KR101849679B1 - 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물, 이를 이용한 도전 필름의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 도전 필름 - Google Patents

도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물, 이를 이용한 도전 필름의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 도전 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체; 및 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제의 혼합물을 포함하여, 우수한 기계적 강도를 유지하면서도, 전기 전도성이 획기적으로 향상된 도전 필름을 제공할 수 있는 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물, 이를 이용한 도전 필름의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 도전 필름에 관한 것이다.

Description

도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물, 이를 이용한 도전 필름의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 도전 필름{Thermoplastic resin composition for conductive film, manufacturing method of conductive film using the same and conductive film manufactured by the same}
본 발명은 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체; 및 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제의 혼합물을 포함하는 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물, 이를 이용한 도전 필름의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 도전 필름에 관한 것이다.
최근 전자제품의 사용이 급속히 확대되면서 가정, 산업현장, 사무실 등에서 다양한 도전성 필름의 용도가 증대하고 있으며 제품의 소형화, 박막화를 선호하는 추세에서 이러한 요구는 더욱 늘어날 전망이다.
종래 탄성이 있으면서 10-2 이하의 우수한 도전성 필름을 얻기 위하기 위해서 부직포 등의 직물에 무전해방식 금속도금을 입히는 방법 등을 써 왔으나 제조공정상 생산효율이 떨어지고 광폭의 필름을 연속식으로 생산하기가 어렵고 더욱이 탄성이 좋으면서 150um 미만의 박막제품을 형성하는데 어려운 문제가 있었다.
또한, 종래에는 도전 필름을 얻기 위하여, 열가소성 고분자수지 및 도전성 충전제를 이용하는 기술이 공지되어 있으나, 대부분의 공지기술의 경우, 열가소성 고분자수지 내에서의 도전성 충전제의 분산성이 떨어지기 때문에 도전 필름 자체의 도전성이 떨어지는 문제점이 있었다. 특히, 탄성, 가요성, 또는 내구성과 같은 기계적 물성을 개선하기 위하여, 특정 열가소성 고분자수지에 메탈로센 수지와 같은 고분자 수지를 단순 혼합 사용하는 경우는 있었으나, 이러한 경우에도 단순 혼합만으로는 도전성 충전제의 분산성이 떨어지기 때문에 도전 필름 자체의 도전성이 떨어지는 문제점이 있었다.
미국 특허출원공개공보 US2007/0218368호(2007.09.20.) 일본 공개특허공보 특개2005-048161호(2005.02.24.) 국제공개공보 WO2005/105914(2005.11.10.)
본 발명의 일 구현예는 기계적 물성뿐만 아니라, 전기 전도성이 우수하고, 생산 로스가 적고, 소량 단위 생산이 가능하며, 150 um 미만의 초박막 필름을 용이하게 압출 성형할 수 있는 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예는 상기 본 발명의 일 구현예에 따른 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 이용한 도전 필름의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 본 발명의 일 구현예에 따른 도전 필름의 제조 방법에 의하여 제조된 도전 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체 70 내지 80 중량%; 및 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제의 혼합물 20 내지 30 중량%를 포함하는 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 제공한다.
상기 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제의 혼합물은 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제가 각각 1: 0.5 내지 2 중량비로 혼합될 수 있다. 또한, 상기 도전성 충진제는 전도성 고분자 100 중량부에 대하여, 도전성 금속분말 1 내지 50 중량부, 및 탄소나노튜브 10 내지 30 중량부를 포함하는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상온에서 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제를 혼합한 후, 140 내지 200℃의 온도 범위에서 용융하는 단계; 140 내지 200℃의 온도 범위에서, 상기 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제의 혼합물 20 내지 30 중량%와, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체 70 내지 80 중량%를 혼합하여, 용융된 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 얻는 단계; 및 상기 용융된 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 압출하는 단계를 포함하는 도전 필름의 제조 방법을 제공한다.
상기 도전성 충진제는 전도성 고분자 100 중량부에 대하여, 도전성 금속분말 1 내지 50 중량부, 및 탄소나노튜브 10 내지 30 중량부를 포함하는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 본 발명의 일 구현예에 따른 도전 필름의 제조 방법에 의하여 제조되는 도전 필름을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물은 전체 조성물 내에 포함되는 도전성 충전제의 분산 안정성이 매우 우수한 효과가 있다. 이로써, 상기 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 이용하여 제조된 도전 필름의 전기 전도성이 획기적으로 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 이용하여 제조된 도전 필름은 우수한 기계적 강도를 유지하기 때문에, 1 m 이상의 광폭이고, 150 μm 이하 두께를 갖는 도전 필름을 용이하게 압출 성형할 수 있는 효과가 있다.
이로써, 정전기 방지, 전자기파 흡수체, 전자기파 차폐용 재료, 광전화학 전지, 하드 혹은 플렉서블 전자제품의 전극재료나 부품 패키징용 제품에 응용될 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 일 구현예는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체 70 내지 80 중량%; 및 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제의 혼합물 20 내지 30 중량%를 포함하는 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 제공한다.
이러한 본 발명에 따른 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물은 도전성 충진제를 일단 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지와 함께 혼합한 것을 사용함으로써, 전체 조성물 내에 포함되는 도전성 충전제의 분산 안정성이 매우 우수해지는 효과가 있다. 이것은 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체와 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지를 혼합하여 반응되기 전에, 도전성 충진제의 표면을 먼저 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지로 감싸줌으로써, 도전성 충전제의 분산성이 향상된 것으로 보여진다. 이로써, 상기 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 이용하여 제조된 도전 필름의 전기 전도성이 획기적으로 향상되는 효과가 있는 것이다.
이 때, 상기 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제의 혼합물은 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제가 각각 1: 0.5 내지 2 중량비로 혼합되는 경우 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 최종 형성되는 도전 필름용 열가소성 고분자 수지의 기계적 물성을 조절하는 것이 용이해지고, 압출시 압출특성을 향상시킬 수 있다. 보다 바람직하기로는 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제가 각각 1: 1 중량비로 혼합되는 것이 좋다.
또한, 상기 도전성 충진제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않지만, 보다 구체적으로 도전 필름의 도전성 및 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지와의 혼화성을 고려하여, 전도성 고분자, 도전성 금속분말, 및 탄소나노튜브의 혼합물로 이루어진 도전성 충진제를 사용하는 것이 좋다. 보다 바람직하기로는 전도성 고분자 100 중량부에 대하여, 도전성 금속분말 1 내지 50 중량부, 및 탄소나노튜브 10 내지 30 중량부를 포함하는 것을 사용하는 것이 좋다.
특히, 상기 도전성 금속분말 및 탄소나노튜브는 각각 전도성 고분자와 혼합한 후에, 각각 전도성 고분자와 혼합된 도전성 금속분말 및 전도성 고분자와 혼합된 탄소나노튜브를 혼합한 도전성 충진제를 사용함으로써, 상기한 효과를 더욱 개선할 수 있다.
상기 전도성 고분자는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않지만, 예를 들면, 폴리싸이오펜(polythiophene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜), 폴리 아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 보다 바람직하기로는 폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜)을 사용하여, Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지와의 혼화성을 향상시킬 수 있다.
상기 도전성 금속분말은 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않지만, 예를 들면, 은(Ag), 은이 코팅된 동(Ag coated Cu), 동 (Copper), 알루미늄(Aluminium), 니켈(Nikel), 철(Iron), 주석(Sn), 아연(Zn) 및 이들 도전성 금속분말이 전기적 특성에 따라 적절한 배합비로 혼합된 분말로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물은 사용 목적에 따라, 안료, 산화방지제, 상용화제, 충진제, 항균제, 난연제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 첨가제는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부 범위로 사용하는 것이 좋다.
상기 안료는 내열성, 내후성, 내약품성이 우수하며 중금속 화합물을 포함하지 않으며 각종 용매에 스며 나오지 않는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 상기 안료는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않지만, 예를 들면, 흑색 안료, 백색 안료, 황색 안료, 적색 안료, 청색 안료 등을 들 수 있다. 특히, 상기 흑색 안료로서 분말상의 카본 블랙을 사용할 수 있다.
상기 산화방지제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않지만, 예를 들면, 내후성, 내노화성, 내광성을 더욱 향상시키기 위하여, Ciba-Gelgy사의 페놀계 Ultranox 1010, General Electric Specialty Chemicals 사의 포스페이트계 Ultranox 626 등을 사용할 수 있다.
상기 상용화제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않지만, 예를 들면, 내한성을 더욱 향상시키기 위하여, 메틸메타아크릴레이트(MMA), 글리시딜메타아크릴레이트(GMA), 에틸아크릴레이트(EA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 이 때, 상기 메틸메타아크릴레이트(MMA), 글리시딜메타아크릴레이트(GMA), 에틸아크릴레이트(EA)이 각각 70 내지 98 중량%: 1 내지 25 중량%: 1 내지 5 중량%로 포함되는 MMA/GMA/EA 혼합수지를 사용하는 것이 좋고, 상기 메틸메타아크릴레이트(MMA), 글리시딜메타아크릴레이트(GMA), 에틸아크릴레이트(EA)는 각각 수평균 분자량이 10,000 내지 100,000 범위인 것을 사용하는 것이 좋다.
상기 충진제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않지만, 예를 들면, 성형성을 향상시키기 위하여, 스톤 파우더를 사용할 수 있다. 상기 스톤 파우더는 보다 구체적으로 산성백토, 알루미나, 탄산칼슘, 산화철, 규사, 규회석, 점토, 납석, 카올린, 고령토, 중정석, 장석, 엽장석, 도석, 활석, 흑연 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 좋다. 이 때, 상기 스톤 파우더는 60 내지 1000 메쉬의 입도를 갖는 것을 사용하는 것이 좋다,
상기 항균제 및 난연제는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 그 종류를 특별히 한정하지 않는다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상온에서 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제를 혼합한 후, 140 내지 200℃의 온도 범위에서 용융하는 단계; 140 내지 200℃의 온도 범위에서, 상기 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제의 혼합물 20 내지 30 중량%와, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체 70 내지 80 중량%를 혼합하여, 용융된 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 얻는 단계; 및 상기 용융된 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 압출하는 단계를 포함하는 도전 필름의 제조 방법을 제공한다.
상기 도전성 충진제는 전도성 고분자 100 중량부에 대하여, 도전성 금속분말 1 내지 50 중량부, 및 탄소나노튜브 10 내지 30 중량부를 포함하는 것을 사용할 수 있다.
또한 도전 필름 내에 포함되는 열가소성 고분자 수지 조성물의 기타 다른 성분 및 함량의 특징은 상기한 바와 같다.
본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 본 발명의 일 구현예에 따른 도전 필름의 제조 방법에 의하여 제조되는 도전 필름을 제공한다.
상기 도전 필름은 50 내지 150 μm의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물은 전체 조성물 내에 포함되는 도전성 충전제의 분산 안정성이 매우 우수한 효과가 있다. 이로써, 상기 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 이용하여 제조된 도전 필름의 전기 전도성이 획기적으로 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 이용하여 제조된 도전 필름은 우수한 기계적 강도를 유지하기 때문에, 1 m 이상의 광폭이고, 150 μm 이하 두께를 갖는 도전 필름을 용이하게 압출 성형할 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
도전성 충진제로서, 폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜) 100 중량부; Ag 분말 20 중량부; 및 탄소나노튜브 30 중량부를 혼합하였다.
상온에서 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 상기 준비된 도전성 충진제를 각각 1: 1의 중량비로 혼합한 후, 약 150 ℃의 온도 범위에서 용융하였다. 약 150℃의 온도 범위에서, 상기 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제의 혼합물 30 중량%와, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체 70 중량%를 혼합하여, 용융된 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 얻었다. 상기 용융된 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 압출함으로써, 도전 필름을 제조하였다.
비교예
도전성 충진제로서, 폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜) 100 중량부; Ag 분말 20 중량부; 및 탄소나노튜브 30 중량부를 혼합하였다.
상온에서 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 15 중량%, 상기 준비된 도전성 충진제 15 중량%, 및 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체 70 중량%를 혼합한 후, 약 150 ℃의 온도 범위에서 용융하였다. 상기 용융된 도전 필름용 조성물을 압출함으로써, 도전 필름을 제조하였다.
실험예: 표면저항 측정
상기 실시예 및 비교예에서 얻은 도전 필름에 대하여 전기저항 측정기로 전기저항을 측정하였다.
전기저항(Ω)
실시예 7.5 ×103
비교예 1.2 ×107
표면저항은 도전 필름 표면의 전자들이 자유롭게 이동하는데 방해를 얼마나 받는가를 저항치로 나타낸 것으로, 대전방지특성 및 전기 전도성에 영향을 미친다. 본 발명의 실시예에 따른 도전 필름의 표면저항을 측정한 결과, 모든 성분을 동시에 혼합하여 용융 압출한 비교예와 비교하여, 전기저항이 낮아 전기전도성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
이로써, 본 발명의 일 구현예에 따른 도전 필름은 정전기 방지, 전자기파 흡수체, 전자기파 차폐용 재료, 광전화학 전지, 하드 혹은 플렉서블 전자제품의 전극재료나 부품 패키징용 제품에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체 70 내지 80 중량%; 및
    Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제가 각각 1: 0.5 내지 2 중량비로 혼합되는 혼합물 20 내지 30 중량%를 포함하며,
    상기 도전성 충진제는 폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜) 100 중량부에 대하여, 은(Ag), 은이 코팅된 동(Ag coated Cu), 동 (Copper), 알루미늄(Aluminium), 니켈(Nikel), 철(Iron), 주석(Sn), 아연(Zn) 및 이들 도전성 금속분말이 전기적 특성에 따라 적절한 배합비로 혼합된 분말로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 도전성 금속분말 1 내지 50 중량부, 및 탄소나노튜브 10 내지 30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물.
  4. 상온에서 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제를 각각 1: 0.5 내지 2 중량비로 혼합한 후, 140 내지 200℃의 온도 범위에서 용융하는 단계;
    140 내지 200℃의 온도 범위에서, 상기 Amorphous ethylene-propylene (EP) segments를 갖는 메탈로센 수지 및 도전성 충진제의 혼합물 20 내지 30 중량%와, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체 70 내지 80 중량%를 혼합하여, 용융된 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 얻는 단계; 및
    상기 용융된 도전 필름용 열가소성 고분자 수지 조성물을 압출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전 필름의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 도전성 충진제는 폴리(3,4-에틸렌디옥시싸이오펜) 100 중량부에 대하여, 은(Ag), 은이 코팅된 동(Ag coated Cu), 동 (Copper), 알루미늄(Aluminium), 니켈(Nikel), 철(Iron), 주석(Sn), 아연(Zn) 및 이들 도전성 금속분말이 전기적 특성에 따라 적절한 배합비로 혼합된 분말로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 도전성 금속분말 1 내지 50 중량부, 및 탄소나노튜브 10 내지 30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도전 필름의 제조 방법.
  6. 제 4 항 내지 제 5 항 중에서 선택되는 어느 한 항에 따른 도전 필름의 제조 방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 도전 필름.
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