KR100793396B1 - 전기 전도성 조성물 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

전기 전도성 조성물과 그 제조 방법, 예컨대 주입 주형법. 이 조성물은 실질적으로 제1 열가소성 성분을 포함하는 매트릭스, 제1 열가소성 성분보다 높은 극성을 가지며, 다수의 섬유를 캡슐화하여 상기 매트릭스내에서 캡슐화된 섬유의 네트워크를 형성하는 제2 열가소성 성분 및 상기 네트워크를 매트릭스내에서 전기 전도성 네트워크로 만들도록 제2 성분에 우선적으로 유인되는 탄소 성분을 포함한다.

Description

전기 전도성 조성물 및 그 제조 방법{ELECTRICALLY CONDUCTIVE COMPOSITIONS AND METHODS FOR PRODUCING SAME}

본 발명은 섬유 및/또는 미네랄 충전재 그리고 카본 블랙과 함께 서로 다른 극성을 갖는 2종의 열가소성 화합물의 혼합물을 기재로 하는 전기 전도성 합성물과 그 제조 방법에 관한 것이다.

전기 전도성 폴리머 기재의 조성물은 산업상에 많이 이용되고 있다. 예컨대 전자파 간섭(EMI)으로부터 전자 부품을 차폐시키기 위해 플라스틱 부분과 플라스틱 상자로부터 정전하를 소산하는 것을 들 수 있다. 정전기 방전(ESD) 적용의 예로는 전자 부품실장, 클린룸 설치, 저장 트레이, 송수용 용기, 칩 수송기 및 방폭 환경을 위한 건축 자재를 들 수 있다.

정전기를 소산시키기 위한 화합물은 전형적으로 10² 내지 10¹³ Ω/스퀘어의 표면 저항율을 가지며, EMI 차폐용 적용을 위해 특정된 화합물은 통상적으로 10^-2 내지 10² Ωcm의 체적 저항율을 나타낸다.

정전기 소산과 EMI 차폐 양자를 위해서 적절한 저항율을 갖는 폴리머 기재의 화합물은 당해 분야에 알려져 있다. 이 분야에 알려진 화합물 중 한 종류는 40 내지 60 중량% 까지의 높은 탄소 부하 수준을 갖는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE)을 기재로 하며, 약 10³-10⁸ Ω/스퀘어의 표면 저항율을 갖는 것이 특징이다. EMI 차폐가 요구되는 적용에서는, 중량 부하 수준 30 내지 50%의 PAN 탄소 섬유, 40%의 알루미늄 플레이크, 15%의 니켈-코팅된 탄소 섬유 또는 5 내지 10%의 스테인레스 스틸 섬유가 동일 부류의 폴리머로 사용되고 있다.

폴리머의 전기 전도성을 증가시키기 위해 현재 사용되는 방법은, 예컨대 금속성 분말, 금속성 섬유, 카본 블랙, 탄소 섬유 및 최근에는 본질적으로 전도성을 갖는 폴리머 분말과 같은 특정 전도성 첨가제를 충전하는 것이다. 이들 물질의 특징적인 성질은 전기 전도성과 충전재 농도간의 강한 비-선형 관계의 존재에 있다. 낮은 충전기 부하에서, 폴리머 화합물의 전기 전도성은 일반적으로 매우 낮다; 그 크기(magnitude)는 폴리머 매트릭스와 유사하다(10^-16 내지 10^-11 Ω^-1cm^-1). 부하가 증가함에 따라 전도율은, 좁은 농도 범위에서 10의 몇 승배의 차수로 급격하게 증가하고, 그 다음 10^-4 내지 10^-1Ω^-1cm^-1 차수의 응집된 충전재 분말의 도전율을 향해 완만하게 증가한다. 이 성질은 임계 체적 분율(삼투 역치)에서 발생하는 절연-전도체 전이를 나타낸다. 이 역치(thresholds)는, 시료 체적 전체에 걸쳐 확장되어 전류를 흐르게하는 입자의 쇄상 네트워크 형성에 기인한다.

미국 특허 제 4,169,816호에는 탄소 함량이 높은 단일 열가소성 기재의 전기 전도성 조성물이 기재되어 있는데, 이 조성물은 각각 100부의 폴리프로필렌-에틸렌 코폴리머, 15-30부의 카본 블랙, 0.25 내지 1부의 실리카 및 1 내지 10부의 탄소 섬유 또는 탄소 섬유와 유리 섬유의 혼합물로부터 선택된 섬유 강화제를 포함한다.

미국 특허 제 5,004,561호에는 고 탄소 함량의 또 다른 단일 열가소성 기재의 전기 전도성 조성물이 기재되어 있는데, 이 조성물은 각각, 폴리올레핀, 폴리스티렌과 아크릴로니트라이트/스티렌/부타디엔(ABS) 코폴리머 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 수지, 폴리페닐렌 에테르와 폴리아미드(PA) 수지의 군으로부터 선택되는 100부의 열가소성 수지, 30-300부의 전기 전도성 유리 섬유, 5-40부의 카본 블랙과 5-40부의 그래파이트를 포함한다.

러시아 특허 제 SU 1,643,568호는 매트릭스 중에 탄소를 분산시킴으로써 전기 전도성을 획득하는 고농도의 탄소를 기재로 하는, 전기 전도성의 열가소성 조성물이 기재되어 있다. 이 조성물은 20-35 중량%의 폴리프로필렌, 10-20 중량%의 폴리아미드, 20-30 중량%의 카본 블랙, 10-20 중량%의 그래파이트와 15-20 중량%의 유리 섬유를 포함한다.

일반적으로 전기 전도성의 열가소성 물질을 제조하는 두가지 방법이 당해 분야에 알려져 있다. 저속 생산 압축 성형법의 경우, 소망하는 전도성을 얻기 위해 보다 적은 충전재(예컨대 카본 블랙)가 요구되나 조성물의 기계적 특성이 대체로 불충분하다. 고속 생산 사출 성형법은 더욱 양호한 기계적 특성을 얻을 수 있고 복합 기하학성인 제품을 생산할 수 있으나 다량의 전도성 충전재가 필요하다. 전기 전도성 화합물의 압축 성형법의 한가지 결점은 상대적으로 느린 공정으로 인한 고비용이라는 점이다. 정전기 소산과 EMI 차폐에 이용하기 위한 종래의 폴리머 기재 화합물의 주된 결점은 전도성 폴리머 화합물을 제조하기 위해 전도성 첨가제를 높은 비율로 요구한다는 것이며, 그 결과 고비용과, 불충분한 공정 적성 및 기계적 특성과, 특히 클린룸 적용에 부적합한 고농도의 탄소 오염이 야기된다는 것이다.

발명의 요약

본 발명은 개선된 열가소성 전기전도성 조성물을 제공한다.

본 발명의 측면에서, 전기 전도성 조성물은 연속적인 매트릭스를 형성하는 제1 열가소성 성분과 매트릭스의 극성보다 큰 극성을 갖는 제2 열가소성 성분을 포함한다. 또한, 이 조성물은 제2 열가소성 성분에 의해 in-situ로 캡슐화되어 매트릭스내에서 네트워크를 형성하는 섬유를 포함하며, 또한 그 높은 극성으로 인해 제2 성분에 우선적으로 유인되는 카본 블랙 성분을 포함한다. 바람직한 입자 위치에서, 카본 블랙을 포함하는, 캡슐화된 네트워크의 in-situ 형성에 의해, 전기 전도성 조성물을 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에서, 전도성 탄소 충전재와 제2 성분간의 비율은, 탄소 충전재의 상당한 부분이 제2 성분과 전기전도성을 제공하는 매트릭스간의 경계면에 위치할 수 있을 정도로 충분히 높다. 그럼에도 불구하고, 탄소의 총 농도는 종래의 전기 전도성 조성물 보다 적어도 1차수 작은 크기이고, 이때문에, 본 발명의 조성물은 클린룸 적용을 포함하는 많은 응용에서 유리하다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 열가소성인 전기 전도성 조성물을 제조하기 위한 고속 가공 방법을 이용하는 것이다. 최근의 발명에서 전기 전도성 열가소성 조성물을 제조하기 위해 사출 성형법을 이용하는 한편, 매우 낮은 농도의 카본 블랙을 이용하여 조성물의 기계적 특성을 개선시켰다.

본 발명의 전기 전도성 조성물은, 실질적으로 제1 열가소성 성분을 함유하는 매트릭스, 제1 열가소성 성분보다 극성이 높은 극성을 가지며, 다수의 섬유를 캡슐화하여 매트릭스내에서 캡슐화된 섬유의 네트워크를 형성하는 제2 열가소성 성분, 상기 네트워크를 매트릭스내에서 전기 전도성 네트워크로 만들도록 제2 성분에 우선적으로 유인되는 탄소 성분을 포함한다.

본 발명의 한 구체예에서, 제1 열가소성 성분은 엘라스토머 성분이 첨가되거나 첨가되지 않은 폴리올레핀 화합물이다. 폴리올레핀은 호모폴리머이거나 코폴리머일 수 있는 폴리프로필렌과 폴리에틸렌 중에서 선택된다. 제2 성분은 폴리아미드 또는 EVOH이다. 바람직한 구체예에서, 조성물은 100분의 20부 미만의 폴리아미드 또는 EVOH를 포함한다.

또 다른 구체예에서, 제1 성분은 아크릴로니트라이트/부타디엔/스티렌이고 제2 성분은 폴리아미드 또는 EVOH이다.

또 다른 구체예에서, 제1 성분은 폴리스티렌, 내충격성(high impact) 폴리스티렌 및 폴리페닐렌옥사이드/폴리스티렌 중에서 선택되고, 제2 성분은 폴리아미드 또는 EVOH이다.

또 다른 구체예에서, 제1 열가소성 성분은 폴리부틸렌 테트라프탈레이트, 폴리카르보네이트 또는 폴리카르보네이트 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌일 수 있다.

또 다른 구체예에서, 제2 열가소성 성분은 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌일 수 있다.

본 발명의 조성물 중 섬유는 유리 섬유이다. 바람직한 구체예에서, 이 조성물은 100분의 55부 미만의 유리 섬유를 포함한다.

제2 성분은 예컨대 미네랄 충전재 등의 충전재 입자 폴리아미드 섬유 등의 유기 섬유, 또는 충전재와 유리 섬유의 혼합물을 캡슐화할 수도 있다.

본 발명의 조성물 중 탄소 성분은 카본 블랙일 수 있다. 선택적으로 또는 병용하여, 탄소 성분은 탄소 섬유일 수 있다. 바람직한 구체예에서, 이 조성물은 100 분의 10부 미만의 카본 블랙을 포함한다. 또 다른 바람직한 구체예에서, 이 조성물은 100분의 30부 미만의 탄소 섬유를 포함한다.

바람직한 구체예에서, 상기 조성물은 하나 이상의 체적 저항율이 약 0.1 내지 약 10⁹ Ωcm이고, 굴곡 탄성율은 약 11,000 MPa까지, 인장 강도는 60 MPa까지 이다.

도 1을 참조한다. 도 1은 본 발명의 전기 전도성 다성분의 열가소성 조성물의 개략도이다.

10으로 표시한 전기 전도성 다성분의 열가소성 조성물은, 실질적으로 제1 열가소성 화합물에 의해 형성되는 매트릭스 12, 섬유(예컨대 유리 섬유, 탄소 섬유 또는 유기 섬유) 및/또는, 도 2A-2E의 SEM 현미경 사진으로 나타낸 카본 블랙을 제2열가소성 화합물 내 및 그 상에 함유하는 제2 열가소성 화합물 16으로 캡슐화된 미네랄 충전재 14를 포함한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 제2 열가소성 성분상에 카본 블랙을 함유하는 제2 열가소성 화합물 16으로 캡슐화되는 섬유 및/또는 미네랄 충전재는 제1 열가소성 화합물 매트릭스 12내에서 전도성 네트워크를 형성한다 .

바람직한 구체예에서, 제1 열가소성 성분은 엘라스토머 성분을 첨가하거나 첨가하지 않은 폴리올레핀, 폴리스티렌(PS), 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌(ABS) 터(ter)폴리머, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리카르보네이트(PC), PC/ABS, 내충격성 폴리스티렌(HIPS)을 이용한 폴리머 기재 성분이고, 제2 열가소성 성분은 폴리아미드(PA) 폴리에틸렌 비닐 알코올(EVOH) 코폴리머이다. 또한 ABS를 제2 열가소성 성분으로서 이용할 수도 있다.

섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유 또는 폴리아미드 섬유와 같은 유기 섬유일 수 있다. 또한 조성물 10으로 미네랄 충전재를 사용할 수도 있다. 울라스토나이트, 탤크 또는 마이카 등의 미네랄 충전재는 일부 또는 모든 유리 섬유를 대신할 수 있고, 이에 따라 화합물의 비용을 실질적으로 저감할 수 있으면서 동시에, 유리 섬유로 보강된 폴리머와 동일한 물성을 유지하거나 개선시킬 수 있다 (표 3C와 3D 참조).

바람직하게는, 엘라스토머 성분은 엘라스토머들의 조합이 좋다. 화합물에 엘라스토머 성분을 첨가시킴으로써 그 전기 전도성에 현저한 영향을 미치지 않고 조성물의 기계적 특성을 변화시킬 수 있다.

폴리아미드, ABS 또는 EVOH 16의 섬유 및/또는 미네랄 충전재 14에 대한 친화성은 조성물 10의 용융 결합 도중에, 여하한 제1 열가소성 성분보다 강하기 때문에(이하, 도 3을 참조하여 상세히 설명한 바와 같이), 제2 열가소성 성분은 우선적으로, 섬유 및/또는 미네랄 충전재 14를 in-situ로 캡슐화하고, 그 결과, 매트릭스 12내에서 캡슐화된 섬유 및/또는 미네랄 충전재의 네트워크를 형성하게 된다. 게다가, 카본 블랙 입자는 제2 열가소성 성분상에 우선적으로 유인되고, 참조 번호 15로 표시된 제2 열가소성 성분(ABS, 폴리아미드 또는 EVOH) 매트릭스의 경계면에 위치함으로써, 종래기술보다 매우 적은 함량의 카본 블랙을 이용하여 캡슐화된 섬유 및/또는 미네랄 충전재 전기 전도성의 네트워크를 형성하고, 후술한 바와 같이, 조성물 10의 기계적 특성을 개선시킨다.

도 2A-2E의 5개의 주사 전자 현미경(SEM) 사진을 참조하면, 캡슐화된 섬유 및/또는 미네랄 충전재의 네트워크 및 제2 열가소성 성분상 16으로의 카본 블랙 18의 우선적인 분배를 명확하게 볼 수 있다. 그 배율이 다른 도 2A-2C는 캡슐화된 유리 섬유의 SEM 현미경 사진이며, 도 2D는 캡슐화된 미네랄 충전재(울라스토나이트)의 SEM 현미경 사진이다. 도 2E는 HIPS 기재의 제1 열가소성 성분과 ABS 기재의 제2 열가소성 성분에 의해 캡슐화된 유리 섬유를 포함하는 조성물의 SEM 현미경 사진이다.

본 발명의 특징은 조성물 10이 종래와 유사한 수준의 전기 전도성을 얻기 위해 종래보다 매우 낮은 농도의 카본 블랙을 함유하는 것이다. 이것은 전기 전도성 카본 블랙 입자가 제2 열가소성 성분상과 매트릭스(처음 수준의 삼투)간의 경계면을 따라 연속적인 경로를 형성하기 때문이다. 게다가, 카본 블랙 입자의 매입 부분이 제2 열가소성물 16(제2 수준의 삼투)내에 위치함으로써, 전도성 경로의 형성이 촉진된다. 이것은 제2 열가소성 성분으로 캡슐화되는 섬유 및/또는 미네랄 충전재에 의해 형성된 네트워크로 인해 더욱 촉진된다(세번째 수준의 삼투). 용융 결합합 공정 동안 이 형태는, 제2 열가소성 성분의 섬유 또는 충전재에 대한 강한 친화력과 카본 블랙의 제2 열가소성 성분에 대한 우선적인 친화력에 기인하여 성립된다.

본 발명의 전기 전도성 열가소성 조성물을 제조하는 바람직한 방법을 도시한 도3 내지 도 5C를 참조하라. 도 3은 일반적인 방법을 나타낸 것이며, 도 4A-4D와 도 5A-5C는, 각각 두가지의 비제한적인 예시적인 조성물에 대한 또 다른 방법을 제시한 것이다.

도 3의 방법은 왼쪽에서 오른쪽으로 시간 순서로 도시한 것으로서, 배합 단계 32, 펠렛 단계 34와 사출 성형 단계 36으로 이루어진다. 바람직한 구체예에서, 배합 단계 32는, 폴리프로필렌과 참조 번호 31로 표시한 제2 열가소성 성분을 건식 혼합하고 이어서 이들을 용해시켜, 이 용해물을 33으로 표시한 섬유 충전재와 혼합한 다음, 탄소 섬유, 카본 블랙 또는 이들 양자를 용융 혼합시키는 단계를 포함한다. 미네랄 섬유는 단계 31, 33 또는 35에서 첨가할 수 있다. 후술하는 비제한적인 구체예에서, 배합 단계 32는, 트윈-스크류 배합기(Berstorf, 독일)상에서 200-285℃ 범위의 처리 온도(폴리머 성분의 용융점에 상응하는)에서, 스크류 속도 55rpm으로 수행된다. 얻은 화합물을 펠렛으로 만들고(단계 34), 그리고 나서, 200-285℃에서 American Standard Testing Material(ASTM)의 3개의 공동 금형(인장 바, 휨 바와 낙하 다트 충격 디스크)이 장착된 Battenfeld 사출 성형기상에서 사출 성형(단계 36) 한다.

도 4A-4D는 조성물 10을 제조하기 위한 또 다른 바람직한 네가지 방법을 도시한 것으로서, 상기 조성물은 탄소 화합물로서 카본 블랙을 포함한다. 도 4A-4D는 100 중량부의 폴리프로필렌, 12 중량부의 폴리아미드, 30 중량부의 유리 섬유 및 2 중량부의 카본 블랙을 포함하는 조성물 10의 비제한적인 구체예를 나타낸 것이다.

도 4A에 도시한 구체예에서, 카본 블랙 농축물 또는 카본 블랙 입자를 배합 단계 32가 아닌 참조 번호 37로 표시된 사출 성형 단계에서 첨가시켜 저항율 537 Ωcm 및 굴곡탄성율 4819±161 MPa를 얻는다.

도 4B는 별법을 나타낸 것으로서, 카본 블랙 농축물을 폴리프로필렌 및 폴리아미드와 건식 혼합시켜 저항율 432 Ωcm 및 굴곡 탄성율 4649±32 MPa를 얻는다. 도 4C는 또 다른 방법을 나타낸 것으로서, 카본 블랙 농축물을 배합중에 첨가시켜 저항율 214 Ωcm 및 굴곡 탄성율 4491±51 MPa를 얻는다.

도 4D의 구체예에서, 유기 섬유를 폴리프로필렌과 폴리아미드와 건식 혼합시키면서, 배합중에 카본 블랙 농축물을 첨가하여 저항율 431 Ωcm 및 굴곡 탄성율 3790±63 MPa를 얻는다.

도 5A-5C는 조성물 10을 제조하기 위한 또 다른 바람직한 세가지 방법을 나타낸 것으로서, 조성물은 탄소 화합물로서 탄소 섬유 또는 카본 블랙과 탄소 섬유를 포함한다. 도 5A-5C는 100 중량부의 폴리프로필렌, 12 중량부의 폴리아미드, 30 중량부의 유리 섬유 및 2 중량부의 카본 블랙과 20 중량부의 탄소 섬유를 포함하는 조성물 10의 비제한적인 실시예를 나타낸 것이다.

도 5A의 별법으로서, 카본 블랙과 탄소 섬유 양자를 사출 성형 단계 중에 첨가시켜 높은 도전성(저항율 0.465 Ωcm)과 높은 굴곡 탄성율(9770±428MPa)를 얻는다.

도 5B의 별법으로서, 그밖의 별법의 단계 31에 나타낸 건식 혼합 대신에 단계 39에 나타낸 바와 같이, 카본 블랙을 폴리올레핀과 폴리아미드와 건식 혼합시키면서, 배합 중에 탄소 섬유를 첨가시킴으로써(단계 35), 저항율 2 Ωcm, 굴곡 탄성율 9550±350MPa를 얻는다.

도 5C의 별법으로서, 탄소 섬유를 배합 단계 중에 첨가시켜 저항율 8 Ωcm 및 굴곡 탄성율 8931±267MPa를 얻는다.

사출 성형에 있어서, 조성물 10을 형성하는 화합물을 제조하기 위해 사용되는 특정 방법은, 상술한 비제한적인 실시예와 그 수많은 변형으로부터 선택될 수 있고, 그로 인해 조성물 10의 고유 전도성과 기계적 특성(상기 굴곡 탄성율로서 예시함)이 다양화 될 수 있는 것을 이해할 것이다. 모든 방법에서, 본 발명은 사출 성형 후 높은 전기 전도성과 강한 기계적 특성을 제공하는 전기 전도성 열가소성 조성물을 제공한다.

이하의 실시예는 본 발명의 특정 형태를 나타내는 것으로서, 이에 한정되는 것은 아니다.

모든 실시예에 있어서, 사출 성형 합성물 샘플(12.6cm x 1.27cm x 0.32cm)은, Keithley 기구를 이용하여 ASTM D 257-93과 ASTM D 4496-87에 의해 체적 저항율을 측정하여 전기적 특성을 특징지웠다. 샘플과 전극간 접촉 내성을 제거하는데 실버 페인트를 이용하였다. 표면 저항율은 EOS/ESD S11-11에 따라 측정하였다.

기계적 특성을 측정하기 위해 상응하는 ASTM 시험 방법을 이용하였다. 구체적으로, 장력 특성을 측정하기 위해 ASTM D 0638, 휨(flexure)을 측정하기 위해 ASTM D 790, 아이조드(Izod) 충격을 측정하기 위해 ASTM D 256과 수분 흡수를 측정하기 위해 ASTM D 570을 이용하였다.

각 샘플 중의 유리 섬유 함량, 미네랄 충전재 함량과 카본 블랙 함량을 각각 ASTM D 5630-94과 ASTM D 1603-94를 이용하여 측정하였다.

주사 전자 현미경으로 합성물의 형태를 관찰하였다. 동결 파단면을 관찰하였다.

실험에서, 시판 등급의 PP(호모폴리머와 코폴리머), ABS, PS, HIPS, NORYL, PBT와 PC(표 10-13을 참고로 상술함), PE(고- 및 저-밀도 등급), 엘라스토머, PA(PA6, PA66, PA11, PA12, PA6/6.9, PA6/12), EVOH, 유리 섬유(자른 상태, 길이 3.2-6.3mm, 직경 10-13 마이크로미터), 전도성 카본 블랙과 탄소 섬유(자른 섬유, 길이 6mm, 직경 7-8미크론), 유기 폴리아미드 섬유(길이 12mm, 3-5데니어) 및 울라스토나이트, 탤크 및 마이카와 같은 미네랄 충전재를 본 연구에서 이용하였다. 다섯가지 형태의 카본 블랙을 연구하였다. 이 특성을 표 1에 나타낸다.

모든 혼합 비율은 중량부이고 각 경우에 제1 화합물의 100 중량부를 기초로 한다. 통상적인 전기 전도성 폴리올레핀 합성물은 100 중량부의 폴리머 매트릭스, 4 내지 20 중량부의 폴리아미드, 10 내지 55 중량부의 유리 섬유, 0.5 내지 10 중량부의 카본 블랙, 0 내지 30 중량부의 탄소 섬유를 포함할 수 있다.

조성물 10의 전기적 및 기계적 특성을 유리 섬유 농도, 폴리아미드/유리 섬유 비율과 카본 블랙 농도의 함수로서 별개의 폴리아미드 혼합 비율에 대하여 검토하였다. 조성물의 함수로서 저항율과 기계적 특성을 표 2A와 2B에 정리하였다. 샘플은 본 발명의 공정 방법, 즉 사출 성형에 따라 생성되었음을 이해할 것이다.

표 3A와 3B는 서로 다른 폴리프로필렌/폴리아미드 혼합물에서 조성물 10 중 유리 섬유 농도에 대한 저항율과 물성의 의존성을 설명한다. 유리 섬유 함량이 증가함에 따라 장력, 탄성율 및 굴곡 탄성율이 증가하였음이 명확하게 확인된다.

표 3C, 3D와 3E는 서로 다른 폴리프로필렌:엘라스토머 혼합물에서 조성물 10중 유리 섬유 농도와, 울라스토나이트(표 3C), 탤크(표 3D)와 마이카(표 3E)에 따른 저항율과 물성의 의존성을 나타낸다.

표 4는 사용한 제2 열가소성 성분(폴리아미드)의 종류에 대한 PP/PA/GF/CB계(각각의 상 비율 100/12/30/4)의 전기적 저항율의 의존성을 나타낸다. 조성물 10에 모든 종류의 폴리아미드를 이용할 수 있으며 그 전기 전도성은 폴리아미드의 결정도를 선택함으로써 결정 가능하다는 것을 명백하게 확인할 수 있다. PA 6/6-9와 PA 6-12(무정형 폴리아미드)를 기재로 하는 조성물 보다 PA 66과 PA 6, PA 11, PA 12(반결정성 폴리아미드)를 기재로 하는 조성물 10이 더 낮은 값의 저항율을 얻었다. 동일한 농도의 전도성 첨가제가 주어졌을 때, PA 66(최고 결정도의 폴리아미드로 조사됨)을 기재로 하는 조성물에서 가장 높은 수준의 전도성을 얻었다.

조성물 10에 모든 종류의 카본 블랙을 사할 수 있다. 폴리프로필렌(100부), PA 66(12부)와 유리 섬유(30부)를 기재로 하는 조성물에 대하여, 2개의 부하 수준에서 다섯 종류의 CB 등급의 합성물의 저항율과 기계적 특성을 표 5에 나타내었다. 이 표를 정밀하게 조사한 결과, 케트젠블랙(Ketjenbalcks) EC 300과 EC 600, 즉 가장 높은 전도성의 카본 블랙을 사용하였을 경우 가장 높은 전기 전도성을 제공하는 것을 나타내었다.

조성물 10의 저향율과 기계적 특성을 결정하는 또 다른 요소는 사용된 폴리머 매트릭스의 유동성(MFI)이다. 이하의 표 6에서 확실이 알 수 있듯이, 보다 높은 MFI를 갖는 폴리프로필렌을 이용하는 경우 상당히 낮은 저항율을 얻는다. 표 6을 이하에 제공한다.

다음의 표 7은, 상기의 도 5A-5C을 참조로 설명한 바와 같이, 카본 블랙을 함유하는 조성물 10의 구체예를 제공한다. 탄소 섬유/카본 블랙/유리 섬유/제2 열가소성 성분(폴리아미드)/폴리프로필렌 화합물에서 1 Ωcm 미만의 체적 저항율을 얻었다. 하기의 표 7은 비제한적인 탄소 섬유를 포함하는 조성물과 그 특성을 나타낸다.

본 발명의 조성물, 특히 탄소 섬유를 포함하고 1 Ωcm 미만의 저항율을 갖는 조성물들이, 적은 함량의 카본 블랙과 탄소 섬유를 이용하여, 개선된 전자파 간섭(EMI)의 차폐를 생성하는 것을 이해할 것이다. 따라서, 이들은, 예컨대 탄소량이 공정의 청결상 중요한 요소인 클린룸 적용과 같이, 광범한 범위의 적용에 있어서 종래 기술의 전기전도성 플라스틱보다 우수하다.

본 발명은 상술한 내용에 의해 한정되지 않고, 모든 수많은 변형이 본 발명의 범위내에 포함된다. 예를 들어, 본 발명은 폴리프로필렌과 관련하여 기재되어 있지만, 폴리에틸렌 등의 기타 폴리올레핀과 폴리에틸렌-폴리프로필렌 혼합물에 동일하게 적용할 수 있다. 일반적으로 폴리프로필렌과 유사한 방식으로 LDPE와 HDPE를 이용하여 폴리에틸렌 기재 조성물을 제조하였다. 예를 들어, 11부의 폴리아미드(PA 6), 20부의 유리 섬유 및 4.4부의 카본 블랙(EC-300)과 함께 혼합시킨 폴리에틸렌 기재 조성물(동일한 100 중량부 기준)은 10⁵-10⁶ Ωcm의 체적 저항율을 나타낸다.

표 8은 폴리에틸렌 기재 조성물에 대한 두가지의 추가적인 실시예를 나타낸 것이다.

그밖의 또 다른 구체예에 있어서, 제1 성분의 형성 매트릭스 12로서 폴리올레핀 성분을 또 다른 열가소성 화합물로 대체시킬 수 있다. 4개의 바람직한 구체예에서, 제1 성분의 형성 매트릭스 12는 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌(ABS), 폴리스티렌(PS), 내충격성 폴리스티렌(HIPS) 및 폴리페닐렌옥사이드/폴리스티렌(NORYL)이었다. 또 다른 두개의 구체예에서, 제1 열가소성 성분으로서 PBT, PC/ABS 및 PC를 사용하였다.

표 9는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 기재 조성물의 두가지 구체예를 나타낸 것이다.

표 10은 PBT, PC/ABS 및 PC를 기재로 하는 화합물의 저항율과 물성을 나타낸 것이다.

표 11은 각종 섬유를 이용한 PP 기재 화합물의 저항율과 물성을 나타낸 것이다.

표 12는 각종의 제2 열가소성 성분, 다양한 종류의 폴리아미드 조성물, 다양한 유리 섬유 함량 및 소량의 카본 블랙을 다른 양으로 사용하여 ABS, PS, HIPS 및 NORYL로 형성된 조성물 10의 비제한적인 실시예를 나타낸 것이다.

표 13, 14와 15는 추가로, 각각의 PS, HIPS와 NORYL 기재 조성물과 그 기계적 특성을 제공한다.

표 13은 PS/PA/GF/CB 화합물 중의 유리 섬유의 농도에 따른 저항율과 물성을 나타낸 것이다.

표 14는 HIPS/PA/GF/CB 화합물 중의 유리 섬유의 농도에 따른 저항율과 물성을 나타낸 것이다.

표 15는 NORYL/PA66/GF/CB 화합물 중의 유리 섬유의 농도에 따른 저항율과 물성을 나타낸 것이다.

표 16은 제2 열가소성 성분이 폴리아미드가 아니라 EVOH인 조성물 10을 나타낸 것이다. 이 표는 PP/EVOH/GF/CB 화합물 중의 유리 섬유의 농도에 따른 저항율의 의존성을 나타낸다.

표 17은 엘라스토머를 함유하는 PP/PA/GF/CB (PP:엘라스토머 60:40) 화합물중의 유리 섬유의 농도에 따른 저항율과 물성을 나타낸 것이다. 엘라스토머를 함유하는 화합물은 표 3B에 정리한 화합물보다 높은 내충격성을 제공하는 것이 분명하게 나타난다.

표 18은 제2 열가소성 성분이 PA 또는 ABS이고, 서로 다른 섬유를 사용할 경우, 각종 폴리스티렌 화합물을 포함하는 조성물 10의 저항율과 물성을 나타낸 것이다. 다른 색조의 화합물을 생성하기 위해, 어떠한 적절한 안료도 사용할 수 있다.

표 19는 서로 다른 농도의 발포제를 함유하는, 비제한적인 예가 되는, PP/PA66/유리 섬유/CB 화합물의 저항율을 나타낸 것이다.

구체적으로 표시하여 상기에 기술한 것이 본 발명을 제한하려는 의도가 아님을 당업자는 이해할 것이다. 오히려, 본 발명의 범위는 단지 후술하는 청구 범위에 의해서만 한정될 것이다.

본 발명은 첨부된 도면과 함께 발명의 상세한 설명으로부터 보다 완전히 이해되고 확인될 것이다:

도 1은 본 전기 전도성 열가소성 조성물의 형태의 개략도이다.

도 2A-2E는 본 발명의 사출 성형된 조성물의 동결 파단면의 비제한적인 구체예로서 SEM 현미경 사진(다른 배율에서)의 대표도이다.

도 3은 본 발명의 전기 전도성 열가소성 조성물의 제조 방법의 개략적인 블록 다이아그램이다.

도 4A-4D는 본 발명의 전기 전도성 열가소성 조성물을 제조하는 또 다른 바람직한 네가지 방법의 개략적인 블록 다이어그램이며, 여기서 카본 블랙은 탄소 화합물이다.

도 5A-5D는 본 발명의 전기 전도성 열가소성 조성물을 제조하는 또 다른 바람직한 세가지 방법의 개략적인 블록 다이아그램이며, 여기서 탄소 화합물은 카본 블랙과 탄소 섬유 두가지 모두이다.

Claims (32)

1. 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리카르보네이트와 폴리카르보네이트 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 중에서 선택되는 제1 열가소성 성분을 함유하는 매트릭스,

   상기 제1 열가소성 성분보다 높은 극성을 가지며, 다수의 유리 섬유를 캡슐화하여 상기 매트릭스내에서 캡슐화된 유리 섬유의 네트워크를 형성하는 제2 열가소성 성분, 및

   상기 네트워크를 매트릭스내에서 전기 전도성 네트워크로 만들도록 상기 제2 성분에 우선적으로 유인되는 카본 블랙을 포함하는 전기 전도성 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 성분은 폴리아미드인 것인 조성물.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 100 분의 55 부 미만의 유리 섬유를 포함하는 것인 조성물.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 100 분의 10 부 미만의 카본 블랙을 포함하는 것인 조성물.
8. 제1 열가소성 성분을 포함하는 매트릭스,

   상기 제1 열가소성 성분보다 높은 극성을 가지며, 다수의 유리 섬유를 캡슐화하여 상기 매트릭스내에서 캡슐화된 유리 섬유의 네트워크를 형성하는, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌인 제2 열가소성 성분, 및

   상기 네트워크를 매트릭스내에서 전기 전도성 네트워크로 만들도록 상기 제2 성분에 우선적으로 유인되는 카본 블랙을 포함하는 전기 전도성 조성물.
9. 제8항에 있어서, 상기 제1 열가소성 성분은 폴리올레핀 화합물인 것인 조성물.
10. 제9항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 폴리스티렌과 내충격성 폴리스티렌으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 조성물.
11. 삭제
12. 제8항에 있어서, 상기 조성물은 100 분의 55 부 미만의 유리 섬유를 포함하는 것이 특징인 조성물.
13. 제8항에 있어서, 제2 성분은 추가로 충전재를 캡슐화하는 것인 조성물.
14. 제13항에 있어서, 충전재는 미네랄 충전재인 것인 조성물.
15. 제14항에 있어서, 미네랄 충전재는 울라스토나이트(wollastonite), 탤크 및 마이카(mica)로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 조성물.
16. 삭제
17. 제8항에 있어서, 상기 조성물은 100 분의 10 부 미만의 카본 블랙을 포함하는 것인 조성물.
18. 제1 열가소성 성분을 포함하는 매트릭스,

    상기 제1 열가소성 성분보다 높은 극성을 가지며, 충전재를 캡슐화하여 상기 매트릭스내에서 캡슐화된 충전재 입자의 네트워크를 형성하는 제2 열가소성 성분, 및

    상기 네트워크를 매트릭스내에서 전기 전도성 네트워크로 만들도록 상기 제2 성분에 우선적으로 유인되는 카본 블랙을 포함하는 전기 전도성 조성물.
19. 제18항에 있어서, 상기 제1 열가소성 성분은 엘라스토머 성분을 첨가하거나 첨가하지 않은 폴리올레핀 화합물인 것인 조성물.
20. 제19항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌과 폴리에틸렌으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 조성물.
21. 제18항에 있어서, 상기 제1 성분은 폴리스티렌 또는 내충격성 폴리스티렌인 것인 조성물.
22. 제18항에 있어서, 상기 제2 성분은 폴리아미드 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌인 것인 조성물.
23. 제18항에 있어서, 충전재는 미네랄 충전재인 것인 조성물.
24. 제23항에 있어서, 미네랄 충전재는 울라스토나이트, 탤크 및 마이카로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 조성물.
25. 삭제
26. 제18항에 있어서, 상기 조성물은 100 분의 10 부 미만의 카본 블랙을 포함하는 것인 조성물.
27. 제1 열가소성 성분을 포함하는 매트릭스,

    상기 제1 열가소성 성분보다 높은 극성을 가지며, 다수의 유리 섬유를 캡슐화하여 상기 매트릭스내에서 캡슐화된 유리 섬유의 네트워크를 형성하는 제2 열가소성 성분, 및

    상기 네트워크를 매트릭스내에서 전기 전도성 네트워크로 만들도록 상기 제2 성분에 우선적으로 유인되는 카본 블랙을 포함하는 전기 전도성 조성물.
28. 제27항에 있어서, 상기 제1 열가소성 성분은 엘라스토머 성분을 첨가하거나 첨가하지 않은 폴리올레핀 화합물인 것인 조성물.
29. 제28항에 있어서, 상기 폴리올레핀은 폴리프로필렌과 폴리에틸렌으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 조성물.
30. 제27항에 있어서, 상기 제2 성분은 폴리아미드인 것인 조성물.
31. 삭제
32. 제27항에 있어서, 상기 조성물은 100 분의 10 부 미만의 카본 블랙을 포함하는 것인 조성물.

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