올리고머 길이가 다른 에폭시 수지 경화물의 구조 모델

 

에폭시 수지는 경화 과정에서 일반적으로 직쇄상, 곁사슬을 갖는 사슬 모양 경화물, 가교를 갖는 경화물의 3단계를 갖습니다. 여기서 접착성과 같은 물성이 나타나고 발달하는 것은 망상 사슬이 형성된 후입니다. 단, 사슬상 경화물이라도 분자량이 큰 경우에는 이들 물성이 나타납니다.
이 망상 사슬 중에는 사용한 올리고머나 경화제도 넣어지게 되므로 경화물의 성질은 올리고머나 경화제의 구조와 가교 망목의 조밀에 지배되게 됩니다.
이러한 사고 방식에서 분자 사슬의 길이가 다른 비스페놀형 에폭시 수지를 동일 경화제(DDM)로 경화해서 가교 망목의 거칠음이 다른 것을 유도하여, 망상 사슬의 조밀과 경화물 성질과의 관계가 구해졌습니다. 상기그림서 알 수 있듯이 이들 수지는 분자 사슬의 양쪽 말단에 에폭시기를 가지고 있으며 분자량은 380에서 2900의 범위를 나타냈습니다.
이들 올리고머는 말단의 에폭시기로 반응하고, 가교는 형성된 수산기 또는 아미노기에 의해서만 행해집니다. 이 가교점을 화살표로 나타내고 비스페놀 골핵을 4각으로 표시하여 모델화한 것이 상기그림 입니다. 가교점은 위와 같이 정해져 있기 때문에, 올리고머 사슬의 길이는 그대로 망목의 조밀을 지배하게 됩니다.

 

경화 에폭시수지의 동력학적 성질

 

상기그림은 사용된 경화제의 동역학적 성질을 나타낸 것입니다. 그림에서 보이는 것 같이 올리고머 사슬이 짧은(n : 0.1) 경화물이 가장 높은 유리 전이 온도 Tg를 나타내며 반응률도 높고, 감쇠 tanδ의 극대값은 가장 작습니다. 즉 경화물의 망상 사슬이 치밀할수록 Tg는 높고 분자 사슬의 구속력도 강합니다.
또한 올리고머의 구조가 달라도 탄성률 곡선이나 감쇠 곡선이 각각 아주 유사한 형태를 하고 있음을 알 수 있습니다.
유리상 영역(< Tg)의 탄성률은 Tg(t - Tg=0)보다 저온일수록 크고, 고무상 영역(> Tg)의 탄성률은 올리고머 사슬이 짧고 가교 밀도가 높을수록 큽니다. 또 감쇠는 어느 것이나 Tg에서 극대값을 취하고, 올리고머 사슬이 긴 것일수록 이 극대값은 큽니다.

 

경화 에폭시 수지의 가교밀도(ν)와 유리전이온도(Tg)

 

상기그림에는 경화물의 Tg와 가교 밀도 ν와의 관계를 나타내었습니다. 그림과 같이 ν가 높은 것일수록 Tg가 높고, 양자 사이에는 직선 관계가 성립하고 있습니다. 이 결과에 따르면 경화물의 탄성률, 인장 강도, 전단강도 등을 증가하고 싶을 때는 ν가 높은 경화물을 만들면 됩니다.

 

 

 

 

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Posted by 티씨씨

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