KR20230131488A - 레이저 용접 폴리에스터 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상이한 폴리에스터 중합체의 블렌드를 함유하는 폴리에스터 중합체 조성물에 관한 것이다. 상이한 폴리에스터 중합체는 우수한 레이저 용접 특성을 갖는 중합체 물품을 생산하기 위해 하나 이상의 레이저 첨가제와 조합된다. 중합체 조성물은 또한 강화 섬유 및 윤활제를 함유할 수 있다. 한 양상에서, 레이저 첨가제는 단독의 또는 퀴놀린과 조합된 탄소질 물질이다.

Description

레이저 용접 폴리에스터 조성물
엔지니어링 열가소성 수지 및 엘라스토머 물질은 종종 성형 부품(molded part) 및 제품을 생산하기 위해 수많은 다양한 적용례에서 사용된다. 예를 들어, 폴리에스터 중합체 및 폴리에스터 엘라스토머는 사출 성형 제품(injection molded product), 취입 성형 제품(blow molded product) 등과 같은 모든 상이한 유형의 성형 제품을 생산하는 데 사용된다. 예를 들어, 폴리에스터 중합체는 화학적 내성이 있고, 우수한 강도 특성을 갖고, 폴리에스터 엘라스토머를 함유하는 조성물을 제형화할 때 가요성을 갖도록 제형화될 수 있다. 특히 이롭게도, 폴리에스터 중합체는 열가소성 성질로 인해 용융 가공(melt processing)될 수 있다. 또한, 폴리에스터 중합체는 재활용 및 재가공될 수 있다.
폴리에스터 중합체는 임의의 적합한 형상 또는 치수의 성형품(molded article)을 생산하는 데 특히 적합하다. 성형품은 사출 성형, 열성형(thermoforming) 또는 임의의 기타 적절한 용융 가공 방법을 통해 제조될 수 있다. 이때, 많은 적용례에서, 성형품은 제품 또는 시스템에 통합될 때 인접한 물질에 결합된다. 결합은 접착제 사용, 초음파 에너지 사용 또는 기계적 패스너(fastener) 사용을 통해 발생할 수 있다. 특정 적용례에서, 레이저 용접(laser welding)은 두 부품을 함께 결합하거나 부착하는 데 바람직한 방법이다. 레이저 용접의 사용은 상대적으로 간단할 뿐만 아니라, 매우 정밀하며, 일반적으로 부품에 어떠한 구조적 손상도 일으키지 않는다.
그러나, 폴리에스터 중합체는 레이저 용접 적용례에 사용하기에 매우 적합하지는 않는다. 예를 들어, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지는 레이저 빔에 대한 투과율(transmittance)이 낮기 때문에, 일반적으로 실행가능한 용접부(weld)를 생성하지 않는다.
이와 관련하여, 과거에는, 레이저 용접가능한 중합체 조성물을 생산하기 위해, 다양한 상이한 첨가제 및 구성요소(component)가 폴리에스터 중합체, 특히 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지와 조합되었다. 예를 들어, 폴리카본에이트 수지는 일반적으로 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체와 조합되었다. 또한, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체의 특성은 추가적인 공단량체를 중합체 쇄에 도입함으로써 변화되었다. 불행하게도, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지와 조합된 많은 구성요소들은 생성된 중합체 조성물, 또는 조성물로 제조된 제품의 하나 이상의 기계적 특성을 저하시키는 경향이 있었다.
이러한 점을 고려할 때, 우수한 레이저 용접성(laser weldability)과 높은 용접 강도(welding strength)를 나타내는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지를 함유하는 중합체 조성물에 대한 요구가 현재 존재한다. 우수한 유동 특성 및 우수한 기계적 특성을 갖는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체 조성물로 제조된 성형품에 대한 요구가 또한 존재한다.
일반적으로, 본 개시내용은 레이저 용접가능한 폴리에스터 중합체의 블렌드(blend)를 함유하는 폴리에스터 중합체 조성물에 관한 것이다. 본 개시내용은 또한 더 어두운 색을 갖고 세심하게 제어된 레이저 투과 특성을 갖는 레이저 용접 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체 조성물에 관한 것이다.
예를 들어, 한 실시양태에서, 본 개시내용은 제1 폴리에스터 중합체 및 제2 폴리에스터 중합체의 혼합물을 포함하는 레이저 용접 조성물에 관한 것이다. 제1 폴리에스터 중합체는 제2 폴리에스터 중합체와 상이한 결정화 속도(crystallization rate)를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 폴리에스터 중합체는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체일 수 있는 반면, 제2 폴리에스터 중합체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체일 수 있다. 제1 폴리에스터 중합체는 약 30 중량% 내지 약 60 중량%의 양, 예컨대 약 40 중량% 내지 약 50 중량%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다. 반면, 제2 폴리에스터 중합체는 약 12 중량% 내지 약 30 중량%의 양, 예컨대 약 18 중량% 내지 약 28 중량%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다. 전반적으로, 중합체 조성물은 하나 이상의 폴리에스터 중합체를 약 55 중량% 내지 약 75 중량%의 양, 예컨대 약 60 중량% 내지 약 70 중량%의 양으로 함유할 수 있다.
레이저 용접 조성물은 강화 섬유 및 레이저 첨가제를 추가로 함유한다. 강화 섬유는 일반적으로 약 12 중량% 내지 약 42 중량%의 양, 예컨대 약 25 중량% 내지 약 38 중량%의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다. 강화 섬유는 유리 섬유를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 유리 섬유는 리본형 형상과 같은 편평한 프로파일을 갖는다. 반면, 레이저 첨가제는 담체 중합체(carrier polymer)와 조합된 마스터배치(masterbatch)에 함유될 수 있다. 레이저 첨가제는 카본 블랙, 흑연 또는 이들의 혼합물과 같은 탄소질 물질(carbonaceous material)을 포함할 수 있다. 탄소질 물질은 약 40 W/m·K 이상의 고유 열전도도(intrinsic thermal conductivity)를 가질 수 있다. 탄소질 물질은 일반적으로 약 0.1 중량% 내지 약 0.8 중량%의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다. 반면, 담체 중합체는 폴리에스터 중합체, 예컨대 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체일 수 있다. 한 양상에서, 제2 레이저 첨가제는 퀴놀린을 포함하는 마스터배치에 함유될 수 있다.
한 양상에서, 레이저 용접 조성물은 윤활제를 추가로 함유할 수 있다. 윤활제는 하나 이상의 카복실산의 에스터일 수 있다. 예를 들어, 윤활제는 몬탄산(montanic acid)의 에스터일 수 있다. 윤활제는 폴리올을 추가로 함유할 수 있다. 윤활제는 약 0.05 중량% 내지 약 4.8 중량%의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다.
본 개시내용에 따라 제조된 레이저 용접 조성물은 높은 투과율 값을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 조성물로 제조된 성형품에서 위치 간에 균일한 투과 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 980 nm의 파장 및 1 mm의 두께에서 시험될 때, 본 개시내용의 중합체 조성물은 약 40% 초과, 예컨대 약 50% 초과, 예컨대 약 55% 초과, 예컨대 약 60% 초과, 예컨대 약 65% 초과 및 일반적으로 약 95% 미만의 투과율을 나타낼 수 있다.
상기 투과율 값에서도, 중합체 조성물은 또한 우수한 유동 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 중합체 조성물은 약 5 g/10분 초과, 예컨대 약 10 g/10분 초과, 예컨대 약 12 g/10분 초과 및 일반적으로 약 30 g/10분 미만, 예컨대 약 20 g/10분 미만의 용융 유량(melt flow rate)을 가질 수 있다.
본 개시내용은 또한 본 개시내용의 중합체 조성물로부터 성형된 물품에 관한 것이다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 본 개시내용은 인접한 구성요소에 레이저 용접된 중합체 조성물로 제조된 성형품을 포함하는 조립체(assembly)에 관한 것이다. 한 실시양태에서, 성형품은 다수의 상이한 제품을 위한 하우징(housing)일 수 있다. 한 실시양태에서, 성형품은 하우징이다. 하우징은 전력 시스템(electrical power system)을 위한 것일 수 있다. 하우징은 센서(sensor)를 위한 것일 수 있다. 예를 들어, 센서는 첨단 운전자 지원 시스템(advanced driver assistance system)에 사용될 수 있다.
본 개시내용은 또한 중합체 물품을 인접한 표면에 부착하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 전술한 레이저 용접 조성물로 제조된 성형품을 레이저 빔과 접촉하는 단계를 포함한다. 레이저 빔은 중합체 조성물이 유동하고 용접부를 형성하기에 충분한, 상기 중합체 조성물 내의 국부적인(localized) 온도 증가를 야기한다.
본 개시내용의 다른 특징 및 양태는 하기 더 상세히 논의된다.
본 논의는 예시적인 실시양태의 설명일 뿐이며, 본 개시내용의 더 넓은 양상을 제한하는 것으로 의도되지 않는다는 것이 당업자에 의해 이해되어야 한다.
본 개시내용은 일반적으로 레이저 용접가능한 폴리에스터 중합체를 함유하는 중합체 조성물에 관한 것이다. 예를 들어, 레이저 용접을 위한 최적의 광 투과 특성을 가질 뿐만 아니라, 조성물이 모든 상이한 유형의 성형품을 생산하는 데 매우 적합한 다른 물리적 특성을 갖는 중합체 조성물을 생성하기 위해 상이한 구성요소가 선택된다. 일반적으로, 본 개시내용의 레이저 용접 조성물은 강화 섬유 및 하나 이상의 레이저 첨가제와 조합으로 폴리에스터 중합체의 혼합물을 함유한다. 레이저 첨가제는 담체 중합체와 조합된 마스터배치로서 첨가될 수 있다. 중합체 조성물에 사용하기 위해 선택된 각각의 구성요소는 중합체 조성물의 레이저 용접성 특성, 조성물의 물리적 특성, 또는 조성물의 용융 가공을 촉진하는 것과 관련된 특정을 개선하는 데 기여한다.
본 개시내용의 중합체 조성물은 조성물의 주요 구성요소를 나타내는 폴리에스터 중합체의 조합을 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 폴리에스터 중합체는 중합체 조성물에 약 50 중량% 초과의 양, 예컨대 약 55 중량% 초과의 양, 예컨대 약 60 중량% 초과의 양, 예컨대 약 65 중량% 초과의 양, 및 일반적으로 약 80 중량% 미만의 양, 예컨대 약 75 중량% 미만의 양, 예컨대 약 70 중량% 미만의 양으로 중합체 조성물에 존재한다. 폴리에스터 중합체는 조성물의 레이저 투과 특성을 크게 향상시키는 하나 이상의 레이저 첨가제와 조합된다. 중합체 조성물은 비교적 높은 광 투과 특성을 갖는 성형품을 제조할 뿐만 아니라, 균일한 광 투과 특성을 갖는 성형품을 제조한다. 예를 들어, 과거에는, 성형품의 광 투과 특성이 특히 게이트 위치(gate location)(예컨대, 중합체가 주형으로 유동하는 성형품 상의 위치)와 관련하여 물품의 표면에 걸쳐 변하였다. 그러나, 본 개시내용에 따라 제조된 성형품은 위치 간에 약 40% 이하만큼, 예컨대 약 35% 이하, 예컨대 약 30% 이하, 예컨대 약 25% 이하, 예컨대 심지어 약 25% 이하만큼 변하는 광 투과 특성을 가질 수 있다. 반면, 과거에 제조된 중합체 조성물은 광 투과 특성이 위치 간에 50% 초과만큼, 예컨대 60% 초과 만큼 변하는 사출 성형품(injected molded article)을 제조하였다.
본 발명에 따라 제조된 성형품은 또한 상대적으로 높은 광 투과 특성을 갖는다. 예를 들어, 980 nm의 광 파장 및 1 mm의 두께에서 시험될 때, 본 개시내용의 중합체 조성물은 약 40% 초과, 예컨대 약 50% 초과, 예컨대 약 55% 초과, 예컨대 약 60% 초과, 예컨대 약 65% 초과의 광 투과율을 갖는 성형품을 생성할 수 있다. 광 투과 특성은 일반적으로 약 95% 미만, 예컨대 약 85% 미만, 예컨대 약 80% 미만이다.
하나의 특정 실시양태에서, 중합체 조성물은 제2 폴리에스터 중합체보다 더 빠른 결정화 속도를 갖는 제1 폴리에스터 중합체를 함유한다. 예를 들어, 제1 폴리에스터 중합체는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체를 포함할 수 있는 반면, 제2 중합체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체보다 더 빠른 결정화 속도를 가질 수 있고, 전반적으로 더 높은 결정화도(crystallinity)를 가질 수 있다.
제2 폴리에스터 중합체보다 더 빠른 결정화 속도를 갖는 폴리에스터 중합체를 조합하면 다양한 장점과 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상이한 폴리에스터 중합체를 사용하여 성형품, 특히 사출 성형품을 제조하는 데 사용하기 위해 원하는 유동 특성을 갖는 전반적인 중합체 조성물을 생산하는 데 사용될 수 있다. 또한, 폴리에스터 중합체의 선택은 조성물에 함유된 하나 이상의 레이저 첨가제의 분산을 촉진할 수 있다.
더 높은 결정도를 갖는 제1 폴리에스터 중합체(예컨대, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체) 및 더 낮은 결정도를 갖는 제2 폴리에스터 중합체(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체)의 상대적인 양은 최종 용도 적용례를 비롯한 수많은 인자에 따라 변할 수 있다. 한 실시양태에서, 예를 들어, 제1 폴리에스터 중합체는 제2 폴리에스터 중합체보다 더 많은 양으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 제1 폴리에스터 중합체와 제2 폴리에스터 중합체 사이의 중량비는 약 1:1 내지 약 10:1, 예컨대 약 1.25:1 내지 약 4:1, 예컨대 약 1.5:1 내지 약 3:1일 수 있다.
한 양상에서, 중합체 조성물은 제1 폴리에스터 중합체, 예를 들어 하나 이상의 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체를 일반적으로 약 30 중량% 내지 약 60 중량%(그 사이에 1 중량%의 모든 증분을 포함함)의 양으로 함유할 수 있다. 조성물은 단일 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체를 함유할 수 있거나 상이한 특징을 갖는 다수의 상이한 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체를 포함할 수 있다. 한 양상에서, 중합체 조성물은 하나 이상의 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체를 약 35 중량% 초과의 양, 예컨대 약 40 중량% 초과의 양, 일반적으로 약 55 중량% 미만의 양, 예컨대 약 50 중량% 미만의 양으로 함유한다.
하나의 특정 실시양태에서, 중합체 조성물은 2개의 상이한 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체를 함유할 수 있다. 2개의 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체는 점도, 분자량(중량 평균 또는 수 평균), 다분산도(MW/Mn) 등에 의해 상이할 수 있다. 예를 들어, 중합체 조성물은 제2 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체보다 더 높은 고유 점도를 갖는 제1 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체를 함유할 수 있다. 예를 들어, 제1 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체는 약 1 dl/gr 초과, 예컨대 약 1.1 dl/gr 초과, 예컨대 약 1.2 dl/gr 초과, 예컨대 약 1.3 dl/gr 초과의 고유 점도를 가질 수 있다. 반면, 제2 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체는 약 1 dl/gr 미만, 예컨대 약 0.9 dl/gr 미만, 예를 들어 약 0.85 dl/gr 미만, 예를 들어 약 0.8 dl/gr 미만의 고유 점도를 가질 수 있다. 고유 점도는 ISO 시험 1628에 따라 측정된다. 제1 및 제2 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체는 약 1:2 내지 약 2:1, 예컨대 약 1:1.5 내지 약 1.5:1의 중량비로 중합체 조성물에 존재할 수 있다.
중합체 조성물은 제2 폴리에스터 중합체, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체를 일반적으로 약 10 중량% 초과의 양, 예컨대 약 12 중량% 초과의 양, 예컨대 약 15 중량% 초과의 양, 예컨대 약 18 중량% 초과의 양, 예컨대 약 20 중량% 초과의 양으로 함유할 수 있다. 제2 폴리에스터 중합체는 일반적으로 약 33 중량% 미만의 양, 예컨대 약 28 중량% 미만의 양, 예컨대 약 25 중량% 미만의 양으로 존재한다.
폴리에스터 중합체의 블렌드 이외에, 본 개시내용의 중합체 조성물은 또한 하나 이상의 레이저 첨가제를 함유한다. 레이저 첨가제는 조성물에 어두운 색을 제공하고 조성물의 레이저 투과 특성을 증가시킨다. 한 양상에서, 하나 이상의 레이저 첨가제는 마스터배치에 존재하며, 이어서 폴리에스터 중합체에 첨가된다. 예를 들어, 마스터배치는 담체 중합체와 미리 블렌딩된(preblended) 하나 이상의 레이저 첨가제를 포함할 수 있다. 담체 중합체는 하나 이상의 레이저 첨가제를 분산시킬 수 있고 조성물에 함유된 폴리에스터 중합체의 블렌드와 상용성인 임의의 중합체를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 예를 들어, 담체 중합체는 폴리에스터 중합체, 예컨대 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체, 또는 코폴리에스터 엘라스토머일 수 있다.
중합체 조성물에 혼입될 수 있는 레이저 첨가제는 탄소질 물질일 수 있다. 예를 들어, 탄소질 물질은 카본 블랙, 흑연, 팽창 흑연, 탄소 나노튜브 및 이들의 혼합물일 수 있다.
중합체 조성물에 함유된 탄소질 물질은 일반적으로 높은 비표면적(specific surface area)을 가질 수 있고 입자의 형태일 수 있다. 상기 비표면적은, 예를 들어 약 0.5 m2/g 이상, 일부 실시양태에서 약 1 m2/g 이상, 일부 실시양태에서, 약 2 내지 약 40 m2/g일 수 있다. 비표면적은 흡착 기체로서의 질소에 의한 물리적 기체 흡착 방법(B.E.T. 방법)과 같은 표준 방법(일반적으로 당업계에 공지되고 문헌[Brunauer, Emmet, and Teller, J. Amer. Chem. Soc., vol. 60, Feb., 1938, pp. 309-319]에 기술됨)에 따라 측정될 수 있다. 미립자 물질은 또한 약 0.2 내지 약 1.0 g/cm3, 일부 실시양태에서 약 0.3 내지 약 0.9 g/cm3, 일부 실시양태에서, 약 0.4 내지 약 0.8 g/cm3의 분말 탭 밀도(powder tap density)(예컨대, ASTM B527-15에 따라 측정됨)를 가질 수 있다.
탄소질 물질은 또한, 예컨대 약 40 W/m·K 이상, 일부 실시양태에서 약 70 W/m·K 이상, 일부 실시양태에서, 약 130 W/m·K 이상의 높은 고유 열전도도를 갖는다.
탄소질 물질은 약 1 내지 약 100 μm, 일부 실시양태에서 약 10 내지 약 90 μm, 일부 실시양태에서 약 20 내지 약 80 μm, 일부 실시양태에서 약 30 내지 약 60 μm의 평균 크기(예를 들어, 직경)를 갖는다. 특정 실시양태에서, 탄소질 물질은 원하는 크기를 갖는 개별 판상체(platelet)의 형태일 수 있다.
탄소질 물질은 일반적으로 약 0.01 중량% 초과의 양, 예컨대 약 0.05 중량% 초과의 양, 예컨대 약 0.1 중량% 초과의 양, 예컨대 약 0.15 중량% 초과의 양, 예컨대 약 0.2 중량% 초과의 양으로 조성물에 존재할 수 있다. 탄소질 물질은 일반적으로 약 2 중량% 미만의 양, 예컨대 약 1.5 중량% 미만의 양, 예컨대 약 0.8 중량% 미만의 양, 예컨대 약 0.5 중량% 미만의 양으로 존재한다.
탄소질 물질 이외에, 본 개시내용의 중합체 조성물은 또한 하나 이상의 다른 레이저 첨가제를 함유할 수 있다. 특히, 생성된 조성물의 투과 특성을 극적으로 향상시키기 위해 하나 이상의 다른 레이저 첨가제는 탄소질 물질와 잘 블렌딩(blending)될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 다른 레이저 첨가제는 하나 이상의 안료 또는 염료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 특정 적용예에서, 중합체 조성물은 퀴놀린을 포함하는 레이저 첨가제를 함유할 수 있다. 한 양상에서, 예를 들어, 퀴놀린은 3-하이드록시-2-메틸퀴놀린-4(1H)-온일 수 있다. 퀴놀린은 비교적 적은 양으로 조성물에 존재할 수 있다. 예를 들어, 퀴놀린은 약 0.0001 중량% 내지 약 0.5 중량%, 예컨대 약 0.01 중량% 내지 약 0.1 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
한 실시양태에서, 중합체 조성물은 강화 섬유를 함유할 수 있다. 유리하게 사용될 수 있는 강화 섬유는 광물 섬유, 예를 들어 유리 섬유, 중합체 섬유, 특히 유기 고-탄성계수(high-modulus) 섬유, 예컨대 아라미드 섬유, 또는 금속 섬유, 예컨대 스틸 섬유(steel fiber), 또는 탄소 섬유 또는 천연 섬유, 또는 재생가능한 자원으로부터의 섬유이다.
섬유는 플라스틱에 대한 접착력을 향상시키기 위해, 예를 들어 사이징(sizing)이 제공되거나 화학적으로 처리되는 변형된 또는 변형되지 않은 형태일 수 있다. 유리 섬유가 특히 바람직하다.
유리 섬유는 유리 섬유를 보호하고 섬유를 매끄럽게 할 뿐만 아니라 섬유와 매트릭스 물질 사이의 접착력을 향상시키기 위해 사이징을 제공할 수 있다. 사이징은 일반적으로 실란, 필름 형성제, 윤활제, 습윤제, 접착제(임의적으로 정전기방지제 및 가소제), 유화제 및 임의적으로 추가 첨가제를 포함한다.
실란의 특정 예는 아미노 실란, 예를 들어 3-트라이메톡시실릴프로필아민, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트라이메톡시-실란, N-(3-트라이메톡시실라닐프로필)에탄-1,2-다이아민, 3-(2-아미노에틸-아미노)프로필트라이메톡시실란, N-[3-(트라이메톡시실릴)프로필]-1,2-에탄-다이아민이다.
필름 형성제는, 예를 들어 폴리비닐아세테이트, 폴리에스터 및 폴리우레탄이다. 폴리우레탄에 기초한 사이징이 유리하게 사용될 수 있다.
강화 섬유는, 예를 들어 압출기 또는 혼련기(kneader)에서 중합체 매트릭스로 배합(compounding)될 수 있다.
일 실시양태에 따라서, 본 개시내용의 중합체 조성물은 광물 섬유, 바람직하게는 유리 섬유, 더욱 바람직하게는 코팅되거나 함침된 유리 섬유인 하나 이상의 강화 섬유를 포함한다. 본 개시내용의 성형 조성물(molding composition)에 적합한 유리 섬유, 예를 들어 Johns Manville, ThermoFlow®Chopped Strand 753, OCV Chopped Strand 408 A, Nippon Electric Glass Co.(NEG) Chopped Strand T-651이 시판 중이다.
섬유 직경은 사용된 특정 섬유와 섬유가 절단된 형태인지 연속적인 형태인지에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 섬유는 약 5 μm 내지 약 100 μm, 예를 들어 약 5 μm 내지 약 50 μm, 예를 들어 약 5 μm 내지 약 15 μm의 직경을 가질 수 있다. 섬유의 길이는 특정 적용례에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 섬유는 약 100 μm 초과, 예컨대 약 200 μm 초과, 예컨대 약 300 μm 초과, 예컨대 약 350 μm 초과의 평균 길이를 가질 수 있다. 섬유의 길이는 일반적으로 약 1,000 μm 미만, 예컨대 약 800 μm 미만, 예컨대 약 600 μm 미만, 예컨대 약 500 μm 미만일 수 있다. 중합체 조성물에 혼입되어 물품으로 성형되면, 섬유 길이가 줄어들 수 있다. 예를 들어, 최종 제품의 평균 섬유 길이는 약 100 μm 내지 약 400 μm, 예컨대 약 100 μm 내지 약 300 μm일 수 있다.
한 양상에서, 유리 섬유는 편평하거나 리본형 형상을 갖는 중합체 조성물에 혼입된다. 리본형 유리 섬유가 적은 뒤틀림(warpage) 특성을 생성함이 밝혀졌다. 예를 들어, 유리 섬유는 약 1:2 초과, 예컨대 약 1:4 초과, 예컨대 약 1:8 초과, 예컨대 약 1:12 초과, 및 일반적으로 약 1:200 미만, 예컨대 약 1:100 미만의 두께 대 폭 비를 가질 수 있다.
강화 섬유는 일반적으로 약 12 중량% 내지 약 55 중량%(이들 사이의 모든 1중량% 증분을 포함함)의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다. 예를 들어, 강화 섬유, 예컨대 판유리 섬유는 약 15 중량% 초과의 양, 예컨대 약 20 중량% 초과의 양, 예컨대 약 25 중량% 초과의 양, 예컨대 약 30 중량% 초과의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다. 강화 섬유는 일반적으로 약 48 중량% 미만의 양, 예컨대 약 42 중량% 미만의 양, 예컨대 약 38 중량% 미만의 양, 예컨대 약 34 중량% 미만의 양으로 존재한다.
중합체 조성물은 또한 하나 이상의 윤활제를 함유할 수 있다. 예를 들어, 지방산 에스터는 윤활제로 존재할 수 있다. 지방산 에스터는 미정제(crude) 천연 왁스의 산화 표백 및 알코올에 의한 지방산의 후속 에스터화에 의해 수득될 수 있다. 알코올은 일반적으로 1 내지 4개의 하이드록실 기와 2 내지 20개의 탄소 원자를 갖는다. 알코올이 다작용성(예를 들어, 2 내지 4개의 하이드록실 기)일 때, 2 내지 8의 탄소 원자수가 특히 바람직하다. 특히 적합한 다작용성 알코올은 2가 알코올(예컨대, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 1,3-프로판다이올, 1,4-부탄다이올, 1,6-헥산다이올 및 1,4-사이클로헥산다이올), 3가 알코올(예컨대, 글리세롤 및 트라이메틸올프로판), 4가 알코올(예컨대, 펜타에리트리톨 및 에리트리톨) 등을 포함할 수 있다. 방향족 알코올, 예컨대 o-, m- 및 p-톨릴카르비놀, 클로로벤질 알코올, 브로모벤질 알코올, 2,4-다이메틸벤질 알코올, 3,5-다이메틸벤질 알코올, 2,3,5-쿠모벤질 알코올, 3,4,5-트라이메틸벤질 알코올, p-쿠미닐 알코올, 1,2-프탈릴 알코올, 1,3-비스(하이드록시메틸)벤젠, 1,4-비스(하이드록시메틸)벤젠, 슈도쿠메닐 글리콜, 메시틸렌 글리콜 및 메시틸렌 글리세롤도 적합할 수 있다. 본 발명에 사용하기에 특히 적합한 지방산 에스터는 몬타닉 왁스로부터 유도된다. 예를 들어, 몬탄산은 부틸렌 글리콜로 부분적으로 에스터화될 수 있고, 몬탄산은 칼슘 하이드록사이드로 부분적으로 비누화될 수 있다. 한 양상에서, 윤활제는 폴리올과 조합된 몬탄산의 에스터일 수 있다.
한 양상에서, 윤활제는 몬탄산 에스터와 칼슘 몬타네이트의 혼합물을 함유할 수 있다. 사용될 수 있는 다른 몬탄산 에스터는 미가공(raw) 몬탄 왁스의 산화적 정제(oxidative refining)로부터 2차 생성물로서 수득되는 몬탄산 에스터를 포함한다. 윤활제는 에틸렌 글리콜 또는 글리세린으로 에스터화된 몬탄산을 함유할 수 있다.
다른 공지된 왁스도 윤활제로 사용할 수 있다. 예를 들어, 2 내지 18개, 특히 2 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 모노아민 또는 다이아민(예를 들어, 에틸렌다이아민)과 지방산의 반응에 의해 형성되는 아미드 왁스가 사용될 수 있다. 예를 들어, 에틸렌다이아민과 지방산의 아미드화 반응(amidization reaction)에 의해 형성되는 에틸렌비스아미드 왁스가 사용될 수 있다. 지방산은 에틸렌비스스테아르아미드 왁스를 형성하기 위한 스테아르산(C18 지방산)과 같은 C12 내지 C30의 범위일 수 있다. 에틸렌비스스테아르아미드 왁스는 Lonza, Inc.에서 상표명 Acrawax® C로 시판 중이고, 142℃의 별개의 융점을 갖는다. 다른 에틸렌비스아미드는 라우르산, 팔미트산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 올레오스테아르산, 미리스트산 및 운데칼린산으로부터 형성된 비스아미드를 포함한다. 또 다른 적합한 아미드 왁스는 N-(2-하이드록시에틸) 12-하이드록시스테아르아미드 및 N,N'-(에틸렌비스) 12-하이드록시스테아르아미드이고, 이는 Rutherford Chemicals LLC의 사업부인 CasChem에서 각각 상표명 Paricin® 220 및 Paricin® 285로 시판 중이다.
하나 이상의 윤활제는 일반적으로 약 0.1 중량% 초과의 양, 예컨대 약 0.2 중량% 초과의 양, 예컨대 약 0.8 중량% 초과의 양, 예컨대 약 1 중량% 초과의 양으로 중합체 조성물에 존재할 수 있다. 하나 이상의 윤활제는 일반적으로 약 5 중량% 미만의 양, 예컨대 약 4 중량% 미만의 양, 예컨대 약 3.5 중량% 미만의 양으로 존재한다.
본 개시내용의 중합체 조성물은 다양한 다른 첨가제를 함유할 수 있다. 예를 들어, 중합체 조성물은 하나 이상의 안정화제를 함유할 수 있다. 안정화제는 산화방지제, 광 안정화제, 예컨대 자외선 광 안정화제, 열 안정화제 등을 포함할 수 있다.
입체장애 페놀 산화방지제가 조성물에 사용될 수 있다. 이러한 페놀 산화방지제의 예는, 예를 들어 칼슘 비스(에틸 3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질포스포네이트)(Irganox® 1425); 테레프탈산, 1,4-다이티오-S,S-비스(4-tert-부틸-3-하이드록시-2,6-다이메틸벤질) 에스터(Cyanox® 1729); 트라이에틸렌 글리콜 비스(3-tert-부틸-4-하이드록시-5-메틸하이드로신나메이트); 헥사메틸렌 비스(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트(Irganox® 259); 1,2-비스(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시하이드로신나모일)하이드라아자이드(Irganox® 1024); 4,4'-다이-tert-옥틸다이페나민(Naugalube® 438R); 포스폰산, (3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질)-다이옥타데실 에스터(Irganox® 1093); 1,3,5-트라이메틸-2,4,6-트리스(3',5'-다이-tert-부틸-4'-하이드록시벤질)벤젠(Irganox® 1330); 2,4-비스(옥틸티오)-6-(4-하이드록시-3,5-다이-tert-부틸아닐리노)-1,3,5-트라이아진(Irganox® 565); 이소옥틸 3-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트(Irganox® 1135); 옥타데실 3-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트(Irganox® 1076); 3,7-비스(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-10H-페노티아진(Irganox® LO 3); 2,2'-메틸렌비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀)모노아크릴레이트(Irganox® 3052); 2-tert-부틸-6-[1-(3-tert-부틸-2-하이드록시-5-메틸페닐)에틸]-4-메틸페닐 아크릴레이트(Sumilizer® TM 4039); 2-[1-(2-하이드록시-3,5-다이-tert-펜틸페닐)에틸]-4,6-다이-tert-펜틸페닐 아크릴레이트(Sumilizer® GS); 1,3-다이하이드로-2H-벤즈이미다졸(Sumilizer® MB); 2-메틸-4,6-비스[(옥틸티오)메틸]페놀(Irganox® 1520); N,N'-트라이메틸렌비스-[3-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피온아미드(Irganox® 1019); 4-n-옥타데실옥시-2,6-다이페닐페놀(Irganox® 1063); 2,2'-에틸리덴비스[4,6-다이-tert-부틸페놀](Irganox® 129); N,N'-헥사메틸렌비스(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시하이드로신남아미드)(Irganox® 1098); 다이에틸 (3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질)포스포네이트(Irganox® 1222); 4,4'-다이-tert-옥틸다이페닐아민(Irganox® 5057); N-페닐-1-나프탈렌아민(Irganox® L 05); 트리스[2-tert-부틸-4-(3-tert-부틸-4-하이드록시-6-메틸페닐티오)-5-메틸 페닐]포스파이트(Hostanox® OSP 1); 아연 다이노닐다이티오카밤에이트(Hostanox® VP-ZNCS 1); 3,9-비스[1,1-다이메틸-2-[(3-tert-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시]에틸]-2,4,8,10-테트라옥사스피로[5.5]운데칸(Sumilizer® AG80); 펜타에리트리틸 테트라키스[3-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트](Irganox® 1010); 에틸렌-비스(옥시에틸렌)비스[3-(5-tert-부틸-4-하이드록시-m-톨릴)-프로피오네이트(Irganox® 245); 3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시톨루엔(Lowinox BHT, Chemtura) 등을 포함한다.
본 조성물에 사용하기에 적합한 입체장애 페놀계 산화방지제의 일부 예는 하기 화학식을 갖는 트라이아진 산화방지제이다:
Figure pct00001
상기 식에서,
각각의 R은 독립적으로 C1 내지 C5 알킬 또는 에스터 치환기를 통해 트라이아진 고리에 부착될 수 있는 페놀 기이다. 바람직하게는, 각각의 R은 하기 화학식 I 내지 III 중 하나이다:
Figure pct00002
이러한 트라이아진-계 산화방지제의 시판 중인 예는 American Cyanamid로부터 상표명 Cyanox® 1790(이때, R 기는 화학식 III으로 표시됨) 및 Ciba Specialty Chemicals로부터 상표명 Irganox® 3114(이때, 각각의 R 기는 화학식 I로 표시됨) 및 Irganox® 3125(이때, R 기는 화학식 II로 표시됨)로 수득될 수 있다.
입체장애 페놀계 산화방지제는 전체 안정화된 중합체 조성물의 약 0.01 중량% 내지 약 3 중량%, 일부 실시예에서 약 0.05 중량% 내지 약 1 중량%, 일부 실시양태에서 약 0.05 중량% 내지 약 0.1 중량%를 구성할 수 있다. 한 실시양태에서, 예를 들어, 산화방지제는 펜타에리트리틸 테트라키스[3-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트를 포함한다.
입체장애 아민 광 안정화제("HALS")는 폴리에스터 조성물의 열화를 억제하여 이의 내구성을 연장시키기 위해 조성물에 사용될 수 있다. 적합한 HALS 화합물은 치환된 피페리딘, 예컨대 알킬-치환된 피페리딜, 피페리딘일, 피페라진온, 알콕시피페리딘일 화합물 등으로부터 유도될 수 있다. 예를 들어, 입체장애 아민은 2,2,6,6-테트라알킬피페리딘일로부터 유도될 수 있다. 이것이 유래된 화합물에 관계 없이, 입체장애 아민은 전형적으로 약 1,000 이상, 일부 실시양태에서 약 1,000 내지 약 20,000, 일부 실시양태에서 약 1,500 내지 약 15,000, 일부 실시양태에서 약 2,000 내지 약 5,000의 수 평균 분자량을 갖는 올리고머 또는 중합체 화합물이다. 이러한 화합물은 전형적으로 중합체 반복 단위 당 하나 이상(예컨대, 1 내지 4개)의 2,2,6,6-테트라알킬피페리딘일 기를 함유한다.
이론에 구애받지 않고, 고분자량 입체장애 아민은 상대적으로 열 안정성이 있어, 압출 조건을 거친 후에도 광 열화를 억제할 수 있는 것으로 여겨진다. 하나의 특히 적합한 고분자량 입체장애 아민은 하기 화학식을 갖는다:
Figure pct00003
상기 식에서,
p는 4 내지 30이고, 일부 실시양태에서 4 내지 20이고, 일부 실시양태에서 4 내지 10이다.
이러한 올리고머 화합물은 Clariant로부터 상표명 Hostavin® N30 하에 시판 중이고, 1,200의 수 평균 분자량을 갖는다.
다른 적합한 고분자량 입체장애 아민은 하기 화학식을 갖는다:
Figure pct00004
상기 식에서,
n은 1 내지 4이고, R30은 독립적으로 수소 또는 CH3이다.
이러한 올리고머 화합물은 Adeka Palmarole SAS(Adeka Corp.와 Palmarole Group 간의 합작 회사)로부터 상표명 ADK STAB® LA-63(R30은 CH3임) 및 ADK STAB® LA-68(R30은 수소임) 하에 시판 중이다.
적합한 고분자량 입체장애 아민의 다른 예는, 예를 들어 N-(2-하이드록시에틸)-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘올 및 석신산의 올리고머(Ciba Specialty Chemicals로부터의 Tinuvin® 622, MW=4000); 시아누르산 및 N,N-다이(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)-헥사메틸렌 다이아민의 올리고머; 폴리((6-모폴린-S-트라이아진-2,4-다이일)(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘일)-이미노헥사메틸렌-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘일)-이미노)(Cytec으로부터의 Cyasorb® UV 3346, MW=1600); 폴리메틸프로필-3-옥시-[4(2,2,6,6-테트라메틸)-피페리딘일리실옥산(Great Lakes Chemical로부터의 Uvasil® 299, MW=1100 내지 2500); α-메틸스티렌-N-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘일)말레이미드 및 N-스테아릴 말레이미드의 공중합체; 1,2,3,4-부탄테트라카복실산을 갖는 2,4,8,10-테트라옥사스피로[5.5]운데칸-3,9-다이에탄올 테트라메틸-중합체 등을 포함한다. 또 다른 적합한 고분자량 입체장애 아민은 미국 특허 5,679,733(Malik 등) 및 6,414,155(Sassi 등)(이들의 전문은 모든 목적을 위해 본원에 참조로 혼입됨)에 기술된다.
고분자량 입체장애 아민 이외에, 저분자량 입체장애 아민도 조성물에 사용될 수 있다. 이러한 입체장애 아민은 일반적으로 본질적으로 단량체이고 약 1,000 이하, 일부 실시양태에서는 약 155 내지 약 800, 일부 실시양태에서는 약 300 내지 약 800의 분자량을 갖는다.
이러한 저분자량 입체장애 아민의 특정 예는, 예를 들어 비스-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜) 세바케이트(Ciba Specialty Chemicals로부터의 Tinuvin® 770, MW=481); 비스-(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딘일)-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질)부틸-프로판 다이오에이트; 비스-(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딘일)세바케이트; 8-아세틸-3-도데실-7,7,9,9-테트라메틸-1,3,8-트라이아자스피로-(4,5)-데칸-2,4-다이온, 부탄다이오산-비스-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘일) 에스터; 테트라키스-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)-1,2,3,4-부탄 테트라카복실레이트; 7-옥사-3,20-다이아자다이스피로(5.1.11.2) 헤네이코산-20-프로판산, 2,2,4,4-테트라메틸-21-옥소, 도데실 에스터; N-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘일)-N'-아미노-옥스아미드; o-t-아밀-o-(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딘일)-모노퍼옥시-카본에이트; β-알라닌, N-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘일), 도데실 에스터; 에탄다이아미드, N-(1-아세틸-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘일)-N'-도데실; 3-도데실-1-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘일)-피롤리딘-2,5-다이온; 3-도데실-1-(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딘일)-피롤리딘-2,5-다이온; 3-도데실-1-(1-아세틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘일)-피롤리딘-2,5-다이온(Clariant로부터의 Sanduvar® 3058, MW=448.7); 4-벤조일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘; 1-[2-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐프로피오닐옥시)에틸]-4-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록실페닐 프로피오닐옥시)-2,2,6,6-테트라메틸-피페리딘; 2-메틸-2-(2",2",6",6"-테트라메틸-4"-피페리딘일아미노)-N-(2',2',6',6'-테트라-메틸-4'-피페리딘일)프로피오닐아미드; 1,2-비스-(3,3,5,5-테트라메틸-2-옥소-피페라진일)에탄; 4-올레오일옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘; 및 이들의 조합을 포함한다. 저분자량 입체장애 아민은 미국 특허 5,679,733(Malik 등)에 기술된다.
입체장애 아민은 원하는 특성을 달성하기 위해 단독으로 또는 임의의 양으로 조합하여 사용될 수 있지만, 전형적으로 중합체 조성물의 약 0.01 중량% 내지 약 4 중량%를 구성한다.
벤조트라이아졸 또는 벤조페논과 같은 UV 흡수제가, 자외선 광 에너지를 흡수하기 위해 조성물에 사용될 수 있다. 적합한 벤조트라이아졸은, 예를 들어 2-(2-하이드록시페닐)벤조트라이아졸, 예컨대 2-(2-하이드록시-5-메틸페닐)벤조트라이아졸; 2-(2-하이드록시-5-tert-옥틸페닐)벤조트라이아졸(Cytec으로부터의 Cyasorb® UV 5411); 2-(2-하이드록시-3,5-다이-tert-부틸페닐)-5-클로로벤조-트라이아졸; 2-(2-하이드록시-3-tert-부틸-5-메틸페닐)-5-클로로벤조트라이아졸; 2-(2-하이드록시-3,5-다이쿠밀페닐)벤조트라이아졸; 2,2'-메틸렌비스(4-tert-옥틸-6-벤조-트라이아졸일페놀); 2-(2-하이드록시-3-tert-부틸-5-카복시페닐)벤조트라이아졸의 폴리에틸렌 글리콜 에스터; 2-[2-하이드록시-3-(2-아크릴로일옥시에틸)-5-메틸페닐]-벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-3-(2-메트아크릴로일옥시에틸)-5-tert-부틸페닐]벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-3-(2-메트아크릴로일옥시에틸)-5-tert-옥틸페닐]벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-3-(2-메트아크릴로일옥시에틸)-5-tert-부틸페닐]-5-클로로벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-5-(2-메트아크릴로일옥시에틸)페닐]벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-3-tert-부틸-5-(2-메트아크릴로일옥시에틸)페닐]벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-3-tert-아밀-5-(2-메트아크릴로일옥시에틸)페닐]벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-3-tert-부틸-5-(3-메트아크릴로일옥시프로필)페닐]-5-클로로벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-4-(2-메트아크릴로일옥시메틸)페닐]벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-4-(3-메트아크릴로일옥시-2-하이드록시프로필)페닐]벤조트라이아졸; 2-[2-하이드록시-4-(3-메트아크릴로일옥시프로필)페닐]벤조트라이아졸; 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
예시적인 벤조페논 광 안정화제는 유사하게 2-하이드록시-4-도데실옥시벤조페논; 2,4-다이하이드록시벤조페논; 2-(4-벤조일-3-하이드록시페녹시)에틸 아크릴레이트(Cytec으로부터의 Cyasorb® UV 209); 2-하이드록시-4-n-옥틸옥시)벤조페논(Cytec으로부터의 Cyasorb® 531); 2,2'-다이하이드록시-4-(옥틸옥시)벤조페논(Cytec으로부터의 Cyasorb® UV 314); 헥사데실-3,5-비스-tert-부틸-4-하이드록시벤조에이트(Cytec으로부터의 Cyasorb® UV 2908); 2,2'-티오비스(4-tert-옥틸페놀라토)-n-부틸아민 니켈(II)(Cytec으로부터의 Cyasorb® UV 1084); 3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤조산, (2,4-다이-tert-부틸페닐)에스터(Cytec으로부터의 Cyasorb® 712); 4,4'-다이메톡시-2,2'-다이하이드록시벤조페논(Cytec으로부터의 Cyasorb® UV 12); 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
사용되는 경우, UV 흡수제는 전체 중합체 조성물의 약 0.01 중량% 내지 약 4 중량%를 구성할 수 있다.
일단 형성되면, 중합체 조성물은 광범위한 상이한 적용례에 사용하기 위한 성형 부품(shaped part)으로 성형될 수 있다. 예를 들어, 성형 부품은, 건조되고 예열된 플라스틱 과립이 주형에 주입되는 사출 성형 공정을 사용하여 성형될 수 있다.
중합체 조성물 및/또는 성형된 성형 부품은 다양한 적용례에 사용될 수 있다. 예를 들어, 성형 부품은 조명 조립체(lighting assembly), 배터리 시스템, 센서 및 전자 부품(electronic component), 휴대용 전자 장치, 예컨대 스마트폰, MP3 플레이어, 휴대폰(mobile phone), 컴퓨터, 텔레비전, 자동차 부품 등에 사용될 수 있다. 하나의 특정 실시양태에서, 성형 부품은 무선 통신 장치(예를 들어, 이동 전화(cellular telephone))에 일반적으로 사용되는 것과 같은 카메라 모듈에 사용될 수 있다. 예를 들어, 카메라 모듈은 베이스, 베이스에 장착된 캐리어 조립체(carrier assembly), 캐리어 조립체에 장착된 커버(cover) 등을 채용할 수 있다. 베이스는 약 500 μm 이하, 일부 실시양태에서 약 10 내지 약 450 μm, 일부 실시양태에서 약 20 내지 약 400 μm의 두께를 가질 수 있다. 유사하게, 캐리어 조립체는 약 500 μm 이하, 일부 실시양태에서 약 10 내지 약 450 μm, 일부 실시양태에서 약 20 내지 약 400 μm의 벽 두께를 가질 수 있다.
한 양상에서, 본 개시내용의 중합체 조성물은 전자 장치용 하우징을 제조하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 중합체 조성물은 센서용 하우징일 수 있다. 하나의 특정 실시양태에서, 센서는 첨단 운전자 보조 시스템의 일부일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 개시내용에 따라 제조된 중합체 물품은 레이저 용접가능하고, 높은 광 투과 특성을 가질 뿐만 아니라, 균일한 투과 특성을 갖는다. 결과적으로, 물품은 레이저 용접 방법에 사용하기에 매우 적합하다. 예를 들어, 레이저 용접 중에, 성형품이 레이저 빔과 접촉할 수 있다. 레이저 빔은 성형품을 형성하는 데 사용되는 중합체 조성물 내에서 국부적인 온도 증가를 유발한다. 중합체 조성물은 유동하고 용접부를 형성하기에 충분한 양까지 온도가 증가한다. 예를 들어, 레이저 빔은 약 400 nm 초과, 예컨대 약 600 nm 초과, 예컨대 약 800 nm 초과, 및 일반적으로 약 2,000 nm 미만, 예컨대 약 1,500 nm 미만, 예컨대 약 1,200 nm 미만, 예컨데 약 1,050 nm 미만의 광의 파장에서 작동할 수 있다.
본 개시내용은 하기 실시예를 참조하여 더 잘 이해될 수 있다.
실시예
중합체 조성물을 본 개시내용에 따라 제형화하고, 다양한 특성에 대해 시험하였다.
더욱 구체적으로, 하기 제형을 시험하였다:
상기 제형을 시험 플라크(test plaque)로 성형하고, 하기 결과를 수득하였다. 더욱 구체적으로, 2개의 상이한 샘플을 제조하고, 시험하였다.
상기 표의 레이저 투과율은 분광광도계를 사용하여 980 nm의 파장에서 측정되었다. Jasco에서 제조한 V570 분광광도계를 비롯한 임의의 적합한 분광광도계를 사용할 수 있다.
상기 제시된 바와 같이, 각각의 샘플은 투과율에 대해 2회 시험되었다. 한 시험은 사출 성형 시스템에서 게이트가 있는 곳 근처에서 수행되었고, 다른 측정은 게이트에서 떨어진 거리에서 수행되었다. 제1 샘플은 260℃의 온도와 85℃의 주형 온도에서 사출 성형되었다. 제시된 바와 같이, 투과율은 두 위치 사이에서 변하였다. 반면, 제2 샘플은 280℃의 온도와 100℃의 주형 온도에서 성형되었다. 제2 샘플에서, 성형품의 투과 특성이 훨씬 더 균일하였다.
본 발명에 대한 이들 및 다른 수정 및 변경은, 첨부된 청구범위에 더욱 구체적으로 기재된 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고, 당업자에 의해 실시될 수 있다. 또한, 다양한 실시양태의 양상이 전체적으로 또는 부분적으로 상호교환될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 당업자는 전술한 설명이 단지 예일 뿐이고, 상기 첨부된 청구범위에서 추가로 기술되는 본 발명을 제한하려는 의도가 아님을 이해할 것이다.

Claims (20)

  1. 제1 폴리에스터 중합체 및 제2 폴리에스터 중합체의 혼합물을 포함하고 강화 섬유(reinforcing fiber) 및 레이저 첨가제를 추가로 포함하는 중합체 조성물을 포함하는 레이저 용접 조성물(laser weldable composition)로서,
    상기 제1 폴리에스터 중합체가 상기 제2 폴리에스터 중합체와 상이한 결정화 속도(crystallization rate)를 갖고, 상기 강화 섬유가 약 12 중량% 내지 약 42 중량%의 양으로 상기 중합체 조성물에 존재하고, 상기 레이저 첨가제가 담체 중합체(carrier polymer)와 조합된 레이저 첨가제를 함유하는 마스터배치(masterbatch)를 포함하고, 상기 레이저 첨가제가 탄소질 물질(carbonaceous material)을 포함하는, 레이저 용접 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    중합체 조성물이 윤활제를 추가로 포함하는, 레이저 용접 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    윤활제가 하나 이상의 카복실산의 에스터를 포함하는, 레이저 용접 조성물.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    윤활제가 약 0.05 중량% 내지 약 4.8 중량%의 양으로 중합체 조성물에 존재하고, 상기 윤활제가 몬탄산(montanic acid)의 에스터를 포함하고, 상기 윤활제가 폴리올을 추가로 포함하는, 레이저 용접 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 폴리에스터 중합체가 폴리부틸렌 테레프탈레이트 중합체를 포함하는, 레이저 용접 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 폴리에스터 중합체가 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중합체를 포함하는, 레이저 용접 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 폴리에스터 중합체가 약 30 중량% 내지 약 60 중량%의 양, 예컨대 약 40 중량% 내지 약 50 중량%의 양으로 조성물에 존재하고, 제2 폴리에스터 중합체가 약 12 중량% 내지 약 30 중량%의 양, 예컨대 약 18 중량% 내지 약 28 중량%의 양으로 중합체 조성물에 존재하는, 레이저 용접 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    강화 섬유가 유리 섬유를 포함하는, 레이저 용접 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    강화 섬유가 약 25 중량% 내지 약 38 중량%의 양으로 중합체 조성물에 존재하는, 레이저 용접 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    탄소질 물질이 카본 블랙 입자를 포함하는, 레이저 용접 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    탄소질 물질이 약 0.1 중량% 내지 약 0.8 중량%의 양으로 중합체 조성물에 존재하는, 레이저 용접 조성물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    마스터배치에 함유된 담체 중합체가 코폴리에스터를 포함하는, 레이저 용접 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    탄소질 물질이 약 40 W/m·K 이상의 고유 열전도도(intrinsic thermal conductivity)를 갖는, 레이저 용접 조성물.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    조성물이 퀴놀린을 포함하는 제2 레이저 첨가제를 함유하는, 레이저 용접 조성물.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    중합체 조성물이 980 nm의 파장 및 1 mm의 두께에서 약 50% 초과, 예를 들어 약 55% 초과, 예를 들어 약 60% 초과, 예를 들어 약 65% 초과 및 약 95% 미만의 투과율(transmission)을 나타내는, 레이저 용접 조성물.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 정의된 중합체 조성물로 형성된 성형품(molded article).
  17. 제16항에 따른 성형품을 포함하는 조립체(assembly)로서, 상기 성형품이 인접한 구성요소(component)에 레이저 용접된 것인, 조립체.
  18. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 정의된 중합체 조성물로 제조된 하우징(housing)을 포함하는 센서(sensor).
  19. 제18항에 따른 센서를 포함하는 첨단 운전자 지원 시스템(advanced driver assistance system).
  20. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 레이저 용접 조성물로 제조된 성형품을 레이저 빔(laser beam)과 접촉시키는 단계
    를 포함하는, 중합체 물품을 인접한 표면에 부착하는 방법으로서,
    상기 레이저 빔이, 상기 중합체 조성물이 유동하고 용접부(weld)를 형성하기에 충분한, 상기 중합체 조성물 내의 국부적인(localized) 온도 증가를 야기하는, 방법.
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