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KR100962422B1 - 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100962422B1
KR100962422B1 KR1020080067434A KR20080067434A KR100962422B1 KR 100962422 B1 KR100962422 B1 KR 100962422B1 KR 1020080067434 A KR1020080067434 A KR 1020080067434A KR 20080067434 A KR20080067434 A KR 20080067434A KR 100962422 B1 KR100962422 B1 KR 100962422B1
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KR
South Korea
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polybutylene terephthalate
clay
screw extruder
twin screw
continuous twin
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서금석
남병욱
만와 후세인
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신일화학공업(주)
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Abstract

본 발명은, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 점토가 함유되어 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 있으며, 상기 점토 소판들은 일정 거리만큼 서로 이격되어 있고, 열변형온도가 적어도 100℃인 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 우수한 기계적 특성, 내열 특성 및 물리적 특성을 나타내는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻을 수가 있다.
폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 점토(clay), 유리섬유(glass fiber), 탄소나노튜브(carbon nano tube), 카본블랙(carbon black), 카본섬유(carbon fiber), 분산(dispersion)

Description

폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 및 그 제조방법{polybutyleneterephthalate nanocomposite and manufacturing method thereof}
본 발명은 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우수한 기계적 특성, 내열 특성 및 물리적 특성을 나타내는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
폴리아미드 나일론(polyamide nylon)과 비교하여 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate; PBT)는 매우 낮은 수분 흡수(water absorption) 특성을 나타낸다. 또한, 상기 PBT는 내충격성, 내마모성, 내습성, 내화학성 등이 우수하여 전자 소자의 하우징(electronic device housing), 전기 회로 보드(electric circuit board), 모터 절연체(motor insulator), 커넥터(connector) 등과 같은 구조용 재료에 적합하다.
최근에는 나노조성물이 우수한 기계적 특성, 내열 특성 및 물리적 특성을 나타내는 것으로 알려져 있어 이에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 점토를 분산 시켜 나노조성물을 얻으려는 연구가 진행되고 있으나, 그 연구는 대부분 나일론에 국한되고 있다.
대한민국 특허출원 제10-2003-0034824호(특허등록 제10-0502261호)는 폴리아미드 동시 이축 연신 필름의 제조방법에 관한 것으로, 나일론(nylon)에 몬모닐로나이트(montmorillonite)가 분산된 나노조성물을 제시하고 있다. 그러나, 특허출원 제10-2003-0034824호는 축합법을 이용하여 나일론 나노조성물을 제조하는 방법을 제시할 뿐이다. 이러한 축합법에 의한 방식은 공정이 복잡하고, 재현성이 떨어지며, 제조에 오랜 시간이 걸리고, 생산 수율이 떨어져서 대량 생산에는 적합하지 않다는 문제점이 있다.
이에 따라 용융 컴파운딩 공정(melt compounding process)에서 박리하여 분산시키려는 연구도 진행되고 있다. 그러나, 현재까지 알려진 용융 컴파운딩 공정을 이용한 나노조성물은 점토의 박리 정도를 충분히 확보하지 못하고 균일한 분산도 이루어지지 못하고 있으며, 만족할 만한 수준의 기계적 특성, 내열 특성 및 물리적 특성을 갖는 나노조성물을 얻지 못하고 있다.
특히, 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate; PBT) 수지는 내습성이 우수하여 많은 구조용 재료로서 사용될 가능성이 높음에도 불구하고, 만족할 만한 수준의 기계적 특성, 내열 특성 및 물리적 특성을 갖는 PBT 수지 나노조성물을 개발하지 못하고 있으며, 또한 전기 전도성을 갖는 PBT 나노조성물에 대하여도 아직까지 개발되지 못하고 있다.
한편, 폴리부틸렌테레프탈레이트 조성물을 제조하기 위해서는 폴리부틸렌테 레프탈레이트 수지를 용융시켜 혼련하는 과정을 거쳐야 하는데, 혼합되는 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 첨가되는 다른 원료 간에 용융 온도에 차이가 있고 점성의 제어가 어려우며, 용융 혼련되는 물질들간의 화학적 구조, 극성 및 계면 장력 등이 상이하여 상분리 현상이 발생하여 분산에 어려움이 있다. 따라서, 이러한 상분리 현상을 방지하기 위하여 분산제, 계면활성제와 같은 첨가제를 첨가하여야 하는데, 이러한 첨가제는 친환경적이지 못하다.
대한민국 등록특허공보 제10-0582338호는 폴리에스테르 조성물에 관하여 기술하고 있다. 그러나, 상기 대한민국 등록특허공보 제10-0582338호는 PBT와 PET를 포함하는 얼로이(alloy) 수지를 기초로 한 폴리에스테르 조성물에 대하여 개시할 뿐이며, 또한 반응성 계면활성제 등의 첨가제를 사용하여 폴레에스테르 조성물을 제조하는 방법을 제시하고 있는데, 환경에 유해한 계면활성제 등과 같은 첨가제를 사용함이 없이는 그 목적을 달성하기가 어렵다는 문제가 있다.
이와 같이 단일의 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지만을 기초로 한 나노조성물은 그 필요성에도 불구하고 개발의 어려움으로 인하여 현재까지 개발되지 못하고 있으며, 만족할 만한 수준의 기계적 특성, 내열 특성 및 물리적 특성을 갖는 나노조성물을 얻지 못하고 있다. 또한, 최근에는 환경에 유해한 계면활성제, 분산제, 커플링제, 산화방지제, 자외선 안정제 등과 같은 첨가제를 사용함이 없이도 제조할 수 있는 나노조성물의 개발 필요성이 대두되고 있음에도 불구하고, 개발의 어려움으로 인하여 현재까지 개발되지 못하고 있으며, 만족할 만한 수준의 기계적 특성, 내열 특성 및 물리적 특성을 갖는 나노조성물을 얻지 못하고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 환경에 유해한 계면활성제, 분산제, 커플링제, 산화방지제, 자외선 안정제 등과 같은 첨가제가 함유되지 않음에도 불구하고 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 우수한 기계적 특성, 내열 특성 및 물리적 특성을 나타내는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 환경에 유해한 계면활성제, 분산제, 커플링제, 산화방지제, 자외선 안정제 등과 같은 첨가제를 사용함이 없이도 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 판형의 점토 소판들을 불연속적으로 균일하게 분산시키고, 혼합, 용융, 압축 및 분산이 인-시츄(in-situ)하게 이루어지는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 점토가 함유되어 박리된 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 있으며, 상기 점토 소판들은 일정 거리 만큼 서로 이격되어 있고, ASTM D648에 따라 측정된 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 열변형온도가 적어도 100℃인 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 점토가 함유되어 박 리된 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 있으며, 상기 점토 소판들은 일정 거리만큼 서로 이격되어 있고, 상기 점토는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼15중량% 함유되어 있는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 제공한다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 탄소나노튜브를 0.01∼15중량% 함유하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 10-2∼1012 Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 가질 수 있다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 카본블랙을 0.01∼20중량% 함유하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 10-2∼1012 Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 가질 수 있다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 카본섬유를 0.5∼25중량% 함유하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 10-2∼1012 Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 가질 수 있다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 탄소나노튜브, 카본블랙 및 카본섬유 중에서 선택된 적어도 2개 이상의 물질을 0.01∼25중량% 함유하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 10-2∼1012 Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 가질 수 있다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 유리섬유를 더 포함하고, 상기 유리섬유는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.5∼35중량% 함유되어 있을 수 있다.
상기 점토는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼15중량% 함유되어 있는 것이 바람직하다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 50∼99.99중량% 함유되어 있는 것이 바람직하다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 열변형 온도는 100∼220℃일 수 있다.
또한, 본 발명은, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와, 점토를 연속식 2축 압출기에 투입하는 단계와, 상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 온도에서 용융 및 압축시키는 단계와, 상기 연속식 2축 압출기의 샤프트들을 일정 방향으로 회전시켜 실린더 내에서 용융 및 압축된 혼합물에 전단 응력이 인가되게 하여 상기 점토가 판형의 소판으로 박리되고 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 판형의 점토 소판들을 불연속적으로 균일하게 분산시키는 단계와, 상기 분산시키는 단계보다 높은 온도로 가열하면서 연속식 2축 압출기에서 조성물을 토출하는 단계 및 수조에서 급냉시켜 열변형온도가 적어도 100℃인 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻는 단계를 포함하며, 상기 점토는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼15중량% 함유되게 상기 연속식 2축 압출기에 투입하는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 제조방법을 제 공한다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 상기 호퍼에 탄소나노튜브를 투입하되, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼15중량% 함유되게 투입할 수 있다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 상기 호퍼에 카본블랙을 투입하되, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼20중량% 함유되게 투입할 수 있다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트에 분산되는 과정의 조성물에 카본섬유를 사이드 피딩 방식으로 투입하고, 상기 카본섬유는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.5∼25중량%가 함유되게 투입할 수 있다.
탄소나노튜브, 카본블랙 및 카본섬유 중에서 선택된 적어도 2개 이상의 물질을 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼25중량% 함유되게 투입하되, 상기 탄소나노튜브 또는 상기 카본블랙은 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 함께 투입하고, 상기 카본 섬유는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 분산되는 과정의 조성물에 사이드 피딩 방식으로 투입할 수 있다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기 에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트에 분산되는 과정의 조성물에 유리섬유를 사이드 피딩 방식으로 투입하고, 상기 유리섬유는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.5∼35중량%가 함유되게 투입할 수 있다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 50∼99.99중량% 함유되게 상기 연속식 2축 압출기에 투입하는 것이 바람직하다.
상기 용융 및 압축시키는 단계는 240∼250℃의 온도에서 이루어지고, 상기 분산시키는 단계는 190∼240℃의 온도에서 이루어지며, 상기 토출하는 단계는 240∼250℃의 온도에서 이루어질 수 있다.
상기 용융 및 압축시키는 단계는 나선형 스크류 형태의 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지고, 상기 분산시키는 단계는 상방향으로 테이퍼진 압축부와 상방향으로 테이퍼진 압축부과 인접하게 형성되고 평평한 일자형의 전단부를 포함하는 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지며, 상기 토출하는 단계는 나선형 스크류 형태의 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지며, 상기 분산시키는 단계에서는 샤프트의 직경에 대한 샤프트의 길이의 비가 20∼60 범위를 이루고 실린더와 샤프트 사이의 간격은 샤프트 직경의 1/20∼1/60 범위를 이룰 수 있다.
본 발명에 의하면, 일반 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 조성물에 비하여 우 수한 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도, 충격강도, 열변형온도와 같은 기계적 특성 및 내열 특성을 나타내는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻을 수가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 우수한 전기 전도성을 갖고 표면저항이 작은 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻을 수가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 계면활성제, 분산제, 커플링제, 산화방지제, 자외선 안정제 등의 첨가제들을 첨가함이 없이도 점토가 폴리부틸렌테레프탈레이트 내에서 박리되어 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산된 구조의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 제조할 수 있으며, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 상기와 같은 첨가제들을 함유하지 않으므로 친환경적이다.
또한, 본 발명에 의하면, 연속식 2축 압출기 내에서 혼합, 용융, 압축 및 분산이 인-시츄(in-situ)하게 이루어지므로 공정이 간단하고 불순물의 유입 가능성을 최소화할 수 있으며, 재현성이 우수하다.
본 발명의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 열변형온도가 높아 고온에서 베이킹하는 집적회로(IC)용 트레이(tray), 모듈(module)용 트레이 등과 같은 반도체 또는 전자 산업용 재료로도 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변 형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 미세 구조를 개략적으로 보여주는 도면으로서, 판형의 점토 소판(platelet)이 PBT 소지 내에 불연속적으로 균일하게 분산된 구조를 보여주는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 판형의 점토 소판(platelet)들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 있는 구조를 갖는다. 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물이라 함은 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 분산된 상이 나노 크기, 즉 1∼1000㎚ 크기로 이루어진 조성물을 의미한다.
폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate; PBT) 수지와 점토를 연속식 2축 압축기(continuous flow twin screw extruder)로 용융 압출한 후, 저온에서 급냉하여 펠릿(pellet) 형태의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻을 수 있다. 이렇게 얻어진 펠릿 형태의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 내열성이 뛰어나고, 우수한 기계적 특성을 갖는다.
일반적인 PBT 수지는 유리전이온도(glass transition temperature)가 66℃이고, 용융 온도(melting temperature)는 227℃이며, 화학식은 C12H12O4이다. PBT의 반복단위(repeat unit) 구조는 다음과 같다.
Figure 112008049980057-pat00001
위와 같은 구조를 갖는 PBT의 반복단위 분자량(molecular weight of repeat unit)은 220.23g/mol 정도인 것으로 알려져 있다.
본 발명은 소지(matrix)인 PBT 수지에 점토(clay)가 판형의 소판(platelet) 형태로 불연속적으로 균일하게 분산된 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 제공한다. PBT 수지는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 50∼99.99중량% 함유될 수 있다.
PBT와 점토의 혼합물이 용융되어 연속식 2축 압출기(continuous flow twin screw extruder)에 의해 가공되면, 샤프트(shaft)에 의한 전단 응력에 의해 점토는 박리되게 되고 점토의 함량이 일정 정도 이상(예컨대, 5중량% 이상)이 되면 박리되어 형성된 점토 소판들이 인터칼레이트되기도 한다. 이와 같이 점토가 박리되어 형성된 점토 소판들은 불연속적인 형태로 PBT 내에 분산되게 되며, 연속식 2축 압출기에서 토출되어 급냉되면 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻을 수 있다. 일반적으로 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate; PBT)는 열변형온도(Heat Distortion Temperature; HDT)가 65℃ 정도에 불과하나, 점토가 불연속적으로 판형의 소판 형태로 분산된 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 열변형온도가 100∼150℃ 정도로 향상되게 된다.
PBT와 점토가 용해된 혼합물의 점도는 2.0∼5.0 정도 범위의 값을 갖도록 하 는 것이 바람직하다. 너무 점도가 낮으면 성형성이 떨어져 연속식 2축 압출기를 이용하여 압출 성형하는데 어려움이 있고, 너무 점도가 높으면 연속식 2축 압출기에 의한 토출이 어려워 수율이 떨어지는 문제점이 있다.
점토의 함량은 0.01∼15중량% 정도인 것이 바람직하다. 점토의 함량이 0.01중량% 미만이면 충분한 기계적 특성, 내열 특성 및 물리적 특성의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 점토의 함량이 15중량%를 초과하면 PBT와 점토가 용해된 혼합물의 점도가 높아지고 불연속적인 소판이 조밀하게 되어 기계적 특성 및 내열 특성의 더 이상의 증가를 기대하기 어려우므로 비경제적이다. 첨가되는 점토의 입자 크기는 분산성을 고려하여 0.5∼100㎛ 정도인 것이 바람직하다. 점토 입자의 크기가 100㎛를 초과하면 균일한 분산이 어려울 수 있고, 0.5㎛보다 작으면 점토 분말의 가격이 고가이므로 경제적이지 못하다. 점토의 첨가에 의해 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 굴곡 탄성율(Fluxural Modulus; FM), 굴곡 강도(Fluxural Strength; FS), 인장 강도(tensile strength), 연신율(tensile modulus)과 같은 기계적 특성들을 향상시킬 수 있고, 열변형온도(Heat Distortion Temperature; HDT)와 같은 내열 특성도 향상시킬 수 있으며, 가스차단성, 수분차단성과 같은 물리적 특성들을 또한 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 PBT 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 상기 호퍼에 탄소나노튜브(carbon nano tube; CNT)를 첨가할 수도 있다. 상기 탄소나노튜브(carbon nano tube; CNT)는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물에 전기 전도성을 부여하고 기계적 특성 및 내열 특성을 향상시키기 위하여 첨가하는 것이다. 상기 탄소나노튜브로는 단일벽 나노튜브(single wall carbon nano tube; SWCNT)나 다중벽 나노튜브(multi wall carbon nano tube; MWCNT)를 사용할 수 있으나, 상대적으로 가격이 저렴하고 분산이 용이한 다중벽 나노튜브를 사용하는 것이 바람직하다. 분산성 및 전기 전도성을 고려하여 상기 탄소나노튜브로는 예컨대, 평균 직경이 5∼30㎚이고 길이가 1∼20㎛의 것을 사용할 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 전기 전도성을 고려하여 0.01∼15중량% 정도를 첨가한다. 탄소나노튜브의 함량이 0.01중량% 미만이면 충분한 전기 전도성, 기계적 특성 및 내열 특성의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 탄소나노튜브의 함량이 15중량%를 초과하면 PBT와 점토가 용융된 조성물의 점도가 높아지고 더 이상의 전기 전도성 증가도 기대하기 어렵고 제조 원가도 상승하므로 비경제적이다.
폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물에 전기 전도성을 부여하고 기계적 특성 및 내열 특성을 향상시키기 위하여 상기 PBT 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 상기 호퍼에 카본블랙(carbon black)을 첨가할 수도 있다. 카본블랙은 전기 전도성을 고려하여 0.01∼20중량% 정도를 첨가한다. 카본블랙의 함량이 0.01중량% 미만이면 충분한 전기 전도성, 기계적 특성 및 내열 특성의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 카본블랙의 함량이 20중량%를 초과하면 PBT와 점토가 용융된 조성물의 점도가 높아지고 더 이상의 전기 전도성 증가도 기대하기 어렵고 제조 원가도 상승하므로 비경제적이다.
또한, 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물에 전기 전도성을 부여하고 기계적 특성 및 내열 특성을 향상시키기 위하여 PBT 및 점토의 용융 조성물에 카본섬 유(carbon fiber)를 첨가할 수도 있다. 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 분산되는 과정의 조성물에 카본섬유를 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 투입한다. 카본섬유는 전기 전도성을 고려하여 0.5∼25중량% 정도를 첨가한다. 카본섬유의 함량이 0.5중량% 미만이면 충분한 전기 전도성, 기계적 특성 및 내열 특성의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 카본섬유의 함량이 25중량%를 초과하면 PBT와 점토가 용융된 조성물의 점도가 높아지고 더 이상의 전기 전도성 증가도 기대하기 어렵고 제조 원가가 상승하므로 비경제적이다.
폴리부틸렌테레프탈레이트와 점토의 혼합물에 탄소나노튜브, 카본블랙 및 카본섬유 중에서 선택된 적어도 2개 이상의 물질을 첨가하여 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 형성하게 되면 첨가되는 함량에 따라 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 표면 저항이 10-2∼1012 Ω·㎝ 정도로 낮아지게 된다. 상기와 같은 표면 저항은 도체로서도 작용할 수 있고 정전기 방전(electro static discharge; ESD)에도 효율적으로 작용할 수 있다. 또한, 탄소나노튜브, 카본블랙 또는 카본섬유의 첨가에 의해 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 굴곡 탄성율(Fluxural Modulus; FM), 굴곡 강도(Fluxural Strength; FS), 인장 강도(tensile strength)와 같은 기계적 특성들을 향상시킬 수 있고, 열변형온도(Heat Distortion Temperature; HDT)와 같은 내열 특성이 향상될 수 있으며, 표면저항이 낮아져 전기 전도도가 향상될 수 있다.
탄소나노튜브, 카본블랙 및 카본섬유 중에서 선택된 적어도 2개 이상의 물질을 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼25중량% 함유되게 투입하되, 상기 탄소나노튜브 또는 상기 카본블랙은 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 함께 투입하고, 상기 카본 섬유는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 분산되는 과정의 조성물에 사이드피딩 방식으로 투입하는 것이 바람직하다. 상기 카본섬유는 상기 연속식 2축 압출기의 분산영역(dispersion zone)에 마련된 주입구를 통해 투입하는 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 투입한다.
폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 굴곡 탄성율(Fluxural Modulus; FM), 굴곡 강도(Fluxural Strength; FS), 인장강도(tensile strength)와 같은 기계적 특성과, 열변형온도(Heat Distortion Temperature; HDT)와 같은 내열 특성을 향상시키기 위하여 유리섬유(Glass Fiber; GF)를 첨가할 수도 있다. 상기 유리섬유는 기계적 특성 및 내열 특성을 고려하여 0.5∼35중량% 정도를 첨가하는 것이 바람직하다. 유리섬유의 함량이 0.5중량% 미만이면 충분한 기계적 특성 및 내열 특성의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 유리섬유의 함량이 35중량%를 초과하더라도 더 이상 기계적 특성 및 내열 특성의 증가를 기대하기 어려우므로 비경제적이다. 상기 유리섬유는, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역(dispersion zone) 에 마련된 주입구를 통해 투입하는 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 투입하는 것이 바람직하다.
폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물에 탄소나노튜브, 카본블랙, 카본섬유, 유리섬유를 첨가함에 따라 또는 이들을 복합적으로 첨가함에 따라 열변형온도는 아래의 실시예들에 나타난 바와 같이 150∼220℃ 정도로 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 제조하기 위하여 소지인 PBT 수지와 점토를 연속식 2축 압출기(continuous flow twin screw exturder)의 호퍼(hopper)에 투입하고, 용융 압출한 후, 수조(water bath)에서 급냉하고 절단하여 펠릿 형태의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻는다. 전기 전도성 부여 및 기계적 특성과 내열 특성 향상을 위해, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 함께 탄소나노튜브 또는 카본블랙을 첨가할 수도 있다. 또한, 전기 전도성 부여 및 기계적 특성과 내열 특성 향상을 위해, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 카본섬유를 첨가할 수도 있다. 또한 앞서 설명한 바와 같이 기계적 특성 및 내열 특성 향상을 위해 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트에 분산되는 과정의 조성물에 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유도 첨가할 수 있다.
상기 연속식 2축 압출기는 원료를 투입하기 위한 호퍼(hopper)와, 회동가능 하게 설치된 2개의 샤프트(shaft)와, 상기 2개의 샤프트를 감싸는 실린더(cylinder)와, 상기 샤프트를 회동시키기 위한 구동수단과, 상기 실린더를 가열하기 위한 가열수단(heater)과, 상기 가열수단의 가열 온도를 제어하기 위한 제어수단과, 조성물을 배출하는 토출 다이와, 용융되어 혼련된 원료가 분산되는 과정의 조성물에 상기 실린더 내로 2차 원료를 사이드피딩(side feeding) 방식으로 주입하기 위한 사이드피딩 주입구를 포함한다. 상기 2개의 샤프트들은 용융된 혼합물에 전단 응력을 인가하기 위하여 일정 방향(예컨대, 시계 방향)으로 회전하며, 상기 샤프트들의 회전 속도는 150∼300rpm 정도이다.
상기 연속식 2축 압출기는 그 작용 기능에 따라 크게 3개의 영역으로 나눌 수 있는데, 원료 혼합물을 혼합하여 용융하고 압축(compression)하는 용융 및 압축 영역(melting and compression zone)과, 용융 및 압축된 혼합물을 샤프트의 회전에 의한 전단 응력에 의하여 소지(matrix)인 PBT 수지에 점토를 박리시켜 불연속적으로 소판(platelet) 형태로 분산시키면서 토출 영역 쪽으로 이동시키는 분산 영역과, 점토가 분산된 PBT 수지를 외부로 토출하는 토출 영역(ejecting zone)으로 구분될 수 있다.
호퍼를 통해 투입된 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 온도가 점차 증가하여 용융되기 시작한다. 호퍼를 통해 투입되면 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 용융되기 시작하여 고상 수지와 용융 액상 수지의 2개 상이 존재할 수 있는데, 용융 및 압축 영역을 통과하면 완전히 용융되게 된다. 상기 용융 및 압축 영역의 샤프트는 호퍼를 통해 주입된 원료들(폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 점토)을 혼합하고 압축하면서 분산 영역 내로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 이루어진다. 투입된 원료들은 나선형 스크류 형태의 샤프트에 의해 압축되면서 그 부피가 축소되고 원료들간의 공극률은 낮아지게 된다. 용융 및 압축 영역에서 나선형 스크류의 직경에 대한 나선형 스크류의 길이의 비는 용융물의 점도, 분산 영역으로 압출되는 압출량 등을 고려하여 결정하는데, 20∼40 정도이다.
분산영역(dispersion zone)은 용융 및 압축 영역을 통과한 용융된 조성물을 일정 온도와 압력으로 유지하면서 충분히 혼련시켜 소지인 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 점토와 같은 원료를 분산시켜 토출 영역으로 플로우시키는 영역이다. 샤프트의 회전에 의한 전단 응력에 의하여 소지(matrix)인 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 점토와 같은 원료가 박리(exfoliation)되어 불연속적인 소판(platelet) 형태로 분산되게 된다. 예컨대, 점토는 약 8㎛ 입자 크기를 갖는데, 분산 영역에서의 높은 전단응력에 의해 입자들이 잘게 쪼개져서 나노 크기(예컨대, 10∼300㎚)의 소판 형태로 박리되게 된다. 점토는 층상 구조로 이루어져 있으므로 전단 응력에 의해 층간 분리가 일어나 박리되게 되며, 첨가된 점토량이 많을 경우에는 박리되어 분산된 층들 사이로 층간삽입(intercalate)되어 분산되기도 한다. 이와 같은 분산 영역은 상방향으로 테이퍼(taper)진 압축부(compression part)와, 상방향으로 테이퍼진 압축부과 인접하게 형성되고 평평한 일자형의 전단부(shear part)를 적어도 포함하는 샤프트 구조를 갖는다. 분산 영역에서 샤프트의 직경에 대한 샤프트의 길이의 비는 용융물의 점도, 전단 응력, 플로우 속도 등을 고려하여 결정하는데, 20 ∼60 정도이다. 분산 영역에서 실린더와 샤프트 사이의 간격은 샤프트 직경의 1/20∼1/60 범위를 이룬다.
상기 분산 영역에는 용융되어 혼련된 원료가 분산되는 과정의 조성물에 상기 실린더 내로 2차 원료를 사이드피딩(side feeding) 방식으로 주입하기 위한 사이드피딩 주입구가 형성되어 있다. 사이드피딩 주입구를 통해 카본섬유, 유리섬유와 같은 2차 원료를 용융물에 투입하여 2차 원료를 포함하는 폴리부틸렌테레프탈레이트 조성물을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이와 같은 2차 원료는 호퍼에 투입할 경우, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 같은 1차 원료와 화학적 구조, 극성, 계면 장력 등의 차이로 인해 상분리 현상이 발생할 수 있으나, 사이드피딩 주입구를 통해 1차 원료가 용융된 용융물에 투입함으로써 이러한 현상을 억제할 수 있다. 또한, 사이드피딩 주입구를 통해 카본섬유, 유리섬유와 같은 2차 원료를 투입함으로써 조성물의 전기 전도성과 기계적 특성 등을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 상기 사이드피딩 주입구는 분산 영역에 복수 개가 구비되어 있을 수 있다.
토출 영역은 분산 영역에서 분산된 조성물을 압축하면서 토출 다이로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 이루어진다. 토출 영역에서 나선형 스크류의 직경에 대한 나선형 스크류의 길이의 비는 용융물의 점도, 토출 속도 등을 고려하여 적절하게 결정하는데, 20∼40 정도이다.
토출 영역에서 가압된 조성물은 토출 다이를 통해 연속적으로 배출된다. 토출 다이를 통과한 조성물은 수조(water bath)와 같은 냉각 장치를 통해 급냉되어 원하는 크기의 펠릿 형태로 절단되고 건조되어 원하는 조성물을 얻을 수가 있다.
실린더 내에서의 플로우(flow) 속도는 용융 및 압축된 혼합물의 점도, 연속식 2축 압출기의 샤프트 크기, 실린더와 샤트트 사이의 이격 거리, 샤트프들간의 이격 거리 등을 적절하게 조절하여 제어할 수 있다. 연속식 2축 압출기의 내부 온도는 190∼250℃ 정도인 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로는, 호퍼에 투입된 직후 PBT 수지를 용융시키기 위한 압출기의 용융 및 압축 영역에서는 PBT 수지의 용융 온도보다 높은 240∼250℃의 온도(실린더의 온도)로 유지하고, PBT 수지의 용융 및 압축이 완료된 이후의 실린더의 온도는 압출기의 분산 영역에 따라 190∼240℃로 설정하고, 압출기의 토출 영역에서는 실린더의 온도를 분산 영역에서의 온도보다 높은 240∼250℃의 온도로 유지한다. 연속식 2축 압출기로부터 토출된 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 수조에서 급냉되어 원하는 크기의 펠릿 형태로 절단되고 건조되어 최종 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻을 수가 있다. 상기 수조의 온도는 PBT의 유리전이온도보다 낮은 40℃ 이하의 온도로 유지된다. 상기 건조는 약 80℃의 온도에서 실시할 수 있다.
이렇게 얻어진 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물에 대하여 다음과 같은 방법으로 물성을 측정하였다.
(1) 열변형온도(heat distortion temperature; HDT)
ASTM D648에 따라 시편에 18.6kgf/㎝2의 하중을 주고 주변 유체온도를 2℃/min의 속도로 상승시켰을 때 시편의 변형이 0.254㎜에 달한 때의 온도를 측정하였 다.
(2) 굴곡강도(flexual strength; FS) 및 굴곡탄성율(flexual modulus; FM)
ASTM D790에 따라 크로스 헤드 스피드(cross head speed)를 5㎜/min의 시험 속도로 측정하였다.
(3) 인장강도(tensile strenth)
ASTM D638에 준하여 온도 23±2℃, 상대습도 50% 및 대기압의 조건에서 5㎜/min의 인장속도로 측정하였다. 연신율은 파단점에서의 값을 기록하며, 최소 5회 이상 측정하여 평균값으로 나타내었다.
(4) 충격강도(impact strength)
ASTM D256에 준하여 시편이 파단될 때의 에너지를 단위 두께로 나눈 것이 충격강도에 해당한다. 충격강도는 1/8인치 두께를 갖는 시편을 이용하여 측정하였고, 최소 5회 이상 측정하여 평균값으로 나타내었으며, 상온에서 아이조드 노치(izod notch) 방법으로 측정하였다.
(5) 표면저항(surface resistivity)
금속 버스 바(metal bus bar)가 연결된 전기저항계(OHM meter)를 이용하여 단위면적당 표면저항을 측정하였다.
(6) XRD(X-ray Diffraction)
X-선 회절은 리가쿠(Rigaku)사의 D/max 2200H 장비를 이용하여 2°/min의 주사 속도(scanning rate)로 40kV, 50mA를 인가하여 측정하였다.
본 발명은 하기의 실시예들을 참고로 더욱 상세히 설명되며, 이 실시예들이 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.
<실시예 1>
8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 0∼15중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하고, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 점토의 함량에 따라 혼합물의 전체 함량이 100중량%을 이루도록 85∼100중량%를 상기 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기의 용융 및 압축 영역 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 점토를 혼합하고 용융 및 압축시켰다. 가열 수단에 의해 용융 영역의 온도는 250℃를 유지하였다. 이때, 구동수단에 의해 구동되는 2개의 샤프트들은 시계 방향으로 회전하며, 상기 샤프트들의 회전 속도는 230rpm 정도이고, 2개의 사프트들 사이의 축간 거리는 5㎝ 정도이다. 용융 및 압축 영역의 샤프트는 호퍼를 통해 주입된 원료를 혼합하고 압축하면서 분산 영역 내로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 구비된다. 나선형 스크류의 헬릭스각(Helix Angle)은 30°정도이고, 나선형 스크류의 나사산과 실린더 사이의 간격은 샤트프 직경의 1/60 정도이며, 나선형 스크류의 피치는 5㎝ 정도로 일정하다. 용융 및 압축 영역에서 나선형 스크류의 직경에 대한 나선형 스크류의 길이의 비는 30 정도이다.
상기 연속식 2축 압출기의 샤프트들을 시계 방향으로 회전시켜 실린더 내에서 용융 및 압축된 원료의 용융물에 전단 응력이 인가되게 하여 상기 점토를 판형의 소판으로 박리시키고 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 판형의 점토 소판들을 불연속적으로 균일하게 분산시켰다. 이때, 연속식 2축 압출기의 분산 영역 은 구간에 따라 온도를 190∼240℃로 설정하였다. 상기 샤프트들의 회전 속도는 230rpm 정도로 설정하였다. 분산 영역은 상방향으로 테이퍼(taper)진 압축부(compression part)와, 상방향으로 테이퍼진 압축부과 인접하게 형성되고 평평한 일자형의 전단부(shear part)를 포함하는 샤프트 구조를 갖는다. 상방향으로 테이퍼진 압축부의 테이퍼 각은 20° 정도를 이룬다. 실린더와 샤프트 사이의 간격을 샤트프 직경의 1/20∼1/60 정도이고, 일자형의 전단부를 이루는 사프트와 실린더 사이의 간격은 샤트프 직경의 1/40∼1/60 정도이다. 분산 영역에서 샤프트의 직경에 대한 샤프트의 길이의 비는 40 정도이다.
토출 영역에서는 분산 영역에서의 온도보다 높은 온도인 250℃의 온도로 가열하면서 연속식 2축 압출기에서 조성물을 토출 다이로 토출하였다. 토출 영역의 샤프트는 조성물을 압축하면서 토출 다이로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 구비된다. 나선형 스크류의 헬릭스각(Helix Angle)은 30°정도이고, 나선형 스크류의 나사산과 실린더 사이의 간격은 샤트프 직경의 1/60 정도이며, 나선형 스크류의 피치는 5㎝ 정도로 일정하다. 토출 영역에서 나선형 스크류의 직경에 대한 나선형 스크류의 길이의 비는 30 정도이다.
토출 다이로부터 토출된 조성물을 35℃의 수조에서 급냉하였고, 절단하고 80℃ 온도에서 건조하여 펠릿 형태의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻었다. 토출 속도는 30㎏/hr 정도로 설정하였다.
표 1은 실시예 1과 관련하여 점토의 함량에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 점토의 함량(중량%)
0% 0.5 1 1.5 2 5 7 10 12 15
굴곡강도(㎏/㎝2) 750 769 826 827 827 784 782 774 774 760
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 24500 25189 25472 26040 26136 25584 27118 30126 32049 33709
인장강도(㎏/㎝2) 490 520 524 517 517 460 441 443 442 411
연신율(%) 3.5 8.1 5.8 5.3 5.2 5.2 4.4 3.7 3 2.7
충격강도(㎏·㎝/㎝) 2.5 3.4 3.5 3.4 3.4 3.4 3.5 3.4 3.3 3.2
열변형온도(℃) 65 123 134 140 141 132 117 104 113 105
굴곡강도와 인장강도는 점토의 첨가량이 5중량% 이하에서는 점토의 첨가량이 증가함에 따라 증가하였고, 굴곡탄성율은 점토의 첨가량이 15중량%가 될 때까지 계속적으로 증가하였다. 열변형온도는 점토의 첨가량이 5중량% 이하에서는 점토의 첨가량이 증가함에 따라 확연하게 증가하는 모습이 관찰되었다. 점토의 첨가량이 5중량%를 초과하면서 열변형온도의 감소가 나타났지만, 점토의 첨가가 없는 경우(점토의 함량이 0중량%인 경우)에 비하여 거의 2배 정도 열변형온도가 증가하였음을 알 수 있다.
아래의 표 2 및 도 2에 PBT 소지(matrix) 내에 점토가 분산되었음을 보여주는 X-선 회절 결과를 나타내었다.
시편 피크 위치(2θ) 면적% 기본 간격(basal spacing)(001) 분산(dispersion)
일반 점토(general clay) 7.521 100 1.216㎚ -
0.5% 피크 없음(no peak) - - 완전 박리(total exfoliation)
1.0% 피크 없음 - - 완전 박리
1.5% 피크 없음 - - 박리됨(exfoliated)
2.0% 피크 없음 - - 박리됨
5.0% 피크 없음 - - 박리되고 인터칼레이트됨(exfoliated and intercalated)
7.0% 3.34 100 2.64㎚ 박리되고 인터칼레이트됨
10.0% 3.63 27.2 2.42㎚ 박리되고 인터칼레이트됨
15.0% 2.72 100 2.72㎚ 대부분 인터칼레이트됨(mostly intercalated)
표 2와 도 2를 참조하면, 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 특성 피크 위치(characteristic peak position)는 점토의 함량과 분산 상태에 의존한다. 점토의 함량이 0.5중량%와 5.0중량% 사이에서는 특성 피크가 나타나지 않았는데, 이것은 점토가 완전히 박리되어(완전히 층분리되어) PBT 소지(matrix)에 균일하게 분산되었음을 나타낸다. 점토의 함량이 7.0중량%에서 특성 피크는 약 3.34로 2θ가 낮아지는데, 이것은 점토의 층간 간격(layer spacing)이 1.216㎚에서 3.34㎚로 증가하였음을 나타낸다. 2θ에서의 피크 크기는 박리되는 점토의 성질을 나타낸다. 점토의 함량이 5.0중량% 미만에서는 점토는 대부분 박리되며, 5.0중량% 이상에서는 박리되고 인터칼레이트된 구조를 나타낸다.
<실시예 2>
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 78.5∼98.5중량%와 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 1.5중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 0∼20중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 3은 실시예 2와 관련하여 유리섬유의 함량에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 유리섬유의 함량(중량%)
0 10 15 20
굴곡강도(㎏/㎝2) 827 834 910 890
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 26040 30954 44059 50554
인장강도(㎏/㎝2) 517 425 475 460
연신율(%) 5.3 2.3 2.2 2
충격강도(㎏·㎝/㎝) 3.4 3.3 3.4 3.3
열변형온도(℃) 140 197 210 207
표 3을 참조하면, 굴곡강도와 굴곡탄성율은 유리섬유의 함량에 따라 증가하였고, 충격강도는 유리섬유의 함량에 관계없이 거의 일정하였다. 열변형온도는 유리섬유의 함량이 증가함에 따라 상당히 증가하였는데, PBT 수지의 열변형온도가 65℃임을 감안할 때 약 220% 정도 더 높아졌음을 알 수 있다. 이러한 열변형온도의 향상은 본 발명의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물이 고온 환경에서 사용되는 물질로도 사용될 수 있음을 나타낸다. 한편, 표 3에서 유리섬유의 함량이 0%인 경우는 유리섬유가 첨가되지 않은 경우로서 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 1.5중량%의 점토만이 함유되어 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 이루는 경우를 나타낸다.
<실시예 3>
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 72.25∼83.5중량%와 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 1.5중량%∼12.75중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 15중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 4는 실시예 3과 관련하여 점토의 함량에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 점토의 함량(중량%)
1.5 4.25 5.85 8.5 10.2 12.75
굴곡강도(㎏/㎝2) 1011 1140 743 703 692 658
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 53117 70780 80116 90903 97317 10211
인장강도(㎏/㎝2) 636 647 479 471 471 482
연신율(%) 1.5 1.7 1.4 1.2 1.1 1
충격강도(㎏·㎝/㎝) 3 2.8 2.5 2.5 2.5 2.5
열변형온도(℃) 217 219 206 203 204 199
표 4를 참조하면, 점토의 함량이 5중량% 미만에서는 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 열변형온도가 점토의 함량이 증가함에 따라 증가하였고, 특히, 굴곡탄성율은 점토의 함량이 12.75중량%가 될 때까지 계속적으로 증가하였다. 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 열변형온도의 향상은 5중량% 이상으로 점토가 첨가되어도 완전히 또는 대부분이 박리되어 PBT 소지에 균일하게 분산되었음을 뒷받침하는 것이다.
<실시예 4>
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 76.8∼96.8중량%와, 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 1.5중량%와, 탄소나노튜브 1.7중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 0∼20중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 5는 실시예 4와 관련하여 유리섬유의 함량에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 유리섬유의 함량(중량%)
0 10 15 20
굴곡강도(㎏/㎝2) 802 950 1011 1062
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 23966 58821 53117 78451
인장강도(㎏/㎝2) 465 619 636 699
연신율(%) 2 1.9 1.5 1.4
충격강도(㎏·㎝/㎝) 3.4 3.2 3.1 2.9
열변형온도(℃) 152 207 217 215
표면저항(Ω·㎝) 8.E+07 3.E+06 3.E+05 2.E+05
표 5를 참조하면, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도, 연신율 및 열변형온도가 유리섬유의 함량이 증가함에 따라 증가하였다. 가장 높은 열변형온도는 유리섬유의 함량이 15중량%일 때 217℃를 나타내었는데, 이것은 PBT 수지의 열변형온도가 65℃임을 감안할 때 약 330% 정도 높은 온도이다. 표면 저항은 유리섬유의 함량이 증가함에 따라 점차 낮아졌다. 이러한 열변형온도의 향상은 본 발명의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물이 180℃의 고온에서 베이킹(baking)되는 반도체 트레이(tray)용 재료로서도 사용될 수 있음을 나타낸다.
한편, 표 5에서 유리섬유의 함량이 0%인 경우는 유리섬유가 첨가되지 않은 경우로서 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 1.5중량%의 점토 및 1.7중량%의 탄소나노튜브가 첨가되어 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 이루는 경우를 나타낸다. 표 1과 표 5를 비교하여 보면, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 1.5중량%의 점토만이 첨가된 경우(표 1 참조)에는 열변형온도가 140℃를 나타내었으나, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 1.5중량%의 점토 및 1.7중량%의 탄소나노튜브가 첨가된 경우(표 5 참조)에는 열변형온도가 152℃를 나타낸다는 것을 알 수 있다.
<실시예 5>
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 76.5∼81.8중량%와, 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 1.5중량%∼6.8중량%와, 탄소나노튜브 1.7중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 15중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 6은 실시예 5와 관련하여 점토의 함량에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 점토의 함량(중량%)
1.5 3.4 6.8
굴곡강도(㎏/㎝2) 1011 1132 835
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 53117 92372 86058
인장강도(㎏/㎝2) 636 680 545
연신율(%) 1.5 1.5 1.5
충격강도(㎏·㎝/㎝) 3 2.9 2.6
열변형온도(℃) 217 217 207
표면저항(Ω·㎝) 8.E+05 6.E+05 1.E+05
표 6을 참조하면, 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 인장강도는 점토의 함량이 3.8중량%가 될 때까지는 증가하였으나, 점토의 함량이 6.8중량%에서는 약간 감소하였다. 열변형온도는 점토의 함량이 1.5중량%일 때와 3.8중량%일 때는 동일하였으나, 점토의 함량이 6.8중량%일 때에는 약간 감소하였다. 표면 저항은 105Ω·㎝의 동일한 차수(order)를 나타내었다.
<실시예 6>
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 75.2∼80.5중량%와, 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 1.5중량%∼6.8중량%와, 탄소나노튜브 3중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 15중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 7은 실시예 6과 관련하여 점토의 함량에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 점토의 함량(중량%)
1.5 3.4 6.8
굴곡강도(㎏/㎝2) 1211 1280 1312
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 54217 67453 88342
인장강도(㎏/㎝2) 645 594 554
연신율(%) 1.3 1.3 1.3
충격강도(㎏·㎝/㎝) 2.7 2.7 2.6
열변형온도(℃) 219 217 210
표면저항(Ω·㎝) 8.E+01 6.E+01 6.E+01
표 7을 참조하면, 탄소나노튜브 3중량%를 첨가함에 따라 표 6과 비교하여 표면저항이 101Ω·㎝의 차수로 감소하였음을 알 수 있다. 굴곡강도 및 굴곡탄성율도 표 6과 비교하여 증가하였음을 알 수 있다. 연신율과 충격강도는 표 6과 비교하여 비슷한 정도를 유지하였다.
<실시예 7>
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 72.5∼92.5중량%와, 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 1.5중량%와, 카본블랙 6중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 0∼20중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 8은 실시예 7과 관련하여 유리섬유의 함량에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 유리섬유의 함량(중량%)
0 10 15 20
굴곡강도(㎏/㎝2) 733 863 864 862
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 24148 61466 70159 54371
인장강도(㎏/㎝2) 490 523 548 574
연신율(%) 2 1.2 1.2 1
충격강도(㎏·㎝/㎝) 2.7 1.6 1.9 3.3
열변형온도(℃) 169 196 206 211
표면저항(Ω·㎝) 8.E+02 5.E+02 3.E+01 2.E+01
표 8을 참조하면, 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 열변형온도는 유리섬유의 함량이 증가함에 따라 증가하였으나, 충격강도는 약간 감소하는 것으로 관찰되었다. 표면저항은 유리섬유의 함량이 10중량% 이상이 됨에 따라 개선되었음을 알 수 있다.
한편, 표 8에서 유리섬유의 함량이 0%인 경우는 유리섬유가 첨가되지 않은 경우로서 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 1.5중량%의 점토 및 6중량%의 카본블랙이 첨가되어 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 이루는 경우를 나타낸다. 표 1과 표 8을 비교하여 보면, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 1.5중량%의 점토만이 첨가된 경우(표 1 참조)에는 열변형온도가 140℃를 나타내었으나, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 1.5중량%의 점토 및 6중량%의 카본블랙이 첨가된 경우(표 8 참조)에는 열변형온도가 169℃를 나타낸다는 것을 알 수 있다.
<실시예 8>
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 71.1∼77.5중량%와, 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 1.5∼7.9중량%와, 카본블랙 6중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 15중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 9는 실시예 8과 관련하여 점토의 함량에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 점토의 함량(중량%)
1.5 3.7 7.9
굴곡강도(㎏/㎝2) 864 882 757
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 70159 99225 82262
인장강도(㎏/㎝2) 548 553 530
연신율(%) 1.2 1 0.6
충격강도(㎏·㎝/㎝) 1.9 1.9 1.9
열변형온도(℃) 206 211 205
표면저항(Ω·㎝) 3.E+01 5.E+01 2.E+01
표 9를 참조하면, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도는 점토의 함량이 5중량% 미만에서는 점차 증가하였다. 표면저항은 점토의 함량에 관계없이 101Ω·㎝의 차수로서 거의 동일한 수준을 나타내었고, 이 정도 수준의 낮은 표면저항은 본 발명의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물이 집적회로(IC)용 트레이(tray), 모듈(module)용 트레이 등과 같은 반도체 또는 전자 산업용 재료로서도 사용될 수 있음을 나타낸다.
<실시예 9>
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 69.1∼75.5중량%와, 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 1.5∼7.9중량%와, 카본블랙 8.0중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 15중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 10은 실시예 9와 관련하여 점토의 함량에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 점토의 함량(중량%)
1.5 3.7 7.9
굴곡강도(㎏/㎝2) 880 860 792
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 74159 89225 83462
인장강도(㎏/㎝2) 556 567 540
연신율(%) 1.1 1 0.6
충격강도(㎏·㎝/㎝) 1.8 1.8 1.8
열변형온도(℃) 206 211 205
표면저항(Ω·㎝) 8.E+00 8.E+00 6.E+00
표 10을 참조하면, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도는 점토의 함량이 5중량%가 될 때까지 점차 증가하였다. 표면저항은 100Ω·㎝의 차수 범위를 나타내었다.
<실시예 10>
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 73.5∼93.5중량%와 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 1.5중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 0∼20중량%와 카본섬유 5.0중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 11은 실시예 10과 관련하여 유리섬유의 함량에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 유리섬유의 함량(중량%)
0 10 15 20
굴곡강도(㎏/㎝2) 1147 1160 1329 1450
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 76819 72325 72719 73250
인장강도(㎏/㎝2) 809 817 897 905
연신율(%) 1.5 1.3 1.1 1
충격강도(㎏·㎝/㎝) 3.3 3.4 3.6 3.8
열변형온도(℃) 213 212 214 216
표면저항(Ω·㎝) 1.E+06 5.E+05 2.E+05 9.E+04
표 11을 참조하면, 표면저항은 유리섬유의 함량이 10중량%일 때 5×105Ω·㎝를 나타내었으나, 유리섬유의 함량이 20중량%일 때에는 9×104Ω·㎝로 감소하였다.
한편, 표 11에서 유리섬유의 함량이 0%인 경우는 유리섬유가 첨가되지 않은 경우로서 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 1.5중량%의 점토 및 5중량%의 카본섬유가 첨가되어 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 이루는 경우를 나타낸다. 표 1과 표 11을 비교하여 보면, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 1.5중량%의 점토만이 첨가된 경우(표 1 참조)에는 열변형온도가 140℃를 나타내었으나, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지, 1.5중량%의 점토 및 5중량%의 카본섬유가 첨가된 경우(표 11 참조)에는 열변형온도가 213℃를 나타낸다는 것을 알 수 있다.
<실시예 11>
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 72.1∼78.5중량%와 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 1.5∼7.9중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 15중량%와 카본섬유 5중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 12는 실시예 11과 관련하여 점토의 함량에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 점토의 함량(중량%)
1.5 3.7 7.9
굴곡강도(㎏/㎝2) 1329 1433 1011
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 72719 98414 100862
인장강도(㎏/㎝2) 897 806 698
연신율(%) 1.1 0.7 0.5
충격강도(㎏·㎝/㎝) 3.6 3.2 2.9
열변형온도(℃) 214 216 213
표면저항(Ω·㎝) 9.E+05 5.E+04 2.E+04
표 12를 참조하면, 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 열변형온도는 점토의 함량이 3.7중량% 이하에서는 점토의 함량이 증가함에 따라 증가하였다.
<실시예 12>
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 67.1∼73.5중량%와 8㎛의 평균 입자 크기를 갖는 점토 1.5∼7.9중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 및 점토를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 2축 압출기의 분산 영역에 마련된 주입구를 통해 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 유리섬유 15중량%와 카본섬유 10중량%를 투입하였다.
이후의 공정은 분산 영역에서의 온도를 240℃로 유지한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 펠릿 형태의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻었다.
아래의 표 13은 실시예 12와 관련하여 점토의 함량에 따른 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 기계적 특성 및 내열 특성을 측정한 결과를 보여주고 있다.
특성 점토의 함량(중량%)
1.5 3.7 7.9
굴곡강도(㎏/㎝2) 1529 1435 1244
굴곡탄성율(㎏/㎝2) 72719 98414 100983
인장강도(㎏/㎝2) 935 912 880
연신율(%) 0.8 0.7 0.4
충격강도(㎏·㎝/㎝) 4.1 4 4
열변형온도(℃) 219 219 215
표면저항(Ω·㎝) 9.E+02 9.E+02 7.E+02
표 13을 참조하면, 굴곡탄성율은 점토의 함량이 증가함에 따라 점차 증가하였으나, 굴곡강도와 인장강도는 점토의 함량이 증가함에 따라 점차 감소하였다. 열변형온도는 점토의 함량에 관계없이 비슷한 수준을 나타내었다. 이 결과는 카본섬유와 유리섬유의 함량이 높기 때문에(실시예 12에서 카본섬유의 함량은 10중량%이고 유리섬유의 함량은 15중량%임) 점토의 함량이 약간 증가하더라도 특성 개선 효과가 현저하게 나타나지는 않았음을 나타낸다. 한편, 표 12와 비교하여 카본섬유의 함량이 증가(표 12에서는 카본섬유의 함량이 5중량%이고 표 13에서는 카본섬유의 함량이 10중량%임)하면 굴곡강도, 인장강도, 충격강도 및 열변형온도가 증가하였음을 알 수 있고, 표면저항은 낮아졌음을 알 수 있다.
<비교예>
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 100중량%를 연속식 2축 압출기의 호퍼에 투입하였다.
상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 250℃의 온도에서 용융 및 압축시켰다.
이후의 공정은 상기 실시예 1과 동일하게 진행하여 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물을 얻었다.
비교예의 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물에 대하여는 표 1에서 점토의 첨가량이 0중량%인 경우에 대한 것이고, 표 1에 나타난 바와 같이 점토가 분산되지 않은 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 조성물의 열변형온도는 65℃ 정도였다.
상기 표 1 내지 표 13 및 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 비교예에 비하여 높은 열변형온도를 가질 뿐만 아니라, 우수한 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 인장강도를 나타낸다는 것을 알 수 있다. 또한, 탄소나노튜브, 카본블랙 및 카본섬유 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질이 첨가되면 전기 전도성을 갖게 되고, 그 첨가량에 따라 낮은 표면저항값을 얻을 수도 있음을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 판형의 점토 소판이 PBT 소지 내에 불연속적으로 균일하게 분산된 구조를 설명하기 위하여 도시한 개략도이다.
도 2는 PBT 소지 내에 점토가 분산된 X-선 회절 결과를 보여주는 그래프이다.

Claims (28)

  1. 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물에 있어서,
    폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 점토가 함유되어 박리된 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 있으며, 상기 점토 소판들은 일정 거리 만큼 서로 이격되어 있고,
    상기 점토는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼15중량% 함유되어 있으며,
    상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 유리섬유를 더 포함하고, 상기 유리섬유는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.5∼35중량% 함유되어 있으며,
    ASTM D648에 따라 측정된 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 열변형온도가 적어도 150℃인 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물.
  2. 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물에 있어서,
    폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 점토가 함유되어 박리된 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 있으며, 상기 점토 소판들은 일정 거리만큼 서로 이격되어 있고,
    상기 점토는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼15중량% 함유되어 있으며,
    상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 탄소나노튜브를 0.01∼15중량% 함유하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 10-2∼1012 Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 가지며,
    ASTM D648에 따라 측정된 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 열변형온도가 적어도 150℃인 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 탄소나노튜브를 0.01∼15중량% 함유하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 10-2∼1012 Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 갖는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 카본블랙을 0.01∼20중량% 함유하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 10-2∼1012 Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 갖는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 카본섬유를 0.5∼25중량% 함유하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 10-2∼1012 Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 갖는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 탄소나노튜브, 카본블랙 및 카본섬유 중에서 선택된 적어도 2개 이상의 물질을 0.01∼25중량% 함유하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 10-2∼1012 Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 갖는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 50∼99.49중량% 함유되어 있는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 열변형 온도는 150∼220℃인 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물.
  11. 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와, 점토를 연속식 2축 압출기에 투입하는 단계;
    상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 온도에서 용융 및 압축시키는 단계;
    상기 연속식 2축 압출기의 샤프트들을 일정 방향으로 회전시켜 실린더 내에서 용융 및 압축된 혼합물에 전단 응력이 인가되게 하여 상기 점토가 판형의 소판으로 박리되고 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 판형의 점토 소판들을 불연속적으로 균일하게 분산시키는 단계;
    상기 분산시키는 단계보다 높은 온도로 가열하면서 연속식 2축 압출기에서 조성물을 토출하는 단계; 및
    수조에서 급냉시켜 열변형온도가 적어도 150℃인 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻는 단계를 포함하며,
    상기 점토는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼15중량% 함유되게 상기 연속식 2축 압출기에 투입하며,
    상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트에 분산되는 과정의 조성물에 유리섬유를 사이드 피딩 방식으로 투입하고, 상기 유리섬유는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.5∼35중량%가 함유되게 투입하며,
    상기 용융 및 압축시키는 단계는 나선형 스크류 형태의 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지고,
    상기 분산시키는 단계는 상방향으로 테이퍼진 압축부와 상방향으로 테이퍼진 압축부와 인접하게 형성되고 평평한 일자형의 전단부를 포함하는 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지며,
    상기 토출하는 단계는 나선형 스크류 형태의 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지며,
    상기 분산시키는 단계에서는 샤프트의 직경에 대한 샤프트의 길이의 비가 20∼60 범위를 이루고 실린더와 샤프트 사이의 간격은 샤프트 직경의 1/20∼1/60 범위를 이루는 것을 특징으로 하는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 호퍼에 탄소나노튜브를 투입하되, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼15중량% 함유되게 투입하는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 호퍼에 카본블랙을 투입하되, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼20중량% 함유되게 투입하는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트에 분산되는 과정의 조성물에 카본섬유를 사이드 피딩 방식으로 투입하고, 상기 카본섬유는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.5∼25중량%가 함유되게 투입하는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 제조방법.
  15. 제11항에 있어서, 탄소나노튜브, 카본블랙 및 카본섬유 중에서 선택된 적어 도 2개 이상의 물질을 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼25중량% 함유되게 투입하되, 상기 탄소나노튜브 또는 상기 카본블랙은 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 함께 투입하고, 상기 카본 섬유는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지에 분산되는 과정의 조성물에 사이드 피딩 방식으로 투입하는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 제조방법.
  16. 삭제
  17. 제11항에 있어서, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 50∼99.49중량% 함유되게 상기 연속식 2축 압출기에 투입하는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 제조방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 용융 및 압축시키는 단계는 240∼250℃의 온도에서 이루어지고, 상기 분산시키는 단계는 190∼240℃의 온도에서 이루어지며, 상기 토출하는 단계는 240∼250℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 제조방법.
  19. 삭제
  20. 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물에 있어서,
    폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 점토가 함유되어 박리된 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 있으며, 상기 점토 소판들은 일정 거리 만큼 서로 이격되어 있고,
    상기 점토는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼15중량% 함유되어 있으며,
    상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 카본블랙을 0.01∼20중량% 함유하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 10-2∼1012 Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 가지며,
    ASTM D648에 따라 측정된 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 열변형온도가 적어도 150℃인 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물.
  21. 제20항에 있어서, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 카본섬유를 0.5∼25중량% 함유하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 10-2∼1012 Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 갖는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물.
  22. 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물에 있어서,
    폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 점토가 함유되어 박리된 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 있으며, 상기 점토 소판들은 일정 거리 만큼 서로 이격되어 있고,
    상기 점토는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼15중량% 함유되어 있으며,
    상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 카본섬유를 0.5∼25중량% 함유하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물은 10-2∼1012 Ω·㎝ 범위의 표면 저항을 가지며,
    ASTM D648에 따라 측정된 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 열변형온도가 적어도 150℃인 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물.
  23. 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와, 점토를 연속식 2축 압출기에 투입하는 단계;
    상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 온도에서 용융 및 압축시키는 단계;
    상기 연속식 2축 압출기의 샤프트들을 일정 방향으로 회전시켜 실린더 내에서 용융 및 압축된 혼합물에 전단 응력이 인가되게 하여 상기 점토가 판형의 소판으로 박리되고 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 판형의 점토 소판들을 불연속적으로 균일하게 분산시키는 단계;
    상기 분산시키는 단계보다 높은 온도로 가열하면서 연속식 2축 압출기에서 조성물을 토출하는 단계; 및
    수조에서 급냉시켜 열변형온도가 적어도 150℃인 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻는 단계를 포함하며,
    상기 점토는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼15중량% 함유되게 상기 연속식 2축 압출기에 투입하며,
    상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 호퍼에 탄소나노튜브를 투입하되, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼15중량% 함유되게 투입하며,
    상기 용융 및 압축시키는 단계는 나선형 스크류 형태의 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지고,
    상기 분산시키는 단계는 상방향으로 테이퍼진 압축부와 상방향으로 테이퍼진 압축부와 인접하게 형성되고 평평한 일자형의 전단부를 포함하는 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지며,
    상기 토출하는 단계는 나선형 스크류 형태의 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지며,
    상기 분산시키는 단계에서는 샤프트의 직경에 대한 샤프트의 길이의 비가 20∼60 범위를 이루고 실린더와 샤프트 사이의 간격은 샤프트 직경의 1/20∼1/60 범위를 이루는 것을 특징으로 하는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 제조방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 호퍼에 카본블랙을 투입하되, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼20중량% 함유되게 투입하는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 제조방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트에 분산되는 과정의 조성물에 카본섬유를 사이드 피딩 방식으로 투입하고, 상기 카본섬유는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.5∼25중량%가 함유되게 투입하는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 제조방법.
  26. 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와, 점토를 연속식 2축 압출기에 투입하는 단계;
    상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 온도에서 용융 및 압축시키는 단계;
    상기 연속식 2축 압출기의 샤프트들을 일정 방향으로 회전시켜 실린더 내에서 용융 및 압축된 혼합물에 전단 응력이 인가되게 하여 상기 점토가 판형의 소판으로 박리되고 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 판형의 점토 소판들을 불연속적으로 균일하게 분산시키는 단계;
    상기 분산시키는 단계보다 높은 온도로 가열하면서 연속식 2축 압출기에서 조성물을 토출하는 단계; 및
    수조에서 급냉시켜 열변형온도가 적어도 150℃인 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻는 단계를 포함하며,
    상기 점토는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼15중량% 함유되게 상기 연속식 2축 압출기에 투입하며,
    상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토를 상기 연속식 2축 압출기에 투입할 때 호퍼에 카본블랙을 투입하되, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼20중량% 함유되게 투입하며,
    상기 용융 및 압축시키는 단계는 나선형 스크류 형태의 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지고,
    상기 분산시키는 단계는 상방향으로 테이퍼진 압축부와 상방향으로 테이퍼진 압축부와 인접하게 형성되고 평평한 일자형의 전단부를 포함하는 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지며,
    상기 토출하는 단계는 나선형 스크류 형태의 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지며,
    상기 분산시키는 단계에서는 샤프트의 직경에 대한 샤프트의 길이의 비가 20∼60 범위를 이루고 실린더와 샤프트 사이의 간격은 샤프트 직경의 1/20∼1/60 범위를 이루는 것을 특징으로 하는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 제조방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트에 분산되는 과정의 조성물에 카본섬유를 사이드 피딩 방식으로 투입하고, 상기 카본섬유는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.5∼25중량%가 함유되게 투입하는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 제조방법.
  28. 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와, 점토를 연속식 2축 압출기에 투입하는 단계;
    상기 연속식 2축 압출기 내에서 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토를 혼합하고, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지의 용융 온도보다 높은 온도에서 용융 및 압축시키는 단계;
    상기 연속식 2축 압출기의 샤프트들을 일정 방향으로 회전시켜 실린더 내에서 용융 및 압축된 혼합물에 전단 응력이 인가되게 하여 상기 점토가 판형의 소판으로 박리되고 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 내에 판형의 점토 소판들을 불연속적으로 균일하게 분산시키는 단계;
    상기 분산시키는 단계보다 높은 온도로 가열하면서 연속식 2축 압출기에서 조성물을 토출하는 단계; 및
    수조에서 급냉시켜 열변형온도가 적어도 150℃인 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물을 얻는 단계를 포함하며,
    상기 점토는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.01∼15중량% 함유되게 상기 연속식 2축 압출기에 투입하며,
    상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지와 상기 점토가 상기 연속식 2축 압출기에 투입되어 용융된 후 상기 점토가 박리되어 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트에 분산되는 과정의 조성물에 카본섬유를 사이드 피딩 방식으로 투입하고, 상기 카본섬유는 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 전체에 대하여 0.5∼25중량%가 함유되게 투입하며,
    상기 용융 및 압축시키는 단계는 나선형 스크류 형태의 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지고,
    상기 분산시키는 단계는 상방향으로 테이퍼진 압축부와 상방향으로 테이퍼진 압축부와 인접하게 형성되고 평평한 일자형의 전단부를 포함하는 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지며,
    상기 토출하는 단계는 나선형 스크류 형태의 샤프트 구조로 이루어진 영역에서 이루어지며,
    상기 분산시키는 단계에서는 샤프트의 직경에 대한 샤프트의 길이의 비가 20∼60 범위를 이루고 실린더와 샤프트 사이의 간격은 샤프트 직경의 1/20∼1/60 범위를 이루는 것을 특징으로 하는 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물의 제조방법.
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