열경화성 접착제의 5가지 과제와 그 해결책

열경화성 접착제의 5가지 개선 영역

열경화성 접착제는 전자 부품 접착에 널리 사용되고 있지만, 일부 특성으로 인해 개선이 필요했습니다. 이러한 개선 사항 중 다섯 가지를 아래에 간략하게 소개합니다.

1. 저온 경화

많은 열경화성 접착제는 120~180°C의 온도에서 경화되기 때문에 내열성이 낮은 피착재에는 사용하기 어렵습니다. 내열성이 높은 플라스틱 소재는 가격이 매우 비싸고, 광학 부품의 미세한 열 변형도 방지해야 하며, 제품의 소형화(피착재가 작고 얇아질수록 내열성이 저하됨)가 필수적이기 때문에 60~80°C의 저온에서 경화되는 열경화성 접착제에 대한 수요가 증가하고 있습니다.

2. 빠른 경화

열 경화형 접착제는 자외선 경화형 접착제처럼 몇 초 만에 굳어지지 않습니다.
많은 제품이 경화되는 데 30분에서 몇 시간이 걸리므로 생산성을 높이려고 할 때 병목 현상이 발생하는 경우가 있습니다.

3. 아웃 가스 감소

열경화성 접착제의 분자량이 낮은 성분은 경화 중 또는 경화 후에 가스화되어 장치나 작업 환경을 오염시킬 가능성이 있습니다.

4. 고정 정밀도 개선

경화에 시간이 걸리기 때문에, 굳어질 때까지 피착체를 정밀도 높게 유지할 필요가 있다.

5. 더 높은 신뢰성

전자 기기가 점점 더 작아지고 성능이 높아짐에 따라 접착제의 신뢰성도 더욱 높아질 것이 요구되고 있습니다.

이러한 개선 요구를 충족하기 위해 Dexerials는 혁신적인 새로운 열경화 접착제를 개발하기 위해 노력하고 있습니다.

개선 요구에 대응

위에 제시된 개선 요구는 최근에 나타난 것이 아니라, 아직 해결되지 않은 지속적인 개발 주제입니다. 하지만 수치적 목표와 목적은 기술 발전과 시장 요구에 맞춰 지속적으로 업데이트되고 있습니다. 여기서 중요한 점은 다른 특성을 희생하지 않고 개선을 이루어야 한다는 점입니다. 하지만 개선을 시도할 때 다른 특성에 미치는 영향이라는 형태의 상충 관계가 항상 존재합니다. 열경화성 접착제를 개선하려면 이러한 요구를 충족하면서도 단점이 없는 솔루션을 찾는 것이 필수적입니다.
Dexerials의 구체적인 솔루션을 논의하기에 앞서, 지금까지 이루어진 노력에 대해 살펴보겠습니다.

저온 경화와 고속 경화의 경우, 개선의 필요성 자체가 상충 관계를 야기합니다. 일반적으로 경화 온도를 높이면 경화 속도가 빨라지고, 낮추면 경화 시간이 길어집니다. 경화 온도를 낮추거나 경화 시간을 단축하는 것만큼 간단하지는 않습니다. 경화 온도와 경화 시간은 각 사용 사례의 요구를 충족하도록 설계되어야 합니다.

즉, 우리는 접착제가 편리한 타이밍(온도와 시간)에 맞춰 굳기를 원합니다.

저온 경화와 빠른 경화를 동시에 구현하기 위한 기본적인 접근 방식은 저에너지 활성화로 경화될 수 있는 높은 화학 반응성을 가진 접착제를 설계하는 것입니다. 하지만 단 한 번의 접촉으로 경화되는 접착제 또한 문제가 될 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 주 접착제와 경화제를 분리하여 예상치 못한 경화를 방지하는 2액형 열경화성 접착제가 개발되었습니다.

2액형 시스템은 두 액체를 혼합하지 않으면 전혀 반응하지 않습니다. 따라서 저에너지 활성화로 접착력을 유지하면서 장기간 보관할 수 있으며, 한랭지용 페인트나 실온에 가까운 온도에서 저온 경화 및 속경화용 솔루션으로 사용되는 저온 경화 접착제 등 다양한 용도로 사용됩니다.

반면, 2액형 시스템은 안정적인 성능을 위해 두 액체를 정확한 비율로 균일하게 혼합해야 합니다. 모바일 기기와 같이 높은 정밀도가 요구되는 분야에서는 혼합 비율의 미세한 차이 또는 혼합 불균일성만으로도 접착 품질에 변동이 발생하여, 위치 고정 부품의 정밀도 향상 및 신뢰성 향상 효과를 저해할 위험이 있습니다. 따라서 고객 작업 현장에서 정확하고 신속한 작동이 필수적입니다.

열경화성 접착제의 새로운 노력

정밀 장비의 경우 2성분 접착제보다 1성분 접착제가 더 선호됩니다.​ 일액형 접착제는 자체 경화되기 때문에 혼합 비율 차이, 불균일한 혼합, 액상 성분의 불균일성 등 이액형 접착제와 관련된 문제 없이 안정적인 접착력을 얻을 수 있습니다. 그러나 일액형 접착제는 약간의 열에도 반응하기 때문에 일부 제품은 실온에서 경화되기 시작할 수 있다는 단점이 있습니다. 따라서 많은 일액형 접착제는 일반적으로 냉동 보관됩니다. 사용 전 수십 분에서 한 시간 동안 실온에서 방치하여 용기 내에서 해동합니다. 해동 후에는 정밀 디스펜서를 사용하여 정해진 양의 접착제를 사용합니다.
Dexerials는 재료 정밀성, 편의성, 생산성 향상의 관점에서 1성분 열경화 접착제 개발에 집중하고 있습니다.

다음으로, 덱세리얼스가 열경화성 접착제의 문제점을 극복하여 개발에 성공한 제품에 대해 살펴보겠습니다.

잠재성 중합 개시제를 이용한 에폭시 양이온 중합 열경화성 접착제

Dexerials에서 개발한 수많은 접착제 중에서 최근 성공적인 혁신 제품은 에폭시 양이온 열경화 접착제와 캡슐화된 중합 개시제를 결합한 제품입니다.

경화된 재료가 주로 에테르 결합으로 구성되기 때문에 에폭시 양이온 접착제는 높은 내수성, 낮은 경화 수축률, 그리고 경화 중 가스 방출 감소라는 특징을 가지고 있어 앞서 언급한 두 가지 개선 요구 사항을 충족합니다. 그러나 경화 반응 속도가 느리고 중합 개시제로 인한 문제라는 단점도 있습니다. 따라서 정밀 부품 고정용 접착제로 거의 고려되지 않았습니다.

에폭시 양이온 열경화성 접착제의 낮은 경화 수축률이 정밀 접착제 분야에서 큰 이점을 제공하고 새로운 응용 분야 개발을 가능하게 할 수 있다는 믿음을 바탕으로, 저희는 이 반응 시스템 개선 작업을 시작했습니다. 기존에는 독성이 강한 안티몬(Sb)이 이 반응 시스템의 중합 개시제로 자주 사용되었으며, 이것이 이러한 접착제가 기피되는 이유 중 하나입니다. 따라서 저희는 중합 개시제를 개선하는 것부터 연구를 시작했습니다. 새로운 중합 개시제를 개발하면서 저희는 저온 속경화뿐만 아니라 독성 물질이나 할로겐을 사용하지 않고도 개시제를 제조하는 방법을 목표로 했습니다. 결국 현재의 개시제를 개발하게 되었습니다. 하지만 새로운 개시제는 저온 경화 및 속경화에 대한 기대치를 충족했지만, 활성이 매우 높아서 첨가 즉시 경화 반응이 적절한 시점이 아닌 즉시 시작되었습니다. 접착력 품질과 생산 시 사용 편의성을 고려했을 때 단일 구성 요소 시스템이 필요했으며, 이에 따라 원하는 시점까지 활성화를 숨겨 지연 시간을 만드는 방법에 대한 필요성이 제기되었습니다.

새로운 중합 개시제에 잠복성을 부여하기 위해 고안한 방법은 저희만의 독자적인 제조 공정으로 제작된 폴리머 캡슐에 개시제를 봉입하는 것이었습니다. 특수 폴리머로 제작된 이 캡슐은 온도가 특정 온도 이상으로 상승하면 파열되어 내부의 개시제가 주변 액체와 접촉하여 반응을 시작합니다. 온도가 임계 온도를 초과하지 않는 한, 개시제는 캡슐 내부에 남아 경화가 일어나지 않습니다. 열경화용 잠복 중합 개시제의 개발을 통해, 열경화 접착제 분야에서 에폭시 양이온 접착제의 낮은 경화 수축률이라는 이점을 활용할 수 있는 일액형 솔루션이 개발되었습니다.

덱세리얼즈는 고활성 물질 캡슐화 기술과 반응 제어를 위한 폴리머 캡슐 기술을 더욱 발전시켜 이 레이턴시 기술의 추가 응용 분야를 모색하고 있습니다. 또한, 주성분으로 사용되는 수지를 더욱 개선하고 있습니다. 새로운 양이온 중합 열경화 접착제는 저온 경화, 빠른 경화, 이온 불순물 및 가스 발생 감소 등 다양한 고객 요구를 충족할 수 있을 것입니다. 덱세리얼즈는 앞으로도 이 분야에 집중하여 이 기술의 활용을 확대하기 위해 노력할 것입니다.
*덱세리얼스는 잠재성 경화제를 사용하는 열경화성 접착제를 생산 및 판매하지만, 외부에 잠재성 경화제를 판매하지 않습니다.