ABS/PA6 블랜드의 제조 및 물성-상용화제 효과

장승필, *김덕준

(주)고합 ENPLA, *성균관대학교 화학공학과

Preparation and properties of ABS and PA6 blends-effect of compatibilizer

Seungpil Jang, *Dukjoon Kim

Kohap Engineering Plastics Ltd.,

*Department of Chemical Engineering, Sung Kyun Kwan University

서론

PA6수지는 내약품성, 고강성, 내마모성, 실용내열성 등이 우수하며, 빠른 결정화 속도로 인한 성형가공성이 우수한 수지로 엔지니어링 플라스틱 중 가장 큰 시장 점유율을 차지하고 있다. 그러나 성형수축율이 매우 크며 이로 인한 이방성으로 인해 휨이 발생하고 또한 순간적인 충격강도가 낮으며 수분 흡수율이 매우 높아 불안정한 치수특성과 수분함유시 가공이 어려운 단점들을 가지고 있다. 반면에 ABS는 기계적 강도와 실용내열특성이 다소 떨어지지만 수분에 안정하며 적은 성형수축율을 가져 휨문제를 해결할 수 있고 비용면에서도 PA6보다 큰 장점을 가지고 있다. 따라서 PA6과 ABS의 고분자 블랜드를 만듦으로써 상호보완이 가능한데 PA6과 ABS간의 물성을 조화시킨 고분자 블랜드는 PA6의 내충격성과 치수안정성, 표면특성을 향상시키고 PA6보다 수분 흡수율에 안정성을 보이며 비용절감 효과도 갖는다. 또한 ABS보다 기계적 물성과 내열성, 성형 가공성에서 우수한 특성을 보인다. 1990년 이후부터 최근까지 상업적으로 PA6과 ABS의 블랜드를 유리섬유나 광물질 강화제와 함께 혼련하여 혹은 강화제 혼련없이 자동차 내장부품, 휠 커버, 스키부츠, 헬멧, 전동공구 하우징, 냉동고 캡 등의 용도개발에 적용하는 연구가 활발하게 진행되고 있다1∼3.

본 연구에서는 PA6과 ABS는 양 고분자 자체간에 상용성이 없기 때문에 두 고분자를 단순히 블랜딩하는 것만으로는 상호 특성을 보완하는 효과적인 고분자 블랜드를 만들 수 없으므로, 이들을 상용화하기 위해 반응성이 우수한 MAH (maleic anhydride)을 도입하여 블랜딩하는 반응압출법을 연구하였다. 또한 MAH의 도입 여부에 따른 고분자 블랜드의 물리적 특성, 열적특성, Morphology, 수분흡수특성을 연구하면서 공업적으로 이용할 수 있는 최적의 물성을 관찰하였다.

실험

(1) 시료

본 연구에서 사용한 고분자 시료들은 국내에서 이미 상품화된 제품으로써, ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)는 (주)LG화학의 제품으로 HI121을 사용했으며,  PA6(Polyamide6)는 (주)고합의 제품으로 BRT를 사용하였다.

(2) 블랜드의 제조

본 연구에서 블랜드의 제조를 위하여 온도조절과 자동투입이 가능한 Twin Screw Extruder를 사용하였다. 실험은 MAH로 반응시켜 변성화 시킨 ABS와 미반응한 ABS를 각각 PA6와 대비하여 100:0, 80:20, 60:40, 40:60, 20:80, 0:100 으로 Blends하여 실험하였으며 Compatabilizer로 MAH를 0.5phr으로 고정하여 사용하였고 Crosslinking Agent인 Dicumyl Peroxide와 Heat Stablizer인 Iganox B1171을 각각 0.15phr으로 고정하여 실험하였다.

(3) 분석

기계적 특성은 U. T .M.(INSTRON Model 4302), Impact Tester(TINIUS OLSEN Model 66. USA), Rockwell 경도계(Series 500, Page Wilson Co., USA), Vernier Digital Caliper(Digital Guage 600, Mitutoyo Co., Japan)의 장치를 이용하여 측정하였고4∼7, 열적 특성은 H. D. T. 측정계(HDT 6510/000, Ceast Co., USA), DSC(Perkin-Elmer, DSC7), TGA(Perkin-Elmer, TGA7)의 장치를 이용하여 측정하였다. 그리고, SEM(JSM-T330A, Jeol Co., Japan)을 이용하여Morphology를 관찰하였으며, 여러 온도에서 수분흡수특성을 관찰하였다.

결과 및 토론

(1) 기계적 특성

ABS/PA6 블랜드보다 MABS/PA6 블랜드에서의 물성이 우수하게 나타났다. MABS가 20wt%일 때 PA6에 대비하여 인장신율의 경우(Fig. 1)에는 약 30% 가량, 굴곡강도와 굴곡탄성율의 경우(Fig. 2)에는 약 3% 가량 상승효과가 보였다. 그리고, IZOD 충격강도에서는 MABS 경우가 ABS보다 30∼50% 가량 물성이 향상되었다. 그러나, Rockwell 경도와 성형 수축율은 MAH의 효과가 적은 것으로 나타났다.

(2) 열적 특성

DSC 측정 결과 MABS의 경우가 ABS의 경우보다 0.5∼1.5℃ 가량 낮은 용융 온도 수치를 보였다. 또한 TGA 측정에서는 MABS의 경우가 ABS의 경우보다 약 5∼15℃ 가량 높은 열분해 온도 수치를 보였다. 이것으로 보아 MAH는 열적 성질에는 별로 효과를 주지 못함을 알 수 있다.

(3) Morphology

SEM 측정에서 Hole은 PA6 Domain이며, PA6 Domain이 작고 고르게 분산되어 있을수록 상용화의 효과가 크다고 볼 수 있다. ABS/PA6 블랜드에서 ABS와 PA6는 상용성이 없어서 서로 균일하고 고르게 혼합되어 있지 못하고 PA6 Domain Size가 균일하지 않으며 크기도 약 20∼40□로 상당히 컸으나(Fig. 3), MABS/PA6 블랜드에서는 MABS와 PA6가 비교적 서로 균일하고 고르게 혼합되어 있으며, PA6 Domain Size도 약 0.5∼3.0□로 상당히 작음을 관찰할 수 있었다(Fig. 4).

(4) 수분흡수의 동적팽윤 특성

수분흡수 동적팽윤 특성의 경우는 MAH 도입에 의한 상용화 여부에 따른 차이가 관찰되지는 않았다. 한편, PA6 100 wt% 기준하여 MABS 혹은 ABS의 wt%가 증가할수록 평형 흡수율이 7.8%에서 0.7%까지 (in 23℃ Water) 내흡수성의 향상이 관찰되었으며, 수분흡수 온도의 증가에 따라 평형흡수율도 역시 증가하였다.

참고문헌

[1]  J. A. Manson and L. H. Sperling, "Polymer Blends and Composites",	Plenum Press, New York (1976).

[2]  D. R. Paul, "Polymer Blends", Academic Press, New York, vol. 1, 2	(1978).

[3] 김성철, □고분자 공학□, 희중당 (1997)

[4] ASTM D 638-89, "Standard Test Method for Tensille Properties of	Plastics".

[5] ASTM D 955-88, "Standard Test Method for Measuring Shrinkage from	Mold Dimensions of Molded Plastics".

[6] ASTM D 256-88, "Standard Test Method for Impact Resistance of	Plastics".

[7] ASTM D 790, "Standard Test Method for Flexural Properties of	Plastics".

Fig. 1 Tensile strength for ABS/PA6 (●) and MABS/PA6(■) blends.

Fig. 2 Felxural strength for ABS/PA6 (●) and MABS/PA6(■) blends.

Fig. 3 SEM of ABS/PA6(60/40) blends. (×350)

Fig. 4 SEM of MABS/PA6(60/40) blends. (×350)