에폭시 / 경화제 일반

n 에폭시 개요

- 에폭시란 무엇인가 ?

- 에폭시의 분류

- 에폭시 제조공정

n 경화제 개요

- 경화제의 종류 및 분류

- 종류별 특성

n 용어해설

LG화학 에폭시 사업부

Epoxy 개요 에폭시란 ?

에폭시 사업부LG화학

n 에폭시의 정의

n 에폭시의 특성

에폭시는 경화제와의 반응에 의하여 다음과 같은 특성을 나타낸다.

1. 접착성 및 기계적 강도가 우수하다.

2. 내열성 / 내화학성 / 내수성이 우수하다.3. 고전압에서도 전기 절연성이 우수하다.

4. 성형성이 우수하다.

5. 함침성이 우수하여 복합재료의 제조가 용이하다.

6. 경화제의 선택에따라 다양한 물성의 구현이 가능하다.

1. 화학적 개념 : 화학구조 내에 에폭시기를 함유한 모든 물질을 통칭하며, 에폭시기는 Epoxide , Epoxy Ring , Oxirane , Glycidyl 등으로 불리기도 한다.

2. 산업적 개념 : 에폭시는 열경화성 수지의 중간체(Prepolymer)로 경화제와의 반응에 의하여 불용/불융

의 3차원 망목상 구조를 형성하여 에폭시 고유의 물성을 나타낸다. 에폭시가 망목상

구조를 형성하기 위해서는 최소한 2개 이상의 Epoxide Ring을 함유해야 하며, 산업적

의미를 지니게 된다.

CH2CHCH2 CH2CH CH2

O O

Epoxy 개요 에폭시의 분류

에폭시 사업부LG화학

n 성상에 따른 분류

n 화학구조에 따른 분류

1. Glycidyl Ether 형

2. Glycidyl Ester 형

3. Glycidyl Amine 형

4. 선형 지방족 형 (Linear Aliphatic)

5. 지환족 형 (Cyclo Aliphatic)

에폭시는 외관에 따라 액상 및 고상으로 대별되나 용도에 적합하도록 저점도화한 희석형 제품이 있다.

n 관능기 수에 따른 분류

1. 일관능성 (mono functional)

에폭시기가 하나로서 주로 반응성 희석제로 사용된다.

2. 이관능성 (di functional) 에폭시기가 두개인 수지로 가장 많이 사용된다.

3. 다관능성 (multi functional)

에폭시기가 3개 이상으로 고기능성 재료로 사용된다.

순 수 액 상 : 100 % 순수한 일반 액상 에폭시

반 고 상 : 상온에서 거의 흐르지 않는 고점도 수지

반응성 희석형 : 일반의 에폭시에 경화제와 반응이 가능한

반응성 희석제를 혼합한 수지

용 제 희 석 형 : 점도를 낮추기 위해 액상 또는 고상

수지에 휘발성 용제를 혼합한 Type

¤ 액 상

제조방법에 따라 직접법 제품과

간접법 제품이 있다. 저분자량

고상은 직접법 및 간접법 모두

이용되며, 고분자량은 간접법에

의해 제조된다.

¤ 고 상

Epoxy 개요 에폭시의 제조공정

에폭시 사업부LG화학

n 직접법 (Taffy 법 )

n 간접법 (Fusion법 / Advance법 )

B P AB P FT B B A

Excess ECH

E C H

반 응 분 액

증 류여 과 분 쇄 포 장여 과

ECH회수 여 과 포 장증 류탈염화액 상

액상

고 상

고상

액상 에폭시+

OH-Ar-OH분 쇄 포 장여 과반 응

OH-Ar-OH + CH2CHCH2Cl CH2CHCH2-O-Ar-OCH2CHCH2 + NaCl + H2ONaOH

O O O

경화제 개요 경화제 종류 및 분류

에폭시 사업부LG화학

에폭시 수지의 경화제는 크게 아민계 , 산무수물계, Isocyanate계 및 Mercaptan계로 대별되나, 일반적으로

단독으로 사용되는 예는 드물며 고객의 다양한 요구에 적합하도록 변성시켜 사용한다.

n 경화제의 종류 n 경화 온도별 분류

Amine계 지방족 DETA TETA TEPA

방향족 DDM DDS

변성품 Polyamide Amine

Mannich Type

Epoxy Adduct Type

Michael Adduct Type

산무수물계 방향족 PA THPA MTHPA 지환족 HHPA MNA

Imidazole계 - 2MZ 2E4MZ

잠재성 DICY Melamine

기 타 Mercaptan Polymercaptan Isocyanate MDI TDI

저 온 Polymercaptan , Phenalkamine

(5∼-5℃) 촉진제가 함유된 지방족 Polyamine

상 온 Polyamide , Epoxy Adduct , (10∼35℃) Mannich변성 , Michael Adduct

기타 변성품

중 온 Imidazole , 3급 아민염

(60∼100℃)

중 고 온 촉진제가 함유된 산무수물

(100∼160℃) BF3MEA

촉진제가 함유된 DICY

고 온 방향족 Polyamine

( >160℃ ) Polyphenol , 산무수물

경화제 개요 종류별 특징

에폭시 사업부LG화학

n Polyamide계 n 산무수물계

장 점 단 점

가사시간이 길다 건조속도가 느리다

독성이 적다 점도가 높다

도막성능이 좋다

장 점 단 점

내열성 전기적 성질이 우수하다 흡습을 잘한다

휘발성 및 피부 자극성이 적다 가열경화

작업성이 우수하다 접착력이 나쁘다

CH2 CH∼

R3N CH2 CH∼

ΘO

CH2CH∼

O

CH2CH∼

O

RNH2 +

R3N +

CH2 CH∼RN CH2 CH∼

OH

OH

Θ

+

O

O

O

C

C| |

| |

O

+ HO CH∼OCH∼

OH

C

| |

| |

O

O

C

OCH∼

OH

C

| |

| |

O

O

C

CH2CH∼

O+

OCH∼

OCH2CH∼

C

| |

| |

O

O

C

OH

경화제 개요 종류별 특징

에폭시 사업부LG화학

Amine 단량체와 에폭시와의 Adduct 반응에 의하여 제조되며, 경화 Mechanism은

Amine류와 유사하고 특징은 다음과 같다.

1. 경화속도가 빠르다 → 가공에 의하여 속도조절이 가능하다.

2. 경화물성이 좋다 → 기계적 물성이 균형을 이루어 산업적으로 많이 이용된다.

3. 가사시간이 짧다 → 가공에 의하여 조절이 가능하다.

4. 발열이 심하다.

5. 점도가 높다 → 가공에 의하여 저점도화가 가능하다.

n Epoxy Adduct Type

n Mannich Type

Amine, Phenol 및 Formaline을 Mannich 탈수반응하여 제조되며, 경화 Mechanism은

Amine류와 유사하고 특징은 다음과 같다.

1. 경화속도가 빠르다.

2. 표면경도가 높다.

3. 동절기 경화에 적합하다.

4. 발열이 심하다.

Epoxy / 경화제 개요 용어해설

에폭시 사업부LG화학

1. 에폭시 당량 ( Epoxy Equivalent Weight , g/eq )

분자량을 에폭시의 수로 나눈값으로 화학적 적정법으로 분석한다.

2. 가수분해성 염소 ( Hydrolyzable Chlorine Content , % 또는 ppm ) 에폭시 수지 제조중 촉매와 반응하지 않고 남아 있는 염소중 가수분해할 수 있는 염소를 말하며

에폭시의 순도를 나타낼 때 사용한다. 일반 적정법 및 전위차 적정법으로 분석한다.

3. 점도 ( Viscosity )

순수 액상 및 반응성 희석형의 경우는 역류형 Cannon-Fenske 점도관으로 분석하며 CPS 단위로

표기한다. 고상의 경우는 용제에 녹인 다음 표준 Gardner 점도관과 비교하여 알파벳 문자로 표기

하나, 고객의 요구에 따라서는 직접 용융점도로 측정하기도 한다.4. 전 염소함량 ( Total Chlorine Content , % 또는 ppm )

에폭시 제조시 촉매와 반응하지 않고 남아있는 모든 염소를 말하며, 약 1500 ppm정도된다.

5. Color Gardner 또는 APHA Color로 나타내며 표준시료와 비교하여 측정한다. Gardner Color는 알파벳

문자로, APHA Color는 숫자로 표시한다.

6. 연화점 ( Softening Point , ℃ ) 고상 에폭시에 사용되는 용어로 에폭시가 열을 흡수하여 녹아내려 분석방법상 일정 위치 까지

도달했을 때의 온도로 표기한다. 국제 표준은 Ball & Ring법이 이용되나 분석상의 어려움으로

최근에는 Mettler사의 측정기기가 이용된다.

7. 불휘발분 ( Non-Volatile Content , % )

용제 희석형 제품에 사용되는 용어로 제품내의 에폭시 수지 함량을 나타낸다.

Epoxy / 경화제 개요 용어해설

에폭시 사업부LG화학

8. α - Glycol 에폭시 수지 제조중 촉매에 의하여 Epoxide Ring이 형성되지 못하고 남아 있는 수산기를 말하며

습식법으로 분석하여 % 단위로 표시한다.

9. 이온함량 (Ionic Content , ppm )

에폭시 수지 제조중 잔류된 Na+ 와 Cl- Ion을 말하며, 규조토가 Coating된 Filter를 통과시켜 제거

한다. 일반적으로 3 ppm 이하로 존재한다.10. 활성수소 당량 ( Active Hydrogen Equivalent Weight , A.H.E.W , g/eq )

경화제의 분자량을 에폭시기와 반응하는 활성수소로 나눈값으로, 에폭시와 경화제의 배합량을

결정할 때 사용된다.

11. 아민가 ( Amine Value, mgKOH/g )

경화제에 함유된 아민의 함유량을 말하며, 염산으로 적정한 다음 계산시 mgKOH/g으로 환산하여

표기한다.12. 가사시간 ( Pot Life ) 에폭시와 경화제를 혼합한 후 사용가능한 최대시간을 말하며, 혼합된 수지는 가사시간 내에 작업

해야한다. 일반적으로 경화속도가 빠를수록 가사시간은 짧다.

에폭시 / 경화제 제품소개

n 에폭시 제품소개

n 경화제 제품소개

n 에폭시 / 경화제 사용방법

LG화학 에폭시 사업부

Epoxy 제품소개

Bisphenol A형은 에폭시 수지중 일반적으로 가장 많이 사용되고 있으며, Bisphenol A(BPA)와 Epichlorohydrin

(ECH)을 Alkali 존재하에서 반응시켜 얻어진다.

Bisphenol A형 에폭시

n 특 징

1. 경화제 및 변성제의 종류에따라 다양한 물성을 얻을 수 있다.2. 다른 열경화성 수지에 비해

경화수축이 적다.

3. 강인성 및 고온특성이 우수하다.4. 내약품성 및 내수성이 우수하다

5. Ether 결합은 회전이 가능하여

가소성을 가진다.

6. 수산기와 탄화수소의 규칙성으로

접착성이 크다.

에폭시 사업부LG화학

CH2CHCH2 OCH2CHCH2

CH3

CH3

O C

OH

O

CH3

CH3

C OCH2CH CH2

n = 0, 1, 2, 3, . . .

O O

반응성

내화학성

강인성 접착성/반응성

n

내열성/강성

n 액 상 ( n = 0 ∼ 1 )

LER 당 량(g/eq) 점도(cps, 25℃) 특 징

840 180∼190 9,000∼11,000 저 점 도

850 184∼194 11,000∼15,000 표 준 품

850S 184∼194 11,000∼15,000 고 순 도

850C 200∼250 20,000∼30,000 고 염소함량

850HG 190∼210 15,000 ∼30,000 고 α-glycol

860 230∼270 반 고 상 고 접착성

용 도 토목건축 도료 접착제 바닥재 전착도료 등 다수

LER 당 량(g/eq) 점도*(Gardner) 연화점(℃) 특 징 및 용 도

1050 450∼500 D ∼ F 66 ∼ 76 방식도료 , 일반 Coating , 에폭시 Acrylate

1055 450∼500 D ∼ F 64 ∼ 74 직접법 제품 , “ 2050 600∼700 G ∼ K 75 ∼ 85 분체도료 등 2053U 700∼780 - 85 ∼ 95 분체도료 , Flowing Agent 함유

2055 630∼665 G ∼ K 80 ∼ 90 직접법 제품

3050 770∼810 Q ∼ T 95 ∼ 101 분체도료 등 3050F 840∼890 P ∼ X 94 ∼ 100 분체도료 등 , Flowing Agent 함유

4050 900∼1000 Q ∼ U 95 ∼ 101 분체도료 , 에폭시 Ester Coating 7050 1750∼2100 Y∼ Z1 122 ∼ 131 Can Coating 9055 2300∼3300 Z3∼Z5 127 ∼ 145 Can Coating

Epoxy 제품소개 Bisphenol A형 에폭시

에폭시 사업부LG화학

n 고 상 ( n > 2 )* 40% Solid solution in Butyl Carbitol

n 반응성 희석형

LER 당 량(g/eq) 점도(cps, 25℃) 특 징

855 170∼200 700∼1100 BGE 855C 195∼215 800∼1600 BGE 854 190∼210 500∼700 AGE 856C 189∼200 1500∼2100 CGE

용 도 토목건축 접착제 바닥재 주입제 등

n 용제 희석형

용제 희석형은 에폭시에 용제를 혼합하여 저점

도화한 것으로, 주로 Xylene , Toluene , Aceton , MEK , MIBK 등의 용제가 사용되나, 용제의

종류 및 함량은 고객의 Needs에따라 다양하게

제조된다. 용제 희석은 모든 종류의 에폭시에

가능하다.

Epoxy 제품소개

난연형은 PCB 및 프라스틱 난연제 등의 전기전자 분야에 가장 많이 사용되고 있으며, Tetra Bromo BPA

(TBBA)와 ECH를 Alkali 존재하에서 반응시켜 얻어진다.

난연형 에폭시

* 1. Toluene 40% 2. MEK 20%

에폭시 사업부LG화학

CH2CHCH2 OCH2CHCH2

CH3

CH3

O C

OH

O

CH3

CH3

C OCH2CH CH2n = 0, 1, 2, 3, . . .

O On

Br Br

Br

Br

Br Br

Br

Br

n LFR Series

LFR 분자량 브롬함량(%) 연화점(℃) 특징 및 용도

1350E 1300 47∼51 94∼104 Non cap , ABS 1355C 1300 53∼57 90∼100 Half cap , ABS 1460C 1400 57∼61 95∼105 Full cap , HIPS 2056C 2000 54∼58 112∼122 Full cap , ABS

n LER Series

LER 당량(g/eq) 브롬함량(%) 연화점(℃) 점 도(cps) 특 징 및 용 도

152 340∼380 44∼48 56∼66 - High Br. type 153F 390∼410 46∼50 65∼75 - “ 153-60T*1 390∼410 46∼50 - A* Max High Br. Type, Paper phenol PCB 1120S-80M*2 460∼490 20∼22 - 1000∼4000 Low Bromine Type , CCL 1222-80M 425∼475 19∼21 - - “

* Gardner 점도

Epoxy 제품소개

Novolac형은 전기전자 분야, 특히 PCB, IC 및 반도체 봉지(EMC)용 수지로서 각광을 받고 있는 다관능성 수지

이며, 높은 내열성과 우수한 내약품성을 가지는 고기능성 수지이다. 출발원료에 따라 Phenol Novolac Type과

o-Cresol Novolac Type이 있다.

Novolac형 에폭시

n 주요 용도

1. Copper Film Coating

2. Filament Winding

3. Integrated Circuit Chip4. Epoxy Molding Comp’d

for semi-Conductor

5. Copper Clad Laminate

6. Anti-corrosive Coating

7. PCB Ink

8. FRP

에폭시 사업부LG화학

n Typical Property

LER 당 량(g/eq) 연화점(℃) 특 징 및 용 도

N740 170∼190 H ∼ K*1 PCB Ink , Filament Winding , Coating

N770 180∼200 65∼75 “ N865 195∼215 64∼72 “

N665 200∼230 64∼72 IC Chip , EMC , PCB Ink 등 N673 200∼230 74∼83 IC Chip , CCL , PCB Ink 등

N690 210∼240 85 ∼100 CCL , PCB Ink 등

CH CH2

O

CH2O CH CH2

O

CH2O CH CH2

O

CH2O

CH2 CH2

n

RR R

n = 0,1,2, ...

R = H : Phenol Novolac = CH3 : Cresol Novolac

*1. 점도(60% solid solution)

Note : Composite를 위한 N740-80AC(Acetone), N865-85M(MEK), N673-80M 등의 용제 희석형 제품도 많이 사용된다.

Epoxy 제품소개

BPA형에 비해 점도가 매우 낮고,

경화물성은 거의 유사하다.

Bisphenol F / Glycidyl Amine형 에폭시

에폭시 사업부LG화학

CH2CHCH2 OCH2CHCH2O CH2

OH

O OCH2CH CH2

n = 0, 1, 2, . . .O On

CH2

n Bisphenol F형 LER 당 량(g/eq) 점도(cps, 25℃) 특 징

830 160∼190 3,000∼4,000 표 준 품 830S 170∼190 3,000∼4,500 고 순 도 831 170∼183 5,000∼7,000 Bisphenol A/F 혼합품

n Glycidyl Amine형 LER 당량(g/eq) 점도(cps, 25℃) 특 징

430 110∼130 semi-solid 4 관능성 430-50M 110∼130 - MEK 희석형 421L 160∼190 20,000∼60,000 3 관능성

다관능성 에폭시로서 내열성이 우수

하여 첨단복합재료, Filament Winding

등으로 이용된다..

CH2CHCH2

O

CH2CH CH2

O

N

O CH2CH CH2

OCH2CHCH2 N CH2CHCH2N CH2

O O2 2

Epoxy 제품소개

일반 에폭시에 강인성, 박리강도, 유연성

및 접착성 등을 보강한 Type으로 내한성,

냉열 Cycle에서도 내Crack성이 우수하다

Rubber 변성형 / 고분자형 에폭시

에폭시 사업부LG화학

n Rubber 변성형 TSR 당 량(g/eq) 점도(cps, 25℃) Color (Gardner)

601 450∼500 Z∼Z2(Gardner) 8 Max 930 180∼200 10,000∼20,000 5 Max 960 230∼250 60,000∼90,000 5 Max

n 고분자형

중합도(n) 100 이상, 분자량 30,000 이상의

고분자량 Type으로 유연성, 내열성, 접착

성이 우수하며, 수산기가 많아 Isocyanate,Melamine 경화가 가능하다.

CH2CHCH2 CH2CHCH2

OH

OCH2CH CH2

O O

CTBN OCH2CHCH2 BPABPA

L E R 불휘발분(%) 점도(G) 용 제

H304-40T 40 ± 2 Z1 ∼ Z4 CA/Xyl/Tol/n-BuOH

H324-40K 40 ± 2 X ∼ Z CA/Xyl/Tol/n-BuOH

OCH2CHCH2O C

OH

On

CH3

CH3

+ Solvent

¥ 주 용 도1. Pre-Coated Metal(PCM) Coating2. Coil Coating3. Can Coating

Epoxy 제품소개 저온 속경화형 / Isocyanate경화형

에폭시 사업부LG화학

n 저온 속경화형

n Isocyanate 경화형

수산기와의 Isocyanate 경화 System에 적합하도록 설계된

제품으로 분자량 1,000∼10,000 까지 여러 종류가 있다.

저온의 동절기 도료에 많이 이용되며 강인성 , 내충격성

및 내부식성이 우수하다.

L E R N.V(%) OH가* 용 제 H201-60BT 60 ± 1 110 MIBK / Tol H208-60BX 60 ± 1 105 MIBK / Xyl U160-60BT 60 ± 1 160 MIBK / Tol U130-70X 70 ± 2 130 Xylene U200-70T 70 ± 2 200 Toluene

용

도

1. Pre-Coated Metal(PCM) Coating

2. 선박 / 중방식 도료

LER 당 량(g/eq) 점도 (G) N.V(%) 용 제

5100 184∼194 * 100 무용제

5200-85X 230∼260 Y∼Z4 85±2 Xylene 5300-70 300∼340 W∼Z 70±2 iso-BuOH/Xylene 5500-60 450∼500 U∼Y 70±2 “

* 110 ∼ 150 ps at 25℃

저온속경화형 수지는 BPA형에 비해

• 경화속도가 매우 빠르다.• 5℃ 이하에서도 경화가 가능하다.• 내수성 , 내화학성이 탁월하다.

• 경화물성이 우수하다.

• 내 Chalking성이 우수하다.• Amine Blushing이 없다.

• 타수지와의 상용성이 우수하다.

OCH2CHCH2O C

OH

Rn

CH3

CH3

R

1. 선박 / 중방식도료 2. 저온경화 또는 속경화 Coating 3. 고기능성 Coating

용

도

경화제 제품소개 Polyamide형

에폭시 사업부LG화학

n Polyamide형

O

CH

CH

(CH2) 7CNHCH2 CH2 NHCH2 CH2 NH2CH

CH CH

CH

(CH2) 7CNHCH2 CH2 NHCH2 CH2 NH2

O

(CH2)5CH3

CH2CH CH(CH2)4 CH3

Polyamide형 경화제는 Monomeric Fatty Acid ,

Dimeric Fatty Acid 및 Amine의 탈수축합 반응

으로 제조되며, 도막성능이 좋고 가격이 저렴

하여 가장 많이사용되는 범용 경화제이다.

A.H.E.W Viscosity Amine Value (g/eq) (cps, 25℃) (mgKOH/g)

LA 0133 95∼115 500∼1,000 310∼350 저점도 속경화

LA 6022 165∼185 50,000∼70,000* 200∼240 표준품

LA 6000 450∼500 semi-solid 90∼100

LAMIDE 특 징

◎ 유연성이 매우 우수하나 색상이 나쁘다

* 40 ℃

경화제 제품소개 Epoxy Adduct형 / Mannich형

에폭시 사업부LG화학

n Epoxy Adduct형

에폭시 Adduct형 경화제는 Amine 화합물과 에폭시와의 부가반응에 의해 제조되며, 경화속도가

빠르고 투명 Coating용으로 널리 사용된다.

A.H.E.W Viscosity Amine Value (g/eq) (cps, 25℃) (mgKOH/g)

LAD 713 350∼390 Z ∼ Z3* 110∼150 Polyamide Adduct LAD 727 105∼125 300∼500 220∼320 Amine Adduct, 투명Coating용 LAD 728 105∼115 300∼600 260∼330 Amine Adduct, 투명Coating용

LAMIDE 특 징

* Gardner

H2N - R1 - NH- CH2CHCH2 - R2 - CH2CHCH2 - NH - R1 - NH2

OHOH

n Mannich형

A.H.E.W Viscosity Amine Value (g/eq) (cps, 25℃) (mgKOH/g)

LM 137 55∼65 4000∼7000 600∼700 LM 177 65∼85 500∼1500 350∼390

LAMIDE

Phenol , Formaline 및 Amine의 Mannich 반응물이며, 경화속도가 탁월하고 습윤면 경화도 양호하다

CH2NHCH2

OHH2NCH2

|OH

CH2NH2|

Epoxy 및 경화제 사용방법

에폭시 사업부LG화학

n 경화제 첨가량

1. Amine 계

활성수소당량

에폭시 당량첨가량 (phr) =

Amine의 분자량

Amine의 활성수소의 수활성수소당량 =

※ 에폭시는 경화제의 활성수소와 주로 반응하지만 경화된 3급아민에 의해서도 경화반응이 일어나

므로 일반적으로 계산량보다 적게 사용된다.

2. 산무수물계

산무수물의 분자량

산무수물의 수산무수물 당량 =

활성수소당량

에폭시 당량첨가량 (phr) = C × × 100 1 : 3급 아민을 촉진제로 사용하는 경우

0.85 : 경화촉진제를 사용하지 않는 경우

0.55 : 산을 촉진제로 사용하는 경우

C =

혼합당량

에폭시 “A”의 량 (X)

에폭시 “A”의 당량=

에폭시 “B”의 량 (Y)

에폭시 “B”의 당량

에폭시 “C”의 량 (Z)

에폭시 “C”의 당량+ +

X+Y+Z

n 에폭시 혼합당량 계산법