실험 레포트 - 에폭시 수지의 합성

실험 레포트 - 에폭시 수지의 합성

실험 레포트 - 에폭시 수지의 합성.docx

본문 실험 제목 Epoxy Resin의 합성 실험 목표 에폭시 수지를 제조하고 이의 생성반응을 이해할 수 있다. 실험 원리 에폭시 수지는 일반적으로 히드록시기를 2개 이상 갖는 화합물과 에피클로로히드린을 반응시켜 얻는다. 가장 간단한 예로 2몰의 에피클로로히드린과 비스페놀 A(2,2-bis(p-hydroxyphenyl)―propane) 1몰을 반응시키면 다음식과 같이 diepoxide Ⅱ 가 생성된다. Ⅱ 를 비스페놀 A와 적당한 비율로 반응시키면 다음과 같은 구조를 갖는 고분자량의 에폭시 수지가 얻어 진다 Ⅲ . 물론 이러한 반응 과정에서 부반응이 일어날 수 있고 Ⅲ 의 구조 대신에 한 개의 에폭시기만 존재하는 화합물이 생성될 수 있으며, 수분에 의해 에폭시기가 가수분해 된 구조도 존재할 수 있어 실제의 히드록시기의 상대적인 수는 이론적으로 계산된 값과는 차이가 있게 된다. 위 반응은 동시에 진행시킬 수도 있고 각 반응을 단계적으로 진행시킬 수도 있다. 예를 들어 히드록시 화합물과 당량의 알칼리 수용액의 혼합물에 필요한 양의 에피클로로히드린을 가하여 50~100℃에서 반응시키면, 첫 번째 단계의 부가 반응과 두 번째 단계의 HCl제거 반응이 동시에 진행된다. 한편, 히드록시 화합물과 에피클로로히드린을 무수 용매에서 산 촉매 존재 하에 반응시키면 첫 번째 단계의 반응에 의한 생성물인 클로로히드린 Ⅰ 이 주로 생성되며, 다음 단계로 당량의 알칼리를 가하여 반응시키면 Ⅱ 의 에폭시화합물이 얻어지게 된다. 생성된 에폭시 수지의 구조와 분자량은 반응조건에 의해 크게 영향을 받는다. 과량의 에피클로로히드린(히드록시기 1몰 당 약 5몰)을 가하면 주로 양 말단에 에폭시기가 존재하는 화합물이 생성된다. 그러나 에피클로로히드린의 양이 많아질수록 생성물의 분자량은 작아지게 되며 따라서 연화점(softening point)도 낮아지게 된다. 반응물의 조성 외에도 반응 온도의 영향도 중요한데, 온도가 높을수록 이미 생성된 에폭시기의 가수분해 반응이 쉽게 일어날 수 있어 에폭시 수지 중의 히드록시기의 함량을 증가시키는 결과를 가져오게 된다. 지금까지 설명한 비스페놀 A와 에피클로로히드린으로부터 제조되는 에폭시 수지가 상업적으로 가장 널리 쓰이는데, 보통 분자량이 450에서 4000( Ⅲ 식에서의 n이 1~12정도)까지의 수지가 상업적으로 생산되어 이용되고 있으며, 이들의 경우 연화점은 30℃에서 155℃정도가 된다. 이 에폭시 수지는 용매에 가용성이지만 경화제와의 반응에 의해 가교반응이 일어나면 불용, 불융의 물질로 변화된다. 보통 경화라고 부르는 가교 반응은 에폭시기와 부가 반응을 할 수 있는 2 작용성 또는 다작용성 화합물과의 반응에 의해 진행시킬 수 있으며, 특히 촉매 량의 3차 아민이나 술폰산과 같은 산 화합물, 또는 Friedel-Crafts 촉매의 존재 하에서는 자동 가교 반응도 일어난다. 이러한 반응은 낮은 온도에서도 일어나지만 낮은 온도에서는 균일한 반응을 얻기 어렵다. 에폭시 수지의 가교 반응은 발열반응이며, 반응열은 에폭시기 1몰 당 22~26kcal 정도이다. 일반적으로 가교제(경화제)의 양은 에폭시기와 당량 첨가하며, 경화반응은 벌크에서 주로 시키지만 락카(laquer)등의 용도에는 용액에서 행한다. 특수한 경우, 예를 들어 에폭시 수지의 점성도를 낮출 필요가 있을 경우에는 저점성도의 모노 또는 디에폭시드나 allyl glycidyl ether 와 같은 반응성 희석제를 가하여 경화시키기도 한다. 대부분의 경우 경화 반응은 고온에서 일어나므로 에폭시수지와 경화제를 혼합시켜 실온에서 보관한다. 상업적으로는 경화제로서 다염기산, 산무수물 및 아민류가 널리 쓰이는데, 카르복시산은 180℃ 이상의 온도에서나 충분히 빠르게 반응이 진행되는데 비해, 산무수물(예를 들어 무수프탈산)의 경우에는 소량의 3차 아민이 촉매로 첨가되면 100℃ 정도의 온도에서 효과적인 가교 반응이 진행된다. 산무수물의 경우 에폭시가 1몰 당 1/2몰의 산무수물이 효율적인 필요량이다. 아민에 의한 경화반응은 3차 아민(예를 들어, N, N-dimethylbenzylamine)의 촉매작용으로 진행될 수도 있고, 높은 온도에서 당량의 1차 또는 2차 아민류에 의해서도 일어난다. 후자의 경우가 널리 이용되는데, 이 경우는 반응성 수소가 존재하는 화합물(예를 들어 물, 알코올류, 페놀류 및 카르복시산 등)의 촉매 작용에 의해 가교가 일어난다. 아민과 에폭시기의 최적 혼합비는 당량이어야 하는 것이 아니며, 보통 경험적으로 선택된 최적 혼합비가 선택된다. 경화된 가교 상태의 에폭시 수지는 화학 약품이나 용매에 대한 저항성이 매우 좋으며, 전기적 성질 및 접착력이 우수하다. 따라서 에폭시수지는 락카나 도료 등의 용도뿐만 아니라, 플라스틱, 목재, 금속류의 접착제로도 널리 이용된다. 하고 싶은 말 좀 더 업그레이드하여 자료를 보완하여, 과제물을 꼼꼼하게 정성을 들어 작성했습니다. 위 자료 요약정리 잘되어 있으니 잘 참고하시어 학업에 나날이 발전이 있기를 기원합니다 ^^ 구입자 분의 앞날에 항상 무궁한 발전과 행복과 행운이 깃들기를 홧팅 키워드 반응, 에폭시, 수지, 경우, 시기, 가교