KR101830059B1 - 전자파 차폐용 코팅 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전자파를 차폐하기 위하여, 핸드폰 등의 전자기기의 외부층에 코팅 처리할 수 있는 코팅 조성물에 관한 것으로, 본 코팅 조성물은 폴리우레탄; 유기 이온성 도전제; 분산 용매; 무황변 경화제; 및 첨가제를 포함한다.

Description

전자파 차폐용 코팅 조성물{Coating composition for electromagnetic wave shielding}
본 발명은 전자파 차폐용 코팅 조성물에 관한 것으로, 구체적으로 핸드폰이나 전자기기의 외부층에 도포하는 것에 의해 전자파를 차폐할 수 있는 폴리우레탄 기반 코팅 조성물에 관한 것이다.
최근 전자파가 암을 비롯한 다양한 질병을 유발할 수 있다는 연구 결과가 보고되고 있어, 전자파를 차단 또는 차폐할 수 있는 방안이 강하게 요구되고 있다.
전자파는 모든 전자기기에서 발생하는 것으로, 전자기기에 둘러싸여 살고 있는 것과 다름없는 현대인은 전자파에 필연적으로 노출될 수 밖에 없는 상황이다. 특히 스마트폰의 등장과 함께 남녀노소 불문하고 더 높은 강도의 전자파에 더 많이 무방비로 노출되고 있다.
더불어 전자파는 인체에 미치는 악영향 외에 전자기기 자체에도 영향을 미쳐, 오작동을 일으키게 하는 등의 문제를 일으키는 것으로 보고되고 있다.
또한 정보화 사회라 불리는 만큼 각종 전자기기를 통한 정보 교환량도 급속도로 늘어났으며, 그만큼 전파 사용의 밀집도가 높아지면서 전자파 환경은 더욱 악화되고 있다.
따라서 선진 각국에서는 전자파 규제를 강화하고 있으며, 국내에서도 환경오염물질로 분류를 요구할 만큼 전자파 규제에 대한 강도 높은 논의가 이루어지고 있어, 머지않아 전자파 규제의 법제화가 이루어질 것으로 예측된다.
종래에도 전자파 차폐 또는 차단을 위해, 금, 은, 니켈, 구리 등의 무기물 소재나 카본블랙, 카본 나노 튜브(CNT), 그래핀 등의 탄소 소재 등의 도전성 소재를 이용하여 전자파를 차폐하거나 흡수하는 코팅재가 연구 개발되어 왔다. 그러나 이와 같은 도전성 소재를 사용하는 코팅재의 경우, 도전성 소재로 사용되는 무기물 소재가 귀금속이 많고, 귀금속이 아닌 무기물 소재도 비용 절감을 위해 개발되어 사용되고 있으나, 마찬가지로 고가인 단점이 있다. 다른 도전성 소재인 탄소 소재는 색상에 한계가 있고, 또한 입도의 형상과 분포가 고르지 못해 도전성의 편차가 존재한다.
따라서 본 발명은 전자기기의 외부층에 간단히 코팅하여 전자파를 차폐할 수 있는 코팅 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 코팅 조성물이 도포되어 전자파가 차폐된 핸드폰 외장재 등의 전자기기 외장재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리우레탄; 유기 이온성 도전제; 분산 용매; 무황변 경화제; 및 첨가제를 포함하는 전자파 차폐용 코팅 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 폴리우레탄 20~40 중량부; 유기 이온성 도전제 5~10 중량부; 분산 용매 30~70 중량부; 무황변 경화제 3~5 중량부; 및 첨가제 2~5 중량부를 포함하는 전자파 차폐용 코팅 조성물이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 폴리우레탄은 폴리에스테르 폴리올과 폴리이소시아네이트의 중합 반응에 의해 얻어진 것이 사용될 수 있으며, 폴리올의 불포화도는 0.02 meq/g 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 유기 이온성 도전제는 유기금속염을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 유기 금속염은 적어도 0.5% 이상 20% 이하가 싱글 이온화되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 유기 금속염은 플루오로기를 갖는 유기금속염; 설포닐기를 갖는 유기금속염; 및 플루오르기 및 설포닐기를 갖는 유기금속염으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 유기 금속염은 비스(플루오로알킬설포닐)이미드의 금속염, 플루오로알킬설폰산의 금속염, 또는 이들의 혼합물이 될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 무황변 경화제는 디페닐-4,4'-디이소시아네이트가 될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 코팅 조성물은 104 ~ 108Ω/㎝ 이하의 체적 저항을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 전자파 차폐용 조성물이 2 ~ 20㎛ 두께로 도막되어 있는 전자기기의 외장재가 제공될 수 있다.
본 발명의 전자파 차폐용 코팅 조성물은 종래에 사용되는 코팅물에 비해 가격이 저렴한 장점이 있다. 또한 무색의 도막을 형성할 수 있어 제품의 외관에 영향을 주지 않으면서도, 전자파 차폐 성능을 용이하게 부여할 수 있다.
따라서 본 발명의 전자파 차폐용 코팅 조성물을 이용하면, 전자파 차폐 기술이 요구되는 제품의 외관에 단순히 코팅 도막을 형성시키는 것에 의해, 매우 효과적으로 전자파를 차폐할 수 있다. 또한, 본 발명의 전자파 차폐용 코팅 조성물에 함유되는 유기 이온성 도전제 이온체의 함량과 코팅 조성물의 도포 두께 조절을 통해서 용이하게 전자파를 원하는 수준으로 제어할 수 있다.
본 발명은 전자파를 차폐하기 위하여, 핸드폰의 전자기기의 외부층, 즉 제품을 구성하는 외장재의 표면에 코팅 처리할 수 있는 코팅 조성물에 관한 것으로, 본 코팅 조성물은 폴리우레탄; 유기 이온성 도전제; 분산 용매; 무황변 경화제; 및 첨가제를 포함한다.
본 발명의 전자파 차폐용 코팅 조성물은 우레탄 수지를 사용하므로 다양한 표면에 우수한 박리 강도를 가지는 도전성 코팅막을 형성할 수 있다. 또한 경화제를 사용하여 제품의 내구성을 높여 주며, 무황변 타입으로 광 안정성이 우수하다.
이하, 본 발명의 구성에 대해 상세히 설명한다.
폴리우레탄은 폴리에스테르 폴리올 주쇄에 폴리이소시아네이트를 중합시켜 얻어진 것으로서, 폴리올의 평균 불포화도가 0.2meq/g 이하인 것이 바람직하다.
폴리에스테르 폴리올은 이염기산과 글리콜이나 트리올을 탈수 축합 반응시켜 제조한 것으로, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 아디프산과 디에틸렌글리콜을 탈수 축합시켜 얻어진 것이 될 수 있다.
폴리올의 평균 불포화도는 작을수록 바람직하며, 0.2meq/g를 초과하면 반응성이 저하되어 바람직하지 않다.
폴리우레탄은 전자파 차폐용 조성물 전체 중량에 대하여 20~40 중량부 포함되는 것이 바람직하며, 20 중량부 미만 포함되면 박리강도 및 신율과 같은 물성이 저하되고, 40 중량부를 초과하면 도전성이 떨어져 바람직하지 않다.
유기 이온성 도전제는 코팅 조성물에 전자파 차폐 기능을 부여하기 위한 것으로, 유기 금속염을 포함한다.
유기 금속염은 플루오르기를 갖는 유기 금속염; 설포닐기를 갖는 유기 금속염; 및 플루오르기 및 설포닐기를 갖는 유기 금속염으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 화합물이 사용될 수 있다.
더 구체적으로, 유기 금속염은 비스(플루오로알킬설포닐)이미드의 금속염, 플루오로알킬설폰산의 금속염, 또는 이들의 혼합물이 될 수 있다.
유기 금속염으로서는 알칼리 금속염, 알칼리 토류 금속염, 또는 그 외 금속염이 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면 LiClO4, LiBF4, LiAsF4, NaClO4, KBF4와 같은 금속염을 포함하는 비스(플루오로알킬설포닐)이미드의 금속염, 플루오로알킬설폰산의 금속염, 또는 이들의 혼합물로서 사용될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiC(SO2CF3)3, LiCH(SO2CF3)3, LiSF5CF2SO3, Li[(OCH(CF3)2)6Nb]가 있다.
유기 금속염은 적어도 0.5% 이상 20% 이하가 싱글 이온화되어 있는 것이 바람직하다. 싱글 이온화는 전하를 한 방향으로 띄는 것을 의미하며, 전하의 이동 속도가 빠른 장점이 있다. 싱글 이온화 정도가 상기 범위를 만족할 때 원하는 수준의 도전성을 구현할 수 있다. 20%를 초과하면 용해가 되지 않아 침전되는 현상이 발생하고, 0.5% 미만이면 이온화도가 낮아 도전성이 떨어져 바람직하지 않다.
유기 이온성 도전제는 전자파 차폐용 코팅 조성물이 104 ~ 108Ω/㎝ 이하의 체적 저항을 가지도록 함유되는 것이 바람직하다. 체적 저항값이 위 범위를 만족하지 않으면 차폐율이 떨어지게 되어 바람직하지 않다.
유기 이온성 도전제는 전자파 차폐용 조성물 전체 중량에 대하여 5~10 중량부 포함되는 것이 바람직하며, 5 중량부 미만 포함되면 저항이 낮고, 10 중량부를 초과하면 용매에 녹지 못하고 염류가 석출이 되기도 하여 바람직하지 않다.
분산 용매는 메틸에틸케톤(MEK), 에틸아세테이트(Ethylacetate), 디메틸설폭사이드(DMSO), 디메틸포름아마이드(DMF), 이소프로필알콜(IPA) 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게 메틸에틸케톤(MEK), 에틸아세테이트(Ethylacetate), 디메틸설폭사이드(DMSO)가 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
분산 용매는 전자파 차폐용 조성물 전체 중량에 대하여 30~70 중량부 포함되는 것이 바람직하며, 30 중량부 미만 포함되면 고형분을 용해시키기 어렵게 되고, 70 중량부를 초과하면 묽게 되어 도전성과 물성이 감소하여 바람직하지 않다.
무황변 경화제는 일반적인 NCO 유형의 타입이 사용될 수 있으며, 벤젠 고리의 작용기가 없어 광에 의해 물성 변화 및 변색이 생기지 않는 것이 바람직하다. 예를 들면, 디페닐-4,4'-디이소시아네이트가 사용될 수 있다.
무황변 경화제는 전자파 차폐용 조성물 전체 중량에 대하여 3~5 중량부 포함되는 것이 바람직하며, 3 중량부 미만 포함되면 물성이 떨어지게 되고, 5 중량부를 초과하면 하드하게 되어 바람직하지 않다.
첨가제는 코팅 조성물의 물성 조절을 위해 첨가되는 것으로, 분산안정제, 침강방지제, 커플링제, 소포제, 열안정제, 레벨링제 등이 있다.
첨가제는 전자파 차폐용 조성물 전체 중량에 대하여 2~5 중량부 포함되는 것이 바람직하며, 2 중량부 미만 포함되면 안정성이 떨어지고, 5 중량부를 초과하면 도전성을 저하시켜 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 코팅 조성물은 (a) 유성 우레탄 수지를 제조하는 단계, (b) 우레탄 수지를 용매에 분산하는 단계, (c) 유기 이온성 도전제를 첨가하여 도전성을 부여하는 단계, (d) 첨가제를 혼합하여 물성을 조절하는 단계, (e) 무황변 경화제를 사용하여 접착력과 가교도를 높이는 단계를 통해 제조될 수 있다.
제조된 코팅 조성물은 다양한 고분자 수지로 이루어진 핸드폰과 같은 전자기기의 외장재 외부층에 특별한 제한없이 이 기술분야에서 공지된 방법에 따라 도포될 수 있다.
코팅층의 두께는 7 ~ 30㎛ 두께로 도포되는 것이 바람직하다. 도포된 두께가 7㎛보다 얇으면 코팅층 자체의 물성 저하를 가져올 수 있으며, 30㎛보다 두꺼우면 지나치게 많이 코팅되어 차폐 효과 대비 비용만 증가하게 된다.
코팅 조성물의 도포 후 경화되어 형성된 도막층의 두께는 2 ~ 20㎛인 것이 바람직하다. 위 범위로 할 경우, 전자파 차폐 효과도 우수하면서 전자기기의 외관에도 영향을 주지 않게 되어 바람직하다.
실시예
실시예 1 - 3
폴리우레탄(폴리올 불포화도 0.2meq/g) 30 중량부, 유기 이온성 도전제 리튬 트리플 레이트 LiCF3SO3 5 중량부, 분산용매로 메틸에틸케톤, 에틸아세테이트 및 디메틸설폭사이드(DMSO)의 혼합 용매 60 중량부, 무황변 경화제로 디페닐-4,4'-디이소시아네이트 3 중량부, 첨가제로 분산안정제, 커플링제, 열안정제를 총 2 중량부를 사용하여, 코팅 조성물 제조방법에 따라 제조하였다.
제조된 코팅 조성물을 이용하여 물성 평가를 위한 폴리프로필렌 외장재에 스크린 프린팅(100~200 메쉬)을 이용하여, 실시예 1 내지 3에 나타낸 두께로 되도록 수 차례 코팅을 하였다.
외장재에 코팅된 도막에 대해 전자파 차폐율을 측정하였다. 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
비교예 1 - 2
폴리우레탄(폴리올 불포화도 0.2meq/g) 30 중량부, 유기 이온성 도전제 2 중량부, 분산용매로 MEK, Ethylacetate, DMSO 를 63 중량부, 무황변 경화제를 2 중량부, 첨가제로 분산안정제, 커플링제, 열안정제를 총 3 중량부를 사용하여, 실시예에 따라서 코팅 조성물 제조 및 코팅을 실시하였다.
외장재에 코팅된 코팅 조성물의 두께를 달리하여 비교예 1 및 2로 실시하였으며, 전자파 차폐율을 측정하였다. 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
구분 두께(㎛) 전자파 차폐율(%)
실시 예 1 8 56.6
실시 예 2 15 65.7
실시 예 3 25 78.5
비교 예 1 5 22.3
비교 예 2 25 50.3
평가방법
전자파 차폐율은 전자파 차폐 효과를 측정한 후 환산하여 얻었다.
전자파 차폐 효과는 입사 전력에 대해 시편을 통과하여 수신되는 수신 전력의 비로서 정의된다. 시편 재료를 통과해 수신되는 전력을 P1이라 하고 재료가 없는 상태에서의 수신 전력을 P2라 하면 재료의 전자파 차폐 효과(dB)는 아래 식으로 계산된다.
dB = 10 × logP1/P2
측정방법은 ASTM(D4935-89) 규격의 플랜지형 동축 전송선 측정 치구(flanged circular coaxial transmission line sample holder)를 사용하였다. 이 측정 기구는 원역장의 전자파 차폐효과를 측정하는데 사용되며, 측정 신뢰도가 높고 반복적인 실험 결과를 얻을 수 있어 재료의 원역장 차폐 특성을 측정하는 기준 측정 기구로 사용할 수 있다. 두 개의 큰 동축형 플렌지 사이에 디스크형의 시편을 넣고 전자파를 입사시키면 두 값의 차로부터 시편 재료의 전자파 차폐 효과를 구할 수 있다. 이 측정 기구를 사용할 때의 측정 주파수 대역은 1MHz ~ 1.8GHz 정도인데 주파수 하한은 측정 기기의 주파수 한계에 의해 제한되며, 주파수 상한은 치구의 물리적 크기에 의한 공진 주파수에 의해 제한된다.
측정된 전자파 차폐 효과가 "-A(dB)" 값을 가지는 경우, 전자파 차폐율(%)은 (1-10-A/10)×100의 식으로 얻어진다.
표 1에 따르면, 본 발명의 코팅 조성물을 사용한 실시예 1 내지 3의 경우 비교예에 비하여 현저히 두께가 얇은 경우에도 우수한 전자파 차폐율을 나타내는 것으로 나타났다. 특히 25㎛의 동일한 두께의 도막층을 가지는 실시예 3과 비교예 2는 전자파 차폐율에서 각각 78.5%와 50.3%를 나타냈다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (9)

  1. 폴리우레탄;
    유기 이온성 도전제;
    분산용매;
    무황변 경화제; 및
    첨가제를 포함하는 전자파 차폐용 코팅 조성물로서,
    상기 유기 이온성 도전제는 LiClO4, LiBF4, LiAsF4, NaClO4 및 KBF4로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속염을 포함하는 비스(플루오로알킬설포닐)이미드의 금속염, 플루오로알킬설폰산의 금속염, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 폴리우레탄 20~40 중량부;
    유기 이온성 도전제 5~10 중량부;
    분산용매 30~70 중량부;
    무황변 경화제 3~5 중량부; 및
    첨가제 2~5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리우레탄은 폴리에스테르 폴리올과 폴리이소시아네이트의 중합 반응에 의해 얻어진 것으로, 상기 폴리올의 불포화도가 0.02 meq/g 이하인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 코팅 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유기 이온성 도전제는 LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiC(SO2CF3)3, LiCH(SO2CF3)3, LiSF5CF2SO3, Li[(OCH(CF3)2)6Nb]로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속염인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 코팅 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 무황변 경화제는 디페닐-4,4'-디이소시아네이트인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 코팅 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 104 ~ 108Ω/㎝ 이하의 체적 저항을 가지는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 코팅 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 전자파 차폐용 조성물이 2 ~ 20㎛ 두께로 도막된 것을 특징으로 하는 전자기기의 외장재.
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