KR20150086301A

KR20150086301A - 폴리아미드의 내피로성을 증가시키는 방법

Info

Publication number: KR20150086301A
Application number: KR1020157015455A
Authority: KR
Inventors: 루이즈-앤 필로; 스테판 제올; 디디에 롱; 나지 후세인
Original assignee: 로디아 오퍼레이션스; 상뜨르 나시오날 드 라 리쉐르쉐 샹띠피끄
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2015-07-27
Also published as: JP2015533918A; FR2997953A1; KR102206790B1; KR20150084977A; EP2920237B1; US20160272767A1; WO2014076139A1; FR2997953B1; WO2014076120A1; EP2920229A1; EP2920237A1; KR102131624B1; CN105143317A; EP2920229B1; US9688823B2; CN105143317B; JP6707346B2

Abstract

본 발명은 폴리아미드 [폴리아미드 (A)] 조성물의 내피로성을 향상시키는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 폴리아미드 조성물에, 페놀성 하이드록실기 [(ArOH) 기] 및/또는 방향족 설폰기 [(ArSO₃X) 기]를 포함한 1종 이상의 첨가제 [첨가제 (H)]를 혼입하는 조작을 포함하며, 상기 첨가제 (H)의 혼입으로 인해 폴리아미드 조성물의 용융점 저감량이 13℃ 이하가 된다.

Description

폴리아미드의 내피로성을 증가시키는 방법{METHOD FOR INCREASING FATIGUE RESISTANCE OF POLYAMIDES}

본 발명은 폴리아미드의 내피로성을 증가시키는 방법, 더 구체적으로는 페놀성 하이드록실기 및/또는 방향족 설폰기를 포함하는 특정 첨가제를 사용하는 방법에 관한 것이다.

폴리아미드는 많은 산업 분야에서 폭넓게 사용되는 합성 중합체이다. 특히, 강성도, 기계적 강도, 치수 안정성, 노출되는 환경에 대한 물리적/화학적 내성뿐만 아니라 구조적 내구성에 대한 요구조건이 높은 자동차 부품 제조 분야에서 폴리아미드가 사용된다는 것은 잘 알려져 있다.

사실, 자동차 부품은 반복적인 응력 유인 (stress solicitation)에 자주 노출되므로, 자동차 부품의 재질인 폴리아미드 물질이 가능하게는 초기 상태로 회복되기 전에 임의의 변형 과정을 거치며; 이러한 응력 및 변형은 정상적인 "동작"의 일부일 수도 있고, 해당 구조 부품을 사용하는 것은 빈번한 유인에도 불구하고 부품의 건전성 및 기계적 특성을 유지하기 위한 물질의 능력과 마찬가지로 내구성의 핵심이다.

폴리아미드 조성물로 만들어진 부품의 구조적 내구성은 중합 조성물 자체의 내피로성을 참고로 평가할 수 있다는 것이 잘 알려져 있다.

이 분야에서, "피로"란 표현은 물질이 주기적 부하를 받게 될 때 발생하는 점진적 국소적 구조 손상을 가리키는 것으로 이해하면 된다.

물질이 반복적 부하 및 무부하 (unloading)를 겪게 될 때 피로가 발생하는 것으로 제시되었다. 만일 부하가 특정 한계치를 초과하면, 비정질 상에서 해당 물질, 특히 폴리아미드의, 임의의 영역에 나노크기의 결함이 형성되기 시작하게 된다. 결국, 응력 사이클 (주기)의 수가 증가함에 따라, 결함이 임계 크기에 이르게 되고, 구조에 갑자기 순식간에 차질이 생기게 된다. 따라서 내피로성은 임계 파단이 발생하기 전의 사이클 수로 보통 표현될 수 있다.

폴리아미드 물질이 향상된 내피로성, 즉 더 많은 수의 부하/무부하 응력 사이클을 견디는 능력을 소유한 것으로 밝혀지면, 이에 따라 그의 물품은 구조적 내구성을 제공하게 되고, 응력과 이로 인한 변형을 견딜 수 있게 되면서, 장기간 사용시 뛰어난 내구성이 보장된다.

첨가제를 폴리아미드 조성물에 배합하는 작업은, 그의 거동에 대한 예측가능성이 언제나 태무하기는 했어도, 향상된 내피로성을 제공할 가망이 있는 적합한 기법으로서 이미 추구되어왔다.

따라서, WYZGOSKI , M.G ., et al. Fatigue-resistant Nylon Alloys. J. appl. polym . sci.. 1994, vol.51, p.873-885에는 비정질 나일론, 고무, 또는 고무와 비정질 나일론의 조합물의 첨가를 통해 개질된 결정성 폴리아미드 6,6 물질에 대한 연구가 다루어져 있다. 비정질 폴리아미드상의 인성 향상이 내피로성의 향상으로 이어질 것이라 보편적으로 이해되고 있지만, 피로 거동에 대해 입증된 것에 의하면 EPDM 고무의 단독 첨가만이 내피로성 향상에 효과적이었던 반면에, 비정질 폴리아미드가 단독으로 또는 EPDM 고무와의 조합물로서 혼입되면 피로 거동이 열화된다는 것으로 밝혀졌다.

상기 논문의 교시는 폴리아미드 배합물 (blend)의 피로 거동을 예측하기가 원천적으로 어렵다는 것을 확증한다.

최근 본 출원인은 놀랍게도 폴리아미드 물질에 페놀성 하이드록실기 및/또는 방향족 설폰기를 포함한 첨가제 유효량을 혼입하면 폴리아미드 물질의 내피로성이 효과적으로 증가시킬 수 있는 한편, 결정 구조는 여전히 유지됨으로써 용융점의 저감이 제한된다는 것을 발견하였다.

그러므로 본 발명은 폴리아미드 [폴리아미드 (A)] 조성물의 내피로성을 향상시키는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 폴리아미드 조성물에, 페놀성 하이드록실기 및/또는 방향족 설폰기를 포함한 첨가제 [첨가제 (H)] 1종 이상을 혼입하는 조작을 포함하며, 상기 첨가제 (H)의 혼입으로 인해 폴리아미드 조성물의 용융점 저감량이 13℃ 이하가 된다.

본 출원인은 위에 상술한 바와 같은 첨가제 (H)는 폴리아미드 자체의 결정 구조를 실질적으로 붕괴시키지 않는 양으로 첨가되었을 때 내피로성 향상에 특히 효과적임을 발견하였다.

이러한 이론으로 구속되고자 함은 아니지만, 본 출원인은 용융점의 저감량 (결정 건전성과 관련하여 측정 가능한 특성)이 13℃ 이하일 때, 첨가제 (H)의 혼입을 통해 내피로성이 향상될 수 있다고 개진한다. 용융점의 저감량이 13℃를 초과하면, 결정성이 현저하게 붕괴되기 때문에, 첨가제 (H)로 인한, 피로에 대한 이로운 효과가 실질적으로 손실된다.

폴리아미드 (A)

본 발명의 목적상, "폴리아미드"란 용어는 중합체 사슬의 필수 요소로서 반복적 아미드기 (-NH-CO-)를 갖는 임의의 중합체를 가리키고자 한다.

구체적으로, 폴리아미드 (A)는 하기 중에서 선택된 혼합물 1종 이상의 축합 생성물이다:

- 적어도 1종의 2가산 [산 (DA)] (또는 그의 유도체) 및 적어도 1종의 디아민 [아민 (NN)] (또는 그의 유도체)를 포함한 혼합물 (M1);

- 적어도 1종의 락탐 [락탐 (L)]을 포함한 혼합물 (M2);

- 적어도 1종의 아미노카복실산 [아미노산 (AN)]을 포함한 혼합물 (M3); 및

- 이들의 조합물.

산 (DA) 유도체는 아미드기를 형성할 수 있는 그의 염, 무수물, 에스테르 및 산 할로겐화물을 특히 포함하며; 유사하게, 아민 (NN) 유도체는 마찬가지로 아미드기를 형성할 수 있는 그의 염을 특히 포함한다.

상기 산 (DA)은 2개의 반응성 카복실산기를 포함한 방향족 디카복실산 [산 (AR)] 또는 2개의 반응성 카복실산기를 포함한 지방족 디카복실산 [산 (AL)]일 수 있다. 본 발명의 목적상, 1개 이상의 방향족기를 포함한 경우의 디카복실산은 "방향족"으로 간주된다.

산 (AR)의 비제한적 예로, 특히, 프탈산 (이소프탈산 (IA) 및 테레프탈산 (TA) 포함), 2,5-피리딘디카복실산, 2,4-피리딘디카복실산, 3,5-피리딘디카복실산, 2,2-비스(4-카복시페닐)프로판, 비스(4-카복시페닐)메탄, 2,2-비스(4-카복시페닐)헥사플루오로프로판, 2,2-비스(4-카복시페닐)케톤, 4,4'-비스(4-카복시페닐)설폰, 2,2-비스(3-카복시페닐)프로판, 비스(3-카복시페닐)메탄, 2,2-비스(3-카복시페닐)헥사플루오로프로판, 2,2-비스(3-카복시페닐)케톤, 비스(3-카복시페녹시)벤젠, 나프탈렌 디카복실산 (2,6-나프탈렌 디카복실산, 2,7-나프탈렌 디카복실산, 1,4-나프탈렌 디카복실산, 2,3-나프탈렌 디카복실산, 1,8-나프탈렌 디카복실산 포함)이 있다.

산 (AL) 중에서, 옥살산 (HOOC-COOH), 말론산 (HOOC-CH₂-COOH), 숙신산 [HOOC-(CH₂)₂-COOH], 글루타르산 [HOOC-(CH₂)₃-COOH], 2,2-디메틸-글루타르산 [HOOC-C(CH₃)₂-(CH₂)₂-COOH], 아디프산 [HOOC-(CH₂)₄-COOH], 2,4,4-트리메틸-아디프산 [HOOC-CH(CH₃)-CH₂-C(CH₃)₂-CH₂-COOH], 피멜산 [HOOC-(CH₂)_5-COOH], 수베르 산 [HOOC-(CH₂)₆-COOH], 아젤라산 [HOOC-(CH₂)₇-COOH], 세바스산 [HOOC-(CH₂)₈-COOH], 운데칸산 [HOOC-(CH₂)₉-COOH], 도데칸산 [HOOC-(CH₂)₁₀-COOH], 테트라데칸산 [HOOC-(CH₂)₁₁-COOH], 옥타데칸산 [HOOC-(CH₂)₁₆-COOH]을 특히 언급할 수 있다.

바람직하게, 폴리아미드 (A)의 제조용으로 사용되는 산 (DA)은, 가능하게는 위에 상술한 바와 같은 소량의 산 (AR)과의 조합물인, 위에 상술한 바와 같은 산 (AL)일 수 있다. 산 (AL)의 바람직한 예로, 아디프 산, 세바스 산, 및 도데칸 산이 있다.

아민 (NN)은 지방족 알킬렌 디아민, 방향족 디아민, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 보통 선택된다.

상기 지방족 알킬렌 디아민은 통상 2 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 지방족 알킬렌 디아민이다.

상기 지방족 알킬렌 디아민은 유리하게는 1,2-디아미노에탄, 1,2-디아미노프로판, 프로필렌-1,3-디아민, 1,3-디아미노부탄, 1,4-디아미노부탄, 1,5-디아미노펜탄, 1,5-디아미노-2-메틸펜탄, 1,4-디아미노-1,1-디메틸부탄, 1,4-디아미노-1-에틸부탄, 1,4-디아미노-1,2-디메틸부탄, 1,4-디아미노-1,3-디메틸부탄, 1,4-디아미노-1,4-디메틸부탄, 1,4-디아미노-2,3-디메틸부탄, 1,2-디아미노-1-부틸에탄, 1,6-디아미노헥산, 1,7-디아미노헵탄, 1,8-디아미노-옥탄, 1,6-디아미노-2,5-디메틸헥산, 1,6-디아미노-2,4-디메틸헥산, 1,6-디아미노-3,3-디메틸헥산, 1,6-디아미노-2,2-디메틸헥산, 1,9-디아미노노난, 1,8-디아미노-2-메틸옥탄,1,6-디아미노-2,2,4-트리메틸헥산, 1,6-디아미노-2,4,4-트리메틸헥산, 1,7-디아미노-2,3-디메틸헵탄, 1,7-디아미노-2,4-디메틸헵탄, 1,7-디아미노-2,5-디메틸헵탄, 1,7-디아미노-2,2-디메틸헵탄, 1,10-디아미노데칸, 1,8-디아미노-1,3-디메틸옥탄, 1,8-디아미노-1,4-디메틸옥탄, 1.8-디아미노-2,4-디메틸옥탄, 1,8-디아미노-3,4-디메틸옥탄, 1.8-디아미노-4,5-디메틸옥탄, 1.8-디아미노-2,2-디메틸옥탄, 1.8-디아미노-3,3-디메틸옥탄, 1,8-디아미노-4,4-디메틸옥탄, 1,6-디아미노-2,4-디에틸헥산, 1,9-디아미노-5-메틸노난, 1,11-디아미노운데칸 및 1,12-디아미노도데칸, 1,13-디아미노트리데칸으로 이루어진 군에서 선택된다.

바람직하게, 지방족 알킬렌 디아민은 1,6-디아미노헥산, 1,8-디아미노-옥탄, 1,10-디아미노데칸, 1,12-디아미노도데칸, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 디아민을 포함한다. 더 바람직하게, 지방족 알킬렌 디아민은 1,6-디아미노헥산, 1,10-디아미노데칸, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 디아민을 포함한다. 더욱더 바람직하게, 지방족 알킬렌 디아민은 1,6-디아미노헥산이다.

바람직하게 방향족 디아민 메타-자일렌 디아민 및 파라-자일렌 디아민으로 이루어진 군에서 선택된다.

바람직하게, 폴리아미드 (A)의 제조용으로 사용되는 아민 (NN)은 가능하게는 위에 상술한 바와 같은 소량의 방향족 디아민과의 조합물인, 위에 상술한 바와 같은 지방족 알킬렌 디아민일 수 있다.

바람직한 혼합물 (M1)은

- 아디프산 및 1,6-디아미노헥산의 혼합물;

- 아디프산, 테레프탈산 및 1,6-디아미노헥산의 혼합물;

- 세바스산 및 1,6-디아미노헥산의 혼합물; 및

- 세바스산 및 1,10-디아미노헥산의 혼합물

중에서 선택된다.

폴리아미드 (A)의 제조용으로 적합한 락탐 (L)은 β-락탐 또는 ε-락탐 중 임의의 것일 수 있다.

바람직한 혼합물 (M2)는 ε-락탐을 포함한다.

폴리아미드 (A)의 제조용으로 적합한 아미노산 (AN)은 6-아미노-헥산산, 9-아미노노난산, 10-아미노데칸산, 11-아미노운데칸산, 및 12-아미노도데칸산으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

혼합물 (M1), (M2), (M3) 중 임의의 혼합물 및 이들의 조합물에, 3개 이상의 카복실산 및 아민 기들을 포함한 1종 이상의 다관능성 산/아민 단량체, 예컨대, 3개 이상의 카복실산기를 갖는 폴리카복실산, 2개 이상의 아민기를 갖는 폴리아민, 2개의 카복실산과 1개 이상의 아민기를 포함한 다관능성 2가산, 2개의 아민기와 1개 이상의 카복실산기를 포함한 다관능성 디아민을 첨가하는 것은 여전히 본 발명의 범주에 속한다. WO 97/24388 (NYLTECH ITALIA [IT]) 7/10/1997 및 WO 99/64496 (NYLTECH ITALIA [IT]) 12/16/1999에 특히 기재된 바와 같이, 상기 다관능성 산/아민 단량체을 혼입시킨 결과로 분지형, 성형(star-like) 또는 트리형 구조가 보통 생성된다.

또한 더 나아가, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서, 폴리아미드 (A)의 제조를 위해 혼합물 (M1), (M2), (M3) 중 임의의 혼합물 및 이들의 조합물에, 1종 이상의 말단 캡핑화제 [작용제 (M)]를 첨가할 수 있다는 것이 알려져 있다. 작용제 (M)은 오로지 1개의 반응성 카복실산기를 포함한 산 [산 (MA) 및 오로지 1개의 반응성 아민기를 포함한 아민 [아민 (MN)]으로 이루어진 군에서 보통 선택된다.

산 (MA)은 바람직하게 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카플산, 카프릴산, 라우르산, 스테아르산, 사이클로헥산카복실산 및 벤조산으로 이루어진 군에서, 바람직하게는 아세트산 및 벤조산 중에서 선택된다.

아민 (MN)은 바람직하게 메틸아민, 에틸아민, 부틸아민, 헥실아민, 옥틸아민 및 벤질아민으로 이루어진 군에서 선택된다.

폴리아미드 (A)의 바람직한 예는 폴리(ε-카프롤락탐) (PA 6), 폴리(테트라메틸렌 아디프아미드) (PA 46), 폴리(헥사메틸렌 아디프아미드) (PA 66), 폴리(헥사메틸렌 데칸디아미드) (PA 610), 폴리(데카메틸렌 데칸디아미드) (PA1010), 및 폴리(데카메틸렌 도데칸디아미드) (PA1012)로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

첨가제 (H)

언급한 바와 같이, 본 첨가제는 페놀성 하이드록실기 및/또는 방향족 설폰기를 포함한다.

"페놀성 하이드록실기"이란 표현은 방향족 탄소 원자에 공유결합된 하이드록실기 [(ArOH) 기]를 가리키는 것으로 이해하면 된다.

유사하게, 본원에서 "방향족 설폰기"란 표현은 화학식 -SO₃X^a (X^a는 H, 1가 금속, 또는 NR'₄ (서로 동일하거나 상이한 각각의 R'는 H 또는 탄화수소기임)임)의 설폰기로서, 방향족 환의 방향족 탄소 원자에 공유결합된 설폰기 [(ArSO₃X) 기]를 가리키는데 이용하고자 한다.

이에 따라 본 발명의 방법에는 첨가제 (H)가 폴리아미드 (A)와 물리적으로 혼합된, 가능하게는 수소 결합 또는 다른 이온형 상호작용을 통해 폴리아미드 (A)와 상호작용하는 경우의 구현예들과, 첨가제 (H)가 폴리아미드 (A)에 부분적으로 또는 전체가 공유결합된 경우의 구현예들이 포함된다.

첨가제 (H)를 폴리아미드 자체의 중합 제조 과정 동안에, 또는 폴리아미드가 제조된 후에 폴리아미드에 첨가할 수 있다.

이에 따라, 제1 구현예에 따르면, 첨가제 (H)는 개질 단량체로서, 말단 사슬로서, 그래프트 화합물 등으로서, 폴리아미드 사슬 자체에 적어도 일부가 혼입되거나 화학적으로 결합되도록, 폴리아미드 반복단위를 구성하는데 필요한 다른 단량체와 조합되어 중합 반응기에 공급될 수 있다.

제2 구현예에 따르면, 일반적으로 첨가제 (H)는 용융 상태로 폴리아미드와 혼합된다. 본 구현예에는 첨가제 (H)가 이러한 용융 상태에서의 혼합 단계 동안에 더 반응함으로써 폴리아미드 사슬 자체에 적어도 부분적으로 화학적으로 연결될 수 있는 경우도 여전히 포함된다.

페놀성 하이드록실기 및/또는 방향족 설폰기를 포함한 첨가제 (H)는 단량체성 첨가제 (H_M) 또는 중합체성 첨가제 (H_P)일 수 있다.

본 발명의 범위 내에서, "단량체성 첨가제 (H_M)"란 표현은 반복적 모이어티를 갖지 않는 화합물인, 위에 상술한 바와 같은 첨가제 (H)를 가리키고자 한다.

본원에 상술한 바와 같은 단량체성 첨가제 (H_M)는 폴리아미드 자체의 제조시 첨가제로서 유리하게 활용가능하다.

이러한 변형예에서, 단량체성 첨가제 (H_M)는 폴리아미드의 기본 단량체들의 아민기 및/또는 카복실기와 반응할 수 있는 1개 또는 심지어 바람직하게는 2개 이상의 기, 구체적으로는 2개의 기를 보통 포함한다.

본 발명의 범위 내에서 사용가능한 상기 유형의 단량체성 첨가제 (H_M)의 비제한적 예로, 특히, 4-하이드록시이소프탈산, 5-하이드록시이소프탈산, 2-하이드록시테레프탈산, 2,5-디하이드록시테레프탈산, 4,6-디하이드록시이소프탈산, 5-설포이소프탈산 (및 그의 염), 2-설포테레프탈산 (및 그의 염)이 있다.

그러나, 단량체성 첨가제 (H_M)가 폴리아미드의 기본 단량체들의 아민기 및/또는 카복실기와 반응할 수 있는 기들을 포함하지 않을 수도 있다.

단량체성 첨가제 (H_M)는 폴리아미드 (A)의 중량을 기준으로 일반적으로 0.1 중량% 이상, 바람직하게는 0.5 중량% 이상, 더욱더 바람직하게는 1 중량% 이상, 및 일반적으로 40 중량% 이하, 바람직하게는 15 중량% 이하, 더욱더 바람직하게는 7 중량% 이하의 양으로 사용된다.

한편, "중합체성 첨가제 (H_P)"란 표현은 반복적 모이어티를 포함하는, 위에 상술된 바와 같은 첨가제 (H)를 가리키고자 한다.

중합체성 첨가제 (H_P)는 위에 언급한 (ArOH) 기 및/또는 (ArSO₃X) 기를 중합체성 첨가제 (H)의 중합체 사슬의 주쇄를 형성하는 반복단위 내 치환기로서, 또는 말단기로서 포함할 수 있다. 그렇기는 하지만, 중합체성 첨가제 (H)가 상기 기들을 반복단위 내 치환기로서 포함하는 것이 바람직하다.

바람직하게 (ArOH) 기는 페닐기의 방향족 탄소 원자에 공유결합된 하이드록실기이다.

상기 (ArOH) 기는 중합체성 첨가제 (H_P)의 주쇄에 연결된 펜던트기 (곁가지)인 페닐기에 공유결합될 수 있거나, 또는 중합체성 첨가제 (H_P) 자체의 주쇄의 일부인 페닐기에 공유결합될 수 있다.

전자 구현예들에 따르면, 중합체성 첨가제 (H_P)는 특히 폴리(p-비닐 페놀) 중합체 중에서 선택될 수 있다.

후자의 바람직한 구현예들에 따른 중합체성 첨가제 (H_P)는 자신의 주쇄에 후술되는 구조의 반복적 모이어티 [(PhOH) 기]를 포함한다:

일반적으로, 본 구현예의 중합체성 첨가제 (H_P)는 위에 상술한 바와 같은 (PhOH) 기를 포함한 상기 반복단위를 0.1% 이상, 바람직하게는 2% 이상, 더 바람직하게는 5% 이상 포함한다.

제1 구현예에 따르면, 중합체성 첨가제 (H_P)는 디아민 화합물 1종 이상과, 하기 화학식:

(상기 식에서 E는 결합, 또는 2가 탄화수소 C₁-C₆기임), 더 바람직하게는 하기 화학식:

의 산 1종 이상의 중축합 반응으로부터 유도되는 반복단위들을 포함한 중합체이다.

본 구현예에 따른 중합체성 첨가제 (H_P)는, 특히, 헥사메틸렌 디아민과 5-하이드록시-이소프탈산 [(6HIA) 단위]으로부터 유도된 반복단위; 및 가능하게는 위에 상술한 바와 같은, 1종 이상의 2가산 [산 (DA)] (또는 그의 유도체)와 1종 이상의 디아민 [아민 (NN)] (또는 그의 유도체)의 중축합 반응으로부터 유도되거나, 또는 위에 상술한 바와 같은 적어도 1종의 락탐 [락탐 (L)]의 중축합 반응으로부터 유도되거나, 또는 위에 상술한 바와 같은 적어도 1종의 아미노카복실산 [아미노산 (AN)]의 중축합 반응으로부터 유도된 반복단위를 포함하는 중합체일 수 있다.

(6HIA) 단위를 포함한 상기 중합체성 첨가제 (H_P)를 폴리아미드 (A)에 혼입함으로써 물리적 혼합물을 제공할 수 있으며, 이러한 혼합물 내 하이드록실기들의 적어도 일부는 수소 결합을 통해 폴리아미드 (A)와 상호작용한다.

폴리아미드 (A)와 중합체성 첨가제 (H_P) 사이에 이들의 말단기의 화학 성질을 통해 공유결합을 발생시키는 조건하에서, (6HIA) 단위를 포함한 상기 중합체성 첨가제 (H_P)를 폴리아미드 (A)와 혼합함으로써 중합체성 첨가제 (H_P)와 폴리아미드 (A)의 블록 공중합체를 형성할 수도 있다.

또한, 적어도 부분적인 탈중합 반응과 트랜스-축합 반응을 발생시키는 조건하에서, (6HIA) 단위를 포함한 상기 중합체성 첨가제 (H_P)를 폴리아미드 (A)에 혼입함으로써, 첨가제 (H_P)로부터의 모이어티와 폴리아미드 (A)로부터의 모이어티가 불규칙하게 분포된 중합체성 구조체를 제공할 수 있다.

제2 구현예에 따르면, (PhOH) 기를 포함한 중합체성 첨가제 (H_P)는 노볼락 수지, 다시 말해, 페놀과 포름알데하이드 사이의 중축합 생성물이다.

유리하게 사용되는 노볼락 수지의 상한치 분자량은 500 내지 3000 g/mol, 바람직하게는 800 내지 2000 g/mol이다.

특히 언급할 수 있는 시판용 노볼락 수지로, Durez^®, Vulkadur^® 및 Rhenosin^® 상품들이 있다.

바람직하게 (ArSO₃X) 기는 페닐기의 방향족 탄소 원자에 공유결합된 설포닐기이다.

이들 바람직한 구현예의 중합체성 첨가제 (H_P)는 자신의 주쇄에 후술되는 구조의 반복적 모이어티 [(PhSO₃X) 기]를 포함한다:

본 구현예에 따른 중합체성 첨가제 (H_P)는, 특히, 헥사메틸렌 디아민과 1종 이상의 5-설포이소프탈산 염 (구체적으로 Li 염)으로부터 유도된 반복단위 [(6SI) 단위]; 및 가능하게는, 위에 상술한 바와 같은 1종 이상의 2가산 [산 (DA)] (또는 그의 유도체)과 1종 이상의 디아민 [아민 (NN)] (또는 그의 유도체)의 중축합 반응으로부터 유도되거나, 또는 위에 상술한 바와 같은 1종 이상의 락탐 [락탐 (L)]의 중축합 반응으로부터 유도되거나, 또는 위에 상술한 바와 같은 1종 이상의 아미노카복실산 [아미노산 (AN)]의 중축합 반응으로부터 유도된 반복단위를 포함하는 중합체일 수 있다.

위에서와 마찬가지로, 폴리아미드와 중합체성 첨가제 (H_P) 사이에 이들의 말단기의 화학 성질을 통해 공유결합을 발생시키는 조건하에서, (6SI) 단위를 포함한 상기 중합체성 첨가제 (H_P)를 폴리아미드와 혼합함으로써 중합체성 첨가제 (H_P)와 폴리아미드의 블록 공중합체를 형성할 수 있다.

중합체성 첨가제 (H_P)는 폴리아미드 (A)의 중량을 기준으로 일반적으로 0.1 중량% 이상, 바람직하게는 1 중량% 이상, 더욱더 바람직하게는 5 중량% 이상, 및/또는 일반적으로 40 중량% 이하, 바람직하게는 25 중량% 이하, 더욱더 바람직하게는 20 중량% 이하의 양으로 사용된다.

이와 같이, 첨가제 (H)가 본 발명의 방법에 사용될 때 상기 첨가제 (H)는 분자당 1개 이상의 페놀성 하이드록실기 및/또는 방향족 설폰기를 포함할 수 있는 것으로 보통 알려져 있다. 이는 동일한 중합체 사슬에 여러 개의 단량체성 첨가제 (H_M)를 공유결합시키고/시키거나, 반복단위당 1개 이상의 페놀성 하이드록실기 또는 방향족 설폰기를 포함한 복수의 반복단위가 포함된 단량체성 첨가제 (H_P) 사용을 통해 달성될 수 있다.

언급한 바와 같이, 상기 첨가제 (H)를 혼입하면 폴리아미드 조성물의 용융점이 13℃ 이하만큼 저감된다.

용융점은 예컨대 ASTM D 3418 표준법에 기재된 바와 같은 표준 기법에 따라 시차주사열량측정 (DSC) 기법을 이용하여 측정된다.

첨가제 (H) 내 (ArOH) 기 및/또는 (ArSO₃X) 기의 농도, 첨가제 (H)의 성질 및 첨가제 (H)의 양은 폴리아미드 조성물의 용융점의 저감량이 13℃ 이하가 되도록 선택된다.

첨가제 (H)의 혼입으로 인한 용융점의 저감량이 13℃를 초과할 때, 본 발명의 방법은 내피로성을 증가시키는 데 있어서 효과적이지 못하다.

한편, 첨가제 (H)의 혼입으로 인한 용융점의 저감량이 13℃ 이하, 바람직하게는 10℃ 이하, 더욱더 바람직하게는 8℃ 이하일 때, 첨가제 (H)를 포함한 폴리아미드 조성물의 내피로성 증가에 미치는 상기 첨가제 (H)의 효과는 입증된 바 있다.

폴리아미드에 바람직하게는 섬유상 충전재, 이를테면 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유; 및 비-섬유상 무기 충전재, 이를테면 점토, 고령토, 운모, 규회석, 실리카, 활석 또는 나노입자를 포함한 군에서 선택되는 1종 이상의 보강용 및/또는 부피팽창용 충전재를 추가로 첨가하는 것 역시 본 발명의 범주에 속한다. 일반적으로 이들 충전재는 첨가제 (H)의 첨가를 통해 달성되는 내피로성 향상을 유지하면서, 기계적 특성들을 향상시키고자 의도된다.

보강용 및/또는 부피팽창용 충전재의 혼입 수준은 복합 재료 분야에서의 표준에 의거한다. 충전재의 양은, 예를 들어, 생성되는 폴리아미드 조성물의 총 중량을 기준으로 1& 내지 80%, 바람직하게는 10% 내지 70%, 특히 30% 내지 60%일 수 있다.

성형 대상 폴리아미드 조성물의 제조에 대개 사용되는 다른 통상적 첨가제들을 본 발명의 방법 내에서 추가로 첨가가능하다. 특히, 윤활제, 난연제, 가소제, 조핵제, 촉매, 가령 선택적으로 그래프트된 엘라스토머와 같은 충격보강제, 광안정화제 및/또는 열안정화제, 항산화제, 대전방지제, 염료, 안료, 매트제(matting agent), 성형보조 첨가제 또는 그 밖의 통상적 첨가제를 특히 언급할 수 있다.

본 발명의 방법을 통해 수득되는 물질은, 특히, 예컨대, 사출 성형, 사출/중공-성형, 압출 또는 압출/중공-성형에 의하여 수득되는 제품의 제조를 위한 플라스틱 가공의 분야에서 원료로 사용될 수 있다. 통상적인 일 구현예에 따르면, 본 발명의 방법으로부터 수득되는 폴리아미드 조성물을 예컨대, 이축 압출 장치 내에서 로드(rod) 형태로 압출한 다음, 상기 로드를 그래뉼 형태로 잘게 절단한다. 이어서, 이에 생성된 그래뉼을 용융시키고 용융된 조성물을 사출-성형 장치에 공급함으로써 성형된 성분이 제조된다.

본 발명의 원리의 이해를 돕기 위해 본 명세서에서는 특정 언어를 사용하였다. 그러나, 본 발명의 범주가 상기 특정 언어의 사용에 의해 한정되는 것으로 여겨서는 안 된다. 변형, 개선 및 완벽함은 특히 당업자의 일반적 지식을 기반으로 구현될 수 있다.

본 발명의 기타 상세사항 또는 이점은 정보용으로 하기 제공되는 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.

실험 기법

겔 투과 크로마토그래피 : (첨가제 (H)를 사용한 개질 전후의) 중합체 물질들의 몰질량 분포를 겔 투과 크로마토그래피 (GPC)로 구하였다. 겔 투과 크로마토그래피 분석을 실온에서 PL GPC 120 (5 ㎛ 입자들이 포함된 60 cm PLGEL MIXTE C 컬럼 4개)에서 수행하였다. 이 장치에는 자동샘플러, 자동주입기, 굴절계 및 자외선 검출기가 구비되어 있다. 이렇게 다양한 검출기들을 조합하여 사용하면 일반 보정이 가능하고, 따라서 정확한 평균 몰질량을 얻을 수 있다. 용매로는 디클로로메탄/트리플루오로아세트산 무수물의 혼합물 (DCM/ATFA 95:5 v/v)을 사용하였다. 4시간 동안 교반한 후, 시료들을 0.2 ㎛에서 여과시키고, 컬럼에 주입하였다. 유량을 1 mL/min에 고정시켰다. UV2000 spectra physique로 254 nm에서 검출하였다. 수평균 분자량 Mn과 중량평균 분자량 Mw를 구하고, g/mol 단위로 표현하였다. 잔류하는 단량체 및 올리고머들을 Mn 또는 Mw 계산에 포함하였다.

시차주사열량측정법: 제조된 물질들의 용융점 (Tm)과 결정화 온도 (Tc)뿐만 아니라 결정 분율 (Xc) 및 유리전이온도 (Tg)를 TA Q2000 장치를 이용하여 시차주사열량측정법 (DSC)으로 구하였다. Tm 및 Xc를 구하기 위해, 밀폐되지 않은 알루미늄 팬에 시료 (약 8 mg)를 넣고, 실온에서 300℃까지 10 ℃/min의 가열속도로 가열하였다. Tm은 관찰된 흡열반응 중 최대값으로 정의되고, Xc는 하기 공식을 이용하여 산출하였다:

△H_m ^measured는 흡열반응의 측정된 엔탈피이고, △H_m ^100%는 100% 결정성 PA66의 용융 엔탈피로서, 196 J/g였다.

시료를 가열한 후, 300℃에서 3분 동안의 등온 단계를 적용하고 나서, 시료를 25℃까지 10 ℃/min의 냉각 속도로 냉각시켰다. Tc는 관찰된 발열율 중 최대값으로 정의되었다. Tg는 온도-변조 모드 (MDSC)로 정해졌다. 시료를 200℃까지 3 ℃/min로, 60초마다 온도를 ±2℃ 변조시키면서 가열하였다. 전체 열량으로부터 열용량을 구하고, Tg는 열용량 단계의 변곡점에서 구했다.

원료들:

PA66-1: 겔 투과 크로마토그래피로 측정한 결과 Mn 10500 g/mol 및 Mw 35000 g/mol인 Solvay PA66 산업용품. 전위차법으로 측정된 말단기 농도 (산: CEG, 아민: AEG): AEG = 105 meq/kg 및 CEG = 32 Meq/kg. 말단기 적정으로 구한 수평균분자량은 다음과 같았다: Mn(말단기)=2000000/(AEG+CEG) = 14 600 g/mol.

PA66-2: 겔 투과 크로마토그래피로 측정한 결과 Mn 38600 g/mol인 Solvay PA66 산업용품. 전위차법으로 측정된 말단기 농도 (산: CEG, 아민: AEG): AEG = 25.9 meq/kg 및 CEG = 25.8 Meq/kg. Mn(말단기)=2000000/(AEG+CEG)=38700 g/mol.

PA66-3: 겔 투과 크로마토그래피로 측정한 결과 Mw 30210인 Solvay PA66 산업용품. 전위차법으로 측정된 말단기 농도 (산: CEG, 아민: AEG): AEG = 46.2 meq/kg 및 CEG = 79.5 Meq/kg. 말단기 적정으로 구한 수평균분자량은 다음과 같았다: Mn(말단기) = 2000000/(AEG+CEG) = 15900 g/mol.

PA6HIA: 헥사메틸렌 디아민과 5-하이드록시-이소프탈산의 중축합 반응으로부터 유도된 비정질 폴리아미드로서, 후술되는 과정에 따라 합성되었다. 중합 반응기에 59.28 kg (323.85 mol)의 5-하이드록시이소프탈산 (순도: 99.5%), 32.4 중량%의 헥사메틸렌 디아민 (HMD) 수용액 109.18 kg (304.42 mol), 13.57 kg의 탈염수 및 6.4 g의 Silcolapse 5020(R) 소포제를 첨가하였다. 표준 폴리아미드 66 중합 공정에 따라, 600 mbar 압력하에 275℃에서 30분간의 마감처리로 중합체 6HIA를 제조하였다. 이렇게 얻은 중합체를 로드에 붓고, 차가운 수조에서 냉각시킨 다음, 분쇄하였다. 겔 투과 크로마토그래피로 측정한 결과 Mn 6500 g/mol 및 Mw 13800 g/mol인 중합체를 수득하였다. 저분자량이라는 것을 고려하여, ¹H-NMR로 말단기 농도를 측정하였다: AEG = 47 meq/kg 및 CEG = 385 Meq/kg; Mn(말단기) = 2000000/(AEG+CEG) = 4630 g/mol.

PA66/ 6AISLi (95/5): 헥사메틸렌 디아민 (HMDA), 아디프산 (AA) 및 5-설포이소프탈산 리튬염 (AISLi) (6AISLi 단위를 5%의 몰분율로 함유함)의 중축합 반응으로부터 유도된 폴리아미드로서, 후술되는 과정에 따라 제조되었다.

중합 반응기에 85.9 kg (327.5 mol)의 염 N (헥사메틸렌 디아민과 아디프산의 1:1 염), 4657 g의 5-설포이소프탈산 리튬염 93.33% (AlSLi) (17.24 mol), 32.47 중량%의 헥사메틸렌 디아민 (HMD) 수용액 6435 g (17.98 mol), 81.2 kg의 탈염수, 및 6.4 g의 Silcolapse 5020(R) 소포제를 첨가하였다. 표준 폴리아미드 66 중합 공정에 따라, 600 mbar 압력하에 275℃에서 30분간의 마감처리로 중합체 6HIA를 제조하였다. 이렇게 얻은 중합체를 로드에 붓고, 냉각시킨 다음, 로드를 절단시켜 그래뉼 형상으로 만들었다. 이렇게 수득된 중합체는 다음과 같은 특성을 나타내었다: CEG = 81.6 meq/kg, AEG = 64.1 meq/kg, Mn(말단기) = 13700 g/mol. 고상 중합 반응에 의해 수평균분자량의 수치가 증가하였다.

PA66/ 6AISLi (50/50): 헥사메틸렌 디아민, 아디프산, 및 5-설포이소프탈산 리튬염 (AISLi) (6AISLi 단위를 50%의 몰분율로 함유함)의 중축합 반응으로부터 유도된 폴리아미드로서, 위에 유사하게 제조하였다. 중합체 반응기에 1267.9 g (4.83 mol)의 염 N (헥사메틸렌 디아민과 아디프산의 1:1 염), 93.33%의 5-설포이소프탈산 리튬염 (AISLi) 1310.2 g (4.83 mol), 32.47 중량%의 헥사메틸렌 디아민 (HMD) 수용액 1733.3 g (4.84 mol), 1727 g의 탈염수, 및 6.4 g의 Silcolapse 5020(R) 소포제를 첨가하였다. 표준 폴리아미드 66 중합 공정에 따라, 1 mbar 압력하에 275℃에서 30분간의 마감처리로 폴리아미드 6HIA를 제조하였다. 용융된 중합체를 냉각 플레이트 상에 붓고, 회수한 다음, 분쇄시켰다.

페놀 포름알데하이드: Plastics Production Plant ZTS "ERG" a Pustkow S.A의 노볼락 S

유리 섬유: 등급 OCV 983

차아인산나트륨 : 순도 99%, Aldrich사 공급

마스터배치: 안정화제, 조핵제, 윤활제 및 블랙 안료의 배합물을 함유한 PA 마스터배치.

표 1에 조성물들을 정리하였으며, 이들에 관해서 더 설명하기로 한다 (조성 범위는 중량분율로 표시함)

	1C	2	3	4	5C	6	7C
PA66-1
PA66-2	100	90		90			77
PA66-3					66	56
PA6HIA		10				10	23
PA66/6AISLi (95/5)			100
PA66/6AISLi (50/50)				10
노볼락						10
유리 섬유					30	30
차아인산나트륨 (ppm)	80	100		80	25	25	100
마스터배치					4	4

비교예 1: 순 (neat) PA66 (조성물 1) - A402

PA66-2의 펠렛을 우선 제1 진공 오븐에서 36시간 동안 110℃에서 건조시켰다. 수분량을 전기량 칼피셔 적정법으로 측정한 결과 300 내지 400 ppm 범위였다. 그런 후, 이들 펠렛을 직경 34 mm, 직경 대 길이의 비 L/D가 35인 Leistritz 동시회전 이축 압출기에 도입하였다. 온도 프로파일을 제1 영역에서의 275℃ 내지 마지막 영역에서의 290℃ 범위로 설정하여, 다이에서의 압출 온도가 290℃ (용융물의 온도)가 되도록 하였다. 스크류 속도는 200 rpm에, 처리량은 8 Kg/h에 설정하였다. 상기 조건들에서 체류 시간이 약 100초가 되도록 스크류 프로파일을 설계하였으며, 압출기에는 배기구가 구비되어 있다. 수득된 생성물을 천천히 인출하고 나서 차가운 물 (20℃)에 즉시 냉각시킴으로써, 펠렛화에 앞서 고형 로드를 만들었다.

4 mm 두께의 인장 시편 (ISO 527-1A)을 클램핑력 35톤의 Arburg 사출 성형 기계를 이용하여 사출 성형하였다. 성형에 앞서, 중합체 펠렛을 제1 진공 오븐에서 적어도 24시간 동안 110℃에서 건조시켰다. 사출 성형 조작이 이루어지기 전의 수분량을 칼피셔법으로 측정한 결과 500 내지 600 ppm 범위였다. 배럴 내 온도 프로파일을 280 내지 290℃에 속하는 구배로 설정하였다. 사출 속도 80 mm/s에 대해 18초 동안 보압을 83 bar로 하였다. 몰드 온도를 80℃에 설정하였다.

실시예 2: PA66 + 10% PA6HIA (조성물 2)

PA66-1과 PA6HIA의 펠렛들을 우선 제1 진공 오븐에서 36시간 동안 110℃에서 건조시켰다. 수분량을 전기량 칼피셔 적정법으로 측정한 결과 300 내지 400 ppm 범위였다. 이어서, 90 중량%의 PA66-1 및 10 중량%의 PA6HIA과 100 ppm의 차아인산나트륨을 포함한 배합물을 무게 정확도 1%인 공급 장치 2개를 사용하여 동시회전식 이축 압출기에 도입하였다. 사용된 Leistritz 압출기의 직경은 34 mm, 직경 대 길이의 비 L/D는 35였다. 온도 프로파일을 제1 영역에서의 285℃ 내지 마지막 영역에서의 305℃ 범위로 설정하여, 다이에서의 압출 온도가 305℃ (용융물의 온도)가 되도록 하였다. 스크류 속도는 200 rpm에, 처리량은 8 Kg/h에 설정하였다. 상기 조건들에서 체류 시간이 약 100초가 되도록 스크류 프로파일을 설계하였으며, 압출기에는 배기구가 구비되어 있다. 수득된 생성물을 천천히 인출하고 나서 차가운 물 (20℃)에 즉시 냉각시킴으로써, 펠렛화에 앞서 고형 로드를 만들었다. 제2 단계에서는, 상기 수득된 펠렛들을 동일 조건에서 재압출하였다.

4 mm 두께의 인장 시편 (ISO 527-1A)을 클램핑력 35톤의 Arburg 사출 성형 기계를 이용하여 사출 성형하였다. 성형에 앞서, 중합체 펠렛을 제1 진공 오븐에서 적어도 24시간 동안 110℃에서 건조시켰다. 사출 성형 조작이 이루어지기 전의 수분량을 칼피셔법으로 측정한 결과 500 내지 600 ppm 범위였다. 배럴 내 온도 프로파일을 275 내지 280℃에 속하는 구배로 설정하였다. 사출 속도 150 mm/s에 대해 20초 동안 보압을 96 bar로 하였다. 몰드 온도를 65℃에 설정하였다.

실시예 3: PA66/ 6AISLi (95/5) (조성물 3)

PA66/6AISLi (95/5)을 사용하였다는 점을 제외하고는, 비교예 1에 전술된 것과 실질적으로 동일한 과정을 따랐다.

실시예 4　: PA66 + 10% PA66/ 6AISLi (50/50) (조성물 4)

PA66-2 및 PA66/6AISLi (50/50)를 사용하였다는 점을 제외하고는, 비교예 1에 전술된 것과 실질적으로 동일한 과정을 따랐다.

비교 실시예 5　: 유리 섬유 강화 PA66 (조성물 5)

PA66-3의 펠렛을 우선 제1 진공 오븐에서 36시간 동안 110℃에서 건조시켰다. 수분량을 전기량 칼피셔 적정법으로 측정한 결과 1000 ppm 미만이었다. 그런 후, (중량을 기준으로) 66%의 PA66-2, 30%의 유리 섬유, 및 4%의 마스터배치를 함유한 제제를 직경 40 mm, 직경 대 길이의 비 L/D가 34인 Werner&Pleifeder ZSK 40 동시회전 이축 압출기에 도입하였다. 온도 프로파일을 제1 영역에서의 260℃ 내지 마지막 영역에서의 285℃ 범위로 설정하여, 다이에서의 압출 온도가 280℃ (용융물의 온도)가 되도록 하였다. 스크류 속도는 265 rpm에, 처리량은 40 Kg/h에 설정하였다. 수득된 생성물을 천천히 인출하고 나서, 대기 온도의 물에 즉시 냉각시킴으로써, 펠렛화에 앞서 고형 로드를 만들었다.

도 1에 도시된 형상 (모든 치수는 mm 단위로 표현됨)을 갖는 Dumbbell 시편 (ISO 527-1A)을 클램핑력 80톤의 Demag 사출 성형 기계를 이용하여 사출 성형하였다. 성형에 앞서, 중합체 펠렛을 제1 진공 오븐에서 적어도 24시간 동안 110℃에서 건조시켰다. 사출 성형 조작이 이루어지기 전의 수분량을 칼피셔법으로 측정한 결과 500 내지 600 ppm 범위였다. 배럴 내 온도 프로파일을 280 내지 295℃에 속하는 구배로 설정하였다. 사출 속도 170 mm/s에 대해 8초 동안 보압을 500 bar로 하였다. 몰드 온도를 80℃에 설정하였다.

실시예 6: 유리 섬유 강화 PA66 + 10% 페놀 포름알데하이드 (조성물 6)

(중량을 기준으로) 56%의 PA66-2, 30%의 유리 섬유, 10%의 노볼락 및 4%의 마스터배치를 함유한 제제를 사용하였다는 점을 제외하고는, 실시예 5에 전술된 것과 실질적으로 동일한 과정을 따랐다.

비교 실시예 7 : PA66 + 23% PA6HIA (조성물 7)

10% 대신에 23%의 PA6HIA를 사용하였다는 점을 제외하고는, 실시예 2에 전술된 것과 실질적으로 동일한 과정을 따랐다.

마이크로구조 및 피로 수명

미충진된 (un-filled) 시료에 대한 시험

5KN의 셀력(cell force)을 가진 유압서보 INSTRON 8872 기기에서, 23℃, 대기압, 비제어 습도하에, 공기로 채워진 온도 챔버 내에서 단축 피로 시험을 수행하였다. 시험 대상 시편들의 기하학적 구조는 표준법 ISO 527을 따르되, 추가로, 시편 중앙에 직경 1 mm의 구멍을 노치하였다. 모든 피로 시험은 제어 부하 모드 하에 사인파 응력을 인가하면서 수행하였다. 최대 인가 응력 값은 40 MPa였다. 시료들이 찌그러지는 현상 (buckling)을 막기 위해 최저 인가 응력 값과 최고 인가 응력 값 사이의 비, R= σ_min/σ_max을0.1로 하였다. 주파수는 5 Hz를 선택하였다. 각각의 인가된 응력에 대해 피로 실험을 3회 내지 5회 반복하였다. 파단이 발생되는 평균 사이클 수를 구한 다음, 피로 수명을 정의하는데 이용하였다.

조성물 1과 조성물 2의 피로 수명은 각각 1.9±1x10⁶사이클과 4.3±1.4 x 10⁶사이클이었다. 10% PA6HIA의 존재 덕분에 성능이 약 126% 높아졌다.

조성물 1과 조성물 7C의 피로 수명은 각각 1.9±1x10⁶ 사이클과 1±0.5 x 10⁶ 사이클이었다. 비교예 1의 미개질 폴리아미드에 대해 용융점이 13.7℃ 저감된 것과 관련된 23% PA6HIA의 존재는 성능을 약 50% 열화시켰다.

이에 수득된 결과들을 아래의 표에 정리하였다:

	Xc (%)	Tm (℃)	Tc (℃)	Tg (℃)	Mw (g/mol)	Mn (g/mol)	Mw/Mn
비교예 1	27.8	258.9	226.8	62.3	80,700	14,700	5.4
실시예 2	25.3	256.4	223.3	80	72,500	12,700	5.7
비교예 7	21.2	245.2	203.2	96.9	94,000	15,450	6

Xc: 결정분율; Tm: 용융점; Tc: 결정화 온도; Tg: 유리전이온도; Mn: 수평균 분자량; Mw: 중량평균분자량.

조성물 3의 피로 수명은 (4-10)±1.10⁶ 사이클 (추정) 범위일 것으로 예상된다. 5% AISLi 공단량체의 존재로 인해, 성능이 비교예 1의 성능에 비해 약 0.5 내지 1 decade 높아질 것으로 예상된다.

조성물 4의 피로 수명은 (4-10)±1.10⁶ 사이클 (추정) 범위일 것으로 예상된다. 10% PA66/6AISLi (50/50) 공중합체의 존재로 인해, 성능이 비교예 1의 성능에 비해 약 0.5 내지 1 decade 높아질 것으로 예상된다.

충진된 시료에 대한 시험

20KN의 셀력을 가진 유압서보 INSTRON 8872 기기에서, 23℃, 대기압, 비제어 습도하에, 공기로 채워진 온도 챔버 내에서 단축 피로 시험을 수행하였다. 모든 피로 시험은 제어 부하 모드 하에 사인파 응력을 인가하면서 수행하였다. 최대 인가 응력 값은 152 MPa였다. 시료들이 찌그러지는 현상 (buckling)을 막기 위해 최저 인가 응력 값과 최고 인가 응력 값 사이의 비, R= σ_min/σ_max을0.1로 하였다. 주파수는 5 Hz를 선택하였다. 각각의 인가된 응력에 대해 피로 실험을 3회 내지 5회 반복하였다. 파단이 발생되는 평균 사이클 수를 구한 다음, 피로 수명을 정의하는데 이용하였다.

	Xc (%)	Tm (℃)	Tc (℃)	Tg (℃)	Mw (g/mol)	Mn (g/mol)	Mw/Mn
비교예 5	37	262	226.5	66	38200	12100	3.1
실시예 6	32	257	220.5	71	37700	11800	3.2

조성물 5와 조성물 6의 피로 수명은 각각 1650 ± 150과 9200 ± 500이었다. 10% 페놀 포름알데하이드의 존재 덕분에 성능이 약 450% 높아졌다.

Claims

폴리아미드 [폴리아미드 (A)] 조성물의 내피로성을 향상시키는 방법으로서, 상기 방법은 폴리아미드 조성물에,
페놀성 하이드록실기 [(ArOH) 기] 및/또는 방향족 설폰기 [(ArSO₃X) 기]를 포함한 1종 이상의 첨가제 [첨가제 (H)]를 혼입하는 조작을 포함하며, 상기 첨가제 (H)의 혼입으로 인해 폴리아미드 조성물의 용융점 저감량이 13℃ 이하가 되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 폴리아미드 (A)는 폴리(ε-카프롤락탐) (PA 6), 폴리(테트라메틸렌 아디프아미드) (PA 46), 폴리(헥사메틸렌 아디프아미드) (PA 66), 폴리(헥사메틸렌 데칸디아미드) (PA 610), 폴리(데카메틸렌 데칸디아미드) (PA1010), 및 폴리(데카메틸렌 도데칸디아미드) (PA1012)로 이루어진 군에서 선택되는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 첨가제 (H)를 폴리아미드 자체의 중합 제조 과정 동안에, 또는 폴리아미드가 제조된 후에 폴리아미드에 첨가하는 것인 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가제 (H)는 단량체성 첨가제 (H_M) 또는 중합체성 첨가제 (H_P)인 방법.
제4항에 있어서, 첨가제 (H)는 폴리아미드의 기본 단량체들의 아민기 및/또는 카복실기와 반응할 수 있는 1개 또는 심지어 바람직하게는 2개 이상의 기, 구체적으로는 2개의 기를 포함한 단량체성 첨가제 (H_M)인 방법.
제5항에 있어서, 상기 단량체성 첨가제 (H_M)는 4-하이드록시이소프탈산, 5-하이드록시이소프탈산, 2-하이드록시테레프탈산, 2,5-디하이드록시테레프탈산, 4,6-디하이드록시이소프탈산, 5-설포이소프탈산 (및 그의 염), 및 2-설포테레프탈산 (및 그의 염)으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 단량체성 첨가제 (H_M)는 폴리아미드 (A)의 중량을 기준으로 0.1 중량% 이상, 바람직하게는 0.5 중량% 이상, 더욱더 바람직하게는 1 중량% 이상, 및 일반적으로 40 중량% 이하, 바람직하게는 15 중량% 이하, 더욱더 바람직하게는 7 중량% 이하의 양으로 사용되는 것인 방법.
제4항에 있어서, 첨가제 (H)는,
반복적 모이어티를 포함하고, 상기 (ArOH) 기 및/또는 (ArSO₃X) 기를 중합체성 첨가제 (H)의 중합체 사슬의 주쇄를 형성하는 상기 반복단위 내 치환기로서, 또는 말단기로서 포함하는 중합체성 첨가제 (H_P)인 방법.
제8항에 있어서, 중합체성 첨가제 (H_P)는 자신의 주쇄에 하기에 나타낸 구조의 반복적 모이어티 [(PhOH) 기]를 포함하는 것인 방법.
제9항에 있어서, 중합체성 첨가제 (H_P)는 디아민 화합물 1종 이상과, 하기 화학식:

(상기 식에서 E는 결합 또는 2가 탄화수소 C₁-C₆기임), 더 바람직하게는 하기 화학식:

의 산 1종 이상의 중축합 반응으로부터 유도되는 반복단위들을 포함한 중합체인 방법.
제9항에 있어서, 상기 중합체성 첨가제 (H_P)는 노볼락 수지, 다시 말해, 페놀과 포름알데하이드 사이의 중축합 생성물인 방법.
제8항에 있어서, 상기 중합체성 첨가제 (H_P)는 자신의 주쇄에 하기에 나타낸 구조의 반복적 모이어티 [(PhSO₃X) 기]를 포함하는 것인 방법.
제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체성 첨가제 (H_P)는 중합체 (A)의 중량을 기준으로 0.1 중량% 이상, 바람직하게는 1 중량% 이상, 더욱더 바람직하게는 5 중량% 이상, 및/또는 40 중량% 이하, 바람직하게는 25 중량% 이하, 더욱더 바람직하게는 20 중량% 이하의 양으로 사용되는 것인 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리아미드에 섬유상 충전재, 이를테면 유리 섬유, 탄소 섬유 및 아라미드 섬유; 및 비-섬유상 무기 충전재, 이를테면 점토, 고령토, 운모, 규회석, 실리카, 활석 또는 나노입자를 포함한 군에서 우선적으로 선택되는 1종 이상의 보강용 및/또는 부피팽창용 충전재를 추가로 첨가하는 조작을 포함하는 방법.