KR101277718B1 - 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (A) (a1) 폴리카보네이트 수지 10 내지 90 중량% 및 (a2) 폴리유산 수지 10 내지 90 중량%로 이루어진 기초 수지 100 중량부; (B) 변성 아크릴계 수지 1 내지 20 중량부; 및 (C) 충격보강제 1 내지 20 중량부를 포함하는 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물에 관한 것이다.
상기 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물은 내열성, 충격강도, 및 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 인장강도의 기계적 물성이 모두 우수한 물성 밸런스를 가짐에 따라, 자동차, 기계 부품, 전기전자 부품, 통신기기, 사무기기, 잡화 등과 같은 성형품에 유용하게 적용될 수 있다.
폴리카보네이트, 폴리유산, 코어/쉘, 내열성, 성형품
Description
본 발명은 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내열성, 충격강도 및 기계적 물성이 모두 우수한 물성 밸런스를 가지는 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물에 관한 것이다.
최근까지 고분자 재료의 연구 방향은 강인한 특수용 고분자 재료의 개발 및 고분자 물질의 안전성에 관한 것이 주를 이루었다. 그러나 범세계적으로 폐 고분자에 의한 환경오염 문제가 사회문제로 대두됨에 따라 최근에는 환경 친화성 고분자 재료의 필요성이 요구되고 있다.
이러한 환경 친화성 고분자는 크게 광분해성과 생분해성 고분자로 분류할 수 있는데, 이중 생분해성 고분자는 주쇄 구조에 미생물에 의한 분해가 가능한 작용기를 갖고 있는 것이다.
이러한 고분자 중 지방족 폴리에스테르 고분자는 가공성이 우수하고 분해 특 성의 조절이 용이하여 생분해성 고분자로서 가장 많이 연구되고 있는데, 특히 폴리유산(polylactic acid: PLA)의 경우 전세계에 15 만톤 규모의 시장을 형성하고 있고, 식품 포장재 및 용기, 전자제품 케이스 등의 일반 플라스틱이 사용되었던 분야까지 그 적용 범위가 확대되고 있다. 현재까지 폴리유산 수지의 주된 용도는 폴리유산의 생분해성 특성을 이용한 일회용 제품, 예를 들면 식품 용기, 랩, 필름 등에 이용되는 것이다. 이러한 폴리유산은 현재 미국의 Natureworks사, 일본의 Toyota 등에서 생산 중에 있다.
그러나 기존 폴리유산 수지는 성형성, 기계적 강도, 내열성이 부족하여 박막제품의 경우 쉽게 파손되고, 온도에 대한 저항성이 낮아, 외부온도가 60℃ 이상 상승하게 되면 성형 제품의 형태에 변형이 일어나는 문제가 있었다.
일본공개특허 제2006-131828호 및 제2006-199743호에서는 충격보강제나 비닐계 그라프트 공중합체를 사용하여 충격강도 및 내열성을 향상시키는 방법을 제안하고 있으나, 이는 폴리유산의 함량이 증가하면서 한계가 있으며, 특히 고하중에서의 내열성이 발현되기 어려운 문제가 있다.
또한 일본공개특허 제2007-231149호 및 국제공개특허 제2006-097979호에서는 폴리메틸메타크릴레이트 또는 아크릴계 공중합체를 사용하여 충격강도 및 내열성을 향상시키는 방법을 제안하고 있으나, 이는 아크릴계 공중합체 자체가 폴리카보네이트 보다 내열도가 낮을 뿐만 아니라 폴리유산의 결정화를 방해하기 때문에 높은 내열도를 구현하기 어려운 문제가 있다.
본 발명의 일 구현예는 내열성, 충격강도 및 기계적 물성이 모두 우수한 물성 밸런스를 가지는 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물로부터 제조된 성형품을 제공하기 위한 것이다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현예는 (A) (a1) 폴리카보네이트 수지 10 내지 90 중량% 및 (a2) 폴리유산 수지 10 내지 90 중량%로 이루어진 기초 수지 100 중량부; (B) 변성 아크릴계 수지 1 내지 20 중량부; 및 (C) 충격보강제 1 내지 20 중량부를 포함하는 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물을 제공한다.
상기 (B) 변성 아크릴계 수지는 알킬(메타)아크릴레이트 단량체; 및 방향족 또는 고리형 에스테르 아크릴계 단량체, 상기 알킬(메타)아크릴레이트 단량체와 공중합 가능한 단일 관능 불포화 단량체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 단량체로 이루어진 공중합체인 것이다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물로부터 제조된 성형품을 제공한다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물은 내열성, 충격강도, 및 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 인장강도의 기계적 물성이 모두 우수한 물성 밸런스를 가짐에 따라, 자동차, 기계 부품, 전기전자 부품, 통신기기, 사무기기, 잡화 등과 같은 성형품에 유용하게 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물은 (A) (a1) 폴리카보네이트 수지 및 (a2) 폴리유산 수지로 이루어진 기초 수지; (B) 변성 아크릴계 수지; 및 (C) 충격보강제를 포함한다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물을 이루는 각 성분에 대하여 구체적으로 살펴본다.
(A) 기초 수지
본 발명의 일 구현예에 따른 기초 수지는 (a1) 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 수지 및 (a2) 폴리유산(polylactic acid, PLA) 수지로 이루어진다.
(a1) 폴리카보네이트 수지
상기 폴리카보네이트 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 디페놀류와 포스겐, 할로겐 포르메이트, 카보네이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 반응시켜 제조될 수 있다.
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서,
A는 단일 결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 5의 알킬리덴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 6의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 10의 사이클로알킬리덴기, CO, S, 및 SO2로 이루어진 군에서 선택되는 연결기이며,
각각의 R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기이며,
n1 및 n2는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이며,
상기 "치환된"이란 수소 원자가 할로겐기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 1 내지 30의 할로알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환된 것을 의미한다.)
상기 화학식 1로 표시되는 디페놀류는 2종 이상이 조합되어 폴리카보네이트수지의 반복단위를 구성할 수도 있다. 상기 디페놀류의 구체예로는 히드로퀴논, 레조시놀, 4,4'-디히드록시디페닐, 2,2-비스-(4-히드록시페닐)-프로판('비스페놀-A'라고도 함), 2,4-비스-(4-히드록시페닐)-2-메틸부탄, 1,1-비스-(4-히드록시페닐)-사이클로헥산, 2,2-비스-(3-클로로-4-히드록시페닐)-프로판, 2,2-비스-(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)-프로판 등을 들 수 있다. 상기 디페놀류 중에서, 2,2-비스-(4-히드록시페닐)-프로판, 2,2-비스-(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)-프로판, 또는 1,1-비스-(4-히드록시페닐)-사이클로헥산을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한 2,2-비스-(4-히드록시페닐)-프로판을 더욱 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 폴리카보네이트 수지는 중량평균 분자량이 10,000 내지 200,000 g/mol인 것을 바람직하게 사용할 수 있으며, 15,000 내지 80,000 g/mol인 것을 더욱 바람직하게 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 분자량 범위에서 우수한 충격강도와 같은 물성을 얻을 수 있으며, 적당한 유동성을 가지게 되어 우수한 가공성을 얻을 수 있다.
상기 폴리카보네이트 수지는 두 종류 이상의 디페놀류로부터 제조된 공중합체의 혼합물일 수도 있다. 또한 상기 폴리카보네이트 수지는 선형 폴리카보네이트 수지, 분지형(branched) 폴리카보네이트 수지, 폴리에스테르카보네이트 공중합체 수지 등을 사용할 수 있다.
상기 선형 폴리카보네이트 수지로는 비스페놀-A계 폴리카보네이트 수지 등을 들 수 있다. 상기 분지형 폴리카보네이트 수지로는 트리멜리틱 무수물, 트리멜리틱산 등과 같은 다관능성 방향족 화합물을 디페놀류 및 카보네이트와 반응시켜 제조한 것을 들 수 있다. 상기 다관능성 방향족 화합물은 분지형 폴리카보네이트 수지 총량에 대하여 0.05 내지 2몰%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 폴리에스테르카보네이트 공중합체 수지로는 이관능성 카르복실산을 디페놀류 및 카보네이트와 반응시켜 제조한 것을 들 수 있다. 이때 상기 카보네이트로는 디페닐카보네이트와 같은 디아릴카보네이트, 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate) 등을 사용할 수 있다.
상기 폴리카보네이트 수지는 폴리카보네이트 수지 및 폴리유산 수지로 이루어진 기초 수지 총량에 대하여 10 내지 90 중량%로 포함되며, 좋게는 20 내지 60 중량%로 포함될 수 있다. 폴리카보네이트 수지가 상기 범위로 포함되는 경우 내열성 및 충격강도가 우수하며, 친환경 효과도 기대할 수 있다.
(a2) 폴리유산 수지
일반적으로 폴리유산은 옥수수 전분을 분해하여 얻은 유산(lactic acid)을 모노머로 하여 에스테르 반응에 의해 제조되는 폴리에스테르계 수지로서, 상업적 구입이 용이하다.
본 발명의 일 구현예에 따른 기초 수지로 사용되는 폴리유산은 L-이성질체, D-이성질체로, 또는 L,D-이성질체의 폴리유산을 들 수 있는데, 이들 폴리유산 수지는 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
상기 폴리유산은 내열성 및 성형성의 밸런스 면에서 L-이성질체가 95 중량% 이상 포함되는 것이 좋으며, 더 좋게는 L-이성질체 95 내지 100 중량% 및 D-이성질체 0 내지 5 중량%로 이루어진 폴리유산 수지를 사용할 수 있으며, 가장 좋게는 L-이성질체 98 내지 99.99 중량% 및 D-이성질체 0.01 내지 2 중량%로 이루어지는 폴리유산 수지를 사용할 수 있다. 상기 폴리유산 수지가 상기와 같은 함량으로 이루어지는 경우 내열성 및 성형성의 밸런스 뿐만 아니라 우수한 내가수분해성도 얻을 수 있다.
또한 상기 폴리유산 수지는 성형 가공이 가능하면 분자량이나 분자량 분포에 특별한 제한이 없으나, 중량평균 분자량이 80,000 g/mol 이상인 것을 사용하는 것이 좋으며, 더 좋게는 80,000 내지 300,000 g/mol 인 것을 사용하는 것이 좋다. 폴리유산 수지의 중량평균 분자량이 상기의 범위를 가지는 경우 성형체의 기계적 강도 및 내열성의 밸런스 면에서 우수하다.
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리유산 수지는 폴리유산 중합체, 폴리유산 공 중합체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 사용될 수 있다.
상기 폴리유산 중합체는 상기 L-이성질체, D-이성질체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 유산을 개환 중합하여 제조되는 중합체인 것이 좋다.
상기 폴리유산 공중합체는 상기 폴리유산 중합체와 공중합 가능한 성분과의 랜덤 또는 블록 공중합체이다. 상기 폴리유산 중합체와 공중합 가능한 다른 성분으로는 분자 내에 2개 이상의 에스테르 결합 가능한 관능기를 가지는 화합물을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 분자 내에 2개 이상의 에스테르 결합 가능한 관능기를 가지는 화합물로는 (a) 디카르복실산, (b) 다가 알코올류, (c) 유산 이외의 하이드록시 카르본산, (d) 락톤(lactone), (e) 상기 화합물로부터 제조되는 각종 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리카보네이트 등을 들 수 있다.
상기 (a) 디카르복실산으로는 탄소수 4 내지 50의 직쇄상 또는 분지상의 포화 또는 불포화 지방족 디카르복실산, 탄소수 8 내지 20의 방향족 디카르복실산, 폴리에테르 디카르복실산 등을 들 수 있다.
이때 상기 지방족 디카르복실산으로는 숙신산, 아디핀산, 세바신산, 데칸디카르복실산 등이 좋으며, 상기 방향족 디카르복실산으로는 프탈산, 테레프탈산, 이소프탈산 등이 좋으며, 상기 폴리에테르 디카르복실산으로는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 폴리프로필렌 글리콜 등의 폴리알킬렌 에테르의 양 말단에 카르복시 메틸기를 가지는 디카르복실산이 좋다.
상기 (b) 다가 알코올로는 지방족 폴리올류, 방향족 다가 알코올류, 폴리알 킬렌 에테르류 등을 들 수 있다.
이때 상기 지방족 폴리올류로는 부탄 디올, 헥산 디올, 옥탄 디올, 데칸 디올, 1,4-시클로헥산디메타놀, 글리세린, 소르비탄, 트리메틸올프로판, 네오펜틸 글리콜 등의 수산기 2 내지 4개를 가지는 탄소수 2 내지 50의 지방족 폴리올류가 바람직하게 사용된다.
또한 상기 방향족 다가 알코올류로는 비스-히드록시 메틸 벤젠, 하이드로퀴논 등의 탄소수 6 내지 20의 방향족 디올류, 또는 비스페놀 A나 비스페놀 F 등의 비스페놀류에 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 부틸렌 옥사이드 등과 같은 탄소수 2 내지 4의 알킬렌 옥사이드를 부가 반응시킨 방향족 디올류가 바람직하게 사용된다.
또한 상기 폴리알킬렌 에테르류로는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 등의 에테르 글리콜류를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 (c) 유산 이외의 하이드록시 카르본산으로는 글리콜산, 하이드록시 부틸 카르본산, 6-하이드록시 카프로산 등의 탄소수 3 내지 10의 하이드록시 카르본산을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 (d) 락톤으로는 글리콜라이드(glycolide), ε-카프로락톤 글리콜라이드, ε-카프로락톤, β-프로피오락톤, δ-부티로락톤, β-부티로락톤, γ-부티로락톤, δ-발레로락톤(valerolactone) 등을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 (e) 각종 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리카보네이트로는 유산 코폴리 머 제조에 종래부터 사용되고 있는 것이면 제한없이 사용될 수 있으나, 이들 중 폴리에스테르를 사용하는 것이 보다 좋다.
상기 폴리에스테르로는 지방족 디카르복실산과 지방족 디올로부터 제조되는 지방족 폴리에스테르를 바람직하게 사용할 수 있다.
이때 상기 지방족 디카르복실산으로는 숙신산, 아디핀산, 세바신산, 데칸디카르복실산 등을 바람직하게 사용할 수 있으며, 상기 지방족 디올로는 에틸렌 글리콜, 프로판 디올, 부탄 디올, 헥산 디올, 옥탄 디올 등의 탄소수 2 내지 20의 지방족 디올, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜 등의 폴리알킬렌 에테르(단독 중합체 또는 공중합체), 폴리알킬렌 카보네이트 등을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 폴리유산 수지는 폴리카보네이트 수지 및 폴리유산 수지로 이루어진 기초 수지 총량에 대하여 10 내지 90 중량%로 포함되며, 좋게는 20 내지 80 중량%로 포함될 수 있다. 폴리유산 수지가 상기 범위로 포함되는 경우 내열성 및 충격강도가 우수하며, 친환경 효과도 기대할 수 있다.
(B) 변성 아크릴계 수지
상기 변성 아크릴계 수지는 알킬(메타)아크릴레이트 단량체; 및 방향족 또는 고리형 에스테르 아크릴계 단량체, 상기 알킬(메타)아크릴레이트 단량체와 공중합 가능한 단일 관능 불포화 단량체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 단량체로 이루어진 공중합체가 사용된다.
상기 알킬(메타)아크릴레이트 단량체로는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트 등과 같은 알킬메타크릴레이트; 또는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 등과 같은 알킬아크릴레이트를 사용할 수 있다. 이때 상기 알킬은 탄소수 1 내지 10의 알킬을 의미한다.
상기 방향족 또는 고리형 에스테르 아크릴계 단량체로는 사이클로헥실(메타)아크릴레이트, 2-에틸페녹시(메타)아크릴레이트, 2-에틸티오페닐(메타)아크릴레이트, 2-에틸아미노페닐(메타)아크릴레이트, 페닐(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 2-페닐에틸(메타)아크릴레이트, 3-페닐프로필(메타)아크릴레이트, 4-페닐부틸(메타)아크릴레이트, 2-2-메틸페닐에틸(메타)아크릴레이트, 2-3-메틸페닐에틸(메타)아크릴레이트, 2-4-메틸페닐에틸(메타)아크릴레이트, 2-(4-프로필페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(4-(1-메틸에틸)페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(4-메톡시페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(4-사이클로헥실페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(2-클로로페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(3-클로로페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(4-클로로페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(4-브로모페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(3-페닐페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(4-벤질페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 알킬(메타)아크릴레이트 단량체와 공중합 가능한 단일 관능 불포화 단량체로는 스티렌, α-메틸스티렌 등과 같은 스티렌류; 아크릴로니트릴, 메타크릴로 니트릴, 에타크릴로니트릴 등과 같은 니트릴류; 아크릴산, 메타크릴산 등과 같은 불포화 카르복실산; 무수말레산 등과 같은 산 무수물; 2-하이드록시에틸아크릴레이트, 2-하이드록시프로필아크릴레이트, 모노글리세롤아크릴레이트 등과 같은 하이드록시기를 함유하는 아크릴레이트; 아크릴아미드, 메타크릴아미드 등과 같은 아미드류; 알릴글리시딜에테르; 글리시딜메타크릴레이트; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 변성 아크릴계 수지는 바람직한 예로, 알킬메타크릴레이트 단량체와 방향족 또는 고리형 에스테르 아크릴계 단량체로 이루어진 공중합체이거나, 알킬메타크릴레이트 단량체와 스티렌류 및 니트릴류 단량체로 이루어진 공중합체인 것을 사용할 수 있다.
상기 변성 아크릴계 수지는 변성 아크릴계 수지를 구성하는 단량체의 총량에 대하여 알킬(메타)아크릴레이트 단량체가 10 내지 90 중량%로 포함되는 것이 좋으며, 더 좋게는 30 내지 50 중량%로 포함될 수 있다. 알킬(메타)아크릴레이트 단량체가 상기 범위로 포함되는 경우 내열성 및 외관특성에 유리하다.
본 발명의 일 구현예에 따른 변성 아크릴계 수지는 통상적인 괴상중합, 유화중합, 또는 현탁중합 방법에 의해 중합될 수 있다.
상기의 방법으로 제조된 변성 아크릴계 수지는 폴리메틸메타크릴레이트와 같은 통상의 아크릴계 수지에 비해 높은 굴절률을 가진다. 즉, 본 발명의 일 구현예에 따른 변성 아크릴계 수지는 1.50 내지 1.58의 굴절률을 가지는 것이 특징이다. 변성 아크릴계 수지가 상기 굴절률의 범위를 가질 경우, 상용성 및 투명성이 향상 되어 폴리카보네이트 수지와 블렌딩시 잘 혼련되고 이에 따라 수지 조성물의 내충격성 및 내열성을 향상시킬 수 있다.
상기 변성 아크릴계 수지의 중량평균 분자량은 5,000 내지 200,000 g/mol 인 것이 좋다. 상기 범위의 중량평균 분자량을 가질 경우 컴파운딩(compounding)시 탄화 또는 분해가 발생되지 않으며, 폴리카보네이트 수지와의 우수한 상용성을 가지며 우수한 투명성을 확보할 수 있다.
상기 변성 아크릴계 수지는 폴리카보네이트 수지 및 폴리유산 수지로 이루어진 기초 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부로 포함되며, 좋게는 5 내지 15 중량부로 포함될 수 있다. 변성 아크릴계 수지가 상기 범위로 포함되는 경우 폴리카보네이트 수지와의 우수한 상용성, 내충격성 및 내열도를 확보할 수 있다.
(C) 충격보강제
상기 충격보강제는 코어-쉘 그라프트 공중합체로서, 고무의 코어 구조에 불포화 단량체가 그라프트되어 쉘이 형성된 구조를 가진다.
상기 고무는 탄소수 4 내지 6의 디엔계 고무, 아크릴계 고무, 실리콘계 고무, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 고무 단량체가 중합된 것을 사용하는 것이 좋으며, 실리콘계 고무를 단독으로 사용하거나 실리콘계 고무 및 아크릴계 고무를 혼용하여 사용하는 것이 그 구조적 안정성으로 인하여 더 좋다.
상기 아크릴계 고무로는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, n-프로필(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴 레이트, 헥실(메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴레이트 단량체를 사용할 수 있으며, 이때 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,3-부틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,4-부틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 알릴(메타)아크릴레이트, 트리알릴시아누레이트 등의 경화제를 더 사용할 수 있다.
상기 실리콘계 고무는 시클로실록산으로부터 제조되는 것으로, 구체적인 예로는 헥사메틸시클로트리실록산, 옥타메틸시클로테트라실록산, 데카메틸시클로펜타실록산, 도데카메틸시클로헥사실록산, 트리메틸트리페닐시클로트리실록산, 테트라메틸테트라페닐시클로테트로실록산, 옥타페닐시클로테트라실록산, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것으로부터 제조될 수 있다. 이때 트리메톡시메틸실란, 트리에톡시페닐실란, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란 등의 경화제를 더 사용할 수 있다.
상기 고무의 평균입경은 0.4 내지 1 ㎛ 인 것이 좋다. 고무의 평균입경이 상기 범위를 가지는 경우 우수한 내충격성을 확보하는 데 있어 더 유리하다.
상기 고무에 그라프트되는 불포화 단량체로는 알킬(메타)아크릴레이트, (메타)아크릴레이트, 산 무수물, 및 알킬 또는 페닐 핵치환 말레이미드로 이루어진 군에서 선택되는 것을 들 수 있으며, 이들을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 이때 상기 알킬은 탄소수 1 내지 8의 알킬을 의미한다.
상기 알킬(메타)아크릴레이트의 구체적인 예로는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트 등을 들 수 있으며, 이 중 메틸메타크릴레 이트가 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 산 무수물로는 무수말레인산, 무수이타콘산 등과 같은 카르복실산 무수물을 들 수 있다.
상기 코어-쉘 그라프트 공중합체는 고무 50 내지 90 중량% 및 그라프트되는 불포화 단량체 10 내지 50 중량%로 이루어지는 것이 좋다. 코어-쉘 그라프트 공중합체가 상기와 같이 이루어지는 경우 수지와의 상용성이 우수하고, 그 결과 우수한 충격 보강 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 충격보강제는 폴리카보네이트 수지 및 폴리유산 수지로 이루어진 기초 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부로 포함되며, 좋게는 3 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 충격보강제가 상기 범위로 포함되는 경우 충격 보강 및 내열성의 상승 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성률 등의 기계적 강도를 개선시킬 수 있다.
(D) 기타 첨가제
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 항균제, 열안정제, 산화방지제, 이형제, 광안정제, 상용화제, 염료, 무기물 첨가제, 계면활성제, 커플링제, 가소제, 충격보강제, 혼화제, 착색제, 안정제, 활제, 정전기방지제, 안료, 방염제, 내후제, 착색제, 자외선 차단제, 충전제, 핵 형성제, 접착 조제, 점착제, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택 될 수 있다.
상기 산화방지제로는 페놀형, 포스파이드형, 티오에테르형, 또는 아민형 산화방지제를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 이형제로는 불소 함유 중합체, 실리콘 오일, 스테아릴산의 금속염, 몬탄산의 금속염, 몬탄산 에스테르 왁스, 또는 폴리에틸렌 왁스를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 내후제로는 벤조페논형 또는 아민형 내후제를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 착색제로는 염료 또는 안료를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 자외선 차단제로는 산화티탄 또는 카본블랙을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 충전제로는 유리섬유, 탄소섬유, 실리카, 마이카, 알루미나, 점토, 탄산칼슘, 황산칼슘 또는 유리 비드를 바람직하게 사용할 수 있으며, 상기와 같은 충전제를 첨가할 경우 기계적 강도 및 내열성 등의 물성을 향상시킬 수 있다.
상기 핵 형성제로는 탈크 또는 클레이를 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 첨가제는 폴리카보네이트 수지 및 폴리유산 수지로 이루어진 기초 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 30 중량부로 포함될 수 있다. 첨가제가 상기 범위로 포함되는 경우 각 용도에 따른 첨가제의 효과를 얻을 수 있으며 우수한 기계적 물성 및 향상된 표면의 외관을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물은 폴리카 보네이트 수지, 폴리유산 수지, 변성 아크릴계 수지, 및 충격보강제를 함께 혼입하고 가공하여 제조될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 구현예에서는 폴리카보네이트 수지, 폴리유산 수지, 변성 아크릴계 수지, 및 충격보강제를 동시에 혼합하여 사용하거나, 또는 폴리유산과 상기 충격보강제를 혼합하여 마스터 배치를 제조하는 것이 가능하다.
상기 마스터 배치 방법을 사용할 경우 폴리카보네이트에 비하여 점도가 낮은 폴리유산의 유동성이 충격보강제에 의해 저하됨으로써 폴리카보네이트와 폴리유산의 점도 차이를 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 일 구현예에 따른 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물을 이용하여 공지의 방법으로 펠렛을 제조할 수 있다. 예를 들면, 상술한 본 발명의 구성 성분과 첨가제를 혼합한 후, 압출기 내에서 용융 압출하고 펠렛을 제조할 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 본 발명의 일 구현예의 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물을 성형하여 제조한 성형품을 제공한다. 상기 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물은 내열성, 충격강도 및 기계적 물성이 중요시하게 요구되는 분야의 성형제품, 예를 들면, 자동차, 기계 부품, 전기전자 부품, 통신기기, 사무기기, 잡화 등과 같은 성형품에 유용하게 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아 니다.
[실시예]
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물의 제조에 사용되는 각 구성 성분은 다음과 같다.
(A) 기초 수지
(a1) 폴리카보네이트 수지
일본 TEIJIN CHEMICALS LTD.에서 제조된 PANLITE L 1225WX을 사용하였다.
(a2) 폴리유산 수지
미국 NatureWorks LLC 사에서 제조된 4032D를 사용하였다.
(B) 변성 아크릴계 수지
(b1) 변성 아크릴계 수지로서, 스티렌 단량체, 아크릴로니트릴 단량체, 및 메틸메타크릴레이트 단량체를 이용하여 유화중합하여 제조된 공중합체를 사용하였다.
(b2) 변성 아크릴계 수지로서, 페닐 메타크릴레이트 단량체 및 메틸메타크릴레이트 단량체를 이용하여 유화중합하여 제조된 공중합체를 사용하였다.
(B') 아크릴계 수지
폴리메틸메타크릴레이트 수지로서, 일본 Mitsubishi Rayon Co.에서 제조된 L-84를 사용하였다.
(C) 충격보강제
일본 Mitsubishi Rayon Co.에서 제조된 METABLENE S-2100를 사용하였다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3
상기에서 언급한 성분들을 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 함량으로 공급 속도(feed rate) 40kg/hr, 스크류(screw) rpm 240, 온도 200 내지 250℃, 스크류 구성(screw configuration) 45φ Regular, L/D=36 인 압출기를 통해 압출물을 펠렛 형태로 제조하였다.
[시험예]
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 펠렛을 80℃에서 4 시간 동안 건조 후, 6 Oz의 사출능력이 있는 사출성형기를 사용하여, 실린더 온도 210 내지 230℃, 금형온도 100℃, 성형 사이클의 시간을 30초로 설정하고, ASTM 덤벨(dumbbell) 시험편을 사출 성형하여 물성 시편을 제조하였다. 상기 제조된 물성 시편은 하기의 방법으로 물성을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 열변형 온도(HDT) : ASTM D648에 준하여 측정하였다.
(2) Izod 충격강도 : ASTM D256A에 준하여 측정하였다.
(3) 굴곡강도 : ASTM D790에 준하여 측정하였다.
(4) 굴곡탄성율 : ASTM D790에 준하여 측정하였다.
(5) 인장강도 : ASTM D638에 준하여 측정하였다.
[표 1]
* 중량부는 (A) 기초 수지와 (B) 아크릴계 수지의 총량 100 중량부를 기준으로 나타낸 것이다.
상기 표 1을 통하여, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 경우 내열성 및 내 충격성과 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 인장강도의 기계적 물성이 우수한 물성 밸런스를 나타냄을 확인할 수 있다.
반면, 본 발명에 따른 변성 아크릴계 수지와 충격보강제를 사용하지 않은 비교예 1의 경우 내충격성이 현저히 저하됨을 확인할 수 있으며, 또한 본 발명에 따른 변성 아크릴계 수지 대신 폴리메틸메타크릴레이트를 사용한 비교예 2 및 3의 경우 내열성 및 내충격성이 저하됨을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (9)
- (A) (a1) 폴리카보네이트 수지 10 내지 90 중량% 및 (a2) 폴리유산 수지 10 내지 90 중량%로 이루어진 기초 수지 100 중량부;(B) 5,000 내지 200,000 g/mol의 중량평균 분자량을 가지는 변성 아크릴계 수지 1 내지 20 중량부; 및(C) 충격보강제 1 내지 20 중량부를 포함하고,상기 변성 아크릴계 수지는 알킬(메타)아크릴레이트 단량체; 및 방향족 에스테르 아크릴계 단량체 또는 고리형 에스테르 아크릴계 단량체, 상기 알킬(메타)아크릴레이트 단량체와 공중합 가능한 단일 관능 불포화 단량체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 단량체로 이루어진 공중합체이고, 상기 단량체 중 적어도 하나는 상기 방향족 에스테르 아크릴계 단량체인폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 (a1) 폴리카보네이트 수지는 디페놀류를 포스겐, 할로겐 포르메이트, 카보네이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물과 반응시켜 제조된 것인 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 (a2) 폴리유산 수지는 L-이성질체, D-이성질체, L,D-이성질체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 방향족 에스테르 아크릴계 단량체는 2-에틸페녹시(메타)아크릴레이트, 2-에틸티오페닐(메타)아크릴레이트, 2-에틸아미노페닐(메타)아크릴레이트, 페닐(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 2-페닐에틸(메타)아크릴레이트, 3-페닐프로필(메타)아크릴레이트, 4-페닐부틸(메타)아크릴레이트, 2-2-메틸페닐에틸(메타)아크릴레이트, 2-3-메틸페닐에틸(메타)아크릴레이트, 2-4-메틸페닐에틸(메타)아크릴레이트, 2-(4-프로필페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(4-(1-메틸에틸)페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(4-메톡시페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(4-사이클로헥실페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(2-클로로페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(3-클로로페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(4-클로로페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(4-브로모페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(3-페닐페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 2-(4-벤질페닐)에틸(메타)아크릴레이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이고,상기 고리형 에스테르 아크릴계 단량체는 사이클로헥실(메타)아크릴레이트인 것인 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 공중합 가능한 단일 관능 불포화 단량체는 스티렌류, 니트릴류, 불포화 카르복실산, 산 무수물, 하이드록시기를 함유하는 아크릴레이트, 아미드류, 알릴글리시딜에테르, 글리시딜메타크릴레이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 알킬(메타)아크릴레이트 단량체는 (B) 변성 아크릴계 수지를 구성하는 단량체의 총량에 대하여 10 내지 90 중량%로 포함되는 것인 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 (C) 충격보강제는 탄소수 4 내지 6의 디엔계 고무, 아크릴계 고무, 실리콘계 고무, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 고무로 형성된 코어 에, 알킬(메타)아크릴레이트, (메타)아크릴레이트, 산 무수물, 알킬 또는 페닐 핵치환 말레이미드, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 불포화 단량체가 그라프트되어 쉘이 형성된 구조인 것인 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물.
- 제1항 내지 제3항, 및 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항의 폴리유산/폴리카보네이트 수지 조성물로부터 제조된 성형품.
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