케이스 스터디: 접착제 및 충전제

4/3/2020
개요 및 문제점
접착제와 충전제 제조업체는 현장에서 자주 발생되는 불량 현상, 제품의 황화 문제를 시뮬레이션 할 수 있는 방안을 찾고 있었다. 해당 제품의 주요 용도는 자동차, 건축 및 기타 산업의 석재, 콘크리트, 세라믹 및 코팅의 접합, 충전 및 수리에 사용된다. 불량의 주요 양태는 색 바램, 광택 감소, 기계적 강도 저하, 벗겨짐 그리고 균열이다. 다행히 중동과 같은 가혹한 기후 환경에서 시장이 확대되는 상황이었기에 앞에서 언급된 그런 유형의 문제로 품질 보증이 크게 이슈화되지는 않았다. 해당제품은 전세계 옥외 자연환경에서 사용되는 폴리에스테르와 폴리우레탄 에폭시 수지입니다.


그림 1. 일반적 자동차 코팅제

시험 설명과 결과
그러나 해당 문제가 품질 불량은 분명하여 문제 해결을 위해Q-Lab에 도움을 요청하였다. Q-Lab 의 지원으로 QUV와 Q-SUN xenon arc 비교시험을 통해 실제 발생되는 문제가 어느 시험으로 재현이 가능한지 시험을 진행했다. 시험은 ISO 4892-2(xenon)와 ISO 4892-3 (형광 UV) 에 따라 500시간 실시되었다. 각각의 조건은 아래 언급된 표준 1사이클이 선택되었다.
  1. QUV: UVA-340램프로 조명과 응축 사이클을 시행. 빛의 조사는 0.76 W/m2/nm @340 nm, 60°C에서 8시간: 응축 단계는 50°C에서 4시간
  2. Q-SUN: Daylight Q 필터를 이용하여 조사/ 조사+스프레이 사이클이 교대로 수행됨. 사이클은 60 W/m2 TUV (300-400 nm), 65°C 블랙 표준 온도(IBP), 챔버 온도 38°C, RH 50% 조건에서 102분; 조사+스프레이를 18분

500시간 뒤, 대부분의 시편은 아래 그림 2-4와 같이 QUV와 Q-SUN에서 모두 상당한 변화를 보였다.

에폭시 레진 결과에 대한 자세한 내용은 그림 2에서 몇몇 투명 코팅과 색상 시편으로 볼 수 있다. 형광 UV 테스트는 일반적으로 xenon 테스트보다 더욱 심각한 황변과 색 바램을 야기 했고, xenon 테스트에서는 확인할 수 없었던 균열/결정화가 특정 시료에서 발생했다. UV 형광 테스트의 결과가 실제 발생된 문제를 더 근접하게 재현하였다.

그림2. 에폭시 레진 시편 내후성 결과: 시편 1, 2, 5, 6 과 10. 각 패널은 상단에 노출 되지 않은 시편을 놓고, xenon 노출은 왼쪽 그리고 형광 UV 노출을 오른쪽에 두었다.
아클릴레이트 시험 결과는 그림 3에 나와 있다.

폴리메타크릴레이트 (3)와 에폭시아크릴레이트 (4,),(7)는 UV 형광 시험과 xenon 시험에서 상호 유사한 노화 및 황변 결과를 보여준다.


그림 3. 아크릴레이트 내후성 결과: 시편 3,4,7. 각 패널은 상단에 노출 되지 않은 시편을 놓고, xenon 노출은 왼쪽 그리고 형광 UV 노출을 오른쪽에 두었다.
폴리우레탄 (8)과 폴리에스터 (9)의 결과는 그림 4에 나와 있다. 에폭시 레진 처럼, 형광 UV 시험 결과는 xenon 시험에 비해 황변이 보다 심화되었고, 현장 현상과 거의 유사하게 나타났다.

그림 4. 폴리우레탄 내후성 결과 (8) 과 폴리에스터 (9). 각 패널은 상단에 노출 되지 않은 시편을 놓고, xenon 노출은 왼쪽 그리고 형광 UV 노출을 오른쪽에 두었다.

테스트의 이점
해당 제조사는 테스트 결과를 기반으로, 제조물품 (특히 에폭시)원료의 배합 재구성을 위한 자체 R&D에 사용하기 위해 QUV 테스터를 구매하기로 결정했다. QUV를 통해 사전에 그들이 확인 할 수 없었던 실제 상황과 유사한 상관관계를 가진 반복 가능한 성능 테스트 시험 수행이 가능 할 수 있었다. 이를 통해 기존 배합에 따른 제품과는 물론, 경쟁사 제품과도품질을 비교 할 수 있었다. 비록 그에 따른 자체의 사업 성과가 Q-Lab과공유 되지는 않았지만, QUV 구매는 상당히 짧은 기간 안에 그 대가를 얻을 수 있었던 것으로 확인 되었으며, 또한 해당 회사가 목표로 했던 지역에서 시장 점유율을 상당히 높이는 데 도움을 주었음은 분명하다.
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