접착제를 사용하지 않고 불소수지와 고무를 강력하게 접합 :: 산업뉴스

오사카대학 대학원 공학연구과 부속초정밀과학연구센터와 효고현립공업기술센터 연구팀은 접착제를 사용하지 않고 불소수지와 부틸고무를 강력하게 접합하는 것을 가능케 하였다.

의료현장에서 약제를 잘못 투여하는 것을 저감하기 위해 사전에 약제를 충진시킨 프리필드(Pre-filled) 시린지라는 주사기의 이용이 추진되고 있다. 폴리프로필렌제 시린지와 부틸고무제의 가스켓의 미끄러짐이 나쁘다는 문제를 해소하기 위해 “윤활제를 사용한다” 또는 “접착제로 불소 수지를 부틸고무에 접착시킨다”라는 것이 검토되고 있지만, 윤활유 및 접착제가 약제에 혼입되는 것이 우려되고 있다. 그래서 윤활유 및 접착제를 사용하지 않고 부틸고무의 미끄러짐성을 개선하는 기술이 요구되고 있다.

오사카대학의 초정밀과학연구센터에서는 대기압 플라즈마를 이용한 형상 제작, 표면 마무리, 표면 기능화 등의 기술 개발을 추진하고 있으며, 이번 연구내용은 고분자 표면기능화의 일환이다. 오사카대학과 효고현립공업기술센터와의 공동연구그룹은 대기압 He 플라즈마 처리와 열압축이라는 상당히 간단한 두 개의 조작만으로 불소수지와 부틸고무를 접합함으로써 (1) 윤활유를 사용하지 않고, (2) 접착제도 사용하지 않고, (3) 부틸고무의 미끄러짐성을 개선한다는 세 개의 요구를 만족시키는 데 도전하였다.

미처리 PTFE와 부틸고무를 철판에 끼우고 열압축하면 PTFE와 부틸고무의 계면에서 간단하게 박리하였다(밀착강도 0 N/min). 한편 본 기술을 적용한 PTFE와 부틸고무는 계면에서 박리하지 않고, 부틸고무의 응집파괴가 발생하여 박리시험에 의해 측정된 최대 밀착강도는 3.0N/min를 나타내었다. 또한 플라즈만 처리 후의 PTFE를 실온 대기 중에서 1개월간 보관한 후 열압축을 실시하였지만, 역시 부틸고무가 응집 파괴될 정도의 밀착강도를 나타내었다. 표면개질 효과가 1개월 경과 후에도 유지된다는 것을 확인하였다.

밀착력이 대폭 향상된 요인을 확인하기 위해 플라즈마 처리 중 및 플라즈마 처리 후의 PTFE 표면을 조사하였다. 우선 써모레벨에 의해 플라즈마 처리 중의 PTFE 표면의 온도를 측정하면, 고전력 조건에서 처리할수록 PTFE의 표면온도가 증가하였다. 최대 밀착강도가 얻어진 전력조건에서는 PTFE의 유리 전이점(130도)를 넘어 융점(327도) 부근까지 PTFE의 표면온도가 상승한다는 것을 밝혀내었다. X선 광전자분광법에 의해 표면의 관능기를 분석하면 고전력 조건에서 처리된 PTFE 표면에서는 C-F 결합이 감소하고, C-C 결합이 증가한다는 것이 밝혀졌다. 그리고 나노인덴터에 의해 표면 경도를 평가하면 고전력 조건에서 처리할수록 PTFE의 표면이 단단해진다는 것을 밝혀내었다. 이 결과에 의해 고전력 조건에서 처리한 PTFE 표면에서는 열에 의해 가교반응이 촉진되었다고 생각된다.

PTFE 시트의 경우 절삭가공에 의해 시트를 제작하고 있기 때문에 PTFE 표면에는 PTFE 내부보다 밀도가 낮고 무른 약한 층(취약층)이 존재한다. 미처리 또는 저전력 조건에서 플라즈만 처리된 PTFE에서는 박리시험 시 이 취약층에서 박리가 발생하기 때문에 PTFE와 부틸고무 사이의 밀착강도가 낮게 되었다고 생각된다. 한편 고전력조건에서 처리된 PTFE 표면에서는 플라즈마 조사에 의한 탈불소화와 그와 관련된 과산화물 라디칼의 형성뿐만 아니라 온도상승에 따른 PTFE 분자사슬의 운동성 향상에 의해 PTFE 분자사슬끼리의 가교반응이 진행하여 취약층이 강화되었다고 추측하였다. 그 결과 PTFE와 부틸고무 사이의 밀착강도가 대폭 증가하여 상술한 세 가지 요구를 만족시킬 수 있었다.

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』