플라스틱산업 사출 / 압출 / 금형 /원료

【목차】
1. 시작하면서
2. 첨가제의 종류와 최신동향
2-1 산화 방지제
2-2 자외선흡수제, 광안정제
2-3 난연제
2-4 안정제
2-5 필러, 충진제
2-6 가공조제

月刊 플라스틱기계산업의 [해외기술동향]은 日本プラスチック工業連盟과의 업무 협약을 통해 月刊 「プラスチックス」에 게재된 기술내용을 발췌한 것입니다.

2 . 첨가제의 종류와 최신동향

2-2 자외선흡수제, 광안정제
광산화 열화를 방지하기 위한 자외선 흡수제나 힌더드 아민계를 중심으로한 안정제가 사용 중이다. 벤조트리어졸과 힌더드 아민계 안정제(HALS)로 HALS는 자외선 흡수제와의 병용에서 상승효과를 보였다.

자외선에 의한 열화 방지 방법은 아래와 같다.
① 산화티탄, 카본, 착색제 등을 첨가하는 차폐법
② 자외선을 흡수하여 열로 변환하는 방법
② (벤조페논, 벤조트리어졸 등)
③  자외선에 의한 여기(勵起)로 라디컬이 분해되기전에 안정화한다(퀜처).
④  자외선에 의하여 분해된 라디컬을 안정화하기 위한 광안정제(힌더드 아민)를 사용한다.

HALS는 힌더드 아민계라고 불리고 있으며, 2,2,4,6 테트라메틸피페라딘 구조에서 주로 보이는 골격을 가진 화합물로, 폴리올레핀을 시작으로 하는 고분자 안정화에 중요한 역할을 하고 있다. (그림2)(3)(4)
HALS의 특징을 끌어내기 위해서는 다른 첨가제와의 상승효과, 길항작용에 대한 정확한 설명, 폴리머와의 상용성 향상, 관능기함유 HALS에 따른 폴리머내의 보류성 향상 등 몇 가지 과제가 남아있다.

2-3 난연제
난연제의 수요는 일시적인 경기 동향 등에 영향을 받아 떨어지지만, 재차 회복 경향을 보이고는 있다. 하지만, 브롬계 난연제의 경우 공급 불안정의 징후를 보인다.
지난 호에 기재된 표2에 나와 있는 것처럼, 할로겐계, 인산계, 무기계, 질소계 등의 난연제는 연간 약 160,000t 정도의 소요량을 보이며, 그중 인산에스테르는 연간 25,000t 정도의 소요량을 보이며, OA 기기, 전기·전자 관련하여 높은 성장률을 보인다.
최근 연구의 방향은 난연 효율을 높일 난연제의 개발에 대한 관심을 끌고 있으며, 종류는 적지만 표3에 기재되어있는 것처럼 새로운 개발의 움직임도 보인다.(5)
이후 새로운 난연화 기술의 개발이 절실해지고 있기에 새로운 난연 기기 연구에 관심이 쏠리고 있다.

2-4 안정제
안정제는 폴리염화 비닐 가공시 가열에 의한 열화를 방지하기 위한 목적으로 이용된 첨가제로 최근에는 효과를 높이기 위한 연계, 투명성을 요구하고 있는 바륨-아연계, 주로 전선용으로 사용 중인 칼슘-아연계, 주석계, 마그네슘계, 이외의 유기안정화조제로 분류하고 있다.
이들의 수요량은 바륨-아연계가 약 13,000t, 칼슘-아연계가 약 10,700t, 바륨-아연계가 약 7,600t이다.
주석계 약 3,500t, 유기안정제 4,200t 정도로 볼 수 있다.
연계는 감소하고는 있지만 아직도 꽤 많은 양이 사용되고 있다.
이후에는 바륨 염 이외로의 전환 시 문제가 될 것으로 보인다.
2-5 필러, 충진제
플라스틱은 고무와 비교했을 때, 필러, 충진제를 대량으로 첨가하여 보강하는 경우는 특수한 예를 제외하고 보면, 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드 전지등에 첨가된 FRP, 거기에 10가지 정도의 나노 필러(MMT, CNT)를 나노복합재료화한 선단 복합재료가 사용되고 있다.
대표적인 필러 충진제를 폴리머에 첨가했을 때의 비강도를 그림3에 기재했다.(2)
특히 선단 복합재는 역학적, 광학적, 열적 특성, 난연성, 가스배리어성, 도전성 등의 기능을 제어한 재료에 나노 필러를 적용한 새로운 기능성 재료를 개발 중이다.
특히 나노 필러에 의한 플라스틱의 기능성 개선기술에 대해서는 표4에 정리되어 있다.

2-6 가공조제
최근 선단 기능성 재료의 증가에 반해 얻어진 컴파운드의 경우는 단단해져 유동성이 저하되며, 가공이 어려우므로, 가공성 개선을 위한 가공조제의 역할이 중요시되고 있다.
그리고 가공성이 좋아진 컴파운드를 만들려는 방법으로는 표5(6)(7)에 기재되어 있는 것과 같이 점도가 낮으므로 아무리 유동성이 좋더라도 세관 내 유동 시간에 압력강하가 적은 첨가제의 선택이 중요하다.
때문에, 폴리머와의 상용성이 좋은 가소화효과가 우수한 가소제, 윤활제의 선택, 첨가량 조정 등이 중요하다.
기능성 재료의 경우 기능성 향상과 함께 가공성을 개량하기 위한 첨가제, 예를 들면, 난연재료의 경우 소량 실리콘 화합물의 첨가와 소량의 진동 감쇠 재료로도 높은 효과를 낼 수 있는 적정한 점도의 유동성 첨가제 등이 좋은 예다.

* 필자소개
니시자와 히토시, 니시자와 기술연구소

＜참고문헌＞
(1) 2016年ファインケミカル年鑑、
(1) シーエムシー出版（2015）
(2) 矢崎文彦：工業材料61、No.6（2013）
(3) 榛名轍：高分子添加剤ハンドブック、
(1) シーエムシ－出版（2010)
(4) 根岸由典：プラスチックスエージ、p.68（2015. 4)
(5) 西澤仁：難燃化技術の基礎と最新の開発動向、
(1) シーエムシー出版(2016)
(6) 大柳康：ポリマープロセッシングレオロジー入門、
(1) アグネス承風社(1998)
(7) 久保田和久：高分子の長寿命化技術、
(1) シーエムシー出版（2001）