KR101049955B1 - Composite Coating Composition for Electromagnetic Shielding - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자파 차폐용 복합소재 도료 조성물에 관한 것으로서, 무기계 은 분말 15 내지 25 중량%, 페라이트 분말 10 내지 30 중량%, 폴리우레탄 수분산액 20 내지 38 중량% 및 용제 20 내지 40 중량%를 포함하는 조성으로부터 제조된 전자파 차폐용 복합 소재는 사용주파수 대역에서 전자파를 효과적으로 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 종래 무기계 은 분말만을 포함하던 것을 페라이트 분말로 일부 대체함으로써 가격경쟁력이 높은 장점이 있으므로, 이러한 본 발명의 코팅막은 휴대폰, PDA 등의 이동통신 기기와 노트북 등의 정보기기의 전자파 차폐 특성을 증진시키는 탁월한 물성을 제공할 수 있다. The present invention relates to a composite coating composition for electromagnetic shielding, comprising 15 to 25% by weight of inorganic silver powder, 10 to 30% by weight of ferrite powder, 20 to 38% by weight of polyurethane dispersion and 20 to 40% by weight of a solvent. The composite material for shielding electromagnetic waves prepared from the composition can effectively block electromagnetic waves in the frequency band of use, and has a high cost competitiveness by replacing part of the conventional inorganic silver powder with ferrite powder. Can provide excellent physical properties to enhance the electromagnetic shielding characteristics of mobile communication devices such as mobile phones, PDAs and information devices such as notebooks.
페라이트*전자파*차폐율*도료*은Ferrite * Electromagnetic Wave * Shielding Rate * Paint *
Description
도 1은 본 발명에 따라 제조된 전자파 차폐용 도료조성물로부터 얻어진 복합재료의 흡수 및 반사 스펙트럼을 나타낸 것이고, Figure 1 shows the absorption and reflection spectrum of the composite material obtained from the electromagnetic shielding paint composition prepared according to the present invention,
도 2는 본 발명에 따라 제조된 전자파 차폐용 도료조성물로부터 얻어진 복합재료의 표면을 주사전자 현미경으로 측정한 것이고, 2 is a measurement of the surface of the composite material obtained from the electromagnetic wave shielding paint composition prepared according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따라 제조된 전자파 차폐용 도료 조성물로부터 얻어진 복합재료의 표면 EDS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscope) 분석 사진을 나타낸 것이다.
Figure 3 shows the surface EDS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscope) analysis of the composite material obtained from the electromagnetic wave shielding coating composition prepared according to the present invention.
본 발명은 전자파 차폐용 복합소재 도료 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도전성 은 분말과 페라이트 분말을 폴리우레탄 수분산액에 혼합시킴으로써 사용주파수 영역에서 전자파를 효과적으로 차단할 뿐만 아니라, 가격도 저렴한 전 자파 차폐용 복합소재 도료 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a composite coating composition for electromagnetic wave shielding, and more particularly, by mixing conductive silver powder and ferrite powder with an aqueous polyurethane dispersion, it effectively blocks electromagnetic waves in the frequency range of use, and is inexpensive for shielding electromagnetic waves. It relates to a composite coating composition.
최근 이동통신 시장은 양적으로 질적으로 대단한 급성장을 이루었다. 그러나 이들 이동통신 및 컴퓨터와 같은 단말기로부터 방출되는 인체유해 전자파가 국가적인 문제점으로 제기되면서 각종 전자기기로부터 방사 또는 전도되는 유해 전자파가 다른 기기에 오작동, 통신장애, 잡음 현상을 일으킬 뿐만 아니라, 암, 백혈병, 유산 등의 각종 질병의 원인으로 작용하면서 전자파 차폐에 대한 관심과 연구가 더욱 심화되고 있다. Recently, the mobile communication market has experienced a rapid growth in quantity and quality. However, as harmful electromagnetic waves emitted from terminals such as mobile communication and computers have been raised as a national problem, harmful electromagnetic waves radiated or conducted from various electronic devices not only cause malfunctions, communication failures and noise in other devices, but also cancer, As a cause of various diseases such as leukemia and miscarriage, the interest and research on electromagnetic shielding is intensifying.
또한 이들 전자장비들이 경량화, 원가절감, 소형화 및 디자인이 다양화됨에 따라 하우징의 소재가 금속에서 플라스틱으로 대체되므로 전자기파 간섭(EMI)에서 전자파 적합성(EMC)과 전자파 민감성(EMS) 등의 보다 확장된 개념에서 연구되고 있다.In addition, as these electronic devices become lighter, more cost-effective, smaller, and more diversified in design, the housing materials are replaced by metals and plastics, so electromagnetic interference (EMC) and electromagnetic susceptibility (EMS) can be expanded. The concept is being studied.
이러한 이동통신 단말기에 들어가는 전자파 차폐재로써 요구되는 가장 중요한 특성은 통신주파수(PCS : 1.8 GHz, IMT-2000 : 2.2 GHz, 블루투쓰 : 2.45 GHz)에서 흡수율이 커야함은 물론이고, 박형이어야 하며, 가격경쟁력이 높아야 하는 조건을 필요로 한다. The most important characteristic required as electromagnetic wave shielding material in mobile communication terminal is that it should be thin and thin at the communication frequency (PCS: 1.8 GHz, IMT-2000: 2.2 GHz, Bluetooth: 2.45 GHz) This requires conditions that must be high.
또한 전계(electric field)보다는 자계(magnetic field)가 인체 및 생체에 특히 유해하다는 임상결과가 보고된 바가 있는 바, 도전성 소재를 이용할 경우 전계의 차폐 및 흡수는 용이한 반면, 자계는 그 차단이 매우 어렵다. (전자파공해, 수문사, 김덕원 저)In addition, clinical results have been reported that the magnetic field rather than the electric field is particularly harmful to the human body and the living body. When the conductive material is used, the shielding and absorption of the electric field are easy, while the magnetic field is very blocked. it's difficult. (Electromagnetic Pollution, Hydrology, by Deok-Won Kim)
전자파 차폐는 외부로부터 입사하는 전자파를 차폐재에 의해서 반사나 흡수 를 통해 전자파가 매질 내부로 투과하는 것을 막는 것을 의미하며, 전자파 차폐재료에 의한 전자파 감쇠(attenuation)는 다음과 같은 세 가지 메커니즘에 의해서 이루어진다. Electromagnetic shielding means to prevent electromagnetic waves from penetrating the inside of the medium through reflection or absorption by the shielding material. Attenuation by the electromagnetic shielding material is performed by the following three mechanisms. .
첫째 공기층과 금속간의 임피던스 부정합에 의한 반사손실 (penetration loss)에 의한 것인 바, 대부분의 전자파 차폐는 이 메커니즘이 지배적이다. First, due to reflection loss due to impedance mismatch between the air layer and the metal, most electromagnetic shielding is dominated by this mechanism.
둘째 금속 차폐막을 전자파가 통과하면서 저항성 손실(ohmic loss)에 의해 열로 발산하는 투과손실(penetration loss)에 의한 것과, 세 번째 금속 차폐막 양쪽의 경계면에서의 금속층 내부로의 재반사에 의한 다중 반사손실 (multi-reflection loss)에 의한 것 등이다. Second, due to the penetration loss radiated by the ohmic loss as the electromagnetic wave passes through the metal shielding film, and the multiple reflection loss due to rereflection into the metal layer at the interface between both sides of the third metal shielding film ( due to multi-reflection loss).
상기의 세가지 메커니즘을 고려한 평면전자파의 차폐효과를 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. The shielding effect of planar electromagnetic waves in consideration of the above three mechanisms can be expressed as follows.
위 식으로부터 평면전자파의 차폐효과는 입사전자파의 주파수 f, 차폐막의 두께 t, 차폐재료의 전기전도도 σ, 유전율 ε, 투자율 μ 등에 의해 결정될 수가 있다. From the above equation, the shielding effect of planar electromagnetic waves can be determined by the frequency f of the incident electromagnetic waves, the thickness t of the shielding film, the electrical conductivity σ of the shielding material, the permittivity ε, the permeability μ, and the like.
한편, 자성 전파 흡수재료로는 산화철 계통의 페라이트 자성체가 널리 사용되고 있는데 페라이트 복합체는 일반적으로 VHF, UHF 대역에서 감쇠능이 우수하기 때문에 500 MHz 부터 3GHz 대역인 이동통신 주파수 대역에서 우수한 전파흡수 특성 을 나타내고, 특히 정합주파수가 높으며 제조가 쉽고 유연성이 뛰어나다는 장점을 가지고 있다. On the other hand, ferrite magnetic materials of iron oxide type are widely used as the magnetic wave absorbing materials. Since ferrite composites generally have excellent attenuation in the VHF and UHF bands, they exhibit excellent radio absorption characteristics in the mobile communication frequency bands of 500 MHz to 3 GHz. In particular, it has a high matching frequency, easy manufacturing, and excellent flexibility.
또한 전도성 소재로 차폐가 용이한 전계(electric field)와는 달리 자계(magnetic field)는 물질을 통과하여 인체 및 생체에 그 위험성이 있기 때문에, 미국 국립 방사능 보호위원회와 스웨덴 국립규정은 2mG 이하를 안전 측정 자계로 규정하는 등 국내외의 자계 안전 규정이 가속화되고 있다. In addition, unlike the electric field, which is easy to shield with a conductive material, the magnetic field passes through the material and poses a danger to humans and living bodies. Therefore, the US National Radiation Protection Commission and the Swedish National Regulations measure safety below 2 mG. Domestic and foreign field safety regulations are accelerating, such as by specifying them as magnetic fields.
그리고 특수합금을 부착하거나 전자파를 차폐하는 뮤메탈 같은 고투자율 재료를 사용하여 자계를 차폐하기도 하지만 비용이 비싸고 희귀금속이므로 실용성이 없다. In addition, high magnetic permeability materials such as mumetal, which attach special alloys or shield electromagnetic waves, are used to shield the magnetic field.
전자파 차폐용으로 사용되는 가장 일반적인 재료로는 은(Ag), 니켈(Ni), 철(Fe), 베릴륨과 같은 전도성 무기재료로서, 이에 대한 종래기술로는 한국 특허 공개 제 2002-80822호, 제 2001-96959호, 미국 특허 제 6,013,203호 및 미국 특허 제 4,715,989호 등에 발표되어 있다. The most common materials used for electromagnetic shielding are conductive inorganic materials such as silver (Ag), nickel (Ni), iron (Fe), and beryllium, and the related art is disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 2002-80822, 2001-96959, US Pat. No. 6,013,203 and US Pat. No. 4,715,989 and the like.
이들 특허에 따르면 상기와 같은 전도성 무기재료를 이용한 전자파 차폐용 재료는 높은 전기전도도와 자화율로 차폐효율이 높으며 표면 두께(skin depth)가 작은 장점이 있지만, 무게가 무겁고 가공이 힘들며 가격이 비싼 단점이 있어 경박단소의 소자화 추세에 제품품질 저하의 원인이 되고 있다. According to these patents, the electromagnetic shielding material using the conductive inorganic material has advantages of high shielding efficiency and small skin depth with high electrical conductivity and susceptibility, but has a disadvantage of heavy weight, difficult processing, and high price. As a result, the trend of declining light and thin components has been a cause of deterioration of product quality.
둘째, 사슬 내에 불포화 탄소고리를 함유한 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 같은 도전성 유기고분자를 이용한 코팅피막 도료를 이동전화 케이스 내부에 도막하여 전파누설을 줄이는 방법이 한국 특허 공개 제 2002-68730호, 일본 특개평 2001-55541 등에 기술되어 있다. 이러한 도전성 유기고분자는 가벼운 장점이 있는 반면에 전도도가 금속보다 적고 가격이 비싸 사용된 재료의 가격과 감쇠 효율면에서 보다 효과적이지 못하다. Second, a method of reducing the radio leakage by coating a coating film coating using conductive organic polymers such as polyaniline, polypyrrole and polythiophene containing unsaturated carbon rings in the inside of a mobile phone case is disclosed in Korea Patent Publication No. 2002-68730, Japan JP 2001-55541 A. While these conductive organic polymers have a light advantage, they are less effective in terms of cost and attenuation efficiency of the materials used because they have less conductivity and are more expensive than metals.
셋째로 성형된 플라스틱 표면에 금속을 입히기 위해 전도성 충진제를 차폐재로 사용하는 경우와, 도금 및 진공증착 등에 의한 방법은 휴대폰 케이스의 형태와 플라스틱이라는 소재로 인하여 진공증착에 한계가 있고, 그 비용이 비싸다는 단점이 있다. Third, the conductive filler is used as a shielding material to coat metal on the molded plastic surface, and the method of plating and vacuum deposition has a limitation in vacuum deposition due to the shape of the mobile phone case and the plastic material, and the cost is high. Has its drawbacks.
또한 카본-고무 전파 흡수재료는 정합 두께가 너무 두껍고, BaTiO3, PMN-PT 등과 같은 유전성 전파 흡수재료는 이동통신 주파수 대역인 마이크로파 영역에서 유전손실이 작은 단점이 있다.In addition, carbon-rubber electromagnetic wave absorbing material is too thick matching thickness, dielectric wave absorbing material such as BaTiO 3 , PMN-PT and the like has a low dielectric loss in the microwave region of the mobile communication frequency band.
즉, 상기에서 언급했듯이 도전성 금속재료를 코팅소재로 사용하면 무게가 무겁고 가공이 힘들며 가격이 비싼 단점이 있어 경박단소의 소자화 추세에 제품품질 저하의 원인으로 작용하는 단점이 있고, 도전성 폴리머의 경우는 전도도가 상대적으로 적어 전자파 차폐감쇠 효율면에서 문제점으로 작용하는 바, 이에 대한 시급한 해결이 필요한 실정이다.
That is, as mentioned above, when the conductive metal material is used as the coating material, it has a disadvantage of being heavy, difficult to process, and expensive, and thus acting as a cause of product quality deterioration in the device trend of light and thin, and in the case of the conductive polymer, The relatively low conductivity acts as a problem in terms of electromagnetic shielding attenuation efficiency, an urgent solution is required.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 도전성 금속재료를 코팅소재료 사용시 중량문제를 해결하고, 도전성 유기고분자의 낮은 전도도를 해결하여 각종 컴퓨터 및 이 동통신의 전자파 차폐 재료에 적합한 재료를 찾기 위하여 연구노력하던 중, 도전성이 높은 은과 자계를 효과적으로 흡수할 수 있는 고 투자율의 페라이트로 이루어진 금속-페라이트 복합재료를 폴리우레탄 수분산액에 혼합시킨 복합소재를 전자파 차폐용 재료로 사용한 결과, 사용주파수 대역에서 전자파를 효과적으로 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 페라이트의 가격은 은 분말의 가격과 비교하여 10배에서 50배 정도 저렴하므로 종래 은 분말만을 사용하던 것을 페라이트로 일부 대체함으로써 차폐 효율은 우수하면서 가격경쟁력이 높은 장점이 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다. Therefore, the present inventors are trying to find a suitable material for electromagnetic shielding materials of various computers and mobile communication by solving the weight problem when using the above-described conductive metal material and the low conductivity of the conductive organic polymer. As a result of the electromagnetic wave shielding material, a composite material containing a highly conductive silver and a high permeability ferrite composite that is capable of absorbing magnetic fields in a polyurethane aqueous dispersion is used as an electromagnetic shielding material. In addition to blocking, the price of ferrite is about 10 to 50 times cheaper than the price of silver powder. Therefore, by replacing part of the conventional silver powder with ferrite, it has the advantage of excellent shielding efficiency and high price competitiveness. Came to complete the present invention .
따라서, 본 발명의 목적은 전계를 포함한 자계 차폐용으로 적합하고, 전도성이 좋으며, 투자율과 유전율이 높은 무기소재인 페라이트와 은 금속의 금속-페라이트 복합재료를 이용한 전자파 차폐용 복합소재 도료 조성물을 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a composite material coating composition for shielding electromagnetic waves using ferrite and silver metal-ferrite composite materials, which are suitable for magnetic field shielding including electric fields, have good conductivity, and have high magnetic permeability and permittivity. There is.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자파 차폐용 복합소재 도료 조성물은 무기 은 분말 15 내지 25 중량%, 페라이트 분말 10 내지 30 중량%, 폴리우레탄 수분산 수지 20 내지 38 중량% 및 알콜계 용제 20 내지 40 중량%를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
Electromagnetic shielding composite coating composition of the present invention for achieving the above object is 15 to 25% by weight of inorganic silver powder, 10 to 30% by weight of ferrite powder, 20 to 38% by weight of polyurethane water dispersion resin and alcohol solvent It is characterized by including 20 to 40% by weight.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 전자파에 대한 차폐성이 우수한 무기 은 분말에 자계 흡수능을 증진시키기 위하여 페리자성체를 혼합시켜 인체유해한 전자기파를 보다 효과적이고 획기적으로 차폐하는 전자파 차폐용 복합소재 도료 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a composite material composition for electromagnetic wave shielding shielding electromagnetic waves more effectively and significantly by mixing ferrimagnetic material in order to enhance the magnetic absorption capacity in inorganic silver powder excellent shielding against electromagnetic waves.
본 발명에서 사용되는 무기 은 분말은 전자파 차단 효과가 우수한 것으로서, Ferro사에 의해 시판되는 은 조각(Silver Flake) #SF70A, 은 조각(Silver Flake) #9AL; Mitsui사의 은 분말 SPH02JF; 및 Degussa사의 은 조각 #SF7, #SF7E 등을 사용할 수 있다. Inorganic silver powder used in the present invention is excellent in the electromagnetic wave blocking effect, Silver Flake # SF70A, Silver Flake # 9AL sold by Ferro; Silver powder SPH02JF from Mitsui; And silver pieces # SF7, # SF7E, etc. of Degussa.
이러한 무기 은 분말은 전체 조성 중 15 내지 25 중량%로 포함되는 것이 바람직한 바, 그 함량이 15 중량% 미만일 경우 제조된 코팅도막의 전기전도도가 낮고 , 또한 25중량%를 초과할 경우 전자파 차폐율은 좋으나 제조원가가 지나치게 상승하여 경제성이 떨어지는 문제가 있다.The inorganic silver powder is preferably contained in 15 to 25% by weight of the total composition, when the content is less than 15% by weight, the electrical conductivity of the prepared coating film is low, and when it exceeds 25% by weight the electromagnetic shielding rate is Good, but the manufacturing cost is too high, there is a problem that the economy is poor.
그리고, 본 발명의 페라이트는 일본 도다사에 의해 시판되는 Mn-Zn, Ni-Zn, Mn-Mg-Zn, Mg-Cu-Zn 및 Ni-Cu-Zn 페라이트 분말 중에서 선택된 1종 이상을 전체 조성 중 10 내지 30중량%로 사용한다. In addition, the ferrite of the present invention is one or more selected from Mn-Zn, Ni-Zn, Mn-Mg-Zn, Mg-Cu-Zn and Ni-Cu-Zn ferrite powder sold by Nippon Doda Co., Ltd. It is used at 10 to 30% by weight.
이러한 페라이트는 전체 조성 중 10 내지 30 중량%로 포함되는 것이 바람직한 바, 그 함량이 10 중량% 미만일 경우 전기전도도 및 자계흡수율이 떨어지고, 또한 30중량%를 초과할 경우 무기입자의 과다로 인하여 도료의 분산특성이 떨어지고 코팅막이 불균일한 문제가 있다.Such ferrite is preferably included in 10 to 30% by weight of the total composition, the content of less than 10% by weight of the electrical conductivity and magnetic absorption rate is lowered, and if it exceeds 30% by weight of the paint due to the excess of inorganic particles There is a problem that the dispersion properties are poor and the coating film is nonuniform.
또한, 본 발명에서는 접착성이 우수한 폴리우레탄 수분산액을 포함하는 바, 이는 도료의 내습성, 열충격성, 부착성, 자계 및 전자파 차폐성과 같은 물성을 제공하기 위한 것이다. 이러한 폴리우레탄 수분산액은 AVECIA사의 NeoRez R-550, NeoRez R-972, NeoRez R-981과 Noveon사의 Sancure 777, Sancure 815, Sancure 899, Sancure 12954, 그리고 보광화학의 RS-835, RS-825 와 같은 것으로서, 고형분 함량이 25 내지 35%인 것으로, 전체 조성 중 20 내지 38 중량%로 포함할 수 있다. 그 함량이 20 중량% 미만일 경우 코팅막의 접착성이 불량하고, 또한 38 중량%를 초과할 경우 전도도가 지나치게 떨어지는 문제가 있다.In addition, the present invention includes a polyurethane aqueous dispersion having excellent adhesion, which is intended to provide physical properties such as moisture resistance, thermal shock resistance, adhesion, magnetic field and electromagnetic shielding of the paint. These polyurethane dispersions are available from AVECIA's NeoRez R-550, NeoRez R-972, NeoRez R-981 and Noveon's Sancure 777, Sancure 815, Sancure 899, Sancure 12954, and Bokwang Chemical's RS-835 and RS-825. As a solid content of 25 to 35%, may comprise 20 to 38% by weight of the total composition. If the content is less than 20% by weight, the adhesion of the coating film is poor, and if the content exceeds 38% by weight there is a problem that the conductivity is too low.
또한, 본 발명의 용제로는 알콜계 용제가 바람직한 바, 예를 들면 에틸알코올, 메틸알코올, 이소프로필알코올 등이 있으며, 전체 조성 중 20 내지 40 중량%로 포함된다. In addition, the solvent of the present invention is preferably an alcohol solvent, for example, ethyl alcohol, methyl alcohol, isopropyl alcohol and the like, it is included in 20 to 40% by weight of the total composition.
또한, 본 발명은 도료 조성물에 포함될 수 있는 분산제와 침강방지제를 더 포함하는 것도 가능하다. 이러한 분산제로는 BYK Chemie 사의 Disper Byk, Byk-162, Byk-100 등에서 선택된 1종 이상의 것으로 전체 조성 중 0.3 내지 1.5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. In addition, the present invention may further include a dispersant and a sedimentation agent that may be included in the coating composition. The dispersant is preferably one or more selected from BYK Chemie Co., Ltd. Disper Byk, Byk-162, Byk-100, etc. It is preferably included in 0.3 to 1.5% by weight of the total composition.
또한, 침강방지제로는 Cabot사의 CAB-O-SIL M5, CAB-O-SIL TS530, 성원소재의 OPTIFLO L150, 시그마 알드리치의 Hydroxypropyl Cellulose 등에서 선택된 1종 이상의 것으로 전체 조성 중 0.3 내지 1.5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. In addition, the anti-sedimentation agent is one or more selected from Cabot's CAB-O-SIL M5, CAB-O-SIL TS530, Sungwon Materials's OPTIFLO L150, Sigma Aldrich's Hydroxypropyl Cellulose, etc. It is preferable.
상기와 같은 조성으로부터 제조된 본 발명의 전자파 차폐용 복합소재 도료 조성물은 무기 은과 무기 페라이트 소재를 이용한 도전성 전자파 차폐도료의 조성물로 미량의 재료를 수 ㎛의 도막두께로 코팅하여도 높은 전도성과 자계 차폐 효율을 얻을 수 있으며, 접착성이 우수한 수용성 폴리우레탄 분산수지를 사용하므로 내습성, 열충격성, 부착성, 자계 및 전자파 차폐성 같은 기능성이 우수한 결과를 나타낸다. The composite material coating composition for electromagnetic wave shielding of the present invention prepared from the composition as described above is a conductive electromagnetic shielding coating composition using inorganic silver and inorganic ferrite material and has high conductivity and magnetic field even when a small amount of material is coated with a thickness of several μm. Since the shielding efficiency can be obtained and the water-soluble polyurethane dispersion resin having excellent adhesiveness is used, it shows excellent results such as moisture resistance, thermal shock resistance, adhesion, magnetic field and electromagnetic shielding properties.
또한, 본 발명의 전자파 차폐용 복합소재 도료 조성물을 PET 필름, 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌(ABS), 폴리카보네이트(PC)수지 등의 플라스틱 소재에 메이어 바와 어플리캐이터 바를 이용하여 일정한 두께로 코팅함으로써 차폐율을 증진시키고, 이러한 복합소재에 플라스틱 부착성 등이 우수한 특성을 부여하는 것도 가능하다.
In addition, the composite coating composition for electromagnetic wave shielding of the present invention is coated on a plastic material such as PET film, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polycarbonate (PC) resin using a Mayer bar and an applicator bar at a constant thickness. It is also possible to improve the shielding rate and to impart excellent properties such as plastic adhesion to such composite materials.
실시예 Example
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred examples are provided to help understanding of the present invention, but the following examples are merely to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
실시예 1Example 1
이소프로필 알콜 220g, 지방족 폴리우레탄 수분산액 (보광화학 RS-835) 150g, 은 분말(일본 미쯔이, SPH02JF) 115g, Mn-Zn 페라이트분말 (일본 도다교코) 115g, 분산제(BYK-Chemie, Disper-Byk) 6.12g, 침강방지제(성원소재 OPTIFLO L150) 6.12g을 볼밀로 1000내지 2500 rpm의 속도로 1 시간 내지 5시간 밀링하여 본 발명의 전자파 차폐용 도료 조성물을 제조하였다.Isopropyl Alcohol 220g, Aliphatic Polyurethane Aqueous Dispersion Solution (150g), Silver Powder (Mitsui Japan, SPH02JF) 115g, Mn-Zn Ferrite Powder (Toda Kyoko Japan) 115g, Dispersant (BYK-Chemie, Disper-Byk) 6.12g, 6.12g sedimentation inhibitor (Sungwon material OPTIFLO L150) was milled with a ball mill at a speed of 1000 to 2500 rpm for 1 to 5 hours to prepare a coating composition for shielding electromagnetic waves of the present invention.
상기 제조된 도료 조성물을 에플리케니터와 메이어 바를 이용하여 PET필름 위에 12.5 ㎛의 일정한 두께로 도포하여 40℃의 온도에서 베이킹(baking)하여 도료층을 형성하였다. The prepared coating composition was applied to a PET film with a constant thickness of 12.5 μm using an applicator and a Meyer bar to form a coating layer by baking at a temperature of 40 ° C.
이렇게 제조된 필름의 전자파 차폐율과 도료 내에서의 은 분말과 페라이트의 혼용성 등을 다음과 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 1과 도 1 내지 3에 나타내었다. The electromagnetic shielding rate of the film thus prepared and the compatibility of silver powder and ferrite in the paint were measured by the following method, and the results are shown in Table 1 and FIGS. 1 to 3.
(1)전자파 차폐율의 측정(1) Measurement of electromagnetic wave shielding rate
네트워크 분석기를 이용하여 1.6GHz에서부터 2.5GHz 사이의 주파수 대역에서 반사계수(S11)와 투과계수(S21)를 측정하였다. 또한, 자계 차폐율은 주파수 발생기와 증폭기를 이용하여 교류자기장을 발생시켜 표준측정 코일을 장착하여 자기장을 측정하였다. The reflection coefficient (S 11 ) and transmission coefficient (S 21 ) were measured in the frequency band between 1.6 GHz and 2.5 GHz using a network analyzer. In addition, the magnetic field shielding rate was generated by using a frequency generator and an amplifier to generate an alternating magnetic field.
(2)표면 특성 측정(2) surface characteristic measurement
은 분말과 Mn-Zn 페라이트의 분산성을 측정하기 위하여, 주사전자현미경과, EDS(energy dispersive spectroscope)를 이용하여 측정하였다. In order to measure the dispersibility of the silver powder and Mn-Zn ferrite, it was measured using a scanning electron microscope and an energy dispersive spectroscope (EDS).
상기 표 1의 결과로부터, 본 발명에 따라 제조된 도료는 전자파 및 자계 차페율이 우수하다. From the results of Table 1, the paint prepared according to the present invention is excellent in electromagnetic wave and magnetic field shielding rate.
또한, 도 1은 이동 통신 주파수대역 범위에서 전자파에 대하여 투과성 S-parameter를 측정한 결과이다. 모든 범위에서 일정한 차폐율을 나타내며 평균 55dB로 차폐효율은 99.9%의 차폐효율을 나타내었다. 또한 자계 차폐율을 측정한 결과 1.96mG 의 자계 차폐 효율을 나타내 미국립 방사능 보호위원회의 규정 2 mG 보다 적은 자계방출을 나타내었다. 1 is a result of measuring the transmission S-parameter with respect to the electromagnetic wave in the mobile communication frequency band range. The shielding efficiency was constant in all ranges and the average shielding efficiency was 55dB. The shielding efficiency was 99.9%. In addition, the measurement of the magnetic field shielding rate showed a magnetic shielding efficiency of 1.96mG, which showed less magnetic emission than 2 mG of the regulation of the National Radiation Protection Commission.
도 2는 주사전자 현미경(Scanning Electron Micrometer)으로 측정한 미세사진으로, 판상형태로 된 은 분말 사이에 나노입자의 Mn-Zn 페라이트 분말 입자들이 분산되어 일정한 물성을 나타내었다. FIG. 2 is a microphotograph measured by Scanning Electron Micrometer, in which Mn-Zn ferrite powder particles of nanoparticles are dispersed between plate-shaped silver powders, thereby showing certain physical properties.
도 3은 상기 도면 2의 전자파 차폐용 복합재료 도료 조성의 표면구성에 대한 EDS (Energy Dispersive Spectroscope) 분석 데이터이다. 은 분말과 Mn-Zn 페라이트가 일정하게 분산되어 있어, 분산 제조된 도료의 물성이 전자파 차폐에 양호한 특성을 나타냄을 알 수가 있다.
3 is Energy Dispersive Spectroscope (EDS) analysis data on the surface composition of the composite coating composition for electromagnetic wave shield of FIG. 2. Since silver powder and Mn-Zn ferrite are disperse | distributed uniformly, it turns out that the physical property of the coating material produced by dispersion shows the favorable characteristic for electromagnetic wave shielding.
실시예 2Example 2
은(Ag)의 함량을 15.3 중량%(91.84g)로 고정한 상태에서, Mn-Zn 페라이트의 함량의 변화시키는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전자파 차폐용 도료 조성물을 제조하였다. In the state in which the content of silver (Ag) was fixed at 15.3 wt% (91.84 g), the coating composition for electromagnetic wave shielding was prepared in the same manner as in Example 1 except for changing the content of Mn-Zn ferrite.
Mn-Zn 페라이트의 함량 변화에 따른 전자파 차폐율과 자계 차폐율을 네트워크 분석기와 주파수 발생기를 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다. 아래의 측정치는 측정주파수 1.5 내지 2.54 GHz 범위에서의 평균치이다.The electromagnetic shielding rate and magnetic field shielding rate according to the change of Mn-Zn ferrite content were measured using a network analyzer and a frequency generator, and the results are shown in Table 2 below. The measurements below are averaged over the 1.5 to 2.54 GHz frequency range.
상기 표 2에서 보는바와 같이 Mn-Zn 페라이트의 함량이 본 발명과 같이 10 내지 30 중량%의 범위로 포함되는 조성에서 53 dB 이상의 높은 차폐효율과 2 mG 이하의 뚜렷한 EMI 차폐 개선효과를 얻을 수 있다.
As shown in Table 2, Mn-Zn ferrite content of more than 53 dB in a composition containing in the range of 10 to 30% by weight as shown in the present invention can obtain a high EMI shielding efficiency and a clear EMI shielding effect of less than 2 mG. .
비교예 1Comparative Example 1
Mn-Zn 페라이트의 함량을 다음 표 3과 같이 본 발명의 범위와 벗어나도록 변화시키는 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 전자파 차폐용 도료 조성물을 제조하였다. Except for changing the content of Mn-Zn ferrite out of the scope of the present invention as shown in Table 3, to prepare a coating composition for electromagnetic shielding in the same manner as in Example 2.
Mn-Zn 페라이트의 함량 변화에 따른 전자파 차폐율과 자계 차폐율을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다. 아래의 측정치는 측정주파수 1.5 내지 2.54 GHz 범위에서의 평균치이다.The electromagnetic shielding rate and magnetic field shielding rate according to the change of Mn-Zn ferrite content were measured in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 3 below. The measurements below are averaged over the 1.5 to 2.54 GHz frequency range.
상기 표 3에서 보는바와 같이 Mn-Zn 페라이트의 함량이 5 중량% 미만이거나, 30 중량%를 초과하는 조성에서는 차폐 차폐효율이 낮고, 자계 차폐율도 2 mG를 초과하여 전자파 차폐층으로 사용이 부적절함을 알 수 있다. 또한, 페라이트 분말의 함량이 30중량%를 초과시에는 나타나는 효과에 비하여 원료비의 상승이 커지므로, 경제적인 면에서 바람직하지 않다.
As shown in Table 3, the Mn-Zn ferrite content is less than 5% by weight, or 30% by weight of the composition of the shielding shielding efficiency is low, the magnetic field shielding rate is also more than 2 mG improper use as an electromagnetic shielding layer It can be seen. In addition, since the increase in the raw material cost is greater than the effect that appears when the content of the ferrite powder exceeds 30% by weight, it is not preferable from an economical point of view.
실시예 3Example 3
Mn-Zn 페라이트의 함량을 10 중량%(60g)로 고정한 상태에서, 은 분말의 함량을 변화시키는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전자파 차폐용 도료 조성물을 제조하였다. In a state where the content of Mn-Zn ferrite was fixed at 10 wt% (60 g), the coating composition for electromagnetic wave shielding was prepared in the same manner as in Example 1 except for changing the content of silver powder.
은 분말의 함량 변화에 따른 전자파 차폐율을 네트워크 분석기를 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 4에 나타내었다.The electromagnetic shielding rate according to the content of silver powder was measured using a network analyzer, and the results are shown in Table 4 below.
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 은 분말의 함량이 15 내지 25 중량%의 조성물에서 90% 이상의 차폐효율을 나타냈으며, 특히 25 중량%에서는 99%의 전자파 차폐율(shielding effectiveness, 60dB)을 나타낸다.
As shown in Table 2, the content of the silver powder showed a shielding efficiency of 90% or more in the composition of 15 to 25% by weight, in particular at 25% by weight shows an electromagnetic shielding rate (shielding effectiveness, 60dB) of 99%.
비교예 2Comparative Example 2
Mn-Zn 페라이트의 함량을 10 중량%로 고정한 상태에서, 은 분말의 함량을 다음 표 5에서와 같이 본 발명의 함량과 벗어나게 변화시키는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 전자파 차폐용 도료 조성물을 제조하였다. In a state where the content of Mn-Zn ferrite is fixed at 10% by weight, the electromagnetic shielding coating material is applied in the same manner as in Example 3, except that the content of the silver powder is changed out of the content of the present invention as shown in Table 5 below. The composition was prepared.
은 분말의 함량 변화에 따른 전자파 차폐율을 네트워크 분석기를 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 5에 나타내었다.
The electromagnetic shielding rate according to the change of the silver powder content was measured using a network analyzer, and the results are shown in Table 5 below.
상기 표 5에서 보는 바와 같이, 은 분말의 함량이 본 발명의 범위를 벗어난 경우에는 전자파 차폐율이 소폭 증가하나 제조원가의 상승으로 경제성이 떨어진다. 특히, 은 분말의 함량이 25중량%를 초과시에는 나타나는 효과는 본 발명의 함량 범위와 비슷하지만 원료비의 상승이 커지므로, 경제적인 면에서 바람직하지 않다.
As shown in Table 5, when the content of the silver powder is out of the range of the present invention, the electromagnetic shielding rate is slightly increased, but economic efficiency is lowered due to the increase in manufacturing cost. In particular, when the content of the silver powder exceeds 25% by weight, the effect is similar to the content range of the present invention, but the increase in raw material cost is large, it is not preferable in terms of economics.
실시예 4Example 4
PET 필름에 상기 실시예 1에서 제조된 전자파 차폐용 복합재료 도료 조성물을 10 내지 40㎛의 두께로 코팅한 후, 미쯔비시 케미컬의 저항측정기(Lorestar-GP, 모델명 : MCP-T600)를 이용하여 선저항을 측정하였다. After coating the electromagnetic wave shielding composite coating composition prepared in Example 1 on the PET film to a thickness of 10 to 40㎛, using a resistance meter (Lorestar-GP, model name: MCP-T600) of Mitsubishi Chemical Was measured.
각 샘플들의 선저항은 다음 표 6에 나타낸 바와 같다. 측정은 PET 필름과 PC 기판 위에 메이어 바를 이용하여 두께별로 코팅한 후 전체 위치를 임의로 5 포인트를 측정한 후 그 평균값을 측정하였다. The wire resistance of each sample is shown in Table 6 below. The measurement was carried out by coating on the PET film and PC substrate using a Mayer bar for each thickness, and then measuring 5 points of the total positions arbitrarily, and then measuring the average value.
비교예 3Comparative Example 3
PET 필름에 상기 실시예 1에서 제조된 전자파 차폐용 복합재료 도료 조성물을 본 발명의 두께 범위와 벗어나는 두께로 코팅한 후, 미쯔비시 케미컬의 저항측정기(Lorestar-GP, 모델명 : MCP-T600)를 이용하여 사이 실시예 4와 동일한 방법으로 선저항을 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 7에 나타내었다. After coating the composite film composition for electromagnetic wave shielding prepared in Example 1 to a thickness outside the thickness range of the present invention, using a Mitsubishi Chemical resistance meter (Lorestar-GP, model name: MCP-T600) The wire resistance was measured in the same manner as in Example 4, and the results are shown in Table 7 below.
상기 표 6과 7에서 보는 바와 같이, 도막의 두께가 10㎛ 미만의 경우는 이동통신소자의 시험기준의 선저항 기준인 1 Ω을 넘어서는 반면에, 10㎛를 초과할 경우에는 1 Ω이하의 높은 전도성을 유지한다. 그리고 40㎛를 초과하는 두께부터는 저항이 일정한 포화값을 유지하는 것으로 나타났다. 따라서, 이러한 전자 차폐층을 도포할 경우에는 10 내지 40㎛의 두께가 적합하다. 특히 50㎛의 초과시에는 그 저항값이 우수한 반면, 이동통신 및 전자 재료에 사용시에는 그 두께가 두꺼워 비경제적이고, 비효율적이다.
As shown in Tables 6 and 7, when the thickness of the coating film is less than 10㎛ exceeds 1 Ω, which is the line resistance criterion of the test standard of the mobile communication device, whereas when it exceeds 10㎛, it is higher than 1 Ω Maintain conductivity. And from the thickness exceeding 40 micrometers, it turned out that resistance maintains a constant saturation value. Therefore, when apply | coating such an electromagnetic shielding layer, thickness of 10-40 micrometers is suitable. In particular, when the thickness exceeds 50 µm, the resistance is excellent, while when used in mobile communication and electronic materials, the thickness thereof is thick, which is uneconomical and inefficient.
실험예 1Experimental Example 1
페인트 인스펙션 게이지 (Elcometer 141 Paint Inspection Gauge)를 이용하여 PET 필름, 폴리카보네이트, ABS 수지에 대한 본 발명에서 제조된 전자파 차폐층의 부착력 테스트(Cross Tape Method) 시험을 측정하였다. 측정방법은 1mm x 1mm 크기로 잘라낸 도포된 페인트 100개를 기준테이프에 의해 부착시험을 실시하였으며, 그 결과 100% 부착력에 안전성을 갖는 결과를 얻었다.
The Cross Tape Method test of the electromagnetic wave shielding layer prepared in the present invention on PET film, polycarbonate, and ABS resin was measured using a paint inspection gauge (Elcometer 141 Paint Inspection Gauge). In the measurement method, 100 pieces of coated paint cut out to 1 mm x 1 mm size were subjected to an adhesion test using a reference tape. As a result, 100% adhesion strength was obtained.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명과 같이 무기계 은 분말과 페라이트 분말을 혼합 사용하고 이를 폴리우레탄 수분산액에 혼합하여 제조된 전자파 차폐용 복합소재 도료 조성물은 사용주파수 대역에서 전자파를 효과적으로 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 페라이트의 가격은 은 분말의 가격과 비교하여 10배에서 50배 정도 저렴하므로 종래 은 분말만을 사용하여 제조된 전자 차폐 소재에 비해 차폐율은 우수하면서 가격경쟁력이 높은 장점이 있으므로, 이러한 본 발명의 코팅막은 휴대폰, PDA 등의 이동통신 기기와 노트북 등의 정보기기의 전자파 차폐 특성을 증진시키는 탁월한 물성을 제공할 수 있다. As described in detail above, the electromagnetic wave shielding composite coating composition prepared by mixing the inorganic silver powder and the ferrite powder as in the present invention and mixing them with the polyurethane aqueous dispersion can effectively block the electromagnetic waves in the frequency band used. In addition, since the price of ferrite is 10 to 50 times cheaper than the price of silver powder, the shielding rate is superior to that of the conventional electronic shielding material manufactured using only silver powder, and thus the price competitiveness is high. The coating film can provide excellent physical properties to enhance the electromagnetic shielding characteristics of mobile communication devices such as mobile phones, PDAs and information equipment such as notebooks.
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