KR20090013740A - 인몰드 성형용 필름, 이의 제조방법 및 이를 이용한 합성수지 제품과 금속판의 제조방법 - Google Patents

인몰드 성형용 필름, 이의 제조방법 및 이를 이용한 합성수지 제품과 금속판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인몰드 성형용 필름, 이의 제조방법 및 이를 이용한 합성수지 제품과 금속판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필름층, 패턴층, 이형층, 열경화성 수지, 열가소성 수지 또는 자외선 경화형 수지를 도포하여 형성된 표면층, 인쇄층 및 접착층을 포함하는 것을 특징으로 하는 인몰드 성형용 필름, 이의 제조방법 및 이를 이용한 합성수지 제품과 금속판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 종래 스프레이 도장방법 또는 실크스크린 인쇄방법으로 구현하기 어려운, 경도가 높아 스크래치의 발생을 방지하며 내마모성이 우수한 외관을 갖는 합성수지 제품을 제공할 수 있다. 또한, 각종 인쇄방법을 이용하여 다양한 디자인을 적용할 수 있어, 보다 우수한 제품의 외관을 제공할 수 있다.

Description

인몰드 성형용 필름, 이의 제조방법 및 이를 이용한 합성수지 제품과 금속판의 제조방법 {FILM FOR IN-MOLD FORMING, PREPARATION METHOD THEREOF AND PREPARATION METHOD FOR SYNTHETIC RESIN WARES AND METAL PLATES USING THE SAME}
본 발명은 경도가 높아 스크래치의 발생을 방지하며 내마모성이 우수한 외관을 갖는 합성수지 제품을 제공하기 위한 인몰드 성형용 필름, 이의 제조방법 및 이를 이용한 합성수지 제품과 금속판의 제조방법에 관한 것이다.
인몰드 성형 방법은 휴대폰 커버, 제어 패널, 자동차 내외장재, 각종 전자제품의 컨트롤 패널과 부품 뿐만 아니라 표면이 장식되는 합성수지 제품에 적용하기 위한 기술로서, 종래에 합성수지를 사출성형한 후에 표면을 장식하는 인쇄 단계와 후가공 단계 등과 같이 여러 단계에 걸쳐 진행되던 방법과 비교하여, 사출성형공정 단 하나만으로 복잡한 인쇄 또는 그래픽과 패턴으로 표면이 장식된 합성수지 제품을 제조할 수 있는 기술이다.
구체적으로, 인몰드 성형 방법은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET; polyethyleneterephthalate), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate) 등과 같은 기재필름의 배면에 다양한 인쇄층을 형성한 후, 이를 합성수지 사출물과 함께 몰드 내 에 투입하고 사출성형함으로써, 인쇄층이 형성된 필름이 사출물에 부착, 설치된 합성수지 제품을 제조하는 기술이다.
종래 인몰드 성형 방법을 이용하여 합성수지 제품을 제조하는 방법으로는, 우선 최종 합성수지 제품의 표면을 이루게 되는 필름층(10)의 상면에 사용자가 원하는 모양 또는 도형을 실크스크린 인쇄 등과 같은 방법을 이용하여 인쇄하여 인쇄층을 형성한 후, 인쇄층이 형성된 필름을 몰드에 삽입하고 인쇄층의 상면으로 합성수지 사출물을 투입하여 사출성형함으로써 합성수지 제품을 제조하는 방법이 있다. 다른 방법으로는, 필름층의 배면에 이형층을 형성하고, 이형층의 배면에 인쇄층을 형성한 후, 이를 몰드에 삽입하고 인쇄층의 상면으로 합성수지 사출물을 투입하고 사출성형한다. 사출성형이 완료되면 필름층을 제거하고, 여기에 내마모성을 부여하기 위하여 UV 하드코팅층을 형성하는 방법이 있다. 또 다른 방법으로는, 필름층의 상면에 UV 하드코팅층을 형성하고 필름층의 배면에 인쇄층을 형성한 후, 이를 몰드에 삽입하고 인쇄층의 배면으로 합성수지 사출물을 투입하여 사출성형하는 방법이 있다. 또 상기와 같은 방법들에서는 인쇄층의 상면 또는 배면에 접착층을 추가로 형성하기도 한다.
이러한 인몰드 성형 방법을 이용한 합성수지 제품의 제조방법들은 필름층의 상면 또는 배면에 각종 인쇄방법을 이용하여 다양한 디자인과 색의 구현 뿐만 아니라 3차원적인 형상의 표면을 구현할 수 있으며, 전면 필름 접착형으로 제조되므로 결합라인이 없는 합성수지 제품을 제조할 수 있는 장점이 있다. 또 표면의 장식과 동시에 사출성형이 하나의 공정만으로 이루어지므로, 공정이 단축되어 시간이 절약 되며 생산원가를 절감하는 효과가 있다.
반면, 종래의 인몰드 성형 방법을 이용하여 제조한 합성수지 제품은 아래와 같은 문제점이 있다.
우선, 합성수지 제품의 외부를 형성하는 필름층의 경도가 약하여 스크래치가 많이 발생하는데, 특히 필름층으로 많이 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 경우, 경도가 2H 이하로 약하여 스크래치가 특히 많이 발생하는 문제점이 있다. 또한 인쇄층 또는 표면층과 같이 합성수지 제품의 표면이 되는 층을 형성하기 위해 도포된 수지층은 완전히 경화되어 내스크래치성을 확보할 수 있는 경도(강도)를 갖게 되는 경우, 인몰드 성형 과정에서 평면이 아닌 곡면으로 성형하거나, 꺾이거나 늘어나거나 또는 줄어드는 등의 변형이 가해질 때에는 그 변형에 잘 견디지 못하고 부러져 크랙이 발생하게 된다. 그러므로 인몰드 성형용 또는 인몰드 전사용 필름의 표면에 나오는 인쇄층 또는 코팅층은 경도가 약하거나 변형이 가해져도 견딜 수 있도록 신율이 우수한 재료를 사용해야 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 인몰드 성형 또는 인몰드 전사 방법으로 제조된 합성수지 제품에 UV 하드코팅층을 형성함으로써 표면경도를 높여 내마모성을 부여하는 방법이 제안되었다. 구체적으로, 사출성형이 완료된 후에 최종 합성수지 제품의 표면을 이루게 되는 필름층의 표면에 UV 하드코팅층을 형성하거나 또는 필름층을 제거하고 인쇄층을 보호하기 위한 이형층의 표면에 UV 하드코팅층을 형성하는 방법이 제안되었다. 그러나 이 방법들은 최종 합성수지 제품에 내마모성을 부여할 수는 있으나, 부가적인 공정을 더 수행해야 한다는 단점이 있으며, 사출 성형 공정후 부가적인 공정을 더 수행하는 중에서 발생하는 공해로 인한 환경오염과 제조된 제품의 높은 불량률이 새로운 문제점으로 제기되고 있다. UV 하드코팅층을 형성하는 다른 방법으로는, 필름층의 상면에 UV 하드코팅층을 먼저 형성한 후 사출성형하는 방법이 있으나, 크랙을 방지하기 위해서는 경도를 낮추어 신율을 확보해야 하며 반대로 표면의 내스크래치성을 확보하기 위해서는 경도를 높게 조절해야 하므로, 서로 상반되는 물성을 조절하여 문제점을 해결하는 이 방법 역시 상기 언급한 문제점을 해결하지 못하였다.
한편, 금속판은 대체적으로 원료를 커팅(cutting), 벤딩(bending) 또는 드로잉(drawing) 등의 가공방법으로 가공한 후에 낱개의 제품으로 도장 또는 도금해서 사용되었으나, 금속캔, 병마개, 전자제품 또는 화장품 케이스 등의 표면 장식용 금속판은 인쇄공정을 먼저 수행하고 가공공정을 나중에 수행함으로써 다양한 인쇄의 표현이 가능해졌으며, 대량생산과 낮은 제조원가로 제조하는 것이 가능하게 되었다.
그러나 이러한 방법으로 제조된 금속판, 예를 들어 화장품 케이스 또는 디지털카메라 등은 사용빈도가 많아 내스크래치성이 필요한 제품임에도 불구하고, 경도가 높은 표면을 제조할 수 없는 문제점이 있다. 즉, 밴딩이나 드로잉 가공 과정에서 경도가 높은 표면은 깨지기 때문에, 경도가 높은 표면을 얻기 위해서는 가공 후에 개별적으로 도장을 해야만 하였다.
따라서 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하여, 경도가 높아 스크래치의 발생을 방지하며 내마모성이 우수한 외관을 갖는 합성수지 제품과 금속판을 제공하기 위한 인몰드 성형용 필름, 이의 제조방법 및 이를 이용한 합성수지 제품과 금속판의 제조방법을 제공하는 것이 목적이다.
본 발명자들은 열경화성 수지, 열가소성 수지와 열 반응성 경화제, 또는 자외선 경화형 수지 중 어느 하나를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 표면층을 형성하고, 이를 합성수지 사출물 또는 금속판 원료와 함께 인몰드 성형하여 합성수지 제품과 금속판을 제조하였다. 그 결과, 표면층은 경화가 되기 전인 건조 상태에서는 충분한 신율을 가지는 연질 특성을 나타내어 인몰드 사출성형 시 곡면으로 성형하거나 꺾이거나 늘어나거나 또는 줄어드는 등의 변형이 가해져도 견뎌낼 수 있으며, 변형이 큰 경우에라도 경화온도 이하에서 진공성형기나 열성형기로 형상을 먼저 성형할 수 있다. 또한, 표면층은 사출성형 시 사출성형의 온도와 압력을 이용하여 경화되는데, 이때 인몰드 사출성형 과정에서 발생하는 열과 수초 및 수십초에 해당되는 일정한 시간에 의해 완전경화(가교결합)가 되면서 경도가 높아져 내스크래치성을 나타낼 수 있는 경도 특성까지 확보할 수 있게 된다. 이는 열경화성 수지의 특성과 열 반응성 경화제의 특성을 이용한 것으로, 종래 제품의 표면을 이루었던 폴리에틸렌테레프탈레이트 등과 같은 스크래치가 많이 발생하던 필 름층을 이형층과 함께 제거하거나 또는 제거하지 않을 경우에도, 열경화성 수지 또는 열 반응성 경화제가 포함된 수지로부터 형성된 표면층이 최종 제품의 표면을 이루게 되어 내마모성을 향상시킬 수 있음을 확인하고, 이를 토대로 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명에서는, 인몰드 성형용 필름으로서, 필름층; 필름층의 배면에 형성된 패턴층; 패턴층의 배면에 형성된 이형층; 이형층의 배면에, (ⅰ) 열경화성 수지, (ⅱ) 열가소성 수지와 열 반응성 경화제, 또는 (ⅲ) 자외선 경화형 수지 중 어느 하나를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 형성된 표면층; 표면층의 배면에 형성된 인쇄층; 및 인쇄층의 배면에 형성된 접착층을 포함하는 것을 특징으로 하는 인몰드 성형용 필름을 제공한다.
상기 열경화성 수지는 멜라민 수지로, 메틸화 멜라민 수지, 부틸화 멜라민 수지, 우레아 수지, 우레아 멜라민 수지 및 벤조구아나민 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 열가소성 수지는 아크릴 폴리올 수지이며, 열 반응성 경화제는 블록 이소시아네이트일 수 있다.
상기 자외선 경화형 수지는 통상의 2액 경화형 수지와 광개시제를 포함할 수 있다.
또 본 발명은 인몰드 성형용 필름의 제조방법으로서, 필름층의 배면에 패턴층을 형성하는 제1단계; 패턴층의 배면에 이형층을 형성하는 제2단계; 이형층의 배면에 (ⅰ) 열경화성 수지, (ⅱ) 열가소성 수지와 열 반응성 경화제, 또는 (ⅲ) 자 외선 경화형 수지 중 어느 하나를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 표면층을 형성하는 제3단계; 표면층의 배면에 인쇄층을 형성하는 제4단계; 및 인쇄층의 배면에 접착층을 형성하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인몰드 성형용 필름의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 인몰드 성형용 필름을 이용한 합성수지 제품의 제조방법으로서, (Ⅰ) 필름층, 패턴층, 이형층, 표면층, 인쇄층 및 접착층을 포함하는 인몰드 성형용 필름을 제조하는 제1단계; (Ⅱ) 제조된 필름을 몰드에 삽입하는 제2단계; (Ⅲ) 삽입된 필름의 배면으로 합성수지 사출물을 투입하여, 상기 표면층을 경화하는 동시에 사출성형하는 제3단계; 및 (Ⅳ) 사출성형된 합성수지 제품으로부터 이형층을 제거하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성수지 제품의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 인몰드 성형용 필름을 이용한 금속판의 제조방법으로서, (Ⅰ) 필름층, 패턴층, 이형층, 표면층, 인쇄층 및 접착층을 포함하는 필름을 제조하는 제1단계; (Ⅱ) 제조된 필름을 금속판의 표면에 부착하고 가공하는 제2단계; 및 (Ⅲ) 가공된 금속판을 열처리하여 표면층을 경화하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 합성수지 제품의 제조방법으로서, (Ⅰ) 필름의 상면에 (ⅰ) 열경화성 수지, 또는 (ⅱ) 열가소성 수지와 열 반응성 경화제를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 표면층을 형성하는 제1단계; (Ⅱ) 필름의 배면에 인쇄층을 형성하는 제2단계; (Ⅲ) 인쇄층이 형성된 필름을 몰드에 삽입하는 제3단계; 및 (Ⅳ) 삽입된 필름의 인쇄층의 배면으로 합성수지 사출물을 투입하여, 상기 표면층을 경화하는 동시에 사출성형하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성수지 제품의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 합성수지 제품의 제조방법으로서, (Ⅰ) 필름의 상면에 (ⅲ) 자외선 경화형 수지를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 표면층을 형성하는 제1단계; (Ⅱ) 필름의 배면에 인쇄층을 형성하는 제2단계; (Ⅲ) 인쇄층이 형성된 필름을 몰드에 삽입하는 제3단계; (Ⅳ) 삽입된 필름의 인쇄층의 배면으로 합성수지 사출물을 투입하여, 상기 표면층을 경화하는 동시에 사출성형하는 제4단계; 및 (Ⅴ) 사출성형된 합성수지 제품에 자외선을 조사하여 표면층을 2차 경화시키는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성수지 제품의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 금속판의 제조방법으로서, (Ⅰ) 필름의 상면에 (ⅰ) 열경화성 수지, 또는 (ⅱ) 열가소성 수지와 열 반응성 경화제를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 표면층을 형성하는 제1단계; (Ⅱ) 필름의 배면에 인쇄층과 접착층을 형성하는 제2단계; (Ⅲ) 접착층이 형성된 필름을 금속판에 부착하고 가공하는 제3단계; 및 (Ⅳ) 가공된 금속판을 열처리하여, 상기 표면층을 경화하는 동시에 접착층을 접착하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 종래 인몰드 성형 방법에서 얻을 수 없는 우수한 경도를 확보함으로써, 스크래치의 발생을 방지하며 내마모성이 우수한 외관을 갖는 합성수지 제품과 금속판을 제공할 수 있다. 특히 내마모성이 요구되는 곳, 즉 기계작동 시 필연적으로 많은 마찰이 일어나는 곳에 사용되는 합성수지 부품을 제조할 때, 본 발명에서와 같이 마찰이 일어나는 부위에 열경화성 수지의 특성, 열가소성 수지와 열 반응성 경화제의 특성, 또는 자외선 경화형 수지의 특성을 이용한 인몰드 성형 방법으로 제조하거나 금속을 증착 또는 도금하여 내마모성이 강한 얇은 막을 형성시켜 인몰드 사출성형을 하게 되면, 내마모성이나 내마찰성을 만족시킬 수 있는 플라스틱소재의 부품을 얻는 효과가 있다.
도 2에 본 발명에 따른 인몰드 성형용 필름의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 공정도를 나타내었다.
필름층(10)은 패턴을 형성하기 위한 기재로 사용되는 층으로, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET; polyethyleneterephthalate), 폴리카보네이트(PC; polycarbonate), 폴리비닐알코올(PVA; polyvinyl alcohol), 나일론(nylon) 및 이들의 혼합물 소재의 필름으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
필름층(10)은 두께가 12 내지 188 ㎛인 것이 바람직하다.
패턴층(20)은 최종 제품의 표면을 이루게 되는 표면층(40)을 장식하기 위하여 패턴을 형성하기 위한 층으로, 상기 필름층(10)의 배면에 형성된다.
상기 표면층을 장식하기 위한 패턴은 나무결 무늬(wood grain), 돌무늬, 헤어라인(hair line), 홀로그램, 매트(mat) 등의 각종 디자인일 수 있으며, 광택을 조절할 수도 있다.
패턴층(20)은 패턴층 형성용 조성물을 실크스크린 인쇄, (마이크로) 그라비아 인쇄 등의 인쇄방법; 마이크로그라비아, 롤코팅, 콤마코팅 등의 코팅방법; 또는 롤 브러쉬(roll brush)가공, 프레스 가공 등의 가공방법을 이용하여 원하는 디자인으로 패턴화함으로써 형성할 수 있다. 패턴층 형성용 조성물은 아크릴 폴리올(acrylic polyol) 수지, 이소시아네이트(isocyanate) 경화제와 톨루엔(toluene), 메틸에틸케톤(MEK ; methylethylketone) 및 에틸셀루솔브(ethylcellusolve)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용매를 포함하며, 실리카, 니트로셀룰로오스 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이때, 각 성분들은 패턴층을 형성하기 위한 방법과 패턴층의 두께에 따라 그 함량을 조절하여 사용할 수 있다.
이형층(30)은 사출성형이 완료된 후, 상기 필름층(10)과 패턴층(20)을 최종 제품의 표면을 이루게 되는 표면층(40)과 분리하기 위한 층으로, 패턴층(20)의 배면에 형성된다.
이형층(30)은, 실리콘 경화된 제품을 사용하여 형성할 수 있으나 내약품성이 강하여 재도장성이 부여되지 않는 물질을 사용하는 것이 바람직하며, 피막자체가 패턴층 또는 필름층 자체에서 분리되는 것을 사용할 수도 있다. 구체적으로, 각종 실리콘(silicone), 왁스(wax), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 또는 니트로셀룰로오스(nitrocellulose) 등의 이형성 물질, 또는 아크릴 변성 실리콘 수지, 멜라민 수지 및 알키드 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수지를 포함하는 이형층 형성용 조성물을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 이형층 형성용 조성물은 이형성 물질 또는 수지 45 내지 75 중량%, 톨루엔, 메틸에틸케톤 및 이소프로필알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용매 20 내지 50 중량%, 및 촉매 또는 산촉매 경화제 1 내지 15 중량%를 포함할 수 있다. 이러한 이형층 형성용 조성물을 상기 패턴층(20)의 배면에 마이크로 그라비아 코팅, 롤 코팅, 딥 코팅 또는 스프레이 코팅 등의 방법을 이용하여 도포하고 130 내지 220 ℃, 바람직하게는 150 내지 200 ℃의 온도에서 적정 시간 동안 건조하여 이형층(30)을 형성할 수 있다.
표면층(40)은 최종 합성수지 제품의 표면을 이루게 되는 층으로, 상기 이형층(30)의 배면에 형성된다.
표면층(40)은 (ⅰ) 열경화성 수지, (ⅱ) 열가소성 수지와 열 반응성 경화제, 또는 (ⅲ) 자외선 경화형 수지 중 어느 하나를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 (ⅰ) 열경화성 수지는 멜라민 수지로서, 수성 및 유성용으로 사용 가능한 통상의 열처리 도료용 용액형 멜라민 수지를 사용할 수 있다. 구체적인 예로는, 메틸화 멜라민 수지, 부틸화 멜라민 수지, 우레아 수지, 우레아 멜라민 수지 및 벤조구아나민 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 멜라민 수지는 통상의 단유성 및 장유성 알키드 수지와 혼합하여 사용할 수 있으며, 이때 알키드 수지는 표면층 형성용 조성물 총 함량에 대하여 최대 50 중량%로 포함될 수 있다. 멜라민 수지를 포함하는 표면층 형성용 조성물은, 멜라민 수지 10 내지 90 중량%, 톨루엔, 메틸에틸케톤 및 이소프로필알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용매 5 내지 80 중량%, 및 산촉매 경화제 5 내지 12 중량%를 포함할 수 있다.
상기 (ⅱ) 열가소성 수지와 열 반응성 경화제를 포함하는 표면층 형성용 조성물은, 아크릴 폴리올 수지 최대 50 중량%, 톨루엔, 메틸에틸케톤 및 이소프로필알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용매 및 블록 이소시아네이트 경화제를 포함할 수 있다. 이때, 아크릴 폴리올의 [OH]기와 경화제인 블록 이소시아네이트의 [NCO]기의 비율이 원하는 값이 되도록 블록 이소시아네이트의 함량을 조절하여 사용할 수 있다.
상기 (ⅲ) 자외선 경화형 수지를 포함하는 표면층 형성용 조성물은, 아크릴 폴리올 수지 25 내지 35 중량%, 아크릴 올리고머 25 내지 35 중량%, 이소시아네이트 경화제 5 내지 15 중량%, 광개시제 3 내지 7 중량%, 톨루엔, 메틸에틸케톤 및 이소프로필알코올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 용매 20 내지 40 중량%를 포함할 수 있다.
상기 광개시제는 자외선 경화형 수지에 사용되는 통상의 광개시제를 사용할 수 있으며, 구체적으로 1-히드록시사이클로헥실페닐케톤, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 히드록시디메틸아세토페논, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드, 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온, 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐-포스핀옥사이드 또는 벤조페논 등을 사용할 수 있다.
상기 표면층 형성용 조성물은 착색제, 슬립제, 소포제, 레벨링제, 소광제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 표면층 형성용 조성물을 상기 이형층(30)의 배면 에 마이크로그라비아 코팅, 롤 코팅, 딥 코팅 또는 스프레이 코팅 등의 방법을 이용하여 도포하고 60 내지 90 ℃, 바람직하게는 70 내지 80 ℃의 온도에서 건조하여 표면층(40)을 형성할 수 있다. 표면층을 건조하여 형성하는 경우에는, 최종 제품을 제조하기 위한 합성수지 사출물 또는 금속판 원료와 함께 인몰드 성형 방법으로 사출성형 시 표면층이 사출성형의 온도와 압력을 이용하여 경화됨으로써, 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 표면층은 두께가 2 내지 30㎛인 것이 바람직하다.
인쇄층(50)은 색상과 그림을 구현하기 위한 층으로, 상기 표면층(40)의 배면에 형성된다. 인쇄층(50)은 통상의 자연 건조형, 자외선 경화형, 열경화형 잉크 또는 코팅제 등을 모두 사용하여 형성할 수 있으며, 색상을 구현하기 위하여 착색제를 함께 사용할 수 있다.
인쇄층(50)이 단색인 경우에는 전면 인쇄방법 또는 코팅방법을 이용하여 동일하고 균일한 색상을 구현할 수 있으며, 그림을 인쇄하는 경우에는 도안을 각종 인쇄방법을 이용하여 해상도가 우수한 디자인을 구현할 수 있다. 이때, 인쇄방법 또는 코팅방법은 패턴층(20)의 형성에서와 동일한 방법을 사용할 수 있으며, 그 밖에도 오프셋 인쇄방법, 잉크젯 승화전사방법 등을 사용할 수 있다.
인쇄층(50)은 알루미늄 페이스트, 구리 페이스트, 펄 등의 입자를 스퍼터링 방법으로 증착하여 형성할 수도 있다. 이때, 잉크 단독 또는 별도의 코팅(인쇄)을 행하여 증착 프라이머를 형성하여, 인쇄와 증착을 동시에 적용할 수도 있다. 또 인쇄층(50)은 하기 접착층(60)을 형성하기 위한 수지를 이용하여 접착층에 직접 형성할 수도 있다. 상기 인쇄층은 두께가 1 내지 100 ㎛, 바람직하게는 1 내지 30 ㎛인 것이 바람직하다.
접착층(60)은 인몰드 성형용 필름이 합성수지 제품의 사출물 또는 금속판과 부착되는 접착성을 향상시키기 위한 층으로, 상기 인쇄층(50)의 배면에 형성된다.
접착층(60)은, 각종 합성수지 사출물 소재 또는 금속판과 열접착 및 접착성이 우수한 핫멜트 및 열반응형 접착제로 폴리아크릴, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 에틸렌비닐아세테이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 또는 각종 고무계 접착제 등과 같이 열융착이 가능한 고분자 수지와, 열고착형 아크릴계 수지 점착제 등을 사용하여 형성할 수 있다. 이러한 물질들은 용매나 열에 의해 잘 용융된다.
접착층을 형성하기 위한 물질은 사출물 소재의 종류에 따라 선택하여 사용할 수 있는데, 예를 들어 폴리카보네이트 사출물 소재인 경우에는 아크릴계 수지와 폴리카보네이트 수지를 혼합하여 사용할 수 있으며, 금속 소재인 경우에는 일반적으로 산가가 높은 수지를 사용할 수 있다. 접착층 형성 물질을 상기 인쇄층(50)의 배면에 마이크로그라비아 코팅, 롤 코팅, 딥 코팅 또는 스프레이 코팅 등의 방법을 이용하여 도포하고 건조하여 접착층(60)을 형성할 수 있다.
본 발명은 인몰드 성형용 필름을 이용한 합성수지 제품의 제조방법을 제공한다.
우선, 도 1에 본 발명에 따른 열경화성 수지, 또는 열가소성 수지와 열 반응성 경화제를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 형성된 표면층을 포함하는 인몰드 성형용 필름을 이용한 합성수지 제품의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 공정도를 나타내었다.
도 1에 나타낸 본 발명의 인몰드 성형용 필름을 이용한 합성수지 제품의 제조방법은, (Ⅰ) 필름층(10); 패턴층(20); 이형층(30); (ⅰ) 열경화성 수지, 또는 (ⅱ) 열가소성 수지와 열 반응성 경화제를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 형성된 표면층(40); 인쇄층(50); 및 접착층(60)을 포함하는 인몰드 성형용 필름(100)을 제조하는 제1단계; (Ⅱ) 제조된 필름을 몰드(90)에 삽입하는 제2단계; (Ⅲ) 삽입된 필름의 배면으로 합성수지 사출물(70)을 투입하여, 상기 표면층을 경화하는 동시에 사출성형하는 제3단계; 및 (Ⅳ) 사출성형된 합성수지 제품(110)으로부터 이형층(30)을 제거하는 제4단계를 포함한다.
제3단계는, 인몰드 성형용 필름에 포함되는 표면층이 경화되며, 동시에 상기 인몰드 성형용 필름과 합성수지 사출물이 제품으로 사출성형되는 단계이다. 이때, 표면층이 사출성형의 온도와 압력을 이용하여 완전경화됨으로써 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 상기 합성수지 사출물은 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 또는 폴리카보네이트 등을 사용할 수 있다. 제3단계는 150 내지 220 ℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다.
제4단계는, 종래 스크래치가 많이 발생하던 필름층을 이형층과 함께 제거함으로써 상기 제3단계에서 완전경화된 표면층이 최종 합성수지 제품의 표면을 이루게 하는 단계이다. 이러한 표면층은 경도가 높아, 최종 합성수지 제품 표면의 내마모성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 인몰드 성형용 필름을 이용한 합성수지 제품의 다른 제조방법은, (Ⅰ) 필름층(10); 패턴층(20); 이형층(30); (ⅲ) 자외선 경화형 수지를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 형성된 표면층(40); 인쇄층(50); 및 접착층(60)을 포함하는 인몰드 성형용 필름(100)을 제조하는 제1단계; (Ⅱ) 제조된 필름을 몰드(90)에 삽입하는 제2단계; (Ⅲ) 삽입된 필름의 배면으로 합성수지 사출물(70)을 투입하여, 상기 표면층을 1차 경화하는 동시에 사출성형하는 제3단계; (Ⅳ) 사출성형된 합성수지 제품(110)으로부터 이형층(30)을 제거하는 제4단계; 및 (Ⅴ) 이형층이 제거된 합성수지 제품(110)에 자외선을 조사하여 표면층을 2차 경화시키는 제5단계를 포함한다.
제5단계는, 상기 제3단계에서 열 반응성 경화제인 이소시아네이트의 화학결합에 의해 1차 경화되어 연질 상태의 신율을 가지는 표면층에 자외선을 조사함으로써, 광개시제의 광결합에 의해 2차 완전경화하는 단계이다.
또한 본 발명은 표면층 형성용 조성물을 도포하여 합성수지 제품을 제조하는 방법을 제공한다.
도 3에 나타낸 본 발명의 합성수지 제품의 제조방법은, (Ⅰ) 필름(10)의 상면에 (ⅰ) 열경화성 수지, 또는 (ⅱ) 열가소성 수지와 열 반응성 경화제를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 표면층(40)을 형성하는 제1단계; (Ⅱ) 필름층(10)의 배면에 인쇄층(50)을 형성하는 제2단계; (Ⅲ) 인쇄층(50)이 형성된 필름을 몰드(90)에 삽입하는 제3단계; 및 (Ⅳ) 삽입된 필름의 인쇄층(50)의 배면으로 합성수지 사출물(70)을 투입하여, 상기 표면층을 경화하는 동시에 사출성형하는 제4단계를 포함한다.
본 발명의 합성수지 제품의 다른 제조방법은, (Ⅰ) 필름(10)의 상면에 (ⅲ) 자외선 경화형 수지를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 표면층(40)을 형성하는 제1단계; (Ⅱ) 필름(10)의 배면에 인쇄층(50)을 형성하는 제2단계; (Ⅲ) 인쇄층(50)이 형성된 필름을 몰드(90)에 삽입하는 제3단계; (Ⅳ) 삽입된 필름의 인쇄층(50)의 배면으로 합성수지 사출물(70)을 투입하여, 상기 표면층을 1차 경화하는 동시에 사출성형하는 제4단계; 및 (Ⅴ) 사출성형된 합성수지 제품(110)에 자외선을 조사하여 표면층을 2차 경화시키는 제5단계를 포함한다.
본 발명은 인몰드 성형용 필름을 이용한 금속판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 금속판의 제조방법은, (Ⅰ) 필름층; 패턴층; 이형층; (ⅰ) 열경화성 수지, 또는 (ⅱ) 열가소성 수지와 열 반응성 경화제를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 형성된 표면층; 인쇄층; 및 접착층을 포함하는 필름을 제조하는 제1단계; (Ⅱ) 제조된 필름을 금속판에 부착하고 가공하는 제2단계; 및 (Ⅲ) 가공된 금속판을 열처리하여, 상기 표면층을 경화하는 동시에 접착층을 접착하는 제3단계를 포함한다.
제2단계의 가공은 100 ℃ 이하의 온도와 적절한 압력 하에서 수행될 수 있다. 이때, 필름의 표면층이 아닌 다른 외면층에 실리콘 이형처리 또는 왁스처리하여 가공공정을 용이하게 할 수 있다.
제3단계의 열처리는 150 내지 200 ℃에서 수행될 수 있다.
상기 제2단계와 제3단계 사이, 또는 제3단계 이후에 이형층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 금속판의 다른 제조방법은, (Ⅰ) 필름층; 패턴층; 이형층; (ⅰ) 열경화성 수지, 또는 (ⅱ) 열가소성 수지와 열 반응성 경화제를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 형성된 표면층; 인쇄층을 포함하는 필름을 제조하는 제1단계; (Ⅱ) 금속판의 상면에 접착층을 형성하는 제2단계; (Ⅲ) 접착층이 형성된 금속판에 제조된 필름을 부착하고 가공하는 제3단계; 및 (Ⅳ) 가공된 금속판을 열처리하여, 상기 표면층을 경화하는 동시에 접착층을 접착하는 제4단계를 포함한다.
본 발명에 따른 금속판의 또 다른 제조방법은, (Ⅰ) 필름의 상면에 (ⅰ) 열경화성 수지, 또는 (ⅱ) 열가소성 수지와 열 반응성 경화제를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 표면층을 형성하는 제1단계; (Ⅱ) 필름의 배면에 인쇄층과 접착층을 형성하는 제2단계; (Ⅲ) 접착층이 형성된 필름을 금속판에 부착하고 가공하는 제3단계; 및 (Ⅳ) 가공된 금속판을 열처리하여, 상기 표면층을 경화하는 동시에 접착층을 접착하는 제4단계를 포함한다.
본 발명에 따른 금속판의 또 다른 제조방법은, (Ⅰ) 필름의 상면에 (ⅰ) 열경화성 수지, 또는 (ⅱ) 열가소성 수지와 열 반응성 경화제를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 표면층을 형성하는 제1단계; (Ⅱ) 필름의 배면에 인쇄층을 형성하는 제2단계; (Ⅲ) 금속판의 상면에 접착층을 형성하는 제3단계; (Ⅳ) 접착층이 형성된 금속판에 제조된 필름을 부착하고 가공하는 제4단계; (Ⅴ) 가공된 금속판을 열처리하여, 상기 표면층을 경화하는 동시에 접착층을 접착하는 제5단계를 포함한다.
이러한 방법으로 제조된 합성수지 제품은 휴대폰 커버, 제어 패널, 자동차 내외장재, 각종 전자제품의 컨트롤 패널, 에어콘 케이스, 엘리베이터 내장제 등에 사용할 수 있다. 뿐만 아니라, 금속판은 작동 시 마찰이 많이 발생하는 곳에 적용하기 위한 전자제품의 부품, 예를 들면 디지털 카메라의 셔터 작동시 작동하는 부품으로 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1
<필름의 제조>
필름층으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 사용하였다.
패턴층을 형성하기 위하여 메틸메타아크릴레이트 34 중량부, 메틸메타아크릴산 0.5 중량부, 벤조일퍼옥사이드 0.3 중량부, 톨루엔 50 중량부, 에틸아세테이트 15.2 중량부로부터 중합된 아크릴 폴리올 수지 50 중량%, 톨루엔 20 중량%, 메틸에틸케톤 20 중량%, 이소시아네이트기[NCO]의 비율이 20 내지 23 %인 헥사메틸렌디이소시아네이트(HMDI;hexamethylene diisocyanate) 10 중량%로 이루어진 수지 조성물 100 중량부에 대하여 실리카 5 중량부를 첨가하여 패턴층 형성용 조성물을 제조하였다. 이를 마이크로 그라비아 인쇄방법을 이용하여 PET 필름의 배면에 도포하여 매트(mat)처리하고, 80 ℃에서 건조한 후, 60 ℃에서 72 시간 동안 숙성시켜 패턴층을 형성하였다. 이때, 패턴층의 광택도는 12였다.
이형층을 형성하기 위하여 실리콘 50 중량%, 톨루엔 20 중량%, 메틸에틸케톤 27 중량%, 촉매인 모노부틸 틴 옥사이드(mono-n-butyl tin oxide) 3 중량%를 포함하는 이형층 형성용 조성물을 제조하였다. 이를 마이크로 그라비아 인쇄방법을 이용하여 상기 패턴층의 배면에 도포하고, 150 ℃에서 건조하여 두께가 0.5 ㎛인 이형층을 형성하였다.
표면층을 형성하기 위하여 멜라민 수지(CYMEL303) 50 중량%, 알키드 수지 25 중량%, 톨루엔 10 중량%, 이소프로필알코올 15 중량%, 산촉매인 p-톨루엔 설포닉산(p-toluene sulfonic acid) 10 중량%를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 제조하였다. 이를 마이크로 그라비아 인쇄방법을 이용하여 상기 이형층의 배면에 도포하고, 80 ℃에서 건조하여 두께가 10 ㎛인 표면층을 형성하였다.
인쇄층을 형성하기 위하여 아크릴 수지 20 중량%, 톨루엔 35 중량%, 메틸에틸케톤 35 중량%, 카본블랙 10 중량%를 포함하는 인쇄층 형성용 조성물을 제조하였다. 이를 마이크로 그라비아 인쇄방법으로 상기 표면층의 배면에 도포하고 건조하여 블랙 인쇄층을 형성하였다.
상기 인쇄층의 배면에 아크릴계 점착제를 도포하고 건조하여 접착층을 형성하였다.
<합성수지 제품의 제조>
제조된 인몰드 성형용 필름을 몰드에 삽입하고, 상기 필름의 접착층 부분으 로 ABS 수지 사출물을 투입하여 200 ℃에서 사출성형하였다. 사출성형이 완료된 후 몰드로부터 제품을 분리한 후, 이형층을 제거하여 최종 ABS 수지 제품을 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 패턴층의 형성 시 아크릴 폴리올 30 중량%, 니트로셀룰로오스 10 중량%, 톨루엔 15 중량%, 메틸에틸케톤 15 중량%, 에틸셀루솔브 10 중량%, 이소시아네이트 20 중량%를 포함하는 패턴층 형성용 조성물을 제조하고, 이를 그라비아 인쇄방법을 이용하여 도포하고 60 ℃에서 건조하여 두께가 2 ㎛인 홀로그램 패턴층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 3
상기 실시예 2에서 이형층의 형성 시 멜라민 수지(CYMEL 303) 50 중량%, 알키드 수지 25 중량%, 톨루엔 10 중량%, 이소프로필알코올 15 중량%를 포함하는 이형층 형성용 조성물을 제조하고, 이를 마이크로 그라비아 인쇄방법을 이용하여 도포하고 150 ℃에서 건조하여 두께가 이형층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 4
상기 실시예 3에서 표면층의 형성 시 메틸메타아크릴레이트 34 중량부, 메틸메타아크릴산 0.5 중량부, 벤조일퍼옥사이드 0.3 중량부, 톨루엔 50 중량부, 에틸아세테이트 15.2 중량부로부터 중합된 아크릴 폴리올 수지 50 중량%, 톨루엔 30 중량%, 메틸에틸케톤 10 중량%, 블록화된 이소시아네이트기[NCO]의 비율이 6 내지 7 %인 헥사메틸렌디이소시아네이트(HMDI) 10 중량%를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 제조하고, 이를 마이크로 그라비아 인쇄방법을 이용하여 도포하고 80 ℃에서 건조하여 표면층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 실시하였다.
실시예 5
상기 실시예 1에서 표면층의 형성 시 메틸메타아크릴레이트 34 중량부, 메틸메타아크릴산 0.5 중량부, 벤조일퍼옥사이드 0.3 중량부, 톨루엔 50 중량부, 에틸아세테이트 15.2 중량부로부터 중합된 아크릴 폴리올 수지 30 중량%, 아크릴 올리고머(에폭시아크릴레이트, CYTEC EB606) 30 중량%, 이소시아네이트(HMDI) 10 중량%, 광개시제(벤조페논) 4 중량%, 용매(TMPTA) 26 중량%를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 제조하고, 이를 마이크로 그라비아 인쇄방법을 이용하여 도포하고 80 ℃에서 건조하여 표면층을 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 필름을 제조하였다.
제조된 필름을 몰드에 삽입하고, 상기 필름의 접착층 부분으로 ABS 수지 사출물을 투입하여 200 ℃에서 사출성형하였다. 사출성형이 완료된 후 몰드로부터 제품을 분리한 후 이형층을 제거하고, 여기에 자외선을 조사하여 최종 ABS 수지 제품을 제조하였다.
실시예 6
필름층으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 사용하였다.
표면층을 형성하기 위하여 멜라민 수지(CYMEL303) 50 중량%, 알키드 수지 25 중량%, 톨루엔 10 중량%, 이소프로필알코올 15 중량%, 산촉매인 p-톨루엔 설포닉산(p-toluene sulfonic acid) 10 중량%를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 제조하였다. 이를 마이크로 그라비아 인쇄방법을 이용하여 상기 필름층의 상면에 도포하고, 80 ℃에서 건조하여 두께가 10 ㎛인 표면층을 형성하였다.
인쇄층을 형성하기 위하여 아크릴 수지 20 중량%, 톨루엔 35 중량%, 메틸에틸케톤 35 중량%, 카본블랙 10 중량%를 포함하는 인쇄층 형성용 조성물을 제조하였다. 이를 마이크로 그라비아 인쇄방법으로 상기 필름층의 배면에 도포하고 건조하여 블랙 인쇄층을 형성하였다.
제조된 필름을 몰드에 삽입하고, 상기 필름의 인쇄층 부분으로 ABS 수지 사출물을 투입하여 200 ℃에서 사출성형하였다. 사출성형이 완료된 후 몰드로부터 제품을 분리하여 최종 ABS 수지 제품을 제조하였다.
실시예 7
상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 필름을 제조하였다.
제조된 필름을 금속판의 표면에 부착하고 80 ℃의 온도에서 적절한 압력을 가하여 가공하였다. 가공된 금속판에서 이형층을 제거한 후, 이를 180 ℃에서 열처리하여 최종 금속판을 제조하였다.
도 1은 본 발명에 따른 인몰드 성형용 필름을 이용한 합성수지 제품의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인몰드 성형용 필름의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 합성수지 제품의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 공정도이다.
*도면의 주요 부호에 대한 설명*
10: 필름층, 필름 20: 패턴층
30: 이형층 40: 표면층
50: 인쇄층 60: 접착층
70: 합성수지 사출물 80: UV 하드코팅층
90: 몰드 100: 인몰드 성형용 필름
110: 합성수지 제품

Claims (4)

  1. 합성수지 제품의 제조방법으로서,
    (Ⅰ) 필름의 상면에 (ⅰ) 열경화성 수지, 또는 (ⅱ) 열가소성 수지와 열 반응성 경화제를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 표면층을 형성하는 제1단계;
    (Ⅱ) 필름의 배면에 인쇄층을 형성하는 제2단계;
    (Ⅲ) 인쇄층이 형성된 필름을 몰드에 삽입하는 제3단계; 및
    (Ⅳ) 삽입된 필름의 인쇄층의 배면으로 합성수지 사출물을 투입하여, 상기 표면층을 경화하는 동시에 사출성형하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성수지 제품의 제조방법.
  2. 합성수지 제품의 제조방법으로서,
    (Ⅰ) 필름의 상면에 (ⅲ) 자외선 경화형 수지를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 표면층을 형성하는 제1단계;
    (Ⅱ) 필름의 배면에 인쇄층을 형성하는 제2단계;
    (Ⅲ) 인쇄층이 형성된 필름을 몰드에 삽입하는 제3단계;
    (Ⅳ) 삽입된 필름의 인쇄층의 배면으로 합성수지 사출물을 투입하여, 상기 표면층을 경화하는 동시에 사출성형하는 제4단계; 및
    (Ⅴ) 사출성형된 합성수지 제품에 자외선을 조사하여 표면층을 2차 경화시키 는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 합성수지 제품의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제4단계는, 150 내지 220 ℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 합성수지 제품의 제조방법.
  4. 금속판의 제조방법으로서,
    (Ⅰ) 필름의 상면에 (ⅰ) 열경화성 수지, 또는 (ⅱ) 열가소성 수지와 열 반응성 경화제를 포함하는 표면층 형성용 조성물을 도포하여 표면층을 형성하는 제1단계;
    (Ⅱ) 필름의 배면에 인쇄층과 접착층을 형성하는 제2단계;
    (Ⅲ) 접착층이 형성된 필름을 금속판에 부착하고 가공하는 제3단계; 및
    (Ⅳ) 가공된 금속판을 열처리하여, 상기 표면층을 경화하는 동시에 접착층을 접착하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판의 제조방법.
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