EP E&E 김희성 heesung@lgchem.com 실리콘 PC Silicone Polycarbonate 소개 01 서론최근시장정보에따르면 Polycarbonate 는 ABS, Polyamide 에이어세번째로많이사용되고있는소재로파악되고있다. Polycarbonate( 이하PC) 는엔지니어링플라스틱시장의약 22.6% 를차지하고있으며, 2013 년기준으로약 2,816KT 의물량이소요되고있다. 특히, 자동차, 전기전자제품, 광학용, 건설자재용에주로사용되고있으며, 2018 년에는약 3,753KT 의소요물량이예상되고있다. 널리알려진대로 PC는주로 140~155 의 Tg값을나타내며, Tg 이하조건에서 Ductility 를유지할수있는특성을가진다. 또한, 투명성, 상온에서우수한내충격성, Amorphous 고분자에서우수한물리적특성을가진다. 하지만특정유기용매에취약하여물리적특성이파괴될수있고, 극한의저온 (-20 이하 ) 환경에서미세균열및흠집으로인해외부충격에쉽게깨질수있다. 최근 PC의공급물량의증대로인해, 업체간가격경쟁이극심화되고있으며, 이를극복하기위해제조업체별로고부가가치혹은프리미엄제품군을출시하고있다. 대표적으로내화학성과저온내충격성이우수한실리콘 PC가있으며, ABS 혹은 PBT 를 Blend 하여 PC 의약점을보완한제품등으로시장에서판매되고있 Market Value, By Type 그림 1 Global Engineering plastic market research, Marketandmarkets, 2013 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 4.3% 1.5% 6.9% 7.9% 22.6% 26.1% 30.7% 2013 Year Other (PPS, PPE, Polysulfone) Fluoropolymers Polyacetals Thermoplastic Polyesters Polycarbonate Polyamide Acrylonitrile Butadiene Styrene 2,816 KT 3,753 KT 2013 2018 2013 2018 CAGR 5.8% ~ 6.1% 36
실리콘 PC(Silicone Polycarbonate) 소개 37 다. 우수한난연성을부여하기위해 Bromo-BPA 를사용한 PC, Birefringence 를낮추기위해다양한 Alkyl 치환된작용기를부여한 PC 등이개발되어왔다. 본내용에서는 Silicone polycarbonate 에대한주요응용범위및특성에대해서간략히살펴보고자한다. 02 본론 그림 2 실리콘 PC 반응공정모식도 BPA (Bisphenol A) CDC (Carbonyl dichloride) PDMS (Polydimethyl siloxane) 실리콘 PC (Silicone polycarbonate) [ 실리콘 PC란? ] 실리콘 PC는크게두가지형태로분류하여설명할수있다. 하나는 BPA, CDC 와 Silicone monomer 의중합반응으로제조하는것이고, 다른하나는반응에참여하지않는 Silicone polycarbonate 로구분할수있다. 당사는반응형실리콘 PC를개발시양산하였으며 (2014 년 ) 일반 PC대비우수한특성을가지는제품군으로분류되고있다. 그림 3에서는실리콘 PC가적용될수있는주요제품군들을나타내고있다. 그림 3 실리콘 PC 적용제품들 [ 실리콘 PC 모식도 ] [ 실리콘 PC의특성 ] 실리콘 PC제조업체들은그림 4와같이각각의장점들을열거하고있다. 개략적으로는내화학성, 저온내충격성, 친환경난연성, 성형성등이우수한성질을가지고있다고설명하고있다.
그림 4 실리콘 PC 의특징들 ( 실리콘 PC 제조업체소개자료참조 ) 한바와같이, 일반 PC의경우특정용매에취약한것으로나타난다. 당사는실리콘 PC소재로내화학성을부여하여, 외관 Coating 및용매사용에있어서그활용범위가넓어질수있다고판단하고있다. 즉, PC자체의 Solubility parameter 특성을변경하여, 적용될수있는화학용매사용범위를넓혀볼수있다는것이다. 38 [ 내충격성 ] 일반 PC대비실리콘 PC는저온에서내충격특성이우수하다. 아래평가결과를살펴보면 -30 환경에서평가결과일반 PC 대비매우우수한충격특성을나타내며, 극한의환경에서도기본물성을유지할수있는소재임을알수있다. 또한, PC/ABS 소재및충격보강성 PC/ABS 와비교해보면실리콘 PC가우수한내충격성을나타내고있다. 실리콘 PC 제조업체중 S 社, I 社가전세계시장을주요선점하고있으며, 국내는 S 社가일본업체와기술제휴를통해서생산하고있다. [ 내화학성 ] 지금부터는일반 PC 대비실리콘 PC가우수한특성을나타내는점들에대해설명하고자한다. 앞서소개 [ 난연성 ] 고분자의난연성을부여하는방법은 1가연성가스나산소를분리하여연소를제어하는방법, 2고분자구조의분해속도를늦출수있도록고상부분 (condensed phase) 을냉각하거나연소되는고분자의표면에단열층을형성함에의해열전달경로를차단하는방법, 3라디칼 (Radical) 을포획하는방법들이있다.
실리콘 PC(Silicone Polycarbonate) 소개 그림 5 내화학성평가참고자료 (LG Chem) Component Concentration Ambient Elevated Allyl alcohol - Fair n.d. Amyl alcohol - Good Fair Benzyl alcohol - Poor n.d. Iso-octyl alcohol - Fair n.d. 39 Rating Isopropyl alcohol - Fair Fair Phenyl-ethyl alcohol - Poor n.d. Propargyl alcohol - Good n.d. Downol PM - Poor n.d. Ethanol 90% Good Good 100% Poor Poor Methanol - Poor Poor Cyclohexanol - Fair Fair - Good : Little or no reduction in physical properties ; change in weight less than 1%, change in tensile strength less than 5%. - Fair : Some reduction in physical properties occurs after long exposure, where either the change in weight is more than 1% or the change in tensile strength is more than 5% - Poor : Significant changes in physical properties occur after short exposure to the substance : both change in weight of more than 1% and change in strength of more than 5%. Use of Polycarbonate is not recommended in these applications. 그림 6 일반 PC Vs Silicone PC 물성비교평가 (LG Chem) LG 구분 Neat PC Silicone 1300-10 PC 저온충격시펀 투명도 (Haze, %) 0.15 2.4 ASTM D1003 투명도 (Tt, %) 91.0 88.0 저온충격 (-30, J/m, 1/8 ) 상온충격 (23, J/m, 1/8 ) ASTM D256 150 906 950 958 MFR 300, 1.2kg 10 5.9 YI ASTM D1925 1.1 6.2 Mw LG Chem 48,600 51,200 Tg ASTM D7426 151.0 147.4
그림 7 온도별충격특성비교자료 - 60-40 주요난연 Mechanism 은열분해에의해생성되는 Silicone residue 에의해탄화작용과 Si- 라디칼의포획작용이난연에기여한다고추정해볼수있다. 03 맺음말 Temperature( ) - 20 0 23 0 200 400 600 800 1000 Notched izod(j/m) PC/ABS Hi PC/ABS PC(10MFI) 실리콘 PC 난연성을부여하는방법에따라첨가형과반응형난연제로구분될수있다. 첨가형난연제는 compounding 공정에서첨가제로투입되어단순혼합하는방법이며, 반응형은고분자의주사슬에난연성을부여할수있는단량체 (Monomer) 를도입하여난연고분자를제조할수있다. 여기서실리콘 PC는반응형고분자로써주사슬에난연성을부여하는방법으로구분될수있다. 이상으로실리콘 PC의주요특성에대해서간략히살펴보았다. 하나의소재가완벽하게모든성형제품에적용될수는없다. 그렇지만, 실리콘 PC의적용범위는매우광범위하다. 특히, 투명한소재가필요한경우높은투명도를유지하면서실리콘 PC의특성 ( 내화학성, 저온내충격성, 난연성 ) 을함께보유한소재를만드는것이회사이익창출에기여할수있다고생각된다. 끝으로실제사용환경에따라요구되는특성에따라적용소재는달라질수있으며이는실리콘함량을조절하여다양한제품군의 Line-Up 으로적재적소에활용할수있다고판단된다. 40