KR20130114551A - 글라스 버블, 이를 포함하는 마스터 배치 및 표면에 금속막이 형성된 수지 입자 - Google Patents

글라스 버블, 이를 포함하는 마스터 배치 및 표면에 금속막이 형성된 수지 입자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표면처리가 되어 있어 메탈 질감을 구현할 수 있고, 그 비중이 플라스틱과 유사하여 플라스틱과 컴파운딩하여 사출하여도 외관불량 발생률이 낮은 글라스 버블을 제공한다.
또한, 글라스 버블과 플라스틱의 혼련성을 향상시킬 수 있도록 상기 글라스 버블과 플라스틱을 포함하는 마스터배치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 글라스 버블은 구형의 쉘(Shell); 및 상기 쉘의 표면에 형성되는 표면 처리층;을 포함하고, 상기 구형의 쉘은 비중이 감소되도록 그 내부에 중공이 형성되고, 상기 표면 처리층은 메탈 질감을 구현하는 표면 처리에 의해 형성되는 것으로 한다.

Description

글라스 버블, 이를 포함하는 마스터 배치 및 표면에 금속막이 형성된 수지 입자{GLASS BUBBLE, MASTER BATCH HAVING THE SAME AND RESIN PARTICLE WITH METAL FILM FORMED ON THE SURFACE}
본 발명은 제품의 외장재로 사용되는 수지 소재가 메탈 질감을 가질 수 있도록 첨가되는 글라스 버블 및 이를 포함하는 마스터배치에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰, 노트북, PDA 등의 제품에 사용되는 외장재는 플라스틱 등의 수지로 구성되나, 외관상으로는 메탈 질감이 나타나도록 구현되는 경우가 많다.
플라스틱과 같은 수지에 메탈 질감을 부여하기 위하여 플라스틱의 표면에 2도 또는 3도 도장을 하거나, 펄/메탈입자 등 메탈 질감을 나타낼 수 있는 입자를 플라스틱과 컴파운딩하여 제품화하는 사출공법이 주로 이용되었다.
그러나, 플라스틱 표면에 도장을 하는 방법은 유독성 용매와 이산화탄소의 발생으로 인해 친환경 측면에서 문제가 있고, 첨가제를 플라스틱과 컴파운딩하여 사출하는 방법은 첨가제와 플라스틱의 비중 차이로 인해 사출 시 두 물질의 유동 패턴이 달라져 외관불량이 나타나게 되는 문제가 있다.
본 발명은 표면처리가 되어 있어 메탈 질감을 구현할 수 있고, 그 비중이 플라스틱과 유사하여 플라스틱과 컴파운딩하여 사출하여도 외관불량 발생률이 낮은 글라스 버블을 제공한다.
또한, 글라스 버블과 플라스틱의 혼련성을 향상시킬 수 있도록 상기 글라스 버블과 플라스틱을 포함하는 마스터배치 및 상기 마스터 배치 또는 상기 글라스 버블을 포함하는 사출품을 제공한다.
또한, 본 발명은 그 표면 자체가 메탈 질감을 구현하도록 표면 처리된 수지 입자, 수지 입자의 제조 방법 및 상기 수지 입자를 포함하는 사출품 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 글라스 버블은 구형의 쉘(Shell)과, 상기 쉘의 표면에 형성되는 표면 처리층을 포함하고, 상기 구형의 쉘은 비중이 감소되도록 그 내부에 중공이 형성되고, 상기 표면 처리층은 메탈 질감을 구현하는 표면 처리에 의해 형성된다.
상기 표면 처리층은 금속 입자를 포함한다.
상기 표면 처리는, 금속 물질을 이용한 스퍼터링, 도금 및 증착 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 할 수 있다.
상기 글라스 버블의 비중은 0.2-2.5인 것으로 할 수 있다.
상기 글라스 버블의 지름은 5-700μm인 것으로 할 수 있다.
상기 글라스 버블의 비중은 0.95-1.4인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 마스터 배치는 구형의 쉘(Shell)과, 상기 쉘의 표면에 형성되는 표면 처리층을 포함하고, 상기 구형의 쉘은 비중이 감소되도록 그 내부에 중공이 형성되고, 상기 표면 처리층은 메탈 질감을 구현하는 표면 처리에 의해 형성되는 글라스 버블; 및 상기 글라스 버블이 분산되어 있는 수지;를 포함한다.
상기 수지는 플라스틱인 것으로 할 수 있다.
상기 글라스 버블의 비중은 0.2-2.5인 것으로 할 수 있다.
상기 표면 처리는, 메탈 물질을 이용한 스퍼터링, 도금 및 증착 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 할 수 있다.
상기 글라스 버블의 중량비는 0.1-50 중량% 인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 사출품은 구형의 쉘(Shell)과, 상기 쉘의 표면에 형성되는 표면 처리층을 포함하고, 상기 구형의 쉘은 비중이 감소되도록 그 내부에 중공이 형성되고, 상기 표면 처리층은 메탈 질감을 구현하는 표면 처리에 의해 형성되는 글라스 버블과, 상기 글라스 버블이 분산되어 있는 수지를 포함하는 마스터배치 및 상기 수지가 컴파운딩되어 사출될 수 있다.
상기 마스터 배치는, 상기 글라스 버블의 중량비를 0.1-50 중량% 인 것으로 할 수 있다.
상기 글라스 버블의 비중은 0.2-2.5인 것으로 할 수 있다.
상기 표면 처리는, 메탈 물질을 이용한 스퍼터링, 도금 및 증착 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 수지 입자는 메탈 질감 구현을 위해 그 표면에 금속막이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 수지는 플라스틱인 것으로 할 수 있다.
상기 수지 입자는 펠렛 형태인 것으로 할 수 있다.
상기 금속막은 구리, 니켈, 알루미늄, 아연, 크롬 및 티타늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 수지 입자의 제조방법은, 수지 입자의 표면에 금속막을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 수지 사출품의 제조 방법은 수지 입자의 표면에 금속막을 형성하고; 상기 표면에 금속막이 형성된 수지 입자를 사출하는 것을 포함한다.
상기 수지는 플라스틱인 것으로 할 수 있다.
상기 수지 입자는 펠렛 형태인 것으로 할 수 있다.
상기 금속막은 구리, 니켈, 알루미늄, 아연, 크롬 및 티타늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 수지 입자의 표면에 금속막을 형성하는 것은, 무전해 도금, 이온 도금, 스퍼터링, 진공 증착, 침지 도금 및 분무 도금 중 적어도 하나의 공정을 이용할 수 있다.
상기 수지 입자의 표면에 금속 도금막을 형성하는 것은, 수지 입자를 세정하고; 상기 세정된 수지 입자의 표면에 요철을 형성하고; 상기 요철이 형성된 수지 입자의 표면에 촉매 입자를 입히고; 상기 촉매 입자가 입혀진 수지 입자를 도금 이온이 포함된 도금 용액에 노출시키는 것을 포함한다.
상기 촉매 입자는 Pd-Sn 화합물을 포함할 수 있다.
상기 사출품의 제조방법은 상기 수지 입자를 도금 용액에 노출시키기 전에 Sn과 Pb를 이온화시키는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 도금 용액은 환원제 및 PH 조정제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 글라스 버블에 의하면 공정 간소화로 인한 원가 절감을 도모할 수 있고, 외장재의 소재와의 비중 차이를 극소화함으로써 유동패턴 차이로 인한 외관 불량을 방지할 수 있으며, 배향 현상에 의한 외관 불량을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 마스터 배치에 의하면, 외장재의 소재로 사용되는 수지와의 혼련성이 향상되어 더욱 우수한 메탈 질감을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 사출품은 재활용이 가능하며, 친환경적이다.
본 발명의 실시예에 따른 수지 입자 및 이를 포함하는 사출품 제조방법에 의하면, 외장재 제조를 위한 사출 성형 시에 수지 입자와 그 표면에 입혀진 금속 입자가 함께 용융되면서 수지 입자들 사이에 금속 입자가 균일하게 분포되고, 유동패턴 차이로 인한 외관 불량 현상을 방지할 수 있다.
도 1에는 플라스틱 외장재의 표면에 도장 처리를 하는 과정이 도시되어 있다.
도 2a 및 2b에는 플라스틱과 펄/메탈 입자를 컴파운딩하여 사출하는 경우 나타나는 현상이 도시되어 있다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 버블의 구조가 도시되어 있다.
도 4a에는 스퍼터링에 의한 글라스 버블의 표면 처리 공정이 도시되어 있다.
도 4b에는 진공 증착에 의한 글라스 버블의 표면 처리 공정이 도시되어 있다.
도 4c에는 이온 도금에 의한 글라스 버블의 표면 처리 공정이 도시되어 있다.
도 5a에는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터배치의 구조를 도시한 도면이 도시되어 있다.
도 5b에는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터배치를 플라스틱과 컴파운딩하는 공정을 나타내는 도면이 도시되어 있다.
도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 입자의 단면도가 도시되어 있다.
도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 펠렛의 표면에 금속막을 형성하기 위한 무전해 도금 공정을 순서도로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 8a에는 수지 펠렛의 표면을 스퍼터링에 의해 도금하는 공정이 도시되어 있다.
도 8b에는 수지 펠렛의 표면을 진공증착에 의해 도금하는 공정이 도시되어 있다.
도 8c에는 수지 펠렛의 표면을 이온도금에 의해 도금하는 공정이 도시되어 있다.
도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터배치와 플라스틱 원료 또는 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 펠렛을 포함하는 사출품의 제조예가 도시되어 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1에는 플라스틱 외장재의 표면에 도장 처리를 하는 과정이 도시되어 있고, 도 2a 및 2b에는 플라스틱과 펄/메탈 입자를 컴파운딩하여 사출하는 경우 나타나는 현상이 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기존에는 플라스틱 외장재 표면에 메탈 질감을 구현하기 위하여 플라스틱 외장재 표면의 이물질을 제거하고, 스프레이 건에 메탈 질감을 나타내는 도장 원료를 주입한 후에, 프라이머를 코팅하는 하도 도장, 상도면이 평활성을 갖게 하는 중도 도장 및 미장과 내후성을 위한 상도 도장을 거쳐 외장재 표면에 메탈 질감을 나타내는 도장 원료를 코팅하였다.
이 경우, 도장의 과정에서 유독성 용매와 이산화탄소가 발생된다는 문제점이 있고, 메탈 질감을 나타내는 메탈릭 색상 원료의 경우 베이스 코트와 탑 코트를 코팅해야 하므로 코팅된 원료의 두께가 두꺼워진다는 문제점이 있다. 또한, 2도 또는 3도의 도장 공정을 거쳐야 하므로 다단계 공정에 따른 원가 상승 역시 수반될 수 있다.
이에 따라, 도장을 대체할 수 있는 방법으로 개발된 것이 도 2에 도시된 메탈 입자 컴파운딩에 의한 사출공정이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 외장재의 재료가 되는 플라스틱에 펄/메탈 입자를 컴파운딩(compounding)한 물질을 몰드의 좌/우 양방향에서 주입하면 양방향에서 주입된 물질은 반대방향으로 흐르게 되는바, 이 때 플라스틱과 펄/메탈 입자는 그 비중에 차이가 있어 유동 패턴이 달라지게 되고 이는 플라스틱 외장재의 외관 불량을 야기한다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 판상 형태의 펄/메탈 입자는 양방향에서 주입된 물질이 만나는 지점에서 배향이 이루어지며, 이로 인해 외장재 표면 중 빛이 반사되는 면적이 서로 다른 부분들이 생기게 되고, 이 역시 외관 불량으로 이어진다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 버블의 구조가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 버블(100)은 구형의 쉘(Shell)(120)과, 상기 쉘의 표면에 형성되는 표면 처리층(130)을 포함하고, 상기 구형의 쉘(120)은 비중이 감소되도록 그 내부에 중공(110)이 형성되고, 상기 표면 처리층(130)은 메탈 질감을 구현하는 표면 처리에 의해 형성된다.
여기서, 표면 처리는 글라스 버블(100)이 기존의 펄/메탈 입자의 기능을 대체할 수 있도록 메탈 질감을 부여하기 위한 것으로서, 글라스 버블(100)의 표면에 도금(plating), 증착, 스퍼터링(sputtering) 등의 처리를 하는 것을 의미하는바, 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 기존의 펄/메탈 입자는 플라스틱과 컴파운딩되어 사출될 때에 플라스틱과의 종횡비 차이에 의한 배향 현상이 발생하였다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 버블(100)은 구형이기 때문에 배향 현상이 일어나지 않고, 배향 현상에 의한 외관 불량을 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 버블(100)은 그 내부에 중공(110)을 포함하므로, 기존의 펄/메탈 입자에 비해 비중을 낮출 수 있다. 글라스 버블(100)의 비중을 외장재로 사용될 수지의 비중과 동일 또는 유사한 수준으로 맞추면 글라스 버블(100)과 수지의 유동 패턴의 차이를 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 버블(100)은 0.2 내지 2.5의 비중을 갖는다. 제품의 외장재를 구성하는 수지 특히, 합성 수지인 플라스틱의 비중은 0.2 내지 2.5의 범위를 가지므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 버블(100)을 플라스틱과 컴파운딩하여 사출할 경우 유동 패턴 차이에 의한 외관 불량을 방지할 수 있게 된다.
또한, 중공의 크기를 조절하는 등 다양한 방식으로 글라스 버블(100)의 비중을 제어함으로써, 외장재로 사용하고자 하는 소재와 글라스 버블(100)의 비중 차이를 극소화시킬 수 있다. 글라스 버블(100)의 비중을 0.95 내지 1.4의 범위로 조절하면 0.95 내지 1.4의 비중을 갖는 플라스틱과 컴파운딩하여 사출시킬 때에도 유동 패턴의 차이를 방지할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 글라스 버블(100)은 다양한 크기로 제조할 수 있는 바, 글라스 버블(100)의 지름은 5-700μm의 범위에서 다양한 크기로 제어될 수 있다.
도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 버블(100)의 표면 처리 공정이 도시되어 있다.
도금(plating)은 도금시키고자 하는 물질의 표면을 다른 물질의 얇은 층으로 피복하는 것으로서, 글라스 버블(100)의 표면을 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 등의 금속 물질로 이루어진 얇은 층으로 피복하여 메탈 질감을 구현할 수 있다. 도금은 크게 습식 도금과 건식 도금으로 나눌 수 있는 바, 글라스 버블(100)의 표면 처리 방법으로는 습식 도금과 건식 도금이 모두 적용될 수 있다.
예를 들어, 습식 도금 중 하나인 침지 도금을 적용하여, 용융된 금속 물질이 담겨 있는 도금조 속에 글라스 버블(100)을 넣고 그 표면에 용융 금속의 피막을 형성할 수 있다.
이하, 건식 도금에 해당하는 스퍼터링, 진공증착 및 이온도금을 적용하여 글라스 버블을 표면처리하는 공정에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4a에는 스퍼터링에 의한 글라스 버블(100)의 표면 처리 공정이 도시되어 있고, 도 4b에는 진공 증착에 의한 글라스 버블(100)의 표면 처리 공정이 도시되어 있으며, 도 4c에는 이온 도금에 의한 글라스 버블(100)의 표면 처리 공정이 도시되어 있다.
스퍼터링(sputtering)은 진공 챔버 중에서 기체를 이온화 가속하여 고체 시료에 충돌시키고, 충돌 시 발생하는 에너지로 고체 시료로부터 원자가 튀어나오도록 하는 방법이다.
도 4a를 참조하면, 스퍼터링 장치(400)는 스퍼터링이 일어나는 진공 챔버(420)와 진공 챔버 내에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템(410)을 포함한다. 가스 공급 시스템 중 가스 챔버(412)에는 이온화시킬 기체가 저장되는데, 당해 실시예에서는 아르곤(Ar) 가스를 저장하는 것으로 한다. 진공 챔버(420)는 진공 펌프(423)에 의해 진공 상태로 유지되며, 진공 챔버(420)와 가스 챔버(412)를 연결하는 질량 유량계(411)를 조절하여 진공 챔버(420) 내에 아르곤 가스를 주입한다.
일반적으로는 진공 챔버의 상부에 표면처리될 기판이 장착되고, 하부에 타겟 시료가 위치하나, 도 4a의 실시예에서는 표면 처리될 물질이 입자 형태의 글라스 버블(100)인 점을 감안하여 진공 챔버(420)의 상부에 타겟 시료가 장착되고 하부에 글라스 버블(100)이 위치하는 것으로 한다. 글라스 버블(100)은 진공 챔버(420) 하부에 장착된 시편 홀더(424)에 수용될 수 있다.
건(gun)(422)은 전원 공급부(421)를 통해 음극에 연결되어 있는바, 전원 공급부(421)가 건(422)에 전원을 공급하면 음의 전기장이 생성되고, 방전이 시작되어 플라즈마가 발생하게 된다. 이 때, 진공 챔버(420)에 주입된 아르곤 가스는 1차 및 2차 전자와의 충돌로 이온화 되어 양이온인 Ar+와 전자로 분리된다. 그리고, Ar+은 전기장의 힘을 받아, 음극으로 작용하는 타겟 시료(M) 쪽으로 가속되어 끌려가게 되고, 가속된 Ar+이 타겟 시료(M)에 충돌하여 타겟 시료(M) 표면에 에너지를 전달하고 그 에너지로 인해 타겟 시료(M)의 원자가 튀어나온다. 튀어나온 원자는 진공 챔버(420) 하부에 위치하는 글라스 버블(100)의 표면에 부착된다.
타겟 시료(M)로 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 등의 금속 물질을 사용하면, 글라스 버블(100)의 표면에 메탈 질감 구현을 위한 표면 처리를 할 수 있게 된다.
진공 증착(vacuum evaporation)은 진공 상태에서 기체로 증발된 원자나 분자가 낮은 온도의 다른 물체를 만나 그 표면에 다시 고체상태로 응축되는 원리를 이용한 것으로서, 이하 도 4b를 참조하여 진공 증착의 방법으로 글라스 버블(100)을 표면 처리하는 실시예를 설명하도록 한다.
도 4b를 참조하면, 진공 펌프(510)에 의해 고진공 상태가 유지되는 진공 챔버(520)의 하부에 글라스 버블(100)이 수용된 시편 홀더(522)를 위치시키고, 상부에 글라스 버블(100)의 표면에 입힐 타겟 시료(M)가 장착된 시료 홀더(521)를 위치시킨다. 전기적 저항을 주거나 전자빔으로 타격하여 타겟 시료(M)를 가열하면, 타겟 시료(M)는 기체화 되어 증발하면서 분산된다. 글라스 버블(100)은 기체화된 타겟 시료(M)에 비하여 매우 낮은 온도를 가지고 있기 때문에 글라스 버블(100)에 도달한 기체원자(M)는 글라스 버블(100)의 표면에서 응축되며 박막화가 이루어지게 된다.
마찬가지로, 타겟 시료(M)로 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 등의 금속 물질을 사용하면, 글라스 버블(100)의 표면에 메탈 질감 구현을 위한 표면 처리를 할 수 있게 된다.
도 4c를 참조하면, 아르곤 가스가 수용된 가스 챔버(612)를 가스 공급 시스템(610)의 질량유량계(611)를 통해 진공 챔버(620)와 연결하고, 진공 펌프(623)에 의해 진공 상태로 유지되는 진공 챔버(620)의 하부에는 글라스 버블(100)이 수용된 시편 홀더(622)를 위치시키고 진공 챔버(620)의 상부에는 글라스 버블(100)의 표면에 피복할 타겟 시료(M)가 장착된 시료 홀더(621)를 위치시킨다. 전원 공급부(624)를 통해 시편 홀더(622)에 음전압을 걸어주고 진공 챔버(620) 내에 아르곤 가스를 주입하면 플라즈마가 발생된다. 그리고 앞서 진공 증착 방법에서와 같은 방법으로 타겟 시료(M)를 가열하여 증발시키면, 증발된 금속 입자들은 플라즈마에 의해 이온화 상태로 여기되고, 이온화된 금속 입자(M+)는 음전압이 걸린 시편 홀더(622)에 수용된 글라스 버블(100) 표면에 충돌함으로써 매우 큰 에너지를 가진 상태에서 흡착되어 박막을 형성하게 된다.
마찬가지로, 타겟 시료(M)로 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 등의 금속 물질을 사용하면, 글라스 버블(100)의 표면에 메탈 질감 구현을 위한 표면 처리를 할 수 있게 된다.
상술한 도 4a 내지 도 4c의 실시예에서는 글라스 버블(100)을 챔버의 하부에 위치시키고 타겟 시료를 챔버의 상부에 위치시키는 것으로 하였으나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 글라스 버블의 표면이 타겟 시료의 원자 또는 이온에 의해 효율적으로 표면 처리 될 수 있도록 하는 다양한 방식이 적용될 수 있다.
또한, 상술한 도 4a 내지 도 4c의 실시예에 있어서, 글라스 버블(100)이 수용된 홀더(424,522,622)를 진동 또는 회전시켜 구형인 글라스 버블(100)의 표면 전체가 골고루 표면 처리되도록 할 수 있다.
상술한 표면 처리 방법은 본 발명에 따른 글라스 버블(100)에 표면 처리층(130)을 형성하는 실시예 중 일부에 불과하며, 상기 방법 이외에도 다양한 표면 처리 방법을 적용하여 글라스 버블(100)의 표면이 메탈 질감 특성을 갖도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 버블(100)은 플라스틱과 컴파운딩하여 사출할 수 있는바, 이 때 글라스 버블(100)과 플라스틱의 혼련성을 위하여 플라스틱 원료에 글라스 버블(100)을 고농도로 농축하여 마스터배치 형태로 제조한 후에, 제조된 마스터배치를 플라스틱 원료와 함께 컴파운딩(compounding) 할 수 있다.
도 5a에는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터배치(200)의 구조를 도시한 도면이 도시되어 있고, 도 5b에는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터배치(200)를 플라스틱과 컴파운딩하는 공정을 나타내는 도면이 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마스터배치(200)는 0.1~50 중량%의 글라스 버블(100)을 플라스틱 원료(11)와 균일하게 혼합함으로써 제조되는바, 상기 마스터배치(200)는 0.5-2.3의 비중을 가질 수 있다.
이 때 글라스 버블(100)과 플라스틱 원료(11)가 고르게 잘 섞일 수 있도록 분산 보조제를 함께 첨가할 수 있고, 플라스틱 사출품의 내후성 및 내구성을 향상시키기 위해 산화 방지제나 UV 안정제 등 기타 첨가제를 함께 혼합할 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 배치(200)는 플라스틱 원료(11)에 글라스 버블(100)이 고르게 분산된 형태로 제조될 수 있으며, 펠렛(pellet) 형상으로 제조될 수도 있고, 판상형 또는 후레이크형 등으로 제조될 수도 있다.
또한, 상기 글라스 버블(100)은 플라스틱 외에도 다양한 종류의 수지에 분산되어 마스터 배치를 구성할 수 있다.
제조된 마스터 배치(200)는 도 5b에 도시된 바와 같이 플라스틱 원료(11)와 함께 컴파운딩(compounding)되어 사출 성형(injection molding)에 이용될 수 있다. 이 때, 마스터배치(200)와 플라스틱 원료(11)를 포함하는 컴파운드(compound)(300)는 수 mm의 원통형 또는 사각형의 칩으로 만들 수 있다.
상기 실시예는 글라스 버블(100)이 플라스틱 소재에 메탈 질감을 부여하는 것으로 하였으나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 실시예에 따른 글라스 버블(100)은 플라스틱 외에도 제품의 외장재로 사용되는 다양한 소재에 적용되어 메탈 질감을 부여할 수 있다.
전술한 실시예는 메탈 질감 구현을 위한 금속 입자를 수지와 바로 컴파운딩하는 것이 아니라, 금속 입자를 수지와 유사한 비중을 갖는 글라스 버블 표면에 입힌 뒤에 상기 글라스 버블과 수지를 컴파운딩함으로써 금속 입자와 수지의 혼련성 불량으로 인한 문제점을 해결하고자 하였다.
이하 상술할 실시예는 수지 입자 자체를 금속 입자를 이용하여 표면 처리 함으로써, 사출 시 수지가 용융되면서 상기 표면 처리에 사용된 금속 입자가 수지 입자들 사이에 고르게 분포되어 균일한 메탈 질감을 구현할 수 있도록 한다.
도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 입자의 단면도가 도시되어 있다.
사출 성형에 사용되는 수지 입자는 펠렛(pellet) 형태일 수 있는바, 이하 상술할 실시예에서는 수지 입자가 수지 펠렛인 것으로 하여 설명하도록 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 펠렛(50)은 금속 입자에 의해 표면 처리되어 그 표면에 금속막(51)이 형성된다. 표면 처리에 사용되는 금속은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 아연(Zn) 등 메탈 질감을 구현할 수 있는 금속이면 되고, 그 종류에 제한은 없다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 펠렛(50)은 그 표면에 금속막(51)이 형성되어 있으므로, 사출을 위해 수지 펠렛(50)을 용융시키면 금속막(51)을 형성하던 금속 입자들이 수지에 균일하게 분포되고 수지와 함께 유동하게 되는바, 수지와 금속 입자의 유동 패턴 차이로 인한 금속 입자 몰림, 부족 현상 등의 외관 불량을 감소시킬 수 있다.
수지 펠렛(50)의 표면에 금속막을 형성하기 위한 일 실시예로서 도금(plating) 공정이 적용될 수 있는바, 이하 수지 펠렛(50)의 표면에 금속막(51)을 형성하기 위한 공정을 구체적으로 설명하도록 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 도금(plating)은 도금시키고자 하는 물질의 표면을 다른 물질의 얇은 층으로 피복하는 것으로서, 수지 펠렛(50)의 표면을 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 아연(Zn) 등의 금속 물질로 이루어진 얇은 층으로 피복하여 금속막(51)을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 진공 증착, 스퍼터링, 이온 도금 등의 건식 도금과 침지 도금, 분무 도금, 무전해 도금 등의 습식 도금이 모두 적용될 수 있다.
도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 펠렛의 표면에 금속막을 형성하기 위한 무전해 도금 공정을 순서도로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
무전해 도금은 화학변화를 이용하여 금속 또는 비금속 표면에 다른 금속의 피막을 형성하는 방법으로서, 외부로부터 직접 전기를 공급받지 않고 화학적인 환원 작용으로 금속 이온을 피복하는 방법이다. 아래 실시예에서는 수지 펠렛 표면(50)에 구리막을 형성하는 공정을 설명하도록 한다.
도 7을 참조하면, 먼저 수지 펠렛(50)을 세정하기 위해 수지 펠렛(50)의 표면에 존재하는 산화물이나 이물질 등을 산 또는 알칼리 계면활성제가 포함된 약품으로 제거한다(61). 제거 후에는 계면활성제를 완전히 수세한다. 세정 공정에 따라 수지 펠렛(50)의 표면 거칠기가 달라지고 이는 이후 진행될 촉매 처리에서 팔라듐(palladium) 용액의 증착에 중요한 영향을 준다.
그리고, 에칭 공정을 거치는바, 이를 위해 크롬 산 등을 이용하여 수지 펠렛(50)의 표면을 화학적으로 조화시켜 톱니 형상 등의 요철을 형성한다(62). 수지 펠렛(50)의 표면에 형성된 요철은 접촉 면적을 증가시켜 도금막과 표면의 밀착성을 향상시킨다.
에칭 공정을 거친 수지 펠렛(50)의 표면에 촉매 입자를 입혀 촉매 처리를 한다(63). 촉매 입자는 도금을 촉진하는 핵 역할을 하며 Pd-Sn 화합물이 주로 사용된다. 촉매 입자 중의 Pd2 -는 도금되는 입자인 Cu2 +와 결합함으로써 도금을 촉진한다. 촉매 처리의 일 실시예로서, 수지 펠렛(50)을 SnCl2 용액에 1분 정도 노출시킨 후 세척하고 다시 PdCl2에서 1분 동안 노출시키면, 수지 펠렛(50)의 표면에 Pd-Sn 핵이 형성된다.
그리고, 촉매 처리를 통해 수지 펠렛(50)의 표면에 Pd-Sn 화합물이 입혀진 상태에서 Sn과 Pb를 강제로 이온화시키는 활성화 처리를 한다(64). 이는 구리 도금의 전도성 및 친화력을 높이기 위한 것으로서, 이온화된 Sn 성분은 여과 시스템에 의해 수지 펠렛(50)으로부터 제거되고, 금속 팔라듐(Pb)만 남게 된다.
그리고, 활성화 처리가 된 수지 펠렛(50)을 도금 용액에 노출시켜 수지 펠렛(50)의 표면에 도금막, 즉 구리막(51)을 형성한다(65). 도금 용액은 도금될 금속 이온을 제공하는 황산화구리(CuSO4), 환원제인 포르말린(HCHO), 및 PH 조정제인 NaOH 또는 TMAH(Tetramethylammonium hydroxide)를 포함한다. 환원제로는 Na3C6H5O7, NaCO2CH3, 히드라진 또는 수소화붕소 화합물 등을 사용하는 것도 가능하며, PH 조정제는 경우에 따라 암모니아수(NH4OH)를 사용하거나 염산(HCl)을 사용할 수도 있다.
또한, 도금 용액 중의 금속 이온이 촉매 면에서만 금속 석출 반응을 일으키는 것이 아니라 용액과 접촉하는 모든 면 및 용액 중 콜로이드 입자 표면에서 금속 석출 반응을 일으켜 급격히 용액이 분해되는 자발적 분해를 방지하기 위한 안정제를 더 포함할 수 있다. 안정제는 주로 납의 염화물, 황화물, 질화물, 티오요소 등을 사용한다.
상기 공정을 모두 거치면 무전해 구리 도금에 의해 표면에 구리 도금막(51)이 형성된 수지 펠렛(50)을 얻을 수 있다. 다만, 필요에 따라 상기 공정 중 일부가 생략되거나 다른 공정이 더 추가될 수 있다.
상기 도 7의 실시예에서는 수지 펠렛(50)의 표면에 구리 도금막을 형성하는 것으로 하였으나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하고 구리 외에도 다양한 금속 이온을 도금 용액에 포함시켜 수지 펠렛(50)의 표면에 도금막(51)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 도 7의 실시예에서 사용된 각종 첨가제 및 용액 역시 예시에 불과하며 본 발명에 따른 수지 펠렛의 표면 처리 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수지 펠렛(50)의 표면 처리에는 전술한 무전해 도금 등의 습식 도금 외에 건식 도금도 적용될 수 있다. 이하, 건식 도금에 의해 수지 펠렛(50)을 표면 처리하는 몇 가지 실시예에 관해 설명하도록 한다.
도 8a에는 수지 펠렛(50)의 표면을 스퍼터링에 의해 도금하는 공정이 도시되어 있고, 도 8b에는 수지 펠렛(50)의 표면을 진공증착에 의해 도금하는 공정이 도시되어 있으며, 도 8c에는 수지 펠렛(50)의 표면을 이온도금에 의해 도금하는 공정이 도시되어 있다.
스퍼터링, 진공증착 및 이온도금의 구체적인 공정에 대해서는 전술한 글라스 버블의 표면처리에서 설명하였으므로, 도 8a 내지 도 8c에서는 간략하게 설명하도록 하고, 각 공정에 사용되는 장치의 도면 부호는 도 4a 내지 도 4c에서 사용한 것과 동일한 것을 사용한다.
도 8a를 참조하면, 진공 챔버(420)의 상부에 도금될 물질인 타겟 시료(M)가 장착되고 하부에는 수지 펠렛(50)이 수용된 시편 홀더(424)가 위치한다. 타겟 시료(M)와 수지 펠렛(50)의 위치는 수지 펠렛(50)이 입자 형태인 것을 감안한 것으로서, 수지 펠렛(50)을 진공 챔버(420)의 상부에 고정시킬 수 있으면 타겟 시료(M)와 그 위치가 바뀌어도 무방하다.
건(422)은 전원 공급부(421)를 통해 음극에 연결되고, 전원 공급부(421)가 건(422)에 전원을 공급하면 음의 전기장이 생성되어 방전이 시작되고 플라즈마가 발생하게 된다.
이 때, 진공 챔버(420)에 주입된 아르곤 가스는 1차 및 2차 전자와의 충돌로 이온화되어 양이온인 Ar+와 전자로 분리된다. 그리고, Ar+는 전기장의 힘을 받아, 음극으로 작용하는 타겟 시료(M) 쪽으로 가속되어 끌려가게 되고, 가속된 Ar+이 타겟 시료(M)에 충돌하여 타겟 시료(M) 표면에 에너지를 전달하고 그 에너지로 인해 타겟 시료(M)의 원자가 튀어나온다. 튀어나온 원자는 진공 챔버(420) 하부에 위치하는 수지 펠렛(50)의 표면에 부착된다.
도 8b를 참조하면, 진공 펌프(510)에 의해 고진공 상태가 유지되는 진공 챔버(520)의 하부에 수지 펠렛(50)이 수용된 시편 홀더(522)를 위치시키고, 상부에 수지 펠렛(50)의 표면에 입힐 타겟 시료(M)가 장착된 시료 홀더(521)를 위치시킨다. 전기적 저항을 주거나 전자빔으로 타격하여 타겟 시료(M)를 가열하면, 타겟 시료(M)는 기체화 되어 증발하면서 분산된다. 수지 펠렛(50)은 기체화된 타겟 시료(M)에 비하여 매우 낮은 온도를 가지고 있기 때문에 수지 펠렛(50)에 도달한 기체원자(M)는 수지 펠렛(50)의 표면에서 응축되며 박막화가 이루어지게 된다.
도 8c를 참조하면, 아르곤 가스가 수용된 가스 챔버(612)를 가스 공급 시스템(610)의 질량유량계(611)를 통해 진공 챔버(620)와 연결하고, 진공 펌프(623)에 의해 진공 상태로 유지되는 진공 챔버(620)의 하부에는 수지 펠렛(50)이 수용된 시편 홀더(622)를 위치시키고 진공 챔버(620)의 상부에는 수지 펠렛(50)의 표면에 피복할 타겟 시료(M)가 장착된 시료 홀더(621)를 위치시킨다. 전원 공급부(624)를 통해 시편 홀더(622)에 음전압을 걸어주고 진공 챔버(620) 내에 아르곤 가스를 주입하면 플라즈마가 발생된다. 그리고 앞서 진공 증착 방법에서와 같은 방법으로 타겟 시료(M)를 가열하여 증발시키면, 증발된 금속 입자들은 플라즈마에 의해 이온화 상태로 여기되고, 이온화된 금속 입자(M+)는 음전압이 걸린 시편 홀더(622)에 수용된 수지 펠렛(50) 표면에 충돌함으로써 매우 큰 에너지를 가진 상태에서 흡착되어 박막을 형성하게 된다.
수지 펠렛(50)의 표면에 도금하고자 하는 금속 물질을 타겟 시료(M)로 하면 상기 도 8a 내지 도 8c에 도시된 공정에 의해 원하는 금속 물질을 수지 펠렛(50)의 표면에 도금할 수 있다.
또한, 상술한 도 8a 내지 도 8c의 실시예에 있어서, 수지 펠렛(50)이 수용된 홀더(424,522,622)를 진동 또는 회전시켜 수지 펠렛(50)의 표면 전체가 골고루 도금되도록 할 수 있다.
도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터배치와 수지 원료 또는 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 펠렛(50)을 포함하는 사출품의 제조예가 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 마스터배치(200)와 수지 원료(11)를 포함하는 컴파운드(300) 또는 수지 펠렛(50)을 사출 성형기(700)의 호퍼(720)에 넣어 가열 실린더로(740) 공급한다. 사용되는 수지 원료의 용융점을 고려하여 히터가 컴파운드(300) 또는 수지 펠렛(50)을 가열하면 컴파운드 또는 수지 펠렛(50)은 용융상태로 변하고, 유압모터(710)가 스크류(730)를 밀어내면 용융된 컴파운드 또는 수지 펠렛(50)은 스크류(730)에 의해 금형(750)으로 흘러 들어간다. 금형(750)은 사출품의 이용 목적에 따라 다양한 형상을 할 수 있으며, 도 9의 실시예에서는 사출품(800)으로서 메탈 질감이 나타나는 플라스틱 휴대폰 외장재를 제조하기 위해 휴대폰 외장재 형상의 금형이 이용되었다.
마스터배치(200)와 수지 원료(11)를 포함하는 컴파운드(300)를 사출한 경우에는 마스터배치(200)에 포함된 글라스 버블(100)의 비중이 수지, 특히 플라스틱과 유사하여 유동 패턴 차이에 의한 사출품의 외관 불량 현상을 방지할 수 있다.
표면에 금속막(51)이 형성된 수지 펠렛(50)을 사출한 경우에는, 수지 펠렛(50)이 용융되면서 금속막(51)에 포함된 금속 입자들이 수지 펠렛(50)들 사이에 균일하게 분포되어 금속 입자들의 몰림, 부족 현상을 방지할 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시예에 따른 사출품(800)은 사출품 자체로서 균일한 메탈 질감을 구현할 수 있게 된다.
도 9의 실시예에는 본 발명의 실시예에 따른 사출품을 제조하는 하나의 실시예에 불과하며, 사출품의 종류에 따라 다양한 방식으로 사출 성형이 이루어질 수 있다.
또한, 글라스 버블(100)이 외장재의 소재와 컴파운딩되어 사출에 이용되는 것 외에도 다양한 방식으로 외장재에 메탈 질감을 부여할 수 있다.
상술한 실시예에 따른 글라스 버블(100)에 의하면 공정 간소화로 인한 원가 절감을 도모할 수 있고, 상술한 실시예에 따른 사출품(800)은 친환경적이며 재활용이 가능하다.
또한, 외장재의 소재와의 비중 차이를 극소화함으로써 유동패턴 차이로 인한 외관 불량을 방지할 수 있고, 글라스 버블(100)의 형상은 구형이므로 배향 현상에 의한 외관 불량을 방지할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에 따른 마스터 배치에 의하면, 외장재의 소재로 사용되는 수지와의 혼련성이 향상되어 더욱 우수한 메탈 질감을 구현할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에 따른 수지 펠렛에 의하면, 사출 시에 별도의 금속 입자를 컴파운딩하지 않고서도 수지 자체로서 메탈 질감을 구현할 수 있으므로, 수지와 금속 입자의 유동 패턴 차이로 인한 외관 불량 현상을 방지할 수 있다.
100 : 글라스 버블 110 : 중공
120 : 쉘 130 : 표면 처리층
200 : 마스터 배치 50 : 수지 펠렛

Claims (15)

  1. 구형의 쉘(Shell); 및
    상기 쉘의 표면에 형성되는 표면 처리층;을 포함하고,
    상기 구형의 쉘은 비중이 감소되도록 그 내부에 중공이 형성되고, 상기 표면 처리층은 메탈 질감을 구현하는 표면 처리에 의해 형성되는 글라스 버블.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 처리층은 금속 입자를 포함하는 글라스 버블.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 처리는,
    금속 물질을 이용한 스퍼터링, 도금 및 증착 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 하는 글라스 버블.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 글라스 버블의 비중은 0.2-2.5인 것으로 하는 글라스 버블.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 글라스 버블의 지름은 5-700μm인 것으로 하는 글라스 버블.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 글라스 버블의 비중은 0.95-1.4인 것으로 하는 글라스 버블.
  7. 구형의 쉘(Shell)과, 상기 쉘의 표면에 형성되는 표면 처리층을 포함하고,상기 구형의 쉘은 비중이 감소되도록 그 내부에 중공이 형성되고, 상기 표면 처리층은 메탈 질감을 구현하는 표면 처리에 의해 형성되는 글라스 버블; 및
    상기 글라스 버블이 분산되어 있는 수지;를 포함하는 마스터배치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 수지는 플라스틱인 것으로 하는 마스터배치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 글라스 버블의 비중은 0.2-2.5인 것으로 하는 마스터배치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 표면 처리는,
    금속 물질을 이용한 스퍼터링, 도금 및 증착 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 하는 마스터배치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 글라스 버블의 중량비는 0.1-50 중량% 인 것으로 하는 마스터배치.
  12. 구형의 쉘(Shell)과, 상기 쉘의 표면에 형성되는 표면 처리층을 포함하고,상기 구형의 쉘은 비중이 감소되도록 그 내부에 중공이 형성되고, 상기 표면 처리층은 메탈 질감을 구현하는 표면 처리에 의해 형성되는 글라스 버블과, 상기 글라스 버블이 분산되어 있는 수지를 포함하는 마스터배치 및 상기 수지가 컴파운딩되어 사출된 사출품.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 마스터 배치는,
    상기 글라스 버블의 중량비를 0.1-50 중량% 인 것으로 하는 사출품.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 글라스 버블의 비중은 0.2-2.5인 것으로 하는 사출품.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 표면 처리는,
    금속 물질을 이용한 스퍼터링, 도금 및 증착 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 하는 사출품.
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