온실가스 배출량 저감은 세계가 직면한 긴요한 과제이다.

특히 배출량이 많은 자동차는 부재의 경량화를 통한 연비개선으로 CO2배출량 저감을 노리며,

금속에서 플라스틱으로 변화의 움직임을 보이고 있다.

중에서도 ABS수지는 기계강도의 밸런스에 뛰어나 자동차의 내외장 부재로서 많이 사용되고 있다.

하지만, ABS 수지는 내약품성이 떨어지는 결점이 있어 그 개선이 요구되어지고 있다.

본고에서는, 당사가 개발한 ABS수지의 내약품성 향상을 위한 수지첨가제『ファンクティブ』을 소개한다.
 

ABS수지는 아크릴로니트릴, 부타디엔, 스티렌의 세가지 성분으로 이루어진 열가소성 수지로

아크릴로니트릴/스티렌공중합체(AS수지)와 폴리부타디엔의 혼합물(폴리머알로이)이다.
ABS수지의 구성성분에서 유래된 특징, 즉 아크릴로니트릴의 내열성, 기계적 강도, 부타디엔의 내충격성, 스티렌의 광택성, 가공성, 안정성을 함께 가지고 있어

일반적으로 트레이드오프 관계라고 일컬어지는 "강성(굳음)"과 "내충격성"의 균형도 뛰어나다.

또한, 인쇄, 도장이나 접착 등의 후가공, 난연화, 섬유 강화나 타 수지와의 알로이화등의 고기능화도 용이하며1）, 비교적 저비용 2）이기 때문에 유통량이 많다3）.

이러한 특징으로 가전이나 자동차 차재 부품, 주설 관련 부재, OA제품 케이스 등 폭넓은 분야에서 사용되고 있다1）.
하지만, ABS수지는 비결정질성 수지여서 폴리올레핀 등의 결정성 수지와 비교하면 내약품성이 떨어진다는 결점이 있다.

구체적으로는 도료나 접착제에 함유된 유기용제나, 식용유, 의료용 세제, 자외선 차단제, 화장품 등의 약품과 접촉에 의해

①연화, 취화, 용해에 따른 오관 불량. ②미세 플라스틱 발생, 눈으로 확인가능한 균열이 발생의 결점이 있으며,

특히,②는 솔벤트크랙, 케미컬크랙, 환경 응력 균열 등으로 불리며 ABS 수지의 대표적인 불량 발생 원인이 되고 있다.
기존에 약품과의 접촉이 많은 용도에서는 표면처리 등의 2차 가공이나 내약품성이 높은 다른 수지로의 치환 등이 이루어졌으며,

그 결과 비용 향상으로 이어지는 등 제품 설계를 하는데 제약이 발생하고 있었고, 이에 ABS수지 자체의 내약품성 향상이 강하게 요구되고 있다.
 

당사는 계면제어기술이나 고분자설계 기술을 살려 지금까지 다양한 수지 첨가제를 폭넓게 개발, 제조, 판매 해왔다.

이들 제품군의 개발로 얻은 지식을 살려 이번에는 ABS수지의 내약품성을 향상시키는 수지첨가제『ファンクティブ』를 개발했다.(표1)

ABS수지는 AS수지 내에 폴리부타디엔이 분산되어 있는 것으로,
전자현미경사진의 하얀 부분이 AS수지, 검은 부분이 폴리부타디엔이다(그림1).

성형품에 약품이 접촉하면 ①약품이 AS수지에 침투해 팽창되며, ②AS수지/폴리부다디엔 계몀ㄴ에 도달 ③AS수지/폴리부다디엔 계면의 밀착력을 저하시키켜, 크랙의 기점이 될 것으로 추정 된다. 4）(그림2).
특히 사출성형품에서는, 성형품에 성형스트레스(잔류응력)이 남아있어

상기의 미세 크랙이 눈에 보이는 사이즈로 균열이 커져, 경우에 따라서는 성형품이 파괴되기도 한다.

당사의『ファンクティブ』는ABS수지의 내약품성을 향상시키기 위해, 저첨가로 효율이 좋고 약품의 침투를 저해 시키는 것을 목적으로 개발한 것이다.

『ファンクティブ』자체를 내약품성이 높은 구성으로 하여, ABS수지에의 상용성을 컨트롤해, ABS수지 중의 근상으로 분산하도록 분자구조를 설계하였다.

『ファンクティブ』을 첨가한 경우(그림3)에는, 『ファンクティブ』가 AS수지 내에 근상에 분산해,

일부는 폴리부타디엔을 덮고 씌우고 있는 것이 확인 되었다.

이로 인해, 『ファンクティブ』이 약품의 AS수지로의 침투 확장이나, AS수지/폴리부타디엔 계면의 도달을 방해해 크랙의 발생을 억제하고 있는 것으로 추정가능하다(그림4). 

［『ファンクティブ』의 효과］
（1） 시험편작성방법
평가용 시험편은 이하 수순으로 작성한다.

ABS수지와 『ファンクティブ』를 드라이블렌드해 이축압출기(테크노벨제KZW15TW－45MG）로 융용혼련한 후 (배럴온도：250℃）,

(일정수지제FNX80Ⅲ）를 사용해 추출성형 했다(노즐온도：250℃、금형온도50℃）.

ABS수지 및『ファンクティブ』는 열풍식건조기로 사전에 예비건조 해서 사용했다(80℃、3hr).

(2） 내약품성시험
베르겐식1/4타원시험법5）으로 내약품성을 평가했다.(표2)

임계왜곡치가 클수록 내약품성이 높다는 것을 나타낸다.

용도나 요구성능에 따라 다르지만, 일반적으로 임계왜곡치가 0.7 이상이면 내약품성이 있다고 말한다. 6）

각종 약품에 대해 내약품성 시험 결과(임계왜곡치)를 표2에 나타냈다.

『ファンクティブ』의 첨가로 임계왜곡치가 상승해, 내약품성이 있다고 할 수 있는 수준(임계왜곡치ε≧0.7）를 달성하고 있다.

또한, 본고에서는 기재를 생략하지만, 폴리카보네이트/ABS省略するが、ポリカーボネート／ABS엘로이（PC/ABS）에서도 동일한 결과가 얻어졌다.
약품의 종류에 따라 적합한『ファンクティブ』의 그레이드가 다르며,

소수성 약품(가솔린 탄화수소 등)에는 『ファンクティブY－200』이, 친수성 약품(에탄올, 세제)이나 제제(자외선차단제) 등에는 『ファンクティブP－600』가 적합하다. 

（3） 기계물성
ABS수지에 『ファンクティブ』를 첨가했을 때의 기계물성을 나타냈다.(표3)

『ファンクティブ』의 첨가에 의해서는 기계물성이 거의 변하지 않는 것을 알았다.

MFR의 변화량은 작고, 성형가공성에의 영향도 작다.
ABS수지는 일반적으로 불투명하지만, 투명성을 가진 그레이드(투명 그레이드ABS수지)도 있다.

지금까지 투명 그레이드ABS수지에 내약품성을 부여하려고 하면, 투명성을 잃는 경우가 있었다.

『ファンクティブP－600』은 투명 그레이드ABS수지의 투명성을 유지한 채로 내약품성을 향상시킬 수 있도록 구성 설계를 했다.

그림5에 내약품성 시험 전후 의 성형품 외관이 있다.『ファンクティ ブ』를 첨가하지 않은 경우 내약품성 시험 후에 외관이 악화되지만

『ファンクティブP－600』을 첨가한 투며 그레이드ABS수지는 내약품성 시험 후에도 성형품의 외관이 악화되지 않는 것을 확인했다. 표4에 내약품성 평가 결과를 표시했다.
특히 소독용 에탄올에 대해 효과가 높은 것을 확인했다. 

［적용예］
ABS수지의 내약품성을 향상시키는 것으로 이하 용도의 적용이 가능할 것으로 생각된다.

① 자동차 외장부재
도어핸들, 사이드미러 하우징, 스포일러, 라디에이터그릴 등.
도료내의 용제에 의한 크랙을 방지해, 도료의 선택 자유도, 수율 향상으로 이어진다.

② 자동차 내장부재
콘솔박스, 도어트림, 계기판 등. 사용자가 사용한 자외선 차단제의 접촉이나 알코올소독에 의한 ABS수지의 크랙 발생, 표면열화를 방지 가능하다.

③ 가전
세탁기나 냉장고, TV나 컴퓨터, 게임기의 디스플레이 범주 등. 세제의 접촉이나 알코올소독에 의한 크랙 발생을 방지 가능하다.

④ 주택설비
욕실, 세면대, 주방 등 세제 접촉에 의한 크랙 발생을 방지 가능하다. 

신종 코로나 바이러스 감염증(COVID－19)이 확산되는 와중 감염확대 방지 등의 목적으로 알코올 소독이 일상화 되어 플라스틱 제품이 알코올에 노출되는 상황이 증가하고 있어,

점점 ABS수지의 알코올 내성의 향상이 요구된다.
내양품성 향상제 『ファンクティブ』는 ABS 수지나 ABS계 폴리머 합금의 내약품성을 대폭 향상시켜,

적용부재나 용도의 확대에 공한 가능 할 것으로 생각된다. 이후 더욱 저첨가량으로 내약품성을 향상 시키는 그레이드의 개발을 진행해 다향해지는 수지 질 개선의 니즈에 부응할 예정이다.