본 연구에서는 수성 아크릴계 점착제의 물성에 대한 주 단량체의 측쇄 사슬의 영향을 비교하기 위해 주 단량체로 각각 ethyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, lauryl methacrylate를 사용하여 acrylic acid, 2-hydroxyethyl acrylate와 공중합체를 합성하여 수성 아크릴 점착제를 제조하였다. 제조한 수성 아크릴 점착제의 고형분, 평균입도분포, 초기점착력, 최대점착력, 박리강도, 내열점착력 등의 물리적 특성을 비교하였다.
유연한 식품포장필름에 사용되고 있는 드라이 라미네이션용 유성접착제를 대체하기 위해, 고분자 분산제를 사용하여 유화하는 방법으로 수성 감압점착제를 친환경적으로 설계하였다. 유화중합에서 널리 사용하는 저분자량의 계면활성제는 물성의 변수로 작용해 왔다. 본 연구에서는 먼저 용액중합으로 polymeric nano-dispersant (PND)를 제조하고, 이 PND 입자들의 분산제를 micelle seed로 이용하여 core-shell grafted acrylic 점착제를 합성하였다. 이때 입자의 바깥층(shell)과 입자내층(core)의 $T_g$를 달리하여 얇은 필름의 점착조건인 초기접착력과 유지력의 균형을 이루도록 설계하였다. 최적화된 시험군 합성 점착제의 물성을 국내외 제조사에서 개발된 연구시료들과 비교분석하여, 점착제로서의 물성을 검토하였다. 물성 비교 결과, 본 연구에서 설계 합성한 저분자량의 계면활성제를 대체 사용한 고분자 나노분산제 기반 core-shell 점착제가 연포장에 적합한 점착물성을 나타냄을 확인하였다.
고분자 유화제를 2-에틸헥실 아크릴레이트와 n-부틸 아크릴레이트 그리고 아크릴산 단량체를 사용하여 단량체 조성과 분자량을 변화시켜 용액중합에 의해서 합성하였다. 합성된 고분자 유화제를 이용하여 반연속식 유화중합을 통해 수성 아크릴 에멀션 점착제를 제조하였다. 그 결과, 입자크기는 약 145 nm 정도로 전형적인 유화제에 비해 상대적으로 작게 나타났고, 입자크기분포도는 단분산적 형태를 보였다. 에멀션을 이용한 동결-해빙 시험결과 기존 유화제를 사용한 경우 2회 반복 후 응집이 발견되었으나, 고분자 유화제의 경우 7회 반복 후에도 응집이 보이지 않아 저장안정성이 매우 우수함을 나타냈다. 접착시험 결과 초기점착력과 점착력은 고분자 유화제의 분자량이 증가함에 따라 또한 아크릴산 함량이 높을수록 감소하는 경향을 나타내었고, 반면 유지력은 증가하였다.
본 연구는 식품연포장 적층 라미네이트에 주로 사용되는 유성접착제를 대체하기 위해 아크릴 수성화방법을 활용하여 친환경적인 수성 점착제를 설계하였다. 방법으로는 음이온/비이온 그리고 인산에스테르 계면활성제들의 조합과 분자량조절제(chain transfer agent, CTA)의 양을 달리하고, 기능성단량체(functional monomer)의 종류를 달리하였다. 합성된 점착제의 가교 정도와 분자량의 영향을 각각 실험군 8종으로 점착제를 설계 합성하고 조사하였다. 그리고 별도로 분자량이 서로 다른 styrene/alpha-methyl styrene/acrylic acid (SAA) semipolymer 분산제(Mw = 13,000과 Mw = 8,600)를 기존의 계면활성제를 대신하여 사용해 감압점착제(Pressure Sensitive Adhesive, PSA)의 물성을 조사하였다. 합성된 10종의 감압점착제가 유연포장용 기본 물성 규격에 적합한지를 DSC, 입자크기, adhesion, 분자량의 물성 분석으로 평가하였다. 실험 결과 계면활성제는 음이온/비이온 조합으로, CTA는 0.2%로 기능성 단량체는 HEA, GMA를 사용한 점착제 2개의 실험군에서 유연포장에 적용 가능한 분자량과 유연성, 낮은 접착력, 작은 입자의 물성을 확인하였다.
Butylacylate (BA)와 2-Ethylhexylacrylate (2-EHA)를 토대로 하여 수성 아크릴 점착제를 제조함에 있어서 경질성(rigidity)을 부여 하기 위하여 methyl methacrylate (MMA)를 부가 단량체로 사용하였다. 기능성 단량체의 영향을 파악하기 위하여 여러가지 기능성 단량체를 각각 1, 2, 3%를 사용하여 유화 중합(emulsion polymerization)을 하였다. 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonate acid를 사용한 아크릴 에멀젼 점착제가 접착물성이 가장 좋았다. Acrylic acid와 dimethyl-2-imidazlidon acrylate를 포함하는 아크릴 에멀젼 점착제는 물성은 좋으나 응집력이 약해 점착력 시험 중에 피착체로의 전이가 일어나는 것을 볼 수 있었다. 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonate acid의 함량이 많아질수록 접착력이 좋아졌으나 7 w% 이상에서는 점착력이 저하되는 것을 볼 수가 있었다.
본 연구에서는 polyoxyethylene(10) dodecylphenyl ether와 3-butenoic acid를 사용하여 방향족을 포함한 아크릴계 비이온 반응성 유화제를 합성하였으며, 합성된 비이온 반응성 유화제는 1H-NMR과 FT-IR로 구조를 확인하였다. 수성 아크릴 베이스 에멀젼의 제조에서 합성된 방향족을 포함한 비이온 반응성 유화제와 방향족을 포함하지 않은 비이온 반응성 유화제 및 음이온 유화제를 사용하여 고형분, 전환율, 입도분포, 박리강도와 내열유지력의 물성을 확인하였다. 입도분포의 경우 370~698 nm 범위에서 측정되었으며, 박리강도는 평균 1.507~1.802 kgf/in범위에서 측정되었다. 제조된 베이스 에멀젼의 내열유지력은 0.50~2.00 mm 범위에서 측정되었으며, 특히 합성된 방향족을 포함한 비이온 반응성 유화제를 사용한 경우, 방향족을 포함하지 않는 비이온 반응성 유화제를 사용한 경우보다 내열 유지력이 가장 뛰어남을 확인하였으며, 수성 아크릴 점착제로 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 3-butenoic acid와 폴리옥시에틸렌(20) 스테아릴 에테르를 사용하여 비닐기를 가진 반응성 유화제를 합성하였다. 합성 반응성 유화제는 FT-IR 및 $^1H-NMR$에 의해 확인되었다. 또한, 아크릴계 점착제의 제조에서 합성된 반응성 유화제와 통상적으로 사용되는 비이온성 유화제를 사용하여 각각의 점착제의 특성을 비교하였다. 고형분 함량은 56.8~57.4%의 범위에서 측정되었다. 초기 접착의 경우, 반응성 유화제로 제조된 S20BA는 $^{\sharp}13$으로 측정되었다. 제조된 접착제의 박리강도는 $0.66{\sim}1.05kg_f$의 범위에서 측정되었고 S20BA를 사용한 경우 가장 높은 박리 강도가 측정되었다. 내열성 시험 결과, S20BA의 내열성이 $840^{\circ}C$로 가장 높았다. 피부용 접착제에 대한 응용성을 평가하기 위하여 pH는 중성 7로 측정되었으며, 일차 피부 자극 시험의 결과로 비자극성으로 측정되었다.
수용성 접착제의 접착력을 향상시키기 위해 제미니형 비이온 반응성 계면활성제를 합성하여 수계 접착제에 적용하였다. 제미니형 비이온 반응성 계면활성제는 말레산 및 에틸렌옥사이드의 부가몰수가 다른 폴리 옥시 에틸렌 세틸 에테르를 사용하여 합성하였다. 합성된 계면활성제는 FT-IR 및 $^1H-NMR$에 의해 확인되었다. 합성된 화합물은 밝은 노란색 왁스의 형상이었고, 화합물의 운점은 $78^{\circ}C$ 이상이었다. 측정된 임계 미셀 농도(c.m.c)는 $1.0{\times}10^{-4}{\sim}7.0{\times}10^{-4}mol/L$이었고 표면장력은 25.9~32.0 mN/m이었다. 에틸렌옥사이드의 부가몰수가 증가함에 따라 유화력이 향상되었다. Ross-Miles 법에 의한 화합물의 발포 높이는 1.4~4.5 cm이었다. 본 연구에서 합성된 계면활성제는 수성 접착제의 유화 중합에서 유화제로 사용되었으며 그 물성을 평가하였다. 준비된 접착제의 고체 함량은 59%이었다. 접착제의 평균입자크기는 164~297 nm이었다. 접착제의 초기 점착성의 볼 번호는 20~32이었으며, 박리 강도는 $1.8{\sim}2.1kg_f/mm$이었다. 점도 유지율은 30 days 동안 99%로 확인되었다. 합성된 제미니형 비이온 반응성 계면활성제는 점착력을 위한 유화제로 사용될 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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