Synthesis and Performance of Acrylic Pressure Sensitive Adhesives using UV/UV Step-wise Curing System

Abstract

Pressure-Sensitive adhesives (PSAs) are used in many fields and are applied throughout the industry. Since smart devices are made up of various materials, the point and adhesion between materials are emerging as important topics. For this reason, the application of adhesives is extensive. In particular, the re-usable property is focused on reusing these materials. In this study, we tried to control the properties between curing stages. We developed UV/UV curing technology and tried to realize UV/UV step-wise curing by characterizing the obtained acrylic adhesive with various technologies. By using a low-pressure UV light source in the first curing and controlling the total energy of curing by curing time, the difference in physical properties between the first curing and the second curing is widened, and the most significant physical property when irradiated with 3J UV I got the effect of showing the difference. In the process of UV/UV step-wise curing, we tried to develop physical properties by using the difference in the structure and reactivity of the monomers to express a massive difference in physical properties between the first and second curing. After the prepolymer was polymerized, methacrylate and acrylate were blended to help the reaction to confirm the change in physical properties. However, it was confirmed that there is a limit to the change in reactivity and physical properties through monomers' simple blending. Due to methacrylate's structural characteristics, it was confirmed that the UV initiation reaction started slowly, but the growth reaction was high. Since the limitations of the simple blending step were identified, a study was conducted to express the difference in physical properties between the primary and secondary curing by controlling the content of the UV light source, the reactivity of the prepolymer, and the content of the crosslinking agent having a polyfunctional group. I did it. In general, polyfunctional groups act as factors that reduce adhesion, so a high-intensity light source was used to apply this. The LED light source is a single wavelength light source and has a relatively high intensity, so the multifunctional group's growth reaction proceeded smoothly. However, since the initiation reaction coincided, it wasn't easy to achieve sufficient growth. It has been confirmed that there is a problem with using LEDs in the first curing. However, it was confirmed that a high-intensity light source could be used, and a multifunctional group can be used. The first curing was performed through black light (BL), and the step-wise curing was performed using LEDs in the second curing. The film was formed by blending multifunctional groups, and the most significant difference in physical properties between the first and second hardening was confirmed in the specimen blended with the five functional groups. Gel-fraction was measured to confirm the possibility of uncuring. In most of the specimens, a gel fraction of 90% or more was confirmed. It can be determined that the uncured part does not exist. Photo-DSC and FT-IR were used to determine the curing margin between the first and second curing. In low-pressure curing using a conveyor belt, the curing behavior was confirmed through photo-DSC, and in the secondary curing through the LED, the presence or absence of C=C double bond through FT-IR was confirmed. The modulus was confirmed through DMA. In the case of complete hardening, a rapid increase in the storage modulus could be observed. The rapid increase in Storage Modulus means complete consumption of the hardenable C=C double bond. The change in adhesion was confirmed using a texture analyzer. When a crosslinking agent having a 5-functional group and an LED UV light source having a high pressure were used, the most significant increase in adhesion was observed. C=C double bonds, which could not be cured due to structural differences at low pressure, reacted through UV at high pressure, increasing adhesion. Using the crosslinking agent with penta-functional groups, which was studied in this paper, the step-wise curing was performed by BL curing in the first stage of curing, and the curing through LED in the second stage of curing. Appeared. This characteristic seems to be applicable in the reworkable industry field.

점착제는 여러 방면에서 사용이 되며, 산업 전반적으로 적용이 되고 있습니다. Smart device는 여러가지 소재의 적층으로 이루어 지기 때문에 소재 간의 점, 접착은 중요한 화두로 떠오르고 있습니다. 이러한 이유로 점착제의 적용처는 매우 넓게 적용됩니다. 특히 re-usable이라는 특성은 이러한 소재들의 재사용을 위해 문제가 집중되고 있습니다. 본 연구에서는 경화 단계 간의 물성을 조절하고자 하였습니다. UV/UV 경화 기술을 개발하고 이렇게 얻은 아크릴 접착제를 다양한 기술로 특성화 하여 UV/UV step-wise curing을 구현하고자 하였습니다. 1차 경화에서 저압의 UV 광원을 사용하고, 경화 시간으로 경화의 총 에너지를 조절 함으로써, 1차 경화와 2차 경화 사이의 물성의 차이를 넓히도록 하였으며, 3J의 UV를 조사하였을 시 가장 큰 물성의 차이를 보이는 효과를 얻었습니다. UV/UV step-wise curing을 진행함에 있어서, 1차 경화와 2차 경화 사이의 물성 차이를 크게 발현시키기 위해 단량체의 구조 및 반응성의 차이를 이용하여 물성발현을 도모하고자 하였습니다. 선중합체를 중합한 후에 반응을 돕기 위한 methacrylate와 acrylate를 blending하여 물성 변화를 확인 하였습니다. 그러나 단순한 단량체의 blending을 통한 반응성 및 물성 변화는 한계점이 존재 한다는 것을 확인 하였습니다. Methacrylate의 구조적 특성으로 UV의 개시반응은 느리게 시작되나 성장 반응은 높은 것을 확인하였습니다. 단순한 blending 단계에서의 한계점을 확인 했기 때문에, 반응을 진행하는 UV의 광원, 선중합체의 반응성, 다관능기를 갖는 가교제의 함량을 조절하여 1차와 2차 경화 간의 물성차이를 발현시키기 위한 연구를 진행하였습니다. 일반적으로 다관능기는 점착력을 감소시키는 요소로 작용하기 때문에, 이를 적용하기 위해서 intensity가 높은 광원을 사용하였습니다. LED 광원은 단일파장의 광원으로 상대적으로 intensity가 높아서 다관능기의 성장반응이 원활이 진행 되었습니다. 그러나 개시반응이 동시에 발생하여, 충분한 성장을 이루기에는 어려움이 있었습니다. 1차 경화에서는 LED를 사용함이 문제가 있음을 확인하였습니다. 그러나 intensity가 높은 광원을 사용하며 다관능기를 사용할 수 있음을 확인하였습니다. Black light를 통한 1차 경화를 진행하고, 2차 경화에서 LED를 사용한 step-wise curing을 진행 하였습니다. 다관능기를 blending하여 film을 성형하였으며, 5관능기를 blending 한 시편에서 1,2차 경화 간에 가장 큰 물성의 차이를 확인하였습니다. 미경화 가능성을 확인하기 위해 gel-fraction을 측정하였습니다. 대부분의 시편에서는 90%이상의 겔분율을 확인하였습니다. 이는 미경화 부분이 존재하지 않는다 판단 할 수 있습니다. Photo-DSC와 FT-IR를 사용하여 1차 경화 및 2차 경화 간의 경화 margin을 확인하였습니다. Conveyor belt를 사용한 저압 경화에서는 photo-DSC를 통한 경화 거동을 확인 할 수 있었으며, LED를 통한 2차경화에서는 FT-IR을 통한 C=C double bond의 유무를 확인 하였습니다. DMA를 통해 modulus를 확인 하였습니다. 완전 경화가 발생한 경우에 storage modulus의 급격한 증가를 확인 할 수 있었습니다. Storage Modulus의 급격한 증가는 경화가 가능한 C=C 이중결합의 완전한 소모를 의미합니다. Texture Analyzer를 사용하여 점착력의 변화를 확인 하였습니다. 5관능기를 갖는 가교제와 고압을 갖는 LED UV 광원을 사용하였을 때, 가장 큰 점착력의 증가를 보였습니다. 저압에서 구조적인 차이로 경화가 진행되지 못했던 C=C 이중 결합이 고압의 UV를 통해 반응이 진행되어 점착력이 증가하는 현상을 보였습니다. 본 논문에서 연구가 진행되었던 5관능기를 갖는 가교제를 사용함과 동시에 1단계 경화에서는 BL경화를 진행하고, 2단계 경화에서는 LED를 통한 경화를 진행한 step-wise curing은 단계별의 점착력 및 물성의 차이를 발현하였습니다. 이러한 특성은 reworkable 분야에서 적용이 가능 할 것으로 보입니다.