KR102023363B1 - 니켈 도금용 평탄제 및 이를 포함하는 니켈 도금액 - Google Patents

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KR102023363B1 KR1020170089903A KR20170089903A KR102023363B1 KR 102023363 B1 KR102023363 B1 KR 102023363B1 KR 1020170089903 A KR1020170089903 A KR 1020170089903A KR 20170089903 A KR20170089903 A KR 20170089903A KR 102023363 B1 KR102023363 B1 KR 102023363B1
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Abstract

본 발명의 실시 예는 표면에 굴곡이 형성된 기재 상에 전해 도금방식으로 니켈 도금막을 형성할 시, 니켈 도금막의 평탄도를 향상시켜 균일한 두께의 니켈 도금막을 형성할 수 있는 니켈 전해 도금용 평탄제를 제공하며, 나아가 니켈 이온을 함유하는 전해질 수용액 및 니켈 전해 도금용 평탄제, 광택제 및 응력제거제를 포함하는 유기첨가제로 이루어져 복잡한 표면 굴곡을 갖는 기재 상에 전해 도금방식으로 균일한 두께의 니켈 도금막을 형성할 수 있는 니켈 도금액에 관한 기술을 제공한다.

Description

니켈 도금용 평탄제 및 이를 포함하는 니켈 도금액{Leveling agent for nickel electrolytic plating and nickel electrolytic plating solution containing the leveling agent}
본 발명은 균일한 니켈 도금막을 형성하기 위한 니켈 전해 도금용 평탄제 및 이를 포함하는 니켈 도금액에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면 형상이 복잡한 기재 상에 전해 도금으로 니켈 도금막을 형성할 시에 니켈 도금막의 평탄도(flatness)를 향상시킬 수 있는 니켈 도금용 평탄제 및 이를 포함하는 니켈 도금액에 관한 것이다.
화석연료 사용에 의한 범지구적인 환경문제와 이를 해결하기 위한 대책의 하나로 청정하고 재생가능한 수소에너지의 개발과 이용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 수소에너지는 청정에너지로서 2차 에너지원이고, 에너지 담체로도 사용이 가능하다. 수소제조 방법 중에서, 특히, 수전해를 이용한 방법은 신재생 에너지원과의 접목을 고려할 때 가장 효율적이고 실용적인 방법으로 여겨지고 있다. 수전해 수소제조 기술은 전기를 이용하여 수소를 물로부터 직접 제조하는 방법으로, 화석연료 이용 제조방법과 비교하여 수소를 제조할 때 지구환경 오염물질인 이산화탄소의 배출이 없다.
수전해 방법 중에서 알칼리 수전해는 오래 전부터 알려진 수소제조 방법으로 전해액으로 알칼리 수전해용 전극으로는 산소 또는 수소 발생 시 과전압이 낮고, 내식성이 큰 물질이 필요하다. 또한 전극은 수전해 장치의 전압효율을 높이기 위해서 사용하는 전해액에 대해 낮은 저항 값을 가지지 않으면 안 된다. 수전해의 경우 산소가 발생하는 양극에서 전극의 내식성이 문제가 되며, 양극에서의 과전압에 의한 효율 저하를 해결해야 한다. 최근 이러한 문제점을 해결하기 위해 많은 연구가 진행되고 있으며 전극으로는 니켈, 코발트, 철, 구리와 같은 금속 또는 합금이 많이 이용되고 있다. 그 중에서도 니켈은 활성은 비록 떨어지지만 높은 표면적과 많은 양이 담지 가능하다는 장점 때문에 많이 사용되고 있다.
일반적으로 니켈촉매 전극은 전해도금을 이용한 방법으로 형성되고, 그 기재로는 스테인레스강이 사용된다. 그런데 수산화칼륨(KOH) 분위기에서 스테인리스강은 부식되며, 이러한 현상을 방지하고자 스테인리스강 표면에 니켈 도금을 실시하여 강알칼리 용액으로부터 스테인리스강 기재를 보호한다. 이후 셀의 효율을 높이기 위해 니켈 상부에 알루미늄을 증착 한 후 니켈-알루미늄 합금 형성 및 에칭 공정을 통해 다공성 니켈 전극을 형성한다.
한편, 니켈촉매 전극은 촉매효율을 극대화시키기 위해 표면적이 넓은 메쉬형 기재 등 복잡한 표면 형상을 가지고 있는 기재를 사용하며, 이러한 복잡구조의 기재 상에 니켈 도금막을 균일하게 형성하여야 후공정에서 강알칼리 용액으로부터 스테인리스강 기재를 보호할 수 있는데, 표면구조가 복잡한 기재 상에 균일한 두께로 니켈 도금막을 형성하는데 어려움이 있었다.
이와 관련하여 대한민국 공개특허 제10-2015-0103864호(이하, 종래기술 1이라고 한다.)는 알칼리 용액 내에서 전기 분해 시 유용하게 사용될 수 있으며 니켈-구리 합금 촉매를 전기 도금하여 표면적을 넓힘으로써 수소 발생 반응의 성능과 촉매의 내구성을 향상시킬 수 있는 알칼리 수전해용 전극촉매의 제조방법 및 이를 통해 제조된 알칼리 수전해용 전극촉매에 관한 기술을 개시한 바 있다.
KR 10-2015-0103864
상기 종래기술 1은 니켈-구리 합금을 전기 도금하여 표면적이 넓은 촉매 전극을 형성하는 방법에 관하여 개시하고 있으며, 표면에 굴곡이 형성된 복잡 구조의 기재 상에 균일한 두께의 니켈 도금막을 형성함으로써 촉매전극이 강알칼리용액 내에서 부식되지 않고 높은 촉매 활성을 가질 수 있도록 하는 기술에 관하여는 개시하고 있지 않다.
따라서, 본 발명은 수소 발생 효율을 높이고자 표면적이 넓은 메쉬형 기재 등 복잡한 형상의 표면을 가지고 있는 기재 상에 촉매전극으로 사용되는 니켈 도금막을 전해 도금으로 형성할 시, 평탄도가 높고 균일한 두께의 니켈 도금막이 형성될 수 있도록 하는 니켈 도금용 유기첨가제 및 이를 포함하는 니켈 도금액에 관한 기술을 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 표면에 굴곡이 형성된 기재 상에 니켈 도금막을 형성하기 위해 사용되는 평탄제에 관한 기술을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 니켈 도금용 평탄제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112017067808719-pat00001
(상기 화학식 1에서,
A는 에테르 작용기, 에스테르 작용기 및 카르보닐 작용기 중 하나 이상을 포함하고,
T1 및 T2는 같거나 상이하며, 독립적으로 수소를 포함하거나, 에테르 작용기를 포함하는 1 내지 10개 사이의 탄소를 갖는 선형 구조의 알킬이거나, 또는 에테르 작용기를 포함하는 5개 내지 20개 사이의 탄소를 갖는 가지형 구조의 알킬이고,
T3 및 T4는 같거나 상이하며, 독립적으로 수소를 포함하거나, 1개 내지 10개 사이의 탄소를 갖는 선형 구조의 알킬이거나, 또는 5개 내지 20개 사이의 탄소를 갖는 가지형 구조의 알킬이고,
m과 n의 합은 1 내지 50의 정수이고,
o는 1 내지 100의 정수이고,
X는 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I), 질산염(NO3), 황산염(SO4), 탄산염(CO3) 및 수산기(OH)로 이루어진 이온 군 중 하나 이상을 포함함)
본 발명의 실시예에 있어서, 화학식 1로 표시되는 니켈 도금용 평탄제는 분자량이 100 내지 500,000g/mol인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 화학식 1로 표시되는 니켈 도금용 평탄제는 0.1 내지 1,000 mg/ℓ의 농도로 니켈 도금액에 첨가되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명의 다른 일실시예는 화학식 1로 표시되는 평탄제를 포함하는 니켈 도금액에 관한 기술을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 니켈 도금액은 니켈 이온을 함유하는 전해질 수용액 및 평탄제, 광택제 및 응력제거제를 포함하는 유기첨가제를 포함하며, 평탄제는 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 화학식 1로 표시되는 평탄제는 100 내지 500,000g/mol의 분자량을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 화학식 1로 표시되는 평탄제는 니켈 도금액에 0.1 내지 1,000 mg/ℓ의 농도로 첨가되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 광택제 및 상기 응력제거제는 각각 100 내지 100,000g/mol의 분자량을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 광택제는 상기 니켈 도금액에 0.1 g/l 내지 30 g/l의 농도로 첨가되고, 상기 응력제거제는 상기 니켈 도금액에 0.1 mg/l 내지 20 g/l의 농도로 첨가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 특정한 화학구조를 갖는 화합물을 니켈 전해 도금용 평탄제로 사용함으로써, 표면에 복잡한 형상의 굴곡이 형성된 기재 상에 균일한 두께의 니켈 도금막을 형성할 수 있으며, 니켈 도금막 형성을 위한 공정시간 단축 및 비용 절감에 기여할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 표면에 복잡한 형상으로 굴곡이 형성된 기재 상에 균일한 두께로 니켈 도금막을 형성함에 따라 이를 알칼리 수전해용 전극으로 할 시, 높은 표면적을 제공하고 이에 의해 촉매활성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 비교예에 따른 스테인레스강의 표면을 촬상한 사진이다.
도 2는 본 발명의 비교예에 따른 스테인레스강의 단면을 촬상한 사진이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 도금층의 단면을 촬상한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예1에 따른 도금층의 단면을 촬상한 사진이다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용된 용어 “표면에 굴곡이 형성된 기재”는 표면에 규칙적인 굴곡이 형성된 기재 및 불규칙적인 형상으로 굴곡이 형성된 기재를 모두 포함하는 것으로 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 니켈 도금용 평탄제에 관하여 상술하기로 한다.
본 발명은 표면에 굴곡이 형성된 기재 상에 전해 도금 방식으로 니켈 도금막을 형성할 시에 도금막의 균일도 및 평탄도를 높이기 위해 첨가되는 평탄제에 관한 것으로, 특히 표면에 복잡한 형상의 굴곡이 형성된 기재 상에 니켈 도금할 시에 보다 유리할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 평탄제는 니켈 도금막을 형성하기 위한 니켈 전해 도금 공정에서 전류밀도가 높게 형성되는 부위에 흡착하여 니켈 이온의 환원을 강하게 억제시켜 도금막의 균일도 및 평탄도를 향상시키는 작용을 수행하며, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하여 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112017067808719-pat00002
(상기 화학식 1에서,
A는 에테르 작용기, 에스테르 작용기 및 카르보닐 작용기 중 하나 이상을 포함하고,
T1 및 T2는 같거나 상이하며, 독립적으로 수소를 포함하거나, 에테르 작용기를 포함하는 1 내지 10개 사이의 탄소를 갖는 선형 구조의 알킬이거나, 또는 에테르 작용기를 포함하는 5개 내지 20개 사이의 탄소를 갖는 가지형 구조의 알킬이고,
T3 및 T4는 같거나 상이하며, 독립적으로 수소를 포함하거나, 1개 내지 10개 사이의 탄소를 갖는 선형 구조의 알킬이거나, 또는 5개 내지 20개 사이의 탄소를 갖는 가지형 구조의 알킬이고,
m과 n의 합은 1 내지 50의 정수이고,
o는 1 내지 100의 정수이고,
X는 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I), 질산염(NO3), 황산염(SO4), 탄산염(CO3) 및 수산기(OH)로 이루어진 이온 군 중 하나 이상을 포함함)
표면에 굴곡이 형성된 기재 상에 전해 도금 방식으로 니켈 도금막을 형성할 시, 상술한 화학식 1로 표시되는 평탄제를 사용할 경우 + charge를 띄는 N 작용기에 의하여 전류밀도가 집중되는 곳에 평탄제가 집중됨으로써 도금을 억제하여 전체적인 두께의 균일도가 상승할 수 있다.
즉, + charge에 의하여 평탄제가 전류밀도의 차이에 민감하게 반응하게 된다. 따라서, 전류밀도가 집중되는 곳에서 도금이 집중되어 두께가 불균일하게 도금되는데, 본 발명에 따른 상술한 화학식 1로 표시되는 평탄제가 첨가될 경우에는 전류밀도가 집중되는 곳에 + charge를 띄는 N 작용기를 가지는 평탄제가 집중되어 도금을 방해하기 때문에 도금막의 두께가 균일하도록 도금될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 평탄제의 경우 쿼터너리 암모늄 브로마이드 작용기를 2개 가지고 있는 디쿼터너리 암모늄 브로마이드 계열의 폴리머로 모노 쿼터너리 암모늄 브로마이드 평탄제에 비하여 긴 구조를 가지고 있고 모노머당 2개의 암모늄기를 가지므로 전류가 집중되는 곳의 표면에 흡착하여 넓은 영역에 걸쳐 보다 효과적으로 도금을 억제할 수 있다. 즉, 화학식 1로 표시되는 평탄제는 종래의 평탄제 대비 긴 구조를 가지고 있고 모노머당 2개의 암모늄기를 가지고 있으므로 더 넓은 영역에 걸쳐 효과적으로 도금을 억제할 수 있다.
본 발명에서 상기 화학식 1로 표시되는 평탄제는 100 내지 500,000g/mol의 분자량을 갖는 사용하는 것이 바람직한데, 이는 분자량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 균일한 니켈 도금막을 형성하기에 곤란할 수 있기 때문이다. 본 발명에서 상기 화학식 1로 표시되는 평탄제는 니켈 도금액에 0.1 내지 1,000 mg/ℓ의 농도로 첨가될 수 있다. 상기 평탄제의 농도가 0.1 mg/ℓ 미만인 경우에는 사용량이 적어 균일도와 평탄도를 향상시키는 정도가 미비할 수 있으며, 평탄제의 농도가 1,000 mg/ℓ 보다 높을 경우에는 사용되는 함량 대비 효과가 증가되지 않으며, 도금액 내에 유기물 함량을 증가시켜 도금액의 평형이 깨지기 쉬워지며, 이에 의해 기재 상에 형성되는 니켈 도금막의 품질이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.
이하에서는 상술한 평탄제를 포함하는 본 발명의 니켈 도금액에 관하여 상술하기로 한다.
본 발명은 전해 도금 방식으로 균일한 두께로 니켈 도금막을 형성하기 위하여 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 평탄제로서 포함하는 니켈 도금액을 제공하며, 본 발명의 실시예에서 니켈 도금액은 니켈의 공급원인 니켈 이온을 함유하는 전해질 수용액 및 평탄제, 광택제 및 응력제거제를 포함하는 유기첨가제를 포함할 수 있다. 이하, 상기 니켈 도금액을 구성요소 별로 상술하기로 한다.
본 발명의 실시예에 니켈 도금액은 니켈 이온을 함유하는 전해질 수용액을 포함하며, 니켈 공급원인 니켈 이온 이외에 전해질 수용액의 전도도를 향상시키기 위해 황산 이온을 더 포함하는 것이 바람직할 수 있으며, 니켈 이온과 첨가제 간의 흡착성을 향상시키기 위하여 염화 이온을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 본 발명에서 니켈 이온을 함유하는 전해질 수용액은 염화니켈, 황산니켈, 탄산니켈, 질산니켈, 초산니켈, 산화니켈 등의 니켈염 또는 이들의 수화물 중에서 선택되는 1종 이상의 화합물을 포함하는 수용액을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 니켈 도금액은 니켈 이온을 함유하는 전해질 수용액 이외에 유기첨가제를 더 포함하며, 유기첨가제로 평탄제, 광택제 및 응력제거제를 포함할 수 있다. 니켈 이온을 함유하는 전해질 수용액만으로 도금 공정을 실시하는 경우에는 니켈의 핵 생성 및 성장을 제어하는 것이 용이하지 않고, 고품질의 도금막을 형성하기 곤란할 수 있기 때문에 도금 공정에서 니켈의 핵 생성 및 성장을 제어하기 위하여 유기첨가제를 소정의 농도로 첨가하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 평탄제는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하며, 이는 100 내지 500,000g/mol의 분자량을 갖는 것이 바람직할 수 있으며, 평탄제의 분자량과 관련하여서는 전술한 바와 같다. 또한, 본 발명의 실시예에서 상기 화학식 1로 표시되는 평탄제는 니켈 도금액에 0.1 내지 1,000 mg/ℓ의 농도로 첨가될 수 있으며, 평탄제의 농도와 관련한 임계적 의미는 전술한 것과 동일한 의미를 갖는다.
본 발명에서 광택제는 니켈 전해 도금 공정에서 니켈 이온에 흡착되어 니켈 이온을 전극으로 전달해 주는 역할을 하며 핵생성을 도와 니켈 표면의 광택을 증가시킨다.
예를 들어, 이러한 광택제는 5-nitro-indazole, 5-amino-indazole, 5-sulfanilamido-indazole, 6-sulfanilamido-indazole, 7-sulfanilamido-indazole, 5-indazole sulfonic acid, 6-indazole sulfonic acid, 7-amino-indazole, 7-nitro-indazole, 7-amino-4-indazole sulfonic acid, 7-amino-4,6-inolazole disulfonic acid, 4-chloro-5-nitro-indazole, 5-nitro-4-indazole sulfonic acid, 5-amino-4-indazole sulfonic acid, 4-indazo1e sulfonic acid, 7-indazole sulfonic acid, 7-hydroxy- indazole, 6-amino-indazole, 6-amino-7-indazole sulfonic acid, 6-amino-5,7-indazole disulfonic acid, 6-chloro-6-phenoxy-indazolc, 5,6-dinitro-indazole, 6-hydroxy-indazole, 7-nitro-4-indazole sulionic acid, 4-hydroxy-indazole, 5-hydroxy-indazole, 5-chloro-5-nitro-indazole, 6-amino-4-indazole sulfonic acid, 6-nitro-7-chloro-indazole, 5-nitro-6-indazole sulfonic acid, 5-amino-6-indazole sulfonic acid, 7-acetamido-indazole, 4-nitro-7-acetamido-indazole, 4-amino-7-acetamido-indazole, 7-amino-5-indazole sulfonic acid, 4-nitro-5-chloro-7- amino-indazole, 4-nitro-7-amino-5-indazole sulfonic acid, toluene sulfonic acids 및 toluene sulfonamides로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
본 발명에서 응력제거제는 니켈 전해 도금 공정에서 음극 전극에 흡착되어 결정립의 크기를 키워 응력을 낮추는 등의 방법으로 도금막의 내부 응력을 제거하는 역할을 한다. 예를 들어, 이때의 응력제거제는 benzene sulfonamide, bisbenzene sulfonamide, sodium saccharin, sulfur salicylic acid 및 benzene sulfonic acid로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광택제 및 상기 응력제거제는 각각 100 내지 100,000g/mol의 분자량을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 예를 들어, 상기 광택제는 상기 니켈 도금액에 0.1 g/l 내지 30 g/l의 농도로 첨가될 수 있다. 또한, 상기 응력제거제는 상기 니켈 도금액에 0.1 mg/l 내지 20 g/l의 농도로 첨가될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 평탄제를 포함하는 니켈 도금액을 이용하여 니켈 전해 도금 방식으로 기재 상에 니켈 도금막을 코팅할 수 있으며, 기재를 상기 니켈 도금액에 담근 뒤, 다단계의 직류 전류 인가 또는 펄스 전류 인가를 통해 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 구현한 실시예들을 제공한다. 그러나, 하기 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래 실시예들에 의해서 한정되는 것은 아니다.
[비교 예 1]
시편 준비
시편(specimen)은 스테인레스강을 그물망 형상으로 가공하였고, 광학현미경(Optical microscopy) 장비를 사용하여 시편의 표면을 확인하였다.
도 1은 본 발명의 비교예에 따른 스테인레스강의 표면을 촬상한 사진이고, 도 2는 본 발명의 비교예에 따른 스테인레스강의 단면을 촬상한 사진이다.
도 1에 촬상된 사진과 같이, 스테인레스강은 그물망 형상으로 형성하였다.
여기서 그물망 형상의 스테인레스강을 시편(specimen)으로 형성함으로써 시편의 표면에 굴곡진 형상을 형성시켰다. 이는 평탄면에 대해서 도금은 용이할 수 있으나, 굴곡진 표면에 대해 도금은, 그 굴곡진 형상으로 인해 도금이 곤란할 수 있다. 따라서 시편의 표면에 굴곡진 형상을 형성하고 그 굴곡 영역에서의 도금 상태를 확인하기 위해 스테인레스강을 그물망 형상으로 형성하였다.
그리고 시편의 표면은 도금 전 상태에 대해서 확인할 필요가 있다. 이는 도금 전과 도금 후, 시편의 표면에 형성된 도금층의 형상을 명확히 확인하기 위함이다.
도금액 준비
도금액은 니켈 공급원으로 설파믹산니켈 350-450g/ℓ, 염화니켈 5-15g/ℓ을 포함하고, 선택적으로 pH 조절제인 붕산을 30g/ℓ 이하의 농도로 더 포함하여 니켈 이온을 함유하는 전해질 수용액을 제조하였다.
여기에 유기첨가제를 혼합하였으며, 광택제로 toluene sulfonamide 계열 화합물 0.1 g/ℓ 내지 30 g/ℓ, 응력제거제로 benzene-sulfornic acid 계열 화합물 0.1 mg/ℓ 내지 20 g/ℓ를 포함시켰다.
도금
상기와 같은 조성으로 제조된 니켈 도금액을 32 ℃ 내지 60 ℃의 온도에서 0.5 내지 30 ASD(Ampere per Square Deci-meter)의 전류밀도 범위로 전류를 인가하여 표면에 굴곡이 형성된 스테인레스강 기재에 니켈 도금층을 형성하였다.
여기서 그물망 형상으로 형성된 상기 스테인레스강을 전극지지체로 사용하였다.
도금층 관찰
스테인레스강 상에 도금층이 균일하게 형성되었는지 확인하기 위하여 도 1과 같이 굴곡이 형성된 시편의 표면에 도금 후 폴리싱을 하여 단면을 확인하였다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 도금층의 단면을 촬상한 사진이다.
여기서 도금층의 단면을 확인하기 위해 광학현미경(Optical microscopy)을 사용하였다.
도 3에 촬상된 바와 같이, 스테인레스강의 굴곡진 표면 상에 도금층이 형성되나 일정한 두께로 형성되지 않음을 볼 수 있다. 이는 도금액 상에 평탄제를 첨가하지 않고 스테인레스강의 굴곡진 표면에 도금을 실시할 경우, 굴곡진 표면에서 도금층이 불균일하게 형성됨을 확인할 수 있다.
[실시 예 1]
본 발명의 실시예1로서 시편은 비교예와 같이 시편을 준비하였다.
도금액 준비
도금액은 니켈 공급원으로 설파믹산니켈 350-450g/ℓ, 염화니켈 5-15g/ℓ을 포함하고, 선택적으로 pH 조절제인 붕산을 30g/ℓ 이하의 농도로 더 포함하여 니켈 이온을 함유하는 전해질 수용액을 제조하였다.
여기에 유기첨가제를 혼합하였으며, 광택제로 toluene sulfonamide 계열 화합물 0.1 g/ℓ 내지 30 g/ℓ, 응력제거제로 benzene-sulfornic acid 계열 화합물 0.1 mg/ℓ 내지 20 g/ℓ를 포함시켰다.
그리고 평탄제로서 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을, 0.1 mg/ℓ 내지 1,000mg/ℓ를 첨가하였다.
[화학식 1]
Figure 112017067808719-pat00003
(상기 화학식 1에서 A는 N-니트로소메탄아민, N'-하이드록시이미도포름아미드, (하이드록시니트릴리오)메탄나이드암모니에이트, 우레아, 디아제닐메탄올 및 3-디아지리디놀 중에 하나이고, R1은 에테르 작용기가 포함된 6개의 탄소를 갖는 가지형구조의 알킬이고, R2는 단독으로 수소를 포함하고, R3와 R4는 단독으로 수소를 포함하며, m과 n의 합은 5 내지 20의 정수이고, o는 2 내지 30의 정수이며, X는 할로겐 이온 중에 하나이다.)
도금
상기와 같은 조성으로 제조된 니켈 도금액을 32 ℃ 내지 60 ℃의 온도에서 0.5 내지 30 ASD(Ampere per Square Deci-meter)의 전류밀도 범위로 전류를 인가하여 표면에 굴곡이 형성된 스테인레스강 기재에 니켈 도금막을 형성하였다.
여기서 그물망 형상으로 형성된 상기 스테인레스강을 전극지지체로 사용하였다.
도금층 관찰
스테인레스강 표면 상에 도금층이 균일하게 형성되었는지 확인하기 위하여 도 1과 같이 굴곡이 형성된 시편의 표면에 본 발명의 실시예1에 따른 도금액으로 도금 후 폴리싱을 하여 광학현미경(Optical microscopy) 으로 단면을 확인하였다.
도 4는 본 발명의 실시예1에 따른 도금층의 단면을 촬상한 사진이다. 여기서 도 4는 실험의 정확도를 향상시키기 위해 도 3과 동일한 조건으로 단면을 촬상하였다.
도 4에 촬상된 바와 같이, 스테인레스강 굴곡진 표면 상에 도금층이 균일하게 형성된 것을 볼 수 있다. 이는 본 발명의 실시예1과 같이, 도금액 상에 평탄제를 첨가함으로써 스테인레스강 시편의 굴곡진 표면에 균일한 도금층을 형성할 수 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예1에 따른 도금액은, 도금액 상에 평탄제를 포함시킴으로써 시편의 굴곡진 형상의 표면에도 도금층을 균일하게 형성시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 전해도금용 평탄제
    [화학식 1]
    Figure 112019026232032-pat00004

    (상기 화학식 1에서,
    A는 에테르 작용기, 에스테르 작용기 및 카르보닐 작용기 중 하나 이상을 포함하고,
    T1 및 T2는 같거나 상이하며, 독립적으로 수소를 포함하거나, 에테르 작용기를 포함하는 1 내지 10개 사이의 탄소를 갖는 선형 구조의 알킬이거나, 또는 에테르 작용기를 포함하는 5개 내지 20개 사이의 탄소를 갖는 가지형 구조의 알킬이고,
    T3 및 T4는 같거나 상이하며, 독립적으로 수소를 포함하거나, 1개 내지 10개 사이의 탄소를 갖는 선형 구조의 알킬이거나, 또는 5개 내지 20개 사이의 탄소를 갖는 가지형 구조의 알킬이고,
    m과 n의 합은 1 내지 50의 정수이고,
    o는 1 내지 100의 정수이고,
    X는 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I), 질산염(NO3), 황산염(SO4), 탄산염(CO3) 및 수산기(OH)로 이루어진 이온 군 중 하나 이상을 포함함).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 100 내지 500,000g/mol의 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 니켈 전해도금용 평탄제.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 니켈 전해도금용 평탄제는 니켈 도금액에 0.1 내지 1,000mg/mg/ℓ의 농도로 첨가되는 것을 특징으로 하는 니켈 전해도금용 평탄제.
  4. 표면에 굴곡이 형성된 기재 상에 니켈 도금층을 형성하기 위한 니켈 도금액에 있어서,
    니켈 이온을 함유하는 전해질 수용액; 및
    니켈 전해도금용 평탄제, 광택제 및 응력제거제를 포함하는 유기첨가제; 를 포함하고,
    상기 니켈 전해도금용 평탄제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 도금액
    [화학식 1]
    Figure 112019026232032-pat00005

    (상기 화학식 1에서,
    A는 에테르 작용기, 에스테르 작용기 및 카르보닐 작용기 중 하나 이상을 포함하고,
    T1 및 T2는 같거나 상이하며, 독립적으로 수소를 포함하거나, 에테르 작용기를 포함하는 1 내지 10개 사이의 탄소를 갖는 선형 구조의 알킬이거나, 또는 에테르 작용기를 포함하는 5개 내지 20개 사이의 탄소를 갖는 가지형 구조의 알킬이고,
    T3 및 T4는 같거나 상이하며, 독립적으로 수소를 포함하거나, 1개 내지 10개 사이의 탄소를 갖는 선형 구조의 알킬이거나, 또는 5개 내지 20개 사이의 탄소를 갖는 가지형 구조의 알킬이고,
    m과 n의 합은 1 내지 50의 정수이고,
    o는 1 내지 100의 정수이고,
    X는 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I), 질산염(NO3), 황산염(SO4), 탄산염(CO3) 및 수산기(OH)로 이루어진 이온 군 중 하나 이상을 포함함).
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 니켈 전해도금용 평탄제는 100 내지 500,000g/mol의 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 니켈 도금액.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 니켈 전해도금용 평탄제는 상기 니켈 도금액에 0.1 내지 1,000mg/ℓ의 농도로 첨가되는 것을 특징으로 하는 니켈 도금액.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 광택제 및 상기 응력제거제는 각각 100 내지 100,000g/mol의 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 니켈 도금액.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 광택제는 상기 니켈 도금액에 0.1 g/l 내지 30 g/l의 농도로 첨가되고,
    상기 응력제거제는 상기 니켈 도금액에 0.1 mg/l 내지 20 g/l의 농도로 첨가되는 것을 특징으로 하는 니켈 도금액.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 광택제는 5-nitro-indazole, 5-amino-indazole, 5-sulfanilamido-indazole, 6-sulfanilamido-indazole, 7-sulfanilamido-indazole, 5-indazole sulfonic acid, 6-indazole sulfonic acid, 7-amino-indazole, 7-nitro-indazole, 7-amino-4-indazole sulfonic acid, 7-amino-4,6-inolazole disulfonic acid, 4-chloro-5-nitro-indazole, 5-nitro-4-indazole sulfonic acid, 5-amino-4-indazole sulfonic acid, 4-indazo1e sulfonic acid, 7-indazole sulfonic acid, 7-hydroxy- indazole, 6-amino-indazole, 6-amino-7-indazole sulfonic acid, 6-amino-5,7-indazole disulfonic acid, 6-chloro-6-phenoxy-indazolc, 5,6-dinitro-indazole, 6-hydroxy-indazole, 7-nitro-4-indazole sulionic acid, 4-hydroxy-indazole, 5-hydroxy-indazole, 5-chloro-5-nitro-indazole, 6-amino-4-indazole sulfonic acid, 6-nitro-7-chloro-indazole, 5-nitro-6-indazole sulfonic acid, 5-amino-6-indazole sulfonic acid, 7-acetamido-indazole, 4-nitro-7-acetamido-indazole, 4-amino-7-acetamido-indazole, 7-amino-5-indazole sulfonic acid, 4-nitro-5-chloro-7- amino-indazole, 4-nitro-7-amino-5-indazole sulfonic acid, toluene sulfonic acids 및 toluene sulfonamides로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 도금액.
  10. 청구항 4에 있어서,
    상기 응력제거제는 benzene sulfonamide, bisbenzene sulfonamide, sodium saccharin, sulfur salicylic acid 및 benzene sulfonic acid로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 도금액.
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