KR20180062564A - 광반응성 필러를 이용한 코팅용 도료 - Google Patents

광반응성 필러를 이용한 코팅용 도료 Download PDF

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Abstract

광반응성 필러를 이용한 코팅용 도료에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 코팅용 도료는 바인더 수지 100중량부에 대하여, 금속 화합물을 포함하는 광반응성 필러 1~50중량부; 유기 용매 10~40중량부; 및 첨가제 0.1~5중량부;를 포함하고, 상기 바인더 수지는 아크릴계 폴리올, 에스테르계 폴리올, 멜라민 수지 및 에폭시 수지 중 1종 이상을 포함하며, 상기 광반응성 필러는 레이저 빔에 의해 환원되고, 환원된 부분에 도금 처리되어 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

광반응성 필러를 이용한 코팅용 도료{COATING PAINT USING PHOTO REACTIVE FILLER}
본 발명은 코팅용 도료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광반응성 필러를 이용한 코팅용 도료에 관한 것이다.
최근, 레이저 처리와 도금으로 정확한 패턴과 회로를 형성하는 레이저 직접 구조화(Laser Direct Structuring, LDS)가 사용되고 있다. LDS는 사출물에 레이저 활성화(Laser Activation) 및 무전해 도금 처리를 하는 공정을 포함하는 간단한 공정으로 패턴과 회로를 형성할 수 있다. 구체적으로, 레이저 빔이 사출 성형 소자(MID) 상에서 이동하여 전도성 경로를 배치하고자 하는 위치에서 플라스틱 표면을 활성화한 후, 레이저 직접 구조화용 조성물을 사용하면 작은 전도성 경로 폭(예: 150㎛ 이하)을 얻을 수 있어, 세밀한 패턴을 표현하는 것이 가능하다는 장점이 있다.
그러나, 이러한 방법은 사출물을 이용하여 미세 패턴을 형성하는 점에서 별도의 사출물을 필요로 한다. 또한, 조성물의 내열성 및 부착 안정성이 우수하지 못해, 기판 상에 조성물을 도장한 후 레이저 가공 시, 기판과 도막이 박리되거나 들뜨는 현상이 발생한다는 문제점이 있다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 10-2014-0091029호(2014.07.18. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 레이저 직접 구조체 기판의 형성에 사용하기 위한 열가소성 조성물이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 레이저 빔을 이용하여 기판 상에 패턴을 형성하기 위해, 광반응성 필러를 이용한 코팅용 도료를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 코팅용 도료는 바인더 수지 100중량부에 대하여, 금속 화합물을 포함하는 광반응성 필러 1~50중량부; 유기 용매 10~40중량부; 및 첨가제 0.1~5중량부;를 포함하고, 상기 바인더 수지는 아크릴계 폴리올, 에스테르계 폴리올, 멜라민 수지 및 에폭시 수지 중 1종 이상을 포함하며, 상기 광반응성 필러는 레이저 빔에 의해 환원되고, 환원된 부분에 도금 처리되어 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 유기 용매는 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone), 메틸 아이소부틸 케톤(methyl isobutyl ketone), 다이메틸 케톤(dimethyl ketone), 아이소프로필 알콜(isopropyl alcohol), 아이소부틸 알콜(isobutyl alcohol), 노르말 부틸 알콜(normal butyl alcohol), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 에틸 셀루솔브(ethyl cellusolve) 및 부틸 셀루솔브(butyl cellusolve) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 표면 조절제, 분산제, 침강방지제 및 부착보강제를 포함할 수 있다.
상기 표면 조절제는 PDMS(Polydimethyl siloxane)를 포함할 수 있다.
상기 분산제는 아크릴계 공중합체(copolymer)를 포함할 수 있다.
상기 침강방지제는 아미드왁스(amidewax)를 포함할 수 있다.
상기 부착보강제는 친수성 작용기를 갖는 공중합체(copolymer)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 코팅용 도료는 도료에 포함된 광반응성 필러를 이용하여, 기판 상에 패턴을 형성시킬 수 있다.
즉, 기판 상에 코팅용 도료를 도장한 후, 레이저 빔을 조사하여 조사시킨 부분만 선택적으로 활성화시킨 후, 광반응성 필러를 환원시켜 도금 처리함에 따라 패턴을 형성한다.
이에 따라, 종래 레이저 직접 성형 방식(LDS)에서 도전성 패턴을 활성화하기 위해 필요한 사출물을, 본 발명에서는 별도로 마련할 필요가 없는 장점이 있다.
또한, 광반응성 필러, 바인더 수지, 첨가제를 포함하여 도료의 우수한 내구성 안정성 등을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광반응성 필러를 이용한 코팅용 도료에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
레이저 직접 성형 방식(LDS)은 레이저 빔을 플라스틱 재질의 기판 상에 조사하여 조사시킨 부분만 선택적으로 활성화시킨다. 그 후, 코팅용 도료에 포함되는 광반응성 필러를 환원시킴에 따라 환원된 부분에 도금 처리가 가능해진다. 도막의 물성은 내열성이 우수하고, 도막의 변형이나 물성적 결함이 없어야 하며, 층간의 부착성과 내구성 등이 우수한 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 코팅용 도료는 바인더 수지, 광반응성 필러, 유기 용매, 첨가제를 포함한다.
보다 구체적으로는, 바인더 수지 100중량부에 대하여, 금속 화합물을 포함하는 광반응성 필러 1~50중량부, 유기 용매 10~40중량부, 및 첨가제 0.1~5중량부를 포함한다.
바인더 수지는 아크릴계 폴리올, 에스테르계 폴리올, 멜라민 수지 및 에폭시 수지 중 1종 이상을 포함한다.
아크릴계 폴리올은 예를 들어, 아크릴릭 폴리올(acrylic polyol) 등이 사용될 수 있으며, 아크릴계 폴리올의 중량평균분자량은 5000~100,000일 수 있다.
에스테르계 폴리올은 다염기산과 다가알코올의 축합반응에 의해 생성된다. 예를 들어, 이소프탈산, 무수프탈산 등의 다염기산과 에틸렌글리콜, 부탄디올, 펜탄디올 등의 다가알코올을 반응시켜 에스테르계 폴리올을 생성한다. 에스테르계 폴리올은 가격이 저렴하고 제조 공정이 간단하다.
멜라민 수지는 우수한 내수성, 내열성을 가지며, 멜라민과 포르말린을 혼합하여 가열하여 메티놀 멜라민을 형성한 후, 탈수축합 과정을 통해 제조되는 액상의 열경화성 수지이다.
에폭시 수지는 에피크로로히드린과 비스페놀 A를 중합하여 제조되며, 경화 시 기계적 성질, 내마모성, 내수성 등이 우수한 특징이 있다. 예를 들어, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락 타입의 에폭시 수지 등이 있다.
본 발명의 코팅용 도료는 LDS 공정에 사용되는 도료로, 광반응성 필러를 포함하여 레이저 빔에 의해 환원된 부분에 도금 처리되어 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.
LDS 공정에서, 기판 상에 레이저 빔을 조사하여 조사시킨 부분만 선택적으로 활성화시키는데, 이때, 금속 화합물을 포함하는 광반응성 필러를 환원시켜 환원된 부분에 도금처리가 가능하도록 할 수 있다. 이에 따라, 레이저 빔이 조사된 부분만 원하는 패턴으로 도금 처리할 수 있다.
광반응성 필러는 금속 산화물, 금속 질화물 등의 금속 화합물을 포함할 수 있다. 그 예로는, 질산구리(copper nitrate, Cu(NO3)2), 산화티타늄(titanium dioxide, TiO2), 산화안티모니(antimony oxide, Sb2O3), 구리 인산염(copper(II) phosphate, Cu3(PO4)2) 등이 있다.
이러한 광반응성 필러는 바인더 수지 100중량부에 대하여, 1~50중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 필러의 함량이 1중량부 미만인 경우, 도금 시드 형성이 부족하여, 레이저 빔 조사 시 도금 처리에 의한 패턴 형성이 불충분할 수 있다. 반대로, 필러의 함량이 50중량부를 초과하는 경우, 필러의 함량이 많아져 도막의 물성이 저하될 수 있다.
이러한 광반응성 필러의 평균 입경은 대략 1㎛ 이하일 수 있으며, 1㎛를 초과하는 경우, 미세한 패턴 형성을 형성하기 어려울 수 있다.
상기 유기 용매는 도료의 점도 조절을 위해 포함될 수 있으며, 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone), 메틸 아이소부틸 케톤(methyl isobutyl ketone), 다이메틸 케톤(dimethyl ketone), 아이소프로필 알콜(isopropyl alcohol), 아이소부틸 알콜(isobutyl alcohol), 노르말 부틸 알콜(normal butyl alcohol), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 에틸 셀루솔브(ethyl cellusolve) 및 부틸 셀루솔브(butyl cellusolve) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
유기 용매는 바인더 수지 100중량부에 대하여, 10~40중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 용매의 함량이 10중량부 미만인 경우, 도료의 분산성 및 페이스트(paste) 상태로 형성하기 어려울 수 있다. 반대로, 용매의 함량이 40중량부를 초과하는 경우, 스프레이 코팅 시 용매의 양이 많아져 도막의 적정 두께를 형성하기 어려울 수 있고, 기판과 도막 사이의 부착력이 저하될 수 있다.
본 발명의 코팅용 도료는 도막의 물성을 향상시키기 위해, 표면 조절제, 분산제, 침강방지제 및 부착보강제를 포함하는 첨가제를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 첨가제는 바인더 수지 100중량부에 대하여, 0.1~5중량부로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 표면 조절제는 도막 표면의 특성을 조절하기 위해, 고분자 탄성 중합체인 PDMS(Polydimethyl siloxane)를 포함할 수 있다. PDMS는 실리콘으로 이루어진 고분자 중합체로, 내구성과 유연성이 우수하고 투명한 성질을 지닌다.
상기 분산제는 도료에 포함되는 수지와 필러의 분산성을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 아크릴계 공중합체(copolymer)를 포함할 수 있다. 아크릴계 공중합체는 고분자 폴리머로 도료를 고르게 분산시키고 도료의 점도를 조절할 수 있으며, 열분해성, 무변색성, 투명성, 내후성이 우수하고 다른 성분과의 공중합이 용이한 특징이 있다. 상기 아크릴계 공중합체 외에 개질된 아크릴계 공중합체도 사용될 수 있다.
상기 침강방지제는 도료에 포함되는 성분의 침강 방지 효과를 나타내고, 층상 분리를 방지하기 위해 아미드왁스(amidewax)를 포함할 수 있다. 아미드왁스는 수용성으로 용제인 물에 폴리아미드가 분산된 상태의 왁스를 의미한다.
상기 부착보강제는 친수성 작용기를 갖는 공중합체(copolymer)를 포함할 수 있다. 예를 들어, -COOH인 산성 작용기를 갖는 공중합체가 사용될 수 있으며, 이러한 작용기를 갖는 부착보강제는 전기적 결합, 반데르 발스 힘, 산성 작용기에 의한 상호 작용으로 부착성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 코팅용 도료는 세라믹 폴리머를 포함할 수 있다. 세라믹 폴리머는 무기질을 주 원료로 사용하는 산화물, 탄화물 등의 재료를 800℃ 이상에서 고온 소성하여 만들어진 세라믹을 유기실란과 졸겔 공정으로 합성하여 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
유리와 동등한 수준의 굴절률을 가지므로 투명성이 높고, 500~1200℃의 내열성 및 불연성을 갖는다. 또한, 상온~400℃에서 건조물성 및 초저온 안정성(-60℃)을 가지며, 영구적인 발수성, 내화학성 및 다양한 소재와의 부착성을 갖는다. 이러한 세라믹 폴리머는 바인더 수지 100중량부에 대하여, 대략 0.1~5중량부가 포함될 수 있으며, 이 범위에서 도막의 표면 강도 등의 물성을 보다 향상시키는 효과가 있다.
본 발명의 코팅용 도료는 광반응성 필러, 바인더 수지, 첨가제를 혼합한 후, 링 밀(ring mill)과 같은 장비를 이용하여 혼합액을 분쇄 및 분산시킬 수 있다. 그 결과, 페이스트(paste) 상태의 코팅용 도료를 제조할 수 있으며, 내열성이 우수한 기판 상에 도료를 스프레이 코팅할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 코팅용 도료는 광반응성 필러를 이용하여, 레이저 조사 시 필러를 환원시킴에 따라 도금 처리에 의해 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 코팅용 도료의 성분을 최적 함량으로 배합하여 기판과 도막 사이의 층간 부착 안정성 및 내구성을 나타내는 효과가 있다.
이와 같이 광반응성 필러를 이용한 코팅용 도료에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
1. 코팅용 도료의 제조
실시예 1
바인더 수지 100중량부에 대하여, 질산구리 10중량부, 유기 용매 30중량부, PDMS 1중량부, 아크릴 공중합체 1중량부, 아미드왁스 1중량부, 부착보강제인 포스페이트 에틸메타아크릴레이트 1중량부를 혼합하여 분산시킨 후 페이스트 상태의 코팅용 도료를 제조하였다. 상기 바인더 수지는 수지 100중량%에 대하여, 아크릴릭 폴리올 70중량%, 멜라민 수지 20중량%, 에폭시 수지 10중량%를 혼합하여 제조하였다. 유기 용매 30중량부는 케톤 10중량부, 아세테이트 10중량부, 알코올 5중량부, 에테르 5중량부를 혼합하여 제조하였다. 질산구리의 평균 입경은 1㎛이다.
실시예 2
코팅용 도료에 세라믹 폴리머 3중량부를 포함하는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 코팅용 도료를 제조하였다.
비교예 1
코팅용 도료에 질산구리 60중량부(평균 입경 1㎛)를 포함하는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 코팅용 도료를 제조하였다.
비교예 2
코팅용 도료에 첨가제를 포함시키지 않은 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 코팅용 도료를 제조하였다.
2. 물성 평가 방법 및 그 결과
Al 재질의 기판 상에 실시예 1 및 비교예 1, 2에서 제조한 코팅용 도료를 도장하여 50㎛ 두께의 도막을 형성하였다. 레이저 파워를 3W로 하여 기판 상에 레이저 빔을 조사하여 조사된 부분에 패턴이 형성되도록 하였다. 패턴이 형성된 부분을 구리로 도금 처리하였다.
1) 밀착성 시험
- JIS K 5400 의 규정에 기초하여 밀착성을 평가하였다. 40℃×92%RH 에서 12시간 동안 가습 처리한 후, 80℃×90%RH 에서 12시간 동안 가습 처리하여, 그 결과를, 「박리수/100」로 나타내었다.
- 박리수/100 평가 : 0/100 "우수", 1/100∼50/100 "보통", 51/100∼100/100 "나쁨"
2) 내알칼리성 시험
상온에서 5% 수산화나트륨 수용액을 96시간 동안 침지시킨 후 측정하였다. 초기 상태와 동일하면 "우수", 균열 및 변색이 50% 이하로 발생한 경우 "보통", 균열 및 변색이 50% 이상 발생한 경우 "나쁨"으로 표시하였다.
3) 내산성 시험
상온에서 5% 염산 수용액을 96시간 동안 침지시킨 후 측정하였다. 초기 상태와 동일하면 "우수", 균열 및 변색이 50% 이하로 발생한 경우 "보통", 균열 및 변색이 50% 이상 발생한 경우 "나쁨"으로 표시하였다.
4) 도료저장성
주석 용기에 도료를 상온에서 일주일 동안 보관한 후 도료의 변화를 확인하였다. 도료의 상태가 초기 상태와 동일하면 "우수", 변색 및 뭉침 현상이 발생한 경우 "보통"으로 표시하였다.
5) 도막 전단력
ASTM F1044-5를 기준으로 하여 도막의 shear test를 실시하여 전단력 특성을 평가하였다. 70N 이상은 "우수", 30~69N은 "보통", 0~29N은 "나쁨"으로 표시하였다.
[표 1]
Figure pat00001
○ : 우수, △ : 보통, Х: 나쁨.
표 1을 참조하면, 본 발명의 청구범위를 만족하는 실시예 1의 경우, 밀착성, 도료저장성 등의 물성이 우수한 결과를 나타내었다. 특히, 세라믹 폴리머가 3중량부로 포함된 실시예 2의 경우, 실시예 1보다 밀착성이 더 우수한 결과를 나타내었다.
반면, 광반응성 필러의 함량이 50중량부를 초과하거나, 코팅용 도료에 첨가제를 포함하지 않은 비교예 1, 2의 경우, 부착성, 내알칼리성, 내산성, 도료저장성 항목에서 우수하지 못한 결과를 나타내었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (7)

  1. 바인더 수지 100중량부에 대하여, 금속 화합물을 포함하는 광반응성 필러 1~50중량부; 유기 용매 10~40중량부; 및 첨가제 0.1~5중량부;를 포함하고,
    상기 바인더 수지는 아크릴계 폴리올, 에스테르계 폴리올, 멜라민 수지 및 에폭시 수지 중 1종 이상을 포함하며,
    상기 광반응성 필러는 레이저 빔에 의해 환원되고, 환원된 부분에 도금 처리되어 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 코팅용 도료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기 용매는 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone), 메틸 아이소부틸 케톤(methyl isobutyl ketone), 다이메틸 케톤(dimethyl ketone), 아이소프로필 알콜(isopropyl alcohol), 아이소부틸 알콜(isobutyl alcohol), 노르말 부틸 알콜(normal butyl alcohol), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 에틸 셀루솔브(ethyl cellusolve) 및 부틸 셀루솔브(butyl cellusolve) 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅용 도료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 표면 조절제, 분산제, 침강방지제 및 부착보강제를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅용 도료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 표면 조절제는 PDMS(Polydimethyl siloxane)를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅용 도료.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분산제는 아크릴계 공중합체(copolymer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅용 도료.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 침강방지제는 아미드왁스(amidewax)를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅용 도료.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 부착보강제는 친수성 작용기를 갖는 공중합체(copolymer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅용 도료.
KR1020160162178A 2016-11-30 2016-11-30 광반응성 필러를 이용한 코팅용 도료 KR101970510B1 (ko)

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