10.1 고분자 재료의 복굴절

 

고분자 재료의 복굴절 특성은 분자의 구조와 성형 및 가공 조건에 큰 영향을 받는다. 먼저, 벤젠환과 같이 분극률이 큰 치환기가 포함된 고분자는 강한 분극 이방성을 가지고 있기 때문에 복굴절이 쉽게 발현된다. 그러나 고분자가 완전히 무정형 상태로 존재하고, 분자 배열이 무작위로 유지되는 벌크 상태에서는 미시적으로 등방성이 나타나기 때문에 복굴절이 관측되지 않는다. 한편, 고분자 재료는 성형이나 가공 과정에서 전단응력을 받게 되며, 이로 인해 분자가 특정 방향으로 배열되는 유동 배향이 발생하여 결과적으로 복굴절이 유도된다. 특히 PC나PS와 같은 고분자는 높은 분극률 이방성으로 인해 복굴절이 더욱 뚜렷하게 나타나는 경향이 있다.

 

10.2 UV 경화 수지의 복굴절

 

분자는 고유의 복굴절 특성을 가지고 있으므로 이를 완전히 제로로 만드는 것은 쉽지 않다. 그러나 복굴절을 가진 분자가 완전히 random 형태로 존재할 경우, 이방성이 발현되지 않아 복굴절은 나타나지 않는다고 볼 수 있다.

일반적인 고분자 필름 재료에서는 성형 공정 중 필연적으로 응력이 발생하므로, 분자 배향에 의한 복굴절 외에도 응력 복굴절이 함께 작용하여 전체 복굴절은 커지는 경향이 있다. 

 

그러나 UV 경화 수지의 경우 경화물에서 복굴절이 거의 관측되지 않으며, 분자구조와도 거의 상관성을 보이지 않는다. 이는 UV 경화와 같은 성형 공정에서는 액상의 모노머가 무작위 상태로 경화되기 때문에, 형성된 고분자의 배열에 이방성이 거의 존재하지 않고, 따라서 복굴절도 발생하기 어려운 것으로 생각할 수 있다.

 

11. 맺음말

UV 경화 기술은 빠른 경화 속도와 에너지 효율성을 바탕으로 다양한 산업 분야에서 중요한 기술로 자리 잡고 있다. 이 기술의 핵심은 모노머, 올리고머, 광 개시제 등 구성 요소의 화학적 구조와 조성을 정밀하게 제어하여 최종 경화물의 하는 데 있다. acrylate계 모노머, 에폭시 및 우레탄 아크릴레이트 올리고머 등 다양한 구성 요소의 선택과 조합을 통해 기계적 강도, 내열성, 유연성 등 광범위한 물리적, 화학적 특성을 구현할 수 있다. 

특히 렌즈, 디스플레이 등 정밀 광학 부품 분야에서 UV 경화 수지의 굴절률 제어는 매우 중요한 설계 요소이다. 분자 굴절과 분자 부피의 관계를 이해하고, 방향족기, 지환식 구조 등을 분자 내에 도입함으로써 목표 굴절률을 달성하기 위한 분자 수준의 설계가 요구된다. 그러나 고 굴절화는 파장 분산이나 투명도 등 다른 광학 특성과의 균형을 필요로 하며, UV 조사량이나 온도와 같은 공정 변수 또한 최종 굴절률에 영향을 미치므로 복합적인 고려가 필요하다. 

이와 같은 이유로 UV 경화 수지는 물성 설계를 바탕으로 하여 앞으로 더욱 다양한 산업 분야에서의 응용이 기대된다.