실리콘계 점착제

실리콘계 점착제는 silanol(SiOH)를 분자쇄 말단에 관능기로 포함하고 있는 고분자량의 polydimethyl siloxane 또는 polydimethyldiphenyl siloxane이다. 불소수지나 실리콘 같은 난부착 소재의 피착재에 대한 점착력이 높고 가용 온도범위가 -50~250℃로 넓으며 내후성, 내수성, 내열성, 전기적 특성이 우수하다. 

실리콘계 점착제에는 크게 유기과산화물에 의해 가교되는 과산화물 경화형(축합형)과 부가 반응에 의해 가교되는 부가형이 있다.

 

 

실리콘계 점착제의 조성

실리콘계 점착제는 주로 실리콘 엘라스토머와 MQ레진이라 불리는 실리콘 레진, 용제, 촉매로 구성되며 부가형의 경우 가교제로 SiH 고분자를 사용한다. 

실리콘 엘라스토머는 [(R)₂SiO]𝗇의 구조식을 갖는 분자량 수십만의 선형 실리콘 고분자이고, 점착부여제인 MQ레진은 [(CH₃)₃SiO½]의 M단위와 [SiO⁴⁄₂]의 Q단위로 구성된다. 실리콘 고분자의 R에는 메틸기나 페닐기가, 말단에는 수산기, 메틸기, 비닐기가 일반적으로 사용된다. 이들을 단순 혼합 혹은 실리콘 엘라스토머 말단의 수산기와 MQ레진 말단의 수산기끼리 축합반응한 것을 사용하는데 배합 비율을 조절하여 점착 물성을 조정할 수 있다. 과산화물을 이용한 라디칼 가교반응과 백금촉매를 이용한 hydrosilylation이 가교반응으로 주로 채택된다. 

 축합형은 실리콘 엘라스토머와 MQ레진의 비율, 과산화물의 첨가량으로 tack, 접착력, 응집력 등의 점착 물성을 변화시킬 수 있다. 보통 과산화물을 많이 첨가하면 응집력이 증가하되 tack, 접착력은 감소되는 경향이 있다. 

 부가형은 가교밀도로 점착 특성을 조정할 수 있으며 가교밀도가 높을수록 응집력이 증가하고 tack과 접착력은 감소된다. 

 

축합형 실리콘계 점착제

축합형 실리콘계 점착제는 과산화물의 열분해에 의해 생성된 라디칼에 의한 커플링으로 가교 반응이 일어나는 것인데, 이때 라디칼이 용제에 소비되어 가교밀도가 낮아질 수 있어 저온에서 예비 건조를 통해 용제 제거가 필요하다. 예를 들어 많이 사용되는 과산화벤조일의 경우 100℃ 이하에서 예비 건조, 150℃ 이상에서 경화를 진행해야 한다. 이처럼 2단계 경화와 150℃ 이상의 고온 경화가 필요하므로 내열성이 있는 기재 혹은 지지체를 사용해야 한다. 또한 사용할 수 있는 가사시간이 긴 장점이 있지만 과산화물의 분해 과정에서 발생하는 부생성물이 점착제에 잔존하여 냄새가 발생하고 금속 피착재에 부식을 일으킬 수 있는 문제가 있다. 

 비실리콘계 대비 높은 열적 특성이 우수하여 내열테이프, 라벨, 실리콘 이형지용 스플라이싱 테이프, 도금 마스킹 테이프에 많이 사용된다. 

 

부가형 실리콘계 점착제

부가형 실리콘계 점착제는 hydrosilylation 이라고도 하며 백금 촉매 하에서 SiH기가 다중결합에 부가하는 반응이다. 저온 1단계만으로 경화가 가능하여 내열성이 비교적 낮은 기재 혹은 지지체를 사용할 수 있고, 배합으로 점착 물성 조절이 가능하다. 또한 경화 시에 부생성물이 발생하지 않아 냄새나 금속 피착재의 부식 같은 문제가 적고, 축합형보다 내열성이 우수한 장점이 있다. 다만 백금 촉매가 고리화합물, 이온 화합물, 아민 등에 의해 손상을 입어 경화 방해를 받기 쉬우므로 신경 써서 관리해야 한다. 

 

실리콘계 점착제의 특징 및 용도

실리콘계 점착제는 유리전이 온도가 낮게는 -120℃ 수준으로 낮고, 주 골격인 Si-O 결합이 C-C 결합보다 더 큰 결합에너지를 가져 분해 온도가 상대적으로 높다. 즉, 저온에서의 점착력이나 고온에서의 점착력이 비실리콘계에 비해 월등히 우수하다. 그 외에도 습기, 자외선, 오존, 방사선에 강하고 박테리아 저항성 및 생리적 불활성을 나타내는 특징을 가지며 내화학성이 뛰어나다. 따라서 고온 고압의 전기절연, 마스킹, 내열 라벨, 스플라이싱 라벨, 전지 전극의 separator, 열 롤 보호 및 이형, 코일 결속 절연등의 내열성과 전기 특성을 필요로 하는 분야에 주로 사용된다. 최근에는 터치 패널 디스플레이를 오염이나 흠집 등을 방지하기 위한 보호 테이프나 렌즈 가공용 테이프 등 특수 기능성을 필요로 하는 점착테이프에도 적용되고 있다. 

 점착 테이프는 중 필름 기재를 적용한 경우에는 투명성 등을 고려하여 PET 등의 폴리에스테르 필름이 많이 사용된다. 이때 기재 필름과 점착제의 밀착성이 중요한데 실리콘 점착테이프의 경우 코로나 처리 외에도 프라이머 처리도 진행한다. 이에 따라 실리콘 점착제용 프라이머 조성물에 대해서도 많은 연구가 진행되고 있다. 

 

 

실리콘계 점착제는 고가의 재료로 인해 제조 단가가 높다는 단점이 있음에도 불구하고 고온 및 저온 점착 특성, 화학적 불활성, 전기 절연성, 생체 적합성, 표면 에너지가 낮은 피착재에 대한 접착성 등 우수한 성능을 발휘하여 끊임없이 개발되고 있다. 특히 내열성이나 내화학성을 필요로 하는 보호테이프류나 전기 절연성을 요구하는 절연 테이프류, 리웍성과 밀착 특성이 필요한 디스플레이 보호테이프류에서 각광받고 있다. 최근에는 실리콘 엘라스토머에 프라이머 기를 부여하거나 깨지지 않으면서도 응집성을 높이기 위하여 MQ 수지를 개선하는 연구, 아크릴과 실리콘의 공중합체를 만들어 각 점착제의 단점을 극복하고자 하는 연구도 진행되고 있다.