KR100863568B1 - 인라인 코팅방법 및 이에 사용되는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PMMA, PC, PET, PVC 등 프라스틱 시트의 표면에 표면거칠기(Ra) 0.004㎛ 이하의 고광택의 경면을 가진 코팅 층을 연속으로 형성하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 연속적으로 압출되어 나오는 프라스틱 시트에 코팅 조성물을 연속적으로 도포함으로써 코팅 층을 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 제조방법 및 장치를 사용하는 경우, 용융 압출되는 시트에 압출과 동시에 연속적으로 코팅 층을 형성하므로 제조설비가 단축되어 제조비용이 절감되고, 인-라인(IN-LINE)의 연속생산공정으로 제조가 가능함에 따라 생산효율을 높일 수 있다.

롤코터, 인-라인 코팅

Description

인라인 코팅방법 및 이에 사용되는 장치{In-line coating method and apparatus using thereof}

본 발명은 수평형상으로 연속 압출되어 나오는 프라스틱 시트 상에 연속적으로 광학적 용도의 표면거칠기(Ra) 0.004㎛ 이하의 경면을 가진 고광택의 코팅 층을 형성하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

PMMA, PC, PET, PVC 등 프라스틱 시트상의 기재에 고광택의 경면 코팅 층을 형성하는 방법으로 여러 가지가 있으나, 통상적으로는 압출 생산 공정과는 분리된 오프라인(OFF-LINE)의 개념으로, 압출기로부터 용융 압출된 시트를 필요한 크기로 재단을 하여 적재, 보관 후 필요 시 별도의 코팅설비를 이용, 통상적으로 표면거칠기(Ra) 0.004㎛ 이하인 경면의 코팅 층을 만들기 위한 가장 좋은 방법으로 플로우 코팅(Flow Coating) 이나 딥 코팅(Dipping Coating)방법을 사용하여 액상의 코팅용 조성물을 시트의 표면에 자연스럽게 흘려주어 도포함으로써 효과적으로 고광택의 표면을 만들 수 있었다.

하지만 생산원가를 줄이고 불량률을 낮추는 등 생산효율을 높이기 위해서는 분리되어 있는 압출생산공정과 코팅공정이 연속적으로 연결된 인-라인(IN-LINE) 개 념의 단일생산시스템에서의 생산이 필연적으로 요구되고 있으나 상기의 플로우 코팅이나 딥 코팅 방법은 원리상 시트가 수직방향으로 세워진 상태에서 중력을 이용하여 자연스럽게 코팅액을 위에서 아래로 표면에 흘려주는 구조이기 때문에 수평형상으로 연속 압출되어 나오는 시트 상에는 직접 연결 적용할 수 없는 구조적 한계가 있다.

물론, 수평형상의 시트 상에 코팅용 조성물을 도포하기 위한 방법으로는 쉽게 롤 코팅(Roll Coating)이나 스프레이 코팅(Spray Coating) 또는 슬롯다이 코팅(Slot Die Coating) 등을 생각할 수 있으나 롤 코팅이나 스프레이 코팅방법은 코팅 건조 후의 표면이 마치 오렌지 껍질처럼 우툴두툴한 형태의 오렌지 필(Orange-Feel) 현상이 발생, 코팅면의 표면 조도가 매우 불량하여 광학적 용도로는 전혀 사용할 수 없는 단점이 있으며 슬롯다이 코팅은 표면조도가 우수한 면은 있으나 구조상 시트 표면과의 설치 이격거리가 매우 좁게 (100㎛ ~ 300㎛)근접한 상태에서 전체적으로 정확히 유지되어야 하며 또한 일정 속도이상의 비교적 빠른 코팅 속도가 요구되기 때문에 유리나 필름같이 두께 공차가 없고 코팅 속도를 빨리 할 수 있는 소재에는 통상적으로 사용하고 있으나, 압출공정처럼 생산속도가 매우 낮고 (0.5 ~ 1.5m/min) 두께 별로 생산속도의 기복이 심하며 또한 생산 시 냉각과정에서 약간의 휨(Curling) 현상이 발생하는 압출공정의 시트 상에는 적용하기 어려운 한계점이 있다.

따라서 시장 구조상 보다 높은 원가경쟁력과 생산성을 갖추기 위해서는 용융 압출되는 시트 상에 효율적이고 연속적이며 또한 안정적으로 고광택의 높은 경면조 도를 가진 코팅 층을 형성할 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 표면거칠기(Ra, Roughness average) 0.004㎛ 이하인 경면의 코팅 층을 갖는 프라스틱 시트의 제조에 있어서, 용융 압출되는 시트 상에 연속적으로 경면의 코팅 층을 형성시킬 수 있는 단일화된 제조공정을 구축함으로써 그로 인해 제조비용이 절감되도록 하는 코팅 층의 형성방법 및 이를 위한 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 연속적으로 제조하기 위하여 적용한 롤 코팅 방식에 의해 발생하는 현상인 오렌지 필(Orange Feel)을 없애는 구조로써, 코팅표면에 표면거칠기(Ra)가 0.004㎛ 이하인 경면을 형성하기 위한 제조방법 및 장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 플라스틱 시트에 코팅 층을 형성하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 압출되어 나오는 시트에 코팅용 조성물을 도포함으로써 연속적으로 코팅층을 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

구체적으로 본 발명은 인-라인(in-line) 즉, 하나의 연속된 생산 공정에서 압출과 동시에 코팅 층이 형성된 시트를 제조할 수 있으며, 오렌지 필이 형성되지 않는 즉, 표면거칠기가 낮은 경면의 코팅 층을 형성하기 위한 방법 및 이에 사용되는 장치를 개시한다.

본 발명은 연속적으로 코팅 층을 형성하기 위한 방법으로 롤 코터를 사용하 였다. 그러나 롤 코터에 사용되는 코팅용 조성물은 비교적 고형분의 함량이 높은 것이 요구되며, 이에 따라 코팅용 조성물의 점도가 높아지고, 코팅 후 용제를 건조시키는 경우 필연적으로 표면에 오렌지 필 현상이 발생하게 되므로 이를 개선하기 위하여 연구한 결과 본 발명을 완성하게 되었다.

즉, 본 발명은 프라스틱 시트 상에 롤 코팅 방식을 이용하여 코팅용 조성물을 도포, 용제를 건조하고 난 후, 오렌지 필이 형성된 코팅 층에 빛이 투과하며 표면거칠기(Ra) 0.004㎛ 이하의 투명보호필름을 압력을 가하여 적층시킨 후, 투명보호필름의 바깥에서 자외선(UV)을 조사하면 투명한 투명보호필름 층을 투과한 자외선이 시트와 투명보호필름 층 사이의 코팅용 조성물을 경화시킴으로써, 평활한 표면을 갖는 투명보호필름의 면에 의해 경화 전 코팅 층 표면의 오렌지 필 현상이 개선되는 것을 발견하게 되었다.

본 발명에서 상기 투명보호필름은 제조과정에서 형성된 오렌지 필 현상이 개선되도록 하는 역할을 하며, 그 후 이송 과정까지 코팅면 상에 적층되어 외부 이물로부터 표면을 보호하다가 사용 시 제거된다.

이하는 구체적으로 본 발명의 인라인 코팅 방법에 대하여 설명한다.

a) 용융 압출되는 시트의 일면 또는 양면에 롤 코터를 이용하여 액상의 코팅용 조성물을 도포하는 단계;

b) 상기 코팅용 조성물의 용제를 증발, 건조시켜 코팅 층을 형성하는 단계;

c) 상기 코팅 층에 압력롤러를 이용하여 투명보호필름을 적층시키는 단계;

d) 상기 투명보호필름이 적층된 시트를 경화시키는 단계;

를 포함한다.

본 발명은 상기 d) 단계 후, 경화된 적층체를 재단하여 이송하게 되며, 사용자가 사용 직전에 투명보호필름을 제거하여 사용하게 된다.

본 발명에서 상기 b)단계 시, 용제 건조 후의 코팅 층은 그 두께가 5 ~ 15㎛인 것이 바람직하다. 상기 범위로 코팅되는 경우 코팅 후 시트의 굴곡 시 코팅 층의 크랙(표면 갈라짐)이 발생하지 않아 적당한 내구성을 가진 표면 보호층의 역할을 할 수 있다.

상기 코팅용 조성물은 고형분과 상기 고형분을 용해하는 용제가 포함된 것으로, 제한되지 않으나 바람직하게는 30 ~ 40 중량%의 고형분이 포함된 것을 사용한다. 고형분의 함량이 너무 적은 경우 롤 코터를 이용하여 코팅 시 코팅두께가 너무 얇아 적정한 코팅 층이 형성되지 않으며, 고형분의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우 시트의 굴곡 시 표면의 갈라짐이나 박리현상이 발생하므로 바람직하지 않다.

본 발명에서 상기 투명보호필름은 빛이 투과하며 표면거칠기(Ra) 0.004㎛ 이하인 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌테레프탈레이트 글리콜(PETG)에서 선택되는 어느 하나의 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 이때 상기 표면거칠기(Ra)가 낮을수록 평활한 시트가 제조되므로 그 하한은 한정하지 않는다. 다만 광학용으로 사용되기 위해서는 상기 표면거칠기(Ra)가 0.004㎛ 이하의 범위를 만족하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 0.0001 ~ 0.004㎛의 범위의 것을 사용하는 경우 요구되는 물성을 만족할 수 있다.

이때, 상기 투명보호필름의 두께는 제한되지 않으나 200 ~ 400㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 두께가 너무 얇거나 두꺼운 경우 코팅 층이 평활해지는 효과가 적으므로 상기 범위의 것을 사용하는 것이 제조효율 및 표면조도를 만족할 수 있으므로 바람직하다.

상기 투명보호필름의 표면은 표면거칠기(Ra) 0.004㎛ 이하의 매끈하고 평활한 것을 사용하는 것이 전사되는 코팅 층의 표면이 매끄럽게 되므로 바람직하다. 또한, 그 구조를 응용하여 투명보호필름의 표면에 무늬 또는 패턴이 형성된 것을 사용하는 것도 가능하다. 표면에 무늬 또는 패턴이 형성된 경우 코팅 층에 무늬 또는 패턴이 전사되어, 투명보호필름을 제거한 후 코팅 층에 미려한 무늬 또는 패턴을 연출할 수 있다. 이때 무늬 또는 패턴의 형성방법은 통상적으로 사용되는 인쇄방법 또는 음각, 양각의 방법 등으로 제조가 가능하다.

본 발명에서 상기 압력롤러는 연마된 표면을 갖는 철, 알루미늄, 스테인레스, 동판 등을 사용하는 것도 가능하나 표면이 너무 딱딱한 경우 상기 경화 전의 코팅 층이 시트의 면에 고르게 분포되지 않고 롤의 집중된 압력에 의해 바깥 방향으로 밀리게 되어 실질적으로 요구되는 코팅 층의 두께에 비하여 기준 이하의 얇은 두께로 코팅될 수 있으며 또한, 투명보호필름이 적층될 때 시트의 두께 편차를 흡수하지 못하여 코팅 층에 두께 편차 및 기포가 발생할 수 있다. 따라서 상기 압력롤러는 고무 또는 실리콘이 도포되어 탄성을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이때 상기 탄성은 경도가 50 인 것을 1차 압력 롤러로, 경도 70 인 것을 2차 압력 롤러로 사용하는 것이 적당하다.

본 발명에서 상기 b)단계는 용융 압출되어 나오는 시트의 잠열이 식기 전에 이루어지는 것도 가능하다. 즉, 롤 코터에 의해 코팅용 조성물이 도포된 후, 용제를 건조하기 위하여 별도의 가열장치를 설치할 필요가 없이 용융 압출되는 시트의 잠열이 식기 전에 코팅용 조성물을 도포함으로써, 자연적으로 용제가 건조, 증발되도록 할 수 있다. 통상적으로 시트 제조 시 사용되는 수지의 종류에 따라 다르나, 용융 압출되는 온도가 180 ~ 200℃인 경우, 롤 코터까지 이송되는 과정에서 100 ~ 120℃정도의 온도를 유지하므로 별도의 가열장치 없이도 용제가 건조될 수 있다.

그러나 별도의 가열장치가 구비되는 경우 건조가 보다 빠른 시간 내에 이루어지므로 효과적이다.

다음으로 도면을 참조하여 본 발명의 코팅장치에 대하여 설명한다.

압출기로부터 용융 압출되어 나오는 시트(100)를 이송하기 위한 이송수단(10);

상기 이송수단의 상부 또는 상부와 하부에 구비된 롤 코터(20a, 20b);

상기 롤 코터(20a, 20b)의 후단에서 투명보호필름(200)을 공급하는 투명보호필름 공급롤러(30);

상기 투명보호필름(200)을 라미네이트 하기 위한 한 개 이상의 압력 롤러(40); 및

상기 적층된 투명보호필름과 시트사이의 도료를 경화시키기 위한 UV경화 기(50);

를 포함한다.

또한 필요에 따라 상기 롤 코터(20a, 20b)와 압력 롤러(40) 사이의 이송수단에 가열수단(미도시)이 더 구비되도록 하여 용제가 빨리 건조되도록 하는 것도 가능하다.

상기 압력롤러는 앞서 설명한 바와 같이, 고무 또는 실리콘이 도포되어 탄성을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 제조방법 및 장치를 사용하는 경우, 용융 압출되는 시트상에 즉시 연속적으로 고광택의 코팅 층을 형성하므로 현재 분리되어 있는 제조공정이 하나로 연결, 단축되어 제조비용이 대폭 절감되며, 인-라인(IN-LINE)으로 제조가 가능함에 따라 이동과정에서 발생하는 먼지부착, 표면훼손 등 불량률을 낮추어 생산효율을 높일 수 있는 특징이 있다.

또한 본 발명에 따른 제조방법 및 장치를 사용하는 경우, 롤 코팅 방법에 의해 연속적으로 코팅 층을 형성할 수 있으면서도 표면이 매끈한 코팅 층으로 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 시트는 각종 디스플레이용 모니터의 표면재인 광학용, 또는 건축마감재용, 실내 인테리어 표면재 등 다양한 일반산업용의 용도로 사용될 수 있다.

이하는 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 도면을 참조하여 설명하는 바, 하기 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 인라인 코팅장치를 나타낸 것으로, 롤 코터가 일면에 형성된 경우를 나타낸 것이다.

도 1에 따른 장치를 사용하여 코팅 층을 형성하는 방법에 대하여 구체적으로 설명을 하면, 열가소성수지를 용융 압출하여 시트로 제조를 한 후, 이송수단(10)에 의해 이송을 하며 이송수단의 상부에 구비되는 롤 코터(20a)에 의해 일면에 코팅용 조성물을 도포한다. 이어서, 코팅용 조성물의 용제를 건조시키고 난 후, 겔화되어 있는 코팅 층 상에 투명보호필름 공급롤러(30)에서 공급되는 투명보호필름(200)을 적층하고, 압력롤러(40)를 이용하여 라미네이트시킨 후, UV경화기(50)를 통과시켜 필름과 시트사이의 코팅 층이 경화되도록 한다. 이렇게 제조된 적층체는 필요에 따라 재단을 한 후 사용자에게 공급되며, 사용자가 사용 직전에 투명보호필름을 제거하여 사용하게 된다.

도 1은 본 발명의 일예일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 도 1과 같이 일면에만 롤 코터(20a)가 형성되는 것도 가능하나, 도 2와 같이 상부(20a) 및 하부(20b)에 롤 코터가 현성되도록 하여 양면에 코팅 층이 형성되도록 하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 제조방법 및 장치에 있어서 당업자가 용이하게 변경 가능함은 자명한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 인라인 코팅장치를 개시한 것으로, 일면에 코팅 층을 형성하기 위한 장치를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 인라인 코팅장치를 개시한 것으로, 양면에 코팅 층을 형성하기 위한 장치를 도시한 것이다.

- 도면의 주요 부분에 대한 설명 -

10 : 이송수단 20a, 20b : 롤 코터

30 : 투명보호필름 공급롤러 40 : 압력롤러

50 : UV경화기 100 : 시트

200 : 투명보호필름

Claims (11)

1. a) 용융 압출되는 시트의 일면 또는 양면에 롤 코터를 이용하여 액상의 UV경화형 코팅용 조성물을 도포하는 단계;

   b) 상기 코팅용 조성물의 용제를 건조시켜 코팅 층을 형성하는 단계;

   c) 상기 코팅 층에 압력롤러를 이용하여 표면거칠기(Ra) 0.004㎛ 이하인 투명보호필름을 압력을 가하여 적층시켜 상기 코팅층의 오렌지필 형태를 제거하는 단계;

   d) UV경화기를 이용하여 상기 투명보호필름이 적층된 시트의 코팅층을 경화시키는 단계;

   를 포함하며, 상기 공정들이 연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학용 필름의 인라인 코팅방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 b)단계 시 코팅용 조성물의 건조 도포두께는 5 ~ 15㎛인 것을 특징으로 하는 광학용 필름의 인라인 코팅방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 코팅용 조성물은 30 ~ 40 중량%의 고형분과 상기 고형분을 용해하는 용제가 포함된 것을 특징으로 하는 광학용 필름의 인라인 코팅방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 투명보호필름은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌테레프탈레이트 글리콜(PETG)에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 광학용 필름의 인라인 코팅방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 투명보호필름은 두께가 200 ~ 400㎛ 이며, 표면거칠기(Ra)가 0.004㎛이하인 것을 특징으로 하는 광학용 필름의 인라인 코팅방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 압력롤러는 고무 또는 실리콘이 도포되어 탄성을 갖는 것을 특징으로 하는 광학용 필름의 인라인 코팅방법.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 투명보호필름은 표면에 무늬 또는 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 광학용 필름의 인라인 코팅방법.
8. 제 1항 내지 제 7항에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,

   상기 b)단계는 용융 압출되어 나오는 시트의 잠열이 식기 전에 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학용 필름의 인라인 코팅방법.
9. 압출기로부터 용융 압출되어 나오는 시트(100)를 이송하기 위한 이송수단(10);

   상기 이송수단의 상부 또는 상부와 하부에 구비되며 UV경화형 코팅용 조성물을 도포하기 위한 롤 코터(20a, 20b);

   상기 롤 코터(20a, 20b)의 후단에서 코팅면에 표면거칠기(Ra) 0.004㎛ 이하인 투명보호필름(200)을 공급하는 투명보호필름 공급롤러(30);

   상기 투명보호필름(200)을 압착하여 라미네이트 하기 위한 한 개 이상의 압력롤러(40); 및

   상기 적층된 투명보호필름과 시트사이의 UV경화형 코팅용 조성물을 경화시키기 위한 UV경화기(50);

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학용 필름의 인라인코팅장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 롤 코터와 압력 롤러 사이의 이송수단에 가열수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 광학용 필름의 인라인코팅장치.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 압력롤러는 고무 또는 실리콘이 도포되어 탄성을 갖는 것을 특징으로 하는 광학용 필름의 인라인코팅장치.

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