수지
산업 제조
합성 폴리머의 개발 속도가 1920년대와 1930년대 초에 증가하기 시작하면서 염소 화학을 기반으로 하는 재료 종류가 풍경의 일부가 되었습니다. PVC "합성"의 첫 번째 증거는 실제로 1835년 Justus von Liebig과 그의 제자 Henri Victor Regnoault가 PVC를 생산하는 데 사용되는 단량체인 염화비닐을 처음 합성한 1830년대 중반으로 거슬러 올라갑니다.
둘 다 폴리머에 관심이 없었습니다. Von Liebig은 질소와 미량 광물 화학을 사용하는 비료 개발에 큰 공헌을 했습니다. 그는 현대 유기 화학의 창시자 중 한 사람으로 간주됩니다. Regnot의 관심은 염화비닐을 포함한 기체의 특성을 연구하는 것이었습니다. 그러나 많은 저분자량 불포화 화합물과 마찬가지로 염화비닐은 자발적으로 중합하는 경향이 있으며 1838년 Regnot는 염화비닐이 들어 있던 용기에서 흰색 분말을 발견했습니다. 이것은 PVC의 최초 알려진 창조물이었습니다. 폴리머는 1872년에 두 번째로 "발견"되었습니다.
20대 초반 상업적으로 이용 시도 세기는 폴리머의 열 안정성 문제로 인해 성공하지 못했습니다. 이미 언급했듯이 이 문제는 PVC용 가소제를 발견한 B.F. Goodrich의 Waldo Semon에 의해 해결되었습니다. 결과적으로 폴리머의 연화 온도가 낮아짐에 따라 용융 가공을 위한 좁지만 실행 가능한 창이 열렸습니다. PVC 가소화 공정은 나중에 폴리머에 포함된 가소제의 양과 유형에 따라 경질에서 연질까지 광범위한 화합물을 생산하도록 확장되었습니다.
1930년에 DuPont의 연구 책임자인 Elmer Bolton은 확장된 상업적 기회를 찾아 비닐 아세틸렌과 같은 화합물을 생산한 아세틸렌 화학에 관심을 갖게 되었습니다. 염화수소와 반응하면 비닐 아세틸렌이 네오프렌의 단량체인 클로로프렌으로 전환됩니다. 1931년까지 DuPont은 Notre Dame의 화학 개발자인 Dr. Julius Nieuwland로부터 특허를 구입하고 클로로프렌을 중합하여 최초의 진정한 합성 고무를 생산했습니다. 많은 엘라스토머와 마찬가지로 네오프렌의 특성은 가소제의 통합으로 조정할 수 있습니다. PVC 가소화에 대해 발견된 것과 동일한 화학물질이 네오프렌에도 적합한 것으로 밝혀졌습니다.
1933년에 또 다른 염소 함유 폴리머인 폴리염화비닐리덴(PVDC)이 폴리머 세계에 상당한 발자국을 남길 다른 회사인 Dow Chemical의 실험실 작업자에 의해 우연히 발견되었습니다. 화학적으로 PVC와 PVDC는 첨부된 그림과 같이 매우 유사합니다. PVDC의 상용화 경로는 네오프렌보다 더 험난했지만 PVC의 거의 90년 여정보다 훨씬 빠릅니다.
PVDC의 창시자인 Ralph Wiley는 드라이클리닝 제품인 퍼클로로에틸렌을 생산하는 과정에서 그의 비커 중 일부에서 모든 세척 시도에 저항하는 잔류물이 발생했음을 발견했습니다. 많은 초기 폴리머 발견의 경우와 마찬가지로 PVDC의 첫 번째 사용은 다양한 재료에 쉽게 분사될 수 있기 때문에 습기와 부식으로부터 다른 제품을 보호하기 위한 코팅으로 사용되었습니다. 그것은 20년 전에 셀룰로오스 아세테이트가 사용되었던 방식과 마찬가지로 자동차 실내 장식과 전투기에도 사용되었습니다. Wiley는 섬유 형태의 재료에 대한 가능성을 보았지만 Wiley의 사장인 John Reilly는 개발을 필름 방향으로 취하고 싶었습니다. 6년에 걸쳐 이 소재는 녹색과 불쾌한 냄새를 없애기 위해 일련의 개선 작업을 거쳤으며, 1942년에는 군용 장비의 캔버스와 고무 보호 필름으로 사용되었습니다.
당시 Dow의 사장인 Willard Dow는 1943년 PVDC 개발을 중단하도록 추진했습니다. 그러나 이때까지 Wiley는 재료에 대한 여러 특허를 보유하고 Dow가 제품을 계속 유지하도록 설득했습니다. 새로운 폴리머 개발의 많은 사례에서 보았듯이 PVDC의 장기적인 성공의 열쇠는 공정 개발이었습니다. Wilbur Stephenson은 박막 제품 생산의 핵심인 유명한 Saran 거품을 개발한 것으로 알려져 있습니다. John Reilly의 아내(Sarah)와 딸(Ann)의 이름을 합친 이름인 Saran은 Kleenex라는 브랜드 이름이 티슈와 연결되는 것과 같은 방식으로 PVDC의 대명사가 되었습니다.
습기와 염수 분무의 부식 효과로부터 보호하기 위해 해외로 배송되는 군용 장비를 포장하는 데 빠르게 선택되는 재료가 되었습니다. 전쟁이 끝나고 이 시장이 말랐을 때, Dow는 실제로 제품을 두 명의 직원에게 팔았습니다. 직원은 Midland에 식품 포장을 만드는 사업을 시작했습니다. 제품이 너무 잘 팔려서 Dow는 1948년에 이 사업을 다시 인수했고 Dow와 Saran Wrap이라는 이름 사이의 잘 알려진 관계를 공식적으로 공고히 했습니다.
<그림>염화폴리에틸렌(CPE)은 PVC, 네오프렌, PVDC의 상용화 직후 개발되었습니다. 염소가 이미 모노머 화학의 일부였던 이러한 다른 폴리머와 달리 염소화 폴리에틸렌은 폴리머 백본을 따라 수소 원자를 염소 원자로 대체하기 위해 이미 중합된 폴리에틸렌을 염소화 용매와 반응시켜 생성됩니다. 염소화 폴리에틸렌의 특성은 변형되는 폴리에틸렌의 유형(LDPE 대 HDPE)과 재료에 반응하는 염소의 양에 따라 다릅니다. 낮은 수준의 염소에서 CPE는 열가소성 수지입니다.
그러나 염소 수준이 증가함에 따라 재료는 먼저 열가소성 엘라스토머가 된 다음 고무와 유사한 엘라스토머 재료가 되고 마지막으로 경질 폴리머가 됩니다. CPE에 대한 최초의 특허는 1933년에 폴리에틸렌을 처음 만든 팀의 일원인 Eric Fawcett에 의해 1939년에 제출되었습니다. 그 이후로 염소화 폴리프로필렌을 만드는 데 동일한 일반적인 접근 방식이 사용되었습니다. 염화 폴리올레핀은 내충격성을 향상시키기 위해 PVC와 혼합하여 사용할 수 있습니다. 중합 후 염소화는 PVC 자체에도 적용되어 CPVC를 생성합니다. 염소 수준을 높이면 재료의 내열성이 향상되어 유리 전이 온도가 약 80C에서 110C로 증가합니다.
이러한 물질에 염소가 존재하면 비교적 저렴한 비용으로 매우 바람직한 특성을 얻을 수 있습니다. PVC, 네오프렌 및 PVDC는 모두 뛰어난 차단 특성을 나타내어 독특합니다. 안면 마스크 소재인 네오프렌은 0.1미크론보다 큰 모든 입자를 99.9% 차단할 수 있다고 합니다. 평균 코로나바이러스는 0.125마이크론입니다. 실제로 PVDC와 아크릴로니트릴의 조합인 Saran은 LDPE보다 3000배 이상 우수한 산소 차단성을 가지고 있으며 식품에 맛과 향을 부여하는 다양한 기타 구성 요소에 대한 탁월한 차단 특성을 가지고 있습니다. 염소는 또한 고유의 난연성을 제공합니다.
동시에, 염소의 존재는 이러한 재료를 열의 영향에 매우 민감하게 하여 좁은 처리 창을 생성하고 부식성 부산물을 생성하므로 공구 및 처리 장비에 대한 특별한 보호로 관리되어야 합니다. 또한 PVC는 부분적으로 프탈레이트 가소제에 대한 논란과 폴리머 자체가 소각될 때 다이옥신을 형성한다는 일부 연구로 인해 플라스틱 방지 운동의 포스터가 되었습니다.
S.C. Johnson이 Dow Chemical에서 Saran Wrap을 구입한 지 6년 후인 2004년에 이러한 유형의 폐기가 환경에 미치는 영향에 대한 우려로 재료의 구성이 PVDC에서 폴리에틸렌으로 변경되었습니다. 차세대 재료는 무게가 더 가볍고 저렴하며 결과적으로 생산하기가 훨씬 더 쉽습니다. 그러나 접착력이 부족하여 자신과 다른 모든 것에 달라붙어 더 이상 원래 제품의 고유한 차단 특성을 제공하지 않습니다.
염소에 대한 우려는 할로겐에 대한 모든 것으로 확대되었으며, 난연제로 사용되는 다양한 염소화 및 브롬화 화합물에 대한 규제 압력도 가중되고 있습니다. 네오프렌만이 홍보의 악몽에서 벗어나 노트북 슬리브, 마우스 패드, 할로윈 마스크, 탁상용 게임 표면, 요가 매트, 유명 브랜드의 고급 패션 의류 등 다양한 소비재에 사용되는 소재가 된 것 같습니다. Vera Wang 및 Gareth Pugh와 같은 디자이너. 이것은 일반 대중이 플라스틱에 대해 갖는 애증 관계의 가장 좋은 예 중 하나일 수 있습니다.
모든 논란에도 불구하고 염소 함유 폴리머는 거의 100년 동안 우리와 함께해 왔습니다. 그리고 PVC의 사용을 줄이기 위한 노력이 계속될 것이 거의 확실하지만, PVC는 주로 염소가 재료에 부여하는 특성으로 인해 연간 세계 소비량에서 3위를 차지하는 재료입니다. 폴리머 세계에서 중요한 역할을 하는 또 다른 할로겐인 불소는 다음 주제가 될 것입니다.
저자 소개:Michael Sepe 애리조나 주 세도나에 기반을 둔 독립 재료 및 가공 컨설턴트로 북미, 유럽 및 아시아 전역에 고객을 보유하고 있습니다. 그는 플라스틱 산업에서 45년 이상의 경험을 가지고 있으며 재료 선택, 제조 가능성을 위한 설계, 프로세스 최적화, 문제 해결 및 실패 분석을 지원합니다. 연락처:(928) 203-0408 •[email protected]
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최적의 완성 부품을 확보하는 열쇠는 올바른 재료를 선택하는 것에서 시작됩니다. 부품에 가장 적합한 가공 재료의 유형을 좁힘으로써 가장 적절하고 비용 효율적인 재료를 선택할 수 있습니다. 다음은 자료를 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 사항입니다. 부품은 어떻게 사용되고 있습니까? 부품은 의료 기기, 자동차, 항공 우주, 기계, 가치, 피팅, 패스너 등입니다. 응력 부하 특정 재료는 높은 응력 부하에서 변형되거나 파손될 수도 있습니다. 부품에 사용할 재료를 결정할 때 응력 하중을 고려해야 합니다. 높은 응력에 노출된 부품은 응력
마지막 빙하기가 “미국 중서부”가 될 지역에 오대호와 거대한 강을 깎았을 때 제조 강국이 건설할 토대가 마련되었습니다. 수백만 년 후 이 강 시스템은 여행자에게 교통 수단을 제공할 것이지만 제분소와 댐은 오늘날 우리 모두가 의존하는 기반 시설을 구축하기 위해 물의 힘을 이용하게 될 것입니다. 북부가 남북 전쟁에서 승리한 데 있어 제조 기반 시설의 존재가 핵심 요소라고 생각하는 경우가 많습니다. 북부는 남군보다 훨씬 빠르게 손상된 총과 대포를 만들고 교체할 수 있었지만 전쟁 후에도 피츠버그와 같은 곳에서 교체할 수 있었습니