KR101034863B1 - 탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막 제조방법 및 이에의해 제조된 대전방지 코팅막 - Google Patents

탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막 제조방법 및 이에의해 제조된 대전방지 코팅막 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막 제조방법 및 이에 의해 제조된 대전방지 코팅막에 관한 것으로, 산용액을 이용하여 탄소나노튜브(CNT) 말단 및 표면에 히드록시기 및 카르복실기를 도입하는 산처리단계; 산처리된 탄소나노튜브(CNT)를 용매에 분산시키는 용매분산단계; 실란컴파운드, 열경화형 수지, 광경화형 수지로 구성된 그룹 중 선택된 하나 이상의 바인더를 용해용매에 녹여 바인더 용액을 제조하는 단계; 바인더 용액을, 상기 용매분산단계에서 형성된 탄소나노튜브 분산액에 혼합시킴에 의해 탄소나노튜브(CNT)를 분산시켜 코팅액을 형성시키는 조성물 형성단계; 그리고, 탄소나노튜브/바인더 혼합코팅액을 기질에 도포하고 고화시키는 단계;를 포함하여 구성되는 탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막 제조방법을 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 산 처리한 탄소나노튜브 분산액과 실란 컴파운드 등의 유기바인더가 혼합된 일액형 코팅액을 기질에 코팅함으로써, 탄소나노튜브가 바인더 물질로 감싸여져 나노입자의 비산문제를 해결할 수 있고, 투과도, 내마모성, 내스크래치성, 화학적 안정성, 기질 성형 시 코팅막의 치수 안정성이 우수한 투명 내지 반투명 대전방지 코팅막을 제조할 수 있으며, 기질 접착성 및 적용성이 우수하여 경질의 기질이나 플렉시블한 기질 등 다양한 기질에 사용할 수 있다는 이점이 있다.
탄소나노튜브 바인더 대전방지 코팅 투명 분산

Description

탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막 제조방법 및 이에 의해 제조된 대전방지 코팅막{Fabrication method of ESD films using carbon nanotubes, and the ESD films}
본 발명은 대전방지 필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 반도체, 액정디스플레이 패널 등 전자소자 제조공정의 트레이 등에 사용이 가능하고, 일액형 탄소나노튜브 바인더 혼합코팅액을 사용함으로써 나노입자의 비산문제를 해결하며, 고강도, 내마모 특성이 우수한 탄소나노튜브를 이용한 투명 내지 반투명 대전방지 코팅막 제조방법 및 이에 의해 제조된 투명 내지 반투명 대전방지 코팅막에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 산업의 가장 중요한 핵심부품인 반도체 집적회로칩(Integrated Circuit Chip ; IC Chip)을 운반하기 위해서는 정전기 피해를 방지하기 위해 대전방지 처리된 소위 쉬핑 트레이(shipping tray) 라고 불리는 운반용기를 사용하거나 또는 대전방지 처리된 캐리어 테이프를 이용하여 롤(roll) 형태로 운반하고 있다. 집적회로 칩을 롤 형태로 운반하는 캐리어 테이프는 쉬핑 트레이에 비해 부피가 적고 이동하기에 간편하여 반도체 집적회로 칩 운반용기로서 널리 각광받고 있어 다양한 종류의 캐리어 테이프에 대한 연구가 진행되고 있다.
캐리어 테이프용 필름에 대한 종래기술로서 미국특허 5,707,699호 및 6,485,832호에 스티렌계 고분자 필름을 중간층으로 하고, 그 양 표면에 스티렌계 수지와 전도성 카본블랙을 혼합하여 만든 전도성 컴파운드를 3중 압출법으로 20-50㎛의 두께로 압출 코팅하여 전체적으로 0.3㎜ 정도의 두께를 가지는 캐리어 테이프용 필름의 제조방법에 대한 내용이 있다.
3중 압출법에 의한 구조 외에 전도성 카본블랙을 스티렌계 수지와 혼합한 후 이를 단층으로 코팅하거나 또는 압출하여 대전방지성 캐리어 테이프 원단으로 사용하기도 한다.
그러나 3중 압출법 또는 단층 압출법 등 압출법에 의한 캐리어 테이프용 필름의 제조는 압출된 캐리어 테이프용 필름의 평활도가 어렵고, 전도성 카본블랙의 분산이 나쁠 경우 제품의 기계적 강도가 열악해지고 또한 카본블랙이 먼지형태로 비산되는 등 여러 가지 문제점을 야기한다.
일본특허번호 2000-015753호에 스티렌계 고분자 바인더와 전도성 카본블랙을 유기용매에 분산시킨 전도성 코팅액을 스티렌계 고분자 필름의 한 면에 코팅하여 대전방지층을 형성하고, 스티렌계 고분자 필름의 다른 표면에는 계면활성제 등의 이온전도성 물질을 코팅하여 캐리어 테이프용 필름을 제조하는 내용에 관하여 기재되어 있다. 이 또한 카본블랙이 먼지 형태로 비산되어 청결문제 등을 야기한다.
대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 2004-106947호에는 금속나노입자 및 카본나노튜브를 이용한 도전성 필름 또는 패턴 형성방법이 소개되어 있다.
상기 종래기술은 산 처리된 탄소 나노튜브를 수득하는 단계; 및 ⅱ) 금속나노입자 및 상기 탄소 나노튜브를 유기용매에 분산시키고 이를 기재상에 코팅한 후 건조하는 단계를 포함하는 도전성 필름 형성방법으로 이 방법에 의해 제조된 필름은 금속입자가 포함됨에 의해 전도성 특성은 우수하나 대전방지제로는 적합하지 못하다는 문제점이 있다. 그리고 금속나노입자 및 상기 탄소 나노튜브 상호간에는 쿨롱 힘에 의해 결합되어 있으나 코팅된 경우 내마모성 등이 우수하지 못하다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술들의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 산 처리한 탄소나노튜브 분산액과 실란 컴파운드 등의 유기바인더가 혼합된 일액형 코팅액을 기질에 코팅함으로써, 탄소나노튜브가 바인더 물질로 감싸여져 나노입자의 비산문제를 해결하고, 고투과도, 내마모성, 내스크래치성, 화학적 안정성, 기질의 성형 시 코팅막의 치수 안정성이 우수하며, 기질 접착성 및 적용성이 우수하여 경질의 기질이나 플렉시블한 기질 등 다양한 기질에 사용할 수 있는 탄소나노튜브를 이용한 투명 내지 반투명 대전방지 코팅막 제조방법 및 이에 의해 제조된 투명 내지 반투명 대전방지 코팅막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 산용액을 이용하여 탄소나노튜브(CNT) 말단 및 표면에 히드록시기 및 카르복실기를 도입하는 산처리단계; 산처리된 탄소나노튜브(CNT)를 용매에 분산시키는 용매분산단계; 실란컴파운드, 열경화형 수지, 광경화형 수지로 구성된 그룹 중 선택된 하나 이상의 바인더를 용해용매에 녹여 바인더 용액을 제조하는 단계; 바인더 용액을, 상기 용매분산단계에서 형성된 탄소나노튜브 분산액에 혼합시킴에 의해 탄소나노튜브(CNT)를 분산시켜 코팅액을 형성시키는 조성물 형성단계; 그리고, 탄소나노튜브/바인더 혼합코팅액을 기질에 도포하고 고화시키는 단계;를 포함하여 구성되는 탄소나노튜브를 이용한 투명 내지 반투명 대전방지 코팅막 제조방법 및 이에 의해 제조된 투명 내지 반투명 대 전방지 코팅막을 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 기질은 유리, 수정, 글래스 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼, 플라스틱으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종으로 이루어지고, 상기 코팅막은 스프레이, 딥코팅, 스핀코팅, 스크린코팅, 잉크젯프린팅, 패드프린팅, 나이프코팅, 키스코팅 및 그라비아코팅 중에서 어느 하나의 방법에 의해 이루어지고, 상기 고화시키는 단계에서의 고화는 열 또는 자외선 경화 방법을 이용하고, 상기 산처리 단계에서 사용된 산용액은 질산, 염산, 황산, 과산화수소 및 이들의 혼합액 중에 선택된 1종인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 및 이들의 혼합물 중에서 선택한 1종으로 이루어지고, 상기 용매분산단계에서 사용된 탄소나노튜브 분산용매는 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 부틸알콜, 에틸렌글라이콜, 폴리에틸렌글라이콜, 테트라하이드로푸란, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸-2-피롤리돈, 헥산, 사이클로헥사논, 톨루엔, 클로로포름, 증류수, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 트리메틸벤젠, 피리딘, 메틸나프탈렌, 니트로메탄, 아크릴로니트릴, 옥타데실아민, 아닐린, 디메틸설폭사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것이고, 상기 조성물 형성단계에서 형성된 코팅액은, 코팅액의 농도 조절을 위해 희석용매가 첨가되되, 상기 희석용매는 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 부틸알콜, 에틸렌글라이콜, 폴리에틸렌글라이콜, 테트라하이드로푸란, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸-2-피롤리돈, 헥산, 사이클로 헥사논, 톨루엔, 클로로포름, 증류수, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 트리메틸벤젠, 피리딘, 메틸나프탈렌, 니트로메탄, 아크릴로니트릴, 옥타데실아민, 아닐린, 디메틸설폭사이드, 메틸렌클로라이드 및 이들의 혼합물 중에서 선택되고, 상기 분산용매 및 희석용매는 바인더 용해용매로 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실란은 테트라알콕시실란류, 트리알콕시실란류, 디알콕시실란류 중 하나가 되고, 상기 탄소나노튜브는 외경이 30㎚ 미만이고, 상기 바인더는, 탄소나노튜브와 바인더 혼합물 100 중량부에 대해 30 내지 99 중량부로 첨가되고, 대전방지 코팅막은 탄소나노튜브가 바인더 물질로 감싸여져 코팅막 상부로 돌출되지 않는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은, 산 처리한 탄소나노튜브 분산액과 실란 컴파운드 등의 유기바인더가 혼합된 일액형 코팅액을 기질에 코팅함으로써, 투과도, 내마모성, 내스크래치성, 화학적 안정성, 기질의 성형 시 대전방지 코팅막의 치수 안정성이 우수하며, 기질 접착성 및 적용성이 우수하여 경질의 기질이나 플렉시블한 기질 등 다양한 기질에 사용할 수 있으며, 일액형 코팅액을 사용하므로 탄소나나튜브가 바인더 물질로 감싸여져 나노입자의 비산 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조로 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 탄소나노튜브를 이용한 대전 방지 코팅막의 제조방법은 크게 탄소나노튜브의 산처리단계와, 산처리된 탄소나노튜브의 용매 분산단계와, 바인더 용액 제조단계와, 탄소나노튜브 분산액과 바인더 용액의 혼합하여 코팅액을 형성시키는 조성물 형성단계와, 혼합액을 기질에코팅하여 고화시키는 고화 단계로 구성된다.
산처리단계는 산 용액을 이용하여 탄소나노튜브(CNT) 말단 및 표면에 히드록시기 및 카르복실기를 도입하는 단계로, 산처리 단계에서 사용된 산용액은 질산, 염산, 황산, 과산화수소 및 이들의 혼합액 중에 하나를 선택하여 사용하고 산 용액에 탄소나노튜브를 분산시킨 후 여과 건조하는 방법으로 진행되며, 산처리 단계를 거치면 말단 및 표면에 히드록시기 및 카르복실기가 도입된 탄소나노튜브가 수득 된다.
여기서 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 및 이들의 혼합물 중에서 하나가 선택되어 사용된다.
다음은 탄소나노튜브의 용매분산단계가 진행되는바, 상기에서 산처리된 탄소나노튜브를 용매에 혼합하여 분산시키는 과정이며, 용매는 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 부틸알콜, 에틸렌글라이콜, 폴리에틸렌글라이콜, 테트라하이드로푸란, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸-2-피롤리돈, 헥산, 사이클로헥사논, 톨루엔, 클로로포름, 증류수, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 트리메틸벤젠, 피리딘, 메틸나프탈렌, 니트로메탄, 아크릴로니트릴, 옥타데실아민, 아닐린, 디메틸설폭사이드 중 하나 이상이 사용되어 탄소나노튜브 용액이 완성된다.
다음은 바인더 용액 제조단계로 바인더 용액은 실란컴파운드, 열경화형 수지, 광경화형 수지 중 하나 이상을 선택하고 이를 용해용매에 녹여 형성한다.
그런 다음 상기 탄소나노튜브 용액을 바인더 용액에 혼합하여 분산시키는 조성물 형성단계가 진행되는바, 바인더 용액이 완성되면 상기에서 형성된 탄소나노튜브 용액을 바인더 용액에 혼합하여 분산시킴에 의해 원하는 코팅액 조성물이 형성된다. 그리고 코팅액의 농도 조절을 위해서는 희석용매가 첨가될 수 있다.
여기에서, 상기 용해용매는 사용되는 바인더의 종류에 따라, 상기 바인더의 용해를 위한 바인더 용해용매, 상기 탄소나노튜브를 함유하는 투명전도성 필름용 혼합코팅액의 농도 조절을 위해 첨가되는 상기 희석용매 및 탄소나노튜브의 분산을 위해 첨가되는 탄소나노튜브 분산용매 중 적어도 어느 하나를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 바인더의 종류에 따라, 바인더 용해용매만 사용하거나, 희석용 용매만 사용하거나, 탄소나노튜브 분산용매만 사용하거나, 아니면 이들을 혼용하여 사용한다.
여기서 용해용매 또는 희석용매는 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 부틸알콜, 에틸렌글라이콜, 폴리에틸렌글라이콜, 테트라하이드로푸란, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸-2-피롤리돈, 헥산, 사이클로헥사논, 톨루엔, 클로로포름, 증류수, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 트리메틸벤젠, 피리딘, 메틸나프탈렌, 니트로메탄, 아크릴로니트릴, 옥타데실아민, 아닐린, 디메틸설폭사이드, 메틸렌클로라이드 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 1종이 사용된다.
상기에서 형성된 탄소나노튜브 바인더 혼합코팅액을 대전방지 코팅막으로 사용하기 위하여 기질에 코팅하게 되는데, 코팅방법에 따라 농도를 조절하여야 하므로, 상기에서 언급한 바와 같이, 최종 탄소나노튜브 바인더 혼합코팅액에 희석용매가 더 첨가될 수 있으며, 상기 희석 용매는 바인더의 종류에 따라 바인더 용해용매 또는 탄소나노튜브 분산용매의 사용 없이 단독으로 사용할 수도 있다.
이와 같이 적절한 농도로 희석된 탄소나노튜브 바인더 혼합코팅액은 기질 상면에 스프레이, 딥코팅, 스핀코팅, 스크린코팅, 잉크젯프린팅, 패드프린팅, 나이프코팅, 키스코팅 및 그라비아코팅 중에서 어느 하나의 방법에 의해 코팅이 이루어지게 되며, 여기에서 상기 기질은 탄소나노튜브의 우수한 반응성 및 전기전도도 특성에 의해 전도성 또는 비전도성의 다양한 기판을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 유리, 수정, 글래스웨이퍼, 실리콘웨이퍼, 플라스틱으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 사용할 수 있다.
이러한 코팅방법에 의해 상기 기질 상면에 투명 내지 반투명 대전방지 코팅막의 용도 등에 따라 수십 나노미터 내지 수십 마이크로미터 두께로 코팅하게 되며, 용매 건조 및 바인더 물질의 고화과정을 거침으로써 탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막이 완성되게 되는 것이다. 이때, 상기 코팅막은 탄소나노튜브가 바인더 물질로 감싸여져 탄소나노튜브가 코팅막 상부로 돌출되지 않게 된다.
이하 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
< 제1실시예 >
본 발명의 실시예 1로써, 탄소나노튜브 분산액에 실란졸 용액을 첨가하여 탄소나노튜브/실란졸 혼합 코팅액 제조방법에 관한 것이다.
상기 탄소나노튜브/실란졸 혼합코팅액은 이하의 절차에 의하여 제조된다.
먼저, 응집된 상태로 존재하는 탄소나노튜브(CNT) 0.1g과 산용액 50㎖를 500㎖ 삼각플라스크에 넣고 초음파기(sonicator)로 1시간 동안 탄소나노튜브를 분산시킨다.
상기 제조된 용액을 24시간 동안 환류(refluxing)를 시킨 후 여과종이(Alumina filter, pore size:200㎚)를 이용하여 탄소나노튜브에 남아있는 산용액을 4회 이상의 여과를 통하여 제거한 후 건조하여 불순물(금속촉매 등) 제거 및 카르복실기(-COOH)와 히드록시기(-OH)가 치환된 탄소나노튜브를 제조하였다.
그 다음, 상기 탄소나노튜브를 용매에 분산시킨 분산용액은 다음과 같이 제조하였다. 상기 탄소나노튜브 10㎎과 에탄올(Ethanol) 용매 100㎖를 삼각플라스크에서 혼합한 후 초음파기로 2시간 동안 분산하여 탄소나노튜브 용액을 제조하였다.
상기 용액에 바인더로서 실란졸 용액을 혼합하게 되는데, 상기 실란졸은 메틸트리메톡시실란(MTMS, methyl trimethoxysilane) 7.5㎎과 테트라에틸오소실리케이트(TEOS, Tetraethyl orthosilicate) 2.5㎎를 플라스크에 넣고 H2O 4.2㎎과 희석 용매인 에탄올(Ethanol) 40㎎을 넣어 준 후 30초간 스터링(stirring) 시켜 제조하였다. 상기 실란졸 용액에 산촉매인 HCl을 넣어 용액의 산도가 pH 3.8~4.0이 되도록 맞춰준 후 48시간 동안 스터링(stirring) 시켜주었다.
상기에서 제조된 실란졸 용액을 탄소나노튜브 분산액에 첨가 후 초음파기로 2시간 동안 분산하여 탄소나노튜브 실란 바인더 혼합 코팅액을 제조하였다.
제조된 탄소나노튜브/실란 졸 혼합 조성물은 도 1와 같이, 실란졸은 산처리된 탄소나노튜브(CNT) 표면의 히드록시기와 수소결합을 함으로써 바인더 역할뿐만 아니라 분산안정제 역할을 동시에 수행하게 된다. 그리고 도 2는 분산이 완료된 조성물을 나타낸 것인 바, 분산안정성이 양호한 것으로 나타났다.
상기에서 형성된 탄소나노튜브/실란졸 혼합 코팅액을 스프레이를 이용하여 유리 기판 및 폴리머 기판(PES, 또는 PET필름) 상면에 도포하였다. 코팅 후 90℃ 열풍건조기에서 용매를 제거한 후 90℃에서 120분간 바인더의 경화를 완료하였다.
상기 제조된 전도성 필름의 면저항(sheet resistance)은 104 ohms/square 이하였으며, 투과도를 측정한 결과 필름이 550㎚에서 약 80% 이상의 총 투과율을 갖는 것으로 나타났으며 대전방지 코팅막이 도포된 PES필름은 도 3에 나타내었다. 그리고, PET 시트에 대전방지 코팅막을 형성시킨 후 몰딩한 경우 모습을 도 4에 나타낸바, 코팅막이 그대로 유지됨을 확인하였다.
또한 탄소나노튜브/실란졸 코팅막의 전자현미경 사진을 도 5에 나타낸바, 탄소나노튜브가 고르게 분산되어 있으며 탄소나노튜브가 실란 바인더에 의해 감싸여 있음을 알 수 있다.
< 제2실시예>
본 발명의 실시예 2로써, 탄소나노튜브 분산액에 실란 컴파운드를 첨가하여 탄소나노튜브 분산액 내에서 실란졸을 제조함으로써 탄소나노튜브/실란졸 혼합 코팅액을 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기 탄소나노튜브/실란졸 혼합코팅액은 이하의 절차에 의하여 제조된다.
먼저, 응집된 상태로 존재하는 탄소나노튜브 0.1g과 산용액 50㎖를 500㎖ 삼각플라스크에 넣고 초음파기(sonicator)로 1시간 동안 탄소나노튜브를 분산시킨다.
상기 제조된 용액을 끓는점에서 24시간 동안 환류(refluxing)를 시킨 후 여과종이(Alumina filter, pore size:200㎚)를 이용하여 탄소나노튜브에 남아있는 산용액을 4회 이상의 여과를 통하여 제거한 후 건조하여 불순물(금속촉매 등) 제거 및 카르복실기(-COOH)와 히드록시기(-OH)가 치환된 탄소나노튜브를 제조하였다.
그 다음, 상기 탄소나노튜브를 용매에 분산시킨 분산용액은 다음과 같이 제조하였다. 상기 탄소나노튜브 10㎎과 에탄올(Ethanol) 용매 100㎖를 삼각플라스크에서 혼합한 후 초음파기로 2시간 동안 분산하여 탄소나노튜브 용액을 제조하였다.
상기 용액에 메틸트리메톡시실란(MTMS, methyl trimethoxysilane) 7.5㎎과 테트라에틸오소실리케이트(TEOS, Tetraethyl orthosilicate) 2.5㎎, H2O 4.2㎎을 넣어 준 후 30초간 스터링(stirring) 시켜주었다. 상기 탄소나노튜브 분산액에 산촉매인 HCl을 넣어 용액의 산도가 pH 3.8~4.0이 되도록 맞춰준 후 2시간 동안 초음파기로 분산하여 탄소나노튜브/실란졸 혼합용액을 제조하였다.
상기에서 제조된 탄소나노튜브/실란졸 혼합 코팅액을 스프레이 코터를 사용 하여 유리 기판 및 폴리머 기판(PES, 또는 PET필름) 상면에 도포하였다. 코팅 후 90℃ 열풍건조기에서 용매를 제거 한 후 90℃에서 120분간 바인더의 경화를 완료하였다.
상기 제조된 전도성 필름의 면저항(sheet resistance) 및 투과도(transmittance)를 측정하였고, 바인더의 분산성(dispersion)은 광학현미경과 전자주사현미경을 사용하여 관찰하였는바, 면저항(sheet resistance)은 104 ohms/square 이하였으며, 550nm에서 투과도 약 80% 이상의 총 투과율을 갖는 것으로, 상기 제1 실시예와 거의 동일하였다.
< 제 3실시예 >
본 발명의 실시예 3으로써, 탄소나노튜브 분산액에 광경화용에폭시를 첨가하여 탄소나노튜브/광경화용 에폭시 혼합 코팅액 제조방법에 관한 것이다.
상기 탄소나노튜브/광경화용 에폭시 혼합코팅용액은 이하의 절차에 의하여 제조된다.
먼저, 응집된 상태로 존재하는 탄소나노튜브 0.1g과 농도가 30vol%인 질산(HNO3)용액 100㎖를 500㎖ 삼각플라스크에 넣고 초음파 분산기를 이용하여 1시간동안 탄소나노튜브를 분산시켰다.
상기 제조된 용액을 1시간 동안 환류(refluxing)를 시킨 후 여과종이를 이용하여 탄소나노튜브에 남아있는 산용액을 4회 이상의 여과를 통하여 제거한 후 건조 하여 불순물 제거 및 카르복실기(-COOH)가 치환된 탄소나노튜브를 제조하였다.
그 다음, 상기 탄소나노튜브를 용매에 분산시킨 분산용액은 다음과 같이 제조하였다. 상기 탄소나노튜브 15㎎과 에탄올(Ethanol) 용매 100㎖를 삼각플라스크에서 혼합한 후 초음파기로 1시간 동안 분산하여 탄소나노튜브 용액을 제조하였다.
상기 용액에 광경화용에폭시(SK사이텍) 10㎎과 디에틸렌 글리콜 메틸 에틸 에테르(MEDG) 용매 및 광개시제를 첨가한 후 6시간 동안 스터링(stirring) 시키고, 초음파 분산기로 2시간 동안 처리하여 탄소나노튜브/광경화용 에폭시 혼합용액을 제조하였다.
상기에서 제조된 탄소나노튜브/광경화용 에폭시 혼합코팅용액을 실시예 1과 같은 방법으로 코팅을 하였다. 코팅 후 80℃ 열풍건조기에서 용매를 제거 한 후 1~3분간 자외선를 조사하여 에폭시 바인더를 경화시켰으며, 실시예 1과 같은 방법을 이용하여 분석하였는바, 면저항(sheet resistance)은 104 ohms/square 이하였으며, 550nm에서 투과도 약 80% 이상의 총 투과율을 갖는 것으로, 투명 대전방지 코팅막에 적합한 결과를 도출하였다.
< 비교예 >
본 발명의 비교예로써, 탄소나노튜브와 바인더 물질의 혼합액을 이용하지 않고 두 재료를 순차적으로 기질 상부에 적층구조로 코팅함으로써 대전방지 코팅막을 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기 실시예 1에서 제조된 실란 졸 용액을 유리 또는 고분자 기질에 코팅한 후에 탄소나노튜브 분산액을 순차적으로 도포하였다.
이러한 코팅막 제조의 경우 도 6에서 보여지는 바와 같이 탄소나노튜브가 바인더 위로 돌출되어 탄소나노튜브의 비산문제를 야기시킬 수 있었다.
도 1 - 실란졸에 탄소나노튜브가 분산된 형상을 나타낸 개념도.
도 2 - 탄소나노튜브/실란졸 혼합 조성물 용액을 나타낸 도.
도 3 - 탄소나노튜브/실란졸 조성물 코팅막이 형성된 투명전도성 필름을 나타낸 도.
도 4- 탄소나노튜브/실란졸 조성물 코팅막이 형성된 투명전도성 필름을 몰딩 후 모습을 나타내는 도.
도 5 - 본 발명에 따른 탄소나노튜브/실란졸 조성물 코팅막의 전자현미경 사진을 나타낸 도.
도 6 - 본 발명의 비교예에 따른 다단계 방식에 의해 실란졸을 접착층으로 기질에 코팅 후 순수 탄소나노튜브 분산액을 접착층 상부에 도포한 코팅막의 전자 현미경 사진을 나타낸 도.

Claims (15)

  1. 산용액을 이용하여 탄소나노튜브(CNT) 말단 및 표면에 히드록시기 및 카르복실기를 도입하는 산처리단계;
    산처리된 탄소나노튜브(CNT)를 용매에 분산시키는 용매분산단계;
    실란컴파운드, 열경화형 수지, 광경화형 수지로 구성된 그룹 중 실란컴파운드가 포함된 하나 이상의 바인더를 선택하여 용해용매에 녹여 바인더 용액을 제조하는 단계;
    바인더 용액을, 상기 용매분산단계에서 형성된 탄소나노튜브 분산액에 혼합시킴에 의해 탄소나노튜브(CNT)를 분산시켜 코팅액을 형성시키는 조성물 형성단계; 그리고,
    탄소나노튜브/바인더 혼합코팅액을 기질에 도포하고 고화시키는 단계;를 포함하여 대전방지 코팅막을 형성시키되,
    상기 대전방지 코팅막은 탄소나노튜브가 바인더 물질로 감싸여짐을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기질은 유리, 수정, 글래스 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼, 플라스틱으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종으로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 대전 방지 코팅막 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 코팅막은 스프레이, 딥코팅, 스핀코팅, 스크린코팅, 잉크젯프린팅, 패드프린팅, 나이프코팅, 키스코팅 및 그라비아코팅 중에서 어느 하나의 방법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 대전 방 지 코팅막 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 고화시키는 단계에서의 고화는 열 또는 자외선 경화 방법을 이용하여 고화됨을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 산처리 단계에서 사용된 산용액은 질산, 염산, 황산, 과산화수소 및 이들의 혼합액 중에 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 및 이들의 혼합물 중에서 선택한 1종으로 이루어짐을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 용매분산단계에서 사용된 탄소나노튜브 분산용매는 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 부틸알콜, 에틸렌글라이콜, 폴리에틸렌글라이콜, 테트라하이드로푸란, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸-2-피롤리돈, 헥산, 사이클로헥사논, 톨루엔, 클로로포름, 증류수, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 트리메틸벤젠, 피리딘, 메틸나프탈렌, 니트로메탄, 아크릴로니트릴, 옥타데실아민, 아닐린, 디메틸설폭사이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 조성물 형성단계에서 형성된 코팅액은,
    코팅액의 농도 조절을 위해 희석용매가 첨가됨을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 희석용매는 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 부틸알콜, 에틸렌글라이콜, 폴리에틸렌글라이콜, 테트라하이드로푸란, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아마이드, N-메틸-2-피롤리돈, 헥산, 사이클로헥사논, 톨루엔, 클로로포름, 증류수, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 트리메틸벤젠, 피리딘, 메틸나프탈렌, 니트로메탄, 아크릴로니트릴, 옥타데실아민, 아닐린, 디메틸설폭사이드, 메틸렌클로라이드 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 분산용매 및 희석용매는 바인더 용해용매로 사용됨을 특징으로 탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 실란은 테트라알콕시실란류, 트리알콕시실란류, 디알콕시실란류 중 하나가 됨을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 외경이 30㎚ 미만인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막 제조방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 바인더는,
    탄소나노튜브와 바인더 혼합물 100 중량부에 대해 30 내지 99 중량부로 첨가됨을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막 제조방법.
  14. 삭제
  15. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 하나의 항에 의한 방법으로 형성됨을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 대전방지 코팅막.
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