KR100776312B1 - 금속-플라스틱 접착용 프라이머 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용융 사출온도가 250~350℃인 플라스틱을 250~350℃에서 금속표면에 사출하여 금속과 플라스틱을 접착시키는 인몰드접착방법에서 금속표면에 도포하는 프라이머 조성물에 있어서, 열경화성수지 20~30wt%, 열가소성수지 20~30wt%, 용제 40~60wt%로 조성된 주재 95~97wt%에 대하여 경화제로서 디페닐메탄디이소시아네이트 3~5wt%를 첨가하여서 조성된 금속-플라스틱 접착용 프라이머 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 조성물은 인몰드방식으로 금속-플라스틱을 접착시켜줄 때 금속표면에 도포하여 금속-플라스틱간의 접착력이 우수한 성형물을 얻을 수 있는 효과가 있다.
프라이머조성물, 금속-플라스틱 접착, 인몰드접착, 열경화성수지, 열가소성수지
Description
도 1은 종래 인몰드 방식으로 금속판과 플라스틱을 접착시키는 공정에서 플라스틱 사출금형의 단면을 나타낸 도면이다.
- 도면중 중요부분에 대한 부호의 설명 -
1 : 금속판 4 : 플라스틱 주입구
2 : 접착필름 5 : 금형
3 : 플라스틱이 채워질 공간
본 발명은 금속-플라스틱 접착용 프라이머(primer) 조성물에 관한 것이다.
구체적으로는 인몰드(inmold) 접착방식으로 금속과 플라스틱을 접착시켜줄 때 금속과 플라스틱의 접착을 용이하게 하여주기 위해서 금속표면에 도포하는 금속-플라스틱 접착용 프라이머 조성물에 관한 것이다.
핸드폰(handphone), 이어폰(earphone) 또는 MP3와 같은 소형전자제품의 하우 징(housing : 부품, 장치등을 수용하는 상자형 부품)에는 금속과 플라스틱을 접착시켜 일체로 성형하여서 된 판상의 소재가 많이 사용되고 있다.
소형 전자제품의 하우징을 금속-플라스틱 접착제품으로 구성시켜주는 이유는 외관이 미려하면서 부드럽고 두께가 얇으면서 일정한 강도를 유지시켜주기 위한 것이다.금속판만으로는 두께가 얇고 강도가 높은 제품을 제조할 수는 있으나 부드럽고 미려한 외관을 나타나게 하는데 한계가 있으며 플라스틱만으로는 두께가 얇으면서 높은 강도를 유지할 수 있는 제품을 얻기 어렵기 때문에 금속-플라스틱 복합재를 이 분야에서 많이 이용하고 있다.
핸드폰용 하우징의 경우 두께 0.1~0.4㎜인 금속판에 두께 0.1~1.5㎜인 플라스틱을 접착시켜서 구성된 소재가 많이 이용되고 있다.
종래 휴대폰용 하우징은 도1에 도시한 바와 같이 두께 0.1~0.4㎜인 금속판(1)에 두께 0.05~0.1㎜의 필름상으로 형성시킨 접착필름(2)을 접착시킨 후 이를 금형(5)에 넣고 접착 필름면에 플라스틱의 두께가 0.1~1.5㎜되도록 플라스틱을 플라스틱주입구(4)로 사출하여 금속과 플라스틱이 접착된 하우징을 제조한다.
여기에 사용되는 금속으로서는 철 또는 동이나 철 또는 동에 크롬, 니켈, 금, 은으로 도금된 제품이 주로 사용되고 있으며 플라스틱으로서는 폴리카보네이트 수지, 폴리프탈아마이드 수지, 플리프탈이미드 수지 등 내열성과 기계적 강도가 높은 고가의 수지가 주로 사용되고 있으며 이들 수지의 사출온도는 200℃ 이상이다.
여기에서 접착필름을 사용하는 이유는 사출되는 플라스틱과 금속간의 접착력을 좋게 하여주기 위한 것이다.
접착필름의 원료로서는 상온에서 점탄성(粘憚性)을 갖는 다양한 종류의 합성수지가 사용될 수 있다.
그러나 두께가 0.05~0.1㎜로 얇은 접착필름은 사출온도가 310℃ 정도인 폴리카보네이트와 같은 내열성이 높은 플라스틱의 사출온도에서 내열성을 유지하기가 어렵다는 문제가 있다.
상기와 같이 금형(mold)내에서 금속과 플라스틱을 접착시켜주는 방식을 이 분야에서는 인몰드접착방식이라고 한다.
종래 인몰드 접착방식으로 소형 전자제품의 하우징을 제조할 때는 금속판에 금속판의 형상과 동일하게 재단된 접착필름을 접착시킨 상태에서 이를 금형에 넣고 여기에 용융된 플라스틱을 사출하여 금속판과 플라스틱을 접착시켜 금속-플라스틱 복합재로 된 하우징을 제조하고 있다.
폴리카보네이트 수지나 폴리프탈이미드 수지의 사출온도는 250~350℃이고 접착제의 용융온도는 200℃이하이므로 접착제가 부분연소되어 탄화되거나 흘러내리는 경향이 있어 금속-플라스틱간의 접착불량이 발생하는 경우가 많이 있고 또한 금속판이 평면이 아니고 굴곡면을 갖는 경우가 많아 필름상의 접착제를 금속판과 일치되도록 밀착시켜주는데 작업자의 수공(手工)이 많이 소요되므로 생산성이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 금속-플라스틱 접착용 프라이머 조성물을 제공하는데 있 다.
본 발명자들은 인몰드 접착방식으로 금속과 플라스틱을 접착시켜주고자 할 때 종래 필름상 접착제 대신에 열가소성수지와 열경화성수지를 일정비율로 혼합하여서 조성시킨 프라이머 조성물을 금속표면에 도포한 후 금속과 플라스틱을 접착시켜주게 되면 필름상 접착제를 사용하지 않고도 간단한 공정으로 금속과 플라스틱을 견고하게 접착시켜줄 수 있는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 금속-플라스틱 접착용 프라이머 조성물에 관한 것이다.
구체적으로는 인몰드 접착방식으로 금속면에 용융합성수지를 접착시켜주는데 있어서 금속과 플라스틱간의 접착을 용이하게 하여 주기 위해서 금속표면에 도포하여 사용하는 프라이머 조성물에 관한 것이다.
어떤 물체에 도료(paint)를 도포하여 도장하거나 이종(二種)의 물체를 접착시켜줄 때 이종의 물체가 서로 용이하게 밀착되도록 하기 위해서 소량의 접착반응개시제를 물체에 도포한 후 도료 또는 접착제를 사용하는 경우가 있는데 이때 소량으로 사용되는 접착반응개시제를 이 분야에서는 전처리제 또는 프라이머라고 한다.
이하 실시예를 들어 본발명을 구체적으로 설명한다.
실시예
<프라이머 조성물의 제조예>
실시예 1
본발명의 프라이머 조성물은 주재(主材)와 경화제(硬化劑)로 구성된 2액형 프라이머이다.
주재
① 에폭시수지(당량 850) 300g (19wt%)
② 메틸셀룰로오스 200g (12.5wt%)
③ 폴리비닐아세테이트 200g (12.5wt%)
④ 메틸에틸케톤 400g (25wt%)
⑤ 톨루엔 400g (25wt%)
⑥ 멜라민수지 100g (6wt%)
(애경화학제품 상품명 L-117-60)
상기 성분 중 반응기에 ④⑤를 투입하고 교반하면서 ②③을 천천히 투입하고 반응기 내부 온도를 60℃까지 올려서 3시간을 유지한 다음 내용물이 완전히 용해되었는지 확인 후 ①을 투입하여 다시 1시간 유지한 다음 30℃로 냉각하여 ⑥을 투입하고 15분 교반 후 300목 망사로 여과하면 약한 황색의 점주성 투명액체 1600g이 얻어진다.
본발명의 프라이머 조성물은 사용시 경화제를 첨가하여 사용하는 2액형 프라이머이다.
상기에서 얻어진 주재에 사용되는 경화제로서는 이소시아네이트계 화합물인 디페닐메탄 디이소시아네이트(Diphenylmethane-4,4′-diisocyanate: 애경화학제품, 상품명 AK-75)를 사용한다.
주재와 경화제의 사용비율은 주재 95~97wt%에 경화제 3~5wt%가 적당하다.
본발명은 열경화성수지 20~30wt%, 열가소성수지 20~30wt%, 용제 40~60wt%로 조성된 주재에 주재 95~97wt%에 대하여 경화제 3~5wt%를 첨가하여서 프라이머 조성물을 조성시키는데 그 특징이 있다.
일반적으로 열가소성수지는 내열온도가 낮으며 플라스틱과의 접착력은 우수하나 금속과의 접착력이 좋지 않은 특성이 있다.
또한 열경화성수지는 내열온도가 높으며 열경화성수지나 금속과의 접착력은 우수하나 열가소성수지와는 접착력이 좋지 않은 특성이 있다.
본발명자들은 금속과 플라스틱을 접착시켜 주는데 있어서 열경화성수지나 열가소성수지를 일정비율로 혼합하여 조성된 프라이머를 사용하게 되면 열가소성수지만을 사용한 경우보다 높은 내열성을 유지하면서 금속과 플라스틱의 접착능력을 향상시켜줄 수 있을 것이라는 점에 착안하여 본발명을 완성하게 되었다.
그러나 열경화성수지를 사용함에 따라 일정량의 경화제의 사용이 불가피하게 되어 사용시 주재에 경화제를 첨가하여 사용하여야 하는 2액형 프라이머로 구성시킨 것이다.
상기 실시예 1에서 에폭시수지와 멜라민수지는 열경화성수지이고, 메틸셀룰로오스와 폴리비닐아세테이트수지는 열가소성수지이고, 메틸에틸케톤과 톨루엔은 용제로 사용되는 것이다.
특히 에폭시수지와 우레탄수지는 금속과의 접착력이 우수한 특성이 있을 뿐만 아니라 내열성이 우수하여 프라이머 내열성을 높여준다. 셀룰로오스수지와 폴리에스테르수지는 플라스틱과의 접착력이 우수한 특성을 나타낸다.
실시예 2
주재
① 에폭시수지(당량 850) 300g (19wt%)
② 열경화성우레탄수지 100g (6wt%)
③ 니트로셀룰로오스(1/2초) 100g (6wt%)
④ 폴리에스텔 수지 300g (19wt%)
⑤ 메틸에틸케톤 400g (25wt%)
⑥ 톨루엔 400g (25wt%)
상기 성분 중 반응기에 ⑤⑥을 투입하고 교반하면서 ③④를 천천히 투입하고 반응기 내부온도를 60℃까지 올려서 3시간을 유지한 다음 내용물이 완전히 용해되었는지 확인한 후 ①②투입하여 다시 1시간 유지한 다음 30℃로 냉각하여 300목 망사로 여과하여 약한 황색의 점주성 투명액체 1600g을 얻는다. 여기에 경화제로서 디페닐메탄디이소시아네이트(애경화학제품, 상품명 AK-75) 3.85wt%를 첨가하여 본발명의 프라이머 조성물을 얻었다.
비교예 1
인몰드 접착시 접착필름으로 사용되는 아크릴수지를 원료로 하는 열가소성의 아크릴수지계 프라이머를 준비하였다.
아크릴수지 300g (23wt%)
메틸에틸케톤 500g (38.5wt%)
톨루엔 500g (38.5wt%)
상기 성분을 반응기에 투입하고 내부온도를 60℃까지 올려서 3시간 유지시켜 아크릴수지를 용제에 완전히 용해시켜 아크릴수지계 프라이머를 얻었다.
비교예 2
열경화성의 에폭시수지계 프라이머를 준비하였다.
에폭시수지 500g (33.3wt%)
메틸에틸케톤 500g (33.3wt%)
톨루엔 500g (33.3wt%)
상기 성분을 반응기에 투입하고 내부온도를 60℃로 올려서 3시간 유지시켜 에폭시수지를 용제에 완전히 용해시켜 에폭시수지계 프라이머를 얻었다.
<접착력시험>
접착력시험 1
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에서 얻은 프라이머 조성물을 몰드에 삽입할 금속(구리에 크롬도금)에 스프레이 방식으로 건조 후 도막 두께가 5㎛되도록 도포한 것을 각각 금형에 넣고 폴리카보네이트 수지를 사출온도 250~350℃에서 사출한 다음 실험한 것을 표 1에 나타냈다.
[표 1]
| 사출시 흐름 | 사출 후 충격 (높에 1m낙하) | 열경화성 도료 도장 후 충격 | 5%염산수용액 24시간 침적후 | 5%가성소다액 24시간 침적후 | |
| 무 처리 금속 | ○ | × | × | × | × |
| 실시예 1 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
| 실시예 2 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
| 비교예 1 | × | △ | × | × | △ |
| 비교예 2 | ○ | × | × | ○ | ○ |
변화없음=○, 경미한 변화=△, 심각한 변형으로 사용 불가=×
무처리금속 : 프라이머를 도포하지 않은 금속을 사용한 경우임.
상기 [표 1]에서 변화없음은 완전한 접착상태를 나타낸 것을 의미하고 경미한 변화는 사용가능한 접착상태를 나타낸 것이고, 심각한 변형은 사용 불가능한 접착상태를 나타낸 것임.
접착력시험 2
접착력시험 1과 동일한 방법으로 하되 다만 폴리카보네이트 수지를 폴리프탈아미이드 수지로 변경하여 사출온도 250~350℃에서 사출한 다음 실험한 것을 표 2 에 나타내었다.
[표 2]
| 사출시 흐름 | 사출 후 충격 (높에 1m낙하) | 열경화성 도료 도장 후 충격 | 5%염산수용액 24시간 침적후 | 5%가성소다액 24시간 침적후 | |
| 무 처리 금속 | ○ | × | × | × | × |
| 실시예 1 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
| 실시예 2 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
| 비교예 1 | × | △ | × | × | △ |
| 비교예 2 | ○ | × | × | ○ | ○ |
변화없음=○, 경미한 변화=△, 심각한 변형으로 사용 불가=×
상기 표 1 및 표2를 관찰해보면 금형에 프라이머 처리를 하지 않은 금속을 넣고 폴리카보네이트 수지나 폴리프탈아마이드 수지로 압출 성형한 제품은 금속과의 접착이 불량하여 사용이 불가능하며 일반적으로 사용하는 열가소성의 아크릴수지계 프라이머는 사출시 흐름성이 나쁘고 열처리 과정에서 소실되거나 흘러내렸으며 또한 열경화성인 에폭시 프라이머는 충격실험에서 쉽게 박리되었다.
하지만 표 1과 표 2의 결과를 보면 실시예 1의 조성물과 실시예 2의 조성물을 도포한 금속물을 금형에 삽입하고 폴리카보네이트나 폴리프탈아마이드 등의 플라스틱 물을 압출 성형하면 성형 시에는 흘러내리지 않고 성형 후에 내 충격성이 강하며 열경화성 도료를 도장하고 100℃~140℃에서 30분~1시간 정도 열을 가한 후에도 충격에 강하며 내약품성이 뛰어난 조성물을 얻을 수 있음을 입증하였다.
본 발명에 사용될 수 있는 수지로서는 열경화성인 에폭시 수지와 우레탄 수지와 열가소성 수지인 부틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 카르복실 메틸셀룰로오 스, 하이드록시 에틸셀룰로오스, 하이드록시 메틸셀룰로오스와 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트가 이용될 수 있으며 폴리비닐경화제로는 사용직전에 주재에 혼합하여 사용하는 이소시아네이트계와 아민화합물이 사용되어 질 수 있다.
점도 조절을 위해서 사용되는 용제로서는 톨루엔, 메틸에틸케톤, 부틸셀루솔브, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 이소프로필알코올 등이 사용된다.
바람직한 구성비율은 열경화성 수지로서 에폭시 수지와 열경화성우레탄 수지 20~30중량%와 열가소성수지인 비닐수지와 셀룰로오스수지, 폴리에스텔 수지 20~30중량%와 메틸에틸케톤과 톨루엔등의 용제를 40~60중량% 비율로 혼합하여 얻은 주재 95~97wt%에 경화제 3~5wt% 범위로 구성시켜주는 것이 적당하다.
본 발명의 조성물은 인몰드 방식으로 금속-플라스틱을 접착시켜줄 때 금속표면에 도포하여 금속-플라스틱간의 접착력이 우수한 성형물을 얻을 수 있는 효과가 있다.
Claims (2)
- 용융 사출온도가 250~350℃인 플라스틱을 250~350℃에서 금속표면에 사출하여 금속과 플라스틱을 접착시키는 인몰드접착방법에서 금속표면에 도포하는 프라이머 조성물에 있어서, 열경화성수지 20~30wt%, 열가소성수지 20~30wt%, 용제 40~60wt%로 조성된 주재 95~97wt%에 대하여 경화제로서 디페닐메탄디이소시아네이트 3~5wt%를 첨가하여서 조성된 금속-플라스틱 접착용 프라이머 조성물.
- 제 1항에 있어서,용융사출온도가 250~350℃인 플라스틱이 폴리카보네이트, 폴리프탈아마이드 또는 폴리프탈이미드수지이고, 금속이 철 또는 동이나 동에 크롬, 니켈, 금, 은을 도금한 금속이고, 열경화성수지가 에폭시수지, 멜라민수지 또는 열경화성 우레탄수지이고, 열가소성수지가 메틸셀룰로오스, 폴리비닐아세테이트, 니트로셀룰로오스이고, 용제가 메틸에틸케톤 또는 톨루엔이고 경화제가 디페닐메탄 디이소시아네이트인 금속-플라스틱 접착용 프라이머 조성물.
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