폴리에스테르수지

Polyester resin

폴리에스테르 수지는 이염기성 유기산과 다가 알코올의 반응에 의해 형성되는 합성 수지입니다.말레산 무수물은 불포화 폴리에스테르 수지에 디산 기능성을 갖는 일반적으로 사용되는 원료입니다.[1]불포화 폴리에스테르 수지는 시트 몰딩 컴파운드, 벌크 몰딩 컴파운드 및 레이저 프린터의 토너에 사용됩니다.섬유 유리로 강화된 폴리에스테르 수지, 이른바 섬유 유리 강화 플라스틱(FRP)으로 제조된 벽 패널은 일반적으로 세척 가능한 낮은 유지보수 벽이 필요한 식당, 주방, 화장실 및 기타 장소에 사용됩니다.또한 경화된 인플레이스 파이프 용도에도 광범위하게 사용됩니다.또한 미국 교통부에서는 도로와 교량에서 오버레이로 사용할 수 있도록 명시하고 있습니다.본 출원에서는 이들을 PCO(Polyester Concrete Overlays)라고 합니다.이들은 보통 이소프탈산을 기반으로 하며 스티렌을 사용하여 높은 수준으로 절단됩니다(보통 최대 50%).[2]폴리 에스테르는 앵커 볼트 접착제에도 사용되지만 에폭시 계열의 소재도 사용됩니다.[3]많은 회사들이 주로 냄새 문제 때문에 스티렌 프리 시스템을 도입하고 있으며, 또한 스티렌이 잠재적인 발암 물질이라는 우려 때문에 계속 도입하고 있습니다.식수 애플리케이션 또한 스티렌 프리를 선호합니다.대부분의 폴리에스테르 수지는 일반적으로 스티렌인 반응성 희석제에 폴리에스테르 용액으로 구성된 점성이 있는 옅은 색의 액체이지만 [4]비닐 톨루엔과 다양한 아크릴레이트를 포함할 수도 있습니다.[5][6]

불포화 폴리에스테르

불포화 폴리에스테르는 폴리올(다가 알코올로도 알려져 있음), 다수의 알코올 또는 히드록시 작용기를 갖는 유기 화합물, 불포화 및 경우에 따라 포화된 2염기산의 반응에 의해 형성되는 축합 폴리머입니다.대표적인 폴리올은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜을 포함한 글리콜이고, 대표적인 산은 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 말레산 무수물입니다.에스터화 반응의 응축 부산물인 물은 증류를 통해 지속적으로 제거되어 르 샤틀리에 원리를 통해 반응이 완료되도록 유도합니다.불포화 폴리에스테르는 일반적으로 반응성 희석제의 수지 용액으로 부품 제조업체에 판매됩니다. 스티렌은 가장 일반적인 희석제이자 업계 표준입니다.희석제는 수지의 점도 조절을 가능하게 하며, 경화 반응의 참여자이기도 합니다.최초의 액체 수지는 가교 체인에 의해 고체로 변환됩니다.이것은 불포화 결합에서 자유 라디칼을 생성함으로써 이루어지는데, 이것은 인접한 분자의 다른 불포화 결합에 연쇄적인 반응으로 전파되어, 그 과정에서 이들을 연결합니다.불포화는 일반적으로 고분자 사슬을 따라 말레산과 푸마레이트 종의 형태로 나타납니다.말레산/푸마레이트는 일반적으로 라디칼 반응을 통해 자가 중합되지 않지만 스티렌과 쉽게 반응합니다.말레산 무수물과 스티렌은 교대로 공중합체를 형성하는 것으로 알려져 있으며, 사실 이러한 현상의 교과서적인 사례입니다.이것은 스티렌이 California의 Proposition 65와 같은 소재를 대체하려는 노력이 증가하고 있음에도 불구하고 불포화 폴리에스테르 수지에 대한 업계 표준 반응성 희석제로서 시장에서 대체하기가 매우 어려운 이유 중 하나입니다.초기 활성산소는 활성산소로 쉽게 분해되는 화합물을 첨가함으로써 유도됩니다.이 화합물은 업계에서 촉매제로[7] 알려져 있지만 개시제가 더 적합한 용어입니다.전이 금속염은 보통 사슬 성장 가교 반응을 위한 촉매로서 첨가되며, 업계에서 이러한 유형의 첨가제는 프로모터로 알려져 있습니다; 프로모터는 일반적으로 라디칼 개시제의 결합 해리 에너지를 낮추는 것으로 이해됩니다.코발트 염은 가장 일반적으로 사용되는 프로모터 유형입니다.사용되는 일반적인 라디칼 개시제는 과산화벤조일 또는 과산화메틸 에틸 케톤과 같은 유기 과산화물입니다.[8]

폴리에스테르 수지는 열경화성이며 다른 수지와 마찬가지로 외열 경화성입니다.따라서 특히 촉매가 있는 상태에서 과도한 개시제를 사용하면 경화 공정 중에 차링(charring) 또는 점화까지 발생할 수 있습니다.촉매가 과다할 경우 제품이 파손되거나 고무 재질이 형성될 수도 있습니다.

불포화 폴리에스테르(UPR)는 다양한 산업 관련 시장에서 사용되지만, 일반적으로 다양한 유형의 복합재의 매트릭스 재료로 사용됩니다.유리 섬유 강화 복합재는 UPR이 사용되는 가장 큰 세그먼트로 구성되며, SMC, BMC, 펄트루전, 경화된 인플레이스 파이프(유럽에서는 리닝으로 알려져 있음), 필라멘트 와인딩, 진공 성형, 스프레이 업 성형, 수지 이송 성형(RTM)을 통해 가공될 수 있습니다. 풍력 터빈 블레이드는 더 많은 공정뿐만 아니라 이를[9] 사용합니다.UPR은 또한 젤 코트, 셔츠 단추, 마인 볼트, 볼링 볼 코어, 폴리머 콘크리트 및 엔지니어드 스톤/컬쳐 대리석과 같은 일반적인 예를 들어 강화되지 않은 용도에도 사용됩니다.[10]

화학

말레산을 푸마르산으로 이성질화하는 DMAA 촉매 메커니즘
DCPD 수지의 예
나딕의 예

유기화학에서 에스터는 카르복실산과 알코올의 응축 생성물로 형성되며, 물은 응축수 부산물로 형성됩니다.에스테르는 또한 아실할라이드 및 알코올과 함께 생성될 수 있으며, 이 경우 응축수 부산물은 수소할라이드입니다.

폴리에스테르는 주 사슬 내에서 에스테르 기능이 반복되는 고분자의 한 범주입니다.폴리에스테르는 2관능성(또는 고차) 산 또는 아실할라이드가 2관능성(또는 고차) 알코올과 반응하는 단계-성장 중합체의 전형적인 예입니다.폴리에스테르는 포화 및 불포화 수지로서 상업적으로 생산됩니다.폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 포화 폴리에스테르의 한 예로서, 필름뿐만 아니라 의류 및 카펫용 섬유, 식품 및 액체 용기(물/소다 병 등)와 같은 용도로 사용되는 가장 일반적이고 가장 높은 부피의 폴리에스테르입니다.[11]

불포화 폴리에스테르(UPR) 화학에서, 불포화 부위는 사슬을 따라 존재하며, 보통 말레산 무수물의 혼입에 의해 존재하지만, 말레산 및 푸마르산 또한 사용됩니다.말레산과 푸마르산은 말레산이 시스 이성질체이고 푸마르산이 트랜스 이성질체인 이성질체입니다.이 두 분자의 에스테르 형태는 각각 말레산과 푸마르산입니다.UPR을 경화시킬 때, 푸마르산 형태는 스티렌 라디칼과 더 빠르게 반응하는 것으로 알려져 있으므로, 말레산을 푸마르산으로 변환하는 합성 과정에서 종종 N,N-디메틸아세토아세트아미드(DMAA)와 같은 이성질화 촉매가 사용됩니다. 반응 시간과 온도가 증가함에 따라 이성질화가 또한 촉진될 수 있습니다.UPR 업계에서 수지의 분류는 일반적으로 1차 포화 산을 기준으로 합니다.예를 들어, 테레 수지로서 1차적으로 테레프탈산을 함유하는 수지가 알려져 있고, 1차적으로 프탈산 무수물을 함유하는 수지가 오르토 수지로서 알려져 있고, 1차적으로 이소프탈산을 함유하는 수지가 이소 수지로서 알려져 있습니다. 디사이클로펜타디엔(DCPD)은 또한 일반적인 UPR 원료이며, 두 가지 다른 방식으로 통합될 수 있습니다.하나의 공정에서, DCPD는 현장에서 균열되어 사이클로펜타디엔을 형성하고, 이어서 디엘스-알더 반응을 통해 고분자 사슬을 따라 말레산/푸마레이트 그룹과 반응할 수 있습니다.이러한 종류의 수지는 Nadic 수지로 알려져 있으며, DCPD 원료의 매우 낮은 가격과 함께 Ortho 수지와 많은 유사한 특성을 공유하기 때문에 Poor's Ortho라고 불립니다.다른 과정에서, 말레산 무수물은 먼저 물 또는 다른 알코올과 함께 개방되어 말레산을 형성하고, 말레산의 알코올이 DCPD의 이중 결합 중 하나를 가로질러 반응하는 DCPD와 반응합니다.그런 다음 이 제품은 UPR 수지를 엔드 캡핑하는 데 사용되며, 엔드 그룹에 불포화 제품이 생성됩니다.이러한 종류의 수지를 DCPD 수지라고 합니다.

오르토 수지는 가장 일반적인 유형의 UPR로 구성되며, 많은 것이 범용 수지로 알려져 있습니다.오쏘 수지를 이용한 FRP 복합재는 보트 선체, 배스웨어 및 볼링 볼 코어와 같은 용도로 사용됩니다.

아이소 수지는 일반적으로 아이소프탈산의 가격이 상대적으로 더 높을 뿐만 아니라 아이소프탈산이 가지고 있는 우수한 특성 때문에 UPR 제품의 고급에 있습니다.아이소 수지는 젤 코팅 용도에 사용되는 주요 수지 유형으로, 페인트와 유사하지만 FRP를 성형하기 전에 금형에 분사하여 부품에 코팅을 남깁니다.겔코트 수지는 부분에 추가적인 색상을 부여하지 않거나 적절하게 염색할 수 있도록 낮은 색상(거의 선명함)을 가져야 합니다.젤 코트는 자외선과 물집에도 강한 저항력을 가지고 있어야 합니다.

높은 모듈러스와 강도가 요구되는 경우에는 테레 수지를 사용하는 경우가 많지만, 아이소 수지의 저색 특성은 필요하지 않습니다.테레프탈산은 일반적으로 이소프탈산보다 비용이 낮지만, 둘 다 UPR 제품과 비슷한 강도 특성을 갖습니다.PET UPR 수지는 반응기 내에서 PET 수지를 촉매적으로 분해하여 테레프탈산과 에틸렌 글리콜의 혼합물을 생성하는 특별한 하위 세트의 테레 수지가 있습니다.그 다음 말레산 무수물과 함께 추가 산과 글리콜을 첨가하고 새로운 중합체를 생산합니다.최종 제품은 기능적으로 테레 수지와 동일하지만 스크랩 PET를 저렴하게 공급할 수 있기 때문에 제조 비용이 더 낮아질 수 있습니다.글리콜 변성 PET(PET-G)를 사용하면 PET-G 제조에 사용되는 일부 이색성 물질로 인해 수지에 우수한 특성을 부여할 수 있습니다.테레 및 PET-UPR 수지는 경화된 인플레이스 파이프를 포함한 많은 용도에 사용됩니다.[12]

생분해

이끼는 로마의 도시 바엘로 클라우디아 스페인의 고고학 유적지에서 볼 수 있듯이 폴리에스테르 수지를 악화시키는 것으로 나타났습니다.[13]

이점

폴리에스테르 수지는 다음과 같은 장점을 제공합니다.

  1. 물과 다양한 화학물질에 대한 적절한 저항력.
  2. 풍화 및 노화에 대한 적절한 저항력.
  3. 저렴한 비용.
  4. 폴리에스테르는 80°C까지 견딜 수 있습니다.
  5. 폴리에스테르는 유리섬유에 잘 젖습니다.
  6. 경화 시 4-8%에서 상대적으로 낮은 수축률을 보임.
  7. 선형 열팽창의 범위는 100-200 x 10K입니다−6−1.

단점들

폴리에스테르 수지는 다음과 같은 단점이 있습니다.

  1. 강한 스티렌 냄새
  2. 2부 에폭시와 같은 다른 수지보다 혼합이 어렵습니다.
  3. 매연의 유독성, 특히 촉매인 MEKP는 적절한 보호 장치를 사용하지 않을 경우 안전에 위험을 초래합니다.
  4. 많은 기판을 접합하기에 적합하지 않음
  5. 완성된 경화제는 동일한 양의 에폭시 수지보다 약할 가능성이 높습니다.

참고 항목

참고문헌

  1. ^ Lewarchik, Ron (2022-09-14). "Functional Polyester Resins for Coatings". Prospector Knowledge Center. Retrieved 2022-09-21.[1]
  2. ^ "8-5 Overlays on Existing Bridge Decks" (PDF).
  3. ^ "2K Polymer Systems Ltd: Bonded Anchors: P - Polyester". www.2kps.net. Retrieved 2018-04-05.
  4. ^ "Polyester Resins". Retrieved 2019-08-19.
  5. ^ Joanna Klein Nagelvoort (2009). "Resin Composition Suitable for (Re)Lining of Tubes, Tanks, and Vessels". EP 2097369 B1. {{cite journal}}:저널 요구사항 인용 journal=(도움말)
  6. ^ US20210380744A1, Miller, Gregory C.; Moore, William & Kinnin, Lucian A. et al., "식용수 용도에 적합한 무침출 스티렌 프리 경화 제자리 파이프 시스템", 2021-12-09 발행
  7. ^ Erik Lokensgard (19 January 2016). Industrial Plastics: Theory and Applications. ISBN 978-1305855687.
  8. ^ Weatherhead, R. G. (1980), Weatherhead, R. G. (ed.), "Catalysts, Accelerators and Inhibitors for Unsaturated Polyester Resins", FRP Technology: Fibre Reinforced Resin Systems, Dordrecht: Springer Netherlands, pp. 204–239, doi:10.1007/978-94-009-8721-0_10, ISBN 978-94-009-8721-0, retrieved 2021-05-15
  9. ^ Brøndsted, Povl; Lilholt, Hans; Lystrup, Aage (2005-08-04). "Composite Materials for Wind Power Turbine Blades". Annual Review of Materials Research. 35 (1): 505–538. doi:10.1146/annurev.matsci.35.100303.110641. ISSN 1531-7331. S2CID 15095678.
  10. ^ "Trusted Solutions AOC".
  11. ^ Fred W. Billmeyer, Jr. (1962). Textbook of Polymer Science.
  12. ^ Johan Bjorksten; Henry Tovey; Betty Harker; James Henning (1956). Polyesters and Their Applications.
  13. ^ Francesca Cappitelli; Claudia Sorlini (2008). "Microorganisms Attack Synthetic Polymers in Items Representing Our Cultural Heritage". Applied and Environmental Microbiology. 74 (3): 564–9. Bibcode:2008ApEnM..74..564C. doi:10.1128/AEM.01768-07. PMC 2227722. PMID 18065627.