유도시간이 포함된 불포화 폴리에스터의 라디칼 매커니즘에 기초한 경화 반응 해석 연구

윤영민; 이기준; 오경성; 남재도

HWAHAK KONGHAK, Vol.35, No.5, 690-697, October, 1997

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유도시간이 포함된 불포화 폴리에스터의 라디칼 매커니즘에 기초한 경화 반응 해석 연구

Cure Kinetic Analysis of Free Radical Polymerization of Unsaturated Polyester Resin Exhibiting Induction Periods

윤영민, 이기준, 오경성, 남재도

초록

본 연구에서는 반응열이 발생하지 않으면서 일정한 시간이 경과하는 초기 유도시간이 필요한 불포화 폴리에스터 수지의 경화 반응 속도를 실험과 모델링을 통하여 해석하였다. Differential scanning calorimetry(DSC)에서 측정되는 초기 유도시간과 최대 속도 시간은 모두 Arrhenius식에 따르는 것으로 확인되었으며, 이에 따라 얻어진 활성화에너지는 90.7 KJ/mole로서 동일한 값을 보여주었다. 이에 따라 다양한 온도에서 얻어진 경화반응 데이터는 온도-시간 중첩원리에 의하여 마스터 커브(reduced plot)로 중첩될 수 있다는 것을 알 수 있었으며, 본 연구에서는 최대속도 시간을 기준으로 하여 불포화 폴리에스터의 경화 마스터 커브를 성공적으로 구할 수 있었다. 불포화 폴리에스터 수지의 자유라디칼 중합을 묘사하기 위하여 라디칼과 단량체의 반응 메커니즘을 적절히 표현한 두 개의 연립 속도식을 제안하였으며 이때 반응의 개시 효율과 단량체 반응 속도의 전환율 의존 함수를 power law로 표현하였다. 이렇게 개발된 경화 속도 모델은 기존의 모델에 비하여 현저히 적은 총 5개의 파라미터를 포함하고 있으나, 초기 유도시간을 거쳐서 자촉매 반응거동을 보여주는 일련의 경화과정을 정량적으로 정확하게 표현할 수 있음을 확인하였다.

Curing kinetics of unsaturated polyester resin system exhibiting apparent induction periods was investigated by modeling free radical initiation and propagation processes. The isothermal curing induction period as well as the maximum-rate time provided the same activation energy in the arrhenius relation, and therefore the isothermal curing master curve was constructed by using the reduced time method. Two model elementary rate equations for radical and monomer were proposed to describe the free radical polymerization of unsaturated polyester resin systems. The power law was adopted to express the conversion dependence function of the initiation efficiency and the monomer reaction rate. Demonstrating the capability of the developed model, the agreement between experimental and predicted data was excellent in both isothermal and dynamic-heating conditions, even with the same model parameters in different thermal condition.

Keywords:Curing;Kinetics;Unsaturated Polyester;Induction Periods;Model

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