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점착제는 감압성 접착제(pressure sensitive adhesive, PSA)라 지칭되며, 압력만으로도 붙일 수 있고 다시 떼어낼 수 있는 특성을 가지고 있다. 따라서 점착제는 표면에 붙을 수 있는 흐름성을 가지면서도 외력에 대해 쉽게 유동하지 않아야 하며 응력완화가 빨라야 한다. 이를 구현하기 위해 점착제의 3대 물성인 초기점착력, 접착력, 응집력에 대해 알아보고자 한다.
초기점착력 (tack)
우리나라 점착 산업계에서는 통상적으로 초기점착력보다는 tack이라는 명칭을 주로 사용한다. 알기 쉽게 표현하자면 포스트잇이나 스티커, 박스테이프 등의 점착테이프의 점착면을 손으로 만졌을 때 느껴지는 끈적임이 tack이다.
Tack은 작은 압력으로도 피착재에 접촉된 후 짧은 시간 내에 접착이 가능한 기능을 의미한다. JIS Z 109에 「점착제의 주요 성질 중의 하나로, 가벼운 힘으로 단시간에 피착재에 점착되는 힘」이라고 정의되어 있듯이 접착제와 구별되는 점착제의 독특한 특성으로 접착력과 응집력에 모두 관여하여 점착의 특징을 구현한다.
Tack은 정의대로의 측정이 애매한 만큼 측정 방법이 매우 다양하게 개발되고 논의되고 있으며 대표적으로 ball tack, probe tack, finger tack 방식 등이 사용된다.
1) Ball tack : 점착제 위에 ball을 굴리고, 정지한 ball의 직경이나 정지거리에 따라 tack의 정도를 판별하는 방법이다. 점착제와 ball의 표면이 접촉과 박리를 반복하면서 ball의 회전 운동에 점착제의 순간적인 접착성이 영향을 미칠 것이라고 추정하는 측정법으로 J.Dow 법에 근거한 경사식 ball tack, PTSC-6와 ASTM D 3121의 rolling ball tack이 주로 사용된다.
경사식 ball tack은 점착제가 깔린 경사각 30º의 조주로에 규격화된 다양한 크기의 ball을 일정한 조건으로 굴려서 정해진 범위 내에서 5초 이상 강구가 움직이지 않는 상태, 즉 완전히 정지한 상태가 되는 것 중 가장 큰 ball의 직경을 채택한다. 너무 크면 정해진 범위를 넘을 것이고, 작으면 범위 내에서 정지할 것이기 때문이다. 이 때 ball 번호가 직경(번호/32 인치)을 나타낸다. 예를 들어 18/32 인치의 ball이 가장 큰 것이면 tack이 "ball 번호 18"인 것이다. Ball의 번호가 클수록 tack은 크다.
Rolling ball tack은 경사면의 주행로 아래 점착제를 두고 일정 크기의 ball을 굴렸을 때 점착제면 위의 주행거리를 측정하여 평가한다. Tack이 클 수록 주행거리는 짧다.
2) Probe tack : finger tack을 정형화하여 정량적인 데이터를 얻기 위하여 개발된 방식이다. 응력 검출기에 probe를 장착하여 점착제에 붙였다가 떼면서 발생하는 힘을 측정하는 원리이며, ASTM에는 inverted probe tack 시험기가 채용되었다. 다만 probe가 점착제에 동일하게 접촉되어야 측정 오차가 적을 것이므로 형태 선정에 주의가 필요하다.
3) Finger tack(지택) : 점착제의 개발, 제조 현장에서 가장 많이 사용되는 방법으로 숙련도가 높은 시험자의 판단에 의존하는 정성적이고 간단한 판별법이다. 손가락으로 점착제를 접촉했다 떼면서 느껴지는 감각으로 tack을 평가하는 관능적인 방법인 만큼 손가락의 수분이나 유분에 의한 오염도에 영향을 많이 받는다. 그러나 경험이 많은 시험자의 판단이 신뢰도가 높다면 빠른 결정이 필요한 개발 및 제조 현장에서 유용하게 사용되는 방법이다.
접착력 (adhesion)
점착력(peel adhesion)이라고도 하며, 피착재 표면으로부터 점착제면을 박리할 때의 저항력으로 나타나는 물성이다. 테이프를 붙였다가 뗄 때 들어가는 힘을 생각하면 이해하기 쉬울 것이다. 일반적인 용도의 점착제, 특히 점착테이프는 사용자가 원하는 수준의 접착력을 구현하는 것이 가장 중요하며, 제품의 선택 시 제조사에서 제공되는 접착력이 우선 검토 대상이 된다.
다만 점착제는 겔 상태의 점탄성 물질로 피착재에 젖을 수 있는 흐름성을 가지고 있으므로 접착에 가하는 압력과 시간 등에 크게 영향을 받고 피착재의 소재나 표면 상태에 따라 서로 다른 값을 갖는다. 또한 피착재의 표면에 잔여물을 남기지 않고 박리되는 접착파괴 상태에 대한 측정값이 필요하다. 따라서 통용될 수 있는 유의미한 접착력을 얻기 위해서는 일정한 조건하에서 피착재에 접착 후 일정한 조건으로 박리하여 측정하는 것이 중요하다. 일반적으로 ASTM, JIS, PTSC 등의 규격을 적용하는데 180 º 박리력이나 90 º 박리력을 사용한다.
응집력 (cohesion)
유지력(holding power)라고도 하며, 흐름성을 갖는 점착제의 특성 상 실용적인 부분에 있어 중요한 물성이다. 점착제 자체의 강도의 의미가 강하며, 일정 하중하에서의 밀림 저항성으로 나타낸다. 예를 들면 약간 넘치게 담은 박스를 테이프로 봉했을 때 입구가 벌어질 때까지 얼마나 걸리느냐, 즉 벌어지려는 힘을 테이프가 얼마나 버티느냐가 응집력이라 할 수 있다.
응집력은 피착재의 표면에 시료를 접착 후 일정한 하중을 가했을 때 점착제가 피착재로부터 미끄러지는 거리나 떨어질 때까지의 시간으로 측정한다. 일반적인 측정 방법은 시료를 25mm*25mm의 면적으로 시험판에 롤로 압착하여 붙인 후 시험판을 수직으로 세워 한쪽 끝을 고정하고 아래 끝에 일정 하중을 걸어 정해진 시간이 지난 후에 시료가 벗어난 거리, 또는 시료가 시험판에서 낙하할 때까지의 시간을 측정하는 것이다. 유효한 데이터를 취득하기 위하여 롤중량, 압착속도, 압착 횟수, 압착 후 방치 시간, 시험온도, 하중 등의 시험조건을 JIS, ASTM, PSTC, FINAT-8의 규격에 맞게 설정해야 한다.
점착제의 3대 물성은 서로간에 영향을 미치는 구조로서 제품 개발 시 사용 용도에 따라 적절한 균형을 잡는 것이 중요하다. 포스트 잇은 쉽게 붙고 피착재에 영향을 미치지 않고 쉽게 떨어져야 하지만 스마트폰에 사용되는 밀봉테이프는 강한 점착력과 응집력을 필요로 할 것이기 때문이다. 따라서 점착제 개발자는 3대 물성의 균형점을 염두에 두고 화학구조, 조성비, 분자량, 배합비 등을 설계해야 보다 적합한 제품을 개발할 수 있을 것이다.
