에폭시 등가량 분석 방법

에폭시 등가량 및 에폭시 값(에폭시 등가량 = 100/에폭시 값)은 주로 할로겐화수소, 티오설파이트(에스테르), 티올류와 같은 물질들을 이용하여 에폭시기와 반응시켜 측정되거나, 이온화 반응을 통해 에폭시 화합물을 분석하는 데 사용됩니다. 1984년 이후로는 많은 수입된 에폭시 재료들의 품질 관리를 위해 “브로민화수소-아이소아세트산 비수성 측정법”이 사용되고 있습니다. 이 방법은 국내에서 오랫동안 사용되어 온 염산-프로필렌글리콜 측정법보다 빠르고 정확하며 민감합니다. 일반적인 에폭시 수지뿐만 아니라 충전제가 포함된 경우나 어두운 색상의 에폭시 재료의 빠른 측정에도 적합합니다. 염산-프로필렌글리콜 측정법과 비교했을 때, 검출 시간이 짧고 종점을 판단하기 쉬우며 데이터의 정확도가 높고 적용 범위가 넓습니다. 또한 GB/T 4612 표준에 명시된 고염소산법과 비슷한 성능을 보이지만, 사용이 더 안전하고 저렴하며 간편합니다.

국내의 연구소와 생산 기업들은 실제 생산 과정에서 염산-프로필렌글리콜 측정법, 브로민화수소-아이소아세트산 측정법, 고염소산법을 비교하여 테스트해왔습니다. 국가 표준 GB/T 13657-1992(비스페놀 A 에폭시 수지)의 부록에 따르면, 이 표준은 ASTM1763-1981(에폭시 수지 표준 규격)을 참고하여 만들어졌으며, 해당 ASTM 표준에서는 에폭시 등가량을 측정할 때 ASTM D1652(브로민화수소-아이소아세트산 측정법)를 사용하도록 규정하고 있습니다. 그 이유는 첫째, 염산-프로필렌글리콜 측정법은 역측정 방식을 사용하기 때문에 측정 전에 시료를 1시간 동안 그대로 두어야 하며, 시약도 즉석에서 준비해야 합니다. 둘째, 브로민화수소-아이소아세트산 측정법과 고염소산법은 비수성 측정 방식을 사용하기 때문에 시료와 시약이 잘 용해되고 반응 속도가 빠르며 종점을 판단하기 쉽습니다. 반면, 염산-프로필렌글리콜 측정법의 경우 일부 시료에서는 반응 종점 전후에 용해 상태가 좋지 않아 혼탁해질 수 있어 종점 판단에 영향을 줄 수 있습니다. 또한, 수입된 에폭시 접착제나 국내에서 생산된 다양한 밀봉재 등을 분석할 때, 대부분의 시료는 E-51(EP01441-310 또는 CYD-128)과 같은 투명한 수지가 아니라, 많은 양의 충전제나 유색 첨가제가 들어 있거나 어두운 색상의 물질이 섞여 있는 경우가 많습니다

에폭시 등가량은 에폭시 수지의 중요한 등가량이지만, 측정이 다소 까다롭습니다.빠르고 정확하며 간편하고 실용적인 에폭시 등가량 측정 방법이 있을까요?전문가들이 최근 소개한 “브로민화 수소-아이소아세트산 비수용액 측정법”은 업계에서 활용할 수 있는 과학적 방법입니다.이 방법은 아이스 아세트산 비수용매에서 크리스탈 바이올렛을 지시약으로 사용하여 브로민화 수소가 에폭시기와 신속하게 등몰비로 반응하는 원리를 이용합니다. 핵심적인 시약은 0.1mol의 HBr-HOAe입니다. 유색 샘플, 고함량 충전제가 포함된 샘플, 혹은 염색이 어려운 짙은 색상의 샘플의 경우에는 각각 다른 테크닉이 필요합니다. 브로민화 수소/아이스 아세트산 전위 측정법에도 여러 가지 비밀이 있습니다.일반적으로 사용되는 다른 에폭시 분석 방법들과 비교했을 때, 이 방법은 간단하고 신뢰성이 높으며 보다 정확하다는 장점이 있습니다. 에폭시 등가량(에폭시 값)은 에폭시 수지 계열의 접착제, 채움재, 복합재료 등의 사용 및 품질 관리에 있어 매우 중요한 지표입니다(에폭시 등가량 = 100/에폭시 값). 그래서 오랫동안 많은 관심을 받아왔으며, 다양한 화학적 분석 방법들이 개발되었습니다.이러한 방법들은 주로 할로겐화 수소, 티오황산염(에스테르), 티올류가 에폭시기와 정량적인 가수분해 반응을 일으키거나 이온화 반응을 거쳐서 에폭시화합물을 분석하는 데 사용됩니다.부드박 등은 1969년에, 소로키나 등은 1978년에 이미 환산화물의 분석 방법에 대해 상세히 보고하고 논의했다.과거에는 국내에서 주로 염산-프로필렌글리콜 회귀 적정법(HG2-741)이 사용되어 왔으며, 지금도 그 방법이 계속 사용되고 있습니다. 하지만 시료가 순수한 수지가 아니라 일정량의 충전제가 섞여 있거나, 접착제나 밀봉재와 같은 검은색 물질들이 존재하여 종점을 판단하기 어려운 경우에는 정확한 측정이 매우 어렵습니다. 1984년 이후 많은 수입된 에폭시 재료들의 경우, 품질 관리를 위해 “브로민화수소-아이소아세트산 비수용액 측정법”을 사용해야 합니다.이 방법은 국내에서 오랫동안 널리 사용되어 온 염산-1-프로필알코올 재측정법보다 빠르고 정확하며 민감합니다. 일반적인 에폭시 수지뿐만 아니라, 충전제가 포함된 경우나 짙은 색의 에폭시 소재의 빠른 측정에도 적합합니다.염산프로필과 같은 방법에 비해 검출 시간이 짧고, 종점 판단이 용이하며, 데이터의 정확도와 일관성이 높으며, 적용 범위가 넓습니다.**표준 GB/T 4612에 규정된 고염소*법의 효과와 동등합니다.하지만 브로민화 수소-아이소아세트산 비수용액 적정법은 더욱 안전하고 저렴하며 간편합니다.브로민화 수소-아이소아세트산법이 국내에서 널리 사용되지 않는 주된 이유는, 이 방법에 필요한 표준 측정액이 국내에 공급되지 않기 때문입니다.중국과학원 란저우화학물질연구소와 서북공과대학교 재료과학원의 연구진들은 테스트 방법에 대한 연구와 실험을 통해 전용 시약을 자체적으로 제작함으로써 해당 방법을 보완하고 기업 표준을 마련했습니다.여러 관련 기관에서 시험 사용한 결과 좋은 반응을 얻었으며, 다양한 수입 에폭시 소재의 장기적인 품질 관리 문제를 해결해 주었습니다. 생산 실무에서 전문가들은 염산프로필법, 브로민화수소-아이소아세트산법, 고염소법을 비교 테스트했다.국가 표준 GB/T 13657-1992(비스페놀 A 에폭시 수지)의 추가 설명에 따르면, 이 국가 표준은 제정될 때 ASTM1763-1981(에폭시 수지 표준 규격)을 참고하여 만들어졌습니다. 그리고 해당 ASTM 표준에서는 에폭시 등가량을 측정할 때 ASTM D1652(브로민화수소-아이소아세트산법)를 사용하도록 규정하고 있습니다.주된 이유는 염산프로필법이 역적정 방식을 사용하기 때문에, 적정을 시작하기 전에만 시료를 1시간 동안 그대로 두어야 하며, 시약도 즉석에서 조제하여 사용해야 하기 때문입니다；둘째, 브로민화 수소-아이소아세트산법과 고염소법은 비수용액 측정법을 사용하기 때문에, 시료와 시약이 잘 용해되고 반응 속도가 빠르며 종점을 쉽게 판단할 수 있습니다. 하지만 염산 프로필법의 경우, 일부 시료에서는 반응 종점 전후에 용해 효율이 다소 떨어져 혼탁이 발생할 수 있으며, 이로 인해 종점 판단에 영향을 줄 수 있습니다. 또한, 수입된 에폭시 접착제와 국내에서 생산된 에폭시 접착제, 그리고 다양한 밀봉재 등에 대한 분석 및 테스트 과정에서, 대부분의 시료들은 E-51(EP0144l-310 또는 CYD-128)과 같은 투명한 수지가 아니라, 다량의 충전제나 유색 첨가제가 포함되어 있거나 검은색을 띠는 시료들이었습니다. 이러한 이유로, 브로민화수소-아이소아세트산법을 실제로 적용할 때는 서로 다른 에폭시 시료들을 3가지 범주로 나누어 처리해야 합니다.고염소*법과 비교했을 때, 그 원리는 모두 브로민화수소가 에폭시 기능기와 가산 반응을 일으키는 것입니다.다른 점은 고염소*법은 고염소*와 티에틸아민 브로마이드가 반응하여 생성된 수소브로마이드가 다시 에폭시 기능기와 반응한다는 것입니다.두 방법에서 사용되는 측정제는 사용하기 전에 반드시 교정이 필요하며, 계산 방법과 조작 과정도 매우 유사합니다(브로민화수소-아이소아세트산법의 경우 일반적으로 온도/부피 보정은 고려되지 않습니다). 오차도 비교적 적습니다.한편, 브로민화 수소-아이소아세트산법은 사용하는 시약이 더 간단하고 구하기 쉬워 실용성이 뛰어납니다. 브로민화 수소-아이소아세트산 전위 측정법을 이용하면, 다양한 에폭시 재료의 에폭시 등가량을 측정할 수 있습니다. 일반적인 경우에는 시약을 직접 사용하여 직접 측정할 수 있습니다.그러나 브로민화 수소의 증발과 산화와 같은 요인들 때문에, ASTMD1052 표준에서는 고염소산을 브로모테트라에틸아민과 반응시켜 전위적 정량법을 사용하도록 규정하고 있습니다. 반면, 활성도가 낮은 에폭시 재료의 경우에는 아이오도테트라부틸아민을 사용합니다(이 방법은 국내 표준인 GB/T 4610의 고염소산법과 완전히 동일합니다).사실 이러한 고염소*법은 브로민화수소-얼음아세트산법의 또 다른 응용 형태입니다.테스트 원리는 고염소*와 티에틸아민 브로마이드가 반응하여 현장에서 초생성 브로민화 수소를 합성하는 것을 이용하며, 생성된 브로민화 수소는 즉시 등량으로 에폭시기와 반응하므로 계산 방법과 테스트 방법은 동일합니다. 테스트 과정에서 쉽게 산화되므로, 밀폐형 자동 주입식 비중계를 사용할 수 있습니다.테스트 결과를 비교한 결과, 자체 제작된 시약과 수입된 시약의 성능이 거의 동일하며, 편차는 ≤±1.5%에 불과하여 사용 요구사항을 충족할 수 있습니다.3개의 실험실에서 다른 테스터들을 대상으로 한 분석 결과를 통해, 이 방법과 시약은 제품 품질 관리에 필요한 요구사항을 충족시킬 수 있다고 판단되었습니다.요약하자면, 브로민화수소-얼음아세트산법과 염산프로필법의 측정 결과를 비교했을 때, 이 방법은 데이터가 체계적이고 정확하며, 경제적이고 안전할 뿐만 아니라 사용도 간편한 장점이 있습니다. 그 효과는 고염소법과 거의 동등합니다.하지만 브로민화 수소-아이소아세트산 비수용액 적정법은 더욱 안전하고 저렴하며 간편합니다.염화수소와 아세트산 아니드를 반응시킴으로써, HBr-HOAc 0.1mol/비율의 표준액을 간단하고 효과적으로 제조할 수 있다.전문가들은 브로민화수소-아이소아세트산법은 표준 적정액을 직접 제조할 수 있어 국내에서 널리 활용될 수 있으며, 특히 수입된 에폭시 소재의 시험 분석에 적합하다고 강조했다.