KR20150029100A - 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법 및 폴리우레탄 지지 패드 제조용 응고조 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 폴리우레탄 수지 및 DMF용매를 포함하는 폴리우레탄 수지 조성물을 컨베이어 벨트 상에 주입하는 단계; 및 상기 컨베이어 벨트를 DMF 수용액 또는 물을 함유한 응고조 내에서 응고액의 표면에 대하여 경사지도록 이동시켜 습식 응고하는 단계를 포함하는 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법 및 폴리우레탄 지지 패드 제조용 응고조에 관한 것이다. 이에 따르면 지지 패드 내부에 길고 큰 기공을 균일하게 기울어지게 형성하여 우수한 압축률 및 높은 탄성률을 가지며, 보다 균일하고 높은 효율의 연마를 구현할 수 있는 폴리우레탄 지지 패드가 제공될 수 있다.

Description

폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법 및 폴리우레탄 지지 패드 제조용 응고조 {PREPARATION METHOD OF POLY-URETHANE MOUNTING PAD AND COAGULATING BATH FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법, 폴리우레탄 지지 패드 및 폴리우레탄 지지 패드 제조용 응고조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부에 길고 큰 기공을 균일하게 기울어지게 형성하여 우수한 압축률 및 높은 탄성률을 가지며, 보다 균일하고 높은 효율의 연마를 구현할 수 있는 폴리우레탄 지지 패드를 제조하는 방법에 관한 것이다.

고집적도를 요구하는 반도체 장치 또는 디스플레이 장치에 사용 되는 기판은 미세하고 정밀한 표면이 요구되기 때문에 다양한 평탄화 방법이 적용되고 있다. 특히, 반도체 소자 또는 디스플레이 장치의 고집적화 및 고성능화 추세에 따라, 연마 패드와 피연마체 사이에 연마 입자 및 다양한 화학 성분을 포함하는 슬러리 조성물을 공급하면서, 연마 패드와 피연마체를 상대적으로 이동시켜 연마 하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 이러한 연마 방법에서는 보다 정밀한 연마를 위해서 연마 또는 가공 과정에서 일정한 위치와 자세를 유지할 수 있도록 상기 피연마체를 일정한 지지 패드 상에 고정시키고 있다.

특히, 디스플레이용 유리 기판으로 사용되기 위해서는 유리 기판 표면의 거칠기(roughness) 및 위치별 단차 차이(TTV)가 주요 관리 인자이며, 서브 마이크론(sub-micron) 내지 수십 마이크론 범위 내에서 조절이 가능하여야 한다. 또한, waviness를 40nm수준으로 관리하여야 하며, 특히 TFT용 유리 기판으로 적용하기 위해서는 20nm 내외의 waviness 관리가 필요하다.

이러한 세밀한 연마가 가능하기 위해서는 연마 공정의 조건 및 장치의 조절뿐만 아니라, 사용되는 지지 패드가 높은 압축률 및 압축 회복률을 가져야 하며, 지지 패드 전 영역에 걸쳐서 보다 균일한 두께, 압력 분포 및 장력 분포를 가져야 한다.

그러나, 이전에 알려진 지지 패드는 내부에 형성된 기포가 불균일한 크기 및 분포를 나타내고 압축률 및 압축 회복률 등의 물성도 좋지 않아, 보다 균일하고 세밀한 연마가 요구되는 분야, 예를 들어 디스플레이용 유리 기판, 기록 장치용 유리 디스크, 광학용 렌즈 표면의 연마에 적용하기에는 충분하지 못하였다.

따라서, 균일하고 일정한 형태의 기공을 내부에 포함하여, 연마 단계에서 가해지는 힘을 지지 패드 전체 및 피연마체 전체로 균일하게 분배하여 보다 균일하고 세밀한 연마를 가능케 하고, 기공을 기울어지게 형성하여 낮은 압력에서도 더 많은 압축이 가능하여 높은 압축률 및 압축 회복률을 나타내고, 보다 균일하고 높은 효율의 연마를 구현할 수 있는 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법에 대한 개발이 필요하다.

본 발명은, 내부에 길고 큰 기공을 균일하게 기울어지게 형성하여 우수한 압축률 및 높은 탄성률을 가지며, 보다 균일하고 높은 효율의 연마를 구현할 수 있는 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법, 폴리우레탄 지지 패드 및 폴리우레탄 지지 패드 제조용 응고조를 제공한다.

본 발명은, 폴리우레탄 수지 및 DMF용매를 포함하는 폴리우레탄 수지 조성물을 컨베이어 벨트 상에 주입하는 단계; 및 상기 컨베이어 벨트를 DMF 수용액 또는 물을 함유한 응고조 내에서 응고액의 표면에 대하여 경사지도록 이동시켜 습식 응고하는 단계를 포함하는 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 피연마체 접촉면에 대하여 30 내지 75°의 경사각을 갖는 기공이 내부에 형성된 폴리우레탄 지지 패드를 제공한다.

이에 더하여, 본 발명은, 응고액를 저장하는 용기; 및 상기 용기 내부에서 경사각을 가지고 이동하도록 설치된 컨베이어 벨트;를 포함하는, 폴리우레탄 지지 패드 제조용 응고조를 제공한다.

이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법, 폴리우레탄 지지 패드, 및 폴리우레탄 지지 패드 제조용 응고조에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 명세서에서, '지지 패드'는 반도체 또는 디스플레이 장치에 사용되는 기판 제조 과정 중, 연마 공정에서 연마 대상막을 캐리어에 밀착 또는 고정시켜주는 역할을 하는 패드를 의미한다.

발명의 일 구현예에 따르면, 폴리우레탄 수지 및 DMF용매를 포함하는 폴리우레탄 수지 조성물을 컨베이어 벨트 상에 주입하는 단계; 및 상기 컨베이어 벨트를 DMF 수용액 또는 물을 함유한 응고조 내에서 응고액의 표면에 대하여 경사지도록 이동시켜 습식 응고하는 단계를 포함하는 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법이 제공될 수 있다.

본 발명자들은, 폴리우레탄 수지 조성물을 습식 응고하는 단계에서, 수지 조성물을 응고조 내에서 비스듬히 이동시켜, 내부에 피연마체 접촉면에 대하여 기울어져 있는 길쭉한 타원형 형태의 기공을 포함하는 폴리우레탄 지지 패드를 제조하였다.

상기 발명의 일 구현예의 제조 방법은 상기 특정의 응고과정을 포함하여, 습식 응고 과정에서 폴리우레탄 수지 내부에 형성되는 기공을 긴 타원형의 형상으로 유지하면서도, 기공을 지지 패드의 피연마체 접촉면에 대하여 비스듬히 기울어지게 형성시켜 최종적으로 얻어지는 폴리우레탄 지지 패드의 압축률 및 압축회복률을 높일 수 있다.

이에 따라, 상기 폴리우레탄 지지 패드의 내부에 긴 타원형의 기공이 균일하게 다수 분포되어 지지 패드와 연마 대상막 사이에 갇혀있는(trap) 공기를 용이하게 내부로 전달받을 수 있고, 연마 단계에서 가해지는 힘을 지지 패드 전체 및 피연마체 전체로 균일하게 분배하여 보다 균일하고 세밀한 연마를 할 수 있다.

그리고, 피연마체에 대하여 작용하는 힘은 기공을 포함하는 탄성체 고분자인 폴리우레탄 물질이 압축되면서 흡수되며, 구체적으로 피연마체에 대하여 수직으로 작용하는 힘은 기공의 측면부가 압축되면서 흡수될 수 있다. 따라서, 기공이 기울어지게 형성된 상기 일 구현예에 따른 지지 패드는 수직으로 형성된 기공에 비하여 측면에서의 충격 흡수가 용이하여, 낮은 압력 또는 하중에도 기공이 쉽게 수축될 수 있고, 충격을 완화시킬 수 있다. 즉, 동일한 하중에 대하여 상대적으로 더 많은 두께의 변화가 나타나 높은 압축률을 나타낼 수 있고, 연마시 발생할 수 있는 약한 충격 및 비균일성 충격을 흡수하여 균일한 연마를 가능하게 할 수 있다.

상기 폴리우레탄 수지 및 DMF용매를 포함하는 폴리우레탄 수지 조성물은 컨베이어 벨트 상에 주입되어, 컨베이어 벨트의 터치롤러 사이를 이동하는 기재필름에 도포 또는 코팅 될 수 있다.

상기 컨베이어 벨트는 통상적으로 사용되는 플라스틱 또는 금속 등의 재질의 컨베이어 벨트일 수 있고, 폴리우레탄의 습식 응고에 사용되는 것으로 알려진 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 폴리우레탄 지지 패드의 기재로 사용될 수 있는 것으로 알려진 필름, 예를 들어 PET 필름, 직물, 부직포 등을 롤러에 감아서 컨베이어 벨트로 사용할 수도 있다.

또한, 상기 컨베이어 벨트 상에 상기 폴리우레탄 수지 조성물을 직접 주입할 수도 있으며, 상기 컨베에어 벨트 상에 상기 폴리우레탄 지지 패드의 기재로 사용될 수 있는 것으로 알려진 기재 필름을 올리고, 상기 기재 필름상에 폴리우레탄 수지 조성물을 주입할 수도 있다.

본 명세서에서 "컨베이어 벨트를 이동한다"함은 터치롤러의 회전으로 이에 감겨있는 기재필름이 이동되거나, 컨베이어 벨트 상부에 위치한 기재필름이 벨트를 따라 이동하는 것을 모두 포함하는 의미이다.

그리고, 상기 컨베이어 벨트를 응고조 내에서 응고액의 표면에 대하여 경사지도록 이동시켜 습식 응고하는 단계에서, "컨버이어 벨트가 경사지게 이동한다"함은 응고액 표면에 대하여 0 초과 90 °미만의 각도를 가지고 비스듬히 이동하는 경우를 모두 포함하는 것으로, 표면으로부터 응고조 바닥 방향으로의 하행 및 응고조 바닥으로부터 표면 방향으로의 상행을 모두 포함하는 의미이다.

상기 발명의 일 구현예에서, 폴리우레탄 수지와 DMF 용매 등의 유기 용매를 포함하는 조성물을 유기 용매와 물이 담겨 있는 응고조에서 응고시키면, 수지 조성물 성분의 상분리 현상, 예를 들어 폴리우레탄 수지, 물 및 유기 용매의 상분리 현상이 일어나는데, 이러한 상분리 현상에 의하여 다수의 기공이 내부에 형성된 폴리우레탄 수지가 얻어질 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 습식 응고 과정에서는 폴리우레탄 수지 내부의 DMF가 물과 교체되면서 폴리우레탄 수지가 서서히 응고되고 이에 따라 다수의 기공이 형성될 수 있다. 상기 응고조에 채워져 있는 수용액의 농도 및 수용액 또는 물의 양은 크게 제한되는 것은 아니며, 반응 조건 및 제조되는 지지 패드의 물성에 따라서 적절히 조절할 수 있다. 상기 응고 과정 후 연마 패드 내부에는 물과 DMF가 적절히 남아 있는 상태일 수 있으며, 이러한 응고물을 세척하고 오븐에서 건조함으로서 연마 패드 내부에서 물, DMF 용매 및 기타 성분을 제거할 수 있다.

특히, 상기 응고조 내에서 폴리우레탄 수지 조성물이 주입된 컨베이어 벨트는 응고액의 표면에 대하여 경사지도록 이동하면서 습식 응고되어, 기공이 기울어지게 지지 패드 내부에 형성될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 기공의 기울어짐 현상은 서로 교환되는 폴리우레탄 수지 내부의 DMF와 응고액에 작용하는 중력으로 인해 나타날 수 있다. 즉, 폴리우레탄 수지 조성물은 컨베이어 벨트를 따라 일정하게 기울어져서 응고조 내부를 이동하는데 반해, 폴리우레탄 수지 내부에서 배출되는 DMF와 응고조로부터 수지 내부로 투입되는 물은 중력의 영향으로 응고조 바닥면 방향으로 이동한다. 따라서, DMF와 물이 폴리우레탄 수지 조성물의 이동 방향과 수직이 아닌 비스듬한 방향으로 이동하면서 응고되어 지지 패드의 바닥면에 대하여 경사진 기공이 생성될 수 있다.

상기 응고조 내에서 컨베이어 벨트는 상기 응고액의 표면에 대하여 0 내지 90°또는 10 내지 80°경사각을 가지고 이동할 수 있다. 여기서 경사각은 응고액 표면과 컨베이어 벨트가 이루는 두 각 중 작은 각을 의미하는 것으로, 0 내지 90°범위의 값을 가질 수 있다. 특히, 상기 컨베이어 벨트의 이동 각도는 응고액의 표면에 대하여 20 내지 80°의 경사각을 갖는 것이 바람직하다. 경사각이 낮을 경우 기공이 기울어지는 효과가 나타나지 않을 수 있고, 경사각이 높을 경우 응고조의 제조에 어려움이 있거나, 기공의 형상이 random하게 형성되어 지지 패드의 압축 회복률이 낮아질 수 있다.

상기 컨베이어 벨트를 DMF 수용액 또는 물을 함유한 응고조 내에서 응고액의 표면에 대하여 경사지도록 이동시켜 습식 응고하는 단계는, 상기 컨베이어 벨트를 상기 응고액의 표면에 대하여 10 내지 80°의 경사각으로 하행시키는 단계; 및 상기 하행된 컨베이어 벨트를 상기 응고액의 표면에 대하여 10 내지 80°의 경사각으로 상행시키는 단계; 를 포함할 수 있다.

상기 폴리우레탄 수지 조성물이 주입된 컨베이어 벨트는 상기 응고액의 표면에 대하여 10 내지 80°의 경사각으로 하행 한 후 바로 이어서 상기 응고액의 표면에 대하여 10 내지 80°의 경사각으로 상행 시킬 수 있다. 상기 컨베이어 벨트의 이동은 동일한 경사각으로 하행 및 상행 할 수 있고, 다른 경사각으로 진행할 수도 있다. 상기 폴리우레탄 수지 조성물을 경사각이 동일한 컨베이어 벨트를 따라 이동하면서 습식 응고하면 응고 과정 동안 폴리우레탄 수지 조성물의 DMF의 배출 방향과, 응고조의 응고액의 상기 수지 조성물로의 침투 방향이 폴리우레탄 수지 조성물의 진행 방향에 대하여 동일한 기울기로 기울어져, 기공의 형태를 일정한 각도로 기울여 형성할 수 있다.

그리고, 상기 컨베이어 벨트를 상기 응고액의 표면에 대하여 10 내지 80°의 경사각으로 하행시키는 단계; 및 상기 하행된 컨베이어 벨트를 상기 응고액의 표면에 대하여 10 내지 80°의 경사각으로 상행시키는 단계;를 2회 내지 5회 반복 할 수 있다. 컨베이어 벨트를 응고조 내에서 하행 및 상행 이동을 반복하여 습식 응고물을 제조하면 응고를 충분히 할 수 있으며, 수지 조성물 성분의 상분리 현상이 잘 일어나, 다수의 기공이 비스듬히 긴 타원형의 모양으로 생성될 수 있다.

상기 폴리우레탄 수지 조성물이 주입된 컨베이어 벨트는 10 내지 500 m 이동 할 수 있다. 컨베이어 벨트의 이동 거리가 상기 범위를 벗어나는 경우, 습식 응고가 완료되지 못하거나 기공이 긴 타원형의 모양으로 생성되지 않을 수 있고, 이미 습식 응고 완료된 폴리우레탄 수지가 계속 이동하여 형태가 변할 수 있다.

그리고, 상기 컨베이어 벨트를 하행과 상행을 반복하여 습식 응고하는 단계에서, 하행과 상행 각각의 이동 거리는 1 내지 50 m 일 수 있다. 상, 하행 각각의 컨베이어 벨트의 이동 거리의 비율은 제한되지 않아 같을 수도 있고, 짧아지거나 길어질 수 있다.

상기 컨베이어 벨트는 0.1 내지 10 m/min의 일정한 속도로 이동할 수 있다. 바람직하게는, 0.3 내지 3 m/min의 일정한 속도로 이동할 수 있다. 0.1 m/min 미만의 속도로 이동하면, 느린 이동으로 인하여 공정성이 좋지 못하고, 응고조 내부에 국지적으로 농도가 달라져서 패드의 균일성이 저하될 수 있다. 그리고, 폴리우레탄 수지 조성물이 10 m/min을 초과하는 속도로 이동하면 응고조 내의 응고액에 flow가 발생하게 되어 이 flow에 의해 응고가 완료되지 않은 폴리우레탄 패드 표면에 flow 자국이 남을 수 있다.

그리고, 상기 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법은 상기 컨베이어 벨트를 응고조 내에서 이동하는 단계뿐만 아니라, 폴리우레탄 수지 조성물이 주입된 컨베이어 벨트를 상기 응고조로 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 컨베이어 벨트를 응고조로 투입하는 각도는 제한되지 않으며, 응고액 표면에 대하여 수직 또는 비스듬히 투입할 수 있다. 일정한 각도로 기울어진 기공을 형성하기 위해서는 컨베이어 벨트를 응고액 표면에 대하여 수직으로 투입하여 단시간 내에 롤러상에 위치시키고, 일정한 경사각으로 이동하여 응고시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 컨베이어 벨트를 응고조 내에서 이동하는 단계에 이어서 상기 컨베이어 벨트를 상기 응고조 밖으로 배출시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 컨베이어 벨트를 응고조 밖으로 배출하는 각도는 제한되지 않으며, 응고액 표면에 대하여 수직 또는 비스듬히 배출할 수 있다. 일정한 각도로 기울어진 기공을 포함하여 응고된 컨베이어 벨트를 응고액 표면에 대하여 수직으로 배출하여 기 형성된 기공의 형태를 흐트러짐없이 배출 시킬 수 있다.

그리고 상기 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법은, 상기 폴리우레탄 수지 조성물을 컨베이어 벨트 상에 주입하는 단계; 및 상기 컨베이어 벨트를 응고조 내에서 응고액의 표면에 대하여 경사지도록 이동시켜 습식 응고하는 단계; 이외에 상기 습식 응고물을 수세 및 건조 하는 단계; 상기 습식 응고물의 표면을 연마하는 단계; 또는 상기 습식 응고물의 표면에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 폴리우레탄 수지 및 DMF 용매를 포함하는 수지 조성물을 습식 응고하는 단계 이후에, 상기 조성물의 응고물을 수세, 탈수 및 건조하는 단계가 연속하여 이루어질 수 있다. 이러한 수지 조성물의 응고물을 수세, 탈수 및 건조하는 단계에서는 지지 패드의 제조 방법에서 사용 가능한 것으로 알려진 방법 및 장치를 큰 제한 없이 사용할 수 있다.

한편, 상기 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법은 상기 습식 응고물의 표면을 연마(또는 버핑(buffing))하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 연마 단계는, 고속으로 회전하는 샌드페이퍼가 감긴 롤(Roll)를 이용하여 경도가 낮은 폴리우레탄 필름(100% 모듈러스 1 내지 10)의 표면을 깍는 공정으로서, 높은 에너지가 가해지는 공정이다.

이러한 연마(또는 버핑(buffing)) 공정에서는, 피연마막을 한번에 수백 um를 깍을 수도 있으며, 수십 um씩 여러 번에 걸쳐 깍을 수도 있다. 낮은 경도의 필름을 한번에 많이 연마하는 경우, MD(machine direction)방향으로 두께 차이 또는 연마(버핑) 수준의 차이가 발생할 수 있으며, 지지 패드에 불균일하게 쌓인 에너지는 연마 장비에서 피연마막, 예를 들어 디스플레이의 유리 기판 등으로 불균일하게 전사되어 TD(Transverse Direction) 방향의 라인 또는 줄무늬가 발생할 수 있다.

상기 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법은, 상기 연마된 습식 응고물의 표면에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 접착층은 지지 패드의 최종 제품을 제조하는데 사용되는 것으로 알려진 방법 및 구성을 별 다른 제한 없이 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 접착층은 상기 습식 응고물의 표면 또는 상기 표면 연마된 습식 응고물의 표면에 일정한 접착제, 예를 들어 감압성 접착제(PSA) 등을 도포함으로서 형성될 수 도 있으며, 상기 습식 응고물의 표면 또는 상기 표면 연마된 습식 응고물의 표면에 감압성 양면 접착 필름을 라미네이트함으로서 형성될 수도 있다.

상기 폴리우레탄 수지는 100,000 내지 1,000,000의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 100,000 미만의 중량평균분자량을 가지는 폴리우레탄 수지는 기공을 잘 형성하지 못해 균일하고, 일정한 형태의 기공을 포함하는 지지 패드를 제조하기 어렵고, 1,000,000을 초과하는 중량평균분자량을 가지는 폴리우레탄 수지는 점도가 높아 혼합 및 코팅 등의 공정성이 떨어지며, 수지의 탄성률(modulus)이 높아져 낮은 압축률을 나타낼 수 있다.

또한, 상기 폴리우레탄 수지는 상온에서 30%의 DMF Solution 상태에서 100,000 내지 1,000,000 cps의 점도를 가질 수 있다. 상기 폴리우레탄 지지 패드의 제조 과정에서, 폴리우레탄 수지 내의 DMF가 물에 용해되어 빠져나가면서 기공이 형성될 수 있는데, 상기 범위의 분자량 또는 점도를 갖는 폴리우레탄 수지를 사용하면 다수의 기공이 균일한 크기와 균일한 분포로 형성될 수 있다. 상기 폴리우레탄 수지의 점도가 100,000cps미만이면 지지 패드로서 적절한 물성을 갖지 못하며, 지지 패드 제조도 어려워질 수 있으며, 상기 점도가 1,000,000cps초과인 경우에는 지지 패드 내부에 기공을 형성시키기 어려우며 지지 패드의 경도가 크게 높아질 수 있다.

상기 수지 조성물은 상기 폴리우레탄 수지 1 내지 70wt%, 바람직하게는 3 내지 50wt%을 포함할 수 있다. 상기 수지 조성물에서 폴리우레탄 수지의 함량이 너무 작으면 지지 패드의 본체를 적절히 형성하기 어렵고, 조성물의 점도가 너무 낮아져서 지지 패드를 제조하기 위한 코팅 공정에 적용하기가 용이하지 않을 수 있다. 또한, 상기 수지 조성물에서 폴리우레탄 수지의 함량이 너무 크면, 얻어지는 폴리우레판 지지 패드의 밀도가 필요 이상으로 커지거나 조성물의 점도가 너무 커져서 지지 패드를 제조하기 위한 코팅 공정에 적용하기가 용이하지 않을 수 있다.

상기 수지 조성물은 디메틸포름아미드(DMF) 용매를 포함할 수 있는데, 상기 디메틸포름아미드(DMF)는 N,N'-디메틸포름아미드(N,N'-dimethylmethanamide)를 의미한다. 상기 DMF는 폴리우레탄 수지 조성물을 습식 응고 시, 응고액 중 물과 교체되어, 응고 과정이 완료되면 내부에 기공이 형성된 지지 패드용 폴리우레탄 수지가 형성될 수 있다.

상기 수지 조성물은 상기 DMF 용매 30 내지 99wt%, 바람직하게는 40 내지 90wt%를 포함할 수 있다. 상기 수지 조성물 상에서 DMF 용매의 함량이 너무 작으면 응고 과정에서 수지 내부에 기공 형성이 원활하지 않을 수 있으며, 상기 함량이 너무 크면 폴리우레탄 수지의 비율이 크게 줄어 적절한 물성을 갖는 폴리우레탄 지지 패드를 제조하기 어려울 수 있다.

상기 수지 조성물은 음이온성 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 상기 음이온성 계면활성제는 응고되는 조성물의 전 영역에 걸쳐 물이 균일하게 침투할 수 있게 하며, 폴리우레탄 수지 조성물의 각각 성분들의 상분리가 일정 부분에 집중되지 않게 할 수 있어서, 지지 패드 내부에 기공이 매우 균일하게 형성될 수 있게 할 수 있다. 이러한 음이온성 계면활성제는 제조되는 지지 패드의 물성이나 공정상 조건 등을 고려하여 함량을 적절히 조절하여 사용될 수 있고, 예를 들어 상기 지지 패드용 폴리우레탄 수지 조성물 중 0.01 내지 5 wt%로 포함될 수 있다. 상기 음이온성 계면활성제로는 도데실벤젠설폰산, 도데실벤젠설폰산 유도체, 호박산, 호박산 유도체, 도데실설페이트, 도데실설페이트 유도체 또는 이들의 1 이상의 혼합물을 들 수 있다. 그리고, 음이온성 계면활성제로 도데실벤젠설폰산 또는 이의 유도체와, 호박산 또는 이의 유도체를 혼합하여 사용하는 것이, 지지 패드 내부에 형성되는 기공의 형태나 크기를 적절히 조절하고 제조되는 지지 패드의 물성을 향상시키기 위해서 바람직하다.

상기 수지 조성물은 지지 패드의 흡착력을 높이거나 패드의 표면을 평탄화 하기 위하여 비이온성 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 이러한 비이온성 계면활성제의 예로는 실리콘계 고분자, 실리콘 오일, 글리세롤 계열 고분자 또는 탄화수소 계열 고분자 등을 들 수 있다. 이러한 비온성 계면활성제는 제조되는 지지 패드의 물성이나 공정상 조건 등을 고려하여 함량을 적절히 조절하여 사용될 수 있고, 예를 들어 상기 지지 패드용 폴리우레탄 수지 조성물 중 0.01 내지 5 wt%로 포함될 수 있다.

또한, 상기 수지 조성물은 착색제, 발수제, 충진제, 기공 크기 조절제 및 안료로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 제조되는 지지 패드의 물성이나 공정상 조건 등을 고려하여 함량을 적절히 조절하여 사용될 수 있고, 예를 들어 상기 수지 조성물에 각각의 첨가제가 0.01 내지 10 wt%로 포함될 수 있다.

한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 피연마체 접촉면에 대하여 30 내지 75°의 경사각을 갖는 기공이 내부에 형성된 폴리우레탄 지지 패드가 제공될 수 있다. 여기서 피연마체 접촉면은 피연마체와 지지 패드가 연마 시 접촉하는 평면이며, 상기 경사각은 피연마체 접촉면과 기공의 길이 방향으로 연장한 직선이 이루는 두 각 중 작은 각을 의미하는 것으로, 상기 기공의 길이는 어느 하나의 기공에서 최고점과 최저점을 잇는 직선 거리이다. 상기 기공은 바람직하게 40 내지 70°의 경사각을 가질 수 있다. 상기 지지 패드 내부의 기공은 긴 타원형이면서도, 피연마체 접촉면에 대하여 기울어져 있어 낮은 압력에도 더 많은 압축이 가능하여 높은 압축률을 나타낼 수 있고, 연마시 발생하는 약한 충격이나 비균일성 충격을 흡수하여 균일한 연마를 가능하게 할 수 있다.

또한 상기 폴리우레탄 지지 패드 내부의 기공은 50㎛ 내지 3mm, 바람직하게는 300㎛ 내지 2mm의 길이를 가질 수 있다. 그리고, 이러한 폴리우레탄 지지 패드 내부에 분포하는 기공은 3 내지 10의 평편비(폭에 대한 길이의 비율), 바람직하게는 4 내지 9의 평편비를 가질 수 있다. 상기 기공의 길이는 상술한 바와 같으며, 기공의 폭은 상기 기공의 길이에 해당하는 직선과 수직하는 방향으로 기공 경계 상의 두 점을 잇는 직선 거리 중 최장 거리를 의미 한다.

상기 폴리우레탄 지지 패드는 0.5 내지 5mm, 바람직하게는 1 내지 4mm의 두께를 가질 수 있으며, 0.10 내지 0.50g/㎤, 바람직하게는 0.15 내지 0.30 g/㎤의 밀도를 가질 수 있다.

또한, 상기 폴리우레탄 지지 패드는 JIS L1021-16에 따른 압축률이 30 %이상이고, 압축회복률이 90%이상 일수 있다.

한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 응고액를 저장하는 용기; 및 상기 용기 내부에서 경사각을 가지고 이동하도록 설치된 컨베이어 벨트;를 포함하는, 폴리우레탄 지지 패드 제조용 응고조가 제공될 수 있다.

본 발명자들은, 폴리우레탄 수지 조성물이 응고조 내에서 응고액 표면에 대하여 경사지게 이동할 수 있도록 제조한 응고조를 이용하여 폴리우레탄 지지 패드를 제조하면, 기울어진 길쭉한 타원형의 기공을 포함하는 지지 패드를 제조할 수 있음을 확인하였다. 특히, 기울어진 길쭉한 타원형의 기공은 보다 높은 압축률 및 압축 회복률과 우수한 탄성 및 지지 성능 등을 가질 수 있다.

상기 응고조 내에서 폴리우레탄 수지 조성물이 주입된 컨베이어 벨트가 응고액의 표면에 대하여 경사지도록 이동하면서 습식 응고하면 기공이 기울어지게 지지 패드 내부에 형성될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 기공의 기울어짐 현상은 서로 교환되는 폴리우레탄 수지 내부의 DMF와 응고액에 작용하는 중력으로 인해 나타날 수 있다. 즉, 폴리우레탄 수지 조성물은 컨베이어 벨트를 따라 일정하게 기울어져서 응고조 내부를 이동하는데 반해, 폴리우레탄 수지 내부에서 배출되는 DMF와 응고조로부터 수지 내부로 투입되는 물은 중력의 영향으로 응고조 바닥면 방향으로 이동한다. 따라서, DMF와 물이 폴리우레탄 수지 조성물의 이동 방향과 수직이 아닌 비스듬한 방향으로 이동하면서 응고되어 피연마체 접촉면에 대하여 경사진 기공이 생성될 수 있다.

상기 컨베이어 벨트는 응고액의 표면에 대하여 10 내지 80°의 경사각을, 보다 바람직하게는 20 내지 80°의 경사각을 가지고 이동할 수 있다. 여기서 경사각은 응고액의 표면과 컨베이어 벨트가 이루는 두 각 중 작은 각을 의미하는 것이다. 경사각이 상기 범위를 벗어나는 경우, 지지 패드 내부에 형성되는 타원형의 기공이 일정한 방향으로 기울어지지 않을 수 있다.

그리고, 상기 컨베이어 벨트는 용기의 바닥면으로부터의 수직 거리와 측면으로부터의 수평거리가 다른 곳에 설치된 2 이상의 롤러; 및 상기 롤러 사이에 걸쳐 설치되고, 상기 롤러의 회전에 의해 일정 방향으로 진행 가능하도록 형성될 수 있다.

상기 컨베이어 벨트는 n이 2 이상 일 때, n+1개의 롤러 사이에 걸쳐서 n단으로 설치될 수 있고, 상기 n단에서의 컨베이어 벨트의 진행 방향은 n-1단에서의 진행 방향과 반대일 수 있다. 구체적으로, 상기 n단의 컨베이어 벨트에서, 1 '단'의 컨베이어 벨트는 두 롤러를 포함하며 한 방향으로 이동하는 일 직선의 컨베이어 벨트를 의미하고, 연속된 2단의 컨베이어 벨트는 두 단 사이에 위치한 하나의 롤러를 공유하며, 그 롤러를 매개로 진행 방향이 하행과 상행으로 전환될 수 있다. 폴리우레탄 수지 조성물의 완전한 습식 응고를 가능케 하고, 기공을 일정한 방향으로 균일하게 기울어지도록 하기 위하여 상기 n은 2 내지 10인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 n단의 컨베이어 벨트는 서로 평행할 수 있다. 즉, 각 단의 컨베이어 벨트가 응고액의 표면에 대하여 가지는 경사각이 동일 할 수 있다. 상기 폴리우레탄 수지 조성물을 경사각이 동일한 컨베이어 벨트를 따라 이동하면서 습식 응고하면 폴리우레탄 수지 조성물 내부의 DMF의 배출 방향과, 응고조의 응고액의 상기 수지 조성물로의 침투 방향이 동일한 기울기로 기울어져, 일정한 각도로 기울어진 형태의 기공을 더 잘 형성할 수 있다.

상기 컨베이어 벨트의 길이는 10 내지 500 m 일 수 있다. 컨베이어 벨트의 길이가 상기 범위를 벗어나는 경우, 습식 응고가 완료되지 못하거나 기공이 긴 타원형의 모양으로 생성되지 않을 수 있고, 이미 습식 응고 완료된 폴리우레탄 수지가 계속 이동하여 형태가 변할 수 있다.

그리고, 상기 n단의 컨베이어 벨트에서 각 단의 컨베이어 벨트의 길이는 1 내지 50 m 일 수 있다. 각 단의 컨베이어 벨트의 길이의 비율은 제한되지 않아 같을 수도 있고, 짧아지거나 길어질 수 있다.

그리고, 상기 응고액를 저장하는 용기는 50 내지 1000㎡일 수 있다.

상기 컨베이어 벨트는 0.1 내지 10 m/min의 일정한 속도로 이동할 수 있다. 바람직하게는, 0.3 내지3 m/min의 일정한 속도로 이동할 수 있다. 0.1 m/min 미만의 속도로 이동하면, 상기 폴리우레탄 수지 조성물이 응고조 내에서 짧은 거리를 이동 하는 동안에 응고과정이 완료되어, 응고액이 지지 패드에 충분히 침투하지 않아 길쭉한 타원형 형태의 기공이 아닌 짧은 형태의 기공이 형성되거나, 비스듬히 제조되기 어렵다. 또한, 폴리우레탄 수지 조성물이 10 m/min을 초과하는 속도로 이동하면 빠른 속도로 인하여 타원형 형태의 기공의 윗부분이 휘어질 수 있다.

그리고, 상기 폴리우레탄 지지 패드 제조용 응고조는 상기 컨베이어 벨트에 연결된 투입 롤러 또는 배출 롤러를 더 포함할 수 있다. 상기 투입 롤러는 응고조 내에 위치한 상기 경사진 컨베이어 벨트의 시작 롤러와 기재 필름을 통해 연결될 수 있으며, 상기 배출 롤러는 응고조 내에 위치한 경사진 컨베이어 벨트의 마지막 롤러와 기재 필름을 통해 연결될 수 있다. 상기 컨베이어 벨트를 상기 응고조로 투입 또는 배출하는 각도는 제한되지 않으므로 투입 또는 배출 롤러와 컨베이어 벨트의 시작 또는 마지막 롤러의 연장선이 응고액 표면에 대하여 수직이거나 기울어지도록 설치할 수 있다. 특히, 일정한 각도로 기울어진 기공을 형성하기 위해서는 투입 또는 배출 롤러와 컨베이어 벨트와의 연장선이 응고액 표면에 대하여 수직이 될 수 있도록 투입 또는 배출 롤러를 설치하여 폴리우레탄 수지 조성물을 단시간 내에 컨베이어 벨트의 롤러상에 위치시키고, 일정한 경사각으로 이동하여 응고시키고, 기 형성된 기공의 형태를 흐트러짐 없이 배출 시키는 것이 바람직하다.

상술한 제조 방법에 의하여 제조되는 폴리우레탄 지지 패드는 내부에 길고 큰 기공이 균일하게 형성될 뿐만 아니라, 기공이 피연마체 접촉면에 대하여 규칙적으로 기울어져 있을 수 있다. 이에 따라 패드의 낮은 압력에도 더 많은 압축이 가능하여 높은 압축률 및 압축 회복률을 구현 할 수 있으며, 연마시 발생할 수 있는 약한 충격 및 비균일성 충격을 흡수하여 균일한 연마를 가능하게 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 제조되는 패드 전체 영역에서 보다 균일한 압력 분포, 높은 압축률 및 압축회복률을 나타나게 할 수 있으며, 보다 균일하고 높은 효율의 연마를 구현할 수 있는 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법, 폴리우레탄 지지 패드 및 폴리우레탄 지지 패드 제조용 응고조가 제공될 수 있다.

도1은 실시예1에서 사용한 응고조의 개략도이다.
도2는 비교예1에서 사용한 응고조의 개략도이다.
도3은 실시예1에서 제조한 지지 패드의 단면 SEM사진을 나타낸 것이다.
도4는 실시예1에서 제조한 지지 패드의 단면 SEM사진을 나타낸 것이다.
도5는 비교예1에서 제조한 지지 패드의 단면 SEM사진을 나타낸 것이다.
도6은 비교예1에서 제조한 지지 패드의 단면 SEM사진을 나타낸 것이다.

발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

< 실시예1 : 폴리우레탄 지지 패드의 합성 및 이의 압축률 측정 >

하기 표1의 성분을 포함하는 수지 조성물을 코터에서PET필름 상에 코팅한 후, 이러한 코팅층을 물, DMF를 함유하는 응고조에 1 m/min의 균일한 속도로 응고액 표면에 대하여 60°의 기울기로 통과시켜 습식 응고하고, 수세, 탈수 및 건조함으로써, 내부에 기공이 형성된 폴리우레탄 수지 필름층을 얻었다.

[폴리우레탄층: 800㎛]

[지지 패드 내부 기공의 피연마체 첩촉면에 대한 경사각: 60°]

성분명 (중량부）	폴리우레탄수지 (SW-80LM) 380,000	비이온성계면활성제 SD-7	SD-11	착색제	DMF	발수제	충진제
실시예1	150	2	4	6	15	2	1

* 폴리우레탄 수지 SW-80LM: 폴리우레탄 수지 20중량%의 DMF 용액

사용한 응고조의 개략도는 도1에 나타내었고, 제조한 폴리우레탄 지지 패드 단면의 SEM사진을 도3, 4에 나타내었다.

< 비교예1 : 폴리우레탄 지지 패드의 합성 및 이의 압축률 측정 >

습식 응고 단계에서 코팅층을 응고액 표면과 평행하게 이동 시켜 습식 응고한 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 지지 패드를 얻었다.

[폴리우레탄층: 1000㎛]

[지지 패드 내부 기공의 피연마체 첩촉면에 대한 경사각: 90°]

사용한 응고조의 개략도는 도2에 나타내었고, 제조한 폴리우레탄 지지 패드 단면의 SEM사진을 도5, 6에 나타내었다.

< 실시예 및 비교예의 비교>

도3 내지 도4에서 확인할 수 있듯, 상기 실시예의 폴리우레탄 지지 패드는 피연마체 첩촉면에 대하여 60°의 경사각을 가지는 기공을 포함하여, 낮은 압력에서도 더 많은 압축을 하여 높은 압축률 및 압축 회복률을 나타낼 수 있고, 보다 균일하고 높은 효율의 연마를 구현할 수 있다.

Claims (17)

1. 폴리우레탄 수지 및 DMF용매를 포함하는 폴리우레탄 수지 조성물을 컨베이어 벨트 상에 주입하는 단계; 및
   상기 컨베이어 벨트를 DMF 수용액 또는 물을 함유한 응고조 내에서 응고액의 표면에 대하여 경사지도록 이동시켜 습식 응고하는 단계를 포함하는, 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 응고조 내에서 컨베이어 벨트는 상기 응고액의 표면에 대하여 10 내지 80°의 경사각을 가지고 이동하는, 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 컨베이어 벨트를 DMF 수용액 또는 물을 함유한 응고조 내에서 응고액의 표면에 대하여 경사지도록 이동시켜 습식 응고하는 단계는,
   상기 컨베이어 벨트를 상기 응고액의 표면에 대하여 10 내지 80°의 경사각으로 하행시키는 단계; 및
   상기 하행된 컨베이어 벨트를 상기 응고액의 표면에 대하여 10 내지 80°의 경사각으로 상행시키는 단계;를 포함하는, 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 컨베이어 벨트를 상기 응고액의 표면에 대하여 10 내지 80°의 경사각으로 하행시키는 단계; 및
   상기 하행된 컨베이어 벨트를 상기 응고액의 표면에 대하여 10 내지 80°의 경사각으로 상행시키는 단계;를 2회 내지 5회 반복하는, 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 컨베이어 벨트는 0.1 내지 10 m/min의 일정한 속도로 이동하는, 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 폴리우레탄 수지 조성물이 주입된 컨베이어 벨트를 상기 응고조로 투입하는 단계를 더 포함하는, 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 컨베이어 벨트를 상기 응고조 밖으로 배출시키는 단계를 더 포함하는, 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 습식 응고물을 수세 및 건조 하는 단계;
   상기 습식 응고물의 표면을 연마하는 단계; 또는
   상기 습식 응고물의 표면에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법.
9. 제1항에 있어서,
   상기 수지 조성물은 음이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 계면 활성제를 더 포함하는 폴리우레탄 지지 패드의 제조 방법.
10. 피연마체 접촉면에 대하여 30 내지 75°의 경사각을 갖는 기공이 내부에 형성된 폴리우레탄 지지 패드.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 내부의 기공은 50㎛ 내지 3mm의 길이 및 3 내지 10의 편평비를 갖는, 폴리우레탄 지지 패드.
12. 응고액를 저장하는 용기; 및
    상기 용기 내부에서 경사각을 가지고 이동하도록 설치된 컨베이어 벨트;를 포함하는, 폴리우레탄 지지 패드 제조용 응고조.
13. 제12항에 있어서,
    상기 컨베이어 벨트는 응고액의 표면에 대하여 10 내지 80°의 경사각을 가지고 이동하도록 설치된, 폴리우레탄 지지 패드 제조용 응고조.
14. 제12항에 있어서,
    상기 컨베이어 벨트는 용기의 바닥면으로부터의 수직 거리와 측면으로부터의 수평거리가 다른 곳에 설치된 2 이상의 롤러; 및 상기 롤러 사이에 걸쳐 설치되고, 상기 롤러의 회전에 의해 일정 방향으로 진행 가능하도록 형성된, 폴리우레탄 지지 패드 제조용 응고조.
15. 제12항에 있어서,
    상기 컨베이어 벨트는 n+1개의 롤러 사이에 걸쳐서 n단으로 설치되고,
    상기 n단에서의 컨베이어 벨트의 진행 방향은 n-1단에서의 진행 방향과 반대이고,
    상기 n은 2이상인, 폴리우레탄 지지 패드 제조용 응고조.
16. 제15항에 있어서,
    상기 n단의 컨베이어 벨트는 서로 평행한, 폴리우레탄 지지 패드 제조용 응고조.
17. 제 12 항에 있어서,
    상기 컨베이어 벨트에 연결된 투입 롤러 또는 배출 롤러를 더 포함하는, 폴리우레탄 지지 패드 제조용 응고조.
    

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