Curing and Coating Properties of Photo-Curable Self-Photoinitiating Acrylate

광경화형 자가광개시 아크릴레이트의 경화특성 및 도막물성

Self-photoinitiating acrylate (SPIA) which can undergo self-initiation under UV irradiation was synthesized by a Michael addition in the presence of a base catalyst. The SPIA polymerizations were investigated by photo-differential scanning calorimeter (photo-DSC) and surface physical properties such as pendulum hardness and pencil hardness. The results showed that the SPIA can cure upon UV irradiation by itself without a photoinitiator. But we found out that both the curing rate and the conversion were too low for the self-curing reaction of SPIA. In order to improve the SPIA curing properties, we introduced the SPIA/cationic hybrid system and observed the effects of the addition of commercial free radical type monomer and photoinitiator on the curing behaviors. SPIA/cationic hybrid system was the best suitable to improve the SPIA curing properties. The kinetic analysis indicated that the cationic monomer and photoinitiator apparently accelerated the cure reaction and rate of the hybrid SPIA system, mostly due to the synergistic effect of cationic monomer and photoinitiator increasing the mobility of active species and the generation of reactive species (free radical, cation) during the photopolymerization process. The physical properties showed that, unlike typical free radical system, the hybrid systems did not show oxygen inhibition effect because of cationic reaction on the coating surface.

본 연구는 자가광개시형 아크릴레이트를 Michael addition 반응을 이용하여 합성하고 자유라디칼, 양이온 및 하이브리드 시스템을 통해 배합-경화-물성 상관관계를 유도하여 이들의 경화물성, 표면 물성을 Photo-DSC, 진자경도, 연필경도 및 내오염성 측정을 이용하여 평가하였다. 그 결과, 자유라디칼 반응형 모노머 첨가를 통해 경화 특성의 향상을 유도할 수 있었으나, 일정량 이상의 모노머 첨가 시 반응성 저하로 인해 경화성이 오히려 저하되었으며, 이는 자유라디칼 반응형 모노머에 의한 이동성의 향상이 SPIA의 경화 향상에는 한계가 있음을 확인하였다. 자유 라디칼 광개시제에 의한 자유 라디칼의 생성과 자가광개시 반응에 의한 자유라디칼이 동시에 연속적으로 반응에 참여되어 우수한 경화 특성을 보였으며, 양이온 시스템을 접목한 하이브리드 시스템의 경우 양이온계 광개시제와 양이온계 모노머가 라디칼 생성과 확산까지 촉진 시켜 우수한 경화특성을 보이며, 라디칼 중합에 비해 산소에 의한 영향이 적은 양이온 중합의 영향으로 표면물성을 비롯한 도막 물성 또한 가장 우수하였다.