제6장 환경 배려 재료를 위한 첨가제 ~재생수지, 리사이클 수지의 성능향상~ (2) 플라스틱 재료용 첨가제

[YDfamily]

2.2 무수 말레인산을 graft 한 coupling제

유리 섬유나 목편 또는 cellulose nano fiber를, PP나 PE 수지에 혼합하는 것에 유효한 coupling제가 있다. 이 첨가제 SCONA®은 매트릭스를 형성하는 수지와 같은 화학 구조를 골격으로 하는 것으로 상용성을 확보하고, 무수 말레인산을 graft 하는 것으로, filler에 흡착, 결합하도록 설계하고 있다(도4). 이렇게 하여 coupling제로 filler의 균일 분산과 밀착성을 향상시키는 것이 가능하다.

Graft 방법에는 용융법과 고상법이 있다. 상대적으로 고온에서 반응시키는 용융법은, 베이스 폴리머의 열 열화를 피하지 않아, 배합한 최종 제품의 물성의 저하가 염려된다. 한편 보다 저온에서 반응시키는 고상법의 쪽이, 베이스로 되는 폴리머의 열 열화를 억제 가능하고, 최종제품의 물성 유지에 유리하다. 나아가 고상법에서는 베이스 폴리머의 amorphous 부분에 graft 반응이 진행된다.

Graft화 폴리머는 연질과 경질 등 성질의 다른 폴리머의 grade의 경계에, emulsion이라고 하는 유화제처럼 움직이는 상용화제로서의 기능도 유일무이하다.

도4 Compound용 graft화 첨가제의 구조와 역할 SCONA

2.3 층상 규산염에 의한 barrier 효과, 난연 보조 효과

대다수의 첨가제가 유기계 재료인 것에 반해, 무기계의 첨가제인 점이 다르다. 층상 규산염 phyllosilicate는 SiO4의 사면체를 구성 요소로 하여, 2차원적인 층상 구조가 겹쳐서 괴를 만들고 있다. 이 층상 구조에 의해 유일무이한 특성을 가져오게 된다. 제품 자체로 되는 점토(clay)는 인류와 오래 붙어 있던 재료로, 안정성도 높다. 천연의 점토를 정제, 분산하여 제품화 하여 수계 재료로 한 것, 또한 유기 변성하여 용제계, 수지용으로 한 제품군이 있다(도5). 한편, 천연의 점토를 이용하지 않고, 모든 무기약품으로부터 합성한, 불순물인 매우 적은 합성 hectorite (LAPONITE)도, 코팅액이나 화장품 등에 이용되고 있다.

도5 층상 규산염의 기원과 조성

코팅액에서는 thixotropy 유동을 가져오는 rheology control제로서의 기능이 활용되고 있다. 플라스틱 재료 분야에서도 용융 점도의 조정에 이용되고 있다. 예를 들어 전선 케이블의 피복에서는, 층상 규산염의 전기적으로 치우친 얇은 원반상 입자끼리 상호작용에 의해, 케이블의 발화의 때에는 피복 수지가 용융하여도 고점도로 되어, 넓게 타는 것을 제어 가능하다(도6). 또한 무기 입자 때문에, 연소가 일어난 표면에서 재를 형성하고, 내부까지 따는 것을 억제한다. 수산화 알루미늄 등 난연제와의 병용이 특히 유효하다. 나아가 EVA/난연제 배합계에 대하여, 층상 규산염(CLOISITE®)을 병용하면, 난연제 배합량을 줄이는 것도 가능하다.

한편, 층상 규산염은 충전제로서 탄산칼슘을 치환하는 것이 가능하고, 비중이 탄산칼슘(2.7~3.0)에 비하여 작기 때문에(1.5~1.8), 플라스틱의 경량화에도 이어진다. 예를 들어 talc 15% 배합을 층상 규산염 5% 배합으로 치환하면, 중량에서 8%의 경량화가 가능하다.

필름 분야에서는, 층상인 것을 만들어, 막 내에 가스의 유로를 길게 하는 barrier재로서 기대된다. 예를 들어 8㎛의 입자 괴는 100만개 이상의 원반상 입자를 이루고, 막 내에서는 수 십 부터 수 백nm의 크기의 나노 입자가 정렬하게 된다. 안전성이 높은 무기 재료로서, 바이오 베이스 폴리머나 생분해성 폴리머계에의 사용 등, 보다 환경, 생태계의 부하의 시스템 설계에 공헌 가능하다.

도6 층상 규산염 nano clay에 의한 난연성 보조 효과