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KR101961425B1 - 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름 및 이의 제조 방법 - Google Patents

패턴 내재형 인몰드 성형용 필름 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR101961425B1
KR101961425B1 KR1020180064974A KR20180064974A KR101961425B1 KR 101961425 B1 KR101961425 B1 KR 101961425B1 KR 1020180064974 A KR1020180064974 A KR 1020180064974A KR 20180064974 A KR20180064974 A KR 20180064974A KR 101961425 B1 KR101961425 B1 KR 101961425B1
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KR
South Korea
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layer
film
pattern
metal thin
filling
Prior art date
Application number
KR1020180064974A
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English (en)
Inventor
김준섭
이영철
윤홍승
지혜원
Original Assignee
(주)피엔티
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Publication date
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Abstract

패턴 내재형 인몰드 성형용 필름과, 이의 제조 방법이 개시된다. 개시된 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름은, 투명한 베이스 필름, 베이스 필름의 일 측면에 적층된 투명한 층으로, 돌출된 돌기부와 오목한 홈부가 규칙적으로 배열되어 요철 표면이 형성되는 내부 패턴층, 내부 패턴층의 요철 표면에 50nm 내지 1㎛ 의 두께로 적층된 금속으로 이루어진 층으로, 내부 패턴층의 요철 표면에 대응되는 요철 표면이 형성되는 금속 박막층, 금속 박막층의 요철 표면이 편평하게 메워지도록 금속 박막층의 요철 표면에 적층되는 투명한 충전층, 및 충전층의 편평한 표면에 균일한 두께로 적층되는 배경층을 구비한다. 내부 패턴층 및 충전층은 자외선 조사에 의해 경화되고, 자외선 조사에 의해 경화될 때 내부 패턴층의 체적 수축율과 충전층의 체적 수축율은 각각 0 이상 0.1% 미만이다.

Description

패턴 내재형 인몰드 성형용 필름 및 이의 제조 방법{Film for in-mold injection forming with internal pattern and method for fabricating the same}
본 발명은 인몰드 성형에 사용되는 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면은 요철(凹凸)이 없으나 내부에 패턴(pattern)이 내재된 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
인몰드 성형 방법은 삽입 사출 성형 공정만으로 복잡한 문양, 그래픽(graphic)과 패턴(pattern)으로 표면이 장식된 합성수지 제품을 제조할 수 있는 기술이다. 합성수지를 사출 성형한 후에 표면을 장식하는 인쇄 단계와 후가공 단계 등 여러 단계를 거쳐야 하는 종래의 방법과 비교하여 생산성 향상과, 원가 절감, 품질 향상의 효과가 커서, 휴대폰 커버, 제어 패널, 자동차 내외장재, 각종 전자 제품의 커버 등에 다양하게 적용되고 있다. 구체적으로, 인몰드 성형 방법은 기재 필름(base film)의 일 측면에 다양한 인쇄층을 형성한 인몰드 성형용 필름을 제조하고, 상기 인몰드 성형용 필름을 사출 성형 금형 내에 투입하고 용융된 합성수지를 사출 주입하여 성형하는 공정을 포함한다.
인몰드 성형용 필름 중에서 내부에 미세 패턴이 형성되어 있으나, 표면은 요철(凹凸)이 없이 매끄러운 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름이 있다. 도 1은 종래의 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름을 확대 도시한 단면도로서, 이를 참조하면, 종래의 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름(1)은 베이스 필름(2)과, 상기 베이스 필름(2)의 일 측면에 적층되는 내부 패턴층(4)과, 상기 내부 패턴층(4)의 일 측면에 적층되는 배경층(7)을 구비한다. 상기 내부 패턴층(4)의 일 측면에는 미세 패턴(micro pattern)이 표현되도록 요철(凹凸)이 형성된다.
상기 인몰드 성형용 필름(1)을 제조하는 방법은, 표면에 요철이 없고 매끄러운 베이스 필름(2s)의 일 측면 내부 패턴층(4)을 적층하는 단계, 상기 내부 패턴층(4)의 일 측면에 잉크(ink)(7s)를 인쇄 방식으로 적층하는 단계, 상기 잉크(7s)를 경화(curing)하는 단계를 포함한다. 상기 적층된 잉크(7s)에는 상기 내부 패턴층(4) 일 측면의 요철 형상에 대응되게 상대적으로 두꺼운 부분과 상대적으로 얇은 부분이 형성된다.
상기 잉크(7s)에는 솔벤트(solvent)가 70 내지 80 vol% 포함된다. 그런데, 상기 잉크(7s)를 경화하면서 상기 솔벤트가 증발하여 배경층(7)의 체적이 줄어들게 된다. 더욱이, 상기 잉크(7s)의 두꺼운 부분과 얇은 부분에서 솔벤트의 증발량이 불균일하게 되어서 인몰드 성형용 필름(1)의 내부에 불균일한 응력 집중이 발생하고, 이로 인해 배경층(7)의 표면과 베이스 필름(2)의 표면에도 굴곡과 요철이 발생하게 된다. 즉, 인몰드 성형용 필름(1)의 품질이 저하되는 문제가 있다.
또한, 내부 패턴층(4)의 요철 표면 때문에 잉크를 인쇄할 때 스크린 인쇄(screen printing)를 적용해야 한다. 따라서, 자동화된 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 인몰드 성형용 필름(1)을 제조할 수 없어서, 생산성이 저하되고, 원가가 상승하는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1156716호
본 발명은, 굴곡이 없고 매끄러운 표면을 가지며, 표면을 통해 광택이 나타나도록 품질이 향상된 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름, 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 투명한 베이스 필름(base film), 상기 베이스 필름의 일 측면에 적층된 투명한 층으로, 돌출된 돌기부와 오목한 홈부(groove portion)가 규칙적으로 배열되어 요철(凹凸) 표면이 형성되는 내부 패턴층, 상기 내부 패턴층의 요철 표면에 50nm 내지 1㎛ 의 두께로 적층된 금속(metal)으로 이루어진 층으로, 상기 내부 패턴층의 요철 표면에 대응되는 요철 표면이 형성되는 금속 박막층, 상기 금속 박막층의 요철 표면이 편평하게 메워지도록 상기 금속 박막층의 요철 표면에 적층되는 투명한 충전층(充塡層), 및 상기 충전층의 편평한 표면에 균일한 두께로 적층되는 배경층을 구비하고, 상기 내부 패턴층 및 상기 충전층은 자외선(UV) 조사에 의해 경화(curing)되고, 상기 자외선 조사에 의해 경화될 때 상기 내부 패턴층의 체적 수축율과 상기 충전층의 체적 수축율은 각각 0 이상 1% 미만인 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름을 제공한다.
상기 내부 패턴층의 체적 수축율과 상기 충전층의 체적 수축율 간의 차이가 0 내지 0.1% 일 수 있다.
상기 내부 패턴층의 소재는, 우레탄 아크릴레이트계(urethane acrylate base) 도료, 에틸렌 글리콜계(ethylene glycol base) 도료, 및 이소보르닐 아크릴레이트계(isobornyl acrylate base) 도료로 이루어진 그룹(group) 중에서 선택된 어느 하나의 도료일 수 있다.
상기 충전층의 소재는, 우레탄 아크릴레이트계(urethane acrylate base) 도료, 에틸렌 글리콜계(ethylene glycol base) 도료, 및 이소보르닐 아크릴레이트계(isobornyl acrylate base) 도료로 이루어진 그룹(group) 중에서 선택된 어느 하나의 도료일 수 있다.
상기 금속 박막층의 소재는, 알루미늄(Al), 주석(Sn), 니켈(Ni), 은(Ag), 스테인레스강(stainless steel), 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 및 산화타이타늄(TiOX)(X는 자연수)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 배경층에 대면(對面)하는 일 측 표면에서 상기 금속 박막층의 요철 표면에 대면하는 타 측 표면까지 상기 충전층의 최대 두께는 30 내지 80㎛ 일 수 있다.
상기 배경층의 두께는 2 내지 5㎛ 일 수 있다.
상기 내부 패턴층에서 상기 베이스 필름의 일 측면에서 상기 홈부의 바닥까지의 두께를 PA라 하고, 상기 돌기부의 폭을 PB라 하면, PB는 0보다 크고 PA의 0.7배보다 작거나 같을 수 있다.
본 발명의 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름은, 상기 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름이 삽입되는 금형(mold)에서 사출 성형되는 플라스틱 제품과 상기 배경층 간의 접착력이 강화되도록, 상기 배경층의 표면에 적층된 프라이머층(primer layer)을 더 구비할 수 있다.
본 발명의 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름은, 상기 프라이머층에 접합되는 것으로, 상기 플라스틱 제품의 소재와 동일한 소재로 형성된 플라스틱 필름(plastic film)을 더 구비할 수 있다.
또한 본 발명은, 투명한 베이스 필름의 일 측면에, 돌출된 돌기부와 오목한 홈부가 규칙적으로 배열되어 요철 표면이 형성된 투명한 내부 패턴층을 적층하는 내부 패턴층 적층 단계, 상기 내부 패턴층의 요철 표면에 대응되는 요철 표면이 형성되도록, 상기 내부 패턴층의 요철 표면에 금속을 50nm 내지 1㎛의 두께로 증착하여 금속 박막층을 적층하는 금속 박막층 적층 단계, 상기 금속 박막층의 요철 표면이 편평하게 메워지도록, 상기 금속 박막층의 요철 표면에 투명한 충전층을 적층하는 충전층 적층 단계, 및 상기 충전층의 편평한 표면에 배경층을 균일한 두께로 적층하는 배경층 적층 단계를 구비하고, 상기 내부 패턴층 적층 단계 및 상기 충전층 적층 단계는, 자외선(UV) 조사에 의해 경화(curing)되는 도료(塗料)로 이루어진 내부 패턴층 및 충전층을 자외선을 조사하여 경화하는 내부 패턴층 경화 단계 및 충전층 경화 단계를 구비하고, 상기 내부 패턴층 경화 단계에서 상기 내부 패턴층의 체적 수축율과 상기 충전층 경화 단계에서 상기 충전층의 체적 수축율은 각각 0 이상 1% 미만인 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법을 제공한다.
상기 내부 패턴층의 체적 수축율과 상기 충전층의 체적 수축율 간의 차이가 0 내지 0.1% 일 수 있다.
상기 내부 패턴층 적층 단계는, 상기 내부 패턴층 경화 단계에 앞서서, 상기 도료로 이루어진 내부 패턴층을 상기 베이스 필름으로 전사(imprinting)하는 전사 단계를 더 구비할 수 있다.
상기 배경층 적층 단계는, 잉크(ink)를 상기 충전층의 표면에 그라비어 인쇄(gravure printing)하는 그라비어 인쇄 단계를 구비할 수 있다.
상기 내부 패턴층 적층 단계, 금속 박막층 적층 단계, 충전층 적층 단계, 및 배경층 적층 단계는, 상기 베이스 필름이 롤러(roller)에 지지되어 끊김 없이 진행하는 도중에 순차적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법은, 상기 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름이 삽입되는 금형에서 사출 성형되는 플라스틱 제품과 상기 배경층 간의 접착력이 강화되도록, 상기 배경층의 표면에 프라이머층(primer layer)를 적층하는 프라이머층 적층 단계를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법은, 상기 플라스틱 제품의 소재와 동일한 소재로 형성된 플라스틱 필름을 상기 프라이머층에 접합하는 플라스틱 필름 접합 단계를 더 구비할 수 있다.
상기 내부 패턴층 적층 단계, 금속 박막층 적층 단계, 충전층 적층 단계, 배경층 적층 단계, 프라이머층 적층 단계, 및 플라스틱 필름 적층 단계는, 상기 베이스 필름이 롤러에 지지되어 끊김 없이 진행하는 도중에 순차적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름은 충전층이 내부 패턴층으로 인한 요철 표면을 편평하게 메워 주어서 배경층이 균일한 두께로 적층되므로, 배경층이 경화될 때 체적이 균일하게 수축되며, 체적 수축율도 적어진다. 또한, 내부 패턴층 및 충전층은 경화 과정에서 체적 수축이 거의 발생하지 않는다. 따라서, 내부에서 불균일한 응력 집중으로 인한 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름 표면의 굴곡이나 우그러짐이 없어 품질이 향상된다.
또한, 본 발명의 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름은 금속 박막층을 구비하여 베이스 필름의 표면을 통해서 광택이 나타난다. 따라서, 상기 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름이 접합된 플라스틱 제품이 금속 소재 또는 카본(carbon) 소재로 형성된 것과 같은 심미감을 갖게 된다.
본 발명의 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법은, 배경층 적층 단계에서 잉크를 얇고 균일한 두께로 빠르게 인쇄하는 예컨대, 그라비아 인쇄와 같은 인쇄 방법을 적용할 수 있다. 그러므로, 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법의 전 단계를 베이스 필름이 연속적으로 진행하는 도중에 순차적으로 진행하는, 소위 소위 롤투롤(roll-to-roll) 공정으로 쉽게 구현할 수 있다. 상기 롤투롤 공정을 통해서, 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름을 대량 생산하는 경우에 생산 원가를 절감하고 생산성을 향상할 수 있다.
도 1은 종래의 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름을 확대 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름을 확대 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 7은 도 2의 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름을 확대 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름(10)은 사출 성형에 의해 생산되는 플라스틱 제품의 표면에 부착되어 플라스틱의 질감과 다른 고급스러운 질감 및 심미감을 주는 필름(film)으로서, 상기 플라스틱 제품을 성형하기 위한 사출 성형 금형(mold) 내부로 용융된 수지를 사출 주입하기 전에 상기 사출 성형 금형의 캐비티(cavity) 내에 삽입 안착된다.
상기 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름(10)은 베이스 필름(base film)(11), 상기 베이스 필름(11)의 일 측면, 도 2를 기준으로 부연하면 베이스 필름(11)의 하측면에 적층된 내부 패턴층(13), 상기 내부 패턴층(13)의 하측면에 적층된 금속 박막층(20), 상기 금속 박막층(20)의 하측면에 적층된 충전층(充塡層)(22), 상기 충전층(22)의 하측면에 적층된 배경층(24), 상기 충전층(22)의 하측면에 적층된 프라이머층(primer layer)(26), 및 상기 프라이머층(26)에 접합되는 플라스틱 필름(plastic film)(28)을 구비한다.
도 3 내지 도 7은 도 2의 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법을 순차적으로 도시한 도면이다. 이하에서 이들 도면을 순차적으로 참조하여 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름(10)의 제조 방법을 설명함과 아울러, 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름(10)의 구성에 대해서도 설명하도록 한다. 본 발명의 실시예에 따른 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법은 내부 패턴층 적층 단계(S10), 금속 박막층 적층 단계(S20), 충전층 적층 단계(S30), 배경층 적층 단계(S40), 프라이머층 적층 단계(S50), 및 플라스틱 필름 접합 단계(S60)를 구비한다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 상기 내부 패턴층 적층 단계(S10)는 투명한 베이스 필름(11)의 일 측면에, 돌출된 돌기부(15)와 오목한 홈부(groove portion)(14)가 규칙적으로 배열되어 요철(凹凸) 표면이 형성된 투명한 내부 패턴층(13)을 적층하는 단계이다. 베이스 필름(11)은 표면이 매끄럽고 굴곡이 없이 편평한 합성수지 소재의 필름으로서 두께(BT)(도 4 참조)는 예컨대, 70 내지 200㎛ 일 수 있다. 베이스 필름(11)의 두께(BT)가 70㎛ 보다 얇으면 강성이 부족하여 이후의 공정에서 찢어지거나 파손될 수 있다. 반면에, 베이스 필름(11)의 두께(BT)가 200㎛ 보다 두꺼우면 최종 제품, 즉 인몰드 성형용 필름(10)의 두께가 너무 두꺼워지고 강성이 커져서 곡면이 있거나 복잡한 형상을 갖는 플라스틱 제품의 외측면 형상을 정확하게 추종하기 어려울 수 있다. 베이스 필름(11)의 소재가 되는 합성수지는 예컨대, PET(polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate)일 수 있다.
상기 내부 패턴층 적층 단계(S10)는 전사 단계와, 내부 패턴층 경화 단계를 구비한다. 상기 전사 단계는 자외선(UV: ultraviolet ray) 조사에 의해 경화(curing)되는 도료(塗料)로 이루어진 투명한 내부 패턴층(13)을 베이스 필름(11)의 일 측면으로 전사(imprinting)하는 단계이다. 상기 내부 패턴층 경화 단계는 상기 베이스 필름(11)에 전사된 내부 패턴층(13)을 자외선(UV)을 조사하여 경화하는 단계이다. 상기 도료는 예컨대, 우레탄 아크릴레이트계(urethane acrylate base) 도료, 에틸렌 글리콜계(ethylene glycol base) 도료, 및 이소보르닐 아크릴레이트계(isobornyl acrylate base) 도료로 이루어진 그룹(group) 중에서 선택된 어느 하나의 도료일 수 있다. 상기 내부 패턴층(13)의 소재가 되는 도료에는 자외선(UV)을 흡수하여 상기 도료에 포함된 합성수지를 중합시키는 광중합 개시제가 포함된다.
상기 전사 단계와 내부 패턴층 경화 단계는 롤투롤(roll-to-roll) 공정으로 진행될 수 있다. 다시 말해, 내부 패턴층 적층 단계는 베이스 필름(11)이 롤러(roller)에 지지되어 끊김 없이 연속적으로 진행하는 도중에 내부 패턴층 적층 장치에 의해 멈춤 없이 수행될 수 있다. 상기 내부 패턴층 적층 장치는, 외주면에 돌출된 돌기(33)와 오목한 홈(34)이 규칙적으로 배열된 외주면 패턴(32)을 구비한 전사 롤러(30)와, 상기 전사 롤러(30)의 외주면으로 경화되지 않은 도료를 공급하는 코터(coater)(38)와, 전사 롤러(30)의 외측에 배치되어 내부 패턴층(13)이 적층된 베이스 필름(11)에 자외선(UV)을 조사하는 자외선 조사기(42)를 구비한다.
베이스 필름(11)은 전사 롤러(30)의 외주면을 따라 돌아 방향이 전환되어 진행한다. 코터(38)에서 공급된 도료가 전사 롤러(30)의 외주면 패턴(32)을 덮도록 전사 롤러(30) 외주면에 도포되면서, 상기 외주면 패턴(32)의 돌기(33)에 대응되는 홈부(14)와, 상기 외주면 패턴(32)의 홈(34)에 대응되는 돌기부(15)를 갖는 내부 패턴층(13)이 전사 롤러(30) 외주면에 형성된다. 도 3에 도시되진 않았으나, 상기 내부 패턴층 적층 장치는 전사 롤러(30) 외주면에 도포되어 형성되는 내부 패턴층(13)의 두께가 균일하게 유지되도록 여분의 도료를 긁어내 제거하는 닥터 블레이드(doctor blade)를 더 구비할 수도 있다.
베이스 필름(11)이 전사 롤러(30)의 외주면에 지지되어 감아 돌아가면서 상기 내부 패턴층(13)은 전사 롤러(30)의 외주면 패턴(32)에서 베이스 필름(11)의 일 측면으로 전사된다. 베이스 필름(11)이 전사 롤러(30)의 외주면과 이격되어 진행하기 전에 자외선 조사기(42)가 베이스 필름(11)에 자외선(UV)을 조사하여 내부 패턴층(13)이 경화된다. 이에 따라, 상기 베이스 필름(11)이 전사 롤러(30)의 외주면과 이격되어 진행하면 경화된 내부 패턴층(13)이 베이스 필름(11)의 일 측면에 접합 지지되어 함께 진행한다.
한편, 자외선 조사에 의해 경화된 내부 패턴층(13)은 외력에 의해 부스러지기 쉽게 딱딱하게 경화되는 것이 아니라, 탄성 변형되는 말랑말랑한 상태로 경화된다. 따라서, 인몰드 성형용 필름(10)의 제조 과정에서나, 인몰드 성형용 필름(10)의 사용 과정에서 베이스 필름(11)이 휘어지더라도 내부 패턴층(13)이 유연하게 형태 변형되어 손상되지 않게 된다. 또한, 인몰드 성형 과정, 다시 말해 인몰드 성형용 필름(10)을 금형 내에 삽입 안착하고 사출 성형하는 과정에서 플라스틱 제품의 외측면 형상을 보다 정교하게 추종할 수 있다. 자외선 조사에 의해 경화되는 내부 패턴층(13)의 체적 수축율은 0 이상 1% 미만이다. 즉, 내부 패턴층(13)의 경화시에 체적의 변화와 이로 인한 형상 변형이 거의 없다.
도 2 및 도 4를 함께 참조하면, 내부 패턴층(13)에서 베이스 필름(11)의 일 측면에서 홈부(14)의 바닥까지의 두께를 'PA'라 하고, 돌기부(15)의 폭을 'PB'라 하면, PB는 0보다 크고 PA의 0.7배보다 작거나 같다. 상기 PB가 PA의 0.7배보다 크면, 돌기부(15)의 폭이 상기 PA보다 너무 커서 내부 패턴층(13)이 직접 또는 간접적으로 가열되는 경우 돌기부(15)가 홈부(14)보다 과도하게 수축하고, 이로 인해 상기 돌기부(15)와 겹쳐지는 베이스 필름(11)의 지점에 오목하게 패인 싱크(sink)가 발생할 수도 있다. 혹은 상기 싱크가 발생하지는 않더라도 인몰드 성형용 필름(10) 내부에 응력이 집중되는 지점(spot)이 형성될 수 있다. 반면에, 상기 PB가 0 이면 돌기부(15)가 없어서 요철이 있는 내부 패턴층(13)이 존재하지 않는 것이 된다.
여기서, 상기 PA와 PB는 평균적인 값을 의미한다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 홈부(14)와 돌기부(15)가 교번하여 배열되는 경우에, 홈부(14)의 바닥의 높이와 돌기부(15)의 정상의 높이의 중간 높이의 지점이 홈부(14)와 돌기부(15)의 경계 지점이 된다. 한편, PB는 0보다 크고 PA의 0.7배보다 작거나 같게 되도록 내부 패턴층(13)을 디자인(design)하면, PA가 커져서 내부 패턴층(13)에 의해 보여지는 패턴(pattern)의 깊이감이 더해져 입체감이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서 내부 패턴층(13) 적층 단계(S10)는 상술한 전사 단계를 구비하는 것에 한정되지 않는다. 다시 말해서, 베이스 필름(11)의 일 측면에 도료를 도포하고, 패턴(pattern)이 새겨진 스탬프(stamp)를 찍는 패터닝(patterning)을 통해서 내부 패턴층(13)을 형성할 수도 있고, 3D 프린터를 이용하여 베이스 필름(11)의 일 측면에 입체적인 패턴을 인쇄하여 내부 패턴층(13)을 형성할 수도 있다.
상기 금속 박막층 적층 단계(S20)는 내부 패턴층(13)의 요철 표면에 대응되는 요철 표면이 형성되도록, 상기 내부 패턴층(13)의 요철 표면에 금속을 50nm 내지 1㎛ 의 두께(MT)로 증착하여 금속 박막층(20)을 적층하는 단계이다. 금속 박막층(20)으로 인해서 인몰드 성형용 필름(10)은 베이스 필름(11)의 표면을 통해서 광택이 나타나게 된다. 금속 박막층(20)의 두께(MT)가 50nm보다 작으면 금속의 양이 너무 작고 금속 박막층(20)이 너무 얇아서 광택이 잘 나타나지 않는다. 한편, 금속 박막층(20)의 두께(MT)가 1㎛ 보다 크면, 원가도 높고 작업 생산성도 저하될 뿐 아니라, 금속 박막층(20)이 너무 두꺼워져서 인몰드 성형용 필름(10)이 휘거나 굽어지는 경우에 금속 박막층(20)이 내부에서 부스러지거나 갈라져서 품질이 저하된다.
금속 박막층(20)의 두께(MT)는 내부 패턴층(13)의 홈부(14)의 깊이 및 돌기부(15)의 돌출 높이보다 매우 작기 때문에, 도 4에 도시된 바와 같이 내부 패턴층(13)의 요철 표면에 대응되는 요철 표면이 금속 박막층(20)의 일 측면, 즉 하측면에 형성된다. 금속 박막층(20)의 소재는, 예컨대, 알루미늄(Al), 주석(Sn), 니켈(Ni), 은(Ag), 스테인레스강(stainless steel), 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 및 산화타이타늄(TiOX)(X는 자연수)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 금속 박막층(20)을 형성하기 위한 증착 방법에는 화학 기상 증착(CVD: chemical vapor deposition), 및 물리 기상 증착(PVD: physical vapor deposition), 원자층 증착(ALD: atomic layer deposition)이 포함될 수 있다. 적층되는 금속 박막층(20)의 품질을 높이기 위해서 금속 박막층(20)의 적층은 고진공 환경에서 진행될 수 있다.
도 2 및 도 5를 함께 참조하면, 상기 충전층 적층 단계(S30)는 상기 금속 박막층(20)의 요철 표면이 편평하게 메워지도록, 상기 금속 박막층(20)의 요철 표면에 투명한 충전층(22)을 적층하는 단계이다. 여기서, 투명한 충전층(22)은 완전 투명 상태뿐만 아니라 반투명 상태도 포함한다. 상기 중간층 적층 단계(S30)는 도료 도포 단계와, 평탄화 단계와, 충전층 경화 단계를 구비할 수 있다. 상기 도료 도포 단계는 자외선(UV: ultraviolet ray) 조사에 의해 경화(curing)되는 도료(塗料)를 금속 박막층(20)의 요철 표면에 코터(coater)를 통해 도포하는 단계이다. 상기 평탄화 단계는 금속 박막층(20)의 요철 표면에 불구하고 충전층(22)의 일 표면, 즉 하측면이 요철 없이 편평하게 되도록 예컨대, 닥터 블레이드와 같은 기구로 여분의 도료를 긁어내 제거하는 단계이다.
상기 충전층 경화 단계는, 금속 박막층(20)의 요철 표면에 적층된 충전층(22)을 자외선(UV)을 조사하여 경화하는 단계이다. 상기 도료는 예컨대, 우레탄 아크릴레이트계(urethane acrylate base) 도료, 에틸렌 글리콜계(ethylene glycol base) 도료, 및 이소보르닐 아크릴레이트계(isobornyl acrylate base) 도료로 이루어진 그룹(group) 중에서 선택된 어느 하나의 도료일 수 있다. 상기 충전층(22)의 소재가 되는 도료에는 자외선(UV)을 흡수하여 상기 도료에 포함된 합성수지를 중합시키는 광중합 개시제가 포함된다.
자외선 조사에 의해 경화된 충전층(22)은 외력에 의해 부스러지기 쉽게 딱딱하게 경화되는 것이 아니라, 탄성 변형되는 말랑말랑한 상태로 경화된다. 따라서, 인몰드 성형용 필름(10)의 제조 과정에서나, 인몰드 성형용 필름(10)의 사용 과정에서 베이스 필름(11)이 휘어지더라도 충전층(22)이 유연하게 형태 변형되어 손상되지 않게 된다. 또한, 인몰드 성형 과정, 다시 말해 인몰드 성형용 필름(10)을 금형 내에 삽입 안착하고 사출 성형하는 과정에서 플라스틱 제품의 외측면 형상을 보다 정교하게 추종할 수 있다. 자외선 조사에 의해 경화되는 충전층(22)의 체적 수축율은 0 이상 1% 미만이다. 즉, 충전층(22)의 경화시에 체적의 변화와 이로 인한 형상 변형이 거의 없다.
충전층(22)의 최대 두께(FT)는 30 내지 80㎛ 일 수 있다. 상기 충전층 최대 두께(FT)는 편평한 일측면, 즉 배경층(24)에 대면(對面)하는 하측면과 금속 박막층(20)의 요철 표면에 대면하는 상측면까지의 거리 중에서 최대 거리이다.
바람직하게는, 상기 내부 패턴층(13)의 소재가 되는 도료와 충전층(22)의 소재가 되는 도료는 동일할 수 있다. 다만, 도료의 성분이 동일하지 않더라도 내부 패턴층(13)의 체적 수축율과 충전층(22)의 체적 수축율 간의 차이가 0 내지 0.1% 이면, 실질적으로 체적 수축율이 거의 같은 것이어서, 내부 패턴층(13)과 충전층(22)의 체적 수축율 차이로 인한 응력 집중과, 이로 인한 뒤틀림과 같은 문제는 발생하지 않는다.
도 2 및 도 6을 함께 참조하면, 상기 배경층 적층 단계(S40)는 상기 충전층(22)의 편평한 표면에 배경층(24)을 균일한 두께(CT)로 적층하는 단계이다. 상기 배경층(24)은 색상이 있는 불투명한 층으로서, 두께(CT)는 2 내지 5㎛ 이다. 상기 두께(CT)가 2㎛보다 얇으면 인몰드 성형용 필름(10)의 베이스 필름(11)을 통해서 배경 색상이 잘 나타나지 않는다. 한편, 배경층(24)의 두께(CT)가 5㎛ 보다 크면, 원가도 높아지고, 후술할 그라비아 인쇄 방법을 적용하기 어려워서 작업 생산성도 저하될 수 있다.
상기 배경층 적층 단계(S40)는 그라비어 인쇄(gravure printing) 단계 및 경화(curing) 단계를 구비할 수 있다. 상기 그라비어 인쇄 단계는 잉크(ink)를 충전층(22)의 편평한 표면에 그라비어 인쇄하는 단계이다. 상기 경화 단계는 상기 충전층(22)에 인쇄된 잉크를 상온 또는 그보다 높은 온도 조건에 노출하여 배경층(24)을 경화하는 단계이다. 상기 경화 단계에서 잉크에 포함된 솔벤트가 증발되어 배경층(24)의 체적이 수축될 수 있으나, 균일한 두께(CT)로 적층되어 있어서 배경층(24) 표면의 전(全) 영역에 걸쳐 균일하게 수축된다. 따라서, 비균질적인 체적 수축으로 인한 내부 응력 집중 현상이 발생하지 않는다. 또한, 전체적인 체적 수축율도 3 내지 10% 로 종래의 경우보다 작은 정도로 유지된다.
도 2 및 도 7을 함께 참조하면, 상기 프라이머층 적층 단계(S50)는 인몰드 성형용 필름(10)을 이용한 플라스틱 제품(미도시)의 사출 성형 과정에서 상기 플라스틱 제품과 배경층(24) 간의 접착력이 강화되도록, 배경층(24)의 표면에 프라이머층(primer layer)(26)을 적층하는 단계이다. 상기 프라이머층 적층 단계(S50)는 프라이머(primer)를 코터(coater)를 이용하여 도포하는 프라이머 도포 단계를 포함할 수 있다. 상기 프라이머는 예컨대, 우레탄계(urethane base) 도료일 수 있다. 상기 프라이머층(26)의 두께(PR)는 대략 1㎛ 이다.
상기 프라이머층(26)이 적층된 인몰드 성형용 필름(10)을 플라스틱 제품을 성형하기 위한 사출 성형 금형(미도시)의 캐비티(cavity)에 삽입 안착하고, 상기 금형의 캐비티 내에 상기 플라스틱 제품의 소재인 용융된 합성수지를 사출 주입하고 경화하면, 프라이머층(26)에 의해 상기 플라스틱 제품과 인몰드 성형용 필름(10)의 배경층(24) 사이의 접착력이 강화되어 상기 인몰드 성형용 필름(10)이 더욱 견고하게 플라스틱 제품에 접합된다.
상기 플라스틱 필름 접합 단계(S60)는 상기 플라스틱 제품의 소재와 동일한 소재로 형성된 플라스틱 필름(28)을 프라이머층(26)에 접합하는 단계이다. 상기 베이스 필름(11), 내부 패턴층(13), 금속 박막층(20), 충전층(22), 및 배경층(24)으로 구성된 인몰드 성형용 필름, 또는 여기에 프라이머층(26)이 더 적층된 인몰드 성형용 필름은 상기 사출 성형 금형의 캐비티 내부에 삽입 안착할 때 쉽게 구겨지거나 주름이 형성될 수도 있다. 다시 말해서, 인몰드 성형용 필름이 너무 얇아서 작업성이 나빠지고 작업 불량이 증가될 수 있는 것이다.
이와 같은 작업성 저하를 예방하기 위하여, 사출 성형되는 플라스틱 제품의 소재와 동일한 소재로 형성된 200 내지 500㎛ 두께(LT)의 플라스틱 필름(28)이 프라이머층(26)에 접합된다. 프라이머층(26)이 경화되기 전에는 플라스틱 필름(28)을 프라이머층(26)에 바로 접합할 수 있고, 프라이머층(26)이 경화되었으면 가열하여 프라이머층(26)을 유동성이 있게 녹인 후에 플라스틱 필름(28)을 접합할 수 있다. 이렇게 함으로써 인몰드 성형용 필름(10)을 쉽고 정확하게 사출 성형 금형의 캐비티 내부에 삽입 안착할 수 있다. 상기 사출 성형 금형의 캐비티에 용융된 합성수지가 사출 주입되면 상기 플라스틱 필름(28)도 녹아서 상기 용융된 합성수지와 혼합되어 플라스틱 제품이 된다. 상기 플라스틱 필름(28)의 소재는 예컨대, ABS 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene resin), PC 수지(polycarbonate resin), ABS 수지와 PC 수지의 혼합 수지일 수 있다.
상기 내부 패턴층 적층 단계(S10), 금속 박막층 적층 단계(S20), 충전층 적층 단계(S30), 배경층 적층 단계(S40), 프라이머층 적층 단계(S50), 및 플라스틱 필름 적층 단계(S60)는 자동화된 롤투롤(roll-to-roll) 공정에 의해 진행될 수 있다. 즉, 베이스 필름(11)이 롤러(미도시)에 지지되어 끊김 없이 진행하는 도중에 S10, S20, S30, S40, S50, 및 S60 단계가 순차적으로 수행될 수 있다. 또는, S10, S20, S30, 및 S40 단계까지만 롤투롤 공정으로 진행될 수도 있고, S10, S20, S30, S40, 및 S50 단계까지만 롤투롤 공정으로 진행될 수도 있다.
이상에서 설명한 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름(10)은 충전층(22)이 내부 패턴층(13)으로 인한 요철 표면을 편평하게 메워 주어서 배경층(24)이 균일한 두께로 적층되므로, 배경층(24)이 경화될 때 체적이 균일하게 수축되며, 체적 수축율도 적어진다. 또한, 내부 패턴층(13) 및 충전층(22)은 경화 과정에서 체적 수축이 거의 발생하지 않는다. 따라서, 내부에서 불균일한 응력 집중으로 인한 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름(10) 표면의 굴곡이나 우그러짐이 없어 품질이 향상된다.
또한, 상기 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름(10)은 금속 박막층(20)을 구비하여 베이스 필름(11)의 표면을 통해서 광택이 나타난다. 따라서, 상기 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름(10)이 접합된 플라스틱 제품이 금속 소재 또는 카본(carbon) 소재로 형성된 것과 같은 심미감을 갖게 된다.
이상에서 설명한 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법은, 배경층 적층 단계(S40)에서 잉크를 얇고 균일한 두께로 빠르게 인쇄하는 방법, 예컨대 그라비어 인쇄와 같은 인쇄 방법을 적용할 수 있다. 그러므로, 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름 제조 방법의 전 단계를 베이스 필름(11)이 연속적으로 진행하는 도중에 순차적으로 진행하는, 소위 소위 롤투롤(roll-to-roll) 공정으로 쉽게 구현할 수 있다. 상기 롤투롤 공정을 통해서, 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름(10)을 대량 생산하는 경우에 생산 원가를 절감하고 생산성을 향상할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 인몰드 성형용 필름 11: 베이스 필름
13: 내부 패턴층 20: 금속 박막층
22: 충전층 24: 배경층
26: 프라이머층 28: 플라스틱 필름

Claims (18)

  1. 플라스틱 제품을 성형하기 위한 사출 성형 금형의 내부로 용융된 수지를 사출 주입하기 전에 상기 사출 성형 금형의 캐비티 내에 삽입 안착되는 필름(film)으로서,
    투명한 베이스 필름(base film); 자외선(UV) 조사에 의해 경화되는 도료로 이루어진 투명한 층으로, 상기 베이스 필름의 일 측면에 적층되며, 돌출된 돌기부와 오목한 홈부(groove portion)가 규칙적으로 배열되어 요철(凹凸) 표면이 형성되는 내부 패턴층; 상기 내부 패턴층의 요철 표면에 50nm 내지 1㎛ 의 두께로 적층된 금속(metal)으로 이루어진 층으로, 상기 내부 패턴층의 요철 표면에 대응되는 요철 표면이 형성되는 금속 박막층; 자외선(UV) 조사에 의해 경화되는 도료로 이루어진 투명한 층으로, 상기 금속 박막층의 요철 표면이 편평하게 메워지도록 상기 금속 박막층의 요철 표면에 적층되는 충전층(充塡層); 및, 상기 충전층의 편평한 표면에 균일한 두께로 적층되는 배경층;을 구비하고,
    상기 내부 패턴층 및 상기 충전층은 자외선(UV) 조사에 의해 경화(curing)되고,
    상기 자외선 조사에 의해 경화될 때 상기 내부 패턴층의 체적 수축율과 상기 충전층의 체적 수축율은 각각 0 이상 1% 미만인 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 내부 패턴층의 체적 수축율과 상기 충전층의 체적 수축율 간의 차이가 0 내지 0.1% 인 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 내부 패턴층의 소재는, 우레탄 아크릴레이트계(urethane acrylate base) 도료, 에틸렌 글리콜계(ethylene glycol base) 도료, 및 이소보르닐 아크릴레이트계(isobornyl acrylate base) 도료로 이루어진 그룹(group) 중에서 선택된 어느 하나의 도료인 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 충전층의 소재는, 우레탄 아크릴레이트계(urethane acrylate base) 도료, 에틸렌 글리콜계(ethylene glycol base) 도료, 및 이소보르닐 아크릴레이트계(isobornyl acrylate base) 도료로 이루어진 그룹(group) 중에서 선택된 어느 하나의 도료인 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 박막층의 소재는, 알루미늄(Al), 주석(Sn), 니켈(Ni), 은(Ag), 스테인레스강(stainless steel), 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 및 산화타이타늄(TiOX)(X는 자연수)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 배경층에 대면(對面)하는 일 측 표면에서 상기 금속 박막층의 요철 표면에 대면하는 타 측 표면까지 상기 충전층의 최대 두께는 30 내지 80㎛ 인 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 배경층의 두께는 2 내지 5㎛ 인 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 내부 패턴층에서 상기 베이스 필름의 일 측면에서 상기 홈부의 바닥까지의 두께를 PA라 하고, 상기 돌기부의 폭을 PB라 하면,
    PB는 0보다 크고 PA의 0.7배보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름이 삽입되는 금형(mold)에서 사출 성형되는 플라스틱 제품과 상기 배경층 간의 접착력이 강화되도록, 상기 배경층의 표면에 적층된 프라이머층(primer layer);를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 프라이머층에 접합되는 것으로, 상기 플라스틱 제품의 소재와 동일한 소재로 형성된 플라스틱 필름(plastic film);를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름.
  11. 플라스틱 제품을 성형하기 위한 사출 성형 금형의 내부로 용융된 수지를 사출 주입하기 전에 상기 사출 성형 금형의 캐비티 내에 삽입 안착되는 패턴 내재형 인몰드 성형 필름의 제조 방법으로서,
    투명한 베이스 필름의 일 측면에, 돌출된 돌기부와 오목한 홈부가 규칙적으로 배열되어 요철 표면이 형성된 투명한 내부 패턴층을 적층하는 내부 패턴층 적층 단계; 상기 내부 패턴층의 요철 표면에 대응되는 요철 표면이 형성되도록, 상기 내부 패턴층의 요철 표면에 금속을 50nm 내지 1㎛의 두께로 증착하여 금속 박막층을 적층하는 금속 박막층 적층 단계; 상기 금속 박막층의 요철 표면이 편평하게 메워지도록, 상기 금속 박막층의 요철 표면에 투명한 충전층을 적층하는 충전층 적층 단계; 및, 상기 충전층의 편평한 표면에 배경층을 균일한 두께로 적층하는 배경층 적층 단계;를 구비하고,
    상기 내부 패턴층 적층 단계 및 상기 충전층 적층 단계는, 자외선(UV) 조사에 의해 경화(curing)되는 도료(塗料)로 이루어진 내부 패턴층 및 충전층을 자외선을 조사하여 경화하는 내부 패턴층 경화 단계 및 충전층 경화 단계를 구비하고,
    상기 내부 패턴층 경화 단계에서 상기 내부 패턴층의 체적 수축율과 상기 충전층 경화 단계에서 상기 충전층의 체적 수축율은 각각 0 이상 1% 미만인 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 내부 패턴층의 체적 수축율과 상기 충전층의 체적 수축율 간의 차이가 0 내지 0.1% 인 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 내부 패턴층 적층 단계는, 상기 내부 패턴층 경화 단계에 앞서서, 상기 도료로 이루어진 내부 패턴층을 상기 베이스 필름으로 전사(imprinting)하는 전사 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 배경층 적층 단계는, 잉크(ink)를 상기 충전층의 표면에 그라비어 인쇄(gravure printing)하는 그라비어 인쇄 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 내부 패턴층 적층 단계, 금속 박막층 적층 단계, 충전층 적층 단계, 및 배경층 적층 단계는, 상기 베이스 필름이 롤러(roller)에 지지되어 끊김 없이 진행하는 도중에 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름이 삽입되는 금형에서 사출 성형되는 플라스틱 제품과 상기 배경층 간의 접착력이 강화되도록, 상기 배경층의 표면에 프라이머층(primer layer)를 적층하는 프라이머층 적층 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 플라스틱 제품의 소재와 동일한 소재로 형성된 플라스틱 필름을 상기 프라이머층에 접합하는 플라스틱 필름 접합 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 내부 패턴층 적층 단계, 금속 박막층 적층 단계, 충전층 적층 단계, 배경층 적층 단계, 프라이머층 적층 단계, 및 플라스틱 필름 적층 단계는, 상기 베이스 필름이 롤러에 지지되어 끊김 없이 진행하는 도중에 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 패턴 내재형 인몰드 성형용 필름의 제조 방법.
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