개시제 종류에 따른 아크릴계 점착제의 물성 변화

서인선, 이명천

동국대 화학공학과

The change of properties of acryl based pressure sensitive

adhesives with initiator type

In-Seon Seo, Myung-Cheon Lee

Department of Chemical Engineering, Dongguk University

서 론

환경 문제에 대한 관심이 높아지면서 무용제형 점착제에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 대표적인 무용제형 점착제인 수계 아크릴 점착제의 중합 방법으로는 유화 중합법이 주로 쓰이며, 사용되는 개시제 종류에 따라 다시 열분해형과 redox형으로 구분할 수 있다. 개시제가 열에 의해 분해되어 radical을 형성하는 열분해형 개시제는 중합 속도가 빠르고 저분자량의 latex를 형성하는 반면에 산화 환원에 의해 radical을 형성하는 redox형 개시제는 열분해형 개시제보다 낮은 온도에서 중합이 가능하고 고분자량의 latex를 형성한다. 그러므로 유화 중합에 의한 아크릴 점착제의 중합에 있어서 개시제 종류의 선택에 따라 최종 latex의 점착 물성이 크게 달라질 수 있다.

본 연구에서는 2-ethylhexylacrylate, n-butylacrylate, methacrylic acid, acrylic acid로 중합된 아크릴 점착제의 점착 물성에 미치는 개시제 종류의 영향을 알아보기 위하여 total acid 농도를 8 - 20%까지 변화시켜주면 개시제 종류에 따른 점착제의 초기 점착력, 점착력 및 유지력의 변화를 관찰하였다.

실험장치 및 방법

그림 1과 같이 중합 반응기를 setting한 후 반응기에 증류수와 비이온성 유화제를 첨가한 후 질소 gas를 투입해주면서 반응기 온도가 일정 온도가 되도록 가열하였다. 반응기 온도가 일정 온도가 되었을 때 개시제와 중화제를 증류수에 녹여 첨가하고 30분 경과 후, 질소 gas 투입을 중지하고 미리 제조해 둔 pre-emulsion 소량을 반응기에 첨가하고 일정 속도로 교반해주면서 30분간 반응시킨 후 나머지 pre-emulsion의 내용물을 3시간 동안 투입해주었으며 1시간동안 후중합을 하였다. 열분해형 개시제로는 potassium persulfate를, redox형 개시제로는 potassium persulfate와 sodium hydrogensulfite를 사용하여 각각 70℃, 50℃의 온도에서 중합하였다. pre-emulsion의 조성은 표 1과 같다.

그림 1. 유화 중합 장치

표 1.  Pre-emulsion의 조성

Ingredent	amount(g)
Water	66
음이온성 유화제	3
개시제	0.5
2-EHA	108
n-BA	36
MAA	9.6
AA	6.4

결과 및 토론

아크릴 점착제의 물성에 미치는 개시제 종류의 영향을 알아보기 위하여 2-ethylhexylacrylate, n-butylacrylate, methacrylic acid, acrylic acid로 구성된 4원 공중합체를 유화 중합법에 의해 중합하였다. 개시제로서 열분해형 개시제에서는 potassium persulfate를, redox형 개시제에서는 potassium persulfate와 sodium hydrogensulfite를 사용하였으며 중합은 각각 70℃, 50℃에서 이루어졌다. 두 개시제 종류에 의한 점착제의 물성 변화를 비교하기 위하여 단량체중에서 total acid 함량을 8%, 10%, 13%, 15%, 17%, 20%로 변화시켜주면서 중합한 시료들의 초기 점착력, 점착력 및 유지력을 측정하여 비교하였다.

열분해형 개시제를 사용하여 중합하는 경우, total acid 함량이 17% 이상이 되면 시료의 점도가 급격히 상승하여 코팅 및 물성 측정이 어려웠다.

그림 2는 개시제 종류에 따른 초기 점착력의 변화를 나타낸 것으로서 열분해형, redox형 모두 total acid 함량이 증가함에 따라서 초기 점착력이 감소하는 것으로 나타났다. 초기 점착력의 세기는 열분해형 개시제 의해 중합된 시료가 redox형 개시제에 의해 중합된 시료보다 크게 나타났다.

그림 3과 4는 개시제 종류에 따른 점착력과 유지력의 변화를 나타낸 것으로서 초기 점착력의 결과와 마찬가지로 열분해형, redox형 모두 total acid 함량이 증가함에 따라서 점착력, 유지력 모두 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 점착력과 유지력의 세기는 초기 점착력의 결과와는 반대로 redox형이 열분해형보다 크게 나타났다. 그리고 점착력의 경우 total acid 함량이 17% 이상이 되면 점착력이 감소하기 시작하는 것으로 나타났다.

위의 결과를 종합해 볼 때 열분해형 개시제보다 redox형 개시제를 사용하여 점착제를 제조하는 것이 물성이 뛰어남을 알 수 있었다.

그림 2. 개시제 종류에 따른 초기 점착력에의 변화

그림 3. 개시제 종류에 따른 점착력의 변화

그림 4. 개시제 종류에 따른 유지력의 변화

참고문헌

1. D. Satas,□ Handbook of Pressure-Sensitive Adhesive Technology□, 2nd        Ed. (1989).

2. Scholz et al.□ Repulpable Pressure-Sensitive Adhesive Compositions□,         U.S. patient 5,196,504 (1991).