도장에 관한 이야기 27 - 에폭시 수지 (EPOXY RESIN) 란?

Epoxy 수지란?

 

1. Epoxy 수지의 정의

에폭시 수지라고 총칭되는 것은 그것을 구성하고 있는 분자의 화학적인 단위로서 반드시 에폭시 결합

을 갖고 있다.

 

에피클로로히드린과 비스페놀 A를 중합하여 만든 것이 대표적이며, 에폭시 수지를 단독으로 사용하는 일은 없으며, 경화제를 다시 첨가하여 열경화성(Thermoset)의 물질로 변화시켜 사용되므로 보통 수지의 중간체라고 생각하는 것이 적당할 것이다.

 

2. Epoxy 수지의 어원

에폭시란 희랍어의 "넘어서" 또는 "사이에"란 뜻과 영어의 "산소"의 합성어로서, 소위 산소를 사이에 둔 화합물을 말하며,

라는 구조를 갖는 화합물의 총칭이다.

 

3. Epoxy 수지의 장점

1. 수지는 경화에 있어 반응 수축이 매우 작고 또한 휘발물을 발생하지 않는다.

2. 경화 수지의 전기적 성질이 매우 우수한 성질을 지닌다.

3. 경화 수지의 기계적 성질이 우수할 뿐만 아니라 치수 안정성이 매우 좋다.

4. 기계 가공성이 좋은 것을 만들 수가 있다.

5. 내수성 , 내 약품성이 우수하다.

6. 가소성이 우수한 성질을 부여할 수 있다.

7. 내 마모성이 우수한 성질을 부여할 수 있다.

8. 각종의 충진재 , 예를 들면 , 무기 , 유기 , 금속분말 , 모래 등을 매우 다량 첨가할 수 있다.

9. 금속 , 목재 , 시멘트 , 유리 , 플라스틱 등 거의 모든 것에 접착시킬 수가 있고 , 또한 가령 금속과 시멘트 등 이종 물질 간의 접착에 사용할 수 있다.

10. 저장 안정성이 높고 경화제를 혼합하지 않으면 기후 , 온도에 관계없이 장기간의 보관이 가능하다.

 

4. 에폭시 수지의 단점

1. 황변 현상 (Yellowing) 이 일어난다.

2. 경화시간이 길다. (단축은 가능하나 작업성이 문제)

3. 결정성 Polymer 나 극성이 없는 Polymer (PE, PP, Silicon, Acryl) 에는 접착이 불량하다.

4. 주제 및 경화제를 혼용하여야만 한다.

 

에폭시 수지의 경화 반응과 방법에 따른 고찰

에폭시 수지의 장점 중 하나는 상온에서 쉽게 열경화성의 물질로 만들 수 있다는 것이며 , 이러한 현상 경화 을 에폭시 수지의 경화라 한다. 이렇게 경화하기 위해서는 소위 경화제라고 하는 것이 사용되는데 , 경화제는 에폭시와 반응하기 쉬운 물질들이 쓰인다. 경화제는 일반적으로 촉매와는 다른 개념으로 촉매는 반응을 일으키기는 하지만 반응물에 직접 반응을 하여 고분자의 한 부분으로 존재하지는 않는 것이며 , 경화제는 반응을 통해 직접 반응물의 한 부분이 되는 것이다.

 

경화 반응은 발열반응이어서 반응이 개시되면서부터 열이 발생한다. 그러나 반응을 시키기 위해서는 가열을 필요로 하는 경우도 있다.

 

일반적으로 가열하면 그 가열온도에 비례하여 경화 반응을 완결시키는데 필요한 시간을 단축시킬 수가 있다. 그러나 온도가 너무 높은 상태에서 경화를 시키면 경화물의 물성이 저하되는 경향이 크다. 그래서 적절한 온도의 선택이 중요하다.

 

대개 순도가 높은 에폭시 수지는 200 도 이하에서는 화학적으로 매우 안정한 화합물로 존재하며 , 열가소성의 성질도 지니고 있다. 이것이 경화 반응을 통해 3차원 망상 구조를 가지게 된다.

 

현재까지 많은 사람들의 연구를 통해 에폭시 수지의 경화 반응은 대개 3 종류로 대별할 수 있다.

 

1. 에폭시기 끼리의 결합반응

2. 에폭시기의 지방족계 또는 방향족계의 수산기 OH)를 지닌 화합물에 의한 결합반응

3. 에폭시기의 경화제에 의한 가교 결합반응

등이 있다.

 

Epoxy 수지의 용도

1. 전기, 전자 - 주형 적층 절연재 , Molding 접착 등의 용도

2. 토목, 건축 - 접착 콘크리트 라이닝 , 바닥재 , 도로 , 방수 , 그라우팅 등등

3. 접착 - 접착 , 충전 , 연마재

4. 수지 금형 , 적층 - 공구 , 필라켄트 와인딩 , 금형 등등

5. Coating - 통조림 , 드럼관의 내외 코팅 , 금속 플레이트 등의 도장 , 액세서리 코팅

6. 일반 도료 - 자동차 , 전기 가스기기 , 기계 , Steel 등의 도장

7. 보호도장 - 내약 , 내식 , 도장 라이닝 , 등의 일반 용도

8. 선박도료 - 선체 , 선내 탱크 , 파이프 , 상부구조 , 기관부 등의 도장 라이닝

9. 기타 여러 가지

 

Epoxy 수지의 종류

에폭시 수지의 종류는 아래에 있는 것들로 대별할 수 있습니다.

 

1. 일반 비스페놀 A 형 에폭시 (DGEBA Type Epoxy)

2. 비스페놀 F 형 에폭시 (DGEBF Type Epoxy)

3. Novolac Type Epoxy

4. 난연성 에폭시 (Brominated Epoxy)

5. Cycloaliphatic Epoxy

6. Rubber Modified Epoxy

7. Aliphatic Polyglycidyl Type Epoxy

8. Glycidyl Amine Type Epoxy

9. 기타

 

비스페놀 A 형 에폭시는 대표적인 에폭시 type입니다.

제조방법은 대체적으로 BPA(Bisphenol A)와 ECH (Epichlorohydrine)을 반응시켜 만듭니다.

직접법과 간접법이 있으며 촉매로는 NaOH 가 사용됩니다.

 

성상에 따라 액상과 반고상 , 고상 , 그리고 반응성 희 석재를 첨가한 희석형과 용제를 첨가한 용제형이 있습니다

 

일반적으로 이 Type의 수지는 벤젠핵 (Bisphenol) 이 있기 때문에 자유회전이 힘들다.

이것이 내약품성과 접착성 강인성 고온 특성을 좋게 한다.

또한 분자 내에 Ether 기를 가지고 있어 내약품성이 우수하고 , 가소성이 있다.

친수성의 수산기와 소수성의 탄화수소기가 규칙적으로 배열되어 있어 접착성이 우수하다.

 

에폭시 수지용 경화제

Epoxy 수지는 단독으로 사용되는 경우는 거의 없고 경화제와 배합하여 3차원의 열경화성 물질로 경화시켜 사용됨으로, 그 성능은 경화제의 선택에 크게 좌우된다. 에폭시 수지의 경화제는 종류에 따라 사용량이 수 PHR로부터 거의 동량 사용되는 것까지 등으로 다양하며 경화물의 성질 , 혼합하였을 때 가사시간, 점도, 경화 온도, 경화시간, 발열 등 사용하는 경화제의 종류에 따라 차이가 있으므로 작업성과 경화물의 성능을 검토, 에폭시 수지의 선택과 함께 신중히 선택하여야 한다.

 

경화제를 사용할 때 다음 사항에 유의하여야 한다.

1. 작업온도에서 점도 , 가사시간 , 발열 , 독성 등과 경화 시의 작업성

2. 필요한 경화 온도 및 post cure의 온도 및 시간

3. 경화물이 필요로 하는 물리적 기계적 전기적 화학적 성질

4. 경화제의 가격

 

경화제를 분류하여 보면 경화제는 반응 기구, 경화 온도, 화학구조 등에 따라 다음과 같이 분류한다.

1. 반응 기구에 의한 분류

  (1). 촉매적으로 작용하는 것 : 제3 아민류 , Imidazole 류

  (2). 에폭시의 관능기와 화학 양론적으로 반응하는 것 : 폴리아민 , 산무수물

 

2. 경화 온도에 의한 분류

  (1). 상온 경화 : Diethylene Triamine 등등

  (2). 중 온 경화 : Diethyl amino propylamine 등 등

  (3). 고온 경화 : Phthalic acid anhydride 등등

 

3. 화학구조에 의한 분류

  (1). Amine 류

    1). Aliphatic amine

    2). Modifide Aliphatic amine

    3). Aromatic amine

    4). 제3 급 아민

  (2). 산무수물 : Phthalic Anhydride

  (3). Polyamide 수지

  (4). Polysulfide 수지

  (5). Bf3 Amine Complex

  (6). 합성수지 초기 화합물 : Phenol 수지

  (7). 기타 : Dicyandiamide

 

아민계 경화제

에폭시 수지의 경화제로서 가장 많이 사용되는 것이 아민류이다.

Amine 에는 Ammonia(NH3)의 수소가 탄화수소로 치환된 수에 따라 제1(R-NH2) 아민, 제2(R-NH-R) 아민 , 제3(R3-N) 아민이 있으며, 1 분자 내에 Amino 기의 수에 따라 Monoamine, Diamine, Polyamine이라 하고, 치환된 탄화수소 ( 의 종류에 따라 Aliphatic amine, Aromatic amine으로 분류한다.

 

지방족 Polyamine

Aliphatic Polyamine 은 Glycidyl Ether 형, Glycidyl Ester 형 Epoxy 와는 반응이 빠르고 발열이 심하며, 가사시간이 짧다. Polyolefine 계 Epoxy와는 반응이 늦고 상온 경화가 되지 않음으로 가열 또는 산성 촉진제를 사용하거나 이를 함께 사용하여 일함으로 별로 사용되지 않는다. 제3 아민을 촉진제로 사용할 경우에는 정량보다 줄이고 경화 촉진이나 저온에서 경화시켜야 할 경우에는 Phenol류, Triphenyl phosphite , DMP-30 등을 사용한다. Polyamine의 경화물 물성은 열변형 온도 이하에서는 거의 같으며 일반적으로 강인하고 접착성이 좋으며 , Alkali 및 산에 강하고 내수, 내용제성이 좋다. 상온 경화된 것도 후경화시키면 경화물의 성능이 좋아진다.

 

다음으로 각 물질별의 특징을 대표적인 것만을 기준으로 간략하게 기술한다.

Diethylene Triamine (DETA) Triethylene Tetramine (TETA)

자극성의 저점도 액체로서 Glycidyl Ether 형 수지를 상온 및 속경화를 필요로 할 때 사용한다. 경화는 빠르지만 가사시간이 너무 짧고 급격히 발열하기 때문에 대량으로 사용하는 것에는 부적합하다.

 

Diethylamino propyl amine (DEAPA)

1 분자 중에 Primar y amine과 Tertiary amine을 같이 갖는 경화제로서 DETA와 비슷하나 가사시간이 길다. 증기압이 커서 독성이 크다. 경화물의 특성은 DETA와 비슷하나 전기특성 저온 특성과 점착성은 좋고 내열성 , 내약품성은 떨어진다. 완전 경화에는 가열할 필요가 있으나 분자량이 큰 에폭시와는 수산기와의 촉진 효과 때문에 상온 경화도 가능하다.

 

Menthane diamine (MDA)

저점도로 수지와 혼합이 용이하며 가사시간이 길고 가열하면 속히 경화된다. 투명화하면 열변형 온도가 150 C 이상 높아 열안정성이 우수하다. DETA 등과 경화물 물성은 비슷하며 독성이 적다. 공기 중의 CO2를 쉽게 흡수함으로 가열 경화 시 발포되기 쉬운 결점이 있다.

 

N-aminoethyl piperazine (N-AEP)

1 분자 중에 제1, 제2, 제3 아민을 같이 갖는 지환족 아민으로 경화에는 제1, 제2 아민이 작용한다. 무색투명한 고비점 액체로 특성은 DETA와 유사하나 경화물의 내충격성이 좋다.

 

M-x ylene diamine (MXDA)

방향족 기를 갖는 지방족 diamine으로 상온 경화가 되며 내열성이 좋은 특성이 있다. DETA, TETA에 비해 자극성이나 독성이 적고 , 가사시간이 비교적 길며 점도가 낮다. 경화물의 일반 특성은 거의 같다. 공기 중의 CO2를 쉽게 흡수함으로 과열 경화 시 발포에 주의하여야 한다.

 

Isophorone diamine (IPDA)

무색의 저점도 액체로 pot life 가 길고 여러 면에서 MDA와 비슷하다. 상온 경화도 가능하나 후경화가 필요하다. 후경화 시키면 무색투명한 경화물이 되어 광통신 재료 , 내열성 RIM의 경화에 쓰이며 가열 경화물은 HDT 가 높고 내약품성 등 물성이 우수하다.

 

변성 지방족 폴리아민

아민을 변성시키는 목적은 가사시간의 연장 , 경화 속도의 조정 , 에폭시와의 상용성 향상 , 공기 중 CO2의 흡수 억제 , 독성의 감소 , 수지에 대한 첨가량 증대로 계량 및 혼합을 용이하게 하는 등의 작업성을 향상시키기 위해 행해지며 , 일반적으로 지방족 아민을 변성시켜 사용하고 있다.

 

일반적으로 사용하고 있는 방법은

1. 에폭시 수지와의 ADDUCT

2. Ethylene Oxide, Propylene Oxide 와의 Adduct

3. cyanoethyl 화 polyamine

4. ketone 봉쇄 polyamine 등

을 들 수 있으며, 이들로 경화시킨 경화물의 특성은 원래의 Polyamine으로 경화시킨 것과 거의 같다.

 

Epoxy Polyamine Adduct

에폭시 수지와 DETA 같은 Polyamine을 과잉으로 반응시켜 에폭시기를 거의 소비시켜 남는 amino 기의 활성수소를 이용하여 adduct 물을 만든 것으로 사용한 수지의 상태에 따라 액상 및 고상으로 된다. 경화물의 물성은 사용된 아민의 경화물과 유사하다. 저휘발성으로 아민의 냄새가 적고 발열에 의한 발포의 위험이 적고 첨가량이 많아져서 계량이 쉬워 작업 이 용이하다. 습기에 민감하지 않고 점도가 높다.

 

Ethylene 또는 Propylene Oxide와 Polyamine adduct

DETA와 같은 Polyamine 은 물의 존재하에서 Ethylene Oxide 등과 쉽게 반응하여 Adduct를 만든다. 점도가 낮아 실온에서 수지와 쉽게 혼합되며 수산기 함량이 많음으로 경화가 빠르다. 휘발성이 적어 자극성이 적다. 상온 경화가 가능하나 경화물의 물리적 , 화학적 , 전기적 성질은 사용한 아민의 경화물 보다 떨어진다. 흡습성이 강하므로 밀봉하여 보관하여야 한다.

 

Cyanoethyl 화 Polyamine

Polyamine을 아크릴로 니트릴과 Cyanoethyl 화 시킨 Polyamine으로 반응 정도에 따라 반응성과 경화물의 성질이 다르다. Cyanoethyl 화 시키면 반응성이 적어져 Pot life 가 길어지며 습기에 민감하지 않게 된다. Cyanoethyl 화가 많아지면 발열 온도는 낮아진다. 경화물의 물성을 좋게 하려면 후 경화시킨다. 경화물의 물성 은 원래의 Polyamine이나 Ethylene Oxide Adduct 보다 못하다. Cyanoethyl 화가 많을수록 전기적 성질은 저하되나 내약품성 내용제성은 좋아진다.

 

Ketone 봉쇄 Polyamine (Ketimine)

DETA와 2 mol의 Ketone과 반응시키면 2 개의 제1 아민이 봉쇄된 화합물을 만들고 다시 Phenyl Glycidyl Ether 등과 반응시키면 제2 아민도 봉쇄된다. 이 화합물은 에폭시 수지와 섞어도 반응하지 않지만 도료로써 도포하면 공기 중의 습기로 제1 아민을 재생시켜 경화시키고 생성된 ketone 은 표면에서 증발된다. pot life 가 8 시간 이상되며 film 상으로 되면 실온에서 수시간에 경화된다. 도료에서는 따로 만들지 않고 아민과 경화제의 혼합물을 사용하는 경우가 많다.

 

Aromatic amine

Aliphatic amine에 비하여 염기성이 약하고 Aromatic ring의 입체 장해 경화중 B-stage에서 고융점의 고체로 되기 때문에 반응이 늦고 가열 경화시킬 필요가 있다. Phenol류나 BF3 Complex 같은 산성 촉진제를 쓰기도 한다. 경화는 보통 2단계로 시키는데 1단계는 발열이 적도록 저온에서 하고 2단계는 최고의 성능을 갖도록 고온에서 처리한다. 2단계로 하는 것이 한 번에 끝내는 것보다 좋은 경화물을 얻을 수 있다. 이를 이용 수지와 초기 반응시켜 B-stage를 만들어 이상태에서 반응이 지연되는 것을 이용 사용 시 가열 유동성으로 하여 성형시켜 불용성의 경화물을 만드는 건식 적층 성형재료, 분체도료 등에 유용하게 이용할 수 있다.

 

Aromatic amine 경화제는 화학 양론 또는 약간 과잉을 사용하나 촉진제를 사용할 경우에는 조금 적게 사용한다. Aromatic amine은 거의 고체로 수지와의 혼합은 가열하여야 됨으로 가사시간이 짧아 바로 냉각시키든가, 공융물, Adduct 또는 용제로 희석 액상으로 하여 사용한다. 이들의 물성은 거의 같으며 Aliphatic amine 보다 내열성, 내약품성이 좋다. 산무수물의 경화물보다는 내열성이 떨어지나 내약품성, 특히 내 알칼리성, 내용제성이 좋다.

 

Meta phenylene Diamine (MPD)

Aromatic amine 중 가장 널리 사용되는 것으로 경화물의 내열 , 내약품성 , 전기적 특성이 우수하며 , 고온에서도 그 성능이 좋으나 경화물의 착색이 심하다.

 

Dimethyl aniline (DAM or DDM)

경화물의 물성은 MPD와 거의 같으나 착색과 독성이 적고 반응은 조금 완만하다.

 

Diamino Diphenyl Sulfone (DDS)

DDS는 염기성이 적어 반응이 완만하며 가사시간이 100 도에서 3 시간 정도 된다. 촉진제를 안을 경우 화학 양론의 약 10 % 과잉으로 쓸 때 최량의 경화물을 얻을 수 있으며 Amine 계 경화제 중에서 HDT 가 가장 높아 고온에서도 강도를 유지한다.

 

Aromatic amine 공융물

Aromatic amine 은 고체임으로 수지와 혼합 시 가열하여야 됨으로 취급이 곤란하고 가사시간도 짧기 때문에 이의 해결 방법으로 공융물이 사용된다. 널리 사용되는 것은 60 75% 의 MPD와 40 25% 의 DDM의 공융혼합물이며 Phenol 류 또는 Monoepoxy 화합물로 안정화시킨 것도 있다. 공융물은 수지와 혼합이 실온에서 가능하며 가사 시간이 길어 작업성이 좋으며 경화물의 물성은 단독 경화물과 거의 같다.

 

Aromatic amine adduct

Aliphatic amine이나 마찬가지로 Stylene Oxide, Phenyl glycidyl Ether, Glycidyl Ether 형 Epoxy의 Adduct 등이 사용된다. Dimethyl Acetoamide, Dimethylformamide 같은 용제로 액화시킨 것도 있다. 경화물의 물성은 미 변형시킨 것보다 저하된다.

 

제3 급 아민 및 제2 급 아민

제3 아민은 아민의 활성수소가 전부 탄화수소로 치환된 것이기 때문에 에폭시기와 부가 반응은 할 수 없고 에폭시기의 중합 촉매로서 작용한다. 제3 아민은 중합 촉매로 사용하기 때문에 배합량은 일정 경화제에 의해 결정되어진다. 경화성은 염기도가 클수록 크다. 

제3 아민은 배합량, 함수량, 특히 경화 온도와 경화 속도, 발열과 경화물의 성질에 커다란 영향을 끼치고 특히 대형 주형에는 발열 때문에 외부와 중심부에 성질의 차이가 생기기 때문에 단독으로 주형에 사용되는 예는 거의 없다. 

제3 아민은 경화제로서의 실용성은 작고, 산무수물 경화제의 촉진제로서 대단히 중요한 화합물이다. 폴리아민과 폴리아미드 경화제의 촉진제 또는 공용 경화제로서도 유용하다. 

제3 아민은 강염기이기 때문에 독성과 피부 자극이 강하고 제1 아민 보다 상당히 비점이 낮고, 증기압이 높기 때문에 취급에 주의할 필요가 있다. 

제2 아민은 먼저 에폭시와 반응하여 제3 아민을 생성시키고 생성된 제3 아민이 촉매적으로 작용된다. 중요한 것으로는 Dimethyl aminomethyl phenol (DMP-10), Tris-(Dimethylaminomethyl) phenol (DMP-30) , DMP-30의 염, Benzyl Dimethyl Amine (BDMA),... 등이 있다.

 

배 합 용 부 자 재

EPOXY 수지는 경화제를 배합하면 경화의 목적은 달성할 수 있으나 사용목적, 용도, 조건 등에 부합되지는 않음으로 이를 충족키 위하여는 부자재가 필요하다. 부자재의 사용목적은 경화 전 사용조건 및 작업조건에 적합하도록 변성시키는 것과, 경화된 수지에 특성을 부여할 목적으로 사용된다. 이 두 조건을 동시에 만족시키는 것도 있으나 어느 한쪽은 만족시킬 수 있으나 다른 쪽에는 역효과를 줄 수 있는 것도 있음으로 각종 부자재의 적절한 선택 사용이 수지 가공에 중요하다.

 

작업성 개선을 위한 부자재

EPOXY 수지의 사용목적, 용도, 조건 등이 다양함으로 각 목적에 따라 경화 속도의 가감, 점도 및 점성의 조절 등 경화 전 작업 시 작업할 수 있도록 하여야 하므로 이를 요약하여 보면 다음과 같이 분류할 수 있다.

 

1. 경화 촉진제

2. 희석제

3. 충진제

4. 기타 첨가제

 

1. 경화 촉진제

EPOXY 수지의 상온 경화는 보통 15℃ 이상의 온도를 요하고 경화시간은 24시간 또는 그 이상을 필요로 하기 때문에 속경화 및 저온 경화가 필요할 때에 사용된다. 경우에 따라서는 오히려 경화시간을 지연시킬 필요도 있다.

 

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

 

경화 촉진제로서 아민 및 산 경화에 유용한 화합물은

 

아민 경화 -- 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 -OH 기를 갖는 화합물인 페놀 및 알킬페놀, 3급 아민 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, 사용 시 흐름성, 탈포성의 개선, 부품 세부에 침투의 개선 등 또는 충진제를 효과적으로 첨가할 수 있도록 하는 역할을 한다. 희석제는 일반적으로 용제와는 달리 휘발하지 않고, 수지 경화 시에 경화물에 잔존하는 것으로 반응성과 비 반응성의 희석제로 나뉜다. 여기서 반응성의 희석제는 에폭시기를 한 개 또는 그 이상을 가지고 있고, 반응에 참여하여 경화물에 가교 구조로 들어가고 비 반응성 희석제는 단지 경화 물속에 물리적으로 혼합 및 분산만 되어 있는 상태로 있다.

 

(1) 반응성 희석제 

일반적으로 반응성 희석제는 경화물의 기계적, 열적, 화학적, 전기적 특성을 저하시키므로 점도 저하의 목적으로 사용할 때만 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 여러 가지가 있다.

 

(2) 비반응성 희석제 

비반응성 희석제는 에폭시 수지나 경화제와 상용성이 좋고 저점도로 불휘발성이어야 하며, 경화물 중에 화학적으로 결합된 것이 아니므로 과량 사용하게 되면 표면에 석출 될 수 있으므로 사용량의 결정은 충분히 실험 후에 결정하여야 한다. 일반적으로 사용되는 비 반응성 희석제로는 iButylPhthalate(DBP), DiOctylPhthalate(DOP), Nonyl-Phenol, Hysol, 외에 많은 것들이 사용된다. 희석재의 선택에 있어서는 사용목적, 수지 성분의 특성을 생각하는 게 필요하고, 일반토목 관계의 용도에는 BGE 사용이 많고, 주형, 함침 등의 전기특성을 요구하는 분야에는 BGE 보다는 PGE, CGE, SO 등이 사용되고 있다. 희석재의 선택에 있어 희석효과 외에 요구되는 수지의 경화 특성에의 변화에도 커다란 영향을 미친다. 이외에도 배합 처방을 만들어 보기도 하고 희석효과, 경화물 특성에 관한 영향, 안전성, 경제성 등을 고려할 필요가 있다. 비반응성, 반응성 희석제 단독으로의 사용은 없고, 비반응성, 반응성의 혼합사용 없이 반응성 희석재 2-3종을 같이 쓰는 경우도 있다.

 

3. 충진제

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

 

충진제를 에폭시 수지에 사용하는 목적은

 

· 원가 절감

·  열팽창률의 감소

·  경화 수축률의 감소

·  경화 시의 발열을 제어

·  접착성의 개선 등이 주목적이며 , 그 외에

·  칙소성 ( 을 수지 조성에 부여하는 것

·  경화물에 난연성 부여

·  내 약품성을 강하게 하는 것

·  열전도성의 향상

·  경화 중의 가사시간 연장

·  충전재에 따라 기계적 강도의 증대

·  경화물의 전기적 성질의 개선

·  경량 충전재의 사용으로 주형물의 경량화

·  내 마모성의 향상

 

등의 역할을 하게 하는 것이 된다.

물론 위에 기술한 목적을 모두 만족하는 충진재는 존재하지 않지만, 몇 개의 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 열팽창 계수, 내마모성, 열전도성, 접착성에 기여하는 것이나, 산화안티몬(SB2O3)등의 난연성을 부여하는 것, 티탄산바륨, 유기물로는 미세한 플라스틱球(페놀수지, 요소수지 등)과 같은 경량화용 충진재 등이 있다. 

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 첨가 시 수지의 점도를 매우 증대시키므로 대개 25 phr 이상 첨가하지 않는다. 중정도의 무게를 갖는 충진재는 보통 200 phr까지 사용할 수 있으며, 비중이 높은 충진재는 300-900 phr 정도까지 첨가하기도 한다. 이 충진을 더 많이 하는 경우도 있지만, 그 경우는 수지 조성이 충진재 간의 바인더 역할 만을 하므로 수지 내의 충진의 역할과는 다른 개념으로 생각해야 할 것이다.

 

충진재를 첨가한 수지는 충진재의 희석효과로 반응 그 자체가 느리게 되고, 반응 발열에 의한 경화 중의 최고 발열 온도를 제어하기 때문에 보다 큰 주형품을 만들 수가 있다. 충진재의 입도는 대개 200 - 350 메쉬(mesh) 사이의 것이 널리 사용된다. 주의할 점은 금속 충진재 중의 일부는 경화 반응을 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 사용되어지며, 어떤 특성을 요구하는지에 대한 정확한 이해가 필요하고, 실험에 의해 최적 phr 수를 정하여야 한다.

 

수지에 요변성(Thixotropic;칙소성-요변성이란 수직면이나 침지법으로 부착 또는 적층재에 함침 시킨 수지가 경화 중에 흘러내리거나 유실되는 경우가 없도록 유동하고 있을 때는 액상, 정지상태에서는 고상의 성질을 갖는 것을 말한다.)을 부여하기 위해 단위 표면적이 넓은 미세한 입자를 사용한다. 예를 들면, 콜로이드 상의 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 그라인드 하여 혼합하면 된다. 예를 들면, 수지 조성 쪽에 이산화티타늄을 넣고 경화제 쪽에 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 불량 등을 줄일 수 있고, 경화 후의 경화물의 색상을 원하는 대로 만들 수도 있다. 일반적으로 사용되는 안료로는 이산화티타늄, 카드뮴 레드, 샤닝 그린, 카본 블랙, 크롬 그린, 크롬 옐로, 네비 블루, 샤닝 블루, 등외에 많은 조색제 들이 사용되어진다. 또한 이 조색제 중에 일부는 수지와 반응하는 것도 있고, 경화 시에 경화 색상이 변색되는 것도 있으며, 일부는 수지의 물성에 영향을 끼치는 경우도 있다. 그러므로 주의를 기울여 사용하여야 할 것이다.

 

(2) 첨가제

첨가제는 극미량을 사용하여 수지의 특성을 개량하며, 경화 시에 물성을 개량하고, 기포 및 광택도를 조정하기 위해 사용되어진다. 일반적으로 사용되는 것은 수지의 기포를 제거하기 위한 목적으로 사용되어지는 소포제 및 탈포제가 있고, 수지와 안료와의 분산 효과를 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 첨가제들이 있으며, 이러한 것들은 사용하고자 하는 용도에 따라 또한 수지의 조성에 따라 적절히 사용되어야 한다. 이러한 것들은 필히 실험에 의해 사용량을 정하여야 한다.