KR102108660B1 - 원단 표면에 금속박막을 코팅하는 방법 및 이에 의해 금속박막이 코팅된 원단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원단 표면에 우수한 계면결합력을 가지도록 금속층을 코팅할 수 있는 방법에 관한 것으로, 본 발명은 원단을 외부와 밀폐된 챔버 내부로 투입하는 단계와, 챔버 내부의 공기를 흡입하여 원단에 잔존하는 수분을 배출하여 제거하는 단계, 및 수분이 제거된 원단 표면에 금속을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 세탁이나 마찰에도 견뢰도가 우수하여 전기기능성이 요구되는 산업용소재로는 물론, 금속색이 발현되는 고급스러운 이미지를 연출할 수 있어 커튼이나 블라인드, 또는 의복 등과 같이 인테리어나 패션소재로서도 활용이 가능하다.

Description

원단 표면에 금속박막을 코팅하는 방법 및 이에 의해 금속박막이 코팅된 원단{Methode for coating metal thin film on the fabric surface and fabric coated with metal thin film by the methode}

본 발명은 원단 표면에 금속박막을 코팅하는 방법 및 이에 의해 금속박막이 코팅된 원단에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원단 표면에 우수한 계면결합력을 가지도록 금속층을 코팅하여 전기기능성이 요구되는 산업용소재는 물론, 인테리어나 패션소재로도 사용이 가능하도록 원단 표면에 금속박막을 코팅하는 방법과 금속박막 코팅원단에 관한 것이다.

원단의 특성을 그대로 유지하면서 다양한 기능이 발현되는 기능성 원단이 개발되고 있는데, 특히 경박단소한 전자기기가 개발 및 사용됨에 따라 전기전도 특성을 부여한 기능성 원단에 대한 수요가 증가하고 있다.

원단에 전기전도성을 부여하는 방법으로 원사에 전기전도성 물질을 코팅하거나 방사원액에 혼합하는 방법, 원단표면을 도금하거나 금속을 증착하는 방법 등이 사용되고 있다. 그 중에서도 금속을 가열 기화시켜 원단 표면에 증착하여 코팅하는 방법이 최근 많이 사용되고 있는데, 이와 같은 증착방법이 대한민국 특허공개 제2012-0080105호, 제2011-0123909호, 및 제2002-0042202호 등에 개시되어 있다.

이와 같은 방법은 박막형태의 금속층을 원단 표면에 원하는 두께로 코팅할 수 있다는 장점은 있으나, 원단을 형성하는 원사 사이의 미세기공에 존재하는 수분이나 습기에 의해 원단 표면에 증착되는 금속입자의 계면 결합력이 약한 문제가 있다.

특히, 원단은 그 사용특성상 잦은 세탁과 마찰에 노출됨에 따라, Å나 ㎛ 단위의 얇은 박막이 약한 계면결합력으로 원단표면에 형성된 금속박막은 표면마찰이나 세탁에 의해 원단표면으로부터 이탈되어 코팅층이 손상되는 문제가 있다.

대한민국 공개특허공보 제2012-0080105호(발명의 명칭: 알루미늄이 증착된 보온성 원단) 대한민국 공개특허공보 제2011-0123909호(발명의 명칭: 금속증착 나노섬유 복합체 및 그 제조방법) 대한민국 공개특허공보 제2002-0042202호(발명의 명칭: 은증착원단 가공방법)

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명은 원단표면과 금속코팅층 간의 계면에 보다 강한 결합력으로 코팅되어 마찰이나 세탁에도 안정되게 결합될 수 있는 금속박막이 형성될 수 있는 원단표면에 금속박막을 형성하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 원단의 표면에 금속박막을 코팅하는 방법으로, 원단을 외부와 밀폐된 챔버 내부로 투입하는 단계와, 챔버 내부의 공기를 흡입하여 원단에 잔존하는 수분을 배출하여 제거하는 단계, 및 수분이 제거된 원단 표면에 금속을 증착하는 단계를 포함하는 원단 표면의 금속박막 코팅방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 챔버 내부의 공기를 흡입하여 챔버 내부를 진공압으로 형성하여 원단의 수분을 제거하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 챔버 내부의 압력을 10^-1~10^-8 Torr로 형성하여 원단의 수분을 제거하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 진공압으로 형성된 챔버 내부로 불활성 가스를 주입 가열하여 원단의 수분을 제거하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 챔버 내부의 송풍팬으로 불활성 가스의 가열 기류를 형성하여 원단의 수분을 제거하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 챔버 내부에 설치된 롤러를 통해 이송되는 원단 표면으로 타겟금속을 스퍼터링하여 금속을 증착하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 증착되는 금속은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 백금(Pt), 티타늄(Ti) 중 어느 하나 또는 이들의 합금을 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 이와 같은 코팅 방법 중 어느 하나의 방법으로 제조되는 금속박막 코팅원단을 제공한다.

본 발명에 따르면, 원단 표면에 금속층을 우수한 계면결합력을 가지도록 형성할 수 있어 세탁이나 마찰에도 견뢰도가 우수하여 전기기능성이 요구되는 산업용소재로는 물론, 금속색이 발현되는 고급스러운 이미지를 연출할 수 있어 커튼이나 블라인드, 또는 의복 등과 같이 인테리어나 패션소재로서도 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원단 표면에 금속박막을 코팅하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 금속박막이 증착되는 챔버의 구성을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 챔버 내부에서 원단표면에 금속박막이 증착되는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 챔버 내부에서 가열기류의 흐름을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면에 금(Au)이 증착된 원단사진이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로서, 도면에서의 요소의 형상, 요소의 크기, 요소간의 간격 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되거나 축소되어 표현될 수 있다.

또한, 실시예를 설명하는데 있어서, 만일 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “형성되어”, “구비되어”, “결합되어”, “고정되어” 있다고 기재된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 형성, 구비, 결합 또는 고정되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 실시예를 설명하는데 있어서 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따라 원단 표면에 금속박막을 코팅하는 방법을 도시한 순서도로, 본 발명에 따른 원단 표면에 금속박막을 코팅하는 방법은 원단을 외부와 밀폐된 챔버 내부로 투입하는 단계(S10), 챔버 내부의 공기를 흡입하여 원단에 잔존하는 수분을 배출하여 제거하는 단계(S20), 수분이 제거된 원단 표면에 금속을 증착하는 단계(S30)를 포함하여 이루어진다.

도 2는 금속박막이 증착되는 챔버(20)의 구성을 도시한 단면도이고, 도 3은 챔버 내부에서 원단(10) 표면에 금속박막이 증착되는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2,3을 참조하면, 먼저 원단(10)을 외부와 밀폐된 챔버(20) 내부로 투입한다(S10). 본 발명의 원단은 폴리에스테르, 나일론, 아크릴과 같은 합성섬유나, 면, 실크, 레이온과 같은 천연섬유가 교직 또는 편직되어 형성된다. 원단의 조직을 이루는 원사 사이에 다수의 미세기공이 형성되어 있는데, 후술하는 바와 같이 미세기공에 존재하는 습기나 수분을 제거하고 원단 표면에 금속을 증착하기 위하여 도 2에 도시된 챔버(20)로 원단(10)을 투입한다. 챔버(20)는 원단(10)이 내·외부로 출입 가능하도록 입구와 출구가 마련된 터널형으로 형성되며, 입구 및 출구에는 도어가 설치되어 챔버(20)를 개폐한다. 챔버(20)의 내부로 투입된 원단(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 원단풀림롤러(31)에서 풀림되어 안내롤러(32)에 의해 안내되고 작업롤러(33) 상에서 수분제거와 금속증착이 이루어지며, 작업이 완료된 원단(10)은 원단권취롤러(34)에 의해 감겨진다.

다음으로, 원단(10)이 이송되는 챔버(20)의 내부 공기를 흡입하여 원단(10)에 잔존하는 수분을 배출하여 제거한다(S20). 이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(20)의 외측에는 진공펌프(40)에 연결된 흡입유로(21)가 구비되어 챔버(20)의 내부 공기가 진공 흡입되는데, 챔버 내부의 압력이 10^-1~10^-8 Torr의 진공압으로 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 챔버(20)의 내부를 진공압 분위기로 형성함으로써 챔버(20) 내부에서 펼침되어 이송되는 원단(10)에 존재하는 수분이나 습기가 제거되어 외부로 배출된다. 수분이나 습기를 효율적으로 제거하기 위하여 원단(10)을 가열하는 것이 바람직한데, 이를 위하여 챔버(20)의 내측에는 히터(22)가 구비되며, 히터(22)는 작업롤러(33)의 표면에 구비될 수도 있다. 이때, 진공압 분위기에서는 히터(22)로부터 발생한 열이 대류 등의 의한 열전달이 낮아져 수분의 제거에 많은 시간과 에너지가 소모될 수 있어, 진공압으로 형성된 챔버(20) 내부로 질소나 아르곤과 같은 불활성 가스를 주입하여 원단(10)으로 열을 전달시키는 것이 바람직하다. 불활성 가스는 원단(10)과 화학반응 없이 챔버(20) 내부의 열을 전달하는 매개체로 사용되는데, 챔버(20)의 외측에는 불활성가스가 주입되는 주입유로(23)가 구비되고, 챔버(20)의 내부 상측에는 가열된 불활성 가스를 순환시키도록 순환팬(24)이 구비된다. 따라서, 챔버(20) 내부로 주입된 불활성 가스는 히터(22)에 의해 가열되고, 순환팬(24)에 의해 원단(10)의 주변에 가열기류를 형성함으로써 신속하게 원단(10)의 수분과 습기를 제거할 수 있다. 이와 같이 챔버(20) 내부에서 형성된 가열기류의 흐름이 도 4에 도시되어 있다.

그 다음으로, 원단(10)으로부터 수분이나 습기가 제거되면 원단(10) 표면에 금속을 증착한다(S30). 금속증착 방법으로 스퍼터링(sputtering)이 사용되며, 이를 위해 도 3에 도시된 바와 같이 작업롤러(33)의 주변에 다수의 스퍼터(50)가 구비된다. 스퍼터(50)는 증착막을 형성할 물질인 타겟금속과 타겟금속의 구성 원자를 방출시키기 위한 전원인 캐소드를 포함하여 구성되며, 작업롤러(33)의 주위에 배치되어 이송되는 원단(10)의 표면에 타겟금속을 스퍼터링하여 증착시킨다. 착되는 금속은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 백금(Pt), 티타늄(Ti) 중 어느 하나 또는 이들의 합금을 사용할 수 있다. 증착되는 금속층의 두께는 20∼500㎛인 것이 바람직한데, 두께가 20㎛ 미만이면 금속층의 두께가 너무 얇아 실효성이 없으며, 금속층의 두께가 500㎛를 초과하면 원단(10)의 유연성이 저하될 우려가 있다.

한편, 금속증착 방법으로는 스퍼터링 이외에 이온플레이팅(ion plating), 아크증착(Arc deposition), 이온빔보조증착(Ion beam assisted deposition), 저항가열식 진공증착(evaporation) 등의 방법에서 선택하여 사용할 수 있다.

<실시예1>

경사는 42 데니어의 실크생사 단사를 사용하고, 위사로는 21 데니어의 실크사를 높은 꼬임수로 4합한 실크생사를 사용하여, 경사 방향 길이가 0.5 내지 10 cm가 되도록 실크직물의 제직하였다. 제직한 실크직물을 챔버에 투입한 후, 2.0×10^-7 Torr 의 진공압력에서 30분 동안 수분을 제거한 후, 스퍼터를 이용하여 원단의 표면에 금(Au)을 100㎛ 두께로 증착하여 도 5와 같은 원단을 제조하였다.

<실시예2>

면사를 이용하여 경사밀도가 47본/인치이고 위사밀도가 48본/인치으로 평직으로 면직물을 제직하였다. 제직한 면직물을 챔버에 투입한 후, 2.0×10^-7 Torr 의 진공압력에서 30분 동안 수분을 제거한 후, 스퍼터를 이용하여 원단의 표면에 금(Au)을 100㎛ 두께로 증착하여 원단을 제조하였다.

<비교예1>

실시예1에서 제직한 실크직물을 챔버에 투입한 후, 스퍼터를 이용하여 직물의 표면에 금(Au)을 100㎛ 두께로 증착하였다.

<비교예2>

실시예2에서 제직한 면직물을 챔버에 투입한 후, 스퍼터를 이용하여 직물의 표면에 금(Au)을 100㎛ 두께로 증착하였다.

<견뢰도 측정>

(1)마찰 견뢰도 측정

마찰견뢰도 ISO 105-C06(60℃ x 30min) 조건을 기준(건마찰 및 습마찰)으로 금(Au)이 증착된 원단표면의 마찰 견뢰도에 적용할 백포 원단(Cotton)을 사용하여 규격에 따라 건, 습 마찰 견뢰도를 테스트한 다음 백포 원단에 오염된 정도를 그레이 스케일(Gray-Scale)로 판단하였다(Gray-Scale 기준 최저등급 1급, 최고등급 5급).

(2)세탁 견뢰도 측정

세탁견뢰도는 ISO 105-C06(60℃ x 30min) 조건을 기준으로 규격에 따라 제조된 비누액을 사용하며, 금(Au)이 증착된 원단표면에 백포 원단을 첨부하되 금속증착 원단과 백포 원단의 간격이 떨어지지 않게 실로 꿰매어 규격에 따라 세탁 견뢰도를 테스트한 다음 백포 원단에 오염된 정도를 그레이 스케일(Gray-Scale)로 판단하였다. (Gray-Scale 기준 최저등급 1급, 최고등급 5급)

<마찰 및 세탁 견뢰도 비교>

	마찰견뢰도(급)		세탁견뢰도(급)
	건마찰	습마찰	-
실시예1	4	4~5	4~5
실시예2	4	4~5	4~5
비교예1	2	2~3	3~4
비교예2	2	2~3	3~4

위 표 1의 측정결과와 같이, 수분제거가 이루어진 실시예1,2의 마찰 및 세탁견뢰도 등급이 수분제거가 이루어지지 않은 비교예1,2보다 높음을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 발명은 원단 표면에 금속층을 우수한 계면결합력을 가지도록 형성할 수 있어 세탁이나 마찰에도 견뢰도가 우수하여 전기기능성이 요구되는 산업용 소재로는 물론, 커튼이나 블라인드, 또는 의복 등과 같이 인테리어나 패션소재로서도 내구성있게 사용할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 원단 20: 챔버 21: 흡입유로
22: 히터 23: 주입유로 24: 순환팬
31: 원단풀림롤러 32: 안내롤러 33: 작업롤러
34: 원단권취롤러 40: 진공펌프 50: 스퍼터
S10: 원단을 외부와 밀폐된 챔버 내부로 투입하는 단계
S20: 챔버 내부의 공기를 흡입하여 원단에 잔존하는 수분을 배출하여 제거하는 단계
S30: 수분이 제거된 원단 표면에 금속을 증착하는 단계

Claims (9)

1. 원단의 표면에 금속박막을 코팅하는 방법에 있어서,
   외부와 밀폐되고 내·외부로 출입 가능하도록 입구와 출구가 마련된 터널형의 챔버 내부로 상기 원단을 투입하는 단계;
   상기 챔버 내부로 투입된 원단이 원단풀림롤러에서 풀리고 다수의 안내롤러와 작업롤러에 의하여 펼침되어 이송되는 단계;
   상기 챔버의 외측에 구비된 진공펌프에 연결된 흡입유로를 이용하여, 상기 원단이 펼침되어 이송되는 상기 챔버 내부의 공기를 흡입하여 챔버 내부의 압력을 10^-1~10^-8 Torr로 형성하고, 상기 챔버 내측에 구비되는 히터로 펼침되어 이송되는 상기 원단을 가열하되, 상기 챔버 내부로 불활성 가스를 주입한 후, 챔버의 내부 상측에 구비된 순환팬으로 상기 불활성 가스의 가열 기류를 형성하여 펼침된 원단에 잔존하는 수분을 제거하는 단계; 및
   상기 작업롤러의 주변에 구비되는 다수의 스퍼터를 이용하여 상기 작업롤러 상에 펼침된 원단 표면으로 타겟금속을 스퍼터링하여 수분이 제거된 상기 원단 표면에 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 백금(Pt), 티타늄(Ti) 중 어느 하나 또는 이들의 합금을 포함하여 마찰 및 세탁 견뢰도가 4급 내지 5급인 20∼500㎛ 두께의 금속층을 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원단 표면의 금속박막 코팅방법.
2. 제1항의 코팅방법으로 제조되는 금속박막 코팅원단.
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