KR100387663B1 - 엔지니어링 플라스틱상에의 도금방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔지니어링 플라스틱상에의 도금방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르 (PE), 폴리아미드(PA), 아크릴 또는 2종 이상의 이들의 혼합물로서 무전해 도금이 어려운 엔지니어링 플라스틱의 표면에 ABS수지 및/또는 UV경화형 도료를 분무 도포하여 프라이머층을 형성시키고, 무전해도금 또는 진공증착, 스퍼터링, 이온플레이팅 등의 건식 도금을 행하되, 기판으로는 폴리카보네이트(PC)수지이거나 ABS수지를 포함하지 않는 무전해도금이 어려운 엔지니어링 플라스틱이 해당되며, 전도성 적층물은 구리, 니켈, 크롬, 금, 은 등이고, 기판과 전도성 적층물과의 결합력을 향상시키기 위한 초벌하도(primer)재료는 ABS수지 및/또는 UV(ultraviolet)경화형 도료를 포함하는 도포가능한 프라이머이며, 프라이머를 기판에 도포 후 무전해도금하여 지금까지 무전해도금 및 전기 도금이 어려운 엔지니어링 플라스틱의 도금특성을 향상시켜 전면도금 및 마스킹(masking)을 통한 부분도금이 가능케하고 유해전자파 차폐특성 및 외장특성을 부여하는 효과를 얻을 수 있었다.

Description

엔지니어링 플라스틱상에의 도금방법{The coating method on the engineering plastics}

본 발명은 고분자(polymer) 재질의 플라스틱(plastic)상에의 무전해 도금방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 엔지니어링 플라스틱의 표면에 ABS수지 및/또는 UV경화형 도료를 분무 도포하여 프라이머층을 형성시키고, 무전해도금 또는 진공증착, 스퍼터링, 이온플레이팅 등의 건식 도금을 행함을 특징으로 하는 엔지니어링 플라스틱상에의 도금방법에 관한 것이다.

플라스틱상에 도금을 하는 목적은 외관에 있어서 금속과 동일하게 하고, 기능적으로는 내후성, 내마모성, 전도성을 얻을 수 있고, 경량화하며, 재료면에서는 원가가 적게 들기 때문이다.

특히, 최근에는 금속에 가까운 성질을 가진 엔지니어링 플라스틱이 많이 개발되어 이에 대한 도금방법의 개발이 시급한 실정이다.

일반적으로, 도금 방법으로는 전기도금, 무전해도금 등과 같은 습식법과 CVD, PVD 등과 같은 건식법으로 대별되고 있으며, 습식법의 기판으로는 ABS가 가장많고 폴리프로필렌(polypropylene), 나이론(nylon), 폴리카보네이트, 노릴(noryl), PBT(polybutylene terephthalate) 등이 있다.

무전해도금(electroless plating)은 금속 이온이 있는 용액 중의 환원제에 의해서 물건 위에 금속이 환원 석출되는 도금을 말하는 것으로, 이온화경향에 의한 치환도금(immersion plating)과는 구별하고 있다.

무전해도금액의 필요한 성분으로는 금속염, 환원제 등의 주성분과 pH조정제, 완충제, 착화제, 촉진제, 안정제, 개량재 등의 보조성분이 있으며, 보조성분은 도금액의 수명연장, 환원제의 효율향상 등이 그 사용 목적이다.

무전해도금의 원리를 간단히 나타내면 다음과 같다.

Pd의 핵이 있는 표면에 무전해구리나 니켈액으로 도금하면 하기 반응식 1의 반응을 Pd가 촉매로서 촉진시키며 일단 Cu나 Ni이 표면에 석출되면 Cu나 Ni금속 자신이 촉매역할(자기촉매작용)을 하여 석출반응이 계속된다.

상기와 같은 방법으로 엔지니어링 플라스틱의 무전해 도금이 이루어지며, 대표적인 엔지니어링 플라스틱의 무전해도금법은 다음과 같다.

ABS수지상의 도금.

ABS수지는 소재가 강하고, 에칭으로 표면으로부터 1㎛ 정도의 층의 부타디엔성분을 용이하게 화학적으로 산화, 용출시킬수가 있기 때문에 도금용으로 많이 사용하고 있다. 부다티엔은 ABS수지 표면 1㎠당 0.1㎛정도의 크기로 6천만개 정도 존재하고 있다고 하며, 용출될 때 이들의 적은 구멍의 벽에는 -COOH 그룹이 생기며, 센시타이징 때 반응식 2와 같이 되어 약산성이 되며, 액티베이션 때 반응식 3과 같이 되어 ABS표면에 Pd가 석출되게 된다.

폴리프로필렌(PP)의 도금

PP중에는 일반 그레이드(grade)와 도금용 그레이드가 있으며, 일반적으로 반응성, 친수성, 밀착성이 나쁘다고 생각되어 왔으며, 도금 방법이 거의 알려지지 않고 있다.

나이론수지의 도금

폴리아미드(PA) 수지를 나이론이라고 부르고 있으며, 이것은 우수한 내열성을 가지고 있다. 도금용 나이론은 ABS나 폴리카보네이트수지와 같이 황산 + 크롬산의 에칭액에 처리하면 나이론 중의 아미노기가 크롬산과 반응하여 무전해도금이 되지 않으므로 염산 또는 요오드에 에칭한다.

폴리카보네이트(PC)수지

내열성이 140℃로 높고 충격에도 우수하고 자기소화성(자기분해성)이 있는 수지이다. 프리에칭이 필요하며, 이 과정은 용매 또는 유기산과 무기염의 혼합물로 소재를 팽윤시키는 위한 것이다.

부도체 제품인 상기와 같은 엔지니어링 플라스틱 기판은 도전성을 가지지 않으므로 도금하기 위하여 기판의 도전화처리가 필요하다. 즉, 먼저 기판의 표면을 크리닝(cleaning)한 다음, 에칭(etching)하고, 촉매화처리 등의 전처리를 한 후 무전해 도금하는 등의 복잡한 처리가 이루어져야 하는 것으로 알려져 있다.

또한, 수많은 엔지니어링 플라스틱 표면은 직접 전도성 적층 구조를 유지하기에 그다지 용이하지 않아 금속에 결합되기 어려운 것으로 공지되어 있다.

예를 들어, 국내 특허 출원 제1998-50396호에 의하면 부도체 표면에 도전성 도료를 도장한 다음, 그 도막표면을 탈지하고, 또한 활성화하여 무전해 도금을 한 후 필요에 따라 전기도금을 하는 것이 바람직한 것으로 기재되어 있다. 뿐만 아니라, 국내 특허 출원 제1999-3533호에 의하면 전도성 적층물과 기판 물질 사이의 접착강도를 향상시키기에 효과적인 비닐 방향족 화합물과 불포화 무수물 공중합체을 이용한 방법을 제공하고 있으며, 미국 등의 관련 특허를 많이 인용하고 있지만 도전화 처리만으로는 기판과 전도성 적층물과의 결합력을 향상시키기에는 부족하다.

특히, 미국특허 제5106537, 4619741호 등은 카본블랙(carbon black)을 기판에 도포하여 도금 특성을 향상시키는 것으로 기재하고 있지만 지금까지의 무전해도금 및 전해도금으로 도금이 가능한 것으로는 ABS수지만이 높은 도금효과를 얻을 수 있는 것으로 알려져 있으며, 그외 엔지니어링 플라스틱은 60% 이상의 표면 도금 효과를 얻기 어려운 것으로 알려져 있을 뿐만 아니라 그 특성제어가 어려운 것으로 알려져 있다.

즉, 지금까지 엔지니어링 플라스틱 표면에 무전해도금 및 도금을 행하는 것이 어려운 것으로 알려져 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르 (PE), 폴리아미드(PA), 아크릴 또는 2종 이상의 이들의 혼합물로서 무전해 도금이 어려운 엔지니어링 플라스틱상에의 무전해 도금을 용이하고 간단하게 행할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 무전해 도금이 어려운 엔지니어링 플라스틱 기판상에 무전해 도금을 가능케하는 프라이머 제조 방법 및 프라이머를 기판에 도포 후 무전해도금을 행하여 유해전자파 차폐특성 및 외장특성을 부여하는 방법과 유해전자파 차폐특성과 외장이 우수한 엔지니어링 플라스틱을 제공하는 데 있다.

상술한 목적들 뿐만 아니라 용이하게 표출될 수 있는 다른 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르 (PE), 폴리아미드(PA), 아크릴 또는 2종 이상의 이들의 혼합물로서 무전해 도금이 어려운 엔지니어링 플라스틱의 표면에 ABS수지 및/또는 UV경화형 도료를 분무 도포하여 프라이머층을 형성시키고, 무전해도금 또는 진공증착, 스퍼터링, 이온플레이팅 등의 건식 도금을 행하되, 기판으로는 폴리카보네이트(PC)수지이거나 ABS수지를 포함하지 않는 무전해도금이 어려운 엔지니어링 플라스틱이 해당되며, 전도성 적층물은 구리, 니켈, 크롬, 금, 은 등이고, 기판과 전도성 적층물과의 결합력을 향상시키기 위한 초벌하도(primer)재료는 ABS수지 및/또는 UV(ultraviolet)경화형 도료를 포함하는 도포가능한 프라이머이며, 프라이머를 기판에 도포 후 무전해도금하여 지금까지 무전해도금 및 전기 도금이 어려운 엔지니어링 플라스틱의 도금특성을 향상시켜 전면도금 및 마스킹(masking)을 통한 부분도금이 가능케하고 유해전자파 차폐특성 및 외장특성을 부여하는 효과를 얻을 수 있었다.

본 발명을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 엔지니어링 플라스틱상에의 도금방법은 엔지니어링 플라스틱의 표면에 ABS수지 및/또는 UV경화형 도료를 분무 도포하여 프라이머층을 형성시키고, 무전해도금 또는 진공증착, 스퍼터링, 이온플레이팅 등의 건식 도금을 행하는 것으로 특징지워진다.

기판으로는 폴리카보네이트(PC)수지이거나 ABS수지를 포함하지 않는 무전해도금이 어려운 엔지니어링 플라스틱, 예를 들어, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT; Polybutylene terephthalate), 폴리프로필렌(PP; Polypropylene), 폴리에스테르 (PE; Polyester), 폴리아미드(PA; Polyamide), 아크릴 등은 물론 엔지니어링 플라스틱으로 사용될 수 있는 합성수지는 모두 해당된다.

전도성 적층물은 구리, 니켈, 크롬, 금, 은, 알루미늄, 아연, 코발트, 티타늄, Sn, Ta, Pt, Pd, Ru, Rh, Ti, W, Mo, Ir, Cd, Sb, Hf, Ga, Ge, Nb, In 등이 사용 가능하지만 구리, 니켈, 크롬, 금, 은이 가장 효과적이었다.

기판과 전도성 적층물과의 결합력을 향상시키기 위한 초벌하도(primer)재료는 도금용 ABS수지, 비도금용 ABS수지 및/또는 UV(ultraviolet)경화형 도료를 포함하는 도포가능한 프라이머이다.

또한, ABS수지를 사용하거나 ABS수지를 포함하는 하나 이상의 다른 혼합물도 사용이 가능하다.

본 발명에서는 제일모직(주)의 ABS수지(MP-0160, MP-0160R, PT-0170)와 (주)지구표페인트사의 변성 아크릴레이트 올리고머(10 - 45%), 아크릴레이트 모노머(10 - 20%), 크실렌(15 - 25%), 에릴아세테이트(10 - 25%)를 주성분으로하는 UV경화형도료(VM313C)를 사용하였다.

프라이머는 상기의 ABS수지 및/또는 UV(ultraviolet)경화형 도료를 아세톤과 톨루엔을 용매로 사용하여 압송 탱크에서 충분히 교반하여 제조하였다. 교반탱크로는 2.5ℓ스테인레스스틸 압송탱크를 사용하였으며 탱크 내부압력은 1.0㎏f/㎠를 유지, 30rpm으로 10시간 이상 교반하였다. 이렇게 제조된 프라이머는 에어분사기를 이용 기판과 거리 20㎝, 분사압력 3.5㎏f/㎠로 기판에 분산하여 프라이머 박막을 형성하였으며, 프라이머 박막위에 통상의 방법으로 무전해도금 또는 진공증착, 스퍼터링, 이온플래팅등의 건식도금을 실시하여 도금특성을 조사하였다.

프라이머의 도포는 상기한 방법 이외에도 본 발명에서 부여되는 특성을 저해하지 않으면서도 밀착력이 우수하게 접착될 수 있는 방법이면 모두 사용 가능하다.

특히, 기판을 프라이머에 함침시키는 방법이나 직접 도포하는 방법도 효과적이었으며, 기판을 부분적으로 프라이머로 도포할 수도 있다.

다음의 실시예는 본 발명을 좀 더 상세히 설명하는 것이지만, 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.

실시예 1

아세톤 1ℓ에 ABS수지(제일모직(주) 제품, 제품명 :MP-0160) 62.5g을 교반탱크로 완전 교반하였다. 이렇게 제조된 프라이머를 PC수지 기판에 도포 후, 60℃ 드라이오븐에서 30분간 건조하여 두께 5㎛ 프라이머 박막을 제조하였다. 전도성 적층은 통상적인 무전해도금법으로 프라이머 박막위에 두께 3㎛의 니켈/구리/크롬 박막을 형성하였다.

박막의 특성을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 스크래칭 방법과 테이프 테스트 방법을 사용하여 평가한 결과, 기판과 밀착력이 아주 우수하였으며, 프라이머 박막을 형성시킨 전면에 무전해 도금이 가능하였다.

실시예 2

아세톤과 톨루엔 부피비를 7:3으로 1ℓ의 용매를 제조한 후 62.5g의 ABS수지(제일모직(주) 제품, 제품명 :MP-0160)를 혼합하여 프라이머를 제조하였으며, 실시예 1과 동일한 방법으로 박막을 제조하였다.

박막의 특성을 평가한 결과, 기판과 밀착력이 아주 우수하였으며, 프라이머박막을 형성시킨 전면에 무전해 도금이 가능하였다.

실시예 3

아세톤과 톨루엔의 부피비를 7:3으로 1ℓ의 용매를 제조한 후 62.5g의 ABS수지(제일모직(주) 제품, 제품명 :MP-0160)를 혼합하여 프라이머를 제조한 후, 첨가제로 UV도료((주)지구표페인트사 제품, 제품명 : VM313C)를 첨가하여 완전 교반하였다. 이때 프라이머와 첨가제의 무게비를 9:1로 하였다. 이렇게 제조된 프라이머를 도포한 다음, 드라이오븐에서 5분 건조하고 1000mJ/㎠의 UV조사를 행하여 프라이머 박막을 제조하였으며, 무전해도금하였다.

박막의 특성을 평가한 결과, 기판과 밀착력이 아주 우수하였으며, 프라이머 박막을 형성시킨 전면에 무전해 도금이 가능하였다.

비교예 1

유광UV도료(삼성화학(주)제품, 제품명 : U.V ＃PCB-100G)과 무광UV도료(삼성화학(주)제품, 제품명 : U.V ＃PCB-100M)의 무게비를 4:6으로 하여 프라이머를 제조하여, 건조 후 건식도금법인 진공증착, 스퍼터링, 이온플래팅법으로 전도성 적층을 형성하였다. 그렇지만, 무전해도금한 결과, 60%정도의 표면에만 도금이 가능하였다.

이상의 실험 결과 실시예 1-3은 무전해도금 및 건식도금이 모두 가능하였으며, 테이프 테스트 결과 기판과 도금막과의 밀착성이 우수하였으며, 무전해 도금한 경우 러빙 테스트 결과 외장형으로 가능한 우수한 도금 특성을 나타내었다.

또한, ABS수지와 UV도료를 포함한 프라이머가 도금 특성이 가장 우수한 것으로 조사되었다.

상술한 바와 같이 본 발명에서는 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르 (PE), 폴리아미드(PA), 아크릴 또는 2종 이상의 이들의 혼합물로서 무전해 도금이 어려운 엔지니어링 플라스틱의 표면에 ABS수지 및/또는 UV경화형 도료를 분무 도포하여 프라이머층을 형성시키고, 무전해도금 또는 진공증착, 스퍼터링, 이온플레이팅 등의 건식 도금을 행하되, 기판으로는 폴리카보네이트(PC)수지이거나 ABS수지를 포함하지 않는 무전해도금이 어려운 엔지니어링 플라스틱이 해당되며, 전도성 적층물은 구리, 니켈, 크롬, 금, 은 등이고, 기판과 전도성 적층물과의 결합력을 향상시키기 위한 초벌하도(primer)재료는 ABS수지 및/또는 UV(ultraviolet)경화형 도료를 포함하는 도포가능한 프라이머이며, 프라이머를 기판에 도포 후 무전해도금하여 지금까지 무전해도금 및 전기 도금이 어려운 엔지니어링 플라스틱의 도금특성을 향상시켜 전면도금 및 마스킹(masking)을 통한 부분도금이 가능케하고 유해전자파 차폐특성 및 외장특성을 부여하는 효과를 얻을 수 있었다.

Claims (8)

1. 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르 (PE), 폴리아미드(PA), 아크릴 또는 2종 이상의 이들의 혼합물로서 무전해 도금이 어려운 엔지니어링 플라스틱의 표면에 ABS수지와 UV경화형 도료로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상을 도포하여 프라이머층을 형성시키고, 무전해도금 또는 진공증착, 스퍼터링, 이온플레이팅의 건식 도금을 행함을 특징으로 하는 엔지니어링 플라스틱상에의 도금방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 프라이머 재료는 도금용 ABS수지 혹은/또는 비도금용ABS수지와 UV경화형 도료, ABS수지를 사용하거나 ABS수지를 포함하는 하나 이상의 다른 혼합물 또는 ABS수지와 UV경화형 도료의 혼합물임을 특징으로 하는 엔지니어링 플라스틱상에의 도금방법.
4. 제 1 항에 있어서, 도금 적층물은 구리, 니켈, 크롬, 금, 은, 주석, 납, 아연 또는 알루미늄임을 특징으로 하는 엔지니어링 플라스틱상에의 도금방법.
5. 제 1 항에 있어서, 도금층은 단일재료를 이용한 단일도금층 또는 각각 재료를 둘 이상 적층한 복합도금층임을 특징으로 하는 엔지니어링 플라스틱상에의 도금방법.
6. 제 1 항에 있어서, 프라이머층 형성방법은 분무 도포방법, 직접도포하는 방법 또는 기판을 프라이머에 함침시키는 것임을 특징으로 하는 엔지니어링 플라스틱상에의 도금방법.
7. 제 1 항에 있어서, 프라이머층 형성면적은 기판의 전체면적 혹은 임의의 부분임을 특징으로하는 프라이머 엔지니어링 플라스틱상에의 도금방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 것으로 전자기기, 통신기기의 전자파차폐를 목적으로 사용하거나 외부장식용으로 사용하는 것을 특징으로하는 엔지니어링 플라스틱 제품.