우레탄계 점착제

우레탄계 점착제는 크게 폴리올과 이소시아네이트로 구성되는데, 폴리올과 폴리이소시아네이트의 반응에 의해 생성된 우레탄 프리폴리머와 다관능 이소시아네이트 화합물을 이용한 2액 반응형과 폴리올과 다관능 이소시아네이트 화합물을 한 번에 반응시키는 1액 반응형이 있다. 폴리올과 이소시아네이트류의 구성에 따라 점착 물성을 조절할 수 있어 다양한 설계가 가능하여 최근에는 터치 패널 디스플레이나 이의 제조 공정에서 사용되는 기판 및 광학 부재 등의 보호 테이프로도 개발 및 연구되고 있다.  

 

 

 

우레탄계 점착제의 구성

우레탄계 점착제는 폴리올 혹은 우레탄 프리폴리머, 이소시아네이트, 쇄연장제를 기본 구성으로 하여 필요에 따라 촉매, 용제, 첨가제를 사용하기도 한다. 

2액 반응형을 구성하는 우레탄 프리폴리머는 폴리올-폴리이소시아네이트 반응 생성물로 수산기를 말단에 함유하여 경화제로 사용되는 다관능 이소시아네이트 화합물 등과 반응한다. 또한 점착 특성을 조절하기 위하여 이소시아네이트기를 말단에 함유한 프리폴리머와 폴리올을 반응하여 제조하기도 한다. 

 

우레탄 결합

1개 이상의 이소시아네이트(NCO group)을 가지고 있는 이소시아네이트류와 1개 이상의 수산기를 갖는 알콜류를 적정한 조건 하에서 반응시키면 발열이 되면서 [-NHCOO-]n 구조의 화학물질이 생성되는데 이것을 우레탄 결합이라고 하며, 이 우레탄 결합을 반복적으로 갖는 고분자를 폴리우레탄이라 한다. 따라서 우레탄계 점착제는 폴리올에 의한 soft segment와 우레탄기, 우레아기, 뷰렛기, 방향족기 등에 의한 hard segment를 모두 함유하고 있다. 

 

폴리올

폴리올은 수산기가 2개 이상인 액상 고분자로 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올을 사용한다. 우레탄 점착제의 soft segment는 폴리올에서 유래하므로 일반적으로 폴리올의 분자량이 크면 유연성이 증가하여 기계적인 물성이 저하되기도 한다. 

- 폴리에틸렌 폴리올 : Polyetheylene glycol (PEG), Polypropylene glycol (PPG), EO/PO 공중합체 

- 폴리에스테르 폴리올 : EG, DEG, PG, 1,6-hexandiol 등의 저분자량 디올과 테레프탈산, 아디프산, 이소프탈산 등의 이염기산 성분이 축합 반응한 화합물, 폴리카프로락톤 등의 환상 에스테르 화합물을 개환 중합한 폴리올

- 그 외 : 폴리옥시알킬렌 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올

 

이소시아네이트

우레탄 프리폴리머 제조에 주로 사용되는 방향족 이소시아네이트는 toluene diisocyanate (TDI), methylene-4,4'-di(phenylisocyanate) (MDI), polymeric MDI (PMDI)가 있고, 이 외에도 IPDI, HDI 등이 있으며 필요에 따라 2종 이상이 혼합되어 사용될 수도 있다. 높은 증기압을 가진 이소시아네이트 단량체의 사용을 피하기 위하여 이소시아네이트 말단 부가물이나 수산기를 함유하는 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리부타디엔과 디이소시아네이트의 프리폴리머가 활용되기도 한다. 

 

가교제로 사용되는 다관능 이소시아네이트 화합물은 어덕트형 변성체, 뷰렛형 변성체, 이소시아누레이트형 변성체 등이 사용된다. 이 중 지방족, 지환족 다관능 이소시아네이트 화합물은 내후성 및 내광성이 우수하여 광학 용도에 많이 적용된다. 필요에 따라 배합 시 DBTDL 등의 촉매를 첨가하여 사용하기도 한다. 

 

쇄연장제

이소시아네이트와 반응 가능한 관능기를 3개 이상 갖는 다관능 화합물로서, 주로 아민 화합물이나 다가 알콜이 사용된다. 이소시아네이트 말단 프리폴리머와 반응하여 원하는 분자량으로 조절할 수 있고, 이소시아네이트와의 비율을 조절하여 증점을 제어하거나, 수산기 말단 우레탄 프리폴리머를 제조할 수 있다. 또한 우레탄 프리폴리머끼리 연결시키거나 우레탄 프리폴리머 중에 잔존하여 가교제로서의 다관능 이소시아네이트 화합물과의 반응에 사용되기도 한다. 

 

첨가제 

우레탄 프리폴리머와 가교제를 반응하여 제조하거나 1액 반응형으로 제조한 우레탄계 점착제는 그 자체로도 점착 물성을 발휘하지만 필요에 따라 자외선 안정제, 산화 안정제, 소포제, 점착 부여제 등의 첨가제나 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 아미노 수지, 에폭시 수지를 첨가하기도 한다. 

 

우레탄계 점착제의 특징

우레탄계 점착제는 우레탄 결합이나 우레아 결합 자체에 응집력이 있어 기계적 물성이 우수하고, 재박리성이 양호하다. 또한 보호테이프에서 중요하게 여기는 박리후 잔유물 발생이 적다는 장점이 있으며, 제조 후 냄새가 적고 피부 자극성이 낮아 사용성이 좋다. 주요 구성 물질인 폴리올, 이소시아네이트 등의 원재료가 다양하여 점착력과 기계적 물성 등을 고려하여 자유롭게 설계가 가능하다. 용제형, 수성형, 핫멜트형으로 제조되고 있으며 최근에는 아크릴레이트 유도체로 변형된 폴리우레탄 아크릴레이트를 합성하여 UV 경화형 점착제로도 활용되고 있다. 그러나 아크릴계 점착제에 비하여 가격이 비싸고 폴리올레핀류의 피착재에 대한 접착력이 부족한 단점이 있다.