KR20180006448A - 수지 개질 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수지 필름(6)의 표면을 친수성으로 만들기 위한 수지 필름(6)의 개질 장치에 관한 것이다. 개질 장치(1)는 체임버(2), 불포화 탄화수소 공급 장치(3), 및 오존 발생 장치(4)를 갖는다. 체임버(2)에는, 수지 필름(6)이 미리 권취된 공급 롤(7), 권취 롤(8), 및 샤워 헤드(10)가 제공된다. 공급 롤(7) 상에 권취된 수지 필름(6)이 권취 롤(8) 상으로 권취되는 동안, 고농도 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체가 공급 롤(7)과 권취 롤(8) 사이로 이동하는 수지 필름(6)의 표면에 공급된다.

Description

수지 개질 방법 및 장치

본 발명은 수지의 표면을 개질(modifying)시키기 위한 수지 개질 방법 및 개질 장치에 관한 것이다.

가소성 수지로 형성된 필름은 우수한 특성을 지니며 다수의 산업 분야에서 사용된다. 통상적으로 상기 필름은 폴리에스테르 필름, 아라미드 필름, 올레핀 필름, 폴리프로필렌 필름, PPS(폴리페닐렌 설파이드) 필름, 및 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 필름으로 예시된다. 그 외에도, PE(폴리에틸렌), POM(폴리옥시메틸렌 또는 아세탈 수지), PEEK(폴리에테르 에테르 케톤), ABS 수지(아크릴로니트릴, 부타디엔 및 스티렌 공중합 합성 수지), PA(폴리아미드), PFA(에틸렌 테트라플루오로라이드-퍼플루오로알콕시에틸렌 공중합체), PI(폴리이미드), PVD(폴리비닐 디클로라이드) 등으로 제조된 필름이 알려져 있다.

스마트폰, 태블릿(tablet), 액정 표시장치, 태양 전지판(solar panel), 자동차 등과 관련된 분야에는, 필수적인 구성 요소로서 고기능성 필름의 응용이 확대되고 있다. 이러한 필름은 필름 재료 뿐만 아니라 필름 층 구조(벌크 제어), 다층 적층, 표면 제어 등과 같은 기술에 의해서도 고 기능성을 갖도록 제조된다. 더욱이, 상기 필름 상에 전자 장치, 배선 등을 형성함으로써, 변형된 제품에 대해서도 기능하는 플렉서블(flexible) 장치가 제조된다. 따라서, 필름은 웨어러블 컴퓨터(wearable computer), 다양한 위치에 부착되고 설치될 수 있는 디지털 신호계(digital signage) 등과 같이 적용가능성이 확대되고 있다.

필름 다층 적층 및 필름 표면 제어에서, 특허 공보 1에서와 같은 필름 표면 개질이 수행된다. 일반적으로, 표면 개질은 배리어성(barrier property) 개선, 내구성 향상, 습윤성 향상(접착성 개선) 등을 목적으로, 소수성(발수성) 필름 표면을 친수성으로 개질하는 것이다. 즉, 필름 표면은 특정한 수단을 사용하여 필름 표면의 분자 구조를 파괴하고 친수성 OH 그룹, O 그룹 등을 첨가함으로써 개질된다.

특정한 필름 표면 개질 수단으로서, (1) 코로나 방전, 플라즈마 처리, 스퍼터링 처리(sputtering treatment) 등과 같은 물리적 개질 방법, (2) UV 광 조사(light irradiating) 또는 전자 빔(electron beam) 조사 등에 의한 개질 방법, (3) 오존과 같은 반응성 기체에 의한 개질 방법, (4) 액체 화학물질, 오존 수 등에 의한 습식 방법 등이 있다.

UV 광 조사 또는 전자 빔 조사 등에 의한 개질 방법(2)은 이러한 UV 광 및 전자 빔을 용이하게 투과하는 특성을 갖는 필름에서 필름 표면만을 개질시키는 방법으로 적합하지 않다.

더욱이, 반응성 기체에 의한 개질 방법(3)은 충분한 표면 개질 효과가 얻어지지 않을 우려가 있다. 예를 들면, 전형적인 반응성 기체인 오존 기체에서 개질 반응에 기여하는 반응 활성 종(reaction active species)인 산소 라디칼이 필름 표면에 충분히 공급되지 않을 수 있다. 따라서, 산소 라디칼의 공급량을 증가시키기 위해 오존 기체에 UV 광을 조사하여 오존 기체를 강제로 분해시키는 방법을 수행한다(특허 공보 2). 그러나, UV 광 조사에 의해 발생된 산소 라디칼은 여기 상태(excited state)의 산소 라디칼이며 반응성이 매우 크므로 제어하기 어렵다. 즉, UV 광을 오존 기체에 조사하는 경우 오존 기체만으로 필름 표면을 개질시키는 것보다 개질 효과는 높지만, 필름 표면에 산소 라디칼을 공급하는 것이 어렵다. 따라서, 충분한 개질 효과를 얻을 수 없다는 위험이 있다.

또한, 습식 개질 방법(4)의 경우, 습식 처리 후 막을 건조하는 공정의 필요성, 습식 처리에 사용되는 액체 화학 물질의 후처리에 요구되는 설비의 필요성에 의해 적용 분야가 제한된다.

이러한 이유로, 개질 효과가 가장 큰 물리적 개질 방법(1)이 널리 사용된다.

그러나, 물리적 개질 방법(1)으로 자주 사용되는 코로나 방전, 플라즈마 처리는 개질 효과의 균일성과 같은 미세한 개질 제어가 힘들다는 단점이 있다. 이는, 코로나 방전 또는 플라즈마 처리에서의 방전 현상이 전극들 사이의 기체의 절연 파괴(dielectric breakdown)에 의해 유발되어 전극 형상 또는 전극 표면 상태에 의해 영향받는 개질 효과를 초래하기 때문이다. 더욱이, 방전과 동반되는 열 발생에 의한 고온이 기판이 되는 필름을 손상시키는 상당한 위험이 존재한다. 또한, 방전에 의해 전극 표면이 시간이 경과함에 따라 열화되기 때문에, 장기간에 걸쳐 일정한 개질 효과를 얻을 수 없는 위험이 있다.

더욱이, 물리적 개질 방법(1)의 경우, 개질 효과가 시간이 경과함에 따라 손실된다. 예를 들면, 친수성 처리에 의해 물방울이 작은 접촉각을 갖는 필름에서, 물방울의 접촉각은 수일 내에 처리 전의 상태와 가까운 상태로 되돌아간다. 따라서 필름을 장기간 보관하는 것은 어려우며, 경우에 따라 필름 생산 직후 및 필름 사용 전에 친수성 처리를 2회 수행하여 필름의 친수성을 유지한다.

특허 공보 1: 일본 특허 공개공보 제2006-124631 A호 특허 공보 2: 일본 특허 공개공보 제2012-246543 A호 특허 공보 3: 일본 특허 공개공보 제2012-197477 A1호 특허 공보 4: 국제 특허 공개공보 제WO 2013/191052 A1호 특허 공보 5: 일본 특허 공개공보 제Heisei 4-283912 A호 특허 공보 6: 국제 특허 공개공보 제WO 2014-203892 A호 특허 공보 7: 일본 특허 공개공보 제2008-294168 A호 특허 공보 8: 일본 특허 공개공보 제2009-141028 A호 특허 공보 9: 일본 특허 공개공보 Heisei 제8-335576 A호

발명의 요약

본 발명의 목적은 표면 개질 처리 제어가 용이한 수지 표면 처리 기술을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수지 개질 방법에 따르면, 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체를 수지에 제공하여 표면을 친수성으로 하는 수지 개질 방법이며, 권취축(winding shaft) 상에 권취된 수지가 다른 권취축에 권취되고, 수지가 상기 권취축들 사이로 이동할 때 상기 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체를 공급하는 것이다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수지 개질 방법에 따르면, 오존 기체는 50 용적% 이상의 오존 농도를 갖는다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수지 개질 방법에 따르면, 상기 수지 개질 방법에서 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체를 1분 이하로 수지에 공급한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 개질 장치에 따르면, 수지가 미리 권취된 공급 롤(supply roll) 및 수지가 공급 롤로부터 공급되는 권취 롤을 갖는 처리로(treatment furnace); 공급 롤로부터 권취 롤로 이동하는 수지에 오존 기체를 공급하는 오존 공급 장치; 및 공급 롤로부터 권취 롤로 이동하는 수지에 불포화 탄화수소 기체를 공급하는 불포화 탄화수소 공급 장치를 포함한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 개질 장치에 따르면, 상기 개질 장치에서 공급 롤로부터 권취 롤로 이동하는 수지와 대향하여 샤워 헤드(shower head)가 제공되고, 오존 기체와 불포화 탄화수소 기체가 상기 샤워 헤드로부터 공급된다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 개질 장치에 따르면, 상기 개질 장치에서 한 쌍의 샤워 헤드가 처리로에 제공되며, 수지는 상기 한 쌍의 샤워 헤드 사이로 이동한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 개질 장치에 따르면, 상기 개질 장치에서 운반 롤이 공급 롤과 권취 롤 사이에 제공되며, 오존 기체와 불포화 탄화수소 기체가 운반 롤 상에서 이동하는 수지에 공급된다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 개질 장치에 따르면, 상기 개질 장치에서 운반 롤의 곡면과 일치하는 굽어진 샤워 헤드가 제공되며, 오존 기체와 불포화 탄화수소 기체가 상기 샤워 헤드로부터 공급된다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 개질 장치에 따르면, 상기 개질 장치에서 샤워 헤드는 오존 기체 배출구 및 불포화 탄화수소 기체 배출구를 가지며, 상기 배출구들은 수지의 이동 방향에 대해 교호적이다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 개질 장치에 따르면, 상기 개질 장치에서 오존 기체 배출구 및 불포화 탄화수소 기체 배출구를 갖는 샤워 헤드가 제공된다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 개질 장치에 따르면, 상기한 개질 장치에서 수지의 공급 속도가 v(cm/s)로 정의되고, 수지의 공급 방향에서 오존 기체 배출구 또는 불포화 탄화수소 기체 배출구가 형성된 샤워 헤드 내의 영역의 너비가 L(cm)로 정의되는 경우, L/v는 3초 이상 및 60초 이하이다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 개질 장치에 따르면, 상기 개질 장치에서 처리로는 분리판에 의해 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체가 수지와 반응하는 개질 처리 공간과 공급 롤 및 권취 롤이 존재하는 저장 공간으로 분리된다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 개질 장치에 따르면, 상기 개질 장치에서 불활성 기체는 저장 공간내로 유동한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 개질 장치에 따르면, 상기 개질 장치에서 오존 공급 장치는 액체 오존을 저장하는 복수의 오존 저장 용기를 갖는다.

도 1은 본 발명의 제1 구현예에 따르는 개질 장치의 개략도이다.
도 2는 샤워 헤드의 배출구의 배열 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 샤워 헤드의 배출구의 또 다른 배열 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 폴리올레핀 필름 표면에서의 접촉각의 시간에 따른 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 폴리이미드 필름 표면에서의 접촉각의 시간에 따른 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 폴리이미드 필름을 고농도 오존 기체만을 사용하여 처리한 경우 물방울의 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 구현예에 따르는 개질 장치의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제3 구현예에 따르는 개질 장치의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 제4 구현예에 따르는 개질 장치의 개략도이다.

발명을 실행하기 위한 방식

본 발명의 구현예에 따르는 수지 개질 방법 및 개질 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 구현예에 따르는 수지 개질 방법은 고농도의 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체를 수지에 공급하여 수지 표면 개질하는 것이다. 오존은 일반적으로 불포화 탄화수소와 반응하고, 오존화물(osonide)과 같은 불안정한 중간체는 케톤, 카복실산 등으로 분해되는 것으로 알려져 있다.

더욱이, 본 발명의 구현예에 따르는 개질 장치는 고농도 오존 기체와 불포화 탄화수소 기체를 사용하여 수지 표면의 개질 처리를 실시하며, 수지 필름 롤을 다른 롤에 권취하는 동안 상기 개질 처리가 수행된다(소위 롤투롤 방법). 고농도 오존 기체와 불포화 탄화수소 기체 사이의 반응 생성물에 의해 수지 표면에 친수성 처리(개질 처리)가 이루어지므로, 개질 처리는 고농도 오존 기체와 불포화 탄화수소 기체 사이의 혼합 영역에서 주로 수행된다.

개질 처리에 적용되는 수지로서, 필름, 시트(sheet), 천 또는 섬유로 성형 가능한 수지가 사용된다. 구체적으로, 폴리에스테르 수지, 아라미드 수지, 올레핀 수지, 폴리프로필렌 수지, PPS(폴리페닐렌 설파이드) 수지, 또는 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)와 같은 물질로 형성된 수지가 단독으로 또는 2 이상 조합하여 사용된다. 그 외에도, PE(폴리에틸렌), POM(폴리옥시메틸렌 또는 아세탈 수지), PEEK(폴리에테르 에테르 케톤), ABS 수지(아크릴로니트릴, 부타디엔 및 스티렌 공중합 합성 수지) PA(폴리아미드), PFA(에틸렌 테트라플루오라이드-퍼플루오로알콕시에틸렌 공중합체), PI(폴리이미드), PVD(폴리비닐 디클로라이드), PC(폴리카보네이트), PEN(1)(폴리에테르 니트릴), 및 PEN(2)(폴리에틸렌 나프탈레이트)로 이루어진 수지에서 개질 처리가 수행될 수 있다.

고농도 오존 기체는 오존 농도가 20용적% 이상, 바람직하게는 50용적% 이상, 보다 바람직하게는 90용적% 이상인 오존 기체이다. 일반적인 방법(예를 들면, 무음 방전 방법(silent discharge method))으로 제조한 오존 기체는 오존 농도가 10용적% 이하이다. 따라서 고농도 오존은 오존을 포함하는 기체를 증기압 차이에 의해 분별 증류하여 액체 오존 형성 후 이를 다시 기화하여 제조된다. 이러한 고농도 오존 기체를 제조하기 위한 장치로서, 메이덴샤 코포레이션(Meidensha Corporation)에서 제조한 Pure Ozone Generator(MPOG-MP)를 예로 들 수 있다. MPOG-MP에서, 오존 농도가 20용적% 내지 100용적%인 고농도 오존 기체를 공급할 수 있다.

불포화 탄화수소 기체는, 예를 들면, 에틸렌 등의 이중결합 함유 탄화수소(알켄) 또는 아세틸렌 등의 3중 결합 함유 탄화수소(알킨)와 같은 불포화 탄화수소를 함유하는 기체이다. 또한, 부틸렌과 같은 저분자량의 불포화 탄화수소가 사용된다(예를 들면, 탄소 원자 수가 약 10개 이하인 것).

고농도 오존 기체와 불포화 탄화수소 기체의 공급 비의 최적 값은 장치 형태에 따라 변한다. 예를 들면, 오존 : 불포화 탄화수소 = 1:1 내지 4:1, 보다 바람직하게는 2:1 내지 4:1의 몰 비로 수지 개질 처리에 사용된다.

개질 처리 시간은 1분 이하, 바람직하게는 3초 내지 20초이다. 처리 시간이 1분을 초과하면 수지(필름)이 흐려지거나 수지 표면이 거칠어질 수 있다. 상기 처리는, 수지가 흐려지지 않거나 수지 표면이 거칠어지지 않는 경우 1분 이상 수행할 수 있다.

개질 처리 온도는 낮은 것이 바람직하다. 그러나, 개질 처리의 효과를 높이기 위하여 수지가 변형 또는 열화되지 않을 정도로 가열할 수 있다. 예를 들면, 수지는 이의 유리전이온도 이하의 온도로 가열되고, 개질 처리된다.

고농도 오존 기체와 불포화 탄화수소 기체가 혼합된 기체의 총 압력은 수 파스칼로부터 수천 파스칼 정도로, 보다 바람직하게는 중간 진공으로부터 50 Pa 내지 500 Pa의 저 진공의 범위로 제어된다. 이는 고농도 오존과 불포화 탄화수소의 반응에 의해 발생하는 오존화물과 같은 불안정한 중간체의 급격한 분해 반응의 결과로서 반응이 제어 불가능하게 되는 것을 방지하기 위함이다.

[제1 구현예]

도 1은 본 발명의 제1 구현예에 따르는 수지 개질 장치(1)의 모식도를 나타낸다. 제1 구현예에 따르는 개질 장치(1)는 체임버(chamber)(2), 불포화 탄화수소 공급 장치(3), 오존 발생 장치(4), 진공 펌프(5)를 갖는다.

체임버(2)는 수지 필름(6)의 개질 처리를 수행하기 위한 진공 용기(처리로)이다. 체임버(2)에는, 공급 롤(7) 및 권취 롤(8)이 제공된다. 공급 롤(7)은 수지 필름(6)이 미리 권취된 권취 축이고, 권취 롤(8)은 공급 롤(7)로부터 공급된 수지 필름(6)이 권취되는 권취 롤이다. 공급 롤(7)과 권취 롤(8) 사이에는 운반 롤(9)이 제공되고, 공급 롤(7)로부터 공급된 수지 필름(6)은 운반 롤(9) 상으로 이동하여 권취 롤(8)에 권취된다. 체임버(2)에는, 공급 롤(7)과 권취 롤(8) 사이로 이동하는 수지 필름(6)의 표면에 대향하여 샤워 헤드(10)가 제공된다.

샤워 헤드(10)는 고농도 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체를 수지 필름(6)의 표면으로 공급한다. 불포화 탄화수소 공급 장치(3) 및 오존 발생 장치(4)는 파이프를 통해 샤워 헤드(10)에 연결된다. 도 2와 같이, 샤워 헤드(10)는 수지 표면(6)에 대향하여 형성되고, 상기 샤워헤드(10)에는 불포화 탄화수소 기체 배출구(10a) 및 고농도 오존 기체 배출구(10b)가 구비되어, 고농도 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체가 수지 필름(6)의 표면에 공급된다. 수지 필름(6)의 이동 방향으로 배출구(10a) 및 배출구(10b)를 교대로 형성함으로써, 고농도 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체가 수지 필름(6)의 이동 방향으로 배출되어 상기 기체의 혼합을 촉진시킨다. 결과적으로, 고농도 오존 기체와 불포화 탄화수소 기체가 혼합된 기체가 수지 필름(6) 위에 효율적으로 작동하도록 할 수 있다. 더욱이, 도 3에 나타난 바와 같이, 샤워 헤드(10)에 배출구(10a) 및 배출구(10b)가 부분적으로 함께 형성되는 경우, 수지 필름(6)의 표면을 부분적으로 친수성으로 할 수 있다. 샤워 헤드(10)는 수지 필름(6)의 표면으로부터 수 밀리미터 내지 수 센티미터(예를 들면, 2 mm 내지 3 cm) 떨어진 위치에 제공된다. 샤워 헤드(10)에서 기체(고농도 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체) 배출구가 위치한 표면이 수지 필름(6)의 표면과 평행해지도록 샤워 헤드(10)를 배열시킴으로써 수지 필름(6)의 표면을 보다 균일하게 처리할 수 있다. 더욱이, 샤워 헤드(10)의 기체 배출구 표면과 수지 필름(6)의 표면 간의 거리의 오차를 1-2 mm로 조정함으로써 수지 필름(6)의 표면을 보다 균일하게 친수성으로 할 수 있다.

불포화 탄화수소 공급 장치(3)는 불포화 탄화수소 기체를 체임버(2)에 공급한다. 예를 들면, 불포화 탄화수소 공급 장치(3)는 불포화 탄화수소 기체로 충전된 실린더 및 실린더 내의 불포화 탄화수소 기체를 공급하기 위한 밸브 및 정지부를 포함한다.

오존 발생 장치(4)는 체임버(2)에 공급되는 고농도 오존 기체를 발생시킨다. 즉, 오존 발생 장치(4)는 체임버(2)에 고농도 오존을 공급하기 위한 오존 공급 장치이다. 상기 오존 발생 장치(4)는 무음 방전 등에 의해 저농도 오존 기체를 발생시키는 저농도 오존 발생부와 저농도 오존의 액체-생성 분별 증류에 의해 고농도 오존 기체를 발생시키는 고농도 오존 발생부를 갖는다. 오존 발생 장치(4)가 액체 오존을 저장하기 위한 복수의 오존 저장 용기를 구비하는 경우, 하나의 오존 저장 용기로부터 고농도 오존이 공급될 때, 다른 오존 저장 용기가 고농도 오존을 공급할 수 있도록 대기 상태에 두거나, 액체 오존을 저장하도록 할 수 있다. 이는 오존 발생 장치(4)로부터 고농도의 오존 기체를 연속적으로 공급할 수 있도록 한다. 이러한 오존 발생 장치(4)로 메이덴샤 코포레이션사의 Pure Ozone Generator(MPOG-HM1A1)가 알려져 있다.

진공 펌프(5)는 체임버(2)의 감압 조절을 통해 체임버(2) 내의 기체를 외부로 배출시킨다. 개질 효과는 불포화 탄화수소 공급 장치(3) 및 오존 발생 장치(4)로부터의 기체가 공급되는 동안, 진공 펌프(5)가 체임버(2)의 압력이 수천 파스칼 이하(특히 약 1,000 Pa 이하)가 되도록 배기함으로써 얻을 수 있다. 진공 펌프(5)는 파이프를 통해 체임버(2)의 측면에 연결된다. 진공 펌프(5)로서, 오존-방지 펌프(예를 들면, 무수 펌프)를 사용한다. 체임버(2)로부터 배출된 기체는 반응하지 않은 오존을 포함하므로, 진공 펌프가 연결되는 기체 배출 파이프에는 오존 분해 장치(도면에 나타내지 않음)가 제공된다.

도 1의 개질 장치에 도시되지 않았지만, 수지 필름(6)의 표면을 개질하는 동안 개질 장치에 수지 필름(6)을 가열하기 위한 가열 기구(예를 들면, 적외선 가열기)를 제공할 수 있다. 예를 들면, 가열 기구는 하부 표면(샤워 헤드(10)에 대향하는 수지 표면의 반대쪽 표면)에 제공된다. 수지 필름(6) 손상 방지를 위해 가열 기구는 수지 필름(6)으로부터 수 밀리미터 떨어진 위치에 제공하는 것이 바람직하다. 수지 필름(6)을 가열함으로써 수지 필름(6)의 친수성 처리 효과가 향상된다.

실시예

본 실시예에서는, 수지 필름(6)의 예로서 유기 필름(폴리올레핀 필름)의 개질 처리 시 배기 없이 기체 반응에 의해 수행하였다. 오존 기체 및 에틸렌 기체는 실온에서 용이하게 반응하며, 이 때 생성된 활성 종은 폴리올레핀 필름 표면과 반응함으로써 필름 표면을 친수성으로 만든다.

먼저, 폴리올레핀 필름이 권취된 공급 롤(7)을 체임버(2) 내에 설치하고, 체임버(2)의 내부를 진공 펌프(5)를 사용하여 수 파스칼 이하로 배기시켰다.

다음으로, 공급 롤(7)로부터 공급된 폴리올레핀 필름이 권취 롤 상에 권취되는 동안, 샤워 헤드(10)로부터 폴리올레핀 필름에 고농도 오존 기체 및 에틸렌 기체를 공급하고, 체임버(2)의 내부의 기체는 진공 펌프(5)를 사용하여 외부로 배기시켰다. 샤워 헤드(10)는 기체 배출면이 폴리올레핀 필름 표면으로부터 약 1 cm 이격된 위치에 배치하였다. 고농도 오존 기체와 불포화 탄화수소 기체의 압력 비는 1:1이고 처리 압력(체임버(2)의 압력)은 100 Pa이다.

개질 처리 후 폴리올레핀 필름 표면의 습윤성 평가는 물방울의 접촉각을 측정하여 수행하였다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 개질 처리되지 않은 폴리올레핀 필름과 비교하여, 개질 처리 후의 폴리올레핀 필름에서 물방울의 접촉각은 훨씬 더 작다. 따라서, 개질 처리에 의해 폴리올레핀 필름의 표면은 친수성이 되었음을 확인할 수 있다.

더욱이, 개질 처리 후 폴리올레핀 필름 표면 위의 물방울의 접촉각은 시간이 경과함에 따라 증가하는 경향이 있다. 그러나, 개질 처리 수행 후 1개월 이상이 경과한 후에도 폴리올레핀 필름의 표면에서의 물방울의 접촉각은 개질 처리되지 않은 폴리올레핀 필름의 접촉각보다 더 작았으며, 개질 처리 효과는 1개월 이상 유지되었다.

개질 장치(1)을 사용하여 폴리이미드 필름에 대해 유사한 개질 처리를 실시한 경우, 폴리올레핀 필름과 같이 필름 표면을 친수성으로 형성할 수 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 폴리이미드 필름에서 개질 처리 후의 물방울의 접촉각은 시간이 경과함에 따라 증가하는 경향이 있으나, 개질 처리의 효과는 15일 이상 동안 유지되었다.

앞서 언급한 바와 같이 본 발명의 제1 구현예에 따르는 수지 필름(6)의 개질 방법 및 개질 장치(1)에 의하면, 수지 필름(6) 표면의 습윤성을 상당히 개선할 수 있다. 특히, 수지 필름(6) 표면의 물방울의 접촉각을 상당히 감소시킬 수 있다. 이는, 고농도 오존 기체와 불포화 탄화수소 기체의 혼합 기체(및 반응에 의해 발생된 중간체)가 수지 필름(6)과 반응하여 표면을 거칠게 만듦으로써 표면적을 증가시키고, 고농도 오존 기체와 불포화 탄화수소 기체 사이의 반응에 의해 발생된 하이드록실 그룹과 같은 친수성 그룹을 제공하여 수지 필름(6)을 보다 효과적으로 친수성으로 만드는 것이다.

또한, 본 발명의 제1 구현예에 따르는 수지 필름(6)의 개질 방법에 의해, 개질 처리 후 습윤성 효과 감소 정도가 작은 표면 개질 처리를 수행할 수 있다. 예를 들면, 코로나 방전, 플라즈마 처리 등에 의한 수지 필름의 친수성 처리시에, 수지 필름의 제조 시 및 접착제와 같은 다양한 용도로 사용하기 전 개질 처리를 수행하여야 하므로 수지 필름(6)의 사용이 번거로운 문제가 있다. 이와 대조적으로, 본 발명의 제1 구현예에 따르는 수지 필름(6)의 개질 방법은 개질 처리의 효과를 유지하는 것이 가능하다. 따라서, 각종 처리를 실시하여 수지 필름(6)을 저장하는 것이 가능하다. 더욱이, 친수성 처리를 수행하는 장치 및 접착과 같은 처리를 수행하는 장치를 분리함으로써 설비 배열의 유연성을 개선하는 것이 가능하다.

즉, 본 발명의 제1 구현예에 따르는 수지 필름(6)의 개질 방법에 의해, 고농도 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체가 수지 필름(6)의 표면에 제공된다. 이에 의해, 오존 및 불포화 탄화수소의 반응 기체를 수지 필름(6)의 표면 부근에 발생시켜 수지 필름(6)의 표면의 개질을 수행할 수 있다. 특히, 고농도 오존 기체의 오존 농도를 50용적% 이상(보다 바람직하게는 90용적% 이상)으로 조절하여, 오존 및 불포화 탄화수소의 반응 기체를 수지 필름(6)의 표면에 충분히 발생시킴으로써 수지 필름(6)의 개질을 확실하게 수행할 수 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 고농도의 오존 기체만을 수지 필름(6)에 공급함으로써 개질 처리를 실시한 경우 물방울의 접촉각이 크며, 이는 표면 개질 효과(예를 들면, 습윤성 개선 효과)가 충분하지 않음을 의미한다.

더욱이, 공급 롤(7)로부터 권취 롤(8)로 이동하는 수지 필름(6)에 고농도 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체를 공급함으로써, 길이가 길고 큰 면적을 갖는 수지 필름(6)의 표면에 보다 균일하고 연속적으로 개질 처리를 수행할 수 있다. 또한, 오존 발생 장치(4)에 다수의 오존 저장 용기가 구비된 경우, 고농도 오존 기체를 연속적으로 공급하여 수지 필름(6)에 연속적으로 개질 처리할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 구현예에 따르는 수지 필름(6)의 개질 방법은 수지 필름(6)의 표면 개질을 위한 것이다. 따라서, 수지 필름(6)의 개질 처리는 수지 필름(6)의 표면이 거칠어지지 않으며, 수지 필름(6)이 변형 또는 열화되지 않는 조건(시간 또는 온도)에서 수행된다. 그 결과 고농도 오존과 불포화 탄화수소의 반응에 의한 수지 필름(6)의 표면 개질 반응은, 필름 표면의 분자 구조가 파괴되고 O 그룹 또는 OH 그룹이 첨가되기 전 반응 단계에서 중단될 수 있다. 예를 들면, 수지 필름(6)의 개질 시간을 1분 이하로 조정하면, 수지 필름(6) 표면의 조도 발생을 억제하여 수지 필름(6) 표면 개질을 수행할 수 있다. 즉, 배출구(10a) 또는 배출구(10b)가 형성된 샤워 헤드(10) 내의 수지 필름(6) 공급 방향으로의 너비(L) 및 개질 시간(t(s))에 따라, 수지 필름(6)의 공급 속도 v (cm/s)(v = L/t)를 계산하고 수지 필름(6)의 공급 속도를 조절함으로써 수지 필름(6)의 개질 처리를 제어할 수 있다. 구체적으로, 수지 필름(6)의 공급 방향으로 샤워 헤드(10)에 형성된 배출구(10a)(또는 배출구(10b)) 사이의 너비를 L로 정의할 수 있다. 그러나, 수지 필름에 대향한 샤워 헤드 전체 표면에 배출구(10a) 또는 배출구(10b)가 형성된 경우, 수지 필름(6) 공급 방향으로의 샤워 헤드의 너비가 L로 간주된다.

종래 기술로서, 저항을 제거하기 위해 고농도 오존 기체와 불포화 탄화수소 기체 혼합 기체를 사용하는 기술이 존재한다. 상기 기술은 처리 대상으로부터 유기 물질을 제거하는 것을 목적으로 하며, 수지 필름(6)의 표면 개질에는 적합하지 않다. 이는, 저항 제거 목적의 표면 처리 조건에서 수지 물질이 수지 필름(6)의 표면으로부터 제거됨에 따라 수지 필름(6)의 표면이 거칠어지는 위험이 존재하기 때문이다.

더욱이, 물리적 개질 방법으로서 자주 사용되는 코로나 방전 또는 플라즈마 처리와 같은 방전 처리는 대기압 조건에서 수행되어 오존을 발생시킨다. 발생된 오존이 주변에 누출되면 작업자에게 건강상 위험을 유발할 수 있다. 또한, 장치 내의 고무, 수지 등으로 이루어지는 부품(진동 감소, 밀봉 및 절연 용도의 부품)이나 주변 장치에 영향을 미쳐 상기 부품을 열화시킨다. 특히, 고무, 수지 등으로 이루어진 부품이 전기 절연 용도로 사용되는 경우, 도구 또는 장치의 절연 불량, 전기 누출 등을 유발할 수 있다. 이와 대조적으로, 본 발명의 제1 구현예에 따르는 개질 장치에서, 오존 기체가 외부로 누출되지 않게 함으로써 고농도 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체와 수지 필름(6)을 진공 용기(즉, 체임버(2)) 속에서 감압하에 반응시킴으로써 주변 장치에 대한 오존의 영향을 방지할 수 있다.

[제2 구현예]

도 7을 참조하여 본 발명의 제2 구현예에 따르는 수지 필름(6)의 개질 장치(11)를 상세히 설명한다. 제2 구현예에 따르는 개질 장치(11)는, 한쌍의 샤워 헤드(10,12)가 체임버(2)에 제공된다는 점에서 제1 구현예에 따르는 개질 장치(1)와 상이하다. 따라서, 제1 구현예에 따르는 개질 장치(1)과 유사한 구조는 동일한 기호로 나타내며, 상이한 구조는 상세히 설명한다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제2 구현예에 따르는 개질 장치(11)는 체임버(2), 불포화 탄화수소 공급 장치(3), 오존 발생 장치(4), 및 진공 펌프(5)를 갖는다.

체임버(2)에는, 공급 롤(7) 및 권취 롤(8)이 제공된다. 샤워 헤드(10,12)는 공급 롤(7)과 권취 롤(8) 사이로 이동하는 수지 필름(6)의 표면에 대향하여 제공된다.

샤워 헤드(10)는 수지 필름(6)의 한쪽 표면에 대향하여 제공된다. 수지 필름(6)에 대하여 반대편에 위치한 샤워 헤드(10)의 표면에는 도 2(또는 도 3)에 나타낸 바와 같이 불포화 탄화수소 배출구(10a) 및 고농도 오존 기체 배출구(10b)가 함께 형성된다. 샤워 헤드(10)에는, 불포화 탄화수소 공급 장치(3) 및 오존 발생 장치(4)가 파이프를 통해 연결된다.

샤워 헤드(12)는 수지 필름(6)의 다른 표면의 반대편에 제공된다. 샤워 헤드(10)와 유사하게, 수지 필름(6)에 대향한 샤워 헤드(12)의 표면은 도 2에 나타낸 바와 같이 불포화 탄화수소 배출구 및 고농도 오존 기체 배출구가 함께 형성된다. 샤워 헤드(12)에는, 불포화 탄화수소 공급 장치(3) 및 오존 발생 장치(4)가 파이프를 통해 연결된다. 샤워 헤드(10)와 유사하게, 샤워 헤드(12)는 수지 필름(6)의 표면과 이격된 위치에 제공된다.

상기 개질 장치(11)에 의해 수지 필름(6)의 개질 처리를 수행하는 경우, 수지 필름(5)이 권취된 공급 롤(7)은 체임버(2) 내에 고정되며, 체임버(2)는 수 파스칼 이하로 배기된다. 공급 롤(7)로부터 공급된 수지 필름(6)이 권취 롤(8)로 권취되는 동안, 고농도 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체가 샤워 헤드(10,12)로부터 수지 필름(6)으로 공급되고, 체임버(2) 내의 기체는 진공 펌프(5)에 의해 외부로 배출되어 체임버(2) 내의 압력이 수천 파스칼 이하(예를 들면, 3,000 파스칼 이하)가 되도록 한다.

제1 구현예에 따르는 개질 장치(1)와 유사한, 본 발명의 제2 구현예에 따르는 개질 장치(11)에 의해, 수지 필름(6) 표면의 친수성을 증진시키고 개질 처리 후의 습윤성 효과 감소 정도가 작은 수지 필름(6)의 개질 처리를 수행할 수 있다.

더욱이, 개질 장치(11)에서, 한쌍의 샤워 헤드(10,12)가 제공되며, 수지 필름(6)이 상기 한 쌍의 샤워 헤드(10,12) 사이로 이동한다. 이를 통해 수지 필름(6)의 양쪽 표면을 동시에 개질 처리할 수 있다.

[제3 구현예]

도 8을 참조하여 본 발명의 제3 구현예에 따르는 수지 필름(6)의 개질 장치(13)를 상세하게 설명한다. 제3 구현예에 따르는 개질 장치(13)는, 공급 롤(7)과 권취 롤(8) 사이에 운반 롤(14)이 제공되고 운반 롤(14)에 대향하도록 위치한 샤워 헤드(15)가 제공된다는 점에서 제1 구현예에 따르는 개질 장치(1)와 상이하다. 따라서, 제1 구현예에 따르는 개질 장치(1)의 구조와 유사한 구조를 동일한 기호로 나타내며, 상이한 구조는 상세히 설명한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 구현예에 따르는 개질 장치(13)는 체임버(2), 불포화 탄화수소 공급 장치(3), 오존 발생 장치(4) 및 진공 펌프(5)를 갖는다.

체임버(2)에는, 공급 롤(7) 및 권취 롤(8)이 제공된다. 공급 롤(7)과 권취 롤(8) 사이에는 운반 롤(14)이 제공된다. 공급 롤(7)로부터 공급된 수지 필름(6)은 운반 롤(14) 상에서 이동하며 권취 롤(8)에 권취된다. 샤워 헤드(15)는 운반 롤(14)에 대향하여 제공된다.

샤워 헤드(15)는 운반 롤(14) 위로 이동하는 수지 필름(6)에 대향하여 제공된다. 샤워 헤드(10)와 유사하게, 샤워 헤드(15)는 운반 롤(14) 상으로 이동하는 수지 필름(6)과 이격되는 위치(예를 들면, 수 밀리미터 및 수 센티미터)에 위치한다. 도 2(또는 도 3)에 도시된 바와 같이, 수지 필름(6)에 대향한 샤워 헤드(15)의 표면에는 불포화 탄화수소 기체 배출구 및 고농도 오존 배출구가 형성된다. 샤워 헤드(15)에는 불포화 탄화수소 공급 장치(3) 및 오존 발생 장치(4)가 파이프를 통해 연결된다. 또한, 수지 필름(6)에 대향한 샤워 헤드(15)는 운반 롤(14)의 곡면과 일치하도록 굽어진 표면을 갖는다.

도 8에 도시되지 않았지만, 수지 필름(6)을 가열하는 경우 운반 롤(14)에 가열 기구(예를 들면, 열전쌍 또는 적외선 가열기)를 제공할 수 있다.

앞서 언급한 개질 장치(13)에 의해 수지 필름(6)의 개질 처리를 수행하는 경우, 수지 필름(6)이 권취되는 공급 롤(7)은 체임버(2)에 고정되며, 상기 체임버는 수 파스칼 이하로 배기된다. 공급 롤(7)로부터 공급된 수지 필름(6)이 권취 롤(8) 상으로 권취되는 경우, 샤워 헤드(15)로부터 고농도 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체가 수지 필름(6)에 공급되고, 체임버(2) 내의 기체는 진공 펌프(5)에 의해 외부로 배출되어 체임버(2) 내의 압력이 수천 파스칼 이하(예를 들면, 3,000 파스칼 이하)가 되도록 한다.

제1 구현예에 따르는 개질 장치(1)와 유사한 본 발명의 제3 구현예에 따르는 개질 장치(13)에 의해, 수지 필름(6)의 표면의 친수성을 증진시키고 개질 처리 후의 습윤성 효과 감소 정도가 작은 수지 필름(6)의 개질 처리를 수행할 수 있다.

운반 롤(14) 상으로 이동하는 수지 필름(6)에 고농도 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체를 공급함으로써, 수지 필름(6)의 편향 및 플래핑(flapping)이 억제된다. 그 결과로 제1 구현예에 따르는 개질 장치(1)와 비교하여 보다 균일한 방식으로 수지 필름(6)의 개질 처리를 수행할 수 있다.

수지 필름(6)이 제1 구현예에 따르는 개질 장치(1)와 같이 샤워 헤드(10)의 기체 배출 표면을 따라 수평하게 이동하는 경우와 비교하여, 체임버(2)를 본 발명의 제3 구현예에 따르는 개질 장치(13)에서의 용적보다 더 작게 만들 수 있다. 이와 같이 체임버(2)의 용적이 작게 함으로써, 보다 작은 진공 펌프(5)를 사용할 수 있다. 그 결과 개질 장치(13)를 소형으로 만들 수 있다.

[제4 구현예]

도 9를 참조하여 본 발명의 제4 구현예에 따르는 수지 필름(6)의 개질 장치(16)를 상세히 설명한다. 제4 구현예에 따르는 개질 장치(16)는, 샤워 헤드(15)가 제공되는 공간과 공급 롤(7) 및 권취 롤(8)이 제공되는 공간을 분리하는 분리판(17)이 제공된다는 점에서 제3 구현예에 따르는 개질 장치(3)와 상이하다. 따라서, 제3 구현예에 따르는 개질 장치(13)의 구조와 유사한 구조는 동일한 기호로 나타내며, 상이한 구조는 상세히 설명한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 구현예에 따르는 개질 장치(16)는 체임버(2), 불포화 탄화수소 공급 장치(3), 오존 발생 장치(4), 및 진공 펌프(5)를 갖는다.

체임버(2)에는 공급 롤(7) 및 권취 롤(8)이 제공된다. 공급 롤(7)과 권취 롤(8) 사이에는 운반 롤(14)이 제공된다. 공급 롤(7)로부터 공급된 수지 필름(6)은 운반 롤(14) 상으로 이동하며 권취 롤(8)에 권취된다. 샤워 헤드(15)는 이러한 운반 롤(14)에 대향하여 제공된다. 또한 분리판(17)이 체임버(2)에 제공된다.

분리판(17)은 예를 들면, 운반 롤(14)에 인접하여 제공되며, 체임버(2)를 수지 필름(6)의 개질을 수행하기 위한 개질 처리 공간(2a) 및 처리 전(및 처리 후) 수지 필름(6) 저장 공간(2b)으로 분리한다. 개질 처리 공간(2a)에는 샤워 헤드(15) 및 파이프와 연결된 진공 펌프(5)가 제공된다. 한편, 저장 공간(2b)에는 공급 롤(7) 및 권취 롤(8)이 제공된다. 또한, 저장 공간(2b)에는 도면에 도시되지 않은 불활성 기체(예를 들면, 질소 기체 등) 실린더가 연결됨으로써 불활성 기체를 저장 공간(2b) 내로 도입한다.

앞서 언급한 개질 장치(16)에 의해 수지 필름(6)의 개질 처리를 수행하는 경우, 수지 필름(6)이 권취되는 공급 롤(7)이 체임버(2)에 고정되며, 체임버는 수 파스칼 이하로 배기된다. 공급 롤(7)로부터 공급된 수지 필름(6)이 권취 롤(8) 상으로 권취되는 경우, 고농도 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체가 샤워 헤드(15)로부터 수지 필름(6)으로 공급되며, 체임버(2)(개질 처리 공간 2a) 내의 기체는 진공 펌프(5)에 의해 외부로 배출되어 체임버(2) 내의 압력이 수천 파스칼 이하(예를 들면, 3,000 파스칼 이하)로 되도록 한다.

제3 구현예에 따르는 개질 장치(13)와 유사한 본 발명의 제4 구현예에 따르는 개질 장치(16)에 의해, 수지 필름(6)의 표면의 친수성을 향상시키고 개질 처리 후의 습윤성 효과 감소 정도가 작은 수지 필름(6)의 개질 처리를 수행할 수 있다.

더욱이, 제4 구현예에 따르는 개질 장치(16)에서, 분리판(17)을 제공함으로써 저장 공간(2b) 내로 유동하는 반응성 기체(고농도 오존 기체, 불포화 탄화수소 기체 및 반응 생성물)를 감소시킬 수 있다. 또한, 불활성 기체를 저장 공간(2b) 내로 공급하여 저장 공간(2b) 내로 유동하는 반응성 기체를 더욱 감소시켜 개질 처리 공간(2a)과 저장 공간(2b) 사이의 압력차를 감소시킬 수 있다. 저장 공간(2b) 내로 유동하는 반응성 기체를 감소시킴으로써, 수지 필름(6)의 개질 처리 전(및 처리 후) 반응성 기체에 대한 과도한 노출이 억제되며, 공급 롤(7)(및 권취 롤(8) 및 운반 롤(14))의 롤러 회전 축 밀봉 부분이 열화되는 것을 억제할 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 수지의 개질 방법 및 개질 장치는 구체적인 구현예를 나타냄으로써 상세히 기술하였지만, 본 발명의 수지 개질 방법 및 개질 장치가 상기 구현예에 제한되지 않는다. 이의 설계는 본 발명의 특성을 손상시키지 않는 정도로 적합하게 변형할 수 있으며, 변형된 설계 방식 또한 본 발명의 기술적 범위 내에 포함된다.

각각의 구현예에 따르는 개질 장치의 구조를 조합함으로써 각각의 구현예의 조합된 효과를 수득할 수 있다. 특히, 제1 구현예에 따르는 개질 장치(1)에서 분리판(17)을 제공함으로써 개질 장치(16)에 의해 달성된 효과를 개질 장치(1)에서 부분적으로 수득할 수 있다. 더욱이, 제3 구현예의 개질 장치(13)에서, 수지 필름(6)의 양쪽 표면에 다수의 운반 롤(14)를 제공함으로써 동시에 처리되는 방식으로 제조할 수도 있다.

더욱이, 샤워 헤드(10)의 배출구(10a,10b)은 도 2, 3의 방식으로 제한되지 않는다. 예를 들면, 수지와 같은 물체에 공급하기 직전에 고농도 오존 기체와 불포화 탄화수소 기체를 함께 혼합하고 혼합된 기체를 샤워 헤드(10)로부터 수지(6)로 공급할 수 있다.

Claims (3)

1. 권취 축(winding shaft) 상에 미리 권취된 수지를 다른 권취 축 상에 권취하고, 권취 축들 사이로 이동하는 상기 수지에 수지의 이동 방향으로 교호적으로 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체를 제공하는 단계를 포함하며, 50용적% 이상의 오존 농도를 갖는 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체를 수지에 공급하여 오존 기체와 불포화 탄화수소 기체의 반응에 의해 수지 표면을 친수성으로 만드는 수지 개질 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 오존 기체 및 불포화 탄화수소 기체가 상기 수지에 1분 이하로 제공되는 수지 개질 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 오존 기체와 불포화 탄화수소 기체의 혼합 기체의 총 압력이 50Pa 내지 500Pa인 수지 개질 방법.
   
   
   

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