모니터링분석 1 새로운기능의롤간습식코팅장치 한국과학기술정보연구원전문연구위원이순요 (9826@reseat.re.kr) 1. 머리말 바탕재료에어떤물질을도포하여새로운기능을갖도록하는가공을 코팅 (Coating)' 이라고한다. 그가운데기능을부여하는물질을 고체 상태그대로바탕재료에도포하는것을건식도포 (Dry Coating) 라하며, 여기에는진공증착, 이온플레이팅 (Ion Plating), 스퍼터링 (Sputtering) 등이있다. 건식도포는품질이좋은막은얻을수있지만, 진공챔버속에서가공해야하기때문에대형화나연속생산성에제약이있는경우가많다. 기능을가진물질을용매에녹여서 액체 화하여바탕재료에도포시켜건조나경화공정에의해 고체박막화 시키는기술을습식도포 (Wet Coating) 라고한다. 습식도포는건식도포와는달리대기압환경하에서가공을할수있기때문에설비의대형화나원재료, 특히원판의공급을연속적으로할수가있어대량생산에적합하다. 유리판과같이접거나구부릴수없는바탕재료를사용하는코팅방식을 ' 시트간 (Sheet to Sheet) 코팅 이라하고, 웹 (Web) 이라고하는종이, 필름, 금속박과같이유연한연속체를사용하는코팅방식을 롤간 (Roll to Roll) 코팅 이라고한다. 2. 도포방식의분류 도포막의형상에의한분류 평활도포 : 바탕재료두께정밀도에관계없이총두께가평활한습 (Wet) 도막이얻어지는도포방식을말하며, 평탄화도포라고도한다. 습도막상태에서의형태를말하는것이므로건 (Dry) 도막상태에서도평활하다고는말할수없다.
모니터링분석 2 윤곽도포 : 도막의표면형태가바탕재료의요철을반영하였기때문에윤곽도포라고한다. 도포액의점도가낮아비교적도막두께가두꺼워지는경우건조, 경화과정에서도포액의자기평활화 (self leveling) 가일어나평활도포처럼된다. 도포액의계량방법에의한분류 후계량도포 : 도포액을여유있게도포한후규정된량으로긁어내는방식이다. 긁어내는방법에는롤의간격을조정하는방법, 도포구 (applicator) 의형상을이용하는방법, 슬릿바 (slit bar) 에서분출되는공기의힘을이용하는에어나이프 (air knife) 방식등이있다. 전계량도포 : 리버스코터 (Reverse Coater), 그라비어코터 (Gravure Coater) 등과같이도포하는순간에는전계량이되지만도포액이도포공정에공급되는시점에서는과잉공급되어공정중에서계량된다음도포하는순간에계량이끝나는방식이다. 완전전계량도포 : 전계량도포방식중에서도포장치에도포액을공급하기전에계량을마치는방식을말한다. 원하는습도막두께, 폭, 속도등에의해필요한도포량을계산하여정밀하게공급량을제어한다. 공급액의회수나순환없이공급된액은모두도포된다. 도포되기까지의도포액상태에의한분류 밀폐계도포방식 : 도포시도포장치에서도포액이대기와차단되는도포방식이다. 공급노즐에서토출됨과동시에바탕재료에도포되며, 작업하는동안도막품질이균일하게유지되는도포방식이다. 개방계도포방식 : 그라비어코터나리버스코터와같이도포장치에액조나액저장부가있고도포액이대기에노출되는도포방식이며, 액조에액공급방식에는비연속공급과연속공급방식이있다. 도포장치에의한분류
모니터링분석 3 롤코터 (Roll Coater) : 각종롤러를조합시켜도포막두께를조정하는도포방식이며, 그라비어코터나리버스코터가이에속한다. 도포액이대기에노출되기때문에도포액의용매성분이건조하기쉬워도포액의농도와점도가시간이지남에따라변화한다. 다이코터 (Die Coater) : 플라스틱필름사출성형기술을응용한도포방식이다. 다이라는금형에의해서폭방향으로균일한도막을형성하고이를바탕재료에접촉시켜도포를하는것으로서롤코터에비해도포액의안정성을높여줄수가있다. 잉크젯코터 (Ink-jet Coater) : PC용인쇄기로발달된기술을공업용에응용한도포방식이다. 복잡하고치밀한도포패턴을실현하는방법으로서잉크젯방식이주목되고있으며, 이는미소한액체방울을타출바탕재료에충돌시켜서도포를하는방법이다. 3. 다이코터방식 슬롯다이코터및진공식슬롯다이코터 슬롯다이코터 (Slot Die Coater) 는폭방향으로균일한유동분포가되도록설계된다이에서도포액이토출되어다이끝단의다이립과백업롤러사이에형성된공간에전단 (Shear) 을줘서도막표면을평활화시켜도포하는코팅방식이다. 슬롯다이에서는다이립과바탕재료사이의틈새인코팅갭을적절히설정해주어야흘러넘치거나두께가불균일해지는일이없으며, 일반적으로코팅갭은원하는도막두께의약 1~2배로하여준다. 바탕재료의흐름은밑에서위로향하며, 이에따라주변공기압력은위는높고아래는낮게된다. 이압력차가액막의강도한계를넘으면도막이파괴되어버린다. 진공시스템에의해다이상류측분위기압력을적절히내려주면비드는다이립정면에고정되어안정된도포가이루어지도록하는방식이진공식슬롯다이코터 (Slot Die Coater with Vacuum) 이다.
모니터링분석 4 웹텐션다이코터및립코터 웹텐션다이코터 (Web Tension Die Coater) 는백업롤러가없는다이코터이다. 슬롯에서토출된도포액이바탕재료와다이립사이에쌓여서윤활막의역할을하면서도막을형성해나간다. 기계적인정밀도의영향을잘받지않고코팅갭이라는규제된개념이없기때문에미크론단위까지의초박막도포가가능하다. 립코터 (Lip Coater) 는완전수치제어방식에의한획기적인도포방식이다. 작업자의숙련도에의존하던코팅작업이용이하게할수있게되었을뿐만아니라제품품질관리의평준화도가능하게되었다. 전계량방식인립코터는입력된수치의도포조건에의해계산된수지량이립헤드에공급되도록하는것이중요하다. 계량기능은공급펌프가갖고있고립헤드끝단에서는평활기능만을갖도록해서립헤드끝단에도포막을제어, 조정하는여러가지기능을부여할수가있다. 그렇기때문에립헤드에는좌우의갭을조절해서립중앙부의굽힘량을적극적으로조정할수있는기구를갖추고있다. 4. 맺음말 도막의형성, 도포액의계량방법, 장치의구성등의특성에따라롤간습식코팅장치를분류하였고, 고품질의도막을얻기위한도포방식으로서다이코터에대해알아보았다. 습식코팅은기능막을낮은원가로생산가능하기때문에여러가지공업제품의저비용양산과보급에공헌하고있다. 출처 : 大森克洋, Roll to Roll ウェットコーティング裝置, 表面技術( 日本 ), 60(7), 2009, pp.435~440
모니터링분석 5 전문가제언 최근들어컨버팅테크노로지 (Converting Technology) 라고부르는가공기술이각분야에서주목을받고있다. 플라스틱필름 / 시트, 금속박, 종이, 판지, 부직포, 섬유, 강판, 유리등의비교적얇은바탕재료에도포 (coating), 적층 (laminating), 프린팅 (printing) 등의새로운가공으로새로운가치를만들어내는가공기술을말한다. 컨버팅은코팅, 래미네이팅, 프린팅, 슬리팅등다채로운요소기술을조합시킨 집적기술 이라고도부를수있다. 이를통해농업 / 원예, 건축 / 토목, 정보 / 통신, 전력, 교통 / 운송, 의료 / 헬스케어, 보안, 환경, 방재등폭넓은분야에서현대사회가만들어내는여러가지다양한요구를충족시켜주는데활용되고있다. 코팅기술 (Coating Technology) 은역사적으로보면고대이집트의파피루스 (Papyrus) 를이용한종이대용품제조과정에서시작되었다고말할수있다. 그만큼역사가깊고우리생활주변에서는여러가지형태로실용화되어왔다. 코팅장치의경우도만드는사람에따라독자적인특성을가지고있어서일정한기준으로분류를하기에는어려운점이많다. 코팅방식의분류는코팅도막의형상, 도포액의계량방법, 장치의구성및액조 (chamber) 의형상에따라서분류하고있다. 코팅장치중에서효율성과양산에적합하여널리사용되고있는것이롤간코팅장치 (Roll to Roll Coater) 이다. 이중에서다이코터 (Die Coater) 방식은다이라는금형에의해서폭방향으로균일한도막을형성하고이를바탕재료에접촉시켜도포를하는방식이며, 도포액의안정성을높여고품질의도막을얻을수있어기대되는코팅장치이다. 우리나라는반도체와디스플레이산업에서세계상위권에속하지만장비의국산화는아직도미흡하여미국이나일본에의존하는바가크다. 산 학 연 관에서는장비의국산화를위해서많은노력을기울이고있기는하지만무엇보다도완성품제조업체와장비업체간의기술협력관계가신뢰를바탕으로해서이루어져야만경쟁력있는국산화가성과를거둘것으로사료된다.