KR20030023998A - 플라스틱 성형품의 표면처리 방법 및 그에 의해 제조된플라스틱 성형품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면이 높은 강도와 내마모성을 가지고 있으며, 금속의 광택면

또는 광택을 지우는 면으로 표면처리를 한 플라스틱 성형품 및 성형품의 제조방법에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명은 플라스틱 성형품의 표면에 단단한 코팅층 및 금속증착막층, 스퍼터링을 수반하는 이온 도금에 의한 금속 및 금속화합물의 층을 순서대로 표면처리하여 이루어지는 것으로, 종래처럼 플라스틱 성형품의 평활도(平滑度)를 특별히 높이는 작업 예를 들면 크롬 도금을 하지 않고 제조하여도 충분한 표면강도와 함께 피막의 금속 또는 금속화합물이 본래 가지고 있는 아름다운 색채의 광택 표면 또는 광택지우기 표면을 갖는 표면 플라스틱 성형품을 만들 수가 있게 되는 것이어서, 본 발명은 값이 싸고 경량인 플라스틱을 아주 유용하게 활용할 수가 있는 것이다.

Description

플라스틱 성형품의 표면처리 방법 및 그에 의해 제조된 플라스틱 성형품{coating method of plastic}

본 발명은 표면이 높은 강도와 내마모성을 가지고 있으며, 금속의 광택면

또는 광택을 지우는 면으로 표면처리를 한 플라스틱 성형품 및 성형품의 제조방법에 관한 것이다.

원래 플라스틱은 성형성이 높다는 것, 경량이라는 것, 비교적 값이 싸다는 것등의 이점 때문에 여러가지 부품의 제조에 사용되고 있으나, 표면강도가 낮고 흠집이 생기기 쉽다는 것, 외관이 그다지 보기가 좋지 못하다는 것등의 한계가 있었다. 따라서 이점을 보강하기 위한 표면처리기술이 여러가지로 개발되고 있는바, 예를 들면 크롬 도금등의 금속도금이 현재로서는 많이 사용되고 있는 실정이다.

한편 크롬 도금의 경우는 통상 플라스틱 성형품에 대하여 먼저 전해(電解)가 없는 도금을 해서 표면을 동으로 피복하고 이렇게 얻어진 전도성(傳導性) 피막을이용하여 크롬이 전해도금을 하는 순서를 따르고 있다.

그러나 이와 같은 크롬도금은 환경상의 문제 때문에 가까운 장래에는 이것을 사용하기가 어려울 것으로 생각되므로 이를 대신하는 기술이 요구되고 있다. 여기서 주목되는 것이 금속의 증착(蒸着)이나 이온(Ion)피막과 같은 건식(乾式)표면처리 기술이다. 그러나 금속증착은 단지 금속의 피막을 플라스틱 성형품의 표면에 형성시키는 것 뿐이기 때문에 금속의 광택을 실현하는 데는 효과가 있으나, 실용적인 조업 조건으로 형성되는 피막의 두께에는 한계가 있어, 표면강도의 향상에는 그다지 도움이 되지 않는다.

이에 대하여 이온 도금에 의한 피막은 금속의 질화물(窒化物)이나 탄화물같은 대단히 강한 물질로 피막을 형성할 수가 있기 때문에 표면의 강도를 높인다고 하는 욕구를 충족시킬 수가 있다. 이와 같은 금속화합물은 금색, 흑색, 핑크 등 금속고유의 색을 초월한 색채를 가지고 있으며, 여러가지 색을 혼합할 수도 있기 때문에 다양성이 풍부한 외관을 갖는 제품을 만들어 낼 수가 있게 되는 것이다.

그러나 통상의 이온 피막은 처리온도가 200℃ 또는 그 이상에 달하기 때문에 이 방법으로 표면처리를 할 수 있는 플라스틱 재료는 극히 한정돼 있어, 그 적용범위는 좁아지게 되는 것이다. 즉 말할 것도 없이 100℃를 초과하는 온도에 있어서는 거의 대부분의 열가역성 합성수지는 연화 또는 용융(熔融)되기 때문에 플라스틱의 높은 가공성과 이온도금의 이점을 서로 양립(兩立)시킬 수가 없는 것이다.

한편 보다 낮은 온도에서 실시가 가능한 것은 스퍼터링(SPUTTERING)을 수반하는 이온(ION) 도금이다. 따라서 발명자들은 플라스틱의 표면처리에 스퍼터링을수반하는 이온 도금을 실시하여 플라스틱 표면에 TiN(질화티타늄)과 같은 금속화합물의 피막을 형성하는 일을 연구하여 왔다. 당초에는 외관이 좋은 표면 처리 제품을 만들수는 없었다. 이온 도금에 의한 피막은 기초가 되는 플라스틱 성형품의 표면위에 충실하게 형성되고 그 두께가 0.1-1㎛ 정도로 얇기 때문에 바탕의 형상이 그대로 나타나게 된다. 따라서 플라스틱을 형성하는 금형의 내면을 평활하게 하여 크롬도금을 하면 개선이 되지만 이것은 비용을 증가시키고 환경을 오염시키기 때문에 크롬도금은 실용적인 도금이 되질 못하는 것이다.

따라서 이온 도금에 의하여 피막을 두껍게 하므로서 위에서 말한 문제를 해결해 보려 하였으나 이도 역시 만족 할 만한 성과를 얻지 못하였다. 즉 TiN과 같은 금속화합물은 세라믹스(ceramics)이기 때문에 그 피막은 가요성이 빈약하여 플라스틱 성형품의 표면으로부터 박리(剝離)되거나 균열이 생기기가 쉽기 때문이다. 그리고 플라스틱에 첨가되는 가역제나 박리제가 진공처리시에 기화되거나 원하고 있는 금속화합물의 생성을 방해한다고 하는 새로운 문제에 부딪치게 되었다. 이에 대한 대책으로 발명자들은 플라스틱 성형품의 표면에 경화(硬化)수지 도료를 도포하고 이것을 경화시켜 단단한 코팅층을 형성하고 거친 플라스틱 표면을 고르게 하고 비교적 부드러운 플라스틱과 단단한 이온 도금 피막과의 사이를 조화시키며, 동시에 플라스틱에서 기화되는 가역제나 박리제등을 봉해버리는 일을 시도해 보았다. 이 시도는 어느 정도 성공을 하여 이온 도금 피막의 박리나 균열 첨가제의 악영향등은 막을 수가 있었으나 표면처리 제품은 미관의 면에서 불만족한 것이었다. 즉 기대하였던 산뜻한 제품을 만들수는 없었고 칙칙한 색채의 것만이 나왔다.

본 발명의 목적은 플라스틱 성형품의 표면을 스퍼터링을 수반하는 이온 도금으로 피복하는 기술을 개량하고 높은 표면 강도를 갖게 하며 보기 좋은 외관을 갖는 제품 및 제품의 제조 방법을 제공하려는데 있다.

한편 본 발명에 의하여 표면처리를 한 플라스틱 성형품은 그림 1에 모식적으로 표시한 바와 같이 플라스틱 성형품(1) 위에 단단한 코팅층(3), 금속증착막층(4) 스퍼터링을 수반하는 이온 도금에 의한 금속 또는 금속화합물층(5)의 순서로 표면처리하는 것이 바람직하며, 플라스틱 성형품(1)의 표면과 단단한 코팅층(3) 사이에는 양자의 밀착을 도와주는 재료의 프라이머(primer)층을 설치하는 것이 바람직하다.

위와 같이 표면처리를 한 플라스틱 성형품을 제조하는 이 방법은 플라스틱 성형품의 표면에 단단한 코팅층을 형성하고 그 위에 금속으로 증착을 하여 증착막을 형성한 다음에 스퍼터링을 수반하는 이온 도금에 의하여 금속 또는 금속 화합물의 층을 만드는 일로 이루어진다.

한편 이와 같은 방법으로 제조될 수 있는 플라스틱 제품은 귀걸이, 팔찌, 브럿치, 손목시계부품, 가방부품, 신발부품 등 장신구류나 자동차부품, 전자제품, 수도부품, 식기류와 관계된 것등 다양한 제품으로 제조될 수 있다.

도1은 본 발명에 의하여 표면처리된 플라스틱 성형품에 있어서 표면층의 구성을 나타낸 단면도.

본 발명은 플라스틱 성형품(1)의 표면에 단단한 코팅층(3) 및

금속 증착막층(4) 및 스퍼터링을 수반하는 이온 도금에 의한 금속 및 금속화합물층(5)을 순서대로 표면처리하여 이루어지는 것을 특징으로 한 플라스틱 성형품 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이하 본 발명을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

(1) 플라스틱 성형품의 재질

본 발명의 표면처리를 적용하는 플라스틱 성형품은 내열온도가 낮은 것은 처리중에 성형품이 변형될 염려가 있기 때문에 부적당하다. 따라서 이점에 유의하여 플라스틱의 재질을 선택하여야 하는 바, 적당한 플라스틱의 종류를 말하면 폴리우레핀, 폴리스틸렌, ABS수지, 아크릴수지 및 폴리카보네이트 열가역성 수지 등이 있다.

(2) 프라이머(primer)층 및 단단한 코팅(coating)층 형성

단단한 코팅층 및 프라이머층에 관하여는 이전부터 플라스틱 성형품의 내마모성을 높이기 위하여 여러가지 단단한 코팅제와 프라이머제가 개발되어 사용되고 있으므로 그 중에서 적절한 것을 고르면 되는 것으로, 기본 재료로 된 플라스틱과의 친화성(親化性)을 주로 고려하여 결정을 한다.

본 발명에서 사용되는 코팅제로는 경화형 우레탄수지, 경화형 실리콘수지, 자외선 경화형의 아크릴수지 등이 있다.

상기에 있어 단단한 코팅층은 경우에 따라서는 2층 또는 그 이상까지도 겹치게 할 수도 있다. 예를 들면 특히 튼튼한 표면을 형성하고자 할 때에는 바깥쪽의 단단한 코팅층을 단단하게 하고 그것을 지탱하는 안 쪽의 단단한 코팅층은 비교적 부드럽고 기본 재료의 플라스틱과의 친화성이 좋은 것을 골라서 배합을 시키는 방법도 쓸 수가 있다. 단단한 코팅층의 두께는 통상 적어도 3㎛(다층(多層)의 경우에는 합계의 두께)가 필요하지만 50㎛를 초과하는 두께는 불필요하다.

(3) 금속 증착막층 형성

금속 증착막층은 스퍼터링(sputtering)을 수반하는 이온 도금에 의하여 금속 또는 금속화합물의 피막을 생성시킬 때 단단한 코팅층에 직접 금속 이온이 충돌을 하면 그 에너지가 크기 때문에 단단한 코팅층 속으로 깊이 들어가서 도금 피막의 배합이 금속 또는 금속화합물의 배합과 다른 것으로 된다.

즉 금속 또는 금속화합물의 질서정연한 결정(結晶) 과 배합(配合)이 이루어지지 않게 되는바, 이것이 바로 칙칙한 색이 되는 원인이 된다. 그러나 금속 증착막은 금속의 원자가 격자(格子)를 구성하여 존재하기 때문에 금속 증착막층을 구성하는 금속으로서 적절한 금속을 선택하면 금속 이온의 충격을 막고 그 표면에 금속 또는 금속화합물의 질서 정연한 결정 격자가 이루어지는 것을 가능케 하는 것이다.

따라서 본 출원인이 연구를 거듭한 결과 금속 증착막을 구성하는 금속으로서는 Ti, Cr, V 및 Zr중에서 하나를 선택하여 사용하는 것이 바람직함을 알았다.

또한 일반적으로 위의 작용을 고려할 때 이온 도금에 의하여 형성되는 피막의 금속과 같은 것이 좋다. 금속증착막층의 두께는 그 효과를 확보하기 위하여 적어도 0.01㎛정도가 되어야 하지만 1㎛을 초과하는 두께는 필요하지 않다.

(4) 이온 도금에 의한 피막층 형성

본 발명에 있어서 마지막으로 덧입혀지는 지는 층은, 이온 도금에 의한 피막층이다. 상기에 있어 이온 도금층을 구성하는 금속 또는 금속화합물은 하나는 표면처리제품에서 원하는 표면의 물적성질에 의하여 또 하나는 색채에 의하여 선택을 해야 한다. 좋은 예는 TiN, TiC 및 (Ti,Al)-N이며 이들의 색채는 각각 금색(TiN), 흑색(TiC) 및 부라운색{(Ti,Al)-N}을 갖게 되며, 피막층의 두께는 표면의 물적성질의 향상을 위하여 적어도 0.1~0.5㎛까지의 두께는 필요로 한다.

또한 본 발명에 의하여 표면 처리된 플라스틱 성형품의 준비와 단단한 코팅층의 형성은(프라이머의 이용을 포함) 플라스틱 가공의 분야에서, 그리고 그것에 이어지는 금속 증착막의 형성과 이온 도금에 의한 피막의 형성은 진공처리 분야에서 이미 알려진 기술에 의하여 기존의 설비를 사용하여 실시할 수도 있다.

이하 구체적인 실시예(재질이 ABS 수지인 승용차의 프론트 그릴에 장치하는 인프레임(enframe)의 표면처리방법)를 통하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

* 실시예

(1) 플라스틱 성형품 준비 단계

ABS 수지의 사출(射出)에 의하여 승용차의 프론트 그릴(front greel)에 장치하는 enprame 형상의 플라스틱 성형품을 준비한다.

(2) primer층 형성단계

상기 성형품을 primer제로 준비한 통상의 용제용액(우레핀 올리고마)에 담구었다가 끄집어내서 자연히 흘러내리는 방식으로 물기를 빼고 실내온도에서 바람에 말린 후에 적정한 온도로 가열하여 경화시켜 primer층을 형성한다.

(3) 단단한 코팅층 형성단계

상기 primer층 위에 단단한 코팅재료로 준비한 용액(경화형의 우레탄 수지)을 원형(圓形) 분중량(分重量)으로 하여 도포하고 건조시킨 후 가열시켜 경화시킨다.

(4) 금속 증착막층 형성단계

이와 같이 해서 얻어진 단단한 코팅층의 표면에 진공증착에 의하여 두께 0.1㎛ 정도의 Ti증착막을 형성시킨다.

(5) 이온도금에 의한 피막층 형성단계

상기 금속 증착막층 표면위에 통상의 조건으로 이온도금을 실시하여 0.1~0.5㎛의 두께의 TiN의 피막층을 갖게 한다. 상기와 같이 TiN의 피막층을 구성시키면 광택이 있는 금색의 호화스러운 외관을 갖는 enframe을 얻을 수 있게 되는 것이다.

상기 enframe의 경우 표면강도를 테스트를 통하여 측정하여 본 결과 기존에 비하여 월등히 강한 내마모성을 얻을 수가 있었으며, 작은 충격에 대한 견고성을 검사해 본 결과 충분히 실용적으로 내구력을 갖는 것으로 확인되었다.

본 발명처럼 플라스틱 성형품의 표면에 단단한 코팅층, 금속증착막층, 스퍼터링을 수반하는 이온 도금에 의한 금속 및 금속화합물층을 순서대로 표면처리하게되면 종래처럼 플라스틱 성형품의 평활도(平滑度)를 특별히 높이는 작업 예를 들면 크롬 도금을 하지 않고 제조하여도 충분한 표면강도와 함께 피막의 금속 또는 금속화합물이 본래 가지고 있는 아름다운 색채의 광택 표면 또는 광택지우기 표면을 갖는 표면 플라스틱 성형품을 만들 수가 있게 되는 것이어서, 본 발명은 값이 싸고 경량인 플라스틱을 아주 유용하게 활용할 수가 있는 것이다.

Claims (7)

1. 플라스틱 성형품의 표면에 단단한 코팅층, 금속증착막층, 스퍼터링을 수반하는 이온 도금에 의한 금속 및 금속화합물층을 순서대로 입혀서 표면처리한 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형품
2. 제1항에 있어서, 플라스틱 성형품의 재질은 폴리우레핀, 폴리스틸렌, ABS수지, 아크릴수지 및 폴리카보네이트 열가역성 수지 중의 하나인 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형품.
3. 제1항에 있어서, 단단한 코팅층을 구성하는 재료는 경화형의 우레탄 수지, 경화형의 실리콘 수지, 자외선 경화형의 아크릴 수지중의 하나이며, 코팅층의 두께는 3㎛-60㎛ 인 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형품.
4. 제1항에 있어서, 금속 증착막층을 구성하는 금속의 재료는 Ti, Ti합금, Cr, V, Zr, Cu, Pd, Pd합금, Au, Au합금 중의 하나이며, 그 증착막층의 두께는 0.01㎛-1㎛인 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형품.
5. 제1항에 있어서, 이온 도금에 의한 피막층을 형성하는 금속 또는 금속화합물은 TiN, TiC, (Ti,Al)-N, CrN, TiAlC, TiAlCn, TiAlN, Cu, Au, Au합금, Pd 중의 하나로 이루어지며, 피막층의 두께는 0.01㎛-3㎛인 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형품.
6. 제1항 내지 제5항에 있어서, 플라스틱 성형품의 표면과 단단한 코팅층 사이에 밀착을 도와주는 primer층을 형성토록 한 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형품.
7. 플라스틱 성형품의 표면에 단단한 코팅층, 금속증착막층, 스퍼터링을 수반하는 이온 도금에 의한 금속 및 금속화합물층을 순서대로 입혀서 표면처리하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 성형품의 제조방법.