KR101082492B1 - 대전방지 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

대전방지 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101082492B1
KR101082492B1 KR1020090018874A KR20090018874A KR101082492B1 KR 101082492 B1 KR101082492 B1 KR 101082492B1 KR 1020090018874 A KR1020090018874 A KR 1020090018874A KR 20090018874 A KR20090018874 A KR 20090018874A KR 101082492 B1 KR101082492 B1 KR 101082492B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thermoplastic resin
composition
clay
resin composition
antistatic
Prior art date
Application number
KR1020090018874A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100100153A (ko
Inventor
서금석
만와 후세인
윤필중
남병욱
Original Assignee
신일화학공업(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 신일화학공업(주) filed Critical 신일화학공업(주)
Priority to KR1020090018874A priority Critical patent/KR101082492B1/ko
Publication of KR20100100153A publication Critical patent/KR20100100153A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101082492B1 publication Critical patent/KR101082492B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C08K3/041—Carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C08K3/346—Clay
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/001—Conductive additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00—Properties
    • C08L2201/04—Antistatic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2310/00—Masterbatches

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)

Abstract

본 발명은, 열가소성 수지와, 상기 열가소성 수지 내에 일정하게 분산되어 있는 탄소나노튜브를 포함하는 대전방지 열가소성 수지 조성물로서, 상기 탄소나노튜브는 상기 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 0.1∼5중량% 함유되어 있는 대전방지 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 열가소성 수지 조성물은 뛰어난 전기 전도성, 열 안정성, 치수 안정성 및 기계적 특성을 가지며, 뛰어난 외관의 성형 제품 또는 시트로 만들어질 수가 있다.
Figure R1020090018874
열가소성 수지, 탄소나노튜브, 점토, 유리섬유, 탄소섬유, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도, 충격강도, 열변형온도, 표면저항

Description

대전방지 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법{Electrically conductive thermoplastic resin composite and method for manufacturing the same}
본 발명은 대전방지 열가소성 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열가소성 수지 및 상기 열가소성 수지 내에 일정하게 분산되어 있는 탄소나노튜브를 포함하고, 뛰어난 전기 전도성, 열 안정성, 치수 안정성 및 기계적 특성을 가지며, 뛰어난 외관의 성형 제품 또는 시트로 만들 수 있는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.
고분자 물질(polymeric materials)은 본질적으로 전기 절연체이다. 그러나, 가공되거나 사용될 때 고분자 물질의 표면에서 정전하(static charges)가 축적된다. 전하의 축적은 수백 볼트까지 상승할 수 있고, 이는 쇼트에 의해 전자 소자(electronic devices)를 손상시키거나 심지어 사람의 목숨을 위협하는 원인이 될 수도 있다. 또한, 고분자 물질 표면에 축적된 정전하(static charges)는 먼지를 끌어당기므로 반도체 또는 전자 산업에서 사용될 때 심각한 문제를 발생시킬 수 있 다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 우수한 도전성과 대전방지성을 갖는 고분자 물질에 대한 요구가 항상 있어 왔고, 반도체 또는 전자 산업에서 요구되는 충분한 도전성과 대전방지성을 보유한 경량화된 물질의 개발이 요구되고 있다.
일반적으로 도전성 첨가제(conductive additives) 또는 충진제(filler)의 첨가는 플라스틱에 도전성을 부여할 수 있다. 대체로 금속 섬유(metallic fiber), 금속 분말(metallic powder), 카본 블랙(carbon black) 및 탄소섬유(carbon fiber)가 도전성 충진제(conductive fillers)로 사용된다. 그러나, 이러한 충진제는 열악한 내식성(corrosion resistance)과 낮은 기계적 강도(mechanical strength)를 야기시킨다. 더구나, 요구되는 전기적 특성을 달성하기 위해 많은 양의 투여(dosage)가 필요하다. 따라서, 도전성 충진제를 많은 양 첨가하게 되면 제품화된 고분자 물질은 무겁게 되며, 이는 경량화를 필요로 하는 업계의 요구에 부합되지 않는 것이므로 도전성 충진제를 적은 양 투입하면서도 충분한 도전성과 대전방지성을 갖고 경량화가 가능한 고분자 물질이 개발되어야 한다.
도전성 충진제의 분산성(dispersibility)은 적은 함량으로 뛰어난 도전성을 얻기 위한 매우 중요한 요소이다. 그러므로 고분자 매트릭스(polymer matrix) 내에 충진제를 분산시키기 위해서는 특별한 기술이 필요하다.
상술한 문제들을 해결하기 위해서 본 발명이 구상되었다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명은 도전성 충진제인 카본블랙 및 탄소섬유를 첨가하지 않더라도 적은 양의 탄소나노튜브를 첨가함으로써 충분한 도전성과 대전방지성을 갖고 경량화가 가능하며 열 안정성, 치수 안정성 및 기계적 특성도 우수한 대전방지 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 열가소성 수지와, 상기 열가소성 수지 내에 일정하게 분산되어 있는 탄소나노튜브를 포함하는 대전방지 열가소성 수지 조성물로서, 상기 탄소나노튜브는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 0.1∼5중량% 함유되고, 상기 열가소성 수지는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 비결정성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 글리콜 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 시클로헥산 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 옥사이드, 변성 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 에테르, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 케톤 케톤, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르설폰, 설폰화된 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르아미드, 폴리아세탈, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리비닐플루오라이드, 폴리 클로로트리플루오로에틸렌, 폴리우레탄, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체, 폴리 유산, 액정고분자, 폴리카보네이트/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리카보네이트/시클로헥산 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌/폴리아미드, 폴리부틸렌 테레프탈레이트/폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트/액정고분자, 폴리설폰/변성 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리프로필렌/폴리아미드, 폴리카보네이트/폴리 유산 또는 이들의 혼합물인 대전방지 열가소성 수지 조성물을 제공한다.
상기 열가소성 수지는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 95∼99.9중량% 함유되어 있을 수 있다.
상기 대전방지 열가소성 수지 조성물은 상기 열가소성 수지 내에 층간 박리된 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 있는 점토를 더 포함하며, 상기 점토는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 0.1∼10중량% 함유되어 있을 수 있다.
상기 점토는 나트륨 이온 또는 칼슘 이온으로 대전된 이온 대전 점토이고, 상기 열가소성 수지에 분산되어 두께가 1㎚ 이상이고 1㎛ 미만의 크기를 이루는 것일 수 있다.
상기 점토는 알킬 암모늄으로 처리된 유기변성 점토이고, 상기 열가소성 수지에 분산되어 두께가 1㎚ 이상이고 1㎛ 미만의 크기를 이루는 것일 수 있다.
점토가 상기 대전방지 열가소성 수지 조성물에 더 포함되는 경우, 상기 열가소성 수지는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 85∼99.8중량% 함유되어 있을 수 있다.
상기 대전방지 열가소성 수지 조성물은 상기 열가소성 수지에 일정하게 분산되어 있는 유리섬유를 더 포함하며, 상기 유리섬유는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 5∼40중량% 함유되어 있고, 점토와 유리섬유가 상기 대전방지 열가소성 수지 조성물에 더 포함되는 경우 상기 열가소성 수지는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 45∼94.8중량% 함유되어 있을 수 있다.
상기 대전방지 열가소성 수지 조성물은 상기 열가소성 수지에 일정하게 분산되어 있는 탄소섬유를 더 포함하며, 상기 탄소섬유는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 1∼20중량% 함유되어 있고, 점토와 탄소섬유가 상기 대전방지 열가소성 수지 조성물에 더 포함되는 경우 상기 열가소성 수지는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 65∼98.8중량% 함유되어 있을 수 있다.
상기 대전방지 열가소성 수지 조성물은 상기 열가소성 수지에 일정하게 분산되어 있는 유리섬유를 더 포함하며, 상기 유리섬유는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 5∼40중량% 함유되어 있고, 유리섬유가 상기 대전방지 열가소성 수지 조성물에 더 포함되는 경우 상기 열가소성 수지는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 55∼94.9중량% 함유되어 있을 수 있다.
상기 대전방지 열가소성 수지 조성물은 상기 열가소성 수지에 일정하게 분산되어 있는 탄소섬유를 더 포함하며, 상기 탄소섬유는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 1∼20중량% 함유되어 있고, 탄소섬유가 상기 대전방지 열가소성 수지 조성물에 더 포함되는 경우 상기 열가소성 수지는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 75∼98.9중량% 함유되어 있을 수 있다.
상기 대전방지 열가소성 수지 조성물은 상기 열가소성 수지에 일정하게 분산되어 있는 유리 섬유 및 탄소섬유를 더 포함하며, 상기 유리섬유는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 5∼40중량% 함유되어 있고, 상기 탄소섬유는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 1∼20중량% 함유되어 있으며, 유리섬유와 탄소섬유가 상기 대전방지 열가소성 수지 조성물에 더 포함되는 경우 상기 열가소성 수지는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 35∼93.9중량% 함유되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명은, (a) 열가소성 수지에 탄소나노튜브가 일정 함량으로 함유된 탄소나노튜브 마스터배치를 준비하는 단계와, (b) 열가소성 수지 및 상기 탄소나노튜브 마스터배치를 포함하는 원료를 연속식 트윈 스크류 압출기에 투입하는 단계와, (c) 상기 연속식 트윈 스크류 압출기 내에서 상기 원료를 혼합하고, 상기 열가소성 수지의 용융 온도보다 높은 온도에서 용융 및 압축시키는 단계와, (d) 상기 연속식 트윈 스크류 압출기의 샤프트들을 일정 방향으로 회전시켜 실린더 내에서 용융 및 압축된 결과물에 전단 응력이 인가되게 하여 탄소나노튜브 마스터배치에 함유된 탄소나노튜브가 상기 열가소성 수지 내에 균일하게 분산되게 하는 단계와, (e) 상기 (d) 단계보다 높은 온도로 가열하면서 연속식 트윈 스크류 압출기에서 조성물을 토출하는 단계 및 (f) 수조에서 급냉시켜 대전방지 열가소성 수지 조성물을 얻는 단계를 포함하며, 상기 탄소나노튜브는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 0.1∼5중량% 함유되게 상기 열가소성 수지 및 탄소나노튜브 마스터배치의 함량을 조절하며, 상기 열가소성 수지는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 비결정성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 글리콜 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이 트, 시클로헥산 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 옥사이드, 변성 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 에테르, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 케톤 케톤, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르설폰, 설폰화된 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르아미드, 폴리아세탈, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리비닐플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리우레탄, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체, 폴리 유산, 액정고분자, 폴리카보네이트/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리카보네이트/시클로헥산 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌/폴리아미드, 폴리부틸렌 테레프탈레이트/폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트/액정고분자, 폴리설폰/변성 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리프로필렌/폴리아미드, 폴리카보네이트/폴리 유산 또는 이들의 혼합물인 대전방지 열가소성 수지 조성물의 제조방법을 제공한다.
상기 (a) 단계는, 열가소성 수지를 연속식 트윈 스크류 압출기에 투입하는 단계와, 상기 연속식 트윈 스크류 압출기 내에서 상기 열가소성 수지를 용융 및 압축시키는 단계와, 상기 연속식 트윈 스크류 압출기의 샤프트들을 일정 방향으로 회전시켜 실린더 내에서 용융 및 압축된 열가소성 수지에 전단 응력이 인가되게 하고, 탄소나노튜브를 사이드 피딩 주입구를 통해 첨가하여 상기 탄소나노튜브를 상기 열가소성 수지 내에 균일하게 분산시키는 단계와, 상기 분산시키는 단계보다 높 은 온도로 가열하면서 연속식 트윈 스크류 압출기에서 조성물을 토출하는 단계 및 수조에서 급냉시켜 탄소나노튜브 마스터배치를 얻는 단계를 포함할 수 있다.
상기 열가소성 수지가 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 95∼99.9중량% 함유되게 상기 열가소성 수지 및 탄소나노튜브 마스터배치의 함량을 조절한다.
상기 대전방지 열가소성 수지 조성물의 제조방법은 열가소성 수지에 점토가 일정 함량으로 함유된 점토 마스터배치를 준비하는 단계를 더 포함하며, 상기 원료는 상기 점토 마스터배치를 더 포함하며, 점토가 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 0.1∼10중량% 함유되게 상기 열가소성 수지, 상기 탄소나노튜브 마스터배치 및 상기 점토 마스터배치의 함량을 조절하며, 상기 점토는 전단 응력에 의해 판형의 소판으로 박리되어 상기 열가소성 수지 내에 불연속적으로 균일하게 분산된다.
상기 점토는 나트륨 이온 또는 칼슘 이온으로 대전된 이온 대전 점토이고, 상기 열가소성 수지에 분산되어 두께가 1㎚ 이상이고 1㎛ 미만의 크기를 이루는 것일 수 있다.
상기 점토는 알킬 암모늄으로 처리된 유기변성 점토이고, 상기 열가소성 수지에 분산되어 두께가 1㎚ 이상이고 1㎛ 미만의 크기를 이루는 것일 수 있다.
상기 열가소성 수지가 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 85∼99.8중량% 함유되게 상기 열가소성 수지, 상기 탄소나노튜브 마스터배치 및 상기 점토 마스터배치의 함량을 조절한다.
열가소성 수지에 점토가 일정 함량으로 함유된 상기 점토 마스터배치를 준비하는 단계는, 열가소성 수지를 연속식 트윈 스크류 압출기에 투입하는 단계와, 상 기 연속식 트윈 스크류 압출기 내에서 상기 열가소성 수지를 용융 및 압축시키는 단계와, 상기 연속식 트윈 스크류 압출기의 샤프트들을 일정 방향으로 회전시켜 실린더 내에서 용융 및 압축된 열가소성 수지에 전단 응력이 인가되게 하고, 점토를 사이드 피딩 주입구를 통해 첨가하여 상기 점토를 상기 열가소성 수지 내에 균일하게 분산시키는 단계와, 상기 분산시키는 단계보다 높은 온도로 가열하면서 연속식 트윈 스크류 압출기에서 조성물을 토출하는 단계 및 수조에서 급냉시켜 점토 마스터배치를 얻는 단계를 포함할 수 있다.
열가소성 수지에 탄소나노튜브가 분산되는 과정의 조성물에 유리섬유를 사이드 피딩 주입구를 통해 첨가하는 단계를 더 포함하되, 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 5∼40중량% 함유되게 첨가하고, 상기 열가소성 수지가 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 45∼94.8중량% 함유되게 상기 열가소성 수지, 상기 탄소나노튜브 마스터배치, 상기 점토 마스터배치 및 상기 유리섬유의 함량을 조절한다.
열가소성 수지에 탄소나노튜브가 분산되는 과정의 조성물에 탄소섬유를 사이드 피딩 주입구를 통해 첨가하는 단계를 더 포함하되, 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 1∼20중량% 함유되게 첨가하고, 상기 열가소성 수지가 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 65∼98.8중량% 함유되게 상기 열가소성 수지, 상기 탄소나노튜브 마스터배치, 상기 점토 마스터배치 및 상기 탄소섬유의 함량을 조절한다.
열가소성 수지에 탄소나노튜브가 분산되는 과정의 조성물에 유리섬유를 사이 드 피딩 주입구를 통해 첨가하는 단계를 더 포함하되, 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 5∼40중량% 함유되게 첨가하고, 상기 열가소성 수지가 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 55∼94.9중량% 함유되게 상기 열가소성 수지, 상기 탄소나노튜브 마스터배치 및 상기 유리섬유의 함량을 조절한다.
열가소성 수지에 탄소나노튜브가 분산되는 과정의 조성물에 탄소섬유를 사이드 피딩 주입구를 통해 첨가하는 단계를 더 포함하되, 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 1∼20중량% 함유되게 첨가하고, 상기 열가소성 수지가 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 75∼98.9중량% 함유되게 상기 열가소성 수지, 상기 탄소나노튜브 마스터배치 및 상기 탄소섬유의 함량을 조절한다.
열가소성 수지에 탄소나노튜브가 분산되는 과정의 조성물에 유리섬유 및 탄소섬유를 사이드 피딩 주입구를 통해 첨가하는 단계를 더 포함하되, 상기 유리섬유는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 5∼40중량% 함유되게 첨가하고, 상기 탄소섬유는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 1∼20중량% 함유되게 첨가하며, 상기 열가소성 수지는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 35∼93.9중량% 함유되게 상기 열가소성 수지, 상기 탄소나노튜브 마스터배치, 상기 유리섬유 및 상기 탄소섬유의 함량을 조절한다.
탄소나노튜브를 함유하는 본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물은 도전성 충진제인 카본블랙(carbon black; CB) 또는 탄소섬유(carbon fiber; CF)를 함유 하는 일반적인 열가소성 수지에 비해 매우 뛰어난 전기적 특성과 향상된 기계적 특성을 가진다.
본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물은 탄소나노튜브와 유기변성 점토 또는 이온 대전된 점토의 시너지 효과(synergy effect)를 통해 기계적 특성 및 전기적 특성이 개선된다.
또한, 도전성 충진제인 카본블랙 또는 탄소섬유의 사용량과 비교하여 적은 양의 탄소나노튜브를 사용하거나 적은 양의 탄소나노튜브와 점토를 혼합 사용함으로써 열가소성 수지에 전기 전도성이 얻어질 수 있다.
또한, 탄소나노튜브를 함유하는 본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물을 사용하는 성형된 부품의 중량은 성형 능력 조건이 유지되는 한 일반적인 카본블랙 또는 탄소섬유에 의해 만들어진 부품의 중량보다 훨씬 더 가볍다.
탄소나노튜브를 함유하는 본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물로 만들어진 성형된 부품들은 카본블랙 또는 탄소섬유를 사용한 일반적인 열가소성 수지의 성형물보다 향상된 기계적 특성을 가진다.
또한, 본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물로 만들어진 도전성 물품은 전자부품, 전자 패키지, 전자 소자, 전자 또는 자동차 하우징, 반도체 칩 등을 다루는 분야에서 전자기차폐(electromagnetic shielding), 정전기 방전(electrostatic dissipation), 대전방지용으로 사용될 수 있다. 본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물은 전자 부품(electronic parts), 시트(sheet), 필름에 적합한 가벼운 중량(low weight), 낮은 비용(low cost), 높은 열 안정성과 치수 안 정성(high thermal and dimensional stability)을 가진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대전방지 열가소성 수지 조성물은 열가소성 수지 및 상기 열가소성 수지 내에 일정하게 분산되는 탄소나노튜브를 포함한다.
상기 열가소성 수지는, 에스테르(ester)기를 포함하는 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 비결정성 폴리에틸렌 테레프탈레이트(amorphous-polyethylene terephthalate; A-PET), 글리콜 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트(glycol modified polyethylene terephthalate; PETG), 시클로헥산 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트(cyclohexane modified polyethylene terephthalate; PCTG), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate; PBT) 또는 이들의 혼합물이거나, 에테르(ether)기를 포함하는 폴리페닐렌 옥사이드(polyphenylene oxide; PPO), 변성 폴리페닐렌 옥사이드(modified polyphenylene oxide; MPPO), 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ether; PPE), 폴리에테르 케톤(polyether ketone; PEK), 폴리에 테르 케톤 케톤(polyether ketone ketone; PEKK) 또는 이들의 혼합물이거나, 올레핀(olefin)기를 포함하는 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 폴리프로필렌(polypropylene; PP) 또는 이들의 혼합물이거나, 아크릴(acryl)기를 포함하는 폴리아크릴(polyacrylate; PAc), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate; PMMA) 또는 이들의 혼합물이거나, 설폰(sulfone)기를 포함하는 폴리설폰(polysulfone; PSU), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide; PPS), 폴리에테르설폰(polyether sulfone; PES), 설폰화된 폴리부틸렌 테레프탈레이트(sulfonated polybutylene terephathalate; PST) 또는 이들의 혼합물이거나, 이미드(imide)기를 포함하는 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI)이거나, 아미드(amide)기를 포함하는 폴리아미드(polyamide; PA), 폴리아미드이미드(polyamideimide; PAI), 폴리에테르아미드(polyetheramide; PEA) 또는 이들의 혼합물이거나, 아세틸(acetyl)기를 포함하는 폴리아세탈(polyacetal; POM)이거나, 스티렌(styrene)기를 포함하는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(acrylonitrile-butadiene-styrene; ABS), 폴리스티렌(polystyrene; PS) 또는 이들의 혼합물이거나, 비닐(vinyl)기를 포함하는 폴리염화비닐(polyvinyl cholide; PVC), 폴리비닐플루오라이드(polyvinyl fluoride; PVF) 또는 이들의 혼합물이거나, 플루오라이드(fluoride)기를 포함하는 폴리클로로트리플루오로에틸렌(polychlorotrifluoroethylene; PCTFE)이거나, 폴리우레탄(polyurethane; PU), 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene propylene rubber; EPR), 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체(ethylene propylene diene monomer; EPDM)과 같은 엘라스토머(elastomer) 그 룹이거나, 폴리 유산(polylactic acid; PLA), 액정고분자(liquid cystal polymer; LCP) 등일 수 있다. 또한, 상기 열가소성 수지는, 폴리카보네이트/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(polycarbonate/acrylonitrile-butadiene-styrene; PC/ABS), 폴리카보네이트/시클로헥산 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polycarbonate/cyclohexane modified polyethylene terephthalate; PC/PCTG), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌/폴리아미드(acrylonitrile-butadiene-styrene/polyamide; ABS/PA), 폴리부틸렌 테레프탈레이트/폴리에틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate/polyethylene terephthalate; PBT/PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트/액정고분자(polybutylene terephthalate/liquid cystal polymer; PBT/LCP), 폴리설폰/변성 폴리페닐렌 옥사이드(polysulfones/modified polyphenylene oxide; PSU/MPPO), 폴리프로필렌/폴리아미드(polypropylene/polyamide; PP/PA), 폴리카보네이트/폴리 유산(polycarbonate/poly lactic acid; PC/PLA)와 같은 열가소성 수지 혼합물을 포함한다.
또한, 상기 열가소성 수지는 상술한 수지들의 혼합물일 수도 있다.
상기 탄소나노튜브(carbon nanotube; CNT)는 대전방지 열가소성 수지 조성에 대하여 0.1∼5중량% 함유되는 것이 바람직하다. 탄소나노튜브(CNT)는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 전기 전도성을 부여하고 굴곡탄성율(Fluxural Modulus; FM), 굴곡강도(Fluxural Strength; FS), 인장강도(tensile strength; TS), 열변형온도(Heat Distortion Temperature; HDT)와 같은 기계적 특성을 향상시킨다. 상기 탄 소나노튜브로는 단일벽 탄소나노튜브(single wall carbon nanotube; SWCNT)나 다중벽 탄소나노튜브(multi wall carbon nanotube; MWCNT)를 사용할 수 있으나, 상대적으로 가격이 저렴하고 분산이 용이한 다중벽 탄소나노튜브를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 다중벽 탄소나노튜브의 종횡비(aspect ratio)는 500 이상일 수 있고 길이는 수 마이크로미터(㎛)이지만, 폭(width)은 나노미터 스케일(nanometer scale)이다. 상기 다중벽 탄소나노튜브는 순도 90% 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 분산성 및 전기 전도성을 고려하여 상기 탄소나노튜브로는 예컨대, 평균 직경이 5∼30㎚이고 길이가 1∼20㎛의 것을 사용할 수 있다. 상기 탄소나노튜브는 전기적 특성 및 기계적 특성을 고려하여 0.1∼5중량% 정도를 첨가한다. 탄소나노튜브의 함량이 0.1중량% 미만이면 충분한 전기적 특성 및 기계적 특성의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 탄소나노튜브의 함량이 5중량%를 초과하면 열가소성 수지가 용융된 조성물의 점도가 높아지고 제조 원가도 상승하므로 비경제적이다.
상기 대전방지 열가소성 수지 조성물이 열가소성 수지와 탄소나노튜브 0.1∼5중량%를 포함하는 경우, 상기 열가소성 수지는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 95∼99.9중량% 함유되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물은 상기 열가소성 수지 내에 일정하게 분산되는 점토를 더 포함할 수 있다. 상기 점토는 열가소성 수지에 층간 박리되어 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 있다. 점토는 열가소성 수지에 분산되면 두께가 1㎚ 이상이고 1㎛ 미만의 크기를 갖는다. 점토는 스멕타이트(Smectite)로서 몬트모릴로나이트(Montmorillonite), 헥토라이트(Hectorite), 사 포나이트(Saponite)나 그 혼합물이다. 이 중 몬트모릴로나이트(Montmorillonite)가 바람직하다. 점토는 나트륨 이온 또는 칼슘 이온으로 대전된 이온 대전 점토이거나, 알킬 암모늄과 같은 유기물질로 처리된 유기변성 점토인 것이 바람직하다.
유기변성 점토(또는 유기 점토)(organoclay)는 미국 서던클레이 프로덕트(Southern Clay Products)사에서 만들어진 Cloisite 15A와 같이 알킬 암모늄으로 처리된 것이 바람직하고, 이온 대전 점토(ionic charged clay)는 미국 서던클레이 프로덕트사의 Cloisite Na+와 같이 나트륨 이온으로 대전된 몬트모릴로나이트(Montmorillonite)로서 순도가 90% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 이온 대전 점토는 칼슘 이온으로 대전된 칼슘 몬트모릴로나이트일 수도 있다. 상기 유기 변성 점토는 알킬 암모늄과 같은 유기물질로 처리된 점토로서, 나트륨 이온 또는 칼슘 이온으로 대전된 이온 대전 점토에서 나트륨 이온 또는 칼슘 이온을 알킬 암모늄과 같은 유기물질로 이온 교환한 점토를 의미한다.
점토(clay)는 대전방지 열가소성 수지 조성물 100중량%에 대하여 0.1∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 점토를 더 포함하는 경우, 본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물은 열가소성 수지 85∼99.8 중량%, 탄소나노튜브 0.1∼5 중량% 및 점토 0.1∼10 중량%를 함유한다. 점토는 연속식 트윈 스크류 압출기(continuous flow twin screw extruder)에 의해 용융되어 압축되면, 샤프트(shaft)에 의한 전단 응력에 의해 점토는 박리되게 되고 점토의 함량이 일정 정도 이상(예컨대, 10중량% 이상)이 되면 박리되어 형성된 점토 소판들이 다시 뭉치거나 공간이 부족하여 박리를 멈추기도 한다. 이와 같이 점토가 박리되어 형성된 점토 소판들은 불연속적인 형태로 열가소성 수지 내에 분산되게 되며, 연속식 트윈 스크류 압출기에서 토출되어 급냉되면 점토가 박리되어 균일하게 분산된 대전방지 열가소성 수지 조성물을 얻을 수 있다. 점토가 함유됨으로써 기계적 특성 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 점토의 함량은 0.1∼10 중량% 정도인 것이 바람직하다. 점토의 함량이 0.1중량% 미만이면 충분한 기계적 특성 및 전기적 특성의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 점토의 함량이 10중량%를 초과하면 열가소성 수지와 점토가 용해된 조성물의 점도가 높아지고 불연속적인 소판이 조밀하게 되어 기계적 특성의 더 이상의 증가를 기대하기 어려우므로 비경제적이다. 점토는 분산성 등을 고려하여 나노 점토를 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 나노 점토라 함은 1㎚ 이상이고 1㎛ 미만의 나노미터 단위의 두께를 갖는 층으로 구성된 점토를 의미하고, 층간 박리되면 1㎚ 이상이고 1㎛ 미만의 두께를 갖는 입자로 폴리머(열가소성 수지)에 분산되게 된다.
또한, 본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물은 유리섬유를 더 포함할 수 있다. 상기 유리섬유는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 5∼40중량% 함유되는 것이 바람직하다. 유리섬유를 더 포함하는 경우, 본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물은 열가소성 수지 55∼94.9 중량%, 탄소나노튜브 0.1∼5 중량% 및 유리섬유 5∼40 중량%를 함유한다. 유리섬유는 대전방지 열가소성 수지 조성물의 굴곡탄성율(Fluxural Modulus; FM), 굴곡강도(Fluxural Strength; FS), 인장강도(tensile strength), 열변형온도(Heat Distortion Temperature; HDT)와 같은 기계적 특성을 향상시키기 위하여 첨가한다. 유리섬유는 기계적 특성을 고려하여 5∼ 40중량% 정도를 첨가하는 것이 바람직하다. 유리섬유의 함량이 5중량% 미만이면 충분한 기계적 특성의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 유리섬유의 함량이 40중량%를 초과하더라도 더 이상 기계적 특성의 증가를 기대하기 어려우므로 비경제적이다. 상기 유리섬유는 분산되는 과정의 조성물에 상기 연속식 트윈 스크류 압출기의 분산 영역(dispersion zone)에 마련된 사이드 피딩 주입구를 통해 투입하는 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 투입하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대전방지 열가소성 수지 조성물은 열가소성 수지 45∼94.8 중량%, 탄소나노튜브 0.1∼5 중량%, 점토 0.1∼10 중량% 및 유리섬유 5∼40 중량%를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물은 탄소섬유를 더 포함할 수 있다. 상기 탄소섬유는 대전방지 열가소성 수지 조성물 전체에 대하여 1∼20중량% 함유되는 것이 바람직하다. 탄소섬유를 더 포함하는 경우, 본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물은 열가소성 수지 75∼98.9 중량%, 탄소나노튜브 0.1∼5 중량% 및 탄소섬유 1∼20 중량%를 함유한다. 탄소섬유는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 전기 전도성을 부여하고 기계적 특성을 향상시킨다. 탄소섬유는 분산되는 과정의 조성물에 사이드 피딩(side feeding) 방식으로 투입하는 것이 바람직하다. 탄소섬유는 전기 전도성 및 기계적 특성을 고려하여 1∼20중량% 정도를 첨가한다. 탄소섬유의 함량이 1중량% 미만이면 충분한 전기 전도성 및 기계적 특성의 향상 효과를 기대하기 어려우며, 탄소섬유의 함량이 20중량%를 초과하면 열가소성 수지가 용융된 조성물의 점도가 높아지고 더 이상의 전기 전도성 및 기계적 특성의 증가도 기 대하기 어렵고 제조 원가가 상승하므로 비경제적이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대전방지 열가소성 수지 조성물은 열가소성 수지 65∼98.8 중량%, 탄소나노튜브 0.1∼5 중량%, 점토 0.1∼10 중량% 및 탄소섬유 1∼20 중량%를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대전방지 열가소성 수지 조성물은 열가소성 수지 35∼93.9 중량%, 탄소나노튜브 0.1∼5 중량%, 유리섬유 5∼40 중량% 및 탄소섬유 1∼20 중량%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 대전방지 열가소성 수지 조성물에는 산화방지제 또는 열안정제가 대전방지 열가소성 수지 조성물 100중량부에 대하여 0.01∼1중량부 함유되거나, 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 0.01∼1중량% 함유될 수 있으며, 기타 첨가제들이 본 발명의 목적을 해하지 않는 범위 내에서 함유될 수도 있다.
탄소나노튜브를 함유하는 본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물은 도전성 충진제인 카본블랙 또는 탄소섬유를 함유하는 일반적인 열가소성 수지에 비해 매우 뛰어난 전기적 특성과 향상된 기계적 특성을 가진다.
본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물은 탄소나노튜브와 유기변성 점토 또는 이온 대전 점토의 시너지 효과(synergy effect)를 통해 기계적 특성 및 전기적 특성이 개선된다.
또한, 도전성 충진제인 카본블랙(carbon black; CB) 또는 탄소섬유(carbon fiber; CF)의 사용량과 비교하여 적은 양의 탄소나노튜브를 사용하거나 적은 양의 탄소나노튜브와 점토를 혼합 사용함으로써 열가소성 수지에 전기 전도성이 얻어질 수 있다.
또한, 탄소나노튜브를 함유하는 본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물을 사용하는 성형된 부품의 중량은 성형 능력 조건이 유지되는 한 일반적인 카본블랙 또는 탄소섬유에 의해 만들어진 부품의 중량보다 훨씬 더 가볍다.
탄소나노튜브를 함유하는 본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물로 만들어진 성형된 부품들은 카본블랙 또는 탄소섬유를 사용한 일반적인 열가소성 수지의 성형물보다 향상된 기계적 특성을 가진다.
본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물로 만들어진 도전성 물품은 전자부품, 전자 패키지, 전자 소자, 전자 또는 자동차 하우징, 반도체 칩 등을 다루는 분야에서 전자기차폐(electromagnetic shielding), 정전기 방전(electrostatic dissipation), 대전방지용으로 사용될 수 있다. 본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물은 전자 부품(electronic parts), 시트(sheet), 필름에 적합한 가벼운 중량(low weight), 낮은 비용(low cost), 높은 열 안정성과 치수 안정성(high thermal and dimensional stability)을 가진다.
이하에서, 본 발명의 대전방지 열가소성 수지 조성물의 제조에 사용되는 연속식 트윈 스크류 압출기(continuous flow twin screw exturder)에 대하여 설명하고, 이를 이용하여 대전방지 열가소성 수지 조성물을 제조하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다. 상기 연속식 트윈 스크류 압출기는 화합물의 균일한 용융 및 혼합을 제공하고 우수한 분산성을 얻기 위하여 스크류 디자인이 설계되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대전방지 열가소성 수지 조성물을 제조하기 위하여 열가소성 수지, 탄소나노튜브 마스터배치, 점토 마스터배치, 산화방지제(또는 열안정제) 등의 선택된 원료를 연속식 트윈 스크류 압출기(continuous flow twin screw exturder)의 호퍼(hopper)에 투입하고, 용융 압축한 후, 전단응력을 인가하여 분산시키는 과정에 유리섬유, 탄소섬유를 사이드 피딩 주입구를 통해 첨가한 다음, 토출하여 수조(water bath)에서 급냉하고 절단하여 펠릿 형태의 대전방지 열가소성 수지 조성물을 얻는다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대전방지 열가소성 수지 조성물을 제조하기 위하여 사용하는 연속식 트윈 스크류 압출기는 1차 원료를 투입하기 위한 호퍼(hopper)(110)와, 회동 가능하게 설치된 2개의 샤프트(120)와, 2개의 샤프트(120)를 감싸는 실린더(130)와, 상기 샤프트(120)들을 회동시키기 위한 구동수단(140a, 140b, 140c)과, 실린더(130) 내부를 가열하기 위한 가열수단(150)과, 가열수단(150)의 가열 온도를 제어하기 위한 제어수단(미도시)과, 조성물을 배출하는 토출 다이(160)와, 용융되어 혼련된 원료가 분산되는 과정의 조성물에 2차 원료를 사이드피딩(side feeding) 방식으로 주입하기 위한 사이드피딩 주입구(170)를 포함한다.
상기 연속식 트윈 스크류 압출기는 그 작용 기능에 따라 크게 3개 또는 4개의 영역으로 나눌 수 있는데, 호퍼(110)를 통해 투입된 원료들을 용융하면서 압축하는 용융 및 압축 영역(melting and compression zone)(Z1)과, 용융 및 압축된 혼합물을 압축 및 전단 응력에 의하여 베이스 폴리머인 열가소성 수지에 탄소나노튜 브, 점토와 같은 원료를 분산시키면서 토출 영역으로 플로우(flow)시키는 분산 영역(Z2)과, 열가소성 수지에 분산된 조성물을 토출 다이(160)로 토출하는 토출 영역(ejecting zone)(Z3)으로 구분되거나, 반죽 영역(kneading zone)(Z4)을 더 포함할 수 있다.
호퍼(110)를 통해 투입된 열가소성 수지는 온도가 점차 증가하여 용융되기 시작한다. 호퍼(110)를 통해 투입되면 열가소성 수지는 용융되기 시작하여 고상 수지와 용융 액상 수지의 2개 상이 존재할 수 있는데, 용융 및 압축 영역(Z1)을 통과하면 완전히 용융되게 된다. 상기 용융 및 압축 영역(Z1)의 샤프트(120)는 호퍼(110)를 통해 주입된 원료를 혼합하고 압축하면서 분산 영역(Z2) 또는 반죽 영역(Z4) 내로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 이루어진다.
투입된 원료들은 나선형 스크류 형태의 샤프트(120)에 의해 압축되면서 그 부피가 축소되고 원료들간의 공극률은 낮아지게 된다.
상기 연속식 트윈 스크류 압출기는 반죽 영역(Z4)을 포함할 수 있는데, 상기 반죽 영역(Z4)의 샤프트(120)는 샤프트(120)의 축과 직교되는 방향으로 계단식 스크류가 형성되고 이러한 계단식 스크류가 일정 피치로 반복된 구조를 갖는다. 예컨대, 제1 플레이트부(S1), 상기 제1 플레이트보다 1계단 높은 위치의 제2 플레이트부(S2) 및 상기 제2 플레이트보다 1계단 높은 위치의 제3 플레이트부(S3)가 계단식으로 형성된 스크류로 이루어지고 이러한 스크류가 일정 피치로 반복되어 형성된 것일 수 있다. 용융 및 압축 영역(Z1)을 통과한 용융물은 반죽 영역(Z4)에서 반죽되어 혼련되게 된다.
분산영역(dispersion zone)(Z2)은 용융 및 압축 영역(Z1) 또는 반죽 영역(Z4)을 통과한 용융물을 일정 온도와 압력으로 유지하면서 충분히 혼련시켜 소지인 열가소성 수지에 탄소나노튜브, 점토와 같은 원료를 분산시켜 토출 영역(Z3)으로 플로우시키는 영역이다. 샤프트(120)의 회전에 의한 전단 응력에 의하여 매트릭스(matrix)인 열가소성 수지에 점토는 박리(exfoliation)되어 불연속적인 소판(platelet) 형태로 분산되게 된다. 예컨대, 점토는 분산 영역(Z2)에서의 압축 및 전단응력에 의해 입자들이 잘게 쪼개져서 나노 크기(예컨대, 1∼300㎚)의 소판 형태로 박리되게 된다. 점토는 층상 구조로 이루어져 있으므로 압축 및 전단 응력에 의해 층간 분리가 일어나 박리되게 되며, 첨가된 점토량이 많을 경우에는 박리되어 분산된 층들이 다시 뭉치거나 공간이 부족하여 박리를 멈추기도 한다.
분산 영역(Z2)은 상방향으로 테이퍼(taper)진 압축부(compression part)(C1)와, 상방향으로 테이퍼진 압축부과 인접하게 형성되고 평평한 일자형의 전단부(shear part)(C2)를 적어도 포함하는 샤프트(120) 구조를 갖는다. 분산 영역(Z2)은 평평한 일자형의 전단부(C2), 상방향으로 테이퍼진 압축부(C1) 및 평평한 일자형의 전단부(C2)가 순차적으로 배열된 구조로 이루어질 수도 있다. 분산 영역(Z2)에서는 이와 같이 샤프트(120)에 의한 압축(compression) 및 전단(shear) 작용에 의해 분산 효과를 극대화할 수 있다.
분산 영역(Z2)에서 실린더(130)와 샤프트(120) 사이의 간격이 작을수록 분산 영역(Z2)에서의 플로우 속도는 작아지고 전단 응력은 증가하게 되지만, 플로우에 대한 역압이 발생하여 플로우량이 작아지고 토출량이 감소하게 된다. 실린더(130) 와 샤프트(120) 사이의 간격이 너무 작을 경우에는 분산 영역(Z2) 및 토출 영역(Z3)에서의 역압으로 인하여 용융 조성물이 플로우되지 못하고 샤프트(120)는 일정 속도로 계속 회전하므로 온도가 급격하게 상승하여 열가소성 수지가 타버리는 현상이 발생할 수 있다. 반면에 실린더(130)와 샤프트(120) 사이의 간격이 클수록 분산 영역(Z2)에서의 플로우 속도는 커지고 전단 응력은 감소하게 된다.
한편, 분산 영역(Z2)은 상방향으로 테이퍼진 압축부(C1) 및 일자형의 전단부(C2)가 2회 이상 반복되는 계단식 구조를 가질 수도 있다. 상방향으로 테이퍼진 압축부(C1) 및 일자형의 전단부(C2)가 2회 이상 반복되는 계단식 구조에 의해 순차적으로 전단 응력을 증가시킴으로써 분산 효과를 극대화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 분산 영역(Z2)은 하방향으로 테이퍼진 릴리스부(release part)(C3)를 더 포함할 수 있다. 분산 영역(Z2)에서는 이와 같이 샤프트(120)에 의한 압축(compression), 전단(shear) 및 릴리스 작용에 의해 분산 효과를 극대화할 수 있다. 분산 영역(Z2)은 상방향으로 테이퍼진 압축부(C1), 일자형의 전단부(C2) 및 하방향으로 테이퍼진 릴리스부(C3)가 2회 이상 반복되는 구조를 가질 수도 있다.
용융물이 분산되는 과정의 조성물에 상기 실린더(130) 내로 2차 원료를 사이드피딩(side feeding) 방식으로 주입하기 위한 사이드피딩 주입구(170)가 형성되어 있다. 사이드피딩 주입구(170)를 통해 유리섬유, 탄소섬유와 같은 2차 원료를 용융물에 투입하여 2차 원료를 포함하는 대전방지 열가소성 수지 조성물을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이와 같은 2차 원료를 호퍼(110)에 투입할 경우, 열가소성 수지와 같은 1차 원료와 화학적 구조, 극성, 계면 장력 등의 차이로 인해 상분리 현상이 발생할 수 있으나, 사이드피딩 주입구(170)를 통해 1차 원료가 용융된 용융물에 투입함으로써 이러한 현상을 억제할 수 있다.
토출 영역(Z3)은 분산 영역(Z2)에서 분산된 조성물을 압축하면서 토출 다이(160)로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 이루어진다. 분산 영역(Z2)에서 분산된 조성물은 나선형 스크류 형태의 샤프트(120)에 의해 압축되면서 토출 다이(160)로 공급되게 된다.
토출 영역(Z3)에서 가압된 조성물은 토출 다이(160)를 통해 연속적으로 배출된다. 토출 다이(160)를 통과한 조성물은 수조(water bath)와 같은 냉각 장치를 통해 급냉되어 원하는 크기의 펠릿 형태로 절단되고 건조되어 원하는 조성물을 얻을 수가 있다. 상기 수조의 온도는 열가소성 수지의 유리전이온도보다 낮은 온도(예컨대, 60℃ 이하의 온도)로 유지된다. 상기 건조는 약 80℃의 온도에서 실시할 수 있다. 토출 속도는 조성물의 점도, 플로우 속도, 토출 영역(Z3)에서의 압출량 등을 고려하여 결정하는데, 예컨대 25∼300㎏/hr 정도로 설정할 수 있다.
연속식 트윈 스크류 압출기의 내부 온도는 180∼300℃ 정도인 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로는, 호퍼에 투입된 직후 열가소성 수지를 용융시키기 위한 압출기의 용융 및 압축 영역에서는 열가소성 수지의 용융 온도보다 높은 온도(실린더의 온도)(예컨대, 240∼300℃)로 유지하고, 열가소성 수지의 용융 및 압축이 완료된 이후의 실린더의 온도는 압출기의 반죽 영역에 따라 일정 온도(예컨대, 240∼280℃)로 설정하고, 열가소성 수지의 용융 및 압축이 완료되거나 반죽이 완료된 이후의 실린더의 온도는 압출기의 분산 영역에 따라 일정 온도(예컨대, 250∼280℃) 로 설정하며, 압출기의 토출 영역에서는 실린더의 온도를 분산 영역에서의 온도보다 높은 온도(예컨대, 260∼300℃)의 온도로 유지한다.
이하에서 대전방지 열가소성 수지 조성물을 연속식 트윈 스크류 압출기를 이용하여 제조하는 방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
먼저, 열가소성 수지에 탄소나노튜브가 일정 함량(예컨대, 15중량%)으로 함유된 탄소나노튜브 마스터배치(masterbatch; MB)와, 열가소성 수지에 점토(예컨대, 10중량%)가 일정 함량으로 함유된 점토 마스터배치를 준비한다.
탄소나노튜브 마스터배치를 제조하는 방법을 설명한다.
열가소성 수지를 일정 함량(예컨대, 85중량%)으로 연속식 트윈 스크류 압출기의 호퍼(110)에 투입하였다.
상기 연속식 트윈 스크류 압출기의 용융 및 압축 영역(Z1) 내에서 상기 열가소성 수지를 혼합하고 용융 및 압축시켰다. 가열 수단에 의해 용융 영역의 온도는 구간에 따라 240∼300℃를 유지하였다. 이때, 모터에 의해 구동되는 2개의 샤프트(120)들은 시계 방향으로 회전하며, 상기 샤프트(120)들의 회전 속도는 230rpm 정도이고, 2개의 사프트들 사이의 축간 거리는 5㎝ 정도이다. 용융 및 압축 영역(Z1)의 샤프트(120)는 호퍼(110)를 통해 주입된 열가소성 수지를 혼합하고 압축하면서 분산 영역(Z2) 내로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 구비된다. 나선형 스크류의 헬릭스각(Helix Angle)은 30°정도이고, 나선형 스크류의 나사산과 실린더(130) 사이의 간격은 샤트프 직경의 1/60 정도이며, 나선형 스크류의 피치는 5㎝ 정도로 일정하다. 용융 및 압축 영역(Z1)에서 나선형 스크류의 직경에 대한 나선형 스크류의 길이의 비는 30 정도이다.
상기 연속식 트윈 스크류 압출기의 샤프트(120)들을 시계 방향으로 회전시켜 실린더(130) 내에서 용융 및 압축된 열가소성 수지의 용융물에 압축 및 전단 응력이 인가되게 한다. 이때, 연속식 트윈 스크류 압출기의 분산 영역(Z2)은 구간에 따라 온도를 250∼280℃로 설정하였다. 상기 샤프트(120)들의 회전 속도는 230rpm 정도로 설정하였다. 분산 영역(Z2)은 상방향으로 테이퍼(taper)진 압축부(compression part)(C1)와, 상방향으로 테이퍼진 압축부과 인접하게 형성되고 평평한 일자형의 전단부(shear part)(C2) 및 하방향으로 테이퍼진 릴리스부(C3)를 포함하는 샤프트(120) 구조를 갖는다. 상방향으로 테이퍼진 압축부의 테이퍼 각(a1)은 20°정도를 이룬다. 하방향으로 테이퍼진 압축부의 테이퍼 각(a2)은 -20° 정도를 이룬다. 실린더(130)와 샤프트(120) 사이의 간격을 샤트프 직경의 1/20∼1/60 정도이고, 일자형의 전단부를 이루는 사프트와 실린더(130) 사이의 간격은 샤트프 직경의 1/40∼1/60 정도이다. 분산 영역(Z2)에서 샤프트(120)의 직경에 대한 샤프트(120)의 길이의 비는 40 정도이다.
탄소나노튜브를 일정 함량(예컨대, 15중량%)으로 상기 연속식 트윈 스크류 압출기의 분산 영역(Z2)에 마련된 사이드피딩 주입구(170)를 통해 분산되는 과정의 열가소성 수지에 투입하였다.
토출 영역(Z3)에서는 분산 영역(Z2)에서의 온도보다 높은 온도인 260∼300℃의 온도로 가열하면서 연속식 트윈 스크류 압출기에서 조성물을 토출 다이(160)로 토출하였다. 토출 영역(Z3)의 샤프트(120)는 조성물을 압축하면서 토출 다이(160) 로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 구비된다. 나선형 스크류의 헬릭스각(Helix Angle)은 -30°정도이고, 나선형 스크류의 나사산과 실린더(130) 사이의 간격은 샤트프 직경의 1/60 정도이며, 나선형 스크류의 피치는 5㎝ 정도로 일정하다. 토출 영역(Z3)에서 나선형 스크류의 직경에 대한 나선형 스크류의 길이의 비는 30 정도이다.
토출 다이(160)로부터 토출된 조성물을 45℃의 수조에서 급냉하였고, 절단하고 80℃ 온도에서 건조하여 펠릿 형태의 탄소나노튜브 마스터배치를 얻었다. 토출 속도는 30㎏/hr 정도로 설정하였다. 이렇게 얻어진 탄소나노튜브 마스터배치는 탄소나노튜브를 일정 함량(예컨대, 15중량%(열가소성 수지가 호퍼에 85중량% 투입되고 탄소나노튜브가 사이드피딩 주입구를 통해 15중량% 투입되는 경우)) 포함한다.
점토 마스터배치도 상기 탄소나노튜브 마스터배치와 동일한 과정으로 제조될 수 있는데, 열가소성 수지가 일정 함량(예컨대, 90중량%)으로 호퍼에 투입되고 점토가 사이드피딩 주입구를 통해 일정 함량(예컨대, 10중량%) 첨가되며, 이렇게 얻어진 점토 마스터배치는 점토를 일정 함량(예컨대, 10중량%(열가소성 수지가 호퍼에 90중량% 투입되고 점토가 사이드피딩 주입구를 통해 10중량% 투입되는 경우)) 포함한다. 이때, 점토는 유기변성 점토이거나 이온 대전 점토일 수 있다.
이렇게 제조된 탄소나노튜브 마스터배치와 점토 마스터배치를 이용하여 본 발명의 열가소성 수지를 제조한다.
열가소성 수지, 탄소나노튜브 마스터배치, 점토 마스터배치, 산화방지제(또는 열안정제) 등의 원료를 원하는 조성에 맞추어 선택적으로 연속식 트윈 스크류 압출기의 호퍼(110)에 투입하였다.
상기 연속식 트윈 스크류 압출기의 용융 및 압축 영역(Z1) 내에서 상기 열가소성 수지와 기타 원료를 혼합하고 용융 및 압축시켰다. 가열 수단에 의해 용융 영역의 온도는 구간에 따라 240∼300℃를 유지하였다. 이때, 모터에 의해 구동되는 2개의 샤프트(120)들은 시계 방향으로 회전하며, 상기 샤프트(120)들의 회전 속도는 230rpm 정도이고, 2개의 사프트들 사이의 축간 거리는 5㎝ 정도이다. 용융 및 압축 영역(Z1)의 샤프트(120)는 호퍼(110)를 통해 주입된 원료를 혼합하고 압축하면서 분산 영역(Z2) 내로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 구비된다. 나선형 스크류의 헬릭스각(Helix Angle)은 30°정도이고, 나선형 스크류의 나사산과 실린더(130) 사이의 간격은 샤트프 직경의 1/60 정도이며, 나선형 스크류의 피치는 5㎝ 정도로 일정하다. 용융 및 압축 영역(Z1)에서 나선형 스크류의 직경에 대한 나선형 스크류의 길이의 비는 30 정도이다.
상기 연속식 트윈 스크류 압출기의 샤프트(120)들을 시계 방향으로 회전시켜 실린더(130) 내에서 용융 및 압축된 원료의 용융물에 압축 및 전단 응력이 인가되게 한다. 점토 마스터배치가 투입된 경우에는, 점토는 판형의 소판으로 박리되고 상기 열가소성 수지 내에 판형의 점토 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되게 된다. 이때, 연속식 트윈 스크류 압출기의 분산 영역(Z2)은 구간에 따라 온도를 250∼280℃로 설정하였다. 상기 샤프트(120)들의 회전 속도는 230rpm 정도로 설정하였다. 분산 영역(Z2)은 상방향으로 테이퍼(taper)진 압축부(compression part)(C1)와, 상방향으로 테이퍼진 압축부과 인접하게 형성되고 평평한 일자형의 전단부(shear part)(C2) 및 하방향으로 테이퍼진 릴리스부(C3)를 포함하는 샤프트(120) 구조를 갖는다. 상방향으로 테이퍼진 압축부의 테이퍼 각(a1)은 20°정도를 이룬다. 하방향으로 테이퍼진 압축부의 테이퍼 각(a2)은 -20° 정도를 이룬다. 실린더(130)와 샤프트(120) 사이의 간격을 샤트프 직경의 1/20∼1/60 정도이고, 일자형의 전단부를 이루는 사프트와 실린더(130) 사이의 간격은 샤트프 직경의 1/40∼1/60 정도이다. 분산 영역(Z2)에서 샤프트(120)의 직경에 대한 샤프트(120)의 길이의 비는 40 정도이다.
유리섬유 및 탄소섬유는 상기 연속식 트윈 스크류 압출기의 분산 영역(Z2)에 마련된 사이드피딩 주입구(170)를 통해 분산되는 과정의 조성물에 투입하였다.
토출 영역(Z3)에서는 분산 영역(Z2)에서의 온도보다 높은 온도인 260∼300℃의 온도로 가열하면서 연속식 트윈 스크류 압출기에서 조성물을 토출 다이(160)로 토출하였다. 토출 영역(Z3)의 샤프트(120)는 조성물을 압축하면서 토출 다이(160)로 공급하기 위하여 나선형 스크류(spiral screw) 형태로 구비된다. 나선형 스크류의 헬릭스각(Helix Angle)은 -30°정도이고, 나선형 스크류의 나사산과 실린더(130) 사이의 간격은 샤트프 직경의 1/60 정도이며, 나선형 스크류의 피치는 5㎝ 정도로 일정하다. 토출 영역(Z3)에서 나선형 스크류의 직경에 대한 나선형 스크류의 길이의 비는 30 정도이다.
토출 다이(160)로부터 토출된 조성물을 45℃의 수조에서 급냉하였고, 절단하고 80℃ 온도에서 건조하여 펠릿 형태의 대전방지 열가소성 수지 조성물을 얻었다. 토출 속도는 30㎏/hr 정도로 설정하였다.
제조된 펠릿 형상의 수지는 100℃에서 4시간 동안 건조한 후, 사출 성형기를 이용하여 사출온도를 275∼295℃, 금형온도를 70℃로 하여 ASTM 표준 시편을 제조하였다.
펠릿(pellet) 형태의 화합물의 기계적 및 열적 특성은 80℃의 온도에서 4시간 동안 습기와 휘발성 물질을 제거한 후에 ASTM을 사용하여 테스트 한다. 일반적인 사출 성형에 의해 만들어진 성형된 부품은 표면 저항(surface resistance), 굴곡탄성률(flexural modulus), 굴곡강도(flexural strength), 인장강도(tensile strength), 아이조드 싱글 노치(Izod single notch) 충격강도(impact strength) 및 열변형온도(heat distortion temperature; HDT)에 대해 테스트를 한다.
대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 다음과 같은 방법으로 물성을 측정하였다.
(1) 열변형온도(heat distortion temperature; HDT)
ASTM D648에 따라 시편에 18.6kgf/㎝2의 하중을 주고 주변 유체온도를 2℃/min의 속도로 상승시켰을 때 시편의 변형이 0.254㎜에 달한 때의 온도를 측정하였다.
(2) 굴곡강도(flexual strength; FS) 및 굴곡탄성율(flexual modulus; FM)
ASTM D790에 따라 크로스 헤드 스피드(cross head speed)를 5㎜/min의 시험 속도로 측정하였다.
(3) 인장강도(tensile strenth; TS)
ASTM D638에 준하여 온도 23±2℃, 상대습도 50% 및 대기압의 조건에서 5㎜/min의 인장속도로 측정하였다. 연신율은 파단점에서의 값을 기록하며, 최소 5회 이상 측정하여 평균값으로 나타내었다.
(4) 충격강도(impact strength)
ASTM D256에 준하여 시편이 파단될 때의 에너지를 단위 두께로 나눈 것이 충격강도에 해당한다. 충격강도는 1/8인치 두께를 갖는 시편을 이용하여 측정하였고, 최소 5회 이상 측정하여 평균값으로 나타내었으며, 상온에서 아이조드 노치(Izod notch) 방법으로 측정하였다.
(5) 표면저항(surface resistivity; SR)
금속 버스 바(metal bus bar)가 연결된 전기저항계(Ohm meter)를 이용하여 단위면적당 표면저항을 측정하였다.
본 발명은 하기의 실험예를 참고로 더욱 상세히 설명되며, 이 실험예가 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.
이하의 실험예들에서 탄소나노튜브는 벨기에 나노실(Nanocyl)사에 의해 제조된 다중벽 탄소나노튜브(평균 직경 20㎚, 평균 길이 5∼10㎛, 종횡비(aspect ratio) 500 이상, 순도 90% 이상)를 사용하였으며, 앞서 설명한 바와 같이 15중량%의 탄소나노튜브를 포함하는 탄소나노튜브 마스터배치를 제조한 후에 본 발명의 열가소성 수지를 제조하기 위하여 호퍼에 투입되었다. 이하의 설명에서 탄소나노튜브 의 함량은 탄소나노튜브 마스터배치에 함유된 탄소나노튜브의 함량을 각 조성물 100중량%에 대하여 환산하여 계산한 값을 의미한다.
유리섬유는 오웬스 코닝(Owens Corning)사의 CS03-165A를 사용하였다.
유기변성 점토는 미국의 서던 클레이 프로덕트(Southern Clay Products)사에 의해 제조된 Cloisite 15A를 사용하였고, 이온 대전 점토는 미국의 서던 클레이 프로덕트(Southern Clay Products)사에 의해 제조된 Cloisite Na+를 사용하였다. 이온 대전 점토는 나트륨 이온이 대전된 점토이고 표면저항이 106 Ω·㎝인 것을 사용하였다. 유기변성 점토 및 이온 대전 점토도 앞서 설명한 바와 같이 10중량%의 점토를 포함하는 점토 마스터배치를 제조한 후에 본 발명의 열가소성 수지를 제조하기 위하여 호퍼에 투입되었다. 이하의 설명에서 점토의 함량은 점토 마스터배치에 함유된 점토의 함량을 각 조성물 100중량%에 대하여 환산하여 계산한 값을 의미한다.
산화방지제는 대만 시바(CIBA)사에 의해 제조된 IRGAFOX 1010을 사용하였다.
탄소섬유는 일본의 토호 테낙스(Toho Tenax)사의 HTC493(6mm length)를 사용하였다.
<실험예 1>
아래의 표 1과 표 2는 폴리카보네이트를 함유하는 다양한 폴리카보네이트계 조성물의 예를 보여준다.
폴리카보네이트 수지는 엘지-다우 케미컬(LG-Dow chemicals)사의 제품명 칼리베레(Calibere)를 사용하였다.
탄소나노튜브 마스터배치(MB)와 점토 마스터배치(MB)는 동일한 연속식 트윈 스크류 압출기를 사용하여 우선적으로 준비되지만, 본 출원인에 의해 디자인된 상술한 연속식 트윈 스크류 압출기를 사용하는 것이 바람직하다. 탄소나노튜브 마스터배치는 탄소나노튜브를 15중량% 포함하고, 점토 마스터배치는 점토를 10중량% 함유한다. 폴리카보네이트 수지, 탄소나노튜브 마스터배치, 점토 마스터배치 및 산화방지제(또는 열안정제)들은 혼합 건조되고 호퍼를 통하여 트윈 스크류 압출기 안으로 공급된다.
유리섬유는 사이드 피딩 주입구를 통하여 압출기로 공급된다.
연속식 트윈 스크류 압출기의 용융 및 압축 영역(Z1), 반죽 영역(Z4), 분산 영역(Z2), 토출 영역(Z3)의 온도는 290℃, 270℃, 270℃, 260℃, 260℃, 270℃ 및 280℃로 맞추어져 있다. 즉, 용융 및 압축 영역(Z1)은 3구간으로 구분하여 각각 280℃, 270℃, 270℃로 설정되었고, 분산 영역(Z2)은 2구간으로 구분하여 각각 260℃, 260℃로 설정되었으며, 토출 영역(Z3)은 2구간으로 구분하여 각각 270℃, 280℃로 설정되었다.
트윈 스크류 압출기를 통과한 압축물(extrudate)은 곧 바로 수조(water bath) 안에서 급랭되고 펠릿화(pelletized)된다. 펠릿(pellet)은 오븐 안에서 건조되고, 사출성형을 위해 유지된다. 패밀리 금형(family mold)이 기계적 및 전기적 테스트를 위한 샘플 시편을 만드는데 사용되었다.
표 1에서 조성물 1∼6은 점토 0∼2.5중량%를 함유하는 폴리카보네이트계 조성물을 보여주며, 조성물 7∼10은 탄소나노튜브 1.7∼3중량%를 함유하는 폴리카보네이트계 조성물을 보여준다. 산화방지제는 모든 조성물(조성물 1∼10)에서 같은 양으로 유지된다.
조성 조성물 1 조성물 2 조성물 3 조성물 4 조성물 5 조성물 6 조성물 7 조성물 8 조성물 9 조성물 10
폴리카보네이트
(중량%)		 89.8 89.3 88.8 88.3 87.8 87.3 88.1 87.8 87.3 86.8
탄소나노튜브
(중량%)		 0 0 0 0 0 0 1.7 2 2.5 3
유기변성 점토
(중량%)		 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 0 0 0
유리섬유(중량%) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
산화방지제
(중량%)		 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
마찬가지로 표 2에서, 폴리카보네이트를 함유한 다양한 조성물의 예를 보여준다. 조성물 11∼13은 유기 변성 점토 1.5중량%를 함유하는 폴리카보네이트계 조성물을 보여주고, 조성물 14는 탄소나노튜브 2.5중량%, 유기변성 점토 1.5중량% 및 유리섬유 10중량%를 함유하는 폴리카보네이트계 조성물을 보여준다. 유사하게 조성물 15∼18은 이온 대전 점토 1.5중량%와 탄소나노튜브를 함유하는 폴리카보네이트계 조성물을 보여준다. 조성물 19는 탄소나노튜브 2.5중량%, 이온 대전 점토 1.5중량% 및 유리섬유 10중량%를 함유하는 폴리카보네이트계 조성물을 보여준다. 산화방지제는 모든 조성물(조성물 11∼19)에서 같은 양으로 유지된다.
조성 조성물 4 조성물 11 조성물 12 조성물 13 조성물 14 조성물 15 조성물 16 조성물 17 조성물 18 조성물 19
폴리카보네이트
(중량%)		 98.3 96.6 96.3 95.8 98.3 96.6 96.3 85.8 85.3 85.3
탄소나노튜브
(중량%)		 0 1.7 2 2.5 2.5 0 1.7 2 2.5 2.5
유기변성 점토(중량%) 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 0 0 0 0 0
이온 대전 점토(중량%) 0 0 0 0 0 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
유리섬유
(중량%)		 0 0 0 0 10 0 0 0 0 10
산화방지제
(중량%)		 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
아래의 표 3 내지 표 7은 ASTM 표준 테스트 방법을 사용하여 측정된 특성을 보여준다.
아래의 표 3은 표 1에 나타낸 폴리카보네이트계 조성물의 기계적 특성과 전기적 특성을 보여주고 있다.
특성 조성물 1 조성물 2 조성물 3 조성물 4 조성물 5 조성물 6
굴곡강도(㎏/㎠) 940 995 1010 1025 1045 1031
굴곡탄성율(㎏/㎠) 22400 26354 27544 28311 28915 30222
인장강도(㎏/㎠) 630 647 659 660 666 690
연신율(%) 150 93.2 92.4 103 97 97
충격강도(㎏·㎝/㎝) 75.0 7.3 8.6 8.2 7.3 7.1
열변형온도(℃) 130 134 137 137 132 130
표면저항(Ω·㎝) 7E16 4E16 4E16 4E16 4E16 4E16
표 3은 점토 0∼2.5중량%를 함유하지만 전도성 충전제(conductive filler)인 탄소나노튜브는 포함하지 않은 조성물 1∼6에 대하여 측정된 기계적 특성과 표면저항을 보여준다. 조성물 1∼6에서, 표면저항은 이 조성물에 탄소나노튜브가 함유되어 있지 않기 때문에 4×1016∼7×1016 Ω·㎝ 범위를 나타내는 것을 볼 수 있다. 그러나, 조성물 2∼6의 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율 및 인장강도)은 점토의 첨가에 의해 점토가 첨가되지 않은 조성물 1에 비하여 향상된 것을 발견할 수 있다. 표 1 및 표 3으로부터 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 인장강도는 점토 함량의 증가에 따라 증가된다는 것을 확인할 수 있다.
열변형온도(HDT)는 점토가 1.5중량% 첨가되는 데까지 증가된다. 이것은 1.5중량% 이내의 점토를 첨가하게 되면 폴리카보네이트계 고분자 매트릭스(matrix) 내에서 점토가 효율적으로 분산(dispersion) 및 박리(exfoliation)됨으로써 열변형온도를 증가시키는 것으로 판단된다.
아래의 표 4는 표 1에 나타낸 폴리카보네이트계 조성물의 기계적 특성과 전기적 특성을 보여주고 있다.
특성 조성물 1 조성물 7 조성물 8 조성물 9 조성물 10
굴곡강도(㎏/㎠) 940 963 989 999 965
굴곡탄성율(㎏/㎠) 22400 24258 25086 25176 24595
인장강도(㎏/㎠) 630 340 352 352 347
연신율(%) 150 11.9 11 9.7 10
충격강도(㎏·㎝/㎝) 75.0 7.5 6.1 5.2 5
열변형온도(℃) 130 137 139.4 140 145
표면저항(Ω·㎝) E16 2.E+07 4.E+04 2.E+04 2.E+03
표 4는 1.7∼3.0중량% 탄소나노튜브를 함유하지만 점토를 포함하지 않은 조성물 7∼10에 대하여 측정된 기계적 특성과 표면저항을 보여준다. 탄소나노튜브를 포함하는 조성물 7∼10의 표면저항이 탄소나노튜브를 포함하지 않는 조성물 1의 표면저항에 비하여 감소된어 전기적 특성이 개선된다는 것을 확인할 수 있다. 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율 및 열변형온도) 역시 탄소나노튜브의 첨가에 의해 향상된다는 것을 조성물 7∼10에서 발견할 수 있다(조성물 1과 비교하여). 표 1 및 표 4에 나타낸 조성물 7∼9에서 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 인장강도는 탄소나노튜브 함량이 2.5중량%까지 증가됨에 따라 증가된다. 탄소나노튜브를 3중량% 첨가했을 때(조성물 10의 경우)의 특성들(굴곡강도, 굴곡탄성율 및 인장강도)은 폴리카보네이트 고분자 매트릭스 내부에 응집 형성 때문에 다소 감소하는 것으로 보인다. 그러나, 열변형온도는 탄소나노튜브 함량이 3중량%까지 증가됨에 따라 계속적으로 증가되었으며, 표면저항 역시 탄소나노튜브 함량이 3중량%까지 증가됨에 따라 계속적으로 감소하여 전기적 특성이 개선되었다.
아래의 표 5는 표 2에 나타낸 폴리카보네이트계 조성물의 기계적 특성과 전기적 특성을 보여주고 있다.
특성 조성물 4 조성물 11 조성물 12 조성물 13 조성물 14
굴곡강도(㎏/㎠) 1025 1055 1070 1120 1154
굴곡탄성율(㎏/㎠) 28311 28500 29340 30540 30645
인장강도(㎏/㎠) 660 540 545 520 490
연신율(%) 103 78 69 60 55
충격강도(㎏·㎝/㎝) 8.2 5.2 5.2 4.8 5
열변형온도(℃) 137 140 140 142 144
표면저항(Ω·㎝) 5E16 2E7 6E4 2E4 5E3
표 5는 조성물 4와 비교하여 조성물 11∼14의 기계적 및 전기적 특성을 보여준다. 표 5는 조성물 11∼14과 조성물 4를 비교하여 기계적 특성과 표면저항에 대한 점토와 탄소나노튜브 첨가의 효과를 설명한다. 조성물 4는 유기변성 점토 1.5중량%를 함유하지만 탄소나노튜브는 포함하지 않는다. 조성물 11∼14에는 1.7중량%, 2중량% 그리고 2.5중량%의 탄소나노튜브가 첨가되었다.
위의 표 2 및 표 5에서 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 열변형온도는 탄소나노튜브를 함유한 조성물 11∼14의 경우에 탄소나노튜브를 함유하지 않는 조성물 4에 비하여 향상되었음을 확인할 수 있다. 또한, 굴곡강도 및 굴곡탄성율은 탄소나노튜브 함량이 증가함에 따라 증가된다는 것을 확인할 수 있다. 표 3, 표 4 및 표 5를 비교할 때, 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 열변형온도는 점토 및 탄소나노튜브가 함께 첨가될 때(조성물 11∼14의 경우)가 개별적으로 점토 또는 탄소나노튜브가 첨가되었을 때(조성물 2∼10의 경우)보다 더 높다. 이러한 결과는 조성물의 기계적 특성에 대한 점토와 탄소나노튜브의 시너지 효과(synergy effect) 혹은 혼성 효과(hybrid effect)를 증명해준다.
또한 유리섬유 10중량%의 첨가는 조성물 14에서 보여주듯이 기계적 및 전기적 특성들을 개선시킨다. 표면저항은 탄소나노튜브 함량의 점진적인 증가와 10중량% 유리섬유 첨가에 의해서 5×1016 Ω·㎝(탄소나노튜브와 유리섬유를 함유하지 않는 조성물 4의 경우)에서 5×103 Ω·㎝까지 개선된다. 또한, 조성물 11∼14과 조성물 4의 표면저항을 비교하여 볼 때, 탄소나노튜브를 함유한 조성물 11∼14의 경우에 탄소나노튜브를 함유하지 않는 조성물 4에 비하여 현저하게 전기적 특성이 개선되었음을 확인할 수 있다.
아래의 표 6은 표 2에 나타낸 폴리카보네이트계 조성물의 기계적 특성과 전기적 특성을 보여주고 있다.
특성 조성물 15 조성물 16 조성물 17 조성물 18 조성물 19
굴곡강도(㎏/㎠) 1010 950 1010 1060 1110
굴곡탄성율(㎏/㎠) 27340 28240 28340 28450 28550
인장강도(㎏/㎠) 640 530 545 520 480
연신율(%) 100 88 70 65 55
충격강도(㎏·㎝/㎝) 7.6 5.0 4.5 4.3 4
열변형온도(℃) 132 136 138 140 140
표면저항(Ω·㎝) 3E14 2E6 2E4 8E3 9E2
표 6은 탄소나노튜브, 유기변성 점토, 이온 대전 점토 및 유리섬유의 함량에 따른 폴리카보네이트계 조성물 15∼19의 기계적 및 전기적 특성을 보여준다. 또한, 표 6은 조성물의 기계적 특성과 표면저항에 대한 이온 대전 점토와 탄소나노튜브 첨가의 효과를 설명해 준다. 조성물 15는 이온 대전 점토 1.5중량%를 함유하지만 탄소나노튜브는 함유하지 않는다. 그러나 1.7중량%, 2중량% 그리고 2.5중량%의 탄소나노튜브가 조성물 16∼19에 첨가되었다.
굴곡강도, 굴곡탄성율 및 열변형온도는 탄소나노튜브 함량이 증가함에 따라 증가된다. 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 열변형온도는 점토 및 탄소나노튜브가 함께 첨가될 때가 개별적으로 점토 또는 탄소나노튜브가 첨가되었을 때보다 더 높다(조성물 15와 조성물 16을 비교하여 볼 때 함께 첨가된 경우가 굴곡강도가 작게 나타났는데 이에 대한 확인이 필요합니다). 그러나 표 5에 나타낸 특성과 비교하면, 수치는 약간 더 감소하는 것을 관찰할 수 있다. 이것은 이온 대전 점토의 층간 거리(interlaminar distance)가 유기변성 점토보다 더 짧기 때문에 고분자 매트릭스 내에서 부분적으로 점토의 박리 작용이 일어났기 때문일 것이다. 이러한 결과는 조성물의 기계적 특성에 대한 점토와 탄소나노튜브의 시너지 효과(synergy effect) 혹은 혼성 효과(hybrid effect)를 증명해준다.
표면저항은 고분자 매트릭스 내에서 보강제(reinforcing agent) 및 전하 캐리어(electric charge carrier) 역할을 하는 이온 대전 점토의 이온 특성 때문에 표 5(같은 양의 탄소나노튜브)와 비교해서 상당히 개선되었다.
유리섬유 10중량%의 첨가는 조성물 19에서 보여주듯이 유리섬유가 첨가되지 않은 조성물 18과 비교할 때 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율, 열변형온도) 및 전기적 특성을 개선시킨다.
<실험예 2>
표 7 내지 표 10은 폴리아미드-66을 함유하는 다양한 조성물의 예를 보여준다. 표 7에서 조성물 20∼21은 1∼2중량% 탄소나노튜브를 함유하는 폴리아미드계 조성물을 보여준다. 조성물 22∼30은 점토 1∼5중량% 및 유리섬유 0∼30중량%를 함유하는 폴리아미드계 조성물을 보여준다. 참고 자료로 사용하기 위해 조성물 22∼30에서 탄소나노튜브가 함유되지 않았다. 산화방지제는 모든 조성물(조성물 20∼30)에 같은 양으로 유지된다.
조성 조성물 20 조성물 21 조성물 22 조성물 23 조성물 24 조성물 25 조성물 26 조성물 27 조성물 28 조성물 29 조성물 30
폴리아미드-66
(중량%)		 99.8 97.8 98.8 97.8 94.8 88.8 87.8 84.8 68.8 67.3 64.8
탄소나노튜브
(중량%)		 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0
이온 대전 점토(중량%) 0 0 1 2 5 1 2 5 1 2 5
유리섬유
(중량%)		 0 0 0 0 0 10 10 10 30 30 30
산화방지제
(중량%)		 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
아래의 표 8은 기계적 및 전기적 특성(표면저항)에 대한 탄소나노튜브와 점토의 시너지 효과를 이해하기 위하여 점토 0∼5중량%와 탄소나노튜브 0∼2중량%를 함유하는 폴리아미드계 조성물을 보여준다. 이 조성물에 유리섬유는 첨가되지 않았다. 산화방지제는 모든 조성물(조성물 31∼39)에 같은 양으로 유지된다.
조성 조성물 22 조성물 31 조성물 32 조성물 33 조성물 34 조성물 35 조성물 36 조성물 37 조성물 38 조성물 39
폴리아미드-66
(중량%)		 98.8 98.3 97.8 96.8 97.3 96.8 95.8 94.3 93.8 92.8
탄소나노튜브
(중량%)		 0 0.5 1 2 0.5 1 2 0.5 1 2
이온 대전 점토(중량%) 1 1 1 1 2 2 2 5 5 5
유리섬유
(중량%)		 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
산화방지제
(중량%)		 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
아래의 표 9는 기계적 및 전기적 특성(표면저항)에 대한 점토와 탄소나노튜브의 시너지 효과를 이해하기 위하여 점토 1∼5중량%, 탄소나노튜브 0.5∼2중량%, 유리섬유 10중량%∼30중량%를 함유하는 폴리아미드계 조성물을 보여준다.
조성 조성물 40 조성물 41 조성물 42 조성물 43 조성물 44 조성물 45 조성물 46 조성물 47 조성물 48 조성물 49
폴리아미드-66
(중량%)		 88.3 87.8 86.8 68.3 67.8 66.8 84.3 83.8 82.8 62.8
탄소나노튜브
(중량%)		 0.5 1 2 0.5 1 2 0.5 1 2 2
이온 대전 점토(중량%) 1 1 1 1 1 1 5 5 5 5
유리섬유
(중량%)		 10 10 10 30 30 30 10 10 10 30
산화방지제
(중량%)		 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
아래의 표 10은 기계적 및 전기적 특성(표면저항)에 대한 점토와 탄소나노튜브의 시너지 효과를 이해하기 위하여 점토 1∼5중량%, 탄소나노튜브 0.5∼2중량%, 탄소섬유(Carbon Fiber; CF) 5중량%∼10중량%를 함유하는 폴리아미드계 조성물을 보여준다.
조성 조성물 50 조성물 51 조성물 52 조성물 53 조성물 54 조성물 55 조성물 56 조성물 57 조성물 58 조성물 59
폴리아미드-66
(중량%)		 93.8 92.8 89.8 88.8 87.8 84.8 93.3 92.8 91.8 88.8
탄소나노튜브
(중량%)		 0 0 0 0 0 0 0.5 1 2 1
이온 대전 점토(중량%) 1 2 5 1 2 5 1 1 1 5
탄소섬유
(중량%)		 5 5 5 10 10 10 5 5 5 5
산화방지제
(중량%)		 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
아래의 표 11은 표 7에 나타낸 폴리아미드계 조성물의 기계적 특성과 전기적 특성을 보여주고 있다.
특성 조성물 20 조성물 21 조성물 22 조성물 23 조성물 24 조성물 25 조성물 26 조성물 27 조성물 28 조성물 29 조성물 30
굴곡강도(㎏/㎠) 1210 1220 1228 1277 1402 1646 1561 1616 2662 2607 2387
굴곡탄성율(㎏/㎠) 31250 31550 32425 34407 41210 55710 52378 59437 100666 98313 122608
인장강도(㎏/㎠) 787 827 847 898 937 850 862 1027 1713 1703 1571
연신율(%) 45 35 53 18 4 2 2 2 3 3 2
충격강도(㎏·㎝/㎝) 3.5 3.0 4.8 4.7 3.4 3.4 4.5 2.7 6.2 5.6 4.6
열변형온도(℃) 70 75 77 79 92 230 236 228 251 249 248
표면저항(Ω·㎝) 　3E12 4E4 7E15　 3E13　 2E12　 　2E15 2E14　 8E12　 7E13　 4E12　 　1E12
표 11은 탄소나노튜브, 이온 대전 점토 및 유리섬유의 함량에 따른 폴리아미드계 조성물 21∼30의 기계적 및 전기적 특성들을 보여준다. 표 7 및 표 11로부터 탄소나노튜브의 첨가는 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도)을 향상시키고 표면저항도 개선시킨다는 것을 조성물 20과 21의 예를 통해서 명백하게 알 수 있다.
또한, 조성물 22∼25에서 점토 함량의 증가는 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도를 증가시킨다는 것을 확인할 수 있다. 이온 대전 점토는 나트륨 이온(Na+)으로 이온교환된 점토이기 때문에, 표면저항 또한 이온 대전 점토의 함량이 증가함에 따라 개선된다.
표 7 및 표 11에서 조성물 22와 조성물 25, 조성물 23과 조성물 26, 조성물 24와 조성물 27를 비교하여 볼 때 유리섬유 10중량%의 첨가에 의해 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도)이 대체적으로 상당히 향상된다는 것을 명백하게 알 수 있다. 또한, 표 7 및 표 11에서 조성물 25와 조성물 28, 조성물 26과 조성물 29, 조성물 27과 조성물 30을 비교하여 볼 때 유리섬유의 함량이 10중량%에서 30중량%로 증가함에 의해 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도)이 상당히 향상된다는 것을 명백하게 알 수 있다. 조성물 25와 조성물 28, 조성물 26과 조성물 29, 조성물 27과 조성물 30을 비교하여 볼 때, 표면저항은 유리섬유의 함량이 10중량%에서 30중량%로 증가함에 의해 개선된다는 것을 발견할 수 있다.
아래의 표 12는 표 8에 나타낸 폴리아미드계 조성물의 기계적 특성과 전기적 특성을 보여주고 있다.
특성 조성물 23 조성물 31 조성물 32 조성물 33 조성물 34 조성물 35 조성물 36 조성물 37 조성물 38 조성물 39
굴곡강도
(㎏/㎠)		 1277 1243 1280 1296 1357 1371 1305 1298 1277 1248
굴곡탄성율
(㎏/㎠)		 34407 34486 35679 36544 35017 37877 40302 40474 41678 42188
인장강도
(㎏/㎠)		 898 691 771 772 857 805 691 666 654 698
연신율(%) 18 1.9 2.4 2.2 3.3 2.7 2.1 2.4 2.1 2
충격강도
(㎏·㎝/㎝)		 4.7 4.1 4.2 3.8 4.3 3.8 4.1 3.8 3.4 3.5
열변형온도(℃) 78 81 84 92 88 86 88 89 111 102
표면저항
(Ω·㎝)		 7E15　 　6E15 　6E12 　9E6 　2E15 7E10　 5E5　 　2E10 3E9　 　8E3
표 12는 조성물 31∼39의 특성에 대한 점토와 탄소나노튜브의 혼성 효과(hybrid effect)를 보여준다. 표 7, 표 8 및 표 12를 참조하면, 점토 1중량%와 탄소나노튜브 1중량%를 함유하는 조성물 32의 기계적 특성이 점토 2중량%를 함유하고 탄소나노튜브는 함유하지 않는 조성물 23의 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율 및 열변형온도)보다 더 높다는 것을 조성물 23과 32로부터 명백하게 알 수 있다. 이로부터 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 열변형온도는 점토와 탄소나노튜브의 혼성화에 의해 상당히 향상된다는 것을 확인할 수 있다. 표면저항 역시 상당히 개선되었음을 알 수 있다.
또한, 표 12는 조성물 31∼36에서 탄소나노튜브의 첨가는 특성의 중대한 향상을 보여준다. 특히 열변형온도의 향상은 주목할 만하다.
그러나 굴곡강도 및 인장강도는 이온 대전 점토의 함량이 5중량%인 조성물 37∼39에서 감소된다는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 탄소나노튜브 1중량%와 이온 대전 점토 5중량%를 함유하는 조성물 38은 탄소나노튜브 1중량%와 이온 대전 점토 2중량%를 함유하는 조성물 35에 비하여 굴곡강도 및 인장강도가 감소한 것을 볼 수 있다. 굴곡강도 및 인장강도의 감소는 점토와 탄소나노튜브의 불균일한 분산(inhomogeneous dispersion) 때문일 것이다. 그러나, 굴곡탄성율과 열변형온도는 상당하게 향상된 것을 알 수 있다. 표면저항 역시 조성물 37∼39에서 보여주듯이 점토와 탄소나노튜브의 혼성 효과에 의해 개선된다.
아래의 표 13은 표 9에 나타낸 폴리아미드계 조성물의 기계적 특성과 전기적 특성을 보여주고 있다.
특성 조성물 40 조성물 41 조성물 42 조성물 43 조성물 44 조성물 45 조성물 46 조성물 47 조성물 48 조성물 49
굴곡강도
(㎏/㎠)		 1558 1635 1670 2648 2763 2681 1631 1657 1556 2393
굴곡탄성율
(㎏/㎠)		 57557 66120 64177 88551 97332 81124 59070 59913 68827 109373
인장강도
(㎏/㎠)		 895 858 908 1641 1721 1665 945 971 905 1500
연신율(%) 2.4 1.8 2.3 2.3 1.6 1.3 1.3 1.1 1.3 1
충격강도
(㎏·㎝/㎝)		 4.1 3.4 3.1 6.0 5.7 5.8 3.3 2.7 2.8 4.3
열변형온도(℃) 238 245 247 252 252 252 235 235 234 236
표면저항
(Ω·㎝)		 3E15　 　3E11 2E5　 3E13　 2E12　 3E9　 5E9　 1E9　 　2E3 　7E2
위의 표 13은 점토와 탄소나노튜브를 함유하는 조성물 40∼49의 기계적 및 전기적 특성들에 대한 유리 첨가의 효과를 보여준다. 표 9 및 표 13을 참조하면, 조성물 40∼45에서 탄소나노튜브의 함량이 증가함에 따라 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도, 열변형온도) 및 전기적 특성(표면저항)이 대체적으로 개선된다는 것을 보여준다.
조성물 40∼42와 조성물 46∼48을 비교하면, 이온 대전 점토의 함량(5중량%)이 증가하면 기계적 특성들이 대체적으로 향상될 뿐만 아니라 탄소나노튜브의 함량이 증가하더라도 기계적 특성들은 대체적으로 향상된다. 이러한 결과들은 조성물의 특성에 대한 탄소나노튜브와 점토의 혼성 효과를 증명해 준다.
또한, 유리섬유 함량의 증가는 조성물 48과 49에서 보여주듯이 표면저항에 대하여 영향을 미친다. 유리섬유 30중량%를 함유하는 조성물 43∼45와 유리섬유 10중량%를 함유하는 조성물 40∼42를 비교하거나, 유리섬유 30중량%를 함유하는 조성물 49와 유리섬유 10중량%를 함유하는 조성물 48을 비교할 때, 유리섬유의 함량이 증가함에 따라 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도, 열변형온도) 및 전기적 특성(표면저항)이 상당히 개선되었음 볼 수 있다.
아래의 표 14는 표 10에 나타낸 폴리아미드계 조성물의 기계적 특성과 전기적 특성을 보여주고 있다.
특성 조성물 50 조성물 51 조성물 52 조성물 53 조성물 54 조성물 55 조성물 56 조성물 57 조성물 58 조성물 59
굴곡강도
(㎏/㎠)		 1757 1990 2020 2566　 　2767 2534　 　1788 　1850 　1940 1845　
굴곡탄성율
(㎏/㎠)		 54246 60976 71244 85800　 　87235 87344　 　55343 66754　 　67454 66732　
인장강도
(㎏/㎠)		 1117 1160 1197 1677　 1754　 1654　 　1234 　1255 1230　 　1210
연신율(%) 2.1 1.5 1.4 　1.1 1.1　 1.0　 　2.0 1.5　 　1.2 　1.0
충격강도
(㎏·㎝/㎝)		 3.8 3.9 3.3 3.7　 3.6　 　3.3 　3.9 3.7　 3.0　 　2.9
열변형온도(℃) 238 243 240 245　 250　 253　 　240 　243 　247 　246
표면저항
(Ω·㎝)		 　3E12 1E12　 2E10　 　3E6 2E6　 　2E6 　2E12 4E10　 　4E3 　2E2
표 14는 조성물의 특성에 대한 점토, 탄소나노튜브 및 탄소섬유 첨가의 효과를 보여준다. 표 10 및 표 14를 참조하면, 조성물 50∼52에서 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도) 및 전기적 특성(표면저항)은 탄소섬유를 같은 양으로 유지하면서 점토 함량을 증가함에 따라 향상된다. 조성물 50∼52에서 열변형온도는 이온 대전 점토가 2중량%가 될 때 까지는 증가한다.
유사하게 조성물 53∼55에서 보여주듯이 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도, 열변형온도) 및 전기적 특성은 탄소섬유 함량이 5중량%에서 10중량%로 증가함에 따라 개선된다.
탄소나노튜브, 점토 및 탄소섬유의 혼성 효과는 조성물 56∼59에서 보여진다. 점토와 탄소나노튜브의 함량을 변화시킴으로써 기계적 및 전기적 특성을 개선시킬 수 있음을 보여준다.
조성물 57 및 조성물 58를 비교하면, 이온 대전 점토와 탄소섬유의 함량은 변화없이 탄소나노튜브 함량이 증가하게 되면 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율, 열변형온도) 및 전기적 특성이 개선되었음을 보여준다.
또한, 조성물 58 및 조성물 59를 비교하면, 탄소나노튜브 함량의 감소와 이온 대전 점토 함량의 증가는 전기적 특성에 대한 개선을 보여준다.
<실험예 3>
아래의 표 15는 폴리프로필렌을 함유하는 다양한 폴리프로필렌계 조성물들에 대한 예를 보여준다.
조성 조성물 60 조성물 61 조성물 62 조성물 63 조성물 64 조성물 65 조성물 66 조성물 67 조성물 68 조성물 69
호모-폴리프로필렌(중량%) 98.8 97.8 98.8 97.8 78.8 77.8 74.8 76.8 75.8 75.3
탄소나노튜브
(중량%)		 1 2 0 0 0 0 1 2 1 2
이온 대전 점토(중량%) 0 0 1 2 1 2 0 0 2 2
유리섬유
(중량%)		 0 0 0 0 20 20 20 20 20 20
산화방지제
(중량%)		 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
표 15에서 조성물 60∼61은 탄소나노튜브 1∼2중량%를 함유하는 폴리프로필렌계 조성물을 보여준다. 조성물 62와 63은 점토 1∼2중량%를 함유하고 유리섬유를 함유하지 않는 폴리프로필렌계 조성물을 보여준다. 그러나, 조성물 64∼65에서는 이온 대전 점토와 유리섬유 20중량%를 함유하는 폴리프로필렌계 조성물을 보여준다. 참고 자료로서 사용하기 위해서 조성물 62∼65에에 탄소나노튜브는 첨가하지 않았다. 그러나, 조성물 66∼67은 탄소나노튜브 1∼2중량%를 함유하고 점토를 함유하지 않는 폴리프로필렌계 조성물을 보여준다. 조성물 68∼69에서 기계적 특성 및 전기적 특성(표면저항)에 대한 탄소나노튜브와 점토의 상승효과를 이해하기 위해서 이온 대전 점토 2중량%가 첨가되었다. 조성물 64∼69에는 유리섬유 20중량%가 첨가되었다.
아래의 표 16은 표 15에 나타낸 폴리프로필렌계 조성물의 기계적 특성과 전기적 특성을 보여주고 있다.
특성 조성물 60 조성물 61 조성물 62 조성물 63 조성물 64 조성물 65 조성물 66 조성물 67 조성물 68 조성물 69
굴곡강도
(㎏/㎠)		 430 481 456 469 690 777 505 620 790 820
굴곡탄성율
(㎏/㎠)		 17230 21446 20253 21165 33701 38881 29106 32234 40123 41087
인장강도
(㎏/㎠)		 353 364 368 378 474 627 430 487 550 545
연신율(%) 255 257 250 150 2.1 2.2 3.2 2.0 1.9 1.7
충격강도
(㎏·㎝/㎝)		 5.0 4.5 6.3 6.9 4.8 5.5 4.9 3.2 3.0 2.9
열변형온도(℃) 92 106 116 119 144 146 95 103 152 154
표면저항
(Ω·㎝)		 5E12　 4E8　 2E15　 1E15　 　1E15 　8E14 　3E12 7E6　 2E10　 　8E5
위의 표 16에서, 조성물 60∼61은 폴리프로필렌계 조성물의 전기적 특성 및 기계적 특성들에 대한 탄소나노튜브의 첨가 효과를 보여준다. 조성물 60∼61에서 탄소나노튜브의 함량이 증가함에 따라 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 연변형온도)과 전기적 특성(표면저항)이 개선됨을 확인할 수 있다.
조성물 62∼63은 폴리프로필렌계 조성물의 기계적 특성 및 전기적 특성에 대한 이온 대전 점토의 첨가 효과를 보여준다. 조성물 62와 조성물 63을 비교할 때, 이온 대전 점토의 함량을 1중량%에서 2.0중량%로 증가시킬 때 기계적 특성인 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도, 충격강도 및 열변형온도가 증가된다. 최대의 향상은 조성물 63에서 점토 2중량%를 첨가하는 경우에 관찰된다. 이것은 폴리프로필렌 매트릭스(matrix) 내에 점토가 균일하게 분산되기 때문일 것이다. 주목할만한 개선은 점토 2중량%의 첨가에 의해 굴곡탄성율에서 관찰된다.
조성물 64∼65는 폴리프로필렌계 조성물의 기계적 특성들에 대한 유리섬유 첨가의 효과를 보여준다. 일반적으로 모든 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도)이 유리섬유 함량의 첨가로 향상된다.
조성물 66∼67은 조성물의 기계적 특성 및 전기적 특성에 대한 탄소나노튜브 첨가의 효과를 보여준다. 조성물 66과 조성물 67을 비교할 때, 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도)은 탄소나노튜브의 함량이 증가함에 의해 상대적으로 향상되고 전기적 특성도 탄소나노튜브의 함량이 증가함에 의해 개선됨을 알 수 있다.
조성물 68∼69는 기계적 특성과 전기적 특성에 대한 탄소나노튜브와 점토의 첨가 효과를 보여준다. 조성물 68∼69에서 알 수 있듯이, 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도)은 이온 대전 점토와 탄소나노튜브의 첨가에 의해서 상대적으로 향상된다. 이러한 결과들은 기계적 특성에 대한 점토와 탄소나노튜브의 시너지 효과를 제시한다. 열변형온도는 점토와 탄소나노튜브의 시너지 효과에 의해 31% 향상됨을 알 수 있다. 조성물 66과 조성물 68을 비교할 때, 표면저항에서 주목할 만한 향상은 2중량%의 이온 대전 점토 첨가에 의해서 3×1012 Ω·㎝에서 2×1010 Ω·㎝까지 개선된다.
<실험예 4>
아래의 표 17은 점토, 탄소나노튜브 또는 유리섬유를 함유하는 ABS계 조성물의 예들을 보여준다. 조성물 71∼74는 탄소나노튜브를 첨가한 ABS계 조성물을 보여준다. 조성물 75∼77은 탄소나노튜브와 이온 대전 점토를 함유하는 ABS계 조성물을 보여준다. 마지막으로, 조성물 78∼79는 탄소나노튜브 및 점토와 함께 유리섬유 10중량%를 함유하는 ABS계 조성물을 보여준다.
조성 조성물 70 조성물 71 조성물 72 조성물 73 조성물 74 조성물 75 조성물 76 조성물 77 조성물 78 조성물 79
ABS(중량%) 99.8 99.3 98.8 97.8 96.8 96.8 95.8 94.8 86.8 84.8
탄소나노튜브
(중량%)		 0 0.5 1 2 3 2 2 2 2 2
이온 대전 점토(중량%) 0 0 0 0 0 1 2 3 1 3
유리섬유
(중량%)		 0 0 0 0 0 0 0 0 10 10
산화방지제
(중량%)		 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
아래의 표 18은 표 17에 나타낸 ABS계 조성물의 기계적 특성과 전기적 특성을 보여주고 있다.
특성 　조성물 70 　조성물 71 　조성물 72 　조성물 73 　조성물 74 　조성물 75 　조성물 76 　조성물 77 　조성물 78 　조성물 79
굴곡강도
(㎏/㎠)		 730 756 832 840 790 870 880 780 1007 1048
굴곡탄성율
(㎏/㎠)		 23500 24200 26500 27300 28344 28340 29560 28677 32200 32400
인장강도
(㎏/㎠)		 450 471 542 550 520 570 577 530 654 698
연신율(%) 56 50 23 20 15 27 25 12 2.1 2
충격강도
(㎏·㎝/㎝)		 15.0 12.0 8.0 5.0 4.3 6.0 5.4 4.5 7.6 7
열변형온도(℃) 94 98 105 108 110 118 121 116 123 124
표면저항
(Ω·㎝)		 5E15 2E15 2E12 2E7 4E5 2E7 2E7 4E6 5E7 1E6
위의 표 18은 탄소나노튜브, 이온 대전 점토 및 유리섬유의 함량에 따른 ABS계 조성물의 기계적 및 전기적 특성들을 보여준다. 조성물 71∼74는 기계적 특성과 표면저항에 대한 탄소나노튜브 첨가의 효과를 보여준다. 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도)은 탄소나노튜브의 함량을 최대 2중량%까지 증가시킴에 따라 향상된다. 그러나, 탄소나노튜브 3중량%를 함유하는 조성물 74에서 표면저항은 개선되지만 기계적 특성은 다소 감소된다. 이것은 폴리머 매트릭스인 ABS 수지 내에서 탄소나노튜브의 불균일한 분산(inhomogeneous dispersion) 혹은 응집(agglomeration) 현상 때문일 것이다.
조성물 75∼77은 기계적 특성 및 전기적 특성에 대한 탄소나노튜브와 점토의 혼성 효과(hybrid effect)를 보여준다. 조성물 75∼77은 탄소나노튜브와 점토를 함유하지 않는 조성물 70에 비하여 기계적 특성(굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도) 및 전기적 특성이 혼성 효과에 의해서 개선된다는 것을 명백하게 알 수 있다. 또한, 탄소나노튜브 2중량%와 이온 대전 점토 1∼2중량%를 함유하는 조성물 75∼76은 탄소나노튜브 2중량%를 함유하지만 이온 대전 점토를 함유하지 않는 조성물 73에 비하여 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도가 향상되었음을 확인할 수 있다. 또한, 탄소나노튜브 2중량%와 이온 대전 점토 1∼3중량%를 함유하는 조성물 75∼76은 탄소나노튜브 0.5중량%를 함유하지만 이온 대전 점토를 함유하지 않는 조성물 71이나 탄소나노튜브 1중량%를 함유하지만 이온 대전 점토를 함유하지 않는 조성물 72에 비하여 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도가 향상되었음을 확인할 수 있다. 그러나, 탄소나노튜브 2중량%와 이온 대전 점토 3중량%를 함유하는 조성물 77은 탄소나노튜브 2중량%와 이온 대전 점토 1∼2중량%를 함유하는 조성물 75∼76에 비하여 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도가 대체적으로 약간 감소하였는데, 이는 이온 대전 점토의 불균일한 분산에 기인하기 때문일 것이다.
조성물 78∼79는 기계적 특성 및 전기적 특성에 대한 유리섬유의 첨가 효과를 보여준다. 탄소나노튜브 2중량%, 이온 대전 점토 1중량% 및 유리섬유 10중량를 함유하는 조성물 78은 탄소나노튜브 2중량% 및 이온 대전 점토 1중량%를 함유하지만 유리섬유를 함유하지 않는 조성물 75에 비하여 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도가 향상되었으며, 또한 탄소나노튜브 2중량%, 이온 대전 점토 3중량% 및 유리섬유 10중량를 함유하는 조성물 79는 탄소나노튜브 2중량% 및 이온 대전 점토 3중량%를 함유하지만 유리섬유를 함유하지 않는 조성물 77에 비하여 굴곡강도, 굴곡탄성율, 인장강도 및 열변형온도가 향상되었음을 확인할 수 있다. 또한, 조성물 79는 조성물 77에 비하여 표면저항도 약간 감소하는 것으로 나타나 전기적 특성도 개선되었음을 보여준다. 이와 같이 조성물 78과 79에서 보여지듯이 유리섬유의 첨가에 의해 기계적 특성 및 전기적 특성이 개선될 수 있다는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 연속식 트윈 스크류 압출기를 도시한 도면이다.
도 2는 연속식 트윈 스크류 압출기에서 가열수단을 제외하여 샤프트와 실린더의 모습을 상세하게 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 연속식 트윈 스크류 압출기의 실린더와 샤프트 부분을 상세하게 도시한 도면이다.
도 4는 연속식 트윈 스크류 압출기의 샤프트의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5은 용융 및 압축 영역의 스크류 샤프트를 상세하게 도시한 도면이다.
도 6은 반죽 영역의 계단식 스크류를 상세하게 도시한 도면이다.
도 7은 분산 영역의 샤프트 일부를 상세하게 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 호퍼 120: 샤프트
130: 실린더 140a, 140b, 140c: 구동수단
150: 가열수단 160: 토출 다이
155: 송풍기 165: 냉각관
180: 프레임 190: 벤트 포트

Claims (24)

  1. 열가소성 수지와, 상기 열가소성 수지 내에 일정하게 분산되어 있는 탄소나노튜브를 포함하는 대전방지 열가소성 수지 조성물로서,
    상기 탄소나노튜브는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 0.1∼5중량% 함유되고,
    상기 열가소성 수지는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 비결정성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 글리콜 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 시클로헥산 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 옥사이드, 변성 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 에테르, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 케톤 케톤, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르설폰, 설폰화된 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르아미드, 폴리아세탈, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리비닐플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리우레탄, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체, 폴리 유산, 액정고분자, 폴리카보네이트/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리카보네이트/시클로헥산 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌/폴리아미드, 폴리부틸렌 테레프탈레이트/폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트/액정고분자, 폴리설폰/변성 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리프로필렌/폴리아미드, 폴리카보네이트/폴리 유산 또는 이들의 혼합물이며,
    상기 대전방지 열가소성 수지 조성물은 상기 열가소성 수지 내에 층간 박리된 소판들이 불연속적으로 균일하게 분산되어 있는 점토를 더 포함하며,
    상기 점토는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 0.1∼10중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 대전방지 열가소성 수지 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 점토는 나트륨 이온 또는 칼슘 이온으로 대전된 이온 대전 점토이고, 상기 열가소성 수지에 분산되어 두께가 1㎚ 이상이고 1㎛ 미만의 크기를 이루는 것을 특징으로 하는 대전방지 열가소성 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 점토는 알킬 암모늄으로 처리된 유기변성 점토이고, 상기 열가소성 수지에 분산되어 두께가 1㎚ 이상이고 1㎛ 미만의 크기를 이루는 것을 특징으로 하는 대전방지 열가소성 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 85∼99.8중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 대전방지 열가소성 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 대전방지 열가소성 수지 조성물은 상기 열가소성 수지에 일정하게 분산되어 있는 유리섬유를 더 포함하며,
    상기 유리섬유는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 5∼40중량% 함유되어 있고, 상기 열가소성 수지는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 45∼94.8중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 대전방지 열가소성 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 대전방지 열가소성 수지 조성물은 상기 열가소성 수지에 일정하게 분산되어 있는 탄소섬유를 더 포함하며,
    상기 탄소섬유는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 1∼20중량% 함유되어 있고, 상기 열가소성 수지는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 65∼98.8중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 대전방지 열가소성 수지 조성물.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. (a) 열가소성 수지에 탄소나노튜브가 함유된 탄소나노튜브 마스터배치를 준비하는 단계;
    (b) 열가소성 수지 및 상기 탄소나노튜브 마스터배치를 포함하는 원료를 연속식 트윈 스크류 압출기에 투입하는 단계;
    (c) 상기 연속식 트윈 스크류 압출기 내에서 상기 원료를 혼합하고, 상기 열가소성 수지의 용융 온도보다 높은 온도에서 용융 및 압축시키는 단계;
    (d) 상기 연속식 트윈 스크류 압출기의 샤프트들을 일정 방향으로 회전시켜 실린더 내에서 용융 및 압축된 결과물에 전단 응력이 인가되게 하여 탄소나노튜브 마스터배치에 함유된 탄소나노튜브가 상기 열가소성 수지 내에 균일하게 분산되게 하는 단계;
    (e) 상기 (d) 단계보다 높은 온도로 가열하면서 연속식 트윈 스크류 압출기에서 조성물을 토출하는 단계; 및
    (f) 수조에서 급냉시켜 대전방지 열가소성 수지 조성물을 얻는 단계를 포함하며,
    상기 탄소나노튜브는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 0.1∼5중량% 함유되게 상기 열가소성 수지 및 탄소나노튜브 마스터배치의 함량을 조절하며,
    상기 열가소성 수지는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 비결정성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 글리콜 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 시클로헥산 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리페닐렌 옥사이드, 변성 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 에테르, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 케톤 케톤, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르설폰, 설폰화된 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르아미드, 폴리아세탈, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리비닐플루오라이드, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리우레탄, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체, 폴리 유산, 액정고분자, 폴리카보네이트/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리카보네이트/시클로헥산 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌/폴리아미드, 폴리부틸렌 테레프탈레이트/폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트/액정고분자, 폴리설폰/변성 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리프로필렌/폴리아미드, 폴리카보네이트/폴리 유산 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 대전방지 열가소성 수지 조성물의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
    열가소성 수지를 연속식 트윈 스크류 압출기에 투입하는 단계;
    상기 연속식 트윈 스크류 압출기 내에서 상기 열가소성 수지를 용융 및 압축시키는 단계;
    상기 연속식 트윈 스크류 압출기의 샤프트들을 일정 방향으로 회전시켜 실린더 내에서 용융 및 압축된 열가소성 수지에 전단 응력이 인가되게 하고, 탄소나노튜브를 사이드 피딩 주입구를 통해 첨가하여 상기 탄소나노튜브를 상기 열가소성 수지 내에 균일하게 분산시키는 단계;
    상기 분산시키는 단계보다 높은 온도로 가열하면서 연속식 트윈 스크류 압출기에서 조성물을 토출하는 단계; 및
    수조에서 급냉시켜 탄소나노튜브 마스터배치를 얻는 단계를 포함하는 대전방지 열가소성 수지 조성물의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 열가소성 수지가 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 95∼99.9중량% 함유되게 상기 열가소성 수지 및 탄소나노튜브 마스터배치의 함량을 조절하는 것을 특징으로 하는 대전방지 열가소성 수지 조성물의 제조방법.
  15. 제12항에 있어서, 열가소성 수지에 점토가 일정 함량으로 함유된 점토 마스터배치를 준비하는 단계를 더 포함하며, 상기 원료는 상기 점토 마스터배치를 더 포함하며,
    점토가 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 0.1∼10중량% 함유되게 상기 열가소성 수지, 상기 탄소나노튜브 마스터배치 및 상기 점토 마스터배치의 함량을 조절하며, 상기 점토는 전단 응력에 의해 판형의 소판으로 박리되어 상기 열가소성 수지 내에 불연속적으로 균일하게 분산되는 것을 특징으로 하는 대전방지 열가소성 수지 조성물의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 점토는 나트륨 이온 또는 칼슘 이온으로 대전된 이온 대전 점토이고, 상기 열가소성 수지에 분산되어 두께가 1㎚ 이상이고 1㎛ 미만의 크기를 이루는 것을 특징으로 하는 대전방지 열가소성 수지 조성물의 제조방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 점토는 알킬 암모늄으로 처리된 유기변성 점토이고, 상기 열가소성 수지에 분산되어 두께가 1㎚ 이상이고 1㎛ 미만의 크기를 이루는 것을 특징으로 하는 대전방지 열가소성 수지 조성물의 제조방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 열가소성 수지가 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 85∼99.8중량% 함유되게 상기 열가소성 수지, 상기 탄소나노튜브 마스터배 치 및 상기 점토 마스터배치의 함량을 조절하는 것을 특징으로 하는 대전방지 열가소성 수지 조성물의 제조방법.
  19. 제15항에 있어서, 열가소성 수지에 점토가 일정 함량으로 함유된 상기 점토 마스터배치를 준비하는 단계는,
    열가소성 수지를 연속식 트윈 스크류 압출기에 투입하는 단계;
    상기 연속식 트윈 스크류 압출기 내에서 상기 열가소성 수지를 용융 및 압축시키는 단계;
    상기 연속식 트윈 스크류 압출기의 샤프트들을 일정 방향으로 회전시켜 실린더 내에서 용융 및 압축된 열가소성 수지에 전단 응력이 인가되게 하고, 점토를 사이드 피딩 주입구를 통해 첨가하여 상기 점토를 상기 열가소성 수지 내에 균일하게 분산시키는 단계;
    상기 분산시키는 단계보다 높은 온도로 가열하면서 연속식 트윈 스크류 압출기에서 조성물을 토출하는 단계; 및
    수조에서 급냉시켜 점토 마스터배치를 얻는 단계를 포함하는 대전방지 열가소성 수지 조성물의 제조방법.
  20. 제15항에 있어서, 열가소성 수지에 탄소나노튜브가 분산되는 과정의 조성물 에 유리섬유를 사이드 피딩 주입구를 통해 첨가하는 단계를 더 포함하되, 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 5∼40중량% 함유되게 첨가하고, 상기 열가소성 수지가 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 45∼94.8중량% 함유되게 상기 열가소성 수지, 상기 탄소나노튜브 마스터배치, 상기 점토 마스터배치 및 상기 유리섬유의 함량을 조절하는 것을 특징으로 하는 대전방지 열가소성 수지 조성물의 제조방법.
  21. 제15항에 있어서, 열가소성 수지에 탄소나노튜브가 분산되는 과정의 조성물에 탄소섬유를 사이드 피딩 주입구를 통해 첨가하는 단계를 더 포함하되, 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 1∼20중량% 함유되게 첨가하고, 상기 열가소성 수지가 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 65∼98.8중량% 함유되게 상기 열가소성 수지, 상기 탄소나노튜브 마스터배치, 상기 점토 마스터배치 및 상기 탄소섬유의 함량을 조절하는 것을 특징으로 하는 대전방지 열가소성 수지 조성물의 제조방법.
  22. 제12항에 있어서, 열가소성 수지에 탄소나노튜브가 분산되는 과정의 조성물에 유리섬유를 사이드 피딩 주입구를 통해 첨가하는 단계를 더 포함하되, 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 5∼40중량% 함유되게 첨가하고, 상기 열가소성 수 지가 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 55∼94.9중량% 함유되게 상기 열가소성 수지, 상기 탄소나노튜브 마스터배치 및 상기 유리섬유의 함량을 조절하는 것을 특징으로 하는 대전방지 열가소성 수지 조성물의 제조방법.
  23. 제12항에 있어서, 열가소성 수지에 탄소나노튜브가 분산되는 과정의 조성물에 탄소섬유를 사이드 피딩 주입구를 통해 첨가하는 단계를 더 포함하되, 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 1∼20중량% 함유되게 첨가하고, 상기 열가소성 수지가 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 75∼98.9중량% 함유되게 상기 열가소성 수지, 상기 탄소나노튜브 마스터배치 및 상기 탄소섬유의 함량을 조절하는 것을 특징으로 하는 대전방지 열가소성 수지 조성물의 제조방법.
  24. 제12항에 있어서, 열가소성 수지에 탄소나노튜브가 분산되는 과정의 조성물에 유리섬유 및 탄소섬유를 사이드 피딩 주입구를 통해 첨가하는 단계를 더 포함하되, 상기 유리섬유는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 5∼40중량% 함유되게 첨가하고, 상기 탄소섬유는 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 1∼20중량% 함유되게 첨가하며, 상기 열가소성 수지가 대전방지 열가소성 수지 조성물에 대하여 35∼93.9중량% 함유되게 상기 열가소성 수지, 상기 탄소나노튜브 마스터배치, 상기 유리섬유 및 상기 탄소섬유의 함량을 조절하는 것을 특징으로 하는 대전 방지 열가소성 수지 조성물의 제조방법.
KR1020090018874A 2009-03-05 2009-03-05 대전방지 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법 KR101082492B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090018874A KR101082492B1 (ko) 2009-03-05 2009-03-05 대전방지 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090018874A KR101082492B1 (ko) 2009-03-05 2009-03-05 대전방지 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100100153A KR20100100153A (ko) 2010-09-15
KR101082492B1 true KR101082492B1 (ko) 2011-11-11

Family

ID=43006264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090018874A KR101082492B1 (ko) 2009-03-05 2009-03-05 대전방지 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101082492B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101394528B1 (ko) * 2013-08-26 2014-05-13 송재문 대전방지용 수지 조성물 및 그 제조방법
US9902854B2 (en) 2015-12-14 2018-02-27 Hyundai Motor Company Polyamide composite resin composition for fuel filler pipe
KR20200030401A (ko) 2018-09-12 2020-03-20 주식회사 폴리팀 바이오 코폴리에스터 수지의 제조 또는 대전방지 코팅용 마스터배치

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101355386B1 (ko) * 2012-01-31 2014-01-29 신일화학공업(주) 열전도성 복합소재 조성물 및 그 제조방법
KR101449096B1 (ko) * 2012-03-27 2014-10-08 현대자동차주식회사 생분해성 고분자와 탄소나노소재를 함유한 생분해성 전자파차폐용 복합재 및 그 제조방법
KR20140119429A (ko) * 2013-04-01 2014-10-10 제일모직주식회사 대전방지성이 우수한 열가소성 수지 조성물 및 성형품
CN103834051B (zh) * 2014-03-21 2016-08-17 福州大学 一种阻隔抗静电tpu复合材料薄膜及其制备方法
CN117659666A (zh) * 2023-10-19 2024-03-08 诺为新材料(杭州)有限责任公司 一种抗静电聚苯醚组合物及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006322985A (ja) 2005-05-17 2006-11-30 Canon Inc レンズ鏡筒
KR100706652B1 (ko) 2006-12-26 2007-04-13 제일모직주식회사 전기 전도성 열가소성 수지 조성물 및 플라스틱 성형품

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006322985A (ja) 2005-05-17 2006-11-30 Canon Inc レンズ鏡筒
KR100706652B1 (ko) 2006-12-26 2007-04-13 제일모직주식회사 전기 전도성 열가소성 수지 조성물 및 플라스틱 성형품

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101394528B1 (ko) * 2013-08-26 2014-05-13 송재문 대전방지용 수지 조성물 및 그 제조방법
US9902854B2 (en) 2015-12-14 2018-02-27 Hyundai Motor Company Polyamide composite resin composition for fuel filler pipe
KR20200030401A (ko) 2018-09-12 2020-03-20 주식회사 폴리팀 바이오 코폴리에스터 수지의 제조 또는 대전방지 코팅용 마스터배치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100100153A (ko) 2010-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101082492B1 (ko) 대전방지 열가소성 수지 조성물 및 그 제조방법
JP4896422B2 (ja) 微細炭素繊維含有樹脂組成物の製造方法
Kumar et al. Dynamic synergy of graphitic nanoplatelets and multi-walled carbon nanotubes in polyetherimide nanocomposites
US8048341B2 (en) Nanocarbon-reinforced polymer composite and method of making
EP2094772B1 (en) Thermally conducting and electrically insulating moldable compositions and methods of manufacture thereof
KR101106087B1 (ko) 대전방지 마스터배치의 제조방법 및 대전방지 열가소성 수지 조성물의 제조방법
US20080171824A1 (en) Polymers filled with highly expanded graphite
KR101183016B1 (ko) 전도성이 향상된 탄소나노튜브-고분자 나노복합체 및 그제조방법
KR101164287B1 (ko) 전도성이 향상된 탄소나노튜브-고분자 나노복합체 및 그 제조방법
KR20120077647A (ko) 고분자/탄소나노튜브 복합체 및 이의 제조방법
KR102034670B1 (ko) 전도성 수지 조성물 및 그 제조방법
KR101098430B1 (ko) 기계적 특성 및 내열 특성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물의 제조방법
JP4869615B2 (ja) 微細炭素繊維含有樹脂組成物の製造方法
US20080075953A1 (en) Electrically Conductive Composites with Resin and Vgcf, Production Process, and Use Thereof
Meng et al. Thermal conductive nylon 6 composites with hybrid fillers prepared through reaction during extrusion
KR101024596B1 (ko) 변성 폴리페닐렌옥사이드 수지 조성물 및 그 제조방법
KR20170112929A (ko) 충격강도가 우수한 전기전도성 고분자 복합체, 전기전도성 수지 조성물 및 그 제조방법
KR102084640B1 (ko) 전도성 수지 조성물 및 그 제조방법
KR100902179B1 (ko) 고강성 폴리프로필렌-클레이 나노복합재, 이의 제조방법,및 복합재를 포함하는 차량용 웨더 스트립
KR20150120823A (ko) 연신율이 우수한 고강성 수지 조성물
KR101582590B1 (ko) 고분자/하이브리드 전도성 필러의 전기 전도성 복합재료 및 이의 제조방법
KR100945911B1 (ko) 폴리아미드 나노조성물 및 그 제조방법
Yadav et al. Preparation and characterization of wood plastic composite reinforced by organoclay
KR102176828B1 (ko) 전도성 농축 수지 조성물, 전도성 폴리아미드 수지 조성물, 이들의 제조방법 및 성형품
KR100962422B1 (ko) 폴리부틸렌테레프탈레이트 나노조성물 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141119

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151104

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171106

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181105

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191031

Year of fee payment: 9