1.1.8. 자외선 경화형 접착제

가. 개요
자외선 경화기술의 공업화는 1960년대에 UV 도료에 적용하기 시작하여 레지스트 잉크, 인쇄잉크, 코팅 등의 분야에 이르기까지 그 응용범위가 확대되고 있다. 접착제 분야에 있어서도 1970년대 이후 무공해, 에너지 절약, 고생산성의 요망에 따라 고무계 접착제, 핫멜트 접착제, 2액 혹은 1액 경화형 에폭시계 접착제를 대신하여 순간 접착제, 제2세대 아크릴 접착제, 혐기성 접착제, 자외선 경화형 접착제 등으로 발전해 오고 있다. 특히 자외선 경화형 접착제에 있어서는 자외선을 투과시키는 유리나 플라스틱의 접착에만 적용되어 왔으나 최근에는 가열 경화, 혐기 경화, 프라이머 경화, 2액 경화, 습기 경화 등의 복합 경화 기능을 가진 자외선 경화성 접착제가 개발되어 응용분야가 점차 확대되고 있다.

자외선(UV)은 가시광선보다 파장이 짧은 100-400nm 영역의 전자파이다. UV는 오존 생성, 살균 작용, 광화학 작용(광합성, 광분해, 광중합, 광붕괴) 등의 화학적 작용을 갖고 있는데, 실제로 자외선 경화에 이용하는 파장은 200-400nm 영역의 근자외선으로 광중합성을 이용한 것이다.

나. 구성 및 특징

자외선 경화형 접착제는 라디칼 중합형과 양이온 중합형으로 대별할 수 있으며, 표 1.1.8-1에 나타낸 바와 같이 기본적으로 반응성 올리고머, 반응성 희석제, 광중합 개시제 및 기타 광증감제, 착색제, 증점제 및 중합금지제 등으로 구성되어 있다.

반응성 올리고머로는 접착제의 특성을 결정하는 중요한 성분으로 폴리에스테르계, 폴리에테르계, 우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 반응성 올리고머 등이 있다.

반응성 희석제는 반응성 올리고머의 가교제, 희석제로서 중요하며 접착 특성에 영향을 미친다.

광중합 개시제는 자외선의 에너지를 흡수하여 광중합 반응을 개시하는 기능을 갖고 있으며, 기타 광증감제, 착색제, 증점제, 중합 금지제 등이 있다.

표 1.1.8-1에 대표적인 올리고머의 중합형태와 광중합 개시제의 종류를 나타낸다.

표 1.1.8-1 자외선 경화형 접착제에 사용되는 올리고머의 종류

다. 광원 및 피착재

UV를 발생하는 광원은 다종다양하다. 간이적으로는 태양광의 사용도 가능하지만 역시 확실한 접착을 하기 위해서는 인공적으로 UV를 발생시키는 광원을 사용해야 한다. 일반적으로 UV 경화형 접착제의 감광파장역은 200-400 nm이므로 이 파장영역의 광분포를 가진 광원을 이용할 수 있다. 이러한 광원에는 살균등, 자외선 형광등, 카본 아크, 크세논 램프, 고압 수은등, 초고압 수은등, 메탈 할라이드 램프 등이 있는데 접착용으로서는 코스트, 안전성 면에서 유리한 고압 수은등, 자외선 형광등이 적합하다.

한편 피착재의 경우 적어도 한 쪽 면이 UV를 통과시키는 것이어야 한다. 외관상 투명하여도 종류에 따라서는 UV의 투명도가 다르기 때문에 UV 조사조건에 주의해야 한다. 표 1.1..8-2에 대표적인 투명재료의 UV 투과율을 나타낸다. UV 경화형 접착제가 적용되는 피착재로서는 가장 대표적인 재료가 유리이다. 그러나 유리에도 수많은 종류가 있으며 이에 따라 제법도 달라진다. 따라서 이들 표면 상태도 서로 다르므로 적용에 유의해야 한다.

표 1.1.8-2 투명재료의 자외선 투과율

자외선 경화형 접착제의 특징은 자외선 조사에 의해 10-30초 이내에 경화시킬 수 있는 속경화성, 1액성으로 라이프사이클이 길기 때문에 자동 도포가 용이하여 접착 작업을 조립 공정 중에 도입할 수 있으며, 또한 세트 타임이 짧아 압체값을 낮출 수 있다는 것이다.

한편 자외선 경화성 접착제는 유기 용제나 휘발성분을 함유하고 있지 않기 때문에 현장 작업이 안전하다.

그러나 불투명 재료의 접착이나 복잡한 형상의 재료에는 적용이 어렵고, 접착제의 착색이 곤란하며, 가격이 비싼 결점도 있다. 한편 양이온 중합형은 개시제의 영향으로 용도가 제한적이다.

라. 자외선 경화형 접착제의 용도

1) 액정 메인 실제

액정 메인 실제는 액정 패널의 상하 유리기판을 고정하고, 액정을 프레임 내에 실링하기 위한 접착제이다. 종래의 액정 패널은 실링용으로 2액 혹은 1액형 에폭시계 접착제를 사용하여 왔으나 열경화로를 통과시켜 경화시켜야 하므로 생산성이 나빠 비용 상승의 요인이 되었다. 그래서 최근에는 이러한 접착제를 자외선 경화형 접착제로의 치환이 검토되고 있으며 접착제의 대폭적인 개량이 이루어져 점차 그 시장도 확대되고 있다.

2) 기판 마스킹제

기판 실장공정에서는 납땜조에 기판을 통과시켜 부품을 고정하기 전에 땜납이 부착되면 곤란한 부분을 마스킹해야 할 필요가 있다. 이 마스킹 작업은 마스킹 테이프를 수작업으로 붙이는 경우가 많으며, 테이프 자체도 몇 가지 문제점이 있다.

첫째로 마스킹 테이프의 점착제 층의 박리공정에서 기판측으로 이행하기 쉽다는 점, 둘째로 그 이행된 접착제를 제거하기 위해 용제를 사용해야 한다는 점, 셋째로 마스킹 테이프를 붙이는 작업을 자동화하기 어렵다는 점 등이다. 그래서 디스펜서에 의한 자동 도포가 용이하고, 우수한 납땜 내열성, 박리성 및 기판으로 점착제의 이행이 일어나지 않는 자외선 경화성 마스킹 접착제가 개발 시판되고 있다.

3) 소프트 코팅제

명판 등의 코팅에는 종래에는 2액성 우레탄 수지나 에폭시 수지가 사용되었으나 이들 수지는 경화시키는데 시간이 걸리고, 혼합비율의 관리에 주의를 기울여야 하는 등 문제점이 있다. 또한 1액성 자외선 경화형 접착제는 유연성이 떨어진다는 등 난점이 많다. 최근에는 이러한 용도 전용의 자외선 경화형 접착제가 개발되어 소프트 코팅 시장을 크게 확대하고 있다. 이 밖에 UV 경화형 접착제의 타입별 용도를 정리하면 표 1.1.8-4와 같다.