[논문]점착물성과 접촉각의 관계

주효숙; 임동혁; 박영준; 김현중

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문제 정의

본고에서는 접촉각을 통한 점착제의 젖음성(wettibility)과 접착력을 평가하고, 점착제가 표면에 잘 젖기 위한 표면처리의 방법 및 효과를 확인하고자 한다.

가설 설정

위 식에서 보여지는 것과 같이 거칠기가 증가함에 따라 접촉각이 증가함을 알 수 있다. 그러므로 매우 매끄러운 표면에서는 접촉각이 작을 것이다. 표면과 액체 사이에서 이루는 접촉각의 측정은 접착(adhesion), 표면 처리 그리고 폴리머 표면분석과 같은 많은 분야에서 잘 알려진 기술로서, 수 A 단위의 단일층 변화에서 민감한 표면분석기술이다.

제안 방법

SBS(styrene-butadine-styrene) 고무는 비극성이라 접착력이 낮다. 그래서 접착력을 증가시키기 위해 solventbased halogenation, chlorination과 low-pressure oxygen plasma 등의 처리 방법을 사용했다. 하지만 solvent-based halogenatione 시간이 오래 길리고, 유해한 물질이라 좋지 않다는 단점이 있어 chlorination으로 대체되었으나 chlorination도 인체에 유해하다.

성능/효과

Table 2를 보면 낮은 임계표면장력을 지닌 polytetrafluoroethylene이 가장 낮은 초기점착력 값을 보여주는데 이는 probe의 낮은 효면장력으로 인해 접착제가 probe에 잘 젖지 못하여 나타나는 현상이다. 결론적으로 말하면 점착제의 표면장력이 기재의 표면장력보다 크면 젖음성이 좋지 않아 낮은 초기점착력 값을 나타내게 되고, 기재의 표면장력이 점착제의 표면장력보다 크면 젖음성이 좋아져 높은 초기점착력 값을 나타내게 된다[26]. 이후 Tornaya의 논문에서 기재의 임계표면 장력이 낮을 때는 계면파괴(interfheial failure)가 일어나고 기재의 임계표면장력이 높을 경우 응집파괴(cohe-sive failure)가 일어남을 보였다[27].
Figure 7을 살펴보면 EVA에 플라즈마 치리를 했을 때 초기에 급격히 접촉각이 감소하는데, 이는 미치리 EVA 발포체 표면의 경우 매우 평활하며 소수성이지만 초기 플라즈마 처리에 의해 표면이 에칭되면서 표면의 평활성이 현저히 감소하여 액체가 부착될 수 있는 면직이 증가 하였기 때문이다. 플라즈마 처리를 하지 않은 EVA의 접착력은 약 0.5 kg/cm로 손으로 쉽게 분리되는 매우 약한 접착력을 나타내었으나 EVA에 저온 플라즈마를 처리함에 따라 EVA의 접착력은 약 4 kg/cm 정도로 현저히 증가되었다. 그러나 처리 시간이 1분 이상 길어져도 접착력이 더 이상 증가하지는 않았고 Figure 7의 접 촉각에서도 1분 이상에서 접촉각의 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있다.

후속연구

점착제품의 시장이 넓어짐에 따라 점착제가 사용되는 기재도 다양해져서 stainless steel 등의 높은 표면장 력을 가진 기재뿐 아니라, Teflon, PE film 등 낮은 표면장력을 가져 접착이 잘 되지 않는 기재나 난접착성을 지닌 표면에도 접착할 수 있는 접착제의 개발이 필요하다. 이러한 점착제의 개발을 위해 점착제의 적용 메커니즘을 알아야 하고, 이런 메커니즘을 살펴보기 위해서는 점착제와 피착제 사이의 계면이 반드시 연구되어야 한다. 기재 표면의 화학적인 특성을 알아보기 위해서 X-ray Photoelectron Spectroscopy(XPS), Static Secondary Ion Mass Spectrometry (SSIMS), Attenuated Total Internal-Reflection Spectroscopy(ATIR) 등이 사용되어지는데, 이러한 방법은 비싸고 정교한 기술이 요구된다.
하지만 아직까지 접촉각 측정이 표면 에너지의 간접적인 측정이기 때문에 간단한 측정 방법이지만 신뢰성이 떨어지고 있다. 이러한 접촉각의 측정과 함께 AFM, XPS 등을 함께 이용하여 신뢰성을 높이고 표면을 더 정확하게 평가할 수 있을 것이다.

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