KR20060121334A - 플라스틱성형품의 표면코팅방법 및 이를 이용한 코팅층 - Google Patents

플라스틱성형품의 표면코팅방법 및 이를 이용한 코팅층 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라스틱성형품의 표면코팅방법 및 이를 이용한 코팅층에 관한 것으로, 플라스틱성형물의 표면에 유기질과 무기질의 복합막을 형성하여 가스용출 차단과 아울러 표면 경도를 증가시켜 진공챔버에서 대량으로 물리적, 화학적 증착방법에 의한 표면코팅(도금)이 가능하도록 함으로서 습식도금의 대체효과에 따른 각종 경제적 이익창출을 이루기 위해 창출된 것으로,
상기 플라스틱성형품의 표면코팅방법은,
모든 플라스틱의 성형 후 그 표면으로 유기질 피막을 형성하고, 그 외방에 다시 무기질 피막을 형성한 후, 진공챔버내에서 물리적, 화학적 증착을 통해 다양한 색상의 금속질감을 연출할 수 있도록 한 것으로,
플라스틱성형품의 표면에 잔존하는 각종 이물질을 제거하기 위해 압축공기나 기타 용제를 이용하여 세척하여 건조하는 세척공정;
상기 세척공정을 통해 표면을 세정한 플라스틱성형품에 표면경화와 무기질과 접착력이 우수한 유기질을 스프레이 또는 침지에 의한 방법으로 도포하여 피막을 형성하는 유기질피막공정;
상기 유기질피막공정을 통해 표면을 경화한 플라스틱성형품은 가스용출억제를 위해 무기질을 스프레이 또는 침지에 의한 방법으로 도포하여 피막을 형성하는 무기질피막공정;
상기 유기/무기질 피막의 복합피막을 교차형성한 플라스틱성형품에 물리적, 화학적 특성부여와 다양한 색상의 금속질감피막을 구현하기 위해 진공챔버에서 물리적, 화학적 증착을 수행하는 진공증착공정으로 진행되는 것을 특징으로 한다.
습식도금, 건식도금, 진공증착, 플라스틱성형품, 유기질, 무기질, 금속질감

Description

플라스틱성형품의 표면코팅방법 및 이를 이용한 코팅층{The method of surface coating for plastic form and its using coating layer}
도 1은 일반적인 플라스틱성형품의 표면코팅을 나타낸 공정도,
도 2는 일반적인 플라스틱성형품의 표면코팅을 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명이 적용된 플라스틱성형품의 표면코팅방법에 따른 공정도,
도 4는 본 발명이 적용된 플라스틱성형품의 표면코팅층을 도시한 단면도,
도 5는 본 발명이 적용된 플라스틱성형품의 표면코팅층의 다른 실시예를 도시한 단면도.
*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명*
10, 20;플라스틱성형품
11;화학니켈층
12;구리, 구리/니켈합금층
13;크롬도금층
30;유기질피막
40;무기질피막
50;금속질감피막
본 발명은 플라스틱성형품의 표면코팅방법 및 이를 이용한 코팅층에 관한 것으로 더욱 상세하게는 플라스틱 성형품의 표면강화목적이나 금속질감을 연출하기 위해 수행되는 표면코팅(도금)에 있어서; 상기 표면코팅 수행시 무전해방법이나 전해방법등을 배재하고, 유/무기질의 복합막을 통해 표면을 경화시킨 후 그 외방으로 금속화합물을 증착한 구조를 가지는 플라스틱성형품의 표면코팅방법에 관한 것이다.
일반적으로 플라스틱성형품은 다양한 형상의 연출과 기계적 성질등을 이용하여 금속 대체용도로 그 적용속도나 범위가 급속히 확산되고 있는 실정이다.
이러한 플라스틱성형품은 금속과의 동질감을 실현과 내화학성등의 물적 특성을 향상시키기 위해 성형 후 표면에 코팅(이하 도금이라 함)을 통해 금속과 같은 광택 및 특성을 부여하도록 하고 있다.
상기와 같이 플라스틱성형품에 수행되는 도금은 경제성, 경량화, 우수한 성형성 등의 장점을 가지고 있으며, 일반적인 도금 방법으로는 플라스틱 표면에 에칭에 의한 활성화와 무전해도금, 전해도금과 같은 습식도금법과 진공상태에서 증착을 통해 막을 형성하는 건식도금법이 사용되고 있다.
상기 습식도금법은 도 1에서와 같이 플라스틱성형품에 에칭공정과 활성화 공정 후, 니켈(Ni) 또는 구리(Cu)의 무전해도금공정을 거치고, 이어 크롬(Cr)을 이용한 전해도금의 공정을 통해 수행된다.
이처럼 습식도금법을 통해 생성된 제품은 도 2에서와 같이 플라스틱성형품(10)의 전체 표면으로 화학니켈(Ni)층(11)과 그 외방으로 구리 또는 구리/니켈합금(Cu/Ni)층(12) 및 그 외방으로 금속재 질감 표현을 위한 크롬(Cr)도금층(13)으로 구성된다.
이와 같이 습식도금법을 통한 표면코팅은 자동차, 가구, 생활가전등의 하우징재료나 장식용재료로 널리 사용되고 있으며, 특히 화학약품에 의하여 플라스틱성형품의 표면이 활성화되므로 밀착성이 우수한 도금막을 얻을 수 있는 장점을 가진다.
하지만, 상기 습식도금법을 상술한 바와 같은 장점에도 불구하고 도금가능 재질이 ABS수지 내지는 ABS수지가 포함된 복합수지만이 가능하고 기타 대다수의 엔지니어링 플라스틱에는 도금막이 형성되지 않는 소재의 제약성이 뒤따랐다.
또한 습식도금을 위해서는 각종 화학용액이 사용되고, 이러한 용액은 공업폐수배출로 인해 환경오염의 직접적인 원인을 제공함과 아울러 폐수정화를 위한 간접자본의 과다지출을 초래하는 등의 문제점을 안고 있었다.
이에 상기한 습식도금의 폐해를 보완하기 위해 대한민국 공개특허 특허 제2003-74590호를 통해 고분자 소재에 플라즈마로 친수성 관능기를 형성한 후 무전해도금을 실시하는 방법을 제시하고 있으며, 등록특허 제328578호에서는 플라스틱 모재에 진공증착을 위해 표면처리로 미세요철을 형성하고 활성화하여 무전해도금을 진행하여 밀착력을 증대시키는 방법과, 특허출원 제1998-50396호에서는 전도성 폴리머를 코팅하여 표면을 활성화 처리하여 무전해 또는 전해도금을 진행하는 방법을 제시하고 있다.
더불어 미국특허 US3801368호, US5340451호, 유럽특허 EP268821호등에서는 플라즈마 처리 후 촉매 금속을 스퍼터링하여 무전해도금을 하는 방법등을 제시하고 있으나, 이 역시 전처리 까지만 건식방법이 적용되고, 이후의 무전해도금, 전해도금에 사용되는 화학약품은 대부분 중금속물질이 포함된 것이고, 이로 인해 인체에 유해한 가스를 방출하고 환경오염을 야기하는 원인으로 작용하였다.
상기와 같이 화학약품 사용으로 인한 각종 폐해를 가지는 습식도금법에 반하는 건식도금법은 진공증착에 의해 금속박막을 형성하는 것으로, 특히 휴대전화의 생산초기에 전자파 차폐코팅법을 통해 주로 사용되었다.
하지만, 이러한 건식도금법은 플라스틱성형품에서 발생하는 H2O, CO, NH3등 각종 가스로 인해 진공챔퍼내의 초기 진공도 조절이 난이하고, 이로 인해 형성된 도금막의 물성이 저하되어 그 적용이 점차 쇠퇴하고 있는 실정이다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 플라스틱성형물의 표면에 유기질과 무기질의 복합막을 형성하여 가스용출 차단과 아울러 표면 경도를 증가시켜 진공챔버에서 물리적, 화학적 증착방법에 의한 표면코팅(도금)이 가능하도록 함으로서 습식도금의 대체효과에 따른 각종 경제적 이익창출 도모를 그 목적으로 한다.
이하 첨부되는 도면과 관련하여 본 발명의 구성 및 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명이 적용된 플라스틱성형품의 표면코팅방법에 따른 공정도, 도 4는 본 발명이 적용된 플라스틱성형품의 표면코팅층을 도시한 단면도, 도 5는 본 발명이 적용된 플라스틱성형품의 표면코팅층의 다른 실시예를 도시한 단면도로서 함께 설명한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명인 플라스틱성형품의 표면코팅방법은 성형 가능한 모든 플라스틱의 성형 후 그 표면으로 유기질 피막을 형성하고, 그 외방에 다시 무기질 피막을 형성한 후, 진공챔버내에서 물리적, 화학적 증착을 통해 다양한 색상의 금속질감을 연출할 수 있다.
이러한 플라스틱성형품의 표면코팅방법은 도 3에서와 같은 공정을 통해 실시되며, 각 공정의 상세한 설명은 다음과 같다.
먼저, 본 발명인 플라스틱성형품의 표면코팅방법은,
플라스틱성형품의 표면에 잔존하는 각종 이물질을 제거하기 위해 압축공기나 기타 용제를 이용하여 세척하여 건조하는 세척공정(2);
상기 세척공정을 통해 표면을 세정한 플라스틱성형품에 표면경화와 무기질과 접착력이 우수한 유기질을 스프레이 또는 침지에 의한 방법으로 도포하여 피막을 형성하는 유기질피막공정(3);
상기 유기질피막공정을 통해 표면을 경화한 플라스틱성형품은 가스용출억제를 위해 무기질을 스프레이 또는 침지에 의한 방법으로 도포하여 피막을 형성하는 무기질피막공정(4);
상기 유기/무기질 피막의 복합피막을 교차형성한 플라스틱성형품에 물리적, 화학적 특성부여와 다양한 색상의 금속질감을 구현하기 위해 진공챔버에서 물리적, 화학적 증착을 수행하는 진공증착공정(5)을 통해 완성된다.
상기와 같은 방법을 통해 형성되는 플라스틱성형품의 표며코팅층은 도 4에서와 같이 플라스틱성형품(20) 표면 외방으로 유기질피막(30)이 형성되고, 그 외방으로 무기질피막(40)이 형성된 후, 최종적으로 증착을 통해 금속질감피막(50)이 형성된다.
이와 같이 플라스틱성형품(20)에 적용되는 유기질피막(30)은 표면경화와 무기질피막(40)과의 접착력을 증대시키기 위한 것으로,
이는 UV 또는 열경화형 하드코팅제로서 아크릴계열, 우레탄계열, 에폭시계열등이 사용되며, 유기질피막의 두께로는 0.1~수십㎛을 형성하되, 수㎛이하의 두께가 가장 바람직하다 할 것이다.
상기와 같은 특징의 유기질피막 외방에 형성되는 무기질피막(40)은,
유기질피막이 가스용출을 완전히 억제하지 못하는 단점을 보완하여 가스용출억제와 표면경도향상을 위한 것으로 SiOx, SiOxNy, TiOx, AlxOy등의 금속화합물 구조를 가지며 UV 또는 열경화형 sol을 이용하여 스프레이나 침지에 의해 도포한다.
이러한 무기질피막 역시 유기질피막과 동일하게 그 두께는 0.1~수십㎛을 형성하되, 수㎛이하의 두께가 가장 바람직하다 할 것이다.
상기 유기질피막과 무기질피막은 단일 형성만으로도 그 기능수행이 가능하나, 도 5에서와 같이 유기질피막(30)과 무기질피막(40)을 각각 교차 도포하여 복수 층 이상의 다수 층의 적층형성도 가능하다.
상기와 같이 유기질피막(30)과 무기질피막(40)을 교차 도포하더라도 반드시 플라스틱성형품의 표면에는 유기질피막이 선행 도포되어야만 하며, 그 이후로는 유기질/무기질의 복수층 또는 유기질/유기질/무기질/무기질이나 유기질/무기질/유기질/무기질과 같은 적층형성은 무방하다 할 것이다.
다만, 기존 습식도금법을 통해 생성된 도금의 전체 두께가 30㎛ 이하인 것을 감안할 때, 본 발명이 적용된 표면코팅층은 복수층의 피막이나 다수층의 적층시 전체 피막의 두께가 29~29.7㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다 할 것이다.
이상과 같이 성형된 플라스틱 표면으로 유기질/무기질의 복합막을 형성한 플라스틱성형품은 도금의 최종 목적인 금속질감과 물리적, 화학적 특성부여를 진공챔버내에서 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W)등의 경질금속과 경질금속의 산화물(산화물, 질화물, 탄화물등)을 물리적증착법(PVD)이나 화학적증착법(CVD)를 이용, 증착하여 최종 금속질감피막(50)을 형성한다.
이러한 금속피막은 그 두께를 0.1~수㎛으로 각 사용 용도에 따른 적절히 형성하되, 0.3~1㎛ 정도의 두께가 생산성등을 고려할 때 가장 바람직하다 할 것이다.
상기와 같은 본 발명인 플라스틱성형품의 표면코팅방법의 구체적인 내용을 그 실시예를 통해 살펴보면 다음과 같다.
<실시예>
본 발명을 이용한 실시예는 PC사출물을 성형하여 세척한 후 유기질인 UV경화형 우레탄계열 하드코팅제와 무기질인 SiO2 sol을 침지방식을 통해 유기/무기질 복 합막을 형성하였다.
이어 물리적증착법(PVD)의 일종인 Arc sputter 방식으로 금속 및 금속산화물 코팅 후 일반적인 습식도금법에 의해 생성된 제품과 비교하였으며, 그 결과를 표로서 표시하였다.
<표 1>
샘플제작 내용
실시예 1 실시예 2 실시예 3
플라스틱성형품 PC수지 사출, 알칼리 용액 및 순수세척, 건조(70℃, 1hr)
유기막 형성 Dipping 2회, UV경화, 5㎛ 두께
무기막 형성 Dipping 2회, UV경화, 1㎛ 두께
금속/금속화합물 형성 PVD(Arc sputtering) Ti/TiN 구조(0.5㎛) Gold Color PVD(Arc sputtering) Ti/TiCN 구조(0.5㎛) Bronze Color PVD(Arc sputtering) Ti/TiCN 구조(0.5㎛) Black Color
상기와 같은 조건을 통해 본 발명을 실시한 결과 유기/무기질 피막 형성 후 사출성형물보다 현저히 감소된 가스용출량을 나타내었고, 특히 진공도와 도금막의 물성에 영향을 끼치는 H2O, CO, NH3의 용출량 감소에 많은 효과를 나타내었으며, 초기 진공시간 또한 감소하였을 알 수 있다.
<표 2>
가스용출 방지효과 분석
H20 H2 NH3 CO CH4 초기진공도달시간 (9.5E-06 Torr)
PC사출물 1.65E-10 5.14E-11 4.24E-11 2.28E-11 9.02E-11 41.8min
실시예 1.08E-10 4.60E-11 2.46E-11 1.52E-11 5.83E-11 9.3min
감소율(%) 65.98% 16.47% 79.08% 80.76% 14.54% 77.75%
또한 상기 유기/무기질 피막 형성후 최종단계인 금속질감의 증착을 수행한 후 일반적인 습식도금법에 의해 형성된 경질크롬제품과의 비교한 결과 표면경도는 연필경도로 4단계이상 증대되었고, 내마모성과 내화학성 역시 향상됨을 알 수 있었다.
<표 3>
습식도금제품과의 품질비교
습식도금제품 실시예 1 실시예 2 실시예 3
색상 Silver Gold Bronze Black
금속질감피막두께 30㎛ 0.5㎛ 0.5㎛ 0.5㎛
접착력 (X-cutting) 100/100 100/100 100/100 100/100
염수분무(72hr) pass pass pass pass
내화장품 (자외선크림) pass pass pass pass
내스크래치(RCA) 100회 2000회 2000회 2000회
연필경도 HB 4H 3H 3H
열충격 pass pass pass pass
이상과 같은 본 발명인 플라스틱성형품의 표면코팅방법 및 이를 이용한 코팅층은 종래 습식도금법을 통할 경우 소재의 제약성을 탈피하여 금속에 근접한 각종 엔지니어링 플라스틱에도 적용 가능하여 사용범위확대를 도모할 수 있다.
또한 종래 습식도금법에 사용되는 각종 화학용액으로 인해 야기되는 폐수, 가스등의 환경오염문제를 해결할 수 있어 친환경적 제품생산이 가능하며, 나아가 가스용출억제를 통해 진공챔버내에서의 건식도금이 가능하여 대량생산에 따른 생산단가하락과 내마모성가 내화학성이 증대된 고품질의 제품을 생산할 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (3)

  1. 플라스틱성형품의 표면코팅방법에 있어서;
    상기 표면코팅방법은,
    모든 플라스틱의 성형 후 그 표면으로 유기질 피막을 형성하고, 그 외방에 다시 무기질 피막을 형성한 후, 진공챔버내에서 물리적, 화학적 증착을 통해 다양한 색상의 금속질감을 연출할 수 있도록 한 것으로,
    플라스틱성형품의 표면에 잔존하는 각종 이물질을 제거하기 위해 압축공기나 기타 용제를 이용하여 세척하여 건조하는 세척공정;
    상기 세척공정을 통해 표면을 세정한 플라스틱성형품에 표면경화와 무기질과 접착력이 우수한 유기질을 스프레이 또는 침지에 의한 방법으로 도포하여 피막을 형성하는 유기질피막공정;
    상기 유기질피막공정을 통해 표면을 경화한 플라스틱성형품은 가스용출억제를 위해 무기질을 스프레이 또는 침지에 의한 방법으로 도포하여 피막을 형성하는 무기질피막공정;
    상기 유기/무기질 피막의 복합피막을 교차형성한 플라스틱성형품에 물리적, 화학적 특성부여와 다양한 색상의 금속질감을 구현하기 위해 진공챔버에서 물리적, 화학적 증착을 수행하여 금속피막을 형성하는 진공증착공정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 플라스틱성형품의 표면코팅방법.
  2. 플라스틱성형품 표면 외방으로 UV 또는 열경화형 하드코팅제로서 아크릴계열, 우레탄계열, 에폭시계열등을 이용하되 적어도 하나 이상을 통해 형성되는 유기질피막(30),
    상기 유기질피막 외방으로 SiOx, SiOxNy, TiOx, AlxOy등의 금속화합물 구조를 가지며 UV 또는 열경화형 sol을 이용하여 적어도 하나 이상을 스프레이나 침지에 의해 형성하는 무기질피막(40),
    상기 유기/무기질피막의 복합막 외방으로 금속질감과 물리적, 화학적 특성부여를 위해 진공챔버내에서 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W)등의 경질금속과 경질금속의 산화물(산화물, 질화물, 탄화물등)을 물리적증착법(PVD)이나 화학적증착법(CVD)를 이용, 증착하여 최종적으로 형성되는 금속질감피막(50)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱성형품의 표면코팅층.
  3. 제 2 항에 있어서;
    상기 플라스틱성형품의 표면코팅층은,
    유기질피막(30)과 무기질피막(40)을 각각 교차 도포하여 복수층 이상의 다수층으로 적층 구비하되, 상기 플라스틱성형품의 표면에는 유기질피막이 선행 도포되고 그 이후로는 유기질/무기질의 복수층 또는 유기질/유기질/무기질/무기질, 유기질/무기질/유기질/무기질과 같이 적층되는 것을 특징으로 하는 플라스틱성형품의 표면코팅층.
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