가교제에 의한 수성 아크릴 에멀젼 점착제의 접착물성변화 연구

박명철, 이명천, 신현소, 김병식, 임종주, 박상권

동국대학교 화학공학과

A Study of Adhesion Property changes of Waterborne Acryl Emulsion Pressure Sensitive Adhesive with Cross-linking Agents

MyungChul Park, 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.

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

본 연구에서는 아크릴계 단량체를 이용하였으며, 최종제품의 접착성에 영향을 줄 수 있는 가교제 종류와 농도를 변화시켜 수성 아크릴계 점착제를 제조하였다.제조된 점착제를 이용하여 가교제 종류와 농도 변화에 따른 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 ammonium persulfate를 사용하였고 중화제는 sodium bicarbonate, 가교제는 aluminium acetate와 zinc acetate, 연쇄이동제는 1-dodecanethiol, 그리고 탈이온수를 사용하여 실험을 하였다. 실험에 사용된 initial charge, pre-emulsion의 조성은 다음 표와 같다.

Table 1.  Recipe used for the initial charge

Components	Amount
(NH4)2S2O8	1.2
NaHCO3	5.2
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
SDS	4.5
2-EHA	95
BA	35
MAA	15
AA	10
CTA	0.8

실험방법은 반응기안에 initial charge를 넣고 온도조절장치를 통해 나온 물을 순환시켜 온도를 80℃에 도달하도록 하고 제조한 1차 pre-emulsion를 1시간 30분, 2차 pre-emulsion을 30분동안 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, NaHCO3)

80℃

1.5hrs continuous feeding

First pre-emulsion

(Initiator, Emulsifier

Monomers, Water

80℃                               CTA)

0.5hrs continuous feeding                                                          Second pre-emulsion

(Initiator, Emulsifier

Monomers, Water

80℃                               CTA)

3hrs

Product

Fig. 1  Scheme of Semibatch Emulsion Polymerization

Fig. 2  Process equipment for emulsion polymerization

결과 및 토론

본 연구에서는 가교제의 종류와 농도를 변화시켜 고형분 농도에 미치는 영향을 실험을 통해 조사하였다.	Fig. 3은 가교제인 aluminium acetate의 농도를 2차pre-emulsion에 0.2 , 0.3 , 0.4 , 0.5 , 0.7 , 0.8g 첨가시키고 zinc acetate를  2차 pre-emulsion에 0.1, 0.3, 0.5, 0.7g을 첨가시키면서 고형분 농도를 측정하여 가교제의 종류와 농도가 고형분 농도에 미치는 영향을 나타낸 실험결과이다. 이 그림을 살펴보면 가교제의 종류와 농도에 관계없이 거의 일정한 값(약 57%)을 나타내었다. 따라서, 가교제의 종류와 농도는 고형분의 농도에는 영향을 미치지 않았다.

Fig. 3  The changes of solid percentage with the concentration of                     cross-linking agents

또한, 가교제의 종류와 농도를 변화시켜 초기점착력(initial tackiness)에 미치는 영향을 실험을 통해 조사하였다. Fig. 4은 가교제인 aluminium acetate의 농도를 2차 pre-emulsion에 0.2 , 0.3 , 0.4 , 0.5 , 0.7 , 0.8g 첨가시키고 zinc acetate를 2차 pre-emulsion에 0.1 , 0.3 , 0.5 , 0.7g을 첨가시키면서 초기점착력을  측정하여 가교제의 종류와 농도가 초기점착력에 미치는 영향을 나타낸 실험결과이다. 이 그림을 살펴보면 가교제인 aluminium acetate의 농도를 증가시키면 대체로 초기점착력이 감소하는 경향을 나타내었는데 이는 aluminium acetate을 첨가시키면 카르복실기와 가교결합이 일어나 딱딱하게 되어 초기점착력이 감소하기 때문으로 생각된다. 가교제를 zinc acetate로 사용할 경우에는 농도를 증가시키면 aluminium acetate와 반대로 약간씩 증가하는 경향을 나타내었다. 따라서, 본 실험값의 범위내에서는 aluminium acetate보다는 zinc acetate 가교제가 초기점착력에 더 효과적으로 작용하는 것으로 판단된다.

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).

3. 방광은, 박용인,“점착제 개발의 최근동향”, Polymer Science and                Technology Vol. 6, No. 6, pp. 585-594, December (1995).

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).