KR20190017569A

KR20190017569A - 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물

Info

Publication number: KR20190017569A
Application number: KR1020170102603A
Authority: KR
Inventors: 김중원; 전이슬; 이수민; 신민철
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2017-08-11
Publication date: 2019-02-20

Abstract

본 발명에 따른 폴리부틸렌 테레프탈레이트 조성물은, 폴리부틸렌 테레프탈레이트의 수축율을 개선함과 동시에 가공성이 우수하며, 각종 물성도 균형있게 구현된다는 특징이 있다.

Description

폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물{Polybutylene terephthalate resin composition}

본 발명은 폴리부틸렌 테레프탈레이트의 수축율을 개선함과 동시에 가공성이 우수한 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.

폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT)는 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic) 중 결정성 소재로 빠른 결정화 속도 및 적절한 성형 온도 범위를 가지며, 다른 소재에 비하여 물성이 균형이 우수한 소재로 알려져 있다. 이러한 이유로, 폴리부틸렌 테레프탈레이트는 자동차, 전기· 전자기기 및 사무기기 등 광범위한 분야의 제품에 적용되고 있다.

최근에는 제품의 디자인이 차지하는 비중이 점차 높아짐에 따라, 제품의 사이즈와 두께가 다양해지고 소재도 이러한 디자인적 요소를 반영하여 다양한 요구를 만족시킬 필요성이 증대되고 있다. 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 같은 결정성 소재의 결정화 영역의 존재는, 제품의 수축율을 크게 만들기 때문에 복잡한 디자인이 반영된 제품의 성형이 다소 어렵다는 문제가 있다.

상기와 같은 폴리부틸렌 테레프탈레이트의 수축율 문제를 개선하기 위해서는 비결정성 소재를 함께 사용하는 것이 필요한데, 비결정성 소재를 함께 사용할 경우 폴리부틸렌 테레프탈레이트와의 상용성이 떨어져 각종 물성이 떨어지게 되고 또한 가공성이 저하되는 문제가 있다.

이에 본 발명자들은 폴리부틸렌 테레프탈레이트의 수축율을 개선함과 동시에 가공성이 우수한 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물을 예의 연구한 결과, 후술할 바와 같이 특정 비결정성 수지와 상용화제를 사용할 경우 상기 문제가 해결됨을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 75 내지 90 중량%, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 5 내지 20 중량%, 및 에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체 1 내지 5 중량%를 포함하는, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물을 제공한다.

폴리부티렌테레프탈레이트 수지는 결정성 수지로서 수축율이 높은 점을 보완하기 위하여 본 발명에서는 비결정성 수지인 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체를 함께 사용한다. 다만, 상기 결정성 수지와 비결정성 수지가 함께 사용됨에 따라 상용성이 낮은 문제가 있으며, 이에 본 발명에서는 이러한 상용성을 개선하기 위하여 에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체를 상용화제로 사용한다는 특징이 있다.

이하, 각 성분 별로 본 발명을 상세히 설명한다.

폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지

본 발명에서 사용하는 용어 '폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene terephthalate; PBT)'는, 1,4-부탄디올과 디메틸테레프탈레이트의 축중합된 중합체를 의미하며, 본 발명에 따른 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물의 주 성분이다.

상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물 내 75 내지 90 중량%의 함량으로 포함된다. 바람직하게는, 상기 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지의 함량은, 76 중량% 이상, 77 중량% 이상, 78 중량% 이상, 또는 79 중량% 이상이고; 89 중량% 이하, 88 중량% 이하, 87 중량% 이하, 86 중량% 이하, 또는 85 중량% 이하이다.

바람직하게는, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 고유 점도가 0.94 내지 1.00이며, 이 범위 내에서 기계적 물성이 우수한 효과가 있다.

스티렌-아크릴로니트릴 공중합체

본 발명에서 사용하는 용어 '스티렌-아크릴로니트릴 공중합체'는, 스티렌과 아크릴로니트릴이 중합된 중합체를 의미하며, 당업계에서는 약어 'SAN'으로 알려져 있다.

상기 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체는, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 달리 비결정성 수지로서, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 수축률을 조절하기 위하여 사용된다.

상기 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체는, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물 내 5 내지 20 중량%의 함량으로 포함된다. 바람직하게는, 상기 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체의 함량은 6 중량% 이상, 7 중량% 이상, 8 중량% 이상, 9 중량% 이상, 10 중량% 이상, 11 중량% 이상, 12 중량% 이상, 13 중량% 이상, 또는 14 중량% 이상이고; 19 중량% 이하, 18 중량% 이하, 17 중량% 이하, 또는 16 중량% 이하이다.

에틸렌- 아크릴릭 에스터- 글리시딜 메타크릴레이트 공중합체

본 발명에서 사용하는 용어 '에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체'는, 에틸렌, 아크릴릭 에스터 및 글리시딜 메타크릴레이트의 랜덤 공중합체를 의미한다.

앞서 설명한 폴리부티렌테레프탈레이트 수지와 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체의 상용성이 낮기 때문에, 이를 개선하기 위하여 에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체를 상용화제로 사용한다. 특히, 상기 스티렌-아크릴로니트릴이 5 중량% 이상으로 사용될 경우, 상용화제를 사용하지 않고 압출 가공을 할 경우 Die Swell이 심하여 압출 가공이 어렵다.

이에 본 발명에서는, 상기 에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체를 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물 내 1 내지 5 중량%의 함량으로 사용하여 상기 문제를 해결할 수 있다. 상기 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 상용성의 개선 효과가 미미하고, 상기 함량이 5 중량%를 초과할 경우에는 폴리부티렌테레프탈레이트 수지 고유의 물성을 저해하는 문제가 있다. 보다 바람직하게는, 상기 에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체를 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 조성물 내 2 내지 4 중량%의 함량으로 사용한다.

기타 첨가제

한편, 본 발명에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물은 필요에 따라 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.

상기 첨가제의 예로는, 활제, 열안정제, 컬러런트, 이형제, 안료, 염료, 대전 방지제, 항균제, 가공조제, 금속 불활성화제, 억연제, 불소계 적하방지제, 내마찰 내마모제 및 커플링 에이전트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 들 수 있다.

상기 첨가제가 추가로 포함될 경우, 첨가제는 각각 0.1 내지 0.5 중량%의 함량으로 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물에 포함될 수 있다.

폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물

본 발명에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물은, 상술한 성분들을 용융혼련 및 압출하여 제조할 수 있다.

바람직하게는, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물은, ASTM D648에 의거한 열 변형 온도가 140 내지 155℃이고, 보다 바람직하게는, 144 내지 152℃이다.

또한 바람직하게는, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물은, ASTM D1238에 의거한 MI(250℃, 2.16 kg)가 20 내지 30 g/10 min이고, 보다 바람직하게는 21 내지 29 g/10 min이다. 상기 범위 내에서 압출 및 사출시 가공성이 우수하면서 물성 밸런스가 우수한 효과가 있다.

또한 바람직하게는, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물은, ASTM D638에 의거한 인장강도가 500 내지 600 kgf/cm²이고, 보다 바람직하게는 520 내지 590 kgf/cm²이다. 상기 범위 내에서 기계적 특성이 우수하면서 가공성이 우수한 효과가 있다.

또한 바람직하게는, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물은, ASTM D790에 의거한 굴곡탄성율이 24,000 내지 28,000 kgf/cm²이다. 상기 범위 내에서 기계적 특성이 우수하면서 가공성이 우수한 효과가 있다.

또한 바람직하게는, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물은, ASTM D256에 의거한 IZOD 충격강도(23℃)가 굴곡탄성율이 2.5 내지 4.0 kgf/cm²이다. 상기 범위 내에서 기계적 특성이 우수하면서 가공성이 우수한 효과가 있다. 상기 범위에서 상온 충격강도가 우수하면서 가공성이 우수한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 상술한 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물을 포함하여 제조되는 성형품을 제공한다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 6

하기 표 1에 기재된 바와 같은 조성과 함량으로 PBT, 비결정성 고분자(AP), 상용화제(CA), 산화방지제(AO) 및 활제(LB)를 슈퍼 믹서(super mixer)로 잘 혼합하고, 이축 압출기(twin-screw extruder)로 200 내지 280℃의 온도 구간에서 용융 및 혼련하여 압출 가공하였다. 이를 펠렛화 한 다음, 120℃에서 8시간 이상 건조한 후, 사출기(80MT ENGEL)를 이용하여 200 내지 280℃의 사출 온도 구간과 60 내지 100℃의 금형 온도 구간에서 하기 측정하고자 할 물성의 시편을 제조하여 각 물성을 측정하였다.

1) 열 변형 온도: ASTM D648에 따라 4.6 kgf 조건에서 측정하였다.

2) 비중: ASTM D792에 따라 측정하였다.

3) MI(250℃, 2.16 kg): ASTM D1238에 따라 측정하였다.

4) 인장강도(tensile strength, 5 mm/min): ASTM D638에 따라 측정하였다.

5) 굴곡탄성율(flexural modulus, 1/4", span 100, 5 mm/min): ASTM D790에 따라 측정하였다.

6) IZOD 충격강도(1/4", 23℃): ASTM D256에 따라 측정하였다.

7) 성형수축율: 3.2 mm 인장 시편의 금형의 양 끝단의 홈(길이: 130 mm)에 대하여, 사출 후 찍혀 나온 인장 시편에서 양 끝단에 표시되어 있는 지점을 기준으로 수축률 측정 확대경으로 130 mm 대비 얼마나 줄어들었는지를 측정하였다. 측정된 결과를 하기식으로 계산하여 성형수축율을 평가하였다. 예를 들어, 양 끝단이 127.50 mm로 측정된 경우, 1.92((130 - 127.5) / 130 × 1000)로 평가하였다.

[수학식 1]

성형수축율 = (130 mm - 측정 길이)/ 130 mm × 1000

상기 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1 내지 9

폴리부틸렌테레프탈레이트 조성물의 조성과 함량을 하기 표 2와 같이 하여, 상기 실시예와 동일한 방법으로 제조 및 평가하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

실험예 : 물성의 평가

상기 실시예 및 비교예에서 측정한 결과를 하기 표 1 및 2에 나타내었다.

		실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6
PBT (TH6098, Tunhe) (wt%)		79.5	81.5	79.5	51.5	83.5	80.0
AP(wt%)	A (81HF, 주식회사 엘지화학)	0	0	0	0	0	0
	B (92RF, 주식회사 엘지화학)	0	0	15	15	15	15
	C (956HCI, 주식회사 엘지화학)	15	15	0	0	0	0
CA (AX8900, ARKEMA) (wt%)		5	3	5	3	1	4.5
AO (Irganox 1010, CIBA SPECIALTY CHEMICALS) (wt%)		0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
LB (PETS-AHS, SYNERGY MATERIAL) (wt%)		0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
압출가능여부		○	○	○	○	○	○
MI(g/10 min)		24	28	21.7	23.7	28.2	22.4
비중(g/cm³)		1.246	1.254	1.246	1.254	1.264	1.251
인장강도(kgf/cm²)		530	550	534	550	583	525
굴곡탄성율(kgf/cm²)		24900	26000	24900	26000	27650	25100
IZOD 충격강도(kgf/cm²)		3.6	3.1	3.64	3.05	2.89	3.31
열변형온도(℃)		145	150	144.7	149.9	151.2	146.7
성형수축율(1/1000)		16.8	16.5	21.1	20.8	20.8	20.5

		비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5	비교예 6	비교예 7	비교예 8	비교예 9
PBT (TH6098, Tunhe) (wt%)		99.5	94.5	84.5	84.5	84.5	84.5	84.0	84.2	84.4
AP(wt%)	A (81HF, 주식회사 엘지화학)	0	0	0	0	0	15	0	0	0
	B (92RF, 주식회사 엘지화학)	0	0	0	0	15	0	15	15	15
	C (956HCI, 주식회사 엘지화학)	0	5	10	15	0	0	0	0	0
CA (AX8900, ARKEMA) (wt%)		0	0	0	0	0	0	0.5	0.3	0.1
AO (Irganox 1010, CIBA SPECIALTY CHEMICALS) (wt%)		0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
LB (PETS-AHS, SYNERGY MATERIAL) (wt%)		0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
압출가능여부		○	○	○	×	×	×	○	Δ	Δ
MI(g/10 min)		40	38	37	-	-	-	30.3	31.4	31.4
비중(g/cm³)		1.31	1.30	1.27	-	-	-	1.269	1.272	1.271
인장강도(kgf/cm²)		568	569	577	-	-	-	592	592	589
굴곡탄성율(kgf/cm²)		26300	26900	28100	-	-	-	28100	28400	28570
IZOD 충격강도(kgf/cm²)		3.8	2.9	2.8	-	-	-	2.88	2.93	2.89
열변형온도(℃)		167	158	140	-	-	-	152.9	157.1	153.1
성형수축율(1/1000)		21.3	19.5	18.3	-	-	-	20.5	20.4	20.7

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예는 압출 가공이 가능하였으며, 성형 수축율이 낮았다. 반면, 상기 표 2의 비교예의 경우, 비교예 1 내지 3은 상용화제를 포함하지 않아, 성형수축율이 실시예 대비 높았으며, MI도 지나치게 높았다. 또한, 비교예 4 내지 6의 경우, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체가 15 중량%로 포함되나 상용화제가 사용되지 않아 압출 가공이 되질 않았다. 또한, 비교예 7 내지 9의 경우, 상용화제의 사용량이 낮아 MI도 지나치게 높았고, 압출 가공도 다소 문제가 발생하였다.

따라서, 본 발명에 따른 폴리부틸렌 테레프탈레이트 조성물은, 폴리부틸렌 테레프탈레이트의 수축율을 개선함과 동시에 가공성이 우수하였으며, 각종 물성도 균형있게 구현됨을 확인할 수 있었다.

Claims

폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 75 내지 90 중량%,
스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 5 내지 20 중량%, 및
에틸렌-아크릴릭 에스터-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체 1 내지 5 중량%를 포함하는,
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지를 80 내지 85 중량% 포함하는,
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 고유 점도가 0.94 내지 1.00인,
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체를 10 내지 20 중량% 포함하는,
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물은, 활제, 열안정제, 컬러런트, 이형제, 안료, 염료, 대전 방지제, 항균제, 가공조제, 금속 불활성화제, 억연제, 불소계 적하방지제, 내마찰 내마모제 및 커플링 에이전트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상 추가로 포함하는,
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물의 열변형 온도가 140 내지 152℃인,
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물의 MI가 20 내지 30 g/10 min인,
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물의 굴곡탄성율이 24,000 내지 28,000 kgf/cm²인,
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물을 포함하여 제조되는 성형품.