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양이온 광중합은 효율적인 광개시제의 출현으로 그 연구와 산업에서의 적용이 활발해지고 있습니다. 자유 라디칼 중합의 장점을 지니면서 라디칼 반응과는 다른 차별화된 특성을 가지고 있기 때문에 독특한 물성을 요구하는 분야에 적용되고 있습니다. 양이온 광중합의 전반적인 메커니즘에 대한 이해를 바탕으로 접착소재로의 응용 가능성을 살펴보겠습니다.
고분자 분야에서는 1960년대 도료산업에서 최초로 UV를 적용하기 시작하여 현재 점착제나 잉크, 전기․전자 산업 등에서도 폭넓게 응용되고 있습니다. 그 중에서도 자외선(UV) 경화형 접착제는 단시간 경화, 무용제, 일액형등의 특성이 있어 에너지 절약, 생산 효율 증가, 환경 적합성, 공간 절약 등의 장점으로 최근 20년 사이에 빠르게 성장하고 있습니다. 자외선 경화형 접착제는 크게 라디칼 중합형과 양이온 중합형으로 구분할 수 있습니다. 라디칼 중합형 접착제는 중합 가능한 광반응성 모노머의종류가 많고 적용되는 피착제 재질의 범위가 넓습니다. 또한 가열 경화 병용 타입이나 혐기성 접착제와의 복합타입 등으로 부품 형상, 우수한 기계적 물성을 요구하는 필름 형상 등에 널리 사용되어 왔습니다. 이러한 라디칼 중합은 대부분 기능성 아크릴 단량체와 올리고머를 사용하고 있습니다. 그러나 라디칼 반응 접착제는 산소에 의한 반응 저감, 높은 수축률, 낮은 점도의 아크릴 단량체에 의한 피부자극 등의 문제점을 가지고 있습니다. 이러한 라디칼 중합접착제의 대체재로 선택할 수 있는 것이 양이온 UV 경화형 접착제입니다. 양이온 UV 경화형 접착제는 라디칼 중합형 접착제의 단점을 보완해 주면서 열 경화형 접착제의 장점을 동시에 갖추고 있습니다.
일반적으로 양이온 중합은 새로운 구조의 고분자 합성이 가능하여 다양하고 중요한 부분에 적용될 수 있으며, 현재 넓은 범위의 제품 생산에 응용되고 있습니다. 양이온에 의해 생산되는 산업용 고분자는 알켄(alkenes)이나 헤테로사이클릭(heterocyclic) 모노머를 기반으로한 것입니다. 36가지 이상의 공업용 폴리머(polymer)와 공중합체(copolymer)는 그 등급이나 구성의 차이는 있으나 크게 이 두 개의 주요 군으로 분류할 수 있습니다. 양이온 중합에 의한 고분자는 연간 3백만 메트릭톤이 생산되며, 이는 고분자 전체 합성량 중 약 3% 정도차지하게 됩니다. 특히 양이온 광중합은 빠른 반응 속도, 에너지 효율, 무공해 방법 등의 장점으로 관심이 증대되고 있습니다.
광화학 양이온 반응의 광원으로 사용되고 있는 것은 자외선과 전자빔, 가시광선이다. 근래 이런 자외선, 전자빔 양이온 시스템은 새로운 기술 분야인 정밀 전자 공학, 정밀기계, 3차원 가공, 액정 디스플레이, 광학 미디어 및 광전자 재료 등으로 영역을 넓혀가고 있습니다.
이와 같이 양이온 광반응에 대한 관심과 연구가 활발히 이루어지고 있는 흐름 속에서 양이온 UV 경화형 접착제는 라디칼 UV 경화형 접착제를 대체하며 전기⋅전자 분야를 포함한 주요 제품의 새로운 접착 소재로서 각광받고 있습니다.
이러한 양이온 광반응 프로세스에 대한 전반적 이해와 양이온 UV 경화형 접착제의 특징 및 응용에 대해 확인할것 입니다.

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UV는 에너지가 높기 때문에 이 높은 에너지를 이용하기 위해 여러 산업분야에서 여러가지 UV 램프가 사용되고 있습니다. 오존 발생, 살균, UV경화, 광분해, 광합성, 노광, 표면 세정/개질 등 uv의 작용과 목적에 따라 여러가지의 uv 램프가 있습니다. 사용하는 용도에 따라 램프의 직경, 길이, 전극의 구조, 베이스(소켓부분)의 모양과 구조가 각각 다릅니다.
UV의 에너지가 높기 때문에 높은 에너지를 이용하기 위해 여러 산업분야에서 uv 램프가 사용되고 있습니다.
1). 석영관 : 직경 15-35mm의 석영관을 사용하여 만들며, 대부분의 램프는 외경 24.5-25mm의 석영관을 사용하여 만듭니다.
2). 발광 물질 : 램프 내부에는 램프 종류에 따라 수은 혹은 Metal halide salt 라는 발광 물질이 들어 있어서, 좌우의 전극에 전기가 공급되면 수은 혹은 Metal halide가 발광합니다.
**수은 혹은 Metal halide salt의 분자가 전자 충격을 받아 외곽 전자가 여기 되었다가 원래의 궤도로 복귀하면서 전자 충돌시 받은 에너지를 전자기파의 형태로 방출하는데 이러한 과정에서 빛이 나오므로 불이 켜지는 과정을 “발광”이라고 합니다.
3). 전극 : 램프 내부에는 텅스텐으로 된 전극이 램프 중심을 향하여 1개씩 있다 외부에서 공급되는 전기를 램프 내부로 연결시켜주는 통로입니다. 공급된 전기는 전자의 흐름이며, 전기가 공급되면 전극의 끝 부분에서 열전자가 방출되고, 이 열전자는 램프 내부의 수은 원자 궤도의 전자와 충돌하여 원자 궤도의 전자가 원래 위치로 복귀하면서 에너지를 전자기파의 형태로 방출합니다. 이 때 나오는 전자기파 중에서 파장이 100-370nm인 전자기파가 바로 uv입니니다. 전극은 온도가 2800-3000도로 높아지므로 고온에서 견딜 수 있는 텅스텐으로 만듭니다. 전극의 핵심은 저온에서 전자를 잘 방출하며, 불순물에 의해 전극이 산화되거나 파손되지 않도록 설계하고, 제작합니다.
**.좌우 전극의 끝 부분에서 맞은편 전극의 끝부분 까지의 길이를 극간거리 혹은 발광장(Arc Length)라고 부릅니다.
4). 버퍼 gas : 석영관의 내부에는 눈에는 보이지 않지만 아르곤, 크세논, 헬리움, 크립톤 등의 완충 가스가 수-수백 Torr 들어 있습니다. 완충 가스의 종류와 량에 따라 특정한 파장이 두껍게 혹은 얇게 나오고, 점등 전압, 흑화 진행 속도가 달라집니다.
5). 베이스 : 램프에는 수백-수천 볼트의 고전압이 인가되므로 전기가 도입되는 부분은 고압에 충분히 견뎌야 하고, 석영관은 유리처럼 잘 깨어지기 쉬운 재질이므로 석영관을 보호할 필요가 있습니다. 이러한목적으로 사용되는 것이 램프 베이스입니다. 램프 베이스는 보통 세라믹으로 되어 있으며, 황동 혹은 니켈 도금한 황동을 사용하는 램프도 있습니다.
**램프 베이스는 램프 제조회사별, 램프 모델 별로 수십 수백 가지의 모양과 크기가 있으며, 램프 구입처를 변경할 때는 베이스 모양을 알려 주는 것이 좋습니다.
6). 전선 : 램프에 전기를 인가해 주는 도체 입니다. 램프에는 수백-수천 볼트의 고전압이 인가되는데 안정기(파워 서플라이)에서 나오는 고압 전원을 램프에 연결 시켜 주어야 합니다.
**전선은 고전압과 고온을 견딜수 있는 실리콘 전선 혹은 테프론 전선이 사용됩니다.
7). 열 반사막 : 램프가 정상적으로 작동하기 위해서는 전극 주위의 온도가 800-900도로 높아야 하고, 이 부근의 온도를 높게 유지해 주어야 합니다. 그러나 전극에서 발생된 열은 투명한 석영관을 통하여 외부로 손실되므로 전극이 냉각되는데, 전극의 열손실을 방지하기 위해 열을 반사할 수 있는 열 반사막이 필요합니다. 열 반사막은 전극 주위 외부에 황색 혹은 백색의 알루미나 혹은 금 박막을 형성시켜 만듭니다.
한편, UV 램프에서는 고열이 발생하므로, 램프를 냉각 시키기 위해 차가운 공기를 공급하거나, 주위의 더운 공기를 배출해야 하는데 이때 전극도 지나치게 냉각되어 램프 내부의 수은이 응축되어 찬 석영관의 내벽에 응축하는 현상이 생깁니다. 수은이 석영관의 내벽에 응축되면 램프가 제대로 발광되지 않고 희미해 지므로 uv 경화가 되지 않습니다. 이러한 현상을 “과냉(過冷 : Overcooling)이라고 하며, 과냉을 막기 위해 전극 외부에 황색 혹은 백색의 “열반사막”이 코팅되어 있습니다.

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대부분의 디스펜서는 접착제의 점착성을 줄이고 흐름 특성을 개선하기 위해 디스펜싱 입구 근처의 히터를 사용합니다. 접착제 디스펜서 바늘 끝의 최적 온도는 주로 경화제에 의존하며 제품별로 다릅니다. 바늘 끝 온도가 너무 낮으면 재료가 예상대로 손쉽게 흐르지 않아 스트링을 유발할 수 있으므로 접착제 공급업체의 권장사항을 따르도록 합니다.
바늘 끝 온도가 너무 높으면 바늘에서 큐어링이 발생해 ID를 효과적으로 줄이고 도트 크기는 바늘이 퍼징되거나 세척될 때까지 점차적으로 줄어들 것입니다. 실제 온도를 알아보기 위해 핸드헬드 열전쌍으로 측정해 바늘 끝 온도의 설정값을 확인합니다. 디스펜서의 온도센서는 일반적으로 접착 경로에 장착되지만 그렇지 않을 수도 있으며 접착제 온도는 장비 측정값과 확연히 차이가 날 수 있습니다.

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