핫멜트 접착제
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1. 개요
핫멜트 접착제는 열을 가해 녹여 사용하는 접착제로, 점도, 용융 흐름 지수, 팟 수명 안정성, 결합 형성 온도, 오픈 타임, 세트 타임, 점착성, 표면 에너지 등 다양한 특성을 가진다. 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌-아크릴레이트 공중합체, 폴리올레핀(PO), 폴리아미드(PA), 폴리에스터, 폴리우레탄(PUR), 스티렌 블록 공중합체(SBC) 등 다양한 구성 물질과 점착제, 왁스, 가소제, 항산화제, UV 안정제 등의 첨가제로 구성된다. 스틱, 펠릿, 시트 형태 등으로 제공되며, 글루건, 어플리케이터, 다리미 등을 사용하여 다양한 산업 분야에서 포장, 제본, 목공, 전자 제품 조립, 기저귀 제작 등에 활용된다.
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| 핫멜트 접착제 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 종류 | 접착제 |
| 적용 방법 | 가열 |
| 특징 | 열가소성, 빠른 경화, 다양한 재료 접착 가능 |
| 기술 정보 | |
| 주성분 | 열가소성 폴리머, 왁스, 점착 부여제, 첨가제 |
| 용융 온도 | 80 ~ 200 °C (일반적 범위) |
| 점도 | 용융 상태에서 사용 목적에 따라 조절 가능 |
| 접착 강도 | 기재, 온도, 습도에 따라 달라짐 |
| 경화 시간 | 수 초 ~ 수 분 (빠른 경화) |
| 응용 분야 | |
| 포장 | 상자 밀봉 라벨 부착 |
| 제본 | 책등 접착 |
| 위생 용품 | 기저귀 생리대 |
| 자동차 | 내장재 접착 케이블 고정 |
| 전자 제품 | 부품 고정 |
| 건축 | 바닥재 접착 |
| DIY 및 공예 | 다양한 재료 접착 |
| 장점 및 단점 | |
| 장점 | 빠른 경화 속도 다양한 재료에 대한 접착력 간편한 사용 자동화 공정 용이 VOCs (휘발성 유기 화합물) 배출량 적음 |
| 단점 | 고온에 약함 일부 재료에 대한 낮은 접착력 습기에 민감 열에 의한 변색 가능성 |
| 종류별 특징 | |
| EVA (에틸렌-초산비닐 공중합체) | 일반적인 핫멜트 접착제 저렴한 가격 다양한 용도로 사용 |
| 폴리올레핀 | 우수한 내열성 내한성 습기 저항성 |
| 폴리아미드 | 높은 내열성 내화학성 강한 접착력 |
| 폴리우레탄 | 유연성 탄성 다양한 재료에 대한 접착력 |
| 안전 및 주의사항 | |
| 화상 주의 | 고온에서 사용하므로 화상에 주의하십시오. |
| 환기 | 작업 시 적절한 환기를 유지하십시오. |
| MSDS (물질안전보건자료) | 제품 사용 전 MSDS를 확인하십시오. |
| 관련 도구 | |
| 글루건 | 핫멜트 접착제를 녹여 토출하는 도구. 다양한 크기와 종류가 있음. |
| 핫멜트 어플리케이터 | 산업용으로 사용되는 자동화된 접착 장비. |
| 기타 정보 | |
| 환경 영향 | 재활용 가능 여부는 제품에 따라 다름. 친환경적인 핫멜트 접착제 개발 노력 중. |
| 보관 | 직사광선을 피하고 서늘하고 건조한 곳에 보관하십시오. |
2. 성질
핫멜트 접착제는 상온에서 고체이며, 스틱(막대) 모양, 펠릿(알갱이) 모양, 시트 모양 등 다양한 형태로 제공된다. 스틱 모양은 주로 글루건(핫건)을 사용하여 가열하며, 납땜 인두나 라이터로도 녹일 수 있다. 펠릿 모양은 대량으로 사용할 때 뭉쳐서 녹인 후 펌프를 통해 토출하거나 스프레이 방식으로 사용한다. 시트 모양은 바지 밑단 수선 테이프처럼 다리미로 가열하여 사용한다.
핫멜트 접착제는 다양한 물리적, 화학적 성질을 가지며, 이러한 성질에 따라 적용 분야가 달라진다. 주요 성질에는 용융 점도, 용융 흐름 지수, 팟 수명 안정성, 결합 형성 온도, 오픈 타임, 세트 타임, 점착성, 표면 에너지 등이 있다.
2. 1. 용융 점도
핫멜트 접착제의 가장 두드러지는 특성 중 하나이다. 도포된 접착제의 확산과 표면의 습윤에 영향을 미친다. 온도에 따라 달라지며, 온도가 높을수록 점도가 낮아진다.[2]2. 2. 용융 흐름 지수
용융 흐름 지수는 기본 중합체의 분자량에 대략적으로 반비례하는 값이다. 용융 흐름 지수가 높은 접착제는 도포하기 쉽지만, 중합체 사슬이 짧아 기계적 특성이 떨어진다. 용융 흐름 지수가 낮은 접착제는 특성이 더 우수하지만, 도포하기 더 어렵다.[2]2. 3. 팟 수명 안정성
용융 상태에서의 안정성 정도, 분해 및 탄화(炭化) 경향을 나타낸다. 접착제를 도포하기 전에 오랫동안 용융 상태로 유지하는 산업 공정에서 중요하게 고려된다.[2]2. 4. 결합 형성 온도
기질의 충분한 습윤이 발생하는 최저 온도이다.[2]2. 5. 오픈 타임
오픈 타임은 접착력을 형성하는 작업 시간으로, 표면이 충분한 점착성을 유지하는 시간이다. 급결성 핫멜트 접착제의 경우 수 초에서 감압 접착제의 경우 무한대까지 다양하다.[2]2. 6. 세트 타임
허용 가능한 강도의 결합을 형성하는 시간이다.[2]2. 7. 점착성
접착제의 표면 끈적임 정도를 나타낸다. 점착성은 습윤 표면 사이의 결합 강도에 영향을 미친다.[2]2. 8. 표면 에너지
다양한 종류의 표면 습윤에 영향을 미치는 요소이다.[2]3. 구성 물질
핫멜트 접착제(HMA)는 한 가지 기본 물질에 다양한 첨가제를 섞어 만든다.
- 점착 부여 수지: 점착성을 높이고 젖음성을 좋게 한다.
- 왁스: 녹는 온도를 낮추고 굳는 속도를 조절한다.
- 가소제: 유연성을 높이고 녹는 온도를 낮춘다.
- 산화 방지제 및 안정제: 열에 의한 분해를 막고 사용 기간을 늘린다.
- UV 안정제: 자외선에 의한 분해를 막는다.
- 기타 첨가제: 안료, 염료, 반짝이, 살생물제, 난연제, 대전 방지제, 충전재 등이 있다.
첨가제 중 극성 그룹, 방향족 시스템, 이중 결합 및 삼중 결합을 포함하는 물질은 비극성 완전 포화 물질보다 더 어둡게 나타나는 경향이 있다.[5] 투명한 외관이 필요한 경우, 적합한 고분자 및 첨가제 (예: 수소화된 점착 수지)를 사용해야 한다.[6]
비밀 접착제 및 감압 접착제는 핫멜트 형태로 사용할 수 있다. 택과 같은 일관성으로 PSA는 실온에서 압력을 가하여 접착된다.[40]
불포화 결합을 포함하는 첨가제와 고분자는 자동 산화에 매우 취약하다. 예를 들어 로진 기반 첨가제가 있다. 항산화제는 이러한 노화 메커니즘을 억제하는 데 사용할 수 있다.
강자성 입자, 흡습성 수분 유지 재료 또는 기타 재료를 첨가하면 마이크로파 가열로 활성화할 수 있는 핫멜트 접착제를 얻을 수 있다.[41] 전기 전도성 입자를 첨가하면 전도성 핫멜트 제형을 얻을 수 있다.[42]
핫멜트 접착제는 스틱(막대) 모양, 펠릿(알갱이) 모양, 시트 모양이 있다.
스틱 모양을 사용하기 위한 도구를 '''글루건'''(Glue-gun영어, 풀의 총이라는 뜻) 또는 '''핫건'''이라고 하며, 지름 11mm와 7mm가 있다. 접착제 자체는 상온에서 고체이다. 글루건은 핫멜트 접착제를 가열하기 위한 히터가 장착되어 있다. 열원은 AC 전원, DC 전원, 배터리, 가스, 오일 등이 존재한다. 또한, 접착제를 히터로 접촉 가열하는 타입과 열풍을 방출하는 타입으로 나뉜다. 글루건 내에 축열하여, 콘센트를 뽑은 채로 잠시 사용할 수 있는 제품도 있다. 글루건 외에도, 납땜 인두나 라이터로도 융해할 수 있다. 또한, 간이적인 판금에도 사용되는 경우가 있다.
펠릿 모양의 경우, 대량으로 사용하는 경우 뭉쳐서 융해하고, 어플리케이터(펌프)로 토출구까지 보내진다. 비드 토출 외에, 압축 공기에 의해 스프레이될 수도 있다.
시트 모양의 예로는, 바지의 밑단 수선 테이프가 있으며, 이 경우에는 다리미로 가열된다.
3. 1. 기본 물질
핫멜트 접착제는 일반적으로 다양한 첨가제가 포함된 하나의 기본 물질로 구성된다. 조성물은 가장 낮은 사용 온도보다 낮은 유리 전이 온도와 적절히 높은 융해 온도를 갖도록 배합된다. 결정화 정도는 가능한 한 높아야 하지만 허용된 수축 범위 내에 있어야 한다. 융해 점도와 결정화 속도(및 해당 오픈 타임)는 적용 분야에 맞게 조정할 수 있으며, 결정화 속도가 빠를수록 일반적으로 접착 강도가 높아진다.[3]고분자의 특성과 끈적임을 높이기 위해 사용되는 첨가제(''점착제''라고 함)는 분자 간 및 기질과의 상호 작용에 영향을 미친다. EVA는 주 고분자로, 테르펜-페놀 수지(TPR)는 점착제로 사용되는 일반적인 시스템이다.[4] 극성 그룹, 수산기 및 아민 그룹은 종이, 목재 또는 천연 섬유와 같은 기질의 극성 그룹과 산-염기 및 수소 결합을 형성할 수 있다. 비극성 폴리올레핀 사슬은 비극성 기질과 잘 상호 작용한다.[4] 접착제와 기질 사이에 만족스러운 접착을 형성하려면 기질의 양호한 습윤이 필수적이며, 더 극성인 조성물은 더 높은 표면 에너지로 인해 접착력이 더 좋은 경향이 있다.
응고 후 고분자에서 가교 결합을 형성하면 접착 강도와 사용 온도를 높일 수 있다. 이는 잔류 수분으로 경화되는 고분자(예: 반응성 폴리우레탄, 실리콘), 자외선 조사, 전자선 조사 또는 기타 방법을 통해 가능하다.
물과 용제에 대한 저항성은 일부 응용 분야에서 중요하며, 기저귀와 같은 대량 소비 일회용품은 생분해성 핫멜트 접착제의 개발을 필요로 한다.
핫멜트 접착제의 가능한 기본 물질은 다음과 같다.
| 기본 물질 | 설명 |
|---|---|
| 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA) | 저성능, 저비용으로 가장 일반적인 재료이다. 30°C~50°C에서 충분한 강도를 제공하지만, 60°C~80°C 미만으로 사용이 제한된다. |
| 에틸렌-아크릴레이트 공중합체 | EVA보다 유리 전이 온도가 낮고, 어려운 기질에 더 높은 접착력을 가진다. 내열성이 우수하고 금속 및 유리에 대한 접착력이 높다. |
| 폴리올레핀(PO) | 저성능이며, 접착하기 어려운 플라스틱에 사용된다. 폴리프로필렌에 대한 접착력이 우수하고, 방습 장벽이 우수하며, 극성 용매 및 산, 염기, 알코올 용액에 대한 내화학성이 우수하다. |
| 폴리아미드(PA) | 고성능, 가혹한 환경용 고온 접착제 (일반적으로 200°C 이상에서 적용)이다. 가소제, 오일 및 가솔린에 대한 저항성이 있다. |
| 폴리에스터 | 합성 섬유에 사용되는 것과 유사하며, 디올과 디카르복실산에서 합성된다. 폴리아미드보다 수분에 강하다. |
| 폴리우레탄(PUR) | 고온 및 높은 유연성이 필요한 경우 사용되는 열경화성 접착제이다. 응고 후 수분에 의한 2차 경화로 가교 결합이 형성되며, 용제 및 화학 물질에 대한 내성이 우수하다. |
| 스티렌 블록 공중합체(SBC) | 저온 유연성, 높은 연신율, 높은 내열성을 가지며, 감압성 접착제 응용 분야에 주로 사용된다. |
| 기타 | 코코넛 오일을 가소제로 사용하는 대두 단백질이 포함된 폴리카프로락톤, 폴리카보네이트, 플루오르중합체, 실리콘 고무, 열가소성 엘라스토머, 폴리피롤 등. |
3. 1. 1. 에틸렌-비닐 아세테이트 (EVA)
에틸렌-비닐 아세테이트(EVA)는 핫멜트 접착제의 기본 물질 중 하나로, 저성능, 저비용으로 가장 일반적인 재료이다.[9] 주로 접착 스틱에 많이 사용된다. EVA는 30°C에서 50°C 사이에서 충분한 강도를 제공하지만, 60°C에서 80°C 미만으로 사용이 제한되며 하중 하에서 낮은 크리프 저항성을 갖는다.[9]EVA 공중합체는 비닐 아세테이트 단량체 함량을 약 18~29% 가진다.[9] 점착제와 왁스가 많이 사용되는 경우가 많다. 예를 들어, EVA 공중합체 30~40%(강도와 인성을 제공), 점착제 수지 30~40%(습윤 및 끈적임 개선), 왁스 20~30%(일반적으로 파라핀 기반, 점도 감소, 설정 속도 변경, 비용 절감), 안정제 0.5~1.0%로 구성될 수 있다.[10]
EVA는 극성 및 비극성 기질 모두에 접착 가능하다. 에틸렌 함량이 증가하면 폴리에틸렌과 같은 비극성 기질에 대한 접착력이 촉진되고, 비닐 아세테이트 함량이 증가하면 종이와 같은 극성 기질에 대한 접착력이 촉진된다.[11] 또한, 에틸렌 함량이 높을수록 기계적 강도, 블록 저항성 및 파라핀 용해도가 증가하고, 비닐 아세테이트 함량이 높을수록 유연성, 접착력, 핫 택 및 저온 성능이 향상된다.[11]
EVA는 방향족 탄화수소 수지와 배합될 수 있다.[13] 또한, 부타디엔을 접목하면 접착력이 향상된다.[14]
3. 1. 2. 에틸렌-아크릴레이트 공중합체
에틸렌-아크릴레이트 공중합체는 EVA보다 유리 전이 온도가 낮고, 접착하기 어려운 기질에도 더 높은 접착력을 보인다.[17] 내열성이 더 우수하고, 금속 및 유리에 대한 접착력이 증가한다. 저온 사용에 적합하다. 에틸렌-비닐아세테이트-말레산 무수물 및 에틸렌-아크릴레이트-말레산 무수물 삼원 공중합체는 매우 높은 성능을 제공한다.[17] 에틸렌 ''n''-부틸 아크릴레이트(EnBA), 에틸렌-아크릴산(EAA) 및 에틸렌-에틸 아세테이트(EEA)가 그 예시이다.3. 1. 3. 폴리올레핀 (PO)
- 폴리올레핀(PO)
- * 폴리에틸렌(일반적으로 LDPE이지만 HDPE도 사용되며, 융점이 높고 온도 저항성이 더 높음)
- * 무정형 폴리프로필렌(PP 또는 APP)
- * 폴리부텐-1
- * 산화 폴리에틸렌
저성능이며, 접착하기 어려운 플라스틱에 사용된다. 폴리프로필렌에 대한 접착력이 매우 우수하고, 방습 장벽이 우수하며, 극성 용매 및 산, 염기, 알코올 용액에 대한 내화학성이 우수하다.[18] EVA 및 폴리아미드에 비해 더 긴 오픈 타임을 갖는다.[18]
폴리올레핀은 표면 에너지가 낮고 대부분의 금속 및 고분자의 양호한 습윤성을 제공한다. 메탈로센 촉매로 합성된 폴리올레핀은 분자량 분포가 좁고 융해 온도 범위가 좁다. 비교적 높은 결정성으로 인해 폴리에틸렌 기반 접착제는 불투명하고, 첨가제에 따라 흰색 또는 노란색을 띠는 경향이 있다. 폴리에틸렌 핫멜트는 저장 수명이 길고, 탄화되지 않으며, 중간 온도 범위 및 다공성 유연하지 않은 기질에 적합하다. 질소 또는 이산화탄소를 용융물에 도입하여 폼을 형성할 수 있으며, 이는 확산 및 오픈 타임을 증가시키고 기질로의 열 전달을 감소시켜 더 열에 민감한 기질의 사용을 허용한다. 폴리에틸렌 기반 HMA가 일반적으로 사용된다. 발포성 HMA는 1981년부터 시장에서 판매되었다. 무정형 폴리프로필렌 HMA는 우수한 유전 특성을 가지고 있어 고주파수에서 사용하기에 적합하다. PE와 APP는 일반적으로 단독으로 또는 소량의 점착제(일반적으로 탄화수소)와 왁스(일반적으로 파라핀 또는 미세 결정성 왁스, 비용 절감, 블로킹 방지 개선, 오픈 타임 및 연화 온도 변경)와 함께 사용된다. 고분자의 분자량은 일반적으로 낮다. 분자량이 낮을수록 저온 성능이 우수하고 유연성이 향상되며, 분자량이 높을수록 접착 강도, 핫 택 및 융해 점도가 증가한다.[19]
폴리부텐-1 및 해당 공중합체는 부드럽고 유연하며, 질기고, 부분 결정성이며, 결정화가 느리고 오픈 타임이 길다. 재결정 온도가 낮아 결합 형성 시 응력 해소를 허용한다. 비극성 표면에 대한 접착력이 우수하고, 극성 표면에 대한 접착력은 떨어진다. 고무 기질에 적합하다. 감압성으로 배합할 수 있다.[20]
무정형 폴리올레핀(APO/APAO) 고분자는 많은 용제, 점착제, 왁스 및 고분자와 호환되며, 많은 접착제 응용 분야에서 널리 사용된다. APO 핫멜트는 연료 및 산에 대한 내성이 우수하고, 중간 정도의 내열성을 가지며, 끈적하고 부드럽고 유연하며, 결정성 폴리올레핀보다 접착력이 좋고 오픈 타임이 길다. APO는 융해 점도가 낮고, 접착력이 좋고, 오픈 타임이 길고, 설정 시간이 느린 경향이 EVA보다 낫다. 일부 APO는 단독으로 사용할 수 있지만, 종종 점착제, 왁스 및 가소제(예: 광유, 폴리부텐 오일)와 배합된다. APO의 예로는 무정형(무작위) 프로필렌(APP), 무정형 프로필렌/에틸렌(APE), 무정형 프로필렌/부텐(APB), 무정형 프로필렌/헥센(APH), 무정형 프로필렌/에틸렌/부텐이 있다. APP는 APE보다 경도가 높고, APE는 APB보다 경도가 높고, APB는 APH보다 경도가 높으며, 결정성이 감소하는 순서이다. APO는 비교적 낮은 응집력을 나타내며, 얽힌 고분자 사슬은 상당히 높은 자유도를 갖는다. 기계적 하중 하에서, 대부분의 변형은 고분자 사슬의 연신 및 풀림에 의해 소산되고, 작은 부분만 접착제-기질 계면에 도달한다. 따라서 응집 파괴는 APO의 더 일반적인 파괴 모드이다.[21]
3. 1. 4. 폴리아미드 (PA)
폴리아미드(PA)는 고성능의 가혹한 환경용 고온 접착제이다. 일반적으로 200°C 이상에서 적용되지만, 가공 중에 분해되거나 탄화될 수 있다. 용융 상태에서는 대기 중 산소에 의해 다소 분해될 수 있다.[22] 높은 적용 온도가 필요하며, -40°C에서 70°C까지 적절한 접착력을 나타내는 광범위한 사용 온도를 가진다. 일부 조성물은 하중을 견딜 필요가 없는 경우 185°C까지 작동할 수 있다.[22]가소제에 대한 저항성이 있어 폴리염화비닐을 접착하는 데 적합하지만, 2차 아민에서 유도된 폴리아미드만이 만족스러운 접착력을 제공한다.[22] 오일 및 가솔린에 대한 저항성이 우수하며, 금속, 목재, 비닐, ABS, 처리된 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 많은 기질에 대한 접착력이 우수하다. 일부 제형은 화재 위험 감소가 필요한 전기 응용 분야에 대해 UL 승인을 받았다.[22]
저, 중, 고 분자량의 세 그룹이 사용된다. 저 분자량은 저온 융해성이 있고 적용하기 쉽지만, 고 분자량보다 인장 강도, 전단 인장 강도 및 연신율이 낮다. 고 분자량은 정교한 압출기를 필요로 하며 고성능 구조 접착제로 사용된다. 고분자 사슬 간의 수소 결합의 존재는 다른 고분자에 비해 폴리아미드에 낮은 분자량에서도 높은 강도를 제공한다. 수소 결합은 또한 융점까지 접착 강도의 대부분을 유지하지만, 폴리에스터에 비해 수분의 투과에 더 취약하게 만든다. 부드럽고 끈적하게 또는 단단하고 경직되게 배합할 수 있다.[22]
폴리에스터와 함께 핫멜트 접착제 시장 전체 부피의 10% 미만을 차지하는 틈새 응용 분야이다. 수분 흡수는 적용 중에 기포를 발생시킬 수 있으며, 용융 시 물이 증발하여 접착제 층에 공극이 생겨 기계적 강도를 저하시킨다.[22]
폴리아미드 HMA는 일반적으로 종종 두 개 이상의 서로 다른 디아민을 갖는 이량체 산으로 구성된다. 이량체 산은 일반적으로 전체 폴리아미드 질량의 60~80%를 차지하며, 무정형 비극성 특성을 제공한다. 에틸렌 디아민 및 헥사메틸렌 디아민과 같은 선형 지방족 아민은 경도와 강도를 제공한다. 이량체 아민과 같은 긴 사슬 아민은 물질 부피당 수소 결합 수를 줄여 강성을 낮춘다. 폴리에테르 디아민은 우수한 저온 유연성을 제공한다. 피페라진 및 유사한 디아민은 또한 수소 결합 수를 줄인다. 피페라진 및 유사한 2차 아민을 기반으로 하는 폴리아미드만이 폴리염화비닐과 만족스러운 결합을 형성한다. 1차 아민은 접착제 내에서 더 강한 수소 결합을 형성하고, 2차 아민은 양성자 수용체 역할만 하며, 폴리아미드 내에서 수소 결합을 형성하지 않으므로 비닐과 약한 결합을 형성할 수 있다. 아마도 염소에 인접한 수소 원자와 결합할 것이다.[22]
3. 1. 5. 폴리에스터
합성 섬유에 사용되는 것과 유사하다. 디올과 디카르복실산에서 합성된다. 디올 사슬의 길이는 물질의 특성에 큰 영향을 미치는데, 디올 사슬 길이가 증가함에 따라 융점이 증가하고, 결정화 속도가 증가하며, 결정화 정도가 감소한다. 디올과 산 모두 융점에 영향을 미친다.[23]유사한 폴리아미드에 비해 수소 결합이 없기 때문에 폴리에스터는 강도와 융점이 낮지만, 수분에 훨씬 더 강하다. 다른 매개변수와 이러한 요인이 역할을 하지 않는 응용 분야에서 폴리에스터와 폴리아미드는 매우 유사하다. 폴리에스터는 종종 직물을 접착하는 데 사용된다. 단독으로 또는 다량의 첨가제와 혼합하여 사용할 수 있다. 높은 인장 강도와 고온 저항이 필요한 곳에 사용된다. 대부분의 폴리에스터 핫멜트 접착제는 높은 결정도를 가지고 있다.[23]
핫멜트 접착제 시장 전체 부피의 10% 미만을 차지하는 폴리아미드와 함께 틈새 응용 분야이다. 분산성을 위해 설폰산 그룹을 첨가하여 변형된 물 분산성 무정형 고분자가 재펄프 가능한 접착제로 개발되었다.[23] 폴리에스터는 종종 결정성이 높아 융해 온도 범위가 좁아 고속 접착에 유리하다.
3. 1. 6. 폴리우레탄 (PUR)
폴리우레탄(PUR)은 고온 및 높은 유연성이 필요한 경우에 사용되는 핫멜트 열경화성 접착제이다. 1990년대 초에 도입된 새로운 유형의 접착제로, 응고는 빠르거나 수분 동안 연장될 수 있다. 응고 후에는 대기 또는 기질의 수분에 의해 2차 경화가 몇 시간 동안 지속되며, 이 과정에서 고분자에 가교 결합이 형성된다.[25]PUR은 용제 및 화학 물질에 대한 내성이 우수하며, 낮은 적용 온도를 가지므로 열에 민감한 기질에 적합하다. 경화 후에는 내열성이 있으며, 일반적으로 -30°C에서 150°C까지의 사용 온도를 갖는다. 잉크 용제에 대한 내성도 가지고 있다.[25] 이러한 특성 덕분에 PUR은 제본, 자동차, 항공 우주, 필터 및 비닐 봉투 응용 분야에 자주 사용된다.[25]
PUR은 UV 분해에 취약하여 변색 및 기계적 특성 저하를 일으킬 수 있으므로, UV 안정제 및 항산화제와 혼합하여 사용해야 한다.[25] 일반적으로 소량의 유리 이소시아네이트 그룹을 가진 폴리올 및 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI) 또는 기타 디이소시아네이트로 만들어진 프리폴리머를 기반으로 하며, 이러한 유리 이소시아네이트 그룹은 수분에 노출되면 반응하여 가교 결합을 형성한다. 경화되지 않은 응고된 녹색 강도는 비반응성 핫멜트 접착제(HMA)보다 낮은 경향이 있지만, 기계적 강도는 경화 과정에서 발생한다. 프리폴리머를 다른 고분자와 혼합하면 녹색 강도를 개선할 수 있다.[26]
핫멜트 접착제는 수십 년 동안 사용되어 왔지만, PUR 개발의 발전으로 1950년대부터 제본, 목공 및 포장과 같은 응용 분야에서 인기를 얻었다. 매우 유연하고 광범위한 열 설정 범위를 가지고 있어 어려운 기질을 접착하는 데 적합하다.[27]
3. 1. 7. 스티렌 블록 공중합체 (SBC)
스티렌 블록 공중합체(SBC)는 스티렌 공중합체 접착제 또는 고무 기반 접착제라고도 불리며, 저온에서의 유연성, 높은 신장률(늘어나는 성질), 그리고 높은 내열성이 뛰어난 특징을 가지고 있다. 이러한 특성 덕분에 SBC는 주로 감압성 접착제(PSA) 용도로 자주 사용된다. 감압성 접착제는 상온에서 압력을 가하면 접착되는 특성을 가지며, 끈적임을 유지한다.[28]SBC는 일반적으로 A-B-A 구조를 가지는데, 여기서 A는 강성 플라스틱 엔드 블록이고, B는 탄성 고무 세그먼트를 나타낸다. 이러한 구조는 고분자의 상 분리를 촉진하여 엔드 블록을 서로 묶고, 중심의 탄성 부분이 가교 결합과 같은 역할을 한다. SBC는 추가적인 가교 결합 없이도 이러한 특성을 보인다.[29]
SBC의 종류에는 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS), 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌(SEBS), 스티렌-에틸렌/프로필렌(SEP) 등이 있다. SBS는 고강도 PSA에 사용되고, SIS는 저점도 고택 PSA에 사용되며, SEBS는 저자기 부착 부직포 응용 분야에 사용된다.[28]
SBC 제조 시에는 수지, 가소제 등의 첨가제를 사용하여 접착력, 가공성, 감압 특성 등을 개선할 수 있다. 엔드 블록과 관련된 수지(예: 쿠마론-인덴, α-메틸 스티렌)는 접착력을 높이고 점도를 조절하며, 중간 블록과 관련된 수지(예: 지방족 올레핀, 로진 에스테르)는 접착력, 가공성 및 감압 특성을 향상시킨다. 가소제를 첨가하면 비용 절감, 감압 끈적임 개선, 융해 점도 감소, 경도 감소, 저온 유연성 개선 등의 효과를 얻을 수 있다.[29]
3. 1. 8. 기타
- 코리아 대학교에서 연구한 코코넛 오일을 가소제로 사용하는 대두 단백질이 포함된 폴리카프로락톤은 생분해성 핫멜트 접착제로 주목받고 있다.[8]
- 폴리카보네이트[30]
- 플루오르중합체는 점착제 및 극성 그룹이 있는 에틸렌 공중합체와 함께 사용될 수 있다.[31]
- 실리콘 고무는 응고 후 가교 결합되어 내구성이 있고 유연하며 UV 및 내후성이 있는 실리콘 실런트를 형성한다.[32]
- 열가소성 엘라스토머
- 폴리피롤 (PPY)은 전도성 고분자로, 고유 전도성 핫멜트 접착제 (ICHMA)에 사용되며, EMI 차폐에 사용된다.[33] PPY 0.1–0.5wt.%와 혼합된 EVA는 근적외선에서 강하게 흡수되어 근적외선 활성화 접착제로 사용할 수 있다.[34]
- 기타 다양한 공중합체[35]
3. 2. 첨가제
핫멜트 접착제는 일반적으로 다양한 첨가제가 포함된 하나의 기본 물질로 구성된다. 핫멜트 접착제의 성능을 향상시키거나 특정 기능을 추가하기 위해 다양한 첨가제가 사용된다.[3]- 점착 부여 수지: 점착성을 높이고 습윤성을 개선한다.
- 왁스: 융해 점도를 낮추고 설정 속도를 조절한다.
- 가소제: 유연성을 증가시키고 융해 점도를 낮춘다.
- 항산화제 및 안정제: 열분해를 방지하고 사용 수명을 연장시킨다.
- UV 안정제: 자외선에 의한 분해를 방지한다.
- 기타 첨가제: 안료, 염료, 반짝이, 살생물제, 난연제, 대전 방지제, 충전재 등이 있다.
첨가제 중 극성 그룹, 방향족 시스템 및 이중 결합, 삼중 결합을 포함하는 물질은 비극성 완전 포화 물질보다 더 어둡게 나타나는 경향이 있다.[5] 투명한 외관이 필요한 경우, 적합한 고분자 및 첨가제(예: 수소화된 점착 수지)를 사용해야 한다.[6]
접착 강도와 사용 온도를 높이려면 응고 후 고분자에서 가교 결합을 형성해야 한다. 이는 잔류 수분으로 경화되는 고분자, 자외선 조사, 전자선 조사 또는 기타 방법을 사용하여 달성할 수 있다.
기저귀와 같은 대량 소비 일회용품은 생분해성 핫멜트 접착제(HMA)의 개발을 필요로 한다. 예를 들어, 젖산 폴리에스터,[7] 카프로락톤과 대두 단백질[8] 등에 대한 연구가 수행되고 있다.
강자성 입자, 흡습성 수분 유지 재료 또는 기타 재료를 첨가하면 마이크로파 가열로 활성화할 수 있는 핫멜트 접착제를 얻을 수 있다.[41] 전기 전도성 입자를 첨가하면 전도성 핫멜트 제형을 얻을 수 있다.[42]
3. 2. 1. 점착 부여 수지
로진 및 그 유도체, 테르펜 및 변형된 테르펜, 지방족, 지환족 및 방향족 수지(C5 지방족 수지, C9 방향족 수지, C5/C9 지방족/방향족 수지), 수소화 탄화수소 수지 및 해당 혼합물, 테르펜-페놀 수지(TPR, EVA와 함께 자주 사용) 등이 점착 부여 수지로 사용된다.[36] 점착 부여 수지는 분자량이 낮고, 실온 이상의 유리 전이 온도와 연화 온도를 갖는 경향이 있어 적절한 점탄성 특성을 제공한다. 점착제는 핫멜트 접착제의 무게 비율과 비용의 대부분을 차지하며, 습윤성을 개선하고 점착성을 증가시킨다.[36]3. 2. 2. 왁스
미세 결정성 왁스, 지방산 아미드 왁스, 산화된 피셔-트롭슈 왁스 등이 사용된다.[37] 왁스는 핫멜트 접착제의 설정 속도를 높이고, 융해 점도를 낮춘다.[37] 왁스는 제형의 핵심 구성 요소 중 하나이며, 접착 강도와 내열성을 향상시킬 수 있다.[37]3. 2. 3. 가소제
벤조에이트, 프탈레이트, 파라핀 오일, 폴리이소부틸렌, 염소화 파라핀 등이 가소제로 사용된다. 가소제는 핫멜트 접착제의 유연성을 증가시키고, 융해 점도를 낮추는 역할을 한다.[39]3. 2. 4. 항산화제 및 안정제
저해 페놀, 부틸화 하이드록시톨루엔(BHT), 포스파이트, 인산염, 저해 방향족 아민 등이 사용된다.[38] 이러한 화합물은 사용 수명, 배합 및 적용 중 용융 상태에서 물질을 분해로부터 보호한다.[38] 기능화된 실리콘을 기반으로 한 안정제는 추출 및 가스 방출에 대한 저항성이 향상되었다.[38]3. 2. 5. 기타 첨가제
핫멜트 접착제에 사용되는 일반적인 첨가제는 다음과 같다.[39]4. 형태
핫멜트 접착제는 스틱 모양, 펠릿(알갱이) 모양, 시트 모양 등 다양한 형태로 제공된다. 일반적으로 글루 건에 맞는 스틱 또는 카트리지 형태로 판매되지만, 대량 생산을 위한 펠릿 형태도 사용된다. 펠릿은 접착제 저장조에 투입되거나 운반되어 나중에 사용된다. 대용량 도포를 위해 대형 개방형 헤드 드럼도 사용되며, 핫멜트 드럼 펌프는 가열된 플레이트를 통해 접착제를 녹여 가열된 호스로 펌핑한다.
4. 1. 스틱형
스틱(막대) 모양으로 사용되는 핫멜트 접착제는 글루건(핫건)을 이용하여 사용하며, 글루건은 풀의 총이라는 뜻의 영어단어(Glue-gun)에서 왔다. 핫멜트 접착제는 지름 11mm와 7mm가 주로 사용된다. 접착제 자체는 상온에서 고체이다. 글루건은 핫멜트 접착제를 가열하기 위한 히터가 장착되어 있다. 열원은 AC 전원, DC 전원, 배터리, 가스, 오일 등이 사용될 수 있다. 또한, 접착제를 히터로 접촉 가열하는 타입과 열풍을 방출하는 타입으로 나뉜다. 글루건 내에 축열하여, 콘센트를 뽑은 채로 잠시 사용할 수 있는 제품도 있다. 글루건 외에도, 납땜 인두나 라이터로도 융해할 수 있다. 또한, 간이적인 판금에도 사용되는 경우가 있다.
4. 2. 펠릿형
펠릿(알갱이) 모양의 경우, 대량으로 사용하는 경우 뭉쳐서 융해하고, 어플리케이터(펌프)로 토출구까지 보내진다. 비드 토출 외에, 압축 공기에 의해 스프레이될 수도 있다.4. 3. 시트형
시트 형태의 예로는 바지의 밑단 수선 테이프가 있으며, 이 경우에는 다리미로 가열한다.5. 응용 분야
핫멜트 접착제는 압출, 롤링, 분무 방식으로 적용되며, 높은 용융 점도는 다공성 및 투과성 기재에 적합하다.[43] 핫멜트 접착제는 고무, 세라믹, 금속, 플라스틱, 유리, 목재 등 다양한 재료를 접착할 수 있다.[40]
오늘날 핫멜트 접착제(HMA)는 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있다.
5. 1. 포장 산업
포장 산업에서 골판지 상자와 판지 상자의 덮개를 닫는 데 사용된다.[44]5. 2. 제본 산업
제본 산업에서 책의 등을 접착하는 데 사용된다.[44]5. 3. 목공 산업
목공 산업에서 핫멜트 접착제는 프로파일 래핑, 제품 조립, 라미네이팅 등에 사용된다.[44]5. 4. 전자 제품 조립
전자 제품 제조업체는 핫멜트 접착제를 사용하여 부품과 전선을 부착하거나, 부품을 고정, 절연 및 보호한다.[43]5. 5. 일회용 기저귀
일회용 기저귀는 핫멜트 접착제를 사용하여 부직포를 백시트와 탄성체에 접착하여 제작된다.[43]5. 6. 기타
핫멜트 접착제(HMA)는 다양한 종류로 제공되어 여러 산업 분야에서 광범위하게 사용된다. 핫멜트 스틱과 핫멜트 글루건은 모형 항공기 조립 또는 수리, 인공 꽃꽂이와 같은 취미 또는 공예 프로젝트에 사용된다.[43] 산업 공정에는 더 큰 스틱과 더 높은 용융 속도를 가진 글루건이 사용된다. 핫멜트 스틱 외에도 핫멜트 접착제는 대량 용융 프로세서용 과립 또는 파워 핫멜트 블록과 같은 다른 형식으로도 제공된다. 핫멜트 접착제의 대규모 적용 분야에서는 일반적으로 공압 시스템을 사용하여 접착제를 공급한다.[43]참조
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