[논문]Ink Binder용 UV 경화형 조성물의 제조 및 특성

박현주; 한창덕; 오상택

doi:10.17702/jai.2013.14.4.167

Ink Binder용 UV 경화형 조성물의 제조 및 특성
Preparation and Properties of UV Curable Urethane Acrylates for Ink Binder 원문보기

접착 및 계면 = Journal of adhesion and interface, v.14 no.4, 2013년, pp.167 - 174

박현주 (한국신발피혁연구원 접착제연구실) , 한창덕 ((주)씨엔에프케이) , 오상택 (한국신발피혁연구원 접착제연구실)

초록
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본 연구에서는 ink binder용으로 isophorone diisocyanate (IPDI)/polyether polyol/2-hydroxyethyl acrylate (HEA)계 UV 경화형 우레탄 아크릴레이트를 중합하였다. HEA/PETA 혼합 비율을 달리한 조성물의 UV 조사 시간에 따른 광경화거동을 FT-IR spectrophotometer, probe tack tester 및 Photo-DSC로 확인하였다. UV 조사 시간이 증가함에 따라 전환률 및 gel content는 증가하였으며 probe tack은 감소하였다. 반응성 희석제로 사용한 PETA 함량이 증가함에 따라 저장탄성률, 인장강도 및 초기분해 온도가 증가하였다. HEA/PETA 비율이 30/70인 경우 UV 경화 후 PMMA sheet에 대한 부착특성이 가장 우수하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, Ultraviolet (UV) curable urethane acrylates for ink binder was prepared by reaction of IPDI, polyether polyol and HEA. The UV curing behavior of compositions with HEA/PETA ratio on UV irradiation time was investigated by FT-IR spectrophotometer, probe tack tester and Photo-DSC. Conversion % and gel content were increased with increasing UV irradiation time, but probe tack was decreased. Storage modulus, tensile strength and decomposition temperature were increased as PETA content increased. In case of HEA/PETA ratio was 30/70, adhesion property of UV-cured composition on PMMA sheet was excellent.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본">[14,15]. 본 연구에서는 PMMA 기판에 접착력이 우수한 광경화형 우레탄 아크릴레이트 조성물을 제조하고자 하였으며 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 합성한 후 반응성 희석제를 HEA/PETA 비율에 따라 혼합하고 특성 변화를 확인하였다. UV 도광판 잉크용 바인더로 적용 가능성을 검토하기 위하여 최적의 UA 조성물을 선정 후 PMMA bead를 혼합하여 PMMA sheet에 도포 및 경화 후 부착 특성을 확인하였다.

제안 방법

후)투입하였다 (당량비">투입하였다(당량비 1 : 2). FT-IR spectrum 상에서 NCO 특성 피크가 2,270 cm-1에서 완전히 소멸된 시점을 반응 종결점으로 하였다. 모든 반응은 질소 분위기 하에서 실시하였다.
IPDI, polyether계 polyol 및 HEA로 구성되는 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 합성하였으며 반응성 희석제로 PETA, HEA를 사용하고 광개시제로 Irgacure-184를 사용하여 UA 조성물을 제조하였다. PETA 함량이 3 mm로 하고, cross head speed는 200 mm/min으로 3개의 시편을 측정한 후 평균값을 결과치로 사용하였다. Photo-DSC 를 이용한 경화 거동은 TA instrument사의 DSC (diffrential scanning calorimetery, Q200)에 photocalorimetric accessory 를 장착하고 광경화 시 시간에 따른 열량 변화를 측정하였다. 광량은 약 50 mW/cm²으로 하였으며, 온도는 25°C의 후)혼합하여">혼합하여 UV 경화형 조성물을 제조하였으며, 조성물의 조성은 Table 1에 나타내었다. UA 조성물을 PMMA 기판 위에 applicator를 이용하여 도포하였으며 자외선 경화장치를 이용하여 수은 UV 램프(1,000 W/cm)를 10초 동안 조사 하여 도막을 경화시켜 필름을 제조하였다. 본 UA와 HEA/PETA를 30/70으로 하는 반응성 희석제를 첨가한 조성물에 PMMA bead를 5, 10, 30, 50, 100 part 첨가하여 PMMA sheet에 대한 UA/PMMA bead 조성물의 부착특성을 확인하였다. PMMA bead의 함량을 100 part 첨가하더라도 부착성은 100/100으로 우수하였으며, PMMA bead의 바인더로 적용이 가능함을 확인하였다.
후)올리고 머를">올리고머를 합성한 후 반응성 희석제를 HEA/PETA 비율에 따라 혼합하고 특성 변화를 확인하였다. UV 도광판 잉크용 바인더로 적용 가능성을 검토하기 위하여 최적의 UA 조성물을 선정 후 PMMA bead를 혼합하여 PMMA sheet에 도포 및 경화 후 부착 특성을 확인하였다.
후)경화필름의">경화 필름의 기계적 특성은 파단시의 인장강도 및 신장률로 확인하였다. Figure 9에 HEA/PETA 비율에 따른 인장강도 및 신장률을 나타내었다.
경화 필름의 온도에 따른 동적 점탄성 특성을 평가하기 위하여 dynamic mechanical thermal analyzer (DMA, TA instruments)를 사용하였으며 frequency는 1 Hz, 온도범 위는 -80∼150°C, 그리고 승온속도는 5°C/min으로 측정 하였다.
교반기, 온도계, 환류 냉각기가 장착 된 500 ml 5구 분리 kettle에 polyol과 IPDI를 첨가 한 후 70°C에서 일정시간 반응 시키고 NCO 함량이 이론 적으로 계산된 값에 이르면 반응온도를 50°C로 내리고 HEA를 천천히 투입하였다(당량비 1 : 2).
후)도 막을">도막을 경화시켜 필름을 제조하였다. 본 실험에서 물성평가를 위하여 반응성 희석제인 HEA/PETA 무게비는 100/0, 70/30, 50/50, 70/30, 그리고 0/100으로 하였다. 또한 PMMA 기판 앞에서 제조한 UA, 반응성 희석제로서 HEA와 PETA, 그리고 광개시제 Irgacure 184를 일정한 비율로 혼합하여 UV 경화형 조성물을 제조하였으며, 조성물의 조성은 Table 1에 나타내었다. UA 조성물을 PMMA 기판 위에 applicator를 이용하여 도포하였으며 자외선 경화장치를 이용하여 수은 UV 램프(1,000 W/cm)를 10초 동안 조사 하여 우레탄 아크릴레이트 조성물의 광경화 거동은 UV 조사 시간(0, 10, 30, 60 s)에 따라 FT-IR spectrum, gel content 및 probe tack으로 측정하였다. Figure 3은 반응성 합성된 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 UV 조사에 의해 광경화된 도막은 FT-IR (JASCO FT-IR 430)을 이 용하여 확인하였으며 측정은 4,000∼400 cm-1의 범위에 서 0.2 cm-1로 64 scan로 스캔하였다.

대상 데이터

Polyether type의 polyol (KPX Chemical), isophorone diisocyanate (IPDI, Aldrich), 2-hydroxyethyl acrylate (HEA, Aldrich), pentaerythritol triacrylate (PETA, Aldrich), 1-hydroxy cyclohexyl phenyl ketone (Irgacure 184, BASF) 및 toluene (Junsei)을 사용하였으며 모든 시약은 추가 정제 과정 없이 사용하였다. PMMA bead인 05FD는 (주)코오롱 인더스트리에서 제공받은 것을 사용하였다.
본 실험에 사용된 시약은 다음과 같다. Polyether type의 polyol (KPX Chemical), isophorone diisocyanate (IPDI, Aldrich), 2-hydroxyethyl acrylate (HEA, Aldrich), pentaerythritol triacrylate (PETA, Aldrich), 1-hydroxy cyclohexyl phenyl ketone (Irgacure 184, BASF) 및 toluene (Junsei)을 사용하였으며 모든 시약은 추가 정제 과정 없이 사용하였다. PMMA bead인 05FD는 ">측정하였다. 기계적 특성인 인장강도와 신장률은 만능인장 시험기(UTM, Zwick-1435, Zwick)를 사용하여 평가하였 으며 평가 시편은 길이 20 mm, 폭 5 mm, 두께 0.3 mm로 하고, cross head speed는 200 mm/min으로 3개의 시편을 측정한 후 평균값을 결과치로 사용하였다. Photo-DSC 를 이용한
이론/모형
- 후)경화필름의">경화 필름의 동역학적인 성질 확인을 위해 DMA를 사용하였다. Figure
  성능/효과
  
  후)고온 쪽으로">고온쪽으로 이동하였다. HEA/PETA 비율 이 30/70인 조성물의 경우 부착성이 100/100이고 PMMA bead를 5, 10, 30, 50, 100 part 혼합한 경우 부착성이 모두 100/100으로 개발한 UA 조성물을 PMMA bead의 바인더로 적용 가능함을 확인하였다.
  
  HEA/PETA 비율에 따 른 조성물의 경우 peak maximum time과 induction time 에는 큰 차이가 없었고, 다만 최종 전환율의 경우 PETA 함량이 증가함에 따라 전환율이 감소하였으며, UA 단독의 경우 동일 시간 UV 조사를 하였을 때 전 환율이 가장 낮은 것을 확인하였다.
  
  후)우수하여">우수 하여 대부분 떨어진 것으로 판단된다. HEA와 PETA를 혼합하여 사용한 경우 PETA를 70% 사용한 경우 지촉 tack 없이 1 min 이내 경화되었고 PMMA sheet에 대하여 부착성이 우수하였다.
  
  Figure 9에 HEA/PETA 비율에 따른 인장강도 및 신장률을 나타내었다. PETA 함량이 증가함에 따라 PETA를 50% 이하 사용한 경우 파단시의 인장강도는 증가하였고 신장율은 감소하였다. PETA를 70% 이상 사용한 경우 후)부착 특성을">부착특성을 확인하였다. PMMA bead의 함량을 100 part 첨가하더라도 부착성은 100/100으로 우수하였으며, PMMA bead의 바인더로 적용이 가능함을 확인하였다.
  
  후)이후에는">이후에는 감소하였다. TGA 분석 결과 PETA 함량이 증가함에 따라 최대 분해 온도가 증가하였고 DMA 분석 결과 반응성 희석제 첨가하는 경우 저장탄성률이 증가 하였으며 HEA/PETA 비율이 30/70인 경우 저장탄성률이 가장 높았다. Tan δ의 경우 PETA 함량이 증가함에 따라 피크가 UA 단독인 경우에 비해 반응성 희 석제를 첨가한 경우 최대 분해 온도가 고온쪽으로 이 동하였으며 반응성 희석제로 PETA 단독을 사용한 경우 최대 분해 온도가 328°C로 가장 높았으며 열적 안정성 이 가장 우수한 것을 확인하였다.
  
  후)측정시">측정 시 ball 크기가 6 mm인 probe를 사용한 경우 그 값에 큰 차이가 없어 ball 크기가 26 mm인 probe를 사용하여 재측정하고 그 결과를 Figure 7에 나타내었다. UV 조사 시간이 증가함에 따라 tack은 감소하였으며 10 s 후 tack 이 급격히 감소하였고, 60 s 후 tack이 거의 없지만 아주 조금 존재하는 것을 확인하였다. 하지만 지촉 tack의 경우 반응성 희석제로 PETA를 50% 이상 사용한 경우 60 s 조사 후)나타낸">나타낸 것이다. UV 조사 전의 스펙트럼에서는 1,635와 1,618 cm^-1 부근에서 우레탄 아크릴레이트 조성물의 C=C stretching 에 의해 나타나는 흡수 피크가 UV 조사 후에는 줄어드는 것을 확인하였다. UA-P100의 경우 UV 조사 후)따른">따른 UA 조성물의 전환률을 나타내었다. UV 조사 전의 피크 면적과 UV 조사 후의 피크 면적을 계산하였으며, 1,618와 1,635 cm^-1의 피크 면적 변화를 계산한 전환률과 810 cm^-1의 피크 변화를 계산한 UV 조사시간에 따른 전환률 변화는 거의 유사하였다. 경화">다[19,20]. 경화 필름의 저장탄성률은 UA 단독보다 반응성 희석제를 사용한 경우 높은 값을 나타내었으며 반응성희석제로 PETA를 단독으로 사용한 경우 전 온도 구간에서 가장 높은 저장탄성율을 나타내었다. Tan δ의 경우 UA 단독일 때와 HEA/PETA 후)반응성 희석제로">반응성희석제로 PETA를 단독으로 사용한 경우 전환률이 가장 낮았으며 반응성 희석제를 사용하지 않은 UA의 경우 전환률이 가장 높았다. Figure 6에 UV 조사 시간에 따른 gel content를 나타내었다.
  
  후)가교 구조가">가교구조가 분자쇄 운동을 방해하기 때문으로 판단된다. 이상의 결과로 UA 조성물은 반응성 희석제 종류에 따라 다른 물성을 가지는 것을 확인하였으며 UA 조성물을 PMMA binder에 적용시 반응성 희석제의 종류가 영향을 미칠 것이라 예상 하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	UV 경화성 조성물 제조를 하기 위해 사용한 시약은?	본 실험에 사용된 시약은 다음과 같다. Polyether type의 polyol (KPX Chemical), isophorone diisocyanate (IPDI, Aldrich), 2-hydroxyethyl acrylate (HEA, Aldrich), pentaerythritol triacrylate (PETA, Aldrich), 1-hydroxy cyclohexyl phenyl ketone (Irgacure 184, BASF) 및 toluene (Junsei)을 사용하였으며 모든 시약은 추가 정제 과정 없이 사용하였다. PMMA bead인 05FD는 (주)코오롱 인더스트리에서 제공받은 것을 사용하였다.
	우레탄 아크릴레이트의 제조방법은?	본 연구의 우레탄 아크릴레이트는 다음과 같은 방법 으로 제조하였다. 교반기, 온도계, 환류 냉각기가 장착 된 500 ml 5구 분리 kettle에 polyol과 IPDI를 첨가 한 후 70°C에서 일정시간 반응 시키고 NCO 함량이 이론 적으로 계산된 값에 이르면 반응온도를 50°C로 내리고 HEA를 천천히 투입하였다(당량비 1 : 2). FT-IR spectrum 상에서 NCO 특성 피크가 2,270 cm-1에서 완전히 소멸 된 시점을 반응 종결점으로 하였다. 모든 반응은 질소 분위기 하에서 실시하였다.
	자외선 경화형 수지는 어디에 사용되고 있는가?	이러한 장점으로 인해 자외선 경화형 수지는 플라스틱, 금속 등의 top coating이나 접착용도에 다양하게 사 용되고 있으며, 최근 환경문제가 대두되고 있는 전자 부품 등의 정밀소재 부문에 그 적용분야와 수요가 급 속히 증가되고 있다[9,10]. 자외선 경화형 수지는 3가 지 성분인 우레탄 아크릴레이트계 올리고머, 광개시제, 반응성 아크릴레이트 단량체등으로 구성되어 있으며 이 중에서 우레탄 아크릴레이트계 올리고머는 주요 수 지 역할을 하며 자외선 경화 시 물성을 결정하는데 있 어서 중요한 인자이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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