KR20090019226A - 표면보호용 유리막 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리실라잔을 기판에 코팅한 후 경화반응에 의해 실리카 유리막을 형성하는 방법을 이용하는 것으로서, 특히 경화반응을 진행함에 있어서 상온에서 실행하되, 고온 경화의 효과를 얻을 수 있는 유리막 형성 방법에 관한 것으로 폴리실라잔의 경화 방법에 상압 플라즈마 경화 또는 가압 가습 경화 또는 스팀 경화를 적용한다.

실리카 코팅, 폴리실라잔, 경화, 플라즈마

Description

표면보호용 유리막 형성 방법{A method for formation of a glass film for surface protection}

본 발명은 폴리실라잔을 기판에 코팅한 후 경화반응에 의해 실리카 유리막을 형성하는 방법을 이용하는 것으로서, 특히 경화반응을 진행함에 있어서 상온에서 실행하되, 고온 경화의 효과를 얻을 수 있는 유리막 형성 방법에 관한 것이다.

최근 키패드, 전자기기 외장, 자동차 외장 등의 표면을 보호하는 동시에 외관을 유지하기 위해 증착에 의한 유리막 코팅, 무기 코팅, 폴리실라잔(Polysilazane)을 사용한 유리막 코팅 같은 유리막의 적용이 증대되고 있는 추세이다. 이 경우 모재 위에 혹은 광택이나 색깔을 내기 위한 1차 코팅막 위에 유리막을 코팅한다. 코팅의 방법으로는 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 딥(Dip) 코팅, 진공 플라즈마 코팅 등이 있으나, 비용적 측면에서 상압에서 가능한 스프레이나 딥 코팅이 주로 사용된다. 코팅 공정은 크게 모재의 전처리, 코팅, 경화의 순으로 이루어진다. 이때의 경화의 방법으로는 상온 경화, 고온 경화로 크게 나눌 수 있다.

이러한 유리막의 최종 특성은 코팅재질과 경화 조건에 의해 결정된다.

상온 경화의 경우 기판 선택의 자유도가 높으나, 그 경화시간이 매우 긴 단점이 있으며, 최고 물성 발현을 위해서는 최고 7~30일 정도가 소요된다. 또한 이러한 과정 중에 불순물의 유입이나 밀도가 치밀하지 않게 되어 최고 물성 발현이 되지 않는 경우가 많게 된다. 이는 공정 단가 및 시간을 증가시키게 된다.

고온 경화의 경우 최고 물성 발현을 위해 200~450℃ 이상의 온도에서 경화시킨다. 이러한 고온 경화는 경화속도가 빠르고, 경화된 유리막의 물성도 좋으나 기판 선택의 제약을 가져오게 된다. 예를 들어 플라스틱 모재의 경우는 경화 중 뒤틀림이 발생할 수 있고, 1차 코팅막이 형성된 경우에는 경화 중 1차 코팅막의 박리 등이 발생되어 불량이 발생된다.

기존의 진공 혹은 저압 플라즈마의 경우에는 본 발명에서 제안하는 것과 달리 투명 코팅막을 대기중에서 코팅한 후 경화를 시키는 것이 아니라 투명 코팅막 자체를 증착하는 것으로 보통 SiO₂ 박막을 형성시키는 것이다. 하지만 진공 관련 부대 비용이 많이 들어 제조 단가가 높고, 챔버내에서 작업을 해야하므로 모재의 크기에 제약이 따르는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 폴리실리잔을 이용하여 실리카 유리막을 형성함에 있어서, 상온에서 경화시키되 그 경화속도를 향상시킬 수 있는 유리막 형성방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 폴리실리잔을 이용하여 실리카 유리막을 형성함에 있어서, 상온에서 경화시키되 불순물에 의한 결함이 없고, 높은 밀도를 갖는 유리막을 형성할 수 있는 유리막 형성방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 폴리실리잔을 이용하여 실리카 유리막을 형성함에 있어서, 상온에서 경화시키되 내스크레치, 내마모, 지문 방지, 내화학성 및 모재 혹은 유리막 하부 코팅막의 수명을 향상시킬 수 있는 유리막 형성방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 상기 목적은 기판 상에 폴리실라잔을 코팅하는 코팅 단계 및 상기 폴리실라잔을 상압 플라즈마 공정을 이용하여 경화시키는 경화 단계를 포함하는 유리막 형성 방법에 의해 달성된다. 이때 상기 경화 단계의 공정 시간은 10 내지 20분 정도이며, 경화 단계의 공정온도는 50~120℃로서 매우 낮게 될 수 있고, 상압 플라즈마 공정의 공정가스는 아르곤 가스와 산소 가스를 사용한다.

본 발명의 다른 목적은 기판 상에 폴리실라잔을 코팅하는 코팅 단계 및 상기 폴리실라잔을 가압상태의 수증기 분위기에서 경화시키는 경화 단계를 포함하는 유리막 형성 방법에 의해 달성된다. 이때 경화 단계가 수행되는 장치는 0.1~1.5kgf/cm2 로 가압되며, 그 공정온도는 40~130℃에서 수행될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기판 상에 폴리실라잔을 코팅하는 코팅 단계 및 상기 폴리실라잔을 스팀(steam)을 이용하여 경화시키는 경화 단계를 포함하는 유리막 형성 방법에 의해 달성된다. 이때 경화 단계에서의 기판 온도는 50~80℃ 정도로 유지될 수 있다.

본 발명에 따른 유리막 형성 방법은 유리막이 상온에서 형성되면서도 약 1시간 이내에 경화공정의 완료가 가능하다는 장점이 있다. 따라서, 폴리머 계열의 기판에도 고성능의 유리막을 짧은 시간에 코팅할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 유리막 형성 방법은 상온에서 경화공정이 수행되면서도, 불순물이 현저히 감소하고, 밀도가 높으므로 본 발명의 방법에 따른 유리막은 내스크래치, 내마모도, 방오 등의 특성 뿐만 아니라 화학적 안정성이 높아진다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에서는 폴리실라잔을 기판에 코팅한 후 경화반응에 의해 실리카 유리막을 형성하는 방법을 이용한다. 폴리실라잔은 물 또는 산소와 반응하여 실리카유리로 전이되는 물질이며, 실리카유리로 전이되는 반응을 경화반응이라고 한다. 본 발명은 경화반응을 진행함에 있어서 상온에서 실행하되, 고온 경화의 효과를 얻을 수 있는 유리막 형성 방법에 관한 것으로서 유리막 형성 순서는 도 1 및 도 2에서와 같이 기판(140)을 전처리(S1)한 후 바로 폴리실라잔(110)을 코팅(S3)하거나, 혹은 원하는 색상과 질감을 얻기 위해 플라스틱과 같은 모재(130) 위에 소정의 물질로 1차 코팅을 형성(S2)한 후 그 1차 코팅된 물질(120) 위에 폴리실라잔(110)을 코팅(S3)한다. 이 후 폴리실라잔(110)에 대한 경화 공정(S4)을 실시한다.

본 발명에 있어서 폴리실라잔의 경화 방법으로는 상압 플라즈마 경화 또는 가압 가습 경화 또는 스팀 경화가 적용된다. 상압 플라즈마 경화에서는 고온경화와 유사하게 폴리실라잔과 산소나 산소 이온을 반응시키되 플라즈마에 의해 산화반응이 촉진된다. 가압 가습 경화 또는 스팀 경화는 폴리실라잔과 물(H₂O)이 반응하는 방법이며, 가압 가습 또는 스팀에 의해 그 반응이 촉진된다. 위 경화 방식은 모두 기판의 온도를 40~130℃ 까지만 증가시키기 때문에 모재 혹은 1차 코팅재료의 선택이 자유롭다.

상압 플라즈마를 이용하여 경화할 경우 사용되어지는 방식으로는 유전체장벽 플라즈마가 바람직하며 대면적일 경우는 평판타입(도 3) 또는 병렬로 배열된 제트건 타입(도 4)이, 입체구조물일 경우는 제트건 타입이 바람직하다.

상압 플라즈마 이용하는 경우 플라즈마 발생 전원으로는 AC, DC, RF가 모두 이용될 수 있다. 인가 전원은 50~500W이고, 공정가스로는 Ar(0.5~100 slm), O₂(10~500sccm)를 사용하며 더욱 안정적인 방전을 유도하기 위해 He(10~100 sccm)을 유입시킬 수도 있다. 경화공정 진행시 샘플과 전극과의 거리는 1~15 mm 정도로 하는 것이 바람직하다. 상압 플라즈마 이용하는 경화 단계의 공정 시간은 10 내지 20분 정도가 소요된다.

가압 가습 경화를 사용하는 경우에는 40~130℃, 0.1~1.5 kgf/cm² 정도가 효과적이다. 스팀 경화의 경우는 3~15cm 떨어진 곳에 샘플을 두고 처리하며 이때 측정되는 샘플 표면온도는 50~80℃ 였다.

[적용예]

환경 규제에 따라 6가 크롬 키패드를 대체하기 위해 3가 크롬을 ABS 키패드 모재에 코팅하는 종래의 방법은 3가 크롬의 불안정성 및 핀홀 등으로 인해 내산성이나 내마모도가 매우 낮은 단점이 있다. 이 경우 3가 크롬을 코팅한 후 그 위에 글래스 코팅을 하고 본 발명에서 제안하는 경화 방법을 이용하면 내산성, 내마도 도, 절연 특성 등이 현격하게 증가된다. 그 공정 순서는 다음과 같다. 먼저 모재에 대하여 세척 및 알카리 탈지 등의 전처리 단계를 거쳐, 무전해/전해 도금을 이용하여 3가 크롬을 코팅하고, 다시 탈지 및 수세를 거쳐 건조시켜 불순물 및 수분을 제거한다. 이 후 글래스 코팅막을 스프레이나 디핑(dipping) 방식으로 0.1~5㎛로 코팅한다. 코팅된 유리막을 상압 플라즈마, 가압 가습, 스팀을 이용하여 경화시킨다.

[실험예]

스크래치 테스트(1kg 하중인가, 30회/min) 결과 3일동안 상온경화의 경우 20회를 넘기지 못하고 모재가 드러난 것에 반해 상압 플라즈마 경화를 하였을 경우 1000회 이상 슬라이딩 후에도 모재가 들어나지 않았다.

도 1은 본 발명의 유리막 형성 방법에 따라 유리막이 형성된 예시도,

도 2는 본 발명에 따른 유리막 형성 방법의 순서도,

도 3은 본 발명에 따른 유리막 형성 방법 중 상압 플라즈마를 이용할 경우의 평판타입 플라즈마 장치 개념도,

도 4는 본 발명에 따른 유리막 형성 방법 중 상압 플라즈마를 이용할 경우의 제트건 타입 플라즈마 장치 개념도이다.

Claims (11)

1. 기판 상에 폴리실라잔을 코팅하는 코팅 단계; 및

   상기 폴리실라잔을 상압 플라즈마 공정을 이용하여 경화시키는 경화 단계

   를 포함하는 유리막 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 경화 단계의 공정 시간은 10 내지 20분인 유리막 형성 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 경화 단계의 공정온도는 50~120℃인 유리막 형성 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 상압 플라즈마 공정의 공정가스는 아르곤 가스와 산소 가스인 유리막 형성 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 상압 플라즈마 공정은 평판형 상압 플라즈마 장치 또는 제트건형 상압 플라즈마 장치를 사용하는 유리막 형성 방법.
6. 기판 상에 폴리실라잔을 코팅하는 코팅 단계; 및

   상기 폴리실라잔을 가압상태의 수증기 분위기에서 경화시키는 경화 단계

   를 포함하는 유리막 형성 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 가압상태는 0.1~1.5kgf/cm² 인 유리막 형성 방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 경화 단계의 공정온도는 40~130℃인 유리막 형성 방법.
9. 기판 상에 폴리실라잔을 코팅하는 코팅 단계; 및

   상기 폴리실라잔을 스팀(steam)을 이용하여 경화시키는 경화 단계

   를 포함하는 유리막 형성 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 경화 단계에서 기판의 온도는 50~80℃인 유리막 형성 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 기판은 플라스틱 재료이거나 플라스틱 상에 소정의 박막이 형성된 것인 유리막 형성 방법.

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