KR101143215B1 - 자외선 경화형 전도성 알루미늄 분말 함유 수지 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이소보닐아크릴레이트 수지 용액을 기본 조성으로 하는 자외선 경화형 전도성 Al 잉크 또는 페이스트 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 이소보닐아크릴레이트 수지용액; 입자 사이즈 10 내지 100nm의 구형의 알루미늄 분말; 및 폴리에스테르, 소르비탄 폴리스테아레이트, 소르비탄 모노올레이트 또는 소르비탄 트리 올레이트의 분산제를 포함하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물 및 상기 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

분산 안정성, 알루미늄 분말, 표면 개질, 이소보닐아크릴레이트, 분산제

Description

자외선 경화형 전도성 알루미늄 분말 함유 수지 조성물 및 그 제조방법{ULTRAVIOLET CURING RESIN COMPOSIITON COMPRISING CONDUCTIVE NANO-SIZE Al PARTICLES AND METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 수지 피복 강판에 활용할 수 있는 자외선 경화형 전도성 나노 알루미늄 입자의 잉크 또는 페이스트를 제조하는데 필요한 분산성이 우수한 알루미늄 나노 입자 분산기술, 분산제 선택기술, 알루미늄 나노입자의 표면처리기술 등에 관한 것이다.

최근에 미세한 크기와 미세 선 폭의 전기 또는 전자회로를 인쇄기술에 의해 성형하는 공법이 활발히 연구개발되고 있다. 이를 전자회로 인쇄기술(printable electronics)라고 일컬으며, 기존의 박막 증착, 패턴닝, 리소그라피 등의 복잡하고, 어려우며, 고비용의 공정을 대신하여 단순하며 기술이 쉽고, 대량생산에 적합한 롤과 롤 사이에서 진행되는 롤-투-롤(roll to roll) 공법이나 작은 구멍을 통해 잉크 용액을 토출하는 잉크젯 공법 등이 주요 기술개발대상이 되고 있다.

나노 무기입자를 포함하는 잉크용액은 롤을 사용하는 코팅막 성형이나 잉크젯 토출에 가장 중요한 변수이므로, 인쇄 또는 코팅이 가능한 잉크의 제조, 합성기 술이 전자회로 또는 특정 효과를 기대하는 코팅 막의 성형에 필요한 인쇄기술에 가장 중요한 요인으로 작용한다.

수지피복용 강판에 인쇄 또는 코팅하는데 사용하는 잉크는 주재와 조재로 나뉘며, 주재는 안료와 매질을 말하고, 조재는 인쇄(또는 코팅) 적성, 건조성, 색상조정 등을 향상시키기 위해 첨가되는 첨가제이다.

주재는 잉크의 성능을 좌우하는 요인으로서, 이 주재에 따라 잉크는 잉크젯(ink jet) 잉크, 오프셋(off-set) 잉크, 그라비아(gravure) 잉크, 활판 잉크, 실크스크린 잉크 등으로 나뉜다. 안료는 잉크 종류와 관계없이 사용할 수 있는 소재이나, 특수한 조건, 즉, 내용제성, 내광성, 무연성, 내후성, 내지문성, 전도성 등 여러 가지 물성이 요구될 때에는 특별한 안료를 선정하여 사용할 수 있다.

일반적으로 무기 입자를 사용하는 수지피복용 잉크 및 코팅용액은 코팅 후 자외선 경화 또는 자외선 경화 처리를 통해 온전한 피막을 형성하게 된다. 이에 본 발명은 저온에서도 환경친화적으로 자외선에 의해 강판의 최종 피막을 형성할 수 있는 전도성 나노 알루미늄 함유 잉크 또는 페이스트 및 그 제조방법을 제공하는 것에 관련되며, 수지조성물 용액 내에서 장기간 전도성 알루미늄 분말의 분산안정성을 확보하는 수지 조성물을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은,

제1 구현예로서, 이소보닐아크릴레이트 수지용액; 입자 사이즈 10 내지 100nm의 구형의 알루미늄 분말; 및 폴리에스테르, 소르비탄 폴리스테아레이트, 소르비탄 모노올레이트 또는 소르비탄 트리 올레이트의 분산제를 포함하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물,

제2 구현예로서, 상기 알루미늄 분말은 상기 이소보닐아크릴레이트 수지 100중량부 기준으로 1-30중량부인 것을 특징으로 하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물,

제3 구현예로서, 상기 알루미늄 분말은 회전속도 1000-2000rpm으로 1-5시간 동안 비드밀과의 마찰에 의해 표면개질된 것임을 특징으로 하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물,

제4 구현예로서, 상기 분산제는 알루미늄 분말 100중량부 기준으로 0.2 내지 5중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물,

제5 구현예로서, 10 내지 100nm 범위의 입자사이즈를 갖는 알루미늄 분말을 회전속도 1000-2000rpm으로 1-5시간 동안 비드밀과 마찰시켜 알루미늄 입자의 표면을 개질하는 단계; 상기 표면이 개질된 알루미늄 분말을 이소보닐아크릴레이트 수지용액에 혼합하는 단계; 및 상기 알루미늄 분말과 이소보닐아크릴레이트의 혼합물에 폴리에스테르, 소르비탄트리스테아레이트, 소르비탄모노올레이트, 소르비탄트리올레이트 또는 이들의 혼합물을 분산제로서 첨가하는 단계;를 포함하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물 제조방법,

제6 구현예로서, 10 내지 100nm 범위의 입자사이즈를 갖는 알루미늄 분말을 회전속도 1000-2000rpm으로 1-5시간 동안 비드밀과 마찰시켜 알루미늄 입자의 표면을 개질하는 단계; 이소보닐아크릴레이트 수지용액에 폴리에스테르, 소르비탄트리스테아레이트, 소르비탄모노올레이트, 소르비탄트리올레이트 또는 이들의 혼합물을 분산제로서 첨가하는 단계 혼합하는 단계; 및 상기 분산제가 첨가된 이소보닐아크릴레이트 수지용액에 상기 표면 개질된 알루미늄 분말을 혼합하는 단계;를 포함하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물 제조방법,

제7 구현예로서, 상기 알루미늄 분말은 이소보닐아크릴레이트 수지 100중량부 기준으로 1-30중량부인 것을 특징으로 하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물 제조방법, 및

제8 구현예로서, 상기 분산제는 알루미늄 분말 100중량부를 기준으로 0.2-5중량부의 함량으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 전도성 알루미늄 분말이 용액 내에서 장기간 분산 안정성이 우수한 전도성 알루미늄 분말을 함유하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지조성물을 얻을 수 있다.

본 발명은 나노 스케일의 입도를 갖는 알루미늄 금속 또는 알루미늄 금속 합금 분말을 포함하는 자외선 경화형 수지로서, 이소보닐아크릴레이트 수지용액의 잉크 또는 페이스트 조성물을 제공하며, 나아가, 이와 같은 조성물을 제조하는 방법을 제공한다. 통상적으로 잉크 또는 페이스트는 점도에 따라 구별되는 것으로서, 이하, 본 발명에서 잉크는 페이스트를 포함하는 것으로 사용된다.

본 발명의 강판 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물은 이소보닐아크릴레이트 수지용액, 알루미늄 분말 및 분산제를 포함한다.

본 발명의 강판 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물은 주재수지로서 자외선 경화형에 적합한 이소보닐아크릴레이트 수지를 사용한다. 이때, 상기 이소보닐아크릴레이트 수지는 수계 수지로서, 특별히 한정하는 것은 아니지만 부피비로 물: 이소보닐아크릴레이트가 20:80 내지 50:50의 비를 갖는 용액을 사용할 수 있다.

본 발명의 알루미늄 분말은 알루미늄 금속 또는 알루미늄 금속 합금 분말을 포함하며, 상기 알루미늄 분말은 나노 사이즈의 알루미늄 입자를 사용한다. 알루미늄 입자는 잉크 또는 페이스트 중에서 장기간의 분산 안정성을 유지하기 위해서 가능한 한 입자사이즈가 작은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 입자 사이즈가 지나치게 작은 경우에는 입자간 응집현상이 발생하기 쉬워 분산이 용이하지 않으며, 그 제조의 곤란성 등으로 인해 10nm 이상의 입자사이즈를 갖는 알루미늄 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 알루미늄 분말은 100nm를 초과하지 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 물론, 100nm를 넘는 경우에도 알루미늄 분말의 표면을 충분하게 개질하는 경우에는 양호한 분산 안정성을 얻을 수 있으나, 현장에서 보관수명(self storage life)이 단축되거나, 기포가 발생하기 쉬워지는 문제가 있다. 따라서, 100nm 이하의 입자사이즈를 갖는 알루미늄 분말을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 나노 알루미늄 입자는 이소보닐아크릴레이트 수지용액 100중량부에 대하여 1-30중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 범위보다 작은 경우에는 전도성 알루미늄 분말의 첨가로 인한 효과를 얻을 수 없으며, 상기 범위를 초과하여 과량으로 포함하는 경우에는 무게비율이 증가할수록 코팅용액의 점도는 급속도로 증가하게 되어 작업성이 저해된다.

본 발명에서 사용되는 알루미늄 입자는 주재수지인 이소보닐아크릴레이트와 결합을 향상시키고 용액 내 분산성을 높이기 위해 표면이 개질된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 알루미늄 입자의 표면 개질을 위해 알루미늄 입자를 비드밀로 마찰시키는 과정을 거친다. 구체적으로는 고속의 회전력을 줄 수 있는 교반기를 사용하 여 회전속도 1000-2000rpm으로 1-5시간 동안 교반함으로써 알루미늄 입자표면을 개질할 수 있다. 이때, 용매로는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 에탄올을 용매로 사용할 수 있다.

알루미늄 입자의 표면개질을 행한 후, 표면이 개질된 알루미늄 분말을 상기 이소보닐아크릴레이트 수지용액에 혼합하고, 이어서, 수지용액 내에 알루미늄 분말이 균질하게 분산될 수 있도록 하기 위해 분산제를 첨가한다. 본 발명에서 사용할 수 있는 분산제로는 폴리에스테르, 소르비탄트리스테아레이트, 소르비탄모노올레이트 또는 소르비탄트리올레이트를 사용할 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 분산제는 중량비로 알루미늄 분말 100중량부에 대하여 0.2 내지 5.0중량부 범위의 함량으로 첨가할 수 있다.

다른 방법으로서, 알루미늄 분말에 대하여 알루미늄 분말이 충분히 잠길 정도로 에탄올을 용매로 투입하고, 교반하여, 분산제가 알루미늄 분말에 잘 흡착될 수 있게 할 수 있다.

상기 분산제가 흡착된 알루미늄 분말을 주재수지인 이소보닐아크릴레이트 수지용액과 혼합함으로써 본 발명의 전도성 알루미늄 분말의 분산안정성이 우수한 자외선 경화형 수지 조성물을 얻을 수 있다.

한편, 상기 분산제를 처음부터 주재수지인 이소보닐아크릴레이트 수지용액에 첨가한 후, 표면처리된 알루미늄 분말을 혼합함으로써 본 발명의 전도성 알루미늄 분말의 분산안정성이 우수한 자외선 경화형 수지 조성물을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명의 일 예에 해당하는 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 ]

[ 제조예 1]

나노사이즈의 알루미늄 분말의 제조

입도가 40~50마이크로미터인 순도 99.9%의 시판용 알루미늄 분말을 출발원료로 사용하고, RF 플라즈마 연소장치를 이용하여 나노 알루미늄 분말을 제조하였다. 이때, RF 플라즈마 연소장치를 30~50kW의 RF 발생 전력이 발생되도록 조절하고, 출발 알루미늄 분말의 공급 속도를 4~8gr/min으로 조절하였다. 또한, 공급용 가스는 아르곤과 수소의 혼합가스를 사용하면서 이때 아르곤 가스의 유량은 120slpm(standard liter per minute), 수소의 유량은 30slpm으로 고정하여 사용하였다.

한편 나노 알루미늄 입자의 합성실로 보내는 냉각용 가스로서 아르곤을 사용하였으며, 이때 아르곤 냉각용 가스의 유량을 150~350slpm으로 변화시켜 얻어지는 나노입자의 입도를 제어하였다.

이러한 조건에 의해 합성된 나노 알루미늄 분말은 대략 250gr/hr의 회수량을 보였으며, 얻어진 나노 알루미늄 분말의 순도 역시 출발원료인 알루미늄 분말의 순도와 동일하였다. 얻어진 분말의 입경을 측정하였는바, 평균 입자사이즈가 50 nm이었으며, 구형의 형상을 가지고 있음을 확인하였다. 얻어진 알루미늄 분말의 전자현미경 사진을 촬영하여 도 1에 나타내었다.

[ 비교예 1]

부피비로 물:이소보닐아크릴레이트=20:80의 비율을 갖는 이소보닐아크릴레이트 수지용액 100중량부에 대해 제조예 1에서 얻어진 알루미늄분말을 1중량부를 투입하고, 초음파를 이용하여 30 분간 분산시킨 후, 합성된 잉크 속의 알루미늄 입자의 분산거동을 측정하였다. 분산거동 측정은 터비스캔(Turbiscan) 측정기를 사용하여 총 7일간 측정하였다. 측정 초기 1분 동안은 매 10초마다 측정하고, 그 후 1시간 동안은 매 1분마다 측정하였으며, 1일 이후에는 매 1시간 간격으로 측정하였다.

그 결과 다이나믹 분산안정도 변화커브를 도 4(a)로 나타내었다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 최대 4% 이상의 높은 변화율을 나타내었다. 도 2는 얻어진 알루미늄 분말 함유 잉크의 7일 후의 색상변화를 육안으로 관찰한 사진으로서, 이로부터 알 수 있는 바와 같이 알루미늄 분말은 알루미늄 분말이 대부분 침전하여 잉크가 투명한 색상을 띄고 있었다.

[ 실시예 1]

제조예 1에서 얻어진 알루미늄 분말 3중량부를 상기 알루미늄 분말을 완전히 잠기게 하는 양의 에탄올에 풀어. 회전력 1000rpm으로 1시간 동안 비드밀로 교반하였다. 여기에, 메틸에틸케톤 0.2중량부에 폴리에스테르 분말 0.4중량부를 풀어 용액으로 만든 분산제를 혼합하고, 5분간 교반하였다.

위에서 얻어진 분산제를 포함하는 알루미늄분말을 이소보닐 아크릴레이트 100중량부에 함침하고, 30분간 울트라소닉으로 처리하여 알루미늄 함유 잉크를 합성하였다.

합성된 잉크 속의 알루미늄 입자의 분산거동을 측정하였다. 분산거동 측정은 터비스캔(Turbiscan) 측정기를 사용하여 총 7일간 측정하였다. 측정 초기 1분 동안은 매 10초마다 측정하고, 그 후 1시간 동안은 매 1분마다 측정하였으며, 1일 이후에는 매 1시간 간격으로 측정하였다.

그 결과로서, 표 1에 알루미늄 분말 함유 잉크의 분산거동 결과를 표시하고, 도 3에 본 실시예에서 얻어진 알루미늄 분말 함유 잉크의 7일 후의 색상을 촬영한 사진을 나타내며, 도 4에 시간경과에 따른 알루미늄 분말 함유 잉크의 동적 분산안정도 변화커브를 (b)로 나타내었다.

표 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 얻어진 알루미늄 분말 함유 잉크의 분산안정도 변화율은 0.6%에 지나지 않아, 분산안정성이 현저히 우수함을 알 수 있다. 그리고, 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이 알루미늄 분말이 침전함이 없이 분산상태를 유지하고 있음을 확인할 수 있었다.

[ 실시예 2]

실시예 1에서 사용한 동일한 나노 알루미늄 입자에 동일한 공정을 거쳐 잉크를 조제하였다. 다만, 이때, 분산제로는 소르비탄 트리스테아레이트를 사용하였다.

합성된 잉크의 알루미늄 입자의 분산거동을 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하여, 표 1에 알루미늄 분말 함유 잉크의 분산거동 결과를 표시하고, 도 4에 시 간경과에 따른 알루미늄 분말 함유 잉크의 동적 분산안정도 변화커브를 (c)로 나타내었다.

표 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 얻어진 알루미늄 분말 함유 잉크의 분산안정도 변화율은 0.72%에 지나지 않아, 분산안정성이 현저히 우수함을 알 수 있다. 그리고, 얻어진 알루미늄 분말 함유 잉크의 7일 후의 색상변화를 육안으로 관찰하였는바, 도 3에 나타낸 사진과 동일하게 알루미늄 분말이 침전함이 없이 분산상태를 유지하고 있음을 확인할 수 있었다.

[ 실시예 3]

실시예 1에서 사용한 동일한 나노 알루미늄 입자에 동일한 공정을 거쳐 잉크를 조제하였다. 다만, 이때, 분산제로는 소르비탄 모노올레이트를 사용하였다.

합성된 잉크의 알루미늄 입자의 분산거동을 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하여, 표 1에 알루미늄 분말 함유 잉크의 분산거동 결과를 표시하고, 도 4에 시간경과에 따른 알루미늄 분말 함유 잉크의 동적 분산안정도 변화커브를 (d)로 나타내었다.

표 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 얻어진 알루미늄 분말 함유 잉크의 분산안정도 변화율은 0.63%에 지나지 않아, 분산안정성이 현저히 우수함을 알 수 있다. 그리고, 얻어진 알루미늄 분말 함유 잉크의 7일 후의 색상변화를 육안으로 관찰하였는바, 도 3에 나타낸 사진과 동일하게 알루미늄 분말이 침전함이 없이 분산상태를 유지하고 있음을 확인할 수 있었다.

실시예No	실시간 측정 다이나믹 분산 안정도 변화율(%)							안정상태
	1일	2일	3일	4일	5일	6일	7 일
실시예 1	0.32	0.39	0.45	0.49	0.53	0.56	0.60	우수
실시예 2	0.54	5.6	0.64	0.66	0.67	0.7	0.72	우수
실시예 3	0.45	0.5	0.53	0.56	0.58	0.6	0.63	우수

도 1은 전도성 나노 알루미늄 입자의 전자현미경 사진이다.

도 2는 비교예 1에 따라 제조된 전도성 나노 알루미늄 함유 잉크의 7일 방치 후의 색상변화를 나타내는 사진이다.

도 3는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 전도성 나노 알루미늄 함유 잉크의 7일 후의 색상변화를 나타내는 사진이다.

도 4는 본 발명의 비교예 1 및 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 전도성 나노 알루미늄 함유 잉크의 7일간의 다이나믹 분산안정도 거동을 나타낸 그래프이다.

Claims (9)

1. 이소보닐아크릴레이트 수지용액;

   입자 사이즈 10 내지 100nm의 구형의 알루미늄 분말; 및

   폴리에스테르, 소르비탄 폴리스테아레이트, 소르비탄 모노올레이트 또는 소르비탄 트리 올레이트의 분산제

   를 포함하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 알루미늄 분말은 상기 이소보닐아크릴레이트 수지 100중량부 기준으로 1-30중량부인 것을 특징으로 하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물.
3. 제 1항에 있어서, 상기 알루미늄 분말은 회전속도 1000-2000rpm으로 1-5시간 동안 비드밀과의 마찰에 의해 표면개질된 것임을 특징으로 하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물.
4. 제 1항에 있어서, 상기 분산제는 알루미늄 분말 100중량부 기준으로 0.2 내지 5중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물.
5. 10 내지 100nm 범위의 입자사이즈를 갖는 알루미늄 분말을 회전속도 1000-2000rpm으로 1-5시간 동안 비드밀과 마찰시켜 알루미늄 입자의 표면을 개질하는 단계;

   상기 표면이 개질된 알루미늄 분말을 이소보닐아크릴레이트 수지용액에 혼합하는 단계; 및

   상기 알루미늄 분말과 이소보닐아크릴레이트의 혼합물에 폴리에스테르, 소르비탄트리스테아레이트, 소르비탄모노올레이트, 소르비탄트리올레이트 또는 이들의 혼합물을 분산제로서 첨가하는 단계

   를 포함하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물 제조방법.
6. 10 내지 100nm 범위의 입자사이즈를 갖는 알루미늄 분말을 회전속도 1000-2000rpm으로 1-5시간 동안 비드밀과 마찰시켜 알루미늄 입자의 표면을 개질하는 단계;

   이소보닐아크릴레이트 수지용액에 폴리에스테르, 소르비탄트리스테아레이트, 소르비탄모노올레이트, 소르비탄트리올레이트 또는 이들의 혼합물을 분산제로서 첨가하는 단계; 및

   상기 분산제가 첨가된 이소보닐아크릴레이트 수지용액에 상기 표면 개질된 알루미늄 분말을 혼합하는 단계

   를 포함하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물 제조방법.
7. 10 내지 100nm 범위의 입자사이즈를 갖는 알루미늄 분말을 회전속도 1000-2000rpm으로 1-5시간 동안 비드밀과 마찰시켜 알루미늄 입자의 표면을 개질하는 단계;

   상기 표면이 개질된 알루미늄 분말에 폴리에스테르, 소르비탄트리스테아레이트, 소르비탄모노올레이트, 소르비탄트리올레이트 또는 이들의 혼합물을 분산제로서 첨가하는 단계; 및

   상기 알루미늄 분말과 분산제의 혼합물을 이소보닐아크릴레이트 수지용액에 혼합하는 단계

   를 포함하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물 제조방법.
8. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 분말은 이소보닐아크릴레이트 수지 100중량부 기준으로 1-30중량부인 것을 특징으로 하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물 제조방법.
9. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분산제는 알루미늄 분말 100중량부를 기준으로 0.2-5중량부의 함량으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 강판의 표면처리용 자외선 경화형 수지 조성물 제조방법.

Images