에폭시 수지의 경화제와 촉매에 대해 조금 더 자세하게 기술하자면 다음과 같습니다.
에폭시 경화제 종류는 간단히 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
1 아민계 경화제
- 지방족계
- 방향족계
2. 산무수물계 경화제
아래 표는 아민계 경화제를 나타낸 것입니다.
| 화합물명 | 분자량 | 점도 (mPa·S)(25℃) | 녹는점 (℃) | |
| 지방족계 | Diethylenetriamine (DETA) | 103 | 6~8 | |
| Triethylenetetraamine (TETA) | 146 | 20 | ||
| N-aminoethylpiperazine (N-AEP) | 129 | |||
| 방향족계 | M-phenylenediamine (m-PDA) | 108 | 63 | |
| 4,4'-diaminodiphenylmethane (DDM) | 198 | 90 | ||
| 4,4'-diaminodiphenylsulone (DDS) | 248 | 175 | ||
다음 표는 산무수물계 경화제를 나타낸 것입니다. 산무수물계 경화제는 촉매가 존재하지 않는 경우에는 아민계 경화제보다도 비교적 반응이 늦고, 경화에 고온 및 장시간을 필요로 합니다. 하지만, 발열반응을 억압하면서 경화를 행하는 것이 가능하고, 경화물의 기계적 성질(특히 파단 연신)이 우수하기 때문에 filament winding용 수지의 경화제로서 잘 사용됩니다.
| 화합물명 | 분자량 | 점도 (mPa·S)(25℃) | 녹는점 (℃) |
| Methyl nadic anhydrice (MNA) | 178 | 150 ~ 300 | |
| Hexahydrophthalic anhydride (HHPA) | 154 | 35~37 | |
| Tetrahydrophthalic anhydrice (THPA) | 152 | 99~101 | |
| Phthalic anhydride (PA) | 148 | 131 | |
| Dodecenylsccinic anhydride (DDSA) | 266 | 200~600 | |
| Chirorendic anhydride (HET) | 371 | 239~240 | |
| Pyromelitic dianhydride (PMDA) | 218 | 286 |
경화제 외에 에폭시 수지 경화에 촉매가 사용되기도 합니다. 촉매로서는 Lewis 산형과 Lewis 염기형의 화합물이 대표적으로 사용됩니다. 이들 중에서도 Lewis 산형의 삼불화 붕소 monoethylamine은 잠재성을 갖춘 단독 중합 촉매로서 잘 사용되는 촉매 중 하나입니다. Lewis 염기형의 화합물에는 3급 아민이나 imidazole 화합물이 단독 중합용 촉매 또는 산무수물의 경화 촉진용 촉매로서 사용됩니다.
다음 표는 에폭시 경화에 사용되는 촉매를 나타낸 것입니다.
| 화합물명 | 녹는점 (℃) | 비점 (℃) | 수지로서의 첨가량 (Phr) |
| Boron trifluoride monoethyl amine (BF_3 · MEA) | 86~89 | 1~5 | |
| Benzyl dimethyl amine (BDMA) | 180 | 1~1.5 | |
| 2-ethyl 4-methyl imidazole (2, 4-EMI) | 41 | 1~4 | |
| 2,4,6-tris(dimethylaminomethyl)phenol(TAP) | 160 (1.5mmHg) | 2~5 |
경화제와 촉매를 첨가하기 위해선 첨가량을 계산해야 합니다.
PHR(Part per Hundred Resin)은 열경화성 수지에서 주제 100g에 대한 경화제 및 촉매를 몇 g 넣어야 경화가 완전하게 이루어지는가를 결정하는 첨가량입니다. 에폭시 수지인 경우 그 첨가량은 에폭시의 당량 및 경화제의 종류에 따라 달라집니다.
(1) 경화제가 아민계인 경우 PHR 계산
PHR = (아민의 당량/에폭시의 당량) * 100
아민의 당량 = (아민의 분자량/아민의 활성수소의 수)
에폭시의 당량 = (에폭시의 분자량/에폭시기의 수)
에폭시의 당량은 제조회사의 데이터 시트에 제공됩니다. 보통 epikotte 828의 당량은 185 g/eq정도이며, epikotte 828에 해당하는 국도(주)의 YD-128은 184~190 g/eq입니다.
예를 들어, 에폭시의 당량이 187 g/eq일 때 경화제 m-PDA는 얼마를 혼합해야 경화가 완전히 일어나는지 계산해보면 다음과 같습니다.
아민의 당량 = 108/4 = 27 g/eq
따라서 PHR = (27/187)*100 ≒ 14.44입니다. 이는 에폭시 100 g에 m-PDA 14.44 g을 혼합하면 완전히 경화가 이루어진다는 것을 의미합니다.
(2) 경화제가 산무수물인 경우 PHR 계산
PHR = a * (산무수물 당량/에폭시 당량) *100
a = (산무수물 mole/에폭시기의 수)
산무수물 당량 = (산무수물의 분자량/산무수물기의 수)
실제로 a는 경화 촉진제가 없는 경우는 0.85, 산을 촉진제로 사용하는 경우는 0.55, 아민을 촉진제로 사용하는 경우는 1.0입니다. 여기서 경화제를 과소하게 첨가하면 상대적으로 연한 에폭시 수지를 얻을 수 있어 보통 경화제는 이론값의 90% 정도 첨가하고, 경화제를 과도하게 첨가해도 결합할 상대가 없어서 결합을 못한 분자는 재질을 연화시킵니다.
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