[TOKI SANGYO] 점도 칼럼 – 5. 접착에 대한 기초 지식
현대 사회는 물건을 제작하는 시대입니다. 건축물이나 자동차, 의류, 가전, 그리고 식품(조리식품)과 같이 우리가 일상에서 접하는 많은 것들이 ‘제품’이라고 할 수 있습니다. 그리고 품질을 전제로 ‘빨리 저렴하게 만들기’위한 기술 경쟁이 펼쳐지고 있습니다. 이러한 물건 제작의 중요한 기술 중 하나가 접착제의 활용입니다. 접착제는 대략적으로 말하자면 “여러 가지 고분자 재료를 용제에 녹이거나 혼합한 것” 입니다. 지금까지 이 칼럼을 읽으신 분은 “아아 그래서 점도가 관계 있구나” 하고 느끼실 것입니다. 실제로 접착제 개발 및 품질 관리에서 점도 계측은 중요한 역할을 담당하고 있습니다.
그렇다면 우리 주변에 있는 제품과 접착, 그리고 점도와의 관련을 살펴봅시다. 이번에는 먼저 접착의 기초 지식에 관하여 대략적으로 설명하고자 합니다.
접착으로 만들어진 집?
우리가 접하는 대부분의 제품은 구성 부품의 조합으로 완성되었습니다. 가전 제품 뿐만 아니라 자동차, 집, 의류 모두 동일합니다. 따라서 조립 시간을 단축하면 제품 납기 및 비용 절감 면에서 많이 유리합니다. 예를 들어 집. 옛날에는 목수라는 전문 기술자가 수작업으로 만들었습니다. 이렇게 장인이 만든 집은 가치가 있지만, 역시 그에 상응하는 비용과 시간이 걸립니다.
그러면 집을 제품이라고 봤을 때, 전체의 작업 공정 수를 줄여 타사와의 경쟁에서 우위에 서려면 어떠한 기초 기술이 필요할까요? 여기서 필요 기술 중 하나가 부품의 접착입니다. 되도록 구성 부품을 유닛으로 만들어 현장에서 가공하지 않고 조립하고 접착제로 고정을 하는, 단순하게 말하면 이러한 공정입니다. 현대의 접착제는 강도 및 내구성이 상당히 높은 수준에 있습니다. 가장 상상하기 쉬운 것은 바닥 공사입니다. 레일 상태 판의 각 끝부분에 못을 박거나, 전통적인 나무쪽 세공과 같이 정밀하게 조합하여 고정하는 것보다 동등한 품질을 보장받을 수 있다면 바닥재를 접착하여 완성하는 편이 효율적입니다. 그 밖에 벽지, 걸레받이, 문틀, 욕실 타일의 접착은 물론 골조 및 외벽의 접착까지 현대 공법으로 만든 집에는 접착이 폭넓게 활용되고 있습니다.
여러 이점을 가진 접착 공법이지만, 한편으로는 새집증후군이라는 문제도 있습니다. 최근 화제가 되는 새집증후군은 접착제 및 건축부자재에 포함된 포름알데히드 등 휘발성 유기화합물(VOC)이 주된 원입입니다. VOC가 방에 방출되면 민감한 사람은 이에 반응하여 두통, 구역질 이외에도 여러 신체 증상이 나타납니다. 접착제 제조사에서는 증상 발현 방지를 위하여 포름알데히드 등이 포함되지 않은 또는 낮은 농도로 만들어 되도록 안전한 부품 및 제품을 개발하고 있습니다.
접착의 원리는?
점도 측정에 대한 얘기를 하기 전에, ‘접착한다’라는 것에 대하여 잠시 설명하려고 하겠습니다. 먼저 물건이 붙는다는 것은 어떤 것일까요? 접착이란 접착제에 의해 ‘2개의 면이 화학적 또는 물리적인 힘, 또는 그 둘에 의하여 일체화된 상태’ 라고 정의됩니다. 그리고 일체화의 원리는 ‘기계적 결합’, ‘물리적 상호작용’, ‘화학적 상호작용’, 이렇게 크게 3가지로 나눌 수 있습니다. 이 가운데 가장 기본적인 원리는 ‘물리적 상호작용’으로, 접착하는 상호의 물질(피착재) 및 접착제의 분자간 맞당기는 힘(반데르발스 힘, van der Waals force)입니다. 각각 분자가 안정적으로 맞당기기 때문에 상호 물질은 떨어지지 않는다는 것입니다. 직감적으로 이해하기 쉬운 것은 ‘기계적 결합’ 입니다. 피착재 상호의 표면에 있는 굉장히 작은 구멍에 접착제가 들어가 거기서 굳어버려, 양쪽이 서로 빠지지 않게 되는 것입니다. 이것은 “앵커링 효과(투묘 효과)”라고 불립니다. 접착은 이렇게 여러 원리가 연관되어 실제로 붙어있는 상태라도 그 원리를 간단하게 특정하기 어렵습니다.
한편 접착제에는 어떤 종류가 있을까요? 이에 관해서는 용제에 녹아 있는 (혼합된) 주재료로 분류하는 것이 일반적입니다. 주성분이 무기계통인지, 유기계통인지, 유기계통 중에서도 천연인지, 합성인지, 그리고 합성 중에서도 주성분인 고분자 재료의 성질에 따라 나뉩니다. 여기서는 점도와의 관계를 보는 기초지식으로 경화방법의 차이로 접착제 종류를 확인해 봅시다.
- 용제증발 타입
용제가 증발하여 굳는 타입. 주류인 유기용제는 경화와 상환하여 VOC를 발생시킵니다. - 수분증발 타입
수분 증발 및 흡수에 따라 굳는 것입니다. 목공용 본드 등이 대표적으로, 에멀전 계통과 라텍스 계통이 있습니다. 에멀전이란 마요네즈와 같이 유분과 수분이 분리되지 않는 상태의 것. ‘계면 활성제’의 움직임에 따라 고분자 재료를 안정적으로 물 속에 분산시킵니다. - 핫 멜트 (hot melt)
식으면 굳는 타입의 접착제. 제본에 사용되는 풀, 밀랍, 아스팔트 등이 이 종류입니다. - 화학 반응 타입
촉매 첨가나, 습기 등을 원인으로 경화되는 것입니다.
도포성이 우수한 접착제의 개발
접착제 활용은 물건 제작의 주요 기법이 됨과 동시에 단순히 붙이는 것뿐만 아니라 다양한 성질 및 기능을 부가하는 것이 요구되고 있습니다. 예를 들어 경화의 속도 및 경화 후의 성질 등입니다. 커튼 월 공법에서의 씰링재 등도 다양한 접착제의 일종입니다. 커튼 월 공법이란 정형 파츠화 된 외벽을 골조에 조립 및 고정시키는 작업입니다. 전면 유리로 된 빌딩 등이 대표적인 커튼 월 공법의 예시입니다. 여기서 사용하는 씰링재는 주목적인 부품 간 수밀성(water tightness) 이외에도 구조체에 대한 고정성 및 그 자체의 내구성에 대한 고품질과 높은 가성비 요구됩니다.
씰링재(접착제 전반에 해당되지만)의 중요한 기능 중 하나가 효율적인 도포성 확보, 즉, 접착제를 바르거나 주입하는 작업의 수월함입니다. 수직면에 접착제를 도포하는 모습을 상상해보세요. 묽어서 도포하자마자 흐른다면 작업을 할 수 없습니다. 반대로 흐르진 않지만, 너무 뻑뻑해서 주입이나 펴 바르는 작업이 힘들다면 이 또한 작업성이 떨어집니다. 접착이란 기능을 만족시키는 동시에 작업성이 좋을 것. 그러한 접착제를 만들려면 접착제가 흐르는 정도, 대부분의 경우 그 점도가 적절하게 유지되어야 합니다. 그렇다면 이제 여기서 점도 계측이 상관됩니다. 접착제 제조 및 관리에는 점도 계측이 중요한 역할을 합니다.
다음 편에는 여기에 초점을 맞추어 설명하고자 합니다.
출처: TOKI SANGYO 홈페이지 (https://tokisangyo.co.jp/post5/)
본 컨텐츠는 TOKI SANGYO사의 공식 허가를 받아 번역 , 편집 및 게시되었습니다. 위 내용의 일부 또는 전체를 무단으로 복제, 인용, 배포 또는 상업적으로 악용할 경우 민·형사상의 책임을 부담할 수 있습니다.
