KR100244802B1

KR100244802B1 - Surface treatment method to improve wear resistance

Info

Publication number: KR100244802B1
Application number: KR1019970073942A
Authority: KR
Inventors: 김선욱; 황순철; 전명철
Original assignee: 정몽규; 현대자동차주식회사; 신현준; 재단법인포항산업과학연구원
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 2000-02-15
Also published as: KR19990054157A

Abstract

본 발명은 자동차 등의 유리에 물방울을 쉽게 제거하기 위한 발수코팅방법에 관한 것이며 ; 그 목적은 화학적방법으로 유리에 미세한 요철을 만들어 발수코팅층의 내마모성을 확보하기 위한 유리의 표면처리방법을 제공함에 있다.The present invention relates to a water-repellent coating method for easily removing water droplets on glass such as automobiles; The purpose is to provide a surface treatment method of the glass to secure the wear resistance of the water-repellent coating layer by making fine irregularities in the glass by a chemical method.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 발수코팅층의 내 마모성을 확보하기 위해 유리을 표면처리하는 방법에 있어서, 상기 유리표면을 불산용액으로 사진식각하여 표면에 요철을 형성하여 이루어지는 발수 코팅의 내마모성 증가를 위한 표면처리방법에 관한 것을 그 요지로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for surface-treating glass in order to secure wear resistance of the water-repellent coating layer, wherein the glass surface is photo-etched with hydrofluoric acid solution to form irregularities on the surface to increase wear resistance of the water-repellent coating. It is the summary about the surface treatment method for this.

Description

Water repellent coating glass with excellent wear resistance

본 발명은 자동차 등의 유리에 물방울을 쉽게 제거하기 위한 발수코팅방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학적방법으로 유리에 미세한 요철을 만들어 발수코팅층의 마모성을 확보하기 표면처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a water-repellent coating method for easily removing water droplets on glass, such as automobiles, and more particularly to a surface treatment method to make fine irregularities in the glass by a chemical method to secure the wearability of the water-repellent coating layer.

일반적으로 자동차의 유리창에는 우천시에 물방울이 맺히기 때문에 앞유리에는 와이퍼를 작동시켜 물방울을 계속 제거하여야 한다. 그러나, 와이퍼가 작동하더라도 계속 맺히는 물방울은 운전자의 시야를 방해하기 때문에 안전을 위협하는 문제가 있다.In general, since water droplets form on the windshield of a car, it is necessary to operate the wiper on the windshield to remove water droplets continuously. However, even if the wiper is operating, the water droplets that continue to build up may interfere with the driver's vision, thereby threatening safety.

이와 같은 불편을 해소하기 위하여 최근, 유리에 발수코팅하는 방법이 개발되어 실용화되고 있다. 발수코팅은 유리와 물과의 계면에너지를 크게 하여 물방울이 유리에 적셔지지 않고 동그란 물방울로 맺혀지게 하여 약간의 진동이나 바람의 힘으로 물방을이 쉽게 제거되도록 하는 것으로, 자동차의 앞과 측면의 유리창에 적용되고 있다.In order to alleviate such inconvenience, a method of water repellent coating on glass has recently been developed and put into practical use. Water-repellent coating is to increase the interfacial energy between glass and water so that water droplets can be formed into round water droplets instead of being wetted by glass so that water droplets can be easily removed by slight vibration or wind force. Is being applied to.

지금까지의 발수코팅에 대한 방법은 일본특허 4-160039, 4-285037, 4-285038, 5-170486, 및 미국특허 5,288,358과 5,250,322에 제안되어 있다. 그 구체적인 방법은, 유리표면에 불소기를 함유하고 있는 물질을 실리콘알콕사이드와 함께 사용하여 유리에 코팅하거나, 또는, 일차로 작은 기포를 형성하게 조절된 실리콘알콕사이드를 유리표면에 코팅하고, 그 위에 불소를 함유하는 물질을 코팅하고 열처리하는 일련의 공정으로 이루어진다.So far, a method for water repellent coating has been proposed in Japanese Patents 4-160039, 4-285037, 4-285038, 5-170486, and US Patents 5,288,358 and 5,250,322. The specific method is to use a material containing a fluorine group on the glass surface with the silicon alkoxide to coat the glass, or to first coat a silicon alkoxide on the glass surface, which is controlled to form small bubbles, and fluorine on the It consists of a series of processes for coating and heat-treating the material it contains.

그런데, 위에 언급한 발수코팅방법은 그 발수성은 우수하나, 마모성이 길어야 2년 정도의 수명을 갖고 있어 그 이후에는 성능을 잃어버려 유리창을 갈거나, 발수코팅을 재차 시공해야 하는 불편함을 갖고 있다. 즉, 기존의 방법은 발수성을 갖는 코팅이 오래동안 유리표면에 잔류하도록 하기 위하여 기공을 갖는 실리카 코팅을 유리표면에 입히고, 이차적으로 발수성을 갖는 물질이 실리카 코팅층의 기공내로 침투되어 가도록하여 실리카 코팅위의 발수성물질이 마모에 의하여 제거되어도 기공내에 잔류되는 발수성 물질에 의하여 계속하여 발수성을 갖도록 하였으나 수명에 한계가 있었다. 여기서, 실리카 코팅에 기공이 형성되도록 하는 방법을 실리콘 알콕사이드에 폴리 에틸렌 글리콜(Polyechtylene Glycol)을 첨가하여 용액을 제조하고, 코팅을 실시한다. 그러나, 이 방법에 의하면 실리카 코팅층의 두께와 여기에 형성되는 기공의 제어하는 곤란하여 이를 이용한 발수코팅의 수명은 비교적 짧았다.However, the above-mentioned water-repellent coating method has excellent water repellency, but has a long wear life of about 2 years, and after that, it loses its performance and has the inconvenience of changing a window or reworking a water-repellent coating. . In other words, in the conventional method, a silica coating having pores is applied to the glass surface so that the water-repellent coating remains on the glass surface for a long time, and a second water-repellent material penetrates into the pores of the silica coating layer. Even if the water-repellent material of was removed by abrasion, the water-repellent material remained in the pores to keep the water repellency, but there was a limit in the life. Here, a method for forming pores in the silica coating is prepared by adding polyethylene glycol (Polyechtylene Glycol) to the silicon alkoxide to prepare a solution. However, according to this method, it is difficult to control the thickness of the silica coating layer and the pores formed therein, and the lifetime of the water repellent coating using the same is relatively short.

이를 개선하기 위해 유리표면에 바로 요철을 형성하는 방법이 일본특허 93-336424에 제안된 바 있는데, 이 방법은 기계적인 가공법으로 복잡한 형상을 요철을 만들기 때문에 가공시 분진이 생기며, 시간이 많이 걸리는 문제가 있다. 이 보다도 큰 문제는 유리에 균열이 생길 수 있다는 문제가 있다.In order to improve this problem, a method of forming irregularities directly on the glass surface has been proposed in Japanese Patent No. 93-336424. This method produces a complicated shape by the mechanical processing method, which generates dust during processing and takes a long time. There is. The bigger problem is that the glass may be cracked.

이에 본 발 발명자는 보다 간단한 방법으로 유리에 손상없이 표면처리방법을 모색한 결과, 화학적인 방법으로 패턴을 식각하면 그 해결이 가능하다는 것을 확인하고 본 발명을 제안하게 이르렀다.Accordingly, the inventors of the present invention sought a surface treatment method without damaging the glass by a simpler method, and as a result, by etching the pattern by a chemical method, it was possible to solve the problem and came to propose the present invention.

본 발명은 유리표면을 종래의 다공성 실리카 코팅을 입히거나, 복잡형상의 요철을 기계적으로 가공하는 것 대신, 보다 간단한 화학적방법으로 내마모성 및 발수성이 우수한 발수코팅유리를 제공하는데, 그 목적이 있다.The present invention is to provide a water-repellent coating glass excellent in wear resistance and water repellency by a simple chemical method, instead of applying a conventional porous silica coating on the glass surface or mechanically processing complex irregularities.

제1도는 유리표면에 요철을 형성하기 위해 사진식각하는 공정도로서,1 is a process of photo-etching to form irregularities on the glass surface,

제1(a)도는 유리표면에 감광막을 코팅하는 공정도이고,1 (a) is a process chart for coating a photosensitive film on the glass surface,

제1(b)도는 감광막위에 일정패턴이 새겨진 스크린을 접촉하는 공정도이며,1 (b) is a process of contacting the screen engraved with a predetermined pattern on the photosensitive film,

제1(c)도는 자외선의 조사에 의해 비감광부가 제거된 공정도이며,1 (c) is a process diagram in which the non-photosensitive portion is removed by irradiation of ultraviolet rays,

제1(d)도는 제1(c)도의 유리 에칭후 형성된 요철을 나타내는 공정도이다;FIG. 1 (d) is a process chart showing the irregularities formed after the glass etching of FIG. 1 (c);

제2도는 본 발명에 따라 유리표면에 격자구조의 요철이 형성된 것을 나타내는 일례도이다.2 is an exemplary view showing that grating irregularities are formed on the glass surface according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 유리 2 : 감광막1: glass 2: photosensitive film

3 : 스크린(photo mask) 4 : 자외선3: photo mask 4: UV

5 : 요면 6 : 철면5: concave 6: iron

상기 목적을 달성하기 위한 본발명의 발수코팅유리는, 발수코팅유리에 있어서, 유리의 표면상에 1-100㎛의 간격으로 격자구조의 요철이 불산용액에 의한 화학적에칭법으로 형성되고, 이 요철이 형성된 유리표면에 발수코팅층이 형성되는 것을 포함하여 구성된다.In the water-repellent coating glass of the present invention for achieving the above object, in the water-repellent coating glass, irregularities having a lattice structure are formed on the surface of the glass at intervals of 1-100 μm by chemical etching with hydrofluoric acid solution. It is configured to include a water-repellent coating layer is formed on the formed glass surface.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에 따라 화학적인 방법으로 유리를 사진식각하여 유리표면에 요철을 형성하고, 요철이 형성된 유리표면에 통상의 방법으로 발수코팅을 하면, 표면이 낮은 부분(철면)에 발수성박막이 남게되고, 이에 따라 주위의 높은 부분에 남아있는 유리가 마모되어 소멸될 때까지 발수성을 유지할 수 있어 발수성이 오래도록 확보된다.According to the present invention, when the glass is chemically etched to form irregularities on the glass surface, and water repellent coating is performed on the glass surface on which the irregularities are formed by a conventional method, a water-repellent thin film is left at the low surface portion (iron surface), Accordingly, the water repellency can be maintained until the glass remaining in the surrounding high portion wears off and disappears, thereby ensuring long water repellency.

이하, 본 발명을 도면에 의거한 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through embodiments based on the drawings.

우선, 사진식각으로 유리표면에 요철을 형성하기 위해서는 제1(a)도에 도시된 바와 같이, 유리(1)위에 에칭액에 침범안되는 감광액을 균일하게 발라서 충분히건조하여 감광막(2)을 형성하고, 이어 형성된 감광막(2)위에 일정한 패턴이 새겨진 스크린(photomask)(3)를 접촉시킨 다음 자외선(4)을 조사한다(제1(b)도). 이어 스크린(3)를 떼고 비감광부만이 녹여 제거시키도록 현상하며, 제1(c)도와 같이 감광부만 코팅된 유리를 얻을 수 있다. 이 유리를 불산용액의 에칭용액에 넣으면 감광막이 남아 있지 않은 부분은 부식되어 제1(d)도와 같이 유리표면에 일정패턴의 모양대로 높고 낮은 요철(5,6)이 형성된다.First, in order to form the unevenness on the glass surface by photolithography, as shown in FIG. 1 (a), the photoresist which is not impregnated with the etching solution is uniformly applied on the glass 1 to sufficiently dry to form the photoresist film 2, Subsequently, a photomask 3 having a predetermined pattern is contacted on the formed photoresist film 2 and then irradiated with ultraviolet light 4 (FIG. 1 (b)). Subsequently, the screen 3 is removed and developed so that only the non-photosensitive part is melted and removed. As shown in FIG. 1C, only the photosensitive part is coated with glass. When the glass is placed in an etching solution of hydrofluoric acid solution, the portion where the photoresist film is not left is corroded to form high and low unevennesses 5 and 6 in the shape of a predetermined pattern on the glass surface as shown in FIG.

본 발명에 따라 에칭용액으로 사용되는 불산용액은 희석하여 사용하는데, 불산의 농도가 높을수록 식각속도가 빠르며, 희석이 많이 될 수록 식각속도는 느려진다. 따라서, 식각시간을 줄이기 우하여 농축된 불산을 사용할 수도 있으나, 속도가 빠르면 요철의 크기가 아주 작은 경우 짧은 시간에 많은 부분이 식각되어 균일한 모양을 유지하기가 곤란하게 되므로 에칭용액은 불산이 0.1-0.5% 함유된 것을 이용하는 것이 바람직하다.The hydrofluoric acid solution used as the etching solution according to the present invention is used by diluting, the higher the concentration of hydrofluoric acid, the faster the etching rate, and the greater the dilution, the slower the etching rate. Therefore, the concentrated hydrofluoric acid may be used to reduce the etching time, but if the speed is high, the etching solution has a hydrofluoric acid concentration of 0.1 because it is difficult to maintain a uniform shape when many portions are etched in a short time. It is preferable to use the one containing -0.5%.

상기와 같이 불산용액으로 사진식각하여 형성되는 요철은 다양한 모양과 크기가 가능하다. 발수성을 향상시키기 위해서는 식각된 부분(철면)의 총면적이 넓을수록 좋으나, 내마모성을 확보하기 위해서는 식각되지 않고 남아 있는 부분(철(凸)면)이 많을수록 수명은 향상되므로 이 두가지 조건을 고려하여 적당한 비율과 형상의 설계가 가능하다.As described above, the unevenness formed by photolithography with hydrofluoric acid solution can have various shapes and sizes. In order to improve the water repellency, the larger the total area of the etched portion (iron surface) is better, but the more the portion of the non-etched portion (iron surface) is improved in order to secure wear resistance, so the service life is improved. It is possible to design and shape.

본 발명에 의하면 스크린(마스크)에 제작상 소요되는 경비, 그리고, 유리에 맺히는 물방울의 크기에 따른 발수성 및 내마모성을 고려하면 제2도와 같이 손쉽게 제작할 수 있도록 같은 모양과 크기가 규칙적으로 반복되는 격자구조를 가지는 요철(5,6)을 만드는 것이 바람직하다. 이때, 격자구조의 격자간격(d) 및 요철의 크기(α)는 동일하게 1-100㎛로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 1㎛미만의 경우 제작이 어렵고, 격자크기가 작아져 식각되는 부분(요(凹)면)(6)의 깊이가 낮아져 내마모성의 열악해지며, 100㎛를 넘는 경우 미세한 물방울이 발수코팅이 마모되어 노출된 부분에 부착하게 되면 작은 물방울이 제거되지 않을 수 있기 때문이다.According to the present invention, considering the cost required for manufacturing the screen (mask), and water repellency and abrasion resistance according to the size of the water droplets formed on the glass, the same shape and size are repeated regularly so as to be easily manufactured as shown in FIG. It is preferable to make the unevenness (5, 6) having. At this time, the lattice spacing (d) of the lattice structure and the size (α) of the concave-convex is preferably equal to 1-100㎛, the reason is difficult to manufacture when less than 1㎛, the portion of the lattice size is etched small (Lower surface) (6) is lowered because the depth of the wear resistance is poor, and if the water droplets over 100㎛ fine water droplets are attached to the exposed parts of the water-repellent coating, small droplets may not be removed .

이와 같이 요철을 형성할 때, 식각되는 부분(철면)(6)은 그 크기가 작을수록 효과적이며, 식각된 깊이가 깊을수록 발수성과 내마모성이 증가된다. 본 발명에 따라 요철이 형성된 유리표면에 공지된 기술에 의해 발수코팅을 하고 열처리하면 내마모성 및 발수성이 향상된 유리를 얻을 수 있다.When forming the unevenness as described above, the portion (iron surface) 6 to be etched is more effective the smaller the size, the deeper the etched depth is increased water repellency and wear resistance. According to the present invention, when a water-repellent coating is performed on a glass surface on which irregularities are formed and heat-treated, a glass having improved wear resistance and water repellency can be obtained.

상술한 바와 같이. 본 발명에 의하면 종래 보다 간단한 화학적방법으로 유리표면에 요철을 형성할 수 있으므로 분진발생없이 특히, 유리에 균열이 발생할 염려없이 안전하게 유리를 표면처리하는 효과가 있다.As mentioned above. According to the present invention, since irregularities can be formed on the glass surface by a simpler chemical method, there is an effect of safely surface-treating glass without generating dust, particularly without fear of cracking.

Claims

In the water-repellent coating glass, irregularities of lattice structure are formed on the surface of the glass at intervals of 1-100 μm by chemical etching with a hydrofluoric acid solution, and a water-repellent coating layer is formed on the glass surface on which the irregularities are formed. Water repellent coating glass with excellent wear resistance.