폴리오시메틸렌

Polyoxymethylene
폴리오시메틸렌
Full structural formula of the repeating unit
Space-filling model of a polyoxymethylene chain
이름
기타 이름
폴리(oxymethylene) 글리콜, 폴리메틸렌 글리콜
식별자
  • 9002-81-7 checkY
켐스파이더
  • 없음
특성.
(CH2O)n
어금질량 변수
외관 무색 고체
밀도 1.41–1.42 g/cm3
자기 감수성(magnetic susibility)
 -9.36×10−6 (SI, 22 °C에서)
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다.
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Infobox 참조 자료
폴리오시메틸렌으로 만든 케크 클립

아세트,[2] 폴리아세트, 폴리포름알데히드라고도 알려진 폴리오시메틸렌(POM)은 높은 강성과 낮은 마찰력, 뛰어난 치수 안정성을 필요로 하는 정밀 부품에 사용되는 공학적 열가소성 수지다. 다른 많은 합성 폴리머와 마찬가지로, 약간 다른 공식을 가진 다른 화학 회사들에 의해 생산되며 델린, 코케탈, 울트라폼, 셀콘, 램탈, 듀라콘, 케피탈, 폴리펜코, 테낙, 호스타폼 등의 이름으로 다양하게 판매된다.

POM은 -40°C까지 강도, 경도, 강성이 높은 것이 특징이다. POM은 결정성 성분이 높기 때문에 본질적으로 불투명한 흰색이지만 다양한 색상으로 제작할 수 있다.[3] POM의 밀도는 1.410–1.420 g/cm이다3.[4]

사출 성형된 POM의 대표적인 적용 분야로는 소형 기어 휠, 안경 프레임, 볼 베어링, 스키 바인딩, 고정 장치, 총 부품, 나이프 핸들, 잠금 시스템 등의 고성능 엔지니어링 부품이 있다. 이 재료는 자동차와 가전 산업에서 널리 사용되고 있다.

개발

폴리오시메틸렌은 1953년 노벨 화학상을 받은 독일의 화학자 헤르만 스토딩거에 의해 발견되었다.[5] 그는 1920년대 고분자를 연구하면서 POM의 중합과 구조를 연구했는데, 고분자로 특징지어졌다. 온도 조절에 문제가 있어 당시 POM은 상용화되지 않았다.

1952년경 듀폰의 화학자들이 POM의 버전을 합성하였고, 1956년 회사는 호모폴리머의 특허 보호를 신청하였다.[6][7] 듀폰은 R. N. 맥도날드를 고분자량 POM의 발명가로 인정한다.[8] 맥도날드와 동료들의 특허는 고분자중량 헤미아세탈 종단(~O-CHOH2) POM의 준비를 기술하고 있지만,[9] 상업적으로 실행하기에 충분한 열적 안정성이 부족하다. 열안정성(따라서 유용한) POM 균질화기의 발명자는 스테판 달 노가레([10]Stephen Dal Nogare)로, 그는 헤미아세트 종말을 아세트산 무수화물(Acetic)으로 반응시키면 쉽게 분해할 수 있는 헤미아세탈이 열적으로 안정적이고 녹을 수 있는 플라스틱으로 바뀐다는 것을 발견했다.

1960년 듀폰은 웨스트버지니아주 파커스버그에 델린이라는 이름의 아세트 수지를 자체 생산하는 공장을 준공했다.[11] 또한 1960년에 셀란스는 자체 연구를 완료하였다. 그 직후, 프랑크푸르트 회사인 Hoechst AG사와의 제한적인 제휴로, 헤센주 켈스터바흐에 공장이 세워졌고, 거기서부터 셀콘은 1962년부터 생산되었고,[12] 1년 후에 호스타폼이 합류하였다. 둘 다 셀라네스의 후원으로 생산에 머무르고 있으며 현재 '호스타폼/셀콘 POM'이라고 불리는 제품군의 일부로 판매되고 있다.

생산

POM의 균질화 및 복합화 버전을 생산하기 위해 서로 다른 제조 공정이 사용된다.

호모폴리머

폴리오시메틸렌 호모폴리머를 만들려면 무수 포름알데히드가 생성되어야 한다. 주된 방법은 수성 포름알데히드를 알코올로 반응시켜 혈통/수분 혼합물을 탈수(추출 또는 진공 증류에 의한)하고 혈관을 가열하여 포름알데히드를 방출하는 것이다. 포름알데히드는 음이온 촉매에 의해 중합되고, 그 결과 중합체는 아세트산 무수화물과의 반응에 의해 안정된다. 제조 공정으로 인해 직경이 큰 횡단면이 중심선 다공성을 나타낼 수 있다.[13] 대표적인 예가 듀폰의 델린이다.

코폴리머

폴리옥시메틸렌복합체는 -CHO-2 그룹의 약 1–1.5%를 -CHCHO-로22 대체한다.[14]

폴리옥시메틸렌복합체를 만들기 위해 포름알데히드는 일반적으로 트리오산(특히 트리옥신이라고도 하는 1,3,5-트리옥산)으로 전환된다. 이는 산성 촉매(황산 또는 산성 이온 교환 레진)에 의해 수행되며, 물과 기타 활성 수소 함유 불순물을 제거하기 위해 증류 및/또는 추출에 의한 트리오산 정화에 따른다. 대표적인 복합체로는 셀라네스의 호스타폼과 BASF의 울트라폼이 있다.

코모노머는 일반적으로 다이옥솔레인이지만 산화 에틸렌도 사용할 수 있다. 디옥솔레인은 에틸렌 글리콜과 수성 포름알데히드가 산성 촉매 위에 반응하여 형성된다. 다른 다이올도 사용할 수 있다.

트리오산 및 디옥솔라인은 산성 촉매, 종종 붕소삼불화 에테르산, BFOEt를32 사용하여 중합된다. 중합은 비극 용매(이 경우 폴리머가 슬러리로 형성됨) 또는 깔끔한 트리오산(예: 압출기)에서 발생할 수 있다. 중합 후 산성 촉매를 비활성화하고 용액 가수분해로 안정화시켜 불안정한 엔드 그룹을 제거해야 한다.

안정 폴리머는 용융복합되어 열과 산화 안정제 및 선택적으로 윤활제와 기타 충진제를 첨가한다.

제작

POM은 과립 형태로 공급되며 열과 압력을 가하면 원하는 형태로 형성될 수 있다. 가장 많이 사용되는 두 가지 성형 방법은 사출 성형과 압출이다. 회전 몰딩과 블로우 몰딩도 가능하다.

분사 몰딩된 POM의 대표적인 애플리케이션은 고성능 엔지니어링 부품(예: 기어 휠, 스키 바인딩, 요요, 고정 장치, 잠금 시스템)을 포함한다. 이 재료는 자동차와 가전 산업에서 널리 사용되고 있다. 더 높은 기계적 강인성, 강직성 또는 낮은 마찰/마모 특성을 제공하는 특수 등급이 있다.

POM은 일반적으로 원형 또는 직사각형 부분의 연속 길이로 돌출된다. 이 구간은 길이까지 절단하여 가공용 바 또는 시트 스톡으로 판매할 수 있다.

가공

압출봉 또는 시트로 공급되는 경우 회전, 밀링, 천공 등의 전통적인 방법을 사용하여 POM을 가공할 수 있다. 이러한 기법은 생산경제학이 용해처리 비용을 지불할 가치가 없는 경우에 가장 잘 사용된다. 이 재료는 자유 절단이지만 간극 각도가 높은 날카로운 공구가 필요하다. 용해성 절삭 윤활유를 사용할 필요는 없지만 권장한다.

POM 시트는 CO2 레이저 커터처럼 적외선 레이저를 사용하여 깨끗하고 정확하게 절단할 수 있다.

재료는 대부분의 금속의 강성이 부족하기 때문에 가벼운 클램핑 힘과 작업물을 충분히 지지할 수 있도록 주의해야 한다.

많은 폴리머의 경우처럼 가공된 POM은 치수적으로 불안정할 수 있으며, 특히 벽 두께의 편차가 큰 부품은 더욱 그러하다. 필릿을 추가하거나 갈비뼈를 강화하여 그러한 기능을 "설계"할 것을 권장한다. 최종 마감 전에 미리 가공된 부품을 분해하는 것이 대안이다. 일반적으로 POM에서 가공된 작은 부품은 뒤틀림 현상이 덜한 것이 일반적인 경험이다.

본딩

POM은 일반적으로 결합이 매우 어려운데, 결합체는 일반적으로 균일 결합체보다 기존의 접착제에 더 나쁜 반응을 보인다.[15] 유대를 개선하기 위한 특별한 과정과 치료법이 개발되었다. 일반적으로 이러한 프로세스에는 표면 에칭, 불꽃 처리, 특정 프라이머/접착 시스템 사용 또는 기계적 마모가 포함된다.

전형적인 식각 공정은 높은 온도에서 크롬산을 포함한다. 듀폰은 미세기계적 연동장치에 충분한 표면 거칠기를 생성하는 새티닌화라는 아세트동맥동맥류를 치료하기 위해 특허받은 공정을 사용한다. 또한 산소 플라즈마와 코로나 방전을 수반하는 과정도 있다.[16][17] 특수공구나 트리트먼트, 러그닝 없이 높은 접착강도를 얻기 위해서는 Loctite 401 프리즘 접착제를 Loctite 770 프리즘 프라이머와 결합해 1700psi의 접착강도를 얻을 수 있다.[15]

표면이 준비되면 접착제를 여러 개 사용할 수 있다. 이것들은 에폭시, 폴리우레탄, 시아노아크릴레이트를 포함한다. 에폭시에서는 150–1,050 psi(1,000–7,200 kPa)[15]의 전단 강도를 보였다. 시아노아크릴레이트는 금속, 가죽, 고무, 면, 그리고 다른 플라스틱과 결합하는데 유용하다.

용제 용접은 일반적으로 아세트 중합체에서 성공하지 못하는데, 이는 아세트 중합체의 용제 저항성이 뛰어나기 때문이다.[18]

다양한 방법을 통한 열 용접이 균질화 및 복합화기에 모두 성공적으로 사용되어 왔다.[19]

사용법

  • 기계 기어, 슬라이딩 및 가이드 요소, 하우징 부품, 스프링, 체인, 나사, 너트, 팬 휠, 펌프 부품, 밸브 본체
  • 전기공학: 절연체, 밥빈, 커넥터, 텔레비전, 전화 등과 같은 전자기기용 부품
  • 차량: 연료 센더 유닛, 조명/컨트롤 레버/결합 스위치(조명, 방향 지시등용 시프터 포함), 전원 윈도우, 도어 잠금 시스템, 관절형 쉘
  • 모델: 트럭(보이지) 및 핸드 레일(핸들 바)과 같은 철도 부품 모델 POM은 ABS보다 단단하고 밝은 반투명 색상으로 도장할 수 없다.
  • 취미: 무선 조종 헬리콥터 메인 기어, 착륙 스키드, 요요, 바핑 드립 팁, 케이넥스[20] 등
  • 의료: 인슐린 펜, 미터링된 흡입기(MDI)
  • 식품 산업: 식품의약품안전청은 우유 펌프, 커피 스피것, 필터 하우징 및 식품 컨베이어에 대한 일부 등급의 POM을 승인했다.[21]
  • 가구: 하드웨어, 잠금장치, 손잡이, 경첩, 가구의 미닫이 메커니즘용 롤러
  • 시공: 구조용 유리 - 포인트용 포드 홀더
  • 포장: 에어로졸 캔, 차량 탱크
  • 스포츠: 페인트볼 액세서리 핸들, 왕복 볼트 등 알루미늄의 강도가 필요하지 않은 페인트볼 마커의 가공된 부품에 자주 사용된다. POM은 또한 피스톤 소음을 줄이기 위해 에어소프트 총에도 사용된다.
  • 롱보딩: 미끄럼 장갑용 퍽 소재는 라이더가 도로를 건드리며 손에 기대어 속도를 늦추거나 멈추거나 재주를 부릴 수 있도록 도와준다.
  • 옷: 지퍼.
  • 음악: 픽,[22][23] 아일랜드 플룻, 백파이프, 연습 챈터스, 하프시코드 플렉트라, 악기 마우스피스, 몇몇 드럼 스틱의 팁.
  • 식사: 완전 자동 커피 브루어, 칼 손잡이(특히 접히는 칼)
  • 호로학: 기계 이동 부품(예: Lemania 5100[24]), 시계 팔찌(예: IWC 포르쉐 디자인 3701)
  • 증기/전자담배 액세서리: 대부분의 "Drip Tips"(마우스피스) 제조에 사용되는 재료.
  • 담배 제품: BIC 그룹은 그들의 라이터에 델린을 사용한다.[25]
  • 키보드 키캡: 체리는 G80과 G81 시리즈 키보드에 POM을 사용한다.[26]

분해

아세트레진 배관 이음부의 염소 공격

아세트 레진은 미네랄산, 염소 등의 작용제에 의해 산 가수분해와 산화에 민감하다. POM 균등분해제는 알칼리성 공격에 취약하고 뜨거운 물에서도 분해에 취약하다. 따라서 음용수 공급장치의 염소의 낮은 수준(1~3ppm)은 환경 스트레스 균열을 일으키기에 충분할 수 있는데, 이는 국내 및 상업용 급수 시스템에서 미국과 유럽 양쪽에서 경험하는 문제였다. 결함 있는 몰딩은 균열에 가장 민감하지만 물이 뜨거우면 일반 몰딩이 굴복할 수 있다. 이러한 유형의 열화를 완화하기 위해 POM 호모폴리머와 복합체를 안정화한다.

화학 애플리케이션에서, 비록 중합체가 종종 대부분의 유리 제품 작업에 적합하지만, 그것은 치명적인 고장에 굴복할 수 있다. 예를 들어 유리제품의 뜨거운 부위에 폴리머 클립을 사용하는 것이 그 예일 것이다(예: 증류하는 동안 플라스크-기둥, 컬럼-투-헤드 또는 헤드-콘덴서 조인트). 폴리머는 염소 및 산 가수분해 모두에 민감하기 때문에 반응성 가스, 특히 염화수소에 노출되면 매우 저조한 성능을 보일 수 있다. 이 후자의 경우 고장이 잘 밀봉된 관절에서 중요하지 않아 보이는 노출로 발생할 수 있으며 경고 없이 신속하게 발생할 수 있다(부품이 분리되거나 분해된다). 유리가 열리거나 깨질 수 있기 때문에 이것은 상당한 건강상의 위험이 될 수 있다. 여기서 PTFE 또는 고급 스테인리스 스틸이 더 적절한 선택일 수 있다.

또한 POM은 연소할 때 바람직하지 않은 특성을 가질 수 있다. 불꽃은 자기희생성이 없고, 연기가 거의 보이지 않으며, 푸른 불꽃은 주위 빛에서 거의 보이지 않을 수 있다. 태우는 것은 또한 코, 목, 눈 조직을 자극하는 포름알데히드 가스를 방출한다.

참고 항목

참조

  1. ^ Wapler, M. C.; Leupold, J.; Dragonu, I.; von Elverfeldt, D.; Zaitsev, M.; Wallrabe, U. (2014). "Magnetic properties of materials for MR engineering, micro-MR and beyond". JMR. 242: 233–242. arXiv:1403.4760. Bibcode:2014JMagR.242..233W. doi:10.1016/j.jmr.2014.02.005. PMID 24705364. S2CID 11545416.
  2. ^ "MatWeb:acetal".
  3. ^ "Colored Delrin". Retrieved 12 March 2021.
  4. ^ "Ticona MSDS for Hostaform". Archived from the original on 2011-05-12.
  5. ^ "The Nobel Prize in Chemistry 1953". NobelPrize.org. Retrieved 8 March 2016.
  6. ^ Joseph P. Kennedy; Wayne H. Watkins (31 July 2012). How to Invent and Protect Your Invention: A Guide to Patents for Scientists and Engineers. John Wiley & Sons. pp. 194–. ISBN 978-1-118-41009-7.
  7. ^ "A History of Plastics". British Plastics Federation. Retrieved 8 March 2016.
  8. ^ 뉴스 & 미디어 관계 홈 - 듀폰트 EMEA
  9. ^ US 2768994
  10. ^ US 2998409
  11. ^ Paul C. Painter; Michael M. Coleman (2008). Essentials of Polymer Science and Engineering. DEStech Publications, Inc. pp. 313–. ISBN 978-1-932078-75-6.
  12. ^ Christopher C. Ibeh (25 April 2011). Thermoplastic Materials: Properties, Manufacturing Methods, and Applications. CRC Press. pp. 473–. ISBN 978-1-4200-9384-1.
  13. ^ "Acetal Products Comparison: Acetal vs. Delrin" (PDF). Lion Engineering Plastics. Retrieved 2016-10-01.
  14. ^ "How to Maximise the Property Advantages of DuPont Delrin Acetal Homopolymer over Acetal Copolymer" (PDF). DuPont. 2013. Retrieved 2016-10-01.
  15. ^ a b c "Design Guide for Bonding Plastics" (PDF). Retrieved 22 Feb 2020.
  16. ^ BASF 울트라폼 제품 정보
  17. ^ Snogren, R. C. (1974). Handbook of Surface Preparation. New York: Palmerton Publishing Co.
  18. ^ "Polyoxymethylene". Retrieved 22 Feb 2020.
  19. ^ "Tamshell Engineering Corner". Retrieved 15 Sep 2017.
  20. ^ "Ticona Polymer and Processing Expertise Helps Rodon Deliver Successes, Including K'NEX® Toys". celanese.com. Celanese Corporation. Retrieved 19 March 2016.
  21. ^ "Acetal Plastic Sheet, Rod, Tube and Accessories". Interstate Plastics. Interstate Plastics. Retrieved September 2015. 날짜 값 확인: access-date= (도움말)
  22. ^ Murphy, Joe. "The Loud Buzzer". unknown. Retrieved 2012-03-17.
  23. ^ Barry, Kenneth. "Saxscape Mouthpieces".
  24. ^ "Chronography 4: Lemania 5100".
  25. ^ "BiC® Werbefeuerzeuge für Geschäftskunden". www.bic-feuerzeuge.de (in German). Retrieved 2017-08-14.
  26. ^ "ABS vs PBT vs POM Keycap Plastic". numpad. 2020-01-14. Retrieved 2020-01-18.

외부 링크