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알면 좋은것들..

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subject 접착제의 개념<3>...(퍼온글/한국목재신문)
name (주) 신개암 (ip:)
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 상당한 기간 동안 접착제는 신비스러운 물질로 여겨져 왔다.
접착에 대한 이유는 1920년 이후 조사되었는데 이는 목제 비행기와 같이 특정 구조물에서 필요로 하는 강한 접합부에 관한 조사에서부터 시작되었다.
접착 기작에 대한 현재의 관점은 접착이 기계적인 투묘작용(投錨作用, anchoring), 분자간 인력 및 목재와 접착제 사이에 발달하는 화학결합에 의해 이루어지는 것으로 보고 있다.

기계적 접착설(mechanical adhesion)에 따르면 목재 표면에 도부된 접착제가 노출된 관공 등과 같은 공극에 침입하여 굳어지게 되므로써 쐐기와 같은 투묘작용을 나타내 접착이 이루어진다고 설명하고 있다.
수용성 접착제는 공극 뿐만이 아니라 세포벽 내부 즉 마이크로피브릴(microfibril)의 사이로까지도 침입하게 되므로써 투묘작용을 일으키게 되는 위치의 수가 많아지게 된다.
그러나 이러한 견해는 유리, 플라스틱, 금속과 같이 공극을 지니지 않는 물질의 접착과 밀도가 높은 열대재를 비수용성 접착제로 접착하는 경우의 접착 원리를 설명할 수가 없다.
또한 경화된 접착제가 공극내에서 수축할 뿐만이 아니라 세포벽과 항상 연결되어 있지 않다는 점에서 볼 때 이 기계적 접착설이 접착을 충분히 설명할 수 있는 이론이 될 수가 없다.
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Image_View접착에 대한 가장 주요한 이유로는 목재와 접착제 사이에 발달하게 되는 van der Waals의 힘이나 수소결합과 같은 결합력에 의해 접착이 이루어진다고 설명하는 비접착설(specific adhesion)을 들 수가 있다.
이 견해는 석영판(quartz sheet)의 경우처럼 일부 물질이 접착제의 사용 없이도 접착이 가능하다는 점에 근거를 둘 수가 있다.
이러한 현상은 다른 물질에서도 가능해질 수가 있는데 단 물질들의 표면이 절대적으로, 즉 원자 수준에서 깨끗한 경우에만 그러하다.
석영의 경우에도 그들의 표면이 잠깐만이라도 공기에 노출되는 경우 접착은 불가능해 진다.
이와 같이 깨끗한 표면을 얻기는 실제로 불가능하므로 접착제를 개입시키지 않고서는 분자간 인력을 활성화시킬 수가 없다.
만약 물이나 기름의 얇은 막층이 물체 사이의 면에 존재하게 되는 경우 이들 액체가 휘발되거나 또는 흡수되기 전에는 접착제로 작용하게 되어 강한 접착력을 발휘하게 될 것이다.
그러나 접착제로 이용되는 물질은 내구성 있는 접착을 발휘해야 되며 아울러 사용 조건하에서도 접착력을 유지할 수 있어야만 한다.
이러한 물질들은 응집성(cohesion)이 커야 하며 분자간 인력이 접착제와 피착제 사이의 양극성(polarity)에 의해 영향을 받는 점을 고려해 본다면 접착제와 피착제 모두가 극성이어야만 하는데 왜냐하면 극성과 비극성 물질 사이에서는 강한 접착력이 얻어질 수가 없기 때문이다.
목재는 셀룰로오스(cellulose) 분자내의 수산기(-OH)로 인하여 극성을 띠게 되므로 목재용 접착제로 적절한 것은 극성 물질의 것이어야 한다.

<표1> 결합이 생기는 분자간 거리
분자간력 작용하는 거리(A) 크기(kcal/mole)
공유결합 1 ∼ 2 60 이상
수소결합 2 ∼4 2 ∼ 10
van der Waals력 3 ∼4 1 이하

<표2> 결합의 종류와 크기
결합의 종류 결 합 에너지(kcal/mole)
1차결합
(화학결합)
ion결합 140 ∼ 250
공유결합 15 ∼ 170
금속결합 27 ∼ 83
수소결합 O-H...O 3 ∼ 7
C-H...O 2 ∼ 3
O-H...N 4 ∼ 7
N-H...O 3 ∼ 4
N-H...N 3 ∼ 5
2차결합
(분자간력,
van der Waals력)
배향력(극성력) ∼ 10
분산력 ∼ 5
유기력 ∼ 0.5

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특히 포름알데하이드(formaldehyde)를 지니는 접착제의 경우 목재와 접착제 사이의 1차 화학결합의 형성 역시 가능해 진다.
2차결합 및 1차결합중 어느 것이 상대적으로 더 중요한가는 논쟁의 소지가 되고 있으며 이들의 상대적인 중요성은 접착제의 종류에 따라 달라지게 된다.

접착제를 목재 어느 한 표면에 도부하여 집결상태에 있게 되면 도부면에서 스스로의 습윤과 침투가 일어나게 된다.
그 후 접착하고자 하는 목재의 양 재면을 서로 밀착시키게 되면 접착제가 거동하기 시작하는데 먼저 접착층에서의 유동(flow)이 먼저 일어나게 되고 접착제가 도부되지 않은 반대 재면으로의 접착제의 전이(transfer)가 일어나게 된다.
압체압력을 높이게 되면 접착제가 도부된 면에서 접착제의 침투가 계속 진행되며 아울러 접착제가 도부되지 않은 면에서도 침투(penetration)가 일어나기 시작한다.
이어 비도부면에서도 목재와 접착제 분자간의 작용에 의한 습윤(wetting) 또는 침투가 진행된다.
압체압력을 유지하게 되면 접착제의 모든 거동이 끝날 때까지 양 목재가 그 상태로 붙어 있게 되는데 결국 이 상태에서 접착제가 고화(solidification)되므로써 접착이 완료된다.

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접착제의 조성과 접착층에서의 조건에 따라 여러 형태의 거동 또는 거동 결핍이 고화중에 일어나게 되는데 중요한 것 몇 가지를 들어보면 다음과 같다.

과경화 현상(overcure) : 완전 경화 상태가 지나도록 접착제가 고화된 경우에 발생하게 되는데 이 경우 접착층이 손상되기 시작한다. 특히, 요소수지접착제를 지나치게 긴 시간 동안 열압하게 되면 이러한 현상이 발생할 수 있다. 역시 .명확한 특징이 눈에 보이지 않으나 접착력이 떨어진다.

입자 현상(grainy) : 너무 많은 양의 충전제를 사용하였거나 또는 접착제가 너무 빨리 건조되므로써 접착제중의 입자상 물질들이 접착막으로 완전히 동화되기에 시간이 충분하지 못한 경우 접착층에 입자 모양의 상태가 나타나게 된다. 접착력 및 내구성이 떨어지게 된다.

발포 현상(frothy 또는 foamed) : 접착제의 교반 또는 도부중에 발생한 거품이나 기포가 그대로 접착층에 남아있거나 아니면 열압중에 접착제중의 용제나 수분이 열의 작용에 의해 접착층에 거품이나 기포를 남기게 된다. 비연속적인 접착층으로 인하여 접착력이 떨어진다.

여과 현상(filtered) : 접착제 성분에 따른 흡수 차이에 의해 일어나게 되는데 목재가 여과지로써의 작용을 하게 되어 수지 성분은 목재내로 침투하지만 증량제나 충전제가 재면에 남게 되는 경우 발생하게 된다. 따라서 수지 성분의 부족으로 접착층의 파괴에 대한 저항력이 낮아지게 된다.

균열 현상(crazed)
: 대개 두꺼운 접착층에서 발생하게 되는 일정하지 못한 형상의 균열을 일컫는데 접착제중으로부터 용제가 빠져 나가 경화된 접착층이 수축하게 되므로써 발생하는 경향이 있다. 접착후 발생하게 되는 응력에 의해서도 접착층에 균열 현상이 발생하는 경우도 있다. 따라서 접착력 및 내구성이 떨어진다.

백악화 현상(chalky) : 너무 차가운 재면에 초산비닐수지접착제를 도부하는 경우 주로 발생하게 된다. 낮은 온도로 인해 입자상의 접착 유효 성분이 서로 융합되지 못하기 때문에 발생하게 되는데 투명한 접착층 대신 불투명의 뿌연 백악화 형상을 나타낸다. 따라서 충분한 접착력을 기대할 수가 없다.

점묘 현상(stippled) : 접착제가 도부된 재면이 접착제의 유동과 전이가 일어나도록 접촉되었으나 양 재면이 접착제가 경화되기 전까지 서로 떨어져 있는 경우에 발생하게 된다. 양 재면의 접합부에 도부되어 있는 접착제는 반대 쪽 재면을 향해 돌출된 형태, 즉 톱니 모양 또는 실 모양을 나타내게 된다. 틈새가 두꺼운 경우에는 양 재면 사이에서 접착제가 기둥 모양으로 나타날 수도 있다. 접착력을 얻을 수 없다.

정상적인 접착층(sound) : 접착층은 연속적이어야 한다. 접착제중의 모든 성분이 적절한 역할을 하게 되고 접착층내에 균일하게 분포되어 있어야 한다. 접착층 파괴시 접착층이 목부에 의해 드러나지 않는 특징을 지니게 된다.

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