RFL 처리시의 에폭시 이소시아네이트 반응

1Dip에서 Sorbitol type의 에폭시 분자량이 405MW이고 8.9g이사용되고 o-cresol novolak type 에폭시의 분자량이 448MW에 4.4g사용된다. 이때 이소시아네이트의 경우 DM-35HC로 분자량 476.6MW에 26.67g이 사용이된다. 2Dip에서는 레조시놀 18.675 포르말린 20.432g이사용되고 이때 레조시놀의 분자량은 110MW 포르말린의 분자량은 30MW 암모니아의 분자량은 35MW에 사용되는 양은 2.8g이다. 그리고 사용되는 라텍스는 VP(비닐피리딘)라텍스로써 464g일때 PET Tire Cord에 열처리한 이후에 미반응 RFL이 있을 수 있는가? 이때 열처리온도는 240도이다.

재료 및 반응물 정보

1Dip과 2Dip에서 사용된 각 물질의 분자량과 사용량을 바탕으로, 각각의 반응 및 미반응 RFL이 있을 가능성을 살펴보겠습니다.

1Dip 처리

1. Sorbitol type Epoxy (405 MW, 8.9g)
   • 분자량: 405 g/mol
   • 몰 수: 8.9 g / 405 g/mol = 0.02198 mol
2. o-Cresol Novolak type Epoxy (448 MW, 4.4g)
   • 분자량: 448 g/mol
   • 몰 수: 4.4 g / 448 g/mol = 0.00982 mol
3. Isocyanate (DM-35HC, 476.6 MW, 26.67g)
   • 분자량: 476.6 g/mol
   • 몰 수: 26.67 g / 476.6 g/mol = 0.05596 mol

2Dip 처리

1. Resorcinol (110 MW, 18.675g)
   • 분자량: 110 g/mol
   • 몰 수: 18.675 g / 110 g/mol = 0.16932 mol
2. Formalin (30 MW, 20.432g)
   • 분자량: 30 g/mol
   • 몰 수: 20.432 g / 30 g/mol = 0.68107 mol
3. Ammonia (35 MW, 2.8g)
   • 분자량: 35 g/mol
   • 몰 수: 2.8 g / 35 g/mol = 0.08 mol
4. Vinyl Pyridine Latex (464g)

반응 메커니즘 및 미반응 가능성

1Dip 처리

에폭시와 이소시아네이트는 반응하여 접착력과 화학적 안정성을 높이는 역할을 합니다. 두 에폭시의 총 몰 수는 약 0.0318 mol이며, 이소시아네이트의 몰 수는 약 0.05596 mol입니다. 이소시아네이트는 다가의 아민과 반응할 수 있어 충분한 반응을 일으킬 수 있는 여지가 있습니다.

2Dip 처리

2Dip에서는 레조시놀과 포르말린이 반응하여 RF 레진을 형성합니다. 레조시놀과 포르말린의 몰 수를 비교하면, 포르말린이 과량으로 존재하여 충분히 레조시놀과 반응할 수 있는 여지가 있습니다. 암모니아는 추가적인 경화제 역할을 하며, 약 0.08 mol이 사용됩니다.

열처리 후 미반응 RFL

열처리 온도가 240°C인 경우, 대부분의 화학 반응은 완료될 것으로 예상됩니다. 그러나 고온에서도 일부 미반응 물질이 남아 있을 가능성은 존재합니다.

1. 레조시놀과 포르말린: 포르말린이 과량으로 존재하므로, 레조시놀과 대부분 반응하여 RF 레진을 형성할 것입니다. 그러나 반응이 완벽하지 않거나, 반응 속도가 충분히 빠르지 않을 경우 일부 미반응 레조시놀 또는 포르말린이 남아 있을 수 있습니다.
2. 에폭시와 이소시아네이트: 에폭시와 이소시아네이트 반응은 고온에서 대부분 완료될 가능성이 높습니다. 그러나 에폭시의 반응성이 낮을 경우, 일부 미반응 에폭시가 남아 있을 수 있습니다.

결론

고온(240°C)에서 열처리된 후, 대부분의 화학 반응은 완료될 것으로 예상되지만, 일부 미반응 RFL이 남아 있을 가능성은 존재합니다. 이는 주로 반응 속도, 반응 조건, 및 반응물의 혼합 균일성에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 특히, 레조시놀-포르말린 반응에서 과량의 포르말린이 존재하기 때문에, 레조시놀의 완전 반응이 보장되지 않을 수 있습니다. 따라서 일부 미반응 레진이 남아 있을 가능성을 고려해야 합니다.

 

1Dip 처리 에폭시와 이소시아네이트는 반응하여 접착력과 화학적 안정성을 높이는 역할을 합니다. 두 에폭시의 총 몰 수는 약 0.0318 mol이며, 이소시아네이트의 몰 수는 약 0.05596 mol입니다. 이소시아네이트는 다가의 아민과 반응할 수 있어 충분한 반응을 일으킬 수 있는 여지가 있습니다. 이때 에폭시와 이소시아네이트 반응하고 남은 mol이 있는가?

1Dip 처리에서 에폭시와 이소시아네이트의 반응을 고려할 때, 반응이 완전히 이루어졌는지와 남은 몰 수를 계산해 보겠습니다.

반응 메커니즘

에폭시와 이소시아네이트는 일반적으로 다음과 같은 방식으로 반응합니다:

• 에폭시 그룹은 이소시아네이트 그룹과 반응하여 우레탄 결합을 형성합니다.

주어진 데이터

1. Sorbitol type Epoxy (405 MW, 8.9g)
   • 분자량: 405 g/mol
   • 몰 수: 8.9 g / 405 g/mol = 0.02198 mol
2. o-Cresol Novolak type Epoxy (448 MW, 4.4g)
   • 분자량: 448 g/mol
   • 몰 수: 4.4 g / 448 g/mol = 0.00982 mol
3. Isocyanate (DM-35HC, 476.6 MW, 26.67g)
   • 분자량: 476.6 g/mol
   • 몰 수: 26.67 g / 476.6 g/mol = 0.05596 mol

총 몰 수

• 에폭시의 총 몰 수 = 0.02198 mol + 0.00982 mol = 0.0318 mol
• 이소시아네이트의 몰 수 = 0.05596 mol

반응 비율

에폭시와 이소시아네이트는 1:1 몰 비율로 반응한다고 가정합니다.

반응 후 남은 몰 수 계산

• 에폭시와 이소시아네이트가 1:1 비율로 반응하면, 에폭시의 몰 수만큼 이소시아네이트가 반응합니다.
• 반응하는 이소시아네이트의 몰 수 = 에폭시의 몰 수 = 0.0318 mol
• 남은 이소시아네이트의 몰 수 = 총 이소시아네이트 몰 수 - 반응한 이소시아네이트 몰 수 = 0.05596 mol - 0.0318 mol = 0.02416 mol

결론

에폭시와 이소시아네이트가 완전히 반응한 후에도 0.02416 mol의 이소시아네이트가 남아 있을 것으로 예상됩니다. 이는 주어진 조건에서 이소시아네이트가 과량으로 존재한다는 것을 의미합니다. 이소시아네이트는 다른 반응 가능한 그룹(예: 아민 그룹)이 존재할 경우 추가 반응할 수 있는 여지를 남겨 둡니다.

Sorbitol type Epoxy의 Epoxide가 4개일 경우로 판단해서 다시 계산해줘

Sorbitol type Epoxy에 4개의 epoxide 그룹이 존재하는 경우, 각 epoxide 그룹은 이소시아네이트와 1:1로 반응한다고 가정할 수 있습니다. 이를 바탕으로 다시 계산해 보겠습니다.

주어진 데이터 (Epoxide 그룹 고려)

1. Sorbitol type Epoxy (405 MW, 8.9g)
   • 분자량: 405 g/mol
   • 몰 수: 8.9 g / 405 g/mol = 0.02198 mol
   • epoxide 그룹의 수: 4
   • 총 epoxide 그룹의 몰 수: 0.02198 mol * 4 = 0.08792 mol
2. o-Cresol Novolak type Epoxy (448 MW, 4.4g)
   • 분자량: 448 g/mol
   • 몰 수: 4.4 g / 448 g/mol = 0.00982 mol
   • epoxide 그룹의 수: 1 (가정)
   • 총 epoxide 그룹의 몰 수: 0.00982 mol
3. Isocyanate (DM-35HC, 476.6 MW, 26.67g)
   • 분자량: 476.6 g/mol
   • 몰 수: 26.67 g / 476.6 g/mol = 0.05596 mol

총 epoxide 그룹의 몰 수

• Sorbitol type Epoxy의 총 epoxide 그룹의 몰 수: 0.08792 mol
• o-Cresol Novolak type Epoxy의 총 epoxide 그룹의 몰 수: 0.00982 mol
• 두 에폭시의 총 epoxide 그룹의 몰 수: 0.08792 mol + 0.00982 mol = 0.09774 mol

반응 비율

에폭시와 이소시아네이트는 1:1 몰 비율로 반응한다고 가정합니다.

반응 후 남은 몰 수 계산

• 반응하는 이소시아네이트의 몰 수 = 총 epoxide 그룹의 몰 수 = 0.09774 mol
• 남은 이소시아네이트의 몰 수 = 총 이소시아네이트 몰 수 - 반응한 이소시아네이트 몰 수 = 0.05596 mol - 0.09774 mol

결론

총 이소시아네이트의 몰 수가 0.05596 mol이고, 반응할 수 있는 epoxide 그룹의 총 몰 수가 0.09774 mol입니다. 따라서, 이소시아네이트의 몰 수가 부족하게 되어 모든 epoxide 그룹과 반응하지 못하게 됩니다.

• 남은 이소시아네이트는 0 mol (부족함)
• 남은 epoxide 그룹의 몰 수 = 0.09774 mol - 0.05596 mol = 0.04178 mol

요약

• 1Dip 처리 후, 이소시아네이트가 모든 epoxide 그룹과 반응하지 못하며, 약 0.04178 mol의 미반응 epoxide 그룹이 남아 있을 것입니다.

이때 이소시아네이트의 mol수가 2배많을 때를 판단해서 계산해줘

이소시아네이트의 몰 수가 2배 많은 경우를 고려하여 다시 계산해 보겠습니다.

주어진 데이터 (Epoxide 그룹 고려)

1. Sorbitol type Epoxy (405 MW, 8.9g)
   • 분자량: 405 g/mol
   • 몰 수: 8.9 g / 405 g/mol = 0.02198 mol
   • epoxide 그룹의 수: 4
   • 총 epoxide 그룹의 몰 수: 0.02198 mol * 4 = 0.08792 mol
2. o-Cresol Novolak type Epoxy (448 MW, 4.4g)
   • 분자량: 448 g/mol
   • 몰 수: 4.4 g / 448 g/mol = 0.00982 mol
   • epoxide 그룹의 수: 1 (가정)
   • 총 epoxide 그룹의 몰 수: 0.00982 mol
3. Isocyanate (DM-35HC, 476.6 MW, 26.67g) - 2배의 몰 수
   • 분자량: 476.6 g/mol
   • 원래 몰 수: 26.67 g / 476.6 g/mol = 0.05596 mol
   • 2배의 몰 수: 0.05596 mol * 2 = 0.11192 mol

총 epoxide 그룹의 몰 수

• Sorbitol type Epoxy의 총 epoxide 그룹의 몰 수: 0.08792 mol
• o-Cresol Novolak type Epoxy의 총 epoxide 그룹의 몰 수: 0.00982 mol
• 두 에폭시의 총 epoxide 그룹의 몰 수: 0.08792 mol + 0.00982 mol = 0.09774 mol

반응 비율

에폭시의 epoxide 그룹과 이소시아네이트는 1:1 몰 비율로 반응한다고 가정합니다.

반응 후 남은 몰 수 계산

• 반응하는 이소시아네이트의 몰 수 = 총 epoxide 그룹의 몰 수 = 0.09774 mol
• 남은 이소시아네이트의 몰 수 = 총 이소시아네이트 몰 수 - 반응한 이소시아네이트 몰 수 = 0.11192 mol - 0.09774 mol = 0.01418 mol

결론

이소시아네이트의 몰 수가 2배 많을 경우, 이소시아네이트가 모든 epoxide 그룹과 반응하고도 여전히 일부 남아 있게 됩니다.

• 남은 epoxide 그룹의 몰 수 = 0 mol (모두 반응)
• 남은 이소시아네이트의 몰 수 = 0.01418 mol

요약

이소시아네이트의 몰 수가 2배 많을 경우, 모든 epoxide 그룹이 이소시아네이트와 반응할 수 있으며, 약 0.01418 mol의 이소시아네이트가 반응하지 않고 남아 있게 됩니다.

 

 

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