KR102640280B1 - 장갑용 염화비닐 수지 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 점도 저하제의 함량을 낮추면서도 낮은 점도 및 향상된 겔링 속도와, 이에 따른 우수한 가공성을 나타낼 수 있고, 우수한 기계적 물성을 갖는 친환경 고탄성 장갑의 제조를 가능케 하는 장갑용 염화비닐 수지 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 점도 저하제의 함량을 낮추면서도 낮은 점도 및 향상된 겔링 속도와, 이에 따른 우수한 가공성을 나타낼 수 있고, 우수한 기계적 물성을 갖는 친환경 고탄성 장갑의 제조를 가능케 하는 장갑용 염화비닐 수지 조성물에 관한 것이다.
염화비닐계 수지는 염화비닐의 단독 중합체 및 염화비닐을 50% 이상 함유한 혼성 중합체로서, 현탁중합과 유화 중합으로 제조되는 5대 범용 열가소성 플라스틱 수지 중의 하나이다. 그 중에서 유화중합으로 제조되는 폴리염화비닐 수지는 염화비닐의 단독 중합체 또는 50% 이상의 염화비닐을 포함하는 혼성 중합체로서, 코팅 성형과 몰드 코팅 성형 가공법을 통해 바닥재, 벽지, 타포린, 인조피혁, 장난감, 자동차 하부 코팅재, 유아용 완구, 장갑과 같은 잡화 등의 광범위한 분야에 사용되고 있다.
이와 같이 다양한 제품들의 소재로 사용되기 위하여, 폴리염화비닐 수지는 가소제(Plasticizer), 안정제(Stabilizer), 충전제(Filler), 발포제(Blowing Agent), 안료(Pigment), 점도 조절제(Viscosity Depressant), 지당(TiO2) 및 특수한 기능을 갖는 첨가제들이 혼합된 플라스티졸(Plastisol)의 형태인 염화비닐 수지 조성물로 공급된다. 특히, 염화비닐계 수지에 가공성을 부여하고, 점착성, 전기절연성 등의 물성을 개선하기 위해서 가소제가 널리 사용되고 있다.
그러나, 지금까지 널리 사용되어 온 디에틸헥실 프탈레이트(Diethylhexyl phthalate; DOP), 디이소노닐 프탈레이트(Diisononyl phthalate; DINP)와 같은 프탈레이트계 가소제의 경우, 사람의 호르몬 작용을 방해하거나 혼란시키는 내분비계 교란물질(endocrine disrupter)을 야기하는 환경호르몬으로 의심받고 있어, 사용을 규제하는 움직임이 있다. 더욱이, 의료분야 등에서 적용되는 고탄성 장갑 제조를 위해 적용되는 염화비닐수지 조성물에는, 이러한 환경호르몬의 발생 없이 친환경적이면서도 건강에 무해한 친환경 가소제의 사용이 필수적이다.
이러한 친환경 가소제로, 프탈레이트계 가소제이나 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds; VOCs)의 함량이 낮은 디옥틸 테레프탈레이트(Dioctyl Terephthalate; DOTP), 비-프탈레이트계 가소제인 에폭시화 식물성 오일 또는 1,2-사이클로헥산 디카르복실산 디이소노닐 에스테르(1,2-Cyclohexane dicarboxylic acid diisononyl ester; DINCH) 등의 사용이 검토 및 제안되고 있다.
그러나, 상기 친환경 가소제를 사용한 기존의 염화비닐 수지 조성물, 예를 들어, 상기 DOTP를 적용한 염화비닐 수지 조성물의 경우, 상기 가소제의 기본적인 점도가 높아 이를 포함한 염화비닐 수지 조성물 역시 높은 점도를 나타내며, 겔링 속도 역시 낮아 고탄성 장갑을 제조하기 위한 가공성 및 생산성이 크게 저하되는 단점이 있다.
기존에는 이러한 단점을 해결하기 위해, 점도 저하제를 염화비닐 수지 조성물에 다량 배합하는 방법을 적용하였으나, 이러한 점도 저하제의 함량이 지나치게 증가할 경우, 상기 조성물로 제조되는 장갑의 기계적 물성이 크게 저하되는 단점이 존재하였다.
이에 따라, 점도 저하제의 함량을 낮추면서도 낮은 점도 및 향상된 겔링 속도를 나타내어, 고탄성 장갑으로의 우수한 가공성 및 생산성을 나타낼 수 있으며, 우수한 기계적 물성을 갖는 친환경 고탄성 장갑의 제조를 가능케 하는 염화비닐 수지 조성물 등의 개발이 계속적으로 요청되고 있다.
이에 본 발명은 낮은 함량의 점도 저하제를 포함하면서도, 낮은 점도 및 향상된 겔링 속도를 나타내어 장갑으로의 우수한 가공성을 나타내며, 우수한 기계적 물성을 갖는 친환경 고탄성 장갑의 제조를 가능케 하는 장갑용 염화비닐 수지 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 상기 염화비닐 수지 조성물을 성형하여 제조된 산업용 또는 의료용 장갑을 제공하는 것이다.
본 발명은 (a) 염화비닐 수지 100 중량부;
(b) 디(2-에틸헥실)사이클로헥산-1,4-디카르복실레이트 40 내지 85 중량부;
(c) 트리부틸시트레이트 5 내지 30 중량부;
(d) 에폭시화 식물성 오일 5 내지 20 중량부; 및
(e) 점도 저하제 3 내지 20 중량부를 포함하는 장갑용 염화비닐 수지 조성물을 제공한다.
산업용 또는 의료용 전반에 사용되는 친환경 고탄성 장갑 제조를 위하여, 염화비닐 수지를 포함하는 플라스티졸에 첨가할 수 있는 첨가제에 대한 연구가 지속적으로 수행되고 있으나, 일반적으로 알려진 친환경 가소제를 사용하는 경우 가공 속도가 느려 생산성이 낮다는 문제가 있어 왔다. 또한, 플라스티졸의 점도를 낮추기 위한 점도 저하제의 다량 사용으로 인한 최종 제품의 기계적 물성의 저하로 인하여 점도 저하제를 최소한으로 사용하면서도 우수한 가공성을 갖는 플라스티졸에 대한 요구가 존재하였다.
이에, 본 발명자들은 염화비닐 수지에 특정 함량의 디(2-에틸헥실)사이클로헥산-1,4-디카르복실레이트, 트리부틸시트레이트 및 에폭시화 식물성 오일의 조합을 가소제로 첨가한 염화비닐 수지 조성물의 경우, 상대적으로 낮은 함량의 점도 저하제를 사용하더라도, 낮은 점도 및 높은 겔링 속도를 나타내어 장갑으로의 가공성, 성형성 및 생산성이 뛰어난 플라스티졸의 제조가 가능함을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
또한, 상기 염화비닐 수지 조성물을 성형하여 제조된 장갑은, 상기 특정 조성 및 함량의 가소제를 채용하지 않은 조성물을 성형하여 제조된 장갑에 비하여, 기계적 물성, 특히 인장강도가 우수하고, 가소제에 의한 환경호르몬이 발생되지 않아 친환경적이기 때문에 산업용뿐 아니라, 의료용으로 사용이 적합하다. 부가하여, 이러한 염화비닐 수지 조성물은 감소된 함량의 점도 저하제를 포함함에 따라, 점도 저하제에 의한 물성 저하 없이 우수한 기계적 물성을 유지할 수 있으며, 이를 이용해 높은 탄성 및 기계적 물성을 갖는 친환경 장갑의 제조가 가능해 진다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 용어 "염화비닐 중합체(vinyl chloride polymer)"는 염화비닐 수지(vinyl chloride resin) 또는 염화비닐 페이스트 수지(polyvinyl chloride paste resin; PSR)와 같은 물질로 이해될 수 있다.
또, 본 명세서에서 사용되는 용어 "플라스티졸(plastisol)"은 가열에 의해 성형, 주형 혹은 연속 필름상으로 성형할 수 있도록 수지와 가소제를 섞은 혼합물을 의미하는 것으로, 예컨대 염화비닐 중합체와 가소제를 혼합한 페이스트상을 나타내는 것으로 볼 수 있다.
또한, 본 명에서에서 사용되는 용어 "가소제(plasticizer)"는 열가소성 수지에 첨가하여 열가소성을 증대시킴으로써 상기 수지의 고온에서의 성형 가공성을 향상시키는 역할을 하는 유기 첨가제 물질을 나타내는 것일 수 있다.
또, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다
이하, 발명의 일 구현예에 따른 장갑용 염화비닐 수지 조성물에 대하여 각 구성요소별로 상세히 설명한다.
(a) 염화비닐 수지
일 구현예에 따른 염화비닐 수지 조성물은 염화비닐 수지를 포함한다. 상기 염화비닐 수지는 염화비닐 단량체가 단독 중합된 호모 중합체이거나, 또는 염화비닐 단량체 및 이와 공중합 가능한 공단량체가 중합된 공중합체일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘의 혼합물이 염화비닐 수지 조성물의 제조에 사용될 수 있다.
상기 염화비닐 단량체와 공중합 가능한 공단량체로는 구체적으로, 초산 비닐, 프로피온산 비닐, 스테아린산 비닐 등의 비닐 에스테르류; 메틸 비닐 에테르, 에틸 비닐 에테르, 옥틸 비닐 에테르, 라우닐 비닐 에테르 등의 알킬기를 가지는 비닐 에테르(viny ether)류; 염화 비닐리덴 등의 할로겐화 비닐리덴류; 아크릴산, 메타크릴산, 푸마르산, 말레인산, 이타콘산, 무수 말레산, 무수 이타콘산 등의 불포화 카르본산 및 이들의 산무수물; 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 말레인산 모노 메틸, 말레인산 디메틸, 말레인산 부틸벤질 등의 불포화 카르본산 에스테르(ester)류; 스티렌, α-메틸 스티렌, 디비닐 벤젠 등의 방향족 비닐 화합물; 아크릴로니트릴 또는 메타크릴로니트릴 등의 불포화 니트릴류; 에틸렌 또는 프로필렌 등의 올레핀류; 또는 디알릴 프탈레이트 등의 가교성 단량체 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 이중에서도, 염화비닐 단량체와의 상용성이 우수하고, 또 중합 후 수지 조성물을 구성하는 가소제에 대한 상용성을 향상시킬 수 있는 점에서 상기 공단량체로 초산 비닐 등을 사용하는 것이 보다 바람직할 수 있다.
이러한 염화비닐 수지는 염화비닐 단량체 단독, 또는 염화비닐 단량체 및 이와 공중합 가능한 공단량체를 중합 반응시켜 입자상으로 제조될 수 있는데, 이때 중합 방법은 특별히 제한되지 않으며, 미세 현탁 중합, 유화 중합 또는 시드 유화 중합 등 본 발명이 속하는 기술분야에 알려진 통상의 중합 방법에 따라 수행될 수 있다. 이중에서도 유화 중합 또는 미세 현탁 중합에 의해 제조될 경우, 다른 중합 방법에 의해 제조되는 경우와 비교하여 제조되는 염화비닐 수지의 평균 입자 크기가 작고 균일하다. 또, 중합시 중합 조건의 제어를 통해 염화비닐 수지의 평균 입자 크기 및 균일도를 더욱 제어할 수 있는데, 일 구현예의 조성물에서 사용 가능한 염화비닐 수지의 평균 입자 크기(D50)는 0.1 내지 40 ㎛, 보다 구체적으로는 1 내지 10 ㎛일 수 있으며, 상기한 범위의 입자 크기를 가짐으로써 우수한 분산성을 나타내고, 가소화된 염화비닐 수지 조성물의 유동성을 보다 개선시킬 수 있다. 상기 염화비닐 수지의 평균 입자 크기(D50)가 40㎛를 초과하면 염화비닐 수지 입자 자체로 분산성이 낮고, 또 1㎛ 미만이면, 염화비닐 수지 입자간 응집으로 인해 분산성이 저하될 우려가 있다. 이때, 상기 염화비닐 수지의 평균 입자 크기(D50)는, 입자 크기에 따른 입자 개수 누적 분포의 50% 지점에서의 입경을 의미하며, 광학현미경 관찰법, 광산란 측정법, 레이저 회절법 등의 통상의 입자 크기 분포 측정방법에 따라 측정될 수 있다. 보다 구체적으로, 입자크기 분석기, 구체적으로는 레이저 회절 입자크기 분석기(Malvern Mastersizer, Malvern instrument사제)를 이용하여 측정할 수 있다.
한편, 상기 염화비닐 수지는 1,300 이상의 중합도를 가질 수 있다. 이때, 중합도(degree of polymerization)는 중합체를 구성하는 반복된 단위(단위체 또는 단량체)의 수를 나타내는 것으로, 규격 JIS K6720-2에 준거하여 측정할 수 있다. 상기 염화비닐 수지의 중합도가 1,300 미만인 경우 탄성이 부족하여 고탄성 장갑의 제조가 어렵거나, 고탄성 장갑의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
보다 구체적으로는, 상기 염화비닐 수지는 중합도가 1,300 이상이면서 2,000 이하일 수 있다. 상기 염화비닐 수지의 중합도가 2,000을 초과하는 경우 가소제와의 상용성 및 분산성이 저하될 우려가 있다. 예를 들어, 상기 염화비닐 수지는 중합도가 1,400 내지 2,000, 1,450 내지 1,800, 또는 1,500 내지 1,700일 수 있다.
(b) 디(2-에틸헥실)사이클로헥산-1,4-디카르복실레이트, (c) 트리부틸시트레이트 및 (d) 에폭시화 식물성 오일
일 구현예에 따른 염화비닐 수지 조성물은, 상기 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여, 가소제 성분으로 45 내지 85 중량부의 디(2-에틸헥실)사이클로헥산-1,4-디카르복실레이트, 5 내지 30 중량부의 트리부틸시트레이트 및 5 내지 20 중량부의 에폭시화 식물성 오일의 조합을 포함한다.
이들의 조합을 특정 함량으로 포함한 가소제의 사용으로, 점도 저하제의 함량을 낮추면서도 조성물의 점도를 낮게 유지할 수 있고, 상기 트리부틸시트레이트의 적용으로 겔링 속도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 이들 특정 조성의 가소제의 사용으로, 일 구현예의 조성물은 고탄성 장갑으로의 우수한 가공성 및 성형성을 나타내면서도, 점도 저하제의 과량 첨가에 따른 물성 저하를 억제하고, 보다 우수한 기계적 물성을 갖는 고탄성 장갑의 제공이 가능해 진다.
한편, 상기 "디(2-에틸헥실)사이클로헥산-1,4-디카르복실레이트(di(2-ethylhexyl)cyclohexane-1,4-dicarboxylate, 이하 ‘DEHCH’로 약칭함))"는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로, IUPAC 명칭은 Bis(2-ethylhexyl)cyclohexane-1,4-dicarboxylate이다:
[화학식 1]
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또한, 상기 "트리부틸시트레이트(tributyl citrate, 이하 ‘TBC’로 약칭함) "는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물로, IUPAC 명칭은 2-Hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylate이다:
[화학식 2]
상기 DEHCH는 종래 사용되는 프탈레이트계 가소제에 비하여 휘발성 유기 화합물의 발생을 최소화하면서, 동시에 친환경 가소제로 알려진 디옥틸 테레프탈레이트(Dioctyl Terephthalate; DOTP)보다 점도가 매우 낮고 겔링(Gelling) 속도가 빨라, 염화비닐 수지 조성물의 가공성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
다만, DEHCH는 고분자 수지와 혼합된 가소제 중 일부가 고분자 수지 외부로 유출되는 migration이 발생할 수 있다. 이러한 가소제의 migration으로 인해 제품의 표면이 미끌거리거나 제품의 물성이 저하될 수 있기 때문에, 가소제의 migration을 최대한 억제하여야 한다.
이러한 DEHCH의 migration을 최대한 억제하기 위하여, TBC를 같이 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 화학식 2로 표시되는 TBC에 존재하는 에스터기와 DEHCH의 에스터기간의 수소 결합 등의 상호 작용으로 인하여, DEHCH의 migration이 억제될 수 있다. 또한, DEHCH와 TBC의 조합에 의해 염화비닐 수지 조성물의 겔링 속도가 빨라져, 조성물을 사용하여 제품 제조 시 생산성이 향상될 수 있다.
특히, 시트레이트계 화합물 중 상기 화학식 2로 표시되는 TBC를 DEHCH와 함께 사용하는 경우, 다른 시트레이트계 화합물을 함께 사용하는 경우에 비하여, 조성물의 겔링 속도가 개선되면서도 DEHCH의 migration이 더욱 억제될 수 있다. 이에 따라, 상기 조성물을 사용하여 제조된 제품의 물성, 특히 제품의 인장강도가 향상될 수 있다.
상술한 2 가지 성분과 함께 사용되는 에폭시화 식물성 오일은 일 구현예의 조성물이 나타내는 점도를 추가적으로 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 일 구현예의 조성물의 가공성 및 성형성을 더욱 향상시킬 수 있고, 상대적인 점도 저하제의 첨가량을 더욱 줄일 수 있다.
이러한 에폭시화 식물성 오일은, [화학식 3]과 같이 식물성 오일의 지방산 사슬에 에폭시기를 가지는 구조의 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
상기 에폭시화 식물성 오일은, 식물성 오일의 불포화 결합에 에폭시화 반응을 통하여 에폭시기를 도입한 화합물일 수 있다. R31 내지 R33은 에폭시기를 포함하는 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분쇄의 알케닐기 또는 알킬기일 수 있다. 상기 에폭시화 식물성 오일은 식물성 오일을 에폭시 반응을 시켜서 얻는다. 에폭시 반응에는 포름산이 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 에폭시화 식물성 오일은 에폭시화 대두유(epoxidized soybean oil), 에폭시화 피마자유(epoxidized castor oil), 에폭시화 아마인유(epoxidized linseed oil), 에폭시화 팜유(epoxidized palm oil), 에폭시화 톨유(epoxidized tall oil), 에폭시화 동유(epoxidized tung oil), 에폭시화 포도씨유(epoxidized grape seed oil), 에폭시화 올리브유(epoxidized olive oil), 에폭시화 호호바유(epoxidized jojoba oil), 에폭시화 양귀비씨유(epoxidized poppyseed oil), 에폭시화 면실유(epoxidized cottonseed oil), 에폭시화 카놀라유(epoxidized canola oil), 에폭시화 밀배아유(epoxidized wheat germ oil), 에폭시화 땅콩유(epoxidized peanut oil), 에폭시화 호두유(epoxidized walnut oil) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
한편, 일 구현예에 따른 염화비닐 수지 조성물은 상기 DEHCH를 상기 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여 40 내지 85 중량부로 포함한다. 상기 조성물 내 DEHCH의 함량이 40 중량부 미만이면 염화비닐 수지 조성물의 점도가 증가하여 가공성이 저하되거나, 제조되는 제품의 유연성이 저하될 우려가 있고, DEHCH의 함량이 85 중량부를 초과하면 DEHCH가 성형품의 표면으로 새어나오는 블리딩 현상(bleeding effect)이 발생하기 쉽고, 이로 인해 표면 끈적임이 발생함으로써 가공 및 완제품에 문제를 야기할 우려가 있다. 구체적으로, 상기 DEHCH는 염화비닐 수지 조성물 내에 상기 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여 50 내지 80 중량부, 또는 55 내지 70 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.
또한, 일 구현예에 따른 염화비닐 수지 조성물은 상기 TBC를 상기 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여 5 내지 30 중량부로 포함한다. 상기 조성물 내 TBC의 함량이 5 중량부 미만이면 DEHCH의 migration을 억제하는 효과가 미미할 수 있고, 또한 조성물의 겔링 속도가 충분히 빠르지 않아 제품 제조 시 생산성이 저하될 우려가 있다. 또한, TBC의 함량이 30 중량부를 초과하면 DEHCH 대비 TBC의 함량이 높아져 DEHCH에 의한 점도 저하 효과가 크지 않아, 조성물의 점도가 충분히 낮아지지 않아 조성물의 가공성이 저하될 우려가 있다. 구체적으로, 상기 TBC는 염화비닐 수지 조성물 내에 상기 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여 7 내지 25 중량부, 또는 10 내지 20 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.
추가로, 일 구현예에 따른 염화비닐 수지 조성물은 상기 에폭시화 식물성 오일을 상기 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여 5 내지 20 중량부로 포함한다. 상기 조성물 내 에폭시화 식물성 오일의 함량이 지나치게 낮아지면, 점도 저하 정도가 충분치 않아 조성물의 가공성이 저하될 수 있다. 반대로, 상기 에폭시화 식물성 오일의 함량이 지나치게 커지면, 상대적으로 DEHCH나, TBC의 함량이 충분치 못하게 되어, 겔링 속도가 충분치 못하거나, DEHCH에 의한 점도 저하 효과가 충분치 못하게 될 수 있다. 구체적으로, 상기 에폭시화 식물성 오일은 염화비닐 수지 조성물 내에 상기 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여 7 내지 15 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.
이러한 염화비닐 수지 조성물에서 가소제 함량 제어에 따른 점도 감소 및 빠른 겔링 속도 효과를 고려할 때, 상기 DEHCH, TBC 및 에폭시화 식물성 오일의 총 함량은 상기 염화비닐 수지 100 중량부 대비 70 내지 95 중량부, 혹은 75 내지 90 중량부로 될 수 있다.
또한, 상기 염화비닐 수지 조성물에서 상기 DEHCH, TBC 및 에폭시화 식물성 오일의 중량비는 90 : 5 : 5 내지 55 : 28 : 17일 수 있다. 이러한 중량비를 충족함에 따라, DEHCH 및 에폭시화 식물성 오일에 의한 낮은 점도의 구현이 가능하면서도, TBC의 부가에 의한 겔링 속도의 향상이 가능해 진다. 구체적으로, 상기 염화비닐 수지 조성물에서 상기 DEHCH, TBC 및 에폭시화 식물성 오일의 중량비는 80 : 15 : 5 내지 60 : 25 : 15일 수 있다.
(e) 점도 저하제
일 구현예에 따른 장갑용 염화비닐 수지 조성물은, 상기 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여, 3 내지 20 중량부, 혹은 5 내지 20 중량부의 점도 저하제를 포함한다. 상기 점도 저하제는 액상 플라스티졸 형태인 염화비닐 수지 조성물이 제품 제조에 용이하도록 조성물의 점도를 추가로 낮춰주는 역할을 한다.
상기 점도 저하제는, 지방족 탄화수소계 화합물, 카르복실산 에스테르계 화합물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이 중, 상기 카르복실산 에스테르계 화합물이 상기한 가소제 및 염화비닐 수지와의 상용성이 우수하고, 또 저휘발성으로 염화비닐 수지 조성물에 사용시 휘발성 유기 화합물의 발생량을 감소시킬 수 있어 바람직하다.
구체적으로, 상기 카르복실산 에스테르계 화합물은 탄소수 8 내지 22의 카르복실산을 탄소수 8 내지 22의 알킬기를 갖는 알코올과 에스테르 반응시켜 제조한, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 4]
상기 화학식 3에서,
Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 탄소수 8 내지 22의 직쇄형 또는 분지형 알킬기이다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 3에서, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로, n-옥틸, t-부틸, n-노닐, 또는 n-데실일 수 있다.
또한, 상기 카르복실산 에스테르계 화합물로 상업적으로 입수가능한 제품으로는, BYK LP-R 22274®, Viscobyk®5025, 5125 and 5050, Jayflex® 615 또는 Exxsol® D100, 등이 사용될 수 있고, 이중에서도 상기한 가소제와의 상용성이 우수하여 migration이 적으며, 겔링 속도가 빠른 BYK LP-R 22274®가 보다 바람직하게 사용될 수 있다.
또한, 상기 점도 저하제는 20℃에서의 밀도가 0.85 내지 0.9 g/cm3, 보다 구체적으로는 0.87 내지 0.9 g/cm3고, 응고점(Solidification point)이 -7℃ 이하, 보다 구체적으로는 -10 내지 -40℃ 이며, 인화점(flash point)이 120℃ 이상, 보다 구체적으로는 130℃ 내지 200℃인 것일 수 있다. 상기한 밀도 조건과 함께 응고점 및 인화점을 충족하는 경우 겔링 속도가 빠르고, 점도 저하력이 우수하여 수지 조성물의 가공성을 보다 개선시킬 수 있다.
또한, 일 구현예에 따른 염화비닐 수지 조성물은 상기 점도 저하제를 상기 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여 3 내지 20 중량부로 포함한다. 상기 조성물 내 점도 저하제의 함량이 지나치게 낮으면 조성물의 점도가 높아 딥핑(dipping)공정에서 플라스티졸의 코팅두께가 두꺼워지며 제품 표면의 레벨링(leveling) 불량 발생의 우려가 있고, 반대로 이의 함량이 지나치게 높으면 과도한 점도 저하로 코팅두께가 매우 얇아지거나 겔링 속도가 늦어질 수 있으며, 일 구현예의 조성물로 제조된 장갑의 기계적 물성 등이 저하될 수 있다. 따라서, 염화비닐 수지에 대한 점도 저하제 함량 제어에 따른 불량 발생 및 성형 저하 방지 효과의 현저함을 고려할 때 상기 점도 저하제는 보다 구체적으로 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여 4 중량부 이상, 또는 5 중량부 이상이면서, 15 중량부 이하, 10 중량부 이하, 8 중량부 이하, 또는 6 중량부 이하로 포함될 수 있다.
한편, 일 구현예의 조성물은 상술한 성분 외에, 안정제 및 분산제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
먼저, 상기 일 구현예의 조성물은 상기 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여, 0.5 내지 3 중량부의 안정제를 포함할 수 있다.
상기 안정제는 염화비닐 수지에서 분리된 HCl이 발색단인 폴리엔 구조를 형성하여 주쇄의 절단, 가교 현상과 같은 물성 변화를 야기하는 것을 예방하는 목적으로 첨가되는 것으로, Ca-Zn계 화합물, K-Zn계 화합물, Ba-Zn계 화합물, 유기 Tin계 화합물; 메탈릭 비누계 화합물, 페놀계 화합물, 인산 에스테르계 화합물 및 아인산 에스테르계 화합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.
상기 안정제의 보다 구체적인 예로는 Ca-Zn계 화합물; K-Zn계 화합물; Ba-Zn계 화합물; 머캡티드 (Mercaptide)계 화합물, 말레인산계 화합물 또는 카르복실산계 화합물과 같은 유기 Tin계 화합물; Mg-스테아레이트, Ca-스테아레이트, Pb-스테아레이트, Cd-스테아레이트, 또는 Ba-스테아레이트 등과 같은 메탈릭 비누계 화합물; 페놀계 화합물; 인산 에스테르계 화합물; 또는 아인산 에스테르계 화합물 등이며, 사용 목적에 따라 선택적으로 포함된다. 이중 수지와의 상용성 및 친환경적인 측면을 고려할 때, Ca-Zn계 화합물 또는 K-Zn계 화합물이 사용될 수 있다.
또한, 일 구현예에 따른 조성물은 상기 안정제를 상기 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여 0.5 내지 3 중량부로 포함한다. 상기 조성물 내 안정제의 함량이 0.5 중량부 미만이면, 열안정성이 저하되는 문제가 있고, 상기 안정제의 함량이 3 중량부를 초과하면 필요 이상의 열안정성이 발현될 수 있어 적합하지 않다. 이에, 적절한 열안정성 측면을 고려할 때 상기 안정제는 보다 구체적으로 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여 1 중량부 이상, 또는 1.5 중량부 이상이면서, 2.7 중량부 이하, 2.5 중량부 이하, 또는 2.3 중량부 이하로 포함될 수 있다.
한편, 일 구현예에 따른 상기 염화비닐 수지 조성물은, 조성물 내에 염화비닐 수지 입자들간의 분산성을 향상시키기 위해 분산제를 더 포함할 수 있다. 상기 분산제는 표면에 흡착되어 입자 사이의 인력을 감소시키고, 재응집을 방지함으로써, 입자들의 이동을 용이하게 하고, 수지 조성물의 점도 및 거동을 안정시키는 작용을 한다.
상기 분산제로는 분산능력이 우수한 산성 에스테르(Acidic ester)계 화합물이 1종 이상이 사용될 수 있다. 상기 산성 에스테르계 화합물은 염화비닐 수지에 대해 우수한 분산성을 나타낼 뿐만 아니라 배합물의 점도를 낮추는 특성으로 인해 추가적인 점도 저하 효과를 나타낼 수 있다.
구체적으로 상기 산성 에스테르계 화합물로는 인산 에스테르 등의 인산 에스테르계 화합물; 또는 스테아릴 세틸 스테아레이트(Stearyl Cetyl Stearates; CETS), 에틸렌 글리콜 디스테아레이트(Ethylene Glycol Distearate; EGDS), 글리세릴모노올레이트(GlycerylMonoOleate; GMO), 펜타에리쓰리톨 디스테아레이트(PentaErythritol Distearate; PEDS), 펜타에리쓰리톨 테트라스테아레이트(PentaErythritol Tetrastearate; PETS), 글리세릴 모노스테아레이트(Glyceryl Monostearate; GMS), 또는 스테아릴 스테아레이트(Stearyl Stearate), 디스테아릴 프탈레이트(Distearyl Pthalate) 등의 지방산 에스테르(fatty acid estr) 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물이 사용될 수 있다. 이중에서도 인산 에스테르계 화합물이 바람직할 수 있다. 또, 상업적으로는 BYK-LP W 21809 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 분산제는 20℃에서의 밀도가 0.9 내지 1.3 g/cm3, 보다 구체적으로는 0.90 내지 1.1 g/cm3이고, 산가가 80 내지 120 mgKOH/g, 보다 구체적으로는 90 내지 100 mgKOH/g인 것일 수 있다. 상기한 밀도 및 산가 조건을 충족하는 경우 우수한 분산성을 나타내는 동시에 수지 조성물에 대한 점도 저하 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또, 상기 분산제는 인화점(flash point)이 80℃ 이상, 보다 구체적으로는 100℃ 내지 300℃인 것일 수 있다. 상기한 범위의 인화점을 가짐으로써 수지 조성물의 열 안정성을 개선시킬 수 있다.
상기 분산제가 염화비닐 수지 조성물에 첨가되는 경우, 상기 분산제는 염화비닐 수지 100 중량부에 대하여 0.5 내지 3 중량부로 포함될 수 있다. 상기 분산제의 함량이 0.5 중량부 미만이면, 배합물의 분산성 불량 우려가 있고, 3 중량부를 초과하면 최종 제조되는 제품의 물성이 저하될 우려가 있다.
한편, 발명의 일 구현예에 따른 상기 염화비닐 수지 조성물은, 상기한 염화비닐 수지, DEHCH, TBC, 안정제, 점도 저하제 및 선택적으로 첨가제를 사용하여 당업계에 일반적으로 알려진 방법에 의하여 제조될 수 있으며, 그 방법에 있어서 특별히 한정되지는 않는다.
상기와 같은 조성을 갖는 염화비닐 수지 조성물은, 고중합도의 염화비닐 수지에 가소제로 특정 함량의 DEHCH, TBC 및 에폭시화 식물성 오일의 조합을 사용하여, 적은 양의 점도 저하제를 사용하더라도 낮은 점도 및 빠른 겔링 속도를 나타낼 수 있다.
구체적으로, 상기 염화비닐 수지 조성물은 ASTM D 2196 규격에 의거하여 25℃ 항온 오븐에서 1시간 동안 숙성시킨 후 Brookfield 점도계(spindle #6, 20 RPM)로 측정한 점도가 400 cPs 내지 800 cPs일 수 있다. 상기 염화비닐 수지 조성물이 상술한 범위의 점도를 갖는 경우, 가공 속도가 빨라 생산성이 향상될 수 있고, 제품 성형시 일정한 품질의 제품을 안정적으로 생산할 수 있다.
또한, 상기 염화비닐 수지 조성물은 성형 후 우수한 물성을 나타내는, 특히 인장강도가 우수한 제품을 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 염화비닐 수지 조성물을 성형하여 친환경적이고 고탄성이 요구되는 산업용 또는 의료용 장갑을 제조할 수 있다.
한편, 상기 조성물을 사용한 장갑의 성형 방법은 통상적인 PVC 고탄성 장갑의 성형 방법에 따를 수 있으므로, 이에 관한 추가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 염화비닐 수지 조성물은, 특정 조성의 가소제를 포함하여 고탄성 장갑으로의 우수한 가공성 및 생산성을 나타낼 수 있다. 또한, 점도 저하제의 추가량을 줄여 이에 의한 물성 저하를 억제하면서도, 보다 향상된 기계적 물성을 나타내는 친환경 고탄성 장갑의 제조를 가능케 한다.
이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 실시예, 비교예에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 중량 기준이다.
실시예 1
염화비닐 수지(KH-31G™, 한화 케미칼사제, 중합도 1600±50) 100 중량부에 대해, DEHCH : TBC : 에폭시화 대두유 (송원산업 E-700)를 70 : 20 : 10의 중량비로 혼합한 가소제의 80 중량부, 액상 안정제(LTX248H™, KD Chem사제) 2 중량부, 카르복실산 에스테르계 화합물인 점도저하제(BYK LP-R 22274™, BYK사제, 20℃ 밀도=0.879g/cm3, 응고점: <-13℃, 인화점: >140℃) 5 중량부 및 분산제(BYK-21809™, BYK사제, 20℃ 밀도=1.092g/cm3, 산가: 약 100mgKOH/g, 인화점: >100℃) 1중량부를 Mathis mixer에서 10분 동안 혼합하여 플라스티졸 형태의 염화비닐 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 2
염화비닐 수지(KH-31G™, 한화 케미칼사제, 중합도 1600±50) 100 중량부에 대해, DEHCH : TBC : 에폭시화 대두유 (송원산업 E-700)를 60 : 25 : 15의 중량비로 혼합한 가소제의 80 중량부, 액상 안정제(LTX248H™, KD Chem사제) 2 중량부, 카르복실산 에스테르계 화합물인 점도저하제(BYK LP-R 22274™, BYK사제, 20℃ 밀도=0.879g/cm3, 응고점: <-13℃, 인화점: >140℃) 5 중량부 및 분산제(BYK-21809™, BYK사제, 20℃ 밀도=1.092g/cm3, 산가: 약 100mgKOH/g, 인화점: >100℃) 1중량부를 Mathis mixer에서 10분 동안 혼합하여 플라스티졸 형태의 염화비닐 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 3
염화비닐 수지(KH-31G™, 한화 케미칼사제, 중합도 1600±50) 100 중량부에 대해, DEHCH : TBC : 에폭시화 대두유 (송원산업 E-700)를 80 : 15 : 5의 중량비로 혼합한 가소제의 80 중량부, 액상 안정제(LTX248H™, KD Chem사제) 2 중량부, 카르복실산 에스테르계 화합물인 점도저하제(BYK LP-R 22274™, BYK사제, 20℃ 밀도=0.879g/cm3, 응고점: <-13℃, 인화점: >140℃) 5 중량부 및 분산제(BYK-21809™, BYK사제, 20℃ 밀도=1.092g/cm3, 산가: 약 100mgKOH/g, 인화점: >100℃) 1중량부를 Mathis mixer에서 10분 동안 혼합하여 플라스티졸 형태의 염화비닐 수지 조성물을 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 DEHCH, TBC 및 에폭시화 대두유가 혼합된 가소제 대신, 가소제로 DOTP 80 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 플라스티졸 형태의 염화비닐 수지 조성물을 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에서 DEHCH, TBC 및 에폭시화 대두유가 혼합된 가소제 대신, 가소제로 DEHCH 80 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 플라스티졸 형태의 염화비닐 수지 조성물을 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1에서 DEHCH, TBC 및 에폭시화 대두유가 혼합된 가소제 대신, DEHCH : TBC를 60 : 40의 중량비로 혼합한 가소제의 80 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 플라스티졸 형태의 염화비닐 수지 조성물을 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 1에서 DEHCH, TBC 및 에폭시화 대두유가 혼합된 가소제 대신, DEHCH : TBC를 70 : 30의 중량비로 혼합한 가소제의 80 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 플라스티졸 형태의 염화비닐 수지 조성물을 제조하였다.
비교예 5
상기 실시예 1의 가소제 대신, DEHCH : TBC : 에폭시화 대두유를 30 : 40 : 30의 중량비로 혼합한 가소제의 80 중량부를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 플라스티졸 형태의 염화비닐 수지 조성물을 제조하였다.
실험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 염화비닐 수지 조성물의 점도 및 겔링 속도와, 상기 플라스티졸을 경화시켜 제조한 시편의 인장 강도를 하기와 같이 평가하였다.
1) 점도
점도는, 상기 각각 제조된 염화비닐 수지 조성물을 ASTM D 2196 규격에 의거하여, 25℃ 항온 오븐에서 1시간 동안 숙성시킨 후 Brookfield 점도계(spindle #6, 20 RPM)를 이용하여 초기점도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
2) 겔링 속도
겔링 속도는, 상기 각각 제조된 염화비닐 수지 조성물을 SVNC 장비를 이용하여 110℃에서 겔링속도를 측정하였다. SVNC 장비에서 겔링이 진행될수록 진폭(amplitude)이 감소하는데 이의 감소 속도를 이용하여 겔링속도를 비교 측정한 다음, 겔링속도를 점수화하여 하기 표 1에 나타내었다(매우 우수 10>9>8>7>6>5>4>3>2>1 매우 열세).
3) 인장 강도
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 염화비닐 수지 조성물을 0.2 mm 두께로 코팅한 뒤 200℃에서 3분간 가열하여 시편을 제작하였고, 상기 시편의 인장강도를 U.T.M을 이용하여 ASTM D 638 규격에 의거하여 Cross head speed 200㎜/분 조건에서 측정하였다.
가소제 (중량비) |
점도 저하제 (중량부) |
물성 평가 | |||||
안정제 (중량부) |
분선제 (중량부) |
점도 (cPs) |
겔링 속도 | 인장강도 (kgf/mm2) |
|||
실시예 1 | DEHCH:TBC:에폭시화 대두유 (70:20:10) |
5 | 2 | 1 | 565 | 9 | 1.910 |
실시예 2 | DEHCH:TBC:에폭시화 대두유 (60:25:15) |
5 | 2 | 1 | 765 | 10 | 1.885 |
실시예 3 | DEHCH:TBC:에폭시화 대두유(80:15:5) | 5 | 2 | 1 | 535 | 9 | 1.830 |
비교예 1 | DOTP(100) | 5 | 2 | 1 | 1,100 | 4 | 1680 |
비교예 2 | DEHCH(100) | 5 | 2 | 1 | 480 | 6 | 1.705 |
비교예 3 | DEHCH:TBC(60:40) | 5 | 2 | 1 | 880 | 10 | 1.690 |
비교예 4 | DEHCH:TBC(70:30) | 5 | 2 | 1 | 1,045 | 8 | 1.850 |
비교예 6 | DEHCH:TBC:에폭시화 대두유(30:40:30) | 5 | 2 | 1 | 1,590 | 9 | 1.780 |
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 상기 실시예의 염화비닐수지 조성물은 상대적으로 점도가 낮고 겔링 속도가 우수하여, 가공성 성형성이 뛰어남이 확인되었다. 또한, 우수한 기계적 물성을 함께 나타내는 것으로 확인되었다.
이에 비해, 비교예의 조성물은 겔링 속도가 충분치 못하거나(비교예 1, 2), 점도가 높아(비교예 3 내지 5) 실시예에 비해 열악한 가공성을 나타내는 것으로 확인되었다. 더구나, 비교예의 조성물은 기계적 물성이 열악하여 장갑으로 성형시 기본적인 물성이 저하되는 것으로 확인되었다.
Claims (12)
- (a) 염화비닐 수지 100 중량부;
(b) 디(2-에틸헥실)사이클로헥산-1,4-디카르복실레이트 40 내지 85 중량부;
(c) 트리부틸시트레이트 5 내지 30 중량부;
(d) 에폭시화 식물성 오일 5 내지 20 중량부; 및
(e) 점도 저하제 3 내지 20 중량부를 포함하는 염화비닐 수지 조성물로,
상기 점도 저하제는 20℃에서의 밀도가 0.85 내지 0.9g/cm3, 응고점이 -7℃ 이하이며, 인화점이 120℃ 이상이고,
상기 염화비닐 수지 조성물은, ASTM D 2196 규격에 의거하여 25℃ 항온 오븐에서 1시간 동안 숙성시킨 후 Brookfield 점도계(spindle #6, 20 RPM)로 측정한 점도가 400 cPs 내지 800 cPs인,
장갑용 염화비닐 수지 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 염화비닐 수지는 중합도가 1,300 내지 2,000인 장갑용 염화비닐 수지 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 내지 (d)의 총 함량은 상기 염화비닐 수지 100 중량부 대비 70 내지 95 중량부로 되는 장갑용 염화비닐 수지 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 에폭시화 식물성 오일은 에폭시화 대두유(epoxidized soybean oil), 에폭시화 피마자유(epoxidized castor oil), 에폭시화 아마인유(epoxidized linseed oil), 에폭시화 팜유(epoxidized palm oil), 에폭시화 톨유(epoxidized tall oil), 에폭시화 동유(epoxidized tung oil), 에폭시화 포도씨유(epoxidized grape seed oil), 에폭시화 올리브유(epoxidized olive oil), 에폭시화 호호바유(epoxidized jojoba oil), 에폭시화 양귀비씨유(epoxidized poppyseed oil), 에폭시화 면실유(epoxidized cottonseed oil), 에폭시화 카놀라유(epoxidized canola oil), 에폭시화 밀배아유(epoxidized wheat germ oil), 에폭시화 땅콩유(epoxidized peanut oil), 및 에폭시화 호두유(epoxidized walnut oil)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 장갑용 염화비닐 수지 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 점도 저하제는 지방족 탄화수소계 화합물, 카르복실산 에스테르계 화합물, 또는 이들의 조합을 포함하는 장갑용 염화비닐 수지 조성물.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 안정제 및 분산제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 장갑용 염화비닐 수지 조성물.
- 제7항에 있어서, 상기 안정제는 상기 염화비닐 수지 100 중량부 대비 0.5 내지 3 중량부의 함량으로 포함되는 장갑용 염화비닐 수지 조성물.
- 제7항에 있어서, 상기 안정제는 Ca-Zn계 화합물, K-Zn계 화합물, Ba-Zn계 화합물, 유기 Tin계 화합물, 메탈릭 비누계 화합물, 페놀계 화합물, 인산 에스테르계 화합물 및 아인산 에스테르계 화합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 장갑용 염화비닐 수지 조성물.
- 제7항에 있어서, 상기 분산제는 상기 염화비닐 수지 100 중량부 대비 0.5 내지 3 중량부의 함량으로 포함되는 장갑용 염화비닐 수지 조성물.
- 삭제
- 제1항 내지 제5항, 및 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 염화비닐 수지 조성물을 성형하여 제조된 산업용 또는 의료용 장갑.
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