Applied Ch태us며，

V이.12 ， No.1 , May 2008, 9-12

비스폐놀 A형 Epoxy 수지-Amine계의방사선 조사에 따른 열적특성에 관한 연구

깊으l윌 · 이경용 • 임돈순

한국원자력연구원 정읍방사선과학연구소

1. 서론

에폭시 수지는 내열성， 내부식성， 접착력， 전기 절연성， 내방사선성 둥의 물성이 우수하므

로 접착제， 코팅제， 전기전자재료， 섬유 강화 복합재료， 초전도 선재의 피복， 방사성 물질의

수송 및 저장 용기의 차폐재료， 우주 방사선용 부품소재 퉁 그 용도 및 웅용분야가 다양하

다. 또한， 에폭시의 예비중합체 및 경화제의 총류가 다양하여 여러 가지 물성올 발현할 수

있으며， 기계적 물성， 내약품성이 우수하고 경화 반응시 물과 같은 부산물이 생성되지 않고

성형시 수축변형이 적은 장점으로 인해 고분자 복합재료의 매트릭스로서 중요하게 사용되어

왔다 [1].

그러나 에폭시 소재는 장시간의 방사선에 대해 취약한 단점을 가져， 이로 인한 각종 기기

의 오동작이나 차폐 및 절연성능의 저하는 심각한 문제라고 할 수 있다. 특히， 방사선 장내

에서 사용되어지는 소재들은 내방사선성을 필수적으로 가져야 하나， 아직 에폭시의 방사선

열화에 관한 연구는 미흡한 실정이다 [2]. 또한 에폭시의 열화를 평가 할 수 있는 장치도

많지 않다. 따라서 본 논문에서는 에폭시의 열화 평가를 위해 방사선과 온도의 변화에 따른

열중량 분석 (TGA)을 측정하였다. 일반적으로 열중량 분석은 열분해에 따른 휘발생 고체나

액체， 가연성 물질 둥의 질량 또는 질량변화를 측정하는 실험이다. 이 실험은 열분해에 따

른 고분자 재료의 열적 열화를 평가하는데 사용될 수 있다. 따라서 본 논문에서는 샘플들의

산화 및 열화 특성올 5% weight loss와 Thermogravimetry-Derivative thermo

gravimetry (TG-DTG) 결과를 이용하여 측정하였다.

2. 실험

2. 1. 채료

본 논문에 서는 Diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA)계의 이관능성 에폭시 수지 인

국도화학의 YD-128 (Epoxy equivalent weight (E.E.W) = 184-190g/eq. 점도(at 25°C)

= 11500-13500cps , 비중 = 1. 17)을 사용하였고， 경화제는 국도 화학의 아민계의 D-230(

Jeffamine}올 사용하였다. 에폭시와 경화제를 각각 2.3: 1C216g:93.9g) 비융로 투명한 혼합

물이 얻어질 때까지 계속 혼합하였고， 이후 혼합액은 자체 제작된 실리콘 몰드에 주입되었

다. 혼합액을 80·C의 진공오븐에 넣어 4시간 동안 1차 경화를 마친 후， 상용에서 24시간

동안 자연경화 시켰다. 또다시 l차 경화를 마친 샘플을 60·C의 진공오븐에 넣어 12시간 동

안 2차 경화를 마친 후， 상온에서 24시간 동안 자연경화 시켰다. 제조된 샘플은 실온에서

500kGy, 700kGy. 1000kGy. 1500kGy. 2000kGy. 2500kGy의 감마션을 8kGy/hr의 선량

융로 조사하였다.

9

10 김기엽·이경용·임돈순

2.2 TGA 측정

샘플들의 5% weight loss와 TG-DTG를 측정하기 위하여 TGA (TA instrument. Mode

2950)를 사용하였다. 열중량 분석에서 샘플들의 5% weight loss는 TGA를 W·e/min의

숭온 속도로 100·C에서 800·C까지 가열한 후， 중량 감소 곡선의 잔류량이 95% 남는

지점에서 측정하였다. 그라고 I·C/min. 2·C/min. 5 ·C/min, 10 ·C/min의 숭온 속도에서 구한

TG-DTG 곡선을 이용하여 열분해 개시온도와 산화를 측정하였다.

--Non-irradiated--500kGv irradiated--700kGviπad피ted

--1000kGy irradiated--1500kGv irradiated--2000kGy irradiated--2500kGv irradiated

5% weight loss temperature

~ Non-irradiat~ : 346 "c

’ 500kGv irradiated: 339 "C

~ 700kGv i때iated: 329"C If~ IOOOIcGy irr뼈iated: 322 "C t!~ 1500kGv irradiated: 305 "C l;/

’ 2000IcGy irradiated: 285 "C ~

~ 2500IcGy irradiated: 256 "c

98

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igs 94

92

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100

200 300 400 500 600 700 800Temperature ('C)

Fig. 1 TG curves of Epoxy-Jeffamine blend system OO 'C /min at Nl)

3. 결과 및 고찰

3.1 TGA 측정

그림 1은 샘플들의 열중량 분해곡션을 나타낸 것이다. 모든 샘플들은 1차 중량 감소

반응을 나타내고 있으며 , 온도의 상승과 함께 조사선량이 증가할 수록 5% weight loss

tmeperature는 저온측으로 감소하는 것을 알 수 있다. 기존의 연구에 의하면， 공기 중에서

고분자 재료의 방사선 조사는 고분자의 구조를 변화시키며， 산소의 폰재 하에서는

산화반응에 의해 과산화물이 형성되는 것으로 알려져 있다 [3]. 이로 인하여 분자쇄의

젤단이 가속적으로 발생하며 중량이 감소하게 된다. 그림 1에서 방사선에 조사된 샘플은

미조사한 경우에 비하여 과산화물이 많이 형성되었고 그래프의 감소 또한 조사선량의

증가에 따라 더욱 크게 나타났다.

표 1과 그림 2는 I·C/min. 2·C/min , 5·C/min, W·C/min의 숭온 속도에서 샘플들의

TG-DTG 곡선올 나타낸 것이다. 표 1과 그립 2의 TG 그래프에서 샘플들은 조사선량과 온

도가 중가하고 승온 속도가 감소할 수록 열분해 개시온도 (Initial decomposition

temperature. IDT)가 감소하는 것을 알 수 있다. 이 것은 샘플들이 방사선과 산소의 산화반

응에 의해 생성된 과산화물이 증가하였기 때문이다. 그리고 표 1과 그림 2의 DTG 그래프

에서 샘플들은 조사선량이 증가하고 승온 속도가 감소할 수록 DTG peak가 감소하는 것을

알 수 있다. DTG 곡선에서 나타나는 peak는 TG 곡선에서 분해가 가장 급격하게 발생하는

웅용화학， 제 12 권 제 1 호.2C뼈

비스페놀 A형 Epoxy 수지-A1피 ne계의 방사선 조사에 따른 열적특성에 관한 연구 11

지점을 의미하므로， 조사선량이 증가하고 숭온 속도가 감소할 수록 DTG peak 온도가 감소

하여 산화반응이 활발하게 일어나는 것을 알 수 있다 l/l J.

Table 1. Thermal stabilities of Epoxy-Jeffamine blend system

Irradiation dose Heating rate ['t] lOT rOC] DTG peak temp. ['t]

1 314.81 333.82

2 324 ‘ 74 343.08Non-irradiated

5 339.70 356.97

m 35 1.12 368.37

31 1.80 33 1.29

2 322.58 34 1.91500 kGy irradiated

5 336.56 359.31

m 348.50 369.72

l 310.37 329.34

2 322.19 340.16700 kGy irradiated

335.29 359.625

10 345.71 364.84

1 309.03 332.80

2 320.85 344.281000 kGy irradiated

334.03 358.855

10 342.57 367.57

306.76 330.95

2 317.91 340.941500 kGy irradiated

5 360.5033 1.43

10 34 1.73 366.57

l 304.87 326.85

2 314.39 337.342000 kGy irradiated

5 328.17 356.89

10 340.04 367.53

l 302.27 325.81

2 313.43 336.452500 kGy irradiated

5 327.89 357.81

10 338.38 366.15

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(a) Non irradiated (b) 500kGy irradiated

Applied Ch태'li stry ， Vo1. 12, No.1, 2<m

12 김기엽·이경용·임돈순

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(el 700kGy irradiated

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’00 200 JOO ‘∞ 500 ""Tempenoture (t: l

(d) 1000kGy irradiated

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DTGAI…

(e) 1500kGy irradiated (f) 2000kGy irradiated (g) 2500kGy irradiated

Fig. 2 TG-DTG curves of Epoxy-Jeffamine blend system by irradiation dose and temperature.

4. 결론

지금까지 본 논문에서는 비스페놀 A형 Epoxy 수지 -Jeffamine계의 방사선 조사에 따른

열적특성을 측정하였다. 실험결과， 조사선량이 증가함에 따라 샘플들의 5% weight loss

tmeperature는 저온측으로 감소하였다. 이것은 방사선과 공기중의 산소에 의해 산화된

Epoxy의 과산화물이 TGA의 온도가 상승함에 따라 열화가 급격히 진행되었기 때문이었다.

그리고 TG-DTG 결과에서 샘플들은 조사선량과 온도가 증가하고 승온 속도가 감소할 수록

열분해 개시온도가 감소하였다. 이것은 샘플들이 방사선과 산소의 산화반응에 의해 생성된

과산화물이 증가하였기 때문이었다. 그리고 샘플들은 조사선량이 증가하고 숭온 속도가 감

소할 수록 DTG peak가 감소하여 산화반웅이 활발하게 일어나는 것을 알 수 있었디

감사의 글

본 연구는 과학기술부의 원자력연구개발사업지원을받았기에 이에 감사드립니다.

창고문현

0] 조수형， “에폭시 수지계 중성자 차폐재 제조 및 특성.. 한국재료학회 논문지， Vo l.8, No.5,pp .457-463 , 1998.

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웅용화학， 제 12 권 제 l 호1 2(뼈