다. uv강도와 uv에너지 량
uv강도가 낮거나 총 조사되는 에너지 량이 필요량보다 낮은 경우가 대부분이며, 수지의 계열에 따라 uv강도와 에너지 량이 많아서 과 경화(Over cure)가 되고, 과경화로 인해 경화된 수지의 연신율 저하로 인해 접착력이 불량해 지는 경우도 있다.
라. 표면 오염
소재 표면이 오염되면 경화가 아무리 잘되어도 떨어지는 것은 당연하다.
소재 표면이 먼지, 기름기, 기타 물질로 오염되었다면 소재 표면에 다른 제 3의 층의 막이 형성되었다고 보면 된다. 만일 밀가루나 기름을 필름에 아주 얇게 발라놓고 그 위에 코팅한다면 코팅의 접착력이 잘 나올지 안나올지를 생각해 보면 소재 표면의 이물질이 접착력에 미치는 영향을 쉽게 이해할 수 있을 것이다
마. 코팅 두께
모든 물질은 고유의 팽창율을 가지고 있다. 코팅한다는 의미는 팽창 계수가 서로 다른 2가지 소재를 화학 결합이 아닌 물리적 접착을 시킨다는 의미인데, 2가지 소재를 물리적으로 접착 시켜 두었을 때 2 계면의 에너지가 다르고, 소재 자체의 팽창 팽창 계수가 서로 다르므로 온도 변화시 접착면이 떨어지는 것이다.
코팅 두께가 두꺼워졌을 때 접착력이 나빠 지는 것은 코팅 두께가 얇은 경우는 팽창 혹은 수축되는 힘이 xy 방향으로만 미치고, z 방향으로는 미미하게 미치지만, 두께가 두꺼워지면 팽창하는 힘, 즉 팽창 되는 힘이 x, y, z 방향으로 모두 미치기 때문이다.
이상은 접착력이 나빠 지는 주요한 원인만 기술한 것이고, 이 외에도 수지의 색상, 소재의 보관조건 변경 등 일반인이 보아서는 아무런 조건 변경이 없는데도 접착력이 나빠 지는 불량이 나는 경우도 있을 정도로 접착력 변경의 팩터가 많으므로 해결하기 어려운 경우는 수지 메이커나 경화기 메이커 일방의 의견만 들을게 아니라 전문가와 상담하는게 좋다..
바. 경화중에 받는 열이력
uv 경화 중에 모재와 경화할 수지가 열을 받는 량에 따라 코팅 표면의 고 휘발성 올리고머 농도가 낮아지는 것은 물론 경화할 올리고머가 받는 열에 따라 경화후 수지의 표면 에너지가 달라지므로 경화된 수지의 접착력이 좋아지거나 나빠진다.
4) 수지의 끓어 오름(Bubbling, bulging), 기포의 원인
코팅할 모재 자체가 끓어 오르는 현상과 코팅 혹은 접착한 수지가 끓어 오르는 원인은 각각 다르다. 모재가 끓어 오르는 이유는 경화중에 열을 많이 받아서이다. 코팅된 수지의 내부에
기포가 생기거나 표면이 울룰 불룩한 이유는 과열에 의해 모노머 혹은 솔벤트가 미처 중합하거나 증발하지 못하고 기화되어 코팅층 내부에 갇히기 때문이다. UV 경화 중의 열을 줄이거나 모노머 혹은 솔벤트를 증기압이 낮은(휘발성이 나쁜) 종류로 바꾸거나 절대량이 많은 것이 원인이다.
코팅 혹은 접착된 수지 자체가 끓어 오르는 것은 접착시 접착층 두께가 두껍거나 코팅 두께가 두껍고, 코팅층의 표면이 먼저 경화되고, 내부는 열에 의해 증발이 일어나고 이 증발된 기체가 갇혀서 외부로 못 빠져 나기는 것이 원인인 경우도 있다. 이때는 코팅 층을 얇게 하거나 장파장 램프를 사용하여 내부부터 경화시키면 해결 된다.
그러나 근본적인 대책은 uv 경화 공정 동안 받는 열량을 줄여야 한다.
5) 제품 표면의 크랙(갈라짐) 원인
코팅된 층에 미세한 크랙이 발생하는 원인은 경화된 후 수지의 물성(즉 수지의 조성)과 uv 경화 중에 받는 열 때문이다.
가. 수지 조성의 문제 : 경화된 후 수지의 크랙 유무를 결정하는 가장 큰 요인은 수지 설계이
나. 수지가 경화된 후의 물성은 대부분 수지 베이스와 관능기, 첨가제이다. 수지의 조성은 표면 크랙 뿐만 아니라 수지가 경화된 후 경도, 팽창 계수, 광택, 표면 에너지, 연신율, 내열 온도, 비저항, 내약품성 등 여러가지 물성을 결정한다.
다. 경화중에 받는 열 (열 이력) :
uv 경화 중에 열이 크랙에 미치는 영향은 크게 2가지 관점에서 볼수 있다.
첫째는 코팅 표면층의 휘발성이 강한 올리고머의 증발량에 대한 문제와, 중합 과정과 중합 직후에 열이 탄소-수소의 체인과 관능기에 어떤 영향을 어느 정도로 심하게 미쳐 크랙이 생기느냐의 문제이다.
uv 경화 중에 열을 많이 받을수록 코팅층의 올리고머는 중합에 기여하지 못하고 증발한다.
경화된 수지의 두께 방향으로 평균 분자량과 고경도에 기여하는 첨가제 분포가 균일해야 하는데, uv 경화 공정 중에 열을 많이 받으면 표면층의 모노머와 다이머는 중간층이나 내부에 비해 더 많이 증발한다. 표면층의 올리고머가 더 많이 증발하여 이의 농도가 내부층 보다 더 낮은 상태에서 광중합이 완료되었을 때 표면층의 중합도 및 경도와 내면층의 그것들은 일정한 편차를 가져온다, 이 현상은 대부분의 수지에서 상존한다.
그러나 uv 경화 중에 열을 일정량 이상 받아 표면의 올리고머가 너무 다량 증발한 상태에서 중합한 경우 중합된 수지의 중합도, 밀도, 경도가 코팅 내면 층의 그것들과 일정값을 넘어가면 경화된 후 코팅의 크랙으로 나타난다. (이 부분은 수지 설계하는 엔지니어도 간과하는 부분으로 수지 제조업체에서도 올리고머의 베이스와 관능기는 다른 물성 때문에 수지 조성을 쉽게 바꾸지 못하고 고민하다가 경화중에 받는 열을 제어함으로써 문제를 해결한 바가 있다.)
2번째는 중합 과정과 중합 직후에 받는 열의 강도(세기)와 총 열량이 화학 결합 체인과 관능기에 미치는 영향 즉 소재의 열 이력(熱 履歷 : Thermal history )에 관한 문제이다.
금속을 포함한 거의 모든 소재는 열을 받는 강도와 소재가 받는 누적 열량에 따라 소재의 물리적 특성이 바뀌게 되는데 이러한 변형과정을 “열 이력(熱 履歷)” 이라고 한다. 열 이력은 철(금속)에서만 나타나는 게 아니라 프라스틱, 목재, 유리, 세라믹 등 거의 모든 소재에서 나타나는데 철, 유리, 세라믹 등 융점, 변이점이 높은 재질은 100-200℃의 낮은 온도에서는 영향을 거의 안 받지만, 프라스틱처럼 용융점이나 변곡점이 100℃로 낮은 재질에서는 60-80 도 부근의 온도도 소재 자체의 열 변형을 포함하여 탄소 결합 구조, 중합도, 경도 등 여러가지 물성에 영향을 미치는데, 그 중에 한가지가 표면의 크랙으로 나타나는 것이다.
금속은 인류가 수천년간 사용하면서 연구를 많이 해 왔고, 특히 금속의 열이력은 “열처리”라는 공학의 한 분야로서 상당한 수준으로 발전해 왔으나, 프라스틱은 인류가 사용한 역사가 수십년에 불과하고, 프라스틱 종류가 수백가지나 되므로 특정한 프라스틱 소재의 열이력에 대해서는 연구도 거의 없는 셈이며, 고분자를 전공하지 않은 일반 엔지이어는 프라스틱의 열이력이라는 단어조차 생소한 셈이다.
uv 코팅액 예를 들면 수십가지의 uv 코팅액중 우리가 사용하는 폴리 부타디엔 아크릴레이트 계의 uv경화형 수지의 열이력에 대해서는 uv 코팅액을 만드는 메이커에서도 체계적인 연구가 이루어지지 않고 있는 게 세계적인 현실이다.
프라스틱 소재도 금속처럼 열이력에 따라 여러가지 특성이 변화되며, 아래의 물성은 프라스틱 소재가 열이력에 따라 변화될 수 있는 특성들이다. Uv 경화형 수지도 열 이력에 따라 여러가지 물성이 변하는데 “표면 크랙”도 경화과정 중에 받는 열의 강도와 받는 총열량에 따라 변화될 수 있는 여러 물성 중의 1가지에 불과하며 열이력에 따라 변할 수 있는 물성은 다음과 같은 것이 있다.
1. degree of crystallinity
2. Strains
3. Polimerization Degree
4. Glass transiion phenomena
5. Thermal and oxidative stability
6. Nucleation phenomena
7. Phase diagram
8. Hardness
9. Tension
10.Thermal Dissociation
**. pet 의 열이력 (thermal history) 에 따른 Crystallinity.
프라스틱 소재의 열이력에 따른 Tg 의 거동 .
여러 수지 별로 열이력에 따라 Tg 가 달라지듯 코팅하고져하는 uv 경화형 수지도 열이력에 따라 물성이 달라진다 .
그러나 올리고머의 종류와 조성에 따라 uv 경화 공정 중에 받는 받는 열량과 코팅층의 크랙발생은 같은 비례관계를 보이지는 않으므로 사용하는 uv수지에 따라 저온 uv 경화기 혹은 초저온 uv 경화기로 제품을 테스트해 보면 우리회사에서 사용하는 uv수지와 열이력이 크랙에 미치는 영향을 쉽게 알아낼 수 있다.
6) 황변 현상 원인
프라스틱의 황변 원인을 알려면 먼저 수지의 분해과정과 UV에 의한 수지 황변의 근본 원인을 알 필요가 있다. Uv의 에너지 준위가 가시광선의 에너지 보다 수십-수백% 더 높으므로 수지의 C-H, C-C 결합이 일부 분해되어 다른 물질로 되고, 그 물질은 계속 다른 물질로 변화되어 최종적으로는 탄소, 무기물, 애쉬(Ash)만 남게 되는데 그 분해과정과 생성물 형성과정에서 나타나는 각물질의 고유한 색을 합쳐 둔 것이 황변 현상이다.
PVC--------? -(CH)n + 무기물 ----------?CO2 +H2 + Ash
황색-갈색
위에서 -(CH)n은 매우 여러가지의 물질이며 피폭되는 자외선의 파장과 조사량에 따라 생성되는 속도와 량도 달라진다. 자외선량과 조사시간에 따라 형성되는 물질 종류와 생성되는 량은 다르지만 대부분 유색(有色 : Coloration)이며 여러가지 색이 섞여 있으므로 검은색이지만 검은 색의 농도가 낮으므로 황색으로 보이는 것이다.
대부분의 수지는 Uv 에너지를 받으면 C-H, C-C 결합이 분해되면서 여러가지의 중간 구조의 화학물질이 생성된다. 이러한 중간 생성물은 고분자 자체의 화학 구조, 받는 에너지, 시간 경과에 따라 각기 다르며, 중간 생성물은 대체적으로 유색이다. 대부분의 수지는 시간이 지나면서 중간 생성물의 비율이 증가할 뿐만 아니라, 그 중간 생성물 자체도 또 다른 구조의 물질로 변한다. 대부분의 중간 생성물과 2차 생성물은 자기 고유의 색을 띄는데 누렇게 황변하는 것 처럼 보이는 이유는 초기에는 농도가 낮으므로 색을 거의 띄지 않는 것처럼 보이다가 색의 농도가 높아지면서 자기 고유의 색을 나타내고, 이 색들이 여러가지가 섞여서 검은 색이지만 초기에는 중간 생성물의 농도가 낮으므로 엹은 황색을 띄다가 차츰 황갈색-? 흑색으로 된다.
4. UV 경화 불량 원인별 대책
여러가지 UV경화 불량 현상과 원인에 따라 대책도 각각 달라진다.
동일한 현상의 불량이라고 해도 근본 원인이 다른 경우도 있고, 원인이 다른 경우에는 조치하는 방법도 근본 원인과 일치해야 불량 현상을 쉽게 해결할 수 있다.
1) 경화 불량 원인별 대책
가. 수지의 흡수 파장과 램프 파장 : 수지의 UV흡수 파장과 램프의 발광 파장이 다르면 수지 메이커가 요구하는 파장의 램프를 사용하면 된다.
나. uv강도와 uv에너지 량 : uv강도가 낮으면 요구량 만큼 높여 주어야 하고, 총 조사되는 uv에너지가 부족하면 그 두께에서 수지가 요구하는 만큼 증가시켜 주면 된다.
그러나 UV를 증가시키지 못하는 이유는 UV 량을 증가시키면 제품 온도가 급격히 상승하는게 문제이다. 거의 모든 경화기는 uv강도나 총 조사 에너지를 증가 시키면 온도도 동시에 상승하여 제품의 열변형을 가져오므로 담당자들이 제일 머리 아파한다. 그러므로 uv강도나 총 조사 에너지를 증가 시키라는 수지 공급자의 대답은 면피용 대책일 뿐 현실적으로 근본적인 대책이 못된다.
근본적인 대책은 uv량, 컨베이어 속도 등 동일한 작업 조건에서 15% 정도로 온도를 낮춘 저온 uv 경화기를 사용하던지 아예 30℃ 이하의 초저온 uv 경화기로 대체해야 한다.
다. 코팅 두께와 선속도 : 코팅 두께가 두꺼워 지면 이에 비례하여 uv 량을 증가시키고, 동일한 두께에서 선속도를 빨리하려면 역시 UV량을 증가시켜야 한다.
코팅 두께를 현재보다 얇게 하거나 두껍게 하기 위해서는 모노머의 량, 전체적인 점도, 온도등을 관리하면 쉽게 두께를 조절할 수 있다.
이상은 원인별로 주요한 대책만 기술한 것이고, 이 외에도 램프 메이커를 바꾸어서 불량이 생기는 경우, 수지 메이커를 바꾼 경우, 배기팬의 댐퍼를 조금 더 열은 경우, 색상을 바꾼 경우, 심지어는 아무런 조건 변경이 없고 다만 오늘 아침에 uv 수지만 샐 교체했는데 경화 불량이 나는 경우도 있다.
불량이 나는 경우 근본 원인은 매우 여러가지이므로 대책도 정확한 원인별로 각기 다른 대책을 수립해야 한다.
2) 제품의 열 변형 대책
얇은 플라스틱 필름에 인쇄하거나 코팅하는 담당자의 한결 같은 불만은 제품의 열변형이다. 원인은 모두 램프에서 발생하는 열에 기인하므로 담당자로서는 특별한 대책이 없고, UV 램프 메이커나, 경화기 메이커에 문의해도 램프에서는 원래 열이 많이 발생하므로 어쩔수 없다는 대답이 고작이다. 열을 제거하기 위해 냉각을 충분히 하면 UV 램프가 과냉 현상(Over cooling)이 생겨서 경화가 안되고, 댐퍼를 닫으면 온도가 올라가서 제품이 열변형되므로 머리가 아프다.
근본 대책은
UV 램프에서는 입력전력 대비 70-80%의 열이 발생하므로 이 열이 적게 발생하게 램프를 만들고, 경화기 설계시 열을 90% 이상 제거하여 열이 제품에 거의 전달되지 않고, uv 만 제품에 조사되게 경화기를 설계하기 어렵기 때문이다.
제품이 받는 열량과 제품 온도는 램프의 길이 부하(W/cm), 요구 uv량(mJ/cm2), 제품에서 램프까지의 거리, 콘베이어 선속도, 냉각 시스템의 유체역학적 구조, 조사 유니트의 냉각 효율 등 여러가지 요인에 의해 달라진다.
온도가 올라가는 직접적인 원인은 uv 량을 증가시키기 위해 다음 조건을 변경하면 온도가 올라간다.
1), Uv 방사량을 증가시키기 위해 램프의 길이 부하(W/cm)를 증가 시키면 열이 올라간다.
2). 제품에서 램프까지의 거리를 가까이 할수록 온도가 올라간다.
3). 콘베이어 속도를 늦추면 온도가 올라간다.
4), 냉각 시스템의 열제거 효율이 낮을수록 온도가 올라간다.
5). 조사 유니트의 냉각 효율이 나쁠수록 온도가 올라간다.
관건은 uv 효율은 최대로 하고 UV 램프에서 발생하는 열을 100%에 가깝게 제거하여 최종적으로 제품 온도가 몇도 까지 올라가게 uv 경화기를 설계하느냐가 가장 핵심 기술이다.
과냉이 생기지 않고 uv가 잘 나오는 범위 내에서 UV 램프에서 발생하는 열을 99% 제거해 주기 위해서는 일종의 플라즈마 장치인 uv램프의 고온 플라즈마에 대해서 충분히 알아야 함은 물론, 공기로서 열을 제거한다는 관점에서 광학, 유체 역학, 열역학적인 메카니즘이 충분히 반영되어야 한다. 그러나 대부분의 uv 경화기 메이커의 설계자는 전기, 판금 기술자 이거나, 영업 출신자들인데, 원래 광학, 유체 역학, 열역학, 응용 물리학이라는 분야는 공부를 잘하는 친구들도 머리 아파하는 분야이고, 플라즈마 물리학 역시 아직 세계적으로 미개척 분야이다.
램프의 열 제거는 유체 역학, 열역학에 대한 이론은 물론 공학적인 데이터도 확보되고 uv램프라는 플라즈마 장치의 관점에서도 충분히 고려 해야 하는데, 국내 뿐만이 아니라 외국 uv 경화기 메이커에서도, 열유체 역학과 믈라즈마 물리학에 대해서 체계적 이론과 엔지니어링 데이터를 확보한 메이커가 매우 드물므로 현실적으로 수만 mJ/cm2의 충분한 uv를 방사하면서 제품 온도가 30 혹은 40℃ 이하로 유지되는 초저온 uv 경화기는 거의 불가능하다
현실적으로는 제품이 30 - 40℃ 이하로 유지되는 초저온 uv 경화기는 이론적으로도 어렵지만, 구매자 입장에서 현재의 경화기 보다 많은 비용을 투자해야 하는 문제도 크다.
3) 접착력이 낮는 원인별 대책
접착력 불량의 원인별 대책은 다음과 같다.
가. 모재의 표면 에너지가 낮다 :
모재 자체의 고유한 물성은 원 소재 자체를 바꾸는 수 밖에 없다. 그러나 소재마다 온도, 프렉스빌러티, 경도, 전기적 특성이 달라지므로 현실적으로 소재를 바꾸기는 거의 불가능에 가깝다. 주어진 소재가 가지고 있는 고유의 표면 에너지를 증가시키는 방법은 표면에 앵커(Anchor 혹은 Primer)처리를 하거나, 프라즈마, 코로나 처리를 하여 표면 에너지를 20-30 % 증가시키는 것이다.
특히 동일 재질이라고 해도 표면 에너지는 제조공정, 보관 상태, 오염된 정도에 따라 달라지므로 코팅이나 인쇄하기 직전에 프라즈마나 코로나로 표면 처리 하여 표면 에너지를 증가시키면 좋다.
나. 수지의 표면 에너지 대책 :
대부분의 담당자는 코팅하려고 하는 수지의 표면 장력이 얼마인지도 모르고 사용하고 있다.
접착력이 나빠지는 것은 코팅할 수지의 표면 장력을 낮추어서 피도면의 그것과 유사하게 해 주어야 하는데, uv 수지에는 보통 솔벤트를 사용하지 않으므로 표면 장력을 낮추기가 매우 어렵다. 그래서 프라즈마 등으로 표면처리를 함으로써 피도면의 표면 에너지를 증가시키는 방법을 사용하고 있다.
다. uv강도와 uv에너지량에 대한 대책 :
uv강도가 낮거나 총 조사되는 에너지 량이 필요량보다 낮으면 접착력이 나빠진다. 그러나 uv강도나, 총 조사 에너지를 증가시키기 위해 거리를 가까이 하던지, 램프의 길이 부하(W/cm)를 증가 시키던지, 램프수를 늘리던지, 콘베어 속도를 늦게하면 uv강도나 총 조사 에너지는 증가하지만, 증가하는 비율보다 더 높은 비율로 제품 온도가 상승하여 제품의 열변형을 가져오는게 제일 문제이다. 그러므로 열에 대한 근본 대책이 없는 한 램프거리, 길이 부하 증가, 램프수 증가, 콘베어 속도 조정은 막연한 대책에 불과하다.
현실적인 근 본 대책은 uv 강도, uv량, 컨베이어 속도 등 다른 조건은 동일한 가운데서 15% 정도로 온도를 낮춘 저온 uv 경화기를 사용하던지 아예 30℃ 이하의 초저온 uv 경화기로 대체하는 것도 한 방법이다.
라. 표면 오염에 대한 대책 ;
소재 표면의 오염을 제거하기 위해 코팅 전에 습식 세척이나 건식 세정을 한다.
소재 표면 오염을 막기 위해 PC, PET 판에 보호 필름을 붙여서 자재가 입고되는 방법도 있다. 오염을 예방하는 방법으로는 온도, 습도, 청정도 등의 보관 조건과 보관 기간도 제법 큰 변수이다.
특히 건식으로 표면 세정된 막은 표면 에칭 정도가 nm 단위로 매우 미세한 에칭 상태이므로 시간 경과에 따라 세정 효과가 서서히 감소하므로 건식 세정을 하는 경우는 코팅 직전에 하는 것이 좋다.
마. 코팅 두께 불균일 에 대한 대책 :
코팅 두께를 균일하게 하는 것은 모노머 등으로 점도를 조정하던지, 스프레이량 혹은 롤러의 클리어런스를 조정하면 비교적 쉽게 잡을 수 있다.
이상은 접착력이 나빠 지는데 대한 원인별 대책이고, 위의 원인 중 2가지 이상이 복합적으로 오는 경우도 있으므로 기술 담당자가 잘 판단하여, 간단한 실험을 거친후 추정 원인이 정확한지를 실험해 보면 트라블을 빨리 잡을 수 있다.
바. 경화중에 받는 열이력
uv 경화 중에 모재와 경화할 수지가 받는 열을 최대한 줄여야 한다.
uv 경화형 수지의 종류에 따라 다르지만, 열이력 때문에 접착력이 나빠는 경향이 큰 수지를 사용하고 있다면 초저온 경화기로 테스트 해 보면 열이력 때문에 접착력이 얼마나 나빠지는지는 쉽게 알 수 있다.
4) 수지의 끓어 오름(Bubbling) 혹은 기포에 대한 대책
코팅할 모재 자체가 끓어 오르는 현상과 코팅 혹은 접착한 수지가 끓어 오르는 현상, 2가지가 다 끓어 오르는 원인과 대책이 다르다..
코팅할 모재가 끓어 오르는 이유는 열을 너무 많이 받아 모재가 변형되거나 모재 내부의 휘발성 물질이 증발하거나 일부 탄화로 인하여 개스가 생기는 것이다. 근본적인 대책은 uv 경화 공정 동안 받는 열량을 줄여야 한다..
코팅 혹은 접착한 수지가 끓어 오르는 직접적인 원인은 경화 중에 수지가 열을 너무 많이 받아서이다. 근본적인 대책은 uv 경화 공정 동안 받는 열량을 줄여야 한다.
코팅된 수지의 조성이 문제인 경우도 있다.
수지 조성 중에 증기압이 낮은 모노머 혹은 솔벤트를 사용하거나, 모노머 혹은 솔벤트의 량을줄인다. 그러나 대부분의 업체에서는 메이커에서 구입한 수지를 별다른 조합 과정 없이 사용하므로 증기압이 낮은 모노머 혹은 솔벤트를 사용하거나, 그 량을 줄이기도 어렵다.
근본적인 대책은 uv 경화 공정 동안 받는 열량을 줄여야 한다.
접착층의 두께나 코팅 두께가 두꺼워서 바블 현상이 생기는 경우는 내부에서부터 경화되면서 밖으로 경화가 진행되어야 하는데, 램프의 파장이 짧아서 코팅층 내부로 uv가 침투해 들어가지 못하고, 외부부터 경화되기 때문에 내부에서 발생한 기포가 밖으로 못 나가서 바블링 현상이 생기는 경우도 있다. 이때는 코팅 층을 얇게 하거나 장파장 램프를 사용하여 내부부터 경화시키면 해결 되는 수도 있다. 그러나 근본적인 대책은 uv 경화 공정 동안 받는 열량을 줄이면 대부분 해결된다.
5) 제품 표면의 크랙에 대한 대책
대부분 대부분 수지의 고유 물성과 모재의 조건에 지배를 받으므로 약품, 모재, 경화기 조건을 콘트롤하기 힘든 사용자 입장에서는 매우 해결이 어렵다. 코팅 두께 방향으로 미세한 크랙이 발생하는 원인은 대부분 수지의 고유 물성과 uv 경화 중에 받는 열이 그 원인이다.
가. 수지 조성의 문제에 대한 대책:
수지의 조성 즉 수지 베이스와 관능기, 첨가제를 조정함으로써 올리고머의 휘발도와 경화된 후의 경도, 팽창 계수, 연신율, 크랙 등을 바꿀수 있다. 표면 크랙 등 수지가 경화된 후의 물성은 수지의 베이스, 관능기, 첨가제의 종류와 량에 따라서 변하는 것은 물론, 모재별, 코팅 조건별로 크랙 정도가 달라지므로 수지 메이커에서도 단 시간에 해결하기는 힘들다,
일본 등의 수입 약품을 사용하는 경우는 말도 잘 통하지 않고, 그 친구들이 한국 소비자들에게 성의있게 대햐지 않는 측면도 있어서 해결이 더욱 어려운 경우가 있다. 불량을 해결하려면 약품 종류, 그레이드, 모재, 경화 조건등을 잡아야 하는데 우선 말이 잘 통하는 국내 업체로서 수지, 모재, 경화기 등에 대해 종합적인 실력을 갖춘 전문가와 문제를 푸는 게 낫다.
나. 경화중에 받는 열에 대한 대책 :
uv 경화 중에 열을 받는 량에 따라 코팅 표면의 고 휘발성 올리고머 농도가 낮아진다.
표면의 올리고머 농도가 낮아지면 광중합 후에 표면의 경도, 신율 등의 조건이 코팅 내부의 그것들과 차이가 발생하고, 그 차이가 일정 값 이상이 되면 크랙으로 연결된다. 표면 크랙은 코팅 표면의 고 휘발성 올리고머의 농도가 낮은 외에도 경화중과 경화 직후에 받는 열의 세기와 누적량에 따라 C-C 결합의 상태와 손상된 정도에 따라 달라진다.
열을 받는 량에 따라 코팅 표면의저 휘발성 올리고머 농도가 낮아지면 코팅 표면층의 저 분자량 올리고머 농도가 낮아진 상태에서 광중합이 일어난다. 이러한 경우 중합 후 코팅 두께를 세로 축(y축)으로 본 코팅층의 물성이 달라진다.
또한 경화된 수지의 두께 방향으로 평균 분자량과 고경도에 기여하는 첨가제 분포가 균일해야 하는데, uv 경화 공정 중에 열을 많이 받으면 표면층의 모노머와 다이머는 잘 증발하여 표면층의 중합도와 경도 성분 분포도와 내면층의 그것은 심한 편차를 가져오고, 그 편차가 일정값을 넘어가면 경화된 후 코팅의 크랙으로 나타난다.
그러나 uv 경화 공정 중에 받는 열량과 올리고머의 계열과 조성에 따라 받는 열과 코팅층의 크랙발생은 수지의 계열과 조성에 따라 같은 비례관계를 보이지는 않으므로 사용하는 수지에 따라 저온 uv 경화기 혹은 30℃이하의 저온 uv 경화기로 제품을 테스트해 보면 즉시 판단할 수 있다.
이 외에도 필름의 연신 방향으로 크랙이 발생하는 경우도 있는데, 필름 연신 방향이 1축 연신인경우는 크랙도 한 축으로 발생한다. 이러한 경우는 원래 연신축 방향의 응력을 제거해 주어야 하는데 필름 메이커에 이야기 해도 해결되지 않는 경우가 많다. 근본적으로는 응력이 생기지 않게 하던지 생성된 응력을 제거해 주어야 한다.
6) 황변에 대한 대책
Uv의 에너지 준위가 가시광선 보다 수십-수백% 더 높으므로 당연히 생기는 현상이다.
수지 메이커에서는 수지가 경화된 후 강한 에너지에 의해서도 황변이 덜 생기게 하기 위해 여러가지 황변 방지제를 넣거나 uv에 의해 화학 결합이 끊어지지 않는 베이스나 관능기를 사용하기도 한다.
5. 마침 말
대부분의 생산 공정이나 개발 과정에서 발생 하듯이 UV경화 공정에서도 여러가지 현상이나, 불량이 발생하는 수 있다. 심지어는 제품의 일정 부분의 값이 관리값 이하나 데이터의 초과값이 나와도 이러한 현상이 발생하는 것 조차 감지 하지 못하고 넘어 가는 경우도 있다.
대책은 나왔지만, 대책대로 집행하려면 추가로 상당한 비용이 지불되어야 하는 경우는 추가 투자에 관한 문제이므로 별개로 치더라도 불량이나 품질 저하에 대한 정확한 원인과 대책은 수립해 두는 것이 좋고, 가장 중요한 것은 이러한 품질 저하 현상이 생길만한 원인을 애초부터 차단하는 것이 가장 바람직 하다.
UV경화로 제품을 계속 생산해 온 경우에는 담당자 나름대로 대처법을 알고 원인과 대책을 수립하지만, 불량 원인을 보는 시각이 큰 원칙에서 벗어나는 경우가 많고, 불량 원인을 보는 시각부터 다르다 보니 대책은 엉뚱한 방향으로 흘러가서 시행 착오를 반복하거나 현재의 문제를 해결하지 못한 상태에서 제품을 계속 생산하는 경우도 있다,
(현실적으로 보면 UV경화 방법으로 제품을 계속 생산해 온 경우에도 정확한 원인을 잘 파악하지 못하므로 불량이 발생하면 각 담당자의 관점과 의견이 다르고, 더욱이 각 원자재나 기계 업체는 그들대로 자기 관점에서만 해결하려거나 핑퐁식으로 네탓 공방만 하므로 트라블을 해결하는데 시간이 오래 걸리거나 아예 제품을 계속 생산하지 못하고 라인 스톱하는 경우도 있다).
본 UV 불량 유형별 원인과 대처법에 대한 자료를 충분히 인식하여, 라인 증설은 물론 개발과 uv 라인의 신규 도입시 여러 면에서 시간과 비용을 세이브 하여, 세계 최고의 제품을 만들 수 있기를 바라며, 어떤 부분에서 의문점이 있거나, 추가 자료가 필요한 경우에는 문의해 주시길 바랍니다.
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