KR20210129724A

KR20210129724A - 얇은 벽 구조를 위한 고강성 열가소성 조성물

Info

Publication number: KR20210129724A
Application number: KR1020217032968A
Authority: KR
Inventors: 에디 케빈 젠지; 애덤 스태리; 에드워드 쿵
Original assignee: 에스에이치피피 글로벌 테크놀러지스 비.브이.
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-10-28
Also published as: KR102407738B1; WO2020188539A1; US11643547B2; EP3941977B1; CN114026172A; US20220089860A1; EP3941977A1; CN114026172B; EP3712209A1

Abstract

열가소성 조성물은 폴리부틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 제1 열가소성 중합체 및 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 이들의 공중합체, 또는 이들의 조합으로 이루어진 제2 열가소성 중합체를 포함하는 열가소성 중합체 성분 약 29 중량% 내지 약 49 중량%; 폴리에스테르 엘라스토머, 에틸렌/알킬 아크릴레이트/글리시딜 메타크릴레이트 삼원공중합체 상용화제, 또는 이들의 조합을 포함하는 성분 약 1 중량% 내지 약 30 중량%; 및 세라믹 섬유를 포함하는 세라믹 섬유 성분 약 50 중량% 내지 약 70 중량%를 포함한다. 제1 열가소성 중합체는 제2 열가소성 중합체와 비교하여 2:1 이상의 비율로 조성물에 존재한다. 열가소성 조성물을 포함하는 물품도 기재되어 있다.

Description

얇은 벽 구조를 위한 고강성 열가소성 조성물

본 발명은 세라믹 섬유 성분을 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹 섬유 성분, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 성분, 및 폴리카보네이트 및/또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 열가소성 중합체 성분을 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이다.

많은 소비자 지향 산업, 예를 들어 소비자 전자 산업은 균형 잡힌 연성 및 내충격성과 함께 매우 높은 강성을 제공하고, 백색에서 흑색으로 착색 가능하고, 일상 화학 물질에 대한 화학적 내성이 우수하고, 얇은 벽 가공을 위한 유동 및 무선 신호에 대한 투명성을 제공하는 블렌드된 열가소성 조성물에 대한 필요성을 갖고 있다. 폴리카보네이트(PC) 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함하면서 유리 섬유와의 블렌드는 미국 특허 제9,284,449호에 기술된 바와 같이 위의 요건을 어느 정도 충족할 수 있다. 폴리에테르 에테르 케톤 중합체(PEEK) 또는 유리 섬유가 있는 특수 나일론과 같은 고유동 결정성 수지를 포함하는 조성물도 사용되었다. PEEK를 함유하는 물질은 무선 신호에 대해 낮은 유전 간섭을 갖는 것이 바람직하지만, 이러한 조성물의 유리 섬유는 낮은 강성, 상대적으로 불량한 치수 안정성을 가지며 따라서 이들을 포함하는 조성물의 강성을 제한한다. 또한 유리 섬유를 포함한 부품, 특히 얇은 벽 성형된 부품(thin-wall molded parts)은 일반적으로 뒤틀림(warpage)이 더 높다. 따라서 유리 섬유는 기계적으로 까다로운 부품이 필요한 응용 분야에서 일반적으로 사용되지 않는다. 탄소 섬유와 같이 더 높은 강성을 가진 충전재는 이를 포함하는 열가소성 화합물의 강성을 개선할 가능성이 있지만 무선/무선 전송을 방해한다. 또한 기존의 탄소 섬유는 착색되지 않는다.

이들 및 다른 결점은 본 개시내용의 양태에 의해 다루어진다.

요약

본 개시내용의 양태는 기계적으로 요구되는 소비자 전자 부품 응용 분야에서 유리 섬유 충전 열가소성 화합물의 강성 한계를 해결하고, 다음에서 고강성, 파단시 고인장 연신율, 양호한 내충격성, 양호한 착색성, 및 우수한 내약품성의 특성 중 하나 이상의 조합을 나타내는 해결방안을 제공한다.

본 개시내용의 특정 양태는

다음 성분들을 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이다: (a) 폴리부틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 제1 열가소성 중합체, 및 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 이들의 공중합체, 또는 이들의 조합으로 이루어진 제2 열가소성 중합체다음을 포함하는 약 29중량% 내지 약 49중량%의 열가소성 중합체 성분; (b) 폴리에스테르 엘라스토머, 에틸렌/알킬 아크릴레이트/글리시딜 메타크릴레이트 삼원공중합체 상용화제(compatibilizer), 또는 이들의 조합을 포함하는 약 1 중량% 내지 약 30 중량%의 성분; 및 (c) 세라믹 섬유를 포함하는 약 50wt% 내지 약 70wt%의 세라믹 섬유 성분. 여기서 제1 열가소성 중합체는 제2 열가소성 중합체와 비교하여 2:1 이상의 비율로 조성물에 존재하고, 모든 성분의 합한 중량 퍼센트 값은 100 중량%를 초과하지 않으며, 모든 중량 퍼센트 값은 조성물의 총량을 기준으로 한다.

열가소성 조성물로부터 형성된 물품 및 물품을 형성하는 방법이 또한 기재되어 있다.

반드시 축척으로 그려지지 않은 도면에서, 유사한 도면 부호는 상이한 도면에서 유사한 성분을 설명할 수 있다. 다른 문자 접미사를 갖는 유사한 숫자는 유사한 성분의 다른 사례를 나타낼 수 있다. 도면은 제한이 아닌 예로서 일반적으로 본 문서에서 논의된 다양한 실시예를 도시한다.
도 1은 본원에 기재된 여러 조성물에 대한 전단 점성률을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본원에 기재된 여러 조성물에 대한 전단 점성률을 나타내는 또 다른 그래프이다.
도 3은 본원에 기재된 여러 조성물에 대한 전단 점성률을 나타내는 추가 그래프이다.

본 개시내용은 개시내용의 하기 상세한 설명 및 이에 포함된 실시예를 참조함으로써 보다 용이하게 이해될 수 있다. 다양한 양태에서, 본 개시내용은 다음 성분들을 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이다: (a) 폴리부틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 제1 열가소성 중합체, 및 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 이들의 공중합체, 또는 이들의 조합으로 이루어진 제2 열가소성 중합체다음을 포함하는 약 29중량% 내지 약 49중량%의 열가소성 중합체 성분으로서, 여기서 제1 열가소성 중합체는 제2 열가소성 중합체와 비교하여 2:1 이상의 비율로 조성물에 존재하는 열가소성 중합체 성분; (b) 폴리에스테르 엘라스토머, 에틸렌/알킬 아크릴레이트/글리시딜 메타크릴레이트 삼원공중합체 상용화제, 또는 이들의 조합을 포함하는 약 1 중량% 내지 약 30 중량%의 성분; 및 (c) 세라믹 섬유를 포함하는 약 50wt% 내지 약 70wt%의 세라믹 섬유 성분. 여기서, 모든 성분의 합한 중량 퍼센트 값은 100 중량%를 초과하지 않으며, 모든 중량 퍼센트 값은 조성물의 총량을 기준으로 한다. 열가소성 조성물로부터 형성된 물품 및 물품을 형성하는 방법이 또한 기재되어 있다.

본 발명의 화합물, 조성물, 물품, 시스템, 장치 및/또는 방법이 개시 및 기술되기 전에, 달리 명시되지 않는 한 특정 합성 방법 또는 달리 명시되지 않는 한 특정 시약으로 제한되지 않는 것으로 이해되어야 하며, 물론 다를 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정 양태를 설명하기 위한 것이며 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다.

본 개시내용의 요소들의 다양한 조합, 예를 들어 동일한 독립항에 의존하는 종속항으로부터의 요소들의 조합이 본 개시내용에 포함된다.

더욱이, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 여기에 설명된 임의의 방법이 그 단계가 특정 순서로 수행되어야 하는 것으로 해석되도록 의도된 것이 아님을 이해해야 한다. 따라서, 방법 청구항이 그 단계가 따라야 할 순서를 실제로 언급하지 않거나 단계가 특정 순서로 제한되어야 한다는 청구항 또는 설명에서 달리 구체적으로 언급되지 않은 경우, 그 순서가 어떤 점에서든 추론할 수 있다. 이것은 다음을 포함하여 해석을 위한 모든 가능한 비명시적 근거에 적용된다. 문법적 조성물이나 구두점에서 파생된 평범한 의미; 및 명세서에 기술된 실시예들의 수 또는 유형.

본 명세서에 언급된 모든 간행물은 본 명세서에 참고로 인용되어 그 간행물이 인용된 방법 및/또는 재료를 개시하고 설명한다.

높은 충전제 로딩은 불량한 유동성을 유발하고, 이는 차례로 조성물의 용융 가공성을 감소시킬 수 있다. 낮은 용융 유동은 특히 얇은 벽 성형 능력을 감소시킨다. 얇은 벽 성형성을 제공하고 우수한 유동성, 이형 성능, 연성 및 아이조드 충격 강도 특성을 갖는 중합체 복합재가 당업계에 필요하다. 본 명세서의 다양한 양태에서 개선된 유동성, 연성 및 충격 강도를 갖는 얇은 벽의 성형 가능한 열가소성 조성물이 개시된다.

다양한 양태에서, 본 개시내용은 본 명세서에 개시된 조성물을 포함하는 물품에 관한 것이다. 예를 들어, 개시된 조성물은 개시된 조성물을 포함하는 얇은 벽 물품에 관한 것이다. 이와 관련하여 얇은 벽은 길이와 너비에 비해 제품의 단면이 더 좁다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 얇은 벽은 약 3mm 미만, 또는 특정 양태에서 약 2mm 미만 또는 약 1mm 미만의 공칭 두께를 가질 수 있다. 얇은 벽 제품은 예를 들어 소비자 전자 장치용 하우징과 같은 분야의 어레이에서 사용하기 위해 가공될 수 있다.

추가 양태에서, 본 개시내용은 얇은 벽의 성형가능한 열가소성 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.

열가소성 조성물

본 개시내용의 양태는 하기를 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이다:

a. 다음을 포함하는 약 29중량% 내지 약 49중량%의 열가소성 중합체 성분,

(i) 폴리부틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 제1 열가소성 중합체, 및

(ii) 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 이들의 공중합체, 또는 이들의 조합으로 이루어진 제2 열가소성 중합체,

여기서 제1 열가소성 중합체는 제2 열가소성 중합체와 비교하여 2:1 이상의 비율로 조성물에 존재하며;

b. 폴리에스테르 엘라스토머, 에틸렌/알킬 아크릴레이트/글리시딜 메타크릴레이트 삼원공중합체 상용화제, 또는 이들의 조합을 포함하는 약 1 중량% 내지 약 30 중량%의 성분; 및

c. 세라믹 섬유를 포함하는 약 50wt% 내지 약 70wt%의 세라믹 섬유 성분.

여기서 모든 성분의 합한 중량 퍼센트 값은 100 중량%를 초과하지 않으며, 모든 중량 퍼센트 값은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.

열가소성 중합체 성분은 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함하는 제1 열가소성 중합체, 및 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 이들의 공중합체, 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 열가소성 중합체를 포함한다.

본원에 사용된 바와 같이, 폴리부틸렌 테레프탈레이트는 폴리(1,4-부틸렌 테레프탈레이트)와 상호교환적으로 사용될 수 있다. PBT는 폴리에스터의 일종이다. 폴리부틸렌 테레프탈레이트는 SABIC으로부터 입수가능한 VALOX™ 수지와 같은 화학적으로 업사이클된 PBT를 포함할 수 있다.

특정 양태에서, PBT는 SABIC의 iQ 공정에서 유래된 업사이클링 중합체이다. 이러한 공정에서 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 테레프탈레이트 함유 단량체 비스(2-히드록시에틸) 테레프탈레이트(BHET) 및 에틸렌 글리콜(EG)과 같은 단량체로 해중합된다. 그 후, BHET는 부탄 디올(BDO)과 중합되어 PBT를 형성한다. 특정 양태에서, PET는 예를 들어 섭씨 230도(℃) 및 압력 3.5바에서 작동하는 해중합 반응기에서 에틸렌 글리콜(EG)과 결합된다. 생성된 올리고머 제품에는 BHET, EG 및 PET 단량체가 포함된다. 이 생성물은 예를 들어 230-245℃ 및 500밀리바(mbar) 진공에서 작동하는 에스테르 교환(transesterification) 반응기에서 BDO와 결합되어 에스테르 교환 PBT 올리고머 생성물을 형성한다. EG는 에스테르 교환 반응 동안 증류된다. 에스테르 교환 PBT 올리고머 생성물은 그 다음, 예를 들어 < 1 mbar에서 작동하는 중합 반응기에서 중합되어 PBT를 형성한다.

본원에 사용된 폴리카보네이트는 카보네이트 결합에 의해 연결된 하나 이상의 디하이드록시 화합물, 예를 들어 디하이드록시 방향족 화합물의 잔기를 포함하는 올리고머 또는 중합체와 관련되며; 이는 또한 호모폴리카보네이트, 코폴리카보네이트 및 (코)폴리에스터 카보네이트를 포함한다. 특정 양태에서, 폴리카보네이트는 예를 들어 다양한 폴리카보네이트 조성물 및 방법을 개시하기 위한 특정 목적을 위해 그 전체가 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제7,786,246호에 인용된 바와 같은 임의의 폴리카보네이트 재료 또는 재료의 혼합물을 포함할 수 있다. 일부 양태에서 폴리카보네이트는 비스페놀 A로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 단독중합체이다. 폴리카보네이트는 폴리카보네이트 단량체, 예를 들어 2-페닐-3,3'-비스(4-하이드록시 페닐) 프탈이미딘(PPBP) 및 디메틸 비스페놀 시클로헥산(DMBPC)을 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다.

특정 양태에서, 제2 열가소성 중합체는 비스페놀 A, 세바스산, 폴리실록산, 이소프탈레이트 테레프탈레이트 레조르시놀(ITR), 포스페이트 또는 이들의 조합으로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 폴리카보네이트 공중합체를 포함한다. 예시적인 폴리카보네이트 공중합체는 폴리카보네이트-실록산 공중합체(예: SABIC에서 입수 가능한 EXL 수지), 이소프탈로일 및 테레프탈로일 레조르시놀(ITR) 폴리에스테르-카보네이트(예: SABIC에서 입수할 수 있는 SLX 수지), 고유동 고열 폴리카보네이트 공중합체(예: SABIC에서 입수 가능한 XHT 수지), 고유동 연성 폴리카보네이트 공중합체(예: SABIC에서 입수 가능한 LEXAN™ HFD), 올리고머 포스포네이트(예: FRX Polymers, Inc.에서 입수 가능한 FRX 수지)를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 폴리카보네이트는 말단 캡핑될 수 있고 하기 말단 캡핑제를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다: 1,1',1",-트리스(4'-하이드록시페닐) 에탄(THPE) 및 p-하이드록시벤조니트릴(HBN). 특히, HBN-말단 캡핑된 폴리카보네이트(예: SABIC에서 입수 가능한 CFR 폴리카보네이트 수지)는 열가소성 조성물의 난연성(FR) 성능에 기여할 수 있다. 폴리카보네이트 및/또는 폴리카보네이트 공중합체는 소비 후 재활용 폴리카보네이트를 포함하거나 그로부터 유도될 수 있다.

특정 양태에서, 제2 열가소성 중합체는 폴리카보네이트-실록산 공중합체를 포함한다. 일부 양태에서 폴리카보네이트-실록산 공중합체는 폴리카보네이트-폴리실록산 공중합체의 총 중량을 기준으로 약 5 중량% 내지 약 45 중량%의 실록산 함량을 갖는다. 추가 양태에서, 폴리카보네이트-실록산 공중합체는 폴리카보네이트-폴리실록산 공중합체의 총 중량을 기준으로 약 20 중량% 내지 약 45 중량%의 실록산 함량을 갖는다. 특정 양태에서, 폴리카보네이트-실록산 공중합체는 폴리카보네이트-폴리실록산 공중합체의 총 중량을 기준으로 약 40 중량%의 실록산 함량을 갖는다.

본원에 사용된 바와 같이, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 폴리(에틸 벤젠-1,4-디카르복실레이트)와 상호교환적으로 사용될 수 있다. 폴리부틸렌 테레프탈레이트와 마찬가지로 폴리에틸렌 테레프탈레이트도 폴리에스테르의 한 유형이다.

일부 양태에서, 제1 열가소성 중합체는 제2 열가소성 중합체와 비교하여 2:1 이상의 비율로 조성물에 존재한다. 추가 양태에서, 제1 열가소성 중합체는 제2 열가소성 중합체와 비교하여 3:1 이상의 비율로 조성물에 존재한다. 또 다른 양태에서, 제1 열가소성 중합체는 제2 열가소성 중합체와 비교하여 4:1 이상의 비율로 조성물에 존재한다. PBT(즉, 제1 열가소성 중합체) 대 폴리카보네이트(즉, 제2 열가소성 중합체)의 비가 2:1 이상, 또는 특정 양태에서 3:1 또는 4:1의 비율을 갖는 열가소성 조성물은, 열가소성 중합체를 분해하는 것으로 알려진 약제에 대해 우수한 내화학성을 가지고 있다. 그러한 제제 중 하나는 Banana Boat® 자외선 차단제이다.

열가소성 조성물은 폴리에스테르 엘라스토머, 에틸렌/알킬 아크릴레이트/글리시딜 메타크릴레이트 삼원공중합체 상용화제, 또는 이들의 조합을 포함하는 성분을 약 1 중량% 내지 약 30 중량% 포함할 수 있다. 이 성분은 조성물의 기계적 특성(예: 충격 강도)을 향상시키는 충격 개질제로서 기능할 수 있다.

폴리에스테르 엘라스토머 성분은 폴리부틸렌 테레/이소프탈레이트-코-폴리옥시부틸렌을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 특정 양태에서, 폴리에스테르 엘라스토머 성분은 DuPont에서 입수가능한 Hytrel® 4056을 포함한다. 추가 양태에서, 폴리에스테르 엘라스토머 성분은 DSM으로부터 입수가능한 Arnitel® 열가소성 코폴리에스테르(TPC)를 포함한다.

에틸렌/알킬 아크릴레이트/글리시딜 메타크릴레이트 삼원공중합체 상용화제 성분은 에틸렌 메틸 아크릴레이트 글리시딜 메타크릴레이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이트 글리시딜 메타크릴레이트, 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 특정 양태에서, 에틸렌/알킬 아크릴레이트/글리시딜 메타크릴레이트 삼원공중합체 상용화제 성분은 PC/삼원공중합체 블렌드, 예컨대 Arkema로부터 입수가능한 Lotader® AX8900이다. 열가소성 중합체 성분이 폴리카보네이트가 아닌 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 특정 양태에서, 열가소성 조성물로부터 에틸렌/알킬 아크릴레이트/글리시딜 메타크릴레이트 삼원공중합체 상용화제 성분을 생략하는 것이 가능할 수 있다. 이러한 양태에서, 에틸렌/알킬 아크릴레이트/글리시딜 메타크릴레이트 삼원공중합체 상용화제 성분은 0 중량% 내지 약 10 중량% 범위로 열가소성 조성물에 존재할 수 있다.

조성물은 아크릴계 충격 보강제 성분을 추가로 포함할 수 있다. 아크릴 충격 개질제는 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 특정 양태에서, DuPont에서 입수가능한 아크릴 충격 개질제 성분 Elvaloy® AC 2615는 20% 미만의 에틸 아크릴레이트 함량을 갖는 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체이다.

열가소성 조성물은 약 50wt% 내지 약 70wt%의 세라믹 섬유 성분을 포함한다. 세라믹 섬유 성분는 임의의 적합한 유형의 세라믹 섬유를 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 세라믹 섬유는 알루미나, 다결정질 알루미나, 알파-결정질 알루미나, 알루미늄 실리케이트, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

특정 양태에서, 세라믹 섬유 성분은 3-6밀리미터(mm)의 섬유 길이를 갖는 원시 형태(raw form)로 3M으로부터 입수가능한 세라믹 산화물 섬유인 Nextel™ 610과 같은 절단 세라믹 섬유를 포함한다. 전형적인 컴파운딩 공정(예를 들어, 이축 압출 컴파운딩 공정)에서 열가소성 조성물에 혼입될 때, 이 섬유의 최종 섬유 길이는 조성물에서 약 0.1mm 내지 약 1mm이다. 특정 양태에서, 세라믹 섬유 성분은 Nextel™ 312, Nextel™ 440, Nextel™ 720, 또는 이들의 조합과 같으나 이에 제한되지 않는 절단된(chopped) 세라믹 섬유를 포함한다. 세라믹 섬유는 일부 양태에서 비자성 및/또는 비전도성일 수 있다.

세라믹 섬유는 일부 양태에서 적어도 약 150 기가파스칼(GPa)의 인장 모듈러스를 가질 수 있다. 추가 양태에서, 세라믹 섬유는 약 150 GPa 내지 약 500 GPa, 또는 약 150 GPa 내지 약 300 GPa의 인장 모듈러스를 갖는다.

세라믹 섬유 성분은 특정 양태에서 연속 라미네이트, 단방향 테이프, 또는 프리페그일 수 있다.

일부 양태에서, 열가소성 조성물은 0 중량% 초과 내지 약 10 중량%의 양으로 결정화 억제제를 포함한다. 포함되는 경우 결정화 억제제는 PBT 결정화 속도를 감소시켜 열가소성 중합체 성분이 더 오랜 기간 동안 용융 상태를 유지할 수 있도록 하여 너무 빨리 응고되지 않고 주형이 충전되도록 하는 기능을 할 수 있다. 또한 표면이 더 매끄럽고 광택이 나는 성형 부품을 생산할 수 있다. 이 매끄럽고 광택 있는 표면은 높은 표면 품질이 기질(예: 금속 삽입 표면)에 대한 우수한 접착력을 촉진하는 특정 응용 분야에서 바람직할 수 있다. 예시적인 결정화 억제제는 SLX 공중합체 또는 폴리에테르이미드(예를 들어, SABIC로부터 입수가능한 ULTEM™ 수지)를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

열가소성 조성물은 일부 양태에서 0 중량% 초과 내지 약 1 중량%의 양으로 에스테르 교환 켄칭제를 포함할 수 있다. 에스테르 교환 켄칭제는 가공 보조제로 포함될 수 있으며 폴리카보네이트와 PBT 사이의 에스테르 교환 반응을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다(PC가 열가소성 중합체 성분에 포함된 경우). 에스테르 교환 켄칭제는 열가소성 중합체 성분이 PET를 포함하는 일부 양태에서 생략될 수 있다. 추가 양태에서, 에스테르 교환 켄칭제는 인-함유 안정화제를 포함한다. 또 다른 양태에서, 에스테르 교환 켄칭제는 산성 인산 염, 예를 들어 제1인산아연, 인산이수소나트륨, 인산수소칼륨, 인산수소칼슘, 산 피로인산나트륨 및 이들의 혼합물을 포함한다. 더 추가의 양태에서, 에스테르 교환 켄칭제는 포스파이트 화합물, 예를 들어 각 R'가 동일하거나 상이하고 독립적으로 수소, 알킬기, 아릴기 또는 이의 임의의 혼합물을 나타내지만, 단 R' 기 중 하나 이상이 수소 또는 알킬인 일반식 P-(OR')₃의 포스파이트 화합물을 포함한다. 예시적으로, 이들은 디페닐이소데실 포스파이트, 디이소옥틸 포스파이트, 디라우릴 포스파이트, 디페닐 포스파이트, 페닐 디이소데실 포스파이트, 에틸 헥실 디페닐 포스파이트, 스테아릴 포스파이트 및 이들의 혼합물을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 또 다른 양태에서, 에스테르 교환화 켄칭제(transesterification quenching agent)는 인산아연과 같은 IB족 또는 IIB족 포스페이트 염을 포함한다. 추가 양태에서, 에스테르 교환 켄칭제는 아인산, 인산, 폴리인산 또는 차아인산과 같은 아인 옥소산(phosphorous oxo-acid)을 포함한다.

추가의 양태에서, 인-함유 안정화제는 인산아연, 디페닐이소데실 포스파이트, 인산일나트륨 및 산 피로인산나트륨 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 또 다른 양태에서, 인-함유 안정화제는 인산아연이다.

추가의 양태에서, 에스테르 교환 켄칭제는 산성 포스페이트 염, IB족 포스페이트 염, IIB족 포스페이트 염, 인 옥소산, 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 또 다른 양태에서, 에스테르 교환 켄칭제는 산성 포스페이트 염이다. 또 다른 양태에서, 에스테르교환 켄칭제는 IB족 포스페이트 염 및 IIB족 포스페이트 염으로부터 선택된다. 더욱 추가의 양태에서, 에스테르교환 켄칭제는 제1인산아연이다. 또 다른 양태에서, 에스테르교환 켄칭제는 인 옥소산이다. 에스테르 교환 켄칭제는 스테아르산나트륨일 수 있다. 특정 양태에서 에스테르 교환 켄칭제는 산성 포스페이트 염, IB족 포스페이트 염, IIB족 포스페이트 염, 인 옥소산, 및 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.

전술한 성분에 더하여, 개시된 열가소성 조성물은 임의적으로 이러한 유형의 열가소성 조성물에 일반적으로 혼입되는 하나 이상의 첨가제 재료의 잔량을 포함할 수 있으며, 단, 첨가제는 열가소성 조성물의 원하는 특성에 현저하게 불리한 영향을 미치지 않도록 선택된다. 첨가제의 조합이 사용될 수 있다. 이러한 첨가제는 조성물을 형성하기 위한 성분을 혼합하는 동안 적절한 시기에 혼합될 수 있다. 개시된 열가소성 조성물에 존재할 수 있는 첨가제 물질의 예시적이고 비제한적인 예는 산화방지제, 착색제, 이형제, 염료, 유동 촉진제, 유동 개질제, 광 안정제, 윤활제, 이형제, 안료, 켄칭제, 열 안정제, UV 흡수제, UV 반사제, UV 안정제, 에폭시 사슬 연장제, 및 이들의 조합을 포함한다.

특정 양태에서, 에폭시 사슬 연장제 첨가제는 세라믹 섬유의 염기성에 대항하고/하거나 조성물의 장기간 기계적 강도 보유를 개선/증가시키는 것을 돕기 위해 열가소성 조성물에 포함될 수 있다. 예시적인 에폭시 사슬 연장제 첨가제는 디글리시딜 에테르 및 BASF Corp.로부터 입수가능한 하나 이상의 JONCRYL® 제품을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.

일부 양태에서, 열가소성 조성물의 성형된 샘플은 ASTM D638에 따라 측정할 때 적어도 약 25 기가파스칼(GPa)의 인장 모듈러스, 또는 ASTM D638에 따라 측정된 적어도 약 27 기가파스칼(GPa)의 인장 모듈러스를 갖는다. 추가의 양태에서, 열가소성 조성물의 성형된 샘플은 약 15 GPa 내지 약 200GPa, 또는 약 20GPa 내지 약 150 GPa, 또는 약 25GPa 내지 약 100GPa의 인장 모듈러스를 갖는다.

특정 양태에서, 열가소성 조성물의 성형된 샘플은 ASTM D638에 따라 측정할 때 약 1.5% 이상의 파단 인장 신율을 갖는다. 추가 양태에서, 열가소성 조성물의 성형된 샘플은 약 1% 내지 약 10%, 또는 약 1.5% 내지 약 5%의 파단 인장 신율을 갖는다.

특정 양태에서, 열가소성 조성물의 성형 샘플은 ASTM D256에 따라 측정할 때 약 100 J/m 이상의 노치 아이조드 충격 강도를 갖는다. 추가의 양태에서, 열가소성 조성물의 성형된 샘플은 ASTM D256에 따라 측정할 때 적어도 약 280 J/m의 노치 아이조드 충격 강도를 갖는다. 열가소성 조성물의 성형된 샘플은 일부 양태에서 약 100 J/m 내지 약 1000 J/m, 또는 약 200 J/m 내지 약 750 J/m, 또는 약 200 J/m 내지 약 500J/m, 또는 약 250J/m 내지 약 1000J/m, 또는 약 280J/m 내지 약 500J/m의 노치 아이조드 충격 강도를 가질 수 있다.

일부 양태에서, 열가소성 조성물의 성형된 샘플은 ASTM D3835에 따라 측정할 때 150cp에서 약 2500s^-1 미만의 전단 점성률(shear viscosity)을 갖는다. 추가 양태에서, 열가소성 조성물의 성형된 샘플은 150 cp에서 약 2000 s^-1 미만의 전단 점성률, 또는 150 cp에서 약 1500 s^-1 미만의 전단 점성률을 갖는다.

본 개시내용의 양태에 따른 열가소성 조성물은 내화학성일 수 있고, 즉 기계적 특성(인장 모듈러스, 인장 강도 및/또는 강성 포함) 및/또는 열가소성 조성물의 시각적 외관은 이러한 열가소성 조성물이 접하는 일반적인 화학 물질에 노출될 때 부정적인 영향을 받지 않는다. 예를 들어, 본 개시내용에 따른 열가소성 조성물은 소비자 전자 제품 적용(예를 들어, 무선 통신 장치)에서 사용될 수 있고, 이에 제한되지는 않지만 다음과 같은 화학물질: 조성물(또는 그것을 포함하는 물품)을 전자 기기의 다른 부분에 접착하기 위하여 사용되는 접착제; 자외선 차단제; 및 방충제에 노출될 수 있다. 따라서 열가소성 조성물 및 이를 포함하는 제품은 외부 표면(예: 자외선 차단제 및 방충제) 및 내부 표면(예: 접착제)에 화학적 공격을 받을 수 있다. 따라서, 특정 양태에서 열가소성 조성물은 접착제, 자외선 차단제, 방충제 또는 이들의 조합에 대해 화학적으로 내성이 있다. 한 특정 양태에서, 열가소성 조성물은 열경화 우레탄 접착제에 대해 화학적으로 내성이 있다. 또 다른 특정 양태에서, 열가소성 조성물은 수분 경화 우레탄 접착제에 대해 화학적으로 내성이 있다.

추가 양태에서, 본 개시내용의 양태에 따른 열가소성 조성물은 접착제, 자외선 차단제 및/또는 방충제에 노출될 때 기계적 특성의 변화에 대해 화학적으로 내성이고; 즉, 열가소성 조성물의 성형 샘플은 접착제, 자외선 차단제 및/또는 방충제에 노출된 후에도 인장 계수, 인장 강도 및/또는 강성을 포함한 인장 특성의 80% 이상을 유지한다.

제조 물품

얇은 벽 구조는 (1) 연속 섬유 직물 라미네이트 또는 UD 테이프 구조, 및 (2) 사출 성형된 단섬유 화합물/복합물로 제조된 사출 성형된 화합물 또는 하이브리드 성형된 구조일 수 있다. 개시된 제형의 입증된 특성은 이들을 의료, 전기 및 전자 시장, 특히 얇은 벽 성분을 필요로 하는 제조 물품에 사용하기에 매우 적합하게 만든다.

특정 양태에서, 본 개시내용은 열가소성 조성물을 포함하는 형상(shaped), 형성(formed) 또는 성형(molded) 물품에 관한 것이다. 열가소성 조성물은 하기 기재된 바와 같은 다양한 수단에 의해 유용한 형상 물품으로 성형될 수 있다. 특정 양태에서, 물품은 약 2 mm 미만의 공칭 두께(nominal thickness)를 갖는 열가소성 조성물을 포함하는 얇은 벽을 포함한다.

본 개시내용에 따른 열가소성 조성물로부터 형성된 물품은, 이들에 한정되지 않지만, 통신 장치; 컴퓨터 장치; 전자기 간섭 장치; 인쇄 회로; Wi-Fi 장치; 블루투스 장치; GPS 장치; 셀룰러 안테나 장치; 스마트 폰 장치; 무선 통신 장치; 구조화된 미디어 인클로저; 안테나 은폐 인클로저(antenna concealing enclosure); 네트워킹 장비용 인클로저(라우터, 스위치, 허브, 모뎀 및 서버 포함); 전자 장치의 구조적 조성물 부품; 휴대용 컴퓨팅 장치; 휴대용 전자 장치; 자동차 장치; 의료 기기; 센서 장치; 보안 장치; 차폐 장치; RF 안테나 장치; LED 장치; 및 RFID 장치를 포함할 수 있다.

열가소성 조성물을 포함하는 물품의 제조 방법

본원에 기재된 양태에 따른 열가소성 조성물을 포함하는 물품은 임의의 통상적인 방법에 따라 형성될 수 있다. 일부 양태에서 물품은 압출 성형, 사출 성형, 압축 성형, 열성형, 오버몰딩, 또는 금속 또는 복합 라미네이트 인서트로 인서트 성형된다.

압출 성형된 경우, 본 명세서에 기재된 하나 또는 임의의 상기 성분은 먼저 함께 건식 블렌딩된 다음, 하나 이상의 다중 공급기로부터 압출기로 공급되거나, 하나 이상의 다중 공급기로부터 압출기로 개별적으로 공급될 수 있다. 하나 또는 임의의 전술한 성분은 먼저 서로 건식 블렌딩되거나, 전술한 성분의 임의의 조합과 건식 블렌딩된 다음, 하나 또는 다중 공급기로부터 압출기로 공급되거나, 하나 또는 다중 공급기로부터 압출기로 별도로 공급될 수 있다. 성분은 스로트 호퍼 또는 임의의 측면 공급기에서 압출기로 공급될 수 있다.

본 발명에 사용된 압출기는 단일 나사, 다중 나사, 교차 동방향 회전(intermeshing co-rotating) 또는 역회전 나사, 비-교차 동방향 회전 또는 반대 회전 나사, 왕복 나사, 원추형 나사, 핀이 있는 나사, 스크린이 있는 나사, 핀이 있는 배럴, 롤, 램, 헬리컬 로터, 공동 반죽기(co-kneaders), 디스크 팩 프로세서, 다양한 기타 유형의 압출 장비, 또는 전술한 것 중 하나 이상을 포함하는 조합을 가질 수 있다.

컴파운딩 동안 압출기의 배럴 온도는 열가소성 조성물의 열가소성 중합체(들)의 적어도 일부가, 중합체(들)이 반결정질 유기 중합체일 경우, 약 용융 온도 이상의 온도에 도달한 온도에서 설정될 수 있거나, 열가소성 중합체(들)가 비정질 중합체인 경우, 유동점(예: 유리 전이 온도)에 도달한 온도에서 설정될 수 있다.

전술한 성분을 포함하는 혼합물은 원하는 경우 다중 블렌딩 및 형성 단계를 거칠 수 있다. 예를 들어, 열가소성 조성물은 먼저 압출되어 펠릿으로 형성될 수 있다. 그런 다음 펠릿은 원하는 모양 또는 제품으로 성형될 수 있는 성형기로 공급될 수 있다. 대안적으로, 단일 용융 블렌더로부터 나오는 열가소성 조성물은 시트 또는 스트랜드로 형성될 수 있고 어닐링, 일축 또는 이축 배향과 같은 압출 후 공정을 거칠 수 있다.

물품이 압출 성형되는 특정 양태에서, 열가소성 조성물의 제조 방법은 열가소성 조성물의 성분을 조합하여 혼합물을 형성하는 단계; 압출기의 피드 스로트에 혼합물을 첨가하고 압출기에서 혼합물을 컴파운딩하는 단계; 및 혼합물을 주형으로 압출하여 물품을 형성하는 단계를 포함한다. 다른 양태에서, 열가소성 조성물의 하나 이상의 성분(예를 들어, 세라믹 섬유 성분)은 통상적인 방법에 따라 압출기에서 하류에 첨가될 수 있다.

공개의 양태

다양한 양태들에서, 본 개시는 적어도 다음 양태들에 속하고 이를 포함한다.

양태 1. 다음 성분 a, b, c들을 포함하거나, 이들로 조성물되거나, 또는 이들로 본질적으로 조성물되는 열가소성 조성물:

c. 세라믹 섬유를 포함하는 약 50wt% 내지 약 70wt%의 세라믹 섬유 성분;

양태 2. 양태 1에 있어서, 상기 제2 열가소성 중합체가 폴리카보네이트 및 폴리카보네이트 공중합체를 포함하고, 상기 폴리카보네이트가 비스페놀 A로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 단독중합체이고, 상기 폴리카보네이트 공중합체가 비스페놀A, 세바스산, 폴리실록산, 이소프탈레이트 테레프탈레이트 레조르시놀(ITR), 포스페이트 또는 이들의 조합으로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 것인, 조성물.

양태 3. 양태 2에 있어서, 상기 폴리카보네이트 공중합체가 폴리카보네이트-폴리실록산 공중합체의 총 중량을 기준으로 약 5 중량% 내지 약 45 중량%의 실록산 함량을 갖는 폴리카보네이트-폴리실록산 공중합체를 포함하는, 조성물.

양태 4 양태 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 상기 폴리카보네이트가 비스페놀 A, 세바스산, 폴리실록산, 이소프탈레이트 테레프탈레이트 레조르시놀(ITR), 포스페이트, 또는 이들의 조합으로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 폴리카보네이트 공중합체인, 조성물.

양태 5 양태 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 상기 세라믹 섬유가 150 GPa 이상의 인장 모듈러스를 가지는, 조성물.

양태 6 양태 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 세라믹 섬유가 300 GPa 이상의 인장 모듈러스를 가지는, 조성물.

양태 7 양태 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물에서 길이가 약 0.1 밀리미터(mm) 내지 약 1 mm인 절단된 세라믹 섬유를 포함하는, 조성물.

양태 8 양태 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 ASTM D638에 따라 측정할 때 27 GPa 이상의 인장 모듈러스 또는 ASTM D256에 따라 측정할 때 23℃에서 280 J/m 초과의 노치 아이조드 충격 강도를 갖는, 조성물.

양태 9. 양태 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 상기 세라믹 섬유 성분이 연속 라미네이트, 단방향 테이프, 또는 프리페그인, 조성물.

양태 10. 양태 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 세라믹 섬유가 알루미나를 포함하는, 조성물.

양태 11. 양태 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 세라믹 섬유가 알파-결정질 알루미나를 포함하는, 조성물.

양태 12. 양태 1 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 결정화 억제제를 0 중량% 초과 내지 약 10 중량%의 양으로 추가로 포함하는, 조성물.

양태 13. 양태 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 에스테르교환 켄칭제를 0 중량% 초과 내지 약 1 중량%의 양으로 추가로 포함하는, 조성물.

양태 14. 양태 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 첨가제 물질을 추가로 포함하고, 상기 첨가제 물질은 산화방지제; 착색제; 탈형제 (de-molding agent); 염료; 유동 촉진제; 유동 조절제(flow modifier); 광 안정제; 윤활제; 이형제(mold release agent); 안료; 켄칭제; 열 안정제; 자외선(UV) 흡수제; UV 반사제; UV 안정제; 에폭시 사슬 연장제; 난연제; 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 조성물.

양태 15. 양태 1 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 상기 열가소성 조성물의 성형된 샘플이 ASTM D638에 따라 측정할 때 약 25 기가파스칼(GPa) 이상의 인장 모듈러스를 갖는, 조성물.

양태 16. 양태 1 내지 15 중 어느 하나에 있어서, 상기 열가소성 조성물의 성형된 샘플이 ASTM D638에 따라 측정할 때 약 15 GPa 이상의 굴곡 모듈러스를 갖는, 조성물.

양태 17. 양태 1 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 상기 열가소성 조성물이 내화학성인, 조성물.

양태 18. 양태 1 내지 17 중 어느 하나에 있어서, 상기 세라믹 섬유가 비자성 또는 비전도성인 조성물.

양태 19. 양태 1 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 세라믹 섬유를 포함하는 세라믹 섬유 성분 대신에 유리 섬유를 포함하는 비교 조성물보다 약 50% 이상 더 높은 ASTM D638에 따라 측정된 굴곡 모듈러스를 갖는, 조성물.

양태 20. 양태 1 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 세라믹 섬유를 포함하는 세라믹 섬유 성분 대신에 유리 섬유를 포함하는 비교 조성물보다 약 50% 이상 더 높은 ASTM D638에 따라 측정된 인장 모듈러스를 갖는, 조성물.

양태 21. 양태 1 내지 20 중 어느 하나에 있어서, 세라믹 섬유를 포함하는 세라믹 섬유 성분 대신에 유리 섬유를 포함하는 비교 조성물 보다 285℃ 및 5kg에서 ASTM D1238에 따라 시험한 용융 체적률(MVR)이 50% 이상인, 조성물.

양태 22. 양태 1 내지 양태 21 중 어느 하나에 따른 조성물을 포함하는 물품으로서, 약 2 mm 미만의 공칭 두께를 갖는 얇은 벽을 포함하는, 물품.

양태 23. 양태 22에 있어서, ASTM D3835에 따라 측정된 150cp에서 약 2500s^-1 미만의 전단 점성률을 갖는, 물품.

양태 24. 양태 22 또는 23에 있어서, 물품이 압출 성형, 사출 성형, 압축 성형, 열성형, 오버몰딩, 또는 금속 또는 복합 라미네이트 인서트로 인서트 성형되는, 물품.

양태 25. 양태 22 내지 양태 24 중 어느 하나에 있어서, 상기 물품은 통신 장치; 컴퓨터 장치; 전자기 간섭 장치; 인쇄 회로; Wi-Fi 장치; 블루투스 장치; GPS 장치; 셀룰러 안테나 장치; 스마트 폰 장치; 무선 통신 장치; 구조화된 미디어 인클로저; 안테나 은폐 인클로저; 네트워킹 장비용 인클로저; 전자 장치의 구조적 조성물 부품; 휴대용 컴퓨팅 장치; 휴대용 전자 장치; 자동차 장치; 의료 기기; 센서 장치; 보안 장치; 차폐 장치; RF 안테나 장치; LED 장치; 및 RFID 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는, 물품.

정의

또한 본원에 사용된 용어는 제한하려는 것이 아니라 특정 양태만을 기재하려는 것으로 이해되어야 한다. 명세서 및 청구범위에 사용된 바와 같이, 용어 "포함하는"은 "로 이루어진" 및 "로 본질적으로 이루어진" 구현예를 포함할 수 있다. 달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 개시내용이 속하는 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서 및 이어지는 청구범위에서, 본원에 정의될 다수의 용어가 참조될 것이다.

명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 바와 같이, 단수 형태는 달리 문맥상 명확하게 지시하지 않는 한 복수의 지시대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "폴리카보네이트"에 대한 언급은 2 개 이상의 폴리카보네이의 혼합물을 포함한다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "조합"은 블렌드, 혼합물, 합금, 반응 생성물 등을 포함한다.

범위는 본원에서 하나의 값(첫번째 값)에서 또 다른 값(두번째 값)으로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 범위는 일부 양태에서 첫번째 값 및 두번째 값 중 하나 또는 둘 다를 포함한다. 유사하게, 값이 근사치로 표현될 때, 선행된 '약'을 사용하여 특정 값이 또 다른 양태를 형성하는 것으로 이해될 것이다. 추가로 각 범위의 끝점은 다른 끝점과 관련하여, 그리고 다른 끝점과 독립적으로 모두 유의한 것으로 이해될 것이다. 또한 본원에 다수의 값이 개시되어 있고, 각 값이 또한 값 자체에 더하여 "약" 해당 특정 값을 개시하는 것으로 이해된다. 예를 들어, 값 "10"이 개시되면, "약 10"이 또한 개시된다. 또한 2 개의 특정 단위 사이의 각 단위를 또한 개시하는 것으로 이해된다. 예를 들어, 10 및 15가 개시되면, 11, 12, 13, 및 14가 또한 개시된다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "약" 및 "에서 또는 약"은 해당 양 또는 값이 지정된 값, 대략적으로 지정된 값, 또는 지정된 값과 거의 동일할 수 있다는 것을 의미한다. 본원에 사용된 바와 같이, 공칭 값은 달리 표시되거나 추론되지 않는 한 ±10% 변동을 나타내는 것으로 일반적으로 이해된다. 용어는 유사한 값이 청구범위에 인용된 동등한 결과 또는 효과를 촉진시킨다는 것을 전달하기 위해 의도된다. 즉, 양, 크기, 공식 표시, 매개변수, 및 다른 수량 및 특성이 정확하지 않고 정확할 필요는 없지만, 허용오차, 변환 계수, 반올림, 측정 오류 등, 및 당업자에게 알려진 다른 요인을 반영하여 근사치이고/이거나 원하는 만큼 더 크거나 더 작을 수 있는 것으로 이해된다. 일반적으로, 양, 크기, 공식 표시, 매개변수 또는 다른 수량 또는 특성은 명시적으로 언급되었는지 여부에 관계없이 "약" 또는 "대략"이다. "약"이 정량적 값 앞에 사용되는 경우, 매개변수는 또한 달리 구체적으로 언급되지 않는 한 구체적인 정량적 값 자체를 포함하는 것으로 이해된다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "임의적" 또는 "임의적으로"는 이후에 설명되는 이벤트 또는 상황이 발생할 수 있거나 발생할 수 없음을 의미하고, 설명은 상기 이벤트 또는 상황이 발생하는 경우와 발생하지 않는 경우를 포함한다. 예를 들어, "임의의 첨가제 물질"이라는 문구는 첨가제 물질이 포함될 수 있거나 포함될 수 없으며 설명이 첨가제 물질을 포함하는 조성물과 포함하지 않는 조성물을 모두 포함한다는 것을 의미한다.

본원에 개시된 방법 내에서 사용될 조성물 자체뿐만 아니라 개시내용의 조성물을 제조하는 데 사용될 성분이 개시되어 있다. 이들 및 다른 재료가 본원에 개시되어 있으며, 이들 재료의 조합, 서브세트, 상호작용, 그룹 등이 개시될 때 이들 화합물의 각각의 다양한 개별적 및 집합적 조합 및 순열에 대한 구체적 참조가 명시적으로 개시될 수 없지만, 각각이 본원에 구체적으로 고려되고 기재되는 것으로 이해된다. 예를 들어, 특정 화합물이 개시되고 논의되고 화합물을 포함한 다수의 분자로 이루어질 수 있는 다수의 변형이 논의되는 경우, 화합물의 각각 및 모든 조합 및 순열 및 달리 구체적으로 반대로 지시되지 않는 한 가능한 변형이 구체적으로 고려된다. 따라서, 분자 A, B, 및 C의 부류 뿐만 아니라 분자 D, E, 및 F의 부류가 개시되고 조합 분자의 예, A-D가 개시되면, 각각이 개별적으로 언급되지 않더라도 각각은 개별적으로 및 집합적으로 고려되는 의미 조합, A-E, A-F, B-D, B-E, B-F, C-D, C-E, 및 C-F가 개시된 것으로 간주된다. 마찬가지로, 이들의 임의의 서브세트 또는 조합이 또한 개시되어 있다. 따라서, 예를 들어, A-E, B-F, 및 C-E의 하위 그룹이 개시된 것으로 간주될 것이다. 이 개념은 개시내용의 조성물을 제조 및 사용하는 방법에서 단계를 포함하나 이에 제한되지 않는 본 출원의 모든 양태에 적용된다. 따라서, 수행될 수 있는 다양한 추가의 단계가 있다면, 이들 추가의 단계 각각은 본 개시내용의 방법의 임의의 구체적 양태 또는 양태의 조합으로 수행될 수 있는 것으로 이해된다.

명세서 및 최종 청구범위에서 조성물 또는 물품의 특정 요소 또는 성분의 중량부에 대한 언급은 중량부로 표현된 조성물 또는 물품의 요소 또는 성분 및 임의의 다른 요소 또는 성분 사이의 중량 관계를 나타낸다. 따라서, 2 중량부의 성분 X 및 5 중량부의 성분 Y를 함유하는 화합물에서, X 및 Y는 2:5의 중량비로 존재하고, 추가의 성분이 화합물에 함유되어 있는지 여부에 관계없이 이러한 비로 존재한다.

성분의 중량 퍼센트는 달리 구체적으로 반대로 언급되지 않는 한, 성분이 포함되어 있는 제형 또는 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.

본 명세서에서 상호교환적으로 사용될 수 있는 용어 "BisA", "BPA" 또는 "비스페놀 A"는 하기 화학식으로 표시되는 구조를 갖는 화합물을 지칭한다:

BisA는 또한 명칭 4,4'-(프로판-2,2-디일)디페놀; p,p'-이소프로필리덴비스페놀; 또는 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판으로 지칭될 수 있다. BisA는 CAS # 80-05-7이다.

본원에 사용된 바와 같이 상호교환가능하게 사용될 수 있는 용어 "중량 퍼센트", "wt%", 및 "wt. %"는 달리 명시되지 않는 한, 조성물의 총 중량을 기준으로 주어진 성분의 중량 퍼센트를 나타낸다. 즉, 달리 명시되지 않는 한, 모든 wt% 값은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다. 개시된 조성물 또는 제형의 모든 성분에 대한 wt% 값의 합은 100과 동일한 것으로 이해되어야 한다.

본원에 달리 반대로 언급되지 않는 한, 모든 시험 표준은 본 출원을 제출할 당시 시행중인 가장 최근의 표준이다.

본원에 개시된 각각의 물질은 상업적으로 이용가능하고/하거나 이의 생산 방법은 당업자에게 알려져 있다.

본원에 개시된 조성물은 특정 기능을 갖는 것으로 이해된다. 본원에는 개시된 기능을 수행하기 위한 특정 구조적 요건이 개시되어 있고 개시된 구조와 관련된 동일한 기능을 수행할 수 있는 다양한 구조가 있으며, 이들 구조가 전형적으로 동일한 결과를 달성할 것으로 이해된다.

실시예

하기 실시예는 본원에 청구된 화합물, 조성물, 물품, 장치 및/또는 방법이 어떻게 만들어지고 평가되고, 오직 예시적으로 의도되고 개시내용을 제한하는 것으로 의도되지 않는 완전한 개시내용 및 설명을 당업자에게 제공하기 위해 제시된다. 숫자(예를 들어, 양, 온도 등)와 관련하여 정확성을 보장하려는 노력이 있었지만, 일부 오류 및 편차가 고려되어야 한다. 달리 나타내지 않는 한, 부는 중량부이고, 온도는 ℃이거나 또는 주변 온도이고, 압력은 대기 또는 대기 근처이다. 달리 나타내지 않는 한, 조성물과 관련하여 백분율은 wt%로 나타낸다.

기재된 공정에서 수득된 생성물 순도 및 수율을 최적화하는 데 사용될 수 있는 반응 조건, 예를 들어 성분 농도, 원하는 용매, 용매 혼합물, 온도, 압력 및 다른 반응 범위 및 조건의 수많은 변경 및 조합이 있다. 이러한 공정 조건을 최적화하기 위해 합리적이고 일상적인 실험만이 필요할 것이다.

표 1은 본원에 기재된 하나 이상의 비교 및 실시예 조성물에 사용된 성분의 목록을 제공합니다:

[표 1] 성분

비교 및 실시예 조성물을 제조하고 표 2A 및 2B에 나타내었다. 비교 조성물 C1은 소비자 전자 장치를 위한 2.0 내지 3.0mm 두께의 인클로저/하우징을 위해 이전에 개발된 조성물을 기반으로 한다. 예시적인 조성물 Ex1은 C1에서 사용하는 PBT의 조합보다는 더 낮은 MW PBT만을 포함하였다. 조성물 Ex2-Ex4는 상이한 유형의 PC 공중합체를 포함하였다. 조성물 Ex5-Ex7은 SLX 공중합체를 포함하였다. 조성물 Ex8 및 Ex9에는 SABIC의 IQ 공정에서 형성된 PBT가 포함되어 있으며 Ex5 및 Ex6과 유사한 로딩 수준을 가지고 있다. 조성물 Ex10은 C1 및 Ex1-Ex9의 관찰된 특성을 기반으로 최적화된 조성물이다.

[표 2A]

[표 2B]

상기 나타낸 조성물의 다양한 특성이 결정되었고; 결과는 표 3A 및 3B에 나와 있다.

[표 3A]

[표 3B]

표 및 도면에 사용된 단위 및 약어는 분당 밀리미터(mm/min); 섭씨(℃); 평균(Avg); 킬로그램(kg); 초(sec); 메가파스칼(MPa); 미터당 줄(J/m); 측정 불가(NM); 파스칼-초(Pa-s); 및 역수 초(inverse seconds; 1/s).

비교 조성물 C1 및 예시적인 조성물 Ex1-Ex4는 높은 인장 모듈러스(27GPa 초과) 및 매우 우수한 충격 특성(280J/m 초과의 노치 아이조드 충격 강도)을 가졌다. 그러나, 이들은 도 1의 MVR 데이터 및 전단 점성률 곡선에서 관찰된 바와 같이 양호한 용융 특성을 갖지 않았다. 결과적으로, 이들 조성물로 얇은 플라크를 성형하기 어려웠고, 실제로 조성물 C1에서 0.6mm 두께의 플라크를 성형하려고 했을 때 가능한 가장 높은 압력과 사출 속도를 사용해야 하였으며, 사출 성형기/장비/시스템의 노즐과 부싱 모두에 손상을 초래한다.

예시적인 조성물 Ex5-Ex9는 섬유 로딩이 증가함에 따라 급격히 감소했지만(Ex5 내지 Ex6에 이어서 Ex7의 MVR 비교), 비교적 더 높은 용융 유동(MVR)을 가졌다. 이러한 조성물에는 PBT 수지의 재결정화를 늦추는 결정화 억제제 역할을 하는 SLX PC 공중합 수지가 포함되었다. 그 결과, 이러한 조성물로 형성된 사출 성형 부품은 매끄럽고 반짝이는 표면을 나타냈다. 그러나, 이들 조성물은 우수한 충격 및 신장 특성을 갖지 않는다. 특히, 세라믹 섬유 함량이 60중량%인 Ex7은 노치 아이조드 충격강도가 180J/m 미만, 연신율이 1.3% 미만이었다.

SABIC의 iQ 공정으로부터 형성된 PBT 수지를 포함하는 예시적인 조성물 Ex8 및 Ex9는 유사한 MW를 갖는 버진 PBT 수지를 사용하는 것과 비교하여 일반적으로 우수한 기계적 특성(기계적, 충격), 표면 품질 및 우수한 용융 유동(MVR)을 가졌다(Ex5 및 Ex6 참조). 이론에 얽매이지 않고, 이 공정에서 형성된 PBT는 화학적으로 재활용된 공급원에서 유래하기 때문에 고분자 분자 사슬 구조와 말단기가 약간 다를 수 있으며 그 결과 용융 유동이 개선되고 결정화 속도가 느려지는 것으로 생각된다. 결과의 관점에서, Ex8 및 Ex9 조성물은 얇은 벽 구조를 사출 성형하는 데 특히 적합할 수 있다.

유동학 분석: 섬유 강화 복합재, 특히 높은 섬유 부하를 갖는 복합재의 경우, 모세관 전단 점성률은 성형 공정을 안내하는 용융 유량(MVR)에 대해 더 정확하고 의미가 있다. 조성물에 대한 전단 점성률은 도 1 내지 도 3에 예시되어 있다. 전단 점성률은 285℃(C1, Ex1-Ex4), 275℃(Ex5-Ex9) 및 285℃(Ex10)에서 ASTM D3835에 따라 측정되었다. 고분자 또는 고분자 복합 용융물은 전단 얇은 벽 거동을 나타낸다: 즉, 더 높은 전단율, 더 낮은 점도. 얇은 벽 구조를 성형하는 경우, 금형 충전을 위한 용융 점도를 낮추기 위해 사출 성형 속도를 높여 전단율을 높이는 것이 일반적이다. 그러나 사출 성형 장비에서는 매우 높은 사출 성형 압력을 적용하여 매우 높은 사출 속도를 달성할 수 있다. 또한 성형 부품에 원치 않는 잔류 응력이 존재하여 조기 파손(예: 균열), 뒤틀림 및 치수 불안정성, 불량한 표면 품질(예: 부품 표면의 잔류 흐름 자국)을 유발할 수 있다.

더 얇은 벽 구조의 경우, 더 낮은 전단율에서 더 낮은 점도가 특히 바람직할 수 있다. 150cp에서의 전단 점성률은 0.6mm 두께의 얇은 벽 구조를 위해 성형할 때 일부 양태에서 약 4,000s^-1 미만이어야 함을 발견하였다. 도 1을 참조하면, 0.6mm x 60mm x 60mm 치수의 얇은 플라크를 사출 성형할 때, 127cp에서 약 4000s^-1 또는 150cp에서 약 3200s^-1의 전단 점성률을 갖는 조성물 C1은 금형에 채우기가 매우 어렵고 위에서 언급한 대로 사출 성형 장비가 손상되었다. 대조적으로, 모든 저분자량 PBT(Ex1)를 포함하거나 HFD 수지에 의해 개질된(Ex4) 조성물은 훨씬 더 낮은 점도(150cp에서 약 2300s^-1)를 가졌다. PC-실록산 공중합체를 사용했을 때(Ex2 및 Ex3), 점도가 훨씬 더 떨어졌고(150cp에서 약 2000s^-1 미만), 얇은 벽 성형이 가능하였다.

도 2는 다양한 섬유 로딩 수준에서 세라믹 섬유를 포함하고 결정화 억제제를 포함하는 조성물을 보여준다. 나타낸 바와 같이, 이들 조성물의 용융 점도는 감소하였다(150cp에서 2400s^-1 미만). Ex5, Ex6 및 Ex7을 비교하면 섬유 로딩 수준이 33wt%에서 45wt%, 그 다음 60wt%로 증가할 때 용융 점도가 급격히 증가한다. 이는 섬유 부하가 높을 때 용융 유동이 감소함을 나타낸다. 33 중량% 섬유 로딩에서의 조성물 Ex5 내지 Ex8, 45 중량% 섬유 로딩에서의 조성물 Ex6 및 Ex9, 및 60 중량% 섬유 로딩에서의 Ex7 내지 Ex10의 점도를 비교하는, iQ-PBT(Ex8, Ex9 및 Ex10 )을 포함하는 조성물은 버진 PBT 수지를 포함하는 비교 조성물(Ex5, Ex6 및 Ex7)보다 점도가 상당히 낮았다. 이러한 관찰은 이러한 조성물에 대한 MVR 데이터와 일치하였다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 고강성 섬유 복합재인 Ex10은 60중량% 세라믹 섬유를 포함한 다른 조성물(C1, Ex1-Ex4, Ex7)에 비해 훨씬 낮은 점도를 나타냈다. 또한 Ex10의 더 낮은 점도(1250 s^-1에서 150cp)는 제형 최적화와 SABIC 독점 PC 코중합체 기술을 활용하여 달성된다. Ex10 조성물은 또한 우수한 충격 특성을 나타냈다(252 J/m 노치 아이조드 충격 강도 및 2.7% 파단 신율).

종래의 유리 섬유를 포함하는 조성물(C11 및 C12)과 비교하여 본 발명의 양태(Ex11 및 Ex12)에 따른 조성물에 세라믹 섬유를 포함하는 것 사이의 차이점을 평가하기 위해 추가의 실시예 및 비교 조성물을 제조하고 시험하였다. 조성을 표 4A에 나타내었다:

[표 4A]

Lexan™ 104는 300℃ 및 1.2kg에서 7입방 센티미터(cm³)/10 min의 용융 체적 유동률(MVR)를 갖는 SABIC의 폴리카보네이트 단독중합체이다. JM 718 E-유리 섬유는 직경이 약 10미크론이고 미리 혼합된 길이가 약 4밀리미터(mm)인 원형 유리 섬유이다. 3PA-830 유리 섬유는 변형 비율이 4(폭 28 마이크론 대 두께 7 마이크론)이고 평균 절단 섬유 길이가 3mm인 절단된 타원형 E-유리 섬유이다. 표 4A의 조성물을 시험하고 표 4B에 나타내었다:

[표 4B]

실시예 11 및 실시예 12 및 이들의 상응하는 비교 조성물은 2개의 PBT 성분 및 제2 열가소성 중합체로서 폴리카보네이트 단독중합체를 포함한다. 상용화제(compatibilizer)은 Lotader® AX8900이다. 표 4B의 데이터로부터 세라믹 섬유를 포함하는 조성물은 유리 섬유를 포함하는 비교 조성물과 비교하여 실질적으로 더 높은 강성(굽힘 탄성률 및 인장 탄성률) 및 훨씬 더 높은 용융 유동(MVR)을 가짐이 관찰된다.

집합적 데이터로부터, 본 개시내용의 양태에 따른 조성물은 그의 기계적 특성을 손상시키지 않으면서 개선된 가공성을 갖는다는 것이 관찰된다.

상기 설명은 제한적이지 않고 예시인 것으로 의도된다. 예를 들어, 상기 기재된 설명(또는 이의 하나 이상의 양태)은 서로 조합하여 사용될 수 있다. 상기 설명을 검토할 때 예컨대 당업자에 의해 다른 구현예가 사용될 수 있다. 요약서는 독자가 기술적 개시내용의 속성을 신속하게 이해하도록 제공된다. 이는 청구범위의 범위 또는 의미를 해석하거나 또는 제한하는 데 사용되지 않을 것이라는 이해와 함께 제출된다. 또한, 상기 상세한 설명에서, 개시내용을 간소화하기 위해 다양한 특징이 함께 그룹화될 수 있다. 이는 청구되지 않은 개시된 특징이 임의의 청구범위에 필수적이라는 의도로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 본 발명의 주제는 특정한 개시된 구현예의 모든 특징보다 못할 수 있다. 따라서, 하기 청구범위는 예 또는 구현예로서 상세한 설명에 포함되고, 각각의 청구범위는 개별 구현예로서 그 자체로 존재하며, 이러한 구현예는 다양한 조합 또는 순열로 서로 조합될 수 있는 것으로 고려된다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위를 참조하여, 이러한 청구범위가 부여되는 등가물의 전체 범위와 함께 결정되어야 한다.

Claims

다음 성분 a, b, c들을 포함하는 열가소성 조성물:
a. 다음을 포함하는 약 29중량% 내지 약 49중량%의 열가소성 중합체 성분,
(i) 폴리부틸렌 테레프탈레이트로 이루어진 제1 열가소성 중합체, 및
(ii) 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 이들의 공중합체, 또는 이들의 조합으로 이루어진 제2 열가소성 중합체,
여기서 제1 열가소성 중합체는 제2 열가소성 중합체와 비교하여 2:1 이상의 비율로 조성물에 존재하며;
b. 폴리에스테르 엘라스토머, 에틸렌/알킬 아크릴레이트/글리시딜 메타크릴레이트 삼원공중합체 상용화제, 또는 이들의 조합을 포함하는 약 1 중량% 내지 약 30 중량%의 성분; 및
c. 세라믹 섬유를 포함하는 약 50wt% 내지 약 70wt%의 세라믹 섬유 성분;
여기서 모든 성분의 합한 중량 퍼센트 값은 100 중량%를 초과하지 않으며, 모든 중량 퍼센트 값은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 열가소성 중합체가 폴리카보네이트 및 폴리카보네이트 공중합체를 포함하고, 상기 폴리카보네이트가 비스페놀 A로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 단독중합체이고, 상기 폴리카보네이트 공중합체가 비스페놀A, 세바스산, 폴리실록산, 이소프탈레이트 테레프탈레이트 레조르시놀(ITR), 포스페이트 또는 이들의 조합으로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 것인, 조성물.
청구항 2에 있어서, 상기 폴리카보네이트 공중합체가 폴리카보네이트-폴리실록산 공중합체의 총 중량을 기준으로 약 5 중량% 내지 약 45 중량%의 실록산 함량을 갖는 폴리카보네이트-폴리실록산 공중합체를 포함하는, 조성물.
청구항 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 상기 폴리카보네이트가 비스페놀 A, 세바스산, 폴리실록산, 이소프탈레이트 테레프탈레이트 레조르시놀(ITR), 포스페이트, 또는 이들의 조합으로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 폴리카보네이트 공중합체인, 조성물.
청구항 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 상기 세라믹 섬유가 150 GPa 이상의 인장 모듈러스를 가지면서, 상기 조성물에서 길이가 약 0.1 밀리미터(mm) 내지 약 1 mm인 절단된(chopped) 세라믹 섬유를 포함하는, 조성물.
청구항 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성물이 ASTM D638에 따라 측정할 때 27 GPa 이상의 인장 모듈러스 또는 ASTM D256에 따라 측정할 때 23℃에서 280 J/m 초과의 노치 아이조드 충격 강도를 갖는, 조성물.
청구항 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 상기 세라믹 섬유가 알파-결정질 알루미나를 포함하는, 조성물.
청구항 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 결정화 억제제를 0 중량% 초과 내지 약 10 중량%의 양으로 추가로 포함하거나, 에스테르교환 켄칭제를 0 중량% 초과 내지 약 1 중량%의 양으로 추가로 포함하는, 조성물.
청구항 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 첨가제 물질을 추가로 포함하고, 상기 첨가제 물질은 산화방지제; 착색제; 탈형제 (de-molding agent); 염료; 유동 촉진제; 유동 조절제(flow modifier); 광 안정제; 윤활제; 이형제 (mold release agent); 안료; 켄칭제; 열 안정제; 자외선(UV) 흡수제; UV 반사제; UV 안정제; 에폭시 사슬 연장제; 난연제; 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 조성물.
청구항 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 상기 열가소성 조성물의 성형된 샘플이 ASTM D638에 따라 측정할 때 약 25 기가파스칼(GPa) 이상의 인장 모듈러스를 갖거나, 상기 열가소성 조성물의 성형된 샘플이 ASTM D638에 따라 측정할 때 약 15 GPa 이상의 굴곡 모듈러스를 갖는, 조성물.
청구항 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 상기 열가소성 조성물이 내화학성인, 조성물.
청구항 1 내지 11 중 어느 하나에 따른 조성물을 포함하는 물품으로서, 약 2 mm 미만의 공칭 두께(nominal thickness)를 갖는 얇은 벽을 포함하는, 물품.
청구항 12에 있어서, 상기 물품이 ASTM D3835에 따라 측정될 때 150cp에서 약 2500s^-1 미만의 전단 점성률(shear viscosity)을 갖는, 물품.
청구항 12 또는 13에 있어서, 상기 물품이 압출 성형, 사출 성형, 압축 성형, 열성형, 오버몰딩, 또는 금속 또는 복합 라미네이트 인서트로 인서트 성형되는, 물품.
청구항 12 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 상기 물품은 통신 장치; 컴퓨터 장치; 전자기 간섭 장치; 인쇄 회로; Wi-Fi 장치; 블루투스 장치; GPS 장치; 셀룰러 안테나 장치; 스마트 폰 장치; 무선 통신 장치; 구조화된 미디어 인클로저; 안테나 은폐 인클로저(antenna concealing enclosure); 네트워킹 장비용 인클로저; 전자 장치의 구조적 조성물 부품; 휴대용 컴퓨팅 장치; 휴대용 전자 장치; 자동차 장치; 의료 기기; 센서 장치; 보안 장치; 차폐 장치; RF 안테나 장치; LED 장치; 및 RFID 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는, 물품.