고온에서 쉽고 깨끗하게 탈착되는 점착제
고온에서 쉽고 깨끗하게 탈착되는 점착제
  • 함예솔
  • 승인 2023.06.01 15:55
  • 조회수 3367
  • 댓글 0
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감압점착제는 살짝 눌러주는 힘만으로 접착력을 가져 납땜, 나사 등의 대체 소재로써 전자 제품 결합, 패키징 등에 널리 사용되고 있습니다. 하지만, 생산품 폐기 시 접착 소재를 제거하기 어렵고, 제거하더라도 독성이 강한 용매를 사용해야 하는데요. 이는 재사용 가능한 주요 소재를 훼손하고 환경오염을 유발합니다. 따라서 분리수거 및 재활용을 위해서는 평소에는 우수한 접착력을 유지하다가 필요시 접착력을 감소시켜 쉽게 제거하는 특성이 무엇보다 중요하죠.

 

UNIST 에너지화학공학과 이동욱 교수는 감압점착제에 온도 반응성을 부여해 접착을 전환할 수 있는 기술을 구현했습니다. 이를 활용하여 분리수거 및 재활용 공정의 효율을 높여 친환경 사회를 앞당길 것으로 예상되는데요. 특히, 온도에 따라 고분자의 내부 구조가 바뀌는 접착의 전환 메커니즘을 확인했습니다. 이는 앞으로 만들어질 스마트 점착제 설계에도 도움을 줄 전망입니다.

 

연구팀은 외부 자극에 반응해 특성이 바뀌는 스마트 고분자에 주목했습니다. 연구팀이 개발한 열 반응성 스마트 점착제는 상온에서 상용화 제품보다 우수한 접착 특성을 보였습니다. 다양한 기판에서도 진행한 성능 시험에서도 우수한 접착 특성을 보여 다양한 분야에서 활용될 것으로 보입니다.

감압점착제의 분자구조 및 온도 반응에 따른 접착 특성 결과(a) 감압점착제의 분자구조, (b) 열 반응성 단량체 함량 증가에 따라 접착력 증가 확인 및 기존 상용화 감압점착제 제품과 비교했을 때 우수한 접착 특성, (c) 다양한 기판에서도 우수한 접착특성으로 활용분야가 넓을 것으로 기대됨, (d) 기존의 점착제의 경우 열 자극에 반응하여 55.5%의 접착력 감소로 고온에서도 강한 접착력으로 제거가 어렵다. 하지만, 개발된 점착제의 경우 97%의 접착력 감소로 낮은 접착력으로 인해 쉽게 제거 가능함. 출처 : UNIST
감압점착제의 분자구조 및 온도 반응에 따른 접착 특성 결과(a) 감압점착제의 분자구조, (b) 열 반응성 단량체 함량 증가에 따라 접착력 증가 확인 및 기존 상용화 감압점착제 제품과 비교했을 때 우수한 접착 특성, (c) 다양한 기판에서도 우수한 접착특성으로 활용분야가 넓을 것으로 기대됨, (d) 기존의 점착제의 경우 열 자극에 반응하여 55.5%의 접착력 감소로 고온에서도 강한 접착력으로 제거가 어렵다. 하지만, 개발된 점착제의 경우 97%의 접착력 감소로 낮은 접착력으로 인해 쉽게 제거 가능함. 출처 : UNIST

또한 고온(80 °C)자극에 반응해 97% 접착력 감소를 나타냈습니다. 가열과 냉각이 반복되는 사이클에서도 안정된 접착 전환 특성이 구현되는 것을 확인했는데요. 연구팀은, 스마트 점착제의 접착 전환 특성이 분자내·분자간 수소결합에 기인했음을 접착제의 표면, 유변학, 잔여물 분석으로 알아냈습니다.

개발된 점착제의 열 반응 접착 전환 특성 메커니즘 모식도. 출처 : UNIST
개발된 점착제의 열 반응 접착 전환 특성 메커니즘 모식도. 출처 : UNIST

제 1 저자인 황정욱 연구원은 “개발된 스마트 점착제를 통해 소재의 재사용성을 높이고 분리수거 및 재활용 과정을 쉽게 하여 친환경 사회에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”며 “개발된 스마트 점착제 시스템은 단량체 종류와 비율을 조절하여 목적에 맞게끔 디자인 가능하며 점착제 설계의 데이터베이스를 제공해 추후 연구에도 기여할 수 있을 것”이라고 전했습니다.

연구 결과는 왕립화학회(Royal Society of Chemistry, RSC)의 재료과학 분야 학술지인 머터리얼즈 호라이즌스 ‘Materials Horizons’에 5월 16일 게재됐습니다.

논문명: Air ambient-operated thermo-switchable adhesion of N-isopropylacrylamide incorporated pressure sensitive adhesives

 

#용어설명

1. 자극 반응성 고분자 (Responsive Polymer or Smart Polymer)

특정 외부환경의 자극에 반응하여 형상 또는 물성을 변화시킬 수 있는 고분자를 의미한다. 이러한 반응을 외부자극에 적응하는 지능적 거동이라고도 하여 스마트 고분자라고도 한다. 외부자극에는 온도, 습도, 전기장, 자기장, 빛 등 매우 다양한 에너지원이 포함된다.

2. 감압점착제 (Pressure Sensitive Adhesives, PSA)

접착면과 접착시키기 위해 가벼운 압력을 가했을 때, 접착 물질이 작용하는 소재를 말한다. 제거 시 잔여물이 남지 않는 특징이 있으며 대표적으로 포스트 잇 (3M) 제품이 있다.

3. 물 접촉각 (Water Contact Angle, WCA)

소재 표면에 물을 떨어뜨려 형성되는 물방울과 소재 표면이 이루는 각을 측정하여 소재 표면의 친수성 및 소수성을 평가하는 방법

4. 유변학적 특성 (Rheological property)

점탄성 고분자 소재가 힘이나 에너지에 대하여 반응하는 탄력, 변형, 유동 등의 다양한 특성을 말한다.

 

5. 주사형 전자현미경 (Scanning electron microscope, SEM)

가느다란 전자빔을 시료 표면에 주사시켜 2차 전자를 발생하게 하여 입체감 있는 시료의 표면상을 얻기 위한 장치

 

6. 에너지 분산형 X-선 분광법 (Energy-dispersive X-ray spectroscopy, EDS)

시료에서 방출되는 특성 X-선을 검출하여 물질의 화학적 조성을 분석하는 기법


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