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KR100217764B1 - 스티렌계 난연수지 조성물 - Google Patents

스티렌계 난연수지 조성물 Download PDF

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KR100217764B1
KR100217764B1 KR1019960046572A KR19960046572A KR100217764B1 KR 100217764 B1 KR100217764 B1 KR 100217764B1 KR 1019960046572 A KR1019960046572 A KR 1019960046572A KR 19960046572 A KR19960046572 A KR 19960046572A KR 100217764 B1 KR100217764 B1 KR 100217764B1
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성 룡 김
용 연 황
원 희 한
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성재갑
주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 내열성, 내후성 및 열안정성이 우수한 스티렌계 난연 수지 조성물에 관한 것으로 고무 함량 25 내지 70중량%의 디엔계 고무 존재하에 방향족 비닐 단량체, 시안화 비닐 단량체 및 아크릴산 또는 메타크릴산의 알킬 에스테르 단량체 중에서 선택된 2종 이상의 단량체를 괴상, 현탁 또는 유화 중합시켜 얻은 그라프트 중합체(A) 25 내지 70중량%; 방향족 비닐 단량체 및 시안화비닐 단량체를 괴상 또는 현탁 중합시킨 중합체 (B) 5 내지 40중량%; 방향족 비닐 단량체, 시안화 비닐 단량체 및 말레이미드계 단량체를 유화중합시켜 얻은 내열공중합체(C) 0 내지 50중량%; 폴리에테르 에스테르 공중합체 (D) 0.5 내지 30중량%로 이루어진 스티렌계 수지 100중량%에 대하여 브롬계 난연제(E) 5 내지 30중량% 및 삼산화 안티몬(F) 1 내지 20중량%가 혼합되어 구성된다.

Description

스티렌계 난연 수지 조성물{FLAME-RETARDANT STYRENE RESIN COMPOSITION}
본 발명의 목적은 내열성, 내후성 및 열안정성이 우수한 스티렌계 난연 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 내후성 및 열안정성이 우수한 스티렌계 난연 수지 조성물로서 더 구체적으로는 폴리에테르 에스테르 공중합체를 함유하는 스티렌계 난연 수지 조성물에 관한 것이다.
난연 ABS 수지는 각종 OA 기기 및 가전 제품의 외장재로 사용되고 있는데 사용 난연제에 따라 특성에 차이가 있다. 일반적으로 테트라브로모 비스페놀-A나 트리브로모페녹시에탄이 가장 많이 사용되고 있다. 그러나 최근 외장재의 대형화에 따른 내열성 향상 및 내후성의 향상이 요구되고 있으며 그 방법으로는 α-메틸스티렌계 또는 N-페닐말레이미드계 난연 ABS(일본국 특허 제 03273045 호)를 제조하거나 브롬화 에폭시 올리고머 난연제의 사용(일본국 특허 제 62004737 호)이 점차 확대되고 있다. 그러나 페닐말레이미드계 난연 ABS는 내열성은 향상되나 내충격성 저하가 심하고 브롬화에폭시 올리고머 난연제를 사용할 경우 내후성 및 내열성은 우수하나 강성 및 열안정성이 떨어지는 단점이 있다. 이를 보완하기 위하여 난연제 제조시 트리브로모 페놀을 추가로 첨가하여 브롬화 에폭시올리고머 말단을 개질시킨 난연제를 사용하기도 한다(일본국 특허 제 63072749 호). 이 경우 강성은 향상되나 내후성이 떨어지는 단점이 있으며 가격 또한 고가이다. 또한 난연성 및 내충격성 향상을 위하여 염소화 폴리에틸렌을 병행 사용(일본국 특허 제 05331350 호)하거나 실리콘계 첨가제를 사용하는 방법(일본국 특허 제 05093120 호)이 제안되었으나 이 또한 열안정성 저하가 심하거나 가격이 고가인 단점이 있다.
본 발명은 내열성, 내후성 및 열안정성이 우수한 스티렌계 난연 수지 조성물에 대한 것으로 특히 테트라브로모 비스페놀-A 또는 브롬화에폭시 올리고머를 사용하는 스티렌계 난연 수지의 제조시 에테르 및 에스테르의 사용 비율을 조절함으로써 폴리에테르 에스테르 공중합체를 최적 비율로 사용하는 것을 특징으로 한다.
이하에 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 고무함량 25 내지 70중량%의 디엔계 고무의 존재하에 방향족 비닐단량체, 시안화 비닐 단량체 및 아크릴산 또는 메타크릴산의 알킬 에스테르 단량체 중에서 선택된 2종 이상의 단량체를 괴상, 현탁 또는 유화 중합시켜 얻은 그라프트(graft) 중합체(A) 25 내지 70중량%; 방향족 비닐 단량체 및 시안화비닐 단량체를 괴상 또는 현탁 중합시킨 중합체(B) 5 내지 40중량%; 방향족 비닐 단량체, 시안화 비닐 단량체 및 말레이미드계 단량체를 유화 중합시켜 얻은 내열공중합체(C) 0 내지 50중량%; 폴리에테르 에스테르 공중합체(D) 0.5 내지 30중량%로 이루어진 스티렌계 수지 100중량부에 대하여 브롬계 난연제(E) 5 내지 30중량부 및 삼산화 안티몬(F) 1 내지 20중량부가 첨가된 난연 수지 조성물이다.
이하에서 본 발명에 사용되는 중합체 각각에 대하여 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 그라프트 공중합체(A)는 괴상, 현탁 및 유화 중합 또는 이들의 혼합 중합 방법으로 제조할 수 있다. 본 발명에서는 유화중합으로 제조된 것으로 이를 설명하면, 먼저 고무 성분을 중합하여 고무 중합체 라텍스를 제조한 후 고무성분 25 내지 70중량%, 바람직하게는 40 내지 65중량%를 투입하고 방향족 비닐 단량체, 시안화 비닐 단량체 및 아크릴산 또는 메타크릴산의 알킬에스테르 단량체 중에서 선택된 2종 이상의 단량체를 75 내지 30중량% 투입하여 소량의 유화제 및 개시제 존재하에 유화 중합시켜 그라프트 공중합체(A)를 제조한다. 그라프트 공중합체에 사용되는 고무 성분의 평균 입경은 1000 내지 5000Å이며, 겔 함량이 50% 이상인 것을 사용하고, 그라프트 중합체의 그라프트율은 30 내지 70%이다.
공중합체(B)는 괴상 또는 현탁 중합에 의해 제조할 수 있는데 본 발명에서는 괴상 중합에 의해 제조된 것을 사용하며, 방향족 비닐 화합물 65 내지 85중량%, 더 바람직하게는 70 내지 80중량%를 사용하고, 시안화 비닐 화합물은 15 내지 35중량%, 더 적절하게는 20 내지 30중량%를 사용하고 소량의 분자량 조절제를 투입하여 제조한다.
공중합체(C)는 괴상, 현탁 및 유화 중합에 의해 제조될 수 있는데 본 발명에서는 유화 중합에 의해 제조된 것을 사용하며 말레이미드 화합물 15 내지 50중량%, 더 바람직하게는 20 내지 45중량%를 사용하며, 방향족 비닐 화합물 30 내지 60중량%, 더 바람직하게는 30 내지 50중량%를 사용하고, 시안화 비닐 화합물은 10 내지 25중량%, 더 적절하게는 15 내지 20중량%를 사용하고 소량의 분자량 조절제를 투입하여 제조한다.
공중합체(D)는 저분자량 글리콜과 이작용성 카복실산, 폴리알킬렌 글리콜을 에스테르화반응 또는 에스테르교환반응시켜 얻은 생성물을 중축합반응시켜 제조하는데 글리콜과 이작용성 카복실산, 폴리알킬렌 글리콜에 다작용성 기를 가진 티오에테르계 화합물을 에스테르화반응, 에스테르교환반응이나 중축합반응시에 첨가하고 촉매 및 안정제를 에스테르화 반응, 에스테르교환 반응 초기에 첨가하여 반응시킨 후, 반응이 90% 이상 진행되면 안정제를 재첨가하여 고진공상태에서 중축합 반응을 진행한다.
본 발명에 사용되는 이작용성 카복실산의 구체적인 예로는 테레프탈산, 디메틸 테레프탈레이트이며 이들 이외의 공중합 성분으로 이소프탈산, 디메틸테레프탈레이트, 아디프산, 수베르산, 세바크산, 11,5-나프탈렌 카복실산, 2,6-나프탈렌디카복실산, 디메틸 2,6-나프탈레이트, 1,4-사이클로헥산 디카복실산 등을 전체 산 성분의 20몰% 이하의 범위로 이용하는 것이 가능하다.
저분자량 글리콜의 구체적인 예로는 1,4-부탄디올이며, 이것 이외의 공중합 성분으로 에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,4-사이클로헥산디멘탄올 등을 전체 저분자량 글리콜의 20몰% 이하로 사용하는 것이 가능하다.
본 발명에 사용되는 폴리알킬렌 글리콜의 구체적인 예로는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜 등이며 단독 또는 혼합물 성분으로서 사용가능하다. 사용되는 폴리알킬렌 글리콜 성분에 따라서 최종 중합체의 물성이 영향을 받게 된다. 폴리에틸렌 글리콜은 폴리프로필렌 글리콜과 폴리테트라메틸렌 글리콜에 비해 상대적으로 친수성이 강해 내수성은 저하되지만 내유성면에서 유리하고 폴리프로필렌 글리콜과 폴리테트라메틸렌 글리콜은 소수성을 띠기 때문에 내수성과 가수분해성이 우수하다. 폴리알킬렌 글리콜의 사용량은 폴리에테르 에스테르 공중합체에 대하여 20 내지 80중량%를 사용하는 것이 좋다. 폴리알킬렌 글리콜의 사용량이 많을수록 플라스틱보다는 고무에 가까운 물성을 나타낸다. 20중량% 이하에서는 폴리에테르 에스테르 공중합체의 탄성과 탄성회복율이 저하되고 80중량% 이상에서는 고온 열처리 후의 기계적 특성이 떨어지고 성형성이 떨어진다. 폴리알킬렌 글리콜의 평균 분자량은 500 내지 4000인 것이 바람직하다. 평균 분자량 500 이하의 폴리알킬렌 글리콜을 사용하면 고온 열처리 후의 기계적 특성이 저하하고 고온, 고진공하의 반응에서 빠져 나가는 경우가 있다. 평균 분자량 4000 이상의 폴리아릴렌 글리콜을 사용하면 기계적 물성이 저하되며 고분자량의 중합체를 얻기가 어렵다.
본 발명에 사용되는 다작용성 기를 가진 티오에테르계 화합물의 구체적인 예로는 펜타에리트리톨 테트라키스(베타-도데실 티오프로피오네이트)이다. 사용량은 이작용성 카복실산에 대해 0.04몰% 내지 1.0몰%로 사용하는 것이 좋다. 상기 화합물의 사용량이 0.04몰% 이하에서는 원하는 열안정성과 용융강도를 얻을 수 없으며 1.0몰% 이상에서는 중합체내의 화학적 가교 결합의 밀도가 높아져서 가공성이 나빠지게 되고 기계적 물성의 저하를 초래하게 되므로 바람직하지 못하다. 첨가 시기는 에스테르 형성반응인 에스테르화반응, 에스테르교환반응이나 중축합반응시이다.
본 발명에 사용되는 촉매는 테트라이소프로필 티타네이트, 테트라부틸 티타네이트, 테트라에틸 티타네이트, 테트라메틸 티타네이트 등의 테트라알킬 티타네이트 단독이나 마그네슘 또는 리튬, 칼슘아세테이트 혼합물을 사용하며 사용량은 이작용성 카복실산에 대해 0.01 내지 0.6중량%인 것이 바람직하다. 촉매의 사용량이 0.01중량% 이하인 경우에는 에스테르화반응 또는 에스테르교환반응이 불충분하고 중축합반응도 충분히 진행되지 않아 불충분한 중합도의 중합체가 착색되므로 바람직하지 않다. 촉매는 에스테르화반응시나 에스테르교환반응시 첨가하고 중축합반응시 추가로 첨가한다.
본 발명에 사용되는 안정제는 아미드계 화합물을 사용하는 것이 좋으며 사용량은 이작용성 카복실산에 대해 0.05 내지 2중량%로 사용하는 것이 좋으며 0.05중량% 이하에서는 안정제로서의 효과가 불충분하여 효과가 없으며 2중량% 이상에서는 중합체의 색상이 나빠지며 기계적 물성이 저하하는 등의 결점이 있다. 첨가 시기는 에스테르화반응 또는 에스테르교환반응 초기와 에스테르화반응 또는 에스테르교환반응이 90% 이상 진행된 시점이나 중축합 반응 초기이다. 폴리에테르 에스테르 공중합체의 쇼어 경도(Shore hardness)는 폴리알킬렌테레프탈레이트 성분 및 폴리에테르 글리콜 성분의 비율이나 성분에 따라 변화되며 쇼어 경도가 20D 내지 95D인 것이 바람직하다. 더 유리하게는 20D 내지 65D인 것이 바람직하다.
본 발명의 브롬계 난연제(E)는 트리브로모 페녹시 에탄 테트라브로모비스페놀 A 또는 에피클로로히드린 괴상 또는 용액 중합체이거나 중합후 트리브로모페놀과 재반응시킨 물질로서, 에폭시 당량은 320 내지 900, 더 바람직하게는 380 내지 800이며, 하기 일반식과 같이 표현되는 물질이다:
상기 식에서,
R1및 R2는 -H,
이며,
n은 0 이상의 정수이다.
이하의 실시예로서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
제조예 1: ABS 수지의 제조
질소치환된 반응기에 부타디엔 100중량부, 이온교환수 100중량%, 나트륨 라우릴 설페이트 0.2 중량%, 3급도데실 메르캅탄 0.1중량%를 넣어 30시간 중합시켜 폴리부타디엔 라텍스를 얻었다. 얻어진 폴리부타디엔 라텍스 80중량%, 이온교환수 150중량%, 스티렌 45중량%, 아크릴로니트릴 15중량%, 나트륨 라우릴 설페이트 0.3 중량%, 3급도데실메르캅탄 0.1중량%를 새로운 질소치환된 반응기에 넣고 반응기 온도가 70℃에 도달하면 과황산칼륨 0.1중량부를 넣고 3시간 중합하고 얻어진 중합체를 후처리 공정을 통하여 건조분말 상태의 ABS 수지를 얻었다.
제조예 2: SAN 수지의 제조
질소치환된 반응기에 스티렌 75중량부, 아크릴로니트릴 25중량부, 3급도데실 메르캅탄 0.3중량부를 넣고 180℃에서 1시간 동안 괴상중합시켜 공중합체 SAN을 얻었다.
제조예 3: PMISAN 수지의 제조
질소치환된 중합반응기에 이온교환수 80중량부를 일괄 투입하고 반응기 내온을 70℃로 승온시키면 N-페닐말레이미드 40중량부, 스티렌 40중량부, 아크릴로니트릴 20중량부 및 이온교환수 40중량부로 된 혼합액을 8시간 연속 투입한 후 반응기 내온을 75℃로 승온시키고 이온교환수 20중량부, 알킬벤젠설폰산 나트륨 염 0.1중량부 및 과황산칼륨 0.1중량부로 된 혼합액을 일괄 투입하고 2시간 교반하여 중합을 완결하였다. 중합 완료 후 중합 전환율은 95.9%이고 라텍스 평균 입경은 924Å이었다. 얻어진 중합체 라텍스를 가압 응집시켜 분말 상태로 만들고 수세 건조시켜 공중합체 PMISAN을 얻었다.
제조예 4: 폴리에테르 에스테르 공중합체의 제조
디메틸 테레프탈레이트 970g, 1,4 부탄디올 567g, 폴리테트라메틸렌 글리콜(평균 분자량 1000) 1200g을 투입하고 펜타에리트리톨 테트라키스(베타-도데실티오프로피오네이트) 6.97g, 테트라부틸 티타네이트 0.49g 및 이가녹스 1098(IRGANOX 1098(시바가이기사)) 1.94g을 반응기에 첨가하고 상압에서 온도를 140℃에서 200℃까지 서서히 승온시키면서 에스테르교환반응을 행하였다. 이론량의 메탄올이 90% 유출되는 시점에 안정제로서 이가녹스 1098(시바가이기사) 3.88g을 첨가하였다. 에스테르교환반응이 완료된 후 생성물을 중축합 반응기에 이송하고 테트라부틸 티타네이트를 2.91g 첨가하여 서서히 감압하면서 진공도를 0.1토르 이하로 유지시켰다. 250℃에서 150분 동안 반응을 진행시킨 후 질소를 주입하여 진공을 해제하고 중합체를 토출 냉각하여 최종 제품을 얻은 후, 감압건조시킴으로써 폴리에테르 에스테르 중합체를 얻었다.
실시예 1
제조예 1에서 제조된 ABS 45중량부, 제조예 2에서 제조된 SAN 45중량부, 제조예 4의 폴리에테르 에스테르 중합체 10중량부, 삼산화안티몬 8중량부 및 에폭시 당량이 600인 브롬화 에폭시 25중량부 및 스테아린산 칼륨 0.5중량부, 디페닐이소옥틸 포스파이트 0.5중량부를 헨쉘(Henschel) 믹서로 균일하게 혼합한 후 압출하였다. 얻어진 펠렛상을 사출 성형하여 물성 시편을 제작한 후 그 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
실시예 2
제조예 1에서 제조된 ABS 45중량부, 제조예 2에서 제조된 SAN 25중량부, 제조예 3에서 제조된 PMISAN 20중량부, 제조예 4의 폴리에테르 에스테르 중합체 10중량부, 삼산화안티몬 8중량부 및 에폭시 당량이 600인 브롬화에폭시 25중량부 및 스테아르산 칼륨 0.5중량부, 디페닐이소옥틸 포스파이트 0.5중량부를 헨쉘 믹서로 균일하게 혼합한 후 압출하였다. 얻어진 펠렛상을 사출 성형하여 물성 시편을 제작한 후 그 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
실시예 3
브롬화 에폭시 대신 테트라브로모 비스페놀 A를 동량 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 처리하여 물성 시편을 제작한 후 그 물성을 표 1에 나타내었다.
비교예 1
LG 화학 SAN 90HR 55중량부를 사용하고 폴리에테르 에스테르 중합체는 사용하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 처리하여 시편을 제작한 후 그 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
비교예 2
LG 화학 SAN 90HR 55중량부를 사용하고 폴리에테르 중합체는 사용하지 않은 것 이외에는 실시예 3과 동일하게 처리하여 시편을 제작한 후 그 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
충격강도*1 19.3 15.7 18.3 11.5 13.6
열변형온도*2 80.3 87.4 77.8 80.6 78.5
색상 변색도*3 0.7 0.8 7.5 0.9 9.3
난연도(1/16) V-0 V-O V-O V-O V-O
체류 변색도*4 1.6 1.5 5.3 3.4 8.5
측정방법:*1: ASTM D256
*2: ASTM D64
*3: 훼더 오 미터(Fade-O-Meter)에서 300시간 조사 후의 색상변화
*4: 230℃, 15분 사출기내 체류 후의 색상변화
본 발명의 방법은 상기 언급한 성분이외에 열안정제, 산화방지제, 활제 및 자외선 안정제 등의 기타 첨가제를 적당량 첨가시키므로써 본 발명 조성물의 물성 및 가공성을 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 고무 함량 25 내지 70중량%의 디엔계 고무 존재하에 방향족 비닐 단량체, 시안화 비닐 단량체 및 아크릴산 또는 메타크릴산의 알킬 에스테르 단량체 중에서 선택된 2종 이상의 단량체를 괴상, 현탁 또는 유화 중합시켜 얻은 그라프트 중합체(A) 25 내지 70중량%;
    방향족 비닐 단량체 및 시안화비닐 단량체를 괴상 또는 현탁 중합시킨 중합체 (B) 5 내지 40중량%;
    방향족 비닐 단량체, 시안화 비닐 단량체 및 말레이미드계 단량체를 유화중합시켜 얻은 내열공중합체(C) 0 내지 50중량%;
    폴리에테르 에스테르 공중합체 (D) 0.5 내지 30중량%
    로 이루어진 스티렌계 수지 100중량%에 대하여,
    브롬계 난연제(E) 5 내지 30중량% 및 삼산화 안티몬(F) 1 내지 20중량%가 혼합된 스티렌계 난연 수지 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    브롬계 난연제가 트리브로모 페녹시 에탄 테트라브로모 비스페놀 A이거나 디글리시딜 에테르 유도체 또는 트리브로모페놀 치환체임을 특징으로 하는 난연 수지 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    폴리에테르 에스테르 공중합체가 저분자량 글리콜과 이작용성 카복실산, 폴리알킬렌 글리콜을 에스테르화반응 또는 에스테르교환반응시켜 얻은 생성물을 중축합반응시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 난연 수지 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 저분자량 글리콜이 1,4-부탄디올인 것을 특징으로 하는 난연 수지 조성물.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 이작용성 카복실산이 테레프탈산 또는 디메틸 테레프탈레이트인 것을 특징으로 하는 난연 수지 조성물.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌 글리콜이 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 또는 폴리테트라메틸렌 글리콜인 것을 특징으로 하는 난연 수지 조성물.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌 글리콜이 상기 폴리에테르 에스테르 공중합체의 20 내지 80중량%인 것을 특징으로 하는 난연 수지 조성물.
KR1019960046572A 1996-10-17 1996-10-17 스티렌계 난연수지 조성물 KR100217764B1 (ko)

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