기능성 접착제는 접착제가 가지는 고유의 기능 이외의 새로운 기능을 부여함으로서 고강도, 내충격성, 내열성 등의 기능을 가지는 접착제를 말한다.
접착제의 기계적 기능인 내충격성, 내진성 등은 항공기, 로케트, 자동차 등에 사용되고, 전자산업, 항공기, 우주산업 산업 등에서는 내열성이 부여된 접착제의 사용이 점차 확대되고 있다. 장래에 초전도체를 이용한 자기부상열차 등이 실용화 될 경우 극저온 접착제가 필요하게 될 것이다.
현재 개발되고 있는 극저온 접착제는 주로 폴리우레탄계와 에폭시계이지만 새롭게 실리콘수지계, 불소수지계 또는 포스파젠계 등 저온에서도 고무상 탄성을 나타내는 재료가 개발되고 있다.
이 외에도 전자산업에서 쓰일 전도성접착제, 건축분야의 난연성 접착제, 그리고 기타 광학기능 접착제, 투광성 접착제(광섬유, 렌즈 등의 접착), 작업효율을 높일 목적으로 제2세대, 3세대라고 불리는 아크릴변성 수지계가 서서히 개발, 상용화 되고 있다.
● 기능성 접착제의 종류
▹ 자기경화형 접착제
▹ 혐기성 접착제
▹ 흡유성 접착제
▹ 열용융형 접착제
▹ 순간 접착제
▹ 단분자막 접착제
▹ 하이솔리드 접착제
▹ 하니문 접착제
▹ 감광성 접착제
▹ SGA
▹ 몰레큘러시브 접착제
▹ 마이크로캡슐 접착제
▹ 생체용 접착제(의약품)
▹ 핫멜트 접착제▹ 생분해성 접착제
▹ 블로형 접착제
▹ 재현성 접착제
▹ 상전환 접착제
▹ 내열성 접착제
▹ Ionomer
▹ 저에너지 접착제
▹ 무기 접착제
▹ Casing
▹ 호흡성 폴리머
▹ 전도성 접착제
▹ 수중경화 접착제
▹ 기능성 에멀젼
▹ 감압 접착제
● 기능성 접착제의 주요 용도
기 능용 도 별기계적 기능고 강 도항공기, 자동차, 철도차량제 진자동차, 선박열적 기능내 열항공기, 로케트, 열기기내 한LNG선, 저온부품내 전 도 성전자부품난 연내장전기적 기능절 연전기, 전자부품전 도 성전자부품광학적 기능투 광 성광섬유, 렌즈광 경 화 성점착제, 유리, 투명플라스틱생화학적 기능조직 적합성인공장기혈액 적합성혈관기타 기능곡면 접합성자동차수중 경화성수중 제조·보수
구조별 기능성 접착제
● 순간접착제
피착재 표면에 흡착되어 있는 미량 수분에 의하여 도포된 모노머의 음이온 중합이 개시되어 수초 사이에 강력한 접착력을 나타내는 접착제
1951년 미국 Tennessee Eastman H.W.Coover에 의해 우연히 발견되어 1958년 메틸-2-시아노아크릴레이트계 접착제가 “Eastman 910”이라는 상품명으로 처음 시판되었다.
지금은 공업용, 일반가정용, 의료용 등으로 각각의 용도에 맞게 변성, 배합되어 개발, 생산되고 있다.
◦공업에의 응용
접착속도가 빠르고 거의 모든 재료를 접착할 수 있으며 접착강도가 크고 작업성이 우수하여 널리 쓰이고 있다.
◦의료분야에의 응용
순간접착제는 생체접착제의 제조건을 비교적 만족하기 때문에 각종 외과수술에 이용되고 있다. 특히, 혈관, 소화관, 피부의 접착, 장기의 지혈·접착, 누공의 폐쇄 등의 임상례가 있다.
◦일반 가정에의 응용
각종 모형의 제작이나 가정용품의 수리 등 널리 사용되고 있다.
● 혐기성 접착제
공기를 차단하면 중합경화되어 접착 작용이 나타나는 접착제
최초의 혐기성 접착제는 General Electric사에서 개발되어 “Permafil” 이라고 명명되었다.
혐기성 접착제의 주요용도는 나사고정용, 감압접착용, 면접착용, seal용으로 사용되며, 혐기성과 함께 내열성, 접착강도, 유면접착성 등의 성능향상을 연구중이다.
● 전도성 접착제
전기 전도성을 가진 복합 기능재료를 포함한 접착제
전기·전자부품에는 금속 외에 남땜을 할 수 없는(열에 약하므로) 플라스틱, 세라믹스, 고형카본, 수정 등이 많으므로 전도성 접착제는 이러한 재료에 대해 효과적으로 사용할 수 있다.
전도성 접착제에 들어가는 전도성 충진제로서는 Au, Pt, Pd, Ag, Cu, Ni 등의 금속분, 카본, 크라파이트 등이 있고 그 중에서 은분(Ag)이 가장 널리 사용되고 있다.
● SGA:Second Generation Adhesive(제2세대 접착제)
반응성 아크릴 접착제를 일반적으로 제2세대 접착제(SGA)라고 한다.
SGA는 1975년 DuPont사가 개발해 “Cavalon”이라는 이름으로 발표했을 때 획기적이라는 의미로 SGA라고 명명함으로써 나온 말이다.
SGA의 특징은 다음과 같다.
◦실온에서의 경화속도가 빠르며 초단위로 초기접착이 가능
◦액형이고 계량혼합이 필요없으며 주제와 경화제를 별도로 도포하여 양면을 접합함으로서 접착이 가능
◦각종 금속, 플라스틱, 목재, 유리, 세라믹스 등 광범위한 피착재의 접착이 가능
◦충격강도, 박리강도가 크고 내열, 내구성이 우수하기 때문에 구조용 접착제로 사용 가능
◦유면접착이 가능
◦무용제타입의 반응형 접착
● 핫멜트 접착제
열가소성수지를 접착주제로 한 것으로 열에 의하여 용융되어 피착체상에 도포되며, 냉각·고화에 의하여 접착력을 나타내는 접착제
종래의 핫멜트 접착제는 포장, 합판, 목공 등의 분야에 주로 사용되었는데 최근에는 핫멜트 접착제의 성능도 대폭적으로 향상되어 금속, 플라스틱, 세라믹스, 자동차 등으로까지 사용이 확대되었다.
● 감압접착제(점착제:粘着劑)
작은 압력으로 두 물체를 접착시키는 능력을 가진 접착제
일반적인 접착제와는 다르게 플라스틱이나 종이 등의 각종 지지체에 도포된 접착가공품으로서 사용되고 있어서, 감압 접착제는 독립된 큰 공업분야를 형성하게 되었다.
감압접착제는 포장용, 전기용, 사무용, 고정용, 방오용, 라벨용, 마스킹용, 의료위생용 등에 응용되고 있다.
최근의 감압접착제는 조면(粗面)에의 접착, 유면·수면에의 접착, 저온접착, 내열·내한 접착, 접착강도의 향상 등의 연구가 활발히 진행되고 있다.
기능성 접착제의 적용 및 전망
● 전기·전자 분야
전기·전자부품의 제조, 기기의 조립공정에서 용접이나 기계적 접합 등과 더불어 널리 이용되고 있다. 기능상 다른 접합방법을 적용할 수 없는 경우 이외에도 경량화, 소형화, 공정간소화 등을 목적으로 접착제의 적용 비율은 날로 신장되고 있다.
전기·전자기기에 사용되는 재료는 전도, 자성, 절연, 반도체 및 구조재료로 구분되며 접착제도 다양하게 개발되어 있다.
라디오, TV, 냉장고, 냉온방기와 같은 가전제품에도 접착제(고무계, 초산비닐계, 에폭시계, 시아노아크릴레이트계)가 필수적으로 사용되고 있다. 이들 전기제품에 사용되는 접착제는 당연히 전기특성이 요구되는 일이 많은데 예를 들면 전기절연성, 고주파 유전특성 또는 전도성이 우수한 접착제가 사용되고 있다.
접착제의 응용예로는 자기헤드의 접착, 광픽업, 액정표시셀, 프린트기판의 접착 등이 있다. 반도체 봉지수지는 접착성, 내습성, 내열성, 가격 등의 점에서 주로 에폭시계가 사용되고 있으며 실리콘수지는 고온 특성이 우수하기 때문에 파워트랜지스터용으로 사용되고 있다.
● 자동차 산업 분야
자동차의 연료소비효율을 향상시키기 위해 엔진효율의 개량과 소재전환에 의한 경량화가 이루어지고 있어, 고장력 강재, 알루미늄, 플라스틱 등 경량화재의 사용량이 증가하고 있다. 특히 플라스틱은 자동차 총중량의 10%에 달하고 있다. 주로 사용되는 플라스틱으로는 ABS, PP, PVC, MMA, POM, PC, PPO, PBT, PU 등이 있으며, 차량 구조부에는 FRP, FRTP 등이 사용되고 있다. 이러한 배경에서 자동차 생산라인에 있어서는 경량화, 자원절약, 외관의 향상, 방청, 내피로성의 향상면에서 접착은 매우 중요하며 각종 재료의 접합에 있어서는 접착제는 필요불가결한 것이다.
◦구조용 접착제
브레이크라이닝에는 니트릴페놀, 에폭시페놀변성, 디스크패드에는 변성페놀 등 접착성과 내열성이 높은 변성접착제가 사용되고 있다.
이 용도는 기능중시의 응용으로 차량의 경량화와 더불어 종래의 기계적 접합에 비하여 자원절약과 생산비 감소 등의 경제적 효과도 있다.
◦준구조용 접착제
루프 패널, 프론트후드, 트렁크 리드, 도어 패널, 미러 등에 사용되는 접착제가 준구조용이다.
여기에는 PVC계나 합성고무계, 에폭시수지계, 폴리우레탄계, 실리콘계 접착제가 사용되고 있다.
◦비구조용
각종 내장재를 비롯하여 단열재, 웨더스트립 고무, 하드보드, 플라스틱의 접착 등에는 다종 다양한 접착제가 사용되고 있다.
대표적으로 부틸고무계, 클로로프렌고무계, 1액형우레탄고무계 등의 접착제가 주로 방수실링을 목적으로 사용되고 있다.
내장용 접착제는 노동안정성이나 피착제의 소재전환에 의하여 종래의 합성고무계 용제형의 접착제에서 감압접착제, 양면접착테이프, 핫멜트접착제, 수용성 접착제로 거의 대체되었다.
● 항공기 분야
1949년 영국 코메트기에 접착구조가 채용된 이래 항공기는 주로 접착으로 조립되어 왔다. 이후 보잉여객기는 기체의 경량화와 강성화를 위해서 접착제의 사용비율을 높였다.
알루미늄합금의 구조접착에는 표면처리, 프라이머 처리 접착제가 중요하다. 표면처리에는 금속표면에 다공질의 산화피막을 만들어 접착면적을 크게 한다. 프라이머 처리로는 금속 산화피막을 보호하여 접착력을 확보한다. 최근에는 프라이머에 방청제를 첨가하기도 한다.
항공기 구조부의 접착에는 에폭시계 접착제가 많이 사용되고 있지만, 최근에는 항공우주산업에 있어서의 기술발전에 부응하기 위해 초내열성을 가진 유기계의 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리이미드(PI)계 접착제가 개발, 적용되고 있다.
기능성 접착제의 시장성
접착제(일반, 기능성) 시장을 정확하게 추정하기는 매우 어려운 실정이지만, 국내 접착제 시장은 95년 기준 3300억원 정도로 추정되며 국내 생산이 전체 수요의 84%를 차지하고 있어 자급률이 높은 것처럼 보인다.
그러나 내용면에서 살펴보면 국내 접착제 산업은 후진국 형태를 벗어나지 못하고 있다.
기능성 접착제라고 볼 수 있는 반응형 접착제가 차지하는 비율은 전체 시장의 10% 미만인 300억원 정도로 추정되며 생산에서 차지하는 비율은 5%를 넘지 못하고 있다.
이에 비해 일본은 전체 접착제 시장에서 반응형 접착제가 차지하고 있는 비율이 전체시장의 20%인 3600억원을 넘고 있어 고급 접착제의 개발이 꾸준히 진행되고 있음을 알 수 있다.
기능성 접착제의 종류는 수십종이 넘고 있으나 국내에서 시장개념을 가지고 유통되는 제품은 순간접착제, 우레탄접착제(산업용), 에폭시접착제(구조용), 혐기성 접착제, 핫멜트접착제, UV접착제, SGA가 있는 정도며 도전성 접착제, 흡유성접착제, 내열성접착 등은 여러 가지 이유로 시장의 규모화가 이루어지지 못하고 있다.
