선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 저온 경화 조건을 만족 시키기 위한 다양한 금속 착화합물들을 선정하여 에폭시/산무수물계 몰딩제에 적용하였고, 몰딩 컴파운드의 요구 성능을 충족시키기 위하여 에폭시 수지 부분과 경화제 부분의 무게비를 조절하였다. 각각의 컴파운드들에 대해서는 저온 경화 조건 (71℃/40시간)에서의 경화 거동과 저온 경화로 제조된 몰딩제의 기계적 물성을 측정하여 저온 경화 조건에 적합한 촉매를 확인하고자 하였다.
- 본 연구에서는 에폭시/산무수물로 구성된 몰딩 컴파운드의 저온 경화 조건 (71°C /40 시간)을 만족시키기 위하여 다양한 금속 착화합물들을 촉매로 적용하였고, 몰딩 컴파운드의 기계적 특성을 향상시키기 위하여 에폭시 /경화제의 무게비를 조절하였다.
제안 방법
- 11 시차주사열량계 (DSC)로 온도의 상승에 따른 잔여 반응량을 측정하여 71°C 에서 경화된 에폭시/산무수물 컴파운드의 경화 정도를 관찰하였다.
- DSC 의 결과를 바탕으로 포타슘 아세틸아세토네이트, 철 (III) 아세틸아세토네이트, 크롬 (III) 옥토에이트 촉매는 저온 경화 가능성이 있는 촉매로 선정 되었고, 이를 실리카가 충전된 에폭시/산무수물 컴파운드에 적용하여 요구되는 굴곡강도와 압축강도 같은 기계적 특성을 평가하였다. 포타슘 아세틸아세토네이트는 Part B 의 제조 시 촉매 자체의 응집력이 강하여 분산 불량을 야기시켰다.
- 에폭시 몰딩 컴파운드 (EMC; epoxy molding compound)는 주제 (Part A)와 경화제 (Part B)로 구성되어 있다. Part A 에는 가공성 및 기포 제거를 용이하게 하기 위하여 고내열성의 페놀노볼락형 에폭시 수지 (YDPN-638, epoxy equivalent weight (EEW); 170~190 g/eq, molecular weight (MW); 577.08 g/mol, 국도화학)를 저점도 타입의 비스 페놀 F 에폭시 수지 (KDS- 8170, EEW; 155~160 g/eq, MW; 312.35 g/mol, 국도화학)와 함께 적용하였고, 이 물질들의 분자 구조를 Scheme 1 에 나타내었다. 또한, 반응 희석제로는 2,3-epoxy-1-propanol (glycidol, C3H6O2, MW; 74.
- 에폭시 몰딩 컴파운드의 혼합을 위하여 공, 자전이 가능한 페이스트 혼합기 (paste mixer, HPM-500, HanTech, Korea)를 사용하였고, 조성 물질들은 Table 1 과 2 에 명시된 배합표에 따라 준비되었다. Part A 의 제조를 위해 입자 크기가 다른 용융 실리카는 쇠구슬 (5 개)과 함께 혼합기에서 2 분간 혼합한 뒤 실란 커플링제, 소포제, 반응희석제 및 에폭시 수지를 순서대로 넣어 20 분간 혼합기에서 혼합하였다. 고점도 노볼락형 에폭시 수지는 150℃ 의 오븐에서 1 시간, 비스 페놀 F 타입의 저점도용 에폭시 수지는 80℃ 의 오븐에서 24 시간 동안 방치하여 점도를 낮추어 상온에서의 취급이 용이하도록 하여 사용하였다.
- Part A 의 제조를 위해 입자 크기가 다른 용융 실리카는 쇠구슬 (5 개)과 함께 혼합기에서 2 분간 혼합한 뒤 실란 커플링제, 소포제, 반응희석제 및 에폭시 수지를 순서대로 넣어 20 분간 혼합기에서 혼합하였다. 고점도 노볼락형 에폭시 수지는 150℃ 의 오븐에서 1 시간, 비스 페놀 F 타입의 저점도용 에폭시 수지는 80℃ 의 오븐에서 24 시간 동안 방치하여 점도를 낮추어 상온에서의 취급이 용이하도록 하여 사용하였다. Part B 의 제조를 위해서 실리카는 Part A 와 같은 방식으로 혼합하였고 산무수물들, 중합 개시제, 촉매, 실란 커플링제, 소포제를 넣어 20 분간 혼합기에서 혼합하였다.
- 따라서 본 연구에서는 저온 경화 조건을 만족 시키기 위한 다양한 금속 착화합물들을 선정하여 에폭시/산무수물계 몰딩제에 적용하였고, 몰딩 컴파운드의 요구 성능을 충족시키기 위하여 에폭시 수지 부분과 경화제 부분의 무게비를 조절하였다. 각각의 컴파운드들에 대해서는 저온 경화 조건 (71℃/40시간)에서의 경화 거동과 저온 경화로 제조된 몰딩제의 기계적 물성을 측정하여 저온 경화 조건에 적합한 촉매를 확인하고자 하였다.
- 또한 구해진 경화 전 컴파운드의 총 반응열량 (∆H∞)과 특정 경화 시간까지 경화된 컴파운드의 반응열량 (∆Ht)을 이용하여 경화 시간에 따른 비 (전환율, α= ∆Ht/∆H∞)를 결정하였다.
- 시료의 양은 0.1 mg 으로 제작하여 질소 분위기에서 0°C~300°C 까지 10°C/min 의 승온속도로 실험하여 컴파운드의 발열양 (∆H, J/g) 및 유리전이온도 (glass transition temper- ature; Tg) 를 구하였다.
- 시차주사열량계 (differential scanning calorimetry; DSC, TA Instrument, Q100)를 이용하여 온도 상승에 따른 열거동을 관찰하였다. 시료의 양은 0.
- 압축강도는 ASTM D 695 에 따라 만능시험기 (universal testing machine; UTM, INSTRON 5582)를 이용하여 제작된 시험편 (12.7×12.7×40.6 mm3)을 굴곡 강도 측정용 시편과 같이 전처리 후 평가하였다.
- 완성된 시편 (12.7×12.7×127.0 mm3)은 표면을 고르게 한 후 24 시간 정도 방습한 후 평가하였다.
- MIL-M-48345 (AR)에 따르면, 71°C (저온경화)에서 40 시간에 에폭시/산무수물 컴파운드의 경화반응은 완료되어야 한다. 컴파운드의 저온 경화를 완료시키기 위하여 Smith8 의 연구에서 제시된 금속 아세틸아세토네이트 촉매들 중 일부와 금속 카르복실산염 촉매를 적용하였으며, 경화 온도나 경화시간의 변화에 따른 컴파운드의 잔여 발열량을 관찰하였다.
- 포타슘 아세틸아세토네이트 촉매가 적용된 에폭시/산무수물 컴파운드는 71°C 에서 40 시간 및 80 시간 동안 경화시켜 DSC 로 잔여 발열량을 관찰하였고, 그 결과를 Figure 3 에 나타내었다.
대상 데이터
- 굴곡 실험은 ASTM D 790 에 명시된 바와 같이 만능시험기 (universal testing machine; UTM, INSTRON 5582)을 이용하였으며, 사용된 폭은 101.6 mm 로 설정하여 측정하였다. 완료된 컴파운드는 형틀에 주입된 후 71°C 에서 40 시간 동안 열 오븐에서 경화시켰다.
- 또한, 보강제는 유동성 및 패킹성이 우수한 용융 실리카 (fused silica, Tokuyama)가 사용되었으며, 입자 크기가 다른 두 종류 (SE-40; 38 μm, SE-8; 8 μm)가 적용되었다. 실리카와 에폭시 수지와의 결합력을 증가시키기 위한 커플링제로 3-glycidoxypropyltrimethoxy silane 이 적용되었으며, 소포제 (BYK-066N, silicon defoamer, BYK)는 혼합과정 중 기포 발생을 억제하기 위해 두 컴파운드에 공통적으로 적용되었다.
- 에폭시 몰딩 컴파운드의 혼합을 위하여 공, 자전이 가능한 페이스트 혼합기 (paste mixer, HPM-500, HanTech, Korea)를 사용하였고, 조성 물질들은 Table 1 과 2 에 명시된 배합표에 따라 준비되었다. Part A 의 제조를 위해 입자 크기가 다른 용융 실리카는 쇠구슬 (5 개)과 함께 혼합기에서 2 분간 혼합한 뒤 실란 커플링제, 소포제, 반응희석제 및 에폭시 수지를 순서대로 넣어 20 분간 혼합기에서 혼합하였다.
- 2 g/mol)가 경화제로 사용되었으며 경화제의 화학적 구조는 Scheme 2 에 나타내었다. 저온에서 반응을 촉진시키기 위해 cobalt (II) acetylacetonate (Co(C5H7O2)2, MW; 257.15 g/mol), potassium acetylacetonate (K(C5H7O2), MW; 138.21 g/mol), chromium (III) octoate (C24H45CrO6, MW; 257.15 g/mol), iron (III) acetylacetonate (Fe(C5H7O2)3, MW; 353.17 g/mol) 촉매가 각각 사용되었다. 또한, 보강제는 유동성 및 패킹성이 우수한 용융 실리카 (fused silica, Tokuyama)가 사용되었으며, 입자 크기가 다른 두 종류 (SE-40; 38 μm, SE-8; 8 μm)가 적용되었다.
성능/효과
- 코발트 (II) 아세틸아세토네이트는 잠재성 촉매로서 에폭시/산무수물 컴파운드에 적용 시 상온에서의 점도 변화가 없어 가공성에는 유리한 이점이 있으나, 저온에서의 경화속도가 느린 단점이 있다.12 따라서 에폭시/산무수물 컴파운드에 코발트 (II) 아세틸아세토네이트 촉매의 사용은 고온 경화에서는 적합하나, 저온 경화에서는 적용하기 부적합한 것으로 판단되었다.
- 일반적으로 컴파운드의 Tg 는 가교도와 밀접한 관련이 있다.13 두 컴파운드 모두 경화 시간이 증가할수록 Tg 가 상승하는 결과를 나타내었으며, 경화시간을 45 시간 까지 지속시킨 이후에도 Tg 가 꾸준히 상승되었기 때문에 여전히 저온에서의 경화반응이 완료되지 못한 것을 추정할 수 있었다.
- 따라서, 포타슘 아세틸아세토네이트 촉매를 포함하는 에폭시/산무수물 컴파운드에서 완전 경화 반응을 얻기 위해서는 100°C 이상의 경화온도를 적용하여야 함을 확인할 수 있었다.
- 실험 결과에 따라 크롬 (III) 옥토에이트 촉매는 저온 조건에서의 경화 반응을 완료시킬 뿐만 아니라 상온에서 적절한 가공성을 나타내었다. 또한 경화가 완료된 컴파운드를 이용하여 기계적 강도를 측정한 결과, 에폭시/경화제의 무게비가 0.9/1 에서 0.5/1 사이에서 제조된 컴파운드가 가장 높은 굴곡강도를 나타내었고, 경화제의 함량이 증가할수록 더 높은 압축 강도를 나타내었다. 따라서 에폭시/산무수물의 저온경화를 완료시키기 위해서는 적절한 금속 착화물의 선정과 S함께 에폭시 수지와 산무수물의 적절한 혼합비가 고려되어야 한다.
- 7 에폭시/산무수물에 적용된 금속 아세틸아세토네이트들은 95℃~ 170℃ 사이에서 촉매 분해가 일어나기 전에는 경화 반응에 어떠한 영향도 주지 않으므로 상온 저장 안정성이 우수하다. 또한, 135℃~180℃ 의 특정 반응 온도에 도달하면 이미다졸류와 유사하게 소량으로도 충분한 경화 효과를 얻을 수 있다. Smith 는 에폭시/산무수물 컴파운드에 적용된 22 종의 금속 아세틸아세토네이트들의 잠재성과 고온에서의 gel time 을 평가하였고, 크롬 (III) 아세틸아세토네이트와 에폭시/산무수물 사이에서 발생될 수 있는 반응 메커니즘을 금속 양이온에 의한 양이온 중합 (cationic polymerization)으로 제안하였다.
- 반면, 150°C 의 고온에서 2 시간 동안 경화시킨 컴파운드에 대해서는 발열 피크가 소멸됨을 확인함으로써 반응이 완료된 것을 알 수 있었다.
- 실험 결과, 경화제가 포함되어 있는 Part B 의 무게비가 증가할수록 우수한 기계적 강도를 보여주었다. 특히, 굴곡 강도는 Part A/Part B 의 혼합비가 0.
- 실험 결과, 코발트 (II) 아세틸아세토네이트 촉매가 적용된 컴파운드는 71°C 에서40 시간까지 경화 시 약 56.9 J/g (67%의 전환율)의 발열 양이 잔존하는 것을 확인하였다.
- 본 연구에서는 에폭시/산무수물로 구성된 몰딩 컴파운드의 저온 경화 조건 (71°C /40 시간)을 만족시키기 위하여 다양한 금속 착화합물들을 촉매로 적용하였고, 몰딩 컴파운드의 기계적 특성을 향상시키기 위하여 에폭시 /경화제의 무게비를 조절하였다. 실험 결과에 따라 크롬 (III) 옥토에이트 촉매는 저온 조건에서의 경화 반응을 완료시킬 뿐만 아니라 상온에서 적절한 가공성을 나타내었다. 또한 경화가 완료된 컴파운드를 이용하여 기계적 강도를 측정한 결과, 에폭시/경화제의 무게비가 0.
- 665 J/g (97% 전환율) 정도의 발열량이 잔존하였다. 충분한 경화를 위해서 80 시간까지 경화시간을 연장시킬 경우에도 2.148 J/g (99% 전환율) 정도의 발열량이 여전히 남아있는 것을 확인하였다. 하지만 70°C/40시간 경화 시 코발트 (II) 아세틸아세토네이트 촉매가 적용된 컴파운드 대비 30% 더 높은 전환율을 나타내었고, Figure 4에서 나타낸 바와 같이 경화 온도 별 유리전이온도 (Tg) 에서도 코발트 (II) 아세틸아세토네이트 촉매가 적용된 컴파운드 대비 포타슘 아세틸아세토네이트 촉매가 적용된 컴파운드에서 더 높은 결과를 나타내었다.
- 크롬 (III) 옥토에이트 촉매가 적용된 에폭시/산무수물 컴파운드의 경우, 139°C 주변에서 나타나는 발열 피크가 저온 경화가 완료된 이후에도 완전히 소멸되지못하고, 약 4.374 J/g 정도의 잔여 발열량이 존재하는 것을 확인하였다.
- 실험 결과, 경화제가 포함되어 있는 Part B 의 무게비가 증가할수록 우수한 기계적 강도를 보여주었다. 특히, 굴곡 강도는 Part A/Part B 의 혼합비가 0.9~0.5 사이에서 18000~19000 psi 정도의 높은 값을 나타내었고, 압축강도 강도 또한 이 혼합비에서 약 29000 psi 정도의 높은 결과 값을 나타내었다.
- 241 J/g 의 발열 피크가 잔존하였다. 하지만 경화 반응이 약 98%까지 완료 되었기 때문에 철 (III) 아세틸아세토네이트 촉매가 적용된 에폭시/산무수물 컴파운드는 저온 경화가 가능할 것으로 판단되었다. 크롬 (III) 옥토에이트 촉매가 적용된 에폭시/산무수물 컴파운드의 경우, 139°C 주변에서 나타나는 발열 피크가 저온 경화가 완료된 이후에도 완전히 소멸되지못하고, 약 4.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.