 a) 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 공중합체 10 내지 30 중량%; b) 스티렌-아크릴로니트릴계 공중합체 55 내지 80 중량%; c) 알킬렌-아크릴레이트계 공중합체 0.1 내지 10 중량%; d) 유리섬유 5 내지 20 중량%; 및 e) 이산화타이타늄 0.1 내지 10 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 a) 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 공중합체는 일례로 10 내지 25 중량%, 또는 15 내지 20 중량%일 수 있고, 이 경우 비닐시안 화합물의 강성 및 내화학성, 그리고 공액디엔 화합물과 비닐방향족 화합물의 가공성 및 기계적 강도가 균형 있게 보강되는 효과가 있다.
상기 a) 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 공중합체는 일례로 공액디엔 고무에 비닐시안 화합물 및 비닐방향족 화합물이 그라프트 중합된 공중합체일 수 있다.
상기 b) 스티렌-아크릴로니트릴계 공중합체는 일례로 60 내지 75 중량%, 60 내지 70 중량%, 또는 63 내지 69 중량%일 수 있고, 이 경우 유동성과 가공성이 증가되는 효과가 있다.
상기 b) 스티렌-아크릴로니트릴계 공중합체는 일례로 중량평균분자량이 100,000 내지 150,000 g/mol, 110,000 내지 140,000 g/mol, 또는 120,000 내지 130,000 g/mol이고, 이 범위 내에서 유동성이 증가하고 강성이 강화되는 효과가 있다.
상기 b) 스티렌-아크릴로니트릴계 공중합체는 일례로 비닐방향족 화합물 및 비닐시안 화합물이 중합된 공중합체일 수 있다.
본 기재의 c) 알킬렌-아크릴레이트계 공중합체는 일례로 알킬렌 단량체 및 아크릴레이트계 단량체가 중합된 공중합체일 수 있다.
상기 알킬렌 단량체는 일레로 탄소수 1 내지 10, 또는 2 내지 5의 알킬렌이고, 이 범위 내에서 내광성을 떨어뜨리지 않으면서 이산화타이타늄에 의해 발생할 수 있는 충격강도의 저하를 크게 개선시키는 효과가 있다.
상기 아크릴레이트계 단량체는 일례로 아크릴레이트, 알킬기의 탄소수가 1 내지 10인 알킬아크릴레이트, 또는 이들의 혼합이고, 이 범위 내에서 내광성을 떨어뜨리지 않으면서 이산화타이타늄에 의해 발생할 수 있는 충격강도의 저하를 크게 개선시키는 효과가 있다.
상기 c) 알킬렌-아크릴레이트계 공중합체는 일례로 에틸렌-(메트)아크릴레이트 공중합체이고, 이 경우 플라스틱의 인성을 강화시키며 부가적으로 유동성을 향상시키는 효과가 있다.
상기 c) 알킬렌-아크릴레이트계 공중합체는 일례로 아크릴레이트계 단량체가 10 내지 40 중량%, 15 내지 40 중량%, 또는 25 내지 35 중량%로 포함된 공중합체이고, 이 범위 내에서 충격강도 및 인성 강화 효과가 크며, 강성이 우수한 효과가 있다.
상기 c) 알킬렌-아크릴레이트계 공중합체는 일례로 용유지수흐름율(190℃/2.16kg)이 1 내지 10 g/10min, 또는 2 내지 5 g/min일 수 있다.
상기 c) 알킬렌-아크릴레이트계 공중합체는 일례로 밀도(ASTM D792)가 0.92 내지 0.97 g/cm3, 또는 0.94 내지 0.96 g/cm3일 수 있다.
상기 d) 유리섬유는 일례로 애스펙트비(δ)가 200 내지 300, 210 내지 260, 또는 215 내지 245이고, 이 범위 내에서 열가소성 수지 본래의 성질을 유지 또는 개선시키면서도 강성을 크게 향상시키는 효과가 있다.
상기 d) 유리섬유는 일례로 메틸메타크릴레이트계 중합체, 스티렌-아크릴로니트릴계 공중합체 또는 이들의 혼합으로 표면처리된 유리섬유이고, 이 경우 열가소성 수지 본래의 성질을 유지 또는 개선시키면서도 강성을 크게 향상시키는 효과가 있다.
상기 e) 이산화타이타늄은 일례로 입경이 100 내지 400 nm, 100 내지 350 nm, 또는 130 내지 300 nm이고, 이 범위 내에서 내광성이 우수한 효과가 있다.
상기 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물은 일례로 스파이럴 유동(1000 kg/cm2, 230℃)이 19.0 내지 22.0, 또는 19.5 내지 21.0이고, 이 범위 내에서 사출성형성이 우수한 효과가 있다.
상기 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물은 일례로 변색도(△E)가 2 미만, 또는 1.99 내지 1.80이고, 이 범위 내에서 TV 하우징, 커버 등의 내광성이 우수한 효과가 있다.
본 기재의 성형품은 상기 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물로부터 제조됨을 특징으로 한다.
상기 성형품은 일례로 사출성형품이고, 이 경우 성형성이 좋아 두께가 얇으면서도 충격강도 및 내광성이 우수하여 비용이 절감되는 효과가 있다.
상기 사출성형품은 일례로 텔레비젼 하우징 또는 커버일 수 있다.
이하, 본 기재의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 기재를 예시하는 것일 뿐 본 기재의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
[실시예]
하기 실시예 및 비교예에서 사용된 화합물들은 하기와 같다.
1) ABS: 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지로 LG사의 DP270을 사용하였다.
2) SAN-1: 분자량이 121,000 g/mol인 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체를 사용하였다.
3) SAN-2: 분자량이 157,000 g/mol인 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체를 사용하였다.
4) 충격보강제-1: 에틸렌-아크릴레이트 공중합체로 DuPont사의 Elvaloy 1330EAC를 사용하였다.
5) 충격보강제-2: MMA-BD계 고무를 포함하는 코어-쉘 구조의 충격보강제로 LG사의 EM500을 사용하였다.
6) 충격보강제-3: 코어-쉘 구조의 아크릴레이트-스티렌 공중합체로 Ganz사의 GA0306을 사용하였다.
7) ZnS: SACHTLEBEN사의 ZnS를 사용하였다.
8) TiO2: TiO2 함량이 80~90 %이고, 입자크기가 130~300 nm인 DuPont 사의 R104를 사용하였다.
9) 유리섬유: 너비(D) 13㎛, 길이(L) 3mm, 하기 수학식 1로 계산한 애스펙트비(δ)가 231이고, MMA계 중합체 및 SAN계 중합체로 표면 처리된 원통형 타입의 유리섬유인 NEG사의 T-351를 사용하였다.
[수학식 1]
애스펙트비(δ) = L/D
수학식 1에서 L은 유리섬유의 길이이며, D는 상기 직사각형 단면의 가장 긴 변의 길이 또는 상기 타원형 단면의 가장 긴 직경의 길이(예를 들어, 유리섬유의 너비)이다.
실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 8
하기 표 1에 기재된 각 성분들을 그 함량에 따라 이축 압출기(tween screw extruder)를 이용하여 240~280 ℃ 온도구간에서 용융혼련 및 압출하여 펠렛을 만든 후, 이 펠렛을 사출기를 이용하여 240~280 ℃ 온도구간에서 사출하여 물성측정을 위한 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물 시편을 제조하였다.
[시험예]
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 8에서 제조된 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물 시편의 특성을 하기의 방법으로 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
* 용융지수흐름성(Melt Flow Rate): 190℃/2.16kg 조건에서 ASTM D1238 방법에 의하여 측정하였다.
* 충격강도(IZOD): ASTM D256 방법에 의하여 측정하였다.
* 변색도(ΔE): Black panel 온도 60 ℃, 습도 50 %RH, 조사조도 0.35W, 총 조사시간 300h의 내광성 조건에서, 수식 CIE, 광원 D65, 측정면적 SAV으로 측정하였다.
* 스파이럴 유동(Spiral Flow): 사용기기 Sodick(1.5T)를 이용하여 보압속도 80 mm/s, 보압 1000 kg/cm2, 5s, 온도 230 ℃, 금형온도 60 ℃, 15 s, 계량속도 50 mm/s 및 계량양 30 mm의 조건에서 측정하였다.
구분 실시예 비교예
1 2 1 2 3 4 5 6 7 8
ABS 20 15 20 20 20 15 15 15 15 15
SAN-1 65 65 70 70 70 70 70 70 - 70
SAN-2 - - - - - - - - 70 -
충격보강제-1 5 5 - - - - - - - -
충격보강제-2 - - - - - - 5 - - -
충격보강제-3 - - - - - - - 5 - -
G/F 10 15 10 10 10 15 15 15 15 15
ZnS - - - - 3 - - - - -
TiO2 3 3 - 3 - 1 3 3 3 6
IZOD(23℃, 1/8") 8.2 7.6 8.9 5.8 7.7 6.5 7.1 6.2 5.9 6.1
ΔE(300h) 1.99 1.88 2.25 1.84 7.69 1.65 2.67 2.01 2.02 1.54
Spiral(1000 kg/cm2, 230℃) 20.5 20.3 19.1 21 19.2 21 18.5 18.9 21 21.2
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 기재의 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물(실시예 1, 2)은 에틸렌-메틸아크릴레이트 공중합체와 이산화타이타늄을 포함하지 않는 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물(비교예 1 내지 8)과 비교하여 내광성이 우수하면서도 충격강도 및 유동성(성형성)이 모두 뛰어난 것을 확인할 수 있었다.
또한, ZnS나 TiO2를 포함하지 않는 비교예 1의 경우 충격강도는 높으나 내광성 및 성형성이 열악하고, 충격보강제가 사용되지 않은 비교예 2, 4, 7 및 8의 경우 이산화타이타늄이 유리섬유를 깨뜨려 유동성이 크게 증가하나 충격강도가 열악한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 코어-쉘 구조의 충격보강제를 포함하는 비교예 5, 6의 경우 약간의 충격강도의 개선이 있으나, 내광성이 떨어지고, ZnS를 포함하는 비교예 3의 경우 충격강도는 개선되었으나, 광안정성이 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (13)

  1. a) 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 공중합체 15 내지 20 중량%, b) 스티렌-아크릴로니트릴계 공중합체 63 내지 69 중량%, c) 알킬렌-아크릴레이트계 공중합체 0.1 내지 10 중량%, d) 유리섬유 10 내지 15 중량% 및 e) 이산화타이타늄 0.1 내지 10 중량%을 포함하되,
    상기 b) 스티렌-아크릴로니트릴계 공중합체는, 중량평균분자량이 120,000 내지 130,000 g/mol이고, 상기 d) 유리섬유는 메틸메타크릴레이트계 중합체, 스티렌-아크릴로니트릴계 공중합체 또는 이들의 혼합으로 표면처리된 것을 특징으로 하는
    유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서
    상기 c) 알킬렌-아크릴레이트계 공중합체는, 에틸렌-알킬아크릴레이트 공중합체인 것을 특징으로 하는
    유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서
    상기 c) 알킬렌-아크릴레이트계 공중합체는, 아크릴레이트계 단량체가 10 내지 40 중량%로 포함된 공중합체인 것을 특징으로 하는
    유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서
    상기 d) 유리섬유는, 애스펙트비(δ)가 200 내지 300인 것을 특징으로 하는
    유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서
    상기 e) 이산화타이타늄은, 입경이 100 내지 400 nm인 것을 특징으로 하는
    유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물.
  9. 제1항에 있어서
    상기 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물은, 스파이럴 유동(1000 kg/cm2, 230℃)이 19.0 내지 22.0인 것을 특징으로 하는
    유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물.
  10. 제1항에 있어서
    상기 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물은, 변색도(△E)가 2 미만인 것을 특징으로 하는
    유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물.
  11. 제1항, 제4항 내지 제6항 또는 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항의 유리섬유 강화 열가소성 수지 조성물로부터 제조됨을 특징으로 하는
    성형품.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 성형품은, 사출성형품인 것을 특징으로 하는
    성형품.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 사출성형품은, 텔레비전 하우징 또는 커버인 것을 특징으로 하는
    성형품.
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