KR20230041763A

KR20230041763A - 낮은 유전 특성 및 우수한 기계적 성능을 갖는 열가소성 조성물

Info

Publication number: KR20230041763A
Application number: KR1020237005862A
Authority: KR
Inventors: 지안 왕; 윈페이 허; 윈 쩡; 에드워드 쿵
Original assignee: 에스에이치피피 글로벌 테크놀러지스 비.브이.
Priority date: 2020-07-24
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2023-03-24
Also published as: US20230272210A1; EP4185641A1; WO2022018665A1; EP3943551A1; CN116635472A

Abstract

열가소성 조성물은 (a) 폴리(사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트)(PCT) 또는 이의 공중합체를 포함하는 중합체 수지 약 40 중량% 내지 약 90 중량%; (b) 유리 섬유를 포함하는 강화 충전제 약 20 중량% 내지 약 50 중량%; 및 (c) 디-블록 공중합체를 포함하는 충격 개질제 약 1 중량% 내지 약 20 중량%를 포함한다. 열가소성 조성물은 휴대폰 또는 태블릿을 포함하는 소비자 가전(CE) 물품, 및 특히 휴대폰 또는 태블릿용 안테나 스플릿에 유용하다.

Description

낮은 유전 특성 및 우수한 기계적 성능을 갖는 열가소성 조성물

본 개시내용은 나노 성형 기술(nano molding technology, NMT) 적용에 사용하기에 적합한 열가소성 조성물, 특히 폴리(사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트)(PCT) 또는 이의 공중합체, 강화 충전제 및 디-블록(di-block) 공중합체를 포함하는 충격 개질제를 포함하는 조성물에 관한 것이다.

나노 성형 기술(NMT)은 편리한 사출 성형 공정을 통해 플라스틱 수지를 금속과 통합시키는 기술이다. NMT는 월등한 금속 결합 신뢰성, 높은 생산성 및 우수한 비용 효율성과 같은 특성을 제공한다. 그 결과 NMT 생성물은 현재 소비자 가전(CE) 산업, 특히 셀룰러 폰 및 태블릿 기술에서 널리 사용되고 있다. 특히 NMT 구성요소는 개선된 방수 성능 및 안테나 효율성을 제공하므로 안테나 스플릿(antenna split) 물질에 통합된다. 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 폴리아미드(PA)는 NMT 공정에서 기본 수지로 사용되었다. 결합 강도, 착색성 및 색상 안정성(내화학성)과 같은 균형 잡힌 성능으로 PBT는 NMT 시장에서 지배적인 기본 수지가 되었다.

셀룰러 폰 제공자들은 현재 5G(5세대) 기술을 통합하고 있다. 5G 네트워크의 높은 작동 주파수는 NMT 물질에 대해 새롭고 독특한 요구사항을 요한다. 일반적으로, 낮은 유전 상수(dielectric constant, Dk) & 낮은 유전정접(dissipation factor, Df)을 갖는 물질은 안테나 성능의 이점으로 인해 선호되는 해결책이다. 그러나, PBT 기본 수지의 상대적으로 높은 Dk 및 Df 값으로 인해 낮은 Dk(예를 들어, Dk < 3) 및 낮은 Df(예를 들어, Df < 0.008) 특성을 갖고 또한 우수한 기계적 성능(예를 들어, 모듈러스 및 충격 강도)를 갖는 PBT-기반 NMT 해결책을 개발하는 것은 어려운 일이다.

이들 및 다른 단점은 본 개시내용의 양태에 의해 해결된다.

요약

개시내용의 양태는 (a) PCT 또는 이의 공중합체를 포함하는 중합체 수지 약 40 중량% 내지 약 90 중량%; (b) 유리 섬유를 포함하는 강화 충전제 약 20 중량% 내지 약 50 중량%; 및 (c) 디-블록 공중합체를 포함하는 충격 개질제 약 1 중량% 내지 약 20 중량%;를 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이다. 열가소성 조성물은 휴대폰 또는 태블릿을 포함하는 소비자 가전(CE) 물품, 특히 휴대폰 또는 태블릿용 안테나 스플릿에 유용하다.

종래의 폴리에스테르(예를 들어, PBT) 조성물의 문제점을 해결하기 위해, 본 개시내용의 양태는 NMT 기능, 낮은 Dk 및 Df 특성, 및 우수한 기계적 성능을 갖는 열가소성 조성물에 관한 것이다.

본 개시내용은 다음 개시내용의 상세한 설명 및 본 명세서에 포함된 실시예를 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다. 다양한 양태에서, 본 개시내용은 (a) 폴리(사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트)(PCT) 또는 이의 공중합체를 포함하는 중합체 수지 약 40 중량% 내지 약 90 중량%; (b) 유리 섬유를 포함하는 강화 충전제 약 20 중량% 내지 약 50 중량%; 및 (c) 디-블록 공중합체를 포함하는 충격 개질제 약 1 중량% 내지 약 20 중량%;를 포함하는 열가소성 조성물에 대한 것이다. 열가소성 조성물은 휴대폰 또는 태블릿을 포함하는 소비자 가전(CE) 물품, 특히 휴대폰 또는 태블릿용 안테나 스플릿에 유용하다.

본 화합물, 조성물, 물품, 시스템, 장치 및/또는 방법을 개시하고 기술하기 전에, 달리 명시되지 않는 한 이들은 특정 합성 방법 또는 달리 명시되지 않는 한 특정 시약에 제한되지 않으며, 이들은 물론 다양할 수 있음을 이해해야 한다. 또한 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 양태만을 기술하기 위한 것이고 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다.

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

더욱이, 달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에 제시된 임의의 방법이 그 단계가 특정 순서로 수행될 것을 요구하는 것으로 해석되는 것은 결코 의도되지 않음을 이해해야 한다. 따라서, 방법 청구항이 그 단계가 따라야 할 순서를 실제로 열거하지 않거나 단계가 특정 순서로 제한된다는 것이 청구항 또는 설명에서 달리 구체적으로 언급되지 않는 경우, 어떤 식으로든 순서가 추론되도록 의도된 것은 아니다. 이것은 단계의 배열 또는 작업 흐름에 대한 논리의 문제; 문법적 구성 또는 구두점에서 파생된 일반 의미; 및 명세서에 기술된 양태의 수 또는 유형을 포함하여 해석을 위한 임의의 가능한 비-명시적 근거에 적용된다.

본 명세서에 언급된 모든 간행물은 간행물이 인용된 것과 연관된 방법 및/또는 물질을 개시하고 기술하기 위해 참조로 본 명세서에 포함된다.

정의

또한 본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정 양태들을 기술하기 위한 것이고 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다. 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어 "포함하는"은 "구성되는" 및 "본질적으로 구성되는" 양태를 포함할 수 있다. 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 개시내용이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서 및 이어지는 청구범위에서, 본 명세서에서 정의될 다수의 용어가 언급될 것이다.

명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수 지시대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어 "강화 충전제"에 대한 언급은 둘 이상의 강화 충전제의 혼합물을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어 "조합"은 블렌드, 혼합물, 합금, 반응 생성물 등을 포괄한다.

범위는 본 명세서에서 하나의 값(제1 값) 내지 다른 값(제2 값)으로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 범위는 일부 양태에서 제1 값 및 제2 값 중 하나 또는 둘 모두를 포함한다. 유사하게 값이 선행사 '약'을 사용하여 근사치로 표현될 때, 특정 값이 다른 양태를 형성한다는 것이 이해될 것이다. 각각의 범위의 종점은 다른 종점과 관련하여 그리고 다른 종점과 독립적으로 둘 모두 유의하다는 것이 추가로 이해될 것이다. 또한 본 명세서에 개시된 다수의 값이 있고, 각 값은 또한 본 명세서에서 그 값 자체 뿐만 아니라 "약" 그 특정 값으로 개시된다는 것이 이해된다. 예를 들어, 값 "10"이 개시되면, "약 10"도 또한 개시되는 것이다. 또한 2개의 특정 단위 사이의 각 단위도 개시되는 것으로 이해된다. 예를 들어, 10과 15가 개시되면 11, 12, 13, 14도 개시되는 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어 "약" 및 "~에서 또는 약"은 문제의 양 또는 값이 지정된 값, 대략적으로 지정된 값, 또는 지정된 값과 약 동일한 값일 수 있음을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 달리 나타내거나 추론되지 않는 한 그것은 ±10% 변화를 나타내는 공칭 값(nominal value)이라는 것이 일반적으로 이해된다. 이 용어는 유사한 값이 청구범위에 나열된 동등한 결과 또는 효과를 촉진한다는 것을 전달하기 위한 것이다. 즉, 양, 크기, 제형, 매개변수 및 기타 양과 특성은 정확하지 않으며 정확할 필요는 없지만, 바람직하기로는, 허용 오차, 환산 계수, 반올림, 측정 오류 등, 및 당업자에게 공지된 기타 요인을 반영하여 근사치일 수 있고/있거나 더 크거나 작을 수 있음이 이해된다. 일반적으로 양, 크기, 제형, 매개변수 또는 기타 양 또는 특성은 명시적으로 그러한 것으로 언급되었는지 여부에 관계없이 "약" 또는 "대략"이다. 정량적 값 앞에 "약"이 사용되는 경우, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한 매개변수는 특정 정량적 값 자체도 포함하는 것으로 이해된다.

본 명세서에 개시된 방법 내에서 사용되는 조성물 자체 뿐만 아니라 개시내용의 조성물을 제조하는데 사용되는 성분이 개시된다. 이들 및 기타 물질이 본 명세서에 개시되어 있고, 이들 물질의 조합, 부분집합, 상호작용, 그룹 등이 개시될 때, 이들 화합물의 각각의 다양한 개별적 및 집합적 조합 및 순열에 대한 특정 언급이 명시적으로 개시될 수는 없지만, 각각이 본 명세서에서 구체적으로 고려되고 기술된다는 것이 이해된다. 예를 들어, 특정 화합물이 개시되고 논의되고 화합물을 포함하는 다수의 분자에 이루어질 수 있는 다수의 변형이 논의되는 경우, 구체적으로 반대로 표시되지 않는 한 화합물의 각각 및 모든 조합 및 순열과 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 개시되는 경우, 각각이 개별적으로 열거되지 않더라도 각각은 개별적으로 및 집합적으로 고려되어 조합, A-E, A-F, B-D, B-E, B-F, C-D, C-E 및 C-F가 개시된 것으로 간주된다는 것을 의미한다. 마찬가지로, 이들의 임의의 부분집합 또는 조합도 개시된다. 따라서, 예를 들어 A-E, B-F 및 C-E의 하위-그룹이 개시된 것으로 간주된다. 이 개념은 본 개시내용의 조성물을 제조하고 사용하는 방법의 단계를 포함하지만 이에 제한되지 않는 본 출원의 모든 양태에 적용된다. 따라서, 수행될 수 있는 다양한 추가 단계가 있는 경우, 이들 추가 단계 각각은 본 개시내용의 방법의 임의의 특정 양태 또는 양태의 조합으로 수행될 수 있다는 것이 이해된다.

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

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

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

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

본 명세서에 사용된, "폴리카보네이트"는 카보네이트 연결에 의해 결합된 하나 이상의 디하이드록시 화합물, 예를 들어 디하이드록시 방향족 화합물의 잔기를 포함하는 올리고머 또는 중합체를 지칭하며; 이는 또한 호모폴리카보네이트, 코폴리카보네이트 및 (코)폴리에스테르 카보네이트를 포괄한다.

중합체의 구성성분과 관련하여 사용되는 용어 "잔기" 및 "구조 단위"는 명세서 전체에서 동의어이다.

본 명세서에서 사용된 용어 "중량 퍼센트", "중량%" 및 "wt. %"는 달리 명시되지 않는 한, 조성물의 총 중량을 기준으로 주어진 성분의 중량에 의한 퍼센트를 나타낸다. 즉, 달리 명시되지 않는 한, 모든 중량% 값은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다. 개시된 조성물 또는 제형에서 모든 성분에 대한 중량% 값의 합은 100과 같다는 것이 이해되어야 한다.

본 명세서에서 달리 명시되지 않는 한, 모든 시험 표준은 본 출원을 출원할 당시 유효한 가장 최근의 표준이다.

본 명세서에 개시된 각각의 물질은 상업적으로 이용가능하고/하거나 이의 제조 방법이 당업자에게 공지되어 있다.

본 명세서에 개시된 조성물은 특정 기능을 갖는 것으로 이해된다. 개시된 기능을 수행하기 위한 특정 구조적 요건이 본 명세서에 개시되고, 개시된 구조와 관련된 동일한 기능을 수행할 수 있는 다양한 구조가 있고, 이들 구조는 전형적으로 동일한 결과를 달성할 것이라는 것이 이해된다.

열가소성 조성물

개시내용의 양태는 (a) PCT 또는 이의 공중합체를 포함하는 중합체 수지 약 40 중량% 내지 약 90 중량%; (b) 유리 섬유를 포함하는 강화 충전제 약 20 중량% 내지 약 50 중량%; 및 (c) 디-블록 공중합체를 포함하는 충격 개질제 약 1 중량% 내지 약 20 중량%;를 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이다. 모든 성분의 조합된 중량 퍼센트 값은 100 중량%를 초과하지 않고 모든 중량 퍼센트 값은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.

PCT 또는 이의 공중합체를 포함하는 중합체 수지는 일부 양태에서 PCT, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PCTG), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트산(PCTA) 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. PCT는 사이클로헥산디메탄올(CHDM)과 디메틸 테레프탈레이트(DMT) 또는 테레프탈산(TPA)으로부터 형성된 결정성 폴리에스테르이다. PETG 및 PCTG는 중합 반응에서 에틸렌 글리콜(EG)을 포함함으로써 형성되는 코폴리에스테르이다. PETG는 코폴리에스테르에서 디올 함량의 50% 미만이 CHDM인 경우 형성되며; PCTG는 코폴리에스테르에서 디올 함량의 50% 초과가 CHDM인 경우 형성된다. PCTA는 이소프탈산(IPA)과 같은 추가 이산(diacid)을 포함함으로써 형성된다.

강화 충전제에서의 유리 섬유는 둥근 유리 섬유, 편평한 유리 섬유, 낮은 Dk(유전 상수) 유리 섬유, 낮은 Dk 편평한 유리 섬유, 석영 섬유, 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 특정 양태에서 유리 섬유는 1 기가헤르츠(GHz)에서 5.0 미만의 Dk 및 1GHz에서 0.002 미만의 유전정접(Df)를 갖는 낮은 Dk 유리 섬유이다. 유리 섬유의 Dk 및 Df는 ASTM D150에 따라 결정될 수 있다.

일부 양태에서 디-블록 공중합체를 포함하는 충격 개질제는 폴리올레핀-아크릴레이트 공중합체를 포함한다. 특정 양태에서 폴리올레핀-아크릴레이트 공중합체는 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체이다.

추가 양태에서 조성물은 약 1 중량% 내지 약 10 중량%의 추가 충격 개질제를 더 포함한다. 추가 충격 개질제는 에틸렌 아크릴레이트 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 스티렌-에틸렌/1-부텐-스티렌 블록 공중합체(SEBS), 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS) 또는 이의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

다른 양태에서 조성물은 추가 첨가제 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%를 더 포함한다. 추가 첨가제는 핵형성제, 안정화제, 이형제 또는 이의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

열가소성 조성물의 특성

개시내용의 양태에 따른 열가소성 조성물은 종래의 조성물에 비해 개선된 특성을 갖는다. 일부 양태에서 조성물은 SABIC 방법에 따라 결정된 0.007 미만의 1.9GHz 또는 5.0GHz에서의 Df를 갖는다. SABIC 방법은 실시예에 기술되어 있다.

다른 양태에서 조성물은 PCT 또는 이의 공중합체를 포함하는 중합체 수지 대신에 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함하는 비교 조성물과 비교하여 SABIC 방법에 따라 결정된 1.9GHz 또는 5.0GHz에서 개선된 Df 또는 Dk 특성을 갖는다. 특정 양태에서, 조성물은 PCT 또는 이의 공중합체를 포함하는 중합체 수지 대신에 PBT를 포함하는 비교 조성물과 비교하여, 적어도 3%, 또는 적어도 4% 더 낮거나, 또는 적어도 5% 더 낮거나, 또는 적어도 6% 더 낮거나, 또는 적어도 10% 더 낮거나, 또는 최대 20% 더 낮거나, 또는 3-20% 더 낮거나, 또는 3-10% 더 낮거나 또는 3-6% 더 낮은 1.9GHz 또는 5.0GHz에서의 Dk를 갖는다. 특정 양태에서 조성물은 PCT 또는 이의 공중합체를 포함하는 중합체 수지 대신에 PBT를 포함하는 비교 조성물과 비교하여, 적어도 15% 더 낮거나, 또는 적어도 16% 더 낮거나, 또는 적어도 17% 더 낮거나, 또는 적어도 18% 더 낮거나, 또는 적어도 20% 더 낮거나, 또는 적어도 25% 더 낮거나, 또는 적어도 30% 더 낮거나, 또는 15-30% 더 낮거나, 또는 15-25% 더 낮거나 또는 15-20% 더 낮은 1.9GHz 또는 5.0GHz에서의 Df를 갖는다.

특정 양태에서 조성물은 섭씨 150도(℃)의 툴링(tooling) 온도에서 전단-유형(shear-type) 시험인, T-처리를 사용하여 ISO 19095에 따라 시험된 바와 같이 적어도 25 메가파스칼(MPa)의 금속 결합 강도를 갖는다. 추가 양태에서, 조성물은 섭씨 150도(℃)의 툴링 온도에서 전단-유형 시험인, T-처리를 사용하여 ISO 19095에 따라 시험된 바와 같이 적어도 26MPa, 또는 적어도 27MPa, 또는 적어도 28MPa, 또는 적어도 30MPa, 또는 최대 40MPa, 또는 25-40MPa, 또는 25-30MPa의 금속 결합 강도를 갖는다.

특정 양태에서 조성물은 PCT 또는 이의 공중합체를 포함하는 중합체 수지 대신에 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함하는 비교 조성물과 비교하여:

(a) ASTM D256에 따라 시험된 바와 같이 23℃ 또는 -20℃에서 더 높은 노치된 아이조드(notched Izod) 충격 강도를 가지고/가지거나;

(b) ASTM D256에 따라 시험된 바와 같이 23℃에서 더 높은 비노치된 아이조드(unnotched Izod) 충격 강도를 가지고/가지거나;

(c) ASTM D790에 따라 시험된 바와 같이 분당 1.27 밀리미터(mm/분)에서 3.2 밀리미터(mm) 샘플을 사용하여 파단(break) 시 더 높은 굴곡 모듈러스 또는 굴곡 강도를 가지고/가지거나;

(d) ASTM D638에 따라 시험된 바와 같이 5mm/분에서 파단 시 더 높은 인장 모듈러스 또는 인장 강도를 가지고/가지거나;

(e) ASTM D648에 따라 시험된 바와 같이 3.2mm 샘플 크기를 사용하여 1.82MPa 또는 0.45MPa에서 더 높은 열 변형 온도를 갖는다.

추가 양태에서 조성물은 디-블록 공중합체를 포함하는 충격 개질제 이외의 충격 개질제를 포함하는 비교 조성물과 비교하여 SABIC 방법에 따라 결정된 바와 같이 1.9GHz 또는 5.0GHz에서 더 낮은 Df를 갖는다. 특정 양태에서, 1.9GHz 또는 5.0GHz에서의 Df는 디-블록 공중합체를 포함하는 충격 개질제 이외의 충격 개질제를 포함하는 비교 조성물과 비교하여 적어도 10% 더 낮거나, 또는 적어도 11% 더 낮거나, 또는 적어도 12% 더 낮거나, 또는 적어도 15% 더 낮거나, 또는 적어도 20% 더 낮거나, 또는 최대 25% 더 낮거나, 또는 10-25% 더 낮거나, 또는 10-20% 더 낮거나, 또는 10-15% 더 낮다.

제조 방법

본 명세서에 기술된 하나 또는 임의의 전술한 성분은 먼저 서로 건식 블렌딩되거나, 전술한 성분의 임의의 조합과 건식 블렌딩될 수 있으며, 그 다음 하나 또는 다중-공급기로부터 압출기로 공급되거나, 또는 별도로 하나 또는 다중-공급기로부터 압출기로 공급될 수 있다. 충전제(들)는 또한 먼저 마스터배치(masterbatch)로 가공된 다음 압출기로 공급될 수 있다. 성분은 스로트 호퍼(throat hopper) 또는 임의의 측면 공급기로부터 압출기로 공급될 수 있다.

개시내용에 사용된 압출기는 단일 스크류, 다중 스크류, 맞물림 동-회전(co-rotating) 또는 역회전 스크류, 비-맞물림 동-회전 또는 역회전 스크류, 왕복 스크류, 핀을 갖는 스크류, 스크린을 갖는 스크류, 핀을 갖는 배럴, 롤, 램, 헬리컬 로터(helical rotor), 공-혼련기(co-kneader), 디스크-팩 프로세서(disc-pack processor), 다양한 기타 유형의 압출 장비 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 가질 수 있다.

성분은 또한 함께 혼합된 다음 용융-블렌딩되어 열가소성 조성물을 형성할 수 있다. 성분의 용융 블렌딩은 전단력(shear force), 신장력(extensional force), 압축력, 초음파 에너지, 전자기 에너지, 열 에너지 또는 전술한 힘 또는 에너지 형태 중 적어도 하나를 포함하는 조합의 사용을 포함한다.

컴파운딩(compounding) 동안 압출기 상의 배럴 온도는 수지가 반-결정성(semi-crystalline) 유기 중합체인 경우 중합체의 적어도 일부가 대략 용융 온도 이상, 또는 수지가 무정형(amorphous) 수지인 경우 유동점(예를 들어, 유리 전이 온도) 이상의 온도에 도달하는 온도로 설정될 수 있다.

전술한 성분을 포함하는 혼합물은 바람직하다면 다중 블렌딩 및 형성 단계를 거칠 수 있다. 예를 들어, 열가소성 조성물은 먼저 압출되고 펠릿으로 형성될 수 있다. 그런 다음 펠릿을 성형기(molding machine)에 공급하여 여기서 원하는 형상이나 생성물로 형성될 수 있다. 대안적으로, 단일 용융 블렌더로부터 나오는 열가소성 조성물은 시트 또는 스트랜드(strand)로 형성되고 어닐링, 일축(uniaxial) 또는 이축(biaxial) 배향과 같은 압출-후 공정을 거칠 수 있다.

본 공정에서 용융물의 온도는 일부 양태에서 성분의 과도한 열적 열화를 피하기 위해 가능한 한 낮게 유지될 수 있다. 특정 양태에서 용융 온도는 약 230℃ 내지 약 350℃ 사이에서 유지되지만, 가공 장비에서 수지의 체류 시간이 상대적으로 짧게 유지된다면 더 높은 온도가 사용될 수 있다. 일부 양태에서 용융 가공된 조성물은 다이(die)에서 작은 출구 구멍을 통해 압출기와 같은 가공 장비에서 빠져나간다. 생성된 용융 수지의 스트랜드는 스트랜드를 수조에 통과시켜 냉각할 수 있다. 냉각된 스트랜드는 포장 및 추가 취급을 위해 펠릿으로 잘게 잘릴 수 있다.

제조 물품

특정 양태에서, 본 개시내용은 열가소성 조성물을 포함하는 형상화, 형성 또는 성형 물품에 관한 것이다. 열가소성 조성물은 사출 성형, 압출, 회전 성형, 취입 성형 및 열성형과 같은 다양한 수단에 의해 유용한 형상화 물품으로 성형되어, 예를 들어, 셀룰러 전화기, 태블릿 컴퓨터, 개인용 컴퓨터, 노트북 및 휴대용 컴퓨터 및 기타 그러한 장비, 의료 애플리케이션, RFID 애플리케이션, 자동차 애플리케이션 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 개인용 또는 상업용 전자 장치의 물품 및 구조 성분을 형성할 수 있다. 추가 양태에서, 물품은 압출 성형된다. 또 다른 양태에서, 물품은 사출 성형된다.

특정 양태에서 물품은 소비자 가전(CE) 물품의 성분이다. 특정 양태에서 CE 물품은 이동 전화 또는 태블릿, 예컨대 이동 전화 또는 태블릿용 안테나 스플릿이지만 이에 제한되지 않는다.

개시내용의 양태

다양한 양태에서, 본 개시내용은 적어도 다음의 양태에 속하고 이를 포함한다.

양태 1. 다음을 포함하거나, 이로 구성되거나 또는 이로 본질적으로 구성되는 열가소성 조성물:

(a) 약 40 중량% 내지 약 90 중량%의 폴리(사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트)(PCT) 또는 이의 공중합체를 포함하는 중합체 수지;

(b) 약 20 중량% 내지 약 50 중량%의 유리 섬유를 포함하는 강화 충전제; 및

(c) 약 1 중량% 내지 약 20 중량%의 디-블록 공중합체를 포함하는 충격 개질제;

여기서 모든 성분의 조합된 중량 퍼센트 값은 100 중량%를 초과하지 않고, 모든 중량 퍼센트 값은 조성물의 총 중량을 기준으로 함.

양태 2. 양태 1에 있어서, 중합체 수지는 PCT, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PCTG), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트산(PCTA) 또는 이들의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.

양태 3. 양태 1 또는 2에 있어서, 유리 섬유는 둥근 유리 섬유, 편평한 유리 섬유, 낮은 Dk(유전 상수) 유리 섬유, 낮은 Dk 편평한 유리 섬유, 석영 섬유, 또는 이들의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.

양태 4. 양태 3에 있어서, 유리 섬유는 1 기가헤르츠(GHz)에서 5.0 미만인 Dk 및 1GHz에서 0.002 미만의 유전정접(Df)를 갖는 낮은 Dk 유리 섬유이고, 여기서 Dk 및 Df는 ASTM D150에 따라 결정되는, 열가소성 조성물.

양태 5. 양태 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 디-블록 공중합체를 포함하는 충격 개질제는 폴리올레핀-아크릴레이트 공중합체를 포함하는, 열가소성 조성물.

양태 6. 양태 5에 있어서, 폴리올레핀-아크릴레이트 공중합체는 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체인, 열가소성 조성물.

양태 7. 양태 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 약 1 중량% 내지 약 10 중량%의 추가 충격 개질제를 더 포함하는, 열가소성 조성물.

양태 8. 양태 7에 있어서, 추가 충격 개질제는 에틸렌 아크릴레이트 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 스티렌-에틸렌/1-부텐-스티렌 블록 공중합체(SEBS), 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS) 또는 이들의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.

양태 9. 양태 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 추가 첨가제를 더 포함하는, 열가소성 조성물.

양태 10. 양태 9에 있어서, 추가 첨가제는 핵형성제, 안정화제, 이형제 또는 이들의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.

양태 11. 양태 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 SABIC 방법에 따라 결정된 0.007 미만의 1.9GHz 또는 5.0GHz에서의 Df를 갖는, 열가소성 조성물.

양태 12. 양태 1 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 PCT 또는 이의 공중합체를 포함하는 중합체 수지 대신에 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함하는 비교 조성물과 비교하여 SABIC 방법에 따라 결정된 개선된 Df 또는 Dk 특성을 갖는, 열가소성 조성물.

양태 13. 양태 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 섭씨 150도(℃)의 툴링 온도에서 전단-유형 시험인, T-처리를 사용하여 ISO 19095에 따라 시험된 바와 같이 적어도 25 메가파스칼(MPa)의 금속 결합 강도를 갖는, 열가소성 조성물.

양태 14. 양태 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 PCT 또는 이의 공중합체를 포함하는 중합체 수지 대신에 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함하는 비교 조성물과 비교하여,

(a) ASTM D256에 따라 시험된 바와 같이 23℃ 또는 -20℃에서 더 높은 노치된 아이조드 충격 강도를 갖거나;

(b) ASTM D256에 따라 시험된 바와 같이 23℃에서 더 높은 비노치된 아이조드 충격 강도를 갖거나;

(c) ASTM D790에 따라 시험된 바와 같이 분당 1.27 밀리미터(mm/분)에서 3.2 밀리미터(mm) 샘플을 사용하여 파단 시 더 높은 굴곡 모듈러스 또는 굴곡 강도를 갖거나;

(d) ASTM D638에 따라 시험된 바와 같이 5mm/분에서 파단 시 더 높은 인장 모듈러스 또는 인장 강도를 갖거나; 또는

(e) ASTM D648에 따라 시험된 바와 같이 3.2mm 샘플 크기를 사용하여 1.82MPa 또는 0.45MPa에서 더 높은 열 변형 온도를 갖는, 열가소성 조성물.

양태 15. 양태 1 내지 14 중 어느 하나에 있어서, 조성물은 디-블록 공중합체를 포함하는 충격 개질제 이외의 충격 개질제를 포함하는 비교 조성물과 비교하여 SABIC 방법에 따라 결정된 바와 같이 1.9GHz 또는 5.0GHz에서 더 낮은 Df를 갖는, 열가소성 조성물.

양태 16. 양태 1 내지 15 중 어느 하나에 따른 열가소성 조성물을 포함하거나, 이로 구성되거나, 또는 이로 본질적으로 구성되는 물품.

양태 17. 양태 16에 있어서, 물품은 소비자 가전(CE) 물품인, 물품.

양태 18. 양태 17에 있어서, CE 물품은 휴대폰 또는 태블릿인, 물품.

양태 19. 양태 16 내지 18 중 어느 하나에 있어서, 물품은 휴대폰 또는 태블릿용 안테나 스플릿인, 물품.

실시예

다음 실시예는 본 명세서에 청구된 화합물, 조성물, 물품, 장치 및/또는 방법이 어떻게 제조되고 평가되는지에 대한 완전한 개시내용 및 설명을 당업자에게 제공하기 위해 제시되고, 순전히 예시적인 것으로 의도되고 본 개시내용을 제한하려는 의도가 아니다. 수치(예를 들어 양, 온도 등)와 관련하여 정확성을 보장하기 위해 노력했지만 일부 오류 및 편차가 고려되어야 한다. 달리 표시되지 않는 한, 부는 중량부이고, 온도는 ℃이거나 또는 주변 온도이고, 압력은 대기압이거나 대기압에 가깝다. 달리 명시하지 않는 한, 조성물에 대한 백분율은 중량%의 관점에서 언급된다.

반응 조건, 예를 들어 성분 농도, 원하는 용매, 용매 혼합물, 온도, 압력 및 기술된 공정으로부터 수득된 생성물 순도 및 수율을 최적화하기 위해 사용될 수 있는 기타 반응 범위 및 조건의 다양한 변형 및 조합이 존재한다. 이러한 공정 조건을 최적화하기 위해 합리적이고 통상적인 실험만 필요할 것이다.

본 명세서에 기재된 조성물을 표 1에 기재된 조건으로 압출하였다:

표 1 - 비교 및 실시예 조성물의 압출 프로필

압출된 조성물을 표 2에 제시된 조건에 따라 성형하였다:

표 2 - 비교 및 실시예 조성물의 성형 프로필

비교 및 실시예 조성물을 표 3에 제시된 성분으로 형성하였다. 이 표 및 다른 표에서, 성분의 함량은 중량 백분율(중량%)로 제공된다:

표 3 - 비교 및 실시예 조성물(중량%에서의 양)

표 3의 조성물의 다양한 특성이 표 4에 제공된다:

표 4 - 표 3 조성물의 특성

조성물의 Dk 및 Df 특성은 QWED 스플릿 포스트 유전체 공진기(QWED split post dielectric resonator) 및 Agilent 네트워크 분석기를 사용하여, 이들 값을 측정하는 것을 포함하는 SABIC 방법에 따라 결정된다. 1.9 기가헤르츠(GHz) 측정의 경우, 최소 샘플 크기는 70 밀리미터(mm) x 70mm이며; 최대 샘플 두께는 4mm이다. 5.0GHz 측정의 경우, 최소 샘플 크기는 30mm x 30mm이며; 최대 샘플 두께는 2mm이다.

표 4에 나타낸 바와 같이, 제형에 동일한 유리 섬유 함량을 사용하는 경우, 개발된 PCT-기반 조성물(E1.1)은 PBT-기반 조성물(C1.1)에 비해 훨씬 더 낮은 Dk 및 Df 성능을 나타냈다. PCT 조성물의 모듈러스 및 충격 강도는 PBT 조성물보다 약간 더 낮았다. 유리 섬유 함량이 25 중량%로 증가함에 따라 PCT-기반 조성물(E1.2)은 PBT-기반 조성물에 비해 비슷하거나 약간 더 우수한 기계적 성능을 가졌다. 유전 특성의 경우, PCT-기반 조성물은 대조군 조성물 C1.1에 비해 훨씬 더 낮은 Dk 및 Df를 가졌다. 유리 섬유 함량이 30% 또는 40%(E1.3 및 E1.4)로 증가함에 따라, PCT-기반 조성물은 또한 우수한 기계적 성능(예를 들어, NII >160J/m)과 함께 낮은 Dk 및 Df 특성을 가졌다. 높은 결합 강도가 NMT 응용분야에 요망된다. 표 4에 나타낸 바와 같이, PCT-기반 조성물은 T-처리 후 알루미늄과의 우수한 결합 성능(>25MPa)을 나타냈다. 전형적으로, 낮은 Dk NMT 생성물에 대한 고객 요구에는 적어도 23MPa의 결합 강도가 포함된다.

추가의 PCT-기반 열가소성 조성물을 표 5에 나타낸 바와 같이 형성하였다. 조성물은 디-블록 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트(GMA) 공중합체 충격 개질제(Lotader® AX8840)를 포함하였다. 조성물의 유리 섬유 함량은 25 중량%에서 45 중량%로 증가했다.

표 5 - 실시예 조성물(중량%에서의 양)

조성물의 유전 및 기계적 성능을 표 6에 나타내었다.

표 6 - 표 5 조성물의 특성

표 6에서 입증된 바와 같이, 툴링 온도를 180℃로 증가시켰을 때 우수한 금속 결합 강도(27-28MPa, T-처리)가 얻어졌다. 동일한 유리 섬유 함량을 갖는 조성물을 비교하면, E2.1의 조성물은 E1.2과 비교하여 기계적 성능은 유사하지만 Df 값은 훨씬 더 낮았다(1.9GHz에서 0.0064 대 0.0073). 유리 섬유 함량이 증가했을 때, Df 값은 낮게 유지되었다(1.9GHz에서 <0.007). 높은 HDT, 우수한 충격 및 높은 모듈러스를 포함하여 조성물의 열적 및 기계적 성능은 우수했다.

요약하면, 우수한 금속 결합 성능, 낮은 Dk 및 Df 특성, 및 우수한 기계적 성능을 갖는 PCT-기반 조성물이 개시내용의 양태에 따라 형성되었다. 디-블록 충격 개질제를 포함하는 조성물은 특히 우수한 특성을 가졌다. 기술된 조성물은 종래의 PBT-기반 조성물에 비해 T-처리 하에 25MPa 초과의 알루미늄과의 결합 강도 및 훨씬 더 낮은 Dk 및 Df를 가졌다. 일반적으로, 개시내용의 양태에 따른 조성물은 특히 낮은 Dk 및 Df 특성, 우수한 금속 결합 강도 및 우수한 기계적 성능을 가졌다. 따라서, 이러한 조성물은 5G 휴대폰 및 태블릿에서 안테나 스플릿 적용에 특히 적합할 것이다.

상기 설명은 예시인 것으로 의도되고 제한적이지 않다. 예를 들어, 상기-기술된 실시예(또는 이의 하나 이상의 양태)는 서로 조합하여 사용될 수 있다. 예컨대 상기 설명을 검토할 때 당업자에 의해 다른 양태가 사용될 수 있다. 요약서는 37 C.F.R. §1.72(b)에 따라 제공되어, 독자가 기술적 개시내용의 본질을 신속하게 확인할 수 있도록 한다. 이는 청구항의 범위 또는 의미를 해석하거나 제한하는 데 사용되지 않는다는 이해와 함께 제출된다. 또한, 상기 상세한 설명에서, 개시내용을 간소화하기 위해 다양한 특징들이 함께 그룹화될 수 있다. 이는 청구되지 않은 개시된 특징이 임의의 청구항에 필수적이라는 의미로 해석되어서는 안된다. 오히려, 발명의 청구대상은 개시된 특정 양태의 모든 특징보다 적을 수 있다. 따라서, 다음의 청구항은 실시예 또는 양태로서 상세한 설명에 포함되며, 각각의 청구항은 그 자체로 별도의 양태로서 존재하고, 이러한 양태는 다양한 조합 또는 순열로 서로 조합될 수 있음이 고려된다. 개시내용의 범위는 첨부된 청구범위 및 이러한 청구범위의 권리가 부여된 균등물의 전체 범위를 참조하여 결정되어야 한다.

Claims

(a) 약 40 중량% 내지 약 90 중량%의 중합체 수지로서, 폴리(사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트)(PCT) 또는 이의 공중합체를 포함하는, 중합체 수지;
(b) 약 20 중량% 내지 약 50 중량%의 강화 충전제로서, 유리 섬유를 포함하는, 강화 충전제; 및
(c) 약 1 중량% 내지 약 20 중량%의 충격 개질제로서, 디-블록(di-block) 공중합체를 포함하는, 충격 개질제;
를 포함하는 열가소성 조성물로서,
여기서 모든 성분의 조합된 중량 퍼센트 값은 100 중량%를 초과하지 않고, 모든 중량 퍼센트 값은 조성물의 총 중량을 기준으로 하는, 열가소성 조성물.
제1항에 있어서, 중합체 수지는 PCT, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PCTG), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트산(PCTA) 또는 이들의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 유리 섬유는 둥근 유리 섬유, 편평한 유리 섬유, 낮은 Dk(유전 상수(dielectric constant)) 유리 섬유, 낮은 Dk 편평한 유리 섬유, 석영 섬유 또는 이들의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
제3항에 있어서, 유리 섬유는 1 기가헤르츠(GHz)에서 5.0 미만의 Dk 및 1GHz에서 0.002 미만의 유전정접(dissipation factor, Df)을 갖는 낮은 Dk 유리 섬유이고, 여기서 Dk 및 Df는 ASTM D150에 따라 결정되는, 열가소성 조성물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 디-블록 공중합체를 포함하는 충격 개질제는 폴리올레핀-아크릴레이트 공중합체를 포함하는, 열가소성 조성물.
제5항에 있어서, 폴리올레핀-아크릴레이트 공중합체는 에틸렌-글리시딜 메타크릴레이트 공중합체인, 열가소성 조성물.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물은 약 1 중량% 내지 약 10 중량%의 추가 충격 개질제를 더 포함하는, 열가소성 조성물.
제7항에 있어서, 추가 충격 개질제는 에틸렌 아크릴레이트 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 스티렌-에틸렌/1-부텐-스티렌 블록 공중합체(SEBS), 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌(SEPS) 또는 이들의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물은 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 추가 첨가제를 더 포함하는, 열가소성 조성물.
제9항에 있어서, 추가 첨가제는 핵형성제, 안정화제, 이형제 또는 이의 조합을 포함하는, 열가소성 조성물.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물은 SABIC 방법에 따라 결정된, 1.9GHz 또는 5.0GHz에서 0.007 미만의 Df를 갖는, 열가소성 조성물.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물은 PCT 또는 이의 공중합체를 포함하는 중합체 수지 대신에 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)를 포함하는 비교 조성물과 비교하여, SABIC 방법에 따라 결정된 개선된 Df 또는 Dk 특성을 갖는, 열가소성 조성물.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물은 섭씨 150도(℃)의 툴링(tooling) 온도에서 전단-유형(shear-type) 시험인 T-처리를 사용하여 ISO 19095에 따라 시험된 바와 같이 적어도 25 메가파스칼(MPa)의 금속 결합 강도를 갖는, 열가소성 조성물.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물은 디-블록 공중합체를 포함하는 충격 개질제 이외의 충격 개질제를 포함하는 비교 조성물과 비교하여, SABIC 방법에 따라 결정된, 1.9GHz 또는 5.0GHz에서 더 낮은 Df를 갖는, 열가소성 조성물.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 열가소성 조성물을 포함하는 물품으로서, 여기서 물품은 휴대폰용 또는 태블릿용 안테나 스플릿(antenna split)인, 물품.