KR20180072243A - 연마체 수지 조성물 및 이에 의해 제조된 패드 - Google Patents

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조성욱
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Abstract

본 발명은 최소 이상의 연마/세정 성능을 확보할 수 있으면서, 동시에 공정 중 마찰 하중 등에 의해 연마체가 기재로부터 탈락되지 않을 정도의 고착력과 외력에 의한 연마체 변형이 억제 능력을 구현할 수 있는 연마체 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 연마체 수지 조성물은 기재 상에 부착되는 연마체의 조성물로서, TMP(EO)nTA 모노머 15 ~ 35 중량%; 및 분자량이 적어도 2500인 아크릴레이트계 올리고머 20 ~ 60 중량%를 포함하고, 상기 TMP(EO)nTA에서 상기 'n'은 6≤n≤15를 만족하는 자연수인 것을 특징으로 한다.
그리고, 연마체 수지 조성물은 20 ~ 40 중량%의 이소보닐아크릴레이트(IBOA) 모노머를 더 포함할 수 있다.
그리고, 아크릴레이트계 올리고머는 1 ~ 6 관능기의 우레탄 아크릴레이트 올리고머 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연마체 수지 조성물 및 이에 의해 제조된 패드{RESIN COMPOSITION FOR ABRASIVE ARTICLE AND PAD PREPARED BY THE SAME}
본 발명은 연마 또는 세정용 패드를 구성하는 연마체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연마체의 연마 내지 세정 성능을 보장하면서 동시에 연마체의 물리적 안정성을 확보할 수 있는 연마체 수지 조성물에 관한 것이다.
연마 패드 내지 세정 패드(이하, '연마 패드'라 통칭함)는 랩핑(Lapping), 폴리싱(Polishing), 피니싱(Finishing), 세정 등 여러 가지 물리적 공정에 사용되는데, 연마 패드는 실제 피연마체를 연마하는 다수의 연마돌기(연마체)와 이를 지지하는 기재로 구성된다. 여기서 연마체는 제조의 용이성으로 인해 대부분 액상의 고분자 수지와 연마재를 혼합한 후 고분자 수지를 광경화시키는 방식으로 제조되고 있다.
통상적으로 연마 패드는 기본적은 연마 내지 세정을 위한 성능이 확보되어야 하고, 이와 동시에 연마/세정 공정 중 마찰 하중 등으로 연마체가 기재로부터 탈락되거나, 강한 외력에 의해 연마체의 변형(예컨대, 파손, 깨짐, 수축 등)이 발생되는 현상을 방지할 수 있는 특성도 함께 요구된다.
이때, 연마 패드의 연마/세정 성능은 연마체의 경도에 의존하게 되고, 변형 억제 특성은 연마체의 탄성에 의존하게 된다. 그런데, 수지 소재의 경우 통상적으로 탄성과 경도는 상호 반비례 관계에 있는 바, 연마체의 연마/세정 성능을 위해 경도에 관여하는 조성물의 배합비를 높이면 연마체의 탄성이 부족하게 되어 연마체의 변형을 야기하는 문제점이 발생한다. 특히, 연마체의 변형 중 연마체의 일부가 깨져나가는 변형이 발생하면, 이는 피연마체의 스크래치 요인으로 작용하여 제품 불량을 유발할 수 있다.
이러한 이유로, 종래 연마체 조성물은 경도를 결정하는 조성물의 경우 연마/세정 성능을 확보하기 위한 최소한의 양(10 ~ 20 중량%)으로 배합하여 탄성을 위한 조성물을 최대한 많이 혼합할 수 있도록 제조하는 것이 일반적이었다. 따라서 종래 연마체 조성에 따르면, 연마체의 변형 억제 성능을 확보하기 위해서는 경도를 위한 조성물을 상대적으로 적게 배합하는 것이 불가피한 바, 연마/세정 성능(즉, 높은 경도)을 보다 증대시킴에는 한계가 존재하는 실정이다.
한편, 경도를 결정하는 조성물은 통상적으로 올리고머를 사용하는데, 종래와 같이 이 올리고머의 배합비가 상대적으로 적게되면 연마체의 기재에 대한 부착력이 부족하여 공정 중 마찰 하중 등으로 인해 연마체가 기재로부터 탈락되는 현상이 발생할 수 있고, 이는 연마체 변형과 마찬가지로 피연마체 스크래치 유발 및 연마 효율 저하 요인으로 작용하게 된다.
결국, 가장 이상적인 연마체 수지 조성물은 연마/세정에 요구되는 최소 성능 이상을 구현할 수 있으면서, 동시에 공정 중 마찰 하중 등에 의해 연마체가 기재로부터 탈락되지 않을 정도의 친화력 내지 접착력을 확보할 수 있고, 외력에 의한 연마체 변형이 억제될 수 있어야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 최소 이상의 연마/세정 성능을 확보할 수 있으면서, 동시에 공정 중 마찰 하중 등에 의해 연마체가 기재로부터 탈락되지 않을 정도의 고착력과 외력에 의한 연마체 변형 억제 능력을 모두 구현할 수 있는 연마체 수지 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연마체 수지 조성물은 기재 상에 부착되는 연마체의 조성물로서, TMP(EO)nTA 모노머 15 ~ 35 중량%; 및 분자량이 적어도 2500인 아크릴레이트계 올리고머 20 ~ 60 중량%를 포함하고, 상기 TMP(EO)nTA에서 상기 'n'은 6≤n≤15를 만족하는 자연수인 것을 특징으로 한다.
그리고, 아크릴레이트계 올리고머는 1 ~ 6 관능기의 우레탄 아크릴레이트 올리고머 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 따르면, 아크릴레이트계 올리고머는 1 ~ 6 관능기의 에폭시 아크릴레이트 올리고머 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 연마체 수지 조성물은 20 ~ 40 중량%의 이소보닐아크릴레이트(IBOA) 모노머를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 연마체 수지 조성물에 따르면, 연마 패드 내지 세정 패드의 연마/세정 성능은 물론 연마체의 탈락/변형 억제 성능, 가공성 및 생산성을 모두 확보할 수 있고, 이에 따라 제품 가공 중의 패드 불량률을 최소화하고, 안정적인 연마/세정 공적을 보장할 수 있으며, 피연마체 스크래치 불량률을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연마체를 구비하는 연마 패드의 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 연마체를 구비하는 연마 패드의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 TMP(EO)nTA의 구조식.
도 4는 본 발명의 실험예 1에 따라 제조된 연마 패드의 파단점 측정 데이터.
도 5는 본 발명의 비교 실험예 1에 따라 제조된 연마 패드의 파단점 측정 데이터.
도 6은 본 발명의 비교 실험예 2에 따라 제조된 연마 패드의 파단점 측정 데이터.
본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
설명에 앞서, 본 발명에서 사용하는 용어 '연마체(100)'란 연마 패드에서 피연마체를 실질적으로 연마하는 구성으로서, 일 실시예에 따르면 연마 패드는 도 1 및 도 2와 같이 평판형 기재(50)와 기재(50) 상에 소정의 패턴으로 이격 배열된 복수 개의 연마체(100)로 구성될 수 있다. 다른 실시예로서 하나의 패널형 연마체가 기재(50) 상에 형성되어 연마 패드를 구성하는 경우도 배제하지 않는다. 연마체(100)의 일면(즉, 상면)을 피연마체에 직접 접촉시킨 후 피연마체와 연마체(100)를 상대적으로 운동시킴으로써 랩핑(Lapping), 폴리싱(Polishing), 피니싱 (Finishing) 등의 연마공정이 이루어지는데, 연마체(100)가 피연마체를 연마시키기도 하지만 동시에 연마체 자체도 마모될 수 있다.
더 나아가, 본 발명에서 사용하는 용어 '연마체(100)'는 광학유리, 사파이어 기판, 금속 또는 세라믹 기판 등의 표면을 세정하는 세정 패드 용도 내지 형태를 포함하는 포괄적인 의미로 사용되는 것임을 미리 밝혀둔다.
상기 경우, 세정 패드는 기재(50)와 이 기재(50) 상에 형성되어 실질적으로 기판을 세정하는 세정부(즉, 연마체(100))로 구성된다. 통상적으로 세정부(연마체(100))는 기재(50) 상에 규칙적으로 배열된 다수 개의 돌기 형태로 구성되고, 이러한 세정부(연마체(100))의 상면을 기판에 직접 접촉시킨 후 기판과 세정부를 상대 운동시킴으로써 세정공정이 이루어진다.
도 1은 본 발명에 따른 연마체를 구비하는 연마 패드의 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연마체를 구비하는 연마 패드의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 연마 패드는 기재(50) 및 상기 기재(50) 상에 형성되어 연마 내지 세정 기능을 수행하는 연마체(100)를 포함한다.
본 발명의 기재(50)는 판형 시트로서 그 재질은 특별히 한정하지 않으나, 바람직하게는 고분자 수지로 형성될 수 있고, 상기 경우 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리카보네이트(PC) 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
본 발명의 연마체(100)는 기재(50)의 일면 상에 형성되어 피연마체를 연마 내지 세정하기 위한 구성으로서, 단지 고분자 구조체(10)로 형성되거나 또는 기능재가 분산 혼합된 고분자 구조체(10)로 형성될 수 있다. 그리고, 연마체(100)는 다수 개의 돌기 형태로 형성될 수 있다.
참고로, 본 발명에서 지칭하는 '연마체 수지 조성물'은 이와 같이 연마체(100)를 구성하는 요소들 중 고분자 구조체(10)를 형성하기 위한 조성물을 의미한다.
그리고, 상기 '기능재'란 대표적으로 미립자 형태로 이루어진 연마재(20)일 수 있으며, 이외에 연마 과정에서 기공을 형성하는 기공 형성재(30), 연마 과정 중 연마체(100)를 컨디셔닝(Conditioning)하는 컨디셔닝재(40) 등을 더 포함할 수 있다.
연마재(20)는 산화 알루미늄(Al2O3), 콜로이달 실리카 (Coloidal silica), 용융 실리카(fused silica), 탄화규소(SiC), 산화지르코늄 (zirconia), 산화세륨(CeO2), 산화철(Fe2O3), 산화크롬(Cr2O3), 탄화붕소(B4C), 유리분말, 다이아몬드 및 입방정 질화붕소(cBN) 중에서 선택된 적어도 하나로 구성할 수 있으며, 연마하고자 하는 피연마체의 경도와 동일하거나 높은 경도를 갖는 연마재(20)를 선택하는 것이 바람직하다.
기공 형성재(30)는 예컨대, 글래스 버블(glass bubbles K20, 3M, USA), 익스판셀 (expancel, 920DET80 d25, AkzoNobel, Netherland) 또는 수용성 물질 등을 사용할 수 있다.
연마 패드는 다음과 같은 요구 성능을 개선할 경우 연마/세정 효율을 보다 향상시킬 수 있음을 발견하였는데, 이러한 요구 성능은 연마체(100)의 전술한 구성들 중 특히 고분자 구조체(10)의 물성에 의존하게 된다. 여기서, 상기 '요구 성능'이란 연마/세정 공정 중 연마체(100)가 기재(50)로부터 분리 이탈되거나, 강한 외력에 의해 연마체(100)의 변형(예컨대, 파손, 깨짐, 수축 등)이 발생되는 현상을 억제할 수 있는 특성을 의미한다.
이에, 본원 발명자는 기재(50)에 대한 연마체(즉, 고분자 구조체(10))의 친화력 내지 접착력(즉, 기재(50)로부터의 탈락 저항 능력 이하, '고착력'이라 통칭)을 높임으로써 연마체(100)의 탈거 현상을 방지하고, 소정의 탄성을 부여함으로써 연마체(100)의 변형을 억제하였다.
한편, 연마체(100)는 소정 수준의 연마 또는 세정 성능이 필수적으로 확보되어야 하며 이는 연마체(100)의 경도에 의존하게 된다. 그런데, 수지 소재의 경우 통상적으로 탄성과 경도는 상호 반비례 관계에 있는 바, 전술한 요구 성능을 위해 탄성에 관여하는 조성물의 배합비를 높이면 반대로 경도가 낮아져 연마체(100)의 탈거, 변형 문제는 억제할 수 있으나 연마/세정 효율이 떨어져 연마 패드로서 사용할 수 없는 문제가 발생한다.
이에 본원 발명자는 기재(50)에 대한 연마체(100)의 친화력 내지 접착력을 보장하고, 연마체(100)의 변형을 방지할 수 있으면서, 동시에 충분한 연마/세정 성능도 함께 확보할 수 있는 조성 및 그 배합비를 제시하고자 한다.
이하에서는 연마체(100) 상세하게는 고분자 구조체(10)를 형성하는 수지 조성물에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 연마체 수지 조성물은 종래 대비 올리고머 배합량을 더 높일 수 있으면서도 연마체(100)의 고착력 및 변형 억제 성능은 보다 향상시킬 수 있도록 구성된다.
환언하면, 본 발명의 수지 조성물은 종래 대비 올리고머 배합량을 증가시켜 구조적인 경도를 높이고 동시에 상대적으로 높은 분자량(즉, 분자 체인구조가 긴 것)을 갖는 수지 소재를 사용하여 연마체(100)의 고착력을 증대시켰으며, 비교적 적은 양의 모노머를 사용하더라도 연마체(100)의 변형을 충분히 억제하고 보다 안정된 구조를 확보할 수 있도록 구성된다.
이를 위해, 본 발명의 연마체 수지 조성물은 고분자 구조체(10)의 조성에 있어서 15 ~ 35 중량%의 TMP(EO)nTA 모노머, 30 ~ 60 중량%의 아크릴레이트계 올리고머, 20 ~ 40 중량%의 희석제, 0.1 ~ 15 중량%의 광개시제 및 미량의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 모노머 조성물은 고분자 구조체(10)의 변형 발생을 억제하고 안정된 구조를 확보하기 위한 조성에 해당한다. 또한, 본 발명의 연마체 수지 조성물은 TMP(EO)nTA 모노머에 의해 부여되는 탄성 내지 연신 특성에 의해 공정 중 가해지는 외력에 대한 완충 내지 흡수 작용이 이루어져 기재(50)에 대한 연마체(100) 탈락 현상을 저감시킬 수 있게 된다.
구체적으로, TMP(EO)nTA 모노머는 3의 관능기를 갖고, 고분자 구조체(10)의 전체 조성에 있어서 15 ~ 35 중량%로 혼합되어 탄성에 관여하는 기능을 한다. 그리고 TMP(EO)nTA는 'n'이 6≤n≤15를 만족하는 자연수인 것을 특징으로 한다.
TMP(EO)nTA는 n개의 (EO)기를 갖는 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 (Trimethylolpropane (EO)n triacrylate)로서, 그 구조식은 도 3과 같다.
도 3을 참조하면, TMP(EO)nTA의 (EO)기는 도 3 구조식에 기재된 'a,b 또는 c' 자리에 위치하게 된다. 'a,b 또는 c'에 붙는 (EO)기의 개수는 자연수이고, 그 총합 즉, 'a + b + c'의 값이 TMP(EO)nTA의 'n'에 해당하게 된다.
예컨대, 도 3 구조식의 경우, TMP(EO)nTA의 'n'은 '9'에 해당하고, 상기 경우 'a'위치에 n1 개의 (EO)기가 붙고, 'b'위치에 n2 개의 (EO)기가 붙고, 'c'위치에 n3 개의 (EO)기가 붙으며, 'n1 + n2 + n3'는 '9(n)'를 만족하게 된다.
본 발명의 TMP(EO)nTA 모노머는 이처럼 다수 개의 (EO)기를 갖는 TMP(EO)nTA 중 특히 TMP(EO)6TA ~ TMP(EO)15TA 범위에 있는 것으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 이는, 'n=5' 이하인 TMP(EO)nTA 를 사용하면 수축이 발생하여 연마체(100)의 기재(50)에 대한 고착력과 변형 억제 성능이 요구 성능에 못미치게 되고, 'n=16' 이상인 TMP(EO)nTA 를 사용하면 점도가 너무 높아 연마체(100) 가공성 및 생산성을 만족할 수 없게 되기 때문이다. 참고로, 상기 '가공성'이란 연마체(100)를 정확히 목적하는 형상으로 제조할 수 있는 성질을 의미한다.
따라서, 모노머 조성물 TMP(EO)nTA는 TMP(EO)6TA ~ TMP(EO)15TA(즉, 6≤n≤15)로 구성하는 것이 바람직하고, 탄성 및 가공성을 위한 점도를 모두 고려하면 TMP(EO)9TA(즉, n=9) 또는 TMP(EO)15TA(즉, n=15)로 구성하는 것이 가장 바람직하다.
한편, TMP(EO)nTA 모노머가 전술한 조건(6≤n≤15)을 만족하더라도, 그 배합비가 제1 임계 범위를 초과하면, 연마/세정 성능이 확보되지 못하고, 제1 임계 범위 미만으로 낮아지면 변형 억제 성능이 구현되지 못하게 된다.
상기 제1 임계 범위는 고분자 구조체(10)에 있어서 15 ~ 35 중량%의 TMP(EO)nTA 모노머 배합비를 지칭하며, 바람직하게는 20 ~ 30 중량%의 TMP(EO)nTA 모노머로 배합하는 것이 가장 좋다.
이는, TMP(EO)nTA 모노머의 배합비가 15 ~ 35 중량%에 미달하면 높은 연마/세정 성능은 확보할 수 있으나, 기재(50)에 대한 탈락 방지 및 변형 억제 성능을 충분히 구현할 수 없게 되고, 15 ~ 35 중량%를 초과하면 우수한 연마체(100) 탈락 및 변형 억제 성능을 구현할 수 있으나, 경도(Shore D)가 '60' 미만으로 나타나게 되어 연마/세정 패드로서 기능할 수 없게 되게 때문이다. 이러한 임계 범위에 대한 비교 실험예는 후술하기로 한다.
본 발명의 올리고머 조성물은 연마체(100)의 경도를 제어하여 연마체(100)의 연마/세정 성능을 확보하고, 연마체(100)의 수축률을 최소화하여 기재(50)에 대한 안정된 고착력을 기대할 수 있으며, 자체적으로도 소정의 탄성을 보유하여 TMP(EO)nTA 모노머와 함께 연마체(100) 변형 억제 성능을 보조할 수 있도록 기능한다.
특히, 본 발명의 연마체 수지 조성물은 연마체(100) 변형 억제 성분으로 TMP(EO)n TA 모노머를 채용함으로써 종래 대비 더 많은 양의 올리고머를 혼합할 수 있게 되었고, 이에 따라 연마체(100)의 경도 즉, 연마/세정 성능 및 기재(50)에 대한 고착력을 종래 대비 더 향상시킬 수 있게 되었다.
구체적으로, 올리고머 조성물은 고분자 구조체(10)가 임계치 이상의 경도를 확보할 수 있도록 기능하고 더 나아가 연마체(100)의 탄성에도 관여하도록 구성된다. 여기서, 상기 '임계치 이상의 경도'란 연마/세정 성능을 수행하기 위해 연마체(즉, 고분자 구조체(10))에 요구되는 최소한의 경도를 지칭하며, 구체적으로 쇼어 경도(Shore D)를 기준으로 Shore D '60' 이상이 요구되는 것이 통상적이다.
아크릴레이트계 올리고머는 30 ~ 60 중량%(이하, '제3 임계범위'라 칭함)로 혼합되는 것을 특징으로 한다. 아크릴레이트계 올리고머의 배합비가 30 중량%에 미달되면 TMP(EO)nTA 모노머의 배합비가 상대적으로 많아져 탄성이 지나치게 높아지게 되고 이에 따라 연마체(100)에 요구되는 최소한의 연마/세정 성능을 만족할 수 없게 되며, 기재(50)에 대한 연마체(100)의 고착력도 크게 저하된다. 한편, 올리고머의 배합비가 60 중량%를 초과하면 수지 조성물의 점도가 너무 높아져 연마체(100) 가공성 및 생산성을 만족할 수 없게 된다.
상기의 특성을 고려하여, 올리고머 조성물은 30 ~ 60 중량%로 구성하는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 40 ~ 50 중량%로 구성하는 것이 좋다.
전술한 바와 같이 배합비에 의해 아크릴레이트계 올리고머 조성물은 연마체(100)의 경도 성능을 확보할 수 있게 되는데, 더 나아가 다음과 같은 분자량을 갖도록 구성함으로써 기재(50)에 대한 연마체(100)의 안정되고 견고한 부착 상태를 보장할 수 있고, 자체적으로도 소정의 탄성을 보유하여 TMP(EO)nTA 모노머와 함께 연마체(100) 변형 억제 성능을 보조할 수 있게 된다.
이를 위해, 아크릴레이트계 올리고머는 분자량(MW)이 적어도 2500 이상이고 최대 20000 이하인 아크릴레이트계 올리고머로 이루어지고, 바람직하게는 분자량(MW)이 적어도 3000인 아크릴레이트계 올리고머로 이루어진다.
아크릴레이트계 올리고머의 분자량(MW)을 2500 이상으로 한정하는 이유는 다음과 같다. 아크릴레이트계 올리고머는 분자량이 클수록 수축률이 낮아지고, 점도와 탄성이 높아지는 경향을 나타낸다.
그리고, 아크릴레이트계 올리고머의 전술한 배합비 즉, 30 ~ 60 중량%를 전제할 경우, 본원 발명자는 상기 조건 하에서 적어도 2500인 아크릴레이트계 올리고머를 사용할 때 수축률이 임계 수준 이하로 감소하여 요구 성능을 만족하는 연마체(100) 고착력을 구현할 수 있고, 연마체(100)의 변형 억제 성능 향상에 기여할 수 있음을 다수의 실험을 통해 확인하였다.
아크릴레이트계 올리고머는 수지 성분에 아크릴기가 도입된 광경화성 올리고머로서, 예컨대 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 폴리에테르 아크릴레이트 등일 수 있으며, 바람직하게는 우레탄 아크릴레이트 올리고머 또는 에폭시 아크릴레이트 올리고머일 수 있다.
보다 바람직한 실시예에 따르면, 아크릴레이트계 올리고머는 적어도 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 포함하도록 구성되고, 에폭시 아크릴레이트 올리고머를 더 포함할 수 있다.
상기 경우, 아크릴레이트계 올리고머는 서로 상이한 관능기와 분자량을 갖는 다수 종류의 우레탄 아크릴레이트 올리고머로 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 1 ~ 6의 관능기 중 어느 하나의 관능기를 갖는 우레탄 아크릴레이트 올리고머 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나로 구성된다.
또한, 아크릴레이트계 올리고머는 서로 상이한 관능기와 분자량을 갖는 다수 종류의 에폭시 아크릴레이트 올리고머를 더 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 에폭시 아크릴레이트 올리고머는 1 ~ 6의 관능기 중 어느 하나의 관능기를 갖는 에폭시 아크릴레이트 올리고머 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나로 구성된다.
본 발명의 희석제는 연마체 수지 조성물에 혼합되어 TMP(EO)nTA 모노머의 점도를 낮추는 역할을 한다. 희석제는 반응성 희석제로 구성될 수 있고, 바람직하게는 1의 관능기를 갖는 이소보닐아크릴레이트(Isobornyl Acrylate;IBOA) 모노머로 구성될 수 있다.
본 발명의 광개시제는 광경화성 수지 즉, 아크릴레이트계 올리고머의 중합 및 경화를 위한 첨가제로서, 자외선을 흡수하여 라디칼 혹은 양이온을 생성시켜 중합을 개시시키는 역할을 하며 단독 또는 2-3 종류를 섞어서 첨가될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 광개시제는 0.1 ~ 15 중량%로 혼합되고, 더욱 바람직하게는 1 ~ 10 중량%로 혼합될 수 있다.
광개시제로는 예컨대 벤조인에테르류, 아민류, 포스핀옥사이드, 페닐비스 (2,4,6-트리메틸벤조일) 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 첨가제는 용도 및 필요에 따라 추가적으로 첨가될 수 있는 성분으로서, 대표적인 예로 소포제 내지 착색제 등을 들 수 있다. 예컨대, 소포제를 미량 혼합할 경우, 연마체(100)에 기포/거품이 발생하는 것을 방지하거나 제거할 수 있어 연마체(100)에 의도하지 않은 결함이 발생하는 문제를 방지할 수 있다. 첨가제는 수지 조성물 베이스 대비 0.1 ~ 10 중량부(phr)로 혼합될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 연마체 수지 조성물과 종래 연마체 수지 조성물의 실험예에 대하여 설명하도록 한다. 참고로, 다음의 실험예 1, 비교 실험예 1 및 비교 실험예 2에 사용된 각 성분들의 구입처는 "미원스페셜티케미칼(주)"이다.
<실험예 1>
실험예 1은 본 발명에 따른 연마체 수지 조성물에 관한 것으로서, 그 구체적인 조성 및 배합비는 다음의 (a) 내지 (e)와 같고, (f)의 제조방법에 따라 제조하였다.
(a) TMP(EO)nTA 모노머 : 3 관능기의 TMP(EO)15TA(n=15) 모노머 20 중량%
(b) IBOA 모노머 : 1 관능기의 이소보닐아크릴레이트(IBOA) 모노머 29 중량%
(c) 아크릴레이트계 올리고머 : 분자량 3200인 6 관능기의 우레탄 아크릴레이트 올리고머 30 중량% 및 분자량 5200인 2 관능기의 우레탄 아크릴레이트 올리고머 18 중량%
(d) 광개시제 : I-184 1.5 중량% 및 I-819 1.5 중량%
(e) 첨가제 : 소포제
(f) 제조방법
TMP(EO)15TA(n=15) 모노머 20 중량%와, 이소보닐아크릴레이트(IBOA) 모노머 29 중량%와 6 관능기의 우레탄 아크릴레이트 올리고머 30 중량% 및 2 관능기의 우레탄 아크릴레이트 올리고머 18 중량%를 800rpm의 속도로 50분간 교반하여 혼합한 후 광개시제 및 첨가제를 미량 첨가하여 1200rpm의 속도로 100분 간 교반하여 광중합형 감광성 수지를 제조하였다.
그리고, 상기 교반된 혼합 수지에 연마재를 혼합하여 UV 램프에 경화시킴으로써 연마 패드(세정 패드)를 성형한 후 경도(Shore D) 및 파단점 테스트를 실시하였다.
도 4는 실험예 1에 따라 제조된 연마 패드(세정 패드)의 파단점 측정 데이터로서, 연마체(100)가 기재(50)로부터 탈락 시의 하중을 로드셀을 통해 측정한 것이다. 참고로, 도 3 그래프의 Y축 값 즉, 파단 하중이 높을수록 연마체(100)의 기재(50)에 대한 고착력 (즉, 기재(50)로부터의 탈락 저항 능력)이 높음을 나타낸다.
도 4의 실험 데이터에서 알 수 있듯이, 본 발명의 따라 제조된 연마체(100)는 약 2.7 kgf 내외의 하중이 가해졌을 때 기재(50)와의 탈락을 나타내고 있다. 환언하면, 본 발명의 따라 제조된 연마체(100)는 약 2.7 kgf 내외의 하중까지 견딜 수 있는 저항 능력을 나타내는데, 이러한 특성은 TMP(EO)nTA 모노머에 의해 부여되는 탄성과 충분한 양으로 혼합될 수 있는 올리고머 배합비에 의한 것으로 추정된다.
그리고, 본 발명의 따라 제조된 연마체(100)의 경도(Shore D)는 쇼어 경도(Shore D)를 기준으로 Shore D '68'로 측정되어 연마/세정 패드에 요구되는 통상의 경도 수준을 만족하는 것으로 나타났다.
그리고, 본 발명의 따라 제조된 연마체(100)는 그 연신율 측정 결과, 연신율 4%를 나타내었으며, 이와 같은 연신율에 따른 탄성에 의해 연마/세정 공정 중 연마체(100) 일부가 깨져나가는 현상(즉, 연마체 변형)이 거의 없는 것으로 나타났다.
참고로, 연마 패드 내지 세정 패드는 그 연마/세정 공정시 기재(50)와 함께 축회전하게 되고, 이 때 기재(50)에 형성되어 있는 연마체(100)에는 마찰 등의 외력에 의해 0.8 ~ 1.2 kgf 수준의 하중이 지속적으로 가해지게 된다. 그리고, 연마/세정 성능을 수행하기 위해서 연마체(100)는 적어도 Shore D '60' 이상의 경도가 필요하고, 적어도 3% 이상의 연신율을 보유할 시 연마체(100) 일부 깨짐 현상은 거의 발생하지 않게 된다.
결국, 본 발명에 따른 연마체 수지 조성물을 이용하여 연마체(100)를 성형하게 되면, 최소 이상의 연마/세정 성능을 확보할 수 있으면서, 동시에 공정 중 마찰 하중 등에 의해 연마체(100)가 기재(50)로부터 탈락되지 않을 정도의 고착력과 외력에 의한 연마체(100) 변형 억제 능력을 모두 구현할 수 있게 된다.
참고로, 실험예 1에 있어서, "조성(b) IBOA 모노머"는 "조성(a) TMP(EO)nTA 모노머"의 높은 점도를 낮추어 가공성 및 생산성을 높이기 위한 희석제로 기능하는 것이고, 본원 발명이 구현하고자 하는 물성 즉, 연마체의 탈락/변형 억제 성능은 조성(a) 및 조성(c)에 의존한다. 환언하면, "조성(b) IBOA 모노머"를 배제하더라도 다만 가공성이 떨어질 뿐 <실험예 1>과 거의 동일한 효과를 얻을 수 있다.
<비교 실험예 1>
비교 실험예 1은 종래 연마체 수지 조성물에 관한 것으로서, 그 구체적인 조성 및 배합비는 다음의 (a) 내지 (e)와 같고, (f)의 제조방법에 따라 제조하였다.
(a) HDDA 모노머 : 2 관능기의 HDDA 모노머 5 중량%
(b) PHEA 모노머 : 1 관능기의 PHEA 모노머 35 중량%
(c) PE(EO)n TTA 모노머 : 4 관능기의 PE(EO)n TTA 모노머 15 중량%
(c) TPGDA 모노머: 2 관능기의 TPGDA 모노머 30 중량%
(d) 에폭시 아크릴레이트 올리고머: 분자량 2400인 3 관능기의 에폭시 아크릴레이트 올리고머 10 중량%
(d) 광개시제 : I-184 2.5 중량% 및 I-819 2 중량%
(e) 첨가제 : 소포제
(f) 제조방법
HDDA 모노머 5 중량%와, PHEA 모노머 35 중량%와, PE(EO)n TTA 모노머 15 중량%와, TPGDA 모노머 30 중량% 및 에폭시 아크릴레이트 올리고머 10 중량%를 800rpm의 속도로 50분간 교반하여 혼합한 후 광개시제 및 첨가제를 미량 첨가하여 1200rpm의 속도로 100분 간 교반하여 광중합형 감광성 수지를 제조하였다.
그리고, 상기 교반된 혼합 수지에 연마재를 혼합하여 UV 램프에 경화시킴으로써 연마 패드(세정 패드)를 성형한 후 경도(Shore D) 및 파단점 테스트를 실시하였다.
도 5는 비교 실험예 1에 따라 제조된 연마 패드(세정 패드)의 파단점 측정 데이터로서, 연마체(100)가 기재(50)로부터 탈락 시의 하중을 로드셀을 통해 측정한 것이다.
도 5를 참조하면, 종래 수조 조성에 따른 연마체(100)는 약 1.4 kgf 내외의 하중이 가해졌을 때 기재(50)와의 탈락을 나타내고 있다. 환언하면, 종래 수조 조성에 따라 제조된 연마체(100)는 약 1.4 kgf 내외의 하중까지 견딜 수 있는 저항 능력을 갖고 있다.
그리고, 종래 수조 조성에 따라 제조된 연마체(100)의 경도(Shore D)는 쇼어 경도(Shore D)를 기준으로 Shore D '67'로 측정되어, 통상의 연마/세정 패드에 요구되는 성능을 만족하는 것으로 나타났다.
그리고, 종래 수조 조성에 따라 제조된 연마체(100)의 연신율은 1% 이하로 측정되었으며, 이에 따라 탄성이 거의 없어 연마/세정 공정 중 연마체(100) 일부가 깨져나가는 현상(즉, 연마체 변형)이 나타났고, 하중 저항력 역시 약 1.4 kgf로 낮게 나타났다.
결국, 종래 수조 조성에 따라 제조된 연마체(100)는 연마/세정 능력은 요구 성능에 부합하나, 기재(50)에 대한 탈락 방지 및 변형 억제 성능은 미흡한 것으로 나타났다.
구체적으로, 기재(50)에 대한 연마체(100) 탈락을 억제하기 위해서는 통상적으로 1.2 kgf 이상의 하중을 견딜 수 있어야 하는데, 종래 수조 조성에 따라 제조된 연마체(100)는 최대 약 1.4 kgf 내외의 하중 저항 능력을 갖고 있는 바, 일부 낮은 접착 상태에 있는 연마체(100)는 1.2 kgf의 하중에도 탈락 현상이 발생하게 된다.
<비교 실험예 2>
비교 실험예 2는 본 발명에 따른 연마체 수지 조성물과 동일한 조성으로 이루어지되, 모노머 배합비가 본 발명에서 제시하는 범위와 상이하게 이루어진 것으로서, TMP(EO)nTA 모노머가 본 발명에서 제시한 15 ~ 35 중량%에 미달하는 배합비인 9 중량%로 혼합하였다. 그 구체적인 조성 및 배합비는 다음의 (a) 내지 (e)와 같고, (f)의 제조방법에 따라 제조하였다.
(a) TMP(EO)nTA 모노머 : 3 관능기의 TMP(EO)6TA(n=6) 모노머 10 중량%
(b) IBOA 모노머 : 1 관능기의 이소보닐아크릴레이트(IBOA) 모노머 27 중량%
(c) 아크릴레이트계 올리고머 : 분자량 3200인 6 관능기의 우레탄 아크릴레이트 올리고머 35 중량% 및 분자량 5200인 2 관능기의 우레탄 아크릴레이트 올리고머 25 중량%
(d) 광개시제 : I-184 1.5 중량% 및 I-819 1.5 중량%
(e) 첨가제 : 소포제
(f) 제조방법
TMP(EO)15TA(n=15) 모노머 10 중량%와, 이소보닐아크릴레이트(IBOA) 모노머 28 중량%와 6 관능기의 우레탄 아크릴레이트 올리고머 35 중량% 및 2 관능기의 우레탄 아크릴레이트 올리고머 25 중량%를 800rpm의 속도로 50분간 교반하여 혼합한 후 광개시제 및 첨가제를 미량 첨가하여 1200rpm의 속도로 100분 간 교반하여 광중합형 감광성 수지를 제조하였다.
그리고, 상기 교반된 혼합 수지에 연마재를 혼합하여 UV 램프에 경화시킴으로써 연마 패드(세정 패드)를 성형한 후 경도(Shore D) 및 파단점 테스트를 실시하였다.
도 6은 비교 실험예 2에 따라 제조된 연마 패드(세정 패드)의 파단점 측정 데이터로서, 연마체(100)가 기재(50)로부터 탈락 시의 하중을 로드셀을 통해 측정한 것이다.
도 6을 참조하면, 비교 실시예 2의 수조 조성에 따른 연마체(100)는 약 0.7 kgf 내외의 하중이 가해졌을 때 기재(50)와의 탈락을 나타내고 있다. 환언하면, 본 발명에서 제시하는 TMP(EO)nTA 모노머의 배합비에 미달하는 조성에 따라 제조된 연마체(100)는 약 0.7 kgf 내외의 하중까지 견딜 수 있는 저항 능력을 나타내었다.
그리고, 비교 실시예 2에 따라 제조된 연마체(100)의 경도(Shore D)는 쇼어 경도(Shore D)를 기준으로 Shore D '71'로 측정되어, 통상의 연마/세정 패드에 요구되는 성능을 초과하는 수준으로 나타났다.
그리고, 비교 실시예 2에 따라 제조된 연마체(100)의 연신율은 약 2%로 측정되었으며, 이에 따라 연마/세정 공정 중 연마체(100) 일부가 깨져나가는 현상(즉, 연마체 변형)이 완전히 억제되지 않는 것으로 나타났다.
결국, 비교 실시예 2의 수조 조성에 따라 제조된 연마체(100)는 연마/세정 능력은 통상의 요구 성능 보다 우수하나, 기재(50)에 대한 탈락 방지 및 변형 억제 성능은 미흡한 것으로 나타났다.
구체적으로, 기재(50)에 대한 연마체(100) 탈락을 억제하기 위해서는 통상적으로 1.2 kgf 이상의 하중을 견딜 수 있어야 하는데, 비교 실시예 2에 따라 제조된 연마체(100)는 최대 약 0.4 kgf 내외의 하중 저항 능력을 갖고 있는 바, 기재(50)에 대한 연마체(100) 탈락 현상이 상대적으로 많이 발생하는 것으로 나타났다.
한편, TMP(EO)nTA 모노머가 본 발명에서 제시한 15 ~ 35 중량%를 초과하는 배합비로 혼합하면, 비교 실시예 1과 반대로 3 kgf 이상의 상당히 높은 파단점 특성을 나타내어 우수한 연마체(100) 탈락 및 변형 억제 성능을 구현할 수 있으나, 반면 올리고머 배합비가 낮아져 경도(Shore D)는 '60' 미만으로 나타나게 되어 연마/세정 패드로서 기능할 수 없게 된다.
종합하면, 전술한 실험예 1 및 비교 실험예 1,2에 나타나듯이 본 발명에서 제시한 조성 및 배합비를 갖는 연마체 수지 조성물에 따를 때, 패드의 연마/세정 성능은 물론 연마체의 탈락 및 변형 억제 성능도 함께 구현할 수 있음을 알 수 있다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다.
예컨대, 상기에서는 연마체와 기재는 상호 다른 조성으로 분리 구성되는 것으로 설명 및 도시하였으나, 본 발명의 연마체 수지 조성물을 이용하여 연마체와 기재가 일체로 구성되는 형태로 제조할 수도 있을 것이다.
이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
20: 연마재 10: 고분자 구조체
30: 기공 형성재 40: 컨디셔닝재
50: 기재 100: 연마체
200: 연마 패드

Claims (9)

  1. 기재 상에 구비되는 연마체의 조성물로서,
    TMP(EO)nTA 모노머 15 ~ 35 중량%; 및
    분자량이 적어도 2500인 아크릴레이트계 올리고머 30 ~ 60 중량%;를 포함하고,
    상기 TMP(EO)nTA에서 상기 'n'은 6≤n≤15를 만족하는 자연수인 것을 특징으로 하는 연마체 수지 조성물.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 TMP(EO)nTA 모노머는 TMP(EO)9TA(n=9) 또는 TMP(EO)15TA(n=15)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마체 수지 조성물.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 아크릴레이트계 올리고머는 1 ~ 6 관능기의 우레탄 아크릴레이트 올리고머 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마체 수지 조성물.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 아크릴레이트계 올리고머는 1 ~ 6 관능기의 에폭시 아크릴레이트 올리고머 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마체 수지 조성물.
  5. 제1 항에 있어서,
    20 ~ 40 중량%의 이소보닐아크릴레이트(IBOA) 모노머를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마체 수지 조성물.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 TMP(EO)nTA 모노머는 20 ~ 30 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마체 수지 조성물.
  7. 제1 항에 있어서,
    0.1 ~ 15 중량%의 광개시제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마체 수지 조성물.
  8. 연마용 패드로서,
    제1 항 내지 제7 항 중에서 선택된 어느 한 항의 연마체 수지 조성물에 의해 제조된 연마체가 기재 상에 구비되어 있는 연마용 패드.
  9. 세정용 패드로서,
    제1 항 내지 제7 항 중에서 선택된 어느 한 항의 연마체 수지 조성물에 의해 제조된 연마체가 기재 상에 구비되어 있는 세정용 패드.
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