KR100390200B1 - 직물 표면의 세라믹층 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 a) 공급 롤러에 권취된 직물을 연속적으로 불활성 가스 플라즈마 분위기의 이온 스퍼터링부에 공급하는 단계; b) 상기 불활성 가스 플라즈마 이온이 상기 이온 스퍼터링부의 일면 또는 양면에 장착된 하나 이상의 타겟부에 구비된 타겟을 스퍼터링하여 상기 타겟 입자가 직물의 표면에 입사퇴적되어 세라믹층을 형성하는 단계; c) 상기 세라믹층이 형성된 직물을 권취 롤러에 연속적으로 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직물 표면의 세라믹층형성방법을 제공한다. 본 발명의 방법에 따르면 저렴한 비용으로 직물에 균일한 세라믹층을 견고하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 폐수가 전혀 발생하지 않으며 원단의 구겨짐이나 얼룩의 발생을 방지할 수 있다. 또한 생산속도가 빠르고 인력이 많이 필요치 않아 성력화가 가능하다.

Description

직물 표면의 세라믹층 형성방법{A Process for Depositing Ceramic Layer on Fabric Surface}

본 발명은 직물 표면에 도금을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 이온 스퍼터링법을 이용하여 직물 표면에 도금을 형성하는 방법에 관한 것이다.

최근 산업기술의 고도화에 따른 정밀산업 분야가 발전함에 따라 TV, 컴퓨터, 핸드폰을 비롯한 각종 전자기기의 보급이 확대되고 있으나, 전자기기의 외장품이 전기전도성이 큰 금속대신 플라스틱으로 대체되어, 전자파에 노출된 인체에 각종 장애를 유발하고 있다. 즉, 전자파에 인체가 과다하게 노출될 경우 백내장, 백혈병, 임산부의 유산 또는 불임을 유발하고 중추신경에 영향을 미쳐서 정서 불안을일으키기도 하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 이들 전자기기에 사용되는 가스켓 등이나 의류에 전자파 차폐 기능을 부여하여 인체가 전자파에 노출되는 것을 차단할 필요가 있다. 또한, 반도체 장치, 자기 디스크, 자기 카드 등은 정전기에 민감하므로, 이를 포장 또는 운반하기 위해 사용되는 용기나 포장재는 전하에 대전되지 않아야 하며 더불어 전자기파로부터 차단되도록 도전성을 가질 필요가 있다.

직물에 이러한 전자파 차폐 기능을 부여하기 위한 방법으로는 무전해 도금방법이 주로 이용되어 왔다. 그러나 무전해 도금방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 생산속도가 0.3 내지 1m/min으로 느리다.

둘째, 값비싼 백금촉매 및 무전해 도금약품을 사용해야 하므로 생산원가가 높다.

셋째, 도전성 금속으로는 주로 구리를 사용하는데, 구리는 쉽게 변색되므로 구리층 위에 니켈층을 형성하여 구리의 변색을 방지해야 한다. 그러나, 니켈은 피부 알레르기를 일으킬 우려가 있다.

넷째, 무전해 도금방법은 다량의 폐수를 발생시켜 환경을 오염시킬 뿐만 아니라 폐수중에는 다량의 킬레이트제가 함유되어 있어 완전한 폐수처리가 어렵다.

다섯째, 용액중에서 작업하므로 원단의 구겨짐이나 얼룩불량이 많이 발생한다.

여섯째, 시간이 경과함에 따라 용액중의 금속이온 농도가 크게 변화하므로 제품의 두께 편차가 심하다.

또한, 황토, 맥반석, 옥과 같은 물질이 원적외선을 방사하고, 항균작용을 하는 등 인체에 유익한 것으로 알려짐에 따라 이를 직물 표면에 도포하려는 연구가 계속되고 있는데, 일반적인 방법으로는 이러한 물질을 직물에 도포하기 어렵고 도포가 되더라도 견고한 고착이 어려워 쉽게 떨어져 나가는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 저렴한 비용으로 직물에 균일한 도금을 견고하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 폐수가 전혀 발생하지 않으며 원단의 구겨짐이나 얼룩의 발생을 방지할 수 있는 생산성이 우수한 도금형성방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 방법을 실행하기 위한 이온 스퍼터링 장치의 개략적인 단면도이고,

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법을 실행하기 위한 이온 스퍼터링 장치의 개략적인 단면도이고,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 도금이 형성된 직물의 단면도이고,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도금이 형성된 직물의 단면도이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 공급 롤러에 권취된 직물을 연속적으로 불활성 가스 플라즈마 분위기의 이온 스퍼터링부에 공급하는 단계; b) 상기 불활성 가스 플라즈마 이온이 상기 이온 스퍼터링부의 일면 또는 양면에 장착된 하나 이상의 타겟부에 구비된 타겟을 스퍼터링하여 상기 타겟 입자가 직물의 표면에 입사퇴적되어 도금을 형성하는 단계; c) 상기 도금이 형성된 직물을 권취 롤러에 연속적으로 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직물 표면의 도금형성방법을 제공한다.

본 발명에 따른 도금형성방법에 있어서, 상기 공급 롤러에 권취된 직물은 폴리에스테르 섬유로 이루어진 것이 바람직하며, 직물 표면이 미리 에칭처리된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 도금형성방법에 있어서, 난연성을 부여하기 위하여 난연성폴리에스테르 섬유로 이루어진 직물을 사용하는 것이 바람직하며, 특히 폴리에스테르 반복단위에 인 화합물이 공중합되어 이루어진 난연성 폴리에스테르 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 도금형성방법에 있어서, 상기 타겟으로는 황토, 맥반석 및 옥으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 직물 표면에 구리 도금층 및 스테인레스틸층을 순차적으로 형성하기 위하여 상기 타겟부는 구리로 이루어진 타겟이 구비된 타겟부와 스테인레스로 이루어진 타겟이 구비된 타겟부가 순차적으로 정렬되어 설치될 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 도금형성방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 도금형성방법은 이온 스퍼터링법을 이용한다. 종래의 무전해 도금방법으로는 구리 도금층 위에 스테인레스스틸 도금층을 형성할 수 없으나, 이온 스퍼터링법을 이용하면 구리 도금층에 강하게 고착된 스테인레스스틸 도금층을 형성할 수 있으며, 또한 황토, 맥반석, 옥 등을 견고하게 직물에 고착시킬 수 있다.

이온 스퍼터링 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 직물 공급부(111)와, 직물 표면에 도금층을 형성하기 위한 스퍼터링부(121)와, 직물 권취부(131)로 구성된다.

직물 공급부(111)에 장착된 공급 롤러(112)에 의해 직물(113)이 연속적으로 스퍼터링부(121)에 공급된다. 직물은 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 폴리올레핀 섬유, 아크릴 섬유, 면섬유 등 그 종류가 제한되지는 않으나 폴리에스테르 섬유로이루어진 것이 바람직하다. 이러한 섬유들은 제직물, 편성물 또는 부직포를 형성하므로 이하에서 사용되는 직물은 제직물은 물론 편성물이나 부직포도 포함하는 광범위한 의미로 해석되어야 한다. 직물 공급부(111)의 공급 롤러(112)에서 연속적으로 공급되는 직물은 도금이 견고하게 형성될 수 있도록 표면이 미리 에칭처리된 것을 사용하는 것이 바람직한데, 직물 표면의 에칭방법에는 예를 들어, 가성소다 용액을 처리하는 방법, 코로나 방전을 이용하는 방법, 플라즈마 처리하는 방법 등이 있다.

또한, 직물에 난연성을 부여하기 위해서 난연성 섬유를 사용하여 직물을 제조할 수 있는데, 예를 들어, 난연 폴리에스테르 섬유는 미국특허 4,127,590호 또는 대한민국 특허등록 제170,068호에 개시된 방법을 이용하여 제조할 수 있다. 폴리에스테르의 경우 폴리에스테르 반복단위에 인 화합물이 공중합되어 이루어진 것을 사용하는 것이 별도의 난연코팅공정을 거치지 않고도 난연성을 부여할 수 있다는 점에서 바람직하다. 직물은 바람직하게는 5 내지 6m/min속도로 공급되며 속도감지 센서(115)와 자동속도조절장치(미도시)에 의해 공급속도가 조절될 수 있다.

스퍼터링부(121)는 1개 이상의 진공펌프(122)에 의해 진공이 유지되는 진공챔버 내부에 한 개 이상의 타겟부(123)를 구비하며, 타겟은 각각의 타겟홀더(125)에 의해 고정된다. 진공챔버 내에 아르곤 가스와 같은 불활성 가스를 도입하고 타겟부(123)에 고전압이 인가되면 플라즈마가 발생된다. 타겟부(123)에는 진공중에서 발생하는 플라즈마 상태의 일렉트론이 사이클로이드 운동하여 플라즈마 가스 이온의 발생을 증진시키기 위한 마그네트론이 구비될 수 있다.

타겟(124)은 황토, 맥반석, 옥 등으로 제조할 수 있는데, 황토로 타겟을 제조하는 방법을 예를 들면, 먼저 황토를 볼밀 등의 분쇄기로 파쇄하여 미세한 분말 상태로 만든다. 이어서, 소정량의 물과 녹말 또는 폴리아크릴아미드와 같은 수용성 유기 바인더를 첨가하여 페이스트 상으로 반죽한다. 그런 다음, 페이스트를 형틀에 넣고 크랙이 생기지 않도록 서서히 건조하여 굳힌 다음 표면을 평활하게 연마하여 타겟을 제조한다. 직물 공급부(111)에서 연속적으로 공급된 직물(113)은 맥반석, 옥 또는 황토 등으로 이루어진 타겟부(123) 아래를 지나게 되는데, 불활성 가스 플라즈마 중의 이온은 타겟(124)의 표면을 때리게 되고 이로부터 튀어나온 맥반석 등의 입자가 직물(113)의 표면에 입사퇴적되어 도금이 형성된다

또한, 도 2를 참조하면, 직물에 구리 도금층 및 스테인레스스틸 도금층을 순차적으로 형성하기 위하여 타겟부는 구리로 이루어진 타겟(224)이 구비된 타겟부(223)와 스테인레스로 이루어진 타겟(226)이 구비된 타겟부(228)가 각각 한 개 이상 순차적으로 정렬되어 설치될 수 있다. 직물 공급부(211)에서 연속적으로 공급된 직물(213)은 구리 타겟부(223) 아래를 먼저 지나게 되는데, 불활성 가스 플라즈마 중의 이온은 구리 타겟(224)의 표면을 때리게 되고 이로부터 튀어나온 금속입자가 직물(213)의 표면에 입사퇴적되어 구리 도금이 형성된다. 이어서, 구리 도금이 형성된 직물은 스테인레스스틸 타겟부(228) 아래를 지나므로써 구리 도금층 위에 스테인레스스틸 도금층이 형성된다.

구리 또는 스테인레스스틸 타겟부과, 맥반석 등으로 이루어진 타겟부의 크기와 수량은 도금 두께의 균일성 및 생산성을 고려하여 조절할 수 있다. 또한, 타겟부를 스퍼터링부의 상하면 양쪽에 설치하면 직물의 양면에 도금을 형성할 수 있다.타겟부에 인가되는 전압은 DC 500 내지 1000V가 바람직하며, 진공도는 10^-5내지 10^-7Torr 정도이다.

스퍼터링부에서 도금이 형성된 직물은 권취부(131, 231)의 권취롤러(132, 232)에 의해서 회수되므로, 연속적으로 표면에 도금이 형성된 직물을 생산할 수 있다. 직물의 도금속도는 생산속도감지 센서(115, 215)와 자동속도조절장치(미도시)에 의해 조절될 수 있다.

상기 이온 스퍼터링 장치에 의해 맥반석, 옥 또는 황토 등으로 이루어진 도금이 직물 표면에 형성되거나 또는 구리로 이루어진 제1 도금층과 스테인레스로 이루어진 제2 도금층이 순차적으로 직물 표면에 형성되는데, 이온 스퍼티링 장치에 의해 형성된 도금은 무전해 도금방법에 의해 형성된 도금에 비하여 균일한 두께를 갖는다. 상기 도금형성방법에 의해 도금이 형성된 직물에 난연성을 부여하기 위하여 도금 상부에 각종 난연제를 더 코팅할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 도금이 형성된 직물의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 직물은 폴리에스테르 섬유로 이루어진 직물(311) 표면에 맥반석, 옥 또는 황토로 이루어진 도금층(312)이 견고하게 형성된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도금이 형성된 직물의 단면도이다. 도4를 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 직물은 폴리에스테르 섬유로 이루어진 직물(411) 표면에 구리로 이루어진 제1 도금층(412)이 형성되어 있으며, 그 위에 다시 스테인레스스틸로 이루어진 제2 도금층(413)이 순차적으로 형성되어 있다. 제1 도금층을 형성하는 구리는 전도성이 매우 우수한 금속이므로 전자파 차폐에 효과적이나, 쉽게 산화되므로 그 위에 스테인레스스틸층을 형성하여 구리의 변색을 방지한다. 종래의 무전해 도금방법으로는 구리 도금층 위에 스테인레스스틸 도금층을 형성할 수 없었으므로 구리의 변색을 막기 위하여 구리로 이루어진 도금층 위에 니켈로 이루어진 도금층을 형성하였는데, 니켈은 비교적 고가일 뿐만 아니라 사람에 따라 알레르기 반응에 의한 피부염을 일으키는 문제점이 있었으나, 본 발명의 방법에 따르면 구리 도금층(412) 위에 스테인레스 스틸층(413)을 형성할 수 있으므로 저렴한 비용으로 인체에 무해한 도전성 직물을 제조할 수 있다.

실시예

폴리에스테르 섬유로 제직된 직물이 감긴 공급 롤러를 통하여 도 2에 도시된 이온 스퍼터링 장치에 직물을 5m/min의 속도로 공급하였다. 진공챔버의 진공도는 10^-6Torr로 유지하였고, 구리타겟부 및 스테인레스 타겟부는 각각 4개 및 2개를 순차적으로 설치하였다. 플라즈마용 가스로는 아르곤을 사용하였고, 각 타겟부에 700V의 전압을 인가하였다. 권취 롤러에서 회수된 직물의 두께는 구리 도금층 1㎛, 스테인레스 도금층 0.5㎛이였으며, 균일한 도금층을 형성하였다.

본 발명의 방법에 따르면, 저렴한 비용으로 직물에 균일한 도금을 견고하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 폐수가 전혀 발생하지 않으며 원단의 구겨짐이나 얼룩의 발생을 방지할 수 있다. 또한 생산속도가 빠르고 인력이 많이 필요치 않아 성력화가 가능하다. 특히, 직물에 형성된 구리 도금층 위에 스테인레스스틸층을 형성할 수 있으므로 저렴한 비용으로 인체에 무해한 전도성 직물을 제조할 수 있으며, 맥반석, 옥, 황토 등을 직물 표면에 견고하게 고착시킬 수 있으므로 원적외선 방사 의류, 기보강의류, 바이오 의류, 항균의류를 용이하게 제조할 수 있다.

Claims (9)

1. a) 공급 롤러에 권취되고 표면이 에칭처리된, 폴리에스테르 반복단위에 인 화합물이 공중합되어 이루어진 난연성 폴리에스테르 섬유를 연속적으로 10^-5내지 10^-7Torr의 아르곤 가스 플라즈마 분위기의 이온 스퍼터링부에 공급하는 단계;

   b) 상기 아르곤 가스 플라즈마 이온이 상기 이온 스퍼터링부의 일면 또는 양면에 장착된 하나 이상의 타겟부에 구비된 황토, 맥반석 및 옥으로 이루어진 군으로부터 선택된 타겟을 스퍼터링하여 상기 타겟 입자가 상기 폴리에스테르 섬유의 표면에 입사퇴적되어 세라믹층을 형성하는 단계; 및

   c) 상기 세라믹층이 형성된 폴리에스테르 섬유의 표면에 난연제를 코팅하고, 권취 롤러에 연속적으로 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 섬유 표면의 세라믹층 형성방법.
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