KR102284335B1 - 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102284335B1
KR102284335B1 KR1020200024692A KR20200024692A KR102284335B1 KR 102284335 B1 KR102284335 B1 KR 102284335B1 KR 1020200024692 A KR1020200024692 A KR 1020200024692A KR 20200024692 A KR20200024692 A KR 20200024692A KR 102284335 B1 KR102284335 B1 KR 102284335B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nigrosine
polyamide
glass fiber
weight
fatty acid
Prior art date
Application number
KR1020200024692A
Other languages
English (en)
Inventor
최철호
Original Assignee
주식회사 이루켐
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 이루켐 filed Critical 주식회사 이루켐
Priority to KR1020200024692A priority Critical patent/KR102284335B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102284335B1 publication Critical patent/KR102284335B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/34—Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring
    • C08K5/3442—Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring having two nitrogen atoms in the ring
    • C08K5/3462—Six-membered rings
    • C08K5/3465—Six-membered rings condensed with carbocyclic rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29B7/88—Adding charges, i.e. additives
    • B29B7/90—Fillers or reinforcements, e.g. fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B9/00—Making granules
    • B29B9/12—Making granules characterised by structure or composition
    • B29B9/14—Making granules characterised by structure or composition fibre-reinforced
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
    • C08J3/22—Compounding polymers with additives, e.g. colouring using masterbatch techniques
    • C08J3/226—Compounding polymers with additives, e.g. colouring using masterbatch techniques using a polymer as a carrier
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/043—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with glass fibres
    • 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
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • 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
    • C08K5/04—Oxygen-containing compounds
    • C08K5/10—Esters; Ether-esters
    • 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
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/14—Glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L77/00—Compositions of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2377/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)

Abstract

본 발명은, 우수한 물성을 가지는 폴리아미드-유리 섬유 복합체를 제조할 수 있는 무수지(resinless) 타입의 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물 및 그 제조방법{Nigrosine Masterbatch Composition for Polyamide-glass Fiber Composite and Manufacturing Method thereof}
본 발명은 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는, 우수한 물성을 가지는 폴리아미드-유리 섬유 복합체를 제조할 수 있는 무수지 타입의 니그로신 마스터 배치 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
니그로신은 구리-철 촉매의 존재 하에 니트로벤젠, 아닐린, 아닐린하이드클로라이드 등의 혼합물에서 제조되는 합성 블랙 염색제로, 표면 개질 효과를 가지므로 폴리아미드의 색소침착을 위해 사용된다.
이러한 니그로신을 폴리아미드나 폴리에틸렌 등과 같은 폴리머와 혼합하여 제조되는 폴리아미드 성형물은 다수 연구되어 왔다.
예를 들어, CN104327499A은 30 내지 50 중량%의 니그로신 및 50 내지 70 중량%의 폴리아미드 레진을 포함하는 니그로신 마스터 배치를 개시하며, 상기 니그로신 마스터 배치는 하나의 메인 피더(main feeder)를 이용한 동방향 트윈 스크류 압출기에 의해 제조된다.
CN102838828A은 매트릭스 레진 100 중량부, 니그로신 60 내지 120 중량부, 카본 블랙 0 내지 30 중량부, 0.2 내지 20 중량부의 나노 무기 물질, 0.3 내지 2 중량부의 산화 방지제 및 1 내지 10 중량부의 윤활제를 포함하는 니그로신 마스터 배치를 개시하며, 상기 혼합물은 동방향 트윈 스크류 압출기(co-rotating twin-screw extruder)에 투입되어 블랙 마스터 배치 펠릿을 생산한다.
그러나 니그로신 마스터 배치에서 폴리아미드나 폴리에틸렌과 같은 폴리머의 존재는 폴리머 매트릭스에서 폴리머 그레이드(polymer grade)의 차이를 가져오므로 최종 제품의 기계적 성질이 저하되는 요인이 된다. 또한, 폴리머 타입 니그로신 마스터배치는 제조 과정에서 고온 조건이 요구되므로 에너지 소모가 크고 비경제적이다.
따라서, 최종 제품의 기계적 특성을 저하하지 않고, 생산 과정에서 에너지효율을 높일 수 있는 새로운 종류의 니그로신 마스터 배치가 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 우수한 물성을 가지는 폴리아미드-유리 섬유 복합체를 제조할 수 있는 무수지 타입의 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 경제성 및 생산 효율이 높은 상기 무수지 타입의 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 무수지(resinless) 타입의 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물를 제공한다.
상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 조성물은 니그로신, 또는 니그로신 및 카본블랙과, 상기 니그로신, 또는 니그로신 및 카본블랙을 폴리아미드에 분산시키기 위한 분산제를 포함할 수 있다.
상기 분산제는 지방산 에스테르일 수 있다.
상기 지방산 에스테르는, 폴리올과 탄소 원자수 8 내지 22의 포화 또는 불포화 지방산의 에스테르일 수 있다.
상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 조성물은 니그로신 20 내지 60 중량%, 지방산 에스테르 20 내지 70 중량% 및 카본 블랙 0 내지 40 중량%를 포함할 수 있다.
상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 조성물은 니그로신 30 내지 60 중량% 및 지방산 에스테르 40 내지 70 중량%를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은,
무수지(resinless) 타입의 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물의 제조방법을 제공한다.
상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 조성물의 제조방법은,
i) 니그로신, 또는 니그로신 및 카본블랙 ii) 상기 니그로신, 또는 니그로신 및 카본블랙을 폴리아미드에 분산시키기 위한 분산제를 압출기에 투입하는 단계; 및 상기 투입된 투입물을 혼련 후 압출하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 분산제는 지방산 에스테르일 수 있다.
상기 지방산 에스테르는, 폴리올과 탄소 원자수 8 내지 22의 포화 또는 불포화 지방산의 에스테르일 수 있다.
상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물의 제조방법은,
니그로신 20 내지 60 중량%, 지방산 에스테르 20 내지 70 중량% 및 카본 블랙 0 내지 40 중량%를 압출기로 투입하는 단계; 및
상기 투입된 투입물을 혼련 후 압출하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물의 제조방법은,
니그로신 30 내지 60 중량% 및 지방산 에스테르 40 내지 70 중량%를 압출기로 투입하는 단계; 및
상기 투입된 투입물을 혼련 후 압출하는 단계;를 포함할 수 잇다.
상기 압출기의 혼련온도는 20℃ 내지 80℃를 나타낼 수 있다.
상기 압출기의 L/D(length-to-diameter ratio)는 1/32 보다 클 수 있다.
본 발명에 따른 니그로신 마스터 배치 조성물은 무수지(resinless) 타입으로 최종제품에서 폴리머 그레이드(polymer grade) 차이에 따른 기계적 특성 저하를 최소화할 수 있고, 지방산 에스테르를 분산제이자 담체로 이용하여 우수한 분산성을 나타낸다. 이러한 니그로신 마스터 배치 조성물은 저온에서 제조될 수 있어 에너지 소비를 상당 부분 줄일 수 있는 바 생산 효율이 뛰어나다
궁극적으로 본 발명에 따른 니그로신 마스터 배치 조성물을 이용하여 고광택, 향상된 표면 평활성(surface smoothness) 및 개선된 흑색의 표면 컬러를 나타내며 인장강도, 연신율, 굴곡강도, 및 충격 강도 등 기계적 특성이 우수한 폴리아미드-유리 섬유 복합체를 제공할 수 있다.
도 1은 실험예 1에 따른 폴리아미드-유리섬유 복합체 표면의 사진이다.
앞서 설명한 바와 같이, 종래 폴리아미드나 폴리에틸렌 등의 폴리머를 포함하는 니그로신 마스터배치 조성물은 폴리머 매트릭스 상에서 폴리머 그레이드(polymer grade)의 차이를 야기하여 최종 제품의 인장강도 등 기계적 특성이 저하되는 문제가 있었다. 또한, 폴리머 타입 니그로신 마스터배치는 제조 과정에서 고온 조건이 요구되므로 에너지 소모가 크고 비경제적이었다.
이에, 본 발명의 발명자들은 수많은 연구와 노력 끝에, 무수지 타입의 니그로신 마스터배치 조성물을 이용하여 고광택, 향상된 표면 평활성(surface smoothness) 및 개선된 흑색의 표면 컬러를 나타내며 인장강도, 연신율, 굴곡강도, 및 충격 강도 등 기계적 특성이 우수한 폴리아미드-유리 섬유 복합체를 저비용으로 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르렀다.
폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물
본 발명은, 무수지(resinless) 타입의 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물을 제공한다.
본 발명에서 "폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물"은 압출기를 이용한 혼련 후 압출된 상태를 의미할 수 있다.
본 발명에서 "무수지(resinless) 타입의 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물"은 상기 조성물 자체가 폴리머를 이루지 않는다는 의미이다.
본 발명에 따른 니그로신 마스터배치 조성물은 무수지(resinless) 타입이므로, 최종제품에서 폴리머 그레이드(polymer grade) 차이에 따른 기계적 특성 저하를 최소화할 수 있다.
상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 조성물은 니그로신, 또는 니그로신 및 카본블랙과, 상기 니그로신, 또는 니그로신 및 카본블랙을 폴리아미드에 분산시키기 위한 분산제를 포함할 수 있다.
상기 분산제는 예를 들어, 지방산 에스테르일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 니그로신 마스터배치 조성물은 지방산 에스테르가 분산제 역할을 하여 분산성이 우수하며, 담체로도 작용하므로 별도의 고분자 담체가 필요 없다.
상기 지방산 에스테르는 예를 들어, 폴리올과 탄소 원자수 8 내지 22의 포화 또는 불포화 지방산의 에스테르일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 폴리올은 예를 들어, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 글리세롤, 소르비톨, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨 및 트리펜타에리트리톨으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상일 수 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상세하게는 펜타에리트리톨일 수 있다.
상기 탄소 원자수 8 내지 22의 포화 또는 불포화 지방산은 스테아린산, 카프르산, 카프릴산, 미리스틱산, 라우리산, 리놀레산, 리놀렌산, 아라키딘산, 아라키돈산, 에루스산, 리시놀산, 팔미트산, 팔미톨레산, 및 베헨산으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상일 수 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상세하게는, 스테아린산일 수 있다.
상세하게는, 상기 지방산 에스테르는 펜타에리트리톨 트리스테아레이트 및 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트 중 적어도 하나 이상일 수 있다.
하나의 실시예로, 상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 조성물은 니그로신 20 내지 60 중량%, 지방산 에스테르 20 내지 70 중량% 및 카본 블랙 0 내지 40 중량%를 포함할 수 있다.
상기 니그로신의 함량이 조성물 전체 중량을 기준으로 20 중량% 미만이거나 지방산 에스테르 함량이 70 중량%를 초과하는 경우, 니그로신으로 인한 블랙 착색 효과를 충분히 얻기 어렵고, 니그로신의 함량이 조성물 전체 중량을 기준으로 60 중량% 초과거나 지방산 에스테르 중량이 20 중량% 미만인 경우 지방산 에스테르로 인한 분산 효과를 충분히 얻을 수 없어 분산성이 저하되는 바 바람직하지 않다.
상세하게는, 니그로신 30 내지 60 중량%, 지방산 에스테르 40 내지 70 중량%을 포함할 수 있다.
경우에 따라, 니그로신의 착색 효과를 향상시키기 위하여 카본 블랙을 첨가할 수 있으나, 카본 블랙의 함량이 40 중량%를 초과하는 경우 분산성이 저하되는 바 바람직하지 않다.
상세하게는, 니그로신 30 내지 60 중량%, 지방산 에스테르 40 내지 70 중량%, 및 카본 블랙 10 내지 30 중량%를 포함할 수 있다.
폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물의 제조방법
한편, 본 발명은,
무수지(resinless) 타입의 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물의 제조방법을 제공한다.
앞에서 설명한 바와 같이, "폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물"은 압출기를 이용한 혼련 후 압출된 상태를 의미할 수 있다.
본 발명에서 "무수지(resinless) 타입의 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물"은 상기 조성물 자체가 폴리머를 이루지 않는다는 의미이다.
따라서, 상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 조성물의 제조방법은,
i) 니그로신, 또는 니그로신 및 카본블랙 ii) 상기 니그로신, 또는 니그로신 및 카본블랙을 폴리아미드에 분산시키기 위한 분산제를 압출기에 투입하는 단계; 및
상기 투입된 투입물을 혼련 후 압출하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 니그로신 마스터 배치 조성물은 후술하는 바와 같이, 80℃이하의 저온에서 제조될 수 있어 에너지 소비를 상당 부분 줄일 수 있는 바 생산 효율이 뛰어나다.
구체적으로, 상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 조성물은 니그로신, 또는 니그로신 및 카본블랙과, 상기 니그로신, 또는 니그로신 및 카본블랙을 폴리아미드에 분산시키기 위한 분산제를 포함할 수 있다.
상기 분산제는 예를 들어, 지방산 에스테르일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 니그로신 마스터배치 조성물은 지방산 에스테르가 분산제 역할을 하여 분산성이 우수하며, 담체로도 작용하므로 별도의 고분자 담체가 필요 없다.
상기 지방산 에스테르는 예를 들어, 폴리올과 탄소 원자수 8 내지 22의 포화 또는 불포화 지방산의 에스테르일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 폴리올은 예를 들어, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 글리세롤, 소르비톨, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨 및 트리펜타에리트리톨으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상일 수 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상세하게는 펜타에리트리톨일 수 있다.
상기 탄소 원자수 8 내지 22의 포화 또는 불포화 지방산은 스테아린산, 카프르산, 카프릴산, 미리스틱산, 라우리산, 리놀레산, 리놀렌산, 아라키딘산, 아라키돈산, 에루스산, 리시놀산, 팔미트산, 팔미톨레산, 및 베헨산으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상일 수 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상세하게는, 스테아린산일 수 있다.
상세하게는, 상기 지방산 에스테르는 펜타에리트리톨 트리스테아레이트 및 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트 중 적어도 하나 이상일 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물의 제조방법은,
니그로신 20 내지 60 중량%, 지방산 에스테르 20 내지 70 중량% 및 카본 블랙 0 내지 40 중량%를 압출기로 투입하는 단계; 및
상기 투입된 투입물을 혼련 후 압출하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 니그로신의 함량이 조성물 전체 중량을 기준으로 20 중량% 미만이거나 지방산 에스테르 함량이 70 중량%를 초과하는 경우, 니그로신으로 인한 블랙 착색 효과를 충분히 얻기 어렵고, 니그로신의 함량이 조성물 전체 중량을 기준으로 60 중량% 초과거나 지방산 에스테르 중량이 20 중량% 미만인 경우 지방산 에스테르로 인한 분산 효과를 충분히 얻을 수 없어 분산성이 저하되는 바 바람직하지 않다.
상세하게는, 니그로신 30 내지 60 중량%, 지방산 에스테르 40 내지 70 중량%을 투입할 수 있다.
경우에 따라, 니그로신의 착색 효과를 향상시키기 위하여 카본 블랙을 첨가할 수 있으나, 카본 블랙의 함량이 40 중량%를 초과하는 경우 분산성이 저하되는 바 바람직하지 않다.
상세하게는, 니그로신 30 내지 60 중량% 및 지방산 에스테르 40 내지 70 중량%를 압출기로 투입하는 단계; 및
상기 투입된 투입물을 혼련 후 압출하는 단계;를 포함하여 제조할 수 있다.
상기 압출기는 예를 들어, 싱글 스크류 압출기(single screw extrusion) 또는 동방향 트윈 스크류 압출기(co-rotating twin-screw extruder)일 수 있다. 상기 싱글 스크류 압출기 또는 동방향 스크류 압출기는 사용하는 스크류에 따라 구분될 수 있으며, 당업계에 공지된 것을 사용할 수 있다.
상세하게는, 상기 압출기의 내부의 스크류는 이송 스크류(conveying screw element), 반죽 스크류(kneading screw element), 역방향 스크류(reverse screw element)를 적절하게 조합하여 구성되며, 경우에 따라 통풍구가 설치되어 혼련 및 압축 과정에서 발생하는 수분과 가스를 제거할 수 있다.
니그로신 등의 구성 원료들은 설정된 비율로 압출기의 피더로 공급한다. 이 때, 상기 압출기의 혼련온도는 20℃내지 80℃를 나타낼 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 니그로신 마스터배치 조성물은 지방산 에스테르를 담체로 이용하는 무수지 타입으로 80℃이하의 저온에서도 제조될 수 있어 에너지 소비를 상당 부분 줄일 수 있어 생산 효율이 뛰어나다.
상기 혼련온도가 20℃미만이거나 80℃를 초과하는 경우 생산 효율이 저하되어 본 발명이 의도하는 효과를 얻을 수 없어 바람직하지 않다. 상세하게는, 상기 혼련온도는 20℃내지 75℃일 수 있다.
경우에 따라 압출기의 내부에서 니그로신 등의 구성 원료들의 혼련성을 높이고 가공성을 높이기 위해 구성하는 배럴들을 수개씩 묶어 구역을 설정한 후, 각각 혼련온도를 적절히 조절할 수 있다.
예를 들어, 싱글 스크류 압출기(single screw extrusion)를 사용하는 경우, 압출기를 피딩부, 전달부, 용융부, 다이헤드의 4개 구역으로 나눌 수 있다. 상세하게는, 상기 압출기의 피딩부는 30℃내지 45℃ 전달부는 40℃내지 50℃ 용융부는 50℃ 내지 65℃ 및 다이헤드는 65℃ 내지 80℃가 되도록 조절할 수 있다.
상기 압출기의 크기 및 압출 압력은 생산성 등을 고려하여 적절히 정할 수 있으며, 예를 들어, 상기 압출기의 크기는 L/D(length-to-diameter ratio)는 1/32 보다 클 수 있고, 압출 압력은 약 5 내지 200 bar일 수 있다.
상기 압출기의 크기가 지나치게 작거나, 압출 압력이 지나치게 낮으면 혼련이 원활하지 않을 수 있고, 압출기의 크기가 지나치게 크거나 압출 압력이 지나치게 높으면 생산 효율이 저하되거나 용융 파단 등의 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
한편, 본 발명에 따른 니그로신 마스터 배치 조성물과 폴리아미드 수지, 유리 섬유 및 산화 방지제를 혼련 후 압출시키는 과정을 통해 폴리아미드-유리 섬유 복합체 펠렛을 제조할 수 있다.
상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체 펠렛은 무수지 타입의 니그로신 마스터 배치 조성물을 이용하여 우수한 분산성을 나타내어, 궁극적으로 고광택, 향상된 표면 평활성(surface smoothness), 및 개선된 표면 컬러를 나타내며 기계적 특성이 우수한 폴리아미드-유리 섬유 복합체를 저비용을 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체 펠렛은 니그로신 마스터 배치 조성물 1 내지 10 중량%, 폴리아미드 수지 50 내지 80 중량%, 유리 섬유 10 내지 40 중량% 및 산화 방지제 0.1 내지 1 중량%를 포함할 수 있다.
상기 폴리아미드 수지는 예를 들어, 폴리아미드-66, 폴리아미드-6, 폴리아미드-46 및 이들의 공중합체로 구성되는 군에서 선택되는 1 종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이를 포함하여 우수한 유동성을 확보하여 가공성이 향상될 수 있다.
상기 유리 섬유는 우수한 기계적 강도를 구현하기 위해 포함한다.
상기 유리 섬유의 함량은 폴리아미드-유리 섬유 복합체 펠렛 전체 중량 대비 유리 섬유 10 내지 40 중량%일 수 있다. 이를 넘어서 지나치게 높은 함량의 유리 섬유는 유동성이나 가공성이 좋지 않고, 지나치게 낮은 함량의 유리 섬유는 기계적 강도 향상 효과가 있을 수 없어 바람직하지 않다. 상세하게는 유리 섬유는 20 내지 35 중량%일 수 있다.
상기 유리 섬유는 A 유리 섬유, C 유리 섬유, D 유리 섬유, E 유리 섬유, M 유리 섬유, S 유리 섬유 및 R 유리 섬유 또는 이들의 혼합물과 같은 모든 유형의 유리 섬유를 사용하는 것이 가능하다.
상기 산화방지제는 압출 과정에서 산화에 따라 발생하는 라디칼을 제거할 뿐만 아니라, 최종 생산품인 폴리아미드-유리 섬유 복합체를 보호하는 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 페놀계 산화 방지제로, N,N'-헥산-1,6-디일비스 (3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피온아미드),N,N'-디-2부틸-1,4-페닐렌디아민, 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀, 2,4-디메틸-6-tert-부틸페놀, 2,6-디-tert-부틸페놀, 2,2'-에틸리덴-비스(4,6-디-tert-부틸페놀), 2,2'-메틸렌-비스(6-tert-부틸-4-메틸페놀), 4,4'-부틸리덴-비스(2-tert-부틸-5-페틸페놀), 4,4'-티오비스(2-tert-부틸-5-메틸페놀) 및 옥타데실 3-(3,5-디-tert-부틸-4'-히드록시페놀)프로피오네이트 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 산화 방지제는 펠렛 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 1 중량%를 포함하는 경우 가공 시 산화로 인하 물성 저하를 방지할 수 있고, 성형 가공성을 더욱 향상시킬 수 있다. 상세하게는 0.2 내지 0.8 중량%를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 니그로신 마스터 배치 조성물 1 내지 10 중량%, 폴리아미드 수지 50 내지 80 중량%, 유리 섬유 10 내지 40 중량% 및 산화 방지제 0.1 내지 1 중량%를 제 2 압출기에 투입하는 단계; 및
상기 투입된 투입물을 혼련 후 압출하는 단계;를 포함하여 폴리아미드-유리 섬유 복합체 펠렛을 제조할 수 있다.
상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체 조성물 등의 구성 원료들은 설정된 비율로 압축기의 피더로 공급될 수 있다. 이 경우 혼련온도는 220℃내지 300℃일 수 있다. 압출 압력이 지나치게 낮으면 혼련이 원활하지 않을 수 있고, 너무 높으면 용융 파단 등의 문제가 발생할 수 있어 압출 압력은 약 5 내지 200 bar일 수 있다.
상기 압출기에서 압출된 소재를 냉각, 건조 후 절단 등을 하는 과정을 통하여 펠렛 형태의 폴리아미드-유리 섬유 복합체 펠렛을 제조하고, 이를 이용하여 제반 특성이 우수한 폴리아미드-유리 섬유 복합체를 얻을 수 있다.
<실시예 1-1> 니그로신 마스터배치 조성물
지방산 에스테르로 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트 50 중량%, 니그로신 50 중량%를 혼합하고 싱글 스크류 압출기의 피더에 첨가 후 혼련 및 압출하여 니그로신 마스터배치 조성물을 제조하였다. 상기 싱글 스크류 압출기는 피딩부, 전달부, 용융부 및 다이헤드의 설정 온도가 40/43/50/65℃인 4개의 히팅존을 가지고 있다.
<실시예 1-2> 니그로신 마스터배치 조성물
지방산 에스테르로 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트 50 중량%, 니그로신 30 중량%, 카본 블랙 20 중량%를 혼합하고 싱글 스크류 압출기의 피더에 첨가 후 혼련 및 압출하여 니그로신 마스터배치 조성물을 제조하였다. 상기 싱글 스크류 압출기는 피딩부, 전달부, 용융부 및 다이헤드의 설정 온도가 40/43/60/70℃인 4개의 히팅존을 가지고 있다.
<실시예 1-3> 니그로신 마스터배치 조성물
지방산 에스테르로 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트 50 중량%, 니그로신 30 중량%, 카본 블랙 20 중량%를 혼합한 후, 동방향 트윈 스크류 압출기의 피더에 첨가 후 혼련 및 압출하여 니그로신 마스터배치 조성물을 제조하였다. 상기 동방향 트윈 스크류 압출기는 1/32보다 큰 L/D(length-to-diameter ratio) 비율을 가진다. 상기 동방향 트윈 스크류 압출기의 스크류 존은 히팅존을 가지며, 상기 설정 온도는 각각 다음과 같다. 피딩부: 30-40℃ 전달부: 40-50℃ 용융부: 50-60℃ 다이헤드: 70-75℃.
<실시예 2-1> 실시예 1-1의 니그로신 마스터 배치를 이용한 폴리아미드와 유리섬유의 컴파운딩
PA6 66.8 중량%, 유리 섬유 30 중량%, Irgafos168과 Irganox1010을 2:1로 혼합한 산화방지제 0.2 중량%, 실시예 1-1에 따른 니그로신 마스터배치 조성물 3 중량%을 혼합한 후, 동방향 트윈 스크류 압출기에 의해 펠레타이즈 된다. 피딩부에서 다이헤드 존에 이르는 가열 온도는 240-270℃이다. 이 방법으로 폴리아미드-유리 섬유 복합체 펠렛을 제조하였다.
<실시예 2-2> 실시예 1-2의 니그로신 마스터 배치를 이용한 폴리아미드와 유리섬유의 컴파운딩
실시예 1-2에 따른 니그로신 마스터 배치 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 폴리아미드-유리 섬유 복합체 펠렛을 제조하였다.
<실시예 2-3> 실시예 1-3의 니그로신 마스터 배치를 이용한 폴리아미드와 유리섬유의 컴파운딩
실시예 1-3에 따른 니그로신 마스터 배치 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 폴리아미드-유리 섬유 복합체 펠렛을 제조하였다.
<비교예 1>
PA6 67.8 중량%, 유리 섬유 30 중량%, Irgafos168과 Irganox1010을 2:1로 혼합한 산화방지제 0.2 중량%, 카본 블랙 1.5 중량%, 및 징크 스테어레이트(Zinc stearate) 0.5 중량% 를 혼합한 후, 동방향 트윈 스크류 압출기에 의해 펠레타이즈한다.
<비교예 2>
PA6 66.3 중량%, 유리 섬유 30 중량%, Irgafos168과 Irganox1010을 2:1로 혼합한 산화방지제 0.2 중량%, 상업용 폴리 아미드/니그로신 (5/5) 마스터배치 3 중량%, 징크 스테어레이트(Zinc stearate) 0.5 중량%을 혼합한 후, 동방향 트윈 스크류 압출기에 의해 펠레타이즈한다.
<실험예 1>
실시예 2-1, 2-2, 2-3, 비교예 1, 비교예 2에 따른 펠렛을 인젝션 몰딩 장치(injection molding machine)를 이용하여 시트(sheet) 형태의 폴리아미드-유리섬유 복합체를 제조한 후 이를 육안을 관찰하여 하기 도 1에 나타내었다.
도 1을 참고하면, 실시예 2-1, 2-2, 2-3, 비교예 2에 따른 폴리아미드-유리섬유 복합체는 모두 진한 블랙 컬러를 나타내며 우수한 광택의 표면을 관찰할 수 있었다.
반면, 비교예 1에 따른 흑색의 폴리아미드-유리섬유 복합체는 표면에 돌출된 글래스 피버 때문에 높은 표면 조도 및 많은 화이트 스팟이 관찰되었다
<실험예 2>
실시예 2-1, 2-2, 2-3, 및 비교예 1, 2에 따른 펠렛을 인젝션 몰딩 장치(injection molding machine)를 이용하여 물성샘플(인장강도, 골곡강도와 충격강도)의 형태의 폴리아미드-유리섬유 복합체를 제조한 후 인장강도, 연신율 등을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 테스트 방법으로 인장강도 ASTM·D638, 연신율 ASTM·D638, 굴곡강도 ASTM·D790, 변형율 ASTM·D790, 충격강도 ASTM·D256을 사용하였다.
항목 인장강도 (MPa) 연신율 (%) 굴곡강도 (MPa) 변형율 (%) 충격강도
(J/m)
실시예2-1 89.73 14.36 121.11 43.52 43.52
실시예2-2 86.49 14.05 116.89 45.21 45.21
실시예2-3 88.45 14.20 118.27 44.26 44.26
비교예 1 72.08 12.77 105.52 48.15 48.15
비교예 2 85.41 13.54 112.97 46.04 46.04
상기 표 1에 따르면, 본 발명에 따른 실시예 2-1, 2-2 및 2-3에 따른 폴리아미드-유리섬유 복합체는 비교예 1 및 2와 비교하여 우수한 인장강도, 연신율, 굴곡강도 등을 보여주는 바 기계적 물성이 뛰어난 것을 확인할 수 있다.

Claims (14)

  1. 니그로신, 또는 니그로신 및 카본블랙과, 상기 니그로신, 또는 니그로신 및 카본블랙을 폴리아미드에 분산시키기 위한 분산제를 포함하며, 상기 분산제는 지방산 에스테르인 것을 특징으로 하는 무수지(resinless) 타입의 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 지방산 에스테르는, 폴리올과 탄소 원자수 8 내지 22의 포화 또는 불포화 지방산의 에스테르인 것을 특징으로 하는 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 조성물은 니그로신 20 내지 60 중량%, 지방산 에스테르 20 내지 70 중량% 및 카본 블랙 10 내지 30 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 조성물은 니그로신 30 내지 60 중량% 및 지방산 에스테르 40 내지 70 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물.
  7. 무수지(resinless) 타입의 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물의 제조방법으로,
    i) 니그로신, 또는 니그로신 및 카본블랙 ii) 상기 니그로신, 또는 니그로신 및 카본블랙을 폴리아미드에 분산시키기 위한 분산제를 압출기에 투입하는 단계; 및
    상기 투입된 투입물을 혼련 후 압출하는 단계;를 포함하며,
    상기 분산제는 지방산 에스테르인 것을 특징으로 하는 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 지방산 에스테르는, 폴리올과 탄소 원자수 8 내지 22의 포화 또는 불포화 지방산의 에스테르인 것을 특징으로 하는 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물의 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 조성물의 제조방법은,
    니그로신 20 내지 60 중량%, 지방산 에스테르 20 내지 70 중량% 및 카본 블랙 10 내지 30 중량%를 압출기로 투입하는 단계; 및
    상기 투입된 투입물을 혼련 후 압출하는 단계;를 포함하는 것 특징으로 하는 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물의 제조방법.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 조성물의 제조방법은,
    니그로신 30 내지 60 중량% 및 지방산 에스테르 40 내지 70 중량%를 압출기로 투입하는 단계; 및
    상기 투입된 투입물을 혼련 후 압출하는 단계;를 포함하는 것 특징으로 하는 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물의 제조방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 압출기의 혼련온도는 20℃내지 80℃를 나타내는 것을 특징으로 하는 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물의 제조방법.
  14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 압출기의 L/D(length-to-diameter ratio)는 1/32 보다 큰 것을 특징으로 하는 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물의 제조방법.
KR1020200024692A 2020-02-28 2020-02-28 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물 및 그 제조방법 KR102284335B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200024692A KR102284335B1 (ko) 2020-02-28 2020-02-28 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200024692A KR102284335B1 (ko) 2020-02-28 2020-02-28 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102284335B1 true KR102284335B1 (ko) 2021-08-02

Family

ID=77315625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200024692A KR102284335B1 (ko) 2020-02-28 2020-02-28 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102284335B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040045009A (ko) * 2001-09-27 2004-05-31 클라리언트 파이넌스 (비브이아이)리미티드 형광 안료 조성물
KR100480218B1 (ko) * 1996-03-21 2005-09-02 오리엔트 가가쿠 고교 가부시키가이샤 흑색폴리아미드수지조성물
KR20070069003A (ko) * 2005-12-27 2007-07-02 오리엔트 가가쿠 고교 가부시키가이샤 조립 착색제 및 그 관련 기술
JP5667625B2 (ja) * 2010-05-21 2015-02-12 旭化成ケミカルズ株式会社 マスターバッチペレットおよびその製造方法ならびに該マスターバッチペレットを含むポリアミド樹脂組成物

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100480218B1 (ko) * 1996-03-21 2005-09-02 오리엔트 가가쿠 고교 가부시키가이샤 흑색폴리아미드수지조성물
KR20040045009A (ko) * 2001-09-27 2004-05-31 클라리언트 파이넌스 (비브이아이)리미티드 형광 안료 조성물
KR20070069003A (ko) * 2005-12-27 2007-07-02 오리엔트 가가쿠 고교 가부시키가이샤 조립 착색제 및 그 관련 기술
JP5667625B2 (ja) * 2010-05-21 2015-02-12 旭化成ケミカルズ株式会社 マスターバッチペレットおよびその製造方法ならびに該マスターバッチペレットを含むポリアミド樹脂組成物

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2872568B1 (en) Olefin-maleic anhydride copolymer compositions and uses thereof
US5145891A (en) Polypropylene resin composition
CN101525487B (zh) 一种可环境降解的复合材料及其制备方法
CN110437538B (zh) 一种3d打印用聚丙烯耗材及其制备方法
CN114507395B (zh) 一种耐腐蚀的玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法
CN107541049B (zh) 一种石墨烯协同连续玻纤增强无卤阻燃耐候ppo/hips合金材料及其制备方法
KR102284335B1 (ko) 폴리아미드-유리 섬유 복합체용 니그로신 마스터배치 조성물 및 그 제조방법
CN114350129A (zh) 一种全生物基高降解复合材料及其制备方法
CN113603989B (zh) 改性聚乙烯醇薄膜及其制备方法与应用
CN112552586B (zh) 一种玻纤增强聚丙烯组合物及其制备方法
CN111792876B (zh) 一种spc石塑地板材料及其地板
CN114933741A (zh) 一种高刚高抗冲聚丙烯复合助剂及其制备方法
CN110079046B (zh) 一种易分散复合载体母粒及其制备方法
CN111320797B (zh) 一种超高分子量聚乙烯复合材料及其加工方法和制品
CN113248833A (zh) 可降解聚丙烯复合材料及其制备方法和应用
CN110982263A (zh) 导热尼龙材料及其制备方法和应用、散热器件
KR102642395B1 (ko) 탈가교된 재생 폴리에틸렌을 포함하는 성형체 조성물
CN115403901B (zh) 一种蛋糕机搅拌杆材料及其制备方法
CN116218209B (zh) 一种聚酰胺复合材料及其制备方法和应用
CN109705578B (zh) 一种自修复的碳纤增强聚苯硫醚组合物及其制备方法
KR102654692B1 (ko) 재활용 탄소복합체 및 이의 제조방법
CN109705538B (zh) 护肤品塑料包装瓶及其制备方法
CN113895016B (zh) 用于聚乙烯醇材料熔融改性加工的双螺杆组合与加工工艺
CN111040318B (zh) 一种低压缩永久变形动态硫化tpv工业化生产方法
KR20230104372A (ko) 탈가교된 재생 폴리에틸렌을 포함하는 성형체 조성물을 활용한 휨 전선관의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant