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1. 필러(filler)의 정의
필러의 활약없이는 근년의 복합재료의 발전을 말할 수 없을 정도이지만 일찍이 filler 의 일본어 번역으로서(한국어도 마찬가지지만) 충전제라고 널리 쓰여져 왔다. 그러나 필러가 복합소재로서 중요시하게 되면서 어느 사이엔지 필러라는 말이 일반화되어 왔다. 발음은 같아도(역주; 한국어로는 같지 않다) 제(劑)에서 재(材)로 변한 평가에서도 역사의 흐름을 느낄 수 있다.
그런데 ASTM에서는 필러의 정의로 강도나 각종 성질의 개량을 위하여 혹은 원가절감을 위하여 플라스틱에 첨가되는 비교적 불활성의 물질 이라고 규정하고 있다. 확실히 불활성인 것은 필러로서 바람직한 성질이기는 하지만 예컨대 활성인 물질이라도 예를들면 반응성 충전재(材)로서 그 성질을 잘 이용하면 충분히 필러로서의 역할을 기대할 수가 있다. 따라서 새삼 틀에 박아 좁게 정의할 필요는 없고 좀 더 발전적 요소를 갖는 것으로써 필러를 파악해 가는 것이 긴요하다. 필러에 관한 최근의 특징도 보강용 필러의 적극적인 개발과 극히 변화가 풍부한 기능성 필러의 전개는 더할 나위 없다. 물론 플라스틱의 고부가가치화 고성능화에의 요망 그리고 하이테크산업의 진전이 그들 필러의 전개에 있어서 큰 원동력이 되고 있는 것은 더 말할 필요가 없다.
2. 필러의 역할 및 목적
최근의 하이테크화 시대를 반영하여 필러의 용도도 다양화되어가고 있고 역할이나 목적도 넓고 깊어져가고 있다. 그러나 일단 고무나 플리스틱에 대한 필러의 역할로서 아래의 4가지를 들고 싶다.
①원가절감
②물성 또는 성질의 개선
③기능부여
④가공성 개선
그 중 ①은 단순한 증량목적 뿐만아니라 예를들면 탈크(talc) 충전 PP와 같이 엔지니어링플라스틱이나 ABS와 같은 값비싼 플라스틱의 대체용 으로서도 더욱 적극적인 경제목적을 중시한 역할을 갖고 있다. ②는 플라스틱 등의 역학적 성질 혹은 열적 성질의 개선을 목적으로 한 것으로 플라스틱 등의 고성능화라는 면에서 대단히 중요한 역할이다. ③은 도전성 이라든가 자성이라든가 본디 플라스틱 등에는 없는 특수기능 부여를 목적으로 하는 것으로 플라스틱 등의 고기능화 고부가가치화에 이루는 역할은 극히 큰 것이다. ④는 가공할 때의 점도나 유동성의 조절뿐만 아니라 금형 오염의 방지 탈형촉진 경화시간의 조정 발포 방지 등 외에 안료 기타 첨가제와 함께 써서 그들의 분산성이나 첨가효과의 개선 등으로 필러가 잘 이용되고 있고 플라스틱의 품질향상 연료절감 효과라는 점에서 큰 역할을 다하고 있다. 이와 같이 일찍이 증량에서 시작한 필러의 역할이 넓고 깊어짐에 따라 필러의 품질과 신뢰성에 대한 요구도 당연히 엄격해져 오고 있다. 따라서 필러의 입도조정이나 표면개질 기능제어라는 필러의 요소기술의 중요성은 더욱더 증대해 오고 있다.
1 필러의 종류와 주용도
1. 중질탄산칼슘 (약어; 중탄)
1) 개념
탄산칼슘은 값이 싸고 백색도도 높고 또한 독성이 없기 때문에 주로 플라스틱 도료 고무 등의 분야에서 필러로서 많이 쓰이고 있다. 그밖에도 건재 농약 의약 식품방면에서도 쓰이고 있다. 탄산칼슘에는 천연의 석회석을 분쇄한 것과 화학적으로 합성한 것 2종류가 있는데 보통 중질탄산칼슘(이하 중탄이라 한다)이라고 하는 것은 전자에 속한다.
일반적으로 중탄이라는 것은 결정질 석회석이나 대리석 등을 분쇄한 것이다. 그밖에 천연분쇄 중탄에는 풍화된 조개껍질을 분쇄한 호분이나 풍화해산 미생물을 분쇄한 초크 등이 있다. 탄산칼습에는 칼사이트(calcite) 아라고나이트(aragonite) 바테라이트(vaterite)의 3종의 결정 형태의 것이 있는데 중탄은 칼사이트형을 하고 있다.
2) 용도
중탄은 플라스틱 도료 고무 등에 배합 사용되는 경우가 많다. 플라스틱 중에는 특히 PVC FRP PP PE에 대량으로 쓰이고 있다. 이들 수지에 사용하는 목적은 증량 이외에 다음을 들 수 있다. PVC에서는 가소제의 흡수량이 적음 열변형온도의 향상 절연저항의 향상 치수안정 휨방지와 연소할 때의 염화수소가스의 포착 등 FRP에서는 강성의 향상 뒤틀림 휨방지 수축방지 등 PP PE에서는 찢어짐 미끄럼의 방지 윤기없앰 갈라짐 방지 인쇄성의 향상 흡습성 향상 강성향상 열변형온도의 향상 수축방지 열전도의 향상 등이다.
3) 맺는 말
필러로서의 중탄의 결점으로서는 표면의 불활성 입도 분포의 폭이 큼 큰 입자의 섞임 불순물 등의 점을 들 수 있다. 따라서 이 결점을 분급 기술의 향상이나 표면개질제의 개발 등에 의하여 해결하는 것이 긴급한 과제라고 할 수 있다. 필러로서의 탄산칼숨에는 우리 인간에게 있어서 독이 없다는 굉장한 특징이 있으므로 꿈이 있는 필러임에는 변함이 없다.
2.경. 교질탄산칼슘(약어;경탄)
1) 개념
일본에는 세계에서 유례를 찾아볼 수 없을 정도의 고품질의 석회석을 산출하고 있으므로 미국에 있어서와 같이 소다공업 부산물을 이용하는 제법에 의하지 않고 독자의 방법으로써 치밀질 석회석을 원료로 하여 화학적으로 탄산칼슘을 제조하는 탄산가스화합법이 1914년에 개발 공업화되어 현재의 침강탄산칼슘공업이 확립되었다.
침강탄산칼슘은 제조조건을 조절함으로써 결정계 입자의 크기 모양 표면활성 등 특성을 달리하는 많은 제품을 얻을 수 있는 데서 공업용 분재(粉材) 중에서 가장 보편적인 분재로 이용되고 있다.
침강탄산칼슘은 입자의 크기에 따라 두 종류로 대별된다. 그 하나는 입자경(룹랜) l~5㎛의 방추형(紡錘形) 또는 봉상(棒狀)의 경질탄산칼슘(속칭 경탄이라 하고 이하 경탄이라 한다) 으로 이것은 겉보기의 부피가 크고 푹신푹신한 가벼운 분말인데서 호칭된 것으로 경미성 탄산칼슘이라고도 부르고 있다. 또 하나는 입자경 0.02~0.2㎛의 입방체상의 colloid상 미립자로 교질 탄산칼슘이라든가 극미세 탄산칼슘이라고 호칭하고 있다.
또 교질탄산칼슘은 그대로도 분재로 이용되고 있지만 그 입자 표면을 지방산이나 수지산 등의 유기물로 처리한 극미세활성화 탄산칼슘은 유기물과의 친화성이 풍부하므로 고무 플라스틱 도료 등 광범위한 공업분야에 쓰이고 교질탄산칼슘의 1품종으로써 주요한 지위를 차지하고 있다.
2) 용도
가. 고무용
고무용 백색 충전제 중 탄산칼슘은 가장 널리 쓰여지고 있는 것으로 양적으로도 가장 많다. 경탄은 비교적 값이 싸서 증용(增容) 충전제로 쓰이고 고무에 배합했을 때의 장점으로는 미가류 고무에 적정한 가소성을 부여하여 캘린더나 압출 가공에 뛰어나고 고무의 오그라듦 형체 변형이 적고 마무리 표면이 좋은 고무를 만들 수 있는 점이다.
교질탄산칼슘은 유기물로 표면처리한 활성화탄산칼슘이 보강충전제로 쓰인다. 이것은 입자경 0.02-0.06㎛의 극미세임에도 불구하고 입자표면의 친유화 효과로 고무에의 분산이 좋고 가류고무의 인장강도 인열강도 내마모성 등의 보강성이 크고 다량 배합해도 연질로 신장이 큰 제품을 얻을 수 있다. 또 입방체의 등방성 입자라는 점에서도 동적 조건 하에서의 노화나 피로가 작고 굴곡에 의한 균열 발생이 작은 장점도 갖고 있다. 직경 0.01~0.02㎛의 초미세 입자가 연쇄상으로 0.05-0.1㎛의 길이로 일차 결합한 BET 비표면적 60m/g 이상의 탄산칼슘은 타이어의 트레드 고무배합에 쓰이는 등 카본블랙에도 필적하는 보강성을 부여한다.
나. 플라스틱용
플라스틱중 탄산칼슘이 가장 많이 쓰이는 것은 연질염화비닐로 경질염화비닐이나 폴리올레핀수지는 소량 배합으로 기능성을 부여하는 보강 개질제로 쓰이고 있다.
연질염화비닐 제품은 레저 쉬트류 전선시즈 등 표면광택 색채 혹은 촉감등이 중요시되고 또 구부림이나 인장에 의하여 생기는 백화가 적은 성질이 요구되지만 이러한 목적에 교질 탄산칼슘중 입자경이 0.08-0.15㎛의 지방산처리 활성화탄산칼슘이 가장 적합하여 널리 쓰이고 있다. 경질염화비닐이나 폴리올레핀수지 제품에 있어서는 입자경 0.08-0.15㎛의 활성화 탄산칼슘을 수부에서 20부정도 배합하여 내충격성이나 내후성을 개선한다든지 굴곡강도의 향상효과를 올리고 있다. 그밖의 폴리스틸렌수지나 강화플라스틱은 실란처리 등 특수처리품이 소량으로 쓰이는 사례가 있을뿐 범용적으로 쓰이고 있지는 않다.
다. 제지용
제지용은 내첨용과 도공용의 두 가지로 대별된다.
박엽지는 불투명도 백색도의 향상 인쇄할 때의 뒷면 번짐 방지효과나 라이스페이퍼는 통기도의 조절성이 좋은 것 또 내첨할 때의 와이어 마모도가 작고 수율이 좋으므로 주로 방추형의 칼사이트형 경질탄산칼슘이 쓰인다. 아라고나이트형 경질탄산칼습도 칼사이트형에 비하여 강도는 약간 낮기는 하지만 불투명도가 조금 높은 성질을 갖기 때문에 내첨용 안료로 쓰인다. 아트지 코트지의 표면 도공용에는 백색도 표면광택 불투명도 등의 광학적 성질에의 효과나 인쇄효과를 높이는 잉크 수리성이 뛰어나므로 입자경 0.1-0.2㎛의 입방체상 미 세탄산칼슘이 쓰인다. 또 특수 용도로서는 감열지 발색층에 고흡유량으로 부피가 큰 안료로서 입자경 3㎛의 미세 침상 탄산칼슘이 쓰이고 있다.
라. 도료용
탄산칼슘은 체질안료로서 도료의 증량성이나 솔질의 매끄럼성. 조도의 조절 등을 위하여 쓰이지만 분산성을 쉽게하고 전색제와의 친화성 향상을 목적으로 주로 수지산으로 표면처리한 입자경 0.06-0.08㎛의 극미세 활성화탄산칼슘은 도막강도의 개선 표면광택의 뛰어남 도료에 구조점성의 부여 등의 장점을 가지므로 널리 쓰이고 있다.
마. 인쇄용 잉크
인쇄 잉크용 안료는 은폐성보다도 투명성이 중시되므로 탄산칼슘은 입자가 작은 초미세 입자 범위에 있는 0.02-0.04㎛으로 특히 BET 비표면적 50m/g 정도의 것이 높은 점성 투명성을 부여하는 특성에서 옵셋잉크에 즐겨 쓰인다. 그라비아 잉크는 저점도 좋은 분산성 높은 광택 투명성 등의 물성이 요구되므로 옵셋잉크보다는 약간 입자가 큰 0.04-0.06㎛의 극미세 활성화 탄산칼슘이 쓰인다.
바. 기타
식품첨가제나 화장품 등에 탄산칼슘이 쓰이고 있고 물엿 포도당 등의 중화제 치약재료나 크레용 원료에 경질탄산칼슘이 쓰인다.
2. 천연실리카
1) 개념
실리카란 이산화규소(SiO₂)를 가리키는 말로 주로 천연적으로 산출되는 규석 혹은 석영 (Quartz) 등의 총칭이다. 실리카는 유리 요업 내화물 건재 전자 등의 원재료가 되는 대단히 중요한 광물이기도 하다.
2) 용도
천연실리카를 필러로 쓰는 최대의 용도는 전자 관련의 플라스틱이나 도료의 필러이다. 실리카를 필러로 하는 복합재료를 설계하는 경우 매트릭스와의 상용성이나 실리카에 포함되는 불순물의 허용량 입도 등이 사용 가부의 포인트이고 목적에 맞는 순도나 입도의 선택 등이 필요하다. 또 복합재료의 강도향상을 위하여 실란카플링제 등에 의한 표면처리가 행해지는 경우가 있다.
3. 카올린 클레이
1) 개념
카올린 클레이는 천연함수규산 알루미늄 광물로 화학조성은 「 A1₂Si0₂(OH)₄」이다. 클레이는 본래 엽납석을 주성분으로 하고 카올린 광물 ?세리사이트 및 석영을 보통 수반하고 있다. 외국에서는 카올린 광물질의 점토를 클레이라고 부르고 있지만. 일본에서는 납석광석을 미분쇄한 납석클레이를 일반적으로 클레이라고 부르고 카올린질 클레이와는 구별하고 있다. 그러나 상품명과 광물명과의 구별은 명확하지 않다.
2)용도
여러 가지 용도로 사용되고 있는데 정제되어 제지 섬유 고무 플라스틱 도료 화장품 의약품 농약 등의 분야에 필러로 오래 전부터 폭넓게 쓰이고 있다.
4. 산화티타늄
1) 개념
산화티타늄이 1923년에 처음으로 공업화되고 80여년이 지난 현재 산화티타늄은 백색안료의 주류가 되고 있다. 특징은 백색도 굴절률 은폐성이 높은 외에 입자경이 0.15~0.3㎛으로 작다는 데 있다. 이 특징이 필러로 사용한 경우 불투명성이 높은 백색의 폴리머를 형성하게 된다. 산화티타늄의 결정형은 anatase형 rutile형이 있는데 이는 공업적으로 생산된다.
전자는 그대로 쓰는 경우가 있지만 후자는 표면을 알루미나 실리카 산화아연 등의 수화물 산화물에 의하여 표면피복이 되어 있다. 이렇게 함으로써 분산성 은폐성 내후성 등의 안료특성올 향상하게 된다.
2) 용도사례
가. 도료
백색 혹은 담채색(淡彩色) 중간색의 기초안료로 쓰여져 은폐력 착색력을 이용하고 있다. 자동차용 건축용 공업제품용 등의 alkid acryl 등의 용제계 도료 및 수계(水系) 에멀존도료 등에 총 소비량의 50% 정도가 쓰인다.
나. 플라스틱
PE. PP. PVC 등의 열가소성수지에 착색제로써 쓰이고 있다. 적은 첨가량으로 착색을 최대한 발휘할 수 있기 때문에 분산성이 중요하게 된다. 총소비량의 15-20%를 점한다.
다. 잉크
인쇄 잉크 관(罐)잉크에 쓰인다. 일반적으로 잉크에서는 도막용으로 쓰이기 때문에 산화티타늄의 은폐력이 중요한 요소가 된다. 총 소비량의 약 10%를 점한다.
라. 제지
사전용지 복사용지 같은 종이나 미술 인쇄용지 같은 종이에 쓰인다. 총 소비량의 약 10%를 점한다.
마. 고무 섬유
고무 본래의 색을 소량으로 희게 하는 효과가 있으므로 착색제로 쓰인다. 섬유는 나일론 폴리에스터르 등의 화학섬유의 강한 광택감을 억제하는데 쓰이고 있고 산화티타늄의 높은 굴절률에서 생기는 높은 광산란 효과를 이용하고 있다. 가장 중요한 요소는 화학섬유 중에서의 분산성이다. 소비량은 그다지 많지 않다.
바. 화장품
안료용 산화티타늄은 백색도 은폐력을 이용하여 파운데이션 등에 쓰이고 미립자 산화티타늄은 자외선에 대한 높은 산란력을 이용하여 자외선 차단용 화장품에 쓰인다.
4. 유산바륨
1) 개념
시판하고 있는 유산바륨은 천연산의 중정석(Barite)을 분쇄한 바라이트분과 화학반응으로 제조한 침강성 유산바륨으로 대별된다.
유산바륨은 공기나 열에 안정하여 유화수소나 유독가스에도 변색하지 않으므로 parmanent white라고 불리고 물리적 화학적으로 대단히 안정되어 있지만 굴절률이 낮기 때문에 백색안료보다도 오히려 체질안료로써의 용도가 많다.
2)용도
입자경은 초미립자인 0.03㎛으로부터 큰 것은 10㎛까지 제조되고 있고 도료 안료 잉크 고무 플라스틱 sealant 제지 축전지 화장품 섬유 등에 가공성 물성개량 등 기능성을 부여하는 데에 사용된다.
5. 산화아연(아연화)
1) 개념
산화아연의 역사는 오래되어 공업적으로 쓰이기 시작한 것은 연백을 대체하는 백색안료이다. 현재 무기계 백색안료로서는 산화티타늄에 이어 많이 쓰이고 있다. 또 산화아연은 다종다양한 화학적 물리적 성질에 의하여
그 응용범위는 넓어 고무가류촉진조제 유리 촉매 가스센서 형광체 등에 쓰인다.
2) 용도
용도의 주체는 고무이다. 고무 외에 도료 유리 페라이트 도자기 의약 안료 전선 화구 인쇄잉크 전지 등에 쓰인다.
6. 수산화알루미늄 ?알루미나
1) 개념
수산화알루미늄은 Al(OH)₃또는 "A1₂O₃? 3Hz O" 로 표현되는 백색 결정이다.
알루미나는 AL₂O₃로 표현되고 위의 수산화알루미늄을 1000℃ 이상에서 탈수 소성하여 만든다.
2) 용도
수산화알우미늄은 알루미나 원료 유산알루미 등의 화학품 제오라이트 유리 내화물용의 원료 고무 플라스틱의 필러 제지도공용 건축자재 등 여러 가지에 쓰이고 있다. 특히 고무 플라스틱. 건축자재 등 용도에의 사용이 증대하고 있고 그 중에서도 MMA나 폴리에스테르와 수산화알루미늄을 주성분으로 하는 인조대리석은 일상생활에 급속하게 보급되어 오고있고 수산화알루미늄의 주요 시장의 하나가 되어오고 있다.
알루미나는 알루미늄 정련용도를 제외하면 주로 세라믹용으로 내화물 연마제 전자재료 등에 쓰이고 있다. 충전제 용도로는 지금까지 그다지 많이 쓰여지지는 않았지만 이제 열전도성 저(低)응력성을 이용한 방열 필러로서의 용도가 실용화되고 있다.
7. 수산화마그네슘
1) 개념
수산화마그네슘의 종래의 용도로서는 의약품 산화마그네슘의 원료 중화제 등이었다. 근년 합성법에 관한 연구가 진전되어 그 결과 폴리머에의 첨가제 및 필러로 이용할 수 있는 그레이드가 상업적 규모로 제조 판매되게 되었다. 새로이 개발된 합성법에 의하여 입자의 분산성을 완벽하게 높여 결정입자경을 자유로이 제어할 수 있게 된 것과. 또한 표면처리 기술에 의하여 폴리머와의 상용성을 개선할 수 있다는 점에서 수산화마그네슘은 수지용 필러로서의 지위를 확립하고 있다. 환경보호나 안전성에의 의식이 높아지는 가운데 필러로서도 독이 없고 안전한 물질이 요구되고 있어 현재 무독 비할로겐으로 깨끗한 난연제로서의 용도가 열려지고 있다.
2) 용도
난연제로 쓰인다. 탈수분해 반응이 약 340℃에서 시작하여 약 440℃에서 끝나므로 많은 열가소성수지의 가공온도에서 안정하여 발포문제 등을 일으키지 않고 또 이 흡열반응이 수지의 열분해 연소온도와 잘 겹쳐있어 다시 분해로 생성한 활성의 산화마그네슘의 탈수소촉매 등에 의하여 탄화층 형성이 진행되는 등에 뛰어난 난연효과를 나타낸다. 수산화마그네슘으로 난연화를 도모하는 경우 고배합이 필수로 그래도 수지조성물의 기계적 강도 물성을 실용 적수준에 유지하지 않으면 안되므로 난연 그레이드 급은 필러로서의 조건을 수많이 만족해야 할 필요가 있다.
현재 전선 건축자재 등에 사용되고 PP의 사출성형품 및 압출성형품에도 쓰이기 시작하고 있다.
* 판상필러
10. 활석분(talc)
1) 개념
활석분이란 활석 광석의 가루이므로 talcum powder라고 해야 하지만 지금은 광석도 가루도 탈크라고 부르게 되었다. 천연으로 산출되는 광석중 가장 연하여 Mohs 경도 1로 표시된다. 산이나 알칼리에도 비교적 안정되어 있기 때문에 지금은 널리 화학공업분야에 이용되고 있다.
2) 용도
가. 제지
탈크의 현재 용도의 70% 가까이를 점하는 주용도이다. 탈크는 연한 광물이므로 충전제로 사용했을때 초지용 망의 마모가 적다. 판상결정이므로 이를 제지에 썼을때 표면이 평활하게 되므로 인쇄성을 향상시킨다. 또 펄프에서 나오는 pitch를 탈크 친유성의 특성으로 홉착시킨다. 현재 중국산 탈크의 일부는 가루상태로 제지업계에 납품되고 있다.
나. 의약 화장품
의약용은 약국방에 정해진 기준에 합치하는 고급품이 사용된다. 화장품은 탈크가 살갗 위에서 번져 시원한 느낌올 주기 때문에 body powder 등에 사용한다. 탈크중 석면의 함유 여부는 중요한 요인의 하나이다.
다. 도료
일본은 전국 도처에서 값싼 탄산칼슘이 산출된다. 그러나 탄산칼슘은 산에 약한 단점이 있다. 탈크는 건축용 도료 등 내산성 필러로서의 기능이 있다. 초미립자의 탈크는 자동차 도료의 톱코트의 소염제로서 실리카 대신에 사용되어 왔다. 방청도료는 탈크의 형상이 판상 이어서 입자가 겹치고 또한 소수성의 특성을 살려 물의 침입을 막는다든지 갈라짐올 방지하고 있다. 또 흡유량이 적은 입자의 대소를 조절한 특주품(特注品)도 출현할 것이다.
라. 세라믹
유약으로서 위생도기 등에 쓰였다. 또 열의 변화나 수축 팽창계수도 작은 탈크는 소성탈크 로서 스테아타이트나 코지라이트의 원료로서도 널리 쓰이고 있다. 또 인조 마이카로서도 철분이 적은 미립자품이 주목받고 있다.
마. 플라스틱
탈크가 플라스틱에 쓰이게 된 것은 판상결정이고 aspect비에 의하여 컴파운드의 품질을 향상시킬 수 있는 데에 있고 또 탄산칼습을 층전한 폴리머보다도 실온 고온 하에서도 높은 강성과 크리프 저항을 나타내는 데에 있다. 특히 미립자의 탈크 분산을 고도화시킬 수 있는 컴파운드 기술이 근년에 자동차업계에 사용용도를 늘려가고 있다.
ㄱ) PP
탈크 충전의 PP의 주된 용도는 강성과 고온 크리프저항의 증대에 의하여 자동차의 부품에 채용되었다. 또 마무리에 뛰어난 표면 몰드의 낮은 수축성 좋은 가공성에 의하여 범퍼를 비롯하여 팬씨우개 히터하우징과 덕트등에 쓰이고 있다.
ㄴ) PE
HDPE에 탈크 20-30%를 첨가함으로써 높은 강성과 함께 최상의 충격강도를 얻을 수 있다. 그것은 층전하지 않은 PE나 탄산칼슘을 똑같은 양을 첨가한 것보다도 내충격성/강성 및 강도의 균형이 보다 좋은 결과를 얻을 수 있다.
ㄷ) 폴리스틸렌
열가소성 엘라스토머 10%로 변성한 폴리스틸렌에 30-40%의 탈크를 첨가한 것은 첨가하지 않은 폴리스틸렌에 비하여 내충격성/인장강도 및 강성의 균형이 보다 좋은 결과를 얻을 수 있다.
ㄹ) 기타
판상결정의 다른 필러와 마찬가지로 폴리아미드수지나 그 밖의 엔지니어링 플라스틱 등에도 고강도/강성 및 치수안정성을 좋게 하는 결과로서 컴파운드에는 없어서는 안될 필러로 사용되어 가고 있다.
3) 탈크의 표면개질
보강효과 향상의 실란(silane)처리는 유명하다. 실란카프링제를 사용하여 탈크의 표면을 개질함으로써 보다 뛰어난 충격성/낮은 휨/높은 강성 등 균형이 잡힌 컴파운드를 만들 수 있다. 또 분쇄와 함께 표면을 개질하는 방법이 있다. 일부 기업에서 행하여지고 있지만 아직은 일반적이지 않다. 그 외에 티타네이트 카프링제를 사용한다든지 지방산 등에 의한 개질도 행하여지고 있다. 표면개질제의 첨가량은 입자가 늘어질수록 증가한다. 따라서 코스트도 올라간다. 그러나 표면개질에 의하여 인장강도의 향상 신율의 향상 충격강도의 향상 탄성율의 향상 표면경도의 향상 등을 꼽을 수 있다. 이들을 여러 가지로 짜맞춤으로써 표면개질의 좋은 방법이 생겨날 것이다.
11. 마이카(mica)
1) 개념
마이카는 천연광물 중에서 가장 얇은 판상 광물이다. 또 탄력성도 풍부하여 필러로서는 대단히 재미있고 앞으로 더욱 폭 넓게 응용이 전개될 것이다.
2) 용도
마이카는 수지용 필러로서는 강성강화 및 낮은 휨이 다른 필러에 비하여 뛰어나다. 도료 건축용재 제지 화장품 고무 수지 유리 등에 쓰인다.
* 침상필러
12.월라스토나이트
1) 개념
월라스토나이트는 백색의 섬유상 괴상의 광물로 미국 핀랜드 인도 멕시코 중국 등에서 산출된다. 월라스토나이트의 역사는 1950년 초두에 미국에서 주로 타일 도자기 등의 세라믹 원료로 이용되기 시작하였다. 월라스토나이트는 침상결정의 정도에 의하여 저aspect품과 고aspect품의 2종으로 분류된다. 저aspect품은 보강효과보다 치수안정성과 높은 백색도에 특징이 있고 고aspect품은 특별한 표면처리에 의하여 보강을 목적으로 하고 있다.
2) 용도
가. 수지
①침상구조이므로 인장강도 굴곡강도를 높인다.
②흡착능력- 듀풍이 20년 전에 나일론의 수분흡착 필러로 개발한 기술이다.
③첨가량을 올려도 점성이 올라가지 않는다. (에폭시수지: 90%가능 폴리아미드수지: 70%가능)
④표면 특성이 좋다. - 긴 실리카의 쇄로 되어 있어서 섬유를 닮았다.
⑤백색도가 높으므로 산화티타늄 등 착색제를 줄일 수 있다.
⑥결정수가 없어서 절연성이 좋다.
⑦열팽창이 낮다.
⑧휘발분이 없고 안정되어 있다. ⑨장기간 안정되어 있다.
⑩탄산칼슘 탈크증량제보다 강화재로서인장강도를높인다.
나. 도료
①백색도가 높아 다른 백색안료를 줄일 수 있다.
②흡유량이 낮아 바인더를 줄일 수 있다.
③PH가 높아 녹슬음을 방지하고 침식을 막는다.
④섬유상이어서 페인트필름의 강도를 높이고 마찰에 강하여 흠집이 어렵고 표면의 평활성을 좋게 하고 솔질하기가 쉽다.
⑤미분은 침전안정성이 있다.
⑥표면처리한 것은 분산성 접합성이좋다.
다. 요업
①타일을 단시간에 소성할 수 있다.
②핀홀이 발생하지 않는다.
③낮은 팽창으로 크래킹을 방지할 수 있다.
④일반특성으로는 강도를 개선하고 중금속이 없고 색이 안정되고 광택을 방지하고 침상구조이며 수분흡착 등을 들 수 있다.
13. 티탄산칼륨
1) 개념
티탄산칼륨은 일반식 「K₂0 * nTi0₂ 」 로 표시되는 일련의 화합물의 총칭이다. 티탄산칼륨은 약 40년 전 미국의 듀퐁사에 의하여 처음으로 합성된 것으로 아직은 새로운 인조광물 이다. 티탄산칼륨은 여러 가지의 화합물이 있고 그 대부분이 섬유상으로 이루어지지만 결정학적으로 보아 대단히 흥미로운 것이다.
2) 용도
티탄산칼륨 위스커는 단독으로 이용되는 일은 드물고 대개 플라스틱 금속 및 세라믹 등의 각종 매트릭에 분산되어 사용되는 경우가 압도적으로 많다.
구체적으로는 강화복합재료 마찰마모재료 단열내열재료 전기전자 재료(절연재료나 도전성재료 등) 여과재료 등에 이용된다. 플라스틱에 이용하는 대표적인 특성은 내마모성의 개량 미크로 보강성(유리섬유로는 성형할 수 없는 경우에도 FRTP는 구석구석까지 강화할 수 있다) 치수안정성 표면평활성 가공성을 들 수 있다.
그 밖에 자동차 등의 브레이크라이닝 브레이크패트나 클러치페이징 등에는 석면이 사용되어 왔으나 석면은 고속으로 장시간 사용하면 과열하여 페이드현상을 일으키는 단점과 석면의 건강상의 문제가 있어 그 대체재료로 주목받고 있다.
14.염기성 유산마그네슘
1) 개념
현재 공업적으로 이용되고 있는 섬유상 무기화합물로서는 유리섬유 티탄산칼륨 염기성유산마그네슘 등이 있고 자동차 가전용 플라스틱 재료의 복합화의 일익을 담당하고 그 고기능화를 촉진해 왔다. 게다가 작금의 친환경 재료에의 급속한 요망 중에서 경량화 및 재활용성의 면에서도 섬유상 화합물의 그러한 기능적인 전개가 요망되고 있다.
염기성유 산마그네슘(상품명:모스하이지)은 사업화되고서 5년여를 경과하여 자동차 수지 도료메이커 등에서 착실하게 응용확대가 도모되어 드디어 기능성 필러로서 알게 되는 단계 에 이르렀다.
2) 용도
모스하이지는 수열(水熱) 반응에 의하여 합성되지만 그 주변 기술로써 분급 표면처리 조립및 분쇄기술의 개발에 들어가 광범위한 용도 전개를 도모하고 있다. 현재는 자동차 부품 도료접착제 및 난연불연지 여과재 기타 안티불록킹재 등에 쓰이고 있다.
15. 세피올라이트(sepiolite)
1) 개념
세피올라이트는 일반적으로 친숙한 광물은 아니지만 예로부터 알려져 있는 광물이다. 세피올라이트는 함수마그네슘규산염으로 점토광물의 일종이지만 점토광물의 일반적인 층상구조는 아니고 특수한 구조를 가지고 있다.
세피올라이트는 일본에서는 산출되지 않고. 세계적으로도 산지가 편재하고 있기 때문에 일본에서 이용연구가 시작된 것은 20여년 전부터이다.
2) 용도
세피올라이트는 유연성이 있는 섬유상이기 때문에 석면 대체의 용도로 개척되고 있다.
①증점성(増粘性) 요변성(揺變性)을 이용하여 도료 접착제 유약 등.
②흡착성을 이용하여 양계 양돈사의 냄새 방지 농약 • 비료 등의 굳음 방지 담배 필터.
③섬유보강성을 이용하여 플라스틱 섬유보강 시멘트판 등.
④그 밖에 프라스틱 고무 종이의 난연화 내화물의 바인더 건축자재의 경량화 등.
16. 조노톨라이트(xonotolite)
1) 개념
조노톨라이트는 결정성 규산칼숨의 일종으로 천연으로는 거의 존재하지 않고 합성되고 있다. 천연으로는 같은 부류로 월라스토나이트가 있다. 형상은 침상으로 합성조건에 따라 다르지만 길이가 수 미크론으로부터 수십 미크론까지 있다.
17.붕산알루미늄
1) 개념
붕산알루미늄은공업기술원시코쿠(HI)공업기술연구소가 위스커육성에 성공하여 수지 금속 세라믹 강화용의 새로운 침상필러로 주목받고 있다.
2) 용도
가. 수지용
강화소재로ㅆ서 열경화성이나 가소성을 불문하고 사용이 가능하고 적절한 표면처리를 함으로써 기계적 강도를 높일 수 있다. 특징은 강도탄성률의 향상 팽창계수의 저감 내마모성의 향상이다.
나. 금속용
알루미늄 합금과 복합함으로써 고온에서의 기계적 특성 내마모성이 향상되기 때문에 앞으로 내열성이 요구되는 용도에 기대가 크다.
다. 세라믹용
도자기로부터 뉴세라믹까지의 강화에 사용이 생각되지만 분해온도가 1440V라는 점과 알칼리성 매트릭스와는 소성할 때에 현저한 반응을 일으키기 때문에 용도가 한정되어 있다.
* 구상 필러
18. 비즈(beads)
1) 개념
비즈는 등방성(等方性)에 최대의 특징을 갖는 필러이다. 수지에 충전하면 휨이나 변형이 적어 정밀부품에 적합한 재료가 되고 가격도 알맞아 대량으로 사용될 중요소재이다.
2) 용도
교통표지 반사재 연마재 플라스틱 필러 도료접착재 여과재 유전굴재 등.
비즈가 다른 수지 필러에 가름하여 사용되는 가장 큰 이유는 그 등방성과 화학적 물리적 안정성 및 강도 특성 개량효과에 있다.
19. 벌룬(balloon)
1) 개념
벌룬은 구형을 한 중공체(中空體)의 총칭으로 명칭에서 알 수 있는 바와 같이 비눗방울처럼 둥글고 속이 비어있고 필러용은 일반적으로 "중공비즈" 라고 부른다. 재질은 유기질의 것도 있지만 유리 등 무기질의 것이 많이 쓰이고 있고 밀도는 공의 입경에 의하여 다르기는 하지만 0.2~1.5g/cm³로 다른 속이 찬 필러에 비하여 가볍고 수지에 충전한 경우 다음과 같은 장점이 있다.
①밀도가 가벼워 수지의 경량화를 도모할 수 있다.
②구형이므로 많은 양을 충전할 수 있어 수지를 절감할 수 있다.
③수지의 흐름이 좋고 성형성 가공성이 향상된다.
④변형이나 뒤틀림이 적다.
⑤성형품의 백색도를 높일 수 있다.
2) 용도
벌룬은 근년 플라스틱에의 용도의 다양화와 함께 엔지니어링플라스틱을 비롯하여 새로운 기능수지 등에 사용되는데 다음과 같은 용도가 있다.
①경량화 :자동차 • 전기부품 해양부력재 내압경량부재
②정밀부품 : 각종 산업기기용 부품.
③도료 : 도료 퍼티(putty)증량재 백색안료 대용.
④기타 : 공업용 폭약 반응탑 충전재.
* 기능성필러
20. 금속계 도전성필러
1) 개념
금속분말의 주된 용도는 분말 야금용이지만 전자공업의 발전과 함께 도전재로서도 사용되고 있다.
2) 용도
가. 도전도료용 금속분말로서는 금 은 백금 동 알루미늄등이 있다. 좋은 도전성 도막을 쉽게 얻을 수 있고 환경신뢰성 시험에 견디고 값도 비싸지 않을 필요성에서 은분말이 많이 쓰이고 있다. 은분말에 요구되는 특성으로는 적당한 입도분포를 갖는 미세입자이고 도료화 후의 분산성이 좋고 니스(varnish)에 반응하지 않을 것이 요구된다.
나. 플라스틱충전용 도전성필러
아스펙트비가 큰 섬유상 혹은 플레이크상이 비교적 적은 충전량으로 도전성을 얻는 경향에 있다. 실용화에는 많은 문제점이 남아 있지만 낮은 융점금속으로 금속섬유를 접합하는 방법이나 높은 아스펙트비의 은분말 등도 개발되고 있다.
21.비금속계 도전성필러
1) 개념
도전성필러로서는 종래부터 카본블랙이 보급되고 있지만 흑색 이외의 용도에는 적합하지 않기 때문에 최근에 산화물 반도체의 성질을 이용한 비금속계 무기산화물을 중심으로 한 도전필러가 개발되어 널리 사용되어 오고 있다.
2) 용도
수지 도료 등에 첨가하여 대전방지 방진(防塵) 정전기장해배제재료 정전기화재 대책재료로서의 용도나 기타 섬유와 복합 방사하여 도전성 섬유나 플라스틱부재 등의 정전도장을 위한 도전프라이머에도 이용되고 있다. 응용 사례는 각 이용자 측의 비밀에 속하고 있기 때문에 분명하지는 않지만 대전방지도료 접착제 대전방지 필름 투명 도전막 대전방지 수지 대전방지 섬유 화상기록 재료 정전기록지 전극재료 등을 들 수 있다.
22.카본계 도전성필러
1) 개념
카본계 도전성 필러는 크게 나누어 카본블랙 혹연 및 카본섬유로 분류할 수 있지만 이중 가장 범용적인 것은 카본블랙계이다.
2) 용도
플라스틱의 도전화는 용도적으로 크게 나누어 대전방지(정전기방지) 반(半)도전 도전의 3분야로 분류할 수 있다. 대전방지 용도로서는 예를 들면 IC트레이 자기테이프 등이 있고 중고압케이블용 반도전실드층 용도로는 내부반도전실드층 및 외부반도전실드층에서는 이온성 불순물이 적고 또한 최종압출제품 표면의 평활성이 뛰어난 카본블랙이 장기사용에서의 절연파괴 방지를 위하여 필수적이다.
23. 자성(磁性) 필러
복합재료에 자성을 부여하는 기능을 가진 것을 자성 필러라고 생각하는 경우. 그 목적에 의하여 사용되는 자성 필러도 각각 달라지게 된다.
그 자성 필러와 복합화되는 것도 셸랙 (shellac) 금속재료 고분자재료 등 여러갈래로 나뉘고 근년에는 복합화에 의하여 기능으로서의 자성을 최대한 발휘하기 위하여 모상(母相matrix)과 분산상(分散相)의 구조 및 계면구조를 나노스케일로 제어하고 있는 복합재료도 출현하고 있다.
24. 압전(圧電)초전(焦電)필러
1) 개념
절연성을 나타내는 다소의 차는 있어도 유전성(誘電性)을 나타내고 유전체 중에는 압전성을 나타내는 물질이 있고 압전체 중에는 초전체를 나타내는 물질이 있고 초전체 중에는 강유전성을 나타내는 물질도 있다. 이들 성질은 세라믹에도 존재하여 각각의 성질을 살린 응용부품이 실용화되고 있다.
필러로서 압전재료 초전재료를 사용하는 경우는 각각의 특성을 가진 세라믹의 분말을 사용할 수 있을 것으로 생각되어 원래의 세라믹의 모든 특성을 살펴 선택할 필요가 있다. 필러로 실용화하고 있는 예는 적지만 성질이 다른 두 가지 이상의 재료를 짜맞추어 각각의 특성을 살려 수요에 다가가는 재료 설계가 금후 발전될 것을 기대한다.
2) 용도
가. 압전재료의 용도
①기계계(機械系)로부터 전기계로의 교환소자로서의 응용.
②전기계로부터 기계계로의 교환소자로서의 응용.
③전기계극 기계계복 전기계의 교환소자로서의 응용.
나. 초전재료의 용도
소자의 온도변화에 의하여 전압발생이 있으므로 PZT소자의 전극의 윗면에 흑화막을 만들어 적외선을 열로 변화시킴으로써 적외선을 검출할 수 있다.
다. 응용사례
응용사례로서는 유전체(압전체 초전체)의 필러로서의 응용에 있어서는 근년 연구개발이 진행되어 강유전체 세라믹 또는 분말과 플라스틱의 두 가지의 성질을 달리하는 재료로 만들어진 복합재료로서 두재료의 장점을 끌어내는 것이 목적이라고 생각된다.
25. 섭동성(윤활성내마모성)필러
1) 개념
섭동재는 윤활성이 좋고 내마모성이 좋은 재료가 아니면 안된다. 필러의 효과로서는
①윤활성의 향상
②기계적 강도의 향상
③열전도성의 향상
④치수안정성의 향상 등으로 분류할 수 있는데 ② ③ ④는 결과적으로는 내마모성에 기여하는 것이다.
2)종류
① 윤활성필러:
가. 층상결정물질극 흑연 2유화 몰리브덴 2유화 텅스텐 질화붕소 활석 및 운모.
나. 연질금속극연 주석 금 은 및 합금.
다. 내열 결정성 폴리머쑥 4불화수지 방향족폴리에스테르.
라. 흡유성 및 흡수성 물질극 면분 석면분 방향족 폴리아미드 삼(ft).
마. 기타극 일산화연 불화칼슘 불화흑연 등.
②내마모성 필러:
가. 단섬유극 유리섬유 탄소섬유 금속섬유 합성섬유. 나 입자상 물극 알루미나 실리카 수지탄화물.
다. 기타곡 운모 유리플레이크.
26.봉지재(封止材)용필러
1) 개념
반도체 소재나 집적회로 등의 전자부품 및 코일 등의 전기부품을 온도 습도 또는 충격 등의 외부 환경으로부터 보호하고 전기적인 절연을 할 목적으로 여러가지 봉지가 실시되고 있다. 1950년대에 제품화된 다이오드나 트랜지스터의 봉지(package)에는 당초 금속 유리 세라믹 등의 무기재료가 쓰였다. 그러나 반도체 수요가 증대함에 따라 1960년대 후반에는 저압트랜스퍼 몰드방식에 의한 수지봉지법이 개발되었다.
2) 봉지재
가. 패키지의 주류 수지봉지
수지봉지는 LSI 등의 반도체 봉지의 주류이고 그 중에서도 트랜스퍼 몰드 방식에 의한 에폭시수지 봉지가 주류를 이루고 있다.
나. 봉지재 필러에 요구되는 성질
봉지재용 필러에 요구되는 성질은 전기절연성 내수성(홉수성과 용출성이 낮아야 한다)이 풍부하고 저열팽창율 고열전도성을 가지고 성형할 때에 유동성이 좋아 수지의 경화를 저지하지 않아야 한다.
봉지재용 필러에는 모든 조건을 만족시키는 것은 없고 필요특성에 의하여 실리카 필러를 구별하여 쓰고 있다. 또한 필러의 입도분포 형상 등을 제어함으로써 충전율을 향상시키고 그리고 유동성을 확보한 봉지재를 개발하고 있다.
어느 봉지재 메이커에서는 수지의 개량과 필러의 충전율을 20% 높임으로써 흡수율을 반으로 억제하여 IC를 기반으로 실장(実裝)하기 전의 건조처리가 필요없는 봉지재를 발표하고 있다.
27. 자외선흡수필러
1) 개념
각종 고분자 재료는 다방면의 용도에 쓰이지만 태양광선속의 자외선의 영향을 받아 열화한다. 자외선은 400nm 이하의 단파장 전자파로 그 중 290nm~400nm의 자외선이 지표에 도달한다. 고분자재료가 자외선을 흡수하면 광화학반응에 의하여 분자류의 절단. 가교반응 2중 결합의 생성 산화에 의한 새로운 관능기의 생성 등의 광산화 열화가 일어난다. 그 결과 변색 크랙의 발생 항장력(抗張力) 신장의 저하 등 성능면에 큰 영향을 받는다.
2) 종류 조성 구조
현재까지 개발되어 있는 대표적인 자외선 흡수용 필러의 종류 조성 및 구조는 다음과 같다.
가. 초미립자 산화티타늄
조성: 루틸형 Ti0z (90% 이상)
구조: 1차입자경이 0.02-0.05/ffli의 구상 또는 방추상의 초미립자.
나. 초미립자 산화아연
조성: ZnO (99%이상)
구조: 1차입자경이 0005-0.04마이크론의 초미립자.
다. 초미립자 산화철
조성: Fe2 03
구조: 평균입자경이 o.l/ffll 이하의 초미립자.
라. 초미립자 산화세륨
조성: Ce02 (65쏘3%)
구조: 1차입자경이 0.008^의 초미립자.
3) 용도
플라스틱 성형품의 자외선 흙수용 필러 자외선 차단용 화장품 원료 자외선 차단 잉크 섬유의 자외선 흡수용 필러 식품 포장용 필름 농업용 필름 자외선 차단 유리 등.
28.제진용(휘훑헛)필러
1)개념
제진이라는 것은 진동을 흡수한다는 것으로 이에 대하여 방진이라는 것은 진동을 되튀긴다는 것으로 이 양자는 전혀 다른 개념이다.
2) 제진재용 필러
제건재라는 것은 강판 따위에 펴서 붙이는 목적의 재료를 말한다. 이에는 이중층형(구속층이 없다) 샌드위치형(구속층이 있다)의 두 가지가 있다.
3) 제진성 수지용 필러
제진성 수지라는 것은 제진재와는 달리 펴서 붙이는 것이 아니라 단독으로 사용하는 것을 가리킨다.
29.앤티블로킹( anti-blocking ) 필러
1) 개념
앤티블로킹용 필러는 플라스틱 필름 시트의 제조공정 통과성 가공공정 통과성이나 최종제품을 쓰기 쉽게 개량하기 위하여 쓰인다. PET필름도 이들 특성의 개량을 목적으로 많은 용도에 앤티블로킹제가 사용되고 있다.
2) 대표적인 앤티블로킹용 필러
대표적인 필러로는 실리카 탄산칼슘 티타니아 마이카 텔크 카올린 유기필러 등이 많이 쓰이고 있다.
30.난연제
1) 개념
고분자재료의 응용분야는 여러 가지이고 또 각분야에 있어서의 요구특성도 다양화하고 해마다 고도화하고 있다. 화재사고에 대한 안전성도 그 하나이어서 난연성 내화성이 뛰어난 재료가 요구되고 있다. 고분자 재료는 그 자체가 난연성인 것도 있지만 거의가 이난성(易難性)이어서 통상 난연제를 첨가한다든지 반응시켜서 난연화시키고 있다.
한편 제품 및 용도에 따라 요구되는 난연성이 달라서 전자 전기기기 자동차 건축 철도 차량 따위에 따라 안전규제가 실시되고 있다.
최근에는 단순히 난연성 뿐만 아니라 저유해성 저발연성(低發煙性)이 있고 취급하기가 쉽고 가공성이 좋고 내열성 등의 물성이 좋을 것 등이 요구되고 가까운 장래에 재활용성 등 고분자재료 특유의 어려운 문제도 해결책이 필수가 되고 있다.
2) 난연제의 종류
난연제의 종류는 무기계 난연제 할로겐계 난연제 인(%)계 난연제로
크게나누어진다.
3) 금후의 과제
난연제에 요구되는 금후의 과제로는 다음을 들수 있다.
가. 소량의 첨가로 높은 난연효과를 얻을 것.
나. 저유해성 저발연성에 뛰어날 것
다. 추출되기 어렵고 친환경적일 것.
라. 내열성 내후성 전기특성이 뛰어날 것
마. 가공에 안정되고 난연효과가 높을 것.
바. 재활용성이 높을 것.
* 카플링제
실란(silane)카플링제
1) 개념
근년 재료의 다기능화 고기능화에 따라 가지가지의 폴리머 무기필러가 개발되어 그것들을 짜맞춘 복합재료는 복잡 다단하다. 복합재료에 있어서는 모듈러스 팽창계수 표면에너지 등이 상이한 계면이 많이 존재하여 여기에 응력이 가해지기 때문에 계면에서부터 열화가 시작되는 경우가 많다. 이 때문에 복합재료의 개발에는 계면의 제어가 대단히 중요하다. 실란카플링제는 상이한 재료의 계면의 개질제로서 각종 플라스틱 일래스토머 실란트 도료 접착제 등의 여러 분야에 적용되어 기계적 특성 전기적 특성 내수성 내후성이나 접착성 가공성의 향상 등 복합재료의 설계에 큰 역할을 다하고 있다.
2) 효과
일반적으로 실란카플링제를 사용함으로써 얻어지는 효과는 다음과 같다
가 기계적 전기적 특성의 향상
나. 무기필러 분산성의 향상
다. 무기필러의 고배합
라. 내열성 난연성의 향상
마. 내수성의 향상
바. 성형성의 향상
사. 물성의 균일화
아. 원가절감
3) 금후의 전망
실란카플링제는 YRSiXs 로 표시되는 단순한 구조인데도 불구하고 여러 가지 복합재료에 사용되어 그 용도는 더욱 넓어지고 생각하지도 못한 범위에까지 미치고 있다. 이것은 실란 카플링제의 가수분해기 (X)의 반응제어 즉 쓰는 방법의 이해에 따르는 바가 크다. 그러나 근년 복합재료의 다양화 다기능화에 따라 계면에 다양성의 기능이 요구되게 되어 기존의 화학구조의 것만으로는 대응하지 못하는 분야가 증가하고 있다.
2. 티타네이트계 아루미네이트계 카플링제
1) 개념
티타네이트계 카플링제는 일본에 소개된 지 이미 약 25년이 경과하였고 지금까지 전자 자동차 건축 도료 등 폭넓은 분야에서 사용되고 있다. 실란카플링제가 유리 실리카계의 충전제를 중심으로 하는 복합강화재료의 분야에서 많이 쓰이는데 대하여 티타네이트계 가플링제는 어느 쪽인가 하면 열가소성수지 고무를 중심으로 하는 복합재료에 있어서 가공성의 개선 필러의 고충전 분산성의 향상을 부여할 목적으로 쓰이고 있다. 한편 알루미네이트 카플링제는 개발된 지 약 10년 티타네이트계 카플링제와 같은 기능을 가지고 있고 특히 카본블랙의 분산제로서 유효하므로 주로 도료 잉크의 분야에서 사용되고 있다.
2)응용례
티타네이트계 카플링제는 복합재료 가공시의 필러의 분산성의 향상 필러의 고충전 유동성의 향상 점도저하 신율의 개선 내충격성의 개선 금속에 대한 밀착성의 개선 등 여러가지의 목적으로 사용되고 있다.
폴리올레핀계에서는 수많이 검토되고 있어서 탄산칼슘/PE계에서는 계면의 밀착성이 증대하므로 인하여 필러 주변의 보이드 체적증가율이 감소하고 그 결과 유동성내충격강도가 향상된다는 보고가 있다. 또 탄산칼슘/PP계에서도 마찬가지로 유동성 파단신도(破断伸度) 내충격성이 향상된다는 보고가 있다.
PVC계에서는 티타네이트 카플링제로 표면처리한 탄산칼슘을 경질폴리염화비닐에 배합한 경우. 티타네이트 처리품은 스테아린산 처리품에 비하여 특히 고충전 효과를 발휘하고 성형 가공성이 개선된다.
ABS계에서는 3산화안티몬 DBO를 표면처리하여 충전한 경우 미처리품에 비하여 층격강도를 개선한다는 보고가 있다.
3) 대표적인 용도
티타네이트계 카플링제는 폭넓게 사용되고 있지만 그 대표적인 것은 자성재료분야 난연제 도전재료 도료 잉크용 등을 들 수 있다.
3. 기타
표면처리제
1)개념
일반적으로 무기분체의 표면처리제로는 실란계 티타네이트계 알루미늄계 지르코알루미늄계 지방산계 유지 왁스 계면활성제가 있고 각 공업분야에서 폭넓게 사용되고 있지만 여기서는 실란계와 티타네이트계 이외의 표면처리제나 가플링제를 약술한다.
가. 지방산계
탄산칼슘중에서 침강성탄산칼슘 표면처리품은 1927년에 세계에서 선구적으로 일본이 개발하여 그 이후 여러가지 제품을 생산하여 현재에 이르고 있다. 한편 중질탄산칼슘에서는 지방산 각종 에스테르 파라핀계가 주로 쓰여지고 있다. 불포화지방산으로 운모를 배합한 PE에 처리하였을 때에는 불포화지방산 중에 운모에의 흡착성과 함께 수지와의 반응성과 인장강도가 개선된다.
나. 유지(油脂)
식물유 및 견과류의 지방산에 의한 표면처리효과가 PE/운모계의 인장강도를 향상시킨다. 그러나 유지보다는 지방산계가 효과적이고 요소가와의 사이에 상관성이 인정된다.
다. 비이온계 계면활성제
비이온계 계면활성제에 있어서는 포리에틸렌글리콜유도체를 사용한 예가 있고 에틸렌옥사이드올리고머(분자량 300-1000)를 초크와 함께 PE에 배합하여 인장신율이나 충격강도를 향상시켰다는 보고가 있다.
라. 왁스류
왁스류는 PE계 또는 PP계가 대표적이지만 여기서는 PP계에 대하여 소개한다. PP계에는 PP의 열분해로부터 얻어지는 저분자량 왁스와 무수말레인산과 반응시켜서 얻어지는 말레인화 PP 등이 있다. PP(70wt%)/마이카(30wt%)계의 말레인화 PP의 인장강도에 미치는 영향은 크다.
마. 카르본산(carboxylic acid)계 카플링제
카르본산 카플링제에는 카르복실화 폴리부타디엔이나 카르복실화 폴리이소프렌 등의 고분자가 있고 시판되고 있는 것도 있다. 이들의 표면처리제는 필라측과의 결합을 부여하여 고무 또는 수지측과의 화학적 반응이 기대될 것을 염두에 두고 설계되어 있고 작용기구는 티 타네이트계에 가깝다. 표면처리 탄산칼슘이 고무와 화학적으로 반응하는 경우는 인장응력 이나 인열강도가 미반응계에 비하여 증가하는 것이 기대된다.
바. 인산계 카플링제
탄산칼슘용 표면처리제로서 인산계 카플링제가 개발되고 있다. 일반적으로 이 카플링제는 탄산칼슘의 표면에 인산기로 타단간능기(他端官能基)로 고분자와 굳게 결합하는 기능이 있다. 전체적인 특징으로서는 티타네이트계와 개념은 마찬가지이다.
인산계 카플링제에서는 탄산칼습슘과 고무와의 사이에 화학결합을 가져올 목적으로 여러가지 유기관능기가 도입되고 있다.
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회사소개
06년 12월 15일
16194
