다양한 성능을 가진 불소수지 가공이나 불소 코팅은 자동차·주택 외벽·전자부품 기판 보호 등 폭넓게 사용되고 있습니다. 그래서 도입을 검토하고 있는 기업들도 많을 것입니다.
하지만 사용되는 불소수지는 타입에 따라 각각의 장점과 단점이 존재합니다. 이 점을 고려하면서 모재나 용도에 맞는 사양의 불소수지 가공이나 불소 코팅을 채택함으로써 효과를 더욱 유효하게 활용할 수 있습니다.
본 글에서는 불소수지 가공이나 불소 코팅의 장점과 활용 장면과 함께 특징과 약점, 공법을 소개하겠습니다.

불소수지를 표면에 피복하려면 크게 나누어 2가지 방법이 있으며, 목적이나 사용 상황에 맞춰 적절한 것을 선택할 필요가 있습니다.
①전문 공장에서 시공하는 "불소수지 가공"
②상온에서 코팅 가능한 "불소 코팅제"
이들 2가지 불소 코트는 얻을 수 있는 효과·사용 방법도 다르므로, 먼저 공통점과 차이점에 대해 살펴보겠습니다.

〇불소수지 가공·상온 불소 코팅의 공통점

불소수지 가공도 상온 불소 코팅제도 각각 피막이 되는 불소수지의 화학적 구조는 다소 다르지만, 발수발유성·비점착성·방오성·윤활성·내산성, 전기절연성 등은 둘 다 공통적으로 가지고 있습니다. 그럼 이 2종류의 불소수지의 차이점(특징과 공법)에 대해 아래에 정리했습니다.

불소수지는 많은 편리한 특성이 있어 폭넓게 활용되고 있지만, 일부 결점도 존재합니다.

강성·경도가 낮음

불소수지는 강성·경도가 낮아 강도가 떨어지는 측면이 있습니다. 강성이란 굽힘이나 비틀림에 대해 형상을 유지하는 성질로, 강성이 낮다=충격에 약하다·변형되기 쉽다고 바꿔 말할 수 있습니다.

비용이 듦

불소수지의 원료비나 가공비는 다른 수지보다 비용이 듭니다. 예를 들어, 실리콘 수지는 비점착성·내열성을 가지고 있으며, 불소수지보다 저렴하게 사용할 수 있습니다. 또한 단열성·유연성·절연성·내마모성 등이 우수한 폴리우레탄 수지도 불소수지보다 저렴합니다. 다만, 역시 내구성이나 내후성은 불소수지가 우수하므로 제품에 따라 구분해서 사용할 필요가 있습니다.

가공·성형이 어려움

불소수지는 매우 우수한 비점착성을 가지고 있지만, 그 성질로 인해 가공·성형은 어려워집니다. 강성·경도가 낮아 부드럽고 상처 나기 쉬우므로 취급에 주의가 필요합니다. 따라서 가공·성형에 특수한 기술·설비가 필요하게 되어 비용이 올라가는 원인이 되기도 합니다.

일부 화학물질에 취약성이 있음

불소는 화학적으로 안정되어 있으며 우수한 내약품성을 가지고 있습니다. 다만, 예외적으로 나트륨·리튬 등 용해 상태의 알칼리 금속, 고농도의 금속수소화합물·암모니아 등에 대해 반응할 수 있습니다.

고온 분해 시 유해 가스 발생

불소수지는 고온이 되면 유해한 가스를 발생시킬 수 있어, 보관 장소나 사용 장소, 사용 방법에 대해 충분한 주의가 필요합니다. 또한 불소수지 가공 시에는 고온으로 가열하여 입자를 융착시키는 "소성" 과정이 있으므로 충분한 환기와 작업자의 안전 확보가 요구됩니다.

불소수지 가공은 모재에 PTFE 등의 불소수지를 분체 도포하고 가열로 용융시켜 피막을 형성하는 방법입니다.
내자외선성·내열성(300~450℃)이라는 특성도 가지고 있어 태양광에 노출되는 제품이나 내열성이 요구되는 소재에 도포하기 적합합니다.
한편으로는 도포 공정 수가 많고 수고와 기술도 필요하므로 전문 공장이 아니면 도포할 수 없습니다.
또한 플라스틱 등 내열성이 없는 소재에는 시공할 수 없어 가공할 수 있는 소재의 제한이 커집니다.

불소수지 가공은 불소수지가 가진 특성 중에서도 내열성이 우수하므로 고온 상황에서 사용되는 프라이팬이나 금형·약품이 통과하는 파이프 내면에 도포되고 있습니다.
또한 자동차 업계에서도 자주 사용되며, 베어링, 자동변속기 씰, 브레이크 패드 등 내열성, 저마찰성을 활용할 수 있는 부품 등에서 불소수지 가공 사용 사례가 많이 보입니다.
그 외에도 절연성이 우수하므로 정보통신기기나 냉장고, 세탁기 등의 가전제품, 자동차 산업이나 우주 업계 등 매우 폭넓은 업계에서도 사용되고 있어 범용성의 높음을 알 수 있습니다.
이 밖에도 옥외에도 강한 특성이 있어 태양광의 자외선에 의한 열화가 적으므로 가옥의 지붕이나 캠핑 용품 등에서도 중용됩니다.
이들 이외에도 내마찰성이나 비점착성, 내약품성, 비점착성 등 다양한 특성을 가지므로 일상적인 용품부터 산업적인 부품까지 다양한 업계에서 불소수지 가공이 활약하고 있습니다.

①모재 인수·검사

불소수지 가공 대상물을 인수하여 수량, 외관(흠집이나 오염 상태), 도장 조건(재질 등)을 확인합니다. 동시에 의뢰대로 도포가 가능한지 여부를 판단합니다.

②탈지

탈지란 모재 표면에 붙어있는 유지 등을 제거하는 것입니다.
용제 세정(기름을 녹이는 성질을 가진 세제를 사용해 세정하는 것)이나 공소를 실시합니다.

③하지 처리

표면 밀착성을 높이고 접착하기 쉽게 하기 위해 하지 처리로서 블라스트 처리나 화성 처리를 실시합니다.
블라스트 처리란 작은 연마제를 모재 표면에 쏘아 표면에 미세한 요철을 형성합니다. 화성 처리란 모재에 화학적으로 표면 가공을 실시해 하지가 되는 피막을 만듭니다.
또한 경우에 따라서는 이들 작업 후에 녹인 금속이나 세라믹 재료를 모재 표면에 분사해 내구성을 높이기도 합니다.

④코트(도포)

불소수지를 분산시킨 도료를 도포합니다. 모재나 도료의 종류, 완성품에 요구되는 성능에 따라 코팅 방법이나 횟수가 다릅니다. 여러 층으로 겹쳐 바르는 경우에는 여러 번에 걸쳐 코팅과 건조를 반복합니다.

⑤건조

수성·용제성 도료의 경우 소성을 실시하기 전에 건조시킵니다.

⑥소성

소성로를 사용해 고온에서 소성을 실시하여 모재에 불소수지를 정착시킵니다.

⑦검사·재도장

당초 의뢰대로 도포가 완성되었는지 확인을 실시합니다. 두께가 부족한 경우 다시 코팅합니다. 눈에 보이지 않는 부분이나 배관 내측까지 정밀한 검사가 필요합니다.

상온 불소 코팅제는 저점도 투명한 용액으로 공급되며, 일반 도료와 같이 붓이나 스프레이로 간단히 도포할 수 있습니다. 도포 후에는 상온에서 건조시키는 것만으로 박막으로 투명한 불소 피막을 형성할 수 있는 코팅제입니다.
가열할 필요가 없으므로 내열성이 없는 소재에도 불소 코팅을 할 수 있습니다. 섬세한 전자기기 기판이나 섬유·피혁 등 전술한 불소수지 가공보다 많은 소재에 도포할 수 있어 사용 용도는 다방면에 걸칩니다. 공정이 용이하므로 불소수지 가공 전문 공장에 의뢰가 불필요하며, 제조 현장에서의 도포가 가능합니다.
한편으로 사용 가능한 내열 온도의 상한이 100~220℃(품종에 따라 다름)가 되어 프라이팬 등 고열하의 용도에는 부적합합니다. 또한 옥외에서 사용하는 제품에 도포한 경우에는 자외선의 영향으로 1년 정도에 재도장이 필요합니다. 불소 코팅이란? 특징·플로로서프와의 차이·종류를 철저 해설!의 이미지

상온형 불소 코팅제를 사용하는 장점으로 아래와 같은 불소수지가 가진 성질을 간단히 얻을 수 있다는 점을 들 수 있습니다.

상온 불소 코팅제의 도포 방법은 일반적인 도료와 같은 방법으로 도포할 수 있습니다. 기본적인 도포 공정의 흐름과 주요 도포 방법을 몇 가지 소개하겠습니다. 기본적인 공정의 흐름

①소재 전처리

대상물에 수분이나 유분, 오염, 먼지 등이 붙어있으면 피막의 밀착 성능이 손상되므로 대상물 표면을 세정 등으로 청정하게 해주세요.
사포질이나 블라스트 등의 전처리도 유효합니다.

②도포

대표적인 도포 방법은 아래와 같은 방법이지만, 이 외에도 일반적인 도장 기법을 이용하실 수 있습니다.
1．수작업 도포(붓·필)
붓·필·스펀지 롤러로 코팅제를 도포합니다. 간단히 처리할 수 있는 반면, 얼룩이나 막 두께의 편차가 생기기 쉽고 도포자에 따라서도 품질에 차이가 납니다. 소량 다품종 생산 공정에 적합합니다.
2．스프레이 건
시판 도장용 스프레이 건으로 바릅니다. 비교적 간단하고 아름다운 도막이 가능하지만 비산량이 많아 코팅액이 낭비되기 쉽습니다. 도포자에 따라서도 품질에 차이가 납니다.
3．스프레이 코터·디스펜서 머신(XY 로봇 포함)
스프레이 코터나 디스펜서 머신에 의한 도포. 모두 대량 생산용으로 정확하게 막 두께 조절이 가능합니다. 넓은 면적을 바르는 경우는 스프레이 코터, 부분적으로 바르는 경우는 디스펜서 머신이 적합합니다. 스프레이 코터의 경우는 비산에 의한 코팅제 손실을 최소화하는 조건 설정이 필요합니다.
4．디핑
코팅제에 대상물을 침지하여 도포합니다. 비교적 균일한 피막 두께를 얻을 수 있고 복잡한 형태에도 대응할 수 있습니다. 이 방법에서는 대상물의 모든 부분을 완전히 코팅할 수 있지만 불필요한 부분에도 도포됩니다. 침지 후 인상 속도와 코팅제 농도로 막 두께를 조절합니다.
생산 공정에서 사용하는 경우는 시간 경과와 함께 용제가 증발해 수지분 농도가 변화할 수 있어 수시로 농도 관리를 실시할 필요가 있습니다. 소량 생산의 경우는 수동으로 할 수 있지만 대량 생산의 경우는 디핑 머신으로 할 수 있습니다.
5．스핀 코팅
대상물을 회전시킨 상태에서 위에서 코팅제를 적하합니다. 원심력으로 코팅액이 젖어 퍼져 도포할 수 있습니다. 대상물은 평면에 한정되고 전용 코팅 머신이 필요하지만 박막으로 균일한 코팅이 가능합니다. 반도체 웨이퍼 등에서 자주 사용됩니다.

③건조

도포 후에는 상온에 놓아두는 것만으로 건조가 가능합니다. 막 두께와 필요한 건조 시간은 비례합니다. 20미크론을 초과하는 막 두께의 경우는 가열하면 기포나 균열이 발생할 가능성이 있으므로 실온에서 양생해주세요. 또한 겹쳐 바르는 경우는 한 번 도포한 후 충분한 건조 시간이 필요합니다.

불소수지 가공의 용도로서 가까운 존재가 프라이팬이나 구이틀, 뒤집개, 접시 등의 식기나 조리 기구입니다. 불소수지의 열에 강하고 들러붙지 않는 특성을 주방 도구에 이용함으로써 보기 좋은 요리가 될 뿐만 아니라 설거지도 간단해집니다.
또한 전선이나 기계류 케이블도 불소수지로 덮여 있습니다. 불소수지는 전기를 통하기 어려운 성질을 가지고 있어 절연재로서 매우 유효합니다. 내열성도 높아 만일 쇼트 등이 일어나도 피해를 확대시킬 걱정도 없습니다.
이 밖에도 들러붙지 않는 데다 내마모성이나 내약품성도 있어 카테터나 주사기, 마우스피스 같은 의료 기구에도 불소수지 가공이 활용되고 있습니다.
실은 불소수지가 도포되어 있다는 것을 모르고 사용되고 있는 아이템이 많이 있는 것입니다.

불소 가공이라고 하면 우리 생활에 가까운 것은 프라이팬 등의 조리 기구가 아닐까요. 플로로서프와 같은 상온 불소 코팅제와는 어떤 차이가 있는지 살펴보겠습니다.

프라이팬에 사용되는 불소 가공은 알루미늄이나 스테인리스 등의 기재에 불소수지를 바르고 고온에서 구워 정착시킵니다.
불소수지는 단독으로는 금속에 직접 부착하지 않으므로 하지로 접착제를 사용합니다.
불소수지로서 PTFE(사불화에틸렌 수지)나 PFA(퍼플루오로알콕시알칸) 등이 있으며, 강도나 내구성을 향상시키기 위해 아래와 같이 여러 소재와 조합한 것도 인기가 있습니다.
・마블 코트
마블 코트는 불소수지에 인공 대리석이나 광물을 섞어 내구성을 향상시킨 가공 방법을 말합니다.
일반적으로 프라이팬은 검은 표면의 것이 많지만, 마블 코트 프라이팬은 표면에 흰 대리석 입자가 흩뿌려져 있는 것이 특징입니다.
・다이아몬드 코트
나노다이아몬드라고 불리는 인공 다이아몬드 입자를 불소수지에 섞어 프라이팬 표면을 코팅합니다.
단단한 소재와 들러붙지 않는 불소수지를 섞으므로 코팅이 오래 유지된다고 합니다.
・티타늄 코트
불소수지에 티타늄을 섞어 코팅한 것입니다.
티타늄은 철의 2배 강도가 있으므로 여러 프라이팬 표면 가공 중에서도 특히 내구성이 높다고 합니다.

프라이팬 표면 가공에서 침투되어 있는 것이 "테플론"이라는 명칭입니다.
테플론 가공이라고 하면 테플론이라는 소재가 있는 것처럼 생각되지만, 실은 테플론 가공도 불소수지를 가리키고 있습니다.
그럼 왜 이름이 다를까요? 실은 테플론이란 듀폰사의 상표 등록명입니다.
1938년 플런킷 박사가 냉매 연구를 하던 중 우연히 생겨난 것이 불소와 탄소가 결합해 후에 테플론이라고 불리는 수지 폴리머였습니다.
이 불소수지는 비점착성이 높을 뿐만 아니라 열에 강하고 타기 어려우며 약품 등에도 강한 것이 밝혀져, 1950년대 후반에는 테플론 가공을 실시한 프라이팬이 발매되어 현재까지 세계 각지에서 폭넓게 사용되고 있습니다.

흔히 테플론을 비롯한 불소수지 가공을 실시한 프라이팬은 "공구이를 하면 안 된다" "튀김을 하면 안 된다" 등으로 말합니다.
그것은 불소수지의 사용 상한 온도를 초과하면 열분해로 코팅이 벗겨지기 때문입니다.
프라이팬 표면 가공에 자주 사용되는 불소수지 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)나 PFA(퍼플루오로알콕시알칸)의 상한 온도는 260℃ 정도.
불 조절에도 따르지만 공구이를 하면 몇 분만에 이 상한 온도를 초과하여 코팅이 벗겨지기 쉬운 상태가 됩니다.
나아가 열분해가 시작되는 350℃까지 도달하면 유해한 가스나 미립자 물질이 발생한다고 되어 있어 불소 코팅 프라이팬에서는 공구이가 엄금되고 있습니다.
만일 고온에서 불소수지 가공 프라이팬을 공구이해버린 경우는 즉시 창문을 열고 환기를 하세요.
조리 전 예열이나 남은 수분을 증발시키기 위해 불에 올리는 행위도 피하는 것이 안심입니다. 기름을 두르거나 식재료를 넣어 온도가 급격히 올라가는 상태를 피해주세요.
식재료를 조리하고 있을 때 온도는 150~190℃ 정도이므로 보통으로 사용하는 한 안전면에서 문제는 없습니다.

플로로서프는 특수한 불소수지를 불연성 불소계 용제나 유기 용제를 사용해 용액화한 제품입니다.
붓이나 와이프를 사용해 바르거나 코팅하고 싶은 대상물을 플로로서프에 침지하여 건조시키는 것만으로 불소계 수지 피막이 형성되므로 프라이팬 등의 코팅처럼 접착제를 사용하거나 고온에서 구워 붙이는 공정은 불필요합니다.
그래서 손쉽고 간단히 도포시킬 수 있습니다.
균일하게 코팅하기 위해 플로로서프를 바르기 전에 에탄올이나 세정제로 표면을 탈지하는 것을 잊지 마세요.
플로로서프는 고온에는 약하므로 조리 기구 등 식품에 닿는 것에 대한 가공에는 적합하지 않습니다.
하지만 부품이나 소재가 가공 작업으로 열에 의한 영향을 받지 않고 불소수지 피막도 매우 얇게 마무리되므로 기판이나 배선판 등의 정밀 기기나 목재나 견제품 등 섬세한 소재의 방습·발유 가공 등에 최적입니다.
엘리베이터 조작반이나 디스플레이의 지문 저감부터 LED를 황화 가스로부터 보호하기 위한 내산성 가공 등 다양한 분야에서 플로로서프가 도입되고 있습니다.

불소 코팅제나 불소수지 가공은 그 특이성으로 다양한 용도에 이용되고 있습니다.
각각 특성이 다른 면도 있고 장단점도 있으므로 사용하실 용도, 경제면도 함께 충분히 검토하여 적절한 처리 방법을 선택해주시기 바랍니다.