KR100671000B1 - 전자파 차폐 도료 조성물 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자파 차폐용 도료 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 a) 수분산성 폴리우레탄 바인더 수지 ; b) 유기 용매 ; 및 c) 전도성 폴리머와 전도성 금속 분말로 구성된 전도성 필러 또는 전도성 폴리머와 금속 섬유로 구성된 전도성 필러 ; 를 포함하는 전자파 차폐용 도료 조성물에 관한 것이다.

본 발명은 종래의 금속 성분만을 사용할 경우에 비하여 향상된 전자파 차폐효율을 보이고, 전도성 필러인 금속 성분의 고충전에 따른 고응력(high stress)의 문제가 해소되며, 종래의 차폐용 도료에 비하여 기재와의 밀착력이 우수하고, 원가절감과 제품의 경량화의 측면에 적합한, 우수한 전자파 차폐용 도료 조성물이다.

전자파 차폐용 도료, 수분산성 바인더 수지, 전도성 폴리머, EMC, EMI, 계면활성제

Description

전자파 차폐 도료 조성물 및 그 제조 방법 {COATING MATERIALS FOR ELECTROMAGNETIC INTERFERENCE SHIELDING AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명에 의한 전자파 차폐 도료 조성물의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명은 전기(電氣) 전도성(傳導性)을 갖는 전자파 차폐용 도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전도성 폴리머와 금속 분말을 수분산성 폴리우레탄 바인더 수지와 혼합하여 사용함으로써 전자파를 효과적으로 차단할 수 있는, 전자파 적합성(EMC: Electromagnetic Compatibility) 대책용 전자파 차폐 도료 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 들어 전자, 통신기술의 급속한 발달에 힘입어 다양한 기능을 갖는 단위 회로들을 좁은 공간에 밀집시켜 사용하는 것이 기술적으로 가능하게 되었지만, 이와 더불어 인접 회로들 간 전자파의 상호 간섭으로 인하여 기기의 오작동 등을 일으키는 등의 전자파 장애(EMI: Electromagnetic Interference) 문제가 심각해지고 있다.

아울러, 전자 기기로부터 발생하는 전자파의 경우 열작용에 의해 생체 조직세포의 온도를 상승시켜 면역기능을 약화시키거나, 유전자의 변형 등과 같이 인체에 악영향을 미치고 있음이 계속해서 보고되고 있으며, 인체에 미치는 전자기파의 영향을 방지하기 위하여 전자파 차폐에 대한 필요성은 최근 들어 더욱 강조되고 있다.

뿐만 아니라, 컴퓨터, 휴대폰 등 대부분의 전자제품은 소형화, 경량화 추세와 원가 절감, 디자인의 용이성 등의 측면에서 유리한 플라스틱 재료가 하우징 재료로 사용되고 있다. 그러나 플라스틱은 전기 부도체로 전자파 차폐성능이 전혀 없으므로, 전자파 장애로 인한 문제를 방지하기 위하여 무전해 도금, 진공 증착, 전도성 코팅(스프레이), 전도성 페이스트, 전도성 재료와의 믹싱(mixing) 등의 방식이 주로 이용되고 있다.

상기 방식 중에서, 전도성 도료를 플라스틱 상에 도포하여 전자파 차폐를 할 경우, 플라스틱 자체의 고유 성능을 저해하지 않으면서도 비교적 간단한 코팅 설비로 적용이 용이하다는 이점이 있다. 이러한 전도성 도료에 전기 전도성을 부여하기 위한 필러로서, 종래에는 금속 분말이 주로 사용되었다. 전도성 폴리머의 경우 역시 일정한 전자파 차폐율을 보이지만, 금속 성분에 비하여 낮은 전기 전도도로 인하여 금속에 비하여 전자파 차폐 효율이 떨어지는 문제가 있어, 주로 금속 분말이 전도성 필러로 사용되어 왔다.

종래에는 전자파 차폐용 전도성 도료 조성물로서, 폴리프로필렌, 폴리비닐알코올, 폴리우레탄 또는 블렌드(blend) 형태의 고분자와 유기 용매 혼합 용액에 전 기 전도성이 우수한 금속 분말, 탄소 섬유를 혼합시킨 하이브리드 타입이 주로 사용되었다.

전자파 차폐 도료와 관련된 특허 문헌으로, 미국 특허 제4,382,981호, 대한민국 특허 공개 제2004-5510호, 대한민국 특허 공개 제2005-61969호 등이 있는데, 상기 특허 들의 경우 전도성 필러로서 금속 분말을 사용하고 있다.

특히, 미국 특허 제6,013,203호에는 전도성 재료로서 은 분말 또는 은이 코팅된 구리 분말 성분을 사용하고, 바인더로서 교차결합이 가능한 유기 바인더를 사용한 전도성 페인트가 개시되어 있는데, 상기 특허에서 사용한 유기 바인더는 독성이 강해 플라스틱을 침식시킬 우려가 있고, 또한 전기 전도성을 높이기 위해 고가의 은 분말을 다량으로 사용하는 문제가 있다.

한편, 전기 전도성 고분자를 이용한 특허로서 대한민국 특허 제416388호에는 전도성 고분자, 인상흑연, 토상흑연(카본) 및 유기 용제 성분을 포함하는 전자파 차폐용 도료 조성물이 개시된 바 있다. 그러나 이러한 전도성 고분자는 금속보다 가벼운 장점이 있지만, 기본적으로 전도성 고분자의 전기 전도도가 금속보다 낮다는 문제가 있다.

본 발명자들은 전자파 차폐용 도료의 전기 전도성을 향상시키기 위하여 끊임없는 연구를 거듭한 결과, 금속 성분의 함량을 줄이고 그 대신 전도성 폴리머를 금속 성분과 함께 전도성 필러로 함께 사용할 경우, 종래의 금속 성분만을 전도성 필 러로 사용한 전자파 차폐 도료에 비하여 전자파 차폐 효율이 향상되고, 밀착성 등의 기계적 물성이 향상되는 것을 발견하였으며, 이에 착안하여 본 발명의 전자파 차폐용 도료 조성물 및 그 제조 방법을 제공하게 되었다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, a) 수분산성 폴리우레탄 바인더 수지 ; b) 유기 용매 ; c) 전도성 폴리머와 전도성 금속 분말로 구성된 전도성 필러 또는 전도성 폴리머와 금속 섬유로 구성된 전도성 필러 ; 및, d) 계면활성제 성분을 포함하는 전자파 적합성 대책용 전자파 차폐 도료 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 전도성 폴리머를 유기 용매 및 계면활성제와 혼합하여 제1혼합물을 제조하는 단계 ; 상기 제1혼합물에 분산제와 전도성 금속 성분으로서 금속분말 또는 금속섬유를 혼합·교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계 ; 상기 제2혼합물에 바인더로서 수분산성 폴리우레탄 수지를 투입하여 교반하되, 상기 투입되는 바인더를 다단계로 나누어 반복 투입·교반함으로써 페이스트 형태의 조성물을 얻는 단계 ; 를 포함하는 전자파 차폐용 도료 조성물의 제조 방법을 제공한다. 그리고, 필요에 따라 상기 페이스트 형태의 조성물에 증점제를 더욱 첨가할 수 있다.

종래의 전자파 차폐 도료에 사용되는 전도성 필러로서, 전도성 폴리머는 금속에 비하여 전기 전도도가 낮고 저항이 크기 때문에 거의 사용되지 않았으며, 전기 전도도가 우수한 금속 성분(특히 금속 분말)이 전도성 필러로 사용되어왔다. 그 러나 본 발명에서는 금속 성분의 일부를 전도성 폴리머로 대체하여 혼용한 것을 특징으로 하는데, 금속 성분의 함량을 줄이고 대신 전도성 폴리머를 추가하여 금속 성분과 함께 사용할 경우 금속 성분만을 사용한 경우와 비교할 때, 오히려 전자파 차폐효율이 향상되는 것으로 나타났다.

높은 전기 전도성이 요구되는 전도성 도료는 금속 분말의 다량 사용으로 인한 고응력과 기판과의 밀착성 저하라는 문제가 있을 수 있으나, 본 발명에서와 같이 금속 분말의 함량을 줄이고 대신 전도성 폴리머를 사용함으로써 상기 문제는 상당 부분 해소될 수 있다. 또한, 전도성 폴리머의 사용으로 인한 밀착력의 향상은 전자파 차폐효율의 향상으로 이어지는데, 이를 통해 금속 성분의 저감으로 인한 전도성의 손실이 충분히 보상된 것으로 판단한다.

이하 본 발명의 전자파 차폐 도료용 조성물의 구성 성분과 그 작용, 그리고 그 제조 방법에 대하여 순차적으로 상세히 설명한다.

본 발명의 전자파 차폐 도료 조성물에서는, 바인더 수지로 수분산성 폴리우레탄을 채택하고 있다. 상기 수분산성 폴리우레탄 바인더 수지는 수용성의 폴리우레탄을 포함하는 분산액으로, 지방족 분산형(aliphatic dispersion)의 폴리우레탄이다. 상기 화합물을 사용하는 것은 혼합의 용이성 및 금속 표면에의 충분한 습윤성(wetting), 기판(substrate)과의 밀착성을 고려한 것이다.

예를 들어, 우레탄계 지방족 에스테르 화합물, 아크릴계 지방족 화합물, 아크릴기와 우레탄기를 동시에 갖는 화합물이 있으며, 특히 폴리우레탄계 수지와 폴 리아크릴레이트계 수지의 적용이 바람직하다.

수분산성 폴리우레탄 바인더 수지의 함량은 전체 도료용 조성물의 10.0~ 40.0 중량%가 바람직한데, 10.0 중량% 미만인 경우에는 기구물, 특히 플라스틱 기재와의 밀착력이 감소하고, 40.0 중량%를 초과할 경우에는 저항이 지나치게 상승하여 전도성을 저하시키는 문제가 있다.

본 발명의 전자파 차폐 도료용 조성물에서는 유기 용매로서 에탄올, 이소프로필알코올, 톨루엔, N-메틸피롤리돈(N-Methyl-2-Pyrrolidone), 에틸아세테이트, 부틸셀로솔브(Butyl Cellosolve) 중 1종 이상의 유기 용매를 포함하거나, 상기 유기 용매와 물을 혼합한 수용액의 형태로 사용가능하다. 그리고 바인더 수지를 용해시키거나 전도성 폴리머와 금속 분말을 분산시키는 유기 용매는 동일 또는 다른 종류의 것을 사용할 수 있는데, 이는 당업자가 공정을 고려하여 용이하게 선택할 수 있다. 특히, 알코올은 기재인 플라스틱 면에 부식을 일으키지 않고, 낮은 휘발온도로 건조 공정이 간편하며 작업성 향상 및 휘발성 유기물이 거의 없는 친환경적인 장점이 있다.

상기 유기 용매의 함량은 30.0~60.0 중량%가 바람직한데, 유기 용매의 함량이 30.0 중량% 미만일 경우에는 조성물의 점도 증가로 성형성이 떨어져서 코팅 자체가 어려운 문제가 있고, 60.0 중량% 이상일 경우에는 너무 낮은 점도로 인하여 조성물 내에서의 고형분의 분산도 제어가 어렵고 그에 따른 특성 감소 및 작업성 저하를 동반한다.

본 발명의 전자파 차폐 도료용 조성물에서는 전도성 필러로서 전도성 폴리머 와 전도성 금속 분말을 혼용하거나 또는 전도성 폴리머와 금속 섬유를 혼성 사용한다.

전도성 필러는 도료 조성물에 전도성을 부여하기 위해 첨가되는 성분으로서, 본 발명에서는 금속 성분의 사용량을 줄이고, 전도성 폴리머를 혼용하는 것을 주된 특징으로 한다.

전도성 금속 분말로는 은(Silver), 구리(Copper), 은이 코팅된 구리(Silver Coated Copper) 및 니켈(Nickel)로 이루어진 군으로부터 1종 이상의 금속 입자를 선택하는 것이 바람직하다. 금속 분말의 모양은 플레이크형 (flake), 구상형 (spherical), 가지형(dendritic) 등이 있으며, 평균입경이 10 ~ 50μm의 범위를 갖는 금속 분말이 바람직하다. 평균입경이 너무 작을 경우 스프레이 작업시 입자의 날리는 현상으로 코팅 특성의 저하와 작업 중 손실되는 도료의 양이 증가되는 문제가 있고, 너무 클 경우 복합체 내에서 전도성 영역(conductive cluster)의 축소로 인하여 전도도의 감소와 균일한 두께의 도막 형성이 어렵고 또한 실제로 제품에 적용할 경우 표면 조도(roughness)를 증가시키는 단점이 있기 때문이다.

전도성 금속 섬유는 섬유사의 표면을 도금 처리한 것으로 예를 들면, 스틸 섬유, 구리 섬유, 알루미늄 섬유, 니켈 섬유 등이 있다. 금속 섬유는 금속 분말에 비하여 전기 전도도는 낮으나 경량 및 낮은 밀도의 유리함이 있으며, 섬유의 배열 방향에 따른 선택적인 전도성이 가능하다는 이점이 있다.

본 발명에서 상기 금속 성분의 함량은 15.0~40.0 중량%가 바람직하다. 전도성 폴리머를 사용하지 않는 종래의 도료 조성물의 경우 금속 성분의 함량은 20.0~60.0 중량% 정도인데, 일반적으로 금속 성분의 함량에 증가함에 따라 전도도가 증가하며 그에 따라 차폐효율도 향상되는 결과를 보인다. 동일한 차폐효율을 기준으로 비교하여 볼 때, 본 발명에서는 전도성 폴리머를 사용하지 않은 종래의 도료 조성물에 비하여 금속 성분의 함량을 전체 조성물 대비 15.0~40.0 중량% 정도(기존 제품에 비하여 5.0~20.0% 절감)로 충전하면서도 종전에 비해 향상된 수준의 차폐효과를 얻을 수 있다.

본 발명에서 금속 성분의 함량이 15.0 중량% 미만일 경우에는 전도성이 충분히 발현되지 않고, 후술하는 전도성 폴리머와의 상호작용에 의한 전도 네트워크를 형성하기 어려우며, 40.0 중량%를 초과할 경우에는 코팅막의 유연성이 저하되고, 성형성이 떨어지며, 기재와의 밀착력이 떨어지는 문제가 있다.

상기 금속 성분과 함께 전도성 필러의 필수 성분으로 사용되는 전도성 폴리머는 카본 입자에 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리피롤(Polypyrrole) 및 폴리티오펜(Polythiophene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 성분을 코팅하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 전도성 폴리머만을 단독으로 전도성 필러로 사용할 경우, 전기 전도도가 낮기 때문에 금속 성분만을 단독으로 적용한 경우에 비하여 낮은 차폐 효과를 나타냄은 당업자라면 누구나 알고 있는 것인데, 이로 인하여 종래에는 전도성 필러로서 금속 입자가 주로 사용되어 왔다. 그러나, 금속 성분만을 전도성 필러로 사용할 경우, 전기 전도도의 향상을 통해 전자파 차폐효과를 높일 수는 있으나, 충격강도, 기재와의 밀착력을 비롯한 기계적 물성이 저하되고, 금속 성분의 고밀도화로 인한 작업성 감소 및 원가 상승 등의 문제가 있다.

본 발명에서와 같이 금속 성분의 함량을 줄이고 대신 전도성 폴리머를 혼용하여 사용하는 것(금속 성분과 전도성 폴리머를 함께 사용)과, 종래의 경우(다량의 금속 성분만을 전도성 필러로 사용)를 비교하여 볼 때, 본 발명의 경우 더욱 낮은 표면비저항과 향상된 전자파 차폐효율을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라, 금속 성분과 함께 전도성 폴리머를 혼용하여 사용함으로써, 충격강도, 기재와의 밀착력 및 금속 성분의 사용으로 인한 응력이 완화되는 등의 이점이 있다.

상기 전도성 폴리머의 함량은 전체 도료 조성물의 0.1~0.5 중량%가 바람직한데, 상기 함량보다 적을 경우, 금속 성분과 전도성 폴리머와의 상호작용이 충분하지 못하여 적정 수준의 전기 전도도를 나타낼 수 없으며, 상기 함량보다 많을 경우 더욱 높은 전기 전도도를 나타내어 높은 차폐효과를 얻을 수는 있으나, 분산이 어렵고, 코팅 표면의 특성 저하 등의 문제가 있다.

본 발명의 또 다른 일 태양으로, 본 발명은 계면활성제 성분을 더욱 포함하는 전자파 차폐용 도료 조성물을 제공한다. 상기에서 계면활성제를 첨가하는 이유는 평균 입자 크기 40nm의 전도성 폴리머의 분산성을 더욱 향상시키기 위함이며, 예를 들어 양이온계, 음이온계, 비이온계 화합물 중 하나 또는 둘 이상을 적용할 수 있다.

상기의 나노 사이즈의 전도성 필러는 정전기적 인력(electrostatic attractive force)으로 인하여 응집 현상이 심하기 때문에 분산의 어려움이 있다. 이러한 전도성 고분자에 적정 함량 이상의 계면활성제를 도입하면 전도성 고분자끼리의 응집을 방지하고 또한 전도성 고분자 표면을 모두 활성화시켜 분산 효과를 증대시켜 준다. 이것은 Y. Gao 등에 의하여 제안된 투-스텝 모델(Two-Step Model)로 설명이 가능하다 [참고문헌; R. Atkin, V.S.J. Craig, E.J.Wanless, and S. Biggs, Adv . Colloid Interface Sci., 1(83), 2671 (1987)].

본 발명에서 계면활성제의 함량은 상기 전도성 폴리머 100중량부에 대하여 0.1~2.0중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 전자파 차폐용 도료 조성물의 첨가제 성분은 습윤 분산제, 소포제, 계면 결합제, 레벨링제, 증점제, 산화방지제, 열 안정제, 안료 및 염료 등의 성분을 선택적으로 포함할 수 있다.

본 발명의 도료 조성물의 첨가제로서 습윤 분산제는 충분한 습윤성을 부여하고 분산을 보다 용이하게 하기 위한 것으로, 사용가능한 분산제로는 염소계 화합물, 불소계 화합물, 실리콘계 화합물, 비실리콘계 화합물, 글리콜계 유도체 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 소포제, 계면결합제, 레벨링제 및 증점제는 전도성 필러를 유기 용매 또는 고분자 용액과의 혼합 과정에서 분산을 용이하게 할 뿐만 아니라 도료 조성물의 도막 표면 특성 등을 향상시키기 위하여 첨가하는 것으로서, 염소계 화합물, 불소계 화합물, 실리콘계 화합물, 비실리콘계 화합물, 글리콜계 유도체, 에폭시·카르복실·아민 말단의 실란계 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것이 사용될 수 있다.

상기 첨가제 중에서 습윤 분산제는 금속 성분 100중량부에 대하여 0.1~3.0중량부가 바람직하고, 습윤 분산제를 제외한 나머지 첨가제들 각각의 함량은 전체 도료조성물 100중량부에 대하여 0.1~2.0 중량부를 사용함이 바람직하다. 여기서, 도료 조성물의 함량이라 함은, 바인더 수지, 전도성 필러, 유기용매를 합친 함량을 의미한다.

또한, 본 발명의 전자파 차폐 도료용 조성물은 조성물의 산화열화반응을 억제, 방지하기 위하여 발생한 라디칼을 포착하고 라디칼 연쇄 반응의 진행을 막는 효과가 있는 라디칼 연쇄 금지제 계통의 산화방지제를 적용할 수 있다. 페놀계와 아민계 산화방지제가 상기 라디칼 연쇄 금지제 범주에 속하는데, 페놀계 산화방지제 적용이 더 바람직하다. 특히, BHT (Butylated-Hydroxytoluene)으로 대표되는 페놀계 산화방지제는 에탄올 등의 알코올과 상용성이 우수하며 일반적으로 자동 산화의 연쇄 담체인 페녹시 라디칼을 포착하여 산화를 정지시키는 역할을 한다.

이외에도 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위에서 조성물의 특정 물성의 향상을 위해 열 안정제, 유기 또는 무기 안료, 염료 등의 기타 첨가제를 적정량 첨가하여 사용할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 전자파 차폐 도료용 조성물은 휴대폰, 노트북 등의 전자기기의 플라스틱 하우징에 스프레이 코팅 또는 직접 도포하여 전자파 차폐의 목적으로 사용되기에 적합하다.

도 1은 본 발명에 의한 전자파 차폐용 도료 조성물의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 의한 전자파 차폐용 도료 조성물에 제조 방법을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 전도성 폴리머를 유기 용매 및 계면활성제와 혼합하여 제1혼합물을 제조한다(S100). 이때 사용하는 유기 용매는 알코올 계통의 무극성 용매를 사용하거나 경우에 따라서는 제2의 용매 또는 수용액 형태의 것을 사용할 수도 있다.

계면활성제를 첨가하는 이유는 전도성 폴리머의 분산성을 더욱 향상시키기 위한 것으로 양이온계, 음이온계, 비이온계 화합물 중 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있고, 그 함량은 전도성 폴리머 100중량부에 대하여 0.1~2.0 중량부로 하는 것이 바람직하다.

또한, 분산 및 혼련 공정은 일반적인 기계적인 교반 공정을 사용해도 무방하나 전도성 필러의 효과적인 분산 및 응집 방지를 위하여 소니케이션(sonication) 공정을 이용하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 제1혼합물에 금속 분말(또는 금속 섬유)과 분산제를 혼합하여 교반함으로써 제2혼합물을 제조한다(S110).

본 단계에서 상기 전도성 필러의 습윤 분산 과정에 사용되는 금속 분말로는 은 분말 또는 은이 코팅된 구리 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 분산제를 첨가하는 이유는 금속 분말과 전도성 폴리머의 분산성을 향상시키기 위한 것으로, 사용 가능한 분산제로는 전술한 내용과 동일하며, 그 함량은 금속 분말 대비 0.1~3.0 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 그리고, 여기서 교반 공정을 진행하는 이유는 제1혼합물과 금속 분말과의 혼련도를 극대화하여 분산성을 향상시키기 위함이다.

제1혼합물에 금속 분말과 분산제를 첨가·교반하는 방식이 아니라 금속 분말과 분산제를 먼저 혼합한 후 제1혼합물과 혼합하는 방법을 사용하여도 동일한 결과를 얻을 수 있다. 전도성 폴리머, 금속 분말, 계면활성제, 분산제를 동시에 혼합하여도 동일한 결과를 얻을 수 있다.

다음 단계는 상기 제2혼합물에 바인더로서 수분산성 폴리우레탄 수지를 투입하여 교반하되, 다단계로 나누어 반복 투입·교반함으로 결과물인 페이스트 형태의 도료 조성물을 얻는 단계이다.

바람직하게는, 상기 제2혼합물에 바인더 수지를 2등분하여 절반(50%)은 먼저 혼합·교반하고(제3혼합물), 나머지 절반의 바인더 수지를 더 투입하여, 혼합·교반함으로써 페이스트 형태의 도료 조성물을 제조할 수 있다. (S120, S130)

상기 제3혼합물과 페이스트 형태의 조성물의 제조에 적합한 교반장치로는 헨셀믹서, 뢰디게믹서 또는 호모게나이저 등을 이용할 수 있으며, 특히 고속 교반에 의한 혼합물의 와류 현상과 스크린 현상을 이용하는 것이 더욱 효과적이다. 상기 교반 장치의 경우, 일반적인 임펠러 대신 바스켓 형태로 된 것이 내부에 지르코니아 볼과 임펠러가 함께 존재하고 외부가 그물망 형태로 되어 있어 전도성 필러 응집체의 분쇄가 용이하고 분산도를 극대화시킬 수 있어서 조성물의 전기적, 기계적 특성을 동시에 향상시킬 수 있다.

또한, 본 단계에서 제조하는 조성물의 저장 안정성 및 흐름 특성을 향상시켜 코팅 특성을 높이기 위하여 증점제를 첨가하는 단계를 추가할 수도 있다(S140).

이 때 사용 가능한 증점제로는 아크릴계, 우레탄계, 셀룰로오스계 등이 있으 며, 그 함량은 금속 분말 100중량부에 대하여 0.1~2.0중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

이하 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 기술 사상을 더욱 명확히 하고자 함이지, 본 발명이 기술 사상을 하기 실시예에 한정하고자 하는 것은 아니며, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 생략한다.

[실시예 1]

카본 입자에 폴리아닐린이 피복된 평균 입자경 40nm의 전도성 폴리머 3.1g, 유기 용매로 에탄올 307.0g 및 부틸셀로솔브 75.7g과 양이온계 계면활성제 0.0155g을 혼합하여 제1혼합물을 제조한다. 다음, 상기 제1혼합물에 평균 입자 크기 1.3μm의 플레이크 형태의 은 분말 307.1g, 습윤 분산제는 3.1g 및 소포제와 레벨링제를 각각 10.0g를 혼합, 교반하여 제2혼합물을 얻는다. 다음, 글리콜 에테르 계열의 수분산성 폴리우레탄 307.1g를 절반으로 나누고 두 단계로 나누어 혼합함으로써 페이스트 형태의 도료 조성물을 제조하였다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에서, 상기 전도성 폴리머의 함량을 1.0g으로 하고, 유기 용매로는 에탄올과 부틸셀로솔브를 각각 266.4g 및 66.6g 첨가하고, 은 분말의 함량을 409.8g로, 글리콜 에테르 계열의 수분산성 폴리우레탄 함량을 256.2g로 하고, 계면 활성제를 0.005g, 습윤 분산제를 4.1g으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페이스트 형태의 도료 조성물을 제조하였다.

[실시예 3]

상기 실시예 1에서, 상기 전도성 폴리머의 함량을 5.1g으로 하고, 은 분말의 함량을 204.5g, 에탄올과 부틸셀로솔브를 각각 345.9g 및 86.5g으로, 글리콜 에테르 계열의 수분산성 폴리우레탄의 함량은 358.0g으로 하고, 계면활성제를 0.0255g, 습윤 분산제 2.1g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 페이스트 형태의 도료 조성물을 제조하였다.

[비교예 1]

전도성 필러로서 은 분말 409.9g을 단독으로 적용하고, 수분산성 폴리우레탄을 바인더로서 256.1g과 에탄올 및 부틸셀로솔브를 각각 267.2g 및 66.8g, 습윤 분산제는 4.1g, 소포제 및 증점제는 각각 10.0g을 혼합, 교반하여 페이스트 형태의 도료 조성물을 제조하였다.

[비교예 2]

카본 입자에 폴리아닐린이 피복된 평균 입자경 40nm의 전도성 폴리머 410.7 g만을 전도성 필러로 사용하고, 바인더로서 수분산성 폴리우레탄 수지 256.7g와 유기 용매로서 에탄올 266.1g, 부틸셀로솔브 66.5g을 첨가하고, 계면활성제를 2.0535g 및 습윤 분산제를 4.1g을 적용하며, 소포제와 증점제를 각각 10.0g 을 혼합, 교반하여 페이스트 형태의 도료 조성물을 제조하였다.

[실험 방법]

상기 실시예와 비교예를 통하여 제조된 페이스트 형태의 전자파 차폐 도료 조성물을 상기에서 설명한 제조 방법으로 제조한 후, 에탄올을 첨가하여 희석한 후 폴리카보네이트(PC, polycarbonate) 판에 스프레이건을 이용하여 도포한 후, 표면비저항과 전자파 차폐효율 및 도막 두께, 표면 특성 등과 각 실시예와 비교예의 조성비를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

표면비저항은 MIL-G-83528B에 의거하여 측정하였고, 측정기구로는 3540mΩ Hi-Tester (HIOKI Co., Japan)를 사용하였다. 시편의 크기는 가로 140mm, 세로 60mm로 하였으며, 도막 두께는 균일하게 제조되는 범위로 하였고 Ω/□의 단위로 측정하였다.

또한 전자파 차폐효율은 직경이 133.0mm로 제조한 측정 시편을 ASTM D4935-99에 따른 스펙트럼 분석기(R3361C, spectrum analyzer, ADVENTEST, Japan) 및 2-port flanged coaxial holder (EM-2107, Electro-Metrics, USA)를 이용하여 10MHz~1GHz의 주파수 영역에서 측정하였다.

표 1에 나타낸 실시예에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 전자파 차폐용 도료 조성물을 도포한 결과, 모두 표면비저항이 0.05Ω/□ 이하, 차폐효율은 68dB 이상의 측정 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있었으며, 도막 표면 상태 역시 우수한 결과를 보였다.

특히, 실시예 1의 경우에는 표면비저항이 0.04Ω/□ 이하 및 75dB 이상의 차폐효율로 매우 우수한 특성을 지니고 있음을 알 수 있었다.

반면, 비교예를 통한 도료 조성물의 측정 결과, 전도성 필러로서 은 분말만을 적용한 비교예 1에서는 표면비저항이나 차폐효율 및 표면 특성에서 본 발명에 의한 실시예에 비하여 낮은 특성을 보였다. 또한 비교예 2에 나타낸 전도성 폴리머만을 적용한 도료 조성물에서는 전기적 특성, 차폐 효율 및 표면 특성에 있어서 가장 떨어지는 결과를 보였다.

상기 실시예를 통해 본 발명이 보다 상세히 설명되었다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연한 것으로, 이러한 변형된 실시 형태들 역시 아래 특허 청구 범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

상술한 바 있듯이, 전기 전도성이 우수한 금속 분말을 전도성 필러로 사용한 종래의 전자파 차폐용 도료와는 달리, 본 발명은 종래 기술과 달리 전도성 필러로서 금속 분말과 소량의 전도성 폴리머를 혼용한 것으로서, 종래의 금속 성분만을 사용할 경우에 비하여 전자파 차폐효율이 향상된 효과를 보이고, 금속 성분만을 전도성 필러로 다량 사용함에 따른 고응력의 문제가 해소되며, 종래의 차폐용 도료에 비하여 기재와의 밀착성이 우수하고, 원가절감과 제품의 경량화의 측면에 적합한 우수한 전자파 차폐용 도료 조성물이다.

Claims (15)

1. 전자파 차폐용 도료 조성물에 있어서,

   a) 수분산성 폴리우레탄 바인더 수지 ;

   b) 전도성 폴리머와 전도성 금속 분말로 구성된 전도성 필러 또는 전도성 폴리머와 금속 섬유로 구성된 전도성 필러 ;

   c) 유기 용매 ; 및,

   d) 계면활성제

   성분을 포함하는 전자파 차폐 도료용 조성물.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 전도성 폴리머는 카본 입자에 폴리아닐린(Polyaniline), 폴리피롤(Polypyrrole) 및 폴리티오펜(Polythiophene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 성분을 코팅시킨 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 도료 조성물.
4. 제1항에 있어서, 상기 전도성 금속 분말은 은(Silver), 구리(Copper), 은이 코팅된 구리(Silver Coated Copper) 및 니켈(Nickel)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 금속 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 용 도료 조성물.
5. 제1항에 있어서, 상기 금속 섬유는 스틸 섬유, 구리 섬유, 알루미늄 섬유, 니켈 섬유 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 도료 조성물.
6. 제1항에 있어서, 상기 유기 용매는 에탄올, 이소프로필알코올, 톨루엔, N-메틸피롤리돈(N-Methyl-2-Pyrrolidone), 에틸아세테이트, 부틸셀로솔브(Butyl Cellosolve) 중 하나 또는 둘 이상의 성분을 함유하거나 수용액의 형태를 적용하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 도료 조성물.
7. 제1항에 있어서, 상기 계면활성제는 양이온계, 음이온계, 비이온계 화합물 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 도료 조성물.
8. 제7항에 있어서, 상기 계면활성제 함량은 전도성 폴리머 100중량부에 대하여 0.1~2.0 중량부인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 도료 조성물.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바인더 수지의 함량은 10~40 중량%이고, 유기 용매의 함량은 30~60 중량%이며, 전도성 금속 성분의 함량은 15~40 중량%이고, 전도성 폴리머의 함량은 0.1~0.5 중량%인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 도료 조성물.
10. 제9항에 있어서, 상기 바인더 수지는 수분 함량이 55.0~65.0 중량%인 수분산성 폴리우레탄 수지인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 도료 조성물.
11. 제9항에 있어서, 상기 전자파 차폐용 도료 조성물은 첨가제로서 습윤 분산제, 소포제, 계면결합제, 레벨링제, 증점제, 산화방지제, 열 안정제, 안료 및 염료 중 하나 이상의 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 도료용 조성물.
12. 제11항에 있어서, 상기 습윤 분산제, 소포제, 계면결합제와 레빌링제는 염소계 화합물, 불소계 화합물, 실리콘계 화합물, 비실리콘계 화합물, 글리콜계 유도체, 에폭시·카르복실·아민 말단의 실란계 중 하나 이상을 포함하며, 상기 습윤 분산제의 함량은 상기 금속 분말 100중량부에 대하여 0.1~3.0중량부이고, 소포제, 계면결합제 및 레벨링제의 함량은 도료 조성물 전체에 대하여 0.1~2.0 중량부인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 도료 조성물.
13. 제11항에 있어서, 상기 산화방지제는 페놀계 또는 아민계 산화방지제 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 도료 조성물.
14. 전도성 폴리머를 유기 용매 및 계면활성제와 혼합하여 제1혼합물을 제조하는 단계 ; 상기 제1혼합물에 분산제와 전도성 금속 성분으로서 금속분말 또는 금속섬유를 혼합·교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계 ; 상기 제2혼합물에 바인더로서 수분산성 폴리우레탄 수지를 투입하여 교반하되, 상기 투입되는 바인더를 다단계로 나누어 반복적으로 투입·교반함으로써 페이스트 형태의 조성물을 얻는 단계 ; 를 포함하는 전자파 차폐용 도료 조성물의 제조 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 페이스트 형태의 조성물에 아크릴계 또는 셀룰로오스계 또는 우레탄계의 증점제를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 도료 조성물의 제조 방법.

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