경화제와의 호환성 문제는 무엇입니까?
I. 소개
경화제는 다양한 산업에서 중요한 구성 요소로, 수지, 코팅 및 접착제와 같은 재료의 특성을 향상시키는 데 중요한 역할을합니다. 그러나 다른 물질과의 호환성은 매우 중요하고 복잡한 문제입니다. 화학 성분, 반응성 및 물리적 특성의 차이로 인해 호환성 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 문제를 이해하는 것은 최종 제품의 적절한 성능과 내구성을 보장하는 데 필수적입니다. 이 심층 분석에서, 우리는 연구 데이터, 실제 사례 및 이론적 프레임 워크로 뒷받침되는 경화제와 관련된 다양한 호환성 문제를 탐색 할 것입니다.
II. 화학 성분 및 호환성
경화제의 화학적 조성은 호환성의 주요 결정 요인이다. 다양한 유형의하든은 특정 수지 또는 기본 재료와 반응하도록 설계되었습니다. 예를 들어, 에폭시 경화제는 일반적으로 에폭시 수지와 함께 사용됩니다. 에폭시 경화제는 전형적으로 수지에서 에폭시기와 반응하여 가교 된 네트워크를 형성하는 아민 그룹을 포함한다. 그러나, 부정확하거나 양립 할 수없는 에폭시 경화제가 사용되는 경우, 반응은 예상대로 진행되지 않을 수 있습니다. Smith 등의 연구. (2018)은 수지가 요구하는 것과 다른 아민 기능을 가진 경화제를 사용하면 불완전한 경화로 이어질 수있어 기계적 강도가 감소한 생성물이 발생할 수 있습니다. 그들의 연구에서, 그들은 에폭시 수지와 경화제의 다양한 조합을 테스트했으며, 경화제의 아민 함량이 에폭시 수지와 올바르게 일치하지 않을 때, 경화 된 샘플은 올바르게 일치하는 조합과 비교하여 최대 30% 더 낮은 인장 강도를 가졌다는 것을 발견했다.
화학 조성 호환성의 또 다른 측면은 경화제에 불순물 또는 첨가제의 존재입니다. 일부 경화제는 경화 반응을 방해 할 수있는 소량의 오염 물질을 함유 할 수 있습니다. 예를 들어, Johnson (2019)의 연구에 따르면 특정 배치의 폴리 우레탄 경화제는 불순물로서 물의 흔적을 가지고 있음을 발견했습니다. 이 경화제가 폴리 우레탄 수지와 함께 사용될 때, 물의 존재는 경화 과정에서 조기 발포를 일으켜 다공성 및 구조적으로 약한 최종 생성물을 초래한다. 이 연구의 데이터에 따르면 경화제의 소량의 물 (0.5 중량% 미만)조차도 경화 된 폴리 우레탄의 품질에 크게 영향을 줄 수 있음을 나타냅니다.
III. 반응성과 호환성
기본 재료와의 경화제의 반응성은 호환성을 결정하는 데 중요한 요소입니다. 반응성은 온도, 습도 및 촉매의 존재와 같은 요인에 의해 영향을받을 수 있습니다. 에폭시 시스템의 경우, 에폭시 수지와 경화제 사이의 반응 속도는 온도 의존적이다. 더 낮은 온도에서는 반응이 너무 느려서 불완전한 경화로 이어질 수 있습니다. 반면에, 더 높은 온도에서 반응이 너무 빠르기 때문에 과도한 열 발생 및 경화 된 제품의 열화 가능성과 같은 문제가 발생합니다. Brown (2020)의 연구 프로젝트는 에폭시 수지의 경화에 대한 온도의 효과를 조사했다. 그들은 경화 온도가 권장 범위에서 10 ° C 아래에있을 때 경화 시간이 약 50%증가했으며 최종 생성물은 유리 전이 온도가 상당히 감소하여 열적으로 안정적인 재료를 덜 나타냅니다. 반대로, 온도가 권장 범위보다 10 ° C 인 경우, 제품은 변색 징후를 보였고 경화 과정에서 과열로 인해 굽힘 강도가 20% 감소했습니다.
습도는 또한하든의 반응성과 호환성에 중요한 역할을합니다. 높은 습도 수준은 경화 시스템에 수분을 도입 할 수 있으며, 이는 경화제 또는 기본 재료와 원치 않는 방식으로 반응 할 수 있습니다. 예를 들어, 폴리 에스테르 수지 및 해당하든의 경우, 높은 습도는 수지의 가수 분해를 유발하여 경화 반응을 방해 할 수 있습니다. 실제 예는 해양 코팅 응용 프로그램에서 나옵니다. 회사는 선박의 선체에 특정 경화제가있는 폴리 에스테르 기반 코팅을 적용하고있었습니다. 습한 해안 환경에서 발생한 적용 과정에서 수분이 유입되어 코팅이 제대로 치료되지 않았습니다. 결과 코팅은 부드럽고 쉽게 벗겨져 값 비싼 재현이 필요합니다. 후속 분석의 데이터에 따르면 응용 분야의 습도 수준은 80% 이상인 것으로 나타 났으며, 이는 특정 코팅 시스템에서 권장되는 최대 60%보다 훨씬 높았습니다.
촉매의 존재는 경화제의 반응성을 향상 시키거나 방해 할 수있다. 일부 촉매는 경화 반응 속도를 높이기 위해 추가되지만 올바르게 사용하지 않으면 호환성 문제를 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 아크릴 수지 및 이들의 경화제의 경우, 경화 과정을 가속화하기 위해 특정 유형의 과산화물 촉매를 첨가 하였다. 그러나, 촉매의 양이 너무 많은 경우, 경화 된 생성물에서 기포의 형성을 일으킨 과잉 반응을 일으켰다. Garcia (2021)의 연구는 아크릴 수지 및 경화제에 사용 된 과산화물 촉매의 양을 변화 시켜이 효과를 정량화했습니다. 그들은 촉매 농도가 권장 수준에서 50% 증가했을 때, 경화 된 생성물의 기포의 부피가 3 배 증가하여 최종 생성물의 외관 및 기계적 특성을 상당히 저하시키는 것으로 나타났습니다.
IV. 물리적 특성 및 호환성
점도, 밀도 및 용해도와 같은 경화제의 물리적 특성은 다른 재료와의 호환성에도 영향을 줄 수 있습니다. 점도는 기본 재료와 경화제의 혼합 및 적용에 영향을 미치기 때문에 중요한 특성입니다. 경화제의 점도가 너무 높으면 수지와 균등하게 섞기가 어려워서 일관성이없는 경화 및 불균일 한 최종 생성물로 이어질 수 있습니다. 예를 들어, 복합 제조 공정에서 에폭시 수지와 함께 사용되는 고격성 에폭시 경화제의 경우, 수지와 철저하게 경화제를 혼합 할 수 없기 때문에 복합재의 영역이 저조하고 기계적 강도가 낮았다. Lee (2017)의 연구는 상이한 에폭시하든의 점도와 에폭시 수지의 혼합 및 경화에 미치는 영향을 측정했다. 그들은 특정 임계 값 (1000 cp) 이상의 점도를 갖는하든은 적절한 혼합을 보장하기 위해 특수 혼합 기술과 더 긴 혼합 시간이 필요했으며, 그렇게하지 않으면 경화 된 에폭시 복합재의 품질이 크게 감소한 것으로 나타났습니다.
경화제와 기본 재료의 밀도 차이로 인해 호환성 문제가 발생할 수 있습니다. 경화제의 밀도가 기본 재료의 밀도와 크게 다르면 혼합 또는 경화 중에 분리로 이어질 수 있습니다. 예를 들어, 폴리 우레탄 폼 제조 공정에서, 폴리 우레탄 경화제의 밀도가 폴리 우레탄 수지의 밀도보다 상당히 낮 으면, 경화제는 혼합 동안 상단으로 떠 다닐 수있어 폼 내 경화제의 고르지 않은 분포가 발생할 수있다. 이로 인해 폼 영역이 저하되거나 과제화되어 최종 제품의 기계적 특성 및 모양에 영향을 미칩니다. 실제 사례에는 폴리 우레탄 폼 매트리스를 생산하려고 할 때이 문제를 경험 한 제조업체가 포함되었습니다. 그들은 처음에 수지의 밀도보다 30% 낮은 밀도를 가진 경화제를 사용했으며, 그 결과 매트리스는 경화제의 고르지 않은 분포로 인해 견고성과 내구성이 일치하지 않았다.
용해도는 호환성에 영향을 줄 수있는 또 다른 물리적 특성입니다. 기본 물질 또는 제제에 사용 된 용매에 용해되지 않는 경화제는 침전 또는 상 분리를 유발할 수 있습니다. 예를 들어, 수용성 수지가 경화제와 함께 사용되는 수성 코팅 시스템의 경우, 경화제가 물에 완전히 용해되지 않으면 별도의 위상을 형성하여 흐린 외관과 코팅 성능을 줄일 수 있습니다. Wang (2018)의 연구는 수성 코팅 시스템에서 다른하든의 용해도를 조사했습니다. 그들은 특정 화학 구조를 갖는하든이 물에서 용해도가 제한되어 있으며 코팅 시스템에 사용될 때 코팅의 안개 값이 크게 증가하여 투명성의 감소 및 코팅의 전반적인 품질을 나타냅니다.
V. 다른 기본 재료와의 호환성
경화성 호환성은 반응하려는 기본 재료의 유형에 따라 다릅니다. 전술 한 바와 같이 에폭시하든은 에폭시 수지와 작용하도록 설계되었습니다. 그러나 폴리 에스테르 또는 아크릴 수지와 같은 다른 수지와 함께 사용될 때 상당한 호환성 문제가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 에폭시 경화제가 유리 섬유 제조 공정에서 폴리 에스테르 수지와 함께 실수로 사용될 때, 생성 된 생성물은 유리 섬유와 수지 매트릭스 사이의 접착력이 좋지 않았다. 에폭시 경화제는 폴리 에스테르 수지와 제대로 반응하지 않았으며, 약한 결합과 박리되기 쉬운 생성물을 초래했습니다. Zhang (2019)의 연구는 폴리 에스테르 및 에폭시 수지와 다른하든의 성능을 비교했습니다. 그들은 폴리 에스테르 수지를 갖는 에폭시 경화제를 사용하면 올바른 폴리 에스테르 경화제를 사용하는 것과 비교하여 층간 전단 강도가 50% 감소한 것으로 나타났습니다.
폴리 우레탄하든은 일반적으로 폴리 우레탄 수지와 함께 사용되지만 다른 재료와의 호환성도 문제가 될 수 있습니다. 예를 들어, 에폭시 수지와 함께 사용될 때, 폴리 우레탄 경화제와 에폭시 수지 사이의 반응은 의도 된 폴리 우레탄 수지와 마찬가지로 간단하지 않을 수있다. LIU (2020)의 연구는 에폭시 수지와 폴리 우레탄하든의 호환성을 조사했다. 그들은 올바른 에폭시 경화제를 사용하는 것과 비교하여 에폭시 수지를 갖는 폴리 우레탄 경화제를 사용할 때 경화 반응이 느리고 덜 완료됨을 발견했다. 생성 된 생성물은 탄성 계수가 낮고 더 부서지기 때문에 이상적인 재료 조합보다 적은 조합을 나타냅니다.
아크릴 강화제는 아크릴 수지와 함께 작동하도록 설계되었습니다. 그러나 폴리 에스테르 또는 에폭시 수지와 같은 다른 수지와 함께 사용될 때 호환성 문제가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 아크릴 경화제가 올바른 폴리 에스테르 경화제 대신 폴리 에스테르 수지와 함께 사용 된 코팅 응용 분야에서, 코팅은 수명이 짧고 균열이 더 발생 하였다. 아크릴 경화제는 폴리 에스테르 수지와 적절한 화학 결합을 형성하지 않아 내구성이 덜 코팅되었습니다. 실제 예는 아크릴 강화제가 실수로 폴리 에스테르 수지 기반 코팅과 함께 사용되는 가구 마무리 애플리케이션에서 나온 것입니다. 결과 마감은 예상만큼 매끄럽지 않았으며 짧은 기간 후에 균열을 시작하여 재현이 필요합니다.
VI. 다른 응용 프로그램 환경에서의 호환성
응용 프로그램 환경은하든의 호환성에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 대량의 수지 및하든을 사용하는 제조 공장과 같은 산업 환경에서 온도 및 습도 제어는 적절한 호환성을 보장하는 데 중요합니다. 예를 들어, 플라스틱 제조 시설에서, 온도가하든과 함께 에폭시 수지를 경화하기 위해 권장 범위 내에서 유지되지 않으면 제품의 품질이 일치하지 않을 수 있습니다. Hernandez (2018)의 연구에 따르면 제조 플랜트에서 온도 변동이 다른 경화제로 에폭시 수지를 치료하는 데 미치는 영향을 분석했습니다. 그들은 온도가 정상보다 낮은 겨울철에, 에폭시 수지의 경화 시간은 경우에 따라 최대 60% 증가하여 생산 지연과 기계적 특성이 감소 된 제품으로 이어진다는 것을 발견했다.
건물 코팅 또는 인프라 보호의 경우와 같은 실외 응용 분야에서 기상 조건은 경화제 호환에 중요한 역할을합니다. 비, 눈 및 햇빛은 모두 경화 과정과 기본 재료와의 경화 과정과 호환성에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 건물 코팅 응용 분야에서 폴리 우레탄 경화제 기반 코팅이 비오는 기간 동안 적용되는 경우, 비의 수분은 경화 과정을 방해하여 제대로 건조되지 않는 부드럽고 끈적 거리지 않는 코팅을 초래할 수 있습니다. 실제 예제는 특정 경화제가있는 폴리 에스테르 기반 코팅이 적용된 브리지 페인팅 프로젝트에서 나옵니다. 적용하는 동안, 간단히 비가 내렸고, 결과 코팅은 얼룩이 생겼으며 비가 내린 수분의 유입으로 인해 예상만큼 내구성이 없었습니다.
수중 응용 프로그램은 또한하든에 대한 고유 한 호환성 문제를 제기합니다. 해양 코팅 또는 수중 수리의 경우, 경화제는 식염수 환경과 코팅 또는 수리되는 재료와 호환되어야합니다. 예를 들어, 선체 선체에 대한 해양 코팅 응용 프로그램에서, 경화제가 바닷물 부식에 내성이없는 경우, 코팅의 조기 분해 및 코팅 수명 감소로 이어질 수 있습니다. Jones (2021)의 연구는 바닷물 환경에서 다른하든의 호환성을 조사했습니다. 그들은 일부 경화제가 다른하든보다 바닷물 부식에 대한 저항성이 훨씬 높으며, 해양 코팅 응용 분야에서 바닷물 저항성이 낮은 경화제를 사용하면 더 내성 경화제를 사용하는 것과 비교하여 코팅 수명이 50% 감소 할 수 있습니다.
VII. 호환성 테스트 및 평가
기본 재료 및 다른 응용 환경에서하든의 적절한 호환성을 보장하기 위해 다양한 테스트 방법을 사용할 수 있습니다. 가장 일반적인 방법 중 하나는 겔 타임 테스트입니다. 이 시험에서, 소량의 수지 및 경화 혼합물이 준비되고 혼합물이 겔을 형성하는 데 걸리는 시간이 측정된다. 이 테스트는 수지와의 경화제의 반응성을 결정하는 데 도움이되며 경화 과정이 너무 느리거나 너무 빠르는지를 나타낼 수 있습니다. 예를 들어, 에폭시 수지 및하든 자의 경우 젤 시간이 권장 값보다 훨씬 길면, 호환성 문제로 인해 경화제가 수지와 제대로 반응하지 않음을 나타낼 수 있습니다. Kim (2019)의 연구는 겔 타임 테스트를 사용하여 특정 에폭시 수지와 다른 에폭시하든의 호환성을 평가했습니다. 그들은 서로 다른 조합의 젤 시간을 비교함으로써 어떤하든이 적절한 경화를 초래할 가능성이 가장 높고 어떤 것이 문제를 일으킬 수 있는지 식별 할 수 있음을 발견했습니다.
또 다른 중요한 테스트는 경화 된 제품의 기계적 특성 테스트입니다. 여기에는 인장 강도, 굽힘 강도 및 탄성 계절 계수와 같은 테스트가 포함됩니다. 경화 된 생성물의 이러한 기계적 특성을 측정함으로써, 경화 과정의 품질과 수지와 경화제의 호환성을 평가할 수있다. 예를 들어, 경화 된 에폭시 수지-하드너 조합의 인장 강도가 예상보다 훨씬 낮은 경우, 경화 과정에서 호환성 문제가 있음을 나타낼 수 있습니다. 실제 예는 새로운 에폭시 경화제를 사용하는 복합 제조 회사에서 나온 것입니다. 복합재의 배치를 생산 한 후, 그들은 경화 된 제품의 인장 강도를 테스트 한 후 그들이 사용했던 이전 경화제보다 20% 낮다는 것을 발견했습니다. 추가 조사를 통해 그들은 새로운 경화제와 그들이 사용하고있는 에폭시 수지 사이에 호환성 문제가 있음을 발견하여 경화 과정에 영향을 미치고 품질이 낮은 제품을 초래했습니다.
경화 된 제품의 화학적 분석은 또한 호환성에 대한 귀중한 정보를 제공 할 수 있습니다. 여기에는 푸리에 변환 적외선 분광법 (FTIR) 및 핵 자기 공명 (NMR) 분광법과 같은 기술이 포함될 수 있습니다. 이러한 기술은 경화 과정에서 형성된 화학적 결합을 식별하고 반응되지 않은 성분 또는 불순물을 감지하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 폴리 우레탄 수지-하드너 조합의 경우, FTIR 분석을 사용하여 예상되는 우레탄 결합이 형성되었음을 확인하고 반응되지 않은 이소시아네이트 그룹 또는 불순물의 존재를 확인하기 위해 사용될 수있다. Chen (2020)의 연구는 FTIR 및 NMR 분광법을 사용하여 상이한 폴리 우레탄 수지-하류 조합의 경화 생성물을 분석했습니다. 그들은 이러한 기술을 사용함으로써 반응되지 않은 구성 요소의 존재 또는 경화제의 불순물로 인해 불완전한 경화와 같은 호환성 문제를 식별 할 수 있음을 발견했습니다.
VIII. 호환성 문제 완화
호환성 문제가 확인되면이를 완화하기 위해 사용할 수있는 몇 가지 전략이 있습니다. 한 가지 방법은 기본 재료 및 응용 프로그램 환경에 적합한 경화제를 신중하게 선택하는 것입니다. 이를 위해서는 적용의 특정 요구 사항뿐만 아니라 경화제 및 기본 재료의 화학적 및 물리적 특성에 대한 철저한 이해가 필요합니다. 예를 들어, 해양 코팅 적용에서, 바닷물 부식에 내성이 있고 습한 환경에서 적절한 반응성을 갖는 경화제를 선택해야합니다. 실제 사례는 해양 코팅의 내구성에 문제가있는 회사에서 나옵니다. 호환성 문제를 분석 한 후, 그들은 해양 응용을 위해 특별히 설계되었으며 바닷물 부식 및 습도에 더 나은 저항력을 가진 다른 경화제로 전환했습니다. 그 결과 코팅의 수명과 성능이 크게 향상되었습니다.
또 다른 전략은
