UV 경화 기술 및 광개시제

UV 경화는 환경 친화적이고 에너지 효율적이며 고성능을 자랑하는 첨단 기술입니다.

고온 내성, 광범위한 적용성, 화학적 내식성 등 UV 접착 재료의 특성으로 인해 항공기 엔진 부품 접착과 우주선 조립에 활용되고 있습니다.

의료 산업에서 자외선 경화의 응용 분야

UV LED 광원 시스템은 광개시형 접착제를 빠르게 경화할 수 있어 휘발성 접착제가 필요 없기 때문에 의료 분야에서 널리 채택되고 있습니다. UV 경화 접착제는 에너지 절약, 소비량 감소, 경화 시간 단축, 생산 효율성 향상, 자동화된 공정과의 원활한 통합 등 상당한 이점을 제공합니다.

3D 프린팅에서 자외선 경화의 응용

광중합 3D 프린팅은 오늘날 가장 진보된 고속 프로토타이핑 기술 중 하나로, 높은 프린팅 정밀도와 상업적 실행 가능성을 제공합니다. 낮은 에너지 소비, 비용 효율성, 높은 정확도, 매끄러운 표면 마감, 뛰어난 재현성 등의 장점으로 인해 다양한 첨단 기술 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 예를 들어 복잡한 구조의 로켓 엔진 프로토타입을 프린팅하면 가스 흐름 패턴을 분석할 수 있어 연소 효율이 더 높은 소형 엔진을 설계하는 데 도움이 됩니다. 이를 통해 복잡한 부품의 R&D 효율성을 크게 높이고 자동차 개발 주기를 단축할 수 있습니다. 또한 신속한 프로토타입 제작을 위해 금형 또는 역금형을 직접 프린팅할 수 있습니다.

자외선 광원의 분류

광중합은 경화 광원에 따라 크게 전통적인 수은 램프 경화와 새롭게 떠오르는 UV LED 경화로 나뉩니다. 기존의 수은 램프 경화와 비교했을 때 UV LED 경화에도 몇 가지 한계가 있습니다. 가장 큰 차이점은 기존 수은 램프에서 방출되는 스펙트럼이 거의 전체 UV 파장 범위를 커버하는 반면, UV LED 경화는 하드웨어 기술 제약과 비용 고려 사항으로 인해 현재 장파장 UVA 대역으로 제한된다는 사실에 있습니다.

수은 램프와 UV LED 광원 간의 방출 스펙트럼 비교

광개시제

광개시제는 광경화 제형에서 일반적으로 약 2%-5%로 비교적 적은 비율을 차지하지만 중추적인 역할을 합니다.

광경화 반응이 일어나기 위해서는 광개시제가 자외선 광원에서 방출되는 자외선을 흡수하여 자유 라디칼을 생성해야 합니다. 그런 다음 이 자유 라디칼이 중합 반응을 시작하여 궁극적으로 제품을 최종 형태로 경화시킵니다.

UV 광원의 방출 스펙트럼은 광개시제의 흡수 스펙트럼과 일치해야 합니다. 1173 및 184와 같은 기존 광개시제는 단파장 UVC 영역에서 최대 흡수를 나타내므로 기존 수은 램프로 경화하는 데 더 적합합니다.

이와 대조적으로 UV LED는 주로 365nm, 385nm, 395nm, 405nm와 같은 몇 가지 특정 대역에서 빛을 방출합니다. 포스핀 산화물 기반 광개시제는 이러한 대역에서 상대적으로 강한 흡수를 나타내므로 UV LED 시스템에 널리 적용할 수 있습니다.

자유 라디칼 광개시제

광개시제

광개시제는 광경화 재료의 필수 구성 요소입니다. 광개시제는 복사 에너지를 흡수하고 여기 시 화학적 변화를 겪으며 중합 반응을 시작할 수 있는 반응성 중간체(자유 라디칼 또는 양이온)를 생성합니다.

광개시제는 흡수된 빛의 파장에 따라 자외선 광개시제(파장 250nm-400nm)와 가시광선 광개시제(파장 400nm-700nm)로 분류할 수 있습니다. 광중합 메커니즘에 따라 라디칼형 광개시제와 양이온형 광개시제로 분류합니다.

라디칼 개시제는 라디칼 생성 메커니즘에 따라 절단형 개시제(유형 I 개시제라고도 함)와 수소 제거형 개시제(유형 II 개시제라고도 함)의 두 가지 유형으로 더 세분화할 수 있습니다.

균열형 라디칼 광개시제

균열형 라디칼 광개시제는 빛 에너지를 흡수하면 여기된 단자 상태로 전환되고 이후 시스템 간 교차를 거쳐 여기된 삼중 상태로 전환되는 분자를 말합니다. 여기된 단일 또는 삼중 상태에서는 분자 구조가 불안정해져 약한 결합이 자가분해 분열을 일으킵니다. 이는 올리고머와 활성 희석제의 중합과 가교를 시작하는 1차 활성 라디칼을 생성합니다.

균열형 라디칼 광개시제는 주로 페닐쿠마린 및 그 유도체(예: 벤조산 에테르), 페닐쿠마린산 및 그 유도체(예:, 651), 페닐아세톤 유도체(예: DEAP), α-하이드록시케톤 유도체(예: 1173, 184, 2959), α- 아미노알킬페닐아세톤(907, 369), 아실포스핀 산화물(TPO, TPO-L, 819)을 포함합니다.

수소 제거 라디칼 광개시제

수소 제거 광개시제는 광 에너지를 흡수하고 여기 및 시스템 간 교차를 거쳐 여기된 삼중체 상태에 도달한 다음 공동 개시제(수소 공여체)와 이중 분자 반응을 겪는 광개시제 분자를 말합니다. 전자 전달을 통해 이들은 올리고머와 반응성 희석제의 중합과 가교를 시작하는 활성 라디칼을 생성합니다. 주요 예로는 벤조페논과 그 유도체, 티오안트라퀴논(ITX, DETX), 안트라퀴논(2-EA) 등이 있습니다.

보조 개시제는 수소 제거 광개시제와 함께 사용되는 수소 공여체입니다. 구조적으로 이들은 모두 α-탄소 위치에 하나 이상의 3차 아민을 포함하며, 주로 3차 아민 화합물입니다. 이들은 수소 제거 광개시제의 여기 상태와 반응하여 여기 라디칼 착물을 형성하는데, 여기서 질소 원자는 전자를 잃고 질소에 인접한 α-탄소의 수소는 강산성이 되어 양성자로 쉽게 빠져나갑니다. 이렇게 하면 C 중심의 반응성 3차 아민 알킬 라디칼이 생성되어 올리고머와 반응성 희석제의 중합과 가교를 시작합니다. 3차 아민 화합물에는 지방족 3차 아민, 에탄올아민형 3차 아민, 3차 아민형 벤조산염 에스테르 및 반응성 아민이 포함됩니다.