SBR Latex에서 Gelation이 발생한 이유

1. SBR Latex에서 Gelation이 발생한 이유

🔹 (1) SBR Latex와 Polycarboxyl Acid의 반응 가능성

• Polycarboxyl Acid는 음이온성(-COO⁻)을 띠는 물질입니다.
• 반면, SBR Latex는 일반적으로 음이온(-) 또는 약산성(pH 7~8 부근)에서 안정적인 고무 라텍스입니다.
• Acrodur 950L이 포함된 용액과 SBR Latex를 섞을 때 pH 변화에 따라 SBR Latex가 응집될 가능성이 있습니다.
• 특히, Acrodur 950L이 SBR Latex 표면에 흡착되면서 전하 균형이 깨지고 응집이 촉진될 수 있음.

🔹 (2) SBR Latex와 Glycidyl Epoxy 상호작용

• 글리시딜 에폭시는 에폭시기(-O-CH2-CH(O)-CH3)를 포함하여 SBR Latex와 반응할 가능성이 있습니다.
• SBR Latex의 표면에는 잔류 이중결합 및 활성화된 말단기(-OH, -COOH 등)가 존재할 수 있으며, 이들과 에폭시기가 반응하면서 젤화가 촉진될 가능성이 있습니다.

🔹 (3) SBR Latex와 블로킹된 이소시아네이트의 반응 가능성

• 카프로락탐으로 블로킹된 이소시아네이트(NCO) 그룹을 포함하고 있습니다.
• SBR Latex는 일부 친핵성 말단기를 포함할 수 있으며, pH 변화 및 온도 조건에 따라 블로킹된 NCO가 부분적으로 해리될 가능성이 있음.
• 특히, NH4OH(알칼리)가 포함된 상태에서는 이소시아네이트 블로킹이 부분적으로 해리되어 SBR Latex 표면과 불필요한 가교 결합을 유도하여 Gelation을 일으킬 가능성이 있음.

🔹 (4) SBR Latex와 VPLatex(Polyvinyl Acetate Latex) 간의 혼합 문제

• VPLatex(폴리비닐아세테이트 라텍스)는 음이온성이 아닌 비이온성 또는 약한 음이온성을 띠는 경우가 많음.
• SBR Latex는 음이온성(-COO⁻ 등)을 가지며, 특정 조건에서 VPLatex와의 혼합 시 서로 반발 또는 응집 가능성이 있음.
• 특히, 라텍스 입자 간 전기적 안정성이 깨지면 Flocculation(응집) 또는 Coagulation(젤화) 현상이 발생할 수 있음.

 

2. 변경된 제조 순서에서 Gelation이 해소된 이유

1. SBR Latex를 맨 마지막에 투입함으로써, pH 변화에 의한 응집 가능성을 최소화
   • NH4OH와 Polycarboxy Acid가 먼저 균일하게 분산된 상태에서 SBR Latex가 추가되었기 때문에, 급격한 pH 변화가 발생하지 않아 라텍스 응집이 억제되었을 가능성이 있음.
2. VPLatex를 먼저 투입하여 시스템의 점도 및 물리적 안정성을 확보한 후, SBR Latex를 추가
   • VPLatex가 먼저 분산되면서 수용액 내에서 이온성 안정화를 유지하고, 이후 SBR Latex가 추가될 때 응집 위험이 줄어듦.
3. Wax의 역할로 인해 라텍스 응집이 완화되었을 가능성
   • Wax가 표면 보호층을 형성하면서, SBR Latex와 다른 성분 간의 직접적인 상호작용을 줄였을 수 있음.
4. 블로킹된 이소시아네이트와의 반응 속도 조절
   • 이소시아네이트는 pH와 온도 변화에 민감하게 반응하는데, 초기 단계에서 SBR Latex를 넣으면 Gelation을 촉진할 가능성이 있음.
   • SBR Latex를 맨 마지막에 투입하여, 이소시아네이트가 해리될 기회를 줄임으로써 젤화 가능성을 줄였을 수 있음.

 

3. 최종 결론

Gelation 현상은 SBR Latex가 다른 성분들과 특정 순서로 혼합될 때 발생하는 것으로 분석됩니다.

🔹 Gelation의 주요 원인

• SBR Latex가 Polycarboxy Acid와 Glycidyl Acid와의 반응에 의해 응집 발생
• 블로킹된 이소시아네이트의 해리로 인해 SBR Latex와 가교화 진행
• SBR Latex와 VPLatex 간의 혼합 문제로 인한 응집

🔹 변경된 제조 순서에서 Gelation이 해소된 이유

• SBR Latex를 가장 마지막에 투입하여 pH 변화 및 이온성 충돌 방지
• VPLatex를 먼저 투입하여 라텍스 시스템 안정성 확보
• Wax가 SBR Latex의 응집을 줄이는 데 기여

 

4. 추가 실험 가능성

Gelation 방지 최적화를 위해 몇 가지 실험을 추가해볼 수 있습니다.

1. SBR Latex 없이 제조하여 점도 및 접착력 비교
   → 만약 Gelation이 완전히 사라지면, SBR Latex가 주된 원인임을 재확인.
2. SBR Latex를 투입하는 pH 범위 조정
   → NH4OH 투입량을 조절하여 SBR Latex가 응집되지 않는 최적 pH 탐색.
3. SBR Latex와 EX 313을 사전 혼합 후 Gelation 여부 테스트
   → EX 313과 SBR Latex의 직접적인 반응성을 확인하여 젤화를 유발하는지 평가.

 

5. 최적화 방향

1. SBR Latex를 투입할 때 pH와 점도 조절
   • pH 8~9 범위에서 투입하면 응집 위험을 줄일 가능성이 있음.
2. SBR Latex 투입 속도를 조절하여 급격한 혼합을 방지
   • 천천히 추가하면서 점도 변화를 확인하면 응집 가능성을 낮출 수 있음.
3. Glycidyl Epoxy와 Polycarboxyl Acid를 먼저 완전히 반응시킨 후 SBR Latex 투입
   • 이렇게 하면 SBR Latex와 직접적인 화학 반응 가능성을 줄이고 Gelation을 최소화할 수 있음.

 

6.결론 요약

• Gelation은 SBR Latex가 Polycarboxyl Acid , Glycidyl Epoxy , 이소시아네이트와 특정 조건에서 반응하여 발생한 것으로 분석됨.
• 제조 순서를 변경하여 pH, 전기적 안정성, 반응 속도를 조절하면서 Gelation을 해소한 것으로 판단됨.
• 추가적인 실험을 통해 pH 및 투입 순서 최적화 가능성 검토 필요.

이제 SBR Latex가 반드시 필요한지, 혹은 최적의 혼합 비율과 방법이 있는지 추가 실험을 통해 검토하는 것이 바람직할 것입니다.