KR20020063164A - 폴리아미드 모울딩의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리아미드를 형성하는 데 적합한 1종 이상의 단량체를 함유하는 조성물을 충전제의 존재 하에 모울드 내에서 중합시키는 과정을 포함하는, 충전제를 함유하는 폴리아미드 모울딩의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 조성물은 고압 하의 상태에서 모울드 내로 공급되고, 상기 모울드는 상기 조성물이 모울드 내로 공급되기 전에 감압 하의 상태로 만드는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 방법은 소공이 없고 기밀하며, 균일하게 분포된 메트릭스를 갖는 완전 치밀화된 모울딩을 제조한다. 본 발명의 한가지 이점은 특히 구조 부재로서 사용할 수 있는 비교적 큰 대형 모울딩을 제조할 수 있다는 점이다.

Description

폴리아미드 모울딩의 제조 방법{METHOD FOR THE PRODUCTION OF A POLYAMIDE MOULDING}

이러한 유형의 방법은 US 3 418 268호에 개시되어 있다. 이 특허에는 5 % 내지 95%(m/m)의 무기 충전제를 함유하는 폴리아미드 모울딩의 제조 방법이 기재되어 있다. 이 폴리아미드 모울딩은 액상 락탐 및 접착 촉진제를 충전제에 첨가함으로써 제조한다. 이어서, 이 혼합물에 활성화제 및 촉매를 첨가하고, 형성된 혼합물을 충분히 혼합한다. 얻어진 혼합물은 종합을 개시하기 위해 개시 온도 이상으로 가열하고, 이어서 혼합물을 모울드 내로 빠르게 부어 넣어 그 혼합물을 빠르게 중합시킨다.

이 방법의 단점은 충전제의 함량이 높아질수록 아직 중합되지 않은 충전제, 락탐, 활성화제 및 촉매의 혼합물의 점도가 더 높아진다는 점이다. 높은 점도는 모울드에 충전될 수 있는 속도를 제한한다. 따라서, 충전제 함량을 매우 높게 할 수는 없다. 또한, 이 결과, 비교적 작은 크기의 소형 모울드를 충전하는 것만이 가능하다.

폴리아미드 모울딩의 제조에 관하여 기술하고 있는 또다른 방법이 NL 1 003 609호에 개시되어 있다. 상기 공보에는 락탐, 촉매 및 활성화제로 이루어진 성분과 충전제로 이루어진 성분을 서로 개별적으로 모울드 내로 동시에 또는 실질적으로 동시에 부어 넣어, 폴리아미드 모울딩을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법은 모울드 내로 부어 넣은 혼합물이 너무 큰 점성을 갖지 않도록 해준다.

그러나, NL 1 003 609호에 따른 방법은 락탐 함유 성분과 충전제 함유 성분이 잘 혼합되지 않는다는 단점을 갖고 있다. 이러한 단점은 두 성분 중 충전제 성분이 중합을 개시하는 데 필요한 개시 온도 이상의 온도에서 존재해야 하기 때문에 더욱 더 악화된다. 또한, 모울드는 개시 온도 이하의 온도에서 존재해야 하는데, 이것은 모울드가 두 조작 사이에서 냉각되어야 한다는 것을 의미하므로, 경제적이지 못하다. 락탐, 촉매 및 활성화제를 함유하는 성분은 개시 온도보다 낮은 온도에서 존재해야 한다. 혼합이 부적절하면, 비균질한 중합이 유발되어, 좋지 않은 특징을 가진 모울딩이 생성된다. 또한, 이 방법에서, 모울딩의 크기가 증가함에 따라, 상기 단점들은 더욱 더 심각해진다. 또한. NL 1 003 609호에 따른 방법은 모울드 내에 존재하는 공기 및 수분이 함유될 수 있다는 단점을 갖고 있다. 또한, 상기 방법은 유해하고 일정치 않은 특성, 기포 함입물 및/또는 증가된 다공성을 갖는 모울딩을 유발할 수 있다.

본 발명은 폴리아미드를 형성하는 데 적합한 1종 이상의 단량체를 함유하는 조성물을 충전제의 존재 하에 모울드 내에서 중합시키는 과정을 포함하는, 충전제를 함유하는 폴리아미드 모울딩의 제조 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명 방법의 바람직한 실시양태를 나타낸 것이다.

본 발명의 목적은 상기 종래 방법에 의해 야기되는 단점들 없이 충전제 함량이 높은 모울딩을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명의 또다른 목적은 비교적 큰 대형 모울딩을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.

이들 목적은 충전제를 함유하는 폴리아미드 모울딩의 제조 방법에 의해 달성되는데, 상기 방법은 폴리아미드를 형성하는 데 적합한 1종 이상의 단량체를 함유하는 조성물을 충전제의 존재 하에 모울드 내에서 중합시키는 과정을 포함하며, 상기 조성물은 고압 하의 상태에서 모울드에 공급되고, 상기 모울드는 상기 조성물이 공급되기 전에 감압 하의 상태로 만드는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방법에 의해, 완전히 균질한 중합이 이루어질 수 있는 균질한 혼합물이 신속하게 얻어진다. 또한, 모울드를 감압 하의 상태로 만드는 과정은 수분 또는 공기가 중합 공정에 영향을 미치지 못하게 하거나, 또는 생성물 내에 함유되지 못하게 할 수 있다. 초기에 모울드는 중합 동안 일정 압력 하에 유지하는데, 그 결과로서 상압 증류(topping up) 과정이 수행된다. 본 발명에 따른 방법은 균일하게 분포된 매트릭스를 사용하여 소공이 없고 기밀한 완전 치밀화된 모울딩을 제조한다.

모울드를 고압 하의 상태에서 충전하는 한편, 모울드를 감압 하의 상태로 만드는 경우인 본 발명에 따른 방법에 있어서 압력 차는, 혼합물을 모울드 내로 부어 넣거나, 또는 모울드를 혼합 헤드에 의해 충전하는 경우인 공지된 충전 방법에 비하여 폴리아미드 모울딩의 제조에 대한 중요한 잇점을 갖는다.

얻어진 모울딩은 종래 기술, 특히 NL 1 003 609호 및 US 2 418 268호에 기재되어 있는 것과 같은 종래 기술에 따라 얻어진 모울딩과 비교하여 실질적으로 개선된 물질 특성을 갖고 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, 본 발명에 따른 방법을 이용하면 최근까지 가능했던 것과 동일하게 바람직한 특성을 지닌 더 큰 대형 모울딩을 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 방법을 이용하면 보다 속도가 빠르고 보다 융통성이 있는 제조 방법이 달성되고, 또한 본 발명에 따른 방법은 미리 설정된 특성을 지닌 보다 광범위한 매트릭스 및 충전제 물질을 사용할 수도 있다.

상기 설명한 바와 같이, 고압 하의 상태에서 공급되는 조성물은 폴리아미드를 형성하는 데 적합한 1종 이상의 단량체를 함유한다. 이러한 단량체는 락탐인 것이 바람직하다. 고리 내에 5개 이상의 원자를 갖고 있는 락탐, 예를 들면 α-피롤리돈, ε-카프로락탐, C-치환된 카프로락탐, 카프릴락탐, 라우리노락탐 또는 이들 인용된 락탐들의 혼합물 등과 같은 락탐은 본 발명의 방법에 적당하다. 폴리아미드 중 나일론 6은 가장 큰 모듈러스를 갖고 있기 때문에, ε-카프로락탐을 사용하는 것이 바람직하다.

중합을 수행하기 위해서는 락탐과 함께 활성화제 및 촉매를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방법은 공지된 모울드화된 나일론 촉매를 사용하여 수행할 수 있다. 공지된 모울드화된 나일론 촉매로는 수소화나트륨, 나트륨 알칸올레이트, 알칼리 금속 락타메이트 및 알칼리 토금속 비스-락타메이트가 있다. 이들의 예로는 나트륨 카프로락타메이트, 칼륨 카프로락타메이트, 마그네슘 비스-카프로락타메이트 및 카프로락탐-마그네슘 할라이드가 있다. 나트륨 카프로락타메이트를 사용하는 것이 바람직하다. 염소 함유 촉매, 활성화제 또는 소화제(flame extingusher)를 사용하는 것은 강철 보강재를 함유하는 구조 부재를 제공하는 경우에 권장되고 있지 않다.

본 발명에 따른 방법은 락탐의 중합용으로 공지되어 있는 활성화제를 사용하여 수행할 수 있다. 0.1% 내지 2%(몰)의 관용 농도를 사용할 수 있다. 적합한 활성화제의 기를 제공하는 화합물로는 (폴리)이소시아네이트, 폴리아크릴-락탐 및 락탐 말단 폴리이소시아네이트가 있다. (폴리)이소시아네이트는 지방족 이소시아네이트, 방향지방족 이소시아네이트, 고리지방족 이소시아네이트 및 방향족 이소시아네이트가 있다. 적합한 이소시아네이트의 예로는 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 크실릴렌 디이소시아네이트(XDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 톨릴렌 디이소시아네트(TDI), 메틸렌비스(페닐이소시아네이트)(MDI), 수소화된 TDI, XDI 또는 MDI, 및 변성 MDI(예를 들면, 카르보디이미드에 의한 변성)이 있다. 폴리이소시아네이트의 예로는 뷰렛(biuret) 및 지방족 디이소시아네이트의 삼량체, 예컨대 1,4-부탄 디이소시아네이트, 1,5-헥산 디이소시아네이트 및 1,6-헥산 디이소시아네이트가 있지만, 방향지방족 디이소시아네이트와 방향족 디이소시아네이트도 적합하다.

락탐 말단 폴리이소시아네이트는 락탐, 예를 들면 카프로락탐과 폴리이소시아네이트를 반응시킴으로써 제조할 수 있다. 카프로락탐 내의 블록화된 중합체 HDI(헥사메틸렌 디이소시아네이트)를 사용하는 것이 바람직하다.

폴리아크릴-락탐 화합물은 폴리아크릴 화합물, 예를 들면 폴리아크릴 클로라이드 화합물을 락탐과 반응시킴으로써 제조할 수 있다. 적합한 폴리아크릴-락탐 화합물로는, 예를 들면 테레프탈로일비스카프로락탐, 아디폴리비스카프로락탐, 옥살로일비스카프로락탐, 이소프탈로일비스카프로락탐 또는 이들 화합물 중 2가지 이상의 혼합물이 있다.

활성화제를 제공하는 데 다른 적합한 화합물로는 트리아진, 카르보이미드 및 시안아미드가 있다.

또한, 단독중합체 대신에 나일론 블록 공중합체도 본 발명에 따른 방법에 사용할 수 있다. 일반적으로 폴리아미드 세그먼트와 탄성중합체 세그먼트로 이루어진 나일론 블록 공중합체는 예비중합체로서 작용을 하고, 상기 언급한 촉매 및 활성화제의 영향 하에 락탐과 반응할 수 있다.

사용할 수 있는 다른 공중합체로는 락탐과 탄성중합체의 공중합체가 있다. 이러한 공중합체는 노치 충격 값(notch impact value)을 향상시킬 것으로 기대된다.

필요한 경우, 폴리아미드 모울딩의 제조 동안에 나일론 또는 나일론 블록 공중합체의 제조에 관용적으로 사용되고 있는 적합한 첨가제를 첨가한다. 이러한 첨가제의 예로는 (염소 무함유) 소화제, 착색제, 충격 강도 개선제 및 안정화제 또는 접착 촉진제가 있다. 특히, 유기실란 화합물은 안정화제로서, 예를 들면 0.2% 내지 1%(m/m)의 농도로 사용할 수 있다. 이하에 설명되어 있는 충전제로서 광물 섬유, 예컨대 암면(rock wool) 또는 유리 솜(glass wool)을 함유하는 폴리아미드 모울딩을 제조하는 경우, 광물 섬유는 이미 실란 화합물을 함유할 수 있다는 점을 고려해야 한다. 왜냐하면, 이들 실란 화합물은 광물 섬유의 제조 공정에서 윤활제로서 사용되기 때문이다.

본 발명에 따른 방법은, 특히 구조 부재로서 작용을 하는 모울딩의 제조에서 중요한 최적 충전제 매트릭스를 갖고 있는 폴리아미드 모울딩의 제조를 목적으로 한다. 일반적으로, 구조 부재는 결합제에 의해 함께 고정되는 무기 충전제 또는 유기 충전제로 이루어져 있다. 이 충전제는 일반적으로 결합제보다 비용이 저렴하므로, 충전제는 가능한 매우 높은 함량으로 선택된 입자 분포(매트릭스)를 지닌 채로 사용하는 것이 바람직하다.

그러나, 모울딩은 구조 부재 이외의 다른 용도에 제공되기도 한다. 이러한 관계에 있어서는, 수송 수단, 예컨대 차량 및 항공기의 본체 외판용 모울딩을 고려할 수 있다. 모울딩이 구성하고 있는 재료의 강도는 당연히 이러한 목적에 매우 중요하다. 특수 재료의 강도 측정치는 재료 시험 분야에서 당업자에게 일반적으로 공지되어 있는 노치드-바(notched-bar)(충격) 시험으로부터 얻을 수 있다. 적합한 충전제 물질 및/또는 결합제 물질은 특정 용도 및 노치 충격 강도 또는 노치 충격 일(notch impact work)에 필요한 관련된 값에 근거하여 선택해야 한다. 재료의 굴곡 강도의 측정을 수행하는 데 적합한 지침은 네덜란드 표준 연구소(독일 표준 연구소)의 NEN 3835에 따른 시험법이다.

충전제로는 무기 물질 및 유기 물질을 사용할 수 있다. 무기 물질의 예로는 석영, 모래, 회분(fly ash), 대리석 및 점토 뿐만 아니라 이들의 혼합물을 비롯하여 광물, 금속, 금속 산화물(Al₂O₃), 금속 알루미네이트, 금속 실리케이트 및 규소 함유 물질이 있다. 사용하기에 바람직한 충전제는 모래 또는 회분이다. 적합한 유기 물질로는, 예를 들면 탄소 또는 흑연이 있다. 또한, 다양한 충전제들의 배합물도 가능하다.

특정 군의 충전제는 섬유 또는 섬유 함유 물질로 구성되어 있다. 예를 들면, 구조 부재 중의 충전제 함량은 60%(m/m) 이상인 것이 바람직하다. 충전제 함량의 상한치는 95%(m/m)인데, 이는 US 3 418 628호 및 NL 1 003 609호에서 확인할 수 있다. 상기 상한치는 충전제 입자들 사이의 부피를 충전시키는 데 요구되는 폴리아미드의 양에 의해 정해진다. 충전제 함량이 95%(m/m) 이상인 경우에 있어 충전제 입자에 대한 요구량이 너무 커져 경제적으로 유익한 방법으로 이를 충족시키는 것은 불가능할 것으로 생각된다. 그러나, 99%(m/m)의 충전제 함량은 충전제로서 섬유 물질 또는 섬유 함유 물질을 사용하면 가능해진다. 섬유 구조는 이를 치밀하게 충전시키는 경우 조차도 섬유 입자들 사이의 충분한 공간을 여전히 남겨두는 이점을 갖고 있는데, 이러한 공간은 중합시키고자 하는 락탐 및 최종 중합체에 의해 충전될 수 있다. 사용할 수 있는 무기 섬유 함유 물질의 예로는 광물 섬유, 예컨대 유리 솜 및 암면이 있다, 유기 섬유 함유 물질로는, 예를 들면 건조된 유기질 비료(dried manure)(특히 동물 배설물), 예컨대 말 배설물과 탄소 섬유가 있다.

무기 및 유기 섬유 또는 섬유 함유 물질이외에, 합성 섬유도 공지되어 있다. 공지된 합성 섬유로는 폴리(p-페닐렌테레프탈아미드) 섬유 또는 방향족 폴리아미드로 이루어진 아라미드 섬유가 있다. 이들은 의외로 바람직한 강도/중량 비율을 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 특히, 경량화시켜야 하고 강도를 증가시켜야 하는 모울딩의 경우, 예컨대 상기 언급한 차량 및 항공기의 본체 외판 등의 경우에는 충전제로서 아라미드 섬유를 사용하는 것이 매우 유리할 수 있다.

충전제는 실질적으로 수분을 함유하지 않는 것이 바람직하다. 그러므로, 또한 충전제는 건조하고, 수분을 함유하지 않은 조절된 환경에 저장해야 한다. 충전제 내에 존재하는 임의의 수분은 락탐의 중합 과정에 유해한 영향을 미칠 수 있다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명은 단량체를 함유하는 조성물을 압력 하의 상태에서 모울드에 공급하는 단계를 포함한다. 이 절차에 있어서, 모울드는 상기 단계 전에 감압 하의 상태로 만든다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 단량체를 함유하는 조성물 이외에, 충전제도 고압 하의 상태에서 공급된다. 제2 양태에 따르면, 충전제의 적어도 일부는 모울드가 감압 하의 상태로 만들어지기 전에 모울드 내에 존재한다.

단량체를 함유하는 조성물 및 충전제를 공급하기 위한 고압은 2 기압 이상인 것이 바람직하고, 4 기압 이상인 것이 보다 바람직하며, 6 기압 이상인 것이 가장 바람직하다. 보다 큰 대형 모울딩의 경우에는 이러한 압력이 심지어는 10 atm 또는 15 atm으로 상승할 수 있다. 공급원료를 공급하기 위한 고압은 조성물의 점도 및/또는 비중에 부분적으로 좌우될 수 있다. 특정 조성물에 가장 적합한 압력은 성형시키고자 하는 물품의 조성 및 치수에 따라 좌우되어 실험적으로 결정된다. 당업자라면, 특정 압력이 적합한 지의 여부 또는 충전 과정을 수행하기 위한 압력 하의 상태로 조절해야 하는 지의 여부가 하나 이상의 실험에 따라 좌우된다는 사실을 분명히 이해할 수 있다. 다음과 같은 범위에 국한되는 것은 아니지만, 대부분의 공정의 경우 모울드가 충전되는 압력은 5 atm 내지 15 atm으로 다양할 수 있다.

모울드 내의 감압은 0.5 기압 이하인 것이 바람직하고, 0.2 기압 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.1 기압 이하인 것이 가장 바람직하다.

일반적으로, 성분들의 온도가 개시 온도 이상으로 상승하기 때문에 본 발명에 따른 단량체의 중합을 개시할 수 있다. 성분들의 온도는 단량체를 함유하는 조성물과 충전제의 혼합물이 모울드 내에서 가능한 개시 온도 이상의 온도에서 존재하도록 제어된다.

모울드는 성분들이 모울드에 공급된 직후 혼합물이 갖는 온도와 동일한 온도에서 존재하고, 개시 온도 이상의 온도에서 존재하는 것이 바람직하다. 이것은 균질한 중합 공정을 유도한다. 본 발명에 따른 방법을 이용하면, 2번의 제조 운전(production run) 사이에서 개시 온도 이하로 모울드를 냉각시킬 필요가 없다. 결과적으로, 시간과 에너지가 절감되므로, 본 발명의 방법은 경제적인 잇점을 제공한다.

개시 온도는 사용되는 촉매 및 활성화제의 유형 및 양에 따라 좌우되고, 일반적으로 80℃ 내지 250℃이다. 개시 온도는 130℃ 내지 150℃인 것이 보다 바람직하다. 락탐, 촉매 및 활성화제를 함유하는 성분의 온도는 개시 온도 이하로 존재하여야 한다. 그 이유는 그렇지 않을 경우 충전제와 혼합하기 전에 중합 반응이 이미 개시되기 때문이다.

제1 양태에 따르면, 본 발명의 방법은 밀폐되고 가열된 모울드를 감압 하의 상태로 만든 후, 모울드에 연결되어 있고 고압 하의 상태로 만들어져 있는 용기로부터 상기 모울드를 충전시킴으로써 수행한다. 상기 용기는 액상 락탐, 충전제, 촉매 및 활성화제를 함유하는 혼합물을 포함하고, 상기 혼합물은 개시 온도 이상의 온도로 가열하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방법을 이용하면, 단량체를 함유하는 조성물은 모울드가 충전되기 전에 충전제와 혼합할 수 있다. 또한, 단량체 조성물과 별도로 충전제를 공급할 수도 있다. 이러한 실시양태는, 예를 들면 모울드의 크기, 활성화제 및/또는 촉매의 반응성, 및 충전제의 유형에 따라 좌우되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 이러한 실시양태는 밀폐되고 가열된 모울드를 감압 하의 상태로 만든 것이다. 이어서, 이 모울드는 모울드에 연결되어 있는 2개 이상의 용기로부터 충전된다. 용기들은 고압 하의 상태로 만든다. 한 용기는 개시 온도 이상의 온도에서 1종 이상의 충전제를 함유한다. 나머지 다른 용기는 1종 이상의 락탐, 촉매 및 활성화제의 혼합물을 함유하고, 개시 온도 이하의 온도에서 존재한다. 한번 더 상기 설명한 바와 같이, 당업자가 모울드의 크기, 충전제의 유형, 단량체의 유형, 활성화제의 유형 및 촉매의 유형, 그리고 필요한 경우, 보다 가변적인 조건에 따라 사용하고자 하는 압력을 달성할 수 있다면, 다음과 같은 범위에 국한되는 것은 아니지만, 대부분 공정의 경우, 모울드가 충전되는 압력은 5 atm 내지 15 atm로 다양할 수 있다.

모울드는 몇몇 지점에서 모울드에 연결되어 있는, 모울드에 물질을 제공하기 위한 용기와 함께 도면에 개략적으로 도시되어 있다. 도면 내의 개략적인 표시에 있어서, 공급원료는 4개의 용기로부터 직사각형 모울드의 각 측면 상에 도시에 되어 있다. 용기 위치 및 용기가 위치해 있는 위치의 갯수 뿐만 아니라 용기의 갯수는 다양할 수 있다. 또한, 고찰한 바에 의하면, 특정 제조 공정의 경우 도면 내의 개략적인 표시에 있어서 모울드의 충전 과정은 모울드에 연결되어 있는 모든 용기로부터 이루어질 수 있다. 모울드가 가열될 수 있다는 점이 도면 내에 도시되어 있다. 또한, 모울드에 연결된 용기의 충전 개구부만 도시되어 있다. 이와 관련해서는, 용기 그 자체 및 또한 모울드에 대한 공급 라인이 가열될 수 있다는 점에 유의해야 한다.

4개의 충전 개구부를 보유한 4개의 세트가 도시되어 있다. 이와 관련해서는 중합시키고자 하는 단량체의 공급을 위한 충전 개구부, 활성화제의 공급을 위한 충전 개구부 및 촉매의 공급을 위한 개구부를 고려해야 한다. 또한, 모든 충전 개구부를 사용해야 하는 것은 아니지만, 이들 구성 성분 중 일부를 조합할 수도 있다. 예를 들면, 단량체, 촉매 및 활성화제는 혼합하여 하나의 용기로부터 공급할 수 있는 반면, 충전제는 제2 용기로부터 공급된다. 이러한 실시양태를 이용하면, 단량체, 촉매 및 활성화제를 함유하는 용기는 중합 반응을 위한 개시 온도보다 더 낮은 온도에서 존재한다는 점이 중요하다. 또한, 또다른 충전 개구부를 사용하여 모울드 내로 공급하고자 하는 추가 성분들을 더 공급할 수도 있다.

모울드를 충전시키 전에, 모울드는 밸브(PCA3)를 통해 감압 하의 상태로 만든다. 압력이 가능하다면, 바람직하게는 실질적인 진공 상태로 충분하게 감소되는 경우, 밸브(PCA3)는 닫힌다. 모울드는 밸브(PCA1 및 PCA2)를 개방시킴으로써 충전된다. 모울드 내에서 균질한 혼합 과정은 모울드와 이 모울드가 충전되는 용기 사이의 압력 차를 제거함으로써 발생한다. 모울드에 따라 모울드가 충전되는 시점에서, 모울드가 개방되어 모울딩을 분리시키는 시점 직전까지 약간의 시간 동안, 예를 들면 2초 동안 충전 압력을 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 모울딩을 분리시킨 후, 사이클을 반복할 수 있다.

모든 밸브는 개별적으로 수동으로 조작할 수 있지만, 밸브를 개방하고 폐쇄하는 과정은 컴퓨터로 제어할 수 있다. 완전성을 위해 지적되어 있는 바와 같이, 충전 과정이 임의의 용기 A, B, C 또는 D이거나 이들 용기 A, B, C 및 D의 임의 조합으로부터 발생할 수 있도록, A, B, C 및 D로 표시되는 4가지 물질 스트림에 대한 밸브(PCA1 및 PCA2)는 서로 독립적으로 조작할 수 있다.

모울드를 단량체를 함유하는 조성물과 충전제로 별도 충전하는 경우, 이 두 성분은 동시에 또는 실질적으로 동시에 모울드에 공급하는 것이 바람직하다. 모울드가 감압 하의 상태에 있고 공급하고자 하는 성분들이 고압 하의 상태에 있으므로, 모울드를 충전하는 과정은 매우 빠르게 일어난다. 양호하고 균질한 혼합을 수행하기 위해서, 한가지 성분의 공급은 나머지 다른 성분의 공급에 너무 뒤처져서 수행하면 안된다.

성분들이 동시에 공급되지 않는 경우, 다수의 인자는 한가지 성분의 공급이 다른 성분을 공급하는 경우 어느 정도로 뒤처질 수 있는 지의 여부에 관하여 중요하다. 중요한 인자로는, 예를 들면 모울드 내의 압력 및 공급하고자 하는 성분들의 압력, 모울드의 치수, 성분들의 정밀한 조성, 개별 성분 및 모울드의 온도, 및 충전제의 유형이 있다. 예를 들면, 모울드 내의 압력이 낮을수록 그리고 개별 성분 의 압력이 높을수록, 한가지 성분은 나머지 다른 성분에 뒤처지는 시간이 더 짧아진다. 상기 언급한 바와 같은 조건에 따라 좌우되긴 하지만, 당업자라면 한가지 성분의 공급이 다른 성분의 공급에 어느 정도로 뒤처지는 지를 분명히 알 수 있다.

상기 이미 지적한 바와 같이, 중합시키고자 하는 혼합물은 점도가 더 커지고, 충전제의 함량은 더 높아진다. 본 발명에 따른 방법의 경우, 혼합물의 높은 점도는 이 혼합물이 고압 하의 상태에서 모울드에 공급되기 때문에 허용된다. 단량체를 함유하는 조성물과 충전제를 사전 혼합하는 과정, 그리고 이들의 중합을 위한 개시 온도 이상으로 가열하는 과정의 경우, 중합은 혼합물이 모울드 내에 존재하기 전에 이미 개시된다. 종래의 기술에 따른 방법을 이용하면, 그 결과 제한된 크기의 소형 모울딩만이 제조될 수 있지만, 모울드가 본 발명에 따라 고속으로 충전될 수 있다는 관점에서 보면, 본 발명은 훨씬 더 큰 대형 모울딩을 제조할 수 있다. 모울드에 공급하고자 하는 점성 혼합물에 가해지는 고압과 모울드 내의 감압의 연합 작용으로, 충전제 함량이 90% 이상인 모울딩을 제조할 수 있다.

상기 설명한 본 발명의 방법에 따른 제2 양태의 경우, 충전제 일부는 모울드 내에 이미 존재하고, 모울드는 충전 과정 전에 감압 하의 상태로 만들어지며, 단량체를 함유하는 조성물은 고압 하의 상태에서 충전된다. 또한, 나머지 충전제도 고압 하의 상태에서 공급되는 것이 바람직하다. 충전제 총량의 50%(mol/mol) 이상이 모울드 내에 존재하는 경우가 유리할 수 있다.

종래 기술에 따르면, 모울드를 충전제로 예비 충전시키는 과정은 일반적으로 일정한 특성을 갖는 균질한 모울딩을 유도할 수 없다. 중력의 영향 하에서, 예를 들면 모래와 같은 충전제는 모울드의 바닥부로 침강하므로, 락탐이 모울드 내로 공급되는 시점에서 균질한 혼합물을 유도할 수 없다. 그러나, 충전제로서 경량의 섬유 함유 물질을 사용하는 경우, 특히 충전제가 고함량인 경우, 충전제는 이용 가능한 전체 부피에 걸쳐 분포된다. 락탐, 촉매 및 활성화제가 고압 하의 상태에 있지 않고, 충전제가 이미 존재하는 모울드 내에 공급되는 경우, 락탐 스트림은 충전제에 의해 지연된다. 그 결과 비균질하게 중합된 모울딩이 얻어진다. 본 발명의 제2 양태에 따른 방법을 이용하는 경우, 충전제를 이미 함유하고 있는 모울드는 매우 빠르게 충전되어 균질한 혼합물 및 균질하게 중합된 모울딩이 얻어진다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 광물 섬유, 보다 바람직하게는 암면 또는 유리 솜을 미리 모울드 내로 도입되는 충전제로서 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 합성 섬유, 예를 들면 아라미드 섬유 등을 충전제로서 사용하는 것도 바람직하다.

본 발명이 제2 양태에 따른 방법은 광물 섬유, 예컨대 암면 또는 유리 솜을 시이트의 형태 또는 느슨한 형태로 모울드 내에 배치한 후, 밀폐되고 가열된 모울드를 감압 하의 상태로 만들므로써 수행할 수 있다. 광물 섬유를 함유하는 모울드의 온도는 개시 온도 이상으로 만든다. 이어서, 모울드는 이 모울드에 연결되어 있는 고압 하의 상태의 용기로부터 충전된다. 이 용기는 1종 이상의 락탐, 촉매 및 활성화제를 함유하는 혼합물을 함유한다. 비교 가능한 방식으로, 예를 들면 아라미드 합성 섬유의 매트를 모울딩으로 처리할 수도 있다.

암면 또는 유리 솜을 충전제로서 사용하는 경우, 필요한 특성에 따라 좌우되긴 하지만, 임의의 고형 충진물(fill)과 섬유 충진물 사이의 조합물을 어떤 문제도 없이 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 이용하여 얻을 수 있는 모울딩은 50%(m/m) 이상, 바람직하게는 75%(m/m) 이상, 보다 바람직하게는 90%(m/m) 이상 및 가장 바람직하게는 95%(m/m) 이상의 충전제를 함유한다.

본 발명에 따른 방법을 이용하여 얻을 수 있는 모울딩은 구조 부재로서 매우 적당하다. 충전제 함량이 높은 구조 부재는 저렴한 반면에, 높은 충전제 함량으로 인하여 모듈러스가 높은 구조 부재가 제조된다. 본 발명에 따른 구조 부재는, 특히 콘크리트의 대체물로서 적당하다.

충전제 함량이 높은 경우, 결합제 함량(폴리아미드)이 낮기 때문에, 이들 구조 부재에 의한 수분 흡수력은 4% 미만이 된다. 이들 구조 부재의 또다른 이점은 이들 부재가 재활용될 수 있으며, 환경 친화적이라는 데 있다.

아라미드 합성 섬유를 함유하는 모울딩은 모울딩, 예를 들면 항공기 및 차량의 본체 외판의 경우에서와 같은 모울딩의 강도와 중량의 조합에 관하여 특정 요건을 부과하는 용도에 적당하다.

Claims (29)

1. 폴리아미드를 형성하는 데 적합한 1종 이상의 단량체를 함유하는 조성물을 충전제의 존재 하에 모울드 내에서 중합시키는 과정을 포함하는, 상기 충전제를 함유하는 폴리아미드 모울딩의 제조 방법으로서,

   상기 조성물은 고압 하의 상태에서 모울드에 공급되고, 상기 모울드는 상기 조성물이 모울드 내로 공급되기 전에 감압 하의 상태로 만드는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 충전제도 고압 하의 상태에서 모울드에 공급되는 것인 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 단량체가 락탐이고, 상기 조성물도 활성화제 및 촉매를 함유하는 것인 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 충전제는 상기 조성물과는 별도로 모울드에 공급되는 것인 방법.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 조성물 및 충전제가 모울드 내로 공급되기 전에 상기 모울드 내의 압력이 0.5 기압 이하, 바람직하게는0.2 기압 이하, 보다 바람직하게는 0.1 기압 이하인 방법.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 조성물 및 충전제를 공급하기 위한 고압이 2 기압 이상, 바람직하게는 4 기압 이상, 보다 바람직하게는 6 기압 이상인 방법.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 단량체의 중합은, 충전제와 조성물의 혼합물이 모울드 내에 존재하는 즉시 상기 혼합물의 온도가 중합을 위한 개시 온도 이상이어서 바로 개시되는 것인 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 모울드의 온도가 개시 온도 이상인 방법.
9. 제4항 또는 제7항에 있어서, 상기 모울드를 충전시키는 경우, 상기 충전제는 개시 온도 이상의 온도에서 존재하고, 상기 조성물은 개시 온도 이하의 온도에서 존재하는 것인 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 충전제가 모래인 방법.
11. 제3항에 있어서, 상기 락탐이 ε-카프로락탐인 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 폴리아미드는 락탐과 탄성중합체의 공중합체로부터 형성되는 것인 방법.
13. 제2항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 따라 얻을 수 있는 폴리아미드 모울딩.
14. 제13항에 따른 폴리아미드 모울딩의 구조 부재로서의 용도.
15. 제1항 또는 제12항에 있어서, 충전제의 적어도 일부는 모울드가 감압 하의 상태로 만들어지기 전에 모울드 내에 존재하는 것인 방법.
16. 제15항에 있어서, 나머지 충전제는 고압 하의 상태에서 모울드에 공급되는 것인 방법.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 충전제 총량의 50%(m/m) 이상은 모울드 내에 존재하는 것인 방법.
18. 제15항 내지 제17항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 단량체가 락탐이고, 상기 조성물도 활성화제 및 촉매를 함유하는 것인 방법.
19. 제15항 내지 제18항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 충전제는 상기 조성물과는 별도로 모울드에 공급되는 것인 방법.
20. 제15항 내지 제19항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 조성물 및 충전제가 모울드 내로 공급되기 전에 상기 모울드 내의 압력이 0.5 기압 이하, 바람직하게는 0.2 기압 이하, 보다 바람직하게는 0.1 기압 이하인 방법.
21. 제15항 내지 제20항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 조성물 및 충전제를 공급하기 위한 고압이 2 기압 이상, 바람직하게는 4 기압 이상, 보다 바람직하게는 6 기압 이상인 방법.
22. 제15항 내지 제21항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 단량체의 중합은, 충전제와 조성물의 혼합물이 모울드 내에 존재하는 즉시 상기 혼합물의 온도가 중합을 위한 개시 온도 이상이어서 바로 개시되는 것인 방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 모울드의 온도가 개시 온도 이상인 방법.
24. 제19항 또는 제22항에 있어서, 상기 모울드를 충전시키는 경우, 상기 충전제는 중합을 위한 개시 온도 이상의 온도에서 존재하고, 상기 조성물은 중합을 위한 개시 온도 이하의 온도에서 존재하는 것인 방법.
25. 제15항 내지 제24항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 모울드 내에 존재하는 충전제의 일부는 광물 섬유, 바람직하게는 암면을 포함하는 것인 방법.
26. 제15항 내지 제24항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 모울드 내에 존재하는 충전제의 일부는 합성 섬유, 바람직하게는 아라미드 섬유를 포함하는 것인 방법.
27. 제18항에 있어서, 상기 락탐이 ε-카프로락탐인 방법.
28. 제15항 내지 제27항 중 어느 하나의 항에 따라 얻을 수 있는 폴리아미드 모울딩.
29. 제28항에 따른 폴리아미드 모울딩의 수송 수단용 본체 외판 또는 구조 부재로서의 용도.