전자 부품 코팅이나 3D 프린팅에서 라디칼 경화의 한계에 부딪히는 지점이 있습니다. 표면이 산소 때문에 끈적이고, 경화 수축으로 부착이 떨어지고, 내약품성이 요구 수준에 못 미칩니다. 양이온 경화는 이 세 가지를 한 번에 해결합니다. 대신 완전히 다른 변수가 들어옵니다. 습도가 성능을 좌우하고, 아민 성분이 반응을 죽이고, 빛을 끈 뒤에도 반응이 계속됩니다. 라디칼계 감각으로 접근하면 원인을 찾지 못하는 문제가 여기서 생깁니다.
- 양이온 경화는 산소 저해를 받지 않습니다. 질소 퍼지 없이도 표면이 완전히 굳습니다.
- 대신 습도와 염기성 성분에 민감합니다. 물과 아민이 생성된 산을 중화해 반응을 멈춥니다.
- 빛을 끈 뒤에도 반응이 계속됩니다. 이 암반응이 그늘진 부분까지 굳게 하지만 경화 완료 시점 판정을 어렵게 만듭니다.
- 경화 수축이 작아 부착과 치수 안정성이 유리합니다. 정밀 부품과 3D 프린팅에서 결정적인 차이가 됩니다.
1. 두 경화 방식의 차이
라디칼 경화는 빛이 개시제를 쪼개 라디칼을 만들고, 그 라디칼이 아크릴레이트의 이중결합을 열어 사슬을 잇습니다. 빛이 꺼지면 라디칼은 곧 소멸하고 반응도 멈춥니다.
양이온 경화는 빛이 개시제에서 강산을 만들어내고, 그 산이 에폭시나 옥세탄의 고리를 열어 중합을 시작합니다. 산은 반응에 소모되지 않고 계속 남아 있으므로, 빛이 꺼진 뒤에도 반응이 이어집니다.
| 항목 | 라디칼 경화 | 양이온 경화 |
|---|---|---|
| 주 모노머 | 아크릴레이트 | 에폭시, 옥세탄, 비닐에테르 |
| 산소 저해 | 있음 (표면 끈적임) | 없음 |
| 습도 영향 | 작음 | 큼 (반응 저해) |
| 염기성 성분 | 아민 조촉매로 오히려 활용 | 치명적 (산 중화) |
| 빛을 끈 뒤 | 즉시 정지 | 암반응 지속 |
| 경화 수축 | 상대적으로 큼 | 작음 |
| 기재 부착 | 수축으로 불리한 경우 있음 | 금속·유리에 유리 |
| 경화 속도 | 빠름 | 느림 (후경화 필요) |
라디칼 경화에서는 아민 조촉매를 넣어 산소 저해를 완화합니다. 양이온 경화에서는 같은 아민이 광반응으로 생성된 산을 중화해 반응을 통째로 멈춥니다. 문제는 아민이 조촉매로만 들어오는 것이 아니라는 점입니다. 안료의 표면처리제, 분산제, 습윤제, 소포제, 심지어 기재 표면에 남은 세정제까지 염기성 성분이 숨어 있을 수 있습니다. 양이온 배합에서 원인 모를 미경화가 생기면 개시제나 노광량보다 먼저 전 성분의 염기성 여부를 점검하십시오. 첨가제 하나가 처방 전체를 무력화하는 경우가 실제로 있습니다.
2. 개시제 선택 — 양이온 종류와 대이온
양이온 개시제는 두 부분으로 나뉩니다. 빛을 흡수해 분해되는 양이온 부분과, 생성되는 산의 세기를 결정하는 대이온 부분입니다. 두 축이 각각 다른 성질을 담당합니다.
| 구분 | 특징 | 검토 포인트 |
|---|---|---|
| 술포늄염 | 약 290~300nm 흡수, 열안정성 양호 | 단파장 광원 또는 증감제 병용 |
| 요오도늄염 | 약 236~241nm 흡수, 증감제와 궁합 좋음 | 증감제 없이는 LED 대응 어려움 |
| 안티모네이트 대이온 | 반응성 가장 높음 | 안티몬 규제 동향 확인 |
| 포스페이트 대이온 | 반응성 중간, 안티몬 프리 | 감도 보완 설계 필요 |
| 보레이트 대이온 | 비할로겐 금속, 저취·저황변 | 전자재료 용도에서 검토 가치 |
| 열양이온 개시제 | 빛 대신 열로 산 발생, 개시 온도 56~100℃ | 그늘부 경화, 후경화 보조 |
양이온 개시제의 성능만 보면 안티모네이트 계열이 가장 강력합니다. 그런데 전자부품 용도에서는 중금속 함유와 이온성 불순물이 별도의 관리 항목이 됩니다. 잔류 이온은 장기 신뢰성 시험에서 마이그레이션이나 절연 저하로 나타날 수 있기 때문입니다. 성능 비교를 시작하기 전에 납품처의 이온성 불순물 기준과 중금속 규제 요건부터 확인하시면 후보가 절반으로 줄어 검토 시간이 크게 단축됩니다. 보레이트 계열이 이 요건에서 상대적으로 유리한 선택지로 검토됩니다.
3. 옥세탄 — 에폭시 단독으로 부족할 때
양이온 경화계의 주력 모노머는 지환족 에폭시입니다. 다만 에폭시 단독으로는 경화 속도가 느리고 도막이 딱딱해지는 경향이 있습니다. 여기에 옥세탄을 넣어 보완합니다.
옥세탄은 4원 고리라 에폭시의 3원 고리보다 개환 중합이 활발한 구간이 있고, 사슬 이동 반응을 통해 전체 경화 속도를 끌어올립니다. 또 골격에 따라 유연성이나 강도를 선택적으로 부여할 수 있습니다.
| 구분 | 경화 속도 | 특성 |
|---|---|---|
| 단관능 옥세탄 (하이드록시형) | 중간 | 유연성·강도 균형, 희석 효과 |
| 단관능 옥세탄 (알킬·벤질형) | 느림 | 유연성 부여 중심 |
| 2관능 옥세탄 | 빠름 | 가교 밀도 상승, 경화 촉진 |
| 에폭시·옥세탄 하이브리드형 | 빠름 | 한 분자에 두 관능기, 상용성 우수 |
| 수소화 비스페놀A 에폭시 | 느림 | 유연성·내후성 |
4. 지환족 에폭시의 대안 — 고분자형 에폭시 수지
양이온 배합에서 오랫동안 표준으로 쓰여온 것이 저점도 지환족 에폭시입니다. 반응성이 높고 점도가 낮아 다루기 쉽지만, 자극성과 취급 부담이 지적되어 왔습니다.
이를 대체하기 위해 지환족 에폭시 구조를 고분자 골격에 매단 형태의 수지가 개발되었습니다. 에폭시 당량 200~300, 분자량 약 2,000, 점도 약 65,000 cps 수준의 거의 무색 액체입니다.
틴플레이트 기재에 10μm로 도포해 수은등 경화 후 120℃ 30분 베이킹한 시험에서, 고분자 에폭시 수지는 기존 지환족 에폭시 대비 베이킹 후 크로스컷 부착이 65/100에서 90/100으로, 굽힘 유연성이 15mm에서 4mm 수준으로 개선된 결과가 보고되었습니다. 연필 경도는 양쪽 모두 베이킹 후 H로 동등했습니다. 제관용 금속 인쇄 바니시 배합에서도 부착·유연성·경도가 동등하거나 우수했으나 배합 점도가 크게 높아지는 점이 확인되어, 저점도가 필요한 처방에서는 희석 설계가 함께 필요합니다.
5. 3D 프린팅 — 하이브리드 설계
광조형 3D 프린팅에서는 라디칼계와 양이온계를 함께 쓰는 하이브리드 처방이 널리 검토됩니다. 라디칼계가 빠른 형상 고정을 담당하고 양이온계가 수축 억제와 최종 물성을 담당하는 구조입니다.
이 조합에서 개시제 선택이 미묘해집니다. 라디칼 개시제와 양이온 개시제가 같은 파장대를 두고 빛을 나눠 갖기 때문입니다.
하이브리드 계에서 라디칼 개시제와 양이온 개시제의 흡수가 겹치면 서로 경쟁합니다. 라디칼 개시제가 빛을 먼저 가져가면 양이온 쪽에 도달하는 광자가 줄어들고, 이를 보완하려고 양이온 개시제를 늘리게 됩니다. 그런데 흡수 구간이 다른 라디칼 개시제로 바꾸면 경쟁 흡수가 줄어 양이온 개시제 비율을 낮추면서도 감광 성능과 재료 물성을 유지할 수 있다는 결과가 보고되어 있습니다. 355nm 광조형 시험에서 고분자 개시제 2%와 술포늄염 2.5% 조합이, 기존 조합에 술포늄염 5%를 쓴 경우와 유사한 임계 노광 에너지를 보였습니다. 양이온 개시제는 단가가 높은 편이라 이 절감이 원가에 직접 반영됩니다.
재료 물성 쪽에서도 차이가 나타났습니다. 같은 시험에서 고분자 개시제를 쓴 조성은 인장강도와 연신율이 다소 낮은 대신, 열변형온도가 80℃ 2시간 후경화 기준 60.0℃에서 68.1℃로, 노치 충격이 20.4에서 26.6으로 개선되었습니다. 내열과 인성이 필요한 부품에서는 유리한 방향입니다.
6. 성능표에 나오지 않는 실무 변수
| 변수 | 무엇이 문제인가 | 대응 |
|---|---|---|
| 작업장 습도 | 여름 장마철에만 경화 불량이 반복됨 | 습도 관리, 계절별 조건 분리 |
| 경화 완료 판정 | 암반응 때문에 직후 물성과 최종 물성이 다름 | 일정 시간 경과 후 또는 후경화 후 평가 |
| 첨가제의 염기성 | 분산제·소포제가 반응을 저해 | 양이온계 적합 첨가제로 한정 |
| 기재 세정 잔류물 | 알칼리 세정제 잔류로 계면만 미경화 | 린스 공정 점검, 중성 세정 검토 |
| 개시제 용액 형태 | 용액 등급은 용매가 처방에 함께 들어옴 | 고형분 환산, 용매 종류 확인 |
| 보관 중 반응 | 배합액이 서서히 산성화되며 점도 상승 | 차광 저온 보관, 사용 기한 설정 |
| 금속 기재 부식 | 생성된 강산이 일부 금속 표면에 영향 | 기재별 장기 시험, 대이온 종류 검토 |
7. 증상별 원인 진단
| 증상 | 가능한 원인 | 우선 조치 |
|---|---|---|
| 노광량을 올려도 안 굳음 | 염기성 성분이 산을 중화 | 전 성분 염기성 점검, 첨가제 교체 |
| 여름에만 경화 불량 | 고습 환경 | 작업장 습도 관리, 원료 밀폐 |
| 경화 직후 물성이 규격 미달 | 암반응이 진행 중 | 평가 시점 조정, 후경화 조건 확립 |
| 기재 계면만 덜 굳음 | 세정제 잔류 또는 기재 표면 알칼리성 | 전처리 공정 점검 |
| LED 광원에서 감도 부족 | 양이온 개시제의 흡수가 단파장에 치우침 | 증감제 병용 설계 |
| 배합액 점도가 시간에 따라 상승 | 보관 중 서서히 개환 반응 진행 | 차광 저온 보관, 사용 기한 관리 |
| 하이브리드계에서 감도가 안 나옴 | 개시제 간 경쟁 흡수 | 흡수 구간이 분리된 조합으로 재설계 |
| 전자 신뢰성 시험에서 불합격 | 잔류 이온성 불순물 | 대이온 종류 변경, 고순도 등급 검토 |
8. 관련 취급 원료
| 구분 | 대표 품번 | 역할 |
|---|---|---|
| 술포늄염 개시제 | TR-PAG-201, 201S, 202, 20101, 20102P | 양이온 경화 주력, 용액·분말 선택 |
| 보레이트계 개시제 | TR-PAG-20108, 21608, 30408 | 저취·저황변, 전자재료 검토용 |
| 요오도늄염 개시제 | TR-PAG-30101, 30201, 30301P, 30401S, 31102D | 증감제 병용형 |
| 열양이온 개시제 | TR-TAG-50102, 50108, 50302, 50602, 50608, 50701 | 개시 온도별 6종, 후경화·그늘부 대응 |
| 증감제 | TR-PSS-206, 303, 306, 510 | 양이온계 LED 대응 필수 조합 |
| 옥세탄 | TCM101, 104, 109, 201, 204, 207, 218, THM208 | 경화 촉진·유연성·강도 설계 |
| 수소화 비스페놀A 에폭시 | TCM241 | 유연성·내후성 부여 |
| 고분자 에폭시 수지 | 지환족 에폭시 대체품 | 부착·유연성 개선, 문의 시 안내 |
| 라디칼 개시제 | TR-TPO, NPI-601, NPI-813N, 814N 등 | 하이브리드 조합 설계 |
| 전자용 필러 | 구형실리카, 구상알루미나 | 고충전 봉지·방열 설계 |
* 원산지는 중국입니다. 등급별 규격과 개시 온도 자료는 문의 시 안내해 드립니다.
9. 자주 묻는 질문
10. 정리
양이온 경화는 라디칼 경화의 약점을 정확히 메우는 방식이지만, 라디칼계에서 통하던 감각이 반대로 작동하는 구간이 많습니다. 산소는 문제가 아니고 물과 염기가 문제이며, 빛을 끈 시점이 경화의 끝이 아닙니다.
검토 순서를 제안드리면, 먼저 처방에 들어갈 모든 성분의 염기성 여부를 확인해 쓸 수 없는 것을 걸러내십시오. 그다음 광원 파장에 맞춰 개시제와 증감제 조합을 정하고, 요구 규제가 있다면 대이온 종류를 여기서 확정하십시오. 옥세탄으로 경화 속도와 유연성을 조정한 뒤, 마지막에 후경화 조건과 평가 시점을 정하시면 됩니다.
원료 문의 및 샘플 신청
(주)삼양화인은 양이온 광개시제(술포늄염·요오도늄염·보레이트계), 열양이온 개시제, 증감제, 옥세탄 및 관련 에폭시 수지를 국내에 공급하고 있습니다. 라디칼 개시제와 전자용 필러도 함께 취급하고 있어 하이브리드 처방과 고충전 설계를 한 곳에서 검토하실 수 있습니다.
문의 주실 때 안내사항
- 상호 / 주소(지역) / 업종 / 담당자명 / 연락처 / 문의제품(용도)를 말씀해 주시거나 기입해 주세요.
- 기술 상담 시 광원과 파장, 기재, 도막 두께, 목표 물성, 규제 요건, 현재 처방 구성과 겪고 계신 증상을 알려주시면 더 정확한 제안이 가능합니다.
(주)삼양화인은 1999년 창립 이래, 국내외 고객들과의 꾸준한 협업을 통해 국내 화학산업 발전에 이바지해 왔습니다. 2025년에는 자체 R&D 센터를 설립해 물성·성능 비교분석, 포뮬레이션 연구, 규제 대응, 샘플실 운영을 통한 기술지원 서비스를 고객의 수요에 맞게 맞춤 지원하고 있습니다.
☎ (032) 837-5300 ｜ 📠 (032) 837-5301
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* 본문의 시험 결과와 물성값은 공급 자료 기준이며 배합·광원·기재 조건에 따라 달라집니다. 실제 처방은 자체 검증으로 확정하십시오.
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