본 연구에서는 열화 온도가 아민 (D-230), 아마이드 (G-5022), 그리고 산무수물 (HN-2200)에 의해 경화된 에폭시 접착제의 질량변화, 유리전이온도 및 모폴로지에 미치는 영향을 고찰하였다. 실험 결과, 3가지 접착제 시편의 질량감소는 열화 온도가 증가함에 따라 증가하였다. 이는 열화 온도가 증가함에 따라 시편의 표면에서 더 많은 열화가 발생하여 시편의 질량이 감소한 것으로 판단된다. DSC 분석결과에 따르면 DGEBA/D-230과 DGEBA/G-5022 시편의 유리전이온도는 열화 온도에 따라 증가하였으며, DGEBA/HN-2200 시편의 유리전이온도는 열화온도 $150^{\circ}C$, 열화 시간 7일 이상에서 일정한 값을 나타내었다. SEM 결과에서 열화 이후의 DGEBA/G-5022 시편의 표면은 DGEBA/D-230 또는 DGEBA/HN-2200 시편보다 거친 모폴로지를 나타내었다. 이 결과는 시편의 질량 변화에서 얻은 결과와 일치하였다.
본 연구에서는 열화 온도가 아민 (D-230), 아마이드 (G-5022), 그리고 산무수물 (HN-2200)에 의해 경화된 에폭시 접착제의 질량변화, 유리전이온도 및 모폴로지에 미치는 영향을 고찰하였다. 실험 결과, 3가지 접착제 시편의 질량감소는 열화 온도가 증가함에 따라 증가하였다. 이는 열화 온도가 증가함에 따라 시편의 표면에서 더 많은 열화가 발생하여 시편의 질량이 감소한 것으로 판단된다. DSC 분석결과에 따르면 DGEBA/D-230과 DGEBA/G-5022 시편의 유리전이온도는 열화 온도에 따라 증가하였으며, DGEBA/HN-2200 시편의 유리전이온도는 열화온도 $150^{\circ}C$, 열화 시간 7일 이상에서 일정한 값을 나타내었다. SEM 결과에서 열화 이후의 DGEBA/G-5022 시편의 표면은 DGEBA/D-230 또는 DGEBA/HN-2200 시편보다 거친 모폴로지를 나타내었다. 이 결과는 시편의 질량 변화에서 얻은 결과와 일치하였다.
In this study, the effect of thermal aging temperature on the weight loss, glass transition temperature, and morphology of epoxy adhesives cured with amine (D-230), amide (G-5022), and anhydride (HN-2200) was investigated. As a result, the weight loss of three specimens was increased with increasing...
In this study, the effect of thermal aging temperature on the weight loss, glass transition temperature, and morphology of epoxy adhesives cured with amine (D-230), amide (G-5022), and anhydride (HN-2200) was investigated. As a result, the weight loss of three specimens was increased with increasing the thermal aging temperature. The result was attributed to the thermal aging which was occurred at the surface of adhesive specimens at high aging temperature, resulting in increasing the weight loss of the specimens. According to the DSC result, the glass transition temperature of DGEBA/D-230 and DGEBA/G-5022 samples war increased as the aging temperature increased, whereas the glass transition temperature of DGEBA/HN-2200 samples was constant above aging temperature of $150^{\circ}C$ and aging tine of 7 days. The SEM result indicated that the surface of DGEBA/G-5022 specimen showed more rough topography than that of DGEBA/D-230 or DGEBA/HN-2200 specimen after thermal aging. This could be correlated with the result of weight loss.
In this study, the effect of thermal aging temperature on the weight loss, glass transition temperature, and morphology of epoxy adhesives cured with amine (D-230), amide (G-5022), and anhydride (HN-2200) was investigated. As a result, the weight loss of three specimens was increased with increasing the thermal aging temperature. The result was attributed to the thermal aging which was occurred at the surface of adhesive specimens at high aging temperature, resulting in increasing the weight loss of the specimens. According to the DSC result, the glass transition temperature of DGEBA/D-230 and DGEBA/G-5022 samples war increased as the aging temperature increased, whereas the glass transition temperature of DGEBA/HN-2200 samples was constant above aging temperature of $150^{\circ}C$ and aging tine of 7 days. The SEM result indicated that the surface of DGEBA/G-5022 specimen showed more rough topography than that of DGEBA/D-230 or DGEBA/HN-2200 specimen after thermal aging. This could be correlated with the result of weight loss.
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문제 정의
본 연구에서는 아민, 아마이드, 산무수물 등 세가지 종류의 경화제를 사용하여 열화 온도가 에폭시 접착제의 질량 변화, 유리전이온도 그리고 모폴로지에 미치는 영향을 고찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수가 있었다.
제안 방법
DGEBA 에폭시수지를 아민, 아마이드, 산 무수물 등 세 가지 종류의 경화제와 당량비율로 혼합하여 접착제 시편을 제작하였다. 열화 온도에 따른 접착제 시편의 질량변화량을 측정하여 Figure 2에 정리하였다.
본 연구에서는 전 보고에 이어 세 가지 종류의 경화제를 사용하여 120, 150, 그리고 180 °C의 온도에서 열화 실험을 수행하여 열화 온도에 따른 에폭시 접착제의 질량과 유리전이온도 변화를 알아보았으며, SEM 분석을 통하여 열화가 시편의 모폴로지에 미치는 영향을 고찰하였다.
세 가지 종류의 경화제에 의해 경화된 에폭시접착제의 유리전이온도 (TQ는 시차 주사 열량계를 사용하여 측정하였으며, 그 결과를 Figure 3에 나타내었다.
시차 주사 열량계 (TA사의 DSC Q1000)을 이용하여 경화물의 Tg 변화를 관찰하였다. DSC는 인듐을 이용하여 교정하였으며, He 가스 분위기에서 30-200 °C 범위에서 10°C/min의 승온속도로 측정하였다.
DSC는 인듐을 이용하여 교정하였으며, He 가스 분위기에서 30-200 °C 범위에서 10°C/min의 승온속도로 측정하였다. 시편이 지닌 열이력을 제거하기 위하여 2 번 반복하여 측정하였다.
에폭시수지의 열화는 일정한 온도를 유지할 수있는 오븐에서 시편이 서로 겹치지 않도록 배열하고, 120, 150, 그리고 180 °C 에서 28일 동안 열화시켰다. 에폭시 시편의 질량변화량 0%)은 분석저울을 이용하여 관찰하였으며, 아래의 식 ⑴을 사용하여 계산하였다.
주사전자현미경 (JEOL JSM-6700F FE-SEM)을 이용하여 열화 전후의 시편의 표면을 관찰하였다.
대상 데이터
DGEBA 에폭시수지는 당량비율로 경화제와 혼합하였으며, 산무수물 경화제 사용시에는 1%의 K-54를 경화촉진제로 사용하였다. 80 °C 의 온도에서 에폭시 수지를 완전히 녹인 후 경화제를 넣어 혼합하였다.
본 연구에 사용된 에폭시 수지는 상업적으로 시판되는 국도화학의 YD-128 (diglycidylether of bis- phenol-A, DGEBA, EEW=185~190 g/eq, d=1.16 g/cm3)를 사용하였으며, 경화제는 국도화학의 아민계의 D-230 (Jefiamine), 아마이드계의 G-5022 (활성 수소의당량 235 (265 g/eq), 그리고 산무수물계의 HN-2200 (3 or 4-methyl-1, 2, 3, 6-tetrahydrophthalic anhydride)를 정제하지 않고 그대로 사용하였다. 산무수물 HN- 2200를 사용시에는 3차 아민계인 K-54 [2, 4, 6-tris (dimethylaminomethyl)phenol] 를 경화촉진제로 사용하였다.
산무수물 HN- 2200를 사용시에는 3차 아민계인 K-54 [2, 4, 6-tris (dimethylaminomethyl)phenol] 를 경화촉진제로 사용하였다. 본 연구에 사용된 에폭시수지 DGEBA, 경화제 D-230, G-5022X70, HN-2200, 그리고 경화촉진제 K-54의 화학 구조식을 Figure 1에 나타내었다.
16 g/cm3)를 사용하였으며, 경화제는 국도화학의 아민계의 D-230 (Jefiamine), 아마이드계의 G-5022 (활성 수소의당량 235 (265 g/eq), 그리고 산무수물계의 HN-2200 (3 or 4-methyl-1, 2, 3, 6-tetrahydrophthalic anhydride)를 정제하지 않고 그대로 사용하였다. 산무수물 HN- 2200를 사용시에는 3차 아민계인 K-54 [2, 4, 6-tris (dimethylaminomethyl)phenol] 를 경화촉진제로 사용하였다. 본 연구에 사용된 에폭시수지 DGEBA, 경화제 D-230, G-5022X70, HN-2200, 그리고 경화촉진제 K-54의 화학 구조식을 Figure 1에 나타내었다.
혼합한 시료를 2 mm 두께의 알루미늄 금형에 주입하여 120 °C에서 4시간 동안 경화시켰다. 제조된 접착제 시트는 저속 다이아몬드 절단기를 이용하여 25X25 mm2 크기로 절단하여 시편을 제조하였다.
성능/효과
1. DGEBA/D-230, DGEBA/G-5022, 그리고 DGEBA/ HN-2200 시편의 질량감소는 열화 온도가 증가함에 따라 증가하였다.
2. DGEBA/G-5022 시편의 질량감소가 제일 컸으며, DGEBA/D-230 시편의 질량감소가 그 다음이고, DGEBA/HN-2200 시편의 질량감소가 제일 작았다.
3. DGEBA/D-230과 DGEBA/G-5022 시편의 유리 전이온도는 열화 온도에 따라 증가하였으며, DGEBA/ HN-2200 시편의 유리전이온도는 열화 온도 150 °C, 열화 시간 7일 이상에서 일정한 값을 나타내었다.
4. DGEBA/HN-2200 시편의 유리전이온도는 열화 온도와 무관하게 DGEBA/D-230과 DGEBA/G-5022 시편보다 높은 값은 나타내었다.
5. 열화 이후 DGEBA/D-230와 DGEBA/HN-2200 시편은 상대적으로 매끄러운 표면을 나타내었으며, 열화에 의해 생긴 작은 점들이 분포되어 있었다. 반면에 DGEBA/G-5022 시편은 상대적으로 거친 표면을 나타내었으며, 열화에 의해 생긴 큰 점들이 분포되어 있었다.
또한, 세 가지 접착제 시편의 질량변화를 비교하여 보면, DGEBA/G-5022 시편의 질량감소가 제일 컸으며, DGEBAD-230 시편의 질량감소가 그 다음이고, DGEBA/HN-2200 시편의 질량감소가 제일 작았다. 이는 DGEBA/HN-2200 시스템은 지방족 고리와 에스테르 결합으로 구성된 3차원 네트워크 구조를 형성하였기에 시편의 질량은 열화 온도 및 시간에 따라 큰 변화를 나타내지 않았으며, 반면에 G-5022는 주사슬에 선형 알킬로 구성되어 있어 시편의 질량은 열화 온도 및 시간에 따라 현저하게 감소한 것으로 관찰된다.
세 가지 종류의 에폭시 접착제 시편을 비교하여 보면, DGEBA/HN-2200 시편의 Tg는 열화 시간의 영향을 많이 받았으며, DGEBA/D-230과 DGEBA/ G-5022 시편의 Tg는 열화 온도의 영향을 많이 받았다. 세 가지 종류의 접착제 시편의 Tg는 모두 열화 온도가 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다.
세 가지 종류의 접착제 시편의 Tg는 모두 열화 온도가 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다.
이는 선형 경화제 G-5022에 의해 경화된 시편의 열안정성이 위의 두 시편보다 낮기에 보다 많은 열화가 발생하여 제거된 것으로 판단된다. 이 결과는 앞에서 서술한 DGEBA/G-5022 시편이 제일 큰 질량 감소를 나타낸 것과 일치함을 알 수 있었다.
반면에 열화 온도가 150 °C 일 경우 시편의 Tg는 열화시간에 따라 현저하게 상승하는 경향을 나타내었다. 이 결과로부터 열화 온도가 150 °C 일 경우 DGEBA/G-5022 시편이 보다 치밀한 3차원 네트워크 구조를 형성함을 알 수 있었다.
이는 DGEBA/HN-2200 시스템은 지방족 고리와 에스테르 결합으로 구성된 3차원 네트워크 구조를 형성하였기에 시편의 질량은 열화 온도 및 시간에 따라 큰 변화를 나타내지 않았으며, 반면에 G-5022는 주사슬에 선형 알킬로 구성되어 있어 시편의 질량은 열화 온도 및 시간에 따라 현저하게 감소한 것으로 관찰된다.8,10
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