KR102367852B1 - 고분자 조성물, 성형품 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

고분자 조성물, 성형품 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 친환경 난연 고분자 조성물, 성형품, 및 그 제조 방법에 관한 발명이다.
일 측면에 따른 고분자 조성물은 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 포함하는 열가소성 수지; 바이오 재료에서 추출된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT, Polytrimethylene terephthalate)를 포함하는 바이오 기반 수지; 및 코어-쉘 타입 엘라스토머(core-shell type elastomer)를 포함하는 충격 개질제;를 포함한다.

Description

고분자 조성물, 성형품 및 그 제조 방법{POLYMER COMPOSITION AND FORMED ARTICLE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
고분자 조성물, 성형품 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 친환경 난연 고분자 조성물, 성형품, 및 그 제조 방법에 관한 발명이다.
전자 통신 산업의 발달로 영상기기 및 휴대용 무선단말기가 소형화, 경박화, 경량화 고화질화 되어 가면서 그 기능이 다양해지고 있는 추세이다.
이에, 경박화에 따른 제품의 강성을 유지하고, 공정에 있어서 제품 성형성에 문제가 없는 유변학적 특정을 가지며, 소비자의 니즈를 충족하기 위한 친환경성을 가지는 재료 설계에 대한 개발이 필요한 상황이다.
종래에는 이러한 목적을 달성하기 위해 포스트 컨슈머 재료(PCM, post-consumer materials) 또는 포스트 컨슈머 레진(PCR, post-consumer resin)과 같은 재활용 소재를 활용하거나 바이오 소재를 활용하였다. 재활용 소재를 사용할 경우 원재료 공급 측면에서 수급 불안정, 충격 강도 측면에서 물성이 저하 등의 문제가 있었으며, 바이오 소재를 사용할 경우 결정화에 따른 사출물의 물성 변화등의 문제가 있었다.
이에 최근에는 고강성 물성 구현 및 고유동 특성을 확보하고, 친환경 재료 구현을 통한 그린 소비자의 니즈 충족을 위한 다양한 연구가 진행 중에 있다.
일 측면은 친환경 재료로서 바이오 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(bio-PTT, bio based polytrimethylene terephthalate)를 포함하는 고분자 조성물, 성형품 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
다른 측면은, 친환경 재료의 물성을 보완하도록 폴리카보네이트를 포함하는 열가소성 수지와 코어-쉘 타입 엘라스토머를 더 포함하는 고분자 수지, 성형품 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또 다른 측면은, 친환경 재료의 물성을 보완하도록 유리 섬유를 더 포함하는 고분자 수지, 성형품 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
일 측면에 따른 고분자 조성물은, 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 포함하는 열가소성 수지; 바이오 재료에서 추출된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT, Polytrimethylene terephthalate)를 포함하는 바이오 기반 수지; 및 코어-쉘 타입 엘라스토머(core-shell type elastomer)를 포함하는 충격 개질제;를 포함한다.
또한, 상기 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT, Polytrimethylene terephthalate)는, 식물성 재료에서 추출된 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 코어-쉘 타입 엘라스토머는, 상기 코어(core)에 실리콘 및 아크릴 공중합체를 포함하고, 상기 쉘(shell)에 PMMA(polymethylmethacrylate)를 포함할 수 있다.
또한, 전체 고분자 조성물 중량 대비 상기 열가소성 수지 70 내지 90 중량부; 상기 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 바이오 기반 수지 3 내지 15 중량부; 및 상기 코어-쉘 타입 엘라스토머를 포함하는 충격 개질제 3 내지 10 중량부;를 포함할 수 있다.
또한, 열가소성 수지는, 저분자량의 폴리카보네이트 수지, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 및 폴리실록산-폴리카보네이트(Si-PC) 수지를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 수지를 포함할 수 있다.
또한, 열가소성 수지는, 전체 고분자 조성물 중량 대비 저분자량의 폴리카보네이트 40 내지 60 중량부; 고분자량의 폴리카보네이트 20 내지 30 중량부; 및 폴리실록산-폴리카보네이트(Si-PC) 5 내지 20 중량부;를 포함할 수 있다.
또한, 저분자량의 폴리카보네이트 수지는 용융지수(300℃, 1.2kg)가 10g/10min 초과인 수지를 포함하고, 상기 고분자량의 폴리카보네이트 수지는 용융지수(300℃, 1.2kg)가 10g/10min 이하인 것을 포함할 수 있다.
또한, 폴리실록산-폴리카보네이트(Si-PC) 수지는 실록산 블록을 포함할 수 있다.
또한, 코어-쉘 타입 엘라스토머는, 상기 코어(core)에 실리콘 및 아크릴 공중합체를 포함하고, 상기 쉘(shell)에 PMMA(polymethylmethacrylate)를 포함할 수 있다.
또한, UL(UnderWriter's Laboratory) 규격이 V2 이상인 것을 포함할 수 있다.
또한, 용융지수(300℃, 1.2kg)가 10g/10min 이상인 것을 포함할 수 있다.
또한, 아이조드 노치 충격 강도 (Izod Notched Impact Strength)가 70(kgfcm/cm) 이상인 것을 포함할 수 있다.
일 측면에 따른 고분자 조성물은 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 포함하는 열가소성 수지; 바이오 재료에서 추출된 바이오 기반 수지; 코어-쉘 타입 엘라스토머(core-shell type elastomer)를 포함하는 충격 개질제; 및 유리 섬유를 포함하는 보강재;를 포함한다.
또한, 유리 섬유는, 상기 유리 섬유의 길이가 3 내지 4 mm 범위를 가지며, 상기 유리 섬유의 직경이 5 내지 30 마이크론 범위를 가지는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 유리 섬유는, 상기 유리 섬유 단면의 종횡비가 1:1 내지 1:4 범위를 가지는 것을 포함할 수 있다.
또한, 전체 고분자 조성물 중량 대비 상기 열가소성 수지 55 내지 80 중량부; 상기 바이오 기반 수지 3 내지 15 중량부; 상기 코어-쉘 타입 엘라스토머를 포함하는 충격 개질제 3 내지 10 중량부; 및 상기 유리섬유를 포함하는 보강재 10 내지 30 중량부;를 포함할 수 있다.
또한, 열가소성 수지는, 저분자량의 폴리카보네이트 수지, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 및 폴리실록산-폴리카보네이트(Si-PC) 수지를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 수지를 포함할 수 있다.
또한, 열가소성 수지는, 전체 고분자 조성물 중량 대비 상기 저분자량의 폴리카보네이트 40 내지 60 중량부; 상기 고분자량의 폴리카보네이트 20 내지 30 중량부; 및 상기 폴리실록산-폴리카보네이트(Si-PC) 5 내지 20 중량부;를 포함한다.
또한, 저분자량의 폴리카보네이트 수지는 용융지수(300℃, 1.2kg)가 10g/10min 초과인 수지를 포함하고, 상기 고분자량의 폴리카보네이트 수지는 용융지수(300℃, 1.2kg)가 10g/10min 이하인 것을 포함할 수 있다.
또한, 실록산 코폴리에스테르를 포함하는 표면 개질제;를 더 포함할 수 있다.
또한, 전체 고분자 조성물 중량 대비 상기 열가소성 수지 55 내지 80 중량부; 상기 바이오 기반 수지 3 내지 15 중량부; 상기 코어-쉘 타입 엘라스토머를 포함하는 충격 개질제 3 내지 10 중량부; 상기 유리섬유를 포함하는 보강재 10 내지 30 중량부; 및 상기 표면 개질제 1 내지 5 중량부;를 포함할 수 있다.
또한, 실록산 코폴리에스테르는, 폴리에스테르 블록 및 폴리실록산 블록이 ABA 형태의 블록 공중합체인 것을 포함할 수 있다.
또한, 바이오 기반 수지는, 옥수수를 포함하는 식물성 재료에서 추출된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT, Polytrimethylene terephthalate)를 포함할 수 있다.
또한, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트는, 방사성 탄소 C14를 포함할 수 있다.
또한, UL(UnderWriter's Laboratory) 규격이 V2 이상인 것을 포함할 수 있다.
또한, 용융지수(300℃, 1.2kg)가 10g/10min 이상인 것을 포함할 수 있다.
또한, 아이조드 노치 충격 강도 (Izod Notched Impact Strength)가 70(kgfcm/cm) 이상인 것을 포함할 수 있다.
일 측면에 따른 성형품의 제조 방법은 압출기로부터 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 포함하는 열가소성수지와, 바이오 재료에서 추출된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT, Polytrimethylene terephthalate)를 포함하는 바이오 기반 수지와, 코어-쉘 타입 엘라스토머(core-shell type elastomer)를 포함하는 충격 개질제를 포함하는 고분자 조성물을 제조하는 단계와, 상기 고분자 조성물을 사출성형장치에 투입해 사출 성형하는 단계를 포함한다.
또한, 고분자 조성물을 제조하는 단계는, 상기 고분자 조성물을 압출하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 고분자 조성물을 압출하는 것은, 상기 조성물을 용융하는 것과, 상기 조성물에 전단응력을 인가해 분산시키는 것을 포함할 수 있다.
또한, 고분자 조성물을 제조하는 단계는, 제 1 사이드피더를 통해 실록산 코폴리에스테르를 포함하는 표면 개질제를 제공해 압출하는 것과, 제 2 사이드피더를 통해 유리섬유를 포함하는 보강재를 제공해 압출하는 것을 포함할 수 있다.
일 측면에 따른 성형품은 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 포함하는 열가소성 수지, 바이오 재료에서 추출된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT, Polytrimethylene terephthalate)를 포함하는 바이오 기반 수지 및 코어-쉘 타입 엘라스토머(core-shell type elastomer)를 포함하는 충격 개질제를 포함하는 고분자 조성물로 이루어진다.
또한, 고분자 조성물은, 유리 섬유를 포함하는 보강재 및 실록산 코폴리에스테르를 포함하는 표면개질제를 더 포함할 수 있다.
또한, 전자제품의 내장재(interior materials) 또는 외장재(exterior materials)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전자제품은 스마트 기기를 포함하고, 상기 내장재는 상기 스마트 기기의 리어 커버를 포함하고, 상기 외장재는 상기 스마트 기기의 프런트 커버, 프런트 데코, 홈키, 사이드 키 및 배터리 커버를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 전자제품은, 디스플레이 장치, 컴퓨터, 태블릿 PC, 프린터, 복합기, 냉장고, 세탁기, 공기조화기, 로봇청소기, 카메라, 이북(E-BOOK), 전자종이(E-Paper), 3D 안경 및 충전기를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 고분자 수지, 성형품 및 그 제조 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
먼저, 바이오 재료에서 추출된 바이오 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(bio-PTT, bio based polytrimethylene terephthalate)에 의해 글로벌 친환경 정책에 부합되도록 친환경 재료를 구현할 수 있다.
또한, 박막 성형 사출이 가능하여 제품의 경박화에 대한 소비자의 니즈를 충족시킬 수 있다.
또한, 코어-쉘 타입 엘라스토머로 우수한 충격 강성을 가질 수 있다.
도 1은 성형품의 일 예에 따른 스마트 기기의 분해 사시도 이다.
도 2는 도 1의 스마트 기기를 AA'방향으로 자른 단면도 이다.
도 3은 성형품의 일 예에 따른 디스플레이 장치의 사시도 이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 압출기의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 사출성형장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 제조예 2에 따른 제조 방법을 도식화한 모식도이다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 발명의 바람직한 예에 불과하며, 출원 시점에 있어 본 명세서의 실시 예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
이하 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 발명의 예시적 실시 예를 상세하게 설명한다.
일 측면에 따른 고분자 조성물은 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 포함하는 열가소성 수지, 바이오 재료에서 추출된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT, Polytrimethylene terephthalate)를 포함하는 바이오 기반 수지 및 코어-쉘 타입 엘라스토머(core-shell type elastomer)를 포함하는 충격 개질제를 포함한다. 구체적으로, 전체 고분자 조성물 중량 대비 열가소성 수지 70 내지 90 중량부와, 바이오 재료에서 추출된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 바이오 기반 수지 3 내지 15 중량부와, 코어-쉘 엘라스토머를 포함하는 충격 개질제 3 내지 10 중량부를 포함할 수 있다.
열가소성 수지는 열을 가하여 성형한 뒤에도 다시 열을 가하여 형태를 변형시킬 수 있는 수지로 일 실시 예에 따른 열가소성 수지는 폴리카보네이트(polycarbonate)를 포함할 수 있다. 폴리카보네이트 수지는 실용화된 열가소성 수지로, 비스페놀 A를 원료로 합성될 수 있다. 폴리카보네이트 수지는 투명하고 뛰어난 기계적 성질을 가지며, 이에 일 실시 예에 따른 고분자 조성물을 재료로 성형한 성형품에 내충격성을 부여할 수 있다. 아울러, 폴리카보네이트 수지는 자소성(self-extinguishing)을 가지며, 이에 일 실시 예에 따른 고분자 조성물을 재료로 성형한 성형품에 내열성(heat resistance) 및 난연성(fire retardant)을 부여할 수 있다. 폴리카보네이트 수지는 전술한 내충격성, 내열성 및 난연성 특징 뿐만 아니라 유연성 및 가공성이 우수하여 자동차 부품에서 포장재료, 전자기기에 이르기 까지 넓은 응용분야에 적용될 수 있다.
폴리카보네이트 수지는 분자량이 다른 단위를 혼합함으로써 그 물성을 조절할 수 있다. 일 실시 예에 따른 열가소성 수지는 저분자량의 폴리카보네이트, 고분자량의 폴리카보네이트 및 폴리실록산-폴리카보네이트(Si-PC)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 열가소성 수지는 전체 고분자 조성물 중량 대비 저분자량의 폴리카보네이트 40 내지 60 중량부, 고분자량의 폴리카보네이트 20 내지 30 중량부 및 폴리실록산-폴리카보네이트(Si-PC) 5 내지 20 중량부를 포함할 수 있다.
여기서, 저분자량의 폴리카보네이트 수지는 용융지수(300℃, 1.2kg)가 10g/10min 초과인 수지를 포함할 수 있으며, 고분자량의 폴리카보네이트 수지는 용융지수(300℃, 1.2kg)가 10g/10min 이하인 것을 포함할 수 있다.
폴리실록산-폴리카보네이트(Si-PC) 수지는 실록산 블록을 포함할 수 있다. 폴리실록산-폴리카보네이트 수지는 내충격성이 우수한 특성을 가지며, 다만 조성물 내에서 그 함량이 높아질 경우 조성물의 유동성이 떨어질 수 있는 바 그 함량을 적절히 조절함이 바람직하다.
바이오 기반 수지는 생분해 특성을 가지고 있는 고분자 수지로 의학, 식품, 일회용품, 코팅 등 산업 전반에 걸쳐 사용될 수 있는 범용적 고분자 수지이다. 바이오 기반 수지는 전체 고분자 조성물 중량 대비 3 내지 15 중량부 범위 내에서 포함될 수 있으며, 바이오 재료에서 추출된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT, Polytrimethylene terephthalate)를 포함할 수 있다. 여기서 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트는 옥수수 등을 포함하는 식물성 재료에서 추출된 바이오 원료로 제조된 것을 포함할 수 있다. 이하, 합성 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트와의 구별을 위해 식물성 재료에서 추출된 바이오 원료로 제조된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트는 바이오 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(이하, bio-PTT)로 지칭한다.
bio-PTT는 방사성 탄소 C14를 포함할 수 있다. 일반적으로 식물은 공기중의 방사성 탄소인 C14(Carbon 14)로부터 생성된 이산화탄소(CO2)를 사용해 광합성 작용을 수행할 수 있다. 따라서, 식물성 재료는 방사성 탄소인 C14를 포함할 수 있으며, 재료 내 방사성 탄소의 양을 분석할 경우 바이오 원료의 함량을 도출할 수 있다. 본 실시 예에 따른 bio-PTT는 식물성 재료에서 추출된 바이오 원료로서 방사성 탄소 C14를 포함할 수 있다.
폴리트리메틸렌 테레프탈레이트는 방향족 폴리에스테르의 일종으로 방향족 폴리에스테르인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)의 우수한 물성과 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT)의 우수한 가공성을 조합한 물성을 가진다. 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트(PTT)는 높은 내화학성을 가지며, 저분자량 폴리카보네이트와 유사하게 고분자 조성물 내에서의 흐름성이 우수하다. 한편, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트는 열에 약한 특성을 가지나, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물은 폴리카보네이트 수지를 포함함으로써 그 난연 특성을 확보할 수 있다.
엘라스토머(elastomer)는 상온에서 고무 탄성을 나타내는 고분자 물질로 가역적으로 수백 퍼센트의 변형을 할 수 있다. 따라서, 엘라스토머는 일 실시 예에 따른 고분자 조성물의 충격 강도를 개질시키는 작용제로서 기능할 수 있다.
일 실시 예에 따른 고분자 조성물은 코어-쉘 타입 엘라스토머를 포함하는 충격 개질제 3 내지 10 중량부를 포함할 수 있다. 코어-쉘 타입 엘라스토머가 고분자 조성물 내에 너무 적게 함유될 경우 고분자 조성물 중에서의 엘라스토머의 분산성이 나빠져 내충격성의 개량 효과가 낮아질 수 있으며, 너무 많이 함유될 경우 점성이 지나치게 높아져 성형 용이성이 저하될 우려가 있다. 이에, 고분자 조성물 내에 코어-쉘 타입 엘라스토머 함량을 적정 범위 내에서 조절 함이 바람직하다.
코어-쉘 타입 엘라스토머의 코어(core)는 실리콘 및 아크릴 공중합체를 포함할 수 있으며, 쉘(shell)은 PMMA(polymethylmethacrylate)를 포함할 수 있다. 다만, 엘라스토머의 종류가 전술한 코어-쉘 타입 엘라스토머에 한정되는 것은 아니며, 일반적인 충격 개질제 등이 사용될 수 있음은 물론이다.
이와 같이 구성되는 일 측면에 따른 고분자 조성물은 UL(UnderWriter's Laboratory)94 규격이 V2 이상인 것을 포함할 수 있다. UL94 규격은 국제 난연성 시험규격으로 일 실시 예에 따른 고분자 조성물은 열가소성 수지로 폴리카보네이트를 사용함으로써 V2 등급 이상의 난연성을 확보할 수 있다.
또한, 일 측면에 따른 고분자 조성물은 용융지수(300℃, 1.2kg)가 10g/10min 이상인 것을 포함할 수 있다. 용융지수는 정해진 일정 조건 하에서 용융물을 피스톤에서 압출하였을 때의 유량이다. 보다 상세하게, 용융물의 흐름 용이성을 나타내는 지수로, 용융 지수가 좋을수록 박막 형태로의 성형이 용이할 수 있다. 일 측면에 따른 고분자 조성물은 저분자량의 폴리카보네이트를 사용함으로써 우수한 용융 흐름성을 확보할 수 있다.
또한, 일 측면에 따른 고분자 조성물은 아이조드 노치 충격 강도 (Izod Notched Impact Strength)가 70(kgfcm/cm) 이상인 것을 포함할 수 있다. 아이조드 노치 테스트는 충격 강도를 테스트하는 실험 방법 중 하나로, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물은 코어-쉘 타입 엘라스토머를 사용함으로써 아이조드 노치 테스트에 대한 충격 강도를 확보할 수 있다.
일 측면에 따른 고분자 조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 첨가제로는 열 안정제, UV 안정제, 산화방지제, 활제, 소취제 및 표면안정제를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있다.
열 안정제(thermal stabilizer), UV 안정제(UV stabilizer), 산화방지제(anti-oxidant)는 고분자 조성물의 열화(劣化)를 방지 또는 억제하기 위해 첨가되는 화학약품이다. 일 측면에 따른 고분자 조성물은 폴리카보네이트와 같은 플라스틱 성분을 포함하는데, 이와 같은 플라스틱 성분은 열, 빛 또는 산소 등의 영향을 받아 열화 해 가므로 이를 방지할 필요가 있다. 이에, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물은 필요에 따라 열 안정제, UV 안정제 또는 산화 방지제를 첨가해 고분자 조성물의 열화를 방지 또는 억제할 수 있다.
활제(lubricant)는 고분자 조성물의 가열 성형을 할 때 그 유동성을 양호하게 해서 가공을 쉽게 하거나, 성형품을 형틀에서 빼어내는 것(형빼기)을 쉽게 하기 위해 첨가하는 약제이다. 일 측면에 따른 고분자 조성물은 필요에 따라 가공 시 소성 개성을 주목적으로 하는 연화제 또는 가소제를 포함할 수 있으며, 형빼기 개선을 목적으로 이형제를 포함할 수 있다.
소취제(deodorant)는 고분자 조성물을 이용해 사출품 제조시 가스 발생을 최소화 하기 위해 첨가하는 첨가물로, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물 또는 성형품에 도장 성분 증착 시 신뢰성을 확보하기 위해 소취제가 첨가될 수 있다.
표면안정제(surface stabilizer)는 고분자 조성물을 이용해 성형품 제조 시 표면이 매끄럽게 형성되도록 첨가하는 첨가물로, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물은 표면안정제를 포함할 수 있다.
이상으로, 일 측면에 따른 고분자 조성물에 대해 설명하였다. 고분자 조성물의 종류 및 조성 비율이 전술한 예에 한정되는 것은 아니며 통상의 기술자가 쉽게 생각할 수 있는 범위 내의 변경을 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이다.
다음으로, 다른 측면에 따른 고분자 조성물에 대해 설명한다.
다른 측면에 따른 고분자 조성물은 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 포함하는 열가소성 수지와, 바이오 재료에서 추출된 바이오 기반 수지와, 코어-쉘 타입 엘라스토머(core-shell type elastomer)를 포함하는 충격 개질제와, 유리 섬유(glass fiber)를 포함하는 보강재와, 실록산 코폴리에스테르를 포함하는 표면 개질제를 포함한다. 보다 상세하게, 고분자 조성물은 전체 고분자 조성물 중량 대비 열가소성 수지 55 내지 80 중량부와, 바이오 기반 수지 3 내지 15 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 3 내지 10 중량부와, 유리섬유 10 내지 30 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트(Si-PC) 5 내지 20 중량부를 포함할 수 있다. 이하, 열가소성 수지와, 바이오 기반 수지와, 코어-쉘 타입 엘라스토머와 관련해 전술한 바와 중복되는 설명은 생략한다.
고분자 조성물은 보강재로서 유리 섬유를 더 포함할 수 있으며, 고분자 조성물에 대한 유리 섬유의 분산성을 향상시키도록 실록산 코폴리에스테르를 포함하는 표면 개질제를 포함할 수 있다.
유리 섬유는 유리를 잡아 늘려 가늘게 한 인조 섬유 중 하나로, 일 실시 예에따른 유리 섬유는 산화실리콘(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO), 산화나트륨(Na2O), 산화붕소(B2O3) 및 산화티타늄(TiO2)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다.
유리 섬유는 3 내지 4 mm 범위 내의 길이를 가질 수 있으며, 5 내지 30 마이크론 범위 내의 직경을 가질 수 있으며, 그 단면은 1:1 내지 1:4의 범위 내의 종횡비를 가질 수 있다. 이하, 1:1의 종횡비를 가지는 유리 섬유를 원형 유리섬유라 정의하고, 그 밖의 종횡비를 가지는 유리 섬유를 플랫타입 유리섬유라 정의한다.
고분자 조성물은 원형 유리섬유를 포함하거나 플랫 타입 유리섬유를 포함하거나 원형 유리섬유와 플랫 타입 유리섬유를 모두 포함할 수 있다. 일반적으로 플랫 타입 유리섬유의 경우 고분자 조성물 내에서 분산성이 우수하며, 결과적으로 원형 유리섬유의 함량이 높은 경우와 대비해 보다 매끄러운 표면을 가지는 성형품이 제조될 수 있다. 이에, 우수한 외관 특성 확보를 목적으로 할 경우 플랫 타입 유리섬유의 비중을 높이는 것이 바람직하다.
실록산 코폴리에스테르는 고분자 조성물에 대한 유리 섬유의 분산성을 향상시키도록 마련될 수 있다. 실록산 코폴리에스테르는 폴리에스테르 블록 및 폴리실록산 블록이 ABA 형태의 블록 공중합체인 것을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이상으로, 유리 섬유와 실록산 코폴리에스테르를 더 포함하는 고분자 조성물에 대해 설명하였다. 고분자 조성물의 종류 및 조성 비율이 전술한 예에 한정되는 것은 아니며 통상의 기술자가 쉽게 생각할 수 있는 범위 내의 변경을 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이다.
다음으로, 발명의 이해를 돕기 위해 발명의 실시 예 및 비교 예에 대한 물성 측정 실험 결과를 설명한다.
물성 측정 실험을 수행하고자, 후술할 실시 예 및 비교 예에서 예로 든 함량의 성분들을 포함한 고분자 조성물을 헨셀 믹서로 혼합하고, 이를 균일하게 분산시킨 다음 L/D=40, Φ=25mm인 이축 압출기에서 240 내지 270℃의 온도 조건 하에서 압출하여 펠렛 형태로 제조하였다. 이후, 제조된 펠렛을 80℃에서 4시간 동안 건조한 후 사출 성형하여 물성 시편을 제조하였다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 6에 따른 고분자 조성물은 폴리카보네이트를 포함하는 열가소성 수지와, 바이오 재료에서 추출된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 바이오 기반 수지와, 코어-쉘 타입 엘라스토머를 포함하는 충격 개질제를 포함하는 고분자 조성물의 예를 나타낸 것이며, 실시예 5 내지 8 및 비교예 7 내지 12에 따른 고분자 조성물은, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 6에 따른 고분자 조성물과는 달리 유리 섬유와 실록산 코폴리에스테르를 더 포함하는 고분자 조성물의 예를 나타낸 것이다.
[실시예 1]
저분자량의 폴리카보네이트 60 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 27 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지 (Si-PC resin) 5 중량부와, bio-PTT 수지 3 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 5 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다. 이하, phr은 전체 조성물 100 중량부에 대한 파트 환산 값(part per hundred)으로 정의한다.
[실시예 2]
저분자량의 폴리카보네이트 42 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 30 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지 (Si-PC resin) 20 중량부와, bio-PTT 수지 5 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 3 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[실시예 3]
저분자량의 폴리카보네이트 47 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 20 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지 (Si-PC resin) 15 중량부와, bio-PTT 수지 10 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 8 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[실시예 4]
저분자량의 폴리카보네이트 40 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 30 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지 (Si-PC resin) 5 중량부와, bio-PTT 수지 15 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 10 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[비교예 1]
저분자량의 폴리카보네이트 55 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 20 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지 (Si-PC resin) 0 중량부와, bio-PTT 수지 20 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 5 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[비교예 2]
저분자량의 폴리카보네이트 30 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 15 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지(Si-PC resin) 30 중량부와, bio-PTT 수지 20 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 5 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[비교예 3]
저분자량의 폴리카보네이트 44 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 30 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지(Si-PC resin) 21 중량부와, bio-PTT 수지 0 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 5 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[비교예 4]
저분자량의 폴리카보네이트 30 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 15 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지(Si-PC resin) 15 중량부와, bio-PTT 수지 35 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 5 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[비교예 5]
저분자량의 폴리카보네이트 40 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 30 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지(Si-PC resin) 15 중량부와, bio-PTT 수지 15 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 0 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[비교예 6]
저분자량의 폴리카보네이트 38 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 20 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지(Si-PC resin) 15 중량부와, bio-PTT 수지 16 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 11 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[표 1]은 전술한 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 6의 조성비를 정리한 것이다.
성분 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4 5 6
레진
(wt%)		 저분자량 PC수지 60 42 47 40 55 30 44 30 40 38
고분자량 PC수지 27 30 20 30 20 15 30 15 30 20
SI-PC 수지 5 20 15 5 0 30 21 15 15 15
Bio-PTT 수지 3 5 10 15 20 20 0 35 15 16
코어-쉘 타입 엘라스토머(wt%) 5 3 8 10 5 5 5 5 0 11
UV 안정제 (phr) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
산화방지제 (phr) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
활제(phr) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
[실시예 5]
저분자량의 폴리카보네이트 60 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 10 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지(Si-PC resin) 6 중량부와, bio-PTT 수지 3 중량부와, 단면의 종횡비가 1:1인 원형 유리 섬유 10중량부와, 실록산 코폴리에스테르 1 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 10 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[실시예 6]
저분자량의 폴리카보네이트 38 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 10 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지(Si-PC resin) 20 중량부와, bio-PTT 수지 15 중량부와, 단면의 종횡비가 1:1인 원형 유리 섬유 10중량부와, 실록산 코폴리에스테르 2 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 5 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[실시예 7]
저분자량의 폴리카보네이트 50 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 20 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지(Si-PC resin) 5 중량부와, bio-PTT 수지 10 중량부와, 단면의 종횡비가 1:4인 플랫 타입 유리섬유 10 중량부와, 실록산 코폴리에스테르 2 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 3 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[실시예 8]
저분자량의 폴리카보네이트 40 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 15 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지(Si-PC resin) 1 중량부와, bio-PTT 수지 4 중량부와, 단면의 종횡비가 1:4인 플랫 타입 유리섬유 30 중량부와, 실록산 코폴리에스테르 5 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 5 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[비교예 7]
저분자량의 폴리카보네이트 60 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 15 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지(Si-PC resin) 0 중량부와, bio-PTT 수지 15 중량부와, 단면의 종횡비가 1:1인 원형 유리 섬유 10중량부와, 실록산 코폴리에스테르 0 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 0 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[비교예 8]
저분자량의 폴리카보네이트 37 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 5 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지(Si-PC resin) 30 중량부와, bio-PTT 수지 15 중량부와, 단면의 종횡비가 1:1인 원형 유리 섬유 10중량부와, 실록산 코폴리에스테르 1 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 2 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[비교예 9]
저분자량의 폴리카보네이트 44 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 5 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지(Si-PC resin) 15 중량부와, bio-PTT 수지 0 중량부와, 단면의 종횡비가 1:1인 원형 유리 섬유 30중량부와, 실록산 코폴리에스테르 2 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 4 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[비교예 10]
저분자량의 폴리카보네이트 25 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 10 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지(Si-PC resin) 15 중량부와, bio-PTT 수지 35 중량부와, 단면의 종횡비가 1:4인 플랫 타입 유리섬유 10 중량부와, 실록산 코폴리에스테르 0 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 5 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[비교예 11]
저분자량의 폴리카보네이트 36 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 10 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지(Si-PC resin) 15 중량부와, bio-PTT 수지 15 중량부와, 단면의 종횡비가 1:4인 플랫 타입 유리섬유 20 중량부와, 실록산 코폴리에스테르 4 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 0 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[비교예 12]
저분자량의 폴리카보네이트 24 중량부와, 고분자량의 폴리카보네이트 수지 5 중량부와, 폴리실록산-폴리카보네이트 수지(Si-PC resin) 15 중량부와, bio-PTT 수지 20 중량부와, 단면의 종횡비가 1:4인 플랫 타입 유리섬유 30 중량부와, 실록산 코폴리에스테르 1 중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머 5 중량부와, UV 안정제 0.3 phr과, 산화방지제 0.2 phr과, 활제 0.3 phr을 포함하는 고분자 조성물로 시편을 제조하였다.
[표 2]는 전술한 실시예 5 내지 8 및 비교예 7 내지 12의 조성비를 정리한 것이다.
성분 실시예 비교예
5 6 7 8 7 8 9 10 11 12
레진
(wt%)		 저분자량 PC수지 60 38 50 40 60 37 44 25 36 24
고분자량 PC수지 10 10 20 15 15 5 5 10 10 5
SI-PC 수지 6 20 5 1 0 30 15 15 15 15
Bio-PTT 수지 3 15 10 4 15 15 0 35 15 20
유리섬유 A
(wt%)		 10 10 0 0 10 10 30 0 0 0
유리섬유 B
(wt%)		 0 0 10 30 0 0 0 10 20 30
실록산 코폴리에스테르
(wt%)		 1 2 2 5 0 1 2 0 4 0
코어-쉘 타입 엘라스토머(wt%) 5 3 8 10 5 5 5 5 0 11
UV 안정제 (phr) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
산화방지제 (phr) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
활제(phr) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
[실시예 1] 내지 [실시예 8] 및 [비교예 1] 내지 [비교예 12]의 고분자 조성물로 제조한 시편의 제반 물성을 다음의 방법으로 평가하였다.
용융지수(MI, Melt Index)
ASTM(American Society for Testing and Materials) D1238법에 따라 1.2kg, 300℃ 조건 하에서 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 12의 고분자 조성물로 제조된 시편의 용융 지수를 측정하였다.
아이조드 노치 충격강도
ASTM D256법에 따라 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 12의 고분자 조성물로 제조된 시편의 아이조드 노치 충격강도를 측정하였다.
낙추시험
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 12의 고분자 조성물로 제조된 시편에 50cm 높이에서 500g의 추를 떨어뜨렸다.
내화장품
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 6의 고분자 조성물로 제조된 시편의 도장면에 니베아 아쿠아선 스프레이(SPF30, PA++)를 도포하고, 시약이 도포된 시편을 80℃/80% 조건에 보관하였다. 24시간이 경과한 후 시편을 수세하고 물기를 제거하여 상온에 4시간 방치한 후, 2 mm 간격으로 크로스컷(cross cut) 하여 테이프(tape)로 1회 떼어낸다.
외관 특성
실시예 5 내지 8 및 비교예 7 내지 12의 고분자 조성물로 제조된 시편 표면에 유리 섬유의 돌출 유무를 육안으로 파악하였다.
난연성
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 12의 고분자 조성물로 제조한 1 mm 시편을 이용하여 UL94에 준하여 측정하였다.
위와 같은 방법으로 측정된 물성을 하기 [표 3] 및 [표 4]에 나타내었다. 보다 상세하게, 전술한 [실시예 1] 내지 [실시예 4] 및 [비교예 1] 내지 [비교예 6]의 고분자 조성물로 제조한 시편의 물성을 [표 3]에 나타내었으며, [실시예 5] 내지 [실시예 8] 및 [비교예 7] 내지 [비교예 12]의 고분자 조성물로 제조한 시편의 물성을 [표 4]에 나타내었다.
물성 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4 5 6
용융지수
(g/10cm)		 14 10 12 14 16 6 8 12 12 14
아이조드 노치 충격강도
(kgfcm/cm)		 75 74 78 82 70 78 80 68 50 83
낙추시험 Pass Pass Pass Pass NG Pass Pass Pass NG Pass
내화장품 Pass Pass Pass Pass Pass Pass NG Pass Pass Pass
난연 V-2 V-2 V-2 V-2 V-2 V-2 V-2 NG V-2 NG
성분 실시예 비교예
5 6 7 8 7 8 9 10 11 12
용융지수
(g/10cm)		 13 12 15 13 14 15 12 14 10 8
아이조드 노치 충격강도
(kgfcm/cm)		 28 30 28 18 22 25 14 21 20 18
낙추시험 Pass Pass Pass Pass NG NG Pass Pass NG Pass
외관 Pass Pass Pass Pass NG Pass NG NG Pass NG
난연 V-2 V-2 V-2 V-2 V-2 V-2 V-2 NG V-2 NG
[표 3] 및 [표 4]에 나타난 바와 같이, [실시예 1] 내지 [실시예 8]은 우수한 난연성 및 내충격성을 동시에 달성할 수 있었다. 반면, [비교예 1] 내지 [비교예 12]의 경우, 난연성이 만족스러우면 내충격성이 부족하거나 내화장품, 외관 특성이 부족하였다.
보다 상세하게, [표 1] 및 [표 3]게 나타난 바와 같이 [비교예 1]에 따른 고분자 조성물은 용융 지수가 16 g/10cm로 높은 유동 특성을 보이며, 아이조드 노치 충격강도가 70 kgfcm/cm로 비교적 높은 충격 강도를 가짐을 확인할 수 있었다. 반면, 시편에 대한 낙추 시험에서 실패하였다. 폴리실록산 폴리카보네이트 수지는 고분자 조성물 및 이를 사용해 제조한 시편에 우수한 내충격성을 부여하는데 비해, [비교예 1]에 따른 고분자 조성물은 폴리실록산 폴리카보네이트 수지를 포함하지 않음으로 인해 낙추 시험에서 실패함을 확인하였다.
[비교예 2]에서는 폴리실록산 폴리카보네이 수지의 함량을 30 중량부로 증가시켜 시편의 물성을 측정하였다. 그 결과, 아이조드 노치 충격 강도가 78 kgfcm/cm로서 비교적 높은 충격 강도를 보임을 확인하였고, 낙추 시험에서도 패스하였다. 반면, 용융 지수가 16 g/10cm에서 6 g/10cm로 감소함을 확인하였다. 고분자 조성물이 폴리실록산 폴리카보네이트 수지를 지나치게 많이 함유할 경우 고분자 조성물의 유동성이 저하되는데, 비교예 2에 따른 고분자 조성물은 폴리카보네이트 수지의 함량이 지나치게 높아 용융 지수가 떨어짐을 확인하였다.
[비교예 3]에서는 폴리실록산 폴리카보네이트 수지의 함량을 21 중량부로 조절하고, bio-PTT 수지의 함량을 0 중량부로 조절하였다. 실험 결과, 용융 지수가 8 g/10cm로 [비교예 2]에 비해 향상됨을 확인하였고, 아이조드 노치 충격 강도 역시 80 kgfcm/cm로 비교적 높은 충격 강도를 보임을 확인하였다. 반면, 내화장품 테스트에서 실패하였다. bio-PTT 수지는 고분자 조성물 및 이를 사용해 제조한 시편에 우수한 내화장품성 또는 내화학성을 부여하는데, 비교예 3에 따른 고분자 조성물은 bio-PTT 수지를 포함하지 않음으로 인해 내화장품 시험에서 실패함을 확인하였다.
[비교예 4]에서는 bio-PTT 수지의 함량을 35 중량부로 증가시켜 시편의 물성을 측정하였다. 그 결과 내화장품 테스트에서 패스함을 확인하였다. 반면, 난연 등급이 V-2 등급을 만족하지 못함을 확인하였다. 시험 결과, 고분자 조성물이 bio-PTT 수지를 지나치게 많이 함유할 경우 난연 특성이 저하됨을 확인하였다.
[비교예 5]에서는 bio-PTT 수지의 함량을 15 중량부로 조절하고, 코어-쉘 타입 엘라스토머를 0 중량부로 조절하였다. 실험 결과, 내화장품 테스트를 통과하였으며, 난연 등급도 V-2 등급을 만족하였다. 반면, 낙추 시험에서 실패함을 확인하였다. 코어-쉘 타입 엘라스토머는 일반적으로 충격 개질제로 작용하는데, 비교예 5에 따른 고분자 조성물은 코어-쉘 타입 엘라스토머를 포함하지 않아 낙추 시험에서 실패하였다.
[비교예 6]에서는 bio-PTT 수지의 함량을 16 중량부로, 코어 쉘 타입 엘라스토머의 함량을 11 중량부로 조절하였다. 실험 결과, 낙추 시험은 통과하였으나, 난연 등급에서 V-2 등급을 만족하지 못함을 확인하였다. 이에, bio-PTT 수지의 함량이 전체 조성물 100 중량부 대비 15 중량부를 초과할 경우 시편의 난연 특성이 저하되며, 코어-쉘 타입 엘라스토머의 함량이 지나치게 높을 경우 난연 특성이 저하됨을 확인할 수 있었다.
다음으로, [표 2] 및 [표 4]에 나타난 바와 같이, [비교예 7]에 따른 고분자 조성물은 용융 지수가 14 g/10cm로 높은 유동 특성을 보이며, 아이조드 노치 충격 강도가 22 kgfcm/cm로 비교적 높은 충격 강도를 보임을 확인할 수 있었다. 반면, 시편에 대한 낙추 시험에서 실패하였고, 외관 테스트에서도 실패하였다.
[비교예 7]에 따른 고분자 조성물을 이용한 물성 테스트 결과, 고분자 조성물이 코어-쉘 타입 엘라스토머를 포함하지 않을 경우 내충격성이 저하됨을 확인하였고, 실록산 코폴리에스테르를 포함하지 않을 경우 유리 섬유의 고분자 조성물에 대한 분산성이 저하되어 유리 섬유의 돌출이 육안으로 확인될 수 있음을 확인하였다.
다음, [비교예 8]에 따른 고분자 조성물은 용융 지수가 15 g/10cm로 높은 유동 특성을 보이며, 아이조드 노치 충격 강도가 25 kgfcm/cm로 비교적 높은 충격 강도를 보이며, 외관 테스트에서 패스한 반면, 낙추 시험에서 실패하였다.
[비교예 8]에 따른 고분자 조성물을 이용한 물성 테스트 결과, 고분자 조성물이 실록산 코폴리에스테르를 포함할 경우 유리 섬유의 고분자 조성물에 대한 분산성이 향상되어 시편의 외관 특성을 만족함을 확인하였다. 한편, 코어-쉘 엘라스토머의 함량을 전체 조성물 100 중량부 대비 2 중량부로 포함할 경우 여전히 내충격성 특성을 만족하지 못함을 확인하였다.
다음, [비교예 9]에 따른 고분자 조성물은 용융 지수가 12 g/10cm로 높은 유동 특성을 보이며, 아이조드 노치 충격 강도가 14 kgfcm/cm로 비교적 높은 충격 강도를 보이며, 낙추 시험에서 패스한 반면, 외관 시험에서 실패하였다.
[비교예 9]에 따른 고분자 조성물을 이용한 물성 테스트 결과, 코어-쉘 엘라스토머의 함량을 전체 조성물 100 중량부 대비 4 중량부로 포함할 경우 충격 강도가 향상됨을 확인할 수 있었다. 반면, 고분자 조성물이 bio-PTT 수지를 포함하지 않거나 유리 섬유의 함량이 지나치게 높을 경우 시편의 외관 특성을 만족하지 못함을 확인하였다.
다음, [비교예 10]에 따른 고분자 조성물은 용융 지수가 14 g/10cm로 높은 유동 특성을 보이며, 아이조드 노치 충격 강도가 21 kgfcm/cm로 비교적 높은 충격 강도를 보이며, 낙추 시험에서 패스한 반면, 외관 시험에서 실패하였고, 난연 특성을 만족하지 못함을 확인하였다.
[비교예 10]에 따른 고분자 조성물을 이용한 물성 테스트 결과, 고분자 조성물이 실록산 코폴리에스테르를 포함하지 않을 경우 유리 섬유의 고분자 조성물에 대한 분산성이 저하되어 유리 섬유의 돌출이 육안으로 확인될 수 있음을 확인하였다. 또한 bio-PTT 수지의 함량이 지나치게 높을 경우 난연 특성이 저하됨을 확인할 수 있었다.
다음, [비교예 11]에 따른 고분자 조성물은 용융 지수가 10 g/10cm로 높은 유동 특성을 보이며, 아이조드 노치 충격 강도가 20 kgfcm/cm로 비교적 높은 충격 강도를 보이며, 외관 시험에서 패스한 반면, 낙추 시험에서 실패하였다.
[비교예 11]에 따른 고분자 조성물을 이용한 물성 테스트 결과, 코어-쉘 타입 엘라스토머를 포함하지 않을 경우 충격 강도가 저하됨을 확인할 수 있었다.
다음, [비교예 12]에 따른 고분자 조성물은 용융 지수 8 g/10cm 정도의 유동 특성을 보이며, 아이조드 노치 충격 강도가 18 kgfcm/cm로 비교적 높은 충격 강도를 보이며, 낙추 시험에서 패스한 반면, 외관 시험에서 실패하였고, 난연 특성을 만족하지 못함을 확인하였다.
[비교예 12]에 따른 고분자 조성물을 이용한 물성 테스트 결과, 고분자 조성물이 bio-PTT 수지를 지나치게 많이 함유할 경우 난연 특성이 저하됨을 확인하였고, 고분자 조성물 내의 유리 섬유 함량이 지나치게 높을 경우 시편의 외관 특성을 만족하지 못함을 확인하였다.
이상으로, 일 실시 예에 따른 난연성 및 친환경성을 가지는 고분자 조성물의 실시 예 및 비교 예에 대한 물성 측정 실험 결과에 대해 설명하였다.
다음으로, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물로 이루어지는 성형품에 대해 설명한다.
일 실시 예에 따른 성형품은 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 포함하는 열가소성 수지, 바이오 재료에서 추출된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT, Polytrimethylene terephthalate)를 포함하는 바이오 기반 수지 및 코어-쉘 타입 엘라스토머(core-shell type elastomer)를 포함하는 충격 개질제를 포함하는 고분자 조성물로 이루어진다.
성형품은, 필름(film), 시트(sheet), 펠릿(pellet) 또는 섬유(fiber) 형태로 성형될 수 있으며, 전자제품의 내장재(interior materials) 또는 외장재(exterior materials)를 포함할 수 있다.
전자제품은, 스마트 기기, 디스플레이 장치, 컴퓨터, 모니터, 태블릿 PC, 프린터, 복합기, 냉장고, 세탁기, 공기조화기, 카메라, E-BOOK, 전자종이(E-Paper), 3D 안경 및 충전기를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
우수한 내충격성이 요구되는 부품을 사용하는 경우 성형품은 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 포함하는 열가소성 수지, 바이오 재료에서 추출된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT, Polytrimethylene terephthalate)를 포함하는 바이오 기반 수지 및 코어-쉘 타입 엘라스토머(core-shell type elastomer)를 포함하는 충격 개질제 외에, 유리섬유를 포함하는 보강재를 더 포함하는 고분자 조성물로 이루어질 수 있다.
예를들면, 스마트 기기의 배터리 커버나, 디스플레이 장치의 본체와 같이에는 고강성이 요구되는 부품의 경우 유리섬유를 첨가하여 강성을 보강할 수 있다. 다만, 이 경우 고분자 조성물의 성형 시 유리 섬유가 성형품의 표면에 돌출되어 도장이나 증착 등의 후가공 과정이 진행됨에 따라 외관의 불량이 발생할 수 있다. 이를 개선하기 위해 원형 타입의 유리섬유 대신 플랫 타입의 유리 섬유를 적용할 수 있으며, 실시 예에 따라 고분자 조성물에 실록산 코폴리에스테르를 포함하는 표면 개질제를 더 포함할 수 있다.
이하, 성형품의 일 예로 스마트 기기에 대해 설명한다.
도 1은 성형품의 일 예에 따른 스마트 기기(100)의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 스마트 기기(100)를 AA' 방향으로 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면 스마트 기기(100)는 디스플레이 모듈(115)과, 디스플레이 모듈(115)의 전면에 놓이는 윈도우 글래스(120)와, 디스플레이 모듈(115)의 배면에 놓이는 프레임(125)과, 디스플레이 모듈(115)과 윈도우 글래스(120)의 가장자리를 감싸는 프런트 커버(130)와, 프런트 커버(130)의 외주면에 둘러지는 프런트 데코(135)와, 프레임(125)의 배면에 안착되는 배터리(140)와, 프레임의 배면에 놓이는 리어 커버(145)와, 리어 커버(145)와 배터리(140)를 덮는 배터리 커버(150)를 포함할 수 있다.
보다 상세하게, 리어 커버(145)의 내측에는 배터리(140)가 끼워지는 배터리 홀이 형성될 수 있다. 따라서, 배터리(140)는 배터리 홀을 통하여 프레임의 배면에 안착될 수 있다. 또한, 프레임에는 배터리 안착부(155)가 형성되고, 배터리 안착부(155)의 가장자리에는 가이드 리브(160)가 둘러질 수 있다. 가이드 리브(160)에 의하여 배터리(140) 장착 영역이 정의되고, 가이드 리브(160)는 리어 커버(145)의 배터리 홀 가장자리를 따라 둘러질 수 있다. 그리고, 리어 커버(145)의 상부 영역에는 각종 전장 부품이 실장되고, 하측 영역에는 배터리(140)가 놓일 수 있다.
일 예에 따른 성형품은 도 1 및 2에 도시된 스마트 기기(100)의 프레임(125), 프런트 커버(130), 프런트 데코(135), 리어 커버(145) 및 배터리 커버(150) 등을 포함할 수 있다. 스마트 기기(100)에 대한 적용 예가 이에 한정되는 것은 아니며, 일 실시 예에 따른 성형품은 스마트 기기의 홈키, 스마트 기기의 버튼부 등을 포함해 통상의 기술자가 쉽게 생각할 수 있는 범위 내의 변경을 포함할 수 있다.
다음으로, 성형품의 예로 디스플레이 장치(200)를 예로 들어 설명한다.
도 3은 성형품의 일 예에 따른 디스플레이 장치(200)의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 디스플레이 장치(200)는 영상을 디스플레이하고 사운드를 출력하는 본체(210)와, 본체를 지지하는 스탠드(220)를 포함할 수 있다.
일 예에 따른 디스플레이 장치(200)의 본체(210) 및 스탠드(220)는 전술한 고분자 조성물을 포함할 수 있다. 즉, 전술한 고분자 조성물을 사출 성형하여 제조된 성형품일 수 있다. 디스플레이 장치(200)에 대한 적용 예가 이에 한정되는 것은 아니며, 일 실시 예에 따른 성형품은 디스플레이 장치(200)의 내장재를 포함해 통상의 기술자가 쉽게 생각할 수 있는 범위 내의 변경을 포함할 수 있다.
이상으로, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물을 포함하는 성형품의 예에 대해 설명하였다.
다음으로, 일 실시 예에 따른 성형품의 제조 방법에 대해 설명한다.
먼저, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물을 제조하는 압출기의 구조 및 압출기에서 제조된 고분자 조성물을 원료로 성형품을 제조하는 사출성형장치의 구조에 대해 설명한다.
도 4는 일 실시 예에 따른 압출기(300)의 구조를 도시한 도면이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 사출성형장치(400)의 구조를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바를 참조하면, 일 예에 따른 압출기(300)는 원료를 투입하기 위한 압출기 호퍼(hopper)(310)와, 회동 가능하게 설치된 샤프트(shaft)(320)와, 샤프트를 감싸는 압출기 실린더(330)와, 샤프트를 회동시키기 위한 압출기 구동부(340a, 340b, 340c)와, 압출기 실린더(330) 내부를 가열하기 위한 압출기 히터(heater)(350)와, 고분자 조성물을 배출하는 토출 다이(360)와, 압출기 히터(350)의 가열 온도를 제어하기 위한 압출기 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 압출기(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 연속식 단일 압출기(continuous flow single screw extruder)가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 연속식 트윈 압출기(continuous flow twin screw extruder)가 사용될 수도 있다.
압출기 구동부(340a, 340b, 340c)는 샤프트(320)를 회전 구동시키기 위한 모터(340a)와, 모터(340a)와 연결되고 모터(340a)의 동력을 기어부(340c)로 전달하기 위한 커플링부(340b)와, 모터(340a)의 동력을 전달받아 샤프트(320)를 회전시키는 기어부(340c)를 포함할 수있다. 압출기 구동부(340a, 340b, 340c)에 의해 구동되는 샤프트(320)는 용융된 혼합물에 전단 응력을 인가하기 위해 일정 방향(예컨대, 시계 방향)으로 회전할 수 있으며, 100 내지 400 rpm 범위 내의 속도로 회전할 수 있다.
압출기 히터(350)는 공급 영역부터 토출 영역까지 복수개로 구성되어 압출기 실린더(330) 내부의 온도를 조절할 수 있다. 즉, 압출기 실린더(330) 내부의 온도는 복수개의 구역으로 구획되어 각 구역별로 온도가 조절될 수 있으며, 각 구역의 온도는 가공되는 원료에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
도 5에 도시된 바를 참조하면, 일 실시 예에 따른 사출성형장치(400)는 원료가 인입되는 사출성형장치 호퍼(410)와, 사출성형장치 호퍼(410)를 통해 인입되는 원료를 수용하는 바렐(420)과, 바렐(420)의 내부에 전후로 이동 및 회전 가능하게 설치되는 스크류(430)와, 스크류(430)에 회전력을 전달하는 사출성형장치 모터(440)와, 스크류(430)에 연결되어 스크류(430)를 직선 이동시키는 사출성형장치 실린더부(450)와, 바렐(420)의 외주면에 설치되어 바렐(420)에 수용되는 원료를 가열하는 사출성형장치 히터(460)와, 바렐(420)에 수용된 합성수지 원료를 금형(470)에 공급하는 노즐(465)과, 노즐(465)로부터 원료를 공급받아 성형품을 성형하는 금형(470)을 포함할 수 있다.
금형(470)은 원료를 공급받는 제 1 금형(470a) 및 제 1 금형(470a)과 조합되어 내부에 사출 캐비티(475)를 형성하는 제 2 금형(470b)을 포함할 수 있다. 제 1 금형(470a)은 고정형 금형일 수 있으며 제 2 금형(470b)은 이동형 금형일 수 있다.
이상으로, 일 실시 예에 따른 성형품의 제조를 위한 압출기(300) 및 사출성형장치(400)에 대해 설명하였다. 다음으로, 일 실시 예에 따른 성형품의 제조 방법을 설명한다.
일 실시 예에 따른 성형품의 제조 방법은, 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 포함하는 열가소성 수지, 바이오 기반 수지 및 코어-쉘 타입 엘라스토머(Core-Shell type Elastomer)를 포함하는 충격 개질제를 포함하는 조성물(이하, 원재료라 한다)을 압출해 고분자 조성물을 제조하는 단계와, 고분자 조성물을 사출 성형하는 단계를 포함한다.
원재료를 압출하는 단계는 헨셀 믹서를 사용하여 원재료를 프리 믹싱하는 단계와, 믹싱된 원재료를 압출기의 호퍼(310)에 인입하는 단계와, 인입된 원재료를 용융하는 단계와, 용융된 원재료에 전단 응력을 인가해 분산시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 토출 다이(360)로부터 토출된 원재료를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 토출 다이(360)로부터 토출된 원재료를 건조하는 단계는 토출된 원재료를 건조해 펠렛을 제조하는 것을 포함할 수 있다.
고분자 조성물을 사출 성형하는 단계는 압출된 고분자 조성물을 사출성형장치 호퍼(410)에 인입하는 단계와, 인입된 고분자 조성물을 용융하는 단계와, 용융된 고분자 조성물을 금형(470)에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 실시 예에 따라 압출된 고분자 조성물을 사출성형장치 호퍼(410)에 인입하는 단계는 펠렛을 사출성형장치 호퍼(410)에 인입하는 것을 더 포함할 수 있다.
이하, 설명을 돕기 위해 스마트 기기의 배터리 커버(150) 및 리어 커버(145)를 예로 들어 성형품의 제조 예를 설명한다.
[제조예 1]
스마트 기기의 리어 커버의(145)의 제조를 위해 먼저, 고분자량의 폴리카보네이트, 저분자량의 폴리카보네이트, bi0-PTT, 코어-쉘 타입 엘라스토머, UV안정제, 산화방지제 및 기타 첨가제를 헨셀믹서(미도시)를 사용하여 프리믹싱하였다. 구체적으로, 전술한 [실시예 1] 내지 [실시예 4] 및 [비교예 1] 내지 [비교예 6]에 따른 고분자 조성물을 헨셀믹서를 사용하여 프리믹싱 하였다. 이후 위의 원재료를 도 4에 도시된 압출기 호퍼(310)에 인입하였다. 이후, 압출기 실린더(330) 내에서 압출되어 토출 다이(360)로부터 토출된 원재료를 80 내지 100℃ 범위 내의 온도조건 하에서 3 내지 4 시간 동안 건조시켜 스마트 기기의 리어 커버(145)를 제조하였다.
구체적으로, [표 5]는 일 실시 예에 따른 리어 커버(145)의 원재료인 고분자 조성물의 제조 조건을 나타낸 것이다.
구역 온도 (℃) 비고
제 1 구역 245 압출기 호퍼(310)
제 2 구역 250
제 3 구역 255
제 4 구역 260
제 5 구역 265
제 6 구역 270
제 7 구역 275 토출 다이(360)
[표 5]에 도시된 바와 같이, [제조예 1]에서는 압출기 실린더(330)를 복수개의 구역으로 구분해 각 구역별로 온도를 조절하였다. 구체적으로, 압출기 실린더(330)를 7개의 구역으로 구분해 각 구역별로 온도를 단계적으로 조절하였다. 이하, 압출기 실린더(330) 중 압출기 호퍼(310) 주위 구역을 제 1 구역으로 정의하고, 압출기 실린더(330) 중 토출 다이(360) 주위 구역을 제 7 구역으로 정의한다. 본 제조 예에서는 제 1 구역의 온도를 245℃로 조절하였으며, 제 7 구역의 온도를 275℃로 조절하였다. 아울러, 제 1 구역에서 제 7 구역으로 진행될수록 그 온도가 점차적으로 상승하도록 조절하였다.
고분자 조성물은 압출기 호퍼(310)를 통해 제 1 구역에 유입되고, 토출 다이를 통해 제 7 구역에서 토출 될 수 있다. 실시 예에 따라 토출 다이(360)를 통해 제 7 구역에서 토출된 고분자 조성물을 건조시켜 펠렛을 제조할 수도 있다.
이후, 제조된 펠렛을 사출성형장치 호퍼(410)에 인입해 이를 용융시키고, 용융된 고분자 조성물을 스마트 기기의 리어 커버 금형을 이용해 사출 성형하여 리어 커버의(145)를 제조하였다.
[표 6]은 스마트 기기의 리어 커버의(145)의 사출 성형 시 사출 조건을 나타낸 것이다.
구역 온도 (℃) 비고
제 1 구역 280 호퍼(410)
제 2 구역 285
제 3 구역 290
제 4 구역 295 노즐(465)
제 1 금형 90 고정형 금형
제 2 금형 80 이동형 금형
[표 6]에 도시된 바와 같이, 본 제조 예 에서는 바렐(420)을 복수개의 구역으로 구분해 온도를 단계적으로 조절하였다. 보다 상세하게, 노즐(465) 주위의 바렐(420) 온도를 295℃로 조절하였으며 사출성형장치 호퍼(410) 주위의 바렐 온도를 280℃로 조절하여 원료를 금형(470)에 공급하였다. 또한, 고정형 금형인 제 1 금형(470a)의 온도를 90℃로 조절하였으며, 이동형 금형인 제 2 금형(470b)의 온도를 80℃로 조절하였다.
[제조예 2]
스마트 기기의 배터리 커버(150) 제조를 위해, 고분자량의 폴리카보네이트, 저분자량의 폴리카보네이트, PTT, 코어-쉘 타입 엘라스토머, UV안정제, 산화방지제, 기타 첨가제를 헨셀믹서(미도시)를 사용하여 프리믹싱하였다. 구체적으로, 전술한 [실시예 5] 내지 [실시예 8] 및 [비교예 7] 내지 [비교예 12]에 따른 고분자 조성물을 헨셀믹서를 사용하여 프리믹싱 하였다. 이후 위의 원재료를 도 4에 도시된 압출기 호퍼(310)에 인입하였다. 이어서 실록산 코폴리에스테르는 제 1 사이드 피더를 통해 인입하고, 유리섬유는 제 2 사이드 피더를 통해 인입해 인입된 재료와 원재료를 믹싱 하였다. 이후, 압출기 실린더(330) 내에서 압출되어 토출 다이(360)로부터 토출된 원재료를 90 내지 100℃ 범위 내의 온도조건 하에서 3 내지 4 범위 내의 시간 동안 건조시켜 스마터 기기의 배터리 커버(150)를 제조하였다.
이하, [제조예 2]에 따른 제조 방법을 첨부된 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 6은 [제조예 2]에 따른 제조 방법을 도식화한 모식도이다. 도 6의 A 부분은 압출기(300)에서 진행되는 펠렛 제조 과정을 도시한 도면이고, 도 6의 B 부분은 사출성형장치(400)에서 진행되는 배터리 커버의 제조 과정을 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바를 참조하면, 먼저 헨셀 믹서를 사용하여 원재료를 프리믹싱하고(510), 프리믹싱된 원재료를 압출기 호퍼(310)에 투입한다(520). 압출기 호퍼(310)에 투입된 원재료는 압출기 실린더(330) 내에서 압출된다(530). 이 때, 실록산 코폴리에스테르는 제 1 사이드 피더를 통해 압출기 실린더(330)에 별도로 투입될 수 있으며(540), 유리섬유는 제 2 사이드 피더를 통해 압출기 실린더(330)에 별도로 투입될 수 있다(550). 제 1 사이드 피더와 제 2 사이드 피더를 통해 실록산 코폴리에스테르와 유리섬유를 투입함으로써 실록산 코폴리에스테르와 유리섬유의 투입량을 일정하게 조절할 수 있으며, 압출기 내부에서 받는 힘에 의해 유리섬유가 분쇄되는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, [표 7]은 일 실시 예에 따른 배터리 커버(150)의 원재료인 고분자 조성물의 제조 조건을 나타낸 것이다.
구역 온도 (℃) 비고
제 1 구역 245 압출기 호퍼(310)
제 2 구역 250
제 3 구역 255 제 1 사이드 피더
제 4 구역 260
제 5 구역 265
제 6 구역 270 제 2 사이드 피더
제 7 구역 275 토출 다이(360)
[표 7]에 도시된 바와 같이, [제조예 2]에 따른 성형품의 제조 방법 역시 [제조예 1]에 따른 성형품의 제조 방법과 유사하게 압출기 실린더(330)를 7개의 구역으로 구분하고, 각 구역별로 온도를 단계적으로 조절하였다. 이하 전술한 [표 6]에 대한 내용과 중복되는 설명은 생략하도록 한다. [제조예 2]에 따른 제조 방법에서는, 제 3 구역과 연결된 제 1 사이드피더를 통해 실록산 코폴리에스테르가 주입되며, 제 6 구역과 연결된 제 2 사이드 피더를 통해 유리 섬유가 주입될 수 있다.
원재료는 압출기 호퍼(310)를 통해 제 1 구역에 유입되고, 토출 다이(360)를 통해 제 7 구역에서 토출된다. [제조예 2]에서는 토출 다이(360)를 통해 제 7 구역에서 토출된 고분자 조성물을 건조시켜 펠렛을 제조하였다(560).
이후, 제조된 펠렛을 사출성형장치 호퍼(410)에 투입해 이를 용융시키고(570), 용융된 고분자 조성물을 스마트 기기의 배터리 커버 금형을 이용해 사출 성형하여 배터리 커버(150)를 제조하였다(580).
[표 8]은 스마트 기기의 배터리 커버(150) 의 사출 성형 시 사출 조건을 나타낸 것이다.
구역 온도 (℃) 비고
제 1 구역 300 호퍼(410)
제 2 구역 305
제 3 구역 310
제 4 구역 315 노즐(465)
제 1 금형 110 고정형 금형
제 2 금형 90 이동형 금형
[표 8]에 도시된 바와 같이, 본 제조 예 에서는 노즐(465) 주위의 바렐(420) 온도를 315℃로 조절하였으며 사출성형장치 호퍼(410) 주위의 바렐(420) 온도를 300℃로 조절하여 고분자 조성물을 금형에 공급하였다. 또한, 고정형 금형인 제 1 금형(470a)의 온도를 110℃로 조절하였으며, 이동형 금형인 제 2 금형(470b)의 온도를 90℃로 조절하였다.
성형하고자 하는 성형품의 종류에 따라 금형(470) 및 바렐(420)의 온도는 각각 다르게 조절될 수 있다. [표 6] 및 [표 8]의 내용을 종합하면, 스마트 기기의 배터리 커버(150)를 제조할 경우 스마트 기기의 리어 커버(145)를 제조할 경우에 비해 금형(470)의 온도가 더 높게 조절될 수 있다. 이는 스마트 기기의 배터리 커버(150)의 두께가 스마트 기기의 리어 커버(145)의 두께보다 얇고, 공급되는 원료의 점도를 낮추기 위해 금형(470)의 온도를 더 높게 조절할 필요가 있기 때문이다.
또한, [제조예 2]에 따른 제조 방법으로 제조된 성형품은 유리 섬유를 포함하고 있는 바, [제조예 2]에 따른 제조 방법으로 제조된 성형품은 [제조예 1]에 따른 제조 방법으로 제조된 성형품에 비해 더 높은 강성을 확보할 수 있다.
이상으로, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물, 성형품 및 그 제조 방법에 대해 설명하였다. 성형품의 제조 예가 전술한 예에 한정되는 것은 아니며 통상의 기술자가 쉽게 실시할 수 있는 범위 내의 변경을 포함할 수 있다.
100 : 스마트 기기
145 : 리어 커버
150 : 배터리 커버
200 : 디스플레이 장치
300 : 압출기
400 : 사출성형장치

Claims (36)

  1. 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 포함하는 열가소성 수지 55 내지 80 중량부;
    바이오 재료에서 추출된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT, Polytrimethylene terephthalate)를 포함하는 바이오 기반 수지 3 내지 15 중량부; 및
    코어-쉘 타입 엘라스토머(core-shell type elastomer)를 포함하는 충격 개질제 3 내지 10 중량부; 및
    유리섬유를 포함하는 보강재 10 내지 30 중량부;를 포함하고,
    상기 열가소성 수지는,
    전체 고분자 조성물 중량 대비 저분자량의 폴리카보네이트 40 내지 60 중량부;
    고분자량의 폴리카보네이트 20 내지 30 중량부; 및
    폴리실록산-폴리카보네이트(Si-PC) 5 내지 20 중량부;를 포함하고,
    상기 저분자량의 폴리카보네이트는,
    용융지수(300℃ 1.2kg)가 10g/10min 초과인 수지를 포함하고,
    상기 고분자량의 폴리카보네이트는,
    용융지수(300℃ 1.2kg)가 10g/10min 이하인 수지를 포함하는 고분자 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT, Polytrimethylene terephthalate)는,
    식물성 재료에서 추출된 바이오 원료로 제조된 것을 포함하는 고분자 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오 재료에서 추출된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT, Polytrimethylene terephthalate)는,
    방사성 탄소 C14를 포함하는 고분자 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리실록산-폴리카보네이트(Si-PC) 는 실록산 블록을 포함하는 고분자 조성물.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 코어-쉘 타입 엘라스토머는,
    상기 코어(core)에 실리콘 및 아크릴 공중합체를 포함하고,
    상기 쉘(shell)에 PMMA(polymethylmethacrylate)를 포함하는 고분자 조성물.
  10. 제 1항에 있어서,
    UL(UnderWriter's Laboratory) 규격이 V2 이상인 고분자 조성물.
  11. 삭제
  12. 제 1항에 있어서,
    아이조드 노치 충격 강도 (Izod Notched Impact Strength)가 70(kgfcm/cm) 이상인 고분자 조성물.
  13. 삭제
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 유리 섬유는,
    상기 유리 섬유의 길이가 3 내지 4 mm 범위를 가지며,
    상기 유리 섬유의 직경이 5 내지 30 마이크론 범위를 가지는 것을 포함하는 고분자 조성물.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 유리 섬유는,
    상기 유리 섬유 단면의 종횡비가 1:1 내지 1:4 범위를 가지는 고분자 조성물.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 1항에 있어서,
    실록산 코폴리에스테르를 포함하는 표면 개질제;를 더 포함하는 고분자 조성물.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 표면 개질제 1 내지 5 중량부;를 포함하는 고분자 조성물.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 실록산 코폴리에스테르는,
    폴리에스테르 블록 및 폴리실록산 블록이 ABA 형태의 블록 공중합체인 것을 포함하는 고분자 조성물.
  23. 제 1항에 있어서,
    상기 바이오 기반 수지는,
    옥수수를 포함하는 식물성 재료에서 추출된 바이오 원료로 제조된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT, Polytrimethylene terephthalate)를 포함하는 고분자 조성물.
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 압출기로부터 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 포함하는 열가소성수지 55 내지 80 중량부와, 바이오 재료에서 추출된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT, Polytrimethylene terephthalate)를 포함하는 바이오 기반 수지 3 내지 15중량부와, 코어-쉘 타입 엘라스토머(core-shell type elastomer)를 포함하는 충격 개질제 3 내지 10중량부와, 유리 섬유를 포함하는 보강재 10 내지 30중량부를 포함하는 고분자 조성물을 제조하는 단계와,
    상기 고분자 조성물을 사출성형장치에 투입해 사출 성형하는 단계를 포함하고,
    상기 열가소성 수지는,
    전체 고분자 조성물 중량 대비 저분자량의 폴리카보네이트 40 내지 60 중량부;
    고분자량의 폴리카보네이트 20 내지 30 중량부; 및
    폴리실록산-폴리카보네이트(Si-PC) 5 내지 20 중량부;를 포함하고,
    상기 저분자량의 폴리카보네이트는,
    용융지수(300℃ 1.2kg)가 10g/10min 초과인 수지를 포함하고,
    상기 고분자량의 폴리카보네이트는,
    용융지수(300℃ 1.2kg)가 10g/10min 이하인 수지를 포함하는 성형품의 제조 방법.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 고분자 조성물을 제조하는 단계는,
    상기 고분자 조성물을 압출하는 것을 포함하는 성형품의 제조 방법.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 고분자 조성물을 압출하는 것은,
    상기 고분자 조성물을 용융하는 것과,
    상기 고분자 조성물에 전단응력을 인가해 분산시키는 것을 포함하는 성형품의 제조 방법.
  31. 제 28항에 있어서,
    상기 고분자 조성물을 제조하는 단계는,
    제 1 사이드피더를 통해 실록산 코폴리에스테르를 포함하는 표면 개질제를 제공해 압출하는 것과,
    제 2 사이드피더를 통해 유리섬유를 포함하는 보강재를 제공해 압출하는 것을 포함하는 성형품의 제조 방법.
  32. 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 포함하는 열가소성 수지 55 내지 80 중량부, 바이오 재료에서 추출된 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT, Polytrimethylene terephthalate)를 포함하는 바이오 기반 수지 3 내지 15 중량부, 코어-쉘 타입 엘라스토머(core-shell type elastomer)를 포함하는 충격 개질제 3 내지 10 중량부 및 유리섬유를 포함하는 보강재 10 내지 30 중량부;를 포함하고,
    상기 열가소성 수지는,
    전체 고분자 조성물 중량 대비 저분자량의 폴리카보네이트 40 내지 60 중량부;
    고분자량의 폴리카보네이트 20 내지 30 중량부; 및
    폴리실록산-폴리카보네이트(Si-PC) 5 내지 20 중량부;를 포함하고,
    상기 저분자량의 폴리카보네이트는,
    용융지수(300℃ 1.2kg)가 10g/10min 초과인 수지를 포함하고,
    상기 고분자량의 폴리카보네이트는,
    용융지수(300℃ 1.2kg)가 10g/10min 이하인 수지를 포함하는 고분자 조성물로 이루어지는 성형품.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 고분자 조성물은,
    실록산 코폴리에스테르를 포함하는 표면개질제를 더 포함하는 성형품.
  34. 제 32항에 있어서,
    전자제품의 내장재(interior materials) 또는 외장재(exterior materials)를 포함하는 성형품.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 전자제품은 스마트 기기를 포함하고,
    상기 내장재는 상기 스마트 기기의 리어 커버를 포함하고,
    상기 외장재는 상기 스마트 기기의 프런트 커버, 프런트 데코, 홈키, 사이드 키 및 배터리 커버를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 성형품.
  36. 제 34항에 있어서,
    상기 전자제품은,
    디스플레이 장치, 컴퓨터, 태블릿 PC, 프린터, 복합기, 냉장고, 세탁기, 공기조화기, 로봇청소기, 카메라, 이북(E-BOOK), 전자종이(E-Paper), 3D 안경 및 충전기를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 성형품.
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