KR101194245B1 - Fabricating method of chemical strengthening glass - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 화학강화 유리의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 터치 판넬용 강화 유리보다 내충격 강도가 뛰어나고, 화학식각(Etching)공정을 통과하여도 강화후 유리(Glass)의 외관 얼룩 문제가 없는 유리를 만드는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing chemically strengthened glass, and more particularly, has a higher impact resistance than conventional glass for tempered glass, and even after passing through an etching process, the appearance of glass after tempered glass (Glass) problem It is about how to make glass free.
스마트폰의 비약적인 보급과 함께 터치스크린 판넬의 수요 또한 급증하고 있다. 종래의 플라스틱 기판을 사용한 저항막 방식(Resitive Type)에서 강화 유리 기판을 사용한 정전용량 방식(Capacitive Type)의 스마트폰으로 빠르게 전환되고 있으며 강화유리 기판 또한 수요가 급속히 증가하고 있다. 현재의 터치스크린 판넬용 유리(Glass)는 화학강화유리로서 유리의 단점인 쉽게 깨지는 것을 방지하고 기계적 강도를 높이기 위해 화학강화 처리를 하고 있다. 화학강화 기술은 온도 400~ 500℃의 염욕조(용융 질산칼륨)에서 약 4 ~ 8시간 동안 이온교환반응을 실시하여 유리표면성분의 나트륨 이온(Na+)이 이온반경이 큰 칼륨 이온(K+)으로 치환되면서 유리표면강도가 향상되는 기술이며 이는 일반화되어있다.Along with the rapid spread of smartphones, the demand for touch screen panels is increasing rapidly. In the conventional resistive type using a plastic substrate (Resitive Type) is rapidly switching to a capacitive type smartphone using a tempered glass substrate (tempered glass substrate) is also rapidly increasing demand. Glass for current touch screen panel (Glass) is a chemically strengthened glass is chemically strengthened to increase the mechanical strength to prevent breakage, which is a disadvantage of the glass easily. Chemical strengthening technology performs ion exchange reaction in salt bath (melted potassium nitrate) at 400 ~ 500 ℃ for about 4 ~ 8 hours, so that sodium ion (Na + ) of glass surface component has large ion radius (K + It is a technology to improve the glass surface strength by substituting) and it is generalized.
터치스크린 판넬에 주로 사용되어온 유리는 Corning社에서 생산되는 알루미노실리케이트 유리인 "Gorilla Glass" 와 Ashai Glass, Central, NEG, HOYA, Schott社에서 생산하고 있는 소다라임 유리(Soda Lime Glass)이다. 소다라임 유리보다는 성분이 균일하고 강도의 특성이 양호한 알루미노실리케이트 유리인 Corning社의 "Gorilla Glass"가 휴대폰 커버글래스 시장에서 70% 이상을 점유하고 있지만 공급이 부족한 상태이고 생산량이 충분한 소다라임 유리는 "Gorilla Glass"에 비해 강도특성이 미흡하고 품질편차가 크기 때문에 적용이 미약한 상태이다. The glass used in the touch screen panel is Corning's aluminosilicate glass "Gorilla Glass" and Soda Lime Glass produced by Ashai Glass, Central, NEG, HOYA and Schott. Corning's "Gorilla Glass", an aluminosilicate glass with more uniform and higher strength properties than soda-lime glass, accounts for more than 70% of the mobile phone cover glass market. Compared with "Gorilla Glass", the application is weak because of the lack of strength characteristics and large quality deviation.
특히 소다라임 유리의 내충격 강도의 특성을 향상시키기 위해 화학강화 (이온 교환) 전에 유리의 일정 두께를 화학약품으로 식각(Etching)처리한 후 화학강화 작업을 진행하면 유리의 단점인 내충격 강도의 특성이 향상된다는 것은 일반적인 기술로서 널리 알려져 있지만 소다라임 유리의 제조 공법상 나타나는 외관 얼룩 문제(Tin side 얼룩)를 해결하지 못하여 실용화가 되지 못하고 있다.In particular, in order to improve the characteristics of impact strength of soda-lime glass, chemically strengthening the glass after etching a certain thickness of the glass before chemical strengthening (ion exchange), the impact strength of glass, which is a disadvantage of glass, The improvement is widely known as a general technique, but it has not been put to practical use because it does not solve the problem of appearance stain (Tin side stain) that appears in the manufacturing method of soda lime glass.
이런 문제로 인하여 강화전 화학약품에 의한 식각(Etching)처리를 못하고 원시적인 기계적 폴리싱(Polishing)작업으로 대신하고 있다. 기계적 폴리싱(Polishing) 작업은 인력에 의한 수공작업으로 생산성이 낮고 불량률이 높아 생산수율이 50% 미만으로 낮다. 또한, 기계적 연마(Polishing)를 하여야 하므로 분진에 의한 작업환경 악화의 문제를 안고 있다. 한편 품질 면에서도, 볼드럽(Ball Drop) 파괴강도가 낮아 130g 쇠구슬을 약 30cm 높이에서 낙하시킬 경우 유리가 80%이상 파괴되어 강도의 한계를 갖고 있다.Due to this problem, the etching process by chemicals before reinforcement is prevented, and instead, it is replaced by primitive mechanical polishing. Mechanical polishing is a manual work performed by manpower, resulting in low productivity and high defect rate, resulting in less than 50% production yield. In addition, because of the mechanical polishing (Polishing) has a problem of deterioration of the work environment due to dust. On the other hand, in terms of quality, when the drop strength of the ball drop is low, the glass is broken by more than 80% when the 130g metal ball is dropped at a height of about 30cm, which has a limit of strength.
따라서 상술한 문제점 및 한계점을 극복할 수 있는 신규한 기술이 요구된다.Therefore, there is a need for a new technology that can overcome the above problems and limitations.
본 발명의 일 측면에 의하면, 염욕강화 공정을 포함하는 강화유리의 제조방법에 있어서, 상기 염욕강화 공정 이전에 화학 전처리 공정을 수행하되, 상기 화학 전처리 공정은 유리 표면의 이물질을 제거하기 위해 상기 유리를 알칼리성 수용액으로 처리하는 알칼리 탈지 단계; 상기 알칼리 탈지 단계 후 잔여 이물질의 제거 및 예비 식각을 위해 상기 유리를 산성 수용액으로 처리하는 1차 에칭 단계; 상기 1차 에칭 단계 후 상기 유리 표면을 식각하기 위해 상기 유리를 산화성 산성 수용액으로 처리하는 2차 에칭 단계; 및 상기 2차 에칭 단계 후 잔류 산을 제거하기 위한 중화 단계를 포함하는 강화유리의 제조방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, in the method of manufacturing a tempered glass including a salt bath tempering process, before performing the salt bath tempering process, a chemical pretreatment process is performed, wherein the chemical pretreatment process is performed to remove foreign substances on the glass surface. Alkali degreasing step of treating with an alkaline aqueous solution; A first etching step of treating the glass with an acidic aqueous solution for removing residual impurities and preliminary etching after the alkali degreasing step; A secondary etching step of treating the glass with an oxidizing acidic aqueous solution to etch the glass surface after the first etching step; And a neutralization step for removing residual acid after the secondary etching step.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 상술한 알칼리 탈지 단계에 사용되는 조성물로서, 수산화 알칼리금속, 환원제, 탈지제, 계면활성제 및 물을 포함하는 알칼리 탈지액 조성물이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an alkali degreasing liquid composition comprising an alkali metal hydroxide, a reducing agent, a degreasing agent, a surfactant and water as the composition used in the above-mentioned alkali degreasing step.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상술한 알칼리 탈지 단계에 사용되는 조성물로서, 수산화 알칼리금속 15~30 wt%, 히드라진 또는 개미산 1.0~10.0 wt%, 솔비톨 3.0~10.0 wt%, 글루콘산 1.0~5.0 wt%, 양이온 계면활성제 0.1~1.0 wt%, 물 50~80 wt%를 포함하는 알칼리 탈지액 조성물이 제공된다.According to another aspect of the present invention, as the composition used in the above-mentioned alkali degreasing step, alkali metal hydroxide 15-30 wt%, hydrazine or formic acid 1.0-10.0 wt%, sorbitol 3.0-10.0 wt%, gluconic acid 1.0-5.0 An alkaline degreasing solution composition is provided comprising wt%, 0.1-1.0 wt% cationic surfactant, and 50-80 wt% water.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상술한 1차 에칭 단계에 사용되는 조성물로서, 황산, 질산, 및 인산으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 강산; 불산, 붕불산, 불화암모늄 및 규불산으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 불소함유 산; 계면활성제; 및 물을 포함하는 1차 에칭액 조성물이 제공된다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a composition for use in the above-described first etching step, the composition comprising one or more strong acids selected from the group consisting of sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid; At least one fluorine-containing acid selected from the group consisting of hydrofluoric acid, boric acid, ammonium fluoride and silicic acid; Surfactants; And water is provided with a primary etchant composition.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상술한 1차 에칭 단계에 사용되는 조성물로서, 황산 10~30 wt%, 불화암모늄 20~40 wt%, 붕불산 1~10 wt%, 질산 15~30 wt%, 인산 0.5~5.0 wt%, 양이온 계면활성제 0.1~1.0 wt%, 및 물 30~60 wt%를 포함하는 1차 에칭액 조성물이 제공된다.According to another aspect of the present invention, the composition used in the above-described primary etching step, 10-30 wt% sulfuric acid, 20-40 wt% ammonium fluoride, 1-10 wt% boric acid, 15-30 wt% nitric acid , A primary etching solution composition comprising 0.5 to 5.0 wt% of phosphoric acid, 0.1 to 1.0 wt% of a cationic surfactant, and 30 to 60 wt% of water is provided.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상술한 2차 에칭 단계에 사용되는 조성물로서, 황산, 질산, 및 인산으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 강산; 불산, 붕불산, 불화암모늄 및 규불산으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 불소함유 산; 산화제; 계면활성제; 및 물을 포함하는 2차 에칭액 조성물이 제공된다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a composition for use in the above-described secondary etching step, the composition comprising one or more strong acids selected from the group consisting of sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid; At least one fluorine-containing acid selected from the group consisting of hydrofluoric acid, boric acid, ammonium fluoride and silicic acid; Oxidant; Surfactants; And water is provided with a secondary etchant composition.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상술한 2차 에칭 단계에 사용되는 조성물로서, 황산 10~30 wt%, 질산 1~10 wt%, 불화암모늄 1~15 wt%, 인산 1~15 wt%, 불산 1~10 wt%, 과산화수소수 1~5 wt%, 양이온 계면 활성제 0.1~1.0 wt%, 및 물 40~70 wt%를 포함하는 2차 에칭액 조성물이 제공된다.According to another aspect of the present invention, as the composition used in the above-described secondary etching step, 10-30 wt% sulfuric acid, 1-10 wt% nitric acid, 1-15 wt% ammonium fluoride, 1-15 wt% phosphoric acid, There is provided a secondary etchant composition comprising 1-10 wt% hydrofluoric acid, 1-5 wt% hydrogen peroxide, 0.1-1.0 wt% cationic surfactant, and 40-70 wt% water.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상술한 중화 단계에 사용되는 조성물로서, 수산화칼륨 1~10 wt%, 중탄산칼륨 10~30 wt%, 벤조트리아졸 1~10 wt%, 글루콘산나트륨 1~10 wt%, 양이온 계면활성제 0.1~1.0 wt%, 및 물 50~80 wt%를 포함하는 중화액 조성물이 제공된다.According to another aspect of the invention, the composition used in the above-mentioned neutralization step, potassium hydroxide 1-10 wt%, potassium bicarbonate 10-30 wt%, benzotriazole 1-10 wt%, sodium gluconate 1-10 There is provided a neutralizing liquid composition comprising wt%, 0.1-1.0 wt% cationic surfactant, and 50-80 wt% water.
공급이 충분하고 원판가격이 저렴한 소다라임 유리가 터치스크린 판넬의 기재로 사용되기 위해서는 현재 문제가 되고 있는 품질편차를 줄여서 생산수율을 올리고, 생산성이 낮은 기계적 연마작업을 대신하여 생산성이 우수한 화학식각 (Chemical Etching)을 하여도 외관 얼룩문제가 발생되지 않는 새로운 전처리공정 및 처리 단계별 기능을 갖는 화학약품을 개발 하여 종래의 기술적 한계점을 극복하는 것이 본 발명의 목적이다.In order to be used as a substrate for touch screen panels, soda-lime glass with sufficient supply and low original price reduces production quality problems by reducing the quality deviation, which is a problem, and replaces low-productivity mechanical polishing. It is an object of the present invention to develop a chemical having a new pretreatment process and a step-by-step function that does not cause appearance staining problems even by chemical etching.
소다라임 유리는 SiO2 (60-75%), Na2O (10-20%), CaO (5-10%) 주성분 외 Al2O3, K2O, MgO 등의 성분으로 구성되고 있으며 유리 제조 공법은 용융 주석 (Sn) 베드 위에 소다라임 유리성분을 부상시켜 만드는 플로우팅(Flowting) 공법이다.Soda-lime glass is SiO 2 (60-75%), Na 2 O (10-20%), CaO (5-10%) It is composed of components such as Al 2 O 3 , K 2 O and MgO in addition to the main component. Sn) Floating method by floating soda-lime glass on the bed.
외관 얼룩의 주 원인은 용융주석이 접촉된 유리면(Tin side)의 오염된 주석(Sn)이다. 주석(Sn)이 접촉된 면은 황산, 질산, 인산과 같은 강산(Strong Acid) 또는 유리 식각 (Etching)에 범용적으로 사용되는 불산 (HF), 붕불산, 불화암모늄, 규불산 등과 같은 불소함유 산을 만나면 얼룩 현상이 뚜렷해져 육안 식별이 가능하고 화학 강화 후에도 얼룩은 그대로 남는다. 물론 강산 또는 유리 식각 (Etching)에 범용적으로 사용되는 불산 (HF)계열의 화학 약품으로 식각 (Etching)하지 않고 화학 강화를 실시하면 외관 얼룩 문제는 없지만 강화유리의 강도 물성이 낮고, 유리 표면의 불규칙한 조도로 인한 품질의 신뢰성 데이터의 산포가 넓어져서 원하는 규격의 합격 수율은 매우 낮다.The main cause of the appearance stain is contaminated tin (Sn) on the glass side where molten tin is in contact. The surface on which tin (Sn) is contacted contains fluorine, such as hydrofluoric acid (HF), boric acid, ammonium fluoride, and silicic acid, which are commonly used for strong acids such as sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid, or for free etching. When the acid meets, the stain becomes clear, so that it can be visually identified and the stain remains after chemical strengthening. Of course, if chemical strengthening is performed without etching with hydrofluoric acid (HF) -based chemicals commonly used for strong acid or glass etching, there is no problem of appearance stains, but the strength properties of tempered glass are low, and Due to the wide spread of quality reliability data due to irregular roughness, the yield yield of the desired specification is very low.
본 발명에 따르면 내충격성을 향상시키기 위해 염욕강화 전 불산 (HF)계 식각 (Etching)액을 사용하여 화학식각을 하여도 유리 면의 얼룩 현상 등의 문제점이 없고 강화작업 후 우수한 강화 특성치를 얻을 수 있다. 이를 위해 염욕강화를 하기 전에 4단계의 전처리 공정을 이용한다.According to the present invention there is no problem such as staining of the glass surface without using the hydrofluoric acid (HF) etching solution before the salt bath to improve the impact resistance, it is possible to obtain excellent reinforcing characteristics after the strengthening operation have. To this end, four stages of pretreatment are used before the salt bath is strengthened.
종래의 휴대용 전자기기의 윈도우 판넬 제작 공정에 있어 원판 유리는 소다라임 유리를 사용하여 보호필름을 라미네이팅하고, 일정한 두께와 크기로 절단하고, 보호 필름을 제거(박리)하고, 표면을 세정하고, 질산 칼륨이 용융된 염욕 강화로에서 이온 교환 반응을 유도하여 화학 강화를 실시하고 있다. In the conventional window panel fabrication process of portable electronic devices, the original glass uses soda-lime glass to laminate the protective film, cut it to a certain thickness and size, remove (peel) the protective film, clean the surface, and nitric acid. Chemical intensification is carried out by inducing an ion exchange reaction in a salt bath intensifier in which potassium is melted.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 아래 제조공정도와 같이 염욕강화(화학강화) 전에 종래의 제조공정과는 다르게 새로운 화학전처리 공정을 도입한다.
In order to achieve the object of the present invention, a new chemical pretreatment process is introduced, unlike the conventional manufacturing process, before the salt bath strengthening (chemical strengthening) as shown in the manufacturing process diagram below.
종래의 강화유리 제조공정도Conventional Tempered Glass Manufacturing Process Diagram
본 발명의 강화유리 제조공정도Tempered glass manufacturing process diagram of the present invention
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유리를 강화시키는 염욕강화 공정 이전에 화학 전처리 공정을 수행한다. 상기 화학 전처리 공정은 본 발명의 핵심기술로서 아래 그림과 같이 4단계의 화학약품 처리 공정을 포함할 수 있다.
According to one embodiment of the present invention, a chemical pretreatment process is performed before the salt bath strengthening process of strengthening the glass. The chemical pretreatment process is a core technology of the present invention and may include a four-step chemical treatment process as shown below.
본 발명의 강화유리 제조를 위한 화학 전처리 공정도Chemical pretreatment process chart for manufacturing tempered glass of the present invention
1단계 공정에서, 유리 표면의 이물질을 제거하기 위해 상기 유리를 알칼리성 수용액으로 처리하는 알칼리 탈지를 실시한다. 2단계 공정에서, 상기 알칼리 탈지 단계 후 잔여 이물질의 제거 및 예비 식각을 위해 상기 유리를 산성 수용액으로 처리하는 1차 에칭을 실시한다. 3단계 공정에서, 상기 1차 에칭 단계 후 상기 유리 표면을 식각하기 위해 상기 유리를 산화성 산성 수용액으로 처리하는 2차 에칭을 실시한다. 4단계 공정에서, 상기 2차 에칭 단계 후 잔류 산을 제거하기 위한 중화 단계를 실시함으로써 염욕강화를 하기 전에 유리 표면에 대해 화학약품 처리를 수행할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 각 단계들 간의 화학약품의 섞임을 방지하기 위해 상기 각 단계들 사이에 복수 회의 수세 공정이 더 포함될 수 있다. 상기 알칼리 탈지 단계는 60~100℃에서 적어도 10 분간 진행하고, 상기 1차 에칭 단계, 상기 2차 에칭 단계, 및 상기 중화 단계는 20~30℃에서 2~5분간 진행하는 것이 바람직하다. 상기 전처리 공정에서 소다라임 유리의 표면(Tin-side) 얼룩을 제거하기 위한 단계별 처리약품의 조성도 각각 다르며 매우 중요하다.In a one-step process, alkaline degreasing is carried out in which the glass is treated with an alkaline aqueous solution to remove foreign matter on the glass surface. In the two step process, after the alkali degreasing step, a primary etching is performed in which the glass is treated with an acidic aqueous solution to remove residual foreign matter and preliminarily etch it. In a three step process, after the first etching step, a second etching is performed to treat the glass with an oxidizing acidic aqueous solution to etch the glass surface. In a four step process, chemical treatment may be performed on the glass surface prior to salt bath strengthening by performing a neutralization step to remove residual acid after the secondary etching step. In some embodiments, a plurality of washing processes may be further included between the steps to prevent mixing of the chemicals between the steps. The alkali degreasing step is performed at 60 to 100 ° C. for at least 10 minutes, and the primary etching step, the secondary etching step, and the neutralization step are preferably performed at 20 to 30 ° C. for 2 to 5 minutes. In the pretreatment process, the composition of the stepwise treatment chemicals for removing the tin-side stain of the soda-lime glass is also different and very important.
1 단계 공정은 알칼리 수용액에서 진행하며 유리 표면에 남아있는 이물질을 제거하는 단계이다. 상기 알칼리 탈지 단계에 사용되는 알칼리 탈지액 조성물(A액)은 수산화 알칼리금속, 환원제, 탈지제, 계면활성제 및 물을 포함할 수 있다. 상기 수산화 알칼리금속은 수산화나트륨 또는 수산화칼륨일 수 있으며, 상기 환원제는 히드라진 또는 개미산일 수 있다. 한편 상기 탈지제는 솔비톨과 같은 당류나 글루콘산이 될 수 있다.The first step is to remove foreign substances remaining on the glass surface while proceeding in an aqueous alkali solution. The alkaline degreasing solution composition (liquid A) used in the alkali degreasing step may include an alkali metal hydroxide, a reducing agent, a degreasing agent, a surfactant, and water. The alkali metal hydroxide may be sodium hydroxide or potassium hydroxide, and the reducing agent may be hydrazine or formic acid. Meanwhile, the degreasing agent may be a saccharide or gluconic acid such as sorbitol.
바람직한 실시예에서, 알칼리 탈지액의 조성물 (A액)은 수산화나트륨 (또는 수산화칼륨)을 15~30 wt%, 히드라진 또는 개미산을 1.0~10.0 wt%, 솔비톨을 3.0~10.0 wt%, 글루콘산 1.0~5.0 wt%, 양이온 계면활성제 0.1~1.0 wt%, 물을 50~80 wt% 포함할 수 있다.In a preferred embodiment, the composition of the alkaline degreasing solution (Liquid A) comprises 15-30 wt% of sodium hydroxide (or potassium hydroxide), 1.0-10.0 wt% of hydrazine or formic acid, 3.0-10.0 wt% of sorbitol, 1.0 of gluconic acid. ˜5.0 wt%, 0.1-1.0 wt% of cationic surfactant, and 50-80 wt% of water.
여기서 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 농도가 15 wt% 미만이면 탈지력이 미약하여 유리 표면에 남아있는 주석 (Sn) 성분의 얼룩제거가 어렵고 30 wt%보다 많으면 소다라임 유리의 표면을 손상시켜 유리의 투과율을 저하시킬 수 있다.If the sodium hydroxide or potassium hydroxide concentration is less than 15 wt%, it is difficult to remove the tin (Sn) component remaining on the glass surface because the degreasing power is weak, and if it is more than 30 wt%, the surface of the soda lime glass is damaged to improve the transmittance of the glass. Can be reduced.
히드라진을 비롯한 기타의 성분은 유리표면의 젖음성을 향상시켜 세정 효과를 도와주는 기능을 갖고 있으며 많은 양을 사용하면 세정 작업할 때 기포발생, 용액의 분리 현상 등을 유발시켜 오히려 역효과를 나타낼 수 있다.Hydrazine and other ingredients have a function to help the cleaning effect by improving the wettability of the glass surface, and when used in a large amount, it may cause adverse effects due to foaming and separation of the solution during the cleaning operation.
탈지 공정은 60~100℃에서 적어도 10분 동안 진행한다. 효과적으로는 80~100℃에서 30~60분 정도 처리시 유리 표면의 얼룩 현상이 없고 강화 작업 후 유리의 강화특성인 표면 압축응력(Surface stress) 및 강화깊이(Depth of layer)가 우수했다.The degreasing process is carried out at 60-100 ° C. for at least 10 minutes. Effectively, the glass surface was not stained when treated for 30 to 60 minutes at 80 to 100 ° C, and the surface stress and depth of layer, which are the reinforcing properties of the glass, were excellent.
일 실시예에 따르면, 1단계의 알카리 탈지 공정이 끝난 다음 3단 수세 처리를 한다. 3단 수세조 중에서 첫번째 수세조에서는 순수를 60℃로 가열한 상태에서 30초 동안 유리를 함침 세정하고 두번째 수세조에서는 상온 (20~30℃) 순수에 30초 동안 함침 세정하고 세번째 수세조에서는 상온 (20~30℃) 순수에 30초 동안 함침 세정한다.According to one embodiment, three stages of water washing are performed after the first step of alkaline degreasing. In the first washing tank, the first washing tank was impregnated and cleaned for 30 seconds while the pure water was heated to 60 ° C. In the second washing tank, the glass was impregnated and cleaned for 30 seconds in room temperature (20 ~ 30 ℃) and the third was washed at room temperature. (20 ~ 30 ℃) Impregnated and washed with pure water for 30 seconds.
2단계 공정은 강산 수용액에서 진행하며 알카리 수용액에서 제거되지 않은 유리 표면의 유기물 또는 무기물, 금속 산화물을 제거하는 단계이다. 여기에서 강산 수용액은 1차 에칭액이라고도 하며 1차 에칭액 조성물 (B액)은 황산, 질산, 및 인산으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 강산; 불산, 붕불산, 불화암모늄 및 규불산으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 불소함유 산; 계면활성제; 및 물을 포함할 수 있다.Two-step process is to remove the organic or inorganic, metal oxides on the glass surface that is not removed from the aqueous alkali solution and the alkaline solution. Here, the strong acid solution is also referred to as a primary etching solution, and the primary etching solution composition (B liquid) comprises at least one strong acid selected from the group consisting of sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid; At least one fluorine-containing acid selected from the group consisting of hydrofluoric acid, boric acid, ammonium fluoride and silicic acid; Surfactants; And water.
바람직한 실시예에서, 1차 에칭액 조성물 (B액)은 황산 10~30 wt%, 불화암모늄 20~40 wt%, 붕불산 1~10 wt%, 질산 15~30 wt%, 인산 0.5~5.0 wt%, 양이온 계면활성제 0.1~1.0 wt%, 물 30~60 wt%를 포함할 수 있다.In a preferred embodiment, the primary etchant composition (Liquid B) comprises 10-30 wt% sulfuric acid, 20-40 wt% ammonium fluoride, 1-10 wt% boric acid, 15-30 wt% nitric acid, 0.5-5.0 wt% phosphoric acid. It may include 0.1 to 1.0 wt% of cationic surfactant, and 30 to 60 wt% of water.
상기 1차 에칭액 조성물은 에칭 기능보다는 산탈지 기능을 주로 한다. 상기 1차 에칭에 의해 식각되는 두께가 1㎛ 이내로 조절된다. The primary etching solution composition mainly has a degreasing function rather than an etching function. The thickness etched by the primary etching is adjusted to within 1 μm.
1차 에칭 공정은 실온 (20~30℃)에서 5분 이하로 1차 에칭액 조성물 (B액)에 함침(Dipping) 상태로 처리한다. 효과적으로는 25℃에서 2분간 처리시 유리 표면의 얼룩 현상이 없었으며 처리 시간이 길어지면 오히려 유리 표면의 투명성이 저하되었다.In the primary etching process, the primary etching solution composition (Liquid B) is treated in a dipping state at room temperature (20 to 30 ° C.) for 5 minutes or less. Effectively, the glass surface was not stained when treated at 25 ° C. for 2 minutes, and the longer the treatment time, the lower the transparency of the glass surface.
2단계의 1차 에칭 공정이 끝난 다음 3단 수세 처리를 한다. 이를 위해 3단 수세조 중에서 첫번째 수세조에서는 상온 (20~30℃) 순수에 30초 동안 유리를 함침 세정하고 두번째 수세조에서는 순수를 60℃로 가열한 상태에서 30초 동안 함침 세정하고 세번째 수세조에서는 상온 (20~30℃) 순수에 30초 동안 함침 세정한다.After the two-stage primary etching process is finished, three stages of water washing are performed. To this end, in the first washing tank of the three-stage washing tank, the glass is impregnated and cleaned for 30 seconds in room temperature (20 ~ 30 ℃) pure water, and in the second washing tank, the pure water is impregnated and washed for 30 seconds while the pure water is heated to 60 ℃ and the third washing tank is In impregnated rinse for 30 seconds at room temperature (20 ~ 30 ℃) pure water.
3단계 공정은 유리 표면을 2차 에칭액으로 식각(Etching)하는 공정이다. 화학 강화시 질산칼륨 용융조에서 질산칼륨의 K+ 이온과 유리표면의 Na+ 이온의 교환반응이 효과적으로 이루어지기 위해서 유리 표면을 식각하고, 아직 제거되지 못한 오염원이나 산화막을 제거하며, 이온 교환반응의 표면적을 넓혀주기 위한 공정이다.The three step process is to etch the glass surface with the secondary etching solution. During chemical strengthening, the surface of the glass is etched in order to effectively exchange K + ions of potassium nitrate with Na + ions on the glass surface in a potassium nitrate melting tank, and remove contaminants or oxides that have not been removed yet. It is a process to increase the surface area.
2차 에칭액의 조성물 (C액)은 황산, 질산, 및 인산으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 강산; 불산, 붕불산, 불화암모늄 및 규불산으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상의 불소함유 산; 산화제; 계면활성제; 및 물을 포함할 수 있다.The composition (liquid C) of the secondary etching solution includes at least one strong acid selected from the group consisting of sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid; At least one fluorine-containing acid selected from the group consisting of hydrofluoric acid, boric acid, ammonium fluoride and silicic acid; Oxidant; Surfactants; And water.
바람직한 실시예에서, 2차 에칭액 조성물 (C액)은 황산 10~30 wt%, 질산 1~10 wt%, 불화암모늄 1~15 wt%, 인산 1~15 wt%, 불산 1~10 wt%, 과산화수소수 1~5 wt%, 양이온 계면 활성제 0.1~1.0 wt%, 물 40~70 wt%를 포함할 수 있다.In a preferred embodiment, the secondary etchant composition (liquid C) comprises 10-30 wt% sulfuric acid, 1-10 wt% nitric acid, 1-15 wt% ammonium fluoride, 1-15 wt% phosphoric acid, 1-10 wt% hydrofluoric acid, Hydrogen peroxide may include 1 to 5 wt%, cationic surfactant 0.1 to 1.0 wt%, water 40 to 70 wt%.
화학 전처리 단계에 있어 상기 2차 에칭액 조성물이 유리 기판의 식각을 주로 유도한다. 이때 상기 2차 에칭에 의해 식각되는 두께가 3~10㎛로 조절된다. 예를 들어 2차 에칭 공정에서, 실온 25℃에서 2~5분 동안 유리를 함침(Dipping)하면 유리 표면이 3~10 미크론(㎛) 식각(Etching)이 이루어진다. 처리 시간이 5분보다 길어지면 에칭(Etching)량이 많아지고 표면이 거칠어 웨이브(Wave) 현상이 발생하게 되어 외관 불량을 유발시킨다. 에칭 시간을 2분 미만으로 처리하면 외관 불량은 없지만 마이크로 조도 형성이 미흡하여 화학 강화시 표면적에 의한 효과를 기대하기 어렵다.In the chemical pretreatment step, the secondary etchant composition mainly induces etching of the glass substrate. At this time, the thickness etched by the secondary etching is adjusted to 3 ~ 10㎛. For example, in a secondary etching process, dipping the glass at room temperature 25 ° C. for 2-5 minutes results in 3-10 micron (μm) etching of the glass surface. If the processing time is longer than 5 minutes, the etching amount increases and the surface becomes rough, which causes wave appearance, causing appearance defects. If the etching time is less than 2 minutes, there is no appearance defect, but micro-roughness formation is insufficient, so it is difficult to expect the effect due to the surface area during chemical strengthening.
2차 에칭조(Etching tank)에서 함침 작업이 끝나면 곧바로 3단 수세조에서 약품을 세척한다. 첫번째 수세조에서는 상온 (20~30℃) 순수에 30초 동안 유리를 함침 세정하고 두번째 수세조에서는 순수를 60℃로 가열한 상태에서 30초 동안 함침 세정하고 세번째 수세조에서는 상온 (20~30℃) 순수에 30초 동안 함침 세정한다.Immediately after the impregnation operation in the secondary etching tank, the chemicals are cleaned in a three-stage washing tank. In the first washing tank, impregnated and cleaned glass for 30 seconds at room temperature (20 ~ 30 ℃), in the second washing tank, impregnated and cleaned for 30 seconds while heating pure water to 60 ℃, and in the third washing tank, room temperature (20 ~ 30 ℃) ) Impregnated pure water for 30 seconds.
4단계 공정은 3단계에서 강산 처리에 의한 잔류산(Acid)을 중화 처리하는 공정이다. 잔류산이 미량이라도 남아 있으면 유리 표면을 지속적으로 부식시켜 표면 외관 얼룩을 유발시킨다. 바람직한 예에서, 중화핵의 조성물 (D액)은 수산화칼륨 1~10 wt%, 중탄산칼륨 10~30 wt%, 벤조트리아졸 1~10 wt%, 글루코산나트륨 1~10 wt%, 양이온 계면 활성제 0.1~1.0 wt%, 물 50~80 wt%을 포함할 수 있다. The four step process is a process of neutralizing residual acid (Acid) by the strong acid treatment in three steps. Even traces of residual acid continually corrode the glass surface, causing surface appearance stains. In a preferred embodiment, the composition of the neutralizing nucleus (liquid D) comprises 1-10 wt% of potassium hydroxide, 10-30 wt% of potassium bicarbonate, 1-10 wt% of benzotriazole, 1-10 wt% of sodium gluconate, and cationic surfactant 0.1 to 1.0 wt%, water may include 50 to 80 wt%.
중화 공정은 실온에서 2~5분 동안 유리를 중화액에 함침(Dipping)하여 수행될 수 있다. 이때 중화액 처리시간이 2분 미만이면 잔류산 처리가 미흡하여 유리 표면의 2차 오염을 유발시킬 수 있다. 처리시간이 5분을 초과하면 알칼리 성분에 의한 유리 표면의 얼룩이 발생할 수 있다. 효과적으로는 실온에서 2~3분이 적당하다.
The neutralization process can be carried out by dipping the glass in the neutralizing solution for 2-5 minutes at room temperature. At this time, if the neutralization liquid treatment time is less than 2 minutes, the residual acid treatment may be insufficient to cause secondary contamination of the glass surface. If the treatment time exceeds 5 minutes, staining of the glass surface by the alkaline component may occur. Effectively, 2-3 minutes is appropriate at room temperature.
본 발명을 상세하게 설명하기 위해 실시예와 비교예를 들어 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 설명하고자 한 것이지 청구범위로 한정한 것은 아니다.
In order to explain the present invention in detail, examples and comparative examples are given, but the following examples are intended to illustrate the present invention and are not limited to the claims.
화학전처리 단계별 조성물의 Of chemical pretreatment 실시예Example 및 And 비교예Comparative example
소다라임 유리를 4.3인치 크기로 보호필름이 있는 상태에서 절단 후 절단부위 (Edge)를 600~800 mesh grinding wheel로 미세하게 가공하였다. 다음 공정으로 소다라임 유리를 화학 전처리하여 최종 초음파 세정하였다. 이어 화학강화로 (KNO3용융조)에서 430 x 4시간 강화 작업 후 냉각, 세정한 다음 강화유리의 물성을 체크하였다. After cutting the soda-lime glass in the 4.3-inch size with a protective film, the edge was processed finely with a 600 ~ 800 mesh grinding wheel. The soda lime glass was chemically pretreated in the following process for final ultrasonic cleaning. Subsequently, the chemical strengthening furnace (KNO 3 melting tank) was cooled and cleaned after 430 x 4 hours of strengthening, and then physical properties of the tempered glass were checked.
화학전처리 공정도Chemical pretreatment process chart
(Mpa)Surface stress
(Mpa)
(㎛)DOL
(Μm)
3축파단하중 Bending strength
3-axis breaking load
* 실험평가기준 (강화유리)* Experimental Evaluation Standard (Toughened Glass)
1) 유리표면외관 1) Glass surface appearance
- 암실에서 3파장 형광등 불빛에 비추어 유리표면(얼룩, Wave, 투명도)상태를 육안으로 판정 (외관: 양호 , 보통 , 불량 X) -Visually judge the glass surface (stain, wave, transparency) state in the dark room by the light of 3 wavelength fluorescent light (Appearance: Good, Normal, Bad X)
2) 표면응력 2) surface stress
- 강화유리 표면응력측정기(일본, Orihara Industrial.co - FSM -6000LE)로 표면응력을 측정 -Surface stress measurement with tempered glass surface stress meter (Orihara Industrial.co-FSM-6000LE, Japan)
3) 강화층 깊이(DOL) 3) Reinforcement Layer Depth (DOL)
- 유리표면 강화층 깊이를 표면응력측정기(일본, Orihara Industrial.co - FSM-6000LE )로 측정 -Glass surface reinforced layer depth is measured by surface stress measuring instrument (Orihara Industrial.co-FSM-6000LE, Japan)
4) 3축 벤딩강도 - 영국, LLOYD社 LF Plus Bending Tester로 Speed (10 mm/min), Span(40 mm) 조건으로 파괴강도의 Maximum Load( kgf) 측정 4) 3-axis bending strength-UK, LLOYD's LF Plus Bending Tester measures maximum load (kgf) of breaking strength under speed (10 mm / min) and span (40 mm)
5) 볼드럽(Ball Drop)강도 5) Ball Drop Strength
- 지그위에 유리시편을 고정시키고 일정높이에서 Steel Ball (130g)로 하강시켜 파괴되는 높이(cm)를 측정
-Fix the glass specimen on the jig and measure the height (cm) that is broken by descending to a steel ball (130g) at a certain height.
(평가)(evaluation)
본 발명에 따른 4단계의 화학 전처리 공정을 유리의 염욕강화전에 도입한 결과, 실시예와 비교예에서 구별되듯이 소다라임 유리의 화학식각(Etching)시 발생하는 유리표면의 얼룩문제가 개선되었으며 강화 후 강화유리의 물성도 우수한 값을 확보할 수 있었다.As a result of introducing the four-step chemical pretreatment process according to the present invention before the glass salt strengthening, the problem of staining of the glass surface generated during etching of soda-lime glass, as distinguished from the examples and the comparative examples, was improved and strengthened. The physical properties of the tempered glass was also able to secure excellent values.
비교예 1부터 비교예 4의 결과를 보면 전처리공정 4 단계 중에서 하나의 단계만 생락해도 유리의 외관물성이 미흡하고, 비교예 5와 비교예 6의 결과로부터 4단계의 전처리공정을 모두 적용하더라도 전처리약품의 조성물이 다른 경우에는 강화물성이 미흡했다. Comparative Example 1 From The results of Comparative Example 4 may be omitted, only one step in a pre-processing step 4, even if applied to both the pre-processing step of step 4 from the result of Comparative Example 5 lack the appearance properties of the glass, and Example 6 pre-treatment If the composition of the drug is different, the strengthening properties were insufficient.
특히 파괴강도의 물성인 볼드럽(Ball drop, 130g steel ball) 높이를 보면 종래의 강화유리가 견디는 20~40cm의 높이보다 70~80cm의 높이에서도 파괴 되지 않고 견디는 우수한 특성을 확보하여 향후 터치스크린용 강화유리의 두께를 낮출 수 있는 가능성을 제시하는 효과를 가져왔다.In particular, when looking at the height of the ball drop (130g steel ball), which is the property of fracture strength, it is possible to secure excellent properties that do not break even at the height of 70 ~ 80cm than the height of 20 ~ 40cm that conventional tempered glass can withstand. It has the effect of suggesting the possibility of lowering the thickness of tempered glass.
상술한 바와 같이 본 발명에 다른 화학 전처리 공정을 이용할 경우, 얼룩문제가 없는 기계적 물성이 우수한 강화유리를 얻을 수 있다.As described above, when another chemical pretreatment process is used in the present invention, tempered glass having excellent mechanical properties without staining problems may be obtained.
Claims (12)
상기 염욕강화 공정 이전에 화학 전처리 공정을 수행하되,
상기 화학 전처리 공정은 유리 표면의 이물질을 제거하기 위해 상기 유리를 알칼리성 수용액으로 처리하는 알칼리 탈지 단계;
상기 알칼리 탈지 단계 후 잔여 이물질의 제거 및 예비 식각을 위해 상기 유리를 산성 수용액으로 처리하는 1차 에칭 단계;
상기 1차 에칭 단계 후 상기 유리 표면을 식각하기 위해 상기 유리를 산화성 산성 수용액으로 처리하는 2차 에칭 단계; 및
상기 2차 에칭 단계 후 잔류 산을 제거하기 위한 중화 단계를 포함하는 강화유리의 제조방법.In the manufacturing method of tempered glass comprising a salt bath strengthening step,
Before the salt bath strengthening process is carried out a chemical pretreatment process,
The chemical pretreatment process includes an alkali degreasing step of treating the glass with an alkaline aqueous solution to remove foreign substances on the glass surface;
A first etching step of treating the glass with an acidic aqueous solution for removing residual impurities and preliminary etching after the alkali degreasing step;
A secondary etching step of treating the glass with an oxidizing acidic aqueous solution to etch the glass surface after the first etching step; And
And a neutralization step for removing residual acid after the secondary etching step.
상기 알칼리 탈지 단계는 60~100℃에서 적어도 10 분간 진행하고, 상기 1차 에칭 단계, 상기 2차 에칭 단계, 및 상기 중화 단계는 20~30℃에서 2~5분간 진행하는 강화유리의 제조방법.The method according to claim 1,
The alkali degreasing step proceeds for at least 10 minutes at 60 ~ 100 ℃, the primary etching step, the secondary etching step, and the neutralizing step is proceeding for 2 to 5 minutes at 20 ~ 30 ℃.
상기 1차 에칭에 의해 식각되는 두께가 1㎛ 이내로 조절되는 강화유리의 제조방법.The method according to claim 1,
The thickness of the etching by the primary etching method of manufacturing tempered glass is adjusted to within 1㎛.
상기 2차 에칭에 의해 식각되는 두께가 3~10㎛로 조절되는 강화유리의 제조방법.The method according to claim 1,
The thickness of the etching by the secondary etching method of manufacturing a tempered glass is adjusted to 3 ~ 10㎛.
상기 각 단계들 사이에 복수 회의 수세 공정을 더 포함하는 강화유리의 제조방법.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Method for producing tempered glass further comprises a plurality of washing step between each step.
황산 10~30 wt%, 불화암모늄 20~40 wt%, 붕불산 1~10 wt%, 질산 15~30 wt%, 인산 0.5~5.0 wt%, 양이온 계면활성제 0.1~1.0 wt%, 및 물 30~60 wt%를 포함하는 1차 에칭액 조성물.As the composition used in the first etching step of the method of manufacturing a tempered glass according to claim 1,
Sulfuric acid 10-30 wt%, ammonium fluoride 20-40 wt%, boric acid 1-10 wt%, nitric acid 15-30 wt%, phosphoric acid 0.5-5.0 wt%, cationic surfactant 0.1-1.0 wt%, and water 30- A primary etchant composition comprising 60 wt%.
황산 10~30 wt%, 질산 1~10 wt%, 불화암모늄 1~15 wt%, 인산 1~15 wt%, 불산 1~10 wt%, 과산화수소수 1~5 wt%, 양이온 계면 활성제 0.1~1.0 wt%, 및 물 40~70 wt%를 포함하는 2차 에칭액 조성물.As a composition used in the secondary etching step of the method of manufacturing a tempered glass according to claim 1,
Sulfuric acid 10-30 wt%, nitric acid 1-10 wt%, ammonium fluoride 1-15 wt%, phosphoric acid 1-15 wt%, hydrofluoric acid 1-10 wt%, hydrogen peroxide 1-5 wt%, cationic surfactant 0.1-1.0 wt%, and a secondary etchant composition comprising 40 to 70 wt% of water.
수산화칼륨 1~10 wt%, 중탄산칼륨 10~30 wt%, 벤조트리아졸 1~10 wt%, 글루콘산나트륨 1~10 wt%, 양이온 계면활성제 0.1~1.0 wt%, 및 물 50~80 wt%를 포함하는 중화액 조성물.As the composition used in the neutralizing step of the method of manufacturing a tempered glass according to claim 1,
Potassium hydroxide 1-10 wt%, potassium bicarbonate 10-30 wt%, benzotriazole 1-10 wt%, sodium gluconate 1-10 wt%, cationic surfactant 0.1-1.0 wt%, and water 50-80 wt% Neutralizing liquid composition comprising a.
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