폴리아미드이미드
Polyamide-imide |
폴리아미드-이미드는 열가소성 또는 열가소성, 비정형 중합체로 기계적, 열적, 화학적 내성성이 탁월하다. 폴리아미드-이미드는 자석 와이어를 만들 때 와이어 코팅으로 광범위하게 사용된다. N-메틸-2-피롤리돈(NMP)의 이소시아네이트와 TMA(트리멜릭산-무수화물)로부터 준비한다. 폴리아미드이미드(Polyamide-imidide)의 대표적인 유통업체는 Torlon이라는 트레이드마크를 사용하는 Solvay Specialty Polymers이다.
폴리아미드-이미드는 높은 강도, 용해 공정성[clarification needed], 뛰어난 고열 능력, 광범위한 화학 저항성 등 폴리아미드 및 폴리이미드 양쪽의 특성 조합을 나타낸다.[citation needed] 폴리아미드-이미드 폴리머는 주입 또는 압축 성형된 부품과 주괴부터 코팅, 필름, 섬유, 접착제까지 다양한 형태로 가공할 수 있다. 일반적으로 이러한 물품은 후속 열 치료 과정을 통해 최대 속성에 도달한다.
이와 같은 영역에서 다른 고성능 폴리머는 폴리에스테르테르케톤과 폴리이미드다.
화학
현재 인기 있는 폴리아미드-이미드를 합성하는 상업적 방법은 산성염화 경로와 이소시아네이트 경로다.
염화산길
폴리아미드-이미드(polyamide-imides)로 가는 가장 초기 경로는 방향족(methylene dianiline, MDA)과 염화트리멜리아틴산(trimelicatic acid, TMAC)과 같은 방향족(diamine)의 응축이다. 무수화물이 지름과 반응하면 중간 아미산이 생성된다. 염화산 기능은 방향족 아민과 반응하여 아미드 결합과 염산(HCl)을 부산물로 제공한다. 폴리아미드화물의 상업적 준비에서 중합은 N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸아세타미드(DMAC), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸설포라미드(DMSO)와 같은 2극성 아프로틱 용매로 실시한다. 부산물 HCl은 반드시 현장에서 중화시키거나 침전된 폴리머에서 세척하여 제거해야 한다. 폴리아미드화 고분자의 추가 열처리는 분자량을 증가시키고 아미산군이 물의 진화에 따라 이미드를 형성하게 한다.
다이소시아네이트 루트
이것은 와이어 에나멜로 사용되는 폴리아미드-이미드로 가는 일차 경로다. 흔히 4,4'-메틸렌디페닐디이소시아네이트(MDI)는 트리멜리틱 무수화물(TMA)과 반응한다. 이 공정이 끝날 때 달성한 제품은 이산화탄소 가스 부산물이 쉽게 제거되기 때문에 응축 부산물이 없는 고분자 중량의 완전히 이미징된 폴리머 용액이다. 이 형태는 와이어 에나메일이나 코팅의 제조에 편리하다. 용액 점도는 스토이치측정법, 단일오작성 시약 및 고분자 고형분에 의해 제어된다. 일반적인 폴리머 고형분 농도는 35-45%이며 희석제가 있는 공급자 또는 사용자에 의해 희석될 수 있다.
제작
폴리아미드이미드는 코팅과 성형된 제품에 상업적으로 사용된다.
코팅스
코팅에 주로 사용되는 제품은 가루 형태로 판매되며 약 50% 이미징된다. 주요 용도 중 하나는 자석 철사 에나멜이다. 자석 와이어 에나멜은 PAI 파우더를 N-메틸 피롤리돈과 같은 강력하고 무해성 용매에 녹여 만든다. 희석제와 기타 첨가물을 첨가하여 구리 또는 알루미늄 도체에 바르기 위한 정확한 점도를 제공할 수 있다. 도체는 일반적으로 에나멜 욕조를 통해 도체를 그린 다음 다이(Die)를 통해 도막 두께를 제어하는 방식으로 도포한다. 그런 다음 전선은 오븐을 통과하여 용매를 제거하고 코팅 처리를 한다. 와이어는 보통 원하는 코팅 두께를 얻기 위해 여러 번 공정을 통과한다.
PAI 에나멜은 마모와 내화학성뿐만 아니라 열적으로 매우 안정적이다. PAI는 높은 열 정격을 달성하기 위해 폴리에스테르 와이어 에나멜에 사용되는 경우가 많다.
PAI는 산업용 장식, 내식성 코팅에도 사용되며, 종종 불소 폴리머와 함께 사용된다. PAI는 플루오르폴리머를 금속 기질에 붙이는 것을 돕는다. 그들은 또한 들러붙지 않는 조리 용품 코팅을 사용한다. 용제를 사용할 수 있지만, 일부 수인성 시스템이 사용된다. 이것들은 아미드-이미드가 산성 기능을 포함하고 있기 때문에 가능하다.
성형 또는 가공된 물품
몰딩된 물품에 사용되는 폴리아미드이미드도 방향족과 염화 트리멜리아틴산을 기본으로 하지만, 코팅에 사용되는 제품과는 직경이 다르고 폴리머는 배합과 펠릿화 전에 더 완전하게 이미징된다. 사출 성형용 레진에는 비강제, 유리섬유 강화, 탄소섬유 강화, 내마모성 등급 등이 포함된다. 이 수지는 비교적 낮은 분자량으로 판매되기 때문에 압출이나 주입 몰딩으로 녹일 수 있다. 성형된 제품은 최대 260 °C(500 °F)의 온도에서 며칠 동안 열처리된다. 일반적으로 후치환이라고 불리는 이 치료 동안, 분자량은 체인 확장을 통해 증가하며 폴리머는 훨씬 강해지고 화학적으로 내성이 높아진다. 사후처리에 앞서 부품을 재처리하고 재처리할 수 있다. 사후처방 후 재처리는 실용적이지 않다.
| 속성 | 시험방법 | 단위 | 성형된 PAI |
|---|---|---|---|
| 인장 강도, 극한 | ASTM D 638 | MPa 평균값 | 91.6 MPa |
| 인장계수 | ASTM D 638 | GPA 평균값 | 3.97 |
| 인장 연신율 | ASTM D 638 | % | 3.15 |
| 휨 강도 | ASTM D 790 | 엠파 | 133 |
| 휨 계수 | ASTM D 638 | GPA | 4.58 |
| 압축 강도 | ASTM D 695 | MPa 평균 | 132 |
| 아이조드 충격 강도 | ASTM D 256 | J/m(ftlb/in) 평균 | 0.521 (1) |
| 열 편향 온도 @ 264 psi | ASTM D 648 | °C(°F) | 273 (523) |
| 계수 선형 열팽창 | ASTM D 696 | ppm/°C | 37.7 |
| 볼륨 저항성 | ASTM D 257 | 옴-cm 평균 | 8.10e+12옴 |
| 밀도 | ASTM D 792 | g/cc | 1.48 |
| 수분 흡수, 24시간 | ASTM D 570 | % | 0.35 |
고강도등급만
| 속성 | 시험방법 | 단위 | 깔끔한 PAI | 30% GF PAI | 30% CF PAI |
|---|---|---|---|---|---|
| 인장 강도 | ASTM D 638 | MPa(kpsi) | 152 (22.0) | 221 (32.1) | 221 (32.0) |
| 인장계수 | ASTM D 638 | GPA(kpsi) | 4.5 (650) | 14.5 (2,110) | 16.5 (2,400) |
| 인장 연신율 | ASTM D 638 | % | 7.6 | 2.3 | 1.5 |
| 휨 강도 | ASTM D 790 | MPa(kpsi) | 241 (34.9) | 333 (48.3) | 350 (50.7) |
| 휨 계수 | ASTM D 638 | GPA(kpsi) | 5.0 (730) | 11.7 (1,700) | 16.5 (2,400) |
| 압축 강도 | ASTM D 695 | MPa(kpsi) | 221 (32.1) | 264 (38.3) | 254 (36.9) |
| 전단 강도 | ASTM D 732 | MPa(kpsi) | 128 (18.5) | 139 (20.1) | 119 (17.3) |
| 아이조드 충격 강도 | ASTM D 256 | J/m(ftlb/in) | 144 (2.7) | 80 (1.5) | 48 (0.9) |
| 아이조드 충격 강도-알림되지 않음 | ASTM D 4812 | J/m(ftlb/in) | 1070 (20) | 530 (10) | 320 (6) |
| 열 편향 온도 @ 264 psi | ASTM D 648 | °C(°F) | 278 (532) | 282 (540) | 282 (540) |
| 계수 선형 열팽창 | ASTM D 696 | ppm/°C(ppm/°F) | 31 (17) | 16 (9) | 9 (5) |
| 볼륨 저항성 | ASTM D 257 | 옴cm의 | 2e17 | 2e17 | |
| 특수 중력 | ASTM D 792 | 1.42 | 1.61 | 1.48 | |
| 수분 흡수, 24시간 | ASTM D 570 | % | 0.33 | 0.24 | 0.26 |
내마모성 PAI 등급
| 속성 | 시험방법 | 단위 | 4275 | 4301 | 4435 | 4630 | 4645 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 인장 강도 | ASTM D 638 | MPa(kpsi) | 117 (16.9) | 113 (16.4) | 94 (13.6) | 81 (11.8) | 114 (16.6) |
| 인장계수 | ASTM D 638 | GPA(kpsi) | 8.8 (1,280) | 6.8 (990) | 14.5 (2,100) | 7.4 (1,080) | 18.6 (2,700) |
| 인장 연신율 | ASTM D 638 | % | 2.6 | 3.3 | 1.0 | 1.9 | 0.8 |
| 휨 강도 | ASTM D 790 | MPa(kpsi) | 208 (30.2) | 215 (31.2) | 152 (22.0) | 131 (19.0) | 154 (22.4) |
| 휨 계수 | ASTM D 790 | GPA(kpsi) | 7.3 (1.060) | 6.9 (1,000) | 14.8 (2,150) | 6.8 (990) | 12.4 (1,800) |
| 압축 강도 | ASTM D 695 | MPa(kpsi) | 123 (17.8) | 166 (24.1) | 138 (20.0) | 99 (14.4) | 157 (22.8) |
| Izod 충격 강도, Notched | ASTM D 256 | J/m(ft-lb/in) | 85 (1.6) | 64 (1.2) | 43 (0.8) | 48 (0.9) | 37 (0.7) |
| Izod 충격 강도, 눈에 띄지 않음 | ASTM D 4812 | J/m(ft-lb/in) | 270 (5) | 430 (8) | 210 (4) | 160 (3) | 110 (2) |
| 264psi에서의 열 편향 온도 | ASTM D 648 | °C(°F) | 280 (536) | 279 (534) | 278 (532) | 280 (536) | 281 (538) |
| 계수 선형 열팽창 | ASTM D 696 | ppm/°C(ppm/°F) | 25 (14) | 25 (14) | 14 (8) | 16 (9) | 9 (3) |
사출 성형
폴리아미드-이미드 수지는 흡습성이 있으며 주변 수분을 흡수한다. 수지를 가공하기 전에, 깨지기 쉬운 부품, 거품, 기타 성형 문제를 피하기 위해 건조가 필요하다. 수지는 반드시 500ppm 이하의 수분 함량으로 건조시켜야 한다. -40°F(-40°C)의 이슬점을 유지할 수 있는 건조제 건조기가 권장된다. 팬이나 트레이에 건조시킨 경우, 수지를 건조 트레이에 2~3인치(5~8cm) 깊이로 층층이 쌓지 않도록 한다. 250 °F에서 24시간, 300 °F에서 16 시간, 350 °F에서 8 시간 동안 건조시킨다. 350°F(177°C)에서 건조할 경우 건조 시간을 16시간으로 제한하십시오. 사출 성형 프레스에는 건조제 호퍼 건조기가 권장된다. 순환 공기 흡입 파이프는 가능한 한 공급 목 근처에 호퍼 밑면에 있어야 한다.
일반적으로 PAI 몰딩에는 폐쇄 루프 제어가 가능한 마이크로프로세서 컨트롤이 있는 현대식 왕복 나사 사출 성형 프레스가 권장된다. 프레스에는 낮은 압축비, 일정한 테이퍼 나사를 장착해야 한다. 압축비는 1.1 대 1.5 대 1 사이여야 하며, 어떤 확인 장치도 사용하지 않아야 한다. 시동 금형 온도는 다음과 같이 지정된다.[citation needed]
| 구역 | 온도, °F | 온도, °C |
|---|---|---|
| 피드 영역 | 580 | 304 |
| 미들 존 | 620 | 327 |
| 프런트 존 | 650 | 343 |
| 노즐 | 700 | 371 |
금형 온도는 325 °F ~ 425 °F (163 °C ~ 218 °C) 범위 내에 있어야 한다.
기타 응용 프로그램
폴리아미드-이미드의 높은 온도 및 화학 저항성은 원칙적으로 막 기반 가스 분리에 적합하게 만든다. 천연가스 우물에서 CO2, HS2 등 오염물질의 분리는 중요한 산업 과정이다. 1000 psia를 초과하는 압력은 기계적 안정성이 우수한 재료를 요구한다. 극성이 높은 HS와2 극성이 가능한 CO2 분자는 고분자막과 강하게 상호작용할 수 있어 불순물이 많아 부풀어 오르고 가소화가[1] 가능하다. 폴리아미드-이미드는 폴리이미드 기능에서 발생하는 강한 분자간 상호작용과 아미드 결합의 결과로 서로 수소 결합하는 폴리머 체인의 능력 때문에 플라스틱화에 저항할 수 있다. 현재 주요 산업 분리에 사용되지 않지만, 화학적 및 기계적 안정성이 요구되는 이러한 유형의 공정에는 폴리아미드이미드를 사용할 수 있다.
참고 항목
참조
- ^ Freeman, Benny; Yampolskii, Yuri (2011-06-20). Membrane Gas Separation - Google Books. ISBN 9781119956587. Retrieved 2012-02-19.
추가 읽기
- 파텔, M.C.와 샤, 서기 A.D., 아미노 엔드-캡 폴리오리고미드, 오리엔탈 J. 화학, 19(1), 2002
- 제임스 M. Margolis, 엔지니어링 플라스틱 핸드북 편집장, ISBN 0-07-145767-4, McGraw-Hill, c2006
