[논문]대전방지제에 의한 폴리에스테르 수지의 표면저항과 인장강도 특성

이전규; 최환오; 김은봉; 김시영; 주창식

문제 정의

대전방지제의 첨가가 폴리에스테르 수지의 표면 저항과 인장강도에 미치는 영향을 조사하기 위한 예비 실험으로, 경화제의 첨가량이 이들 물성에 미치는 영향을 먼저 조사하였다. 경화제의 첨가량을 각각 0.
적용할 수 있는 대전방지제는 달라진다. 본 연구에서는 3종의 유기성 대전방지제를 선택하여 폴리에스테르 수지의 표면저항에 미치는 효과를 조사하였다.
대전방지제 외에 전도성 카본블랙이 사용되고 있다. 본 연구에서는 유기성 대전방지제를 일정량 이상 사용할 경우 나타나는 인장강도 감소 문제를 해소할 목적으로, 폴리에스테르 수지에 카본블랙을 첨가하여 폴리에스테르 수지의 표면저항과 인장강도에 미치는 카본블랙 첨가량의 영향을 실험적으로 조사하였다.
이에 본 연구에서는 선박의 엔진실 등 유증기가 많이 발생하는 위험한 환경에도 적용할 수 있는 대전방지용 폴리에스테르 수지를 개발할 목적으로, 폴리에스테르 수지의 표면저항과 인장강도에 미치는 대전방지제들의 영향을 조사하였다. 대전방지제로는 3종의 유기성대전방지제와 전도성 카본블랙을 단독 혹은 혼합 사용하였다.

제안 방법

Fig. 6 에 나타난 것과 같이 ASCO EQ85R의 함량이 1.5 wt% 일 때폴리에스테르 수지 의 인장강도가 가장 크므로, 불포화 폴리에스테르에 ASCO EQ85R 1.5 wt%를 혼합한 후 카본블랙을 추가로 혼합하는 방법으로 폴리에스테르 수지를 제조하였다.
경화제 첨가량, 대전방지제의 종류와 첨가량, 그리고 대전방지제의 단독 혹은 혼합 사용 여부 등이 폴리에스테르 수지의 표면저항과 인장강도에 미치는 영향을 조사하였다.
물성에 미치는 영향을 먼저 조사하였다. 경화제의 첨가량을 각각 0.5, 0.75, 1.0 및 1.5 wt%가 되게 조절한 후, 표면저항과 인장강도를 각각 측정하여 Fig. 1과 2에 나타내었다.
불포화 폴리에스테르 50 g 에 0~5 wt%의 대전방지제를 첨가하여 충분히 교반한 후 일정량의 경화제를 첨가하였다. 열경화성인 폴리에스테르 수지는 일단 경화하면 취급이 어려워지므로, 경화가 시작되기 전에 시편 성형용 틀에 주입하여 시험용 시편을 제작하였다.
불포화 폴리에스테르 수지에 대전방지제가 일정량 이상 첨가되면 인장강도가 감소하는 현상을 해소하여 인장강도가 우수하면서 표면저항이 낮은(10₉。이하) 폴리에스테르 수지를 제조하기 위해서 유기성 대전방지제 ASCO EQ85R과 카본블랙을 혼합 사용하는 공정을 조사하였다.
불포화 폴리에스테르 수지에 일정 비율의 대전방지제를 첨가한 후 경화제를 사용하여 경화시키는 방법으로 폴리에스테르 수지를 제조하였다. 경화제 첨가량, 대전방지제의 종류와 첨가량, 그리고 대전방지제의 단독 혹은 혼합 사용 여부 등이 폴리에스테르 수지의 표면저항과 인장강도에 미치는 영향을 조사하였다.
불포화 폴리에스테르에 ES-1200, ASCO EQ85R 및 ASCO SAPDA 등 3종의 유기성 대전방지제를 각각 1.0 wt% 첨가한 후 경화제 1.0 wt%를 사용하여 폴리에스테르 수지의 시편을 제작하여, 이들 대전방지제들이 표면저항과 인장강도에 미치는 영향을 조사하였다.
표면저항 및 인장강도를 측정하기 위한 시편 성형용 틀은 KS M 3015 (열경화성 플라스틱 일반 시험 방법)의 규정에 따라 테플론을 사용하여 각각 제작하여 사용하였다. 상기의 방법으로 제조된 폴리에스테르 수지 시편들의 표면저항은 항온 항습이 유지된 방에서 표면저항측정 장치 (SIMCO사, ST-3)롤 사용하여 측정하였고, 인장강도는 만능재료시험기 (Testometric사, M350)롤 사용하여 각각 측정하였다.
교반한 후 일정량의 경화제를 첨가하였다. 열경화성인 폴리에스테르 수지는 일단 경화하면 취급이 어려워지므로, 경화가 시작되기 전에 시편 성형용 틀에 주입하여 시험용 시편을 제작하였다. 표면저항 및 인장강도를 측정하기 위한 시편 성형용 틀은 KS M 3015 (열경화성 플라스틱 일반 시험 방법)의 규정에 따라 테플론을 사용하여 각각 제작하여 사용하였다.
대전방지제로는 3종의 유기성대전방지제와 전도성 카본블랙을 단독 혹은 혼합 사용하였다. 이들대전방지제들의 종류와 첨가량, 그리고 혼합 사용하였을 때의 영향 등을 실험적으로 조사하여 인장강도가 비교적 우수하면서도 표면저항이 낮은 폴리레스테르 수지를 제조할 수 있었다.
이러한 실험결과와 폴리에스테르 수지를 경화시키는 통상적인 공정에서는 경화제를 1.0 wt% 혼합하여 성형시키고 있는 점을 감안하여, 이후 실험에서는 경화제 첨가량을 1.0 wt%로 일정하게 유지하고 다른 첨가제를 혼합하였다.
폴리에스테르 수지에 대한 대전방지 효과와 인장강도에 미치는 영향을 동시에 고려하였을 때 3종류의 대전방지제 중 ASCO EQ85R 이 가장 우수하였으므로, ASCO EQ85R의 첨가량이 폴리에스테르 수지의 표면저항과 인장강도에 미치는 영향을 실험적으로 조사하였다.

대상 데이터

것이다. 경화제로는 methylethyleketone peroxide(MEK-PO)를 사용하였고, 유기성 대전방지제로는 비이온계 아민 화합물인 ES-1200, 암모늄염인 ASCO EQ85R(Di-(normpalm carboxylethyl)hydroxyethly methyl ammonium methosulfate) 및 stearamide 계열의 ASCO SAPDA (N-(3-(dimethylamino)propyl)stearamide) 를 각각 사용하였다. 이들유기 성 대전방지제들은 에이케이켐택주식회사로부터 공급받았다 .
영향을 조사하였다. 대전방지제로는 3종의 유기성대전방지제와 전도성 카본블랙을 단독 혹은 혼합 사용하였다. 이들대전방지제들의 종류와 첨가량, 그리고 혼합 사용하였을 때의 영향 등을 실험적으로 조사하여 인장강도가 비교적 우수하면서도 표면저항이 낮은 폴리레스테르 수지를 제조할 수 있었다.
본 연구에서 사용한 불포화 폴리에스테르는 Cray Valley Korea사의 G-650B(Y)로, 불포화 폴리에스테르 58~64%에 스타이렌 36~42%가 유된 것이다. 경화제로는 methylethyleketone peroxide(MEK-PO)를 사용하였고, 유기성 대전방지제로는 비이온계 아민 화합물인 ES-1200, 암모늄염인 ASCO EQ85R(Di-(normpalm carboxylethyl)hydroxyethly methyl ammonium methosulfate) 및 stearamide 계열의 ASCO SAPDA (N-(3-(dimethylamino)propyl)stearamide) 를 각각 사용하였다.
무기성 대전방지제로는 신진 C & Tech.사의 전도성 카본블랙인 CHEZACARB B를 사용하였다.

이론/모형

열경화성인 폴리에스테르 수지는 일단 경화하면 취급이 어려워지므로, 경화가 시작되기 전에 시편 성형용 틀에 주입하여 시험용 시편을 제작하였다. 표면저항 및 인장강도를 측정하기 위한 시편 성형용 틀은 KS M 3015 (열경화성 플라스틱 일반 시험 방법)의 규정에 따라 테플론을 사용하여 각각 제작하여 사용하였다. 상기의 방법으로 제조된 폴리에스테르 수지 시편들의 표면저항은 항온 항습이 유지된 방에서 표면저항측정 장치 (SIMCO사, ST-3)롤 사용하여 측정하였고, 인장강도는 만능재료시험기 (Testometric사, M350)롤 사용하여 각각 측정하였다.

성능/효과

(1) 불포화 폴리에스테르 수지의 경화에 사용되는 경화제 MEK- PO의 첨가량은 생성되는 폴리에스테르 수지의 표면저항 및 인장강도에 거의 영향을 미치지 않았다.
(2) 유기성 대전방지제로는 ASCO EQ85R이 생성되는 폴리에스테르 수지의 표면저항을 낮추는데 가장 우수한 성능을 나타내었으며, 인장강도에서도 비교적 우수한 성능을 나타내었다.
(3) 대전방지제 ASCO EQ85R의 첨가량이 증가할수록 생성되는 폴리에스테르 수지의 표면저항은 감소하는 것으로 나타났다. 인장강도의 경우에는 ASCO EQ85R의 첨가량에 따라 증가하다가, 첨가량이 1.
(4) 대전방지제로 카본블랙을 사용할 경우, 생성되는 폴리에스테르 수지의 표면저항은 카본블랙의 첨가량에 따라 지속적으로 감소하였으나, 인장강도는 카본블랙의 첨가량이 1.0 wt%까지는 변화가 없다가 그 이상이 되면 감소하였다.
(5) 유기성 대전방지제 ASCO EQ85R 1.5 wt%와 카본블랙 1.0 wt% 를 혼합 사용하면 표면저항이 낮고(1091) 인장강도가 비교적 우수한 (5.0 kg/mm² ) 폴리에스테르 수지를 제조할 수 있었다.
Fig. 1을 보면, 경화제 첨가량 변화에 따른 표면저항 값은 10133~ 10134 Q 범위로 거의 일정한 것으로 나타나, 경화제의 첨가량은 생성되는 폴리에스테르 수지의 표면저항에는 거의 영향을 미치지 않는것을 알 수 있었다.
불포화 폴리에스테르에 카본블랙을 첨가하여 경화시킨 폴리에스테르 수지의 인장강도도 카본블랙의 첨가량에 따라 감소하는 현상이 관찰되었다. 첨가된 카본블랙이 폴리에스테르 수지의 인장강도에 미치는 영향을 나타내고 있는 Fig.
유기성 대전방지제들이 폴리에스테르 수지의 인장강도에 미치는 영향을 나타내고 있는 Fig. 4를 보면, 폴리에스테르 수지의 인장강도는 유기성 대전 방지제를 첨가하지 않은 시편의 경우 5.1 kg/mm² 이지만, ASCO SAPDA를 첨가한 경우의 인장강도가 5.6 kg/mm²로 가장 컸고, ASCO EQ85R을 첨가한 경우가 5.4 kg/mm² 이었으며, ES- 1200을 첨가한 경우의 인장강도가 4.7 kg/mm²로 다소 감소하였다.
5 wt%와 카본블랙 1.0 wt%를 혼합사용하면 표면저항은 10_9'1。으로 대전이 되지 않는 아주 좋은 상태를 나타내고, 인장강도는 5.0 kg/mm 로 대전방지제를 첨가하지 않은 폴리에스테르 수지와 비슷한 값 (5.1 kg/ mm² 3)을 나타내는 것을 알 수 있었다.
인장강도의 경우에는 ASCO SAPDA를 첨가한 경우가 ASCO EQ85R을 첨가한 경우보다 다소 높은 값을 나타내기는 하였으나, 표면저항에 미치는 영향을 함께 고려하면 ASCO EQ85R을 첨가하는 것이 유리할 것으로 판단되었다.
첨가된 카본블랙이 폴리에스테르 수지의 인장강도에 미치는 영향을 나타내고 있는 Fig. 8을 보면, 카본블랙을 1.0 wt% 첨가할 때까지는 폴리에스테르 수지의 인장강도가 크게 감소하지 않으나 2.0 wt%가 되면 4.3 kg/mm²로 크게 감소하였다.

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