KR20190002220A - Process for preparing metal-polymer composite material - Google Patents

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Abstract

A method of manufacturing a metal-polymer composite material is disclosed. The method includes a step of firstly spraying a first composition comprising a monomer, a diazonium salt and a first solvent on the surface of a metal substrate; a step of secondarily spraying a second composition comprising a reducing agent and a second solvent onto the surface of the first sprayed metal substrate to form an organic thin film layer where a polymer is grafted with the monomer; and a step of attaching the polymer substrate on the organic thin film layer. It is possible to perform bulk processing.

Description

금속-고분자 복합재료의 제조방법{Process for preparing metal-polymer composite material}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a process for preparing a metal-polymer composite material,

본 발명은 금속-고분자 복합재료의 제조방법에 관한 것이고, 보다 구체적으로는, 접착력이 개선되어 복합재의 계면분리를 막아 탁월한 내구성을 갖는 금속-고분자 복합재료의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a metal-polymer composite material, and more particularly, to a method for producing a metal-polymer composite material having an excellent durability by preventing the separation of the interface of the composite material by improving the adhesive strength.

유기박막이 코팅된 재료는 코팅막의 특성과 재료 자체의 특성을 모두 활용할 수 있어 여러 산업분야에서 응용되고 있다. The organic thin film coated material can be utilized in various industrial fields because it can utilize the characteristics of the coating film and the material itself.

용도에 따라 필요한 작용기를 표면에 형성하여 재료의 도장성, 내부식성, 생체적합성 등을 부여함으로써 구조재료와 기능성재료에 활용할 수 있다. 이 활용이 유효하기 위해서는 극한 환경에서 유기박막의 변형이나 손실없이 기질과 안정하게 접착되어야 하는데, 이렇게 안정적인 박막을 형성하기 위해서는 금속표면과 유기박막층 사이에 물리적 결합이 아닌 화학적 공유결합을 갖는 코팅방식이 바람직하다. It is possible to apply the functional group to the structural material and the functional material by forming necessary functional groups on the surface according to the application and imparting the paintability, corrosion resistance and biocompatibility of the material. In order for this utilization to be effective, the organic thin film should be stably bonded to the substrate without deformation or loss of the organic thin film in an extreme environment. To form such a stable thin film, a coating method having a chemical covalent bond instead of a physical bond between the metal surface and the organic thin film layer desirable.

이러한 기질과 박막 사이에 화학적 결합을 갖는 코팅방법을 그라프팅이라 지칭한다. 그라프팅 방법의 수는 극히 제한적이긴 하나 다이아조늄 (diazonium) 의 산화-환원에 의한 그래프팅은 효과적인 그래프팅 방법 중 하나이다. 이러한 방식의 표면 개질 기법의 응용분야 중 하나는 금속-CFRP 하이브리드 복합재이다. 금속-CFRP 복합재료란 높은 파괴인성을 갖는 금속과 높은 비강도를 가진 섬유강화 복합재료의 장점을 동시에 가질 수 있어 우수한 기계적 특성을 보이는 복합재료이다. 필름-열압착 공정을 이용해 접착시킨 금속과 플라스틱 복합재가 구조재료로서 역할을 하기 위해서는 두 물질간의 강한 접착력이 요구되는데, 이때 금속표면에 공유결합을 갖는 유기박막의 형성은 계면접착력 향상에 유리한 조건을 만들어 준다.A coating method having a chemical bond between such a substrate and a thin film is referred to as grafting. Although the number of grafting methods is extremely limited, grafting by oxidation-reduction of diazonium is one of the effective grafting methods. One application of this type of surface modification technique is metal-CFRP hybrid composites. Metal-CFRP composites are composite materials with excellent mechanical properties because they have both the advantages of metal with high fracture toughness and fiber reinforced composites with high specific strength. In order to make the metal-plastic composite material bonded by the film-thermo-compression process act as a structural material, a strong adhesion force between the two materials is required. In this case, formation of an organic thin film having a covalent bond on the metal surface is advantageous for improving interfacial adhesion It makes it.

일반적으로 금속과 고분자 사이의 결합력을 강화시키기 위한 방법으로는 물리적, 화학적 처리법이 존재한다. 물리적 처리의 종류에는 샌드블라스트(sandblasting), 레이저 에칭(laser etching) 등과 같은 방법이 존재하며, 이러한 방법들은 계면에 존재할 수 있는 불순물을 처리하고 표면에 조도(roughness)를 발생시켜 기계적 교합(mechanical interlocking) 을 강화시키는데 도움을 준다. 화학적 처리로는 산/염기나 플라즈마(plasma)를 표면에 처리하는 것으로, 활성화 작용기를 이용하여 계면의 강력한 2차 결합을 유도한다.In general, there are physical and chemical treatment methods for enhancing the bonding force between metal and polymer. There are methods such as sandblasting, laser etching and the like. These methods treat impurities that may exist at the interface and cause roughness on the surface to cause mechanical interlocking ). The chemical treatment is to treat the acid / base or plasma on the surface and induces a strong secondary bonding of the interface by using an activating functional group.

이렇게 강화된 접착력은 장단기적으로 도움이 되지만 수분이나 기타 화학적 환경에 노출될 경우 안정성이 떨어지는 경향이 있으며, 지속적, 반복적 하중을 견뎌야 하는 구조재료 분야에 응용되기는 어려운 실정이다. 현재 구조재료로서 금속-고분자 복합재료를 사용하는 분야에서는 주로 리벳팅(riveting)을 통한 물리적인 접합을 사용하여 안정성을 확보하지만 이는 무게가 늘어나는 원인이 되고 추가적인 공정을 필요로 하여 바람직하지 않다.This strengthened adhesion is helpful in the short and long term, but when exposed to moisture or other chemical environments, the stability tends to be poor and it is difficult to apply it to the structural materials field which must withstand repeated and repeated loads. In the field of using a metal-polymer composite material as a structural material at present, the physical bonding through riveting is mainly used to secure the stability, but this causes an increase in weight and requires an additional process, which is undesirable.

본 발명이 해결하려는 과제는 계면결합력을 향상시켜 복합재의 계면분리를 막아 내구성을 높일 수 있다. 본 발명에서는 해당 그라프팅 공정에 스프레이 공정을 접목시킴으로써 대량처리가 가능한 금속-고분자 복합재료의 제조방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to improve the interfacial bonding force, thereby preventing interfacial separation of the composite material, thereby enhancing durability. The present invention provides a method for producing a metal-polymer composite material capable of mass-processing by grafting a spraying process to the grafting process.

이러한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,To solve these problems, according to one aspect of the present invention,

단량체, 디아조늄염 및 제1 용매를 포함하는 제1 조성물을 금속 기재의 표면에 1차 스프레이하는 단계; First spraying a first composition comprising a monomer, a diazonium salt and a first solvent on the surface of a metal substrate;

환원제 및 제2 용매를 포함하는 제2 조성물을, 상기 1차 스프레이된 금속 기재의 표면에 2차 스프레이하여 유기 박막층을 형성하는 단계; 및A second composition comprising a reducing agent and a second solvent is sprayed secondarily onto the surface of the first sprayed metal substrate to form an organic thin film layer; And

상기 유기 박막층 상에 고분자 기재를 부착하는 단계를 포함하는 금속-고분자 복합재료의 제조방법이 제시된다. And a step of attaching the polymer substrate on the organic thin film layer.

상기 단량체가 아크릴로니트릴, 메틸아크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 히드록시에틸메타그릴레이트, 아크릴산, 락트산, 글리콜산, 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The monomer may include at least one member selected from the group consisting of acrylonitrile, methyl acrylate, butyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate, acrylic acid, lactic acid, glycolic acid, and epsilon -caprolactone.

상기 디아조늄염이 p-클로로벤젠디아조늄, 2,4-디클로로벤젠디아조늄, 2,5-디클로로벤젠디아조늄, 2,4,6-트리클로로벤젠디아조늄, 2,4,6-트리브로모벤젠디아조늄, 2-니트로벤젠디아조늄, 4-니트로벤젠디아조늄, 4-메틸-2-니트로벤젠디아조늄, 3,4-디메틸벤젠디아조늄, 4-메틸티오벤젠디아조늄, 4-메틸벤젠디아조늄, 3-메틸벤젠디아조늄, 2,4-디메톡시벤젠디아조늄, 2,4-디메틸-6-니트로벤젠디아조늄, 및 2-클로로-4-디메틸-6-니트로벤젠디아조늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.Wherein the diazonium salt is at least one selected from the group consisting of p-chlorobenzene diazonium, 2,4-dichlorobenzene diazonium, 2,5-dichlorobenzene diazonium, 2,4,6-trichlorobenzene diazonium, Nitrobenzene diazonium, 4-methylbenzene diazonium, 4-methylbenzene diazonium, 4-methylbenzene diazonium, 4-methylbenzene diazonium, Benzene diazonium, 3-methylbenzene diazonium, 2,4-dimethoxybenzene diazonium, 2,4-dimethyl-6-nitrobenzene diazonium, and 2-chloro-4-dimethyl- And at least one selected from the group consisting of

상기 디아조늄염이 4-니트로벤젠디아조늄 테트라플루오로보레이트, 4-메톡시벤젠디아조늄 테트라플루오로보레이트, 4-니트로벤젠디아조늄 퍼클로레이트(4-nitrobenzene diazonium perchlorate), 및 4-트리플루오로메틸벤젠 테트라플루오로보레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.Wherein the diazonium salt is selected from the group consisting of 4-nitrobenzene diazonium tetrafluoroborate, 4-methoxybenzene diazonium tetrafluoroborate, 4-nitrobenzene diazonium perchlorate, and 4-trifluoromethyl Benzene tetrafluoroborate, and the like.

상기 환원제가 아스코빅산, 철 파우더, 트리소듐 시트레이트, NaBH4, 페닐히드라진ㅇHCl, 페닐히드라진, 및 히드라진으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The reducing agent may include at least one selected from the group consisting of ascorbic acid, iron powder, trisodium citrate, NaBH 4 , phenylhydrazine HCl, phenylhydrazine, and hydrazine.

상기 제1 조성물이 단량체 100 중량부, 디아조늄염 10 내지 30 중량부 및 제1 용매 60 내지 100 중량부를 포함할 수 있다.The first composition may include 100 parts by weight of the monomer, 10 to 30 parts by weight of the diazonium salt, and 60 to 100 parts by weight of the first solvent.

상기 제2 조성물이 환원제 100 중량부, 및 제2 용매 4,000 내지 6,000 중량부를 포함할 수 있다.The second composition may include 100 parts by weight of a reducing agent and 4,000 to 6,000 parts by weight of a second solvent.

상기 제1 조성물이 상기 1차 스프레이될 때 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛ 크기의 입자로 금속 기재상에 도포될 수 있다.The first composition may be applied onto the metal substrate in particles of 0.5 탆 to 50 탆 in size when the first spray is applied.

상기 제2 조성물이 상기 2차 스프레이될 때 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛ 크기의 입자로 상기 1차 스프레이된 금속 기재상에 도포될 수 있다.The second composition may be applied onto the primary sprayed metal substrate with particles of size 0.5 탆 to 50 탆 when the second composition is sprayed.

상기 1차 스프레이 및 2차 스프레이가 각각 독립적으로 상온에서 1 내지 10 kg/cm2의 압력으로 실시될 수 있다. The primary spray and the secondary spray may be independently performed at a pressure of 1 to 10 kg / cm < 2 > at room temperature.

상기 유기 박막층을 형성하는 단계가, 상기 1차 스프레이된 금속 기재의 표면에 제2 조성물을 2차 스프레이하는 단계, 및 및 상기 2차 스프레이된 금속 기재를 건조하고 세척하는 단계를 포함할 수 있다. The step of forming the organic thin film layer may include a step of secondly spraying the second composition onto the surface of the first sprayed metal substrate and drying and washing the second sprayed metal substrate.

상기 금속 기재가 스틸, 전기아연도금 강판(electrogalvanized steel, EG), 합금화 아연도금강판(galvannealed steel, GA), 및 용융아연도금강판(galvanized steel, GI) 로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.Wherein the metal substrate comprises at least one member selected from the group consisting of steel, electrogalvanized steel (EG), galvannealed steel (GA), and galvanized steel (GI) .

상기 고분자 기재가 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 및 폴리메타크릴레이트로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The polymer base material may include at least one selected from polyolefins, polyamides, polyesters, polyacrylates, and polymethacrylates.

상기 유기 박막층 상에 고분자 기재를 부착하는 단계가 용융 접착 방식으로 실시될 수 있다. The step of attaching the polymer substrate on the organic thin film layer may be performed by a melt adhesion method.

상기 용융 접착 방식이 상기 고분자 기재의 융점 보다 20 내지 40℃ 더 높은 온도에서 5 내지 20분 동안 1 내지 20 MPa의 압력 조건으로 실시될 수 있다. The melt adhesion method may be carried out under a pressure of 1 to 20 MPa for 5 to 20 minutes at a temperature 20 to 40 DEG C higher than the melting point of the polymer base.

본 발명의 금속-고분자 복합재료의 제조 방법에 따르면, 금속 기재 표면에 고분자를 그라프팅하여 금속-고분자 사이의 1차 결합을 형성하였는 바, 산/염기나 플라즈마를 금속 표면에 처리하여 생성된 활성화 작용기를 이용한 2차 결합에 비해 강한 결합력을 가질 뿐만 아니라 수분이나 기타 화학적 환경에 강한 저항성을 갖져, 복합재료의 장단기적인 안정성을 확보할 수 있다. According to the method for producing a metal-polymer composite material of the present invention, a primary bond between a metal and a polymer is formed by grafting a polymer onto the surface of a metal substrate, It has a strong bonding force as compared with the secondary bonding using a functional group, and is resistant to moisture and other chemical environments, so that the long and short term stability of the composite material can be secured.

본 발명에서는 기존의 담금(dipping) 공정과 달리 스프레이 공정을 적용시킴으로써, 표면처리 면적당 소요되는 시간을 현저하게 단축시켜 처리 양을 크게 증가시킬 수 있다.In the present invention, by applying the spray process differently from the conventional dipping process, the time required per surface area can be remarkably shortened and the amount of treatment can be greatly increased.

또한, 본 발명에 따른 금속-고분자 복합재료는 고강도와 함께 경량화가 요구되는 자동차, 우주항공분야에서 크게 기여할 것으로 기대된다.In addition, the metal-polymer composite material according to the present invention is expected to contribute greatly in the fields of automobiles and aerospace, which require high strength and light weight.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1는 레독스 활성 그라프팅 반응의 모식도이다.
도 2는 도 1에 따른 그라프팅 반응 메커니즘을 이용하여 단계별로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속적인 스프레이 공정을 이용한 금속 기재의 그라프팅 과정의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속-고분자 복합재료의 전단강도를 측정하기 위한 시편의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속-고분자 복합재료의 전단강도를 측정하기 위한 UTM 장비의 사진이다.
도 6은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 금속-고분자 복합재료의 전단강도 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further augment the technical spirit of the invention. And should not be construed as limiting.
Figure 1 is a schematic diagram of a redox active grafting reaction.
FIG. 2 is a schematic view showing a stepwise process using the grafting reaction mechanism according to FIG. 1; FIG.
3 is a schematic view of a process of grafting a metal substrate using a continuous spray process according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic view of a specimen for measuring the shear strength of a metal-polymer composite according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph of a UTM instrument for measuring the shear strength of a metal-polymer composite according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the shear strength measurement results of the metal-polymer composite material according to Example 1 and Comparative Example 1. Fig.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.Hereinafter, the present invention will be described in detail. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the configurations shown in the embodiments described herein are merely the most preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention, so that various equivalents And variations are possible.

기존에는 금속 기판 등의 표면에 기능성을 부여하기 위해 일렉트로그라프팅(Electrografting) 등의 그라프팅 공정이 적용된 바가 있으며, 구체적으로는 금속 표면의 산화 방지, 절연성 부연 등이 대표적인 기능으로 볼 수 있다. 하지만, 그라프팅 공정을 금속과 CFRP 사이의 접착력을 향상시키기 위해 적용된 사례가 없다. Conventionally, a grafting process such as electrographing has been applied in order to impart functionality to the surface of a metal substrate or the like. Specifically, the prevention of oxidation of the metal surface and the insulating effect can be seen as typical functions. However, there is no application of the grafting process to improve the adhesion between metal and CFRP.

본 발명에서는 고분자 그라프팅 공정을 금속-고분자 복합재료의 안정성 및 신뢰성 확보에 적용하고자 한다. 또한 그라프팅 공정을 연속적인 스프레이 공정에 적용함으로써 저비용 대량생산이 가능한 새로운 그라프팅 기법을 제시할 수 있다.In the present invention, the polymer grafting process is applied to ensure the stability and reliability of a metal-polymer composite material. In addition, by applying the grafting process to a continuous spray process, a new grafting technique that can be mass-produced at low cost can be suggested.

본 발명의 일 측면에 따른 금속-고분자 복합재료의 제조방법은,According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a metal-

단량체, 디아조늄염 및 제1 용매를 포함하는 제1 조성물을 금속 기재의 표면에 1차 스프레이하는 단계; First spraying a first composition comprising a monomer, a diazonium salt and a first solvent on the surface of a metal substrate;

환원제 및 제2 용매를 포함하는 제2 조성물을, 상기 1차 스프레이된 금속 기재의 표면에 2차 스프레이하여 단량체가 그라프팅된 고분자를 포함하는 유기 박막층을 형성하는 단계; 및A second composition comprising a reducing agent and a second solvent is secondarily sprayed onto the surface of the first sprayed metal substrate to form an organic thin film layer comprising a monomer grafted with the monomer; And

상기 유기 박막층 상에 고분자 기재를 부착하는 단계를 포함한다.And attaching the polymer substrate on the organic thin film layer.

상기 단량체로는 그라프팅 중합이 가능한 단량체라면 제한 없이 적용될 수 있으며, 비닐기 단량체 도는 고리형 단량체 등이 있을 수 있다. 이러한 비닐기 단량체의 구체적인 예로는 아크릴로니트릴, 메틸아크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 히드록시에틸메타그릴레이트 및 아크릴산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 가능하고, 고리형 단량체로는 락트산, 글리콜산 및 ε-카프로락톤 등이 적용될 수 있다.The monomer may be any monomer as long as it is capable of graft polymerization, and vinyl monomer or cyclic monomer may be used. Specific examples of such vinyl-based monomers include at least one member selected from the group consisting of acrylonitrile, methyl acrylate, butyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate, and acrylic acid. As the cyclic monomer, lactic acid, glycolic acid And? -Caprolactone may be applied.

상기 디아조늄염으로는 벤젠디아조늄 양이온을 생성하는 물질이라면 제한 없이 적용될 수 있다. 예컨대, 상기 디아조늄염은 테트라플로오로 보레이트(tetrafluoroborates), 염화물(halides), 설페이트(sulphates), 포스페이트(phosphates), 카르복실레이트(carboxylates), 퍼클로레이트(perchlorates) 또는 헥사플루오로 포스페이트(hexafluoro phosphates) 또는 이들 염의 혼합물의 형태로 존재할 수 있다. 구체적으로는, 상기 디아조늄염이 p-클로로벤젠디아조늄, 2,4-디클로로벤젠디아조늄, 2,5-디클로로벤젠디아조늄, 2,4,6-트리클로로벤젠디아조늄, 2,4,6-트리브로모벤젠디아조늄, 2-니트로벤젠디아조늄, 4-니트로벤젠디아조늄, 4-메틸-2-니트로벤젠디아조늄, 3,4-디메틸벤젠디아조늄, 4-메틸티오벤젠디아조늄, 4-메틸벤젠디아조늄, 3-메틸벤젠디아조늄, 2,4-디메톡시벤젠디아조늄, 2,4-디메틸-6-니트로벤젠디아조늄, 2-클로로-4-디메틸-6-니트로벤젠디아조늄 등의 염일 수 있다.The diazonium salt can be applied without limitation as long as it is a substance that generates a benzene diazonium cation. For example, the diazonium salt may be used in the form of tetrafluoroborates, halides, sulphates, phosphates, carboxylates, perchlorates or hexafluoro phosphates, Or a mixture of these salts. Specific examples of the diazonium salt include p-chlorobenzene diazonium, 2,4-dichlorobenzene diazonium, 2,5-dichlorobenzene diazonium, 2,4,6-trichlorobenzene diazonium, 2,4- 2-nitrobenzene diazonium, 4-methylbenzene diazonium, 4-methylbenzene diazonium, 4-methylbenzene diazonium, 4-methylbenzene diazonium, , 4-methylbenzene diazonium, 3-methylbenzene diazonium, 2,4-dimethoxybenzene diazonium, 2,4-dimethyl-6-nitrobenzene diazonium, 2-chloro-4-dimethyl- Diazonium, and the like.

보다 구체적으로, 상기 디아조늄염은 4-니트로벤젠디아조늄 테트라플루오로보레이트, 4-메톡시벤젠디아조늄 테트라플루오로보레이트, 4-니트로벤젠디아조늄 퍼클로레이트(4-nitrobenzene diazonium perchlorate), 및 4-트리플루오로메틸벤젠 테트라플루오로보레이트 등일 수 있다. More specifically, the diazonium salt is selected from the group consisting of 4-nitrobenzene diazonium tetrafluoroborate, 4-methoxybenzene diazonium tetrafluoroborate, 4-nitrobenzene diazonium perchlorate, and 4- Trifluoromethylbenzene tetrafluoroborate, and the like.

또한, 상기 제1 용매는 디아조늄염과 단량체를 용해시켜 균일한 용액을 형성할 수 있는 용매라면 제한 없이 적용될 수 있고, 그 비제한적인 예로는 물 등이 있을 수 있다. In addition, the first solvent may be any solvent that can dissolve the diazonium salt and the monomer to form a homogeneous solution, and the non-limiting example thereof may include water.

상기 제1 조성물은 단량체 100 중량부, 디아조늄염 10 내지 50 중량부, 및 제1 용매 5,000 내지 7,000 중량부를 포함할 수 있다. The first composition may include 100 parts by weight of the monomer, 10 to 50 parts by weight of the diazonium salt, and 5,000 to 7,000 parts by weight of the first solvent.

구체적으로, 상기 단량체 100 중량부 기준으로 상기 디아조늄염의 함량은 10 내지 50 중량부, 상세하게는 20 내지 40 중량부, 더 상세하게는 28 내지 32 중량부일 수 있다. Specifically, the content of the diazonium salt may be 10 to 50 parts by weight, specifically 20 to 40 parts by weight, more specifically 28 to 32 parts by weight based on 100 parts by weight of the monomer.

상기 디아조늄이 이러한 함량 범위를 만족하는 경우, 공정 비용 대비 그라프팅 효율을 극대화 시킬 수 있다. 그라프팅이 금속 표면에서 밀도 있게 발생하기 위해서는 디아조늄의 양이 많은 것이 좋으나 일반적으로 디아조늄 염의 경우 비싼 가격으로 인해 무조건 많은 양을 넣는 것 보다는 반응에 참여하지 않는 여분의 디아조늄 염의 양을 최소화 시킬 필요가 있다. 상기 디아조늄의 함량은 이를 최적화 시킬 수 있는 양이다. When the content of the diazonium satisfies the above range, the grafting efficiency with respect to the process cost can be maximized. In order for the grafting to occur densely on the metal surface, a large amount of diazonium is preferred, but in general, the diazonium salt minimizes the amount of extra diazonium salt that is not involved in the reaction, There is a need. The amount of the diazonium is an amount capable of optimizing the amount.

또한, 상기 단량체 100 중량부 기준으로 제1 용매의 함량은 5,000 내지 7,000 중량부, 상세하게는 5,500 내지 6,500 중량부, 더 상세하게는 6,200 내지 6,300 중량부일 수 있다. The content of the first solvent may be 5,000 to 7,000 parts by weight, specifically 5,500 to 6,500 parts by weight, more specifically 6,200 to 6,300 parts by weight based on 100 parts by weight of the monomer.

상기 제1 용매가 이러한 함량 범위를 만족하는 경우, 그라프팅을 통해 생성되는 고분자 사슬의 길이를 최적화 시킬 수 있다. 고분자 사슬의 길이가 길어짐에 따라 접착력이 증가하는 것이 일반적이나 너무 커질 경우 사슬의 움직임이 제한되고 이로 인해 접착시 벌크(bulk) 고분자와의 얽힘(entanglement)가 원활이 이루어지지 않아서 오히려 접착력이 감소할 수 있다. 상기 함량은 고분자 사슬의 길이를 최적화 시킬 수 있는 양이다. When the first solvent satisfies this content range, it is possible to optimize the length of the polymer chain produced through the grafting. As the length of the polymer chain increases, the adhesive strength generally increases. However, when the polymer chain is too large, the movement of the chain is limited. As a result, entanglement with the bulk polymer is not smoothly performed, . The content is an amount capable of optimizing the length of the polymer chain.

상기 환원제는 디아조늄염을 용액 내에서 환원시키는 역할을 하며, 구체적으로 디아조늄염을 아릴 라디칼로 형성시켜 레독스 활성 그라프팅 반응을 일으키는 역할을 한다. The reducing agent serves to reduce the diazonium salt in the solution. Specifically, the diazonium salt is formed into an aryl radical to cause a redox-active grafting reaction.

상기 환원제로는 아스코빅산 (또는 비타민C), 철 파우더, 트리소듐 시트레이트, NaBH4, 페닐히드라진ㅇHCl, 페닐히드라진, 및 히드라진 등이 적용될 수 있다. 이때 예를 들어 철 파우더로는 1 내지 30 ㎛의 직경을 가진 제품을 사용할 수도 있으며, 철 파우더의 직경이 이러한 범위를 만족 하는 경우에 철 파우더가 큰 비표면적을 가지게 되고 그 결과 소량의 철 파우더를 사용함에도 환원력을 극대화 시켜서 빠른 반응을 유도할 수 있습니다.As the reducing agent, ascorbic acid (or vitamin C), iron powder, trisodium citrate, NaBH 4 , phenylhydrazine HCl, phenylhydrazine, and hydrazine may be applied. In this case, for example, a product having a diameter of 1 to 30 탆 may be used as the iron powder. When the diameter of the iron powder satisfies the above range, the iron powder has a large specific surface area. As a result, a small amount of iron powder It maximizes the reducing power even when it is in use and can induce quick reaction.

상기 제2 조성물은 환원제 100 중량부, 및 제2 용매 200,000 내지 300,000 중량부를 포함할 수 있다. 구체적으로 환원제 100 중량부 기준으로 제2 용매의 함량은 200,000 내지 300,000 중량부, 상세하게는 250,000 내지 300,000, 더 상세하게는 280,000 내지 290,000 중량부 일 수 있다. The second composition may include 100 parts by weight of a reducing agent and 200,000 to 300,000 parts by weight of a second solvent. Specifically, the content of the second solvent based on 100 parts by weight of the reducing agent may be 200,000 to 300,000 parts by weight, specifically 250,000 to 300,000, more specifically 280,000 to 290,000 parts by weight.

상기 제2 용매가 이러한 함량 범위를 만족하는 경우, 불필요한 환원제의 양을 최소화 시킬 수 있다. 환원제의 경우 반응을 도와주는 역할만을 하기 때문에 많은 양을 필요로 하지 않으며, 오히려 너무 많을 경우 용액 내에서 불순물로 작용할 수 있으므로 바람직하지 않다. 상기 함량은 반응속도를 극대화 시킬 수 있는 양이다. When the second solvent satisfies this content range, the amount of unnecessary reducing agent can be minimized. In the case of the reducing agent, it does not require a large amount because it only serves to assist the reaction, and if it is too much, it may act as an impurity in the solution, which is not preferable. The content is an amount capable of maximizing the reaction rate.

도 1은 레독스 활성 그라프팅 반응의 모식도를 나타낸 것으로서, 디아조늄염으로 4-니트로벤젠디아조늄을, 환원제로 비타민 C(VC)를 사용한 경우에, 디아조늄염이 환원제에 의해 아릴 라디칼로 생성되고, 이 생성된 아릴 라디칼이 금속 기재 상에 그라프팅되고, 이후 연속적으로 아릴 라디칼의 반응에 의해 사슬이 연장되는 반응을 나타내고 있다.1 shows a schematic diagram of a redox active grafting reaction, in which 4-nitrobenzene diazonium is used as a diazonium salt and vitamin C (VC) is used as a reducing agent, a diazonium salt is formed as an aryl radical by a reducing agent , The resulting aryl radical is grafted onto the metal substrate, and then the chain is extended by the reaction of the aryl radicals continuously.

즉, 증류수 또는 산 수용액에 안정적으로 용해되어 있는 4-니트로벤젠디아조늄(NBD, 디아조늄염)은 표준수소전극 대비 양의 환원전위를 갖기 때문에 쉽게 전자를 받아 환원이 될 수 있다. 반면 본 발명에 사용된 스틸과 같은 금속 기재의 개방 회로 전위(open circuit potential)는 표준수소전극 대비 음의 값을 나타내어 특별한 외부전원 공급 없이 전위차에 의해 NBD염을 환원시킬 수 있다.That is, 4-nitrobenzene diazonium (NBD, diazonium salt) which is stably dissolved in distilled water or an aqueous acid solution has a positive reduction potential relative to a standard hydrogen electrode, so that it can easily receive electrons and be reduced. On the other hand, the open circuit potential of a metal substrate such as steel used in the present invention has a negative value relative to a standard hydrogen electrode, so that the NBD salt can be reduced by a potential difference without supplying a special external power source.

또한, 상기 환원된 디아조늄염은 질소(N2) 와 아릴 라디칼을 형성하는데 이때 생성된 아릴 라디칼은 용액 내에 넣어 준 금속 기재 표면에 접합되어 폴리니트로페닐렌(PNP) 유기층을 형성한다. 본 발명에서는 PNP 유기층을 레독스 활성 반응에 의해 진행된다. 레독스 활성 반응은 환원제를 첨가하여 그래프팅함으로써, 반응시간이 단축되고, 그래프팅 효율이 개선될 수 있다. In addition, the reduced diazonium salt forms an aryl radical with nitrogen (N 2 ), and the generated aryl radical is bonded to the surface of the metal substrate in the solution to form a poly (nitrophenylene) (PNP) organic layer. In the present invention, the PNP organic layer is processed by the redox active reaction. By carrying out the redox active reaction by grafting with the addition of a reducing agent, the reaction time can be shortened and the grafting efficiency can be improved.

도 2는 도 1에 따른 그라프팅 반응 메커니즘을 이용하여 단계별로 나타낸 모식도이다.FIG. 2 is a schematic view showing a stepwise process using the grafting reaction mechanism according to FIG. 1; FIG.

먼저 제1 용매(10)를 준비하고, 여기에 디아조늄염을 첨가하여 디아조늄염 용액(20)을 제조하고, 기재(30)에 디아조늄염 용액(20)을 도포한다. 이어서, 환원제를 디아조늄염 용액(20)에 투입하면 환원제는 디아조늄염을 아릴 라디칼로 생성시키고, 이후 아릴 라디칼이 기재 상에 연쇄적인 그라프팅 반응이 진행된다.First, a diazonium salt solution (20) is prepared by preparing a first solvent (10), and then a diazonium salt solution (20) is applied to the substrate (30). Subsequently, when a reducing agent is added to the diazonium salt solution (20), a reducing agent generates a diazonium salt as an aryl radical, and then a grafting reaction proceeds on the substrate with the aryl radical.

상기 금속 기재로는 스틸, 금(Au), 구리(Cu) 등이 사용될 수 있고, 상기 스틸로는 순수 스틸(강판)외에, 스틸에 아연도금처리된 것으로서, 전기아연도금 강판(electrogalvanized steel, EG), 합금화 아연도금강판(galvannealed steel, GA), 용융아연도금강판(galvanized steel, GI) 등도 적용될 수 있다. The metal substrate may be made of steel, gold (Au), copper (Cu) or the like. The steel may be pure steel (steel plate), galvanized steel, electrogalvanized steel Galvanized steel (GA), galvanized steel (GI), and the like can be applied.

본 발명에 따르면, 금속 기재 표면에 고분자 그라프팅을 위한 그라프팅 공정으로 종래의 침지식 공정이 아닌 스프레이 공정을 도입한다.According to the present invention, a grafting process for polymer grafting on a metal substrate surface introduces a spray process rather than a conventional immersion process.

상기 스프레이 공정은, 단량체, 디아조늄염 및 제1 용매를 포함하는 제1 조성물을 금속 기재의 표면에 1차 스프레이하는 단계, 및 환원제 및 제2 용매를 포함하는 제2 조성물을, 상기 1차 스프레이된 금속 기재의 표면에 2차 스프레이하는 단계를 포함하고, 그 결과 단량체가 그라프팅된 고분자를 포함하는 유기 박막층을 금속 기재 상에 형성하게 된다.The spray process comprises the steps of first spraying a first composition comprising a monomer, a diazonium salt and a first solvent onto the surface of a metal substrate, and a second composition comprising a reducing agent and a second solvent, And secondarily spraying the surface of the metal substrate to form a layer of an organic thin film on the metal substrate, the polymer including the polymer grafted with the monomer.

즉, 상기 다이아조늄염과 단량체를 제1 용매에 용해한 상태로 1차 스프레이를 진행한 후, 2차로 환원제를 포함하는 제2 조성물을 스프레이 함으로써 연속적인 그라프팅이 가능하다. 금속 기재 상에 균일한 그라프팅을 형성하기 위해 공정 중 스프레이 압력 및 온도를 일정하게 유지해 줄 수 있고, 스프레이 공정으 통한 그라프팅이 완료된 후 세척 단계를 거칠 수 있다.That is, continuous grafting is possible by first spraying the diazonium salt and the monomer dissolved in the first solvent, and then spraying the second composition containing the reducing agent secondarily. The spray pressure and temperature can be kept constant during the process to produce uniform grafting on the metal substrate and can be subjected to a cleaning step after the grafting through the spray process is complete.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속적인 스프레이 공정을 이용한 금속 기재의 그라프팅 과정의 모식도이다.3 is a schematic view of a process of grafting a metal substrate using a continuous spray process according to an embodiment of the present invention.

금속 기재(110)가 항온 구역(120)으로 연속적으로 공급이 되고, 이때 항온 구역(120)에는 다이아조늄염과 단량체를 제1 용매에 용해하여 제조된 제1 조성물을 저장 및 공급하는 제1 조성물 공급조(130)와, 환원제를 제2 용매에 용해하여 제조된 제2 조성물을 저장 및 공급하는 제2 조성물 공급조(140)이 공급 라인을 통해서 연결되어 있다. 금속 기재(110)가 항온 구역(120)으로 공급되면 먼저 제1 조성물 공급조(130)에서 스프레잉(120) 설비를 통하여 디아조늄염과 단량체를 포함하는 제1 조성물이 금속 기재의 표면에 1차 스프레이 도포되고, 이후 제2 조성물 공급조로부터 환원제를 포함하는 제2 조성물이 상기 1차 스프레이된 금속 기재 표면에 다시 2차 스프레이된다. The metal substrate 110 is continuously supplied to the constant temperature zone 120 where the diazonium salt and monomers are dissolved in a first solvent to provide a first composition for storing and supplying the first composition A feed tank 130 and a second composition feed tank 140 for storing and supplying a second composition prepared by dissolving a reducing agent in a second solvent are connected through a feed line. When the metal substrate 110 is supplied to the constant temperature zone 120, the first composition containing the diazonium salt and the monomer is supplied to the surface of the metal substrate through the spraying (120) facility in the first composition supply tank 130, And then a second composition comprising a reducing agent is secondarily sprayed onto the first sprayed metal substrate surface from the second composition feed tank.

본 발명과 같이 2차에 걸쳐 스프레잉 공정이 실시되기 때문에, 다이아조늄염과 환원제의 스프레이 시간이 구분되고, 이들 용액을 사용하기 전까지 안정적으로 보관할 수 있는 장점이 있다.Since the spraying process is carried out twice in the same manner as in the present invention, the spray time of the diazonium salt and the reducing agent are distinguished, and these solutions can be stably stored until they are used.

또한, 스프레이되는 조성물의 입자가 작을수록 라플라스 압력(Laplace pressure)이 증가하고, 젖음성이 개선되어, 금속 기재의 표면에 조성물이 완전히 침투하기가 용이하고, 거친 표면상태(high roughness)를 갖는 금속 기재의 표면에도 쉽게 적용할 수 있다.In addition, as the particles of the composition to be sprayed are smaller, the laplace pressure is increased and the wettability is improved, so that the composition can be completely penetrated to the surface of the metal base material and the metal base material having a high roughness Can be easily applied to the surface of the substrate.

상기 제1 조성물은 상기 1차 스프레이될 때 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛, 상세하게는 1 ㎛ 내지 20 ㎛, 더 상세하게는 5 ㎛ 내지 15 ㎛ 크기의 입자로 금속 기재상에 도포될 수 있다. The first composition may be applied onto the metal substrate with the particles being 0.5 to 50 microns, particularly 1 to 20 microns, and more particularly 5 to 15 microns in size when sprayed first.

상기 제2 조성물은 상기 2차 스프레이될 때 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛, 상세하게는 1 ㎛ 내지 20 ㎛, 더 상세하게는 5 ㎛ 내지 15 ㎛ 크기의 입자로 상기 1차 스프레이된 금속 기재상에 도포될 수 있다. The second composition may be applied on the primary sprayed metal substrate with the particles being 0.5 to 50 microns, particularly 1 to 20 microns, and more particularly 5 to 15 microns in size when sprayed second .

상기 제1 조성물 및 제2 조성물의 스프레이시 입자 크기가 이러한 범위를 만족하는 경우, 그라프팅의 양을 최적화시켜서 결과적으로 극대화된 접착력을 얻을 수 있고, 스프레이 된 입자가 금속 표면에 대한 젖음성이 증가하고, 금속 표면에 더 고른 그라프팅이 가능하게 한다. When the particle size of the first composition and the second composition during spraying satisfies this range, it is possible to optimize the amount of grafting to obtain a resultant maximized adhesive force, and the wettability of the sprayed particles to the metal surface increases , Enabling more uniform grafting of the metal surface.

상기 1차 스프레이 및 2차 스프레이는 각각 독립적으로 상온에서 1 내지 10 kg/cm2의 압력으로 실시될 수 있다. The primary spray and the secondary spray can be independently performed at a pressure of 1 to 10 kg / cm < 2 > at room temperature.

상기 유기 박막층을 형성하는 단계는, 상기 1차 스프레이된 금속 기재의 표면에 상기 환원제 및 제2 용매를 포함하는 제2 조성물을 2차 스프레이하는 단계, 및 상기 2차 스프레이된 금속 기재를 건조하고 세척하는 단계를 포함할 수 있다.The step of forming the organic thin film layer may include the steps of: secondarily spraying a second composition containing the reducing agent and a second solvent on the surface of the first sprayed metal substrate; and drying and cleaning the second sprayed metal substrate .

상기 세척하는 단계는 2차 스프레이 완료 후 금속 기재를 25 내지 80 ℃의 조건에서 1 내지 2 시간 동안 건조시킨 후, 용액이 마른 것을 확인하고 아세톤 등의 유기 용매를 이용하여 실시될 수 있다. 이러한 세척 단계를 통해 금속 기재의 표면에서 제대로 유기 박막층을 형성하지 못한 유기물(단량체, 디아조늄염 등)을 제거함으로써, 이들 미반응 유기물들이 향후 벌크 상태의 고분자 기재와 계면을 형성할 때 이물질로 작용하는 것을 방지할 수 있다. The washing may be performed by drying the metal substrate at 25 to 80 ° C for 1 to 2 hours after completion of the secondary spray, confirming that the solution is dried, and using an organic solvent such as acetone. By removing the organic materials (monomers, diazonium salts, etc.) which can not properly form the organic thin film layer on the surface of the metal substrate through the cleaning step, these unreacted organic materials act as foreign substances when forming the interface with the polymer substrate Can be prevented.

상기 고분자 그라프팅된 금속 기재의 유기 박막층에 고분자 기재가 부착 및 결합되어 금속-고분자 복합재료를 형성하게 된다.The polymer substrate is attached to and bonded to the organic thin film layer of the polymer-grafted metal substrate to form a metal-polymer composite material.

상기 고분자 기재로는 유기 박막층과 용융 접합이 가능한 열가소성 고분자라면 제한없이 적용될 수 있고, 구체적인 예로는 폴리올레핀(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 폴리아미드(나일론 등), 폴리에스테르(폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등), 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트(폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA) 등)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 적용될 수 있다.As the polymer substrate, any thermoplastic polymer capable of melt bonding with the organic thin film layer can be used without limitation. Specific examples thereof include polyolefin (polyethylene, polypropylene, etc.), polyamide (nylon, etc.), polyester (polyethylene terephthalate ), Polyacrylate, polymethacrylate (polymethylmethacrylate (PMMA), etc.) can be applied.

상기 유기 박막층 상에 고분자 기재를 부착하는 단계는 용융 접착 방식으로 실시될 수 있다. 상기 용융 접착 방식은 상기 고분자 기재의 융점 보다 20 내지 40℃ 더 높은 온도에서 5 내지 20분 동안 1 내지 20 MPa의 압력 조건으로 실시될 수 있다.The step of attaching the polymer substrate on the organic thin film layer may be performed by a melt adhesion method. The melt adhesion method may be carried out under a pressure of 1 to 20 MPa for 5 to 20 minutes at a temperature 20 to 40 DEG C higher than the melting point of the polymer base.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 기재 표면에 그라프팅된 고분자는 고분자 기재와 같은 벌크 고분자와 얽힘(entanglement) 구조를 형성함으로써 자체 고분자에 가까운 물성을 나타낼 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the polymer grafted to the surface of the metal substrate may have physical properties similar to those of the polymer itself by forming an entanglement structure with a bulk polymer such as a polymer substrate.

즉, 고분자와 금속이 약한 2차 결합을 하고 있을 경우 계면에서 분리 현상(adhesive failure)에 의해 약한 계면 물성이 발생하나, 고분자와 금속이 강한 1차 결합을 가지고 있을 경우 계면이 아니라 계면에 가까운 고분자의 파단 (cohesive failure)이 발생할 수 있으며, 이 때 계면물성은 고분자의 물성에 가깝도록 향상될 수 있게 된다. 이후 금속 기재 표면의 유기 박막층의 그라프팅된 고분자 밀도와 고분자 기재 사이의 얽힘을 극대화 시킴으로써 최대의 접착력을 갖는 계면을 얻을 수 있다.That is, when the polymer and the metal have weak secondary bonding, weak interface property occurs due to the adhesive failure at the interface. However, when the polymer and the metal have strong primary bonding, A cohesive failure may occur, and the interfacial properties can be improved to be close to the physical properties of the polymer. Then, by maximizing the entanglement between the grafted polymer density of the organic thin film layer on the surface of the metal substrate and the polymer substrate, an interface having the maximum adhesive force can be obtained.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. Embodiments of the invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

실시예 1 Example 1

(1) 그라프팅 조성물의 준비(1) Preparation of Grafting Composition

디아조늄염으로 탈이온수 중 0.02 M의 4-니트로벤젠디아조늄 테트라플루오로보레이트 용액 및 단량체로서 탈이온수 중 0.3 M의 아크릴로니트릴 용액을 혼합하여 제1 조성물을 준비하였다.0.02 M of 4-nitrobenzene diazonium tetrafluoroborate solution in deionized water as a diazonium salt and 0.3 M of acrylonitrile solution in deionized water as a monomer were mixed to prepare a first composition.

또한, 환원제로 탈이온수 중 0.002 M의 아스코빅산 용액을 첨가하여 제2 조성물을 준비하였다.Further, a second composition was prepared by adding 0.002 M ascorbic acid solution in deionized water as a reducing agent.

(2) 금속 기재 준비(2) Preparation of metal substrate

금속 기재로서 스틸 (현대 제철 제품, 전기 도금 강판)을 세로 101.mm, 가로 25.4 mm를 준비하였다. Steel (manufactured by Hyundai Steel Co., Ltd., electroplated steel sheet) having a length of 101 mm and a width of 25.4 mm was prepared as a metal base material.

(3) 스프레이 공정(3) Spray process

수동 스프레이 장치 (분무기)를 이용하여, 제1 조성물을 25℃에서 1 ml로 스틸 표면에 1차 스프레이 하였다. 이후 1차 스프레이된 제1 조성물이 스틸 표면으로의 완전한 침투가 되도록 1분간 방치하였다. 다음으로, 제2 조성물을 25℃에서 1 ml로 상기 1차 스프레이된 금속 기재의 표면에 2차 스프레이하였다. With the aid of a manual spray device (atomizer), the first composition was first sprayed on a steel surface with 1 ml at 25 占 폚. The first sprayed first composition was then allowed to stand for one minute to allow complete penetration of the steel surface. The second composition was then secondarily sprayed onto the surface of the primary sprayed metal substrate at 25 占 폚 in 1 ml.

2차 스프레이를 진행하고 20분 후 제2 조성물이 건조된 것을 확인하고, 아세톤 용액에 침지한 후 초음파(sonication) 처리를 이용하여 1분 동안 아세톤 세척을 진행하여 유기 박막층을 형성하였다.After 20 minutes, the second composition was dried. After immersing in the acetone solution, it was washed with acetone for 1 minute using sonication to form an organic thin film layer.

1차 스프레이시의 제1 조성물의 입자 크기는 평균 10 ㎛이고, 2차 스프레이 시의 제2 조성물의 입자 크기는 평균 10 ㎛이었다. The average particle size of the first composition at the time of primary spraying was 10 mu m and the average particle size of the second composition at the secondary spraying was 10 mu m on average.

(4) 고분자 기재의 부착(4) Attachment of polymer substrate

0.125 mm의 두께를 가진 폴리프로필렌 필름 (Goodfellow 사)을 앞서 준비된 금속 기재의 유기 박막층 상에 적층한 후 고온 프레스 장비 (삼두유압)를 사용하여 해당 고분자의 녹는점 (약 170℃)보다 40℃ 높은 온도인 210℃에서 5MPa의 압력으로 10분간 처리한 후 상온에서 냉각시킴으로써 고분자와 금속 사이의 접착을 형성시켜서, 금속-고분자 복합재료를 제조하였다. A polypropylene film (Goodfellow Co.) having a thickness of 0.125 mm was laminated on the organic thin film layer of the metal substrate prepared above, and then heated to 40 ° C higher than the melting point (about 170 ° C) of the polymer by using a hot press equipment The resultant was treated at a temperature of 210 캜 at a pressure of 5 MPa for 10 minutes and then cooled at room temperature to form an adhesion between the polymer and the metal to prepare a metal-polymer composite material.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 1과 동일한 금속 기재를 준비하였으며, 해당 금속 기재 표면에 0.1mm 두께의 폴리프로필렌 기재를 용융접착 방법을 이용하여 부착하여 금속-고분자 복합재료를 제조하였다.A metal substrate similar to that of Example 1 was prepared and a polypropylene substrate having a thickness of 0.1 mm was attached to the surface of the metal substrate using a melt adhesion method to prepare a metal-polymer composite material.

접착력 평가Adhesion evaluation

ASTM D1002 (single lap joint test) 평가방법을 이용하여 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 복합재료의 전단강도(shear strength)을 측정하여 접착력을 평가하였다. The shear strength of the composite material prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was measured using an ASTM D1002 (single lap joint test) evaluation method to evaluate the adhesive strength.

이때, 측정을 위한 시편 (single lap shear 시편)은 도 4에 도시된 바와 같이 준비하였다. 도 4에 따르면, 실시예 1에서 제조된 금속-고분자 복합재료와, 고분자 기재를 부착하기 전에 유기 박막층만이 형성된 금속을 도 4와 같이 금속 기재(200)/유기 박막층(220)/고분자 기재(210)/유기 박막층(220)/금속 기재(200)의 순이 되도록 겹쳐서 접착시켰으며 겹친 구간은 25.4 x 12.7 mm2이었다. At this time, a specimen (single lap shear specimen) for measurement was prepared as shown in FIG. 4, the metal-polymer composite material prepared in Example 1 and the metal having only the organic thin film layer formed thereon before attaching the polymer substrate to the metal substrate 200 / organic thin film layer 220 / 210 / organic thin film layer 220 / metal substrate 200, and the overlapped section was 25.4 x 12.7 mm 2 .

시편의 길이 (ASTM D1002를 따름)Length of specimen (following ASTM D1002)

a : 시편의 폭 (25.4mm)a: width of specimen (25.4 mm)

b : 시편에 부착하는 탭의 길이, 중첩전단 시험간 계면에서 순수한 전단변형만을 발생시키기 위하여 사용함. (25.4mm)b is the length of the tab attached to the specimen, used to generate pure shear deformation only at the interface between superposed shear tests. (25.4 mm)

c : 금속기재의 길이 (101.6mm)c: length of metal substrate (101.6 mm)

d : 중첩전단시험을 위한 중첩길이 (12.7 mm)d: overlap length for overlapping shear test (12.7 mm)

또한, 전단강력은 도 5에 도시된 UTM 장비를 이용하여 측정하였다.The shear strength was measured using the UTM equipment shown in Fig.

그 결과를 하기 표 1 및 도 6에 나타내었다.The results are shown in Table 1 and FIG.

전단강도 (MPa)Shear strength (MPa) 실시예 1Example 1 1.631.63 비교예 1Comparative Example 1 0.120.12

표 1 및 도 6을 참조하면, Single lap shear test 결과 순수한 상태의 스틸에서는 거의 접착력이 존재하지 않았던 폴리프로필렌 기재가 스프레이 공정을 거친 스틸 표면에서는 크게 향상된 접착력을 갖게 된 것을 확인할 수 있었다.Referring to Table 1 and FIG. 6, it was confirmed that the single lap shear test showed that the polypropylene base material having almost no adhesive force in the pure steel had a significantly improved adhesion on the steel surface subjected to the spraying process.

이는 유기 박막층(220), 즉 금속 기재 표면에 그라프팅 된 고분자층이 금속 기재와 고분자 기재를 연결해주는 중간 물질이 되어서, 금속 기재와는 1차 결합을 이루고 있으며, 고분자 기재와는 엉킴(entanglement)를 이루어 양쪽에서 모두 강력한 결합을 갖도록 유도한 결과로 파악되었다.This is because the organic thin film layer 220, that is, the polymer layer grafted on the surface of the metal substrate, becomes an intermediate material connecting the metal substrate and the polymer substrate, and thus forms a primary bond with the metal substrate, and entanglement with the polymer substrate, The results of this study are as follows.

Claims (15)

단량체, 디아조늄염 및 제1 용매를 포함하는 제1 조성물을 금속 기재의 표면에 1차 스프레이하는 단계;
환원제 및 제2 용매를 포함하는 제2 조성물을, 상기 1차 스프레이된 금속 기재의 표면에 2차 스프레이하여 단량체가 그라프팅된 고분자를 포함하는 유기 박막층을 형성하는 단계; 및
상기 유기 박막층 상에 고분자 기재를 부착하는 단계를 포함하는 금속-고분자 복합재료의 제조방법.
First spraying a first composition comprising a monomer, a diazonium salt and a first solvent on the surface of a metal substrate;
A second composition comprising a reducing agent and a second solvent is secondarily sprayed onto the surface of the first sprayed metal substrate to form an organic thin film layer comprising a monomer grafted with the monomer; And
And attaching the polymer substrate on the organic thin film layer.
제1항에 있어서,
상기 단량체가 아크릴로니트릴, 메틸아크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 히드록시에틸메타그릴레이트, 아크릴산, 락트산, 글리콜산, 및 ε-카프로락톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 금속-고분자 복합재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the monomer is at least one selected from the group consisting of acrylonitrile, methyl acrylate, butyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate, acrylic acid, lactic acid, glycolic acid, and epsilon -caprolactone. ≪ / RTI >
제1항에 있어서,
상기 디아조늄염이 p-클로로벤젠디아조늄, 2,4-디클로로벤젠디아조늄, 2,5-디클로로벤젠디아조늄, 2,4,6-트리클로로벤젠디아조늄, 2,4,6-트리브로모벤젠디아조늄, 2-니트로벤젠디아조늄, 4-니트로벤젠디아조늄, 4-메틸-2-니트로벤젠디아조늄, 3,4-디메틸벤젠디아조늄, 4-메틸티오벤젠디아조늄, 4-메틸벤젠디아조늄, 3-메틸벤젠디아조늄, 2,4-디메톡시벤젠디아조늄, 2,4-디메틸-6-니트로벤젠디아조늄, 및 2-클로로-4-디메틸-6-니트로벤젠디아조늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 금속-고분자 복합재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the diazonium salt is at least one selected from the group consisting of p-chlorobenzene diazonium, 2,4-dichlorobenzene diazonium, 2,5-dichlorobenzene diazonium, 2,4,6-trichlorobenzene diazonium, Nitrobenzene diazonium, 4-methylbenzene diazonium, 4-methylbenzene diazonium, 4-methylbenzene diazonium, 4-methylbenzene diazonium, Benzene diazonium, 3-methylbenzene diazonium, 2,4-dimethoxybenzene diazonium, 2,4-dimethyl-6-nitrobenzene diazonium, and 2-chloro-4-dimethyl- Based on the total weight of the metal-polymer composite material.
제1항에 있어서,
상기 디아조늄염이 4-니트로벤젠디아조늄 테트라플루오로보레이트, 4-메톡시벤젠디아조늄 테트라플루오로보레이트, 4-니트로벤젠디아조늄 퍼클로레이트(4-nitrobenzene diazonium perchlorate), 및 4-트리플루오로메틸벤젠 테트라플루오로보레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 금속-고분자 복합재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the diazonium salt is selected from the group consisting of 4-nitrobenzene diazonium tetrafluoroborate, 4-methoxybenzene diazonium tetrafluoroborate, 4-nitrobenzene diazonium perchlorate, and 4-trifluoromethyl Benzene tetrafluoroborate, wherein the metal-polymer composite material comprises at least one selected from the group consisting of benzene tetrafluoroborate.
제1항에 있어서,
상기 환원제가 아스코빅산, 철 파우더, 트리소듐 시트레이트, NaBH4, 페닐히드라진ㅇHCl, 페닐히드라진, 및 히드라진으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 금속-고분자 복합재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the reducing agent comprises at least one selected from the group consisting of ascorbic acid, iron powder, trisodium citrate, NaBH 4 , phenylhydrazine HCl, phenylhydrazine, and hydrazine.
제1항에 있어서,
상기 제1 조성물이 단량체 100 중량부, 디아조늄염 10 내지 30 중량부 및 제1 용매 60 내지 100 중량부를 포함하는 금속-고분자 복합재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first composition comprises 100 parts by weight of a monomer, 10 to 30 parts by weight of a diazonium salt, and 60 to 100 parts by weight of a first solvent.
제1항에 있어서,
상기 제2 조성물이 환원제 100 중량부, 및 제2 용매 4,000 내지 6,000 중량부를 포함하는 금속-고분자 복합재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the second composition comprises 100 parts by weight of a reducing agent and 4,000 to 6,000 parts by weight of a second solvent.
제1항에 있어서,
상기 제1 조성물이 상기 1차 스프레이될 때 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛ 크기의 입자로 금속 기재상에 도포되는 금속-고분자 복합재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first composition is applied on the metal substrate with the particles having a size of 0.5 탆 to 50 탆 when the first composition is sprayed.
제1항에 있어서,
상기 제2 조성물이 상기 2차 스프레이될 때 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛ 크기의 입자로 상기 1차 스프레이된 금속 기재상에 도포되는 금속-고분자 복합재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the second composition is applied on the first sprayed metal substrate with particles of a size between 0.5 and 50 micrometers when the second composition is sprayed second.
제1항에 있어서,
상기 1차 스프레이 및 2차 스프레이가 각각 독립적으로 상온에서 1 내지 10 kg/cm2의 압력으로 실시되는 금속-고분자 복합재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the primary spray and the secondary spray are independently performed at room temperature at a pressure of 1 to 10 kg / cm < 2 >.
제1항에 있어서,
상기 유기 박막층을 형성하는 단계가, 상기 1차 스프레이된 금속 기재의 표면에 제2 조성물을 2차 스프레이하는 단계, 및 및 상기 2차 스프레이된 금속 기재를 건조하고 세척하는 단계를 포함하는 금속-고분자 복합재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of forming the organic thin film layer comprises the steps of: secondarily spraying the second composition onto the surface of the first sprayed metal substrate; and drying and washing the second sprayed metal substrate. A method for manufacturing a composite material.
제1항에 있어서,
상기 금속 기재가 스틸, 전기아연도금 강판(electrogalvanized steel), 합금화 아연도금강판(galvannealed steel), 및 용융아연도금강판(galvanized steel)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 금속-고분자 복합재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal substrate is a metal-polymer composite material comprising at least one selected from the group consisting of steel, electrogalvanized steel, galvannealed steel, and galvanized steel Gt;
제1항에 있어서,
상기 고분자 기재가 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 및 폴리메타크릴레이트로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 금속-고분자 복합재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer substrate comprises at least one selected from the group consisting of polyolefins, polyamides, polyesters, polyacrylates, and polymethacrylates.
제1항에 있어서,
상기 유기 박막층 상에 고분자 기재를 부착하는 단계가 용융 접착 방식으로 실시되는 금속-고분자 복합재료의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of attaching the polymer substrate on the organic thin film layer is performed by a melt adhesion method.
제14항에 있어서,
상기 용융 접착 방식이 상기 고분자 기재의 융점 보다 20 내지 40℃ 더 높은 온도에서 5 내지 20분 동안 1 내지 20 MPa의 압력 조건으로 실시되는 금속-고분자 복합재료의 제조방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the melt adhesion method is carried out under a pressure of 1 to 20 MPa for 5 to 20 minutes at a temperature 20 to 40 DEG C higher than the melting point of the polymer base material.
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