자외선 차단제에 대한 개론

UV Absorber 대한 개요
1. 플라스틱 첨가제의 개요
1-1. 플라스틱 첨가제의 정의
플라스틱첨가제란 플라스틱 또는 합성수지의 가공을 용이하게 하고 최종제품의
성능을 개량하기 위해 가공이나 중합과정에서 첨가되는 화학물질로 플라스틱의
취약성을 보완하고 특성을 살리기 위해 보조재료로 사용하고 있다. 플라스틱 첨가제를
사용하는 목적은 플라스틱의 품질개량과 성형품의 가공성, 물성향상, 장기적 안정성유지를 위해서다. 이러한 플라스틱 첨가제에는 가소제, 열안정제, 산화방지제, 자외선안정제, 난연제,대전방지제, 활제, 충격보강제 등이 있으며 플라스틱 제품을 만들 때 제품의 기능,용도에따라 첨가되는 필수적인 성분이다.
첨가제는 그 기능에 따라
1) 화학적 성질 개선제,
2) 물리적 성질 개선제
3) 가공성 개선제로 나눌 수 있는데
최근에는 이러한 첨가제가 본래의 보조재료라는 의미를 초월하여 플라스틱 제품의 최종 성능에 결정적인 영향을 미칠 수 있는 특수 소재로 인식되고 있으며, 고분자 업계에서는 신제품개발시 첨가제 활용기술의 중요성이 점점 증대되고 있다.
4) 열안정제와 가소제, 활제 : 플라스틱의 가공성 개량을 목적으로 사용
5) 산화방지제, 자외선안정제 : 성형품의 내후성 및 내구성을 향상시키기 위한 목적으로 사용
6) 대전방지제와 활제 : 계면성을 개량하기 위한 목적으로 사용
7) 난연제 : 내화·내열성 향상 등의 특수기능을 부여하기 위한 목적으로 사용됨
플라스틱 소재의 고기능화 등이 진전되는 가운데 첨가제의 역할이 보다 중요해지고 있다.

1-2. 플라스틱 첨가제의 분류
플라스틱 첨가제는 플라스틱을 실제로 제품화하기 위해 그 취약성을 보완하고 특성을 살리기 위해 보조재료로 첨가되므로 용도에 따라 크게 3가지로 분류할 수 있다.
A. 원하는 형태의 수지가공을 위한 가공첨가제: 발포제, 핵제, 윤활제 등이 있고
B. 공기, 열, 빛 미생물에 의한 분해를 최소화하는 안정제로 산화방지제, 열안정제, 자외선안정제, 생물안정제 .
C. 최종제품 성형시 들어가는 성능첨가제로 충진제, 보강제, 가소제, 착색제, 내충격제, 난연제, 대전방지제, 가교제, 형광증백제 등이 있다.
D. 특수한 성능을 부여하는 열전도성부여제, 투과성조절제, 자성부여제 등이 있다.
각각의 기능별로 살펴보면
첨가제의 선택 및 함량결정을 위해서는 가격과 성능비교, 고분자와의 사용성 유무, 고분자물성에 미치는 영향, 가공시 안정성, 화학적 활성 및 독성을 고려해야 한다. 또한 사용목적과 첨가제의 특성 등에 따라 중합반응시 단량체에 첨가, 중합반응 후 고분자계에 첨가, 컴파운딩시 첨가, 고분자 가공공정 중에 첨가하여 사용할 수 있다. 플라스틱 첨가제의 용도는 첨가제와 고분자에 따라 사용되고 있는데 각각의 세부용도를 살펴보면 다음과 같다. 가소제는 폴리머에 유연성, 가공의 작업성 혹은 플라스틱의 팽창성을 증가시키기 위해 플라스틱 성형시 조작을 가하는 물질이며, 난연제는 플라스틱을 비롯한 고무·섬유·종이·목재 등을 난연화시켜 연소를 방지 또는 지연하기 위해 첨가하고 있다.
열안정제, 자외선안정제, 산화방지제는 열이나 빛에 의해 플라스틱이 분해되거나 노화하는 것을 방지하기 위한 목적으로 사용하고 있어 안정제로 함께 분류하고 있다. 열안정제는 열효과에 의해 색의 변화, 기계적·전기적 성질이나 불필요한 표면반응을 방지하는 작용을 하고 자외선안정제는 자외선을 차단하거나 흡수하여 플라스틱을 보호할 목적으로 첨가하고 있다. 또 한가지 안정제로 분류되고 있는 산화방지제는 플라스틱의 제조와 가공, 저장중의 산화로부터 플라스틱을 보호하는 역할을 하고 있다. 대전방지제는 플라스틱에 첨가되거나 완성된 제품의 표면에 처리하여 제품의 표면에 형성되는 정전기를 감소시키거나, 제거하는 작용을 하는 첨가제다. 또, 발포제는 다른 물질과의 조합으로 플라스틱안에 다공질 구조를 갖도록 해 경량, 유연한 물성을 부여하는 역할을 하고 충격보강제는 첨가하여 기본수지의 물리적 성질을 향상시켜 기계적 강도 또는 경도를 향상시킨다. 그외에도 플라스틱의 결정성을 높여주고 투명성을 향상시키는 핵제와 색조를 부여하는 착색제 등이 첨가제로 사용되고 있다.

2. 자외선안정제(Ultraviolet Stabilizer)
2-1. 플라스틱 자외선안정제의 개요
화합반응을 일으키는 에너지는 열뿐만 아니라 빛에 의해서도 얻을 수 있다. 3400Å 이하의 파장을 가진 자외선은 분자를 분해할 정도의 충분한 에너지를 갖는다. 플라스틱은 햇빛의 3000~3400Å 정도의 자외선에 의해 분해를 일으켜 변색되고 잘 부스러지게 된다. 따라서 이러한 자외선을 차단하거나 흡수하여 플라스틱을 보호할 목적으로 첨가하는 첨가제를 자외선안정제라고 부른다. 이들은 특히, 투명도가 높은 플라스틱을 제외하고는 옥외에서 사용되는 플라스틱의 대부분에 첨가된다. 자외선안정제는 광안정제의 일종으로 폴리올레핀에 의한 분해를 해결하는 역할을 하기 때문에 자외선 안정제로 표현하며, 가공기업의 기술자들에게는 UV제로 통하고 있다. 자외선안정제는 작용기구에 따라 흡수제, Quenchers, HALS(Hindered Amine Light Stabilizer)로 구분한다. 또 화학구조에 따라 Phenyl Salicylates(흡수제), Benzophenone(흡수제), Benzotriazole(흡수제), 니켈유도체(Quench-ers), Radical Scavenger로 구분되며 개발시기는 순서대로 1945년, 1953년, 1956년, 1967년, 1970년대이다.
흡수제는 자외선에너지를 선택적으로 흡수하여 적외선에너지 형태로 변환·방출하며, Hydroxy Benzophenone, Benzotriazoles, Substitutes Acrylate 등이 주로 사용된다. 자외선흡수제는 파장이 250~400㎛의 빛을 흡수한 뒤 이 UV에너지를 열에너지로 바꾸는 역할을 한다. 그러나 빛이 얇은 플리올레핀은 그냥 투과해 버리기 때문에 0.㎛이하의 제품인 경우 자외선흡수제는 효과가 적어 UV제는 사출물과 두꺼운 압출물에 사용되며 필름 및 압출 연신제품에는 사용되지 않는다. 그러나 가공기업에서는 UV M/B로 HDPE필름 및 PP안에 사용하는 오류를 범하는 경우도 있다. 고무나 플라스틱이 노화를 일으키는 원인의 첫 번째는 태양광선의 자외선에 의한 것이며, 태양광선은 지표에 도달할 때 까지 오존층 및 대기권에 흡수된다. 플라스틱은 광안정제 및 자외선흡수제를 첨가함으로써 내후성, 내광성을 개량할 수 있다.
벤조페논계 자외선 흡수능력은 살리실산에스테르계보다 좋지만 340㎛이상의 자외선 흡수능력은 벤조트리아졸계보다 약간 떨어진다. 그러나 플라스틱에 대한 상용성이 비교적 우수, 다양한 용도에 광범위하게 사용된다. 자외선흡수제에 요구되는 성질은 소량 사용에도 효과가 있어야 하며, 흡수파장영역이 290~400㎛이어야 하고 열안정성 상용성 등이 우수해야 한다. Quenchers는 자외선흡수제에 의해 안정화시키고 그 자신은 에너지를 형광, 인광 및 열로 방출하는 역할을 한다. 주로 니켈화합물이 사용되며 폴리올레핀에 사용한다. HALS는 광분해반응 중 생성된 자유라디칼을 제거하여 광산화 반응을 정지시키는 역할을 한다. HALS는 쉽게 산화되어 Nitroxyl 라디칼로 전환되고 고분자 라디칼과 반응, Hydroxyamine Ether를 생성한다. 그리고 과산화 라디칼과 반응하여 안정한 Nitroxyl 라디칼을 다시 생성함으로써 광산화반응를 정지시킨다. HALS는 흡수제와는 달리 표면보호작용이 우수하고 얇은 단면을 갖는 제품에도 적용가능하며, Quenchers와는 달리 착색을 부여하지 않는다. 또한 단독으로 사용가능하며 Quenchers와 혼용시켜 사용한다. HALS는 1894년 TMOP(2,2,6,6,-Terame-thyl-4-oxopiperidine)를 시초로 개발돼 왔으며 Nitroxyl라디칼의 안정도는 HALS가 개발되기 전에 보고된바 있다.
1967년에는 일본 Sankyo에 의해 특허화됐으며, 75년에는 시바스페샬티에 의해 TINUVIN770으로 상품화되기도 했다. HALS는 UV제의 구조에 아민이 숨어있기 때문에 명명되었으며, UV제가 흡수되어 라디칼이 생성된 것을 없애버리는 역할을 한다. HALS 자체는 없애버리는 역할을 하면서도 소모되지 않는 특성을 가지고 있다. 국내에서 폴리올레핀 제품 중 UV제가 가장 많이 사용되는 PE필름 용도의 Recipe는 시바스페샬티제품 기준 Chimassorb944 0.1%이며, PP bag은 TINUV-IN770 0.1%에 Chi-massorb o.1%를 동시에 처방하는 것이다. 또 LDPE 및 EVA필름에도 사용되는 Recipe는 Chimassorb944 0.15%이다. 770은 가볍고 이행이 적어 사출용이나 필름용으로 사용되고 있다. 최근에는 일본에서 HALS와 이가녹스 1076을 브렌드한 2626을 개발, 자동차 범퍼 및 내장제, 콘택트렌즈 등에 적용하고 있다.

2-2 자외선 안정제의 종류
일반적으로 국내에 유통되고 있는 자외선 흡수제는
A. HALS(Hindered Amine Light Stabilizer)
B. Phenyl Salicylates(흡수제),
C. Benzophenone(흡수제),
D. Benzotriazole(흡수제),
의 종류가 대부분이다

이중 Polyester에 적용하기에 알맞은 type은 Benzotriazole(흡수제),계이며 대표적인 제품명은 CIBY GEIGY社의 Tinuvin 320 계열 또는 Cytec社의 UV-5411정도이며 국내에서 개발된 제품들도 있다
위에서 소개된 제품들은 대부분의 Paint Maker에서 사용중에 있으며 그 성능또한 입증이 되어있다.

또한 불포화폴리에스테르계 도료에 적용하기에도 적당한 것으로 알려져 있으며 많이 사용되고 있다...