${\varepsilon}$-카프로락탐(CL)의 음이온중합에 있어서 개시제의 양을 고정하고 촉매 양을 변화시키면서 합성한 나일론의 분자량, 기계적 물성 및 마찰 특성에 관하여 연구하였다. 전체적으로 촉매/개시제 비율이 높을수록 중합속도, 반응전 환율 및 분자량은 증가하였으며, 충격강도를 제외한 물성도 향상되었으나, 촉매/개시제 비율 1.0% 이상에서는 큰 변화가 나타나지 않았다. 한편, 나일론의 마찰 특성은 기계적 물성 중에서도 인장강도 및 경도에 의해 직접적으로 영향을 받는 것으로 나타났다. 마찰계수, 응력(p)과 운동속도(v)의 곱인 PV 한계 및 상대마모량의 측정 결과를 종합하면, 촉매/개시제 비율 1.0% 하에서 제조된 나일론이 마찰 기계요소로서는 최적의 성질을 갖는 것으로 밝혀졌다.
${\varepsilon}$-카프로락탐(CL)의 음이온 중합에 있어서 개시제의 양을 고정하고 촉매 양을 변화시키면서 합성한 나일론의 분자량, 기계적 물성 및 마찰 특성에 관하여 연구하였다. 전체적으로 촉매/개시제 비율이 높을수록 중합속도, 반응전 환율 및 분자량은 증가하였으며, 충격강도를 제외한 물성도 향상되었으나, 촉매/개시제 비율 1.0% 이상에서는 큰 변화가 나타나지 않았다. 한편, 나일론의 마찰 특성은 기계적 물성 중에서도 인장강도 및 경도에 의해 직접적으로 영향을 받는 것으로 나타났다. 마찰계수, 응력(p)과 운동속도(v)의 곱인 PV 한계 및 상대마모량의 측정 결과를 종합하면, 촉매/개시제 비율 1.0% 하에서 제조된 나일론이 마찰 기계요소로서는 최적의 성질을 갖는 것으로 밝혀졌다.
Nylons were synthesized by anionic polymerization of ${\varepsilon}$--caprolactam while varying the content of catalyst. Polymerization rates, molecular weights, mechanical properities and frictional properties of the nylons were investigated. As the ratio of catalyst to initiator was inc...
Nylons were synthesized by anionic polymerization of ${\varepsilon}$--caprolactam while varying the content of catalyst. Polymerization rates, molecular weights, mechanical properities and frictional properties of the nylons were investigated. As the ratio of catalyst to initiator was increased up to 1.0%, the polymerization rate, conversion and molecular weight were found to increase, and mechanical properties except impact strength were improved. Frictional properties were affected mainly by tensile strength and hardness. According to the study on the friction coefficient, product of stress (P) and velocity (V), PV limit, and abrasive wear rate, nylon synthesized at 1.0% of the ratio of catalyst to initiator showed the best performance for sliding machine elements.
Nylons were synthesized by anionic polymerization of ${\varepsilon}$--caprolactam while varying the content of catalyst. Polymerization rates, molecular weights, mechanical properities and frictional properties of the nylons were investigated. As the ratio of catalyst to initiator was increased up to 1.0%, the polymerization rate, conversion and molecular weight were found to increase, and mechanical properties except impact strength were improved. Frictional properties were affected mainly by tensile strength and hardness. According to the study on the friction coefficient, product of stress (P) and velocity (V), PV limit, and abrasive wear rate, nylon synthesized at 1.0% of the ratio of catalyst to initiator showed the best performance for sliding machine elements.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구자들은 촉매와 개시제의 첨가비를 변화시켜 가면서 모 노머 캐스팅 기법에 의하여 CL의 음이온 중합반응을 수행하여 중 합시간, 반응전환율을 측정하여, 촉매/개시제 첨가비와 중합반응과 의 상관관계를 고찰한 바 있다.'。본 논문에서는 CL 대비 개시제 의 함량을 고정하고 촉매의 첨가비를 변화시켜 가면서 CL의 음이 온 중합반응을 수행하여 합성한 나일론의 분자량 및 마찰특성을 포함하는 기계적 물성을 측정하여, 촉매/개시제 첨가비가 나일론 의 화학적, 물리적 특성에 미치는 영향을 고찰함과 동시에 향후 모노너 캐스팅 나일론의 기계요소 소재로서의 응용 가능성에 관 하여 거토하였다.
본 연구자들은 촉매와 개시제의 첨가비를 변화시켜 가면서 모 노머 캐스팅 기법에 의하여 CL의 음이온 중합반응을 수행하여 중 합시간, 반응전환율을 측정하여, 촉매/개시제 첨가비와 중합반응과 의 상관관계를 고찰한 바 있다.'。본 논문에서는 CL 대비 개시제 의 함량을 고정하고 촉매의 첨가비를 변화시켜 가면서 CL의 음이 온 중합반응을 수행하여 합성한 나일론의 분자량 및 마찰특성을 포함하는 기계적 물성을 측정하여, 촉매/개시제 첨가비가 나일론 의 화학적, 물리적 특성에 미치는 영향을 고찰함과 동시에 향후 모노너 캐스팅 나일론의 기계요소 소재로서의 응용 가능성에 관 하여 거토하였다.
제안 방법
나일론의 연삭마모형 내마모성 시험은 Figure 2와 같은 핀-디스크 (pin on disk)형 마모시험기를 사용하여 측정하였다" 연삭마모시 험용 나일론 시편(핀)은- 5X10X24 mm의 직육면체로써 디스드1와 면섭촉이 뇌도록 하였고 시험중에 시편의 마모량에 상관없이 일정한 응력을 반도록 하였다. 나일론과 마찰하는 상대 마찰요소는 직 깅& 150 mm인 회진형 연삭숫돌을 디스크로 사용하였고 표면의 평균 시친기는 7.
I mm 이하의 두께로 가공한 나일론 시편을 4시간 동안 메탄올 을 용매로 사용하여 SoxHet 추출한 후, 남아있는 시편을 60 ℃ 에서 건조하여 무게를 측정함으로써 추출된 올리고머 함량을 측정하고 이로부터 반응 전환율을 계산하였다.
개시제 함량을 CL 대비 0.3 mol%로 고정하고, 촉매를 개시제 대비 0.4, 0.6, 1.0 및 1.4 mol%로 변화시키면서 CL의 음이온 중합 을 다음과 같이 수행하였다.
여기서부터 고유점도 [#를 구하였다. 나일론 6에 관하여 알려져 있는 Mark-Houwink시 의 계수를 활용하여 측정된 [# 값에서부터 다음과 같이 공중합 체의 분자량을 계산하였다."
나일본 시편들은 가공 후에 시험 직전에 나일론과 베어링은 헵 탄으로 깨끗이 닦아내고 가열처리를 한 다음에 데시케이터에서 보 관하여 수분흡수를 억제하고 마찰시험을 하였으며 본 연구에서는 윤활이 안 된 건조마찰 상태에서 시험하였다.
원판 디스크의 회전에 의한 시편과의 상대운농 속!*: 260 m/min으로 하였다. 또 마모시험은 나일론의 열축적 영향을 고려하여 2분 동안하였으며 마모시험 전과 후에 나일론의 무게를 측성 한 후 그 차이를 각 나일론 시편의 마모량으로 하고 마찰기리와 압 력을 계산하여 비교하였다. 마모시험에서 시편의 접촉압력은 시험 기 작동조건과 충분한 예비시험을 통하여 0.
마찰시험을 하기 위해서 나일론 시편은 절삭가공에 의해 50X 50X5 mm로 가공하였고 상대 마찰재료로는 AISI 52100으로 제조 한 직경이 5 mm, 길이가 10 mm인 롤러베어링을 중심에 고정시켜 나일론의 면에 측면으로 접촉하도록 하고 베어링의 회전은 억제 시킨 상태로 나일론의 표면과 미끄럼 마찰을 하도록 하였다. 또 베어링의 접촉부위를 1 mm정도 마모시킨 것을 사용함으로써 나 일론 평면시편과 면접촉 상태를 유지하도록 하였다. 이때 베어링의 접촉면직은 10 mnF로써 베어링에 비하여 경도가 매우 작은 나일 론과의 마찰시험 중에 베어링의 마모는 무시할 정도이므로 시험 과정에서 일징한 접촉응력을 반는 것으로 취급하였다.
마찰시험을 하기 위해서 나일론 시편은 절삭가공에 의해 50X 50X5 mm로 가공하였고 상대 마찰재료로는 AISI 52100으로 제조 한 직경이 5 mm, 길이가 10 mm인 롤러베어링을 중심에 고정시켜 나일론의 면에 측면으로 접촉하도록 하고 베어링의 회전은 억제 시킨 상태로 나일론의 표면과 미끄럼 마찰을 하도록 하였다. 또 베어링의 접촉부위를 1 mm정도 마모시킨 것을 사용함으로써 나 일론 평면시편과 면접촉 상태를 유지하도록 하였다.
본 연구에서는, 개시제 양을 고정하고 촉매 양을 변화시키면서 수행한 &카프로락탐(CL)의 음이온 중합에 있어서의 중합속도, 경 화시간, 반응전환율 및 생성물의 분자량의 변화 및 기계적 성질을 관찰하였다. 전체적으로 촉매/개시제 비율이 높을수록 중합속도.
인장강도와 충격 강노는 ASTM D-638, type 과 D-258의 설차 에 따라 측정하였다. 시편은 80 '('에서 24시간 동안 건조한 다음 시험 직전까지 데시케이터(desiccator)에 보관한 후 측정하였다. 인 장시험은 Lloyd instruments.
대상 데이터
CLe BASF사의 AP grade를 P2O5 하에서 진공 건조하여 사용하 였으며. sodium, toluene diisocyanate (TDI), 및 97% 황산 등은 시 약 용을 정제 없이 사용하였다.
CLe BASF사의 AP grade를 P2O5 하에서 진공 건조하여 사용하 였으며. sodium, toluene diisocyanate (TDI), 및 97% 황산 등은 시 약 용을 정제 없이 사용하였다. 생성된 중합체에 포함된 저분자 물 실의 추출은 Soxhlet 추출장치를 사용하였고, 분자량의 측정은 Canon Fensk 짐도계를 사용하였다.
나일론의 연삭마모형 내마모성 시험은 Figure 2와 같은 핀-디스크 (pin on disk)형 마모시험기를 사용하여 측정하였다" 연삭마모시 험용 나일론 시편(핀)은- 5X10X24 mm의 직육면체로써 디스드1와 면섭촉이 뇌도록 하였고 시험중에 시편의 마모량에 상관없이 일정한 응력을 반도록 하였다. 나일론과 마찰하는 상대 마찰요소는 직 깅& 150 mm인 회진형 연삭숫돌을 디스크로 사용하였고 표면의 평균 시친기는 7.6 μm # 나인론 마모시험 과정에서 디스크의 표면에 마모입자가 충신되기 때문에 매 실험마다 # 사 용하어 니, WL 표면을 충분히 연나시킨 후예 다음의 시험을 시행 하였다. 원판 디스크의 회전에 의한 시편과의 상대운농 속!*: 260 m/min으로 하였다.
이론/모형
sodium, toluene diisocyanate (TDI), 및 97% 황산 등은 시 약 용을 정제 없이 사용하였다. 생성된 중합체에 포함된 저분자 물 실의 추출은 Soxhlet 추출장치를 사용하였고, 분자량의 측정은 Canon Fensk 짐도계를 사용하였다.
인장강도와 충격 강노는 ASTM D-638, type 과 D-258의 설차 에 따라 측정하였다. 시편은 80 '('에서 24시간 동안 건조한 다음 시험 직전까지 데시케이터(desiccator)에 보관한 후 측정하였다.
성능/효과
일반적으로 MC 나일론 또는 캐스팅 나일론이라는 이름으로 시판뇌고 있는 나일론 과 유사한 성질을 보여주었다. 그러나, 개시제 대비 촉매의 비율이 Q6 mol%인 경우에는 일반적인 나일론에 비해서 인장강노와 경도는 약간 낮으나, 신율 및 충격강도는 향상되는 경향을 나타내었다. 이는 일반적으로 가소제를 추{가하여 MC 나일론의 딱딱함을 감소시켰을 때 반생하는 경향과 동일하다.
6 mol%에서 마찰계수치가 가장 큰 것으로 판 명되었다. 마찰재의 성능을 비교하는 PV 한계 및 상대마보량을 측정한 결고k 촉매/개시제의 비율을 1.0 mol%로 하여 함성한 나일론 의 경우에 PV 한계가 최대로 되고 마모율노 최소로 나타났다.
분자량도 약간 낮 아지는 것으로 보인다. 반면에, 개시제 대비 촉매의 비율이 1.0 mol% 또는 이상인 경우에는 전환율도 99% 이상이며 분사량도 약 35만 성도의 고분자량 나일론이 합성되는 것으로 확인되었다. 이는 철지하게 공기와의 접촉을 차단한 상태로 제조된 나일론의" 최대 분자량(약 500000)보다는 작으나, 일반적인 모노머 캐스트팅 기법 에 의해서 CL을 음이온 중합시킴으로써 제조되는 니-일몬의분자 량과는 유사하다.
0 mol%까지 증가할수록 PV 한계는 증가하지만 :L 이상의 경우에는 다시 가소하고 있음을 보 여준다. 이 결과는 PV 한계가 나일론의 전단강도 즉 인장강도와 경 노 크기에 지배를 받는 것으로써 특히 나일훈의 경노가 비슷하면 인장강도가 큰 것이 더 우수한 마찰 특성을 보이고 1.0 mol%에서 가장 큰 인상강노를 가지므로 높은 PV 한계를 보여주고 있음을 알 수 있다.
이상의 결과를 종합하여 보면, 개시제 내비 촉배의 비율이 0.4 mol%인 경우에는 중합이 제대로 진행뇌지 않고 상당량의 올리고 머를 포함하므로 반응 전환율 및 분자량도 매우 낮게 나타났으며. 정상적인 중합이 일어났다고 할 수는 없을 것으로 판단뇐다.
본 연구에서는, 개시제 양을 고정하고 촉매 양을 변화시키면서 수행한 &카프로락탐(CL)의 음이온 중합에 있어서의 중합속도, 경 화시간, 반응전환율 및 생성물의 분자량의 변화 및 기계적 성질을 관찰하였다. 전체적으로 촉매/개시제 비율이 높을수록 중합속도. 반 응전환율 및 분자량은 증가하였으나, 촉매/개시제 비율 1.
0 mol% 이 상에서는 큰 변화가 나타나지 않았다. 한편, 기계적 성질에서는 촉 매/개시제 비율이 커질수록 인장강도와 경도가 커지다가 촉매/개 시제 비율이 1.0 mol% 이상에서는 경도에 큰 변화가 없으나 인상 강노는 약간 감소하는 경향을 나타내었디、이와 같은 기계직 물성 차이는 직접적으로 마찰성질과 관련이 있는 것으로 나다났으며, 촉매/개시제 비율 0.6 mol%에서 마찰계수치가 가장 큰 것으로 판 명되었다. 마찰재의 성능을 비교하는 PV 한계 및 상대마보량을 측정한 결고k 촉매/개시제의 비율을 1.
참고문헌 (15)
G. Champetire and H. Sekiguchi, J. Polym. Sci., 48, 309 (1960)
J. Sebenda, Comprehensive Polymer Science, C. F. H. Tipper and C. H. Bamford, Editors, Pergamon Press, Oxford, Vol 3 (1988)
R. Puffr, Lactam-based Polyamide, R. Puffr and V. Kubanek, Editors, CRC Press, Boca Raton, Vol 1 (1991)
D. Petit, R. Jerome, and P. Teyssie, J. Polym. Sci., Polym. Chem. Ed., 17, 2903 (1979)
D-w Chung and S-c Kang, J. Korean Ind. & Eng, Chem., 9, 726 (1998)
S-c Kang and D-w Chung, Trans. Korean Soc. Mecha. Eng. A, 22, 2011 (1988)
S-c Kang and D-w Chung, Wear, 239, 244 (2000)
D-w Chung and Y-t Park, J. Korean Ind. & Eng. Chem., 11, 239 (2000)
D-w, Chung and C-h. Kim, US Patent 6,265,529 (2001)
D-w. Chung, Y-T. Oh, and Y-T. Park, Polymer(Korea) 25, 1 (2001)
K. Ueda, K. Yamada, M. Nakai, T. Matsuda, M, Hosoda, and K. Tai, Polym. J., 28, 446 (1996)
L. H. Sperling, Introduction to Physical Polymer Science, John Wiley & Sons, New York, p105 (1992)
K. Budinski, Engineering Materials, Properties alld Selection, Prentice-Hall Inc, New York, p160 (1992)
S-c. Kang and D-w Chung, Wear, 254, 103 (2003)
F. P. Bowden and D. Tabor The Friction and Lubrication of Solids, Clarendon Press, Oxford, p100 (1986)
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.