KR101135429B1 - 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전도성 발포폼 - Google Patents
탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전도성 발포폼 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 발포폼의 기본수지인 에틸렌-비닐아세테이트(EVA) 공중합체 수지 또는 폴리올레핀계 공중합체 수지로 구성된 기본수지, 가교제, 발포제, 발포보조제, 가교보조제 등의 조성물과 전도성 물질인 탄소나노튜브(CNT, carbon nano tube)를 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 준비하는 혼합물준비공정, 전도성 발포폼 혼합물을 모판으로 압출성형하는 압출공정, 혼합물준비공정에서 포함된 가교제로서 화학적으로 가교하고, 발포로로서 발포하는 가교?발포공정(또는, 전자선가교공정 및 발포공정)으로 구성되는 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전도성 발포폼에 관한 것이다.
또한 본 발명에 의한 전도성 발포폼의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전도성 발포폼은 전도성 물질 내첨형 타입으로서, 종래기술의 전도성 물질 외첨형 타입에 의한 전도성 발포폼보다 제조공정이 단순하고, 제조완료된 전도성 발포폼에 대한 물리?화학적 외력에 의한 내구성이 뛰어난 효과가 있으며, 전도성 물질 내첨형 타입의 종래기술 중, 카본블랙을 포함하는 전도성 발포폼에 비하여 표면저항 값이 작아 정전기와 같은 일정의 전기적인 외부충격에 대하여 뛰어난 전도성을 갖고, 전도성 조성물이 내첨된 발포폼의 외부 물리력에 대한 내구성을 나타내는 마모량 역시 우수한 효과를 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 의한 전도성 발포폼의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전도성 발포폼은 전도성 물질 내첨형 타입으로서, 종래기술의 전도성 물질 외첨형 타입에 의한 전도성 발포폼보다 제조공정이 단순하고, 제조완료된 전도성 발포폼에 대한 물리?화학적 외력에 의한 내구성이 뛰어난 효과가 있으며, 전도성 물질 내첨형 타입의 종래기술 중, 카본블랙을 포함하는 전도성 발포폼에 비하여 표면저항 값이 작아 정전기와 같은 일정의 전기적인 외부충격에 대하여 뛰어난 전도성을 갖고, 전도성 조성물이 내첨된 발포폼의 외부 물리력에 대한 내구성을 나타내는 마모량 역시 우수한 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 발포폼의 기본수지인 에틸렌-비닐아세테이트(EVA) 공중합체 수지 또는 폴리올레핀계 공중합체 수지로 구성된 기본수지, 가교제, 발포제, 발포보조제, 가교보조제 등의 조성물과 전도성 물질인 탄소나노튜브(CNT, carbon nano tube)를 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 준비하는 혼합물준비공정, 전도성 발포폼 혼합물을 모판으로 압출성형하는 압출공정, 혼합물준비공정에서 포함된 가교제로서 화학적으로 가교하고, 발포로로서 발포하는 가교?발포공정(또는, 전자선가교공정 및 발포공정)으로 구성되는 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전도성 발포폼에 관한 분야이다.
쿠션감을 고유의 특성으로 갖는 발포폼은 쿠션감의 기능성을 장점으로 하여 실생활 또는 현대산업에서 다양한 용도로 사용되고 있고, 특히 건축자재, 자동차 내장재, 기타 산업용 운반재 등에서 많이 사용되고 있다.
발포폼의 재질에 있어서는, 발포제를 이용하여 발포시 발포성 및 발포배율의 조절이 용이한 폴리올레핀계의 수지를 많이 이용하는데, 상기 폴리올레핀계 수지는 대부분 무극성을 갖는 고분자 물질이기 때문에 제조완료된 발포폼 간의 마찰, 발포폼과 다른 물질 간의 마찰 또는 발포폼 주변의 전기적인 외력 등에 의하여 발포폼 자체가 쉽게 대전되거나 상대 물질을 대전시켜 정전기가 발생되는 문제가 발생하였다. 그 결과 발포폼 자체의 내구성이 떨어지고 발포폼에 대응하는 다른 물건(특히, 전자제품)의 손상이 발생하여 이에 관한 해결방안이 논의되고 있으며, 다음은 이에 관한 대표적인 종래기술이다.
본 출원인이 선출원한 국내공개특허 제10-2010-0025863호는 다층 발포체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 폴리올레핀계 수지가 발포되어 형성된 상층; 및 폴리올레핀계 수지가 발포되어 형성되며 상층과 대면되게 접착된 하층;을 포함하고, 상층과 하층은 서로 동일한 발포배율로 이루어지고, 서로 다른 색상으로 형성되어 다양한 색상구현이 가능한 다층 발포체를 제시하였고, 상기 공지기술의 상층 또는 하층에 포함되는 카본블랙은 발포체의 색상구현뿐만 아니라 일정의 전도성을 갖아 정전기 방지와 같은 부가적인 효과부여가 가능한 특징이 있다. 하지만 상기 공지기술은 제조공정상의 복잡성, 제조완료된 전도성 발포폼에 대한 물리?화학적 외력에 의한 외부 전도층의 박리 또는 그로 인한 전도성 발포폼의 소정 목적 실현의 어려움이 발생하였다.
상기와 연관하여 본 출원인이 선출원한 국내공개특허 제10-2008-0112008호는 엘시디 패널 보호용 대전방지 발포간지에 관한 것으로, 기본수지인 폴리올레핀 수지, 도전성 물질인 카본블랙 및 발포체 등을 포함하는 대전방지 발포간지의 조성물을 제시하여 정전기에 민감한 전자제품과 LCD 패널 및 유리기판 등에 대한 포장재 및 제품 사이사이에 들어가는 간지용 발포폼 실현하는 효과를 얻을 수 있었다. 하지만 상기 공지기술에 의한 발포간지는 표면저항 및 체적저항이 다소 떨어지는 문제가 발생하였고, 무엇보다도 발포폼(발포간지)이 표면에 내재된 카본블랙이 외부에서 가해지는 물리력에 의하여 쉽게 마모되는 문제가 발생하여 이에 대한 지속적인 연구개발이 요구된다.
본 발명은 건축자재, 자동차 내장재, 기타 산업용 운반재 등으로 이용되는 전도성 발포폼의 제조방법 및 전도성 발포폼의 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 종래 전도성 발포폼은 합성수지를 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판으로 하여 모판의 표면을 전도성 물질을 포함하는 코팅물로 코팅하거나, 전도성 물질을 포함하는 필름을 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판의 일측/또는 이측에 접합시키는 전도성 물질 외첨형 타입을 갖기 때문에 제조공정상의 복잡성, 제조완료된 전도성 발포폼에 대한 물리?화학적 외력에 의한 외부 전도층의 박리 또는 그로 인한 전도성 발포폼의 목적 실현의 부재 등의 문제가 있고; 전도성 물질 내첨형 타입의 전도성 발포폼은 카본블랙과 같은 전도성 무기 물질을 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판의 주성분인 합성수지와 혼합하여 제조됨으로서 상기와 같은 전도성 물질 외첨형 타입의 전도성 발포폼의 문제를 해결하였으나, 전도성 발포폼이 일정의 전도성을 유지하기 위해서는 카본블랙의 함량이 높아야 하고, 카본블랙의 함량이 지나치게 높아지면 고배율의 발포체 형성이 어려워지는 문제가 발생하였으며, 전도성 발포체 표면에 내첨되어 있는 카본블랙이 사용에 따라 쉽게 마모(박리)되어 전도성이 떨어지는 문제가 발생하여 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,
에틸렌-비닐아세테이트(Ethylene-vinylacetate, EVA, 이하 EVA) 공중합체 수지 또는 폴리올레핀계 공중합체 수지 중 어느 하나로 구성되는 기본수지 100중량부에 대하여, 평균직경 1~150nm와 평균길이 1~30㎛를 갖는 탄소나노튜브(CNT, 20, 이하 탄소나노튜브) 0.1~10 중량부, 가교제 0.1~5중량부, 발포제 1~30중량부를 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 준비하는 혼합물준비공정(S100)과; 압출기를 이용하여 상기 혼합물준비공정(S100)에서 준비된 전도성 발포폼 혼합물을 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판으로 압출성형하는 압출공정(S200)과; 상기 압출공정(S200) 처리로 압출된 모판을 혼합물준비공정(S100)에서 포함된 가교제로서 화학적으로 가교하고, 발포로로서 발포하는 가교?발포공정(S300)(또는 전자선가교공정(S300') 및 발포공정(S400'));으로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전도성 발포폼을 제시한다.
상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 전도성 발포폼의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전도성 발포폼은 전도성 물질 내첨형 타입으로서, 종래기술의 전도성 물질 외첨형 타입에 의한 전도성 발포폼보다 제조공정이 단순하고, 제조완료된 전도성 발포폼에 대한 물리?화학적 외력에 의한 내구성이 뛰어난 효과가 있으며, 전도성 물질 내첨형 타입의 종래기술 중, 카본블랙을 포함하는 전도성 발포폼에 비하여 표면저항 값이 작아 정전기와 같은 일정의 전기적인 외부충격에 대하여 뛰어난 전도성을 갖고, 전도성 조성물이 내첨된 발포폼의 외부 물리력에 대한 내구성을 나타내는 마모량 역시 우수한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조방법을 나타내는 공정 블럭도(화학적가교).
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조방법을 나타내는 공정 블럭도(전자선가교).
도 3의 (a)는 종래기술에 의한 전도성 발포폼을 나타내는 부분단면도(발포폼의 표면을 전도성 물질을 포함하는 코팅물로 코팅한 경우).
도 3의 (b)는 종래기술에 의한 전도성 발포폼을 나타내는 부분단면도(발포폼의 표면에 전도성 물질을 포함하는 필름으로 접합한 경우).
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼을 나타내는 부분단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조방법을 나타내는 공정 블럭도(전자선가교).
도 3의 (a)는 종래기술에 의한 전도성 발포폼을 나타내는 부분단면도(발포폼의 표면을 전도성 물질을 포함하는 코팅물로 코팅한 경우).
도 3의 (b)는 종래기술에 의한 전도성 발포폼을 나타내는 부분단면도(발포폼의 표면에 전도성 물질을 포함하는 필름으로 접합한 경우).
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼을 나타내는 부분단면도.
본 발명은 EVA 공중합체 수지 또는 폴리올레핀계 공중합체 수지 중 어느 하나로 구성되는 기본수지 100중량부에 대하여, 평균직경 1~150nm와 평균길이 1~30㎛를 갖는 탄소나노튜브(CNT, 20, 이하 탄소나노튜브) 0.1~10 중량부, 가교제 0.1~5중량부, 발포제 1~30중량부를 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 준비하는 혼합물준비공정(S100)과; 압출기를 이용하여 상기 혼합물준비공정(S100)에서 준비된 전도성 발포폼 혼합물을 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판으로 압출성형하는 압출공정(S200)과; 상기 압출공정(S200) 처리로 압출된 모판을 혼합물준비공정(S100)에서 포함된 가교제로서 화학적으로 가교하고, 발포로로서 발포하는 가교?발포공정(S300)(또는 전자선가교공정(S300') 및 발포공정(S400'));으로 구성되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전도성 발포폼에 관한 것이다.
이하 본 발명의 실시예를 도시한 도 1내지 4를 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선 종래 EVA 공중합체 수지 또는 폴리올레핀계 공중합체 수지를 기본수지로 하는 전도성 발포폼은 도 3의 (a)와 같이 합성수지를 일정의 넓이와 두께를 갖는 발포폼(10')으로 하여 발포폼(10')의 표면을 전도성 물질(20')을 포함하는 코팅물(30')로 코팅하거나, 도 3의 (b)와 같이 전도성 물질(20")을 포함하는 필름(30")을 일정의 넓이와 두께를 갖는 발포폼(10")의 일측/또는 이측에 접합시키는 전도성 물질 외첨형 타입으로 제조되었다. 또한 상기와 같은 전도성 물질 외첨형 타입은 제조공정상의 복잡성, 제조완료된 전도성 발포폼에 대한 물리?화학적 외력에 의한 외부 전도층의 박리 또는 그로 인한 전도성 발포폼의 목적 실현의 부재 등의 문제점이 발생하였다. 아울러 전도성 물질 내첨형 타입의 전도성 발포폼은 카본블랙과 같은 전도성 무기 물질을 일정의 넓이와 두께를 갖는 발포폼의 주성분인 합성수지와 혼합하여 제조됨으로서 상기와 같은 전도성 물질 외첨형 타입의 전도성 발포폼의 문제를 해결하였으나, 전도성 발포폼이 일정의 전도성을 유지하기 위해서는 카본블랙의 함량이 높아야 하고, 카본블랙의 함량이 지나치게 높아지면 고배율의 발포체 형성이 어려워지는 문제가 발생하였으며, 전도성 발포체 표면에 내첨되어 있는 카본블랙이 사용에 따라 쉽게 마모(박리)되어 전도성이 떨어지고, 박리된 카본블랙 입자에 의하여 전도성 발포폼이 사용된 분야(특히, 전자제품 포장)에서 제품의 손상을 일으킬 수 있는 문제가 발생하였다.
이에 대하여 본 발명은 EVA 공중합체 수지 또는 폴리올레핀계 공중합체 수지 중 어느 하나로 구성되는 기본수지 100중량부에 대하여, 평균직경 1~150nm와 평균길이 1~30㎛를 갖는 탄소나노튜브 0.1~10 중량부, 가교제 0.1~5중량부, 발포제 1~30중량부를 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 이용하여 전도성 발포폼을 제조하였고, 이의 바람직한 제조를 위한 혼합물준비공정(S100), 압출공정(S200), 가교?발포공정(S300)(또는 전자선가교공정(S300') 및 발포공정(S400'))을 제시하여 종래기술의 문제점을 해결하였으며, 전도성 발포폼의 제조방법에 있어서, 가교제를 이용한 화학적가교 방법과 전자선을 이용한 전자선가교 방법을 하기의 실시예 1내지 2를 통하여 제시하였다.
- 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조방법(화학적가교) 및 이를 이용하여 제조된 전도성 발포폼.
혼합물준비공정(S100)은 전도성 발포폼 혼합물을 준비하는 공정으로서, 내구성 및 전도성이 우수한 탄소나노튜브와 발포폼의 기본수지(주성분)인 EVA 공중합체 수지 또는 폴리올레핀계 공중합체 수지, 가교제 및 발포제를 혼합처리하는 공정이다. 본 공정의 EVA 공중합체 수지 또는 폴리올레핀계 공중합체 수지는 열가소성 합성수지의 하나로서 가볍고 유연한 특성을 갖아 발포폼의 주성분으로 널리 알려져 있고, 본 발명에 있어서는 HDPE(high density polyethylene), LDPE(low density polyethylene) 등을 이용가능하며, 전도성 발포폼 혼합물의 바람직한 발포배율을 위하여 HDPE보다 밀도가 작은 LDPE를 이용하는 것이 바람직하다.
또한 본 공정의 탄소나노튜브(carbon nano tube)는 탄소 6개로 이루어진 육각형들이 1~150nm 범위의 나노 크기 직경을 갖는 관모양으로 연결된 튜브 모양의 탄소결합체로서, 나노 크기 직경의 튜브 형태를 갖기 때문에 판상구조를 갖는 카본블랙에 비하여 마모성(분리성)이 적어 내구성이 우수하고, 탄소나노튜브를 구성하는 모든 원소(탄소)들이 표면에 노출되어 있기 때문에 카본블랙에 비하여 외부 물질과의 반응을 유도할 탄소원자가 많아 외부 물질과 반응하여 반응성이 생길 경우 탄소나노튜브 자체의 전도성이 카본블랙보다 높은 특성을 갖아 전도성이 우수한 발포폼을 제조가능하게 하는 효과를 얻을 수 있다.
아울러 본 발명에 의한 탄소나노튜브는 1~150nm의 크기를 갖는 것이 바람직한데, 탄소나노튜브가 1nm 미만의 크기를 갖으면 입자 크기가 지나치게 작아 전도성 발포폼 혼합물의 다른 구성 조성물인 EVA 공중합체 수지 또는 폴리올레핀계 공중합체 수지(이하 기본수지), 가교제, 발포제 등과의 원활한 분산을 유도하기 어려운 문제가 발생하고, 150nm 초과의 크기를 갖으면 전도성 발포폼 혼합물에 대한 탄소나노튜브의 탄소비율(탄소밀도)이 떨어져 제조완료된 전도성 발포폼의 전도성이 미흡해지는 문제가 발생하기 때문이다.
아울러 본 발명의 혼합물준비공정(S100)으로서 준비되는 전도성 발포폼 혼합물은 기본수지 100중량부에 대하여, 평균입자 크기 100~450nm의 리튬, 나트륨, 칼륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 중 어느 하나 이상의 조성물 0.1~10중량부 또는 상기 리튬, 나트륨, 칼륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 중 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 평균입자 크기 100~450nm의 무기화합물 0.1~10중량부를 더 포함가능하다. 상기 원소를 함유하는 무기화합물(조성물)은 소정의 에너지(압출시의 열에너지)를 가하면 전자의 방출이 용이하고 원소의 크기가 비교적 작기 때문에 탄소나노튜브의 표면 접근이 용이하여, 전자가 방출된 리튬, 나트륨, 칼륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 등이 순간적으로 탄소나노튜브 표면의 편극현상을 유도하여 탄소나노튜브 입자 간의 분산력이 높아지고(탄소나노튜브 입자와 탄소나노튜브 입자 간의 화학적 응집력(인력)인 반데르발스 힘(van der Waals forces)을 완화시키기 때문), 이러한 원리로서 본 발명의 무기화합물(조성물)은 탄소나노튜브와 고분자 물질인 기본수지와의 분산력이 높아져 탄소나노튜브를 효과적으로 기본수지에 혼합할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 아울러 본 발명은 리튬, 나트륨, 칼륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 등과 같은 순수 조성물을 직접적으로 이용하는 것이 상기 조성물의 효과를 확실하게 얻을 수 있지만, 경제성을 고려하여 상기 조성물을 다량 포함하는 무기화합물을 이용하는 것도 가능하다.
상기와 연관하여, 무기화합물의 평균입자 크기가 100~450nm인 것을 이용하는 것은 비교적 큰 나노 입자 크기를 갖아 기본수지와 일정의 분산력을 유도할 수 있고, 탄소나노튜브의 크기와 최대한 유사하여 탄소나노튜브와도 일정의 분산력을 유도할 수 있는 중간재적인 역할을 수행할 수 있기 때문에 평균입자 크기가 100~450nm인 무기화합물을 이용하는 것이 바람직하다. 또한 리튬, 나트륨, 칼륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 중 어느 하나 이상의 조성물 또는 상기 조성물을 포함하는 무기화합물의 조성비가 기본수지 100중량부에 대하여, 0.1중량부 미만으로 함유되면 상기와 같은 화학적 응집력 감소를 통한 탄소나노튜브 입자 간의 분산력 유도가 미흡해지고, 10중량부를 초과하면 전도성 발포폼의 발포배율 및 물리적 강도가 떨어지기 때문에 0.1~10중량부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 탄소나노튜브의 원활한 분산을 유도하기 위하여 탄소나노튜브의 외부 표면에 기능화 처리된 것을 이용할 수도 있다. 구체적으로, 탄소나노튜브는 합성과정에서 탄소나노튜브 입자 간에 물리적, 화학적 응집현상이 발생하기 때문에 다른 물질과의 혼합 또는 반응 시 일정의 분산력이 요구되는데, 물리적인 응집은 일정의 길이를 갖는 탄소나노튜브 입자가 서로 얽히고 감겨 있기 때문에 발생하는 것이어서 다른 물질과의 혼합 또는 반응 시 물리력으로 해결함이 요구되고(본 발명에 있어서는 하기의 압출공정(S200)을 통하여 해결함.), 화학적인 응집은 상기에서 언급한 바와 같이 탄소나노튜브 입자 간의 반데르발스 힘(van der Waals forces)과 같은 표면인력에 의하여 발생하기 때문에 다음과 같이 일반적으로 이용되는 탄소나노튜브의 기능화 처리를 통하여 해결한다. 즉, 초음파 처리(알콜류와 같은 용매에 탄소나노튜브를 넣고 초음파 처리), 볼밀링 처리 또는 연마와 마찰 처리와 같은 기계적 분산; 용매와 분산제 처리(비 수소결합을 가지면서 루이스 염기특성을 가진 용매를 이용), 계면활성제 처리, 강산 처리, 열적 산화 처리(산성용액->열처리; -C=O, -COOH, -OH 등의 산소를 함유하는 기능기를 탄소나노튜브의 팁부분에 도입시킴)와 같은 화학적 분산; 또는 기계적 분산과 화학적 분산을 병합한 기계?화학적 분산(cyclodextrin 용매를 탄소나노튜브와 혼합하여 연마처리)을 통한 방법으로 가공된 기능화 처리된 탄소나노튜브를 이용하여 보다 원활한 분산을 유도할 수도 있다.
상기와 연관하여, 본 발명의 전도성 발포폼 혼합물의 가교제는 하이드로퍼옥사이드, 디알킬-아릴퍼옥사이드(디쿠밀 퍼옥사이드), 디아실 퍼옥사이드, 퍼옥시 케탈, 퍼옥시 에스테르, 퍼옥시카보네이트, 케톤 퍼옥사이트 등과 같은 유기과산화물, 비닐 모노머, 아크릴계 화합물, 메타크릴계 화합물, 에폭시계 화합물 등과 같은 불포화수지 가교제 또는 폴리우레탄 가교제 중 어느 하나 이상을 이용하는데, 상기의 가교제는 고분자인 기본수지(EVA 공중합체 수지 또는 폴리올레핀계 공중합체 수지)를 구성하는 탄소에 결합된 일부 수소를 분리시키고, 수소가 일부 분리된 각각의 폴리에틸렌계 수지 중합체(폴리머, 또는 EVA 공중합체 수지 중합체) 사슬을 가교하는 기능을 하여, 제조완료된 전도성 발포폼에 있어서는 폴리올레핀계 공중합체 수지 중합체 (또는 EVA 공중합체 수지 중합체)사슬 간의 긴결한 가교를 통하여 내열성을 보강시키는 거시적인 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 가교?발포공정(S300)(특히, 발포시) 시, 압출공정(S200) 처리되는 전도성 발포폼 혼합물의 적절한 점도를 조절하기 위한 구성이다. 상기와 연관하여, 가교제의 조성비가 기본수지 100중량부에 대하여, 0.1중량부 미만으로 함유되면 가교도가 미흡하여 제조완료된 전도성 발포폼의 내열성이 떨어지거나 압출공정(S200) 처리된 전도성 발포폼 혼합물을 발포시 점도가 낮아 흐름현상이 발생할 우려가 있고, 5중량부를 초과하여 함유되면 압출공정(S200) 처리된 전도성 발포폼 혼합물을 발포시 점도가 지나치게 높아져 생산성이 떨어질 우려가 발생하기 때문에 기본수지 100중량부에 대하여, 0.1~5중량부의 조성비를 유지하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 전도성 발포폼 혼합물의 기본수지가 폴리프로필렌계 공중합체 수지인 경우에는 가교보조제를 더 포함하는 구성이 가능하다. 즉, 폴리프로필렌계 공중합체 수지는 폴리에틸렌계 공중합체 수지와 비교하여 탄소를 더 포함하는 구성을 하여 가교제만으로는 화학적 가교가 용이하지 못할 수 있기 때문에 가교제의 활성을 도울 수 있는 트리알리리소사이뉴에이트(Triallylisocyanuate), 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 (Trimethylolpropane trimetacrylate) 또는 메탈릭 이오노머(metallic ionomer) 등과 같은 가교보조제를 폴리프로필렌계 공중합체 수지 100중량부에 대하여, 0.1~5중량부 더 포함하는 구성이 가능하다. 이때, 가교보조제의 조성비가 0.1 중량부 미만이면 가교보조제의 함량이 미흡하여 가교보조제의 효과가 미흡하고, 5중량부를 초과하면 가교보조제의 함량이 지나쳐 압출공정(S200) 시에 가교제가 활성화되는 문제가 발생할 우려가 있기 때문에 폴리프로필렌계 공중합체 수지 100중량부에 대하여, 0.1~5중량부 더 포함하는 것이 바람직하다.
아울러 본 발명의 발포제는 탄산수소암모늄, 탄산수소나트륨, 수소화붕소나트륨 등의 무기발포제 또는 아조디카본아마이드, 디니트로소 펜타메틸렌 테트라민, 벤젠 술포닐 하이드라자이드, 톨루엔술포닐 하이드라자이드, 톨루엔술포닐 세미카바자이드 등의 유기발포제 중 어느 하나 이상을 이용가능하고, 본 발명의 상기 발포제는 열에너지에 대한 일정의 화학적 안정성을 갖기 때문에 고열(본 발명에 있어서는 90~210℃)로 운용되는 압출공정(S200) 시, 발포제를 포함하는 전도성 발포폼 혼합물이 조기에 분해(발포)되어 불량의 전도성 발포폼이 제조되는 것을 방지 가능한 효과를 얻을 수 있다.
또한 발포제의 조성비가 기본수지 100중량부에 대하여, 1중량부 미만으로 함유되면 전도성 발포폼의 발포배율이 떨어져 딱딱한 질감의 발포폼이 제조되기 때문에 소정의 쿠션감을 느끼기 위한 발포폼의 원활한 기능을 수행하지 못하는 문제가 발생하고, 30중량부를 초과하여 함유되면 혼합물준비공정(S100) 시의 전도성 발포폼 혼합물의 각 조성물이 원활하게 분산혼합되지 못하고 제조완료된 전도성 발포폼의 발포배율이 지나치게 높아져 전도성 발포폼의 부피가 커지고, 물리적인 강도가 떨어지는 문제가 발생할 우려가 있기 때문에 기본수지 100중량부에 대하여, 1~30중량부의 조성비를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 발포제와 연관하여, 본 발명은 전도성 발포폼 혼합물의 기본수지가 폴리프로필렌계 공중합체 수지인 경우에는, 상기 전도성 발포폼 혼합물은 폴리프로필렌계 공중합체 수지 100중량부에 대하여, 카드뮴 화합물 (cadmium compound), 칼슘 화합물(calsium compound), 아연 화합물(zinc compound), 마그네슘 화합물(magnesium compound), 철 화합물(iron compound) 또는 구리 화합물(copper compound) 등의 발포보조제 0.1~5중량부를 더 포함하는 구성이 가능하다. 즉, 본 발명의 전도성 발포폼 혼합물의 기본수지 가능한 폴리프로필렌계 공중합체 수지는 폴리에틸렌계 공중합체 수지와 비교하여 탄소를 더 포함하는 구성을 하여 상기에서 언급한 발포제로서 적절한 쿠션을 갖는 발포배율의 전도성 발포폼을 형성하기 어려울 수 있기 때문에 발포제와 더불어 발포공정(S400) 중의 모판의 발포배율 조절 및 발포되는 모판의 발포온도 조절(발포제의 활성)을 위한 상기 종류의 발포보조제를 더 포함가능하고, 이때, 발포보조제의 조성비는 발포제가 지나치게 활성화되어 압출공정(S200)에서 발포되지 않도록 폴리프로필렌계 공중합체 수지 100중량부에 대하여, 5중량부를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 압출공정(S200)은 상기 혼합물준비공정(S100)으로서 준비된 전도성 발포폼 혼합물을 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판으로 압출성형하는 공정으로서, 일반적인 싱글스크류압출기(single screw extruder) 또는 투윈스크류압출기(twin screw extruder, 발포제로 인한 모판의 조기발포를 더욱 방지하기 위하여 발포제를 별도의 스크류를 이용하여 사이드 피딩방식으로 투입하는 경우)를 이용하여 공정처리가 가능하고, 스크류를 내재하고 90~210℃의 온도를 갖는 실린더 및 90~210℃의 온도를 갖는 다이스를 구비한 압출기로서 전도성 발포폼 혼합물을 혼련하여 압출성형하기 때문에, 상기 혼합물준비공정(S100)에서 준비된 전도성 발포폼 혼합물에 포함된 전체 조성물을 균일하게 혼합하는 효과뿐만 아니라 탄소나노튜브를 전도성 발포폼 혼합물의 다른 조성물에 균일하게 분산시키는 효과와 탄소나노튜브의 보다 우수한 분산도를 유도하기 위하여 혼합한 리튬, 나트륨, 베릴륨, 마그네슘 등의 조성물 또는 상기 조성물을 포함하는 무기화합물 중의 리튬, 나트륨, 베릴륨, 마그네슘 등의 물질(이하, 주요원소)에 압력과 열에너지를 가하여 주요원소를 활성화(전자분리)시킴으로서 탄소나노튜브의 표면전하 일부를 유도하여 탄소나노튜브의 분산도을 증진시키는 효과를 얻을 수 있다. 아울러 실린더 및 다이스의 온도를 90℃ 미만으로 가하면 기본수지가 미미하게 용융되어 전도성 발포폼 혼합물의 혼련성이 감소하는 문제가 발생하고, 210℃를 초과하여 가하면 가교제로서 하기의 가교?발포공정(S300)에서 가교되어야 하는 전도성 발포폼 혼합물이 조기에 가교되는 문제가 발생하기 때문에 압출기의 실린더 및 다이스의 온도를 90~210℃로 유지하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 가교?발포공정(S300)은 압출공정(S200) 처리로 압출된 모판을 혼합물준비공정(S100)에서 포함된 가교제로서 화학적으로 가교하고, 발포로로서 발포하여 탄소나노튜브가 포함된 모판에 쿠션감을 구성하기 위한 공정으로서, 일반적으로 이용하는 발포 방법으로 본 공정을 수행가능하나, 내부를 140~300℃의 온도 및 10~50hz의 풍속을 갖는 열풍을 처리할 수 있는 발포로를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 발포로는 수직 또는 수평 발포로 중 어느 것을 이용하여도 무방하나, 발포로 내부의 온도가 140℃ 미만으로 가해지면 전도성 발포폼 혼합물에 포함된 가교제가 미미하게 활성화되어 전도성 발포폼 혼합물의 주성분인 폴리올레핀계 공중합체 수지 중합체(또는 EVA 공중합체 수지 중합체) 사슬 간의 긴결한 가교를 유도하지 못하고, 가교?발포공정(S300)(특히, 발포시) 시, 가교?발포되는 모판의 점도가 높아져 적절한 생산성을 유도하기 어려운 문제가 발생하며, 발포로 내부의 온도가 300℃를 초과하여 가해지면 지나친 열로 인하여 모판의 표면이 열화되어 양질의 전도성 발포폼을 생산하기 어려운 문제가 발생하기 때문에 140~300℃의 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 아울러 모판에 가해지는 열풍의 속도는 전도성 발포폼의 표면과 내부 발포 형태를 양질로 제조될 수 있도록 10~50hz의 풍속을 갖는 것이 바람직하다.
[시험예 1-1]
1. 혼합물준비공정
- LDPE(L사) 100kg, 평균직경이 10nm인 탄소나노튜브(CNT, H화학) 10kg, 디알킬-아릴퍼옥사이드(100% 환산 기준) 0.8kg 및 아조디카본아마이드(100% 환산 기준) 15kg을 혼합하여 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 준비한다.
2. 압출공정
- 실린더 및 다이스의 온도를 100℃로 예열 셋팅한 싱글스크류압출기(스크류 회전속도, 28rpm)에 상기 1.에서 준비한 전도성 발포폼 혼합물을 투입하여 길이×폭×두께가 200m×500mm×2.5mm인 모판을 압출성형한다.
3. 가교?발포공정
- 온도 200℃, 풍속 20hz로 예열 셋팅한 발포로를 이용하여 상기 2.에서 압출성형된 모판을 5m/min의 속도로 투입하고 가교?발포처리하여, 가교도 50%와 발포배율 20배의 전도성 발포폼을 제조하고 10m/min의 속도로 인취한다.
[시험예 1-2]
1. 혼합물준비공정
- LDPE(L사) 100kg, 평균직경이 10nm인 탄소나노튜브(CNT, H화학) 11kg, 디알킬-아릴퍼옥사이드(100% 환산 기준) 0.8kg 및 아조디카본아마이드(100% 환산 기준) 15kg을 혼합하여 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 준비한다.
2. 압출공정
- 실린더 및 다이스의 온도를 100℃로 예열 셋팅한 싱글스크류압출기(스크류 회전속도, 28rpm)에 상기 1.에서 준비한 전도성 발포폼 혼합물을 투입하여 길이×폭×두께가 200m×500mm×2.5mm인 모판을 압출성형한다.
3. 가교?발포공정
- 온도 200℃, 풍속 20hz로 예열 셋팅한 발포로를 이용하여 상기 2.에서 압출성형된 모판을 5m/min의 속도로 투입하고 가교?발포처리하여, 가교도 50%와 발포배율 20배의 전도성 발포폼을 제조하고 10m/min의 속도로 인취한다.
[시험예 1-3]
1. 혼합물준비공정
- LDPE(L사) 100kg, 평균직경이 10nm인 탄소나노튜브(CNT, H화학) 5kg, 디알킬-아릴퍼옥사이드(100% 환산 기준) 0.8kg, 아조디카본아마이드(100% 환산 기준) 15kg 및 평균입자 크기 250nm로 분쇄한 탄산마그네슘 3kg을 혼합하여 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 준비한다.
2. 압출공정
- 실린더 및 다이스의 온도를 100℃로 예열 셋팅한 싱글스크류압출기(스크류 회전속도, 28rpm)에 상기 1.에서 준비한 전도성 발포폼 혼합물을 투입하여 길이×폭×두께가 200m×500mm×2.5mm인 모판을 압출성형한다.
3. 가교?발포공정
- 온도 200℃, 풍속 20hz로 예열 셋팅한 발포로를 이용하여 상기 2.에서 압출성형된 모판을 5m/min의 속도로 투입하고 가교?발포처리하여, 가교도 50%와 발포배율 20배의 전도성 발포폼을 제조하고 10m/min의 속도로 인취한다.
[비교예 1]
1. 혼합물준비공정
- LDPE(L사) 100kg, 카본블랙(H화학) 15kg, 디알킬-아릴퍼옥사이드(100% 환산 기준) 0.8kg 및 아조디카본아마이드(100% 환산 기준) 15kg을 혼합하여 카본블랙을 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 준비한다.
2. 압출공정
- 실린더 및 다이스의 온도를 100℃로 예열 셋팅한 싱글스크류압출기(스크류 회전속도, 28rpm)에 상기 1.에서 준비한 전도성 발포폼 혼합물을 투입하여 길이×폭×두께가 200m×500mm×2.5mm인 모판을 압출성형한다.
3. 가교?발포공정
- 온도 200℃, 풍속 20hz로 예열 셋팅한 발포로를 이용하여 상기 2.에서 압출성형된 모판을 5m/min의 속도로 투입하고 가교?발포처리하여, 가교도 50%와 발포배율 20배의 전도성 발포폼을 제조하고 10m/min의 속도로 인취한다.
[테스트]
상기 시험예 1-1 내지 1-3 및 비교예 1에 의한 제조방법으로 제조된 전도성 발포폼을 KS M 3015, ASTMD 4060 및 KS M 3014에 의한 시험방법으로 표면저항, 체적저항, 마모량(slounghing) 및 인장강도 테스트를 수행하였고, 다음의 표1과 같은 결과값을 얻었다.
| 구분 | 시험예 1-1 | 시험예 1-2 | 시험예 1-3 | 비교예 1 | 시험방법 |
| 표면저항 (Ω/sq) |
105~107 | 105~107 | 104~106 | 106~108 | KS M 3015 |
| 마모량 (slounghing) |
26 | 26 | 26 | 44 | ASTMD 4060 |
| 인장강도 (길이/폭방향, kg/cm3) |
7.2/7.0 |
7.2/7.0 |
7.2/7.0 |
7.1/6.9 |
KS M 3014 |
[결과]
상기 표 1과 같이 본 발명의 실시예 1에 의한 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 발포폼은 종래기술의 비교예 1에 의한 카본블랙을 포함하는 전도성 발포폼에 비하여 표면저항 값이 작아 전도성이 우수하고 정전기와 같은 일정의 전기적인 외부충격에 대하여 뛰어난 정전기 소산능력을 갖는 것을 알 수 있다.
아울러 시험예 1-1과 시험예 1-2를 비교하여 보면 발포폼의 주된 전도성 조성물인 탄소나노튜브의 함량비가 LDPE(폴리올레핀계 공중합체 수지) 100중량부에 대하여 10중량부를 초과하여도 표면저항에 큰 영향을 미치지 아니하므로 경제성을 고려하여 10중량부 이하를 유지하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
또한 전도성 조성물(탄소나노튜브 또는 카본블랙)이 내첨된 발포폼의 외부 물리력에 대한 내구성을 알아보기 위해 수행한 마모량 테스트 역시, 본 발명에 실시예에 의한 시험예 1-1 내지 1-3이 종래기술에 의한 비교예 1에 비하여 월등히 우수한 것을 알 수 있고, 제조완료된 전도성 발포폼의 물성 중 당김 시의 강도를 나타내는 인장강도 또한 종래기술에 의한 카본블랙을 포함하는 전도성 발포폼과 유사한 정도의 강도를 갖는 것을 알 수 있다.
- 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조방법(전자선가교) 및 이를 이용하여 제조된 전도성 발포폼.
본 발명은 상기 실시예 1과 같이 화학적가교 방법을 통하여 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조가 가능하고, 다른 형태의 전도성 발포폼의 가교방법으로서 전자선을 이용한 전자선가교방법을 제시하고, 이하 실시예 2에 관한 구체적인 설명 중 실시예 1과 중복되는 사항은 실시예 1의 구체적인 설명으로 대신하겠다.
본 실시예 2에 따른 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조방법은 실시예 1과 비교하여 거시적으로, 혼합물준비공정(S100)의 전도성 발포폼 혼합물의 일부 조성물을 달리 구성하고, 압출공정(S200) 이후 수행되는 가교?발포공정(S300)을 전자선가교공정(S300')과 발포공정(S400')으로 구분하여 수행하는 것에 차이가 있다.
즉, 본 발명은 EVA 공중합체 수지 또는 폴리올레핀계 공중합체 수지인 기본수지(이하, 기본수지) 100중량부에 대하여, 평균직경 1~150nm의 탄소나노튜브(CNT) 0.1~10중량부, 발포제 1~30중량부, 발포보조제 0.1~5중량부를 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 준비하는 혼합물준비공정(S100)과; 압출기를 이용하여 상기 혼합물준비공정(S100)에서 준비된 전도성 발포폼 혼합물을 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판으로 압출성형하는 압출공정(S200)과; 상기 압출공정(S200) 처리로 압출된 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판에 일정의 전압과 소정의 전자선량을 갖는 전자선을 조사하여 모판을 가교하는 전자선가교공정(S300')과; 상기 가교공정 처리된 모판을 발포로로서 발포하는 발포공정(S400');으로 구성된다.
구체적으로, 상기 혼합물준비공정(S100)은 기본수지 100중량부에 대하여, 평균직경 1~150nm의 탄소나노튜브(CNT) 0.1~10 중량부, 발포제 1~30중량부, 발포보조제 0.1~5중량부를 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 준비하는 공정으로서, 실시예 1과 동일한 구성의 탄소나노튜브(CNT) 0.1~10 중량부와, 원하는 모판의 발포배율에 따라 1~30중량부의 발포제(실시예 1과 동일)를 포함하고, 발포제와 더불어 발포공정(S400') 중의 모판의 발포배율 조절 및 발포되는 모판의 발포온도 조절(발포제의 활성)을 위하여 카드뮴 화합물 (cadmium compound), 칼슘 화합물(calsium compound), 아연 화합물(zinc compound), 마그네슘 화합물(magnesium compound), 철 화합물(iron compound) 또는 구리 화합물(copper compound) 등의 무기화합물의 발포보조제를 기본수지 100중량부에 대하여, 0.1~5중량부 포함하는 것이 바람직하다. 이때 발포보조제의 함량비가 0.1중량부 미만으로 함유되면 함랑비가 미미하여 발포보조제의 기능을 원활하게 발휘하기 어렵고, 5중량부를 초과하여 함유되면 모판의 물성을 저해하고 압출기 내에서 발포보조제가 조기분해되어 제조완료된 전도성 발포폼의 물리적인 강도가 떨어질 수 있기 때문에 상기의 함량비를 유지하는 것이 바람직하다. 아울러 본 발명의 혼합물준비공정(S100)으로서 준비되는 전도성 발포폼 혼합물은 기본수지 100중량부에 대하여, 평균입자 크기 100~450nm의 리튬, 나트륨, 칼륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 중 어느 하나 이상의 조성물 또는 상기 조성물을 포함하는 평균입자 크기 100~450nm의 무기화합물 0.1~10중량부를 더 포함가능한데, 이는 실시예 1과 동일한 구성으로서 이에 관한 구체적인 설명은 실시예 1의 설명으로 대신하겠다.
아울러 본 발명은 기본수지가 EVA 공중합체 수지 또는 폴리에틸렌계 공중합체 수지인 경우에는, 상기 전도성 발포폼 혼합물은 EVA 공중합체 수지 또는 폴리에틸렌계 공중합체 수지 100중량부에 대하여, 트리알리리소사이뉴에이트(Triallylisocyanuate), 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 (Trimethylolpropane trimetacrylate) 또는 메탈릭 이오노머(metallic ionomer) 등의 가교보조제 0.1~5중량부를 더 포함가능한 구성을 한다. 즉, EVA 공중합체 수지 또는 폴리에틸렌계 공중합체 수지는 가교제만으로는 전자선 가교가 용이하지 못할 수 있기 때문에 가교제의 활성을 도울 수 있는 상기의 가교보조제가 더 포함가능하고, 가교보조제의 조성비가 EVA 공중합체 수지 또는 폴리에틸렌계 공중합체 수지 100중량부에 대하여, 0.1중량부 미만이면 가교보조제의 함량이 미흡하여 가교보조제의 효과가 미흡하고, 5중량부를 초과하면 가교보조제의 함량이 지나쳐 압출공정(S200) 시에 가교제가 활성화되는 문제가 발생할 우려가 있기 때문에 EVA 공중합체 수지 또는 폴리에틸렌계 공중합체 수지 100중량부에 대하여, 0.1~5중량부 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 혼합물준비공정(S100)으로서 준비된 전도성 발포폼 혼합물은 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판으로 압출성형하는 압출공정(S200) 처리를 한다. 본 공정은 상기 실시예 1과 동일한 구성의 압출기로서 수행하는데, 본 공정의 주안점은 압출기를 구성하는 실린더 및 다이스의 온도를 90~210℃로 수행하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 압출공정(S200)은 혼합물준비공정(S100)에서 준비된 전도성 발포폼 혼합물에 포함된 전체 조성물을 균일하게 혼합하는 효과뿐만 아니라 탄소나노튜브를 전도성 발포폼 혼합물의 다른 조성물에 균일하게 분산시키는 효과와 탄소나노튜브의 보다 우수한 분산도를 유도하기 위하여 혼합한 리튬, 나트륨, 베릴륨, 마그네슘 등의 조성물 또는 상기 조성물을 함유하는 무기화합물 중, 리튬, 나트륨, 베릴륨, 마그네슘 등의 주요원소에 압력과 열에너지를 가하여 주요원소를 활성화(전자분리)시킴으로서 탄소나노튜브의 표면전하 일부를 유도하여 탄소나노튜브의 분산도을 증진시키는 효과를 얻는 기능을 수행함은 실시예 1과 동일하고, 압출기를 구성하는 실린더 및 다이스의 온도범위 역시 실시예 1과 동일한 목적을 갖는다.
상기와 같이 압출공정(S200) 처리된 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판은 일정의 전압과 소정의 전자선량을 갖는 전자선을 조사하여 모판을 가교하는 전자선가교공정(S300') 처리를 수행한다. 상세하면, 전자선을 이용한 전도성 발포폼의 가교(주성분인 기본수지 가교 또는 모판 가교와 동일한 개념)는 폴리올레핀계 공중합체 수지(또는 EVA 공중합체 수지, 이하 '폴리올레핀계 공중합체 수지'라 칭하여도 동일한 개념)에 가속 전자선을 조사하여 폴리올레핀계 공중합체 수지의 체인(chain)으로 부터 수소를 떼어냄으로서 폴리올레핀계 공중합체 수지 라디칼을 생성하고, 생성된 라디칼에 의하여 폴리올레핀계 공중합체 수지의 체인 간의 가교를 유도하는 방법이다. 이때, 폴리올레핀계 공중합체 수지는 일반적으로 유사한 화학적 특성을 갖기 때문에 전자선가교 시 가해지는 가교전압이나 가교전자선량은 폴리올레핀계 공중합체 수지의 종류와 무관하게 동일하게 수행가능하다. 하지만, 가교전압의 세기는 압출공정(S200) 시 압출성형되는 모판의 두께에 따라 100~1500kv로 유지해야 폴리올레핀계 공중합체 수지 체인 간의 적절한 가교를 체결할 수 있고, 가교전자선량은 전도성 발포폼 혼합물에 포함된 발포제의 밀도와 물성에 따라 0.1~5.0Mrad로 유지하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 가교전압을 100kv 미만으로 가하면 모판이 두께가 두꺼운 경우 모판의 내부까지 전자선이 침투하지 못하여 모판의 내부가 가교되지 못하는 문제가 발생할 수 있고, 가교전압을 1500kv를 초과하여 가하면 모판에 가해지는 전자선이 겹치게 되어 과가교반응이 일어나 발포공정(S400') 시 원하는 발포배율의 전도성 발포폼을 얻을 수 없는 문제가 발생하기 때문에 100~1500kv의 가교전압을 가하는 것이 바람직하고; 가교전자선량 역시 가교전압과 동일한 이유에서 0.1~5.0Mrad를 유지하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 발포공정(S400')은 전자선가교공정(S300') 처리된 모판을 혼합물준비공정(S100)에서 포함된 발포제를 발포로에서 분해하여 탄소나노튜브가 포함된 모판에 쿠션감을 구성하기 위한 공정으로서, 실시예 1의 가교?발포공정(S300)과 동일한 공정을 수행한다. 이때 본 실시예의 발포공정(S400')은 모판이 화학적인 가교를 유도하는 가교제를 포함하지 않기 때문에 발포제에 의한 발포만을 수행하는 것은 당업자로서 당연하게 판단할 수 있을 것이다.
[시험예 2-1]
1. 혼합물준비공정
- LDPE(L사) 100kg, 평균직경이 10nm인 탄소나노튜브(CNT, H화학) 10kg, 아조디카본아마이드(100% 환산 기준) 15kg 및 징크스테아레이트(Zn-st) 1kg을 혼합하여 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 준비한다.
2. 압출공정
- 실린더 및 다이스의 온도를 140℃로 예열 셋팅한 트윈스크류압출기(스크류 회전속도, 20rpm)에 상기 1.에서 준비한 전도성 발포폼 혼합물을 120kg/hr 피딩량으로 투입하여 길이×폭×두께가 200m×670mm×0.5mm인 모판을 압출성형한다.
3. 전자선가교공정
- 500kv의 전압과 2Mard의 전자선량을 갖는 전자선가교장치에 상기 2.에서 압출성형된 모판을 30m/min의 속도로 투입?인취하여 가교처리하고, 가교도 50%의 모판을 제조한다.
4. 발포공정
- 온도 200℃, 풍속 20hz로 예열 셋팅한 발포로를 이용하여 상기 4.에서 가교처리된 모판을 9m/min의 속도로 투입하여 발포처리하고, 발포배율 10배의 전도성 발포폼을 제조하고 13m/min의 속도로 인취한다.
[시험예 2-2]
1. 혼합물준비공정
- LDPE(L사) 100kg, 평균직경이 10nm인 탄소나노튜브(CNT, H화학) 11kg, 아조디카본아마이드(100% 환산 기준) 15kg 및 징크스테아레이트(Zn-st) 1kg을 혼합하여 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 준비한다.
2. 압출공정
- 실린더 및 다이스의 온도를 140℃로 예열 셋팅한 트윈스크류압출기(스크류 회전속도, 20rpm)에 상기 1.에서 준비한 전도성 발포폼 혼합물을 120kg/hr 피딩량으로 투입하여 길이×폭×두께가 200m×670mm×0.5mm인 모판을 압출성형한다.
3. 전자선가교공정
- 500kv의 전압과 2Mard의 전자선량을 갖는 전자선가교장치에 상기 2.에서 압출성형된 모판을 30m/min의 속도로 투입?인취하여 가교처리하고, 가교도 50%의 모판을 제조한다.
4. 발포공정
- 온도 200℃, 풍속 20hz로 예열 셋팅한 발포로를 이용하여 상기 4.에서 가교처리된 모판을 9m/min의 속도로 투입하여 발포처리하고, 발포배율 10배의 전도성 발포폼을 제조하고 13m/min의 속도로 인취한다.
[시험예 2-3]
1. 혼합물준비공정
- LDPE(L사) 100kg, 평균직경이 10nm인 탄소나노튜브(CNT, H화학) 10kg, 아조디카본아마이드(100% 환산 기준) 15kg, 징크스테아레이트(Zn-st) 1kg 및 평균입자 크기 250nm로 분쇄한 탄산마그네슘 3kg을 혼합하여 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 준비한다.
2. 압출공정
- 실린더 및 다이스의 온도를 140℃로 예열 셋팅한 트윈스크류압출기(스크류 회전속도, 20rpm)에 상기 1.에서 준비한 전도성 발포폼 혼합물을 120kg/hr 피딩량으로 투입하여 길이×폭×두께가 200m×670mm×0.5mm인 모판을 압출성형한다.
3. 전자선가교공정
- 500kv의 전압과 2Mard의 전자선량을 갖는 전자선가교장치에 상기 2.에서 압출성형된 모판을 30m/min의 속도로 투입?인취하여 가교처리하고, 가교도 50%의 모판을 제조한다.
4. 발포공정
- 온도 200℃, 풍속 20hz로 예열 셋팅한 발포로를 이용하여 상기 4.에서 가교처리된 모판을 9m/min의 속도로 투입하여 발포처리하고, 발포배율 10배의 전도성 발포폼을 제조하고 13m/min의 속도로 인취한다.
[비교예 2]
1. 혼합물준비공정
- LDPE(L사) 100kg, 카본블랙(H화학) 15kg, 디알킬-아릴퍼옥사이드(100% 환산 기준) 1kg 및 아조디카본아마이드(100% 환산 기준) 15kg을 혼합하여 카본블랙을 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 준비한다.
2. 압출공정
- 실린더 및 다이스의 온도를 100℃로 예열 셋팅한 트윈스크류압출기(스크류 회전속도, 20rpm)에 상기 1.에서 준비한 전도성 발포폼 혼합물을 120kg/hr 피딩량으로 투입하여 길이×폭×두께가 200m×670mm×0.5mm인 모판을 압출성형한다.
3. 가교공정
- 500kv의 전압과 2Mard의 전자선량을 갖는 전자선가교장치에 상기 2.에서 압출성형된 모판을 30m/min의 속도로 투입?인취하여 가교처리하고, 가교도 50%의 모판을 제조한다.
4. 발포공정
- 온도 200℃, 풍속 20hz로 예열 셋팅한 발포로를 이용하여 상기 4.에서 가교처리된 모판을 9m/min의 속도로 투입하여 발포처리하고, 발포배율 10배의 전도성 발포폼을 제조하고 13m/min의 속도로 인취한다.
[테스트]
상기 시험예 2-1 내지 2-3 및 비교예 2에 의한 제조방법으로 제조된 전도성 발포폼을 KS M 3015, ASTMD 4060 및 KS M 3014에 의한 시험방법으로 표면저항, 마모량(slounghing) 및 인장강도 테스트를 수행하였고, 다음의 표2와 같은 결과값을 얻었다.
| 구분 | 시험예 2-1 | 시험예 2-2 | 시험예 2-3 | 비교예 2 | 시험방법 |
| 표면저항 (Ω/sq) |
105~107 | 105~107 | 104~106 | 106~108 | KS M 3015 |
| 마모량 (slounghing) |
27 | 27 | 27 | 42 | ASTMD 4060 |
| 인장강도 (길이/폭방향, kg/cm3) |
7.2/7.1 |
7.2/7.1 |
7.2/7.1 |
7.1/6.9 |
KS M 3014 |
[결과]
상기 표 2와 같이 본 발명의 실시예 2에 의한 탄소나노튜브를 포함하는 전도성 발포폼은 실시예 1에 의한 화학적가교방법과 유사하게 종래기술의 비교예 2에 의한 카본블랙을 포함하는 전도성 발포폼에 비하여 표면저항 값이 작아 전도성이 우수하고 정전기와 같은 일정의 전기적인 외부충격에 대하여 뛰어난 정전기 소산능력을 갖는 것을 알 수 있다.
아울러 시험예 2-1과 시험예 2-2를 비교하여 보면 발포폼의 주된 전도성 조성물인 탄소나노튜브의 함량비가 LDPE(폴리올레핀계 공중합체 수지) 100중량부에 대하여 10중량부를 초과하여도 표면저항에 큰 영향을 미치지 아니하므로 경제성을 고려하여 10중량부 이하를 유지하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
또한 전도성 조성물(탄소나노튜브 또는 카본블랙)이 내첨된 발포폼의 외부 물리력에 대한 내구성을 알아보기 위해 수행한 마모량 테스트 역시, 본 발명에 실시예에 의한 시험예 2-1 내지 2-3이 종래기술에 의한 비교예 2에 비하여 월등히 우수한 것을 알 수 있고, 제조완료된 전도성 발포폼의 물성 중 당김 시의 강도를 나타내는 인장강도 또한 종래기술에 의한 카본블랙을 포함하는 전도성 발포폼과 유사한 정도의 강도를 갖는 것을 알 수 있다.
상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.
10', 10" : 발포폼(종래기술) 20 : 탄소나노튜브
S100 : 혼합물준비공정 S200 : 압출공정
S300 : 가교?발포공정 S300' : 전자선가교공정
S400' : 발포공정
S100 : 혼합물준비공정 S200 : 압출공정
S300 : 가교?발포공정 S300' : 전자선가교공정
S400' : 발포공정
Claims (21)
- 삭제
- 에틸렌-비닐아세테이트(EVA) 공중합체 수지 또는 폴리올레핀계 공중합체 수지 중 어느 하나로 구성되는 기본수지 100중량부에 대하여,
평균직경 1~150nm와 평균길이 1~30㎛를 갖는 탄소나노튜브(CNT) 0.1~10중량부, 가교제 0.1~5중량부, 발포제 1~30중량부를 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 준비하는 혼합물준비공정(S100)과;
압출기를 이용하여 상기 혼합물준비공정(S100)에서 준비된 전도성 발포폼 혼합물을 모판에 압출성형하는 압출공정(S200)과;
상기 압출공정(S200) 처리로 압출된 모판을 혼합물준비공정(S100)에서 포함된 가교제로서 화학적으로 가교하고, 발포제로서 발포하는 가교?발포공정(S300)으로 구성되는 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조방법에 있어서,
상기 전도성 발포폼 혼합물은 상기 기본수지 100중량부에 대하여 평균입자 크기 100~450nm의 리튬, 나트륨, 칼륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 중 어느 하나 또는 2 이상의 무기금속 0.1~10중량부를 더 포함하는 것에 특징이 있는 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 에틸렌-비닐아세테이트(EVA) 공중합체 수지 또는 폴리올레핀계 공중합체 수지 중 어느 하나로 구성되는 기본수지 100중량부에 대하여,
평균직경 1~150nm와 평균길이 1~30㎛를 갖는 탄소나노튜브(CNT) 0.1~10중량부, 발포제 1~30중량부, 가교제 0.1~5중량부, 발포보조제 0.1~5중량부, 가교보조제 0.1~5중량부를 포함하는 전도성 발포폼 혼합물을 준비하는 혼합물준비공정(S100)과;
압출기를 이용하여 상기 혼합물준비공정(S100)에서 준비된 전도성 발포폼 혼합물을 모판에 압출성형하는 압출공정(S200)과;
상기 압출공정(S200) 처리로 압출된 모판에 100~1500kv의 전압과 0.1~5.0Mrad의 전자선량을 갖는 전자선을 조사하여 모판을 가교하는 전자선가교공정(S300')과;
상기 전자선가교공정(S300') 처리된 모판을 발포제로서 발포하는 발포공정(S400')으로 구성되는 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조방법에 있어서,
상기 전도성 발포폼 혼합물은 상기 기본수지 100중량부에 대하여 평균입자 크기 100~450nm의 리튬, 나트륨, 칼륨, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 중 어느 하나 또는 2이상의 무기금속 0.1~10중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼 제조방법.
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- 삭제
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- 삭제
- 삭제
- 제2항에 정의된 방법에 의하여 제조된 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼.
- 제11항에 정의된 방법에 의하여 제조된 탄소나노튜브를 이용한 전도성 발포폼.
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