KR101367478B1 - 울템 소재의 고효율 도장방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 울템(폴리에테르이미드) 소재의 도장시, 보다 적은 공정과 원가부담으로 더욱 균일하고 우수한 품질의 도막형성이 가능한 새로운 그 도장법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 울템(Ultem) 소재 표면에, 전기전도율이 금속 중 최상위인 초전도금속(은 또는 구리)으로 초전도성 박막층을 증착하고, 상기 초전도성 박막층 위에는 색상연출의 자율성에 유리한 은백색계통금속(크롬, 니켈, 스텐, 티타늄 등)으로 칼라베이스박막층을 증착시킨 다음, 그 위에 전기(전정기 포함)를 개입시켜 질감과 색상의 연출이 가능한 전기도장법에 의한 도막층 형성이 가능함에 따라서, 보다 저렴하고 신속하면서 폭넓은 색상의 구현과 함께 균일한 품질과 생산성 증대에도 크게 기여할 수 있도록 한 것을 포함하는 것이다.

Description

울템 소재의 고효율 도장방법{The Ultem efficient application method of the material}

본 발명은 울템(폴리에테르이미드) 소재의 도장시, 보다 적은 공정과 원가부담으로 더욱 균일하고 우수한 품질의 도막형성이 가능한 새로운 그 도장법에 관한 것이다.

울템(Ultem) 소재는 정식 화학명칭으로 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI)라는 물질은, 열가소성 특수 엔지니어링 플라스틱으로서, 약어로 "PEI"라 불리고, 시장에서는 최초 개발된 미국의 GE사에서 유통시킬 때부터 Ultem"이란 명칭으로 통칭되고 있다.

소재의 특징으로는, 아주 가벼우면서 합금소재에 못지 않는 높은 기계적 강도를 나타낼 뿐 아니라, 180°구부려도 잘 부러지지 않는 탁월한 굽힘 탄성률을 가지고 있고, 특히 타 합성수지에서 찾아 보기 힘든 높은 장기 내열성(유리 전이 온도가 217℃)과 내열지수(RTI, 170℃) 및 고온건조(연속사용온도 170℃)가 가능하고, 우수한 내연성, 내약품성, 내방사성, 내후성과 함께 넓은 온도범위에서의 뛰어난 기계적 특성유지 및 치수 안정성(크리프 및 민감성 낮고 균일한 열 팽창 계수)을 갖추고 있으며, 우수한 전기 절연성, 그리고 식품위생법으로도 전혀 손색이 없는 것으로 알려져 있다.

용도로는, 안경테 분야, 전자기기분야, 자동차 및 항공기 분야의 일부 부품, 기계분야에서는 금속소재 대체 링크 기구, 단열 등의 일부 소재, 식품용기분야의 일부 소재로 사용되고 있다.

한편, 울템 중에는 안경테, 휴대폰 케이스, 식품용기 등과 같이 표면에 미려한 질감과 색상을 표현하기 위하여 그 표면에 일정한 두께의 도막층을 형성시키는 경우가 많으나, 그 공정시 울템소재의 특성 때문에 상당히 복잡하고 난해한 문제점이 있다.

즉, 울템 소재의 표면에 직접, 상업용 페인트(일반적인 도장방법)으로 도막층을 형성시키면, 도료의 점도조절에는 필수지만 울템소재의 내구성에는 치명적인 잠재적 결함(도막에 가려져 초기에는 볼 수 없다가 일정시간이 경과하면 크랙 또는 파손으로 나타남)을 유발하는 유기용제(신너의 주성분)가 포함되어 있어 절대적인 주의가 필요하다.

이에 본원 출원인은 울템의 표면에 미려한 질감과 색상을 표현하기 위하여 도막층(유기용제 포함)을 형성시키기 이전에, 자유로운 색상표현이 가능하면서도 울템소재와 도막층간 직접적인 접촉회피 뿐만 아니라 부착성의 증대를 목적으로 은백색계통의 크롬(Cr), 니켈(Ni), 스텐(Sus), 티타늄(Ti) 등을 증착한 칼라베이스박막층을 형성시키고, 그 위에 도막층을 안전하게 올려서 완성하는 "울템 안경테 표면의 박막코팅층 형성방법"에 관한 특허를 2013.05.06.자로 등록(특허 제1263641호)한 바 있다.(이하 "선출원 특허" 라함)

그러나, 위 선출원은 울템의 소재의 보호와 도막층의 안전한 도포효율은 충분히 얻을 수 있었지만, 도막층(미려한 색상과 질감표현)의 품질과 처리속도 및 비용 등을 맞추는데 어느 한계를 가질 수밖에 없는 상당한 문제점이 돌출되어 이에 대안 새로운 대안요구가 지적되고 있다.

이에 본 발명에서는 울템 소재분야에서는 지금까지 전혀 시도되지 않았던 전기적 힘을 빌려 도막층을 얻기위한 새로운 도장기법을 제공함에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성한 것이다.

위 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 울템(Ultem) 소재 표면에, 전기전도율이 금속 중 최상위인 초전도금속(은 또는 구리)으로 초전도성 박막층을 증착하고, 상기 초전도성 박막층 위에는 색상연출의 자율성에 유리한 은백색계통금속(크롬, 니켈, 스텐, 티타늄 등)으로 칼라베이스박막층을 증착시킨 다음, 그 위에 전기(전정기 포함)를 개입시켜 질감과 색상의 연출이 가능한 전기도장법에 의한 도막층 형성이 가능함에 따라서, 보다 저렴하고 신속하면서 폭넓은 색상의 구현과 함께 균일한 품질과 생산성 증대에도 크게 기여할 수 있도록 한 것이다.

이상과 같은 본 발명의 울템 소재에 관한 고효율 도장방법은, 지금까지 실현되지 아니한 울템(Ultem) 소재 표면에 전기 전도율이 최상위에 속하는 초전도성 박막층(은 또는 구리)을 형성시키고, 이어서 색상연출의 자율성이 큰 칼라베이스박막층(백색계통금속으로 크롬, 니켈, 스텐, 티타늄 등이 적용될 수 있음)을 증착시킨 다음, 그 위에 전기에 의한 도막층을 형성시키는 순으로 이루어지기 때문에, 상기 도막층 형성시 울템소재 제품이 속하는 기술분야에서는 전혀 상상도 하지 못했을 뿐 아니라 균일하고 정밀한 도막 두께및 색상구현(품질증대)과 도료소비의 최소화(원가절감)에도 크게 유리한 전기도장법(전착도장 또는 정전도장)의 실현이 가능하게 되는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시 예를 보인 공정도
도 2는 울템소재 위에 차례로 형성된 일실시 도막 구조도
도 3은 칼라전사층이 추가로 형성된 다른 실시 구조도

본 발명의 울템소재의 고효율 도장방법은 첨부된 도 1 내지 도 3에 의거 보다 상세히 설명하면 하기와 같다.

먼저, 사출 성형된 울템(Ultem) 소재의 표면에는 효과적인 개질을 통해 박막의 접착력을 증강시키는 고전압 플라즈마 처리단계와 같은 다양한 표면처리공정이 사전에 이루어질 수 있다.

본 발명은 위 표면처리 공정을 통해 개질된 울템 소재 표면에, 금속 중 전기 전도율이 가장 높은 은의 전기 전도율이 100%라고 가정하였을 때, 전도율 100%인 은 또는 전도율이 94%인 구리를 증착하여 전기베이스박막층(20)을 얻는 전기베이스박막층처리단계를 실시한다.

이 공정은 전술된 바와 같이 전기 전도도가 금속 중 최대인 90%(은을 100%라고 가정할 때) 이상으로 높은 전기베이스박막층(20)을 형성시키기 위한 단계로서, 이후 실시되는 도장작업시 플라스틱 안경테의 제품이 속하는 기술분야에서는 한번도 시도하지 못한 전기도장법(전착도장 또는 정전도장 중 선택된 하나의 방법)의 실현이 가능한 그 베이스를 제공하는 중요한 공정이다.

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다음으로, 상기 전기베이스박막층(20) 위에는 전도율은 60%이하(은을 100%라고 가정할 때)로 약하지만, 금속 질감 및 색상 표현의 자율성이 지극히 뛰어난 은백색계통금속인 크롬(Cr), 니켈(Ni), 스텐(Sus), 티타늄(Ti) 중 선택된 어느 하나이상의 금속으로 진공증착하여 칼라베이스박막층(30)을 얻는 칼라베이스박막층처리단계를 2차적으로 실시한다.

이 공정의 경우는, 위에 올려지는 도막층(40)에 대한 부착성을 높이기 위한 것도 있지만, 특히 색상과 질감의 표현이 극히 자유로운 은백색계통의 바탕색의 칼라베이스박막층(30)을 형성시켜 그 베이스로 깔기 위한 것으로, 고급 질감과 다양한 색상표현에 있어서 이 또한 상당히 중요한 요소다.

그리고, 위 칼라베이스박막층처리단계를 통해 증착된 칼라베이스박막층(30) 위에는, 피도포물과 도장설비 및 도료입자 사이에 전기(전정기 포함)를 개입시켜서 균일한 도막층(40)을 형성시키는 전기도장작업단계를 실시하게 되는 데, 상기 전기도장작업단계는 전기의 힘을 빌려 우수한 품질과 공정의 도장작업을 수행하기 위한 것으로써, 전착도장[電着塗裝] 또는 정전도장[靜電塗裝] 중 선택된 어느 하나의 방법으로 실시될 수 있다.

여기서 상기 전착도장[電着塗裝]은,

전착용 수용성 도료 용액 중에 피도물(울템 소재)을 양극 또는 음극으로 하여 피도물과 그 대극 사이에 직류 전류를 통하여 피도물 표면에 전기적으로 도막을 석출시키는 도장방법으로서, 대량생산이 가능하며, 도료 손실이 없고, 도막두께 및 색상이 일정하며, 화재위험이 없다는 장점이 있는 반면, 도전성 피도물이어야 하며 재도장이 불가능하고 소량생산에 부적합하며 색상교체가 곤란하다는 단점을 가지고 있는 것으로 알려져 있다,

이에 관한 구체적인 도장법에는, 음이온 전착 도장(anion 전착도장이라고도 하며 피도물에 양극을 통하게 하여 전착도장하는 도장방법), 양이온 전착 도장(Cation 전착도장이라고도 하며 피도물에 음극을 통하게 하여 전착도장하는 도장방법)으로 구분된다.

전착도장에 관한 좀더 구체적인 이점을 살펴보면, 도장작업의 성력화 및 자동화가 가능하고, 타 도장방법에 비해 도료손실이 매우 적으며, 도장 효율이 극히 높고, 복잡한 형상의 피도물도 내외부 모두 균일한 도장이 가능하며, 도포량이 일정하고 도막의 흐름, 흘러내림 등과 같은 도막결함이 없고, 도막두께는 전압,전류,시간 등에 의해 정확한 조절이 가능하여 일정한 품질을 맞추기도 용이할 뿐 아니라 품질의 균일화 안정화에도 그 이점이 제공되고, 수용성 도료로서 화재 및 용제 중독등의 위험이 없기 때문에 위생적일 뿐 아니라, 균일부착성(Throwing Power)이 우수하여 접합부위 등 완전피복이 가능하며, 1회 도장공정으로 마무리가 가능하고, 도장설비와 비용면에서 자유도가 큰 상당한 장점이 있는 것으로 알려져 있다.

정전도장[靜電塗裝]의 경우는,

도료와 피도물 사이에 정전압을 걸고, 도료의 안개를 물체에 끌어 붙여서 칠하는 방법으로서, 도료 안개는 회전원판, 스프레이 건 등으로 발생되지만 발생원에 대한 물체의 뒤쪽에도 도료가 부착하여 도료의 손실이 적고, 도료의 낭비 최소화로 비용의 절감효과가 크며, 도장(塗裝) 면이 고르고 균일할 분 아니라 대량생산에 적합한 장점까지 있는 것으로 알려져 있고, 일반 스프레이에 비해 비산이 적으며, 후면(後面) 도장이 가능하여 도장시간 단축 및 작업의 간소화가 가능하고, 자동도장 Line화에 적합할 분 아니라, 공해,성자원(省資源) 지향(志向)에도 적합한 것으로 알려져 있다.

위와 같이 개질된 울템소재 위에, 전기베이스박막층처리단계, 칼라베이스박막층처리단계를 통해, 전기베이스박막층(20)과 칼라베이스박막층(30)을 차례로 증착시킨 다음, 그 위에 전기도장작업단계(전착도장 또는 정전도장)를 통해 도막층(40)을 올리면,,

색상표현이 자유롭고 도막의 부착성 향상에도 크게 일조하는 칼라베이스박막층(30, 은백색계통의 금속)으로 인해 다양한 칼라의 연출은 물론 견실한 부착 기능성까지 확실하게 얻을 수 있는 것은 물론이고,

특히, 은을 100%이라고 가정하였을 때, 그 전도율 60%이하인 타 금속과 달리 그 전도율이 100%인 은(Ag) 또는 전도율이 94%인 구리(Cu)로 증착된 전도율 90% 이상의 전도율을 나타내는 전기베이스박막층(20)를 얻을 수 있음으로 이 분야에서는 한 번도 시도된 바 없는 전기도장작업(전착도장 또는 정전도장)의 수행이 가능하게 된다.

따라서, 울템 소재에 관한 도장작업의 편의성과 신속성은 물론 특히 도막두께와 색상표현의 균일성과 안정성의 기반으로 더욱 부가성있는 가치창출에도 크게 도움이 될 뿐 아니라 상당한 원가절감과 함께 생산성 향상에도 크게 기여할 수 있는 등 획기적인 방안이 아닐 수 없다.

나아가, 상기 도막층(40)을 마지막으로 울템소재의 표면처리공정이 완료될 수 있지만, 필요에 따라서는 그 상기 도막층 위에 탈색방지 및 표면보호와 함께 일정한 견뢰도를 좀더 높일 목적으로 표면마감층(50)을 추가로 더 형성시킬 수도 있고,

이때, 상기 표면마감층(50)의 구성물은 아크릴 수지(Acrylic Resin), 멜라민 수지(melamine resin), 크실렌(Xylene) 등의 성분이 적절한 함량으로 포함될 수 있다.

더 나아가, 상기 전기도장법에 의한 도막층(40) 또는 선택적으로 도막층 상면에 적용될 수 있는 상기 표면마감층(50) 위에는, 승화성 염료로 다양하게 디자인된 무늬와 색상이 포함된 전사지(필름)를 고온가압하는 전사공정을 선택적으로 추가 진행하면,

전사지(전사용 필름)에 디자인된 색상 및 무늬의 전사작용으로 상기 표면마감층(50)에 보다 다양하고 화려한 칼라를 포함하는 칼라 전사층(60)을 형성시킬 수도 있다.

아울러, 전기도장작업 후에는 약 110 ~ 170℃의 온도에서 일정한 시간동안 고온건조(울템 소재가 갖는 고온 내열성으로 가능함)를 실시하여 중후한 고가의 금속질감을 완성할 수 있게 된다.

10: 울템소재 20: 전기베이스박막층
30: 칼라베이스박막층 40: 도막층
50: 표면마감층 60: 칼라 전사층

Claims (5)

1. 개질된 울템소재(10) 표면에 진공증착되는 단계로, 전기전도율이 우수한 은(Ag) 또는 구리(Cu) 재질의 전기베이스박막층(20)을 얻는 전기베이스박막층처리단계;
   상기 전기베이스박막층(20) 위에 진공증착하는 단계로, 금속질감과 색상 연출의 자율성이 뛰어난 은백색계통의 칼라베이스박막층(30)을 얻는 칼라베이스박막층처리단계;
   상기 칼라베이스박막층(30)에 도포되는 단계로, 피도포물과 도장설비 및 도료의 입자 사이에 전기(전정기 포함)를 개입시켜서 균일한 도막층(40)을 형성시키기 위한 전기도장작업단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 한 울템 소재의 고효율 도장방법
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 도막층(40) 위에,
   탈색방지 및 표면보호와 함께 일정한 견뢰도를 좀더 높일 목적으로 표면마감층(50)을 추가로 더 형성시킬 수 있는 것을 특징으로 한 울템 소재의 고효율 도장방법.
   
3. 제 2항에 있어서,
   전기도장법에 의한 도막층(40) 또는 도막층(40) 상면에 적용될 수 있는 상기 표면마감층(50) 위에, 별도의 칼라 전사층(60)을 칼라전사방법으로 더 형성시킬 수 있는 것을 특징으로 한 울템 소재의 고효율 도장방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 전기도장작업단계는, 전착도장[電着塗裝] 또는 정전도장[靜電塗裝] 방법 중 어느하나의 방법으로 선택 적용될 수 있는 것을 특징으로 한 울템 소재의 고효율 도장방법.
   
5. 제 1항에 잇어서,
   상기 칼라베이스박막층처리단계의 칼라베이스박막층(30)은, 질감과 색상 표현의 자율성이 뛰어난 은백색계통의 크롬(Cr), 니켈(Ni), 스텐(Sus), 티타늄(Ti) 중 선택된 어느 하나이상의 금속으로 증착될 수 있는 것을 특징으로 한 울템 소재의 고효율 도장방법.
   
   
   

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