수용성 접착제의 경화 공정은 일반적으로 열풍건조기를 대부분 사용하고 있다. 열풍건조기는 열에 의해서만 수용성 접착제를 경화시키는 방법으로서, 충분한 경화를 위해 $100^{\circ}C$ 이상의 높은 온도와 최소 20 min 이상의 경화 공정을 요구하는 단점을 가지고 있다. 경화 과정 중에 온도가 너무 높을 경우, 접착제의 점도가 낮아져 접착에 방해가 될 수 있으며, 경화 과정 중에 발생하는 수분에 의해 경화 조건이 일정하게 유지되기 어렵다. 본 연구에서는 제습 막 건조기 시스템을 활용하여, 수용성 접착제의 경화 공정을 일정하게 유지시키고 공정 중의 제습을 통해 건조공기의 공급으로 경화시간을 단축하고자 한다. 제습 막 건조기 시스템을 활용한 최적의 경화 조건을 찾고, 제습 막 건조기 시스템의 효과를 확인하기 위하여, 제습 막 건조기와 강제순환 건조기를 적용한 경화 과정을 통해 접착력(peel strength)을 측정하여 비교 분석해 보았다.
수용성 접착제의 경화 공정은 일반적으로 열풍건조기를 대부분 사용하고 있다. 열풍건조기는 열에 의해서만 수용성 접착제를 경화시키는 방법으로서, 충분한 경화를 위해 $100^{\circ}C$ 이상의 높은 온도와 최소 20 min 이상의 경화 공정을 요구하는 단점을 가지고 있다. 경화 과정 중에 온도가 너무 높을 경우, 접착제의 점도가 낮아져 접착에 방해가 될 수 있으며, 경화 과정 중에 발생하는 수분에 의해 경화 조건이 일정하게 유지되기 어렵다. 본 연구에서는 제습 막 건조기 시스템을 활용하여, 수용성 접착제의 경화 공정을 일정하게 유지시키고 공정 중의 제습을 통해 건조공기의 공급으로 경화시간을 단축하고자 한다. 제습 막 건조기 시스템을 활용한 최적의 경화 조건을 찾고, 제습 막 건조기 시스템의 효과를 확인하기 위하여, 제습 막 건조기와 강제순환 건조기를 적용한 경화 과정을 통해 접착력(peel strength)을 측정하여 비교 분석해 보았다.
The curing processes of waterborne adhesives are in general undergone by using hot-air dryer. The hot-air dryer curing the adhesives with heat has a disadvantage of requiring high temperature over $100^{\circ}C$ as well as curing time as long as 20 min. When it comes to the heat control, ...
The curing processes of waterborne adhesives are in general undergone by using hot-air dryer. The hot-air dryer curing the adhesives with heat has a disadvantage of requiring high temperature over $100^{\circ}C$ as well as curing time as long as 20 min. When it comes to the heat control, high temperature open disturbs the adhesion of substrates by extremely lowering the viscosity of the adhesives. Furthermore, the humidity resulting from the drying process makes the curing condition irregularly. In this report, dehumidifying membrane dryer was used in order to keep the curing process same by removing humidity caused by the evaporation of water during the drying process, and to shorten the curing time. Here, we compared the peel strength of attached substrates in the dehumidifying membrane dryer to find out appropriate curing condition and confirm the effects of the dehumidifying membrane.
The curing processes of waterborne adhesives are in general undergone by using hot-air dryer. The hot-air dryer curing the adhesives with heat has a disadvantage of requiring high temperature over $100^{\circ}C$ as well as curing time as long as 20 min. When it comes to the heat control, high temperature open disturbs the adhesion of substrates by extremely lowering the viscosity of the adhesives. Furthermore, the humidity resulting from the drying process makes the curing condition irregularly. In this report, dehumidifying membrane dryer was used in order to keep the curing process same by removing humidity caused by the evaporation of water during the drying process, and to shorten the curing time. Here, we compared the peel strength of attached substrates in the dehumidifying membrane dryer to find out appropriate curing condition and confirm the effects of the dehumidifying membrane.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 폴리프로필렌과 폴리우레탄계 가죽 피착제에 접착 가능한 환경친화적인 수용성 접착제를 합성하여 접착물성을 평가하고자 하였다. 수용성 접착제의 경화 공정은 피착제와의 접합 강도를 발현하기 위한 중요한 과정이며, 또한 제품의 양산성 및 품질 안정성과 밀접한 관계가 있으므로, 접착제의 경화 공정은 에너지 저감, 친환경 측면에서 효율적이고 체계 화된 조건에서 설계, 운전, 관리될 필요가 있다.
본 연구에서는 합성된 수용성 접착제의 경화 공정을 일정하게 유지하고, 공정 중의 제습을 통해 경화 시간을 단축하는 방법인 제습 막 건조기 시스템을 활용한 최적의 경화 조건을 찾고, 제습 막 건조기 시스템의 효과를 확인하기 위하여, 제습 막 건조기와 강제 순환 건조기를 적용한 경화 공정을 통해 접착력 (adhesive strength)을 측정하여 비교 분석해 보았다. 또한, 접착력이 잘 나온 시편과 그렇지 않은 시편의 morphology를 확인하기 위해 FE-SEM을 측정하였다.
제안 방법
본 연구에서는 합성된 수용성 접착제의 경화 공정을 일정하게 유지하고, 공정 중의 제습을 통해 경화 시간을 단축하는 방법인 제습 막 건조기 시스템을 활용한 최적의 경화 조건을 찾고, 제습 막 건조기 시스템의 효과를 확인하기 위하여, 제습 막 건조기와 강제 순환 건조기를 적용한 경화 공정을 통해 접착력 (adhesive strength)을 측정하여 비교 분석해 보았다. 또한, 접착력이 잘 나온 시편과 그렇지 않은 시편의 morphology를 확인하기 위해 FE-SEM을 측정하였다.
본 실험에서 수용성 접착제의 경화 공정에 적용되는 제습 막 건조기 시스템의 최적 운영 조건을 찾고, 제습 막 건조기 시스템의 접착 성능에 미치는 영향을 연구하기 위해, 제습 막 건조기와 강제순환 건조기를 적용한 경화 공정을 통해 접착력(average peel strength)을 측정하여 비교 분석하였다. Figure 3에서는 제습막 건조기와 강제순환 건조기를 활용하여 온도 70, 80°C, 경화 시간 5, 10, 15 min 조건에서 경화된 시편들의 접착력을 나타낸다.
이와 같이 접착력 테스트한 시료의 접착제와 피접착제 간의 파단면 관찰을 통해서, 수용성 접착제 경화 조건이 접착력 물성에 미치는 영향을 분석할 수 있었다. Figure 3에서 나타낸 것과 같이, 기존 열풍 건조경화 조건 80°C/15 min일 때 접착력 3 kgf/2.
제습 막 건조기 시스템의 접착 성능에 미치는 영향을 알아보기 위해, 제습 막 건조기와 강제순환 건조기를 적용하여 경화 공정을 진행하였다. 제습 막 건조기 시스템은 Figure 1에서 나타내고 있으며, 이는 membrane dryer, drain separator, compressor로 구성되어 있다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 styrene butadiene rubber (SBR, KSL-103)은 카르복시 변성 스티렌-부타디엔 공중합체 라텍스로서, 한국금호석유화학(Seoul, South Korea)에서 구매하였으며, 2-hydroxy ethyl methacrylate (HEMA)는 Junsei Chemical (Tokyo, Japan)에서 구매하였다. Ammonium persulfate (APS)는 Sigma Aldrich (St. Louis, MO, USA) 본 연구에 사용된 styrene butadiene rubber (SBR, KSL-103)은 카르복시 변성 스티렌-부타디엔 공중합체 라텍스로서, 한국금호석유화학(Seoul, South Korea)에서 구매하였으며, 2-hydroxy ethyl methacrylate (HEMA)는 Junsei Chemical (Tokyo, Japan)에서 구매하였다. Ammonium persulfate (APS)는 Sigma Aldrich (St.
Louis, MO, USA) 본 연구에 사용된 styrene butadiene rubber (SBR, KSL-103)은 카르복시 변성 스티렌-부타디엔 공중합체 라텍스로서, 한국금호석유화학(Seoul, South Korea)에서 구매하였으며, 2-hydroxy ethyl methacrylate (HEMA)는 Junsei Chemical (Tokyo, Japan)에서 구매하였다. Ammonium persulfate (APS)는 Sigma Aldrich (St. Louis, MO, USA) 에서 구매하여 initiator로서 사용되었으며, 수용성 PP-grafted maleic anhydride (PP-g-MAH)는 amine compound (GENPOLY GW-9566)로 처리되어 Genchem (Ulsan, South Korea)에서 공급받아 사용되었다. PP-gMAH의 입자크기는 88 nm, 몰분자량은 40,000 g/mol 이다.
본 연구에 사용된 styrene butadiene rubber (SBR, KSL-103)은 카르복시 변성 스티렌-부타디엔 공중합체 라텍스로서, 한국금호석유화학(Seoul, South Korea)에서 구매하였으며, 2-hydroxy ethyl methacrylate (HEMA)는 Junsei Chemical (Tokyo, Japan)에서 구매하였다. Ammonium persulfate (APS)는 Sigma Aldrich (St.
PP-gMAH의 입자크기는 88 nm, 몰분자량은 40,000 g/mol 이다. 폴리프로필렌과 폴리우레탄계 가죽 피착제는 접착력 측정(peel strength test)을 진행하기 위해 사용되며, 이는 Daemi (Ulsan, South Korea)에서 공급받아 사용되었다.
이론/모형
시편들의 접착력 측정을 위한 peel strength test는 universal testing machine (UTM, LF Plus, Lloyd Instruments Ltd., UK)를 이용하여 ASTM D903-98 규격에 따라 24°C에서 100 mm/min의 crosshead speed로 측정되었다.
성능/효과
더욱이, 제습 막 경화조건 80°C/15 min, 즉 기존 열풍 건조와 같은 조건에서 접착력은 2배 이상 증가하였다.
모든 시편들은 70, 80°C의 경화 온도 모두, 경화 시간이 증가할수록 접착력은 증가하였다.
본 연구에서는 수용성 접착제의 접착력 측정을 통해서, 제습 막 건조기 시스템을 활용한 최적의 경화 조건이 80°C/15 min, 70°C/15 min임을 관찰하였고, 제습 막 건조기와 강제순환 건조기의 경화 공정을 통한 접착 성능 분석을 통해 제습 막 건조기 시스템의 효과를 확인하였다.
제습 막 건조기를 활용하여 경화된 시편들이 강제 순환 건조기를 활용하여 경화된 시편들보다 더 우수한 접착력을 가지는 점을 확인하였다. 또한 비슷한 접착력을 가지는 경화 조건을 비교하면, 제습 막 건조기 (경화 조건 : 70°C/15 min, 80°C/10 min)를 활용한 시편이 강제순환 건조기(경화조건 : 80°C/15 min)를 활용한 시편보다 더 낮은 경화 온도를 가지거나 경화 시간을 단축시켜, 생산성 향상과 에너지 저감의 효과를 가져다준다.
제습 막 건조기를 활용한 경화 조건 80°C/15 min의 FE-SEM 이미지는 적정한 점도를 가지고, 수용성 접착제가 피착제에 골고루 도포되어 폴리우레탄계 가죽 피착제와 폴리프로필렌 피착제를 접합시키면서, 피착제 들과 접착제 간의 강한 화학적 결합을 가지게 되어 높은 접착 강도가 나오는 것으로 나타났다.
5 cm2 수준을 넘을 수 있었던 반면에, 제습 막 경화 조건 80°C/10 min 또는 70°C/15 min일 때 동등한 수준의 접착력을 얻을 수 있었다. 즉, 제습 막 시스템을 이용한 경화에서는, 수용성 접착제 중의 수분이 제습 막을 통해 충분히 효과적으로 제거됨으로서, 기존의 열풍 건조 시스템보다 낮은 온도에서 짧은 시간 동안의 경화 공정 조건에서도 충분한 접착력을 발휘할 수 있었던 것으로 판단된다. 더욱이, 제습 막 경화조건 80°C/15 min, 즉 기존 열풍 건조와 같은 조건에서 접착력은 2배 이상 증가하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
폴리프로필렌의 낮은 표면에너지 성질로 인해 사용이 제한되는 사업 분야는 무엇인가?
그러나 폴리프로필렌의 낮은 표면에너지 성질로 인해 접착소재와 피착 표면과의 상호작용이 적어 다른 극성 물질에 비해 낮은 접착력을 가지고 있다[5,6]. 이러한 성질은 자동차 산업에서의 폴리프로필렌 사용에 큰 제한을 가져다준다.
폴리프로필렌은 어떠한 장점을 가지는가?
폴리프로필렌은 가장 널리 알려져 있는 범용 열가 소성 플라스틱으로써, 용이한 가공성, 훌륭한 물리적, 열역학적 성질, 재활용 가능, 낮은 가격 때문에 특히나 자동차, 의학 장치, 전자 등의 응용범위가 다양하다[1-4]. 그러나 폴리프로필렌의 낮은 표면에너지 성질로 인해 접착소재와 피착 표면과의 상호작용이 적어 다른 극성 물질에 비해 낮은 접착력을 가지고 있다[5,6].
폴리프로필렌 적용 확장을 위해 어떤 연구들이 진행되어 왔는가?
폴리프로필렌 적용 확장을 위해 플라즈마 처리를 이용한 표면 기능화, wet oxidative etching, 물리적 blending chemistry, 화학적 변형[7,8]과 chlorinated polyolefin (CPO)와 같은 접착 유도제를 첨가하는 방법[9-11]을 이용하여 표면장력을 증가시킴으로써, 다른 물질과의 접착력을 향상시킬 수 있는 다양한 방법들의 연구가 진행되어 왔다. 폴리프로필렌의 표면 기능 화는 깨끗하고 환경친화적인 방법이지만, 산업적인 측면에서 가격 경쟁력이 낮은 단점을 가지고 있다.
참고문헌 (23)
I. Svab, V. Musil, and M. Leskovac, Acta Chimica Slovenica, 52, 264 (2005).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.