KR20230076527A - 플라즈마 표면처리를 통해 특성이 향상된 폴리카보네이트 필름 - Google Patents
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Abstract
플라즈마 표면처리를 통해 특성이 향상된 폴리카보네이트 필름에 있어서, 식물유래 변성 이소르비드 유도체와 변성 카보네이트 유도체로 구성된 폴리카보네이트 필름본체; 및 대기압 플라즈마를 통해 상기 필름본체의 표면을 둘러싸도록 형성된 플라즈마표면부;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 생분해성 폴리카보네이트 필름에 대기압 플라즈마 표면처리를 하여 폴리카보네이트 필름 표면의 특성이 향상된 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 플라즈마 표면처리를 통해 특성이 향상된 폴리카보네이트 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생분해성 폴리카보네이트 필름에 대기압 플라즈마 표면처리를 하여 표면의 특성이 향상된 플라즈마 표면처리를 통해 특성이 향상된 폴리카보네이트 필름에 관한 것이다.
폴리카보네이트(polycarbonate, PC)는 열변형 온도가 135℃ 이상인 대표적인 열가소성 소재로서, 내충격성 등과 같은 기계적 특성이 우수하고, 자기소화성, 치수안정성, 내열성 및 투명성이 우수하여 전기/전자 제품 외장재, 사무기기, 자동차 부품, 광디스크 기판, 각종 렌즈, 프리즘, 광섬유 등에 폭넓게 이용되고 있다. 하지만 폴리카보네이트는 내스크래치성이 약하여 필름, 외장재 등으로 단독으로 사용되기에는 적합하지 못하다는 문제가 있다. 따라서 폴리카보네이트를 필름으로 사용하기 위해서는 내스크래치성을 개선하는 것이 중요하며, 최근에는 내스크래치성을 포함한 폴리카보네이트 필름의 기계적 물성을 개선하기 위해 여러가지 방법들이 연구되고 있다.
이에 폴리카보네이트 필름의 기계적 물성을 증가시키기 위하여 가장 보편적으로 사용되고 있는 방법은 폴리카보네이트 필름 상에 별도의 내스크래치 필름을 코팅하여 사용하거나, 또는 폴리카보네이트 수지에 내스크래치성을 갖는 수지를 혼합하여 필름을 제조하는 방법이 사용되고 있다. 하지만 별도의 내스크래치 필름을 코팅하는 방법은 내스크래치 필름이 고가에 해당하며 코팅 공정 추가에 따른 제조 단가가 올라간다는 단점이 있다. 또한 폴리카보네이트 수지에 내스크래치성 수지를 혼합하는 방법은 내스크래치성을 소폭 개선할 수는 있으나 그 효과가 미미하여 공정 추가에 따른 효율성이 좋지 못하다는 단점이 있다.
특히 내스크래치성을 개선하기 위해 아크릴계 수지와 혼합하는 경우 내충격성 등이 급격히 감소할 우려가 있고, 혼합하는 수지 간 상용성 문제로 헤이즈가 크게 증가하여 폴리카보네이트 수지의 장점 중 하나인 투명성이 크게 손상될 우려가 있다. 또한 아크릴계 수지는 쉽게 깨지는 특성이 있어 이를 폴리카보네이트와 혼합할 경우 이를 포함한 필름은 인장 신율이 낮아진다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 생분해성 폴리카보네이트 필름에 대기압 플라즈마 표면처리를 하여 표면의 특성이 향상된 플라즈마 표면처리를 통해 특성이 향상된 폴리카보네이트 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적은, 식물유래 변성 이소르비드 유도체와 변성 카보네이트 유도체로 구성된 폴리카보네이트 필름본체; 및 대기압 플라즈마를 통해 상기 필름본체의 표면을 둘러싸도록 형성된 플라즈마표면부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리를 통해 특성이 향상된 폴리카보네이트 필름에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 대기압 플라즈마는, 입력전원 220V, single phase, 플라즈마 출력 1,000W로 1 내지 3회 처리하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 생분해성 폴리카보네이트 필름에 대기압 플라즈마 표면처리를 하여 폴리카보네이트 필름 표면의 특성이 향상된 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 식물유래 변성 이소르비드 유도체와 변성 카보네이트 유도체가 합성되어 얻어지는 폴리카보네이트 시트와 이의 적용제품을 나타낸 사진이고,
도 2는 대기압 플라즈마 처리 횟수에 따른 폴리카보네이트 시트의 binding energy를 확인한 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 그래프이다.
도 2는 대기압 플라즈마 처리 횟수에 따른 폴리카보네이트 시트의 binding energy를 확인한 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 그래프이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 식물유래 변성 이소르비드 유도체와 변성 카보네이트 유도체가 합성되어 얻어지는 폴리카보네이트 시트와 이의 적용제품을 나타낸 사진이고, 도 2는 대기압 플라즈마 처리 횟수에 따른 폴리카보네이트 시트의 binding energy를 확인한 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 그래프이다.
플라즈마 표면처리는 다양한 재료의 표면 특성을 변화시켜 접착 또는 페인팅이 용이하도록 하며, 재료의 표면을 청소하거나 활성화하여 접착 특성을 개선시킬 수 있다. 특히 폴리카보네이트는 기계적 물성이 우수하기는 하나 표면에너지가 낮아 다양한 종류의 재료와 접착하기 어려워 사용에 제한적이라는 단점이 있다. 따라서 본 발명에서는 이러한 플라즈마 표면처리를 폴리카보네이트 시트의 표면에 적용시켜 폴리카보네이트 시트의 기계적 특성과 표면 특성을 우수하게 하는 것이 목적이다.
폴리카보네이트 시트를 자동차 또는 자동차 용품에 적용하기 위해서는 높은 내열성과 높은 투명도를 가지며 생분해 시간을 조절할 수 있는 바이오매스(bio-mass) 기반의 폴리카보네이트 소재의 개발이 필요하다. 특히 석유계 폴리카보네이트와 바이오계 비분해성 폴리카보네이트의 한계를 해결하기 위해서는 새로운 개념의 생분해성 폴리카보네이트 소재의 개발 및 양자화 공정 기술이 필요하다.
이에 본 발명에 따른 플라즈마 표면처리를 통해 특성이 향상된 폴리카보네이트 필름은, 식물유래 변성 이소르비드 유도체와 변성 카보네이트 유도체로 구성된 폴리카보네이트 필름본체와, 대기압 플라즈마를 통해 필름본체의 표면을 둘러싸도록 형성된 플라즈마표면부를 포함한다.
여기서 필름본체 및 플라즈마표면부는 도 1에 도시된 바와 같이 식물유래 변성 이소르비드 유도체(denatured-isorbide derivative)는 전분, 글루코오스를 통해 얻어지는 구성으로, 이는 변성 카보네이트 유도체(denatured-carbonate derivative)와 합성되어 생분해가 가능한 폴리카보네이트 필름이 형성된다.
필름본체의 경우 필름역할을 하는 구성으로, 석유계 또는 비분해성 폴리카보네이트 필름과 달리 식물 유래 성분들을 포함하고 있기 때문에 미생물에 의한 생분해가 가능한 생분해성 폴리머에 해당한다.
플라즈마표면부는 필름본체와 일체로 형성되며, 필름본체만 구비된 상태에서 필름본체에 대기압 플라즈마를 가하게 되면 필름본체의 표면이 플라즈마표면부로 변함에 의해 구성된다.
여기서 대기압 플라즈마는 일반적으로 플라즈마 공정이 이루어지는 진공 시스템에서 수행하는 것이 아니라, 대기압에 해당하는 1기압(760torr)에서 별도의 반응챔버를 구비하지 않고도 기존 생산라인에서 바로 플라즈마 공정이 이루어질 수 있다. 따라서 필름본체에 플라즈마표면부를 형성하는 과정은 생산라인에서 연속 공정으로 처리할 수 있기 때문에 작업의 효율성이 증가하게 된다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 좀 더 상세하게 설명한다.
<실시예>
본 발명에 따른 폴리카보네이트 시트를 준비하여 입력전원 220V, single phase, 플라즈마 출력 1,000W로 폴리카보네이트 시트에 조사하여 필름본체의 표면에 플라즈마표면부를 형성한다. 여기서 대기압 플라즈마의 처리 횟수는 폴리카보네이트 시트의 표면 접촉각에 영향을 미치게 되는데, 표 1에 나타난 바와 같이 플라즈마 처리 횟수가 0회일 경우 접촉각이 80.53°로 높은 반면, 플라즈마 처리 횟수가 1회일 경우 49.55°로 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 또한 플라즈마 처리횟수가 2회일 경우 표면 접촉각이 20.61°로 낮아지는 반면 3회 이상일 경우에는 오히려 2회보다 높아진 28.45°의 표면 접촉각을 보이는 것을 알 수 있다. 따라서 대기압 플라즈마의 처리 횟수는 1 내지 2회가 가장 바람직하다.
| 플라즈마 처리 횟수 |
왼쪽 접촉각 (°) |
오른쪽 접촉각 (°) |
평균 접촉각 (°) |
사진 |
| 0회 | 80.55 | 80.51 | 80.53 |
 |
| 1회 | 49.58 | 49.51 | 49.55 |
 |
| 2회 | 20.55 | 20.66 | 20.61 |
 |
| 3회 | 28.41 | 28.49 | 28.45 |
 |
대기압 플라즈마 처리가 된 폴리카보네이트 시트에 다인-펜 테스트(dyne-pen test)를 수행하였다. 이때 사용되는 테스트 잉크는 arcotest社, 표면에너지 범위는 36mN/m 내지 44mN/m, 관찰시간은 2 내지 4초에 해당한다. 표 2는 폴리카보네이트 시트의 표면 젖음성 테스트 결과로 대기압 플라즈마 처리 횟수가 높을수록 표면 젖음성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
| 0회 | 1회 | 2회 | 3회 |
 |
 |
 |
 |
| 나쁨 | 양호 | 좋음 | 좋음 |
표 3은 대기압 플라즈마 처리가 된 폴리카보네이트 시트의 표면을 확인할 수 있는 AFM(atomic force microscopy) 이미지를 나타낸 것이다. 표 3을 통해 확인할 수 있듯이 대기압 플라즈마를 처리할수록 표면 거칠기가 증가하게 되며, 이는 폴리카보네이트 필름이 다른 재료와의 접착 성능이 증가할 수 있을 것으로 기대된다.
| 0회 | 1회 | 2회 | 3회 |
 |
 |
 |
 |
또한 도 2는 대기압 플라즈마 처리 횟수에 따른 바인딩 에너지(binding energy)를 확인한 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 그래프이다. 이 또한 대기압 플라즈마 처리 횟수가 증가할수록 바인딩 에너지가 증가하는 것을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 표면처리를 통해 특성이 향상된 폴리카보네이트 필름은 대기압 플라즈마 표면처리를 통해 표면거칠기가 증가하고 접착각이 감소하였다. 이를 통해 폴리카보네이트 필름이 다른 재료와의 접착 성능이 향상되며, 이러한 폴리카보네이트 필름은 자동차 제조를 위해 사용하기 적합한 것으로 판단된다. 또한 식물유래 소재를 통해 폴리카보네이트 필름을 형성하였기 때문에 생분해가 가능한 이점도 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
Claims (2)
- 식물유래 변성 이소르비드 유도체와 변성 카보네이트 유도체로 구성된 폴리카보네이트 필름본체; 및
대기압 플라즈마를 통해 상기 필름본체의 표면을 둘러싸도록 형성된 플라즈마표면부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리를 통해 특성이 향상된 폴리카보네이트 필름. - 제 1항에 있어서,
상기 대기압 플라즈마는,
입력전원 220V, single phase, 플라즈마 출력 1,000W로 1 내지 3회 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 표면처리를 통해 특성이 향상된 폴리카보네이트 필름.
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