KR100580814B1

KR100580814B1 - 도전성 페인트 조성물

Info

Publication number: KR100580814B1
Application number: KR1020040014520A
Authority: KR
Inventors: 윤종국; 백성인; 김관희; 한규석; 김윤철; 박호진
Original assignee: 주식회사 코오롱
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2006-05-16
Also published as: KR20050089216A

Abstract

본 발명은 무기 은 플레이크 또는 은 분말, 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지, 알코올계 용제 및 침강방지제로서 발연 실리카 미립자를 포함하는 도전성 페인트 조성물을 제공하는 바, 이는 은 입자의 분산안정성이 우수하여 보관안정성 뿐만 아니라 코팅작업이 더욱 용이하도록 하는 것이다.

Description

도전성 페인트 조성물{Composition of conductive paint}

본 발명은 도전성 페인트 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무기 은 플레이크 또는 은 분말을 포함하는 도전성 페인트 조성에 침강방지제로서 발연 실리카 미립자를 포함하여 분산안정성을 향상시킨 도전성 페인트 조성물에 관한 것이다.

최근 전자기기 등의 전자파 차폐성, 제전성, 정전기 방지성이 요구된 분야에 있어 도전성 도료가 폭넓게 사용되고 있다.

이러한 도전성 도료에 있어서는 필러로서 은, 니켈, 동, 알루미늄 등의 금속 미립자, 탄소 미립자 등이 사용되고 있으며, 이 가운데 은(Ag)은 가격이 비싸고 비중은 높지만 다른 도전성 재료들에 비하여 적은 양으로도 높은 도전성을 얻을 수 있는 장점이 있다.

또한, 전자기기들이 더욱 소형화되면서 고기능화되고 있어 도료의 피막 두께도 최소한의 두께를 유지해야할 필요가 있기 때문에 고효율성 필러로서 은이 더욱 일반적으로 선택되고 있다.

그러나 은은 가장 우수한 도전 특성을 가짐에도 불구하고 금속으로서는 비중이 높아 도료 중에서 침전되어 고착되거나 응집되어 코팅 작업을 수행하기 곤란하거나 불량한 도막을 형성하는 등의 문제가 있다.

이의 방지를 위해서 은을 포함하는 도전성 페인트 조성물 중에 침강방지제를 포함하는 경우가 개시되어 있다.

일예로 대한민국 특허공개 제2002-53467호에는 우레탄 디스퍼젼 수지 10∼30중량%, 은 금속 10∼50중량%, 용제 20∼50중량%, 침강방지제 0∼5중량%를 함유하며, 전체 도료에 대한 고형분이 30∼60중량%인 전자파 차폐용 도료 조성물이 개시되어 있다. 여기서, 침강방지제로는 마그네슘 실리케이트 수화물로서 세피오라이트 타입의 것이 바람직한 것으로 개시되어 있다.

그러나, 마그네슘 실리케이트 수화물로서 세피오라이트 타입의 것을 사용할 경우에는 분산성이 좋지 않고 레올로지 조절이 어려운 문제가 있을 수 있다.

이에, 본 발명자들은 개시된 침강방지제인 마그네슘 실리케이트 수화물에 비해 보다 우수한 분산안정성을 나타낼 수 있는 도전성 페인트 조성물을 개발하기 위해 연구하던 중, 침강방지제로서 발연 실리카를 사용한 결과, 향상된 분산안정성을 가짐을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 은 입자의 분산안정성이 우수하여 보관안정성 뿐 만 아니라 코팅작업이 더욱 용이한 도전성 페인트 조성물을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 도전성 페인트 조성물은 무기은 플레이크 또는 은 분말, 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지, 알코올계 용제 및 침강방지제를 포함하는 것으로서, 이때 침강방지제는 발연 실리카 미립자인 것임을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 도전특성이 가장 뛰어난 무기 은 플레이크 또는 은 분말을 선정하고, 폴리카보네이트(PC), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), ABS-PC 복합소재 등에 대한 밀착성이 가장 우수한 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지에 알코올계 용제를 적정량 배합한다. 여기에 침강방지제로서 발연 실리카 미립자를 포함한다.

구체적으로 발연 실리카 미립자로는 입자크기가 5∼30nm이고 비표면적이 300∼500㎡/g인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이같은 발연 실리카 미립자는 폴리머 및 유기 시스템과의 가교결합을 통하여 보강제로서 작용할 뿐만 아니라 실리카 응집체의 매우 큰 표면적을 갖는 미세한 미립자로서 치밀한 필러로 작용하며 표면화학적으로는 실리카 미립자표면에서 알코올류 용매와 고분자 바인더와의 수소결합으로 인하여 형성되는 입체적인 강력한 구조물이 비중이 큰 은(Ag) 입자 또는 플레이크를 지지함으로써 우수한 침강방지 안정 성을 얻을 수 있다.

또한 이와같은 실리카의 망상(network)구조들에 의해 형성된 aggregate linkages는 액상계의 점도 및 요변성(thixotropy)을 증진시켜 레올로지의 제어가 가능하게 된다. 발연실리카를 이용한 formulation 공정 중 액상계의 히드록시기는 입자표면의 실리콘 원자와 흡착하여 표면화학적으로 친수성을 띄게되어 강한 가교결합의 원인이 된다.

입자표면에 수분을 흡수하는 수분흡수특성(moisture adsorption)은 전체표면적이 크고 입자의 크기가 작을수록 증가하게 된다, 예를 들어 비표면적이 300㎡/g 이상인 발연실리카 입자의 경우(예, Cabot사의 CAB-O-SIL EH-5(350∼410㎡/g), HS-5(300∼350㎡/g) 등)가 비표면적이 300㎡/g미만인 경우(예, Cabot사의 CAB-O-SIL M-5(175∼225㎡/g), LM-130(115∼145㎡/g) 등)보다 평균 수분흡수율이 3배 이상 높아 분산과정 중에 보다 안정하고 강한 가교결합에 의하여 효과적인 증점 및 침강방지 특성을 얻을 수 있는 점을 고려한 것이다.

이같은 침강방지제의 구체적인 예로는 Cabot사의 CAB-O-SIL EH-5(350∼410㎡/g), HS-5(300∼350㎡/g), H-5(275∼325㎡/g) 등을 들 수 있다.

이와 같은 침강방지제를 사용하게 되면 무기 은 분말이나 플레이크 소재의 높은 비중으로 인해 침전되고 응집되는 문제를 해결하여 도료 중에서 은 입자를 균질하게 분산, 안정화시킴으로써 도료의 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 균질한 도막을 형성할 수 있다.

이같은 역할을 하는 침강방지제의 함량은 전체 도료 조성 중 1.0∼4.0중량% 인 바, 그 함량이 1.0중량% 미만이면 침강방지효과가 미미하며 4.0중량% 초과면 침강방지효과는 좋으나 알코올에 희석용액의 점도가 너무 높아 스프레이 작업성이 어려운 문제가 있을 수 있다.

한편, 무기 은 플레이크 또는 분말은 Ferro사에 의해 시판되는 Silver Flake #SF70A(입자크기 D50=3㎛), Silver Flake #SF7(입자크기 D50=7㎛), Silver Flake #SF7A(입자크기 D50=7㎛), Silver Flake #9AL(입자크기 D50=5㎛), Mitsui사의 Silver Powder SPH02JF(입자크기 D50=2.3㎛), SPN 10JF(입자크기 D50=3.8㎛) 등을 사용할 수 있다.

그 함량은 통상 전체 도료 조성물 중 20∼70중량%인 것이 바람직한 바, 그 함량이 20중량% 미만이면 안료의 접촉면이 줄어들어 저항 값이 상승하는 문제가 있고, 70중량% 초과면 안료대비 바인더 함량의 부족으로 부착 및 색락성 저하의 문제가 있다.

수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지는 신율, 부착성, 상용성이 우수하여야 하는 바, 일예로서 AVECIA사의 지방족 폴리에스터 타입의 NeoRez R-550, Neorez R-972, NeoRez R-981, NeoRez R-987와 Noveon사의 지방족 폴리에스터 타입의 Sancure 777, Sancure 815, Sancure 843, Sancure 899, 그리고 보광화학의 RS-835, RS-825 등을 들 수 있다.

그 함량은 전체 도료 조성 중 10∼25중량%인 것이 바람직한 바, 그 함량이 10중량% 미만이면 소지에 대한 부착력이 떨어지고, 30중량% 보다 과량이면 과잉의 바인더가 은을 도포하게 되어 도료의 전도도가 감소하게 되는 문제가 발생한다.

알코올계 용제로는 은 분말과 폴리우레탄 수지에 대해 상용성을 지니는 저급 알코올인 에틸알코올, 메틸알코올 또는 이소프로필 알코올을 사용할 수 있다.

알코올 용제의 함량은 전체 도료 조성 중 35 내지 45중량%인 바, 만일 그 함량이 35중량% 미만이면 바인더의 조막형성을 돕지 못하여 부착성 등 물성저하의 원인이 될 수 있고, 45중량% 보다 과량이면 건조 후에도 잔여의 용제에 의해 도막 저항값 상승의 원인이 될 수 있다.

그밖에 발연 실리카 화합물의 분산성 및 유사소성(pseudoplastic) 레올로지의 조절을 위한 레올로지 조절제로서 디에탄올아민과 포스포인산, 및/또는 트리에틸아민과 무수말레산을 사용할 수 있다. 첨가시 그 함량은 전체 도료 조성 중 0.5중량% 이하인 것이 바람직하다.

그리고, 침강방지제의 가교능(cross-linking ability)을 향상시키기 위한 가교촉진제로서 알킬레이티드 멜라민 포름알데히드 레진을 첨가할 수 있다. 첨가시 그 함량은 전체 도료 조성 중 0.5중량% 이하인 것이 바람직하다.

그밖에도 분산제, 경화제 및 소포제 등을 필요에 따라 첨가할 수 있다.

이와같이 얻어진 도료 조성물의 고형분 함량은 45∼55중량%인 것이 바람직하며, 제조 점도는 15000∼35000cps(측정점도계 브룩필드점도계 DV-II+ Viscometer, 스핀들 번호:7, 스핀들 속도:20rpm)이다.

본 발명에 따른 도료 조성물을 사용함에 있어서는 도장작업시 스프레이를 이용하여 수행할 수 있으며, 원활한 작업을 위해 에틸알콜 및 아세톤에 30∼60%로 희석 사용할 수 있다.

이와같은 조성의 도료 조성물은 도전성을 가지므로 핸드폰 케이스, 컴퓨터 부품 및 케이스 등과 같은 전기, 전자기기 분야에 매우 유용하다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼6 및 비교예 1∼2

다음 표 1에 나타낸 바와 같은 조성을 용매에 혼합하여 볼밀에서 밀링하여 도료를 완성하였다.

(단위: g )
	실시예						비교예
	1	2	3	4	5	6	1	2
은	350	350	350	350	350	350	350	350
용제 (메탄올, 에틸알콜)	430	430	430	430	430	430	430	430
발연 실리카 화합물	16.2 (EH-5)	16.2 (EH-5)	16.2 (EH-5)	16.2 (EH-5)	16.2 (EH-5)	16.2 (EH-5)	-	16.2 (M-5)
수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지	151	151	151	151	151	151	151	151
분산제	10.2	10.2	10.2	10.2	10.2	10.2	10.2	10.2
소포제	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5
1-메틸-2-피롤리디논	5.4	5.4	5.4	5.4	5.4	5.4	5.4	5.4
포스포인산	-	3.0	-	-	-	3.0	-	-
무수말레산	-	-	3.0	-	3.0	-	-	-
디에탄올아민	-	3.0	-	-	-	-	-	-
트리에틸아민	-	-	3.0	-	3.0	3.0	-	-
알킬레이티드 멜라민 포름알데히드	-	-	-	3.0	3.0	3.0	-	-
은: Ferro사의 실버 Flake #SF70A, 입자크기 3㎛(D50) 발연 실리카 화합물: Cabot사 CAB-O-SIL EH-5, 입자크기 5∼30nm, 비표면적 350∼410㎡/g 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지: 보광화학 RS-835 분산제: BYK-Chemie사 Disper-BYK 소포제: BYK-Chemie사 BYK-019

상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 2에 따라 얻어진 도료 조성물에 대하여 분산안정성을 평가하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다. 구체적인 평가방 법은 다음과 같다.

제조된 도료의 분산안정성은 다음과 같은 원액도료조성물의 시간에 따른 저장안정성과 도막 스프레이를 위한 에틸알콜에 희석된 도료의 침전상태를 측정함으로 분산물성 시험을 수행하였다.

(1)고온저장 시험

제조된 도료조성물의 원액을 60℃의 오븐에 120시간을 방치한 후 도료의 침강상태를 육안으로 관찰하였다.

◎ : 우 수 ○ : 양 호

△ : 보 통 × : 불 량

(2)희석도료의 침전시험

제조된 코팅제 조성물을 사용하기 위해서는 에틸알콜 또는 아세톤에 부피비 1 : 1로 희석하여 스프레이를 한다. 침강정도를 측정하기 위하여 내경이 1cm인 시험관에 높이 10cm만큼 희석된 도료를 채운 후 상온에서 24시간 경과 후 침전된 거리를 측정하였다.

◎ (우수) : ∼ 1cm 미만, ○(양호) : 1 cm ∼ 2cm 미만,

△ (보통): 2 cm ∼ 4cm 미만, × (불량) : 4 cm 이상

	실시예						비교예
	1	2	3	4	5	6	1	2
고온저장시험	○	○	○	○	◎	◎	×	○
희석도료의 침전시험	○	◎	◎	◎	◎	○	×	△

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 침강방지제로서 발연 실리카 미립자, 특히 일정 조건을 만족하는 발연 실리카 미립자를 사용한 도전성 페인트 조성물은 통상의 침강방지제를 포함하는 것이나 이를 포함하지 않는 것에 비하여 우수한 분산안정성을 보인다.

Claims

(정정) 무기 은 플레이크 또는 은 분말, 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지, 알코올계 용제 및 침강방지제를 포함하는 도전성 페인트 조성물에 있어서,

상기 침강방지제는 입자크기 5∼30 nm이고, 비표면적 300∼500㎡/g인 발연 실리카 미립자인 것임을 특징으로 하는 도전성 페인트 조성물.
제 1 항에 있어서, 무기 은 플레이크 또는 은 분말 20∼70중량%, 수계용 폴리우레탄 디스퍼젼 수지 10∼25중량%, 알코올계 용제 25∼60중량% 및 침강방지제로서 발연 실리카 미립자 0.5∼7.0중량%를 포함하는 것임을 특징으로 하는 도전성 페인트 조성물.
(삭제)
제 1 항에 있어서, 발연 실리카 화합물의 분산성 및 유사소성(pseudoplastic) 레올로지의 조절을 위한 레올로지 조절제로서 디에탄올아민과 포스포인산의 혼합물 또는 트리에틸아민과 무수말레산의 혼합물을 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 도전성 페인트 조성물.
제 1 항에 있어서, 침강방지제의 가교능(cross-linking ability)을 향상시키기 위한 가교촉진제로서 알킬레이티드 멜라민 포름알데히드 레진을 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 도전성 페인트 조성물.