Cure kinetics of an epoxy-rich/anhydride/imidazole system was studied by means of differential scanning calorimetry (DSC) and fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR). Two exothermic peaks appeared on a DSC thermogram, indicating that main esterification and competitive etherification reactions take place in an uncured sample. During isothermal curing of the sample, fast esterification occurs first, followed by slow etherification. Kinetic parameters such as activation energy (E_a), Pre-exponential factor (A), rate constant (k) and reaction order (n) were determined for both esterification and etherification from the variation of DSC thermograms. Reaction order was also determined for functional groups, epoxide and anhydride, from FT-IR spectra during isothermal cure. Kissinger and fractional life methods were employed to determine the kinetic parameters in this study.

산무수물 경화제와 이미다졸 경화촉진제에 에폭시를 과량 첨가한 시료에 대한 경화속도를 시차주사 열량분석기 (DSC)와 후리에변환 적외선 분광분석기 (FT-IR)를 이용하여 조사하였다. 본 연구의 미경화 시료는 경화가 진행되는 동안 에스테르 형성반응이 주로 일어났으며 에테르 형성 반응도 경쟁적으로 일어났다. 또한 에스테르 반응은 경화 초기에 우선적으로 일어나는 반면 에테르 반응은 에스테르 반응이 거의 완료된 후에 본격적으로 일어났다. DSC 결과로부터 에스테르 반응과 에테르 반응 각각에 대한 활성화에너지 (activation energy, E_a)와 지수앞인자(pre-exponential factor, A)를 Kissinger법을 이용하여 결정하였다. 그리고 각 반응의 속도상수(rate constant, k)를 E_a와 A값을 이용하여 계산하였으며, 이로부터 경화온도가 상승함에 따라 에테르 반응속도가 에스테르 반응속도에 대하여 상대적으로 증가함을 알 수 있었다. 그리고 DSC 결과를 이용하여 Fractional life법으로부터 반응차수 (reaction order, n)를 결정하였다. 또한 FT-IR을 사용하여 등온 경화시 변화하는 흡수 스펙트럼으로부터 반응에 참여하는 에폭시기와 산무수물기에 대한 반응차수도 결정하였다.

Keywords: epoxy; anhydride; kinetics; esterification; etherification