감압 접착제
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1. 개요
감압 접착제는 가벼운 압력만으로 접착되는 접착제의 한 종류이다. 구조 접착제와는 달리, 용매 증발, 화학 반응 또는 냉각과 같은 과정을 거치지 않고, 점성 및 탄성 특성의 균형을 통해 접착력을 형성한다. 감압 접착제는 영구적인 접착이나 제거 가능한 접착이 필요한 다양한 분야에 사용되며, 온도에 따라 물성이 크게 변동하므로, 유리 전이 온도가 중요한 특성으로 작용한다.
접착제는 작용 방식에 따라 크게 구조 접착제와 감압 접착제(Pressure Sensitive Adhesive, PSA)로 분류할 수 있다. 구조 접착제는 영구적인 접착을 형성하기 위해 다양한 경화 과정을 거치는 반면, 감압 접착제는 가벼운 압력만으로 접착을 형성한다.[1]
2. 구조 접착제와 감압 접착제
감압 접착제는 흐름과 흐름 저항 사이의 균형을 유지하도록 설계된다. 접착제가 부드러워서 접착면에 흐르거나 습윤되어 접착을 형성하고, 응력이 가해질 때 흐름에 저항할 수 있을 만큼 단단하여 접착 강도를 유지한다. 접착제와 접착면이 가까워지면 반 데르 발스 힘과 같은 분자간 상호작용이 발생하여 접착 강도를 높인다. 감압 접착제는 점성과 탄성을 모두 가지는 점탄성 특성을 보인다.[1]
구조 접착제는 중첩 전단 강도로 강도를 평가하는 반면, 감압 접착제는 초기 점착성, 전단 및 박리 저항으로 특징지어진다. 이러한 특성은 제형, 코팅 두께, 마찰 및 온도에 따라 달라진다.[1]
2. 1. 구조 접착제
구조 접착제는 용제의 기화(목재용 풀), 자외선 복사 반응(치의학용 접착제), 화학 반응(이액형 에폭시) 또는 냉각 방식(속건성 접착제) 등을 통해 굳어져 지속적인 접착을 생성한다.[1] 구조 접착제는 감압 접착제와 달리 중첩 전단 강도로 접착 강도를 측정한다.[1]
2. 2. 감압 접착제 (PSA)
감압 접착제(PSA)는 가벼운 압력만으로 접착력을 발휘하며, 접착제를 접착면과 부착시킨다. 흐름성과 흐름 저항 사이의 균형을 통해 접착력이 조절된다. 접착제가 접착면을 흐르거나 적실 수 있을 만큼 충분히 부드럽기 때문에 접착이 생성되며, 응력이 가해졌을 때 흐름을 견딜 수 있을 만큼 단단하기 때문에 강한 접착력을 유지할 수 있다.[1]
접착제와 접착면이 가까워지면 반 데르 발스 힘과 같은 분자 간의 상호 작용이 일어나 접착 강도를 강하게 한다. 감압 접착제는 점성과 탄성의 특성을 모두 보이는 점탄성을 가지며, 이 두 성질은 접착이 원활하게 이루어지도록 한다.[1]
초기 점착성, 전단 저항, 박리 저항 등으로 특성을 평가하며, 제형, 코팅 두께, 마찰, 온도 등에 따라 달라진다.[1]
"영구적" 감압 접착제는 시간이 지나면서 접착력이 증가하여 영구적인 접착을 형성한다. 처음에는 감압성이 있어 제거할 수 있지만, 몇 시간 또는 며칠 후에는 점성이 감소하거나 없어지거나 접착 강도가 증가하여 영구적으로 부착된다.[1]
2. 2. 1. 모양의 영향
접착 테이프나 라벨의 접착은 모양에 따라 영향을 받을 수 있다. 뾰족한 모서리가 있는 테이프는 해당 모서리에서부터 떨어지기 시작하며, 모서리를 둥글게 하면 접착 강도를 향상시킬 수 있다.
3. 감압 접착제의 응용
감압 접착제는 영구적 또는 제거 가능한 용도로 사용된다. 영구적인 접착제는 초기에는 제거가 가능하지만, 시간이 지나면서 영구적으로 접착된다. 제거 가능한 접착제는 일시적인 접착력을 가지며, 잔여물 없이 제거할 수 있도록 만들어진다. 일부 제거 가능한 접착제는 반복적으로 부착하고 제거할 수 있지만, 일반적으로 낮은 접착력을 가진다.
감압 테이프를 깨끗하게 떼어내는 것은 접착된 기판을 손상시키지 않고는 어렵다. 느린 속도와 낮은 각도로 떼어내면 표면 손상을 줄일 수 있다. PSA 잔류물은 특정 유기 용매 또는 열로 부드럽게 할 수 있다.[4] 드라이아이스, 냉동 스프레이 등과 같은 극저온은 점탄성 재료를 유리 상으로 변화시킬 수 있어, 많은 유형의 PSA를 제거하는 데 유용하다.[4]
3. 1. 영구적 용도
감압 접착제는 영구적이거나 제거 가능한 접착이 필요한 곳에 맞춰 제작된다. 영구적인 접착이 필요한 곳을 예로 들면, 전원 장치의 안전 라벨, HVAC 배관 작업을 위한 호일 테이프, 자동차 인테리어 장식의 결합, 소리/진동 감쇠 필름 등이 있다. 몇몇 고급 영구 감압 접착제는 높은 온도에서도 접착면 1제곱센티미터당 수 킬로그램을 지탱할 수 있을 정도로 높은 접착력을 보여주기도 한다.[3] 영구 감압 접착제도 접착 초기에는 제거가 가능하다(잘못 라벨링 된 상품을 다시 붙이는 것과 같이). 하지만 접착 이후 몇 시간 혹은 며칠 후에는 영구적으로 접착된다.
3. 2. 제거 가능 용도
감압 접착제는 일시적인 접착력을 가지도록 제작되며, 몇 달 혹은 몇 년 뒤에도 잔여물을 남기지 않고 제거할 수 있는 것이 이상적이다. 제거 가능한 접착제는 표면 보호 필름, 마스킹 테이프, 책갈피, 메모지, 가격 표시 라벨, 광고용 그래픽 재료, 피부 접촉 물질(상처 치료용 붕대, EKG 전극, 스포츠 테이프, 경피 약물 패치 등)에 사용된다. 일부 제거 가능한 접착제는 반복적으로 부착하고 제거할 수 있도록 제작되며, 낮은 접착력을 가지고 있어 큰 중량을 견디기 어렵다.
3. 2. 1. 제거 방법
감압 테이프를 깨끗하게 제거하는 것은 접착된 기판을 손상시키지 않고는 어렵다. 느린 속도로 떼어내고 낮은 각도로 벗겨내면 표면 손상을 줄이는 데 도움이 된다. PSA 잔류물은 특정 유기 용매 또는 열로 부드럽게 할 수 있다.[4] 드라이아이스, 냉동 스프레이 등과 같은 극저온은 점탄성 재료를 유리 상으로 변화시킬 수 있어, 많은 유형의 PSA를 제거하는 데 유용하다.[4]
4. 감압 접착제의 생산
감압 접착제는 액체 캐리어 또는 100% 고체 형태로 제조된다. 액체 감압 접착제를 이용해 테이프나 라벨 같은 물품을 만들 때는, 접착제를 지지대에 코팅하고 유기 용매나 물 캐리어를 증발시키는 방식을 사용한다. 100% 고체 감압 접착제는 낮은 점도의 폴리머를 사용하거나, 높은 점도의 재료를 가열하여 점도를 낮추는 방식으로 제조된다.[1]
4. 1. 액체 캐리어 형태
감압 접착제는 액체 캐리어 형태나 100% 고체 형태로 제작된다. 테이프나 라벨 같은 물품은 액체 감압 접착제를 이용하여 만들어지는데, 접착제를 지지대 부분에 코팅하고 유기 용매나 워터 캐리어를 뜨거운 공기를 이용하는 건조기로 증발시키는 방식이다. 건조된 접착제는 가교 결합 반응을 시작하고 분자량을 증가시키기 위해 더 가열될 수 있다.4. 2. 100% 고체 형태
100% 고체 감압 접착제(PSA)는 낮은 점도의 폴리머를 코팅한 후 방사선으로 반응시켜 분자량을 증가시키는 방식(방사선 경화 PSA)과, 높은 점도의 재료를 가열하여 점도를 낮춰 코팅한 다음 최종 형태로 냉각시키는 방식(핫멜트 PSA, HMPSA)이 있다.[1]5. 감압 접착제의 성분
감압 접착제는 일반적으로 엘라스토머와 점착 부여제의 혼합물로 구성된다.[5] 탄성 중합체는 자체적으로 충분한 점착성을 가질 수 있어 점착 부여제가 필요 없는 경우도 있다.
5. 1. 탄성 중합체
- 아크릴 수지: 점착 부여제 없이도 충분한 점착성을 가질 수 있다.[5]
- 뷰틸 고무
- 에틸렌 초산 비닐 수지(EVA): 핫멜트 감압 접착제 제조에 사용되며, 높은 초산 비닐 성분을 가지고 있다.
- 천연 고무
- 니트릴(Nitriles)
- 실리콘 고무: 단일작용기를 가진 트리메틸 실레인("M")과 4개의 작용기를 가진 사염화 규소("Q")로 이루어진 "MQ" 규산화 수지를 성분으로 하는 특별한 점착제를 필요로 한다.
- 스티렌 블록 공중합체(SBC): 낮은 온도에서의 유연성, 높은 신율 및 높은 내열성을 가지고 있다.[5] 핫멜트 접착제에 사용되며, 탄성 고무 세그먼트가 두 개의 강성 플라스틱 엔드 블록 사이에 있는 A-B-A 구조를 가진다.[6]
- 비닐 에테르
5. 2. 점착 부여제
스티렌 블록 공중합체(SBC)는 저온 유연성, 높은 신율, 높은 내열성을 가지며, 굳어질 때에도 점착성을 유지하는 핫멜트 접착제에 자주 사용된다.[5] 일반적으로 탄성 고무 세그먼트가 두 개의 강성 플라스틱 엔드 블록 사이에 있는 A-B-A 구조를 가진다. 단독으로 사용되는 고강도 필름 형성제는 부착력과 점도를 부가제로서 증가시킨다. 엔드 블록과 관련된 수지(쿠마론-인덴, α-메틸 스티렌, 비닐 톨루엔, 방향족 탄화수소 등)는 접착력을 향상시키고 점도를 변경한다. 중간 블록과 관련된 수지(지방족 올레핀, 로진 에스터, 폴리테르펜, 테르펜 페놀)는 접착력, 가공성 및 감압 특성을 향상시킨다. 가소제 첨가는 비용 절감, 감압 점착성 향상, 용융 점도 감소, 경도 감소, 저온 유연성 향상 효과를 낸다. A-B-A 구조는 중단부의 탄성 부분이 가교 결합 역할을 하면서 폴리머의 상 분리를 촉진하여 엔드 블록을 함께 결합시키며, 추가적인 가교 결합이 필요하지 않다.[6]6. 온도 고려 사항
압력 감응 접착제(PSA)의 물성은 온도에 따라 크게 달라진다. 점착력은 초기 접착에 매우 중요한데, 차가운 온도는 PSA를 단단하게 만들어 점착력을 떨어뜨린다.[7] 반대로 열은 접착제를 부드럽게 하여 전단 유지 능력을 감소시킨다.[7] 저온은 또한 조기 해제의 원인이 될 수 있다.
6. 1. 점착력
차가운 온도는 PSA를 단단하게 만들어 점착력을 감소시킨다.[7] 일단 PSA가 적용되면, 온도는 사용 환경에서의 성능에 영향을 미친다. 대부분의 PSA 및 테이프 테스트는 23°C, 상대 습도 50% 조건에서 수행되지만, 최종 사용자의 요구 사항에 더 잘 맞도록 다른 온도나 더 가벼운 문지름 압력 조건에서 테스트를 수행하는 것이 일반적이다. 접착제 배합자는 동적 기계 분석, 시차 주사 열량 측정법과 같은 고급 방법을 사용하여 기본적인 온도 특성을 파악하며, 특히 '''유리 전이 온도'''(‘’T’'g)를 식별하는 것이 중요하다.6. 2. 전단 유지 능력
압력 감응 접착제(PSA)의 물성은 온도에 의해 크게 영향을 받을 수 있다. 점착력 또는 "급속 부착" 특성은 의도된 기판에 대한 초기 접착에 매우 중요하다. 차가운 온도는 PSA를 너무 단단하게 만들어 점착력을 잃게 할 수 있다. 일단 적용되면, 온도는 의도된 사용에서의 성능에 영향을 미친다. 열은 접착제를 부드럽게 하여 전단 유지 능력을 감소시킬 수 있다.[7] 저온 또한 조기 해제에 기여할 수 있다. 대부분의 PSA 및 테이프 테스트 방법은 23°C와 50% 상대 습도에서 수행되지만, 최종 사용자의 요구 사항에 더 잘 맞도록 다른 온도(및 더 가벼운 문지름 압력)에서 테스트를 수행하는 것이 일반적이다.[7]접착제 배합자는 종종 동적 기계 분석 및 시차 주사 열량 측정법과 같은 고급 방법을 사용하여 보다 기본적인 온도 특성을 사용한다.[7] 특히 중요한 것은 '''유리 전이 온도'''(‘’T’'g)를 식별하는 것이다.[7]
6. 3. 조기 해제
저온은 조기 해제에 기여할 수 있다. 대부분의 압력 감응 접착제(PSA) 및 테이프 테스트 방법은 23°C와 50% 상대 습도에서 수행되지만, 최종 사용자의 요구 사항에 더 잘 맞도록 다른 온도(및 더 가벼운 문지름 압력)에서 테스트를 수행하는 것이 일반적이다.[7]6. 4. 테스트 조건
압력 감응 접착제의 물성은 온도에 의해 크게 영향을 받을 수 있다. 점착력 또는 "급속 부착" 특성은 의도된 기판에 대한 초기 접착에 매우 중요하다. 차가운 온도는 PSA를 너무 단단하게 만들어 점착력을 잃게 할 수 있다. 일단 적용되면, 온도는 의도된 사용에서의 성능에 영향을 미친다. 열은 접착제를 부드럽게 하여 전단 유지 능력을 감소시킬 수 있으며, 저온 또한 조기 해제에 기여할 수 있다. 대부분의 PSA 및 테이프 테스트 방법은 23°C와 50% 상대 습도에서 수행되지만, 최종 사용자의 요구 사항에 더 잘 맞도록 다른 온도(및 더 가벼운 문지름 압력)에서 테스트를 수행하는 것이 일반적이다.[7]6. 5. 유리 전이 온도 (Tg)
압력 감응 접착제의 물성은 온도에 의해 크게 영향을 받을 수 있다. 점착력 또는 "급속 부착" 특성은 의도된 기판에 대한 초기 접착에 매우 중요하다. 차가운 온도는 PSA를 너무 단단하게 만들어 점착력을 잃게 할 수 있다. 일단 적용되면, 온도는 의도된 사용에서의 성능에 영향을 미친다. 열은 접착제를 부드럽게 하여 전단 유지 능력을 감소시킬 수 있으며, 저온 또한 조기 해제에 기여할 수 있다. 대부분의 PSA 및 테이프 테스트 방법은 23°C와 50% 상대 습도에서 수행되지만, 최종 사용자의 요구 사항에 더 잘 맞도록 다른 온도(및 더 가벼운 문지름 압력)에서 테스트를 수행하는 것이 일반적이다.접착제 배합자는 동적 기계 분석 및 시차 주사 열량 측정법과 같은 고급 방법을 사용하여 보다 기본적인 온도 특성을 사용한다.[7] 특히 중요한 것은 '''유리 전이 온도'''(‘’T’'g)를 식별하는 것이다.
참조
[1]
논문
Strength of adhesive contacts: Influence of contact geometry and material gradients
2017-09-01
[2]
Youtube
Science friction: Adhesion of complex shapes
https://www.youtube.[...]
2018-01-02
[3]
간행물
Water Borne Acrylic
Adhesives Age
1990-08
[4]
특허
SELF. CONTAINING TAMPER EVIDENT SEAL
https://patentimages[...]
1998
[5]
서적
Permeability Properties of Plastics and Elastomers, 2nd Ed.: A Guide to Packaging and Barrier Materials
https://books.google[...]
William Andrew
2003-01-01
[6]
서적
Physical Properties of Polymers Handbook
https://books.google[...]
Springer Science & Business Media
2007-03-21
[7]
논문
PSA performances and viscoelastic properties of SIS-based PSA blends with H-DCPD tackifiers
https://onlinelibrar[...]
2023-06-27
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