이 글의 목적은 에폭시계 수지 시스템에서 반응성 희석제를 선택할 때 필요한 화학적 원리, 물성 트레이드오프, 배합·공정 조건, 품질 이슈와 검증 방법을 실무 관점에서 체계적으로 정리하여 현장에서 바로 적용할 수 있도록 돕는 것이다.
1. 반응성 희석제의 정의와 에폭시 시스템에서의 역할이다
반응성 희석제는 단순 용제처럼 증발하여 사라지는 성분이 아니라, 에폭시 수지 또는 경화제와 함께 반응하여 최종 망상구조에 편입되는 저점도 성분이다. 목적은 점도 저감과 공정성 개선이지만, 동시에 경화망 구조를 변화시키므로 최종 물성에 직접적인 영향을 준다.
에폭시계에서 반응성 희석제를 사용하는 대표 목적은 다음과 같다.
- 혼합 점도 저감으로 함침성, 침투성, 탈포성 향상이다.
- 충전재 고함량 배합에서 분산성 및 유동성 확보이다.
- 저온 작업성 개선 및 작업 시간 윈도우 확보이다.
- 도막/주입 공정에서 레벨링 및 기포 결함 감소이다.
- 일부 경우, 유연성 부여 또는 인성 개선을 위한 설계 변수이다.
주의 : 반응성 희석제는 점도를 낮추는 만큼 경화망의 평균 가교밀도, 유리전이온도, 내열·내약품성, 수분 흡수, 전기적 특성을 바꾼다. “점도만” 기준으로 선택하면 열변형, 취성, 접착력 저하, 장기 내구성 문제로 이어질 수 있다.
2. 에폭시 반응성 희석제의 주요 분류와 구조적 특징이다
에폭시계 반응성 희석제는 기능도(에폭시기 수)와 골격 구조(알킬, 방향족, 글리콜계, 사이클로알리파틱 등)로 실무적으로 분류한다. 기능도는 경화망 가교밀도에, 골격은 점도·유연성·극성·내약품성에 영향을 준다.
2.1 기능도 기준 분류이다
- 단관능(모노에폭시) 반응성 희석제이다.
- 이관능(디에폭시) 반응성 희석제이다.
- 다관능(트리에폭시 이상) 반응성 희석제이다.
단관능은 점도 저감 효과가 크고 작업성이 좋아지기 쉽지만, 일반적으로 가교밀도를 낮추어 Tg, 내열성, 내약품성이 저하될 가능성이 높다. 이관능은 점도 저감과 물성 균형을 노리기 좋다. 다관능은 가교밀도 증가로 Tg와 경도를 올리기 유리하지만, 점도가 높거나 취성 증가 및 수축 응력 증가로 균열 리스크가 커질 수 있다.
2.2 골격 구조 기준 분류이다
| 구조/계열 | 점도 저감 | 경화망 영향 | 장점 | 주의점 | 주요 적용 |
|---|---|---|---|---|---|
| 알킬 글리시딜 에터(단관능 중심) | 매우 큼 | 가교밀도 감소 경향 | 작업성·함침성 우수 | Tg·내열·내약품성 저하, 수분/가소화 영향 | 주입·함침, 저점도 접착제 |
| 글리콜 디글리시딜 에터(이관능) | 큼 | 유연성 증가 경향 | 균형형, 충전재 분산 용이 | 흡수율 증가 가능, 전기특성 주의 | 몰딩, 바닥재, 충전재 시스템 |
| 방향족 글리시딜 계(이관능/다관능) | 중간 | 가교밀도 및 강성 증가 | Tg·내열·강도 유리 | 점도 자체가 높을 수 있음, 취성 관리 필요 | 전기·구조용, 내열 요구 |
| 사이클로알리파틱 에폭시 | 중간 | 내후성/내전기성 설계 | 내후성, 전기특성 유리 사례 | 경화제 선택 민감, 반응성 차이 | 전기 절연, 코팅 |
| 다관능 반응성 희석제 | 작거나 중간 | 가교밀도 증가 | 경도·Tg 상승 | 수축·응력·취성 증가, 균열 위험 | 고내열 코팅, 내화학 코팅 |
3. 선택 기준의 핵심은 “점도 목표”와 “최종 요구 물성”의 동시 만족이다
반응성 희석제 선택은 단일 지표로 결정되지 않는다. 실무에서는 최소 다음 6개 축을 동시에 본다.
- 목표 점도 범위와 온도 의존성이다.
- 경화 반응성(겔타임, 발열, 반응속도) 변화이다.
- 최종 Tg/내열(열변형, 고온 강도 유지) 요구이다.
- 접착·인장·굽힘·충격 등 기계적 성능 요구이다.
- 내약품성, 수분 흡수, 장기 내구성 요구이다.
- 공정 조건(혼합, 탈포, 도포/주입, 경화 스케줄, 두께)이다.
3.1 점도 저감 목표 설정 방법이다
점도는 작업 온도, 혼합 직후 시간, 충전재 함량, 전단 속도에 따라 달라진다. 따라서 “25℃에서 단일 점도”로만 평가하면 실제 공정에서 문제가 생긴다. 최소 다음 기준으로 목표를 설정한다.
- 작업 온도 범위에서의 점도-온도 곡선이다.
- 혼합 후 포트라이프 동안 점도 상승 곡선이다.
- 실제 장비 조건(디스펜서, 펌프, 롤러, 스프레이, 진공함침)의 허용 점도이다.
주의 : 동일한 “초기 점도”라도 반응성 희석제 종류에 따라 겔 이전 점도 상승 속도가 크게 달라진다. 펌핑 공정에서는 “초기 점도”보다 “시간-점도 안정성”이 더 중요하다.
3.2 Tg와 가교밀도 관점의 선택이다
단관능 희석제 비율이 증가하면 평균 가교점 간 거리 증가로 Tg가 낮아지는 경향이 강하다. 반대로 다관능 희석제는 Tg를 올릴 수 있으나 취성과 수축응력 증가로 박리, 크랙이 증가할 수 있다. 따라서 Tg 요구가 명확한 경우, 다음 방식으로 접근한다.
- 목표 Tg를 먼저 설정하고, 희석제 기능도를 1관능 중심인지 2관능 이상 중심인지 결정한다.
- 필요 점도를 맞추되, Tg 하락을 최소화하도록 “이관능 + 저점도 골격” 조합을 우선 검토한다.
- 고내열이 핵심이면, 희석제 사용량 자체를 최소화하고 온도 상승(가열 혼합, 가열 도포)이나 수지 선택으로 해결하는 것이 유리한 경우가 많다.
3.3 내약품성과 수분 흡수 관점의 선택이다
에폭시계는 극성 네트워크로 수분 흡수에 민감하다. 반응성 희석제의 구조가 친수성(예: 에테르 결합 밀도 증가)일수록 수분 흡수 및 장기 물성 저하가 커질 수 있다. 내약품성 요구가 높은 경우, 다음 기준이 유용하다.
- 친수성 골격을 과도하게 늘리는 선택을 피한다.
- 필요 시 방향족/사이클로알리파틱 구조를 포함해 네트워크 강성을 확보한다.
- 후경화(포스트 큐어)로 잔류 반응기 감소 및 Tg 확보를 병행한다.
3.4 전기적 특성 관점의 선택이다
절연용 몰딩, 전기·전자 코팅에서는 유전율, 유전손실, 체적저항, 부분방전 내성이 중요하다. 반응성 희석제의 극성, 잔류 이온성 불순물, 수분 흡수 경향이 전기특성을 좌우할 수 있다. 따라서 전기용은 다음을 점검한다.
- 원료 이온성 불순물 관리 기준(공급사 CoA 등) 확인이다.
- 수분 흡수에 취약한 구조를 과다 사용하지 않는다.
- 경화 완결성 확보를 위한 적정 당량비와 경화 스케줄을 준수한다.
4. 실무에서 가장 많이 발생하는 트레이드오프와 해결 전략이다
4.1 점도는 좋아졌는데 Tg가 떨어지는 문제이다
단관능 희석제 비중이 높거나, 희석제 도입으로 가교밀도가 낮아졌을 때 흔하다. 해결은 다음 순서가 효율적이다.
- 단관능 일부를 이관능으로 치환하여 가교밀도 회복이다.
- 희석제 총량을 줄이고 혼합 온도 또는 도포 온도 관리로 점도 확보이다.
- 후경화 조건 최적화로 Tg 회복이다.
4.2 작업성은 좋아졌는데 접착력 또는 내충격성이 떨어지는 문제이다
희석제 구조가 너무 비극성으로 치우치거나, 표면 젖음과 계면 상호작용이 약해졌을 때 발생한다. 또한 과도한 가교밀도 증가(다관능)로 취성이 커져 충격/박리에 취약해질 수 있다. 해결은 다음과 같다.
- 기재와의 상용성(극성 매칭)을 고려한 구조 선택이다.
- 다관능 사용 시 유연화 성분(예: 고무 변성, toughener)과 균형 설계이다.
- 계면 오염(수분, 오일, 박리제) 관리와 표면처리 조건 확인이다.
4.3 경화 발열이 커지고 두꺼운 단면에서 크랙이 생기는 문제이다
반응성 희석제 자체가 반응에 참여하므로 발열 피크가 변할 수 있다. 특히 두꺼운 주입, 대용적 몰딩에서는 발열과 열응력, 수축응력이 균열을 유발한다.
주의 : 대단면(두꺼운 두께) 주입에서는 희석제를 늘려 점도를 낮추는 처방이 오히려 발열과 수축 문제를 키울 수 있다. 발열은 배합 조정뿐 아니라 경화제 선택, 단계 경화, 열관리(금형 온도, 방열)까지 포함해 설계해야 한다.
- 겔타임과 발열 곡선(DSC 또는 온도 프로파일)을 함께 확인한다.
- 반응 속도가 빠른 조합은 단계 경화(저온 프리큐어 후 승온)로 완화한다.
- 필요 시 반응성 희석제 대신 점도 조절용 다른 설계(수지 선택, 가열 공정)도 검토한다.
5. 당량비(EEW/AEW)와 배합 계산에서의 필수 체크포인트이다
반응성 희석제는 에폭시기를 포함하므로 에폭시 당량(EEW)에 영향을 준다. 따라서 수지+희석제 혼합물의 유효 EEW를 계산하여 경화제 당량(AEW)과 정확히 맞춰야 한다. 당량비가 틀어지면 잔류 에폭시 또는 잔류 아민이 증가하고, 이는 Tg 저하, 취성 증가, 표면 끈적임, 내약품성 저하, 전기특성 열화로 이어질 수 있다.
5.1 혼합물 EEW 계산 개념이다
혼합물의 유효 EEW는 각 성분의 에폭시기 기여를 질량 기준으로 합산해 계산한다. 공급사가 제공하는 EEW 값이 가장 신뢰 가능한 입력값이 된다.
# 혼합물 유효 EEW(개념식) # i 성분의 질량을 Wi, 성분 EEW를 EEWi라고 하면 # 혼합물의 에폭시 당량수(= 에폭시 몰수에 해당)는 sum(Wi / EEWi)이다 # 혼합물 유효 EEW = (총 질량) / sum(Wi / EEWi)주의 : 반응성 희석제의 EEW는 수지보다 크게 낮을 수 있다. 소량 첨가라도 유효 EEW가 크게 변할 수 있으므로, “희석제는 소량이니 무시”하는 접근은 위험하다.
5.2 배합 변경 시 품질 이슈를 줄이는 실무 절차이다
- 희석제 변경 또는 함량 변경 시, 유효 EEW 재계산 후 경화제량을 재설정한다.
- 겔타임, 경도, Tg, 잔류 반응기(추적 시험)를 최소 세트로 재확인한다.
- 동일 물성 목표라도 공정 조건(온도, 혼합 방식, 탈포, 두께)이 바뀌면 결과가 달라진다.
6. 선택을 빠르게 좁히는 실무 의사결정 표준 프레임이다
현장에서는 후보를 빠르게 줄이는 것이 중요하다. 아래 체크리스트로 우선순위를 정하면 시행착오를 줄일 수 있다.
6.1 요구 조건 기반 우선순위 결정이다
| 요구 조건 | 우선 고려 희석제 방향 | 피해야 할 경향 | 추가 검증 |
|---|---|---|---|
| 초저점도(함침/주입) | 단관능 또는 저점도 이관능 중심 | 과도한 다관능로 취성 증가 | 시간-점도 안정성, 기포 결함 |
| 고내열(Tg/내열) | 이관능/다관능 비중, 방향족/강성 골격 | 단관능 과다로 Tg 하락 | DSC/DMA Tg, 후경화 최적화 |
| 내약품/내수 | 친수성 낮은 골격, 균형형 이관능 | 에테르 밀도 높은 구조 과다 | 흡수율, 침지 후 물성 |
| 전기 절연 | 저이온 불순물, 흡수율 관리, 적정 가교 | 수분 흡수 증가 구조 과다 | 체적저항, 유전손실, PD |
| 인성/충격 | 유연화 기여 이관능(골격 설계) + toughener | 다관능 단독 증량으로 취성화 | 충격, 박리, 균열 평가 |
7. 배합·공정 조건에 따른 선택 포인트이다
7.1 충전재 고함량 시스템이다
실리카, 알루미나, 탄산칼슘 등 충전재가 많을수록 점도 상승과 분산 문제가 커진다. 이때 반응성 희석제는 분산 보조 역할도 하며, 선택 기준은 다음과 같다.
- 충전재 표면과 상용성이 좋은 극성 균형이다.
- 혼합 전단 조건에서 점도 저감 효과가 유지되는지 확인이다.
- 경화 수축 및 응력 증가를 고려해 다관능 증량을 신중히 한다.
7.2 저온 작업 환경이다
저온에서 점도는 급상승하고 혼합 불량, 기포, 젖음 불량이 늘어난다. 단순히 희석제를 늘리기보다 다음을 병행해야 한다.
- 저온에서도 반응성과 흐름성이 유지되는 희석제 후보를 우선한다.
- 원료 예열(안전 범위 내)로 점도 자체를 낮추는 공정 개선이다.
- 포트라이프와 겔타임을 실제 온도에서 재측정한다.
주의 : 저온에서 점도만 낮추려 희석제를 과다 투입하면 상온 복귀 후 Tg 부족, 내열 부족이 나타날 수 있다. 저온 문제는 공정 온도 관리와 처방 균형으로 해결해야 한다.
7.3 두꺼운 단면 주입 및 몰딩이다
대단면에서는 발열, 기포, 수축응력, 균열이 주요 리스크이다. 희석제 선택 시 다음을 우선한다.
- 발열 프로파일을 완만하게 만드는 경화제/경화 스케줄과의 조합이다.
- 점도 저감 목표를 “필요 최소”로 설정하여 과도한 반응열 증가를 피한다.
- 탈포성과 기포 방출성은 점도뿐 아니라 표면장력과 젖음도에 좌우되므로 실제 공정 샘플로 확인한다.
8. 시험 설계: 반응성 희석제 후보 비교를 위한 최소 실험 세트이다
희석제 후보를 2~4개로 좁힌 뒤에는 동일 조건 비교가 핵심이다. 아래 최소 실험 세트로 “점도-반응-물성-내구”를 한 번에 정리하는 것이 효율적이다.
8.1 비교 조건 표준화이다
- 동일한 유효 EEW 기준으로 경화제 당량비를 맞춘다.
- 혼합 장비, 혼합 시간, 탈포 조건, 도포/주입 두께를 동일화한다.
- 경화 스케줄(온도/시간)과 후경화 조건을 통일한다.
8.2 최소 시험 항목 체크리스트이다
| 구분 | 시험 항목 | 목적 | 합격 판단 예 |
|---|---|---|---|
| 공정성 | 점도(온도별), 시간-점도 | 작업성 및 안정성 | 공정 허용 점도 범위 충족 |
| 반응성 | 겔타임, 발열 피크 | 두께/열관리 리스크 평가 | 균열/과발열 리스크 없음 |
| 열특성 | Tg(DSC/DMA), HDT | 내열 성능 확인 | 목표 Tg 이상 |
| 기계특성 | 인장/굽힘, 충격, 접착 | 강도·인성 평가 | 요구 스펙 충족 |
| 내구성 | 수분 흡수, 침지 후 물성 | 장기 안정성 검증 | 물성 유지율 목표 이상 |
| 결함 | 기포, 표면결함, 수축 | 외관 및 신뢰성 | 기포/크랙 기준 만족 |
9. 현장 Q&A 형태로 정리하는 실무 포인트이다
9.1 “단관능 희석제를 쓰면 항상 Tg가 떨어지는가”에 대한 답이다
일반적으로 단관능 희석제는 가교밀도를 낮추는 방향이므로 Tg가 떨어질 가능성이 높다. 다만 전체 처방에서 희석제 비율이 낮고, 수지 자체의 EEW·경화제 선택·후경화가 적절하면 Tg 저하를 관리할 수 있다. 핵심은 “사용량 최소화”와 “이관능 치환”을 병행하는 것이다.
9.2 “점도를 많이 낮추면 기포가 줄어드는가”에 대한 답이다
점도 저감은 기포 상승과 방출을 돕지만, 기포 문제는 혼합 방식, 표면장력, 젖음성, 경화 속도, 온도에 의해 함께 결정된다. 따라서 점도만 낮춰도 개선되지 않는 경우가 흔하다. 진공 탈포, 혼합기 조건 최적화, 도포 두께 및 경화 스케줄 조정이 같이 필요하다.
9.3 “이관능 희석제가 항상 균형형인가”에 대한 답이다
이관능은 기능도 측면에서 균형 설계가 쉬운 편이지만, 골격 구조에 따라 흡수율 증가, 내약품성 저하, 전기특성 변화가 나타날 수 있다. 따라서 기능도뿐 아니라 구조적 극성, 공급사 품질 관리 수준, 실제 공정 조건을 함께 평가해야 한다.
FAQ
반응성 희석제와 비반응성 희석제(용제)의 가장 큰 차이는 무엇인가?
반응성 희석제는 경화 반응에 참여해 최종 네트워크에 포함되는 성분이다. 비반응성 희석제는 증발 또는 잔류 용제로 존재할 수 있어 VOC, 수축, 기공, 잔류 용제 문제를 유발할 수 있다. 에폭시 시스템에서는 최종 물성에 대한 영향이 반응성 희석제가 더 직접적이다.
희석제 함량을 늘릴 때 가장 먼저 확인해야 할 시험은 무엇인가?
유효 EEW 재계산과 경화제 당량비 재설정이 우선이다. 그 다음 겔타임과 발열 프로파일, Tg(DSC/DMA)를 빠르게 확인하는 것이 효율적이다. 공정성만 보고 진행하면 후속 단계에서 내열 부족, 취성, 내구성 이슈가 뒤늦게 발생하기 쉽다.
충전재가 많은 시스템에서 희석제를 선택할 때 중요한 점은 무엇인가?
점도 저감뿐 아니라 분산성과 상용성이 중요하다. 충전재 표면과의 상호작용이 나쁘면 점도는 낮아도 침강, 분리, 기포 증가가 생길 수 있다. 또한 다관능 희석제의 과도한 사용은 수축응력 증가로 균열 리스크를 키울 수 있다.
고내열이 목표인데 점도도 낮춰야 하면 어떤 전략이 유리한가?
희석제 총량을 최소화하고, 단관능 중심이 아니라 이관능 이상을 우선 검토하는 전략이 유리하다. 동시에 원료 예열, 공정 온도 관리, 후경화 최적화로 점도와 Tg를 함께 맞추는 접근이 필요하다.