KR101229548B1 - 광중합성기 함유 화합물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 광중합성 아크릴 점착제 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광중합성기 함유 화합물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 광중합성 아크릴 점착제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분자내에 아지리딘(aziridine)기와 이중결합을 포함하는 광중합성기 함유 화합물, 이의 제조방법, 그리고 이를 극성 관능기를 가진 아크릴 공중합체 및 중합개시제와 블렌딩한 광중합성 아크릴 점착제 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 광중합성 아크릴 점착제 조성물은 가사시간 및 숙성시간을 필요로 하지 아니하며, 산업적으로 요구되는 적절한 경화밀도를 가지므로 산업용 양면테이프, 의료용 밴드, 표면 보호필름 등에 유용하게 적용할 수 있다.
Description
본 발명은 광중합성기 함유 화합물, 이의 제조방법 및 이를 이용한 광중합성 아크릴 점착제 조성물에 관한 것으로서, 본 발명의 점착제 조성물은 산업적으로 요구하고 있는 점착물성을 유지하면서도 가사시간 및 숙성시간이 필요치 않아 생산성을 증대시킬 수 있으므로 양면테이프, 의료용 밴드, 표면 보호필름 등에 유용하게 적용할 수 있다.
점착이란 접착의 일종으로 영구 접착에 대한 일시적 접착을 말한다. 접착형성에 습윤이 가능하여 분자간 상호 작용이 존재한다는 점에서 접착과 유사하지만 고화 현상이 수반되지는 않으며, 물, 용제, 열 등을 사용하지 않고 상온에서 단시간 약간의 압력을 가하여도 접착이 가능하다.
일반적으로, 전기전자, 건축, 자동차, 선박, 의료산업의 전반에 걸쳐 아크릴계 점착제가 사용되고 있다. 그리고 이들 대부분은 (메타)아크릴레이트 단량체와 측쇄에 관능기를 가지는 단량체를 공중합시켜 얻어지는 폴리머에 가교제를 사용하여 제품을 생산하는 것이 널리 사용되어 지고 있다. 이러한 가교제의 사용은 점착제와 가교제의 혼합공정이 필요하고, 혼합 후에 사용시간(가사시간)이 한정이 되어 있으며, 필름에 코팅이 되고 난 이후에도 완전히 경화가 되는데 까지 걸리는 시간(숙성시간)이 필요하기 때문에 생산성을 저하시키는 요인이 된다. 특히 생산성과 직결되는 숙성시간 단축을 위하여 다양한 열경화 형태의 제품들을 제시하고 있으나 숙성시간이 단축되도록 배합을 하면 가사시간도 함께 단축되어 사용하기 불편하며 소비량이 많아지는 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위해 UV에 의한 경화 방식을 이용하려는 연구가 널리 실시되고 있는데, 대표적으로는 다관능성 UV 올리고머(우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 멜라민 아크릴레이트 등)를 점착제에 혼합하고 기재 밀착성 향상을 위해 이소시아네이트 경화제를 첨가하여 사용하는 방법이 공지되어 있다. 그러나 이 방법은 열경화 방식과 UV경화방식을 혼합하여 사용한 방법으로 종래의 기술과 마찬가지로 숙성기간이 필요하다는 문제점이 있고, 사용되는 올리고머와의 상용성이 고려되어야 되므로 사용 한계의 문제가 있다. 또한, 대한민국 공개특허 제 10-2008-0039740 호에서는 알킬(메타)아크릴산 에스테르 단량체와 광 개시제기 함유 단량체를 공중합 시킨 아크릴계 점착제를 제시하고 있으나, 반응시에 광 개시제기 함유 단량체가 포함되어 중합되기 때문에 반응상 겔이 발생하는 문제가 있다.
한편, 대한민국 공개특허 제 10-2008-0062642 호 에서는 아크릴 중합물의 측쇄에 카르복실기와 히드록시기를 가지는 모노머를 공중합하여 카르복실기에는 글리시딜 메타크릴레이트를, 하이드록실기에는 이소시아노에틸(메타)아크릴레이트를 반응시켜 광중합성 사이트를 만드는 방법을, 대한민국 공개특허 제 10-2010-0003717 호, 대한민국 공개특허 제 10-2010-0008748 호 에서는 점착제 주쇄에 히드록시기 등의 관능기를 부가한 후 이소시아네이트 말단을 가지는 화합물이나 실란, 혹은 글리시딜기 말단을 가진 화합물과 2차 반응시켜 사용하는 방법을 제시하고 있다. 그러나, 상기 기술들은 아크릴 공중합체와 광중합성기 함유 화합물의 반응시 60℃에서 2 ~ 4시간 정도의 부가 반응 시간이 필요하며 반응속도를 빠르게 하기 위하여 촉매가 사용될 수 있다. 본 발명에서 기술할 바와 같이 극성기 말단 아크릴 공중합체와 광중합성기 함유 화합물의 단순 혼합만으로 사용하게 되면 광중합성 함유 화합물의 일부만 아크릴 중합체의 극성기와 반응하게 됨으로 UV조사후 가교밀도가 낮게 형성된다. 가교 밀도는 점착제의 접착력, 재박리성, 내열 및 내구성에 관여를 하기 때문에 충분히 가교되지 못한 점착제는 이러한 물성이 저하되는 문제점을 가지고 있다.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 노력한 결과, 분자내에 아지리딘(aziridine)기와 이중결합을 포함하는 광중합성기 함유 화합물 합성하고, 이를 극성 관능기를 가진 아크릴 공중합체, 중합개시제 등과 상온에서 혼합하면 가사시간 및 숙성시간이 필요치 아니하며 광중합성기 함유 화합물의 사용양으로서 경화밀도 조절이 용이한 새로운 UV경화형 아크릴 점착제 조성물을 제조할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 가사시간 및 숙성시간을 필요로 하지 않는 것은 물론, 적절한 경화밀도를 갖는 광중합성 아크릴 점착제 조성물의 제공에 그 목적이 있다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 광중합성기 함유 화합물을 특징으로 한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 R1은 수소원자 또는 메틸기이며, R2는 C2 ~ C8의 알킬렌기 또는 반복단위가 2 ~ 100인 알킬렌글리콜이고, R3은 C4 ~ C20의 치환 또는 비치환 알킬렌기, 또는 C6 ~ C20의 아릴렌기이며, R4는 수소원자 또는 C1 ~ C12 의 알킬기이다.
또한, 본 발명은
하기 화학식 2로 표시되는 이소시아네이트기 함유 단량체와 하기 화학식 3으로 표시되는 히드록시기 함유 단량체를 반응시켜 하기 화학식 4로 표시되는 1차 생성물을 얻는 단계; 및
상기 반응식에서, R1, R2 및 R3는 각각 상기에서 정의한 바와 같다,
하기 화학식 4로 표시되는 1차 생성물과 하기 화학식 5로 표시되는 아지리딘기 함유 단량체를 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 광중합성기 함유 화합물을 얻는 단계;
상기 반응식에서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 상기에서 정의한 바와 같다,
를 포함하는 광중합성기 함유 화합물의 제조방법을 그 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체 80 ~ 99.9 중량%, 및 히드록시기, 카르복실기, 이소시아네이트기, 아미노기, 에폭시기 및 술폰산기 중에서 선택한 1종 이상의 극성기를 함유한 극성 단량체 0.01 ~ 20 중량%를 포함하는 아크릴 공중합체; 및 상기 극성 단량체에 함유된 극성기 당량 대비 0.01 ~ 1 당량으로 상기 화학식 1로 표시되는 광중합성기 함유 화합물을 포함하는 광중합성 아크릴 공중합체를 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 광중합성 아크릴 공중합체 100 중량부에 대하여 중합개시제 0.01 ~ 10 중량부를 포함하는 광중합성 아크릴 점착제 조성물을 특징으로 한다.
본 발명의 광중합성 아크릴 점착제 조성물은 상온에서의 간단한 혼합과정에 의해 제조가 가능하며, 가사시간 및 숙성시간을 필요치 아니하여 생산성이 우수하고, 광중합성기 함유 화합물의 사용량으로써 경화밀도 조절이 가능하여 다양하게 적용되고 있는 카르복실기 함유 아크릴 점착제에 쉽게 적용이 되므로 산업용 양면테이프, 의료용 밴드 및 반창고, 금속판, 플라스틱, 디스플레이 및 모바일 소재 등에 대한 표면 보호필름, 반도체에 사용되는 백그라인딩, 다이싱, 다이어태치 필름 등에 유용하게 적용할 수 있다.
이하에서는 본 발명을 더욱 자세하게 설명하겠다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 광중합성기 함유 화합물을 특징으로 한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 R1은 수소원자 또는 메틸기이며, R2는 C2 ~ C8의 알킬렌기 또는 반복단위가 2 ~ 100인 알킬렌글리콜이고, R3는 C4 ~ C20의 치환 또는 비치환 알킬렌기, 또는 C6 ~ C20의 아릴렌기이며, R4는 수소원자 또는 C1 ~ C12 의 알킬기이다.
상기 광중합성기 함유 화합물은 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체 및 극성 단량체를 포함하는 아크릴 공중합체의 주사슬에 결합, 바람직하기로는 주사슬의 측쇄에 결합되어 아크릴 공중합체에 광중합성기를 제공한다.
또한, 본 발명은 이소시아네이트기 함유 단량체와 히드록시기 함유 단량체를 반응시켜 1차 생성물을 얻는 단계; 및 상기 1차 생성물과 아지리딘기 함유 단량체를 반응시켜 상기 화학식 1로 표시되는 광중합성기 함유 화합물을 얻는 단계;를 포함하는 광중합성기 함유 화합물의 제조방법을 그 특징으로 한다.
이소시아네이트기 함유 단량체와 히드록시기 함유 단량체를 반응시켜 1차 생성물을 얻는 단계는 하기 반응식 1로 표시된다.
[반응식 1]
상기 반응식 1에서 R1, R2 및 R3는 앞에서 정의한 바와 같다.
상기 이소시아네이트기 함유 단량체는 2개 이상의 이소시아네이트기를 가진 단량체이면 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들면, 본 발명에서 사용될 수 있는 이소시아네이트기 함유 단량체는 톨리렌 디이소시아네이트, 클로로페닐렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 테트라메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 크실릴렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트 등의 이소시아네이트 모노머, 지방족 폴리이소시아네이트, 방향족 폴리이소시아네이트 등의 폴리이소시아네이트 중에서 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 히드록시기 함유 단량체는, 히드록시기 및 불포화 이중 결합을 분자내에 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 본 발명에서는 상기 히드록시기 함유 단량체로서, 2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸 (메타)아크릴레이트, 6-히드록시헥실 (메타)아크릴레이트, 8-히드록시옥틸 (메타)아크릴레이트, 폴리 에틸렌 글리콜 (메타)아크릴레이트 및 폴리 프로필렌 글리콜 (메타)아크릴레이트 중에서 선택한 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 1차 생성물과 아지리딘기 함유 단량체를 반응시켜 상기 화학식 1로 표시되는 광중합성기 함유 화합물을 얻는 단계는 하기 반응식 2로 표시된다.
[반응식 2]
상기 반응식 2에서 R1, R2, R3 및 R4는 앞에서 정의한 바와 같다.
상기 아지리딘기 함유 단량체는 아지리딘, C1 ~ C12, 더욱 바람직하기로는 C1 ~ C4의 알킬 아지리딘, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 광중합성기 함유 화합물을 제조하는 과정에서 반응에 사용되는 이소시아네이트기 함유 단량체, 히드록시기 함유 단량체 및 아지리딘기 함유 단량체는 1 : 1.01~1.99 : 0.01~0.99 의 몰비로, 바람직하기로는 1 : 1.01~1.5 : 0.5~0.99 의 몰비로 반응시키는 것이 좋으며, 히드록시기 함유 단량체와 아지리딘기 함유 단량체의 몰수의 합은 이소시아네이트기 함유 단량체의 몰수의 두배가 되도록 한다. 이 때 히드록시기 함유 단량체의 몰비 대비 아지리딘기 함유 단량체의 몰비가 너무 적으면 이중결합을 두 개 가진 화합물의 양이 많아지므로 점착제와 반응하는 광중합성 화합물의 수가 적어 경화 밀도 조절이 용이하지 못한 문제가 있을 수 있고, 반대로 너무 크면 두 개의 아지리딘기를 양 말단에 가지는 경화제 역할을 하는 화합물이 존재하기 때문에 겔화에 의한 저장 안정성에 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명은 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체와 극성 단량체를 포함하는 아크릴 공중합체를, 상기 화학식 1로 표시되는 광중합성기 함유 화합물과 혼합한 광중합성 아크릴 공중합체에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 상기 광중합성 아크릴 공중합체는, (메타)아크릴산 에스테르계 단량체 80 ~ 99.9 중량% 및 극성 단량체 0.01 ~ 20 중량%를 포함하는 단량체 혼합물의 아크릴 공중합체인 주사슬, 및 상기 주사슬에 결합되어 있는 광중합성기 함유 화합물을 상기 아크릴 공중합체 내의 극성기 몰수 대비 0.01 ~ 1 당량으로 포함한다.
상기 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 바람직하기로는 C1 ~ C14 의 알킬기를 가지는 알킬 (메타)아크릴레이트를 사용하는 것이 좋다. 이와 같은 단량체의 예로는 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, n-프로필 (메타)아크릴레이트, 이소프로필 (메타)아크릴레이트, n-부틸 (메타)아크릴레이트, t-부틸 (메타)아크릴레이트, sec-부틸(메타)아크릴레이트, 펜틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸부틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트, n-옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소노닐 (메타)아크릴레이트, 라우릴 (메타)아크릴레이트 및 테트라데실 (메타)아크릴레이트 중에서 선택한 1종 이상을 사용할 수 있다. 단량체 혼합물 내에서 상기 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체는 80 ~ 99.9 중량%가 포함되며, 용도에 따라서 유리전이온도가 높은(-20 ~ 100℃) 단량체와 낮은(-50℃ 이하) 단량체를 혼합하여 사용할 수도 있다. 바람직하기로는 93 ~ 99.5 중량%로 포함하는 것이 좋다. 상기 함유량이 너무 적으면 점착제의 건조표면이 딱딱하고 응집력이 강해 초기 접착력이 저하될 수 있고, 너무 많이 함유할 경우에는 점착제 내의 극성 단량체의 양이 상대적으로 적게되어 수소결합에 의한 응집력이 저하되기 때문에 오염이나 기포 등의 문제가 발생할 수 있다.
주사슬을 구성하는 단량체 혼합물에 포함되는 극성 단량체는 주사슬에 광중합성기 함유 화합물과 반응할 수 있는 영역으로서 극성 관능기를 부여하는 역할을 한다. 이와 같은 극성 관능기의 예로는 히드록시기, 카르복실기, 이소시아네이트기, 아미노기, 에폭시기 및 술폰산기 중에서 선택한 1종 이상을 들 수 있고, 바람직하기로는 본 발명의 광중합성기 함유 화합물이 반응하기 쉬운 히드록시기, 카르복실기, 또는 이들을 함께 사용하는 것이 좋다. 상기 극성 단량체는, 전술한 극성 관능기 및 불포화 이중 결합을 분자내에 가지는 것이라면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸 (메타)아크릴레이트, 6-히드록시헥실 (메타)아크릴레이트, 8-히드록시옥틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸렌 글리콜 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필렌 글리콜 (메타)아크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 2-(메타)아크릴로일옥시 아세트산, 3-(메타)아크릴로일옥시 프로필산, 4-(메타)아크릴로일옥시 부틸산, 푸마르산, 이타콘산, 말레산 및 말레산 무수물 중에서 선택한 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 상기 극성 단량체의 함량은 점착제의 물성 및 주사슬에 도입하고자 하는 광중합성기에 따라서 결정되는 것으로 특별히 한정되지 않으나 상기 단량체 혼합물 내에서 0.01 ~ 20 중량%, 바람직하기로는 0.5 ~ 7 중량%로 포함하는 것이 좋다. 극성 단량체의 함량이 너무 적으면 주사슬에 도입할 수 있는 광중합성기의 양이 부족하여 응집력이 저하될 수 있고, 반대로 너무 많으면 광중합성기 함유 화합물이 많이 필요하기 때문에 점착제의 접착력 저하 및 투명성 상실 등의 문제가 발생할 수 있다.
상기 광중합성기 함유 화합물은 상기 화학식 1로 표시되는 것을 사용하며, 상기 공중합체 내의 극성기 당량 대비 0.01 ~ 1 당량으로 사용한다. 사용량이 0.01 당량 미만이면 가교 밀도가 너무 낮아 점착제의 응집력이 저하되어 내열성에 문제가 있을 수 있고, 1 당량을 초과하여 사용하면 미반응 광중합성 단량체가 존재하여 점착제의 재박리력에 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 광중합성기 함유 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 광중합성 아크릴 공중합체는 중량평균분자량이 500,000 ~ 2,000,000의 범위에 있는 것이 바람직하다. 중량평균분자량이 500,000 미만이면 점착제의 응집력이 저하되어 피착체로 잔사가 잔존할 우려가 있고, 2,000,000을 초과하면 실제 사용할 수 있는 점도대비 고형분이 너무 낮아 기재에 원하는 두께로 작업하기가 어렵다. 또한 광중합성 아크릴 공중합체는 유리전이온도가 -20℃ 이하인 것이 바람직하다. 중합체의 유리전이온도가 -20℃을 초과하면, 초기접착력이 약해질 우려가 있다. 본 발명에서 상기 중합체의 유리전이온도의 하한은 특별히 제한되지 않으나, -80℃ 이상의 범위에서 적절히 제어하는 것이 좋다.
광중합성 아크릴 공중합체를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 주사슬을 이루는 아크릴 공중합체와 광중합성기 함유 화합물을 제조하여 상기 공중합체에 도입된 극성기 및 광중합성기 함유 화합물을 반응시켜, 광중합성기를 공중합체에 도입하는 방법으로 광중합성 아크릴 공중합체를 제조할 수 있다. 이 때, 주사슬을 이루는 공중합체를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 용액 중합, 광중합, 벌크 중합, 서스펜션 중합 또는 에멀션 중합과 같은 일반적인 중합법을 통하여 제조할 수 있다. 본 발명에서는 특히 용액 중합법을 사용하는 것이 바람직한데, 구체적으로 각 단량체가 균일하게 혼합된 상태에서 개시제를 혼합하여, 45 ~ 80℃의 중합 온도로 용액 중합을 수행할 수 있다. 이 때 사용될 수 있는 개시제로는 아조비스 이소부틸로니트릴과 같은 아조계 중합 개시제; 벤조일퍼옥사이드 또는 터셔리부틸벤조일퍼옥사이드와 같은 과산화물; 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 상기와 같이 제조된 주사슬을 광중합성기 함유 화합물과 반응시키는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 주사슬을 이루는 공중합체 및 광중합성기 함유 화합물을 실온 내지 50℃의 온도의 상압에서 30분 내지 4시간 동안 반응시켜 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 광중합성 아크릴 공중합체와 중합개시제를 포함하는 광중합성 아크릴 점착제 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 광중합성 아크릴 점착제 조성물은 측쇄에 광중합성 활성기를 도입하여 광조사에 의해 중합개시제에서 발생하는 라디칼에 의해서 가교반응을 일으킬 수 있다.
본 발명의 광중합성 아크릴 점착제 조성물은 상기 광중합성 아크릴 공중합체 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 10 중량부, 바람직하기로는 0.1 ~ 1 중량부로 중합개시제를 포함한다. 중합개시제의 함유량이 너무 적으면 광반응이 충분히 진행되지 못해 원하는 가교 밀도를 얻지 못하는 문제가 있을 수 있고, 너무 많으면 최종 제품에 적용시 외부 빛에 의해 반응이 일어나 사용중에 겔화되는 문제가 있을 수 있다. 상기 중합개시제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 광조사에 의해 라디칼을 발생시켜 중합 반응을 개시시키는 역할을 할 수 있는 통상의 광개시제를 사용할 수 있다. 예를 들면 벤조인계, 히드록시케톤계, 아미노케톤계 또는 포스핀옥시드계 광개시제 등을 사용할 수 있고, 이들의 혼합물 형태로 사용할 수도 있다.
본 발명의 광중합성 아크릴 점착제 조성물은 필요에 따라 접착력, 산화방지, 기재밀착력 등을 증가시키기 위하여 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 첨가제를 추가로 포함하는 경우, 광중합성 아크릴 공중합체 100 중량부에 대하여 점착부여제는 1 ~ 100 중량부, 산화방지제는 0.01 ~ 5 중량부, 커플링제는 0.01 ~ 1 중량부로 사용될 수 있으며, 이들의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 상기 점착부여제의 종류로는 아크릴과 혼용성이 양호한 변성 하이드로카본계, 로진에스테르계, 터펜페놀계, 기타 폴리머계 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 광중합성 아크릴 점착제 조성물을 사용하여 2차 제품인 기재 필름 상에 점착층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 상기 필름에 바코터등의 통상의 수단으로 점착제 조성물을 도포하고 경화시키는 방법, 점착제 조성물을 일단 박리성 기재의 표면에 도포하고 경화시켜 점착층을 제조한 후에 상기 박리성 기재를 사용하여 점착층을 기재 필름에 전사하는 방법 등을 사용할 수 있다. 점착 필름의 제조 시에 본 발명의 점착제 조성물을 경화시키는 방법 역시 특별히 한정되지 않고, 이 분야의 일반적인 방법을 적용할 수 있으나, 자외선 또는 전자선과 같은 방사선 조사를 통한 경화 방식이 바람직하고, 이중 자외선 조사를 통한 경화 방식이 보다 바람직하다. 이와 같은 자외선 조사는, 예를 들면, 고압수은 램프, 철 램프 또는 갈륨 램프 등을 사용하여 수행할 수 있다. 자외선 경화 방식에서 조사량은, 점착제층의 제반 물성을 훼손하지 않으면서 충분한 경화가 이루어질 정도로 제어된다면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 조도가 50 ~ 1,000 mW/cm2이고, 광량이 50 ~ 1,000 mJ/cm2일 수 있다.
본 발명의 광중합성 아크릴 점착제 조성물은 상온에서의 간단한 혼합과정에 의해 제조가 가능하며, 가사시간 및 숙성시간을 필요치 아니하여 생산성이 우수하고, 다양한 재박리형 및 영구형 아크릴 점착제에 적용하여 UV조사에 의해서 쉽게 경화밀도 조절이 가능하기 때문에 광학 필름, 산업용 양면테이프, 의료용 밴드, 표면 보호필름 등에 유용하게 적용할 수 있다.
이하 본 발명을 실시에에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
제조예 1: 아크릴 공중합체의 제조
질소가 버블링될 수 있는 재킷타입의 1L 플라스크에 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-EHAM) 94 중량%, 아크릴산(AA) 6 중량%를 투입하고 이들의 중량합 100 중량부에 대하여, 용제로서 에틸아세테이트를 120 중량부로 투입하였다. 이어 산소를 제거하기 위해 반응기 내부를 게이지 압력 -650 mmHg으로 15분간 유지한 후, 질소가스로 탈진공하는 과정을 3회 실시하고 질소 유량을 2 mL/min로 유지하였다. 반응기내 온도를 57℃로 올린 후 반응개시제인 아조비스이소부틸로니트릴(AIBN) 0.01 중량부를 투입하고 6시간 반응시키고 이후 온도를 65℃로 상승하고 미반응물 제거용 개시제 아조비스이소부틸로니트릴(AIBN) 0.02 중량부를 투입하여 4시간 동안 반응시켰다. 이후 에틸 아세테이트로 희석하여 고형분 22 %, 분자량 1,200,000 인 공중합체를 얻었다.
제조예 2 ~ 4: 아크릴 공중합체의 제조
상기 제조예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 1과 같은 조성으로 아크릴 공중합체를 제조하였다.
| 구분 | 아크릴 공중합체(중량%) | 고형분(%) | 분자량 | |||
| 2-EHAM | n-BAM | EAM | AA | |||
| 제조예 1 | 94 | - | - | 6 | 22 | 1,200,000 |
| 제조예 2 | - | 99 | - | 1 | 20 | 1,500,000 |
| 제조예 3 | - | 98 | - | 2 | 20 | 1,300,000 |
| 제조예 4 | - | 60 | 38 | 2 | 20 | 1,200,000 |
| 2-EHAM : 2-에틸헥실아크릴레이트 n-BAM : n-부틸아크릴레이트 EAM : 에틸아크릴레이트 AA : 아크릴산 |
||||||
실시예 1: 광중합성기 함유 화합물의 제조
헥사메틸렌 디이소시아네이트(HMDI) 1몰과 2-히드록시에틸 메타크릴레이트(2-HEMA) 1.02몰을 65℃에서 NCO%가 11.7이 될 때 까지 2시간 반응시킨 후 에틸아세테이트(EAc)로 희석하여 냉각한 후 2-메틸아지리딘(2-MA) 0.98몰을 적하하여 광중합성기 함유 화합물을 제조하였다.
실시예 2: 광중합성기 함유 화합물의 제조
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 헥사메틸렌 디이소시아네이트를 이소포론 디이소시아네이트(IPDI)로 치환하여 실시하였다.
실시예 3: 광중합성 아크릴 점착제 조성물의 제조
제조예 1에서 제조한 아크릴 공중합체에, 실시예 1에서 제조한 광중합성기 함유 화합물을 제조예 1에서 사용한 아크릴산 몰수 대비 동등 몰수로 상온에서 혼합하여 광중합성 아크릴 공중합체를 제조하였다. 상기 광중합성 아크릴 공중합체 100 중량부에 대하여, 중합개시제로서 히드록시시클로헥실페닐케톤(Irgacure 184, 스위스 시바스페셜티 케미칼) 0.3 중량부 및 석유수지계 점착부여제로서 폴라레즈 PX-95(코오롱) 35 중량부를 투입하여 광중합성 아크릴 점착제 조성물(고형분 32%)을 제조하였다.
실시예 4 ~ 15: 광중합성 아크릴 점착제 조성물의 제조
상기 실시예 3과 동일하게 실시하되, 하기 표 2와 같은 조성으로 광중합성 아크릴 점착제 조성물을 제조하였다.
비교예 1 ~ 3: 광중합성 아크릴 점착제 조성물의 제조
상기 실시예 3과 동일하게 실시하되, 본 발명의 광중합성기 함유 화합물 대신 공지된 광중합성기 함유 화합물을 사용하였다. 조성은 하기 표 2와 같다.
| 구분 | 광중합성 아크릴 공중합체(100 중량부) | 중합개시제 (중량부) |
점착부여제 (중량부) |
고형분 (%) |
|||||
| 아크릴 공중합체 |
광중합성기 함유 화합물 (mol/AA mol) |
||||||||
| B-1 | B-2 | B-3 | B-4 | B-5 | |||||
| 실시예 3 | A-1 | 1 | - | - | - | - | 0.3 | 35 | 32 |
| 실시예 4 | A-1 | - | 0.3 | - | - | - | 35 | 32 | |
| 실시예 5 | A-1 | - | 0.7 | - | - | - | 35 | 32 | |
| 실시예 6 | A-1 | - | 1 | - | - | - | 35 | 32 | |
| 실시예 7 | A-2 | - | 0.3 | - | - | - | - | 12 | |
| 실시예 8 | A-2 | - | 0.7 | - | - | - | - | 12 | |
| 실시예 9 | A-2 | - | 1 | - | - | - | - | 12 | |
| 실시예 10 | A-3 | - | 0.3 | - | - | - | - | 12 | |
| 실시예 11 | A-3 | - | 0.7 | - | - | - | - | 12 | |
| 실시예 12 | A-3 | - | 1 | - | - | - | - | 12 | |
| 실시예 13 | A-4 | - | 0.3 | - | - | - | - | 12 | |
| 실시예 14 | A-4 | - | 0.7 | - | - | - | - | 12 | |
| 실시예 15 | A-4 | - | 1 | - | - | - | - | 12 | |
| 비교예 1 | A-4 | - | - | 1 | - | - | - | 12 | |
| 비교예 2 | A-4 | - | - | - | 1 | - | - | 12 | |
| 비교예 3 | A-4 | - | - | - | - | 1 | - | 12 | |
| AA : 아크릴산 A-1: 제조예 1에서 제조한 아크릴 공중합체 A-2: 제조예 2에서 제조한 아크릴 공중합체 A-3: 제조예 3에서 제조한 아크릴 공중합체 A-4: 제조예 4에서 제조한 아크릴 공중합체 B-1: 실시예 1에서 제조한 광중합성기 함유 화합물 B-2: 실시예 2에서 제조한 광중합성기 함유 화합물 B-3: 2-메타크릴로일옥시 에틸 이소시아네이트 B-4: 아크릴로일옥시 에틸 이소시아네이트 B-5: 글리시딜 메타크릴레이트 중합개시제: 히드록시시클로헥실페닐케톤 점착부여제: 폴라레즈 PX-95(코오롱) |
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물성측정시험
점착필름의 제조
실시예 3 ~ 15 및 비교예 1 ~ 3에서 제조한 광중합성 아크릴 점착제 조성물을 혼합 제조 후 1시간 내에 두께가 25 ㎛인 중박리 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, SKC) 이형필름의 코로나 처리된 부분에 자동도공기(KP-3000, 기베이엔티)로 코팅하고 건조하여 두께가 15 ㎛인 균일한 코팅층을 형성하고, 두께가 50 ㎛인 약박리 PET 이형필름으로 코팅층을 보호하였다. 제작된 필름은 고압 수은 램프 자외선 조사기로 조도 180 mW/cm2, 광량 UVC 기준 250 mJ/cm2의 조건으로 점착필름을 제조하였다.
1) 겔분율의 측정
제조된 점착필름을 일정 크기(5cm x5cm)로 자른후 약박리 이형필름을 떼어내고 250 mesh 철망에 부착을 하고 중박리 이형필름을 제거한 후, 점착시트 부분이 안쪽으로 향하도록 싸서 그 끝을 단단히 묶고 에틸아세테이트에 3일간 침지한 후 에틸아세테이트에 녹지 않고 철망에 남아 있는 점착제 성분의 함량으로 겔분율을 계산하였다. 겔분율을 계산하는 식은 다음과 같다.
겔 분율(%) = 침지후 남아있는 점착제의 무게(g)/침지전 점착제의 무게(g) x 100
테스트 시편 제작
SUS#304 및 유리판을 이용하며, 두께 3t의 것을 폭 50 mm, 길이 125 mm로 절단하여 사용하였다. 압착장치 롤러는 그 표면이 경도(스프링식) Hs 80ㅁ 5, 두께 6 mm 의 고무층으로 피복된 폭 45 mm, 직경 83 mm, 질량 2 kg 의 철제제품을 사용하였다.
시편 제작은 먼저, 시험판의 표면을 아세톤으로 세척하고, 10 분간 건조한 다음에 마르고 깨끗한 천으로 잘 닦아주었다. 시험판의 안쪽면을 아래로 하여, 시험판의 표면 중 폭 방향의 중앙부분에 점착필름의 한쪽 끝을 붙이고 시험판의 위에서부터 압착장치로 압착속도 300 mm/min 으로 3회 왕복하여 시편을 제작하였다.
2) 180°박리 점착력 측정
압착이 끝난 시편은 20분, 1일, 3일 동안 각각 23±2℃에서 방치하였다. 점착필름을 시험판의 끝에서부터 25mm 떨어지게 한 후, 위와 아래 부분을 시험기에 물리고 300 mm/min의 인장속도로 연속적으로 인장하여 이에 따른 하중을 구하였다. 30 ~ 80 mm가 벗겨질 때까지 측정하여 그 평균치를 기록하고, 상기 조작을 4회 반복하여 평균치를 그 값으로 이용하였다.
3) 내열 유지력(Shear Adhesive Failure Temperature, SAFT) 측정
시험판, 압착장치는 180°박리 점착력의 것과 같은 양식이다. 압착이 끝난 시편을 48시간동안 23±2℃에서 방치한 다음, 점착필름이 부착된 시험판에서 점착 필름이 25mm x 25mm 가 되도록 절단하였다. 절단된 점착필름이 부착된 시험판을 드라이 오븐에 넣고 잘 고정하여 1kg 추를 걸고 20℃에서 200℃까지 분당 10℃씩 증가시켜 완전히 박리된 시간과 온도를 5회 측정하여 평균치를 구하였다.
4) 재박리성(removal) 시험
제조된 점착필름을 5 cm x 15cm 가 되게 자른 후, 표면이 잘 닦여진 SUS#304판에 2 kg 고무 롤러로 3회 왕복 압착하고 압착이 끝난 시편을 30분간 23±2℃에서 방치하였다. 시편을 60℃ 및 90% 습도조건에서 7일, 80℃ 및 5% 습도조건에서 500시간, -40℃에서 80℃까지 ±5℃/min의 온도 범위로 200 사이클 숙성한 후, 외관 상태를 확인하고 상온으로 냉각하여 강제 박리하여 오염여부를 판단하였다. 오염은 점착제 오염과 피착제의 변색 오염으로 판단하였다.
OK : 기포나 들뜸이 없고 박리시 점착제 오염이나 피착제 변색 등이 없음.
NG : 적어도 하나의 문제가 발생.
| 구분 | 겔 분율 (%) |
점착력(kgf/25mm)/ SUS |
점착력(kgf/25mm)/ Glass |
SAFT (℃) |
재박리성(SUS) | ||||||
| 23℃ | 23℃ | 60℃ /90% |
80℃ /5% |
열충격 | |||||||
| 20분 | 1일 | 3일 | 20분 | 1일 | 3일 | 7일 | 500 h | 200 cycle |
|||
| 실시예 3 | 75 | 1.64 | 1.68 | 1.75 | 1.75 | 1.81 | 1.83 | 200 | OK | OK | OK |
| 실시예 4 | 53 | 1.83 | 1.82 | 1.86 | 1.92 | 2.02 | 2.13 | 188 | NG | NG | NG |
| 실시예 5 | 62 | 1.73 | 1.84 | 1.85 | 1.83 | 1.95 | 1.96 | 200 | OK | OK | OK |
| 실시예 6 | 75 | 1.63 | 1.65 | 1.81 | 1.68 | 1.82 | 1.86 | 200 | OK | OK | OK |
| 실시예 7 | 75 | 0.25 | 0.43 | 0.52 | 0.32 | 0.42 | 0.43 | 200 | OK | OK | OK |
| 실시예 8 | 82 | 0.14 | 0.17 | 0.23 | 0.13 | 0.16 | 0.17 | 200 | OK | OK | OK |
| 실시예 9 | 94 | 0.06 | 0.09 | 0.13 | 0.07 | 0.07 | 0.08 | - | OK | NG | NG |
| 실시예 10 | 73 | 0.26 | 0.55 | 0.69 | 0.43 | 0.46 | 0.52 | 200 | OK | OK | OK |
| 실시예 11 | 86 | 0.05 | 0.13 | 0.18 | 0.13 | 0.13 | 0.14 | - | OK | OK | OK |
| 실시예 12 | 92 | 0.02 | 0.03 | 0.04 | 0.03 | 0.04 | 0.05 | - | OK | OK | OK |
| 실시예 13 | 78 | 0.79 | 0.82 | 1.06 | 0.82 | 1.02 | 1.05 | 200 | OK | OK | OK |
| 실시예 14 | 86 | 0.63 | 0.72 | 0.9 | 0.72 | 0.83 | 0.85 | 200 | OK | OK | OK |
| 실시예 15 | 93 | 0.47 | 0.65 | 0.78 | 0.56 | 0.62 | 0.73 | 200 | OK | OK | OK |
| 비교예 1 | 38 | 0.82 | 0.91 | 0.92 | 0.86 | 0.97 | 1.00 | 120 | NG | NG | NG |
| 비교예 2 | 42 | 0.80 | 0.90 | 0.94 | 0.85 | 0.95 | 0.99 | 120 | NG | NG | NG |
| 비교예 3 | 0 | 0.95 | 1.05 | 1.07 | 0.98 | 1.08 | 1.10 | 60 | NG | NG | NG |
산업적으로 사용되는 점착제의 용도별 점착물성은 각종 표면 보호필름용은 0.005 ~ 0.2 kgf/25mm, 광학용 시트, 광고용 시트 등의 재박리성 제품은 0.2 ~ 1.5kgf/25mm, 영구형 단면 및 양면 테이프용은 1.5 ~ 3.0 kgf/mm 등을 요구하고 있다. 실시예 4 ~ 6은 산업용 단면 및 양면 테이프에 적용되는 기존의 열경화타입의 영구형 점착제 조성물에 본 발명의 광중합기 함유 화합물을 첨가한 것이다. 또한, 실시예 7 ~ 15는 광학용 시트 및 각종 보호필름에 사용되는 재박리형 점착제에 본 발명의 광중합성기 함유 화합물을 도입시킨 것이다. 상기 표 3에서 보이듯이, 광중합기 함유 화합물의 첨가량이 증가할수록 광중합 사이트가 증가되어 겔 분율이 증가되면서 접착력은 저하되고 내열유지력(SAFT)이 상승하는 것을 볼 수가 있다. 특히 비교예 1 ~ 3은 이미 알려진 광중합성 화합물을 본 발명에서 제시한 광중합성 화합물과 동일한 방법으로 적용하였을 때 아크릴 점착제내의 카르복실기와 반응성 여부를 확인할 수가 있었는데, 비교예 1 ~ 2는 NCO와 의 일부 반응으로 인해 겔 함량이 각각 38%, 40%로 비교적 낮은 결과를 보이며 재박리성 시험에서 오염이 발생하는 문제가 생겼고, 비교예 3에서 보이듯이 에폭시 그룹은 단순 혼합만으로는 점착제 내의 카르복실기와 반응성이 없어 0%의 겔 함량을 보였다.
결국, 본 발명의 광중합성 아크릴 점착제 조성물은 상온에서의 간단한 혼합과정에 의해 제조가 가능하며, 광중합성기 함유 화합물의 사용량으로 경화밀도 조절이 가능하여 카르복실기 함유 아크릴 점착제에 다양하게 적용할 수 있음을 확인할 수 있었다.
Claims (11)
- 하기 화학식 1로 표시되는 UV 경화성 광중합성기 함유 화합물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R1은 수소원자 또는 메틸기이며, R2는 C2 ~ C8의 알킬렌기 또는 반복단위가 2 ~ 100인 알킬렌글리콜이고, R3는 C4 ~ C10의 치환 또는 비치환 알킬렌기, 또는 C6 ~ C10의 아릴렌기이며, R4는 수소원자 또는 C1 ~ C6의 알킬기이다.
- 하기 화학식 2로 표시되는 이소시아네이트기 함유 단량체와 하기 화학식 3으로 표시되는 히드록시기 함유 단량체를 반응시켜 하기 화학식 4로 표시되는 1차 생성물을 얻는 단계; 및
상기 반응식에서, R1, R2 및 R3는 각각 상기 청구항 1에서 정의한 바와 같다,
하기 화학식 4로 표시되는 1차 생성물과 하기 화학식 5로 표시되는 아지리딘기 함유 단량체를 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 광중합성기 함유 화합물을 얻는 단계;
상기 반응식에서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 상기 청구항 1에서 정의한 바와 같다,
를 포함하는 UV 경화성 광중합성기 함유 화합물의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 이소시아네이트기 함유 단량체, 상기 히드록시기 함유 단량체 및 상기 아지리딘기 함유 단량체의 몰비가 1 : 1.01~1.99 : 0.01~0.99 인 것을 특징으로 하는 광중합성기 함유 화합물의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 이소시아네이트기 함유 단량체는 톨리렌 디이소시아네이트, 클로로페닐렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 테트라메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 크실릴렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 지방족 폴리이소시아네이트 및 방향족 폴리이소시아네이트 중에서 선택한 1종 이상인 것을 특징으로 하는 광중합성기 함유 화합물의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 히드록시기 함유 단량체는 2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸 (메타)아크릴레이트, 6-히드록시헥실 (메타)아크릴레이트, 8-히드록시옥틸 (메타)아크릴레이트, 폴리 에틸렌 글리콜 (메타)아크릴레이트 및 폴리 프로필렌 글리콜 (메타)아크릴레이트 중에서 선택한 1종 이상인 것을 특징으로 하는 광중합성기 함유 화합물의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 아지리딘기 함유 단량체는 아지리딘, C1 ~ C6의 알킬 아지리딘, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 광중합성기 함유 화합물의 제조방법.
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