KR20140107465A

KR20140107465A - 고성능 설폰 중합체 조성물

Info

Publication number: KR20140107465A
Application number: KR1020147019746A
Authority: KR
Inventors: 케샤브 가우탐; 모하마드 자말 엘-히브리
Original assignee: 솔베이 스페셜티 폴리머즈 유에스에이, 엘.엘.씨.
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2014-09-04
Also published as: CN104220530B; CN104220530A; EP2794759B1; JP6404122B2; US20140322462A1; WO2013092628A1; JP2015502441A; US10907043B2; US9938408B2; US20180258284A1; EP2794759A1

Abstract

본 발명은 1종 이상의 폴리아릴에테르케톤(PAEK), 1종 이상의 폴리페닐설폰(PPSU), 1종 이상의 폴리설폰(PSU) 및 ASTM D2343에 따라 측정하였을 때 탄성률이 76 GPa 이상인 유리섬유를 포함하는 중합체 조성물(C)에 관한 것이다. 본 중합체 조성물(C)은 배관 및 전자제품 등 다양한 분야에서 유용한 물품을 제조하는데 매우 적합하다.

Description

고성능 설폰 중합체 조성물{HIGH PERFORMANCE SULFONE POLYMER OCMPOSITION}

본원은 2011년 12월 21일에 출원된 미국 임시출원 제61/578331호의 우선권을 주장하며, 상기 출원의 전체 내용을 사실상 본원에 참조로 통합하였다.

본 발명은 고성능 설폰 중합체 조성물 및 상기 조성물로부터 제조되는 물품에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 1종 이상의 폴리아릴에테르케톤(PAEK), 1종 이상의 폴리페닐설폰(PPSU), 1종 이상의 폴리설폰(PSU), 및 특정의 강화용 충전재를 포함한 조성물에 관한 것이다.

방향족 설폰 중합체[이를테면, 폴리페닐설폰 (PPSU), 폴리에테르설폰 (PESU) 및 비스페놀 A 폴리설폰 (PSU)]는 이들의 뛰어난 물성이 요구되는 여러 응용에서 널리 사용되어 왔다. 이러한 물성들로는 치수안정성, 낮은 열팽창계수, 고온에서의 탄성률 유지, 내방사성, 가수분해 안정성 및 고강도 기계적 물성이 포함된다. 상기 응용으로는 배관, 상업용 항공기 내부, 요리 기구, 전선절연체 및 식품 서비스 물품 등 다양한 물품이 포함된다. 예를 들어, 폴리페닐설폰 (PPSU)은 배관, 의료 및 항공우주 분야에서 흔히 사용되는 중합체이다.

한편, PEEK와 같은 폴리아릴에테르케톤은, 특히 내화학성, 월등한 강도 및 우수한 내피로성을 특징으로 하는, 현재 사용되는 것 중 최고 성능의 반-결정성 열가소재 중 하나이다.

특정 PEEK-폴리페닐설폰 블렌드는 독특하면서도 우수한 물성 조합을 제공하며, 특정 최종 용도, 구체적으로는 부속품, 튜브, 매니폴드 등과 같은 배관 최종 용도 분야에서 수년간 중요시되어 왔다.

그러나, 이들 블렌드의 전반적 물성이 이례적으로 우수하지만, 이들 블렌드로 만들어진 부속품 및 튜브를 조립할 때 몇몇 결점이 발견되었으며; 극한 응력 조건 하에 놓이면 이들 부속품 및 튜브는 때때로 부러지기도 한다. 따라서, 위에 언급한 문제들을 피하기 위해서는 상기 재료의 파단신율 및 내충격성을 향상시킬 필요가 있다.

이에 따라 본 발명은

- 1종 이상의 폴리아릴에테르케톤(PAEK);

- 1종 이상의 폴리페닐설폰(PPSU);

- 1종 이상의 폴리설폰(PSU); 및

- ASTM D2343에 따라 측정하였을 때 탄성률이 76 GPa 이상인 유리섬유

를 포함하는 중합체 조성물(C)에 관한 것이다.

본 출원인은 놀랍게도 상기 언급된 중합체 조성물(C)이 우수한 파단신율을 특징으로 하므로, 이러한 중합체 조성물(C)로 만들어진 물품의 설치, 조립 및 사용을 매우 용이하게 만든다는 것을 발견하였다. 그 외에도, 중합체 조성물(C)은 또한 높은 충격강도, 높은 강성도(stiffness), 및 매우 우수한 내화학성을 특징으로 한다. 위에 언급한 모든 이유들에 대해, 본 중합체 조성물(C)은 배관, 의료 및 항공우주 분야에서 사용되는 물품을 제조하는데 완벽한 후보이다.

이에 따라, 본 발명에 따른 중합체 조성물(C)은 3종 이상의 중합체 구성성분[폴리아릴에테르케톤(PAEK), 폴리페닐설폰(PPSU), 폴리설폰(PSU)], 및 강화용 충전재(ASTM D2343에 따라 측정하였을 때 탄성률이 76 GPa 이상인 유리섬유)를 포함하며, 이에 대해서는 하기에 상세히 설명하기로 한다.

폴리아릴에테르케톤

먼저, "폴리아릴에테르케톤(PAEK)"이란 용어는 본 발명의 목적상 반복단위를 포함하되, 상기 반복단위의 50 몰%를 초과하는 부분이 Ar-C(=O)-Ar' 기(서로 동일하거나 상이한 Ar 및 Ar'는 방향족기임)를 포함한 반복단위(R_PAEK)인 임의의 중합체를 가리키고자 한다. 반복단위(R_PAEK)는 일반적으로 하기 화학식(J-A) 내지 (J-O)

(화학식에서:

- 서로 동일하거나 상이한 각각의 R'는 할로겐, 알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 에테르, 티오에테르, 카복실산, 에스테르, 아미드, 이미드, 알칼리 또는 알칼리토 금속 설포네이트, 알킬 설포네이트, 알칼리 또는 알칼리토 금속 포스포네이트, 알킬 포스포네이트, 아민 및 4차 암모늄으로 이루어진 군에서 선택되고;

- j'는 0이거나, 또는 0 내지 4의 정수임)

으로 이루어진 군 중에서 선택된다.

반복단위(R_PAEK)에서, 각각의 페닐렌 모이어티는 독립적으로 반복단위 내 R'와 상이한 다른 모이어티에 1,2-, 1,4- 또는 1,3-연결기를 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 페닐렌 모이어티는 1,3- 또는 1,4-연결기를 가지며, 더 바람직하게는 1,4-연결기를 가진다.

또한, 반복단위(R_PAEK)에서, j'는 각 경우에 0이며, 다시 말해서 페닐렌 모이어티는 중합체의 주쇄 내 연결을 가능하게 하는 치환기 외의 다른 치환기를 갖지 않는다.

따라서, 바람직한 반복단위(R_PAEK)는 하기 화학식(J'-A) 내지 (J'-O)

의 반복단위 중에서 선택된다.

일반적으로 폴리아릴에테르케톤(PAEK)은 다양한 상업 공급원으로부터 입수가능한 결정성 방향족 중합체이다. 바람직하게, 폴리아릴에테르케톤(PAEK)의 점도는 25℃, 대기압에서 농축된 황산 내에서 측정하였을 때 약 0.8 내지 약 1.8 dl/g 범위의 감소된 점도를 가진다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 폴리아릴에테르케톤(PAEK)의 반복단위 중 50 몰% 이상이 반복단위(J'-A)이다. 폴리아릴에테르케톤(PAEK)의 반복단위 중 바람직하게는 60 몰% 이상, 더 바람직하게는 70 몰% 이상, 더욱더 바람직하게는 80 몰% 이상, 가장 바람직하게 90 몰% 이상이 반복단위(J'-A)이다. 폴리아릴에테르케톤(PAEK)이 반복단위(J'-A) 외에 다른 반복단위를 전혀 함유하지 않을 때 최상의 결과를 얻었다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에서는, 폴리아릴에테르케톤(PAEK)의 반복단위 중 50 몰% 이상이 반복단위(J'-B)이다. 폴리아릴에테르케톤(PAEK)의 반복단위 중 바람직하게는 60 몰% 이상, 더 바람직하게는 70 몰% 이상, 더욱더 바람직하게는 80 몰% 이상, 가장 바람직하게 90 몰% 이상이 반복단위(J'-B)이다. 폴리아릴에테르케톤(PAEK)이 반복단위(J'-B) 외에 다른 반복단위를 전혀 함유하지 않을 때 최상의 결과를 얻었다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에서는, 폴리아릴에테르케톤(PAEK)의 반복단위 중 50 몰% 이상이 반복단위(J'-C)이다. 폴리아릴에테르케톤(PAEK)의 반복단위 중 바람직하게는 60 몰% 이상, 더 바람직하게는 70 몰% 이상, 더욱더 바람직하게는 80 몰% 이상, 가장 바람직하게 90 몰% 이상이 반복단위(J'-C)이다. 폴리아릴에테르케톤(PAEK)이 반복단위(J'-C) 외에 다른 반복단위를 전혀 함유하지 않을 때 최상의 결과를 얻었다.

가장 바람직하게, 중합체 조성물(C)의 폴리아릴에테르케톤(PAEK)은 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이다. 즉, 반복단위(J'-A)의 단일중합체이다. Solvay Specialty Polymers USA, LLC로부터 구입가능한 KETASPIRE^®를 사용하였을 때 최상의 결과를 얻었다.

중합체 조성물(C) 내, 폴리아릴에테르케톤(PAEK)은 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 유리하게는 1 중량% 이상, 2 중량% 이상, 3 중량% 이상, 4 중량% 이상, 5 중량% 이상, 6 중량% 이상, 7 중량% 이상, 8 중량% 이상, 9 중량% 이상, 10 중량% 이상, 11 중량% 이상, 12 중량% 이상, 13 중량% 이상, 14 중량% 이상, 15 중량% 이상, 16 중량% 이상, 17 중량% 이상, 18 중량% 이상, 19 중량% 이상, 20 중량% 이상, 21 중량% 이상, 22 중량% 이상, 23 중량% 이상, 24 중량% 이상의 양으로 존재한다.

폴리아릴에테르케톤(PAEK)은 또한 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 유리하게는 80 중량% 이하, 75 중량% 이하, 70 중량% 이하, 65 중량% 이하, 60 중량% 이하, 55 중량% 이하, 50 중량% 이하, 45 중량% 이하, 44 중량% 이하, 43 중량% 이하, 42 중량% 이하, 41 중량% 이하, 40 중량% 이하, 39 중량% 이하, 38 중량% 이하, 37 중량% 이하, 36 중량% 이하, 35 중량% 이하, 34 중량% 이하, 33 중량% 이하, 32 중량% 이하, 31 중량% 이하, 30 중량% 이하, 29 중량% 이하, 28 중량% 이하, 27 중량% 이하, 26 중량% 이하의 양으로 존재한다.

바람직하게, 폴리아릴에테르케톤(PAEK)은 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 2 내지 50 중량%, 더 바람직하게는 3 내지 45 중량%, 더욱더 바람직하게는 4 내지 40 중량%, 가장 바람직하게는 5 내지 35 중량% 범위의 양으로 존재한다.

본 발명에 따른 중합체 조성물(C)은 또한 2가지 이상의 상이한 종류의 방향족 설폰 중합체(SP), 즉 50 몰% 이상의 반복단위[반복단위 ((R_SP)]가 하기 화학식(SP)

-Ar-SO₂-Ar'- 화학식(SP)

(서로 동일하거나 상이한 Ar 및 Ar'는 방향족기임)의 기를 적어도 1개 포함하는 임의의 중합체를 포함한다.

폴리페닐설폰( PPSU )

중합체 조성물(C)은 이하 폴리페닐설폰(PPSU)으로 지칭되는 제1 유형의 방향족 설폰 중합체(SP) 1종 이상을 포함한다.

"폴리페닐설폰(PPSU)"은 반복단위의 50 몰% 이상이 하기 반복단위(Ra)인 방향족 설폰 중합체를 의미한다:

.

폴리페닐설폰(PPSU)의 반복단위 중 바람직하게는 60 몰% 이상, 더 바람직하게는 70 몰% 이상, 더욱더 바람직하게는 80 몰% 이상, 가장 바람직하게는 90 몰% 이상이 반복단위(Ra)이다. 폴리페닐설폰(PPSU)이 반복단위(Ra) 외의 다른 반복단위를 전혀 함유하지 않았을 때 최상의 결과를 얻었으며, 이러한 중합체는 특히 Solvay Specialty Polymers USA, L.L.C.에서 RADEL^®PPSU로 입수가능하다.

중합체 조성물(C) 내, 폴리페닐설폰(PPSU)은 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 유리하게는 2 중량% 이상, 또한 유리하게는 5 중량% 이상, 바람직하게는 10 중량% 이상, 더 바람직하게는 15 중량% 이상, 더욱더 바람직하게는 20 중량% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 25 중량% 이상, 가장 바람직하게는 30 중량% 이상의 양으로 존재한다.

폴리페닐설폰(PPSU)은 또한 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 유리하게는 80 중량% 이하, 바람직하게는 70 중량% 이하, 더 바람직하게는 60 중량% 이하, 더욱더 바람직하게는 50 중량% 이하, 훨씬 더 바람직하게는 40 중량% 이하, 여전히 더 바람직하게는 38 중량% 이하, 가장 바람직하게는 35 중량% 이하의 양으로 존재한다.

바람직하게, 폴리페닐설폰(PPSU)은 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 5 내지 50 중량%, 더 바람직하게는 10 내지 40 중량%, 더욱더 바람직하게는 15 내지 38 중량%, 가장 바람직하게는 20 내지 35 중량% 범위의 양으로 존재한다.

폴리설폰( PSU )

중합체 조성물(C)은 이하 폴리설폰(PSU)으로 지칭되는 제2 유형의 방향족 설폰 중합체(SP) 1종 이상을 포함한다.

"폴리설폰(PSU)"은 반복단위의 50 몰% 이상이 하기 반복단위(Rb)인 방향족 설폰 중합체를 의미한다:

.

폴리설폰(PSU)의 반복단위 중 바람직하게는 60 몰% 이상, 더 바람직하게는 70 몰% 이상, 더욱더 바람직하게는 80 몰% 이상, 가장 바람직하게는 90 몰% 이상이 반복단위(Rb)이다. 폴리설폰(PSU)이 반복단위(Rb) 외의 다른 반복단위를 전혀 함유하지 않았을 때 최상의 결과를 얻었으며, 이러한 중합체는 특히 Solvay Specialty Polymers USA, L.L.C.에서 UDEL^®PSU로 입수가능하다.

중합체 조성물(C) 내, 폴리설폰(PSU)은 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 유리하게는 10 중량% 이상, 바람직하게는 15 중량% 이상, 더 바람직하게는 20 중량% 이상, 더욱더 바람직하게는 25 중량% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 30 중량% 이상, 가장 바람직하게는 35 중량% 이상의 양으로 존재한다.

폴리설폰(PSU)은 또한 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 유리하게는 80 중량% 이하, 바람직하게는 70 중량% 이하, 더 바람직하게는 65 중량% 이하, 더욱더 바람직하게는 60 중량% 이하, 훨씬 더 바람직하게는 55 중량% 이하, 여전히 더 바람직하게는 50 중량% 이하, 가장 바람직하게는 45 중량% 이하의 양으로 존재한다.

바람직하게, 폴리설폰(PSU)은 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 10 내지 60 중량%, 더 바람직하게는 15 내지 55 중량%, 더욱더 바람직하게는 20 내지 50 중량%, 가장 바람직하게는 25 내지 45 중량% 범위의 양으로 존재한다.

위에 설명된 바와 같이, 폴리설폰(PSU) 및 폴리페닐설폰(PPSU)은 각각 반복단위(Ra) 및 (Rb)와 상이한 반복단위를 50 몰% 이하로 포함할 수 있다.

구체적으로, 폴리설폰(PSU) 및 폴리페닐설폰(PPSU)은 위에 언급된 반복단위(Ra) 및 (Rb)와 상이하며, 하기 화학식

-Ar¹-(T'-Ar²)_n-O-Ar³-SO₂-[Ar⁴-(T-Ar²)_n-SO₂]_m-Ar⁵-O-

(화학식에서:

- 각 경우에 서로 동일하거나 상이한 Ar¹, Ar², Ar³, Ar⁴, 및 Ar⁵는 독립적으로 단핵 또는 다핵의 방향족 기이고;

- 각 경우에 서로 동일하거나 상이한 T 및 T'는 독립적으로 결합(bond)이거나 또는 선택적으로 1개 이상의 헤테로원자를 포함하는 이가기이고, 바람직하게 T'는 결합, -CH₂-, -C(O)-, -C(CH₃)₂-, -C(CF₃)₂-, -C(=CCl₂)-, -SO₂-, -C(CH₃)(CH₂CH₂COOH)-, 및 화학식

의 기로 이루어진 군에서 선택되며, 바람직하게 T는 결합, CH₂-, -C(O)-, -C(CH₃)₂-, -C(CF₃)₂-, -C(=CCl₂)-, -C(CH₃)(CH₂CH₂COOH)- 및 화학식

의 기로 이루어진 군에서 선택되고;

서로 동일하거나 상이한 n 및 m은 독립적으로 0이거나 또는 1 내지 5의 정수임)

에 따른 반복단위(Rc)를 포함할 수 있다.

반복단위(Rc)는 특히 하기 화학식 (S-A) 내지 (S-D)

(화학식에서:

- j'는 0이거나, 또는 0 내지 4의 정수이고;

- 각 경우에 서로 동일하거나 상이한 T 및 T'는 독립적으로 결합이거나 또는 선택적으로 1개 이상의 헤테로원자를 포함하는 이가기이고, 바람직하게 T'는 결합, -CH₂-, -C(O)-, -C(CH₃)₂-, -C(CF₃)₂-, -C(=CCl₂)-, -C(CH₃)(CH₂CH₂COOH)-, -SO₂-, 및 화학식

의 기로 이루어진 군에서 선택됨)

의 반복단위로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며,

반복단위(R_c)는 후술되는 화학식(i) 내지 (iv) 및 (j) 내지 (jv)

의 반복단위, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

고-탄성률 유리섬유

또한 중합체 조성물(C)은 ASTM D2343에 따라 측정하였을 때 (인장 탄성률로도 지칭되는) 탄성률이 76 GPa 이상, 바람직하게는 78 GPa 이상, 더 바람직하게는 80 GPa 이상, 가장 바람직하게는 82 GPa 이상인 고-탄성률 유리섬유를 포함한다

유리섬유는 다양한 유형의 유리를 생성하도록 조절가능한 여러 금속 산화물을 함유하는 실리카-기반 유리 화합물이다. 주요 산화물은 실리카 샌드 형태의 실리카이며; 칼슘, 나트륨 및 알루미늄의 산화물과 같은 다른 산화물들은 융점을 낮추고, 결정화를 지연시키기 위해 혼입된다. 유리섬유는 원형 횡단면을 가지거나, 또는 달걀형 또는 타원형 또는 사각형을 비롯한 비-원형 횡단면("판형 유리섬유"로도 지칭됨)을 가질 수 있다. 유리섬유는 무한(엔드리스) 섬유 또는 촙드 유리섬유로서 첨가될 수 있는 한편, 촙드 유리섬유가 바람직하다. 유리섬유의 등가직경은 일반적으로 5 내지 20 μm, 바람직하게는 5 내지 15 μm, 더 바람직하게는 5 내지 10 μm이다.

R, S 및 T 유리섬유는 고-탄성률 유리섬유로 잘 알려져 있는 예이다. 이들에 대해 특히 Fiberglass and Glass Technology , Wallenberger , Frederick T.; Bingham, Paul A. ( Eds .), 2010, XIV에 기재되어 있다. R, S 및 T 유리섬유는 본질적으로 규소, 알루미늄 및 마그네슘의 산화물들로 구성된다. 구체적으로, 이들 유리섬유는 전형적으로 62 내지 75 중량%의 SiO₂, 16 내지 28 중량%의 Al₂O₃ 및 5 내지 14 중량%의 MgO를 포함한다. 따라서 본 발명의 조성물(C)에 사용되는 고-탄성률 유리섬유는 중합체 조성물에 널리 쓰이는 종래의 E-유리섬유와 구별된다. 사실, 상기 E-유리섬유와 대조적으로, R, S 및 T 유리섬유는 CaO를 10 중량% 미만으로 포함한다.

중합체 조성물(C) 내에서, 탄성률이 76 GPa 이상인 유리섬유는 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 유리하게는 5 중량% 이상, 바람직하게는 10 중량% 이상, 더 바람직하게는 15 중량% 이상, 더욱더 바람직하게는 20 중량% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 25 중량% 이상, 여전히 더 바람직하게는 26 중량% 이상, 가장 바람직하게는 28 중량% 이상의 양으로 존재한다.

탄성률이 76 GPa 이상인 유리섬유는 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 유리하게는 50 중량% 이하, 바람직하게는 45 중량% 이하, 더 바람직하게는 40 중량% 이하, 더욱더 바람직하게는 35 중량% 이하, 훨씬 더 바람직하게는 34 중량% 이하, 가장 바람직하게는 32 중량% 이하의 양으로 존재한다.

탄성률이 76 GPa 이상인 유리섬유는 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 20 내지 40 중량%, 더 바람직하게는 25 내지 35 중량%, 더욱더 바람직하게는 26 내지 34 중량%, 가장 바람직하게는 28 내지 32 중량% 범위의 양으로 존재한다.

탄성률이 76 GPa 이상인 유리섬유가 촙드 S-유리섬유이었을 때 최상의 결과를 얻었다. 이러한 유리섬유는 특히 AGY에서 401 S-2 GLASS^® 촙드 스트랜드 제품명으로 구입가능하다.

선택적 성분

중합체 조성물(C)은 자외선 광안정제, 열안정제, 항산화제, 안료, 가공 보조제, 윤활제, 난연제, 및/또는 전도성 첨가제(이를테면, 카본블랙 및 탄소 나노원섬유)와 같은 추가 첨가제들을 선택적으로 더 포함할 수 있다.

중합체 조성물(C)은 또한 폴리아릴에테르케톤(PAEK) 및 방향족 설폰 중합체(SP) 외의 다른 중합체를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 중합체 조성물(C)은 폴리에테르이미드, 폴리페닐설파이드 및/또는 폴리카보네이트와 같은 중합체를 더 포함할 수 있다.

중합체 조성물(C)은 난연제, 이를테면 할로겐-함유 난연제 및 할로겐-비함유 난연제를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 본 발명의 조성물(C)은,

- 5 내지 35 중량%의 PEEK 중합체 1종 이상,

- 5 내지 35 중량%의 PPSU 중합체 1종 이상,

- 25 내지 65 중량%의 PSU 중합체 1종 이상,

- 25 내지 35 중량%의 유리섬유

를 포함하거나, 이들로 필수적으로 구성되며, 이때 모든 %는 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 한 것이다.

중합체 조성물(C)의 제조는 열가소성 성형 조성물을 제조하는데 적합한 임의의 공지된 용융-혼합 방법으로 수행될 수 있다. 이와 같은 방법은 통상 열가소성 중합체의 융점보다 높게 열가소성 중합체를 가열시켜 열가소성 중합체의 용융물을 형성함으로써 수행된다. 조성물(C)의 제조 방법은 용융-혼합 장치에서 수행될 수 있으며, 용융 혼합에 의해 중합체 조성물을 제조하는 장치로 당업자에 공지되어 있는 모든 용융-혼합 장치가 이용될 수 있다. 적합한 용융-혼합 장치는, 예를 들면, 혼련기, Banbury 혼합기, 단일축 압출기 및 이축 압출기이다. 바람직하게는 원하는 모든 구성성분을 압출기의 목부(throat) 또는 용융물에 분주하기 위한 수단이 구비된 압출기를 이용한다. 중합체 조성물(C)의 제조 방법에서는, 조성물을 형성하기 위한 구성 성분들을 용융-혼합 장치에 공급하고, 장치 내에서 용융-혼합시킨다. 이들 구성 성분들을 동시에 분말 혼합물 또는 건식 블렌드로도 알려져 있는 그래뉼 혼합물 형태로 동시에 공급할 수 있거나, 또는 개별적으로 공급할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태는 전술된 중합체 조성물(C)을 포함한 물품에 관한 것이다.

본 발명에 따른 물품은 임의의 적합한 용융-가공법을 이용하여 본 중합체 조성물(C)로 만들어진다. 구체적으로, 이들 물품은 사출 성형 또는 압출 성형을 통해 만들어진다. 사출 성형이 바람직한 방법이다.

본 중합체 조성물(C)은 특히 광범위한 최종 용도에 유용한 물품을 제조하는데 매우 적합하다. 본 발명에 따른 물품의 비제한적 예는 하기와 같다:

- 압력 하에서, 물 또는 다른 유체를 수송하는데 사용되는 배관 물품, 이를테면 부속품, 링, 수도꼭지, 밸브 및 매니폴드 - 이들의 보편적인 응용분야로는 가정용 온수 및 냉수 시스템, 라디에이터 난방 시스템, 바닥 및 벽 난방 및 냉방 시스템, 압축 공기 시스템 및 천연가스용 파이프 시스템이 있음;

- 의료/치과/보건용 물품, 이를테면 의료 기기 또는 기기의 부품(특히, 핸들 및 관찰용 유리), 의술 과정(이를테면, 마취)에서 사용된 화학물질을 처리하거나 폐기하는 의료 장비의 구성요소, 이러한 기기를 보관하는데 사용되는 케이스 및 트레이;

- 항공기 내부 물품, 이를테면 항공기에서의 패널 및 구성요소(덕트, 전선 코팅 등);

- 식품 서비스 물품, 이를테면 음식을 데우기 위한 트레이, 스팀 테이블 트레이, 플라스틱 요리 기구;

- 낙농 장비 물품, 이를테면 우유 및 다른 유제품을 모으거나 이송하는데 사용되는 파이프 시스템;

- 실험실 동물 우리;

- 실험실 장비 물품, 이를테면 깔때기, 여과기 장치 및 다른 실험실 장비;

- 전자 물품, 이를테면 전자 장치의 구조적 부품.

본 출원인은, 놀랍게도, 열가소성 블렌드 분야에 보편적으로 사용되는 일반적 E-유리섬유보다 더 강성도가 높은 강화용 재료를 혼입하면, 위에 언급된 PAEK, PPSU 및 PSU 블렌드의 신률이 개선된다는 것을 발견하였다. 보통, 중합체 조성물에 강성 재료를 도입하면, 인성, 인장강도 및 탄성률과 같은 일부 기계적 물성이 향상되지만, 다른 한편으로 이는 신률 및 내충격 물성을 희생시켜 이루어진 결과이다.

따라서, 본 중합체 조성물(C)은 이례적으로 우수한 물성 조합을 특징으로 하며, 이로써 본 중합체 조성물(C)은 수많은 최종 용도에 매우 매력적인 대상이다.

여기에 참조로 통합된 모든 특허, 특허출원, 및 공개문헌의 개시물과 본원의 명세서가 상반되어 어떤 용어의 의미를 불명확하게 할 수 있을 정도인 경우, 본 명세서가 우선한다.

실시예

이하 실시예들을 참조로 이제 본 발명을 더 상세히 설명하기로 하되, 이들 실시예의 목적은 예시적인 것일 뿐 본 발명의 범주를 제한하고자 함이 아니다.

원료

- KETASPIRE^®KT-880 [0.12 내지 0.18 kPa.s　범위의 MV (400℃, 1000 s^-1); 0.75 dl/g 내지 0.77 dl/g의 IV], Solvay Specialty Polymers USA, LLC에서 구입가능한 방향족 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 중합체

- Solvay Specialty Polymers USA, L.L.C.의 RADEL^®R 5600 PPSU

- Solvay Specialty Polymers USA, L.L.C.의 UDEL^®P 3703 NT PSU

- Owens-Corning Vetrotex의 OCV 910A 촙드 섬유유리

- Hostanox PEPQ, Clariant에서 입수가능한 유기 포스포나이트 용융 열안정제

- Sachtolith-L, Sachtleben Chemie GmbH에서 입수가능한 황화아연 등급

- 산화아연, Lanxess Corp에서 입수가능한 Aktiv^®.

PEEK / PPSU / PSU /유리섬유 중합체 조성물의 합성 방법에 대한 전반적인 설명

표 2에 나타낸 바와 같이, 우선 원하는 조성 비율로 배합 대상 수지들의 펠렛들을 약 20분 동안 텀블 블렌딩한 다음, Berstorff 25 mm 이축 동시-회전식 부분 맞물림형 압출기를 사용하여 용융 합성함으로써 PEEK/PPSU/PSU/유리섬유 중합체 조성물을 제조하였다. 합성 도중, 배럴 영역 7에 진공 배기를 적용하여 화합물로부터 수분 및 모든 가능한 잔여 휘발성 물질들을 제거하였다. PEEK 중합체 및 PSU 중합체를 중량 계량에 근거한 적정 비율로 배럴 영역 1(압출기의 공급 목부)에 공급하였다. 섬유유리를 중량 계량에 근거한 적정 비율로 배럴 영역 5에 공급하였다. 이러한 제제에 PPSU를 함유시키는 경우에는, PPSU를 펠렛 형태로 PSU 중합체 펠렛과 미리 블렌드한 후, 그 혼합물을 중량 계량식 정량 공급기를 사용하여 원하는 공급 속도로 공급하였다. PEEK/PPSU/PSU/유리섬유 중합체 조성물에 대한 합성 조건들을 표 1에 요약하였다.

표2에 표시된 PEEK/PPSU/PSU/유리섬유 중합체 조성물 제조에 이용되는 합성 방법 조건
	설정점
배럴 영역 2	310-315
배럴 영역 3	327-332
배럴 영역 4	327-332
배럴 영역 5	327-332
배럴 영역 6	327-332
배럴 영역 7	327-332
배럴 영역 8	327-332
다른 압출기 설정점 및 눈금값( reading )
어댑터 온도(℃)	340
다이 온도(℃)	340-350
용융 온도(℃)	390-400
스크류 속도(rpm)	205-210
토크(최대 가능%)	70-75
총 공급 속도(1b/시간)	20-35

제조된 중합체 조성물들의 기계적 물성을 ASTM 표준에 따라 시험하였다. 시편을 준비하기 위해, 구체적으로 1) 타입 I 인장 바, 2) 5 인치 x 0.5 인치 x 0.125 인치 플렉스 바, 및 3) 계장화 충격(Dynatup) 시험을 위해 4 인치 x 4 인치 x 0.125 인치 판(plaque)을 만들었다.

이들 중합체 조성물을 표 3에 나타낸 조건에 따라 150톤 Toshiba 사출 성형기에서 사출시켰다.

하기 조건으로 제조된 인장 바, 플렉스 바, 및 4x4x1/8 인치 플라크들
ISO 바	4x4x1/8" 플라크
온도 ℃ 제1 존 380 제2 존 390 제3 존 - 제4 존 385 제5 존 380 성형 온도 195	온도 ℃ 제1 존 375 제2 존 375 제3 존 365 노즐 온도 365 성형 온도 195

이용된 각종 ASTM 시험 방법은 아래와 같다:

- 굴곡 특성: D790

- 인장 특성: D638

- 노치 Izod 충격: D256

- 비-노치 Izod 충격: D4812.

기계적 물성과 열 특성을 표 2에 정리하였다.

Claims

- 1종 이상의 폴리아릴에테르케톤(PAEK);
- 1종 이상의 폴리페닐설폰(PPSU);
- 1종 이상의 폴리설폰(PSU); 및
- ASTM D2343에 따라 측정하였을 때 탄성률이 76 GPa 이상인 유리섬유
를 포함하는 중합체 조성물(C).
제1항에 있어서, 폴리아릴에테르케톤(PAEK)의 반복단위 중 50 몰% 이상이 반복단위(J'-A)인 중합체 조성물(C):

.
제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리아릴에테르케톤(PAEK)은 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 2 중량% 이상의 양으로 존재하는 것인 중합체 조성물(C).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리아릴에테르케톤(PAEK)은 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이하의 양으로 존재하는 것인 중합체 조성물(C).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리페닐설폰(PPSU)의 반복단위 중 90 몰% 이상이 반복단위(Ra)인 중합체 조성물(C):

.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리페닐설폰(PPSU)은 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 5 중량% 이상의 양으로 존재하는 것인 중합체 조성물(C).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리페닐설폰(PPSU)은 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이하의 양으로 존재하는 것인 중합체 조성물(C).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리설폰(PSU)의 반복단위 중 90 몰% 이상이 반복단위(Rb)인 중합체 조성물(C):

.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리설폰(PSU)은 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 10 중량% 이상의 양으로 존재하는 것인 중합체 조성물(C).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리설폰(PSU)은 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 60 중량% 이하의 양으로 존재하는 것인 중합체 조성물(C).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, ASTM D2343에 따라 측정하였을 때 탄성률이 76 GPa 이상인 유리섬유는 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 10 중량% 이상의 양으로 존재하는 것인 중합체 조성물(C).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, ASTM D2343에 따라 측정하였을 때 탄성률이 76 GPa 이상인 유리섬유는 중합체 조성물(C)의 총 중량을 기준으로 40 중량% 이하의 양으로 존재하는 것인 중합체 조성물(C).
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리에테르이미드, 폴리페닐설파이드 및/또는 폴리카보네이트를 더 포함하는 중합체 조성물(C).
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 중합체 조성물을 포함한 물품.
제14항에 있어서, 파이프, 부속품, 매니폴드, 밸브, 의료 기기 또는 기기의 부품, 의술용 케이스 또는 트레이, 항공기 내부 패널 또는 구성요소, 요리 기구, 실험실 동물 우리, 실험실 장비, 및 전자 장치의 구조적 부품으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 물품.