재료 가공 및 화학 생산 분야에서 커플링제, 가교제, 분산제는 각기 다른 기능을 가진 세 가지 일반적인 첨가제이지만, 모두 재료 특성에 중요한 영향을 미칩니다. 아래에서는 정의, 주요 특징, 일반적인 유형, 그리고 핵심 차이점을 중심으로 자세히 설명합니다.

커플링제
커플링제는 서로 다른 특성을 가진 두 재료 사이의 계면에서 무기계와 유기계를 연결하는 "외교관"처럼 "다리" 역할을 하는 일종의 화학 물질입니다. 커플링제의 핵심 기능은 무기계와 유기계 재료 사이의 계면 결합을 개선하여 복합 재료의 전반적인 성능을 향상시키는 것입니다.
모구조: 분자는 일반적으로 두 개의 서로 다른 작용기를 포함하고 있으며, 한쪽 끝은 친수성 무기기(예: 실리콘 산소 결합, 티타늄 산소 결합 등)로, 무기 재료(예: 유리, 세라믹, 금속, 필러 등) 표면에 있는 하이드록실기와 카르복실기와 화학 반응을 일으키거나 물리적 흡착을 일으킬 수 있습니다. 다른 쪽 끝은 친수성 유기기(예: 아미노기, 에폭시기, 비닐기)로, 화학 반응을 일으키거나 유기 재료(예: 플라스틱, 고무, 수지 등)와 물리적으로 호환될 수 있습니다.
향상된 계면 결합: 계면에서 화학 결합이나 강력한 물리적 상호작용을 형성함으로써 무기 및 유기 재료 간의 극성 차이로 인해 발생하는 계면 "간격"이 제거되고, 계면 결함이 감소하며, 응력이 계면에서 효과적으로 전달될 수 있습니다.
재료 성능 향상: 인장 강도, 충격 강도, 굽힘 강도 등 복합 재료의 기계적 특성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 동시에 재료의 내수성, 내식성, 내열성 및 가공 유동성을 향상시킬 수 있습니다.

투여량은 적지만 효과가 상당합니다. 일반적으로 복합 재료에 첨가하면 무기 충전재의 양에 비해 0.1%~5%만 첨가해도 계면 성능이 크게 향상됩니다.

실란 커플링제: KH550(γ-아미노프로필트리에톡시실란)과 같은 실란 커플링제로, 유리 섬유 강화 플라스틱, 코팅제, 접착제에 일반적으로 사용됩니다. 무기 말단은 실록산으로, 무기 물질 표면의 히드록실기와 반응할 수 있습니다. 유기 말단의 아미노기는 에폭시 수지, 폴리우레탄 등과 반응할 수 있습니다.

티타늄 에스테르 커플링제: 이소프로필 트리스테아로일 티타늄 에스테르와 같은, 탄산칼슘 및 활석분말과 같은 충전재와 폴리올레핀의 복합화에 적합하며, 시스템의 점도를 낮추고 충전량을 늘릴 수 있습니다.

가교제
가교제는 선형 고분자 사슬을 화학 결합을 통해 연결하여 마치 재료의 강도를 높이는 "건축가"처럼 3차원 네트워크 구조를 형성하는 물질입니다. 가교제의 기능은 고분자 재료의 분자 구조를 변화시켜 물리적, 화학적 특성을 최적화하는 것입니다.
다중 작용기 구조: 분자에는 적어도 두 개의 반응성 작용기(이중 결합, 에폭시기, 이소시아네이트기, 과산화물기 등)가 포함되어 있으며, 이 작용기들은 폴리머 사슬에 있는 활성 작용기(예: 하이드록실기, 아미노기, 이중 결합 등)와 화학적으로 반응할 수 있습니다.
분자 형태를 변경합니다. 선형 또는 분지형 폴리머를 네트워크 구조로 변환하여 재료를 열가소성에서 열경화성으로 변환합니다(가교 결합이 낮은 일부 재료는 여전히 열가소성이지만 속성이 변경되었습니다).
재료 특성을 최적화합니다. 재료의 크리프 및 수축률을 줄이는 동시에 재료의 내열성(유리 전이 온도 증가), 내용매성(용매에 녹지 않음), 기계적 강도(경도 및 탄성 계수 증가)를 크게 개선합니다.
특정 반응 조건: 서로 다른 가교제는 특정 조건(온도, 압력, 빛, 촉매 등)에서 가교 반응을 시작해야 합니다. 예를 들어, 과산화물 가교제는 가열 및 분해되어 자유 라디칼을 생성해야 하며, 황 가교는 촉진제 존재 하에서 수행되어야 합니다.

유황 및 유황 함유 화합물: 주로 고무 가교(가황)에 사용되며, 유황 브릿지를 형성하여 고무 분자 사슬을 연결하고 고무에 탄성과 내마모성을 부여합니다.
디이소프로필벤젠 과산화물(DCP)과 같은 과산화물은 폴리에틸렌, 에틸렌 프로필렌 고무 등을 가교하는 데 적합합니다. 이러한 과산화물은 분해로 생성된 자유 라디칼을 통해 중합체 사슬을 가교합니다.

톨루엔 디이소시아네이트(TDI)와 같은 이소시아네이트는 폴리우레탄 가교에 일반적으로 사용됩니다. 이 이소시아네이트는 히드록실기와 반응하여 우레아 결합을 형성하여 폴리우레탄을 예비중합체에서 엘라스토머 또는 경질 폼으로 경화시킵니다.

분산제
분산제는 액체 매질에서 고체 입자의 균일한 분산을 촉진하고 재응집을 방지하는 화학물질입니다. 입자를 조화시키고 분산시키는 "감속재"와 같은 역할을 하며, 핵심 기능은 분산계의 안정성을 유지하는 것입니다.
표면 활성: 분자에는 친수성기(분산 매질과 호환 가능)와 친수성기(고체 입자 표면에 흡착됨)가 포함되어 있어 고체 입자와 분산 매질 사이의 계면 장력을 감소시킬 수 있습니다.
안정된 분산계: 분산 안정성은 두 가지 메커니즘을 통해 달성됩니다. 하나는 입자 표면에 친수성기가 흡착되고, 친수성기가 분산 매질 쪽으로 확장되어 전하층(이온성 분산제)을 형성하여 전하 반발을 이용하여 입자 응집을 방지하는 것입니다. 두 번째는 친수성기가 입체 장애층(비이온성 분산제)을 형성하여 입자가 서로 접근하는 것을 방해하는 것입니다.
가공 성능 향상: 분산계의 점도를 낮추고 유동성을 개선하며 교반, 이송, 코팅 등의 가공 작업을 용이하게 합니다. 동시에 입자 분포를 균일하게 하여 국부적 농도가 지나치게 높아 성능 결함이 발생하는 것을 방지합니다.
광범위한 적용성: 코팅, 잉크, 세라믹 슬러리, 화장품 및 기타 분야와 같이 물, 유기 용매, 수지 등의 매체에 안료, 필러, 나노입자 등을 분산하는 데 사용할 수 있습니다.

도데실황산나트륨(음이온)과 같은 이온 분산제는 입자들이 서로 밀어내도록 하는 음전하를 발생시켜 수용액 시스템에서 안료를 분산시키는 데 일반적으로 사용됩니다.
비이온성 분산제: 폴리옥시에틸렌 에테르와 같이 비수용성 시스템이나 이온 민감성 시스템에 적합하며 입체 장애를 통해 안정적으로 분산됩니다.
폴리카르복실산 에스테르와 같은 고분자 분산제는 분자량이 크고 흡착 용량이 강하며 입체장애 효과가 크며 고농도 및 미세 입자를 분산하는 데 적합합니다.

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