폴리옥시메틸렌(POM)은 아세탈수지, 폴리옥시메틸렌, 폴리아세탈이라고도 불리며 열가소성 물질 결정질 폴리머, "슈퍼 스틸" 또는 "사이강"으로 알려짐.
연구의 간략한 역사
1955년경 미국의 듀폰사는 포름알데히드를 중합하여 포름알데히드의 호모폴리머를 얻었다. 폴리옥시메틸렌은 결정화하기 쉽고 결정화도는 70% 이상이다. 호모폴리옥시메틸렌의 용융 온도는 약 180℃이다.
또한 종합적인 성능이 우수한 엔지니어링 플라스틱입니다. 폴리 아미드. 강도, 탄성계수, 내마모성, 인성, 피로 저항성, 크리프 저항성과 같은 높은 기계적 성질을 가지고 있습니다. 또한 우수한 전기 절연성, 용매 저항성 및 가공성을 가지고 있습니다. 5가지 범용 중 하나입니다. 엔지니어링 플라스틱.
아세탈 폴리머 또는 폴리옥시메틸렌은 포름알데히드의 중합으로 형성되며, 종종 폴리옥시메틸렌(POM)이라고 불립니다. 포름알데히드로부터 폴리머를 제조하는 것은 1920년대 초에 연구되었지만, 1950년 듀폰이 델린을 개발하기 전까지는 열적으로 안정한 물질은 생산되지 않았습니다. 호모폴리머는 매우 순수한 포름알데히드의 음이온 중합으로 만들어집니다. 형성된 폴리머는 불용성입니다. 중합이 진행됨에 따라 지속적으로 침전됩니다. 포름알데히드가 분리됨에 따라 아세탈 수지가 떨어져 나가고 열 분해가 발생합니다. 폴리머의 열 안정성은 말단 히드록실기를 아세트산 무수물로 에스테르화하여 개선할 수 있습니다. 열 안정성을 개선하는 또 다른 방법은 에틸렌 옥사이드와 같은 두 번째 모노머와 공중합하는 것이며, 폴리머는 양이온 중합으로 제조됩니다.
아세탈 수지의 열 분해에는 네 가지 메커니즘이 있습니다. 첫 번째는 열 또는 염기 촉매 사슬 탈중합입니다. 그 결과 포름알데히드가 방출되고, 폴리머의 말단 그룹 절단은 이러한 경향을 줄일 수 있습니다. 두 번째는 폴리머의 무작위 위치에 대한 산소 공격으로, 이로 인해 탈중합이 발생합니다. 산화방지제를 사용하면 이러한 분해 메커니즘의 발생을 줄일 수 있으며, 공중합도 이러한 경향을 줄이는 데 도움이 됩니다. 세 번째 메커니즘은 산에 의한 아세탈 수지 사슬의 절단입니다. 네 번째 분해는 온도 절벽이 270°C를 초과할 때의 열 탈중합입니다. 이것은 매우 중요하며, 폴리머 분해를 피하기 위해 작업자에게 처리 온도를 270°C 이하로 유지하도록 경고합니다.
아세탈 수지는 결정성이 매우 강하며, 전형적인 결정화도는 75%이고 녹는점은 180°C입니다. 폴리에틸렌 (PE) 분자 사슬은 더 짧은 CO 결합으로 인해 더 조밀하게 포장되어 폴리머의 녹는점이 더 높아집니다. 높은 결정성은 아세탈 폴리머에 우수한 용매 저항성을 제공합니다. 폴리머는 주로 선형이며 분자량은 20,000~110,000입니다.
아세탈 수지는 피로 및 열 안정성이 좋은 강하고 단단한 열가소성 수지입니다. 마찰 계수가 낮고 내열성이 좋습니다. 아세탈 수지는 나일론과 유사하지만 피로 저항성, 크립 저항성, 경도 및 내수성이 나일론보다 나쁩니다. 그러나 아세탈 수지의 크립 저항성은 나일론만큼 좋지 않습니다. 폴리 카보네이트. 위에서 언급했듯이 아세탈 수지는 우수한 내용매성을 가지고 있습니다. 70°C 이하에서 아세탈 수지를 용해할 수 있는 유기 용매는 발견되지 않았지만 일부 용매에서는 팽창할 수 있습니다. 아세탈 수지는 산, 염기 및 산화제에 민감합니다. CO 결합은 극성이지만 균형이 잡혀 있고 나일론의 카르보닐 그룹보다 훨씬 극성이 낮습니다. 결과적으로 아세탈 수지는 비교적 흡습성이 낮습니다. 소량의 흡착된 수분은 팽창과 치수 변화를 일으킬 수 있지만 폴리머 가수분해 및 분해를 일으키지 않습니다. 수분의 영향은 나일론 폴리머보다 훨씬 작습니다. 자외선은 폴리머 분해를 일으킬 수 있으며, 카본 블랙을 첨가하면 줄일 수 있습니다. 공중합체는 일반적으로 호모폴리머와 유사한 특성을 갖지만 호모폴리머의 기계적 특성은 공중합체보다 약간 높습니다. 녹는점도 높지만 열 안정성과 알칼리 저항성은 공중합체보다 떨어집니다. 호모폴리머와 코폴리머는 모두 강화 및 UV 안정화 등급을 만들기 위해 필러(유리 섬유, 불소 폴리머, 아라미드 섬유 및 기타 필러)로 채워집니다. 아세탈 수지는 다음과 혼합됩니다. 폴리 우레탄 탄성체를 사용하여 인성을 개선했으며, 이러한 소재는 상업적으로 이용 가능합니다.
아세탈 수지는 사출 성형, 압출 성형에 사용할 수 있습니다. 포름알데히드가 생성되므로 가공 중 과열이나 과도한 압력을 가하지 않도록 주의해야 합니다. 가동 중지 전에는 폴리머를 세척하여 시동 시 과열을 방지해야 합니다. 아세탈 수지는 건조한 곳에 보관해야 합니다. 아세탈 수지의 겉보기 점도는 폴리올레핀보다 전단 응력과 온도에 덜 민감하지만, 용융 상태의 탄성과 강도가 낮습니다. 낮은 용융 강도는 블로우 성형 시 문제가 될 수 있습니다. 블로우 성형에는 분지형 구조를 가진 공중합체가 더 적합합니다. 결정화 속도가 매우 빠르며, 성형 후 수축은 성형 후 48시간 이내에 완료될 수 있습니다. 빠른 결정화로 인해 투명 필름을 생산하기 어렵습니다.
1997년 미국과 캐나다의 아세탈 수지 시장 수요는 368억 XNUMX만 파운드였습니다. 아세탈 수지의 응용 분야는 기어, 롤러, 파이프 구성 요소, 펌프 부품, 팬 블레이드, 블로운 필름 에어로졸 용기, 성형 스프로킷 및 체인을 포함하며, 종종 금속을 직접 대체하는 데 사용됩니다. 아세탈 수지는 주로 사출 성형에 사용되고, 이차적으로 압출 시트 및 막대에 사용됩니다. 아세탈 수지의 낮은 마찰 계수는 베어링으로 적합합니다.
물리 화학적 특성
폴리옥시메틸렌은 측쇄가 없고 밀도가 높으며 결정성이 높은 선형 중합체로, 종합적인 특성이 매우 뛰어납니다.
폴리옥시메틸렌은 단단하고 밀도가 높은 소재로 매끄럽고 반짝이는 표면, 밝은 노란색 또는 흰색이며 -40-100°C의 온도 범위에서 장기간 사용할 수 있습니다. 내마모성과 자체 윤활성도 대부분의 엔지니어링 플라스틱보다 우수하며 내유성과 과산화물 저항성이 좋습니다. 산, 강알칼리 및 햇빛 자외선에 강하지 않습니다.
폴리옥시메틸렌의 인장 강도는 최대 70MPa이며, 낮은 수분 흡수율, 안정된 치수 및 광택을 가지고 있으며, 이 모든 것이 나일론보다 우수합니다. 폴리옥시메틸렌은 고결정성 수지이며 열가소성 수지 중에서 가장 강합니다. 내열성, 굽힘 강도, 피로 저항성이 높고 내마모성과 전기적 특성이 우수합니다.
응용 분야
폴리옥시메틸렌(POM)은 "강철" 및 "슈퍼 강철"로 알려진 우수한 성능을 가진 엔지니어링 플라스틱입니다. POM은 금속과 유사한 경도, 강도 및 강성을 가지고 있으며 광범위한 온도 및 습도에서 우수한 자체 윤활성, 우수한 피로 저항성 및 탄성을 가지고 있습니다. 또한 우수한 내화학성을 가지고 있습니다. 다른 많은 엔지니어링 플라스틱보다 비용이 낮은 POM은 아연, 황동, 알루미늄 및 강철을 대체하여 많은 부품을 만드는 것과 같이 전통적으로 금속이 차지했던 일부 시장을 대체하고 있습니다. POM은 도입 이후 전자, 기계, 계측기, 일용 경공업, 자동차, 건축 자재, 농업 및 기타 분야에서 널리 사용되었습니다. 의료 기술 및 스포츠 장비와 같은 많은 새로운 응용 분야에서도 POM은 좋은 성장 추세를 보였습니다.
그것은 다양한 슬라이딩 및 회전 기계 부품 제조, 다양한 기어, 레버, 풀리, 스프로킷 제작에 널리 사용되며 특히 베어링, 온수 밸브, 정밀 계량 밸브, 컨베이어의 체인 링크 및 롤러, 유량계, 자동차 내부 및 외부 핸들, 크랭크 및 기타 창문 회전 기계, 오일 펌프 베어링 시트 및 임펠러 가스 스위치 밸브, 전자 스위치 부품, 패스너, 터미널 미러 마스크, 전기 팬 부품, 가열 플레이트, 계기 버튼; 오디오 및 비디오 테이프용 베어링; 다양한 파이프라인 및 농업용 스프링클러 시스템과 밸브, 노즐, 수도꼭지 및 욕조 부품; 스위치 키보드, 버튼, 오디오 및 비디오 테이프 릴; 온도 조절 타이머; 전동 공구, 원예 도구 부품; 또한 서핑보드, 범선 및 다양한 썰매 부품, 시계 마이크로 기어, 스포츠 장비용 프레임 액세서리 및 다양한 버클, 패스너, 라이터, 지퍼, 버클이 있는 백팩; 의료 기기의 심장 박동 조절기로 사용할 수 있습니다. 인공심장판막, 정점척추, 보철물 등
화학공업, 제약공업, 무수포름알데히드를 원료로 한 합성 등에서 화학 합성에 사용됩니다.
Structure
폴리옥시메틸렌 분자는 측쇄가 없는 고밀도, 고결정성 선형 폴리머입니다. CO 결합의 결합 길이가 CC 결합보다 짧기 때문에 폴리옥시메틸렌 사슬 축의 패킹 밀도가 큽니다. 폴리에틸렌과 비교하여 폴리옥시메틸렌은 짧은 탄소-산소 결합, 높은 응집 에너지 밀도 및 높은 밀도를 가지고 있습니다.
분자 사슬의 화학 구조가 다르기 때문에 호모폴리옥시메틸렌과 코폴리머 폴리옥시메틸렌으로 나눌 수 있습니다. 두 가지의 중요한 차이점은 호모폴리옥시메틸렌은 밀도, 결정성 및 녹는점이 높지만 열 안정성이 낮고 가공 온도 범위가 좁고(약 10°C) 산 및 알칼리 안정성이 약간 낮다는 것입니다. 반면 코폴리머 폴리옥시메틸렌은 밀도, 결정성, 녹는점 및 강도가 낮지만 열 안정성이 좋고 분해되기 쉽지 않으며 가공 온도 범위가 넓고(약 50°C) 산 및 알칼리 안정성이 좋습니다. 종합적인 특성이 뛰어난 엔지니어링 플라스틱입니다. 물리적, 기계적 및 화학적 특성이 좋으며 특히 마찰 저항성이 뛰어납니다. 일반적으로 Saigang 또는 Duogang으로 알려져 있으며 세 번째로 큰 범용 플라스틱입니다. 마모 감소 및 내마모성 부품, 변속기 부품, 화학, 계측 및 기타 부품을 만드는 데 적합합니다.
폴리옥시메틸렌 분자 사슬은 매우 유연하고 매우 규칙적인 사슬 구조를 가지고 있어 결정도가 높고 결정화 능력이 강하다. 호모폴리옥시메틸렌의 결정도는 75%~85%이고 공중합체의 결정도는 70%~75%이다. 급냉하더라도 결정도는 65% 이상에 도달할 수 있다. 완전히 비정질인 폴리옥시메틸렌은 -100℃에서만 얻을 수 있다.
고밀도와 고결정성은 폴리옥시메틸렌이 높은 경도와 높은 모듈러스, 좋은 치수 안정성, 뛰어난 피로 저항성, 화학 매체에 의해 쉽게 부식되지 않는 것과 같은 우수한 성능을 갖는 주요 이유입니다. 폴리옥시메틸렌 분자 사슬의 CO 결합은 일정한 극성을 가지고 있지만, 고밀도와 고결정성은 쌍극자 모멘트의 움직임을 제한하여 여전히 좋은 전기 절연성과 유전 특성을 갖습니다.
폴리옥시메틸렌의 말단 그룹은 헤미아세탈 구조를 함유한다. 약 100°C로 가열하면 말단 그룹의 헤미아세탈로부터 점차적으로 탈중합할 수 있으므로 내열성이 낮다. 약 170°C로 가열하면 분자 사슬의 어느 지점에서나 자동 산화 반응이 일어나 포름알데히드를 방출할 수 있다. 포름알데히드는 고온과 산소가 있는 상태에서 포름산으로 산화된다. 포름산은 폴리옥시메틸렌의 분해 반응에 대해 자동 가속 촉매 효과가 있다. 따라서 열 안정제, 산화 방지제, 포름알데히드 흡수제 등을 종종 호모폴리옥시메틸렌 수지에 첨가하여 성형 및 가공의 필요성을 충족시킨다. 공중합체 포름알데히드 분자 사슬에는 일정량의 CC 결합이 포함되어 있어 폴리옥시메틸렌 분자 사슬의 산화 분해를 방지할 수 있으므로 공중합체 포름알데히드는 호모폴리옥시메틸렌보다 열 안정성이 훨씬 우수하다. 그러나 호모폴리옥시메틸렌이든 공중합체 포름알데히드이든, 가공 및 적용 중에 열 안정성과 열산소 안정성이 좋지 않다는 단점이 있다는 점에 충분히 주의해야 합니다.
성과 수치
강도 : 70MPa (수율)
신장률 : 15% (수율), 15% (파단)
충격 강도: 108 kJ/m² (노치 없음), 7.6 kJ/m² (노치 있음)
호모폴리포름알데히드의 합성은 일반적으로 산의 존재 하에 포름알데히드 수용액의 축합 중합에 의해 수행됩니다. 중합도가 100 이상인 a-폴리포름알데히드를 얻은 다음 가열하여 포름알데히드 가스로 분해합니다. 정제 및 탈수 후 단량체는 일반적으로 부분 예비 중합에 의해 정제한 다음 중합을 위해 소량의 개시제를 함유한 건조 용매에 도입합니다. 물이 존재하기 때문에 분자량이 상당히 감소합니다. 개시제는 루이스 산 또는 염기일 수 있습니다. 그러나 대부분은 음이온 첨가 중합에 2차 아민을 사용하며 반응은 다음과 같습니다. 폴리포름알데히드의 말단 그룹은 헤미아세탈(-CH100OH)입니다. 온도가 230°C보다 높으면 말단 그룹이 깨지기 쉽고 일반적으로 말단 그룹 처리로 안정화해야 합니다. 안정화 처리 후 170°C까지 내열성을 가질 수 있습니다. 폴리포름알데히드는 200~XNUMX℃의 온도에서 사출, 압출, 블로우 성형 등 가공이 가능하며, 주로 자동차, 기계부품 등의 엔지니어링 플라스틱으로 사용됩니다.
특성
POM은 낮은 온도에서도 크립 저항성, 기하학적 안정성 및 내충격성이 좋은 강하고 탄력적인 소재입니다. POM에는 호모폴리머와 코폴리머 소재가 있습니다. 호모폴리머 소재는 연성과 피로 강도가 좋지만 가공하기 쉽지 않습니다. 코폴리머 소재는 열 안정성, 화학적 안정성이 좋고 가공하기 쉽습니다. 호모폴리머와 코폴리머 소재는 모두 결정질 소재이며 습기를 쉽게 흡수하지 않습니다. POM의 높은 결정도는 비교적 높은 수축률로 이어지며, 최대 2%~3.5%까지 높을 수 있습니다. 강화 소재마다 수축률이 다릅니다.
매개 변수
| 밀도 | g / cm³ | 1.39-1.43 |
| 물 흡수 | % | 0.2 |
| 연속사용온도 | ℃ | -50 ~ 105 |
| 항복인장강도 | MPa의 | 63 |
| 항복 인장 변형률 | % | 10 |
| 최대 인장 변형률 | % | 31 |
| 노치 충격 인성 | 킬로제곱미터 | 6 |
| 로크웰 경도 | 135 | |
| 해안 경도 | 85 | |
| 탄성 계수 | MPa의 | 2600 |
| 연화 온도 | ℃ | 150 |
| 열 변형 온도 HDT | ℃ | 155 |
| 열팽창 계수 | 1.1 | |
| 열전도율 | 승 / (m · K) | 031 |
| 마찰 계수 | 0.35 |
종합적인 성능은 다음과 같습니다. 피로 강도가 높고, 내마모성이 우수하고, 수분 흡수율이 낮고, 표면 경도가 높고 강성이 우수하고, 치수 안정성이 우수하고, 치수 정확도가 높으며, 슬라이딩 특성이 우수합니다.
POM 환경 성과
POM은 강알칼리 및 산화제에 대한 내성은 없지만 올레핀산 및 약산에 대한 안정성이 일정합니다. POM은 용매 내성이 우수하고 탄화수소, 알코올, 알데히드, 에테르, 가솔린, 윤활유 및 약알칼리 등에 대한 내성이 있으며 고온에서 상당한 화학적 안정성을 유지할 수 있습니다. 흡수율이 낮고 치수 안정성이 좋습니다.
전도성 수정
전도성 카본 블랙을 추가하는 것은 전도성 POM을 만드는 일반적인 방법입니다. 소위 전도성 카본 블랙은 입자 크기가 더 작고 표면적이 더 크며 잠금 장치와 같은 구조를 가진 카본 블랙 유형을 말합니다.
카본블랙은 일반적으로 불완전 연소 또는 열분해를 통해 다양한 유기 탄화수소로 만들어집니다. 불용성 및 불융성 미세구형 입자입니다. 고립 전자 쌍과 방향족 고리 외에도 표면에는 퀴논 카르보닐 및 페놀성 하이드록실과 같은 극성 작용기가 있습니다. 전도성 카본블랙의 첨가량은 일반적으로 0.5%-20%입니다. 카본블랙의 전도도가 좋으면 POM의 표면 저항률 또는 체적 저항률을 1×10 2 정도로 줄일 수 있습니다. 그러나 카본블랙 표면에 극성 작용기가 작용하기 때문에 POM의 열 안정성이 종종 감소하여 물리적 및 기계적 특성이 감소합니다. 이러한 단점을 극복하기 위해 전도성 카본블랙과 친수성 폴리머 화합물(예: PEG)을 함께 사용하는 방법을 채택하여 사용되는 카본블랙의 양을 줄일 수 있습니다. 또한 포름알데히드 제거제를 주로 한 열 안정제를 사용하여 시스템의 열 안정성을 개선할 수도 있습니다.
이에 비해 탄소섬유를 사용하면 POM의 다양한 특성(자체 윤활성 포함)을 크게 개선할 수 있을 뿐만 아니라 우수한 정전 방지 특성도 달성할 수 있습니다. 예를 들어, 전도성이 좋은 탄소섬유를 20% 첨가하면 POM의 표면 저항률과 체적 저항률은 1×10^2 정도에 도달할 수 있습니다.
