[논문]기능성 단량체를 함유한 아크릴계 점착제의 물리적 특성

유룡; 이서호; 박원호

doi:10.12772/tse.2016.53.347

기능성 단량체를 함유한 아크릴계 점착제의 물리적 특성
Mechanical Properties of Acrylic Pressure-Sensitive Adhesives Containing Functional Monomers

한국섬유공학회지 = Textile science and engineering, v.53 no.5, 2016년, pp.347 - 353

유룡 (충남대학교 유기소재.섬유시스템공학과) , 이서호 (충남대학교 유기소재.섬유시스템공학과) , 박원호 (충남대학교 유기소재.섬유시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Acrylic pressure-sensitive adhesives (PSAs) were prepared using functional monomers such as 2-carboxyethyl acrylate (${\beta}$-CEA) and acrylic acid (AA) to control the degree of crosslinking. Acrylic PSAs with different glass transition temperatures ($T_g$) were prepared using an acrylate monomer with a low $T_g$. Acrylic PSAs with different weight-average molecular weights ($M_w$) were also prepared using isopropyl alcohol (IPA). The physical properties (peel strength, tack, shear strength) of the adhesive tapes were found to be dependent on the molecular weight, degree of crosslinking, and $T_g$ of the acrylic PSA.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 기능성 단량체 중에 카르복시기를 가지며 유리전이온도가 낮은 β-CEA를 이용하여 첨가량을 증가시켜 가교점을 많이 가질 수 있는 점착제를 공중 합하고 분자량과 유리전이온도 차이에 따른 물성의 변화를 확인하였다.

가설 설정

Figure 5는 유리전이온도 차이가 있는 점착제의 경화제량에 따른 박리강도의 변화를 나타낸 그림이다. (a), (b) 모두 경화제의 양이 증가함에 따라 박리강도가 감소하는 경향을 보인다. 하지만 유리전이온도가 낮은 점착제의 경우 경화제의 양이 증가할수록 박리강도 감소 폭이 크게 나타나는데 이것은 접착에 영향을 미치는 분자의 유연성 즉, 젖음성이 증가하여 박리강도가 향상되었다가 경화제량이 증가하여 가교도가 증가함으로써 응집이 향상되어 젖음성이 감소함에 따른 현상이다.
Figure 1은 경화제의 양에 따른 박리강도를 나타낸 그래프이다. Figure 1(a), (b)는 경화제량이 증가할수록 박리강도는 감소하는 경향을 보인다. 이것은 경화제의 양이 증가할수록 점착제에서 가교도가 높아지면서 점착제가 딱딱해지고 이로 인한 젖음성이 감소하여 나타나는 현상으로 접착보다는 응집이 향상되기 때문이다.
이것은 접착면에 대 한 점착제의 접착에 관계되는 젖음성이 점착제가 두꺼울 수 록 커지기 때문이다. 그러나 Figure 3(b)와 같이 일정 시간이 지나면 점착제의 두께에 의해 증가하던 젖음성이 충분하기 때문에 점착제 두께에 따라 차이가 크게 나타나지 않는다.

제안 방법

25 μ m 두께의 PET 필름에 BAKER TYPE FILMAPPLICATOR(YBA-5, Yoshimitsu Co.)를 사용하여 일정한 두께로 점착제를 코팅한 후 105 °C에서 2−5분간 건조시켜 용매를 제거한 10±2 μ m 두께의 점착테이프를 제조하였다.
개시제를 일정 시간 간격으로 3회 더 투입하고 75 °C까지 승 온하여 반응 전환율이 높은 열 경화형 아크릴계 점착제를 중합하였다.
규격화된 크기로 자른 점착테이프를 SUS304에 2 kg의 고무 롤러로 1회 압착시켜 부착 후 20−30분 경과한 후 1 kg의 무게를 가하고, 0.4 °C/min의 속도로 온도를 상승시켜 점착 테이프가 피착면에서 떨어질때의 온도를 측정하였다[13−17].
내화학성을 측정하기 위한 시편은 100 μ m PET에 점착제를 25 μ m 두께로 코팅한 점착테이프를 가로세로 2.5 cm로 잘라서 유리판에 붙이고 내열 내습 테스트, 20% 락스 테스트, 5% 내 알칼리 테스트를 진행하였다.
따라서, 본 연구에서는 카르복시기를 가지는 기능성 단량체를 사용하여 가교도를 조절하고 Tg가 다른 단량체(VA Tg: 30 °C MA Tg:9 °C)를 사용하여 점착제의 Tg를 변화시키고 분자량 조절제인 IPA를 사용하여 분자량이 다른 점착제를 합성한 후, 그 물리적 특성 변화를 분석하였다[8−12].
상온에서 ball tack tester의 경사를 30 °로 고정시키고 10 cm 간격으로 자른 점착테이프를 주행 시작점에서 10 cm 간격으로 떨어뜨려 놓은 후 3개의 볼(같은 크기)을 큰 것부터 크기별로 5회 이상 굴려주어 2개 이상 점착필름에 붙어있는 가장 큰 볼 번호를 확인하였다.
아크릴 점착제를 제조하기 위해 5구 플라스크에 2-EHA, VA 또는 MA, β-CEA, EA, IPA를 각각의 무게비로 투입하였으며 용액에 존재하는 산소를 제거하기 위해 질소퍼징을 하였다.
)를 사용하여 일정한 두께로 점착제를 코팅한 후 105 °C에서 2−5분간 건조시켜 용매를 제거한 10±2 μ m 두께의 점착테이프를 제조하였다. 이때 점착제를 코팅하는 PET의 두께에 따른 점착 물성의 변화를 측정하기 위해 PET의 두께를 달리하였고, 점착제의 두께에 따른 점착 물성의 변화를 확인하기 위해 점착제의 코팅 두께가 다른 점착테이프를 제조하였으며, 경화제 첨가량에 따른 변화를 확인하기 위해 점착제에 열 경화제의 투입량을 달리하여 점착테이프를 제조하였다. 점착테이프는 점착제를 코팅한 후 이형지로 표면을 보호하고 경화를 위해 50 °C 오븐에서 48시간 동안 보관하여 숙성하였다.
이후 55 °C에서 EA에 희석시킨 개시제를 투입하여 라디칼 반응을 개시하고 일정 속도로 교반 시켰다.
점착제를 무기재 필름 형태로 제조하여 -70 °C에서 5 °C/min로 승온하는 동시에 oscillation을 하면서 분자 거동이 달라지는 온도, 즉 Tg를 측정하였다.
제조된 아크릴계 점착제의 분자량을 측정하기 위해 정밀화학소재 기술연구소에 GPC(gel permeation chromatography, Waters/Alliance HPLC) 분석을 의뢰하였으며 기본 물성을 확인하기 위해 질량수 분산기를 통해 고형분(wt%)을 측정하였다. 점착제의 유리전이온도(T_g)를 측정하기 위해 DMA(dynamic mechanical analyzer, Perkin-Elmer/DMA8000)를 이용하였다.

대상 데이터

아크릴계 점착제의 중합은 2-ethyl hexyl acrylate(2-EHA, 삼천 화학)와 vinyl acetate(VA, 삼천 화학), methyl acrylate(MA, 삼천 화학), 2-carboxyethyl acrylate(β-CEA, Rhodia Co.,Ltd.)를 별도의 정제 과정 없이 그대로 사용하였으며, 용매로는 ethyl acetate(EA, 삼천 화학)를 개시 제로는 2,2'-azobis(isobutyronitrile)(AIBN, 삼천 화학), 분자량 조절제로는 isopropyl alcohol(IPA, 삼천 화학)을 그대로 사용하였다.

이론/모형

제조된 아크릴계 점착제의 분자량을 측정하기 위해 정밀화학소재 기술연구소에 GPC(gel permeation chromatography, Waters/Alliance HPLC) 분석을 의뢰하였으며 기본 물성을 확인하기 위해 질량수 분산기를 통해 고형분(wt%)을 측정하였다. 점착제의 유리전이온도(T_g)를 측정하기 위해 DMA(dynamic mechanical analyzer, Perkin-Elmer/DMA8000)를 이용하였다. 점착제를 무기재 필름 형태로 제조하여 -70 °C에서 5 °C/min로 승온하는 동시에 oscillation을 하면서 분자 거동이 달라지는 온도, 즉 T_g를 측정하였다.
상온에서 ball tack tester의 경사를 30 °로 고정시키고 10 cm 간격으로 자른 점착테이프를 주행 시작점에서 10 cm 간격으로 떨어뜨려 놓은 후 3개의 볼(같은 크기)을 큰 것부터 크기별로 5회 이상 굴려주어 2개 이상 점착필름에 붙어있는 가장 큰 볼 번호를 확인하였다. 점착테이프의 박리강도(peel strength) 측정은 ASTM D903-49 규정에 따라 측정하였다. SAFT(shear adhesion failure temperature)는 온도가 상승하는 가운데 일정한 전단력(shear load)에 대한 열 저항성을 나타낸다.
초기 접착력(tack)은 KS T 1028 규정에 따라 ball tacktester(KS K 규격에 맞는 시험기를 제작)를 이용하여 측정하였다. 상온에서 ball tack tester의 경사를 30 °로 고정시키고 10 cm 간격으로 자른 점착테이프를 주행 시작점에서 10 cm 간격으로 떨어뜨려 놓은 후 3개의 볼(같은 크기)을 큰 것부터 크기별로 5회 이상 굴려주어 2개 이상 점착필름에 붙어있는 가장 큰 볼 번호를 확인하였다.

성능/효과

(b) 즉 24시간 후 측정한 박리강도가 기재의 두께가 100 μ m가 되면 점착제에서 분산시키는 작용보다 기재 자체의 탄성력 작용이 커지면서 박리강도를 약간 감소시킨다.
Table 2는 경화제의 양과 점착제의 분자량에 따른 내열 특성의 차이를 나타낸 표이다. 경화제의 양이 증가할수록 내 열도는 상승하는 경향을 보이고, 분자량이 증가함에 따라서도 내 열도는 증가하는 경향이 있다. 이것은 경화제에 의해 가교도가 높아져서 점착제의 응집력이 증가하여 나타나는 현상이며, 마찬가지로 분자량이 증가하면서 분자 간 상호작용(intermolecular interaction)이 증가하여 점착제 자체의 응집력이 증가하여 내열 특성이 향상된다[18−22].
본 연구에서는 기능성 단량체 중에 카르복시기를 가지며 유리전이온도가 낮은 β-CEA를 이용하여 첨가량을 증가시켜 가교점을 많이 가질 수 있는 점착제를 공중 합하고 분자량과 유리전이온도 차이에 따른 물성의 변화를 확인하였다. 분자량이 증가하면 박리강도와 초기 접착력은 감소하고 내열 특성은 상승하는 반면, 유리전이온도가 감소하면 초기 접착력은 증가하고 내열 특성은 약간 낮아지는 경향이 있다. 이것은 분자량이 증가하면 분자 간 상호작용이 증가하여 응집을 향상시킴으로 피착재 표면에서의 점착제 분자 사슬의 움직임이 제한되어 박리강도와 초기 접착력은 감소하지만 내열 특성은 향상되었다.
분자량이 증가하면 박리강도와 초기 접착력은 감소하고 내열 특성은 상승하는 반면, 유리전이온도가 감소하면 초기 접착력은 증가하고 내열 특성은 약간 낮아지는 경향이 있다. 이것은 분자량이 증가하면 분자 간 상호작용이 증가하여 응집을 향상시킴으로 피착재 표면에서의 점착제 분자 사슬의 움직임이 제한되어 박리강도와 초기 접착력은 감소하지만 내열 특성은 향상되었다. 반면 유리전이온도가 낮아지면 젖음성이 증가하여 접착 특성이 향상되어 초기 접착력은 증가하나 응집은 감소하여 내열 특성은 약간 감소하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	선진국에서는 어떤 점착제 소재를 개발하고 상품화하고 있는가?	이러한 점착제는 현대의 산업구조가 전기·전자, 자동차, 환경, 정밀화학 및 바이오산업 중심으로 재편되면서 수요도 날로 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라 점착제의 수요도 다변화되어 미국, 유럽 및 일본 등 선진국에서는 점착제의 본래 기능인 점착성 이외에도 내열성, 내구성, 내수성 등의 성능 면이나 전도성, 난연성, 혐기성 등의 기능면에서 또는 환경친화적이고 생체적합성이 뛰어난 기능성 점·접착 소재를 꾸준히 개발하여 이미 상품화하고 있으며, 전 세계 접착제시장의 85% 정도를 점유하고 있다. 또한, 나날이 증가하고 있는 국제적인 환경규제, 인건비 상승과 다양한 소비자의 수요에 부응하기 위해 환경친화적인 점착제 및 우주·항공 산업용에 이르기까지 고기능성 첨단산업용 점착제에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다[1−7].
	ASTMD903-49 규정에 따른 점착테이프의 박리강도 측정 과정은?	점착테이프의 박리강도(peel strength) 측정은 ASTM D903-49 규정에 따라 측정하였다. SAFT(shear adhesion failure temperature)는 온도가 상승하는 가운데 일정한 전단력(shear load)에 대한 열 저항성을 나타낸다. 규격화된 크기로 자른 점착테이프를 SUS304에 2 kg의 고무 롤러로 1회 압착시켜 부착 후 20−30분 경과한 후 1 kg의 무게를 가하고, 0.4 °C/min의 속도로 온도를 상승시켜 점착 테이프가 피착면에서 떨어질때의 온도를 측정하였다[13−17].
	점착제란?	점착제는 일반적으로 감압성 접착제(pressure sensitiveadhesive, PSA)라고도 하며, 물, 용제, 빛, 열 등의 다른 구동력을 필요로 하지 않고 지압과 같은 극히 작은 압력으로 다른 물체의 표면에 접착이 가능하고, 이것을 다시 떼어낼 경우에 피착물을 오염시키지 않고 쉽게 떨어지는 접착제로 정의된다. 이러한 점착제는 현대의 산업구조가 전기·전자, 자동차, 환경, 정밀화학 및 바이오산업 중심으로 재편되면서 수요도 날로 증가하고 있는 추세이다.

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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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