KR100455338B1

KR100455338B1 - 전자파 차폐용 도전성 페인트

Info

Publication number: KR100455338B1
Application number: KR10-2001-0072565A
Authority: KR
Inventors: 정해룡; 송미경; 배창석; 이원희; 김영호; 김현돈
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 2001-11-21
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2004-11-06
Also published as: KR20030041645A

Abstract

본 발명은 MHz에서 GHz 대역의 전자파를 차단할 수 있는 도전성 페인트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프로필렌 글리콜을 혼합한 폴리에스테르 폴리올 주쇄에 2가 또는 3가의 아민을 적용한 수성 폴리우레탄 분산액 0.2~60 중량%, 평균입도(D50) 1~10㎛의 플레이크 상의 은 분말, 또는 평균입도(D50) 5-50㎛의 플레이크 상의 은이 코팅된 구리 분말 10~60 중량% 및 알코올 10~60 중량%를 포함하는 전자파 차폐용 도전성 페인트에 관한 것이며, 본 발명의 도전성 페인트는 제조가 용이하면서도 우수한 전자파 차폐 효과가 기대되므로 이동통신 단말기, 사무기기, 의료기기 등의 내부 소자로부터 발생되는 전자파에 의한 EMI 문제를 해결할 수 있는 차폐재료로서 매우 유용하다.

Description

전자파 차폐용 도전성 페인트{Conductive paint composition for shielding a substrate against EMI/RFI}

본 발명은 MHz에서 GHz 대역의 전자파를 차단할 수 있는 도전성 페인트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도전성 재료로 금속분말을 사용하고 바인더로 수성 폴리우레탄 분산액을 사용하여 제조된 도전성 페인트에 관한 것이다.

전자제품의 경량화 추세에 의해 소자의 집적도가 증가하면서 각 구성소자로부터 발생되는 전자파는 인접한 소자에 영향을 미쳐 노이즈나 오작동의 원인으로 작용한다. 특히 최근 들어 컴퓨터, 무선전화기, 자동차, 의료기기, 멀티미디어 등의 가정용, 사무용 및 산업용 전자제품으로부터 발생되는 전자파의 차폐규격의 강화되면서, EMI(electromagnetic interference)/RFI(radio frequency interference) 방출에 대한 엄격한 규제가 증가하고 있다.

이와 같은 전자파를 차단할 수 있는 차단방법에는 도금, 진공 증착, 스프레이 코팅 등이 있다. 도금에 의한 차폐기술은 오래전부터 사용되어 왔지만, 제조원가가 높고 복잡한 생산공정, 그리고 환경적인 측면에서 문제점이 발생되어 이에대한 보완점이 시급한 것으로 지적되어 왔다. 진공 증착 역시 제조원가가 높고 장기적인 신뢰성이 문제가 되어 극히 제한된 경우에만 사용되고 있다. 이에 반하여, 금속분말을 사용한 스프레이 코팅에 의한 차폐기술은 적용이 용이하고 환경문제를 해결할 수 있어 널리 사용되고 있는 추세이다.

스프레이 코팅에 사용되는 도전성 페인트의 예를 들자면, 미국특허 제 6,013,203호에는 도전성 재료로서 은분말 또는 은이 코팅된 구리분말을 사용하고 교차결합(crosslinking)이 가능한 유기 바인더를 사용하여 제조된 도전성 페인트에 관한 내용이 기술되어 있다. 여기서 유기 바인더로는 폴리(비닐알코올-코-비닐클로라이드-코-비닐아세테이트 에스터)터폴리머를 MIBK(methyl isobutyl ketone)와 같은 독성이 강한 유기용매에 용해시켜 사용하였다. 그러나, MIBK와 같은 유기용매를 함유한 도전성 페인트를 폴리카보네이트와 같은 플라스틱에 코팅할 경우, 플라스틱을 침식시켜 고유의 물성을 저하시키는 결과를 초래한다.

한편, 미국특허 제 5,696,196호에는 도전성 재료로서 니켈분말 또는 구리분말을 사용하고 수용성 에멀젼 및 우레탄 디스펄젼을 바인더로 사용하여 제조된 도전성 페인트에 관한 내용이 기술되어 있다. 그러나, 이 경우 서로 다른 두 종류의 바인더를 사용하므로 페인트 제조공정이 복잡해지는 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속분말을 유기용매에 분산하여 도전성 페인트를 제조하는데 있어서 환경친화적이고 접착력이 우수한 수성 폴리우레탄 분산액을 바인더로 사용함으로써, 단시간내에 제조가 가능하고 전기적 특성이 우수한 도전성 페인트를 제공함을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 프로필렌 글리콜을 혼합한 폴리에스테르 폴리올 주쇄에 2가 또는 3가의 아민을 적용한 수성 폴리우레탄 분산액 0.2~60 중량%, 평균입도(D50) 1~10㎛의 플레이크 상의 은 분말, 또는 평균입도(D50) 5-50㎛의 플레이크 상의 은이 코팅된 구리 분말 10~60 중량% 및 알코올 10~60 중량%를 포함하는 전자파 차폐용 도전성 페인트를 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 사용된 수성 폴리우레탄 분산액은 지방족 디스펄젼(aliphatic dispersion)으로 프로필렌 글리콜이 혼합된 폴리에스테르 폴리올 주쇄에 2가 또는 3가의 아민을 적용하여 제조된 폴리우레탄 수지를 함유한다. 이러한 수성 폴리우레탄 분산액은 금속분말과 혼합시 혼합이 용이하며, 금속 표면에 충분한 습윤성을 부여하여 소지(substrate)에의 부착력을 부여한다. 본 발명에 사용가능한 수성 폴리우레탄 분산액의 대표적인 예로는 노벤(Noveon)사의 산큐어(Sancure) 12954가 있는데, 이는 상기한 바와 같이 프로필렌 글리콜이 혼합된 폴리에스테르 주쇄에 2가 또는 3가의 아민을 적용한 것이다. 2가 또는 3가의 아민이 적용되지 않은 프로필렌 글리콜을 혼합한 폴리우레탄 주쇄를 사용할 경우에는 결정화도가 낮악져서 폴리우레탄 수지 자체가 유연해지며 금속분말에 대한 젖음현상이 향상되어 저항이 낮아지는 문제점이 발생하기 때문이다.

본 발명의 도전성 페인트 중에 상기 수성 폴리우레탄 분산액의 함량은 0.2~60 중량%인 것이 바람직하다. 상기 수성 폴리우레탄 분산액의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우에는 소지와의 접착성이 불량한 반면, 60 중량%를 초과하는 경우에는 저항이 지나치게 상승하는 경향이 있다.

본 발명에 사용된 금속분말은 은분말 또는 은이 코팅된 구리분말이다. 바람직하게는, 은분말의 경우 평균입도(D50) 1~10㎛의 플레이크상 분말을 사용하고, 은이 코팅된 구리분말의 경우 평균입도(D50) 5~50㎛의 플레이크상 분말을 사용한다. 특히, 본 발명자들은 은분말을 사용하는 경우 평균입도가 1~5㎛인 은분말(이하, "A분말"이라 함)과 평균입도가 4~10㎛인 은분말(이하, "B분말"이라 함)을 혼합하여 사용할 때 도전성이 크게 향상되는 것을 발견하였다. 이것은 크기가 서로 다른 입자를 사용하는 경우에 입자간 접촉이 더 잘 이루어지고, 그 결과 도전성이 향상되기 때문인 것으로 해석된다.

본 발명의 도전성 페인트 중에 상기 금속분말의 함량은 10~60 중량%인 것이 바람직하다. 상기 금속분말 함량이 10 중량% 미만일 경우에는 도전성이 불량한 반면, 60 중량%를 초과할 경우에는 전자파 차폐 효과의 증가에 비하여 페인트 제조원가가 지나치게 상승하는 단점이 있다.

나아가, 상술한 바와 같이 금속분말로서 은분말을 사용하는 경우에는 A 분말과 B 분말을 혼합하여 사용할 수 있는데, 이때 A 분말과 B 분말의 혼합비율은 99.9:0.1 내지 20:80(w/w)의 범위에서 선택되는 것이 바람직하다. 전체 은분말 중에 B 분말의 비율이 80 중량%를 초과할 경우에는 오히려 도전성이 저하되는 반면, B 분말의 비율이 0.1 중량% 미만일 경우에는 상이한 크기의 분말을 혼합함으로써 얻고자 하는 도전성 상승 효과를 달성할 수 없다.

본 발명에 사용가능한 시판 은분말의 구체적인 예로는, 데구사(Degussa)사의 SF-9ED, SF-9, SF-70A, SF-15ED 및 SF-7A; 메탈러(Metalor)사의 P204-2; HRP사의 SF-123 및 SF-162 등을 들 수 있다. 한편, 은이 코팅된 시판 구리분말의 구체적인 예로는 데구사사의 AgCu-1, AgCu-200, AgCu-250, AgCu-300, AgCu-350, AgCu-400, U13-05 등을 들 수 있다.

본 발명에 사용된 알코올은 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 노말부탄올 및이소부탄올 중에서 선택되는 1종이다.

본 발명의 도전성 페인트 중에 상기 알코올의 함량은 10~60 중량%인 것이 바람직하다. 상기 알코올 함량이 10 중량% 미만일 경우에는 코팅 자체가 어려운 반면, 60 중량%를 초과할 경우에는 도전성이 감소하고 코팅 품질이 저하된다. 본 발명에서는 MEK(methyl ethyl ketone) 또는 MIBK(methyl isobutyl ketone)와 같은 부식성이 강한 용제를 사용하지 않고 마일드한 알코올 용제를 사용하므로, 코팅하고자 하는 플라스틱 면에 영향을 거의 주지 않고, 작업자들의 환경안전적인 측면에 있어서도 양호하다. 또한, 비점이 낮은 용매를 선택하여 스프레이 코팅 후 낮은 온도의 건조 조건에서 대량생산이 가능하므로 원가절감이 가능하다.

본 발명의 도전성 페인트는 특수한 제조장치나 방법을 필요로 하지 않으며, 통상의 도전성 페인트 제조방법에 따라 어트리터 등으로 각 성분을 혼합함으로써 용이하게 수득될 수 있다. 이때, 상술한 성분들 이외에도 필요에 따라 소포제와 같이 도전성 페인트 제조에 통상적으로 사용되는 각종 첨가제를 본 발명의 목적에 어긋나지 않는 범위 내에서 추가로 첨가할 수 있다. 최종 페인트 조성물의 점도는 코팅 공정의 용이성을 고려하여 1000~5000 cps의 범위에 드는 것이 바람직하고, pH는 7.0~9.0의 범위에 들도록 조절된다.

이와 같이 제조된 본 발명의 도전성 페인트는 전자파 차폐 목적으로 휴대폰, 노트북 PC 등의 플라스틱 하우징(예컨대, 폴리카보네이트나 폴리카보네이트 얼로이)에 코팅될 수 있다. 본 발명의 도전성 페인트로 형성된 도막은 경도가 우수하고 소지와의 접착성이 우수할 뿐만 아니라, 얇은 도막두께(예컨대, 12.5㎛ 이하)에서도 뛰어난 전자파 차폐 효과를 나타내므로 코팅 제품 생산시 원가절감 효과도 얻을 수 있다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명한다. 하기의 실시예들은 예시적 의미를 지니며 본 발명의 보호범위를 제한하는 것은 아니다.

실시예 1

유니온프로세스사 01-HDDM 모델 어트리터에 이트륨으로 안정화된 지르코니아 비드(YTZ, 2mm) 2007g을 충진한 후, 수용성 우레탄 디스펄젼으로서 산큐어 12954 48g을 투입하고 시판 은분말(SF-70A, Degussa) 186g을 첨가한 다음, 2000rpm에서 30분 동안 회전시켰다. 여기에 에탄올 234g을 첨가하고 500rpm에서 10분간 혼합하여 도전성 페인트를 제조하였다.

물성평가를 위해, 제조된 페인트를 다시 에탄올 100 부피%로 희석한 후, 가로 15cm, 세로 6cm, 두께 2mm 규격의 폴리카보네이트 시트에 건조 도막두께가 12.5㎛가 되도록 스프레이 코팅을 수행하였다. 코팅된 시편을 60℃ 건조로에서 15분간 건조한 다음, 멀티메타를 사용하여 단위면적당 표면저항을 측정하고, 접착력을 ASTM D3359의 기준에 따라 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.

실시예 2

유니온프로세스사 01-HDDM 모델 어트리터에 이트륨으로 안정화된 지르코니아비드(YTZ, 2mm) 2007g을 충진한 후, 수용성 우레탄 디스펄젼으로서 산큐어 12954 96g을 투입하고 시판 은분말(SF-70A, Degussa) 186g을 첨가한 다음, 2000rpm에서 30분 동안 회전시켰다. 여기에 에탄올 183g을 첨가하고 500rpm에서 10분간 혼합하여 도전성 페인트를 제조하였다.

이와 같이 제조된 페인트를 사용하여 상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로 시편을 제조하고 물성을 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.

실시예 3

유니온프로세스사 01-HDDM 모델 어트리터에 이트륨으로 안정화된 지르코니아 비드(YTZ, 2mm) 2007g을 충진한 후, 수용성 우레탄 디스펄젼으로서 산큐어 12954 96g을 투입하고 데구사사로부터 구입한 은분말 SF-70A 93g 및 SF-7A 93g을 첨가한 다음, 2000rpm에서 30분 동안 회전시켰다. 여기에 에탄올 183g을 첨가하고 500rpm에서 10분간 혼합하여 도전성 페인트를 제조하였다.

비교예 1

유니온프로세스사 01-HDDM 모델 어트리터에 이트륨으로 안정화된 지르코니아 비드(YTZ, 2mm) 2007g을 충진한 후, 제네카사의 네오크릴A639 89.44g을 투입하고 Deefo 806102 소포제 0.88g 및 Neorez R966 14.88g을 첨가한 다음, 500rpm에서 10분간 혼합하였다. 여기에 부틸세루솔브 14.88g, 부틸카비톨 6.92g 및 물 130g을 첨가한 후, 500rpm에서 10분간 다시 혼합하였다. 상기 혼합액에 시판 은분말(SF-40, Degussa) 160g을 첨가하고 2000rpm에서 30분 동안 교반하여 도전성 페인트를 제조하였다.

비교예 2

유니온프로세스사 01-HDDM 모델 어트리터에 이트륨으로 안정화된 지르코니아 비드(YTZ, 2mm) 2007g을 충진한 후, 산큐어 12954 0.5g을 투입하고 시판 은분말(SF-70A, Degussa) 186g을 첨가한 다음, 2000rpm에서 30분 동안 회전시켰다. 여기에 에탄올 278.5g을 첨가하고 500rpm에서 10분간 혼합하여 도전성 페인트를 제조하였다.

비교예 3

유니온프로세스사 01-HDDM 모델 어트리터에 이트륨으로 안정화된 지르코니아 비드(YTZ, 2mm) 2007g을 충진한 후, 산큐어 12954 281g을 투입하고 시판 은분말(SF-70A, Degussa) 161g을 첨가한 다음, 2000rpm에서 30분 동안 회전시켰다.여기에 에탄올 18g을 첨가하고 500rpm에서 10분간 혼합하여 도전성 페인트를 제조하였다.

구분	저항(Ω/□ )	접착력
실시예 1	0.015	5B
실시예 2	0.200	5B
실시예 3	0.010	5B
비교예 1	0.620	2B
비교예 2	0.020	1B
비교예 3	1.530	5B

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 도전성 페인트는 제조가 용이하면서도 우수한 전자파 차폐 효과가 기대되므로 이동통신 단말기, 사무기기, 의료기기 등의 내부 소자로부터 발생되는 전자파에 의한 EMI 문제를 해결할 수 있는 차폐재료로서 매우 유용하다.

Claims

프로필렌 글리콜을 혼합한 폴리에스테르 폴리올 주쇄에 2가 또는 3가의 아민을 적용한 수성 폴리우레탄 분산액 0.2~60 중량%;

평균입도(D50) 1~10㎛의 플레이크 상의 은 분말, 또는 평균입도(D50) 5-50㎛의 플레이크 상의 은이 코팅된 구리 분말 10~60 중량%; 및

알코올 10~60 중량%를 포함하는 전자파 차폐용 도전성 페인트.
삭제
삭제
제 1항에 있어서, 상기 은분말이 평균입도(D50) 1~5㎛의 은분말과 평균입도 4~10㎛의 은분말의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 도전성 페인트.
제 4항에 있어서, 상기 평균입도(D50) 1~5㎛의 은분말과 평균입도 4~10㎛의 은분말의 혼합비가 99.9:0.1 내지 20:80(w/w)인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 도전성 페인트.