KR20240031715A - 금속의 접착력을 강화하기 위한 표면처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라스틱 카드용 금속 플레이트의 표면처리 방법을 제공한다. 본 발명은 처리 대상인 박막 금속판을 선정하고, 그 금속판의 표면을 산처리 및 알카리처리를 행하고 그라인딩 작업에 의해 평활한 표면으로 만들어 준비하는 금속판의 사전 준비단계(S 210)와; 선정된 박막 금속판의 표면 거칠기(조도)를 이루는 조도를 형성하기 위하여 질산 또는 인산이 포함된 에칭액을 준비하는 단계 (S 220)와; 상기 조성된 에칭액에 표면장력을 낮추기 위해 아민 성분을 포함한 계면활성제를 혼합하는 단계 (S 230)와; 상기 조성된 에칭액을 박막 금속판의 표면에 도포하여 150 ~ 250μin. 정도의 조도가 형성된 박막 금속판을 얻게 되는 마무리 단계(S 240);를 포함하고 있다.
Description
본 발명은 금속의 접착력을 강화하기 위한 표면처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속의 표면을 평활화한 다음 계면활성제가 첨가된 에칭액을 이용하여 더욱 표면의 조도를 향상시켜 줌으로써 잉크 또는 접착제와 금속 사이의 접착력을 대폭적으로 강화시켜주는 금속의 표면처리 방법에 관한 것이다.
오늘날 금속 및 그 합금과 같은 금속 가공재료로서 대표적인 것은 철강, 스테인레스 스틸, 티타늄, 알루미늄 등의 합금이 있고, 이러한 금속 재로는 기계 장치분야, 건설 분야, 항공 분야, 의료기계 분야 등을 비롯한 모든 생활환경에 걸쳐 적용되고 있다.
이러한 금속 재료는 오늘날 현대인들이 필수적으로 사용하고 있는 플라스틱 카드 분야에서도 점차적으로 사용되고 있으며, 플라스틱 카드의 고 품질화 경향에 따라 그 적용 범위를 더욱 확장시켜 달려오고 있다.
플라스틱 카드에 사용되는 금속 재료는 제품의 성질상 박막 금속 플레이트로 사용될 수 있고, 그 금속 플레이트의 표면은 도막과 금속간의 도막 밀착성에 크게 영향을 받을 수밖에 없다.
금속 플레이트의 표면과 도막 사이의 밀착성을 향상시키기 위해서는 필연적으로, 금속 플레이트의 표면의 상태를 적절하게 처리하여야 한다.
금속 플레이트는 기계적인 표면처리 방법과 화학적인 표면처리 방법으로 진행될 수 있다.
금속 플레이트에 대한 화학적인 표면처리는 금속의 표면을 화학 반응을 통하여 표면의 조도를 개선시키는 방식이다. 화학반응에 의한 표면처리는 그 표면에 부착되어 있는 먼지와 오열물질들을 화학약품들을 이용하여 제거한다. 이러한 화학 약품들로서는 황산이나 질산과 같은 산처리와 알카리 제품을 이용하여 오염물질 등을 그 표면에서 제거하는 알카리처리가 있다. 기계적인 표면처리에 대한 대안으로는 화학 에칭이 있다. 화학 에칭 기술은 표면의 물리적·화학적 특성을 바꿈으로써 표면 접착성을 개선 및 향상시킨다. 현재 화학 에칭에는 산·염기·용제 등 다양한 화학물질이 사용되고 있다.
기계적인 표면처리는 연마를 통해 금속의 표면 위에 존재하는 오염물질 등을 외력을 이용하여 제거하는 것으로, 금속 표면위에 성기고 느슨하게 붙어있는 먼지나 산화물이나 기타 오염물질 등을 물리적인 힘을 가하여 제거하는 것이다. 일반적으로 기계적인 방식으로 기계적인 연마를 예시할 수 있다. 기계적인 연마를 통하여 금속의 표면을 처리하게 되면, 그 금속의 표면에 존재하는 먼지 등을 제거함으로써 접착제의 접합영역을 높여주기 때문이다.
효과적인 기계적 연마로는 모래 분사(Sandblasting)방식, 철사 브러싱(Wire Brushing), 사포를 활용한 마모 등이 있다. 연마 전후로 청소 작업을 거쳐 오염 물질을 제거해야 함은 두 말할 것도 없다.
표면 거칠기(조도)는 대부분 금속의 경우 150 of 150 ~ 250μin.정도를 권장한다. 또한 제조 단계에서 가능한 한 빨리, 적절한 조도로 부품을 가공하는 것이 바람직하다.
표면 거칠기를 판단할 때 오로지 관찰에만 의존하는 것은 위험하다. 플라스틱·고무·금속 등 기질의 재질에 따라 사용할 수 있는 연마 기술이 달라지기 때문이다. 특히 베릴륨을 연마할 때 쓰이는 기술을 비롯한 일부 연마 기술은 건강상의 위험을 초래할 가능성이 있으므로 주의를 기울여야 한다.
그렇지만, 이와 같이 화학적 처리방식이나 물리적인 처리 방식을 적용할 경우에도, 박막 금속판의 표면은 그 위에 존재하는 접착제와의 접촉 면적이 크지 않으므로, 플라스틱 카드용 금속판으로서는 충분한 접착력을 발휘하지 못하는 아쉬움이 항상 존재하여 왔었다.
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본 발명은, 종래의 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 금속의 표면을 평활화한 다음 계면활성제가 첨가된 에칭액을 이용하여 더욱 표면의 조도를 향상시켜 줌으로써 잉크 또는 접착제와 금속 사이의 접착력을 대폭적으로 강화시켜주는 금속의 표면처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 금속 표면의 처리방법은,
처리 대상인 박막 금속판을 선정하고, 그 박막 금속판의 표면에 대해 산처리 또는 알카리처리를 행하여 오염물질을 제거하고, 그 표면을 다시 블라스팅 작업에 의해 평활화시켜서 준비하는 금속판의 사전 준비단계(S 210)와;
선정된 박막 금속판의 표면 거칠기(조도)를 이루는 조도를 형성하기 위하여 질산 또는 인산이 포함된 에칭액을 준비하는 단계 (S 220)와;
상기 조성된 에칭액에 표면장력을 낮추기 위해 아민 성분을 포함한 계면활성제를 혼합하는 단계 (S 230)와;
상기 조성된 에칭액을 박막 금속판의 표면에 도포하여 150 ~ 250μin. 정도의 조도가 형성된 박막 금속판을 얻게 되는 마무리 단계(S 240) 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 제조된 박막 금속판은 그 표면에 미세한 가공 패턴을 형성하고 있고, 그 미세한 가공 패턴은 그 내부가 함몰되어진 형태로서 그 금속판의 실질적인 표면적을 대폭적으로 향상시켜주게 된다.
따라서, 본 발명에 의한 제조방법을 이용하여 박막 금속판을 제조할 경우, 그 금속의 표면과 그 위에 접착되어지는 접착제 또는 피착체 사이의 접착력을 크게 강화시켜주게 된다.
본 발명에 의한 금속 표면의 처리방법은 작업자가 처리대상으로 선정된 금속판에 따라 적절한 가공 패턴을 만들 수 있고, 그 가공 패턴에 의하여 금속판의 접착력의 강 약을 조절할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 일단 완성된 표면처리된 금속판을 외부 환경에 무관하게 장기간 보관할 수 있도록 함으로써, 완성품의 제조를 위하여, 미리 가공하여 준비해 둘 수 있으므로, 시장 상황에 맞추어 완성품을 적절하게 제조하여 판매할 수 있는 기반을 제공할 수 있다.
도 1은 통상적인 방식으로 금속 표면을 처리한 상태를 나타낸 절단면 확대 개념도이고,
도 2는 본 발명에 의한 금속 표면처리 방식에 의한 금속 표면의 상태를 나타낸 절단면 확대 개념도이다.
도 2는 본 발명에 의한 금속 표면처리 방식에 의한 금속 표면의 상태를 나타낸 절단면 확대 개념도이다.
이하, 본 발명을 더욱 구체적이고 상세하게 설명한다. 본 발명에서 제공되는 구체적인 수치 또는 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 실시 양태로서, 본 발명의 기술사상을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 명백하다.
또한, 본 발명의 명세서에 있어서, 이 기술분야에서 공지된 것으로서 통상의 기술을 가진 자에 의해 용이하게 창작될 수 있는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 금속 플라스틱 카드에 사용될 수 있는 금속 플레이트의 표면을 처리하는 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 금속 표면의 처리방법은, 처리 대상인 박막 금속판을 선정하고, 그 박막 금속판의 표면에 대해 산처리 또는 알카리처리를 행하여 오염물질을 제거하고, 그 표면을 다시 블라스팅 작업에 의해 평활화시켜서 준비하는 금속판의 사전 준비단계(S 210)를 포함하고 있다.
상기 박막 금속판은 플라스틱 금속 카드를 제조하거나 금속 카드를 제조하기 위하여 사용되는 것이므로, 그 두께가 0.8 밀리미터 이하의 제품을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 박막 금속판은 그 표면이 먼지나 오일 또는 기타 오염물질에 노출되어 오염되어 있는 경우가 존재하므로, 그 표면을 화학약품을 이용하여 그 오염물질을 제거한다. 일반적으로 그 표면에 기름이나 그리스와 같은 물질로 오염되어 있을 경우에는 솔벤트 용액을 이용하여 제거하는 것이 바람직하다. 이는 금속판의 표면을 가장 먼저 화학적인 처리방식으로 진행하고 있음을 의미한다.
상기 박막 금속판은 강판, 알루미늄, 이들의 합금, 구리, 니켈, 카드뮴, 아연 및 이들의 합금을 포함하여 산화적으로 마이크로 에칭될 수 있는 모든 금속 표면에 적용될 수 있다.
상기 박막 금속판은 그 표면을 물리적인 수단으로 처리하여 그 표면을 평활화시키는 과정으로 진행된다. 물리적인 수단으로서는 금속 표면을 연마시키는 방식으로 진행될 수 있다. 금속 표면의 연마는 모래 블라스팅(Sand Blasting) 방식으로 진행되는 것이 바람직하고, 필요시 쇼트 블라스팅(Shot Blasting) 또는 그릿 블라스팅(Grit Blasting) 방식으로 진행될 수 있다. 상기 금속 표면을 연마하게 되면, 그 표면의 조도는 30 ㎛ ~ 70 ㎛ 를 이루게 된다.
도면 1은 통상적으로 행해지는 화학처리 및 물리적인 처리방식으로 진행된 박막 금속판의 표면에 접착제(Primer)를 도포한 다음, 그 위에 피착제를 형성한 상태를 예시하고 있다.
본 발명에 의한 금속 표면의 처리방법은, 선정된 박막 금속판의 표면 거칠기(조도)를 이루는 조도를 형성하기 위하여 에칭액을 준비하는 단계 (S 220)를 포함하고 있다.
상기 에칭액을 준비하는 단계(S 220)는 상기 금속판의 표면 위에 식각함으로써, 그 표면을 매우 거칠고 불규칙한 표면으로 형성하게 되고, 그로 인하여 금속 표면에서 일정한 정도의 조도를 형성하기 위하여 필요하다.
상기 에칭액을 준비하는 단계(S 220)는 상기 에칭액으로서 질산 또는 인산을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 인산과 상기 질산은 금속의 산화반응에 대한 산화제로서 기여하고, 용해를 위한 산으로 기능하게 된다. 인산과 질산의 함량이 많을 경우 에칭속도를 가속화시키는 장점이 있으나 에칭속도의 한계를 드러내게 되고, 너무 낮을 경우 에칭 속도가 너무 느려지고 에칭 효과도 낮으므로 바람직스럽지 못하다. 상기 에칭액으로서 질산 15 ~ 25 중량부와 인산 55 중량부 ~ 65 중량부와 나머지는 수용액으로 구성될 수 있다. 나머지 성분으로는 에칭 작업을 보조하기 위해 아세트산, 또는 지방족 술폰산, 또는 이의 염을 포함할 수 있다.
질산(HNO3)은 물·이산화질소·산소로 분해되어 황갈색 용액이 된다. 질산은 강산으로 수용액에서 수소와 질산 이온으로 완전히 이온화되며, 강한 산화제이다. 질산은 금속의 표면을 산화시켜 산화물 또는 질산염을 만들게 되는데, 그 과정에서 상기 금속의 표면을 식각하여 이랑(steep-sided ridge)을 형성하거나, 깊은 입자간 에칭 균열(crevice)을 형성하게 되는 중요한 화학성분이다.
인산(H3PO4)은 인을 연소시켰을 때 생기는 오산화인(P2O5)을 물과 결합시켜 만들어지며, 금속 표면을 식각시키는데 보조적으로 사용될 수 있다. 상기 인산은 1, 2개 또는 3개의 수소 원자가 다른 원소로 치환됨에 따라 3종류의 염이 만들어진다. 상기 인산의 경우에도 상기 질산과 동일하게 금속 표면에 작용하여, 금속의 표면을 식각하여 이랑(steep-sided ridge)을 형성하거나, 깊은 입자간 에칭 균열(crevice)을 형성하게 되는데 보조적인 기능을 수행한다.
상기 금속 표면은 상기 에칭액에 의하여 가파른 측면을 가지는 이랑(steep-sided ridge)을 형성하거나, 깊은 입자간 에칭 균열(crevice)을 형성함으로써, 금속 표면을 불균일하게 만들어주게 된다. 입자간 에칭 균열은 종횡비, 즉, 균열폭에 대한 균열 깊이의 비를 기준으로 하여 그 정도를 설명하기도 한다. 입자간 균열의 적어도 일부는 대략 1 미크론 이상의 깊이를 가진다.
본 발명은 상기 조성된 에칭액에 계면활성제를 혼합하여 부분적으로 표면장력을 낮추고 이를 통하여 불균일한 에칭 효과를 달성하기 위한 계면활성제의 혼합단계 (S 230)를 포함하고 있다.
상기 계면활성제의 혼합단계(S 230)는 금속 표면에 대한 에칭액의 식각 작용을 부분적으로 저해하거나 전체적으로 불균일하게 하기 위한 것이다. 이러한 성질을 갖는 성분을 부식억제제로 표현할 수 있는데, 적당한 부식억제제로서는 아민 성분을 포함한 계면활성제가 바람직하다.
상기 계면활성제는 아민 성분을 포함한 것으로서, 트리아졸, 테트라졸 및 이미다졸과 이들의 혼합물을 포함한다. 보다 바람직하기로는 상기 계면활성제 내지 부식억제제는 벤조트리아졸이다. 부식억제제가 벤조트리아졸인 한 실시예에서, 그의 농도는 대략 10g/l 내지 대략 30g/l의 범위가 바람직하다. 더욱 바람직하기로는 상기 부식 억제제의 농도는 대략 15 ~ 20g/l의 범위이다.
상기 계면활성제는 일종의 부식 억제제로서 기능하게 되므로, 에칭 조성물에 사용될 경우, 금속 표면과 효과적으로 반응하여 보호적 착체층을 형성하는 것으로 여겨지고, 상기 보호적 착체층에 의해 상기 산 성분에 의한 식각 작용을 저해하는 것으로 보인다. 상기 부식억제제는 최종 표면의 불규칙도에 기여하는 것으로 보이는데, 이는 상기 억제제가 어떤 영역에서는 에칭을 방지하거나 상당량 감소시키는 반면, 상기 억제제에 의해 보호되지 않은 어떤 영역에서는 깊은 에칭(deep etching)이 일어나기 때문으로 여겨진다. 부식 억제제는 트리아졸, 벤즈트리아졸, 테트라졸, 이미다졸, 벤즈이미다졸 및 이들의 혼합물 중 1 이상일 수 있다.
상기 조성물은 추가로 과산화수소를 위한 안정화제를 포함할 수 있다. 존재하는 경우, 상기 안정화제는, 조성물의 중량을 기준으로, 대략 0.01 % 내지 대략 1%의 범위의 농도로 존재한다.
본 발명은 상기 조성된 에칭액을 금속 박판의 표면에 도포하여 150 ~ 250μin.정도의 조도가 형성된 금속판제를 얻게되는 마무리 단계(S 240) 포함하고 있다.
상기 마무리 단계(S 240)는 상기 금속 박판을 계면활성제를 포함하고 있는 에칭액에 접촉시키고, 상기 금속 박판의 표면에 부분적으로 식각되거나 불균일하게 부식되어지도록 함으로써, 거친 표면으로 변화된 조도를 형성하는 것이다. 제거된 금속의 양은 대략 150μin 내지 대략 250μin의 범위로 형성하는 것이 바람직하다. (μinch = 25.4㎚ = 0.0254㎛)
본 발명의 마무리 단계(S 240)를 진행할 경우, 금속 박판의 표면은, 억제제/산화물 에칭 조성물을 접촉시켜서 그 표면에서 입자간 에칭 작용을 일으키게 한 후, 입자간 균열 및 가파른 측면을 가진 이랑((steep-sided ridge)을 형성하거나, 입자간의 깊은 에칭 균열(crevice)을 형성하게 된다.
상기 마무리 단계(S 240)는 상기 박막 금속판의 표면을 더욱 미세하게 관찰할 경우 부분적으로 식각하여 그 금속판의 표면에서 그 내부로 파여진 형태로 가공 패턴을 형성하게 되는 것으로 추정된다. 상기 금속판의 표면에서 그 내부로 파여진 가공패턴의 형태로서는 그 단면을 살펴볼 때, 직각 사각형(直四角形)의 형태로 파여지거나, 상광하협(上廣下狹)의 형태로 파여지거나, 상협하광(上狹下廣)의 형태로 파여지거나, 중광상하협(中廣上下狹)의 형태로 파여지게 된다. 이와 같이 상기 가공 패턴이 형성되어지게 되면, 상기 금속판의 표면은 그 표면적이 대폭적으로 넓어지게 되고, 그 만큼 접착제와 결합되는 면적이 넓어지게 되어서, 금속판의 표면과 접착제의 결합력은 더욱 향상되어지게 될 것이다.
도면 2는 상기 마무리 단계(S 240)를 마친 이후, 박막 금속판과 접착제(Primer)의 접착면을 개념적으로 보여주고 있다. 상기 박막 금속판의 표면에는 직각 사각형(直四角形)의 형태(A), 상광하협(上廣下狹)의 형태(B), 상협하광(上狹下廣)의 형태(C), 그리고 중광상하협(中廣上下狹)의 형태(D)로 파여져 있는 상태를 예시하고 있으며, 이러한 형태들은 상기 금속판의 접촉 표면을 통상의 금속판의 표면(첨부도면 1)에 비하여 훨씬 크게 형성하고 있음을 알 수 있다.
상기 마무리 단계(S 240)는 상기 박막 금속판을 세척하고 건조하는 과정으로 진행된다. 세척 및 건조는 통상적인 방식으로 진행될 수 있다. 상기 마무리 단계(S 240)는 상기 가공패턴 단계에서 형성된 미세한 가공 패턴들이 먼지 등의 오염물질에 오염되지 않도록 하는 것이 중요하다.
이와 같은 방식으로 제조된 박막 금속판은 그 표면에 미세한 가공 패턴을 형성하고 있고, 그 미세한 가공 패턴은 그 내부가 함몰되어진 형태로서 그 금속판의 실질적인 표면적을 대폭적으로 향상시켜주게 되므로, 그 금속의 표면과 그 위에 접착되어지는 접착제 또는 피착체 사이의 접착력을 크게 강화시켜주게 되는 것이다.
이상에서 본 발명에 의한 플라스틱 카드용 금속 플레이트의 표면처리 방법을 구체적으로 제시하였으나, 이는 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 구체화된 것일 뿐, 본 발명의 모든 특징이 위에서 언급한 항목에만 적용되는 것이라고 한정하여 해석되어서는 아니될 것이다.
또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서의 기재내용에 의하여 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다.
Claims (3)
- 처리 대상인 박막 금속판을 선정하고, 그 박막 금속판의 표면에 대해 산처리 또는 알카리처리를 행하여 오염물질을 제거하고, 그 표면을 다시 블라스팅 작업에 의해 평활화시켜서 준비하는 금속판의 사전 준비단계(S 210)와;
선정된 박막 금속판의 표면 거칠기(조도)를 이루는 조도를 형성하기 위하여 에칭액을 준비하는 단계 (S 220)와;
상기 조성된 에칭액에 계면활성제를 혼합하여 부분적으로 표면장력을 낮추고 이를 통하여 상기 박막 금속판의 표면에 불균일한 에칭 효과를 달성하기 위한 계면활성제의 혼합단계 (S 230)와;
상기 조성된 에칭액을 박막 금속판의 표면에 도포하여 150 ~ 250μin. 정도의 조도가 형성된 박막 금속판을 얻게 되는 마무리 단계(S 240);를
포함하고 있는 것을 특징으로 한, 금속 표면의 처리방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 에칭액은 질산 또는 인산이 포함된 것으로 하고,
상기 계면활성제는 아민성분을 포함한 것을 특징으로 하는 금속 표면의 처리방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 마무리 단계(S 240)는,
상기 금속판의 표면에서 그 내부로 파여진 가공패턴의 형태로서 그 단면을 살펴볼 때, 직각 사각형(直四角形)의 형태로 파여지거나, 상광하협(上廣下狹)의 형태로 파여지거나, 상협하광(上狹下廣)의 형태로 파여지거나, 중광상하협(中廣上下狹)의 형태로 파여지게 되는 것을 특징으로 하는, 금속 표면의 처리방법.
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