WO2019098578A1

WO2019098578A1 - 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판 및 이의 제조방법

Info

Publication number: WO2019098578A1
Application number: PCT/KR2018/013202
Authority: WO
Inventors: 김대학; 도승회; 이진서; 임경원; 권경호; 김두경; 이혜연
Original assignee: 한화케미칼 주식회사
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2019-05-23
Also published as: KR102311351B1; CN111356587A; US20200384725A1; EP3711944A1; US11433639B2; EP3711944A4; KR20190054562A; JP2021502286A

Abstract

본 발명은 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 샌드위치 강판에 비해 넓은 범위의 온도에서 사용 가능하면서 특히 저온에서의 접착력이 우수하고, 안정성과 경량성이 현저히 증가된 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판 및 이의 제조방법

폴리아미드 수지는 아미드(-NHCO-) 결합에 의해 결합된 직선형 고분자로서 기계적 성질 특히 내충격성이 우수한 결정성 플라스틱이다. 또한, 내마찰, 내마모, 내유성, 내용제성 등의 물성이 우수하고 용융 성형이 용이하여, 의복 소재용, 산업자재용 섬유, 엔지니어링 플라스틱 등으로서 널리 이용되고 있다. 폴리아미드는 분자 구조에 따라 지방족 폴리아미드, 방향족 폴리아미드, 지방족 고리 폴리아미드로 분류될 수 있으며, 이중 지방족 폴리아미드의 경우 나일론(Nylon), 방향족 폴리아미드의 경우 아라미드(Aramid)라 통칭하여 부르기도 한다.

최근 들어 제품은 다품종소량생산의 시대를 맞이하면서 점차 다양한 기능을 요구하고 있다. 특히 에너지 효율과 생활의 질 향상이라는 측면이 점차적으로 강조되고 있다. 이러한 제품의 기능을 단일 판재로는 만족하기 어렵기 때문에 2개 이상의 판재를 접합시킨 샌드위치 강판(sandwich steel sheet)이 주목을 받고 있다.

샌드위치 강판은 경량화를 추구하면서 내식성, 내열성 등을 높이기 위한 것으로 크게 수지와 강판의 두께에 따라 제진강판(vibration damping)과 경량(lightweight) 라미네이트 강판으로 구별할 수 있다. 제진강판은 금속과 금속 사이에 수지층을 접합제로 하여 제진성을 높이도록 제작된 것이고, 경량 라미네이트 강판은 비철금속계통을 모재로 하여 양면을 금속 판재로 압연 또는 압접을 시켜 제작된 것이다. 이러한 샌드위치 강판은 자동차, 항공기, 선박, 건축자재, 가전제품 등 많은 분야에 사용되고 있고, 그에 따른 성형성에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

제진강판은 두 강판 사이에 약 50 μm의 두께로 점탄성 수지 또는 제진능이 있는 물질을 적층시킨 것으로 제진능 발휘 범위에 따라 상온용, 중온용, 고온용으로 나눌 수 있다.

경량 라미네이트 강판은 수지의 두께가 한 강판의 두께보다 두꺼우며 강판은 두께가 0.3 mm 이하의 강판이 사용된다. 경량화를 위해 복합 재료로는 점탄성 고분자 수지가 사용된다. 경량 라미네이트 강판은 자동차 경량화 소재로 최근 주목받고 있다. 차세대 자동차의 경량화 추세에 맞춰 자동차 외판의 무게를 감소시킴과 동시에 강도를 확보할 수 있도록 후드나 도어 등의 자동차 외판재로서 사용이 기대되고 있다.

현재 개발되고 있는 경량 샌드위치 강판의 경우, 주로 코어 재료인 플라스틱 재료의 두께가 외판의 철강 재료에 비해 두꺼워 외판재인 철강 재료를 모두 합친 샌드위치 강판의 두께가 두꺼운 실정이다.

또한, 최근 수요가 급증하고 있는 중형 이상의 고급 자동차용 경량 외판재로 적용되고 있는 알루미늄에 비해 철강 재료의 두께가 두꺼워 경량화의 경쟁력이 떨어지는 단점이 있다.

뿐만 아니라, 경량 샌드위치 강판을 구성하는 철강 재료와 플라스틱 소재 간의 이종 접합시 발생되는 응력 구배로 인해, 성형시 철강 소재와 플라스틱 소재 간에 박리가 발생하는 문제가 있다.

이에, 경량 샌드위치 강판을 제공함에 있어서, 외판재인 철강 재료의 두께를 더욱 감소시키더라도 강도 등의 물성 저하가 없으면서, 응력 편차를 줄여 박리 문제를 최소화할 수 있는 샌드위치 강판용 외판 재료(외판재)의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

상기와 같은 문제점을 해결하고 기계적 강도와 접착력이 우수하고 경량성이 높은 샌드위치 강판을 제조하기 위한 소재가 끊임없이 요구되고 있으며 이에 대한 개선이 필요한 상황이다.

본 발명은 상술한 문제점을 모두 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 종래의 샌드위치 강판보다 경량성이 현저히 증가된 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 장쇄 폴리아마이드를 이용하여 저온에서도 우수한 안정성을 제공하고, 종래의 샌드위치 강판보다 넓은 범위의 온도에서 사용 가능하여 파손과 박리의 위험을 감소시킨 경량 샌드위치 강판 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 장쇄 폴리아마이드를 이용함으로써, 종래 PET, PC 등의 소재에 비해 접착 온도가 낮으며, 접착력이 우수한 경량 샌드위치 강판 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 파우더 형태의 장쇄 폴리아마이드를 사용함으로써, 미세 기공이 균일하게 분포되고 안정성이 높은 다공성 플라스틱 중간층을 형성할 수 있고, 가공 시 소요시간을 단축시켜 제조공정이 보다 간편한 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.

본 발명에 따라 제조된 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판은 플라스틱 중간층, 상기 플라스틱 중간층의 상부 및 하부에 강판을 포함하며, 상기 플라스틱 중간층은 장쇄 폴리아마이드로 이루어진 다공성인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판의 제조방법은 라우로락탐(laurolactam), 상기 라우로락탐 100 중량부에 대하여 개시제로서 알칼리 금속 0.01 내지 20 중량부, 분자량 조절제 0.3 내지 10 중량부, 핵형성제로서 실리카 0.01 내지 5 중량부, 활성화제로서 옥타데실 이소시아네이트 0.002 내지 10 중량부, 보조 활성화제로서 이산화탄소 0.001 내지 1 중량부를 혼합하여 제조된 혼합물을 미네랄 스피릿(mineral spirit) 용매 존재하에서 음이온 중합 반응을 통해 입자 지름 10 내지 100 μm의 장쇄 폴리아마이드 파우더를 제조하는 단계, 상기 장쇄 폴리아마이드 100 중량부에 대하여 발포제 1 내지 10 중량부를 균일하게 혼합하여 플라스틱 중간층의 혼합물을 제조하는 단계 및 상기 혼합물을 강판 두께의 1 내지 3배 두께로 쌓은 후 180 내지 250℃의 온도에서 고온프레스성형(hot press) 공정을 통해 샌드위치 강판을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판 및 이의 제조방법은 종래의 샌드위치 강판보다 경량성이 현저히 증가하고, 넓은 범위의 온도에서 사용 가능하며, 파손과 박리의 위험을 감소시킨 효과가 있다.

본 발명에 따른 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판 및 이의 제조방법은 장쇄 폴리아마이드를 이용함으로써, 종래 PET, PC 등의 소재에 비해 접착 온도가 낮으며, 접착력이 우수한 효과가 있다.

본 발명에 따른 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판 및 이의 제조방법은 파우더 형태의 장쇄 폴리아마이드를 사용함으로써, 미세 기공이 균일하게 분포되고 안정성이 높은 다공성 플라스틱 중간층을 형성할 수 있고, 가공 시 소요시간을 단축시켜 제조공정이 보다 간편한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판을 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 안정성 시험을 나타낸 사진이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 샌드위치 강판의 접착력 시험용 시편을 나타낸 사진이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 발포제 사용 유무에 따른 플라스틱 중간층의 형태를 비교한 사진이다.

후술하는 본 발명에 대한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다.

따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.

또한, 본 발명에서는 비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판 및 이의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 있어서, "샌드위치 강판"이라 함은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 2매 이상의 철강 소재 사이에 플라스틱 소재가 포함되어 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명에 따른 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판을 나타낸 단면도이다. 본 발명에 따른 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판은 플라스틱 중간층, 상기 플라스틱 중간층의 상부 및 하부에 강판을 포함하며, 상기 플라스틱 중간층은 장쇄 폴리아마이드(long chain polyamide, LCPA)로 이루어진 다공성인 것을 특징으로 한다.

상기 플라스틱 중간층은 상기 장쇄 폴리아마이드 100 중량부에 대하여 발포제를 1 내지 10 중량부로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 장쇄 폴리아마이드는 펠렛(pellet) 형태, 시트(sheet) 형태 및 파우더(powder) 형태 중에서 선택된 적어도 1종 이상을 사용할 수 있다.

상기 장쇄 폴리아마이드는 파우더 형태의 지름이 10 내지 100 μm인 것을 특징으로 한다. 10 μm 미만인 경우 입자의 유동성이 너무 커서 강판 상부 적층이 어려우며, 100 μm 초과인 경우 발포제와의 균일한 혼합이 어려워 다공층의 안정성이 떨어지는 문제가 있다.

상기 장쇄 폴리아마이드(PA)는 그 화학구조에 따라 종류가 나눠지는데 본 발명에 따른 경량 샌드위치 강판에 쓰일 플라스틱 중간층은 PA11, PA12, PA1212, PA1010, PA1012, PA610, PA612, PA9T 및 PA10T 중에서 선택된 적어도 1종 이상으로 제조될 수 있다. 특히 PA12는 폴리아마이드 종류들 중에서 가장 낮은 수분 흡수율을 갖고 있다. 이로 인해 고온 다습한 조건에서 다른 재료에 비해 우수한 물성을 나타낼 수 있다. 또한, 충격에 대한 내성이 뛰어나고, 우수한 내화학성 및 가공성을 갖고 있어 가소제와 강화제로 광범위하게 변성되어 사용되고 있다.

상기 발포제는 입자 지름이 10 내지 100 μm인 것을 특징으로 한다. 상기 범위를 벗어나는 경우 폴리아마이드와의 혼합 시 안정성 높은 플라스틱 층의 제조가 어려울 수 있다.

발포제는 화학적 발포제와 열팽창성 미립자를 이용한 물리적 발포제로 나뉘는데 화학발포제는 크게 유기계 화학발포제와 무기계 화학발포제로 구분되며, 폴리머와 배합되어 다공성의 발포체를 제조하기 위한 첨가제이다. 플라스틱 또는 고무에 첨가 후 적절한 온도 및 압력을 가하면 열적 분해하여 미세 발포 구조체를 형성한다. 이렇게 형성된 미세 발포 구조체는 고탄력성, 고장도 특성, 보온 효과, 비중 저하, 방음 및 충격 흡수 등의 효과를 부여하여 차량용 범퍼, 내장 재료, 포장 재료, 구명복, 신발 및 바닥 장식 재료 등 그 사용범위가 광대하다.

본 발명에 따른 발포제는 플라스틱 중간층을 제조하기 위한 조성물에 혼합되어 상기 플라스틱 중간층에 다공성을 부여하기 위한 화학적 발포제이다. 이때 발포제와 균일한 혼합이 가능하도록 미세한 파우더 형태의 장쇄 폴리아마이드를 사용하는 것이 바람직하고, 미세 기공이 균일하게 분포된 다공성 플라스틱 중간층을 제조할 수 있다. 이에 따라 파우더의 입자 지름이 10 내지 100 μm인 장쇄 폴리아마이드를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 파우더 형태를 사용함으로써, 용융시간이 펠렛이나 시트보다 짧기 때문에 고온프레스 성형(hot press) 시간을 1/10로 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 제조방법에 따라 첨가되는 유기계 발포제의 예들에는 아조디카르본아미드(azodicarbonamide, ADCA), 디니트로소 펜타메틸렌 테트라민(N,N-dinitroso pentamethylene tetramine, DPT) 및 하이드라조디카르본아미드(hydrazodicarbonamide, HDCA)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

다만, 폴리머와의 배합 시 균일한 혼합이 가능하도록 하여 미세 기공이 균일하게 분포된 다공성 플라스틱 중간층을 형성하기 위해서는 입자 지름이 10 내지 100 μm인 발포제를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 제조공정에서 발포가 이루어지도록 발포 온도는 발포제의 특성에 따라 180 내지 250℃가 되도록 하는게 바람직한데 구체적으로 ADCA는 발포 온도가 210℃이고, DPT는 발포 온도가 210℃이며, HDCA는 발포 온도가 245℃이다.

본 발명에 따른 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판의 제조방법은 (a)라우로락탐(laurolactam, LL), 상기 라우로락탐 100 중량부에 대하여 개시제로서 알칼리 금속 0.01 내지 20 중량부, 분자량 조절제 0.3 내지 10 중량부, 핵형성제로서 실리카 0.01 내지 5 중량부, 활성화제로서 옥타데실 이소시아네이트 0.002 내지 10 중량부, 보조 활성화제로서 이산화탄소 0.001 내지 1 중량부를 혼합하여 제조된 혼합물을 미네랄 스피릿(mineral spirit) 용매 존재하에서 음이온 중합 반응을 통해 입자 지름 10 내지 100 μm의 장쇄 폴리아마이드 파우더를 제조하는 단계, (b)상기 장쇄 폴리아마이드 100 중량부에 대하여 발포제를 1 내지 10 중량부로 균일하게 혼합하여 플라스틱 중간층의 혼합물을 제조하는 단계 및 (c)상기 혼합물을 강판 두께의 1 내지 3배 두께로 쌓은 후 180 내지 250℃의 온도에서 고온프레스성형(hot press)을 통해 샌드위치 강판을 제조하는 단계를 포함한다.

먼저, 본 발명에 따른 상기 라우로락탐은 폴리아마이드를 제조하기 위한 모노머로써 바람직하게 사용될 수 있다, 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 카프로락탐, 피페리돈, 피롤리돈, 에난토락탐 및 카프릴락탐을 포함할 수 있으며, 경우에 따라서, 프로피오락탐(propiolactam), 2-피롤리돈(2-pyrrolidone), 발러로락탐(valerolactam), 카프로락탐(caprolactam), 헵타노락탐(heptanolactam), 옥타노락탐(octanolactam), 노네노락탐(nonanolactam), 데카노락탐(decanolactam), 언데카노락탐(undecanolactam) 및 도데카노락탐(dodecanolactam)을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 상기 알칼리 금속 촉매는 폴리아마이드를 제조하기 위한 개시제이며 상기 라우로락탐 음이온 형성을 허용하는 화합물로써, 금속 수소화물(metal hydride), 금속 수산화물(metal hydroxide) 및 금속 알콕시화물(metal alkoxide)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.

구체적인 예에서, 상기 금속 수소화물은 소듐 하이드라이드(sodium hydride) 및 포타슘 하이드라이드(potassium hydride)을 포함할 수 있고, 상기 금속 수산화물은 소듐 하이드록사이드(sodium hydroxide) 및 포타슘 하이드록사이드(potassium hydroxide)을 포함할 수 있으며, 상기 금속 알콕시화물은 포타슘 터트-부톡사이드(potassium tert-butoxide) 및 알루미늄 이소프로포사이드(aluminum isopropoxide)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 금속 촉매는 고체의 형태 또는 용액으로 사용될 수 있으며 촉매를 고체의 형태로 사용하는 것이 바람직하다. 촉매는 바람직하게는 촉매가 용해될 수 있는 카프로락탐 용융물에 첨가된다. 이들 촉매는 특히 신속한 반응을 가져오며, 이에 의해 본 발명에 따른 폴리아마이드를 위한 제조 공정의 효율을 증가시킬 수 있다.

여기서, 본 발명에 따르면, 상기 알칼리 금속 촉매는 상기 라우로락탐 전체 100 중량부에 대해, 0.01 내지 20 중량부로 포함할 수 있다. 이 때, 상기 알카리 금속 촉매가 0.01 중량부 미만으로 첨가되는 경우에는 미중합 또는 반응속도 저하 문제가 있을 수 있고, 상기 알카리 금속 촉매가 20 중량부를 초과하는 경우에는 저분자량 고분자 생성 문제가 있을 수 있으므로 상기의 범위가 바람직하다.

다음으로, 본 발명에 따른 상기 분자량 조절제는 바람직하게는 에틸렌-비스-스테아마이드(EBS: ethylene-bis-stearamide)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 본 발명에 따르면, 상기 분자량 조절제는 상기 라우로락탐 전체 100 중량부에 대해, 0.3 내지 10 중량부로 포함할 수 있다. 바람직하게는 0.4 내지 7.0 중량부로 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 3.0 중량부로 포함할 수 있다.

이 때, 상기 분자량 조절제가 0.3 중량부 미만으로 첨가되는 경우에는 고분자량 고분자 또는 겔화 문제가 있을 수 있고, 상기 분자량 조절제가 10 중량부를 초과하는 경우에는 저분자량 고분자 생성 또는 미중합 문제가 있을 수 있으므로 상기의 범위가 바람직하다.

마지막으로, 본 발명에 따르면, 상기 활성화제로써 바람직하게는 옥타데실 이소시아네이트, 보조 활성화제로서 이산화탄소를 포함한다. 여기서, 본 발명에 따르면, 상기 옥타데실 이소시아네이트는 상기 라우로락탐 전체 100 중량부에 대해, 0.002 내지 10 중량부로 포함할 수 있다. 바람직하게는 0.005 내지 5 중량부로 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.1 중량부로 포함할 수 있다. 이 때, 상기 옥타데실 이소시아네이트가 0.002 중량부 미만으로 첨가되는 경우에는 미중합 또는 반응속도 저하 문제가 있을 수 있고, 상기 옥타데실 이소시아네이트가 10 중량부를 초과하는 경우에는 입자 뭉침 현상이 있을 수 있으므로 상기의 범위가 좋다. 상기 이산화탄소는 상기 라우로락탐 전체 100 중량부에 대해, 0.001 내지 1 중량부로 포함할 수 있다. 바람직하게는 0.002 내지 0.5 중량부로 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.005 내지 0.05 중량부로 포함할 수 있다. 이 때, 상기 이산화탄소가 0.001 중량부 미만으로 첨가되는 경우에는 반응속도 향상 효과가 크지 않으며, 상기 이산화탄소가 1 중량부를 초과하는 경우에는 겔화(gelation) 문제가 있을 수 있으므로 상기의 범위가 좋다.

상기 장쇄 폴리아마이드 제조 시, 음이온 중합 반응은 10 내지 60분 범위 내에서 180 내지 250 ℃의 온도에서 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

또한, 상기 (b) 단계에서 플라스틱 중간층의 혼합물 제조 시, 상기 장쇄 폴리아마이드 100 중량부에 대하여 발포제를 1 내지 10 중량부로 포함할 수 있다. 바람직하게는 2 내지 8 중량부로 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 4 내지 6 중량부로 포함할 수 있다.

이 때, 상기 발포제가 1 중량부 미만으로 첨가되는 경우에는 발포제에 의해 형성되는 미세기공 분포도가 낮아 경량성 향상효과가 미미한 문제가 있을 수 있고, 상기 발포제가 10 중량부를 초과하는 경우에는 너무 많은 기공으로 인해 플라스틱 중간층의 안정성이 떨어지는 문제가 있을 수 있으므로 상기의 범위가 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 경량 샌드위치 강판의 제조 시 사용된 발포제의 특성에 따라 상기 (c) 단계에서 180 내지 250℃의 온도에서 10초 내지 5분간 두고, 발포제에 의한 미세 기공을 형성하도록 하여 다공성 플라스틱 중간층을 성형하는 단계를 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

<실시예>

실시예 1: 파우더 형태의 장쇄 폴리아마이드(LCPA)를 이용한 경량 샌드위치 강판의 제조

플라스크 내의 수분을 제거하기 위해 진공 상태에서 60℃로 유지되고 있는 플라스크에 진공을 해제한 후에 라우로락탐(Laurolactam) 20g, EBS 0.15g, NaH 0.06g, 실리카 0.2g을 혼합하여 제조된 혼합물을 미네랄 스피릿 용매 존재 하에서 반응온도 130℃에서 15분 정도 유지시킨 후에 옥타데실 이소시아네이트 0.5 ml를 10분 동안 주입하고 이산화탄소 60ml를 주입한 후 1시간 동안 반응시켰다. 표 1과 같이 시간경과에 따른 PA12 전환율 테스트 결과, 이산화탄소를 60 ml 주입한 경우, 라우로락탐은 1시간 후에도 95% 이상의 높은 PA12 전환율을 나타내는 것을 확인하였다.

이와 같은 음이온 중합 반응으로부터 얻어진 장쇄 폴리아마이드(PA12)의 파우더 입자 지름이 10 내지 100 μm인 것을 사용하였다. 상기 장쇄 폴리아마이드 100 중량부에 대하여 발포제 ADCA 5 중량부를 균일하게 혼합하여 플라스틱 중간층의 혼합물을 제조하였고, 상기 혼합물을 강판 두께의 2배 두께로 쌓은 후 210℃의 온도에서 hot press공정을 통해 도면 3과 같은 샌드위치 강판 시편을 제조하였다.

이산화탄소 주입 시 시간경과에 따른 PA12 전환율

CO₂ 주입량	시간경과에 따른 Laurolactam → PA12 전환율
CO₂ 주입량	1시간	3시간	5시간
0	44%	78%	99%
60 ml	98%	99%	99%

실시예 2: 펠렛 형태의 장쇄 폴리아마이드(LCPA)를 이용한 경량 샌드위치 강판의 제조

펠렛 형태의 장쇄 폴리아마이드(PA12)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 샌드위치 강판을 제조하였다.

비교예 1

PET 파우더를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 샌드위치 강판을 제조하였다.

비교예 2

PC 파우더를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 샌드위치 강판을 제조하였다.

<실험예>

실험예 1: 접착력 측정 결과

Materials	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
접착 온도(℃)	190	190	280	300
접착력(MPa)	3.78	4.10	0.46	0.26

표 2의 접착력 측정 결과를 통해 비교예 1 및 2에 비해 본 발명에 따라 제조된 파우더 형태의 폴리아마이드(PA12 powder)를 사용한 실시예 1과 펠렛 형태의 폴리아마이드(PA12 pellet)를 사용한 실시예 2의 접착 온도가 현저히 낮았고, 우수한 접착력을 나타냈다.

또한, 도면 2에서 -30℃의 저온에서 굴곡시험을 통해 안정성을 확인한 결과 PBT, PET, 또는 PC를 플라스틱 중간층으로 사용한 경우 -20℃ 이하의 저온에서 플라스틱 중간층이 쉽게 파손되거나 박리될 우려가 있었다. 그러나, 본 발명에 따라 제조된 장쇄 폴리아마이드를 플라스틱 중간층으로 사용한 경우 플라스틱 중간층의 박리나 파괴가 관찰되지 않아 저온 안정성이 우수함을 확인하였다.

따라서 본 발명에 따라 제조된 장쇄 폴리아마이드를 플라스틱 중간층으로 사용한 샌드위치 강판은 -30℃ 내지 -170℃의 넓은 범위의 온도에서 우수한 특성을 유지할 수 있으므로 자동차와 같이 다양한 기후에 노출되는 제품에 적용 가능함을 확인할 수 있었다. 또한, PBT, PET, PC 등의 소재에 비해 저온에서 제조 가능하며, 이는 제조 비용 절감효과를 줄 수 있다.

실험예 2: 접착력 및 밀도 측정 결과

Materials	발포제 함량(wt%)	성형시간(min)	접착력(MPa)	중간층 Bulk density(g/cm³)
실시예 1	5	0.5	3.78	0.8
비교예 2	0	5	0.26	1.02

표 3의 접착력 테스트 결과에서 본 발명에 따라 폴리아마이드(PA12) 파우더와 발포제를 95:5 중량비로 혼합하여 제조된 플라스틱 중간층을 사용한 결과 접착력이 우수함을 확인하였고, 비교예 2에 비해 발포제를 사용한 실시예 1의 경우, 밀도가 더 낮게 나타났다.

또한, 도면 4에서 발포제 사용 유무에 따른 플라스틱 중간층의 형태를 비교한 결과, 발포제를 사용한 경우 투명도가 저하됨을 확인할 수 있었는데 이는 미세한 파우더 형태의 폴리아마이드가 발포제 분말과 균일하게 혼합되기 때문에 미세 기공이 균일하게 분포된 다공성 플라스틱 중간층을 형성할 수 있음을 확인하였다. 따라서 본 발명에 따라 발포제를 사용함으로써, 샌드위치 강판의 경량성 향상뿐만 아니라 미세한 파우더 형태의 폴리아마이드와의 균일한 혼합으로 안정성이 높은 다공성 플라스틱 중간층을 얻을 수 있다.

반면, 종래 펠렛이나 시트 형태의 플라스틱 소재는 발포제 없이 사용한 경우 경량성 향상이 상당히 제한적이고, 발포제를 사용한 경우 균열이 발생하여 접착력이 떨어졌다. 또한, 본 발명에 따라 파우더 형태의 폴리아마이드를 사용하는 경우 용융시간이 펠렛이나 시트 형태보다 짧기 때문에 고온프레스 성형(hot press) 시간을 1/10로 현저히 단축시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판 및 이의 제조방법은 발포제에 의해 플라스틱 중간층에 다공성을 부여함으로써, 종래의 샌드위치 강판보다 경량성이 현저히 증가하고, 넓은 범위의 온도에서 사용 가능하며, 특히 도면 2에서 확인한 바와 같이 저온에서도 안정성이 우수하여 파손과 박리의 위험을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판 및 이의 제조방법은 표 2와 같이 장쇄 폴리아마이드를 이용함으로써, 종래 PET, PC 등의 소재에 비해 접착 온도가 낮으며, 접착력이 우수한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판 및 이의 제조방법은 파우더 형태의 장쇄 폴리아마이드를 사용함으로써, 발포제와 혼합 시 균일하게 혼합되기 때문에 도면 4와 같이 균일하게 분포된 미세 기공을 형성할 수 있고, 안정성이 높은 플라스틱 중간층을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 파우더 형태의 폴리아마이드를 사용하는 경우 용융시간이 펠렛이나 시트 형태보다 짧기 때문에 가공 시 소요시간을 단축시켜 제조공정이 보다 간편한 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 예시하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구 범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims

플라스틱 중간층;

상기 플라스틱 중간층의 상부 및 하부에 강판을 포함하며,

상기 플라스틱 중간층은 장쇄 폴리아마이드로 이루어진 다공성인 것을 특징으로 하는 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판.
제1항에 있어서,

상기 플라스틱 중간층은 상기 장쇄 폴리아마이드 100 중량부에 대하여 발포제를 1 내지 10 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판.
제1항에 있어서,

상기 장쇄 폴리아마이드는 PA11, PA12, PA1212, PA1010, PA1012, PA610, PA612, PA9T 및 PA10T 중에서 선택된 적어도 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판.
제1항에 있어서,

상기 장쇄 폴리아마이드는 펠렛 형태, 시트 형태 및 파우더 형태 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판.
제4항에 있어서,

상기 장쇄 폴리아마이드는 파우더 형태의 지름이 10 내지 100 μm인 것을 특징으로 하는 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판.
제2항에 있어서,

상기 발포제는 입자 지름이 10 내지 100 μm인 것을 특징으로 하는 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판.
(a) 라우로락탐(laurolactam), 상기 라우로락탐 100 중량부에 대하여 개시제로서 알칼리 금속 0.01 내지 20 중량부, 분자량 조절제 0.3 내지 10 중량부, 핵형성제로서 실리카 0.01 내지 5 중량부, 활성화제로서 옥타데실 이소시아네이트 0.002 내지 10 중량부, 보조 활성화제로서 이산화탄소 0.001 내지 1 중량부를 혼합하여 제조된 혼합물을 미네랄 스피릿(mineral spirit) 용매 존재하에서 음이온 중합 반응을 통해 장쇄 폴리아마이드 파우더를 제조하는 단계;

(b) 상기 장쇄 폴리아마이드 100 중량부에 대하여 발포제 1 내지 10 중량부를 균일하게 혼합하여 플라스틱 중간층의 혼합물을 제조하는 단계; 및

(c) 상기 혼합물을 강판 두께의 1 내지 3배 두께로 쌓은 후 180 내지 250℃의 온도에서 고온 프레스성형(hot press) 공정을 통해 샌드위치 강판을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판의 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 (a)단계에서 장쇄 폴리아마이드는 입자 지름이 10 내지 100 μm인 것을 특징으로 하는 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판의 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 (a)단계에서 장쇄 폴리아마이드는 PA11, PA12, PA1212, PA1010, PA1012, PA610, PA612, PA9T 및 PA10T 중에서 선택된 적어도 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판의 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 (a)단계에서 상기 알카리 금속은 금속 수소화물(metal hydride), 금속 수산화물(metal hydroxide) 및 금속 알콕시화물(metal alkoxide)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판의 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 (b)단계에서 상기 발포제는 아조디카르본아미드(azodicarbonamide), 디니트로소 펜타메틸렌 테트라민(N,N-dinitroso pentamethylene tetramine) 및 하이드라조디카르본아미드(hydrazodicarbonamide)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판의 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 (b)단계에서 상기 발포제는 입자 지름이 10 내지 100 μm인 것을 특징으로 하는 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판의 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 (c)단계에서 180 내지 250℃의 온도에서 10초 내지 5분 동안 발포제가 발포되어 다공성 플라스틱 중간층을 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리아마이드를 이용한 경량 샌드위치 강판의 제조방법.