물이 플라스틱에 미칠 수 있는 영향에 관한 상황들은 수지제조업체들의 자료에 잘 나타나있다.
그러면 지금부터 물이 플라스틱에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 여러가지로 살펴보겠습니다.
표 1. 프라스틱 성형품에 의한 물의 영향
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원인 |
결과 |
비고 |
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흡습 |
치수변화 |
가역성 |
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가소화 |
물성변화 |
가역성 |
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가수분해 |
물성저하 |
비가역성,
매우느림 |
사용시 노출
1. 표1 에서와 같이 물이 흡습된 결과를 생각해 본다면 습기에 노출될 때 발생하는 몇가지 상황을 살펴보면 다음과 같다. 예를 들어 흡습이 충분히 이루어 지면 셀룰로즈(나무 또는 종이)같은 천연 고분자 물질에서 처럼 치수변화(부풀음)가 나타날 것이다.
따라서 흡수와 치수변화는 가역성이며 주위의 습도가 감소 될때에는 물은 탈수되고 제품은
수축하게된다.
예] 많은 양의 물을 흡수할 수 있는 플라스틱부품
여름 →문틀에 끼어 뻑뻑함, 겨울 → 자유롭게 열림
2. 물에 흡수된 플라스틱 제품들은 물에 의해 가소화가 진행된다.
이것은 물성의 변화 또는 연질화의 원인이 되고PVC또는 다른 수지의 가소제 역할과 유사하다. 이것도 역시 가역성이며 플라스틱은 건조한 주위로 물이 탈수되면서 덜 부드러워지게 된다.(PVC를 연질화시키기 위해 사용되는 가소제들은 물보다 훨씬 휘발성이 약하고 매우 서서히 수분을 잃어 버리거나 탈수된다.)
3. 마지막 현상은 수분과 화학적으로 일어나는 가수분해반응이다.
이공정은 실내온도에서는 매우 천천히 일어나나 높은 사용온도에서는 문제될 소지가 다분히 있다. 그것은 분자량의 감소와 물성 특히 충격성의 대단한 저하를 가져올 수 있다.
가수분해는 분명히 비가역성이다 이것은 플라스틱이 건조된 후에도 물성이 거의 회복되지 않음을 의미한다. 몇 가지 고분자 제품에는 높은 사용온도에서 가수분해에 의한 물성저하를 억제하는 안정제가있다.
나일론66 수지로 만든 제품에 대한 물의영향
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수분함량(%) |
길이변화(%) |
굴곡탄성율
(kg/㎠) |
인장강도(항복시)
(kg/㎠) |
아이조드충격강도
(kg.cm/cm) |
|
0.2 |
- |
28,800 |
840 |
5.4 |
|
2.5 |
0.5 ~ 0.7 |
12,300 |
785 |
11.4 |
용융성형시에 나타나는 현상들
용융수지의 가소화는 수지의 흐름을 증진시키는 원인이 되며,물의기화작용은 충분한 물이 있을 경우 용융수지의 압력이 낮아질 때 발생된다.
일반적으로 가수분해는 용융온도에서 발생한다, 분자량감소의 결과는 현저한 물성격하와 용융점도의 감소를 야기시킨다.이것은 또한 flash,drool그리고 증가된 패킹으로 인한 치수변화를 나타낼
수 있다.
용융수지에 대한 물의영향
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원인 |
결과 |
비고 |
|
가소화 |
흐름현상 |
가역성 |
|
기화작용 |
기포, 스프레이 |
가역성 |
|
가수분해 |
물성저하,
흐름증가 |
비가역성,
적은 양으로도 가능(수분) |
1. 물에 대한 플라스틱들의 예민성
몇몇 플라스틱들은 상당히 많은 양의 물을 흡수하지도 않고 성형온도 또는 사용온도에서 물의 영향도 받지 않는다.이러한 그룹들은 오직탄소와 수소분자만을 갖고 있는 고분자와 아세탈과 탄화수소 염화물 같은 몇몇 고분자들을 포함한다.
물에 의해 분해되지 않는 동안 아직 다른 플라스틱들은 용융공정중 기화하기에 충분한 물을
흡수할
수 있다.이것이 스프레이를 만드는 원인이 될 수 있으나 일반적으로 사용물성 또는 칫수에 영향을 미칠 만큼의 물을 흡수할 수는 없다.
플라스틱의 물에 대한 예민도
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가수분해되지 않음
(건조불필요) |
흡습만 함
(건조필요) |
가수분해됨
(건조필요) |
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아세탈
폴리에틸렌
폴리플로필렌
폴리스티렌
PVC
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아크릴
ABS |
폴리카보네이트
셀로루즈부틸레이트
나일론
폴리에스터
폴리아릴레이트
폴리우레탄
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2. 물의양의효과
사용온도에서 제품의 치수와 물성에 큰 변화를 일으킬 수 있는 물의 양은 약0.5%또는 그 이상으로서 상대적으로 높다. 그러나 용융상태에서 심각한 영향을 갖는데 필요한 물의양은 일 퍼센트의 1/100에서100분의 수십까지 매우 적다.그러한 양 의 수분은 개방된 호퍼에서 짧은 시간 내에 쉽게 흡수될 수 있다. 몇몇 고분자 그룹들은 다른 것들보다도 더 빨리
가수분해된다.그런데 이러한 차이는 흡수된 물의 양에 의해 결정되는 것이 아니다.
표2는 물에 예민한 몇몇 플라스틱의 흡수량 비교를 보여준다.나일론66은 가장 높은 흡수량을 갖고 있으나 용융상태에서 가장 높은 퍼센트의 물을 용인할 수 있다. 그러나 이 수지에 대한 가수분해속도는 다른 것들보다 훨씬 낮다.
표2.플라스틱별 흡습
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구분 |
실내온도에서
"흡습(23℃) |
실내온도에서
흡습(23℃) |
최대흡습량 |
용융온도에서의
가수분해속도 |
|
50%RH |
100%RH |
% |
|
나일론66 |
2.5 |
8.5 |
0.25 |
천천히 |
|
PET |
0.26 |
0.6 |
0.02 |
빠르게 |
|
폴리에스터엘라스토머 |
0.15 |
0.7 |
0.10 |
보통 |
|
폴리아릴레이트 |
0.35 |
0.9 |
0.02 |
빠르게 |
|
폴리카보네이트 |
- |
0.35 |
0.02 |
빠르게 |