배 합 용 부 자 재


EPOXY 수지는 경화제를 배합하면 경화의 목적은 달성할 수 있으나 사용목적, 용도, 조건등에 부합되지는 않음으로 이를 충족키 위하여는 부자재가 필요하다. 부자재의 사용목적은 경화전 사용조건 및 작업조건에 적합하도록 변성시키는 것과, 경화된 수지에 특성을 부여 할 목적으로 사용된다.이 두조건을 동시에 만족시키는 것도 있으나 어느 한 쪽은 만족시킬 수 있으나 다른 쪽에는 역효과를 줄 수 있는 것도 있음으로 각종 부자재의 적절한 선택사용이 수지 가공에 중요하다.


작업성 개선을 위한 부자재

EPOXY 수지의 사용목적, 용도, 조건등이 다양함으로 각 목적에 따라 경화속도의 가감, 점도 및 점성의 조절등 경화전 작업시 작업 할 수 있도록 하여야 함으로 이를 요약하여 보면 다음과 같이 분류 할 수 있다.

  1. 경화촉진제
  2. 희석제
  3. 충진제
  4. 기타 첨가제

 

1. 경화촉진제

일반적으로 많이 사용되는 경화 촉진 및 경화 지연을 시키는 화학기를 보면 다음과 같다.

촉진 효과가 있는 말단기 : -OH, -COOH, SO3H, -CONH2, -CONHR, -SO3NH2, SO3NHR

지연 효과가 있는 말단기 : -OR, -COOR, -SO3R, -CONR2, -CO, -CN, -NO2

경화촉진제로서 아민 및 산 경화에 유용한 화합물은

아민경화 -- Phenol, Cresol, NonylPhenol, Bisphnol-A 등의 페놀류와 DMP-30, PolyMercaptane

계열이 있고

산경화 -- Benzyl methylamine, DMP - 30, Pyridine, K-61B, Lewis-Acid, Lewis-Base

등이 있다.


일반적으로 아민 경화시 사용되는 촉진제는 -OH기를 갖는 화합물인 페놀 및 알킬페놀, 3급아민 등을 사용할 수 있으며, 저온 및 속경화 촉진제로는 -SH 기를 갖는 Mercaptane류를 사용하기도 한다.

2. 희석제

희석제는 EPOXY 수지나 경화제에 첨가하여 점도를 저하시키는 것이 주목적이며, 사용시 흐름성, 탈포성의 개선, 부품 세부에 침투의 개선등 또는 충진제를 효과적으로 첨가 할 수 있도록 하는 역할을 한다. 희석제는 일반적으로 용제와는 달리 휘발하지 않고, 수지 경화시에 경화물에 잔존하는 것으로 반응성과 비반응성의 희석제로 나뉜다. 여기서 반응성의 희석제는 에폭시기를 한개 또는 그 이상을 가지고 있고, 반응에 참여하여 경화물에 가교 구조로 들어가고 비반응성 희석제는 단지 경화물속에 물리적으로 혼합 및 분산만 되어 있는 상태로 있다.

(1) 반응성 희석제
일반적으로 반응성 희석제는 경화물의 기계적, 열적, 화학적, 전기적 특성을 저하시키므로 점도저하의 목적으로 사용할때만 1관능기를 갖는 희석제를 사용하는 것이 좋으며 가능한 한 다관능성 희석제를 사용하는 것이 물성 저하를 어느 정도 막을 수 있다. 일반적으로 많이 사용되는 반응성 희석제로는 Butyl Glycidyl Ether (BGE), Phenyl Glycidyl Ether(PGE), Aliphatic Glycidyl Ether(C12 -C14), Modifide-Tert-Carboxylic Dlycidyl Ester, 외에 여러가지가 있다.

(2) 비반응성 희석제
비반응성 희석제는 에폭시 수지나 경화제와 상용성이 좋고 저점도로 불휘발성이어야 하며, 경화물중에 화학적으로 결합된 것이 아니므로 과량사용하게 되면 표면에 석출 될수 있으므로 사용량의 결정은 충분히 실험 후에 결정하여야 한다. 일반적으로 사용되는 비 반응성 희석제로는 DiButylPhthalate(DBP), DiOctylPhthalate(DOP), Nonyl-Phenol, Hysol, 외에 많은 것들이 사용된다. 희석재의 선택에 있어서는 사용목적, 수지성분의 특성을 생각하는게 필요하고, 일반토목 관계의 용도에는 BGE 사용이 많고, 주형, 함침등의 전기특성을 요구하는 분야에는 BGE 보다는 PGE, CGE,SO등이 사용되고 있다. 희석재의 선택에 있어 희석효과 외에 요구되는 수지의 경화특성에의 변화에도 커다란 영향을 미친다. 이외에도 배합처방을 만들어 보기도하고 희석효과, 경화물 특성에 관한 영향, 안전성, 경제성등을 고려할 필요가 있다. 비반응성, 반응성희석제 단독으로의 사용은 없고, 비반응성, 반응성의 혼합사용없이 반응성 희석재 2-3종을 같이 쓰는 경우도 있다.


3.충진제

충진제는 주제나 경화제에 배합하여 경화수지의 기계적 특성을 향상시키는 것이 주 목적이며, 일반적으로 첨가량이 증가하면 기계적 특성은 향상된다. 충진제의 종류 및 기타 부자재의 영향은 있으나 배합량의 증가에 따라 일정한 점까지 향상되다가 오히려 떨어지게 되므로 실제로 실험후에 배합량을 결정하여야 한다.

충진제를 에폭시 수지에 사용하는 목적은

등의 역할을 하게 하는 것이 된다.

물론 위에 기술한 목적을 모두 만족하는 충진재는 존재 하지 않지만, 몇개의 목적을 겸하는 것은 있으며, 무기질인 것으로는 활석, 모래, 실리카, 탈크, 탄산칼슘, 등의 증량재, 마이카, 석영, Glass fiber 등의 보강성 충진재, 석영분, 그라파이트, 알루미나, Aerosil(칙소성 부여하는 목적), 등의 특수한 용도를 지닌 것이 있고, 금속질로는 알루미늄, 산화알루미늄, 철, 산화철, 구리 등의 열팽창계수, 내마모성, 열전도성, 접착성에 기여하는 것이나, 산화안티몬(SB2O3)등의 난연성을 부여하는 것, 티탄산 바륨,유기물로는 미세한 플라스틱球(페놀수지, 요소수지 등)과 같은 경량화용 충진재 등이있다.
이외에 생각하기에 따라서 보강성을 지닌 충진재로서 각종 유리布나 화학섬유포는 적층품의 제조에 있어서 넓은 의미의 충진재로서 취급할 수 있다.

일반적으로 충진재의 사용량은 가벼운 타입은 첨가시 수지의 점도를 매우 증대 시키므로 대개 25phr 이상 첨가하지 않는다. 중정도의 무게를 갖는 충진재는 보통 200phr까지 사용 할 수 있으며, 비중이 높은 충진재는 300-900phr 정도까지 첨가하기도 한다. 이 충진을 더 많이 하는 경우도 있지만, 그 경우는 수지 조성이 충진재 간의 바인더 역할 만을 하므로 수지내의 충진의 역할과는 다른 개념으로 생각해야 할 것이다.

충진재를 첨가한 수지는 충진재의 희석효과로 반응 그 자체가 느리게 되고, 반응발열에 의한 경화중의 최고발열온도를 제어하기 때문에 보다 큰 주형품을 만들 수가 있다. 충진재의 입도는 대개 200 - 350 메쉬(mesh)사이의 것이 널리 사용된다. 주의 할 점은 금속충진재 중의 일부는 경화반응을 억제하는 것이 있고, 또한 경화물을 고온에서는 분해하는 작용을 하는 것도 있으므로 주의할 필요가 있다.

일반적으로 충진제의 사용량 및 어떤 충진제를 사용할 것인가에 대한 선택은 어떤 용도로 사용되어 지며, 어떤 특성을 요구하는 지에 대한 정확한 이해가 필요하고, 실험에 의해 최적 phr수를 정하여야 한다.

수지에 요변성(Thixotropic;칙소성-요변성이란 수직면이나 침지법으로 부착 또는 적층재에 함침시킨 수지가 경화중에 흘러내리거나 유실되는 경우가 없도록 유동하고 있을 때는 액상, 정지상태에서는 고상의 성질을 갖는 것을 말한다.)을 부여하기 위해 단위표면적이 넓은 미세한 입자를 사용한다. 예를들면, 콜로이드상의 실리카(Aerosil)나 벤토나이트 계열의 점토질이 사용된다.


4. 기타 첨가제


(1) 조색제

수지에 색깔을 넣기 위해서는 안료 또는 염료가 사용된다. 액상 에폭시 수지는 일반적으로 안료에 대한 습윤성이 좋지만, 기계적인 혼합이나, 볼밀, 로울러 등으로 잘 그라인드하여 혼합하면 된다. 예를들면, 수지조성 쪽에 이산화티타늄을 넣고 경화제쪽에 오렌지, 그린 등과 같은 염료를 넣어 수지와 경화제의 혼합이 충분히 되었는지의 여부를 눈으로 쉽게 볼 수 있도록 하는 것은 수지를 혼합하면서 발생할 수 있는 교반 불량등을 줄일 수 있고, 경화후의 경화물의 색상을 원하는 대로 만들 수도 있다.
일반적으로 사용되는 안료로는 이산화티타늄, 카드뮴 레드, 샤닝 그린, 카본 블랙, 크롬 그린, 크롬 옐로우, 네비 블루, 샤닝 블루, 등외에 많은 조색제 들이 사용되어 진다. 또한 이 조색제 중에 일부는 수지와 반응하는 것도 있고, 경화시에 경화색상이 변색되는 것도 있으며, 일부는 수지의 물성에 영향을 끼치는 경우도 있다. 그러므로 주의를 기울여 사용하여야 할 것이다.

(2) 첨가제

첨가제는 극미량을 사용하여 수지의 특성을 개량하며, 경화시에 물성을 개량하고, 기포 및 광택도를 조정하기 위해 사용되어 진다. 일반적으로 사용되는 것은 수지의 기포를 제거하기 위한 목적으로 사용되어 지는 소포제 및 탈포제가 있고, 수지와 안료와의 분산효과를 증대시키기 위한 분산제, 에폭시 수지가 소재와의 밀착성을 좋게 하기 위한 Wetting 재, 점도 조절재, 수지의 광택도 조절을 위한 광택 조절제, 접착력을 향상 시키기 위한 첨가제, 전기적 성질을 부여하기 위한 첨가제, 등등 수많은 첨가제 들이 있으며, 이러한 것들은 사용하고자 하는 용도에 따라 또한 수지의 조성에 따라 적절히 사용되어야 한다. 이러한 것들은 필히 실험에 의해 사용량을 정하여야 한다.



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