KR101732685B1 - 폴리우레탄 수지 조성물 및 이를 이용한 폴리우레탄 지지 패드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에스테르 폴리올의 잔기를 포함하는 제1폴리우레탄 수지; 폴리카보네이트 폴리올의 잔기를 포함하는 제2폴리우레탄 수지; 및 DMF;를 포함하는 폴리우레탄 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조한 폴리우레탄 지지 패드에 관한 것이다. 상기 폴리우레탄 지지 패드는 내부에 길고 큰 기공이 균일하게 형성되어 높은 압축률 및 높은 압축 탄성률을 가지면서도 내수분성, 탄성계수, 및 인장 강도 등의 내구성이 우수하다.

Description

폴리우레탄 수지 조성물 및 이를 이용한 폴리우레탄 지지 패드{POLY-URETHANE RESIN AND POLY-URETHANE MOUNTING PAD USING THE SAME}

본 발명은 폴리우레탄 수지 조성물 및 폴리우레탄 지지 패드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부에 길고 큰 기공을 균일하게 형성하여 높은 압축률 및 높은 압축 탄성률을 가지면서도, 강성 및 내구성이 우수한 폴리우레탄 지지 패드를 제공할 수 있는 폴리우레탄 수지 조성물과 이러한 수지 조성물로부터 얻어지는 폴리우레탄 지지 패드에 관한 것이다.

고집적도를 요구하는 반도체 장치 또는 디스플레이 장치에 사용 되는 기판은 미세하고 정밀한 표면이 요구되기 때문에 다양한 평탄화 방법이 적용되고 있다. 특히, 반도체 소자 또는 디스플레이 장치의 고집적화 및 고성능화 추세에 따라, 연마 패드와 피연마체 사이에 연마 입자 및 다양한 화학 성분을 포함하는 슬러리 조성물을 공급하면서, 연마 패드와 피연마체를 상대적으로 이동시켜 연마하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 이러한 연마 방법에서는 보다 정밀한 연마를 위해서 연마 또는 가공 과정에서 일정한 위치와 자세를 유지할 수 있도록 상기 피연마체를 지지 패드 상에 고정시키고 있다.

한편, 일본특허공개 2006-334745에는 폴리에스테르 폴리올류, 폴리이소시아네이트류, 발포제, 촉매 및 발수성 부여제를 반응 및 경화시켜 얻어지는 폴리우레탄 발포체 및 이를 이용하여 얻어지는 연마용 지지 패드에 관하여 나타나 있다. 그러나, 상기 폴리우레탄 발포체는 물, 메틸렌 클로라이드 또는 탄산 가스 등의 발포제를 사용하여 얻어지는 것으로서, 이러한 발포체는 상대적으로 높은 경도를 갖거나, 내부에 길고 큰 기공을 균일하게 형성시키기가 어렵고, 낮은 경도 영역에서 높은 압축률 및 압축 탄성률을 확보하는 것은 용이하지 않았다.

그리고, 상기 폴리에스테르 폴리올류를 사용하여 제조한 폴리우레탄을 이용하여 제조한 지지 패드는 연마 슬러리 내의 수분에 의해 가수분해가 발생할 여지가 있고, 유리전이온도도 낮으며, 탄성계수와 인장강도가 낮은 한계가 있다.

이에, 기존의 지지 패드의 탄성계수와 인장강도 같은 내구성을 향상시키면서도, 균일하고 세밀한 연마를 가능케 하는 높은 압축률 및 압축 탄성률을 가지는 새로운 지지 패드의 개발이 필요하다.

일본특허공개 제2006-334745 호

본 발명은 내부에 길고 큰 기공을 균일하게 형성하여 높은 압축률 및 높은 압축 탄성률을 가지면서도 강성 및 내구성이 우수한 폴리우레탄 지지 패드를 제공할 수 있는 폴리우레탄 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 폴리우레탄 수지 조성물의 습식 응고물을 포함하는 폴리우레탄 지지 패드를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 폴리에스테르 폴리올의 잔기를 포함하는 제1폴리우레탄 수지; 폴리카보네이트 폴리올의 잔기를 포함하는 제2폴리우레탄 수지; 및 DMF;를 포함하는 폴리우레탄 수지 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 폴리우레탄 수지 조성물의 습식 응고물을 포함하는, 폴리우레탄 지지 패드를 제공한다.

이하 발명의 구체적인 구현 예에 따른 폴리우레탄 수지 조성물, 및 폴리우레탄 지지 패드에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

발명의 일 구현예에 따르면, 폴리에스테르 폴리올의 잔기를 포함하는 제1폴리우레탄 수지; 폴리카보네이트 폴리올의 잔기를 포함하는 제2폴리우레탄 수지; 및 DMF;를 포함하는 폴리우레탄 수지 조성물이 제공될 수 있다.

본 발명자들은, 기존의 폴리에스테르 폴리올을 이용하여 제조한 폴리우레탄 수지는 물에 의해 폴리우레탄이 가수분해 될 여지가 있고, 유리 전이 온도도 낮으며, 내구성도 우수하지 않아, 이를 사용하여 제조한 지지 패드를 연마에 적용할 경우 연마 슬러리 내의 수분에 의해 폴리우레탄 수지가 가수분해 되거나, 내구성이 약하여 낮은 온도, 압력 조건에서도 물성이 변할 한계가 있음을 인식하고, 이를 개선할 수 있는 폴리우레탄 수지 조성물에 대한 연구를 진행하였다.

연구 결과, 서로 상이한 화학 구조를 갖는 폴리우레탄 수지를 혼합하여 얻어진 수지 조성물을 사용하면, 단일의 폴리우레탄 수지를 사용하였을 때보다 우수한 효과, 예를 들어 길고 큰 기공이 내부에 균일하게 형성되면서도 유리 전이 온도, 탄성계수 및 인장 강도 등의 내구성이 현저히 향상된 폴리우레탄 지지 패드가 제공될 수 있다는 점을 실험을 통해 확인하고 발명을 완성하였다.

특히, 상기 폴리우레탄 수지 조성물은 기존의 폴리우레탄 지지 패드의 제조에 사용되던 폴리에스테르 폴리올을 사용하여 제조한 폴리우레탄 수지에 추가적으로 폴리카보네이트 폴리올을 사용하여 제조한 폴리우레탄 수지를 일정한 비율로 혼합 하여, 내부에 타원형의 큰 기공을 포함하여 압축률과 압축 회복률 등의 물성 및 탄성계수 및 인장 강도 등의 내구성이 뛰어난 지지 패드를 제조할 수 있다.

본 명세서에서, 제1 및 제2의 표현은, 폴리에스테르 폴리올을 이용하여 제조한 폴리우레탄 수지와 폴리카보네이트 폴리올을 이용하여 제조한 폴리우레탄 수지를 구분하기 위하여 사용한 용어로, 반응 순서가 상기 제1 및 제2의 용어로 제한 되는 것은 아니다.

그리고, '잔기'는 특정한 화합물이 화학 반응에 참여하였을 때, 그 화학 반응의 결과물에 포함되고 상기 특정 화합물로부터 유래한 일정한 부분 또는 단위를 의미한다.

상기 폴리에스테르 폴리올의 잔기를 포함하는 제1폴리우레탄 수지는 폴리에스테르 폴리올; 및 다른 폴리우레탄 수지에 사용되는 것으로 알려진 화합물;을 반응시켜 제조한 폴리우레탄 수지일 수 있고, 상기 폴리카보네이트 폴리올의 잔기를 포함하는 제2폴리우레탄 수지는 폴리카보네이트 폴리올; 및 다른 폴리우레탄 수지에 사용되는 것으로 알려진 화합물;을 반응시켜 제조한 폴리우레탄 수지일 수 있다.

그리고, 상기 폴리에스테르 폴리올의 잔기를 포함하는 제1폴리우레탄 수지와 폴리카보네이트 폴리올의 잔기를 포함하는 제2폴리우레탄 수지의 중량비는 10:1 내지 1:1일 수 있고, 바람직하게는 5:1 내지 3:2 일 수 있다. 상기 제2폴리우레탄 수지가 제1폴리우레탄 수지에 비하여 현저히 적게 포함되는 경우 강성, 탄성계수, 인장강도 등의 물성이 저하될 수 있고, 상기 제2폴리우레탄 수지가 제1폴리우레탄 수지에 비하여 현저히 많이 포함되는 경우, 지지 패드 내부에 타원형의 기공을 잘 형성하지 못하여 압축률과 압축 회복률 등이 낮게 나타나 연마 공정에 사용하기에 바람직하지 못할 수 있다.

상기 폴리우레탄 수지 조성물에서, 상술한 바와 같이 서로 다른 종류의 폴리올을 사용하여 제조한 폴리우레탄 수지를 혼합하여 사용하는 경우, 이들 각각을 사용한 경우에 비하여 우수한 물성 및 품질을 갖는 지지 패드를 제조할 수 있으며, 특히 폴리에스테르 폴리올을 사용하여 제조한 폴리우레탄 수지와 폴리카보네이트 폴리올을 사용하여 제조한 폴리우레탄 수지를 혼합하여 사용함으로써 내수분성, 탄성계수, 및 인장강도가 개선된 지지 패드를 제조 할 수 있다.

상기 폴리카보네이트 폴리올은 사슬 양 말단이 알코올기이며, 카보네이트 결합이 반복되는 구조로 이루어져 있는데, 카보네이트와 반응시킨 디올의 사슬이 짧을수록 카보네이트 결합 사이의 길이가 짧아지고, 폴리올의 분자량이 클수록 반복되는 카보네이트 결합의 수가 많아지는 특징이 있다.

이 때, 상기 폴리카보네이트 폴리올은 지방족 디올 및 지환족 디올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 디올과, 카보네이트를 반응시켜 제조한 것일 수 있으며, 예컨대, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,7-헵탄디올, 1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 2-메틸-1,8-옥탄디올, 1,10-데칸디올 등의 디올을 카보네이트와 반응시켜 제조한 것일 수 있다. 이러한 폴리카보네이트 폴리올의 중량평균 분자량은 300 g/mol 이상일 수 있으며, 바람직하게는 300 내지 5,000 g/mol 일 수 있다.

한편, 폴리카보네이트 폴리올은 폴리우레탄 수지의 연질부를 구성하므로, 사용한 폴리올의 구조는 폴리우레탄 수지의 물성에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 폴리올의 분자량이 클수록, 그리고 카보네이트 결합 사이의 길이가 길수록 중합한 폴리우레탄 수지는 연성이 우수한 특징을 갖는데, 상기 일 구현예의 폴리우레탄 지지 패드에 포함되는 폴리카보네이트 폴리올은 카보네이트 결합 사이의 길이가 길고, 중량평균 분자량이 상술한 범위를 만족하여 연성이 뛰어나고, 내구성, 내수성, 내약품성 등이 뛰어난 효과가 있다.

그리고, 상기 폴리에스테르 폴리올은 탄소수 2 내지 10의 폴리카르복실산의 잔기, 에틸렌 글리콜의 잔기, 및 1,4-부탄디올의 잔기를 1:0.3 내지 0.7: 0.3 내지 0.7의 몰비로 포함할 수 있다.

상기 폴리에스테르 폴리올에 포함되는 탄소수 2 내지 10의 폴리카르복실산의 잔기는 탄소수 4 내지 8의 디카르복실산으로부터 유래한 잔기일 수 있으며, 바람직하게는 아디프산(adipic acid)으로부터 유래한 잔기일 수 있다.

상기 폴리에스테르 폴리올에서, 탄소수 2 내지 10의 폴리카르복실산의 잔기의 몰수와 에틸렌 글리콜의 잔기 및 1,4-부탄디올의 잔기의 합산 몰수의 비는 1:1일 수 있다.

상기 폴리에스테르 폴리올은 20 내지 100 mgKOH/g의 평균 수산기 값 또는 500 g/mol 내지 5,000 g/mol 의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 상기 폴리에스테르 폴리올의 평균 수산기 값 또는 중량평균분자량이 너무 작으면 합성되는 제1폴리우레탄 수지의 강도나 경도가 크게 낮아질 수 있으며, 상기 폴리에스테르 폴리올의 평균 수산기 값 또는 중량평균분자량이 너무 크면 제1폴리우레탄 수지의 강도가 경도가 크게 높아질 수 있으며 상기 폴리우레탄 수지를 이용하여 제조되는 지지 패드의 압축률 또는 압축 탄성률이 크게 저하될 수 있다.

한편, 상기 제1 및 제2 폴리우레탄 수지는 폴리에스테르 폴리올의 잔기 또는 폴리카보네이트 폴리올의 잔기뿐만 아니라, 사슬연장제의 잔기 및 폴리이소시아네이트 화합물의 잔기를 더 포함할 수 있다.

상기 사슬 연장제는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2-메틸펜탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,4-시클로헥산디올, 1,4-시클로헥산디메탄올, 네오펜틸글리콜, 글리세린, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 에틸렌 글리콜, 또는 글리세린을 포함할 수 있다.

또한, 상기 폴리이소시아네이트계 화합물은 이소시아네이트기(isocyanate)기를 복수로 가지는 화합물을 의미한다. 이러한 폴리이소시아네이트계 화합물은 지방족, 지환족, 아르지방족, 방향족 및 헤테로고리형 작용기를 포함하는 폴리이소시아네이트일 수 있으며, 화학식 Q(NCO)n으로 나타내어질 수 있다. 이때, 상기 n은 2 내지 4의 정수이고, Q는 C 원자를 2 내지 18개, 바람직하게는 6 내지 10개 함유하는 지방족, 지환족, 방향족 또는 아르지방족 탄화수소 작용기일 수 있다. 이러한 폴리이소시아네이트계 화합물의 구체적인 예로는, 에틸렌 디이소시아네이트, 1,4-테트라메틸렌 디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 1,12-도데칸 디이소시아네이트, 시클로부탄-1,3-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,3- 디이소시아네이트, 시클로헥산-1,4-디이소시아네이트, 1-이소시아네이토-3,3,5-트리메틸-5-이소시아네이토메틸-시클로헥산, 2,4- 헥사히드로톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-헥사히드로톨루엔 디이소시아네이트, 헥사히드로-1,3- 페닐렌 디이소시아네이트, 헥사히드로-1,4-페닐렌 디이소시아네이트, 퍼히드로-2,4'- 디페닐메탄 디이소시아네이트, 퍼히드로-4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 1,3- 페닐렌 디이소시아네이트, 1,4-페닐렌 디이소시아네이트, 1,4-두롤 디이소시아네이트(DDI), 4,4'-스틸벤 디이소시아네이트, 3,3'-디메틸-4,4'-비페닐렌 디이소시아네이트(TODI), 톨루엔 2,4-디이소시아네이트, 톨루엔 2,6-디이소시아네이트(TDI), 디페닐메탄-2,4'- 디이소시아네이트(MDI), 2,2'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트(MDI), 나프틸렌-1,5-이소시아네이트(NDI) 또는 이들의 2이상의 혼합물 등이 있다.

상기 제1 및 제2 폴리우레탄 수지는 각각 50,000 g/mol 내지 500,000g/mol, 바람직하게는 100,000 g/mol 내지 400,000 g/mol의 중량평균분자량를 가질 수 있다. 또한, 상기 2종의 폴리우레탄 수지는 10,000cps 내지 100,000cps의 점도를 가질 수 있다. 이러한 폴리우레탄 수지의 중량평균분자량 및 점도는 20%의 고형분 수준을 기준으로 한 것일 수 있다. 상기 폴리우레탄 수지 조성물은 습식 응고를 통하여 지지 패드를 제조할 수 있는데, 상기 제조 과정에서 2종의 폴리우레탄 수지와 혼합된 디메틸포름아미드가 물에 용해되어 빠져나가면서 기공이 형성될 수 있고, 상기 범위의 분자량 또는 점도를 갖는 폴리우레탄 수지를 사용하면 다수의 기공이 균일한 크기와 균일한 분포로 형성될 수 있다.

한편, 상기 제1폴리우레탄 수지, 제2폴리우레탄 수지, 및 DMF를 포함하는 폴리우레탄 수지 조성물은 음이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 계면 활성제를 더 포함할 수 있다.

상기 폴리우레탄 수지 조성물은 습식 응고 과정을 통하여 내부에 기공이 형성된 폴리우레탄 지지 패드를 형성할 수 있는데, 이러한 기공 형성은 제1 및 제2폴리우레탄 수지, 물 및 DMF의 상분리 현상에 의한다. 구체적으로, 상기 디메틸포름아미드(DMF)에 용해된 2종의 폴리우레탄 수지가 일정한 수용액이 채워진 응고조에 침지되면, 상기 폴리우레탄 수지와 DMF가 상분리되며, 상분리 상태의 DMF는 수용액 또는 물과 교체되면서 기공을 형성하게 된다. 이와 같이 기공이 형성된 이후에 수세 과정 및 건조 과정을 통하여 잔류하는 유기 용매 등을 제거 함으로서, 연마 장치의 지지 패드 제조에 사용될 수 있는 폴리우레탄 수지 패드가 제조될 수 있다.

상기 폴리우레탄 수지 조성물은 상기 제1및 제2 폴리우레탄 수지 100 중량 부 에 대하여 50 내지 99 중량 부의 디메틸포름아미드(DMF) 용매를 포함할 수 있다. 상기 디메틸포름아미드(DMF)는 N,N'-디메틸포름아미드(N,N'-dimethylmethanamide)를 의미한다. 상기 수지 조성물에서 DMF 용매의 함량이 너무 작으면 응고 과정에서 수지 내부에 기공 형성이 원활하지 않을 수 있으며, 상기 함량이 너무 크면 폴리우레탄 수지의 비율이 크게 줄어 적절한 물성을 갖는 폴리우레탄 지지 패드를 제조하기 어려울 수 있다.

상기 음이온성 계면활성제는 응고되는 조성물의 전 영역에 걸쳐 물이 균일하게 침투할 수 있게 하며, 폴리우레탄 수지, 물 및 유기 용매의 상분리가 일정 부분에 집중되지 않게 할 수 있어서, 지지 패드 내부에 기공이 매우 균일하게 형성될 수 있게 한다. 이러한 음이온성 계면활성제는 상기 제1 및 제2 폴리우레탄 수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 5중량부로 포함할 수 있다. 상기 음이온성 계면활성제의 함량이 너무 작으면 기공이 너무 작게 형성되거나 기공의 형태가 길어지지 않을 수 있으며, 상기 함량이 너무 크면 기공이 너무 크게 형성되거나 기공의 분포가 균일하지 못 할 수 있다.

상기 음이온성 계면활성제로는 도데실벤젠설폰산, 도데실벤젠설폰산 유도체, 호박산, 호박산 유도체, 도데실설페이트, 도데실설페이트 유도체 또는 이들의 1 이상의 혼합물을 들 수 있다. 그리고, 음이온성 계면활성제로 도데실벤젠설폰산 또는 이의 유도체와, 호박산 또는 이의 유도체를 혼합하여 사용하는 것이, 지지 패드 내부에 형성되는 기공의 형태나 크기를 적절히 조절하고 제조되는 지지 패드의 물성을 향상시키기 위해서 바람직하다.

상기 폴리우레탄 수지 조성물은 지지 패드의 흡착력을 높이거나 패드의 표면을 평탄화하기 위하여 비이온성 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 이러한 비이온성 계면활성제의 예로는 실리콘계 고분자, 실리콘 오일, 글리세롤 계열 고분자 또는 탄화수소 계열 고분자 등을 들 수 있다. 이러한 비이온성 계면활성제는 제조되는 지지 패드의 물성이나 공정상 조건 등을 고려하여 함량을 적절히 조절하여 사용될 수 있고, 예를 들어 상기 제1 및 제2 폴리우레탄 수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량 부, 바람직하게는 0.5 내지 5중량 부로 포함할 수 있다.

그리고, 상기 폴리우레탄 수지 조성물은 충진제, 기공 크기 조절제 또는 안료와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 제조되는 지지 패드의 물성이나 공정상 조건 등을 고려하여 함량을 적절히 조절하여 사용될 수 있고, 예를 들어 상기 지지 패드용 폴리우레탄 수지 조성물에 포함되는 첨가제의 총량이 상기 제1 및 제2 폴리우레탄 수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부 일 수 있다.

한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 폴리우레탄 수지 조성물의 습식 응고물을 포함하는 폴리우레탄 지지 패드가 제공될 수 있다.

상기 폴리에스테르 폴리올을 사용하여 제조한 제1폴리우레탄 수지와 폴리카보네이트 폴리올을 사용하여 제조한 제2폴리우레탄 수지를 DMF와 혼합하여 습식 응고하여 제조한 폴리우레탄 지지 패드는 내부에 길고 큰 기공을 균일하게 형성하여 낮은 경도, 높은 압축률 및 압축 탄성률을 가지면서도, 우수한 탄성계수 및 인장 강도 및 내구성을 가질 수 있다.

특히, 상기 제2폴리우레탄 수지의 반응물인 폴리카보네이트 폴리올은 카보네이트 결합 사이의 길이가 길고 중량평균 분자량이 큰 범위를 나타내어, 반복되는 카보네이트 결합의 수가 많으므로, 제조되는 폴리우레탄 지지 패드의 연성, 내구성 등을 향상시킬 수 있다. 이에 더하여, 상기 폴리카보네이트 폴리올은 폴리에스테르 폴리올과는 달리 수분에 의하여 가수분해 되지 않는 성질을 나타내어, 상기 폴리카보네이트 폴리올을 사용하여 제조한 제2폴리우레탄 수지를 폴리에스테르 폴리올을 사용하여 제조한 제1폴리우레탄 수지와 혼합하여 사용하면 탄성계수 와 인장 강도가 개선되고, 내수분성이 강한 폴리우레탄 지지 패드를 제조할 수 있다.

상기 폴리우레탄 지지 패드는 다른 통상적인 폴리우레탄 시트, 예를 들어 폴리우레탄 연마 패드 또는 폴리우레탄 합성 피혁 등과 구분될 수 있다. 구체적으로, 폴리우레탄 연마 패드는 높은 내마모성과 높은 경도를 가져야 하여, 가교 반응이 이루어진 폴리우레탄 수지를 사용하여야 하고, 제조 방법 또한 습식 응고 과정이 아니라 Prepolymer와 다른 단량체를 in situ로 혼합하고 몰드(mold)에서 반응 및 경화시켜 제조하는 것이 일반적이다.

상기 폴리우레탄 지지 패드는 상기 폴리우레탄 수지 조성물이 응고되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리우레탄 지지 패드는 상기 폴리우레탄 수지 조성물을 형성하는 단계; 상기 폴리우레판 수지 조성물을 일정한 기재나 틀에 도포 또는 투입하여 코팅층을 형성하는 단계; 상기 코팅층을 응고하는 단계; 및 상기 조성물의 응고물을 수세, 탈수 및 건조하는 단계를 통하여 제조될 수 있다.

상기 코팅층을 응고하는 단계에서는 상기 코팅층이 형성된 기재나 틀을 상기 유기 용매와 물이 채워져 있는 응고조에 투입하여 이루어질 수 있다. 상기 응고 과정에서는 상기 2종의 폴리우레탄 수지 내부에서 디메틸포름아미드(DMF)가 물과 교체되면서 폴리우레탄 수지가 서서히 응고되고 이에 따라 다수의 기공이 형성될 수 있다. 상기 응고조에 채워져 있는 수용액의 농도 및 수용액 또는 물의 양은 크게 제한되는 것은 아니며, 반응 조건 및 제조되는 지지 패드의 물성에 따라서 적절히 조절할 수 있다. 상기 응고 과정 후 연마 패드 내부에는 물과 유기 용매가 적절히 남아 있는 상태일 수 있으며, 이러한 응고물을 세척하고 오븐에서 건조함으로서 연마 패드 내부에서 물, 유기 용매 및 기타 성분을 제거할 수 있다.

상기 폴리우레탄 지지 패드의 제조 과정에서는 상기 습식 응고물의 표면을 연마(또는 버핑(buffing))하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 연마 단계는, 고속으로 회전하는 샌드페이퍼가 감긴 롤(Roll)를 이용하여 경도가 낮은 폴리우레탄 필름(100% 모듈러스 1 내지 10)의 표면을 깍는 공정으로서, 높은 에너지가 가해지는 공정이다.

이러한 연마(또는 버핑(buffing)) 공정에서는, 피연마막을 한번에 수백 um를 깍을 수도 있으며, 수십 um씩 여러 번에 걸쳐 깍을 수도 있다. 낮은 경도의 필름을 한번에 많이 연마하는 경우, MD(machine direction)방향으로 두께 차이 또는 연마(버핑) 수준의 차이가 발생할 수 있으며, 지지 패드에 불균일하게 쌓인 에너지는 연마 장비에서 피연마막, 예를 들어 디스플레이의 유리 기판 등으로 불균일하게 전사되어 TD(Transverse Direction) 방향의 라인 또는 줄무늬가 발생할 수 있다.

또한, 상기 폴리우레탄 지지 패드의 제조 과정에서는 상기 버핑된 습식 응고물의 표면에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 접착층은 지지 패드의 최종 제품을 제조하는데 사용되는 것으로 알려진 방법 및 구성을 별 다른 제한 없이 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 접착층은 상기 습식 응고물의 표면 또는 상기 표면 연마된 습식 응고물의 표면에 일정한 접착제, 예를 들어 감압성 접착제(PSA) 등을 도포함으로서 형성될 수 도 있으며, 상기 습식 응고물의 표면 또는 상기 표면 연마된 습식 응고물의 표면에 감압성 양면 접착 필름을 라미네이트함으로서 형성될 수도 있다.

상기 폴리우레탄 지지 패드는 폴리에스테르 폴리올, 폴리이소시아네이트 및 사슬 연장제 간의 반응물을 포함하는 제1폴리우레탄 수지; 및 폴리카보네이트 폴리올, 폴리이소시아네이트 및 사슬 연장제 간의 반응물을 포함하는 제2폴리우레탄 수지;를 포함하는 폴리우레탄 수지 기재 상에 100㎛ 내지 500㎛의 길이를 갖는 기공이 형성되어 있을 수 있다. 상기 기공은 긴 타원형과 유사한 형태를 나타낼 수 있고, 이러한 기공들이 상기 폴리우레탄 수지 기재 상에 균일하게 분포할 수 있다.

그리고, 이러한 폴리우레탄 지지 패드 내부에 분포하는 기공은 3 내지 10의 평편비(폭에 대한 길이의 비율), 바람직하게는 3 내지 7의 편평비를 가질 수 있다. 상기 폴리우레탄 지지 패드의 내부에 존재하는 타원형의 기공을 통해 지지 패드와 연마 대상막 사이에 갇혀있는(trap) 공기를 용이하게 내부로 전달받을 수 있고, 연마 단계에서 가해지는 힘을 지지 패드 전체 및 피연마체 전체로 균일하게 분배하여 보다 균일하고 세밀한 연마를 할 수 있다.

그리고, 상기 폴리우레탄 지지 패드의 탄성계수는 2 MPa 이상일 수 있고, 바람직하게는 2 내지 15 MPa일 수 있다. 상기 폴리에스테르 폴리올 폴리우레탄 수지와, 폴리카보네트 폴리올 폴리우레탄 수지를 혼합하여 사용한 폴리우레탄 지지패드는 외부에서 큰 힘이 가해지는 경우에도 잘 변형되지 않아, 연마 공정에서 외부 압력에 따른 연마 불량률을 크게 줄일 수 있다.

또한, 상기 폴리우레탄 지지 패드는 45%이상의 압축률을 가질 수 있고, 바람직하게는 35 내지 70%의 압축률 및 90%이상의 압축 탄성률을 가질 수 있다.

상기 폴리우레탄 지지 패드는 0.5 내지 3mm, 바람직하게는 1 내지 2.5mm의 두께를 가질 수 있으며, 0.15 내지 0.30 g/㎤의 밀도를 가질 수 있다.

또한, 상기 폴리우레탄 지지 패드는 상술한 특정의 폴리우레탄 수지 조성물을 사용하여 제조됨에 따라서, 20 내지 25의 Asker C 경도, 바람직하게는 21 내지 23의 Asker C 경도를 가질 수 있다.

본 발명에 따르면, 내부에 길고 큰 기공이 균일하게 형성되어 높은 압축률 및 높은 압축 탄성률을 가지면서도 강성 및 내구성이 우수한 폴리우레탄 지지 패드를 제공할 수 있는 폴리우레탄 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조한 폴리우레탄 지지 패드가 제공될 수 있다.

도 1은 실시예1의 인장 강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예2의 인장 강도 측정 결과를 나타낸 그래프이다.

발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 1]

(1) 폴리우레탄 수지 제조

1) 폴리에스테르 폴리올 폴리우레탄 수지의 제조

아디프산, 에틸렌 글리콜 및 1,4-부탄디올을 1:0.5:0.5의 몰비로 200℃의 온도, 500 내지 760mmHg의 감압 조건 및 진공 대기 조건에서 반응시켜 폴리에스테르 폴리올을 합성하였다. 그리고, 디부틸틴 디라우레이트의 존재 하에, 상기 합성된 폴리에스테르 폴리올, 사슬 연장제(에틸렌 글리콜 및 1,4-부탄디올의 몰비: 7:1) 및 DMF를 반응기에 넣고 60℃까지 승온하였다.

다음으로, 상기 폴리에스테르 폴리올 및 사슬연장제에 포함된 수산화기의 몰수의 합과 폴리이소시아네이트 화합물의 이소시아네이트기(Isocyanate)의 몰수의 비가 1:1이 되도록 상기 반응기에 폴리이소시아네이트 화합물을 첨가하고 80℃까지 승온한 이후, 미량의 폴리이소시아네이트 화합물을 추가로 첨가하고 중합을 진행하였다.

그리고, 목표로 하는 점도 및 분자량의 폴리우레탄이 중합되는 시점에서 MeOH첨가하여 이소시아네이트기와 반응시킴으로 중합 반응을 종결시켰다.

2) 폴리카보네이트 폴리올 폴리우레탄 수지의 제조

Asahi제조사의 5650E 폴리카보네이트 폴리올(분자량 500)을 DBTDL 촉매의 존재 하에, 상기 폴리카보네이트 폴리올, 사슬 연장제(1,4-부탄디올), 및 DMF를 반응기에 넣고 60℃까지 승온하였다. 다음으로, 상기 반응기에 폴리이소시아네이트 화합물(메틸렌디페닐디이소시아네이트, 고형분내 32.8wt%)을 첨가하고 80℃까지 승온하여 폴리카보네이트 폴리우레탄 수지 중합을 진행하였다.

그리고, 목표로 하는 점도 및 분자량의 폴리우레탄이 중합되는 시점에서 MeOH를 첨가하여 이소시아네이트기와 반응시킴으로 중합 반응을 종결시켰다.

(2) 지지 패드의 제조

상기 폴리에스테르 폴리올로부터 얻어진 폴리우레탄 수지(30wt% DMF solution)와 폴리카보네이트 폴리올로부터 얻어진 폴리우레탄 수지(30wt% DMF solution)를 4:1의 중량비로 혼합하고, N,N'-디메틸포름아미드, 비이온성 계면활성제, 착색제, 충진제 및 발수제를 넣고, 페인트 쉐이커로 10분간 고속 교반한 후, 3000rpm에서 10분간 원심분리하여 슬러리(slurry)상인 폴리우레탄 수지 조성물을 얻었다.

상기 얻어진 폴리우레탄 수지 조성물을 PET필름 상에 2.00mm의 두께로 코팅한 후, 2~15%의 DMF 수용액이 채워져 있는 응고조에서 응고 과정을 진행하였다. 이후, 얻어진 응고물을 수세, 탈수, 건조하여 폴리우레탄 지지 패드를 제조하였다.

[ 실시예 2]

폴리카보네이트 폴리올 폴리우레탄 수지의 제조에서, Asahi제조사의 5650E 폴리카보네이트 폴리올을 대신하여, Asahi제조사의 T6001폴리카보네이트 폴리올(분자량 1000)을 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 지지 패드를 제조하였다.

< 실험예 >

[ 실험예 1: 탄성 계수의 측정]

실시예에서 제조한 폴리우레탄 수지 필름을 일정한 크기로 잘라서 시료를 준비하고 TA장비(Texture analyser XT plus, SMS)를 이용해 탄성계수를 측정하였다.

MODULUS, MPa	실시예1	실시예2
Avg.	39.84	8.98
Stdev. %	6.2	4.2

[ 실험예 2: 인장 강도 측정]

실시예에서 제조한 폴리우레탄 수지 필름을 일정한 크기로 잘라서 시료를 준비하고 TA장비(Texture analyser XT plus, SMS)를 이용해 인장강도를 측정하였다. 인장강도 측정 결과는 도 1 및 도 2에 나타내었다.

상기 표 1 및 도면에 나타난 바와 같이, 상기 실시예의 폴리우레탄 지지 패드는 폴리에스테르 폴리올을 사용하여 제조한 폴리우레탄 수지와 폴리카보네이트 폴리올을 사용하여 제조한 폴리우레탄 수지를 혼합 사용하여 탄성계수를 기존의 폴리에스테르 폴리올을 사용하여 제조한 폴리우레탄 지지 패드 보다 4-5 MPa 높일 수 있고, 인장강도 또한 개선 시킬 수 있음이 확인되었다.

따라서, 실시예의 지지 패드에 의하면, 상기 폴리우레탄 지지 패드는 외부에서 큰 힘이 가해지는 경우에도 잘 변형되지 않아, 연마 공정에서 외부 압력에 따른 연마 불량률을 낮출 수 있고, 연마 품질이 저하되는 것을 방지 할 수 있다.

Claims (18)

1. 폴리에스테르 폴리올의 잔기, 사슬연장제의 잔기, 및 폴리이소시아네이트 화합물의 잔기를 포함하는 제1폴리우레탄 수지;
   폴리카보네이트 폴리올의 잔기, 사슬연장제의 잔기, 및 폴리이소시아네이트 화합물의 잔기를 포함하는 제2폴리우레탄 수지; 및
   DMF;를 포함하고,
   제1폴리우레탄 수지와 제2폴리우레탄 수지 간의 중량비가 10:1 내지 1:1인 폴리우레탄 수지 조성물.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 폴리카보네이트 폴리올은 지방족 디올, 및 지환족 디올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 디올과, 카보네이트를 반응시켜 제조한 것인 폴리우레탄 수지 조성물.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 디올은 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,7-헵탄디올, 1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 2-메틸-1,8-옥탄디올, 및 1,10-데칸디올로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물인, 폴리우레탄 수지 조성물.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 폴리에스테르 폴리올은 탄소수 2 내지 10의 폴리카르복실산의 잔기, 에틸렌 글리콜의 잔기, 및 1,4-부탄디올의 잔기를 1:0.3 내지 0.7: 0.3 내지 0.7의 몰비로 포함하는 폴리우레탄 수지 조성물.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 탄소수 2 내지 10의 폴리카르복실산은 탄소수 4 내지 8의 디카르복실산을 포함하는, 폴리우레탄 수지 조성물.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 사슬 연장제는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2-메틸펜탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,4-시클로헥산디올, 1,4-시클로헥산디메탄올, 네오펜틸글리콜, 및 글리세린으로 이루어진 군으로부터 1종 이상을 포함하는, 폴리우레탄 수지 조성물.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 폴리이소시아네이트 화합물은 1,4-테트라메틸렌 디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 1,12-도데칸 디이소시아네이트, 시클로부탄-1,3-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,3- 디이소시아네이트, 시클로헥산-1,4-디이소시아네이트, 1-이소시아네이토-3,3,5-트리메틸-5-이소시아네이토메틸-시클로헥산, 2,4- 헥사히드로톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-헥사히드로톨루엔 디이소시아네이트, 헥사히드로-1,3- 페닐렌 디이소시아네이트, 헥사히드로-1,4-페닐렌 디이소시아네이트, 퍼히드로-2,4'- 디페닐메탄 디이소시아네이트, 퍼히드로-4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 1,3- 페닐렌 디이소시아네이트, 1,4-페닐렌 디이소시아네이트, 1,4-두롤 디이소시아네이트(DDI), 4,4'-스틸벤 디이소시아네이트, 3,3'-디메틸-4,4'-비페닐렌 디이소시아네이트(TODI), 톨루엔 2,4-디이소시아네이트, 톨루엔 2,6-디이소시아네이트(TDI), 디페닐메탄-2,4'- 디이소시아네이트(MDI), 2,2'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트(MDI) 및 나프틸렌-1,5-이소시아네이트(NDI)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 폴리우레탄 수지 조성물.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 수지 조성물은 음이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 계면 활성제를 더 포함하는, 폴리우레탄 수지 조성물.
    
11. 제10항 있어서,
    상기 음이온성 계면활성제는 도데실벤젠설폰산, 도데실벤젠설폰산 유도체, 호박산, 호박산 유도체, 도데실설페이트 및 도데실설페이트 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는, 폴리우레탄 수지 조성물.
    
12. 제10항 있어서,
    상기 음이온성 계면활성제는 도데실벤젠설폰산 또는 이의 유도체; 및 호박산 또는 이의 유도체 간의 혼합물을 포함하는, 폴리우레탄 수지 조성물.
    
13. 제1항의 폴리우레탄 수지 조성물의 습식 응고물을 포함하는, 폴리우레탄 지지 패드.
    
14. 제13항에 있어서,
    폴리에스테르 폴리올, 폴리이소시아네이트 및 사슬 연장제 간의 반응물을 포함하는 제1폴리우레탄 수지; 및
    폴리카보네이트 폴리올, 폴리이소시아네이트 및 사슬 연장제 간의 반응물을 포함하는 제2폴리우레탄 수지;를 포함하는 폴리우레탄 수지 기재 상에,
    100㎛ 내지 500㎛의 길이를 갖는 기공이 형성되어 있는, 폴리우레탄 지지 패드.
    
15. 제13항에 있어서,
    탄성계수는 2 MPa 이상인, 폴리우레탄 지지 패드.
    
16. 제13항에 있어서,
    35%의 이상의 압축률 및 90%이상의 압축 탄성률을 갖는 폴리우레탄 지지 패드.
    
17. 제13항에 있어서,
    20 내지 25의 Asker C 경도 및 0.15 g/㎤ 내지 0.30g/㎤의 밀도는 갖는 폴리우레탄 지지 패드.
    
18. 제13항에 있어서,
    3 내지 10의 평편비를 갖는 기공을 포함하는 폴리우레탄 지지 패드.

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