코팅의 흐름성과 균일성 향상에 기여하는 에폭시 희석제의 역할

에폭시 희석제의 이해 및 코팅 점도에 미치는 영향

에폭시 희석제의 정의 및 화학 조성

에폭시 희석제는 상대적으로 작은 분자를 가진 첨가제로, 수지의 점도를 낮추되 경화 특성에는 영향을 주지 않습니다. 이러한 물질은 일반적으로 에폭시 또는 글리시딜 에터와 같은 반응성 기를 포함하고 있어 경화 과정에서 고분자 구조에 실제로 통합될 수 있습니다. 단일 기능형 제품으로는 예를 들어 페닐글리시딜 에터가 있는데, 이는 분자 간 교차 결합이 적어지게 하여 전체적으로 소재를 더 유연하게 만듭니다. 반면, 부탄디올디글리시딜 에터와 같은 이기능형 제품은 점도를 조절한 후에도 구조적 완전성을 더 잘 유지합니다. 제조업체는 일반적으로 제품이 유연함을 필요로 하는지, 혹은 작업성이 개선되더라도 강도를 유지해야 하는지에 따라 이 두 옵션 중 하나를 선택합니다.

에폭시 희석제가 점도를 낮추어 작업성을 개선하는 방법

희석제가 혼합되면 실제로 에폭시 폴리머 사슬을 결합하고 있는 сл분자 간 힘을 분해함으로써 점도를 상당히 낮출 수 있습니다. Ciech 그룹의 2019년 연구에 따르면 점도가 최대 60%까지 감소하기도 합니다. 이는 실제로 어떤 의미가 있을까요? 작업이 보다 용이해진다는 것입니다. 소재가 더 잘 분사되고 표면에 고르게 퍼지며, 필러도 더 많이 혼합할 수 있게 됩니다. 열 분석 데이터를 살펴보면 또 다른 이점을 확인할 수 있습니다. 이러한 첨가제는 흐름에 필요한 활성화 에너지를 약 15~20% 정도 낮추는 것으로 보입니다. 즉, 코팅막이 고형분 함량을 유지하면서 상온에서도 매끄럽게 균일해질 수 있다는 의미이며, 제조업체들은 생산 과정에서 품질 기준을 유지하려 할 때 이를 매우 유용하게 여깁니다.

반응형 vs. 비반응형 에폭시 희석제: 주요 차이점과 용도

알릴글리시딜에터를 포함한 반응성 희석제는 경화 과정 중 가교결합 반응에 실제로 참여함으로써 샤르 D 경도가 약 85에 유지되도록 하여 완성된 필름이 화학약품에 대한 저항성을 유지할 수 있도록 합니다. 반면, 벤질알코올과 같은 비반응성 희석제는 일시적으로 점도만 낮추고 화학 구조에 포함되지 않습니다. Pascault의 2010년 연구에 따르면 이러한 비반응성 첨가제는 완전 경화 후 필름 강도를 약 12~18% 정도 낮출 수 있습니다. 이러한 성능 특성의 차이로 인해 구조물에 대한 장기적인 보호 코팅이 필요한 경우에는 대부분 전문가들이 반응성 제형을 선택합니다. 비반응성 제품은 작업에 따라 빠른 제거 또는 단기 보호가 필요한 상황에서 그 특화된 용도를 찾을 수 있습니다.

에폭시 코팅에서의 흐름과 균일화의 과학

표면 장력과 코팅 흐름 및 균일화에서의 역할

에폭시 코팅이 표면에 퍼져서 굳어지는 방식은 표면 장력에 크게 영향을 받습니다. 고형분 함량이 높은 시스템을 다룰 때는 일반적으로 표면 장력이 30에서 40 밀리뉴턴/미터 정도로 나타납니다. 이는 마감된 제품에서 보기 싫은 크레이터 현상이나 오렌지 필름 같은 질감 문제를 유발할 수 있습니다. 에폭시 희석제를 첨가하면 이러한 장력을 10~20% 정도 낮출 수 있어 코팅이 도포된 표면에 더 잘 달라붙게 하고 전체적으로 더 매끄러운 마감을 만들어 줍니다. 이러한 희석제에는 주로 두 가지 종류가 있습니다. 반응형 희석제는 경화 과정 중 재료 구조에 결합함으로써 복잡한 계면력의 균형을 맞추는 데 도움을 줍니다. 비반응형 제품은 분자를 일시적으로 분리시켜 제대로 퍼질 수 있도록 하는 역할을 하긴 하지만 내구성은 다소 떨어집니다.

최적의 레벨링을 위한 점도와 표면 이동성의 균형 유지

균일한 레벨링을 얻기 위해서는 점도를 적절히 조절하는 것이 중요합니다. 점도가 2000센티푸아이즈(cP)를 넘어서면 소재가 제대로 흐르지 않습니다. 그러나 점도가 500cP 이하로 떨어지면 코팅 표면이 늘어나는(sagging) 문제가 훨씬 빈번히 발생할 수 있습니다. 에폭시 희석제는 이러한 문제 해결에 효과적입니다. 이는 점도를 약 30~50%까지 낮춰주는 역할을 합니다. 이 물질의 장점은 고형분 함량에는 전혀 영향을 주지 않는다는 점입니다. 즉, 겔화되기 전의 핵심적인 5~15분 동안 코팅 표면이 더 잘 퍼지는 효과를 얻을 수 있습니다. 지난해 『폴리머 저널(Polymer Journal)』에 발표된 연구는 이러한 조절이 실제로 코팅막이 스스로 균일하게 펼쳐지도록 돕는다는 점을 입증했습니다. 특히 산업용 고고형분 코팅 작업에서 올바른 도장이 매우 중요한 상황이라면 이러한 방법이 매우 유용할 것입니다.

고고형분 에폭시 시스템에서 레벨링 성능 측정

재료가 도포 중에 얼마나 균일하게 펼쳐지는지를 측정하기 위해 업계 전문가들은 일반적으로 ASTM D4402 기준에 따른 처짐 시험 또는 레이저 프로파일 측정 기술과 같은 표준 시험에 의존합니다. 고형분 함량이 높은 제형(고형분 70% 이상)의 경우 적절한 양의 에폭시 희석제를 사용하면 표면 거칠기가 5마이크로미터 이하로 낮아질 수 있습니다. 이는 일반적으로 희석되지 않은 시스템에서 보이는 수준보다 약 60% 우수한 결과입니다. 현장 시험에서는 또 다른 흥미로운 결과가 나타났는데, 수직으로 도포할 때 에폭시 희석제를 8~12% 첨가하면 레벨링(leveling)에 필요한 시간을 약 40%까지 줄일 수 있었습니다. 이는 복잡한 형상의 부품을 도포할 때 균일한 코팅이 특히 중요하다는 점에서 이러한 제형이 매우 유용함을 의미합니다.

최적의 레올로지 특성을 위한 에폭시 희석제 농도 최적화

제조업체는 일반적으로 유동성과 안정성을 균형 있게 맞추기 위해 중량 기준으로 5~15%의 에폭시 희석제를 사용합니다. 18% 이상의 농도는 가교 밀도를 감소시켜 경도가 2~3 Shore D 포인트만큼 낮아지게 합니다. 점도 측정 데이터에 따르면, 브러시 도포 코팅에서 최적의 항복 응력(50~80 Pa)을 제공하는 반면 광택 유지율이 90% 이상으로, 작업성과 외관 성능을 동시에 만족시킬 수 있습니다.

코팅 균일성 향상 및 표면 결함 감소

에폭시 희석제가 표면 장력을 어떻게 변화시켜 필름 형성을 개선하는지

에폭시 희석제를 첨가하면 순수 수지와 비교해 표면 장력이 2025년 판(Pan)과 동료들의 연구에 따르면 약 22~38% 정도 감소합니다. 이는 재료가 표면 위에 보다 고르게 퍼지도록 도와주고 계면에서의 접착력 향상에 기여합니다. 표면 에너지 변화에 대해 말하자면, 코팅막이 기재로부터 떨어져 나가는 성가신 현상을 방지함으로써 전반적으로 더 깨끗한 필름 형성을 가능하게 합니다. 글리시딜 에터와 같은 반응성 종의 경우, 이들은 실제로 폴리머 네트워크 자체의 일부가 됩니다. 이는 경화 과정 중 표면이 움직일 수 있는 여유를 더해 주며 비반응성 물질에 비해 보다 매끄러운 마감을 만들어 냅니다. 대부분의 제조사들이 이러한 방식을 선호하는 이유는 전통적인 방법과 관련된 복잡함 없이도 일관되고 우수한 결과를 제공하기 때문입니다.

오렌지 필, 크레이터링 및 기타 표면 결함 최소화

적절한 희석제 사용은 일반적인 도장 결함을 완화시킵니다:

• 오렌지 껍질 표면 처리 : 스프레이 적용 시 발생률이 35%에서 <5%로 감소합니다
• 크레이터링(Cratering) : 중량 대비 희석제 농도가 12%를 초과할 때 방지됨
• 피쉬아이(Fish eyes) : 안정화된 표면 장력으로 억제됨

용제 증발 동안 뉴턴 유동 특성을 유지하는 것은 다양한 도장 방법에서 일관된 결함 감소를 위해 필수적입니다.

희석 효율성과 경화 후 필름 내구성 간의 상충 관계

높은 희석제 농도(18–25%)는 유동성을 개선시키지만 아민 경화 시스템에서 교차 결합 밀도가 최대 40%까지 감소할 수 있습니다. 이를 상쇄하기 위해 제조업체는 다음과 같은 전략을 사용합니다:

1. 반응성 및 비반응성 희석제를 3:1 비율로 혼합
2. 연장된 포트 수명을 관리하기 위해 가속 경화제 사용
3. 기계적 특성을 회복시키기 위해 나노실리카 첨가

이상적인 균형은 희석제 함량 15~18%에서 이루어지며, 기초 수지 경도의 90% 이상을 유지하면서 표면 거칠기 5μm 미만을 달성함.

어려운 기재에 대한 젖음성 및 접착성 향상

에폭시 희석제가 기재의 젖음성과 접착성 향상에 미치는 역할

계면에서의 표면 장력을 낮춤으로써 에폭시 희석제는 폴리에틸렌 및 분체 도장 금속과 같은 저에너지 기재에 대한 젖음성을 개선합니다. 최적화된 제형은 접촉각 35° 이하를 달성하여 균일한 코팅이 가능하게 합니다. 인산메타크릴레이트 단량체 통합에 대한 최근 연구는 다공성 콘크리트 및 노후화된 강철에서 향상된 기계적 정합성을 보여주며, 접착력이 18~22% 증가함.

저에너지 및 접착이 어려운 표면에서 계면 접촉 촉진

에폭시의 점도가 낮을 경우, 실제로 5마이크로미터 미만의 깊은 미세 균열 속까지 침투하여 표면의 울퉁불퉁한 부분 주위로 퍼져나갈 수 있습니다. 이는 플루오로폴리머로 처리된 소재나 자외선 노출로 손상된 복합 표면에 접착할 때 특히 중요합니다. 일반적인 에폭시는 이러한 상황에서는 접착력이 약 30~40% 낮게 나타납니다. 반응성 희석제와 실란 커플링제를 혼합하면 이러한 효과를 한층 더 높일 수 있습니다. 이러한 혼합물은 수산기(-OH)를 다량 함유한 소재, 예를 들어 유리 표면이나 양극산화 처리된 알루미늄과 특정한 화학 결합을 형성하여 우수한 접착성을 제공합니다. 결과적으로 훨씬 개선된 접착 특성을 얻을 수 있습니다.

최종 코팅에서 접착성 향상과 화학 저항성의 균형 유지

희석제는 접착 특성에 확실히 도움을 주지만, 약 12% 이상 사용하게 되면 상황이 복잡해지기 시작합니다. 가교 밀도가 감소하면서 소재가 용제에 대해 덜 견고해지게 됩니다. 표면 공학 분야 전문가들이 해결한 방법은 원래 접착 강도의 약 95%를 유지하면서도 산과 다양한 연료에 대한 저항성을 여전히 잘 유지할 수 있는 최적의 균형점을 찾는 것입니다. 대부분의 제조사들은 MEK 더블 러브(MEK double rubs)를 주요 지표로 삼는 산업 표준을 따릅니다. 일반적으로 희석되지 않은 시스템에서 가능한 수준에 비해 5% 이하의 성능 저하만을 목표로 삼습니다. 이러한 접근 방식은 제품이 의도된 용도에 충분히 견고할 뿐만 아니라 표면 간의 결합력도 약화시키지 않도록 보장합니다.

에폭시 희석제의 성능 한계 및 실용적 고려사항

가교 밀도, 경도 및 기계적 특성에 미치는 영향

희석제 사용량은 경화 후 최종 필름의 성능에 실제적인 영향을 미칩니다. Parker와 동료들이 2022년에 발표한 자료에 따르면 반응성 희석제는 점도를 15~35% 정도 감소시키는 데 도움이 됩니다. 하지만 반면에 이러한 희석제는 교차결합 밀도를 최대 30%까지 낮출 수 있기 때문에 상충점이 존재합니다. 이로 인해 실제로 필름의 경도가 2H에서 HB 수준으로 떨어지고, 전체적으로 재질이 덜 경성해지게 됩니다. 한편 비반응성 희석제는 중요한 교차결합에 영향을 주지는 않지만 자체적인 문제점이 있습니다. 이러한 희석제는 일반적으로 20~40%의 상당히 큰 양이 필요하며, 이는 경화 후 수축이 증가하고 재질을 더 취약하게 만듭니다. 이러한 문제들로 인해 제조업체는 성능이 중요한 분야에 이러한 희석제를 적용하려 할 때 한계에 부딪히는 경우가 많습니다.

비반응성 희석제와 관련된 휘발성 유기화합물 배출 및 규제 문제

코팅제에서 배출되는 휘발성 유기화합물(VOC)의 약 절반에서 4분의 3은 비반응성 희석제에서 비롯되며, 이로 인해 기업들은 EPA의 건축용 코팅 규정(40 CFR Part 59)과 같은 규정을 엄격히 준수해야 한다. 2023년에 EU REACH 지침이 최근 개정되면서 산업용 프라이머에 사용할 수 있는 방향족 희석제의 함량을 8% 이하로 제한하고 있다. 이러한 규제 속에서 많은 제조업체들이 식물 기반 대안 제품으로 전환하고 있다. 그중에서도 개질 아마씨유 유도체가 두드러지게 나타나며, 기존 제품 대비 VOC 배출량을 약 40%까지 줄일 수 있다. 하지만 이러한 친환경 대안 제품은 완전 경화에 약 12~15% 더 많은 시간이 소요되는 단점이 있어 전반적인 생산 일정에 영향을 미칠 수 있다.

배합 설계에서 성능 저하를 완화하기 위한 전략

성능을 유지하면서도 한계를 해결하기 위해 제형 설계자는 다음의 3가지 주요 전략을 사용합니다:

1. 반응성 희석제 혼합 : 단일기능성(10–12%)과 삼중기능성 희석제(5–7%)를 혼합하면 점도를 낮추면서 가교 손실을 최소화할 수 있습니다.
2. 하이브리드 촉매 시스템 : 하이드록실이 풍부한 희석제로 인한 경화 억제를 보완하기 위해 옥토에이트 아연 가속제를 사용합니다.
3. 나노첨가제 통합 : 고함량 희석제 시스템에서 손실된 경도의 85–90%를 회복하기 위해 나노실리카를 0.5–1.0% 첨가합니다.

이러한 접근 방식을 통해 무희석 기준 대비 인장 강도 손실을 25% 이하로 유지하면서 점도를 최대 18%까지 감소시킬 수 있어 고품질이면서도 규정 준수인 제형을 구현할 수 있습니다.

자주 묻는 질문 섹션

에폭시 희석제란 무엇입니까?

에폭시 희석제는 경화 과정에 간섭하지 않으면서 작업이 용이하도록 에폭시 수지의 점도를 낮추는 첨가제입니다.

에폭시 희석제가 코팅의 점도에 어떤 영향을 주나요?

에폭시 희석제는 중합체 사슬 내 분자 간 힘을 약화시켜 점도를 낮추고, 소재의 적용 및 퍼짐성을 개선합니다.

반응성 희석제와 비반응성 희석제의 차이는 무엇인가요?

반응성 희석제는 경화 과정에 참여하여 중합체 구조에 통합되며, 이로 인해 경도와 내화학성이 높아집니다. 반면 비반응성 희석제는 화학 구조에 포함되지 않고 일시적으로 점도를 낮춥니다.

에폭시 희석제는 어떻게 기재 접착성을 개선하는 데 사용되나요?

에폭시 희석제는 표면 장력을 낮추어 어려운 표면에서도 코팅이 잘 퍼지도록 하여 계면 접촉을 증진시킴으로써 기재 접착성을 개선합니다.