KR100439942B1 - 입체상 중합체의 연속 표면처리장치 및 연속 표면처리방법 - Google Patents

입체상 중합체의 연속 표면처리장치 및 연속 표면처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음전압 펄스에 의한 플라즈마 이온주입에 의해 입체의 형상을 갖는 중합체의 표면의 대전방지 및 전도성 등의 향상을 위한 연속 표면처리방법에 관한 것으로서, 플라즈마를 발생시켜 이온주입하기 위하여 고주파전력공급장치와 매칭박스 및 안테나를 포함하는 고주파공급부와, 플라즈마를 구성하기 위한 이온화될 공정가스를 공급하는 가스도입장치와 이에 연결되는 가스공급원과, 진공펌프 등이 구비되는 처리실을 포함하는 표면처리장치에 있어서, 상기 처리실의 전, 후에 서로 인접하게 취부되는, 탈기 가능한 인입실과 탈기 가능한 인출실들과, 상기 인입실, 처리실 및 인출실을 순차적으로 경유할 수 있도록 취부되는 이송장치와 상기 이송장치를 구동하는 이송수단들을 포함하여 이루어지되, 상기 인입실과, 상기 인출실과, 상기 인입실과 처리실 사이의 격벽 및 상기 처리실과 인출실 사이의 격벽들에 상기 이송장치가 통과할 수 있는 자동개폐가 가능한 도어들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

입체상 중합체의 연속 표면처리장치 및 연속 표면처리방법 {Continuous surface-treating apparatus for three-dimensional shape of polymer and continuous surface-treating method thereof}
본 발명은 입체상 중합체의 연속 표면처리에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 음전압 펄스에 의한 플라즈마 이온주입에 의해 입체의 형상을 갖는 중합체의 표면의 대전방지 및 전도성 등의 향상을 위한 연속 표면처리장치 및 연속 표면처리방법에 관한 것이다.
고분자 소재는 경량성, 성형성 및 가공성, 투명성, 전기절연성 등의 특징으로 인하여 그 용도가 매우 다양하고 광범위한 소재이다. 고분자 소재는 사용 목적에 따라 고분자 소재 전체의 성질은 변화시키지 않으면서 표면 특성만을 개선시킬 필요성이있는데, 특히 표면의 친수 또는 소수 특성은 고분자 소재의 젖음성(wettability), 인쇄성(printability), 착색성(colorability), 생체 적합성, 정전기 방지성, 접착성, 방수성, 방습성 등에 결정적인 영향을 미치므로, 이를 향상시키기 위한 여러 가지 방법이 이용되고 있다.
이러한 고분자 소재의 표면개질방법으로는 화학적 처리, 코로나 처리, 플라즈마 처리 등을 들 수 있다. 화학적 처리방법의 대표적인 예로는 Na/NH3를 이용하는 불소계 고분자 표면처리법(미합중국 특허 제2,789,063호, 영국 특허 제793,731호 참조) 등이 있다. 이 방법은 일반적인 화학반응으로 표면에 형성되는 작용기를 예측할 수 있다는 장점은 있으나, 처리공정이 번거롭고 오염물질인 폐기액의 문제를 야기하는 단점이 있다.
한편, 대기압에서 행해지는 코로나 방전처리는 포장용재인 폴리올레핀이나 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 등의 표면처리(J. Pochan, L. Gerenser, and J. Elman, Polymer, 제27권, 1058페이지, 1986년 발행 참조) 등에 사용되고 있으나, 개질층이 매우 얇아 처리 후, 시간에 따라 쉽게 열화(aging)되는 문제가 있고 대기 중의 습도 등 처리공정 변수의 최적화가 어려운 단점이 있다.
낮은 압력에서의 플라즈마를 이용한 고분자 표면처리방법에는 산소 플라즈마를 이용하여 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌 등의 친수성을 향상시키는 것(M. Morra, E. Occhiello, and F. Garbassi, Journal of Applied Polymer Science, 제39권, 249페이지, 1990년 발행 참조) 등이 있다.
플라즈마는 물질의 제4상태로 간주되며, 부분적으로 이온화된 기체를 의미한다. 그 구성성분은 전자, 양이온 그리고 중성원자 및 중성분자 등이다. 기체입자에 에너지가 가해지면 최외각 전자가 궤도를 이탈해서 자유전자가 되기 때문에 기체입자는 양전하를 갖게 된다. 이렇게 형성된 전자들과 이온화된 기체들 다수가 모여 전체적으로 전기적인 중성을 유지하며, 그 구성입자들 간의 상호작용에 의해서 독특한 빛을 방출하고 입자들이 활성화되어 높은 반응성을 갖게 된다. 이러한 플라즈마 처리는 코로나 처리에 비해 반응가스를 선택할 수 있고 처리 압력 등 공정 변수를 조절할 수 있다는 장점은 있으나, 역시 개질된 표면층이 얇아 처리 후 시간에 따른 열화가 문제로 알려져 있다.
또한, 최근에는 산소 분위기 내에서 불활성원소(Ar)의 이온빔을 고분자 시료에 입사시켜서 친수성을 개선한 방법이 보고되고 있으나(S. Koh, S. Song, W. Choi, and H. Jung, Journal of Materials Research, 제10권, 2390페이지, 1995년 발행 참조), 이 방법도 역시 시간에 따른 친수 특성의 급격한 저하가 문제되고 있고 이온빔을 사용해야 하므로 장치가 복잡하고 대면적의 균일처리가 어려운 단점이 있다.
한편, 3차원 물체의 이온주입에 적합한 기술로서, 미합중국 특허 제4,764,394호에 기재된 플라즈마원 이온주입방법 및 장치가 알려져 있다.
대한민국 특허공개공보 공개번호 제1987-7562호에는 반도체, 금속 또는 절연물의 표면의 에칭, 표면의 개질(modification), 표면 청정화, 표면으로의 불순물 주입, 표면으로의 박막퇴적 등의 각종 처리를 실행하는 표면처리방법 및 그것에 사용하는표면처리장치가 개시되어 있으며, 여기에서는 적어도 1종류의 원소를 포함하는 이온빔을 고체타겟의 표면으로 입사시켜서 입자를 전방으로 산란시키고, 상기 적어도 1종류의 원소를 포함하는 전방 산란입자빔을 생성한 후, 전방 산란입자빔을 피가공물의 표면을 향해서 입사시켜서 상기 피가공물의 표면을 에칭 또는 개질하거나 상기 피가공물의 표면상에 막을 퇴적하는 공정을 포함하는 표면처리방법을 기술하고 있다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제1997-73239호에는 플라즈마 이온주입에 의하여 고분자 소재 표면의 친수 특성 또는 소수 특성을 향상시키는 표면개질방법 및 그에 사용되는 장치가 개시되어 있으며, 여기에서는 진공조 내에 위치한 시료대 위에 판상의 고분자 소재를 위치시키는 단계, 진공조 내에 플라즈마원 가스를 도입하는 단계, 도입된 플라즈마원 가스로부터 이온 플라즈마를 발생시키는 단계, 펄스 전압이 -1kV 내지 -20kV이고, 펄스-오프 시의 전압이 0V 내지 -1kV이고, 펄스 폭이 1㎲ 내지 50㎲이고, 펄스 주파수가 10㎐ 내지 500㎑인 부(負)의 고전압 펄스를 상기 고분자 소재 시료에 가하여, 플라즈마로부터 추출된 이온이 고에너지를 보유한 채 상기 시료의 표면에 주입되도록 하는 단계로 이루어진 것이 특징인 고분자 소재의 표면개질방법이 기술되어 있다.
그러나, 상기한 방법들은 모두 고분자 소재의 친수성 또는 소수성을 증감시키기 위한 것으로서, 대전방지 및 전도성 등의 향상을 위한 것은 아니다.
대전방지 및 전도성 중합체의 경우, 중합체에 전도성 탄소(conductive carbon) 및 탄소섬유(carbon fiber)를 혼련하여 사용하고 있으나, 이들 대전방지용 중합체 및전도성 중합체의 경우, 성형 후 탄소 및 탄소섬유의 입자들이 박리되어 제품이 큰 손상을 초래할 뿐만 아니라, 전자제품, 반도체 및 액정표시장치(LCD(liquid crystal display)기판)에 입자들이 달라붙어 패턴이나 칩에 큰 손상을 초래하고 있다. 이러한 대전방지를 위한 대전방지제의 사용은 그 자체의 대전방지효과가 일정 시간이 지나면 소멸되는 현상을 초래하고 있어 대전방지효과를 기대할 수 없게 되는 경우가 있다.
폴리피롤 및 폴리아닐린의 전도성 중합체를 용해한 수용액이나 방향족 중합체 및 어택틱 중합체 용액을 사용하여 이러한 용액에 함침시켰다가 꺼내어 건조시킨 제품의 경우, 긁힘(scratch)이나 수분 등에 민감하여 대전방지효과 및 전도성이 손실되는 현상을 초래하는 문제점이 있다.
또한, 이온빔을 이용한 중합체의 표면개질의 경우, 빔을 가속시키고, 빔을 퍼뜨려 중성자가 존재하는 영역을 이격시켜 제품을 처리하여야 하며, 기구상으로 입체적인 플라즈마 이온주입을 할 수 없어 제품을 회전시키는 지그를 사용하여 하며, 제품의 수율 상에 있어서 양산화의 연속공정을 하기에는 매우 어려움을 안고 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 공개번호 제2002-20010호에는 3차원 입체 고분자 소재 및 제품의 표면특성 및 표면의 전기전도도를 향상시키기 위하여 플라즈마 이온주입 기술을 이용하는 표면개질방법 및 그 장치가 개시되어 있으며, 여기에서는 (a) 진공조 내의 그리드 내에 입체 고분자 재료를 위치시키는 단계; (b) 진공조 내의 상기 재료 표면으로부터 일정거리 떨어진 곳에 그리드를 위치시키는 단계; (c) 진공조 내의 상기 재료 표면에 저항도를 낮추는 흑연층 형성을 위하여 기체 플라즈마 이온을 형성하는 단계, (d) 상기 그리드에 음전압 펄스를 가하여 기체 플라즈마 이온을 상기 재료의 표면에 주입시키는 단계를 포함하는 그리드를 이용한 입체고분자의 플라즈마 이온주입에 의한 입체 고분자 재료의 표면처리방법이 기술되어 있다. 그러나, 상기의 방법은 대량생산에 적합지 않다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 본 발명은 음전압 펄스에 의한 플라즈마 이온주입에 의해 입체의 형상을 갖는 중합체의 표면의 대전방지 및 전도성 등의 향상을 위한 연속 표면처리방법을 제공하는 데 있다.
도1은 본 발명에 따른 입체상 중합체의 연속 표면처리장치의 하나의 구체적인 실시예를 도시한 구성도이다.
도2는 도1의 장치에 사용되는 이송장치의 하나의 구체적인 실시예를 도시한 사시도이다.
도3은 본 발명에 따른 입체상 중합체의 연속 표면처리장치에 연결되어 사용될 수 있는 전처리장치의 하나의 구체적인 실시예를 도시한 구성도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
11 : 인입실 12 : 진공펌프
13 : 제1도어 21 : 처리실
22 : 진공펌프 23 : 고전압펄스발생장치
24 : 그리드 25 : 안테나
26 : 매칭박스 27 : 고주파전력공급장치
28 : 제2도어 31 : 인출실
32 : 진공펌프 33 : 제3도어
34 : 제4도어 41 : 입체상 중합체
51 : 이송장치 52 : 이송판
53 : 이송날개 54 : 고정구
61 : 이송롤러 71 : 가스도입장치
72 : 가스공급원 81 : 전처리실
82 : 송풍기 83 : 제1단속밸브
84 : 공기압축기 85 : 제2단속밸브
86 : 진공펌프 87 : 제2전처리실
88 : 제2송풍기 89 : 제3단속밸브
90 : 제4단속밸브
본 발명에 따른 입체상 중합체의 연속 표면처리장치는, 플라즈마를 발생시켜 이온주입하기 위하여 고주파전력공급장치와 매칭박스 및 안테나를 포함하는 고주파공급부와, 플라즈마를 구성하기 위한 이온화될 공정가스를 공급하는 가스도입장치와 이에 연결되는 가스공급원과, 진공펌프 등이 구비되는 처리실을 포함하는 표면처리장치에 있어서, 상기 처리실의 전, 후에 서로 인접하게 취부되는, 탈기 가능한 인입실과 탈기 가능한 인출실들과, 상기 인입실, 처리실 및 인출실을 순차적으로 경유할 수 있도록 취부되는 이송장치와 상기 이송장치를 구동하는 이송수단들을 포함하여 이루어지되, 상기 인입실과, 상기 인출실과, 상기 인입실과 처리실 사이의 격벽 및 상기 처리실과 인출실 사이의 격벽들에 상기 이송장치가 통과할 수 있는 자동개폐가 가능한 도어들을 포함하여 이루어진다.
상기 이송수단으로는 회전가능하게 취부되는 이송롤러가 될 수 있다.
상기 이송장치는 이송판과, 상기 이송판의 상단에 일체로 고정되며, 이송수단으로서의 이송롤러와 접촉하여 가변되는 이송날개와 상기 이송판의 하단에 일체로 고정되며, 입체상 중합체를 매달거나 고정시킬 수 있는 고정구를 포함하여 이루어진다.
상기 인입실에 인접하게 표면처리될 입체상 중합체에 70 내지 85℃의 온도의 건조열풍을 분사시켜 전처리하기 위한 전처리실이 더 포함되며, 상기 전처리실에는 열풍을 전처리실 내로 불어넣기 위한 송풍기와 상기 송풍기에로 공급되는 열풍의 흐름을 단속하기 위한 제1단속밸브와 상기 전처리실로부터 공기를 배출시켜 진공화시키기 위한 배기공기의 흐름을 단속하기 위한 제2단속밸브 및 상기 제2단속밸브를 경유하여 상기 전처리실로부터 공기를 배출시키기 위한 진공펌프가 연결된다.
상기 제1단속밸브에는 열풍을 발생시키기 위한 공기압축기가 더 연결될 수 있다.
상기 전처리실은 2개 병렬로 형성될 수 있으며, 이를 위해서는 상기 전처리실에 더해 제2전처리실이 병설될 수 있으며, 상기 제2전처리실에는 열풍을 전처리실 내로 불어넣기 위한 제2송풍기와 상기 제2송풍기에로 공급되는 열풍의 흐름을 단속하기 위한 제3단속밸브와 상기 제2전처리실로부터 공기를 배출시켜 진공화시키기 위한 배기공기의 흐름을 단속하기 위한 제4단속밸브 및 상기 제4단속밸브를 경유하여 상기 전처리실로부터 공기를 배출시키기 위한 진공펌프가 연결된다. 여기에서 진공펌프는 하나의 진공펌프를 상기 제2단속밸브와 제4단속밸브를 경유하여 공용화할 수 있다. 또한, 열풍을 발생시키기 위한 공기압축기가 상기 제3단속밸브를 경유하여 공용화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 입체상 중합체의 연속 표면처리방법은, 플라즈마 이온주입기술을 이용하는 표면개질에 있어서, (1) 탈기 가능한 인입실 내로 처리하고자 하는 입체상 중합체 물품을 인입시키는 인입단계; (2) 상기 입체상 중합체가 인입된 인입실 내부를 감압, 탈기시키는 제1진공화단계; (3) 상기 인입실 내의 입체상 중합체를 상기 처리실로 이송시키는 제1이송단계; (4) 상기 처리실 내로 이송된 입체상 중합체에 플라즈마를 이용하여 표면처리하는 표면처리단계; (5) 탈기 가능한 인출실 내부를 감압, 탈기시키는 제2진공화단계; (6) 표면처리가 완료된 입체상 중합체를 진공화된 상기 인출실 내로 이송시키는 제2이송단계; 및 (7) 상기 인출실 내의 입체상 중합체를 외부로 인출하는 인출단계;들을 포함하여 이루어진다.
상기 (2)의 제1진공화단계 전, 후에서 상기 인입실 내의 입체상 중합체에 열풍을 가하여 입체상 중합체로부터 수분을 제거하는 전처리단계;를 더 수행할 수 있다.
상기 (4)의 표면처리단계는 아르곤, 질소 또는 이들의 혼합물들로 이루어지는 공정가스를 15 내지 100sccm의 양으로 연속적으로 상기 처리실로 공급하면서 펄스 폭 20 내지 30㎳, 플라즈마 발생을 위한 고주파의 주파수 500 내지 1,500㎐ 및 고전압펄스 21 내지 25KV의 공정조건으로 표면처리를 수행하는 것으로 이루어진다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 입체상 중합체의 연속 표면처리장치는, 플라즈마를 발생시켜 이온주입하기 위하여 고주파전력공급장치(27)와 매칭박스(26) 및 안테나(25)를 포함하는 고주파공급부와, 플라즈마를 구성하기 위한 이온화될 공정가스를 공급하는 가스도입장치(71)와 이에 연결되는 가스공급원(72)과, 진공펌프 등이 구비되는 처리실(21)을 포함하는 표면처리장치에 있어서, 상기 처리실(21)의전, 후에 서로 인접하게 취부되는, 탈기 가능한 인입실(11)과 탈기 가능한 인출실(31)들과, 상기 인입실(11), 처리실(21) 및 인출실(31)을 순차적으로 경유할 수 있도록 취부되는 이송장치(51)와 상기 이송장치(51)를 구동하는 이송수단들을 포함하여 이루어지되, 상기 인입실(11)과, 상기 인출실(31)과, 상기 인입실(11)과 처리실(21) 사이의 격벽 및 상기 처리실(21)과 인출실(31) 사이의 격벽들에 상기 이송장치(51)가 통과할 수 있는 자동개폐가 가능한 도어들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기에서 플라즈마를 발생시켜 이온주입하기 위하여 고주파전력공급장치(27)와 매칭박스(26) 및 안테나(25)를 포함하는 고주파공급부와, 플라즈마를 구성하기 위한 이온화될 공정가스를 공급하는 가스도입장치(71)와 이에 연결되는 가스공급원(72)과, 진공펌프 등이 구비되는 처리실(21)을 포함하는 표면처리장치는 당업자에게는 상용적으로 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있다. 이러한 플라즈마를 이용하는 표면처리장치는 진공화된 처리실(21) 내에 이온화될 공정가스를 공급하고, 강한 자장 중에서 고주파전력을 인가하여 공정가스를 부분적으로 이온화시켜 제4의 물질상태라 일컬어지는 플라즈마를 형성시키고, 이를 고전압으로 대전된 시료대 등에 피가공물을 올려놓거나 또는 그리드(24) 내에 피가공물을 위치시키고, 플라즈마를 구성하는 이온들 중 상기 시료대 또는 그리드(24)에 인가된 전류의 극성에 대향되는 이온들이 주로 그리드(24) 등에 고전압펄스를 인가하는 것에 의해 정전기적으로 유도되어 피가공물의 표면에 적용되도록 함으로써 피가공물의 표면에 이온주입이 이루어지도록 하는 것이다. 즉, 본 발명에서는 이러한 공지의표면처리장치에서 피가공물을 연속적으로 처리할 수 있도록 하기 위하여 상기 처리실(21)의 전, 후에 인입실(11)과 인출실(31)을 설치하고, 상기 인입실(11)과 인출실(31)은 각각 탈기 가능하도록 진공펌프 등을 구비하여 이루어지며, 상기 인입실(11), 처리실(21) 및 인출실(31)들에는 이들을 순차적으로 경유할 수 있도록 취부되는 이송장치(51)와 상기 이송장치(51)를 구동하는 이송수단들을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 이송장치(51)는 이송수단에 의해 이송될 수 있으며, 바람직하게는 상기 이송수단으로서는 상기 인입실(11), 처리실(21) 및 인출실(31)들에 회전가능하게 취부되는 이송롤러(61)들이 될 수 있다.
상기 이송롤러(61)들에 의해 이송되는 이송장치(51)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 이송판(52)과, 상기 이송판(52)의 상단에 일체로 고정되며, 롤러와 접촉하여 가변되는 이송날개(53)와 상기 이송판(52)의 하단에 일체로 고정되며, 입체상 중합체(41)를 매달거나 고정시킬 수 있는 고정구(54)를 포함하여 이루어진다. 상기에서는 비록 이송롤러(61)와 이들 이송롤러(61)들에 의해 이송되는 이송장치(51)로 특정하여 설명하고 있으나, 입체상 중합체(41)를 이송시킬 수 있는 다른 수단 역시 가능하며, 단지 이들 이송장치(51)와 이송롤러(61)들을 구성하는 재질이 상기 처리실(21)을 구성하는 스테인레스스틸과 동일 또는 유사한 재질로 이루어질 수 있으며, 플라즈마나 고주파전력 및 고전압펄스 등에 영향을 주지 않는 재질로 이루어지는 것으로 충분히 달성될 수 있다.
상기 이송장치(51)에 의한 입체상 중합체(41)의 이송을 위해서는 상기 인입실(11)과, 상기 인출실(31)과 상기 인입실(11)과 처리실(21) 사이의 격벽 및 상기 처리실(21)과 인출실(31) 사이의 격벽들에 상기 이송장치(51)가 통과할 수 있는 자동개폐가 가능한 도어들이 포함된다. 이들 도어들은 솔레노이드, 공압실린더 또는 유압실린더 등 공지의 동작수단에 의해 개폐동작이 가능하며, 개방에 의해 입체상 중합체(41)가 고정된 이송장치(51)가 통과할 수 있으며, 폐쇄에 의해 기체가 통과하지 못하여 일정한 진공도를 유지할 수 있는 도어의 구성에 의해 달성될 수 있다. 특히 바람직하게는 상기 도어들은 단시간 내에 개폐가 가능하도록 하여 입체상 중합체(41)의 통과 후 신속하게 밀폐될 수 있도록 입체상 중합체(41)의 가장 좁은 폭을 기준으로 개폐되어 입체상 중합체(41)가 통과될 수 있을 정도로 개폐되는 미닫이식의 도어구조가 가능하며, 이러한 구조는 당업자에게는 용이하게 이해될 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있다.
도3에 나타낸 바와 같이, 상기 인입실(11)에 인접하게 표면처리될 입체상 중합체(41)에 70 내지 85℃의 온도의 건조열풍을 분사시켜 전처리하기 위한 전처리실(81)이 더 포함되며, 상기 전처리실(81)에는 열풍을 전처리실(81) 내로 불어넣기 위한 송풍기(82)와 상기 송풍기(82)에로 공급되는 열풍의 흐름을 단속하기 위한 제1단속밸브(83)와 상기 전처리실(81)로부터 공기를 배출시켜 진공화시키기 위한 배기공기의 흐름을 단속하기 위한 제2단속밸브(85) 및 상기 제2단속밸브(85)를 경유하여 상기 전처리실(81)로부터 공기를 배출시키기 위한 진공펌프가 연결된다.
상기 제1단속밸브(83)에는 열풍을 발생시키기 위한 공기압축기(84)가 더 연결될 수 있다.
상기 전처리실(81)은 2개 병렬로 형성될 수 있으며, 이를 위해서는 상기 전처리실(81)에 더해 제2전처리실(87)이 병설될 수 있으며, 상기 제2전처리실(87)에는 열풍을 전처리실(81) 내로 불어넣기 위한 제2송풍기(88)와 상기 제2송풍기(88)에로 공급되는 열풍의 흐름을 단속하기 위한 제3단속밸브(89)와 상기 제2전처리실(87)로부터 공기를 배출시켜 진공화시키기 위한 배기공기의 흐름을 단속하기 위한 제4단속밸브(90) 및 상기 제4단속밸브(90)를 경유하여 상기 전처리실(81)로부터 공기를 배출시키기 위한 진공펌프가 연결된다. 여기에서 진공펌프는 하나의 진공펌프를 상기 제2단속밸브(85)와 제4단속밸브(90)를 경유하여 공용화할 수 있다. 또한, 열풍을 발생시키기 위한 공기압축기(84)가 상기 제3단속밸브(89)를 경유하여 공용화할 수 있다.
또한, 상기 전처리실(81)을 별도로 구비하지 않고도 상기 인입실(11) 상에 상기 전처리실(81)에서 구비되는 송풍기(82)와 열풍의 단속을 위한 단속밸브 및 이를 경유하여 연결되는 공기압축기(84) 등을 구비시키는 것에 의해 인입실(11)에서 열풍의 적용에 의한 전처리를 가능하게 할 수도 있다.
도1을 기준으로 설명하면, 상기한 구성에 의해 입체상 중합체(41)를 이송시키기 위한 이송장치(51)는 입체상 중합체(41)를 고정한 채, 일단 상기 제1도어(13)를 개방시켜 제1도어(13)를 통해 인입실(11) 내로 인입된 후, 상기 제1도어(13)를 폐쇄시키고, 진공펌프를 동작시켜 인입실(11) 내를 충분히 진공화시킨 다음, 인입실(11)과 처리실(21) 사이의 제2도어(28)를 개방시키고, 이송롤러(61)를 구동시켜 상기 이송장치(51)를 처리실(21)로 이송시켜 상기 이송장치(51)에 고정된 입체상중합체(41)가 상기 처리실(21) 내의 그리드(24) 내에 위치되도록 한 후, 상기 제2도어(28)를 폐쇄시킨 후, 플라즈마처리를 수행한다. 플라즈마 처리는 종래의 플라즈마 처리와 동일 또는 유사한 것으로서, 내부를 진공화시킨 다음, 처리가스를 유입시키고, 고주파전력공급장치(27)와 매칭박스(26) 및 고전압펄스발생장치(23) 등을 구동시켜 안테나(25)를 경유하여 고주파전력이 공급되도록 함으로써 플라즈마를 발생시켜 고전압펄스가 인가되는 그리드(24) 쪽으로 양이온을 정전기적으로 끌어들여 그리드(24) 내에 위치하는 입체상 중합체(41)의 표면에 주입되도록 한다. 이후, 표면처리가 완료되면, 상기 처리실(21)과 인출실(31) 사이의 제3도어(33)를 개방시키고, 역시 이송롤러(61)를 구동시켜 상기 이송장치(51)를 인출실(31)로 이송시킨다. 이송실로 이송된 상기 이송장치(51)는 이후 역시 상기한 이송롤러(61)의 구동에 의해 제4도어(34)를 통해 완전히 외부로 인출되게 된다. 제4도어(34)의 개방에 의해 이송장치(51)가 인출되고 난 후, 제4도어(34)를 폐쇄한 후, 인출실(31)의 내부는 진공화된다. 이러한 인출실(31)의 진공화는 후속의 제3도어(33)의 개방 시 상기 처리실(21) 내로 외부공기가 유입되지 않도록 하는 기능을 하여 처리실(21) 내에서의 연속처리를 위한 공정조건을 빠른 시간 내에 복구하여 표면처리를 한 준비를 가능하게 한다. 상기와 같은 방법으로 입체의 형상을 갖는 중합체(41)를 연속적으로 표면처리할 수 있게 된다. 상기한 이송장치(51)는 처리될 입체상 중합체(41)를 고정시켜 인입실(11)로 인입시키고, 처리되어 인출된 입체상 중합체(41)는 떼어내는 방법으로 순환에 의해 반복 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 입체상 중합체의 연속 표면처리방법은, 플라즈마 이온주입기술을 이용하는 표면개질에 있어서, (1) 탈기 가능한 인입실 내로 처리하고자 하는 입체상 중합체 물품을 인입시키는 인입단계; (2) 상기 입체상 중합체가 인입된 인입실 내부를 감압, 탈기시키는 제1진공화단계; (3) 상기 인입실 내의 입체상 중합체를 상기 처리실로 이송시키는 제1이송단계; (4) 상기 처리실 내로 이송된 입체상 중합체에 플라즈마를 이용하여 표면처리하는 표면처리단계; (5) 탈기 가능한 인출실 내부를 감압, 탈기시키는 제2진공화단계; (6) 표면처리가 완료된 입체상 중합체를 진공화된 상기 인출실 내로 이송시키는 제2이송단계; 및 (7) 상기 인출실 내의 입체상 중합체를 외부로 인출하는 인출단계;들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 (1)의 인입단계는 상기 처리실(21)의 진공도에는 영향을 줌이 없이 입체상 중합체(41) 물품을 상기 처리실(21) 내로 연속적으로 공급할 수 있도록 하기 위한 전단계로서 기능하도록 하기 위하여 탈기 가능한 인입실(11) 내로 처리하고자 하는 입체상 중합체(41) 물품을 인입시키는 단계이다. 이후, (2)의 제1진공화단계에서 상기 입체상 중합체(41) 물품이 인입된 인입실(11) 내부를 감압, 탈기시키는 단계이다. 상기 (2)의 제1진공화단계에서 상기 인입실(11) 내부를 진공화시킴으로써 상기 이송기에 의해 상기 인입실(11) 내의 피가공물로서의 입체상 중합체(41) 물품을 상기 처리실(21)로 이송시킬 때 처리실(21)의 진공도 등 내부 공정조건을 크게 변화시키지 아니하고도 상기 입체상 중합체(41) 물품을 상기 처리실(21) 내로 이송시킬 수 있는 조건이 이루어지게 된다. 계속해서, 상기 (3)의 제1이송단계에서는 상기 인입실(11) 내의 입체상 중합체(41) 물품들을 상기 처리실(21)로 이송시키는단계이며, 이후 상기 (4)의 표면처리단계에서 상기 처리실(21) 내로 이송된 입체상 중합체(41) 물품에 플라즈마를 이용하여 표면처리를 수행하게 된다. 계속해서, 상기 (5)의 제2진공화단계에서는 역으로 상기 탈기 가능한 인출실(31) 내부를 감압, 탈기시키며, 이는 상기 인출실(31) 내부를 진공화시켜 역시 상기 처리실(21)의 진공도에는 영향을 줌이 없이 표면처리가 완료된 입체상 중합체(41) 물품을 상기 인출실(31)로 이송시킬 수 있도록 진공화하는 단계이다. 이후, 상기 (6)의 제2이송단계에서 상기 표면처리가 완료된 중합체(41) 물품을 진공화된 상기 인출실(31) 내로 이송시킨 후, 상기 (7)의 배출단계에서는 상기 인출실(31) 내로 이송된 후, 상기 인출실(31)로부터 표면처리가 완료된 중합체(41)들을 배출하도록 함으로써 입체상 중합체(41) 물품을 연속적으로 표면처리하도록 한다.
상기 (2)의 제1진공화단계 전, 후에서 상기 인입실(11) 내의 입체상 중합체(41) 물품에 열풍을 가하여 수분 등을 제거하는 전처리단계를 더 수행할 수 있다. 상기 전처리단계는 상기 인입실(11) 내의 입체상 중합체(41) 물품을 사전 가열하여 입체상 중합체(41) 물품의 표면에로의 이온의 주입을 보다 깊은 곳까지 가능하도록 한다. 상기 전처리단계에서는 70 내지 85℃의 온도의 열풍을 적용시켜 수분을 제거하며, 부분적으로 입체상 중합체(41)를 가열시키며, 가열온도는 중합체(41) 물품을 구성하는 중합체(41)의 종류와 물성 및 크기 등에 따라 달라질 수 있으며, 당업자에게는 적절한 가열온도를 이론적으로나 경험칙에 의해 실험적으로 결정할 수 있다.
상기 (4)의 표면처리단계는 아르곤, 질소 또는 이들의 혼합물들로 이루어지는 공정가스를 15 내지 100sccm의 양으로 연속적으로 상기 처리실(21)로 공급하면서 펄스 폭 20 내지 30㎳, 플라즈마 발생을 위한 고주파의 주파수 500 내지 1,500㎐ 및 고전압펄스로서 21 내지 25KV의 고전압을 인가하는 공정조건으로 표면처리를 수행하는 것으로 이루어진다. 이러한 공정조건은 입체상 중합체(41)의 종류, 크기 및 형상 등에 따라 달라질 수 있으며, 당업자에게는 이론적으로나 경험적으로 적절한 공정조건을 결정하여 표면처리에 의한 이온주입을 수행할 수 있음은 당연히 이해될 수 있는 것이다.
상기한 바의 본 발명에 따른 표면처리장치 및 표면처리방법에 의해 가공되는 피가공물로서의 입체상 중합체(41)로서는 공지된 모든 종류의 중합체들이 가능하며, 바람직하게는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS) 등의 비닐중합체(41)류, 나일론 6, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 66 등의 나일론류, 기타 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN), 폴리페닐렌설피드(PPS), 폴리에테르이미드수지(PEI), 폴리이미드(PI), 변성 폴리페닐렌 옥사이드(MPPO), 변성폴리설폰(MPSU ; Modified polysulfone), 변성폴리에테르(MPES ; Modified polyether) 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 들이 될 수 있다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.
이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.
실시예 1 및 2
도1에 도시한 바와 같은 장치를 이용하여 인입실(11) 내로 처리하고자 하는 피가공물로서 폴리에틸렌제의 입체상 중합체(41) 물품을 인입시킨 후, 인입실(11) 내를 감압, 탈기시켜 진공화하고, 진공화가 완료된 후, 계속해서 인입실(11) 내의 입체상 중합체(41) 물품을 이송시키면서 플라즈마 표면처리를 수행하되, 표면처리의 공정조건을 하기 표 1과 같이 수행한 후, 인출실(31) 내부를 감압, 탈기시켜 진공화한 후, 표면처리가 완료된 입체상 중합체(41) 물품을 진공화된 상기 인출실(31) 내로 이송시킨 후, 최종적으로 인출실(31) 밖으로 인출시키는 방법으로 연속 표면처리를 수행하였으며, 그 결과로서, 공정시의 이온밀도 및 처리 후의 피가공물로서의 입체상 중합체의 표면저항을 측정하여 역시 표 1에 나타내었다.
구 분 공정기체(아르곤, sccm) 공정기체(질소, sccm) 펄스 폭(㎳) 주파수(㎐) 고전압(KV) 이온밀도(ea/㎠) 표면저항(Ω/㎠)
실시예 1 38 - 20 500 25 1010 107- 108
실시예 2 25 14 25 650 21.6 1011 107- 108
따라서, 본 발명에 의하면 107내지 108Ω/㎠의 낮은 표면저항을 달성하여 입체상 중합체(41)의 표면의 대전방지 및 전도성 등을 향상시킬 수 있으며, 특히 입체상 중합체(41)를 연속적으로 표면처리하는 것을 가능하게 함으로써 대량생산을 용이하게 하는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (9)

  1. 플라즈마를 발생시켜 이온주입하기 위하여 고주파전력공급장치와 매칭박스 및 안테나를 포함하는 고주파공급부와, 플라즈마를 구성하기 위한 이온화될 공정가스를 공급하는 가스도입장치와 이에 연결되는 가스공급원과, 진공펌프, 플라즈마 상태의 이온을 집속시키기 위한 고전압 펄스를 공급하는 고전압 펄스 발생부 등이 구비되는 처리실을 포함하는 표면처리장치에 있어서,
    상기 고전압 펄스가 공급되는 그리드가 처리실 내에 이송된 입체상 중합체를 감싸도록 설치되어 고전압펄스 발생장치에 연결되고, 상기 처리실의 전, 후에 서로 인접하게 취부되는, 탈기 가능한 인입실과 탈기 가능한 인출실들과, 상기 인입실, 처리실 및 인출실을 순차적으로 경유할 수 있도록 취부되는 이송장치와 상기 이송장치를 구동하는 이송수단들을 포함하여 이루어지되,
    상기 인입실과, 상기 인출실과, 상기 인입실과 처리실 사이의 격벽 및 상기 처리실과 인출실 사이의 격벽들에 상기 이송장치가 통과할 수 있는 자동개폐가 가능한 도어들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 입체상 중합체의 연속 표면처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이송수단이 회전가능하게 취부되는 이송롤러임을 특징으로 하는 입체상 중합체의 연속 표면처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이송장치가 이송판과, 상기 이송판의 상단에 일체로 고정되며, 이송수단으로서의 이송롤러와 접촉하여 가변되는 이송날개와 상기 이송판의 하단에 일체로 고정되며, 입체상 중합체를 매달거나 고정시킬 수 있는 고정구를 포함하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 입체상 중합체의 연속 표면처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인입실에 인접하게 표면처리될 입체상 중합체에 70 내지 85℃의 온도의 건조열풍을 분사시켜 전처리하기 위한 전처리실이 더 포함되며, 상기 전처리실에는 열풍을 전처리실 내로 불어넣기 위한 송풍기와 상기 송풍기에로 공급되는 열풍의 흐름을 단속하기 위한 제1단속밸브와 상기 전처리실로부터 공기를 배출시켜 진공화시키기 위한 배기공기의 흐름을 단속하기 위한 제2단속밸브 및 상기 제2단속밸브를 경유하여 상기 전처리실로부터 공기를 배출시키기 위한 진공펌프가 연결되어 이루어짐을 특징으로 하는 입체상 중합체의 연속 표면처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1단속밸브에는 열풍을 발생시키기 위한 공기압축기가 더 연결되어 이루어짐을 특징으로 하는 입체상 중합체의 연속 표면처리장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전처리실에 더해 제2전처리실이 병설되고, 상기 제2전처리실에는 열풍을 전처리실 내로 불어넣기 위한 제2송풍기와 상기 제2송풍기에로 공급되는 열풍의 흐름을 단속하기 위한 제3단속밸브와 상기 제2전처리실로부터 공기를 배출시켜 진공화시키기 위한 배기공기의 흐름을 단속하기 위한 제4단속밸브 및 상기 제4단속밸브를 경유하여 상기 전처리실로부터 공기를 배출시키기 위한 진공펌프가 연결되어 이루어짐을 특징으로 하는 입체상 중합체의 연속 표면처리장치.
  7. 플라즈마 이온주입 기술을 이용하는 표면개질에 있어서,
    (1) 이온주입을 위한 공정진행에 따라 자동으로 개폐되는 도어를 통해 탈기 가능한 인입실내로 처리하고자 하는 입체상 중합체 물품을 인입시키는 인입단계;
    (2) 상기 입체상 중합체가 인입된 인입실 내부를 감압, 탈기시키는 제1진공화단계;
    (3) 상기 인입실내의 입체상 중합체를 이온주입을 위한 공정진행에 따라 자동으로 개폐되는 도어를 통해 상기 처리실내에 위치한 그리드 사이의 공간으로 이송시키는 제1이송단계;
    (4) 상기 처리실내로 입체상 중합체를 이송한 후 상기 처리실 내에 공정가스의 주입과 고전력을 가해 플라즈마를 형성하고 그리드에 고전압 펄스를 공급하여 상기 처리실 내의 그리드 사이의 공간에 위치하고 있는 입체상 중합체 표면에 이온을 주입하는 표면처리단계;
    (5) 탈기 가능한 인출실 내부를 감압, 탈기시키는 제2진공화단계;
    (6) 표면처리가 완료된 입체상 중합체를 진공화된 상기 인출실 내로 이송시키는 제2이송단계; 및
    (7) 상기 인출실 내의 입체상 중합체를 외부로 인출하는 인출단계;
    들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 입체상 중합체의 연속 표면처리방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (2)의 제1진공화단계 전, 후에서 상기 인입실 내의 입체상 중합체에 열풍을 가하여 입체상 중합체로부터 수분을 제거하는 전처리단계;를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 입체상 중합체의 연속 표면처리방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (4)의 표면처리단계는 아르곤, 질소 또는 이들의 혼합물들로 이루어지는 공정가스를 15 내지 100sccm의 양으로 연속적으로 상기 처리실로 공급하면서 펄스 폭 20 내지 30㎳, 플라즈마 발생을 위한 고주파의 주파수 500 내지 1,500㎐ 및 고전압펄스 21 내지 25KV의 공정조건으로 표면처리를 수행하는 것으로 이루어짐을 특징으로 하는 입체상 중합체의 연속 표면처리방법.
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