현재까지의 플라스틱 가식기술 :: 산업동향

1. 서론
플라스틱 성형품의 품질을 향상시키는 수단으로 가식에 대한 관심이 점점 높아지고 있다. 최근 플라스틱 표면 가식기술은 단순한 가식에 그치지 않고 각종 기능을 부여한 ‘기능성 부여 가식’으로 발전하며 플라스틱에서 중요한 한 분야가 되고 있다. 또한 도장 등 웨트(Wet) 방식의 가식은 VOC 배출 문제나 비용 문제가 있어 최근에는 ‘무도장(無塗裝), 무도금(無塗金) 가식기술’의 니즈가 높아지는 추세다.
따라서 본고에서는 플라스틱 표면 가식기술의 최신 동향을 살펴봄으로써 앞으로의 방향을 살펴보고자 한다.

2. 무도금 가식기술로 주목받는 NSD(Non Skin Decoration)
요즘에는 성형품에 특별히 표면층을 부여하지 않고, 사출 성형의 3대 요소인 성형 재료, 성형 금형, 성형 기술의 발전에 의해 표면 외관을 향상시키는 기술이 가식의 한 분야로 자리를 잡았다. 본문에서는 이를 NSD(Non Skin Decoration)라고 명명하고자 한다.
본 기술은 특별한 표면층을 부여하지 않고 가식을 진행함으로써 무도장(無塗裝), 무도금(無塗金) 가식기술로 주목받고 있다. 다른 기술을 포함한 무도장 가식기술은 <표1>을 통해 살펴볼 수 있다.

2-1. 착색 재료를 중심으로 하는 도장대체(무도장) 가식기술
화장품 용기 등에서 보통 오리지널리티를 표현하거나 이미지 컬러를 사용할 때 착색이 적극적으로 이용되고 있다. 또한 각종 의장성 필러를 이용한 메탈릭, 피아노블랙, 펄 코팅 등의 의장 표현도 자주 시행된다. 무도장 가식의 관점에서 유니티카 주식회사(UNITIKA)는 나노컴포지트 나일론에 메탈릭색을 발현하는 입자를 배합한 메탈릭 수지를, 다이셀폴리머 주식회사는 PC/PMMA를 유기계 흑색 염료로 착색한 피아노블랙 재료를 선보였다. 또한 미쓰비시화학은 바이오 PC를 개발해 무도장 자동차 내장 부품에 채용했으며, 향후 무도장 외장 부품으로의 이용도 적극적으로 검토 중이다. 금형 표면의 고품위 전사 성형 기술을 병용하는 것이 좋은 방법이라 사료된다.

2-2. 주름, 패턴 전사 성형을 중심으로 하는 도장대체 (무도장) 가식 기술
주름 가공은 기존부터 널리 사용되어 온 에칭 주름 외에 세라믹 주름, 3D 디지털 주름이 최근 이슈로 떠오르고 있다.
먼저 TANAZAWA HAKKOSHA의 세라믹 주름은 금형에 단열층을 점착하는 방법으로 주름을 만드는데, 이 단열층은 외관 향상에도 상당한 효과가 있다. 또, K'S DESIGN LAB의 3D 디지털 주름은 디지털 데이터로부터 KASHIYAMA 금형, ISE 금형(伊勢金型) 등을 기계 가공 또는 레이저 가공한 것으로, 다양한 주름 패턴의 고정도 가공이 가능하다. 패턴 경사각의 변화, 색상의 변화뿐 아니라 지문 방지에도 효과가 있으며, 외관 불량 발생률도 감소시켜준다. 그 외에 기후타다정기(岐阜多田精機), 제일수지공업(第一樹脂工業)에서도 동일한 금형을 만들고 있는 것으로 알려졌다. <사진1>은 3D 디지털 주름을 나타낸 것으로, 후술하는 금형 표면 고품위 전사 성형기술을 병용하면 더 뛰어난 효과를 기대할 수 있다.

2-3. 금형표면 고품전사 성형을 중심으로 하는 도장대체(무도장) 가식 기술
성형 조건을 최적화하면 금형 표면을 충실히 전사한 성형품 제작에서 큰 효과를 볼 수 있다. 금형 표면 고품위 전사 성형기술을 <표2>에 소개했다. 이는 용융수지의 금형 충진에 대한 대책을 중심으로 하는 기술과 금형 충진 직후의 대책을 중심으로 하는 기술로 분류된다.
용융수지의 금형 충진에 대한 대책을 중심으로 하는 기술은 충진 시 금형 표면 온도를 높게 유지해 스킨 층의 성형을 늦추고, 금형 표면의 전사성을 향상시켜 외관을 양호한 상태로 만드는 기술이다.

용융수지 충진 시 금형의 표면 온도를 높게 유지하는 수단에 따라 ▲사이클 가열 냉각법 ▲금형 표면 순간 가열법 ▲금형 표면 단열법 ▲특수 금형 사용법으로 나눌 수 있다.
사이클 가열 냉각법과 금형 표면 순간 가열법은 일반적으로 ‘히트&쿨’이라고 불리는 방법으로 많은 현장에서 활용되고 있다.
사이클 가열 냉각법의 대표적인 기술과 효과 예를 <사진2>에, 실용품의 효과 예를 <사진3>에 표시했다. 무도장으로도 충분히 양호한 외관을 만들 수 있는데 이는 도장품과 비교할 때 가격 면에서 30~40%, VOC배출량에서 30% 정도의 삭감 효율이 있다고 한다. 그 외에 히터 가열, 전자유도가열 등이 실용화되고 있다.
금형 표면 단열법은 단열층의 내구성 등을 이유로 사용이 한정적이다. 특수 금형 사용법은 히트&쿨용 장치를 사용하지 않고 재료 선택, 금형 연구와 가열, 유동 컨트롤로 양호한 외관을 만드는 기술이다. 현재 아사히전기(旭電器), 무로시마정공(室島精工), 후루야공업(フルヤ工業) 등에서 개발되고 있으며, 히트&쿨보다 비용을 줄이는 방법과 적용 범위의 확대, 보급을 중심으로 연구 중이다. 한편, 에어·가스 주입법은 금형 충진 직후에 에어·가스를 주입해 제품의 의장면측을 금형에 밀착시키고 외관을 향상시키는 기술이지만 현장에서 그다지 활용되고 있지는 않다.