KR20020073351A - 반응 사출 성형용 주형 및 반응 사출 성형방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리우레탄 재료와 접촉하도록 표면 위에 피복된 금속(여기서, 피막은 코발트 또는 니켈의 연속 매트릭스이고, 연속 매트릭스의 내부에는 플루오르화 폴리올레핀 중합체가 분산되어 있다)을 포함하는 폴리우레탄계 제품의 제조에 유용한 주형을 포함한다. 또 다른 양태에서, 본 발명은 폴리우레탄계 재료를 위에 기재한 주형 속으로 사출시키는 단계, 사출된 재료를 고형화 제품의 형성 조건에 노출시키는 단계 및 형성된 제품을 주형으로부터 제거하는 단계를 포함하는, 폴리우레탄 재료로부터 제품을 사출 성형하는 방법이다. 또 다른 양태에서, 본 발명은 내부 이형제를 약 0.5중량% 이하로 함유하고 밀봉제를 당해 제품 위에 피복하지 않고도 산업적 피복 방법으로 피복시킬 수 있는, 사출 성형으로 제조한 폴리우레탄 재료를 포함하는 제품이다.

Description

반응 사출 성형용 주형 및 반응 사출 성형방법{Mold for reaction injection molding and reaction injection molding process}
본 발명은 사출 성형에 의해 폴리우레탄 제품을 제조하는 데 사용하는 신규한 주형에 관한 것이다. 본 발명은 또한 사출 성형에 의해 제품을 제조하는 신규한 방법 및 이러한 방법을 사용하여 제조한 신규한 제품에 관한 것이다.
폴리우레탄 화학을 사용하여 제조한 대부분의 제품은 사출 성형을 사용하여 제조된다. 사출 성형에 있어서는, 일반적으로, 제품을 제조하고자 하는 성분을 주형 속으로 사출시키고, 사출된 재료의 고형화 조건에 적용한다. 이어서, 당해 제품을 주형으로부터 제거한다. 폴리우레탄은 접착 특성이 우수하다. 이는 주형으로부터 폴리우레탄 재료를 제거할 때의 단점이다. 주형으로부터 제품의 제거를 향상시키기 위해, 반응물을 주형으로 사출시키기 전에 주형에 외부 이형제를 분무하는 것이 통상적이다. 외부 이형제의 사용은 당해 공정에 추가의 단계를 부가하고, 임의의 성형 기계의 생산성을 현저히 저하시킨다. 또는, 내부 이형제, 예를 들면, 아연 스테아레이트가 당해 제품을 형성하는 데 사용된 재료에 첨가된다. 내부 이형제의 사용은 주형에 외부 이형제가 분무되어야 하는 시간을 감소시킬 수 있다.
산업적 피복 방법으로 피복되는 자동차용으로 사용된 바디 패널 등의 제품에 있어서, 내부 이형제는 당해 제품에 대한 산업적 피막의 도포를 간섭한다. 내부이형제가 당해 제품의 피복을 간섭하지 못하도록 하기 위해, 당해 제품을 주형으로부터 제거한 후에 제품을 밀봉하고, 냉각시켜 세척하는 것이 실시되고 있다. 이들 제품 및 제품은 통상 일부분의 멜라민계 폴리우레탄 재료로 밀봉된다. 밀봉제의 사용은 매우 고가이며, 당해 제품 비용의 30%에 달한다.
통상의 산업적 피복 방법으로 피복되는 제품에서는 이러한 밀봉 단계를 생략하는 것이 바람직하다.
산업적 피복 방법에 노출시키기 전에 당해 제품에 밀봉제의 사용을 필요로 하지 않는, 폴리우레탄 재료로부터 사출 성형된 제품을 제조하는 데 사용될 수 있는 주형이 요구되고 있다. 또한, 폴리우레탄계 출발 재료를 사용하여 이들 제품 또는 물품을 제조하는 방법이 요구되고 있다. 또한, 산업적 피복 방법에 사용하기 전에 밀봉제의 사용을 필요로 하지 않는 폴리우레탄 사출 성형 제품이 요구되고 있다.
한 가지 양태에 있어서, 본 발명은 목적하는 형상의 제품을 제조하기 위해 주형(여기서, 당해 주형은 당해 제품이 제조될 수 있는 폴리우레탄 재료와 접촉되어 있는 피막을 주형의 표면 위에 갖고, 당해 피막은 코발트 또는 니켈의 연속 매트릭스이며, 이러한 연속 매트릭스의 내부에는 플루오르화 폴리올레핀 중합체의 불연속 매트릭스가 분산되어 있다)이 금속을 필요한 형상으로 포함하는 폴리우레탄계 제품의 제조에 유용한 주형을 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은, 2성분 폴리우레탄 조성물 또는 열가소성 폴리우레탄 초기중합체를 위에 기재한 주형 속으로 사출시키는 단계, 사출된 재료를 고형화 제품의 형성 조건에 노출시키는 단계 및 형성된 제품을 주형으로부터 제거하는 단계를 포함하는, 폴리우레탄 재료로부터 제품을 사출 성형하는 방법이다.
또 다른 양태에 있어서, 본 발명은, 내부 이형제를 0.5중량% 이하로 함유하고 밀봉제를 제품 위에 피복하지 않고서 산업적 피복 방법으로 피복할 수 있는, 사출 성형으로 제조한 폴리우레탄 재료를 포함하는 제품이다.
본 발명의 주형 및 방법은 밀봉제 없이도 당해 제품의 외부 표면에 산업적 방법으로 피복할 수 있는 폴리우레탄 제품의 제조를 가능하게 한다. 또한, 본 발명의 주형 및 방법은 주형에 외부 이형제를 분무하지 않고도 200개 이상의 제품의 제조를 가능하게 한다. 또한, 피복된 주형의 사용은 원료의 사출 시간을 보다 빠르게 하고, 내부 이형제의 양이 피복되지 않은 주형에 사용된 양보다 적은 재료를 사용하게 한다.
본 발명의 주형은 통상 사출 성형에 사용되는 임의의 목적하는 형상의 금속 주형을 포함한다. 금속은 강 또는 알루미늄 등과 같이 사출 성형에 통상 사용되는 임의의 금속일 수 있다. 주형은 성형되는 재료와 접촉되어 있는 당해 주형의 내부 표면에 피막을 갖는다. 당해 피막은 니켈 또는 코발트, 바람직하게는 니켈을 포함하는 금속의 연속 매트릭스를 포함하고, 당해 연속 매트릭스의 내부에는 플루오르화 폴리올레핀 중합체, 바람직하게는 폴리테트라플루오로에틸렌이 분산되어 있다. 금속의 양은 당해 금속이 연속 매트릭스로 되도록 하기에 충분한 양이어야 한다. 플루오르화 폴리올레핀의 양은 피막의 습윤성 및 윤활성을 개선시키기에 충분한 양이다. 바람직하게는, 피막 중의 플루오르화 폴리올레핀의 양은 약 10중량% 이상(피막의 중량을 기준으로 함), 보다 바람직하게는 약 20중량% 이상(피막의 중량을 기준으로 함) 및 가장 바람직하게는 약 23중량% 이상(피막의 중량을 기준으로 함)이다. 바람직하게는, 플루오르화 폴리올레핀의 양은 약 50중량% 이하(피막의 중량을 기준으로 함), 보다 바람직하게는 약 30중량% 이하 및 가장 바람직하게는, 사출된 재료와 접촉되어 있는 내부 표면 위에서 약 25중량% 이하(피막의 중량을 기준으로 함)이다.
피막 중의 금속의 양은 바람직하게는 약 50중량% 이상, 바람직하게는 70중량% 이상 및 가장 바람직하게는 75중량% 이상이다. 바람직하게는, 피막 중의 금속의 양은 약 70중량% 이하, 보다 바람직하게는 80중량% 이하 및 가장 바람직하게는 77중량% 이하이다.
주형 위의 피막은 바람직하게는 약 0.0006in(0.01524mm) 이상, 보다 바람직하게는 약 0.0015in(0.0381mm) 이상이다. 바람직하게는, 피막의 두께는 약 0.003in(0.0762mm) 이하, 보다 바람직하게는 약 0.002in(0.0508mm) 이하이다. 일반적으로, 주형은 전착도장 방법으로 피복한다. 이러한 방법은 당해 분야에 공지되어 있고, 일반적으로 주형을 금속과 플루오르화 폴리올레핀을 함유하는 욕에 가하는 단계 및 목적하는 두께의 금속과 플루오르화 폴리올레핀의 피막이 당해 주형의 내부 표면에 도포되는 조건하에 제품 또는 주형에 전류를 인가하는 단계를 포함한다.
주형의 피복에 사용되는 피막은 상업적으로 시판되고 있다. 이러한 한 가지 피막은 오하이오주 영스타운 소재의 로엘렌 인더스트리즈 엔에이(RoehlenIndustries NA)사가 상표명 트리보코트(TRIBOCOAT)로 시판하거나 인디애나주 사우쓰 벤드 소재의 니멧 인더스트리즈(Nimet Industries)사가 상표명 니코테프(NiCoTeF) 피막으로 시판하고 있다. 다른 유용한 피막은 멜코 엔그레이빙(Melco Engraving)사가 시판하고 있다. 알루미늄 주형의 경우에는 인디애나주 사우쓰 벤드 소재의 니멧 인더스트리즈사가 상표명 니코테프 피막으로 시판하는 피막을 사용할 수 있다. 또다른 피막은 홀 테크놀로지즈(Hall Technologies)사가 시판하는 75% 니켈 중의 25% 폴리테트라플루오로에틸렌이다.
본 발명의 제품은 일반적으로 원료를 주형 속으로 사출시키고 이들을 고형화 제품의 제조 조건에 노출시킴으로써 제조한다. 본 발명의 방법은 모든 제품을 제조하기 전에 주형을 외부 이형제로 피복시키지 않아도 된다. 제품은 폴리우레탄 제품이 주형 표면에 접착하지 않으면서 주형으로부터 용이하게 제거될 수 있다. 한 가지 양태에 있어서, 본 발명의 방법은 사출 성형에 사용될 수 있다. 사출 성형에 있어서, 열가소성 폴리우레탄 초기중합체를 이의 융점 이상으로 가열시켜 주형 속으로 사출시킨다. 당해 재료를 융점 이하로 냉각시켜 열가소성 폴리우레탄을 고형화시킨다. 이어서, 목적하는 형상의 고형화 제품을 주형으로부터 제거한다. 이 방법에 사용될 수 있는 열가소성 폴리우레탄은 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있고, 미국 특허 제5,627,254호에 기재되어 있다.
또 다른 방법에 있어서, 제품은 반응 사출 성형(reaction injection molding; RIM)으로 제조한다. 반응 사출 성형에 있어서는, 이소시아네이트 종결된 초기중합체 또는 이소시아네이트를, 주형 속으로 사출시킨 이소시아네이트와 반응성인 그룹을 갖는 재료와 동시에 주형 속으로 사출시킨다. 반응 사출 성형 방법은, 본원에서 참조로서 인용되는, 미국 특허 제4,218,543호 및 미국 특허 제5,106,874호에 기재되어 있다. 또한, 이소시아네이트를 이소시아네이트 반응성 화합물과 반응시키기 위한 촉매가 주형 속으로 사출시킨 재료에 포함될 수 있다. 일반적으로, 반응 사출 성형 폴리우레탄 제품의 제조에 유용한 이소시아네이트는 공지되어 있고, 본원에서 참조로서 인용되는 미국 특허 제5,852,137호(컬럼 2의 제40행 내지 컬럼 3의 제43행) 및 미국 특허 제5,106,874호(컬럼 6의 제52행 내지 컬럼 7의 제8행)에 기재되어 있다. 일반적으로, 반응 사출 성형된 제품의 제조에 사용될 수 있는 폴리올 또는 이소시아네이트 반응성 재료, 예를 들면, 폴리올은 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있고, 미국 특허 제5,852,137호(컬럼 3의 제46행 내지 컬럼 4의 제64행)에 기재되어 있다. 이소시아네이트 종결된 초기중합체를 폴리올과 반응시키는 데 유용한 촉매는 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있고, 미국 특허 제5,852,137호(컬럼 7의 제56행 내지 컬럼 8의 제24행) 및 미국 특허 제4,218,542호(컬럼 10의 제26행 내지 컬럼 11의 제30행)에 기재되어 있다. 기재된 주석 촉매를 이 방법에서 사용하는 것이 바람직하다.
RIM 방법용 반응물은 또한 당해 분야에 공지된 쇄 증량제를 포함할 수 있다. 이러한 쇄 증량제는 미국 특허 제5,106,874호(컬럼 9의 제13행 내지 컬럼 9의 제50행)에 기재되어 있다.
일반적으로, 주형은 원료를 사출시키기 전에 예열된다. 바람직하게는, 주형은 65 내지 85℃의 온도로 예열된다. 원료는 주위 온도 23℃ 내지 70℃, 바람직하게는 약 60℃ 이하에서 사출시킬 수 있다.
일반적으로, 재료는 주형 중의 체류 시간이 20 내지 30초이다. 이러한 제품은 일반적으로 성질상 탄성중합성이다. 이들 제품은 주형으로부터 용이하게 제거할 수 있다.
또 다른 양태에 있어서, 발포체 폴리우레탄 제품을 제조할 수 있다. 이소시아네이트 초기중합체 또는 폴리이소시아네이트, 폴리우레탄 또는 이소시아네이트 잔기와 반응성인 재료 및 촉매를 발포제와 함께 주형 속으로 사출시킨다. 발포제의 존재는 폴리우레탄 매트릭스에 셀을 형성하여 발포체를 형성한다. 이러한 방법에 유용한 발포제는 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있고, 미국 특허 제4,218,543호(컬럼 11의 제30행 내지 컬럼 11의 제54행)에 기재되어 있다.
또 다른 양태에 있어서, 주형 속으로 사출시킨 재료는 발포체의 구조를 개선시키기 위해 가교결합제를 함유할 수 있다. 당해 분야에 통상 공지된 가교결합제를 이러한 방법에 사용할 수 있다. 이러한 가교결합제는 미국 특허 제5,106,874호(컬럼 9의 제51행 내지 컬럼 9의 제66행)에 기재되어 있다. 본 발명으로부터 제조된 제품은 폴리우레탄 탄성중합체와 발포체를 포함한다. 이러한 발포체는 일반적으로 아연 스테아레이트 등의 내부 이형제를 0.5중량% 이하(제품 중량을 기준으로 함) 및 보다 바람직하게는 0.2중량%(제품 중량을 기준으로 함)의 양으로 함유한다. 몇몇 양태에 있어서, 본 발명의 제품을 처음 제조하기 전에 주형에 외부 이형제를 분무하는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명의 피복된 주형의 사용은 주형 표면에 대한 외부 이형제의 도포 사이에 200개 이상의 제품을 제조하게 한다.
본 발명의 제품 대다수는 피막을 필요로 하는 제품의 제조에 사용된다. 한 가지 예에 있어서, 본 발명의 제품은 자동차 또는 트럭용의 바디 패널이다. 이러한 바디 패널은 프라이밍되고 기제 피막으로 피복된 다음 투명한 피막으로 피복되어야 한다. 이는 당해 제품을 오븐에 통과시켜 각종 피막을 경화시키는 것을 필요로 한다. 본 발명의 주형은 당해 제품에 밀봉제를 추가로 도포하지 않고서 이러한 방법에 의해 피복시킬 수 있는 제품을 제조하게 한다.
본 발명의 주형의 추가의 잇점은 당해 주형이 보다 덜 빈번한 세정을 필요로 하고, 따라서 주형의 생산성을 개선시킨다는 것이다.
다음 실시예는 본 발명을 설명하기 위해 제공되며, 청구의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 달리 명시되지 않는 한, 모든 부 및 %는 중량에 의한 것이다.
플래크 주형 삽입체를 광택처리하고 니켈(75%) 폴리테트라플루오로에틸렌(25%) 피복 조성물로 처리한다. 플래크 주형 삽입체를 반응 사출 성형기에 넣는다. 주형을 세정하고, 켐트렌드(Chemtrend)사가 시판하는 켐트렌드(Chemtrend) RCTW 2006 이형제를 분무하고, 치즈형 직물로 가볍게 두드리고, 이형제를 다시 분무한다. 하나의 작동 세트에서는 피막이 없는 플래크 주형 삽입체가 사용된다. 또 다른 작동 세트에서는 위에 기재된 바와 같이 피복된 플래크 주형 삽입체가 사용된다. 플래크는 다우 케미칼 캄파니사가 시판하는 스펙트림(SPECTRIMTM) BP 80 2부분 폴리이소시아네이트 폴리올 제형을 사용하여 성형한다. 9개의 플래크는 당해 플래크를 고정시키기 전에 피복되지 않은 주형 삽입체를 사용하여 성형한다. 20개의 플래크는 당해 플래크를 고정시키기 전에 피복된 플래크 주형 삽입체를 사용하여 성형한다.
피복된 플래크 주형 삽입체를 신시내티 밀아크론(Cincinnati Milacron) HT RRIM 처리기 위에 설치한다. 당해 주형을 사용하여 1000개 이상의 플래크를 성형한다. 피막 질의 현저한 저하가 전혀 관찰되지 않았다. 또한, 피복된 주형의 표면으로부터 우레탄 빌드 업을 제거하는 것이 보다 용이해진다.

Claims (9)

  1. 목적하는 형상의 제품을 제조하기 위해 당해 형상의 밀폐된 금속 제품을 포함하는 사출 성형 폴리우레탄 제품 제조용 주형으로서,
    주형의 내부 표면이 니켈 또는 코발트의 연속 매트릭스를 포함하는 피막으로 피복되어 있고, 연속 매트릭스의 내부에는 플루오르화 폴리올레핀의 불연속 매트릭스가 분산되어 있는 주형.
  2. 제1항에 있어서, 피막 중의 플루오르화 폴리올레핀이 10 내지 50중량%(피막의 중량을 기준으로 함)의 양으로 존재하는 주형.
  3. 제2항에 있어서, 플루오르화 폴리올레핀이 20 내지 30중량%(피막의 중량을 기준으로 함)의 양으로 존재하는 주형.
  4. 제2항에 있어서, 내부 주형 표면 위의 피막 두께가 0.0006in(0.01524mm) 내지 0.003in(0.0762mm)인 주형.
  5. 제4항에 있어서, 내부 주형 표면 위의 피막 두께가 0.0015in(0.0381mm) 내지 0.002in(0.0508mm)인 주형.
  6. 제5항에 있어서, 금속이 니켈인 주형.
  7. 제6항에 있어서, 플루오르화 폴리올레핀이 폴리테트라플루오로에틸렌인 주형.
  8. 열가소성 폴리우레탄을 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 따르는 주형 속으로 사출시키는 단계(a),
    폴리이소시아네이트 또는 이소시아네이트 초기중합체(i)와 이소시아네이트와 반응성인 그룹을 평균 1개 이상 갖는 재료(ii)를 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 따르는 주형 속으로 사출시키는 단계(b),
    주형 속으로 사출시킨 재료를 고형 광괴(mass)의 제조 조건에 노출시키는 단계(c) 및
    형성된 제품을 주형으로부터 제거하는 단계(d)를 포함하는, 폴리우레탄 제품의 제조방법.
  9. 제8항의 방법에 따라 제조한 목적하는 형상의 폴리우레탄을 포함하는 사출 성형 폴리우레탄 제품으로서,
    당해 폴리우레탄 제품이 내부 이형제를 0.5중량% 이하로 함유하고, 피복 공정에 노출시키기 전에 당해 제품을 밀봉제로 피복하지 않고도 산업적 피복 방법으로 피복시킬 수 있는 제품.
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