첨가제에 의한 수계 아크릴 에멀젼 점착제의 접착물성변화 연구

박명철, 서인선, 이명천, 신현소, 김병식, 임종주, 박상권

동국대학교 화학공학과

A Study of Adhesion Property changes of Water-based Acryl Emulsion Pressure Sensitive Adhesive with Additive Agents

MyungChul Park, Inseon Seo, MyungCheon Lee, HyunSo Shin

ByungSik Kim, JongChoo Lim, SangKwon Park

Dept. of Chemical Engineering, Dongguk University

서론

기존 용제형 점착제는 여러 가지 환경문제를 발생시키기 때문에 무공해형 점착제로서 아크릴 에멀젼 중합을 통한 무용제 수용성 접착제를 개발하는데 관심과 연구가 점차 늘어가고 있는 추세이다.

그러나, 무용제형 점착제는 용제형 점착제에 비해 내수성, 내열성, 내한성 그리고 접착성 등의 물성이 뒤지기 때문에 용제형 점착제 수준의 물성을 얻기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다.

수계 아크릴 에멀젼 중합시 중합물질의 물성에 영향을 줄 수 있는 인자들은 단량체 종류, 분자량, 입자크기, 계면활성제 종류, 공중합, 가교, 첨가제 등 수없이 많다. 따라서 이러한 인자들에 의해 접착성이 어떻게 영향을 받는지 알기 위해 체계적인 연구가 필요하다.

본 연구에서는 아크릴계 단량체를 이용하여 수계 아크릴계 점착제를 제조하였으며, 최종제품의 접착성에 영향을 줄 수 있는 첨가제 종류와 농도를 변화시켜 제조된 점착제와 혼합하여, 초기점착력, 점착력 그리고 유지력을 측정함으로써 그 영향을 조사하였다.

실험 재료 및 방법

본 실험에서 사용한 단량체는 2-ethylhexyl acrylate(2-EHA), n-butyl acrylate(BA), acrylic acid(AA), methacrylic acid(MAA)를 사용하였으며, 계면활성제는 음이온계인 sodium dodecyl sulfate(SDS)와 비이온계를 함께 사용하였으며, 개시제는 레독스 개시제인 과황산나트륨 (NaHSO3) 과 중아황산나트륨 ((NaH4)2S2O8)을 사용하였고, 첨가제는 poly(ethylene glycol)과 poly(ethylene oxide), 중화제는 중탄산나트륨 (NaHCO3), 연쇄이동제는 1-도데칸티올 (1-dodecanethiol, Fluka)을 사용하였으며, 탈이온수 (DDW)는 ELGA (England)사의 초순수 제조장치로 제조하여 사용하였다. 실험에 사용된 initial charge, pre-emulsion의 조성은 다음 표와 같다.

Table 1.  Recipe used for the initial charge

Components	Amount
NaHSO3	1.2
SDS	1.0
비이온계 계면활성제	4.05
DDW	60

Table 2.  Recipe used for the pre-emulsion

Components	Amount
(NH4)2S2O8	0.78
비이온계 계면활성제	0.98
DDW	55
2-EHA	95
BA	35
MAA	15
AA	10
CTA	0.8

실험방법은 반응기안에 initial charge를 넣고 온도조절장치를 통해 나온 물을 순환시켜 온도를 50℃에 도달하도록 하고 제조한 pre-emulsion를 1시간 30분 미량펌프를 통해 일정한 속도로 투입한다. 교반속도는 투입시간에 따라 100∼400rpm으로 조절하며, 투입후 3시간 더 반응시키고 반응을 종결한다. 유화중합 제조의 중합과정과 실험장치는 다음 그림과 같다.

Emulsion Polymerization Process

Initial charge

(Water, Emulsifier, Initiator)

50℃

1.5hrs continuous feeding

(Initiator, Emulsifier

Monomers, Water

CTA)

50℃

3hrs

Product

Fig. 1  Scheme of Semibatch Emulsion Polymerization

Fig. 2  Process equipment for emulsion polymerization

결과 및 토론

본 연구에서 제조된 점착제에 첨가제인 poly(ethlene glycol)과 poly(ethylene oxide)를 각각 농도를 변화시켜 초기점착력, 박리강도 그리고 유지력에 미치는 영향을 실험을 통해 조사하였다. Fig. 3 은 분자량(Mv)이 100,000이하인 poly(ethylene oxide)를 제조한 점착제에 3, 6, 9% 첨가시켜 초기점착력에 미치는 영향을 나타낸 실험결과이다. 이 그림을 살펴보면 첨가제의 농도에 따라 거의 일정한 값을 나타내었다.

Fig. 3 The changes of initial tackiness    FIg 4. The changes of peel strength

with the concentration of ad-            with the concentration of ad-

ditive agents                            ditive agents

또한, 첨가제의 농도를 변화시켜 박리강도(peel strength)에 미치는 영향을 실험을 통해 조사하였다. Fig 4. 는 제조한 점착제에 분자량(Mv)이 100,000이하인 poly(ethylene oxide)를 3, 6, 9% 첨가시켜 점착력에 미치는 영향을 나타낸 실험결과이다. 이 그림을 살펴보면 초기점착력과 같이 첨가제의 농도에는 영향을 거의 미치지 않았다. Fig 5. 는 분자량(Mv)이 100,000이하인 poly(ethylene oxide)를 제조한 점착제에 3, 6, 9% 첨가시켜 유지력에 미치는 영향을 나타낸 실험결과이다. 이 그림을 살펴보면 poly(ethylene oxide)의 농도를 증가시키면 유지력이 증가히는 경향을 나타내었다. 따라서 본 실험값의 범위내에서는 분자량(Mv)이 100,000이하인 poly(ethylene oxide)를 제조한 점착제의 첨가시키면 초기점착력과 점착력에는 거의 영향을 미치지 않지만 유지력은 증가하는 경향을 나타내었다.

Fig 5.  The changes of holding strength with the concentration

of additive agents

참고문헌

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

2. Elias Unzueta and Jacqueline Forcada,“Semicontinuous emulsion               copolymerization of methyl methacrylate and n-butyl acrylate : 1.             Effect of mixed emulsifiers in seeded polymerization”, Polymer Vol. 36,       No. 5, pp. 1045-1052, (1995).

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4. H. Nakmura, K. Tachi,“Effects of Hydrophobic Interactions on                 Swelling of Carboxylated Core-Shell Structured Latex Particles”, J             Appl Polym Sci., Vol. 65, pp. 1933-1938, (1997).

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