KR20140041161A

KR20140041161A - 향상된 결정화 속도를 가지는 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물

Info

Publication number: KR20140041161A
Application number: KR1020120108183A
Authority: KR
Inventors: 신종욱; 김태영; 박규태; 문정미; 김종량; 백지원
Original assignee: 에스케이케미칼주식회사
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-04-04
Also published as: KR101912917B1; WO2014051311A2; TW201420634A; WO2014051311A3

Abstract

본 발명에 따른 폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트 수지 조성물은, 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지, 유리 섬유, 및 고내열 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지를 포함한다. 본 발명에 따른 폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트 수지 조성물은 결정화 속도가 향상될 수 있다는 효과를 가진다.

Description

향상된 결정화 속도를 가지는 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물 {Poly(1,4-cyclohexylenedimethylene terephthalate) having enhanced crystallization rate}

본 발명은 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 향상된 결정화 속도를 가지는 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물에 관한 것이다.

폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지(이하, PCT 수지)는 섬유, 필름 및 성형 제품을 제조 시 사용되며 높은 내마모성, 내구성 및 내열성 같은 우수한 물리적 특성을 갖는다. PCT 수지의 높은 결정성은 상승된 온도에서 적당한 경도, 강도 및 내열성 확보에 있어 필수적이다. 적당한 결정성을 위해, PCT 조성물은 일반적으로 150℃ 이상의 금형 온도를 필요로 한다. 이러한 높은 금형 온도를 위해 복잡한 성형 장치가 필요하며, 예를 들어 oil bath heating units 같은 특수화된 가열 장치를 필요로 한다.

이에, 필요한 금형 온도를 낮추기 위해 낮은 온도에서 폴리(알킬렌 테레프탈레이트)의 결정화를 촉진하는 방법으로서 결정화 보조물의 사용이 제안되었다. 결정화 보조물로서 에스테르 화합물을 사용하는 것이 미국특허등록 제4,223,125호 및 제4,223,113호에 기재 되어 있다. 기타 형태의 결정화 보조물로는 케톤, 아미드 및 설폰 아미드가 포함된다. 그러나, 이들 부가제는 건조하는 동안 부가제의 휘발성 손실을 일으키면서 고온에서 휘발할 수 있어서 화합물로 만든 후에 PCT 조성물을 건조하는 것이 어렵다는 단점이 있었다.

따라서, 저온에서 성형될 수 있고 적당한 물리적 성질을 지니며 결정화 속도가 향상될 수 있는 PCT 조성물이 필요한 실정이었다.

1. 미국특허등록 제4,223,125호 2. 미국특허등록 제4,223,113호

본 발명은 향상된 결정화 속도를 가지는 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트 수지 조성물은, 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지 및 고내열 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지로 이루어지는 수지, 및 유리 섬유를 포함한다.

상기에서, 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지의 함량은 전체 수지 기준으로 60 내지 95 중량%일 수 있다.

그리고, 상기 유리 섬유 함량이 상기 전체 수지 100중량부에 대해 20 내지 60 중량부일 수 있고, 상기 유리 섬유는 필라멘트, 쓰레드, 파이버, 및 휘스커로 이루어진 군으로부터 선택되는 형태일 수 있다.

상기에서, 고내열 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지의 함량은 전체 수지 기준으로 5 내지 40 중량%일 수 있다.

또한, 상기 고내열 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지는, trans 폼이 80 mol% 이상인 사이클로헥산디메탄올을 사용하여 제조될 수 있다.

아울러, 상기 조성물은 티타늄 화합물, 산화안정제, 및 활제를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면 상기 조성물로 제조된 성형제품이 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트 수지 조성물은 결정화 속도가 향상될 수 있다는 효과를 가진다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은, 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지, 유리 섬유, 및 고내열 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지를 포함하는 조성물을 제공한다.

고분자 수지의 결정화 속도를 향상시키기 위한 방법으로는 저분자 유기물로 이루어진 유기 핵제와 무기 필러 등의 무기 핵제를 첨가하는 방법 등이 있고, 고융점의 고분자 수지를 수지에 일정량 첨가 함으로써 수지의 용융 결정화 속도를 개선할 수도 있는데, 본 발명에서는 고내열 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지를 사용한다.

이하, 본 발명의 구현예에 따른 폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트 수지 조성물에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지 및 고내열 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지로 이루어지는 수지, 및 유리 섬유를 포함하는 조성물이 제공된다.

상기에서 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지는, 1,4-사이클로헥산디메탄올 및 테레프탈산 단량체 단위로 구성된 1,4-폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지가 바람직하다. 이는 이러한 수지가 저온에서 성형될 때 우수한 결정성을 나타내기 때문이다. 이들 수지는 공지된 일반적인 기술을 이용해 제조될 수 있다.

한편, 상기 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지의 함량은 전체 수지 기준으로 60 내지 95 중량% 일 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 조성물은 상기 전체 수지 100중량부에 대해 20 내지 60 중량부의 유리 섬유를 함유할 수 있다. 또한, 상기 유리 섬유는 유리 필라멘트(filament), 쓰레드(threed), 파이버(fiber), 또는 휘스커(whisker) 등의 형태일 수 있고, 길이는 3mm 내지 5mm 가 바람직할 수 있다. 또한, 선형된 부분이 뒤틀리는 것을 감소시키기 위해, 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지는 운모와 같이 판형인 충진재 및 유리 섬유의 혼합물로 강화될 수 있다.

한편, 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지의 경우 원료로 사용되는 CHDM(Cyclohexanedimethanol)은 trans 폼과 cis 폼의 두 가지 이성질체를 가지고 있으며, 일반적으로 CHDM의 Trans함량은 70mol% 정도인데, 촉매 하에서 이성화 반응시키면 일반 CHDM의 Trans 함량을 변화시킬 수 있다. 여기서, trans 폼의 함량이 증가할수록 CHDM을 사용하여 제조한 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지의 융점 및 내열도가 증가하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지를 중합함에 있어, CHDM내 trans 폼의 비율을 증가시킴으로써 융점이 높고 내열도가 향상된 고내열 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지를 제조하여, 이를 일반 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지에 적용함으로써 결정화 속도를 개선할 수 있었다.

trans 폼이 80 mol% 이상인 CHDM, 테레프탈산, 및 촉매를 넣고 에스테르화 반응과 중축합 반응을 행하여 고분자량의 고내열 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지를 얻을 수 있으며, 일 예로써 제조된 고내열 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지의 고유점도는 0.65 dl/g 이었으며 용융 온도 (Melting temperature)는 305℃ 일 수 있다.

즉, 상기 고내열 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지는, trans 폼이 80 mol% 이상인 사이클로헥산디메탄올을 사용하여 제조될 수 있다.

상기와 같이 제조된 고내열 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지는 Compounding 공정을 통해 Base PCT와 균일하게 혼합될 수 있다. 고내열 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지를 투입을 위해서는 이축 압출기(Twin Screw Extruder)를 사용할 수 있고, 직경비 (L/D)는 약 30에서 50 내외가 적당할 수 있다.

아울러, 상기 조성물은 수지의 처리가능성을 증진시키는 티타늄 화합물, 산화안정제, 및 활제와 같은 부가제를 함유할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다 할 것이다.

실시예 1

이축혼련압출기(Φ: 40mm, L/D = 44)를 사용하여 PCT 수지(융점 : 285℃, 용융결정화 온도 : 245℃) 60 중량%, 및 고내열 PCT 수지(Tm : 305℃, Tmc : 270℃) 40 중량%로 이루어진 수지 100 중량부에 대해, Glass Fiber 60 중량부를 첨가하고, 산화안정제(AO-60)와 활제(Hi-Lube)를 0.2 중량부 첨가하여 균일하게 혼련 압출을 진행하고, 펠렛을 제조하였다. 상기와 같이 제조된 펠렛을 사출기를 이용하여 사출온도 295℃, 사출압력 1500Kgf/cm²으로 동일하게 사출한 후, 150℃로 Setting된 ASTM 인장 시편 금형에 사출을 진행하고, 결정화에 의해 사출품이 고화되어 금형에서 안정적으로 분리가 되는 시간(사출 냉각시간)을 측정하였다.

또한, 용융결정화 온도가 증가할수록 결정화 속도가 빨라짐을 이용하여 하기와 같이 펠렛의 용융결정화 온도 측정으로 결정화 속도를 확인하였다. 즉, 용융결정화 온도 측정을 위해, DSC(Differential Scanning Calorimeter)를 이용하여 PCT를 320℃에서 완전 융해시킨 후 냉각 속도 20℃/분으로 시료를 냉각하며 시료가 결정화 되는 결정화 Max. Peak로 용용 결정화 온도를 측정하였다.

실시예 2

이축혼련압출기(Φ: 40mm, L/D = 44)를 사용하여 PCT 수지(융점 : 285℃, 용융결정화 온도 : 245℃) 80 중량%, 및 고내열 PCT(Tm : 305℃, Tmc : 270℃) 20 중량%로 이루어진 수지 100 중량부에 대해, Glass Fiber 40 중량부를 첨가하고, 및 산화안정제(AO-60)와 활제(Hi-Lube)를 0.2 중량부 첨가하였다.

이 외에는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 펠렛을 제조하여 사출 냉각 시간과 용용 결정화 온도를 측정하였다.

실시예 3

이축혼련압출기(Φ: 40mm, L/D = 44)를 사용하여 PCT 수지(융점 : 285℃, 용융결정화 온도 : 245℃) 90 중량%, 및 고내열 PCT(Tm : 305℃, Tmc : 270℃) 10 중량%로 이루어진 수지 100 중량부에 대해, Glass Fiber 40 중량부를 첨가하고, 및 산화안정제(AO-60)와 활제(Hi-Lube)를 0.2 중량부 첨가하였다.

실시예 4

이축혼련압출기(Φ: 40mm, L/D = 44)를 사용하여 PCT 수지(융점 : 285℃, 용융결정화 온도 : 245℃) 95 중량%, 및 고내열 PCT(Tm : 305℃, Tmc : 270℃) 5 중량%로 이루어진 수지 100 중량부에 대해, Glass Fiber 20 중량부를 첨가하고, 및 산화안정제(AO-60)와 활제(Hi-Lube)를 0.2 중량부 첨가하였다.

비교예 1

이축혼련압출기(Φ: 40mm, L/D = 44)를 사용하여 PCT 수지(융점 : 285℃, 용융결정화 온도 : 245℃) 100 중량부에 대해, Glass Fiber 60 중량부를 첨가하고, 및 산화안정제(AO-60)와 활제(Hi-Lube)를 0.2 중량부 첨가하였다.

이상의 실시예 및 비교예들의 실험 결과를 정리하여 하기 표 1에 나타내었다.

구분		실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1
수지 (100 중량부)	PCT 수지	60	80	90	95	100
수지 (100 중량부)	고내열 PCT 수지	40	20	10	5	-
유리섬유		60	40	40	20	60
산화안정제(AO-60)		0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
활제(Hi-Lube)		0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
용융결정화 온도(℃)		262	254	251	247	245
사출 냉각 시간 (sec)		5	8	10	13	15

상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물은 사출 냉각시간이 짧고, 용융 결정화 온도가 높아 향상된 결정화 속도를 가짐을 알 수 있었다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims

폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지 및 고내열 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지로 이루어지는 수지, 및 유리 섬유를 포함하는 조성물.
제1항에 있어서, 상기 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지의 함량이 전체 수지 기준으로 60 내지 95 중량%인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 유리 섬유 함량이 상기 전체 수지 100중량부에 대해 20 내지 60 중량부인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 유리 섬유는 필라멘트, 쓰레드, 파이버, 및 휘스커로 이루어진 군으로부터 선택되는 형태인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 고내열 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지의 함량이 전체 수지 기준으로 5 내지 40 중량%인 조성물.
제1항에 있어서, 상기 고내열 폴리사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트 수지는, trans 폼이 80 mol% 이상인 사이클로헥산디메탄올을 사용하여 제조되는 조성물.
제1항에 있어서, 티타늄 화합물, 산화안정제, 및 활제를 더 포함하는 조성물.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 조성물로 제조된 성형제품.