이 글의 목적은 과산화물 가교에서 “분해온도”를 어떻게 선택해야 하는지 반감기 개념, 공정 온도창, 가교 속도, 스코치 위험, 품질 편차, 안전지표를 한 번에 정리하여 현장에서 바로 의사결정할 수 있도록 돕는 것이다.
1. 과산화물 가교에서 “분해온도”가 의미하는 바
과산화물 가교는 과산화물이 열에 의해 분해되며 라디칼을 만들고, 이 라디칼이 폴리머 사슬에서 수소를 뽑거나 결합을 유도하여 3차원 네트워크를 만드는 방식이다.
현장에서 말하는 “분해온도”는 단일한 고정값이 아니라, 특정 시간 스케일에서 분해가 충분히 진행되는 온도 범위를 의미하는 경우가 대부분이다.
따라서 “몇 도에서 분해한다”라고만 보면 공정 실패가 발생하기 쉽고, 반감기(half-life)와 공정 체류시간(가열 시간), 그리고 목표 가교곡선(토크 상승 속도)을 함께 보아야 한다.
1.1 반감기 기준이 핵심인 이유이다
과산화물은 온도가 올라가면 분해속도가 급격히 증가하는 특성이 있다.
같은 과산화물이라도 1분 기준 반감기 온도와 10시간 기준 반감기 온도는 크게 다르다.
가교 프레스 5~20분 공정과, 오븐 후가교 1~4시간 공정은 요구되는 반감기 구간이 다르다.
1.2 공정에서 실제로 필요한 것은 “온도창”이다
가교 공정은 보통 “혼련·이송·성형(저온) → 가교(고온) → 후가교(중고온)”의 온도창을 가진다.
분해온도 선택은 “저온 구간에서 조기분해를 막고, 고온 구간에서 목표 시간 내 충분한 가교를 달성하는” 균형 문제이다.
주의 : 분해온도 선택을 단순히 “높을수록 안전”이라고 결론내리면 고온 가교 시간이 과도하게 길어지고 열열화가 증가하여 물성 저하와 생산성 저하가 동시에 발생할 수 있다.
2. 분해온도 선택의 실무 목표 5가지이다
분해온도 선택은 아래 목표를 동시에 만족시키는 방향으로 결정하는 것이 합리적이다.
| 목표 | 의미 | 현장 지표 | 실패 시 증상 |
|---|---|---|---|
| 스코치 방지 | 혼련·압출·사출 구간에서 조기 가교를 억제하다 | t5, ts2, Mooney scorch | 토출 불량, 다이 막힘, 사출 충전 불량 |
| 목표 가교시간 달성 | 프레스/오븐 시간 내 가교 완료도를 확보하다 | t90, tc90, cure rate index | 과소가교, 압축영구변형 악화, 강도 저하 |
| 물성 균일성 | 두께 방향, 로트 간 가교 편차를 줄이다 | 경도 분포, 토크 곡선 재현성 | 경도 편차, 수축 편차, 변형 |
| 열열화 최소화 | 필요 이상 고온·장시간을 피하다 | 인열/신율 유지율, 색상 변화 | 취화, 변색, 냄새, 표면 크랙 |
| 안전 마진 확보 | 보관·취급·가열 중 폭주 위험을 낮추다 | SADT, DSC 발열 개시온도, 공정 인터록 | 자기발열, 압력상승, 장치 트립 |
3. 과산화물 가교 분해온도 선정 절차 7단계이다
3.1 1단계: 공정 온도 프로파일과 체류시간을 먼저 고정하다
분해온도 선택의 출발점은 “가교 온도”가 아니라 “가교 이전 구간의 최고온도”이다.
혼련 최종 온도, 압출 실린더 최고 설정, 사출 배럴·노즐 온도, 금형 대기 온도 같은 데이터를 먼저 확정해야 한다.
이 구간에서 과산화물 분해가 의미 있게 시작되면 스코치가 발생하기 때문이다.
3.2 2단계: 목표 가교 공정의 타입을 분류하다
대표 공정 타입은 아래처럼 나뉘며, 타입에 따라 적합한 반감기 구간이 달라지기 쉽다.
| 공정 타입 | 대표 예 | 가열 시간 스케일 | 분해온도 선택 관점 |
|---|---|---|---|
| 프레스 단시간 가교 | 압축성형, 트랜스퍼 | 수분~수십분 | 가교온도에서 빠른 분해와 높은 가교속도가 필요하다 |
| 사출+금형 가교 | LSR 유사 개념의 열경화 구간 | 수초~수분 | 배럴 스코치 억제와 금형 내 급가교 균형이 필요하다 |
| 압출 연속가교 | 튜브/시트, CV 라인 | 수분~수십분 | 라인 속도와 온도창에 맞는 “적정 반감기”가 필요하다 |
| 오븐 후가교 중심 | 두꺼운 단면, 저온 예비성형 | 수십분~수시간 | 저온에서 안정하고 중고온에서 누적 분해가 진행되어야 한다 |
3.3 3단계: 후보 과산화물의 반감기 지표로 1차 필터링하다
실무에서는 과산화물 데이터시트에 표기된 반감기 온도(예: 1h, 10h 반감기 온도)를 이용해 1차 후보를 좁히는 것이 효율적이다.
가교 이전 구간의 최고온도에서 “충분히 긴 반감기”를 가져야 조기분해가 억제되기 때문이다.
가교 온도에서는 “공정시간과 유사한 시간 스케일의 반감기”를 가지는 후보가 가교 속도와 생산성을 동시에 만족하기 쉽다.
주의 : 반감기 숫자는 제형과 순도, 희석제, 금속 오염, 산성·염기성 첨가제에 의해 달라질 수 있으므로, 데이터시트 값만으로 최종 결론을 내리면 로트 편차가 커질 수 있다.
3.4 4단계: 배합 성분이 분해에 미치는 영향을 점검하다
금속 산화물, 특정 충전제 표면, 아민계 첨가제, 황계 잔류물은 과산화물 분해를 촉진하거나 라디칼 소멸을 증가시킬 수 있다.
따라서 동일 과산화물이라도 배합 시스템이 바뀌면 최적 가교온도와 가교시간이 달라지기 쉽다.
특히 탄소흑연계 충전제, 금속계 촉매 잔류, 재생원료 사용은 재현성 저하 요인이 되기 쉽다.
3.5 5단계: MDR/ODR 또는 레오미터로 가교곡선을 확인하다
최종 판단은 토크-시간 곡선으로 하는 것이 안전하다.
대표 지표는 ts2(초기 스코치), t10/t50/t90(가교 진행), 최대토크(MH), 토크 재상승 여부(리버전 경향)이다.
가교온도 후보를 2~3개로 잡고 동일 배합으로 곡선을 비교하면 “분해온도 선택”이 숫자 싸움이 아니라 곡선의 형태 문제임이 드러난다.
레오미터 평가 예시 기준(개념)이다. - 목표 스코치 안전구간: ts2 ≥ 공정 이송시간 + 안전여유 - 목표 가교 완료: t90 ≤ 목표 프레스/오븐 시간 - 과가교/열열화 경향: 장시간에서 토크가 떨어지면 리버전 가능성을 의심하다3.6 6단계: 두께와 열전달을 고려해 “코어 온도”를 기준으로 맞추다
두꺼운 제품은 표면 온도와 중심 온도 차이가 크다.
가교온도를 높이면 표면은 과가교·열열화가 진행되지만 중심은 과소가교가 남는 상황이 발생할 수 있다.
따라서 분해온도 선택은 “설정 온도”가 아니라 “제품 중심부가 목표 온도에 도달하는 시간”을 포함해 결정해야 한다.
열전대 삽입 평가나 적어도 단면별 경도 분포로 확인하는 것이 실무적이다.
3.7 7단계: 안전지표와 장치 인터록을 함께 설계하다
과산화물은 가열 시 발열 분해가 동반될 수 있으므로, 보관과 공정 모두에서 안전마진이 필요하다.
SADT(자기촉진분해온도)와 DSC 발열 개시온도 같은 지표는 “취급·보관 한계”를 잡는 데 유용하다.
공정에서는 히터 과승, 체류 정지, 냉각수 상실 같은 이상 시나리오를 고려하여 온도 인터록과 배출 절차를 같이 마련해야 한다.
주의 : 과산화물은 같은 이름이라도 농도(희석형), 형태(분말/페이스트/액상), 포장 단위에 따라 위험특성이 달라질 수 있으므로, 구매 사양 변경 시 재평가가 필요하다.
4. 대표 과산화물 계열과 적용 온도창의 실무 감각이다
아래 표는 특정 제품을 단정하는 표가 아니라, 현장에서 자주 쓰는 대표 계열을 “상대적인” 온도창 관점으로 정리한 것이다.
정확한 반감기 수치와 권장 온도는 반드시 사용 중인 제품 데이터시트와 레오미터 결과로 확정해야 한다.
| 계열(예) | 특징 | 상대적 분해 개시 경향 | 적합한 공정 경향 | 주의 포인트 |
|---|---|---|---|---|
| 디아실 퍼옥사이드(예: BPO 계열) | 비교적 낮은 온도에서도 분해가 진행되기 쉽다 | 낮다 | 저온에서 반응이 필요한 시스템에 쓰기 쉽다 | 저온 구간 스코치 여유가 좁아질 수 있다 |
| 다이알킬 퍼옥사이드(예: DCP 계열) | 중고온 가교에 범용으로 쓰기 쉽다 | 중간 | 프레스 가교, 압출 연속가교에서 균형이 좋다 | 배합 촉진요인 존재 시 가교속도 과상승을 점검하다 |
| 퍼옥시에스터(예: TBPEH 계열) | 상대적으로 높은 온도에서 빠르게 분해되기 쉽다 | 높다 | 고온 단시간 가교, 스코치 여유 확보가 필요할 때 유리하다 | 가교온도가 너무 높아지면 열열화가 동반될 수 있다 |
| 퍼옥시케탈/하이드로퍼옥사이드(일부 계열) | 제형에 따라 분해 특성 폭이 크다 | 중간~높다 | 특정 폴리머/특정 공정 최적화에 쓰기 쉽다 | 안정화제와 오염 영향이 커서 재현성 관리가 중요하다 |
5. “분해온도 선택”을 숫자로 정리하는 실무 프레임이다
5.1 스코치 안전여유 계산 관점이다
혼련 종료부터 가교 시작까지의 총 시간이 길수록, 그리고 그 사이 최고온도가 높을수록 조기분해 위험이 커진다.
따라서 목표는 “최고온도 구간에서의 분해 누적량”을 낮추는 방향이다.
실무에서는 ts2를 공정 이송시간보다 충분히 크게 확보하고, 혼련 최종온도를 낮추거나, 더 높은 온도창 과산화물로 바꾸는 방식으로 맞추는 경우가 많다.
5.2 가교 완료도는 t90만 보지 말고 MH와 곡선 형상을 같이 보다
t90이 짧아도 최대토크가 낮으면 네트워크 밀도가 부족할 수 있다.
t90이 적당해도 장시간에서 토크가 떨어지면 열열화나 리버전 경향을 의심해야 한다.
분해온도 선택은 결국 “원하는 토크 수준까지 올라가고, 공정 끝까지 안정적으로 유지되는 곡선”을 만드는 일이다.
5.3 후가교가 있는 경우 분해온도를 이원화해 생각하다
프레스에서 형상 고정만 하고 오븐에서 최종 물성을 만드는 공정이라면, 프레스 구간에서 과도한 분해가 필요하지 않을 수 있다.
이때는 프레스 스코치 여유와 형상 안정성을 확보하고, 오븐 온도에서 누적 분해가 진행되도록 설계하는 것이 생산성에 유리할 수 있다.
6. 현장에서 바로 쓰는 선택 체크리스트이다
아래 체크리스트는 신규 배합 또는 과산화물 변경 시 최소한으로 점검해야 하는 항목이다.
| 구분 | 체크 질문 | 권장 확인 방법 | 판정 기준 예 |
|---|---|---|---|
| 공정 | 가교 전 구간 최고온도와 체류시간은 얼마이다 | 설비 로그, 실제 온도 측정 | 최고온도에서 스코치 여유가 확보되다 |
| 가교 | 목표 가교시간(프레스/라인 속도)은 얼마이다 | 표준작업서, 생산능력 목표 | t90이 목표시간 이내이다 |
| 품질 | 두께 방향 경도 편차가 허용범위인가 | 단면 경도 매핑 | 중심부 과소가교가 없다 |
| 배합 | 촉진 또는 억제 요인이 되는 성분이 있는가 | 원료 변경 이력, 회분/금속 분석 | 로트 간 가교곡선 편차가 작다 |
| 안전 | 보관·투입·가열 중 발열 위험이 관리되는가 | MSDS/DSC/SADT 검토, 인터록 점검 | 이상 시나리오 대응 절차가 있다 |
7. 자주 발생하는 실패 패턴과 처방이다
7.1 압출에서 다이 막힘이 반복되다
가교 이전 구간에서 분해가 진행되어 조기 네트워크가 생겼을 가능성이 크다.
혼련 최종온도와 실린더 최고온도를 낮추고, 과산화물 온도창을 상향하거나, 스코치 지연 전략을 적용하는 방향이 일반적이다.
7.2 프레스에서 경도는 나오는데 인열이 약하다
가교속도는 충분하지만 라디칼 효율이나 네트워크 구조가 목표와 다를 수 있다.
과산화물 계열 변경 또는 공가교제(co-agent) 조정, 가교온도 하향과 시간 보정으로 곡선을 안정화하는 접근이 필요하다.
7.3 두꺼운 제품 중심부가 말랑하다
중심 온도가 목표 가교온도에 도달하지 못했거나, 도달 시간이 짧았을 가능성이 크다.
가교온도만 올리면 표면 열열화가 먼저 오므로, 예열, 단계가열, 후가교 시간을 재설계하는 방식이 효과적이다.
주의 : 두께 문제를 “과산화물 분해온도 부족”으로만 해석하면 고온 설정으로 쏠리기 쉬우며, 표면 과가교·취화·변색이 동반될 수 있으므로 코어 온도 기반으로 접근하다.
8. 최소 실험 설계로 최적 분해온도를 찾는 방법이다
현장에서는 실험 횟수를 최소화하면서 결론을 내야 한다.
아래 3×2 설계가 실무적으로 효율적이다.
- 가교온도 3수준(예: 낮음/기준/높음)으로 레오미터 곡선을 얻다
- 각 온도에서 가교제 함량 2수준(기준 대비 -10%와 기준)으로 민감도를 확인하다
- 목표는 ts2 안전여유와 t90 목표시간을 동시에 만족하는 조합을 찾다
이 방식은 “온도를 바꿔도 안 맞는 배합”과 “함량 조정으로 해결되는 배합”을 빠르게 구분하는 데 유리하다.
FAQ
반감기 온도만 보고 과산화물을 선택해도 되는가?
반감기 온도는 1차 후보를 고르는 데 유용하지만 최종 결정 기준은 아니다.
배합 성분, 제품 두께, 실제 온도 프로파일이 분해 누적과 가교곡선을 바꾸므로 레오미터 곡선과 단면 물성 확인이 필요하다.
가교온도를 올리면 무조건 생산성이 좋아지는가?
일정 범위에서는 t90이 단축되어 생산성이 좋아질 수 있다.
그러나 표면 열열화, 리버전, 두께 편차, 수축 변형이 증가할 수 있으므로 곡선 안정성과 물성 유지율을 같이 봐야 한다.
스코치가 불안한데 가교속도는 유지하고 싶다
가교 이전 구간의 최고온도 저감, 체류시간 단축, 과산화물 온도창 상향이 기본 대응이다.
동시에 금형 내 목표 온도에서의 가교곡선이 유지되는지 레오미터로 확인하는 절차가 필요하다.
안전 측면에서 가장 먼저 확인할 것은 무엇인가?
보관·취급 조건과 공정 이상 시나리오를 먼저 정리하고, 사용 과산화물의 열분해 관련 지표를 기반으로 온도 인터록과 비상정지 절차를 설계하는 것이 우선이다.
특히 히터 과승과 체류 정지는 자기발열과 결합될 수 있으므로 예방 설계가 필요하다.