액체 상태의 수지에 섞여 있는 광개시제가 특정 파장의 자외선을 흡수하여 고분자 중합 연쇄 반응을 일으키는 원리는 무엇인가요?

Question

매니큐어와 달리 젤 네일은 자외선 램프에 넣어야만 딱딱하게 굳습니다. 액체 상태의 수지에 섞여 있는 광개시제가 특정 파장의 자외선을 흡수하여 고분자 중합 연쇄 반응을 일으키는 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

젤 네일이 자외선 또는 LED 램프 아래에서 순식간에 굳는 현상은 광중합 반응이라는 화학적 원리로 일어납니다.

젤 네일의 액체 성분은 모노머, 올리고머, 그리고 빛에 반응하는 광개시제로 구성되어 있으며, 램프에서 특정 파장의 자외선이 빛을 비추면, 광개시제 분자가 빛 에너지를 흡수합니다. 에너지를 받아 불안정해진 광개시제는 화학 결합이 분해되면서 반응성이 극도로 높은 자유 라디칼을 생성합니다. 라디칼은 짝을 이루지 못한 홀전자를 갖고 있어 주변 물질과 즉시 결합하려는 성질이 매우 강합니다.

생성된 자유 라디칼은 주변에 있는 액체 상태의 모노머와 올리고머를 공격하여 중합 연쇄 반응을 일으킵니다. 모노머와 올리고머 분자 끝에는 탄소 간 이중 결합, 주로 아크릴레이트 계열이 존재합니다. 자유 라디칼이 이 이중 결합을 공격하여 단일 결합으로 풀어버리면서 자신을 합성시킵니다. 이 순간 결합이 풀린 끝부분이 다시 새로운 라디칼 상태가 되며, 옆에 있는 또 다른 모노머의 이중 결합을 연속적으로 공격합니다.

이 과정을 통해 수많은 작은 액체 분자들이 수초 내에 긴 고분자 사슬로 연결되고, 사슬들이 가로세로로 얽히는 가교 반응을 거쳐 단단한 3차원 입체 그물망 구조를 형성합니다. 결과적으로 유동적이던 액체 분자들이 고정되면서 견고한 고체 상태로 완전 경화됩니다.