열경화성 열경화형 접착제 메커니즘(가교 반응 및 그 유형)

열경화성 접착제란 무엇인가요?

이름에서 알 수 있듯이 열 경화형 접착제는 열에 반응하여 경화 반응을 일으키는 접착 소재입니다. 필름 형태로도 판매되는 경우도 있지만, 대부분은 액체 형태입니다. 다양한 분자량의 물질이 액체에 혼합되면, 열에 의해 분자의 작용기가 3차원적으로 결합하고 중합되는 가교 반응을 통해 경화 및 접착됩니다.

가교 반응은 「불가역 반응」

가교 반응은 비가역 반응입니다. 이를 설명하기 위해 가역 반응의 반대 개념을 살펴보겠습니다. 아래는 몇 가지 일반적인 접착제 범주입니다. 셀로판 테이프와 같은 접착제도 감압 접착제로 분류되지만, 여기서는 접착제 자체가 변화하는 경우에만 초점을 맞추겠습니다.

가역 반응을 일으키는 접착제의 흔한 예로는 학교 공예에 사용되는 풀과 풀 스틱, 가정 DIY 프로젝트에 사용되는 목공용 접착제, 그리고 핫멜트 접착제가 있습니다. 핫멜트 접착제는 열에 노출되면 녹으며, 식어서 굳으면 부품을 고정하는 데 사용됩니다. 최근에는 액세서리와 같은 수공예품을 만드는 데 핫 글루건과 함께 자주 사용됩니다. 이 핫멜트 접착제의 주성분은 열에 반응하여 딱딱한 상태에서 부드러운 상태로 전이되는 열가소성 수지입니다. 즉, 이러한 변화는 가역적입니다. 이는 수지 분자의 열 반응이 가교 반응이 아니라 얼음이 녹아 물이 되는 것처럼 분자 간 힘의 변화이기 때문입니다. 분자 구조 자체는 변하지 않습니다.

그러나 열경화성 접착제는 열에 의해 촉발되는 가교 반응(액체에서 고체로 변화, 상변화)과 같은 비가역적인 반응을 겪습니다. 상변화가 일어나면 수지에 다시 열을 가해도 상태 변화가 일어나지 않습니다. 이는 분자 간 가교 반응으로 생성된 구조가 매우 강하고 안정적이기 때문입니다. 열경화성 접착제를 제조할 때 재료의 종류와 비율을 조절하여 가교 밀도를 높일 수 있으며, 이는 경화 후 내열성, 내화학성, 내습성을 향상시킬 수 있습니다.

이러한 특성으로 인해 열경화성 접착제는 접착 후 높은 신뢰성을 가지게 되어 전자부품의 반도체 실장재료 등 산업용 접착제로 널리 사용되고 있다.

전자 부품에 사용되는 열경화성 접착제의 5가지 주요 유형

전자 부품 생산에 사용되는 열경화성 접착제는 다섯 가지 종류가 있습니다. 아래에서 각 접착제의 특성을 살펴보겠습니다.

■에폭시-산무수물계

이 유형의 접착제는 이미다졸과 산 무수물이 반응하여 결합한 후 에폭시와 중합되어 경화됩니다. 많은 산 무수물은 점도가 낮아 다양한 다른 성분과 혼합할 수 있습니다. 접착제에 기능성을 부여하는 필러를 쉽게 첨가할 수 있으며, 기계적 물성을 향상시키는 필러를 첨가하면 고온에서도 유용한 특성을 유지하는 접착제를 만들 수 있습니다.

한편, 산 무수물은 물과 결합하면 분해되어 유리산을 발생시키는 성질이 있습니다. 저장 중에 흡습하기 쉽고, 습도에 대한 내성이 낮기 때문에, 사용 기한이 짧은 것은 단점이라고 말할 수 있을지도 모릅니다. 경화 온도가 높고 경화에 시간이 걸리고 반응성이 느리고 점도가 낮기 때문에 경화 중에 가스가 발생하기 쉽다는 단점도 있습니다.

이러한 단점에도 불구하고, 앞서 언급한 우수한 내열성은 여전히 매력적인 장점입니다. 에폭시 산 무수물 접착제는 현재 반도체 실장재에 널리 사용되고 있으며, 신뢰성이 높은 접착제로 알려져 있습니다.

■에폭시-음이온 중합계

에폭시 음이온 중합 접착제는 에폭시기가 경화제로 사용되는 아민 분자와 결합하면 경화됩니다. 이 소재는 오랫동안 사용되어 왔으며, 다양한 아민 계열이 경화제로 개발되어 물리적 특성을 쉽게 제어할 수 있게 되었습니다.

접착제는 한 가지 성분으로 구성된 것과 두 가지 성분이 혼합된 것, 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 일액형 에폭시 음이온 중합 접착제를 제조할 때는 분말 형태의 경화제를 사용하는 경우가 많기 때문에 혼합액의 점도가 높습니다. 점도가 높을수록 내열성을 부여하는 높은 필러 밀도를 얻기가 어려워집니다. 결과적으로 선팽창 계수(열에 의한 물체 크기의 변화 계수)가 높아집니다. 높은 점도, 높은 경화 온도, 긴 경화 시간으로 인한 사용의 어려움은 이러한 유형의 접착제의 단점이었지만, 덱세리얼즈는 최근 저온 및 속경화 접착제를 개발하여 새로운 용도와 목적에 대한 적용을 모색하고 있습니다.

■실리콘-부가 반응계

실리콘 부가 반응 접착제의 분자는 다른 접착제에 비해 상대적으로 긴 분자 결합 길이를 가지고 있어 유연성이 뛰어납니다. 유리 전이점(Tg)이 매우 낮아 경화 온도가 영하 수십도에 달하는 제품을 만들 수 있습니다. 이러한 접착제는 사용 편의성과 뛰어난 내열성 및 내한성으로 인해 다양한 용도로 사용됩니다.

많은 실리콘 유형은 2액형 접착제로, 경화 온도가 낮다는 장점이 있지만, 경화 시간이 긴 경우도 많습니다. 또한, 구조적으로 저분자량 실록산을 포함하고 있어 접착 후 시간이 지남에 따라 재료가 절연체로 변하면서 접촉 불량이 발생할 위험이 있습니다. 또한 실리콘은 발수성이 뛰어나지만, 습기는 통과시키기도 합니다. 전자 부품과 같이 전기적 경로가 있는 부품에 사용할 때는 이러한 특성을 고려해야 합니다.

■에폭시-티올계

에폭시 티올 접착제는 다른 열경화성 접착제에 비해 경화 반응이 비교적 빠릅니다. 이 접착제는 추운 지역용 2액형 도료에 흔히 사용되는 이미다졸과 티올이라는 두 가지 재료를 에폭시 수지를 경화시키는 재료로 사용합니다. 이 조합은 반응성이 매우 높아 외기 온도가 0°C인 곳에서도 혼합과 동시에 경화 반응이 일어나지만, 취급이 까다로워 일액형 접착제로 만드는 것이 어려웠습니다. 최근 촉매와 안정제를 개선하여 비교적 낮은 온도에서도 경화성을 유지하면서 경화 속도가 훨씬 빠른 일액형 접착제가 개발되었습니다. 100~120°C에서 수초 내에 경화되는 성능도 향상되었습니다. 수초 내에 경화되는 열경화성 접착제가 등장하면서 새로운 응용 분야가 개발되고 있습니다.

■에폭시-양이온 중합계

에폭시 양이온 중합 접착제의 경화물은 에테르 결합으로 구성되어 있어, 높은 내수성, 낮은 경화 수축률, 경화 중 낮은 가스 방출 등 정밀 부품 접착제에 상당한 이점을 제공합니다. 반면, 촉매가 산을 생성하고 피착체 표면에 염기나 수분이 있을 경우 경화가 억제되어 금속 부식을 유발할 수 있습니다. 촉매에 유해 물질인 안티몬이 포함되어 있어 취급이 어려운 등 사용 방식과 부품에 많은 제약이 있습니다. 하지만 탁월한 성능 덕분에 이미지 센서 캡 씰이나 LCD 패널 유리용 스티커와 같은 특정 전자 부품에 필수적인 접착제로 자리 잡았습니다.

앞서 언급한 다섯 가지 유형의 열경화성 접착제의 특징은 전자 부품용 접착제로서의 용도에 초점을 맞춰 논의되었습니다. 각 유형의 장단점은 상황에 따라 달라집니다. 예를 들어, 비가역적 접착은 더 강한 접착력을 생성하여 부품 고정에는 장점이 되지만, 수리에는 단점이 될 수 있습니다. 접착과 고정의 개념은 기술의 발전과 생활 방식의 변화에 따라 계속해서 변화할 것이며, 현재 단점으로 여겨지는 것들이 관점의 변화에 따라 유용한 장점으로 활용될 수도 있습니다. 덱세리얼스는 접착제 분야의 전문성과 지식을 바탕으로 접착제 기술 분야의 새로운 도전에 적극적으로 참여하고 고객의 요구에 부응할 것입니다.