KR102046880B1 - 대전방지용 탄소 복합재, 성형품 및 그 제조방법 - Google Patents

대전방지용 탄소 복합재, 성형품 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소복합소재에 관한 것으로서, 고분자 수지 및 특정 조건의 탄소소재를 포함함으로써, 유전율을 제어하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 탄소복합소재 및 이를 이용한 유전율 제어 방법은, 탄소소재의 비표면적과 탄소복합소재 간의 유전 특성 상관 관계를 확립하여, 회로 및 전자 소재 등에 다양하게 적용할 수 있다.

Description

대전방지용 탄소 복합재, 성형품 및 그 제조방법{ELECTROCONDUCTIVE CARBON COMPOSITE MATERIAL, MOLDED ARTICLE AND PROCESS FOR PREPARING THEREOF}
본 발명은 대전방지용 탄소 복합재, 성형품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 낮은 탄소소재 함량으로, 전기전도성을 비롯한 기계적 물성을 향상시킬 수 있는 복합재, 성형품 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에는 전자제품 기술의 발달로 전자제품의 소형화와 고집적화, 고성능화가 이루어지고 있으며, 이에 따라 전자제품 및 부품 등 소재의 이송과 보관 중에 발생할 수 있는 전기적 손상을 방지하기 위하여, 전기 전도성 소재가 사용되고 있다.
상기와 같은 용도로 사용되는 것으로는 예를 들어, 전자부품 이송 카트, 전자부품 이송 파이프 코팅재, 열성형용 전자부품 트레이(IC tray) 등이 있으며, 반도체 칩의 제조공정 간 이송 및 제조 후 포장 등에 사용되고 있다. 상기와 같은 트레이 등은 반도체 칩의 유형 및 종류에 따라, 크기 및 형태가 정해지고, 회로 등이 인쇄되어 있는 부품에 대하여 분진, 수분 등에 의한 전기적 쇼크 등의 손상을 방지하는 역할을 할 수 있다. 상기 카트, 파이프 트레이 등은 부품의 제조 공정 중에는 수분의 제거를 위하여, 가열하는 공정을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 부품이 담긴 트레이를 베이킹(baking) 하는 단계를 포함할 수 있으므로, 상기 트레이 등의 소재는 내열성 및 베이킹 전, 후의 안정성과 저왜곡성, 정전분산, 표면저항, 전기전도성, 낮은 탈리성(low sloughing) 등의 물성이 요구된다.
종래에는 상기와 같은 물성을 만족시키기 위하여, 탄소섬유 또는 카본블랙(carbon black)을 사용하는 소재가 적용되고 있다.
하지만, 탄소섬유 또는 카본블랙을 포함하는 경우, 성형성과 저탈리(low sloughing) 특성을 향상시키는 데에 한계가 있다. 구체적으로, 카본 필러 함량이 높아 성형성이 떨어지며 카본이 묻어 나오는 문제점이 있다.
따라서, 대전방지용 복합재에 대하여, 강도, 저탈리(low sloughing), 표면저항, 정전분산 등의 물성을 동시에 향상시키기 위한 최적의 조성을 제공하기 위한 연구가 요구된다.
본 발명의 목적은 대전방지용 탄소 복합재를 제공하는 것이다.
또한, 상기 탄소 복합재를 포함하는 성형품을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 성형품을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
열가소성 수지; 및
열가소성 수지 총 중량을 기준으로 탄소나노튜브 0.1 내지 10중량%를 포함하고,
상기 열가소성 수지가 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 및 폴리스티렌을 포함하는 것인 대전방지용 탄소 복합재를 제공한다.
또한, 상기 탄소나노튜브의 평균 입경은 5nm 내지 50nm, 평균 길이가 10 μm 내지 100 μm 일 수 있다.
또한, 상기 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체와 폴리스티렌의 함량비는 1:9 내지 8:2 일 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브의 함량은 0.5 내지 3중량%일 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브는 강직한 랜덤코일 형태일 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브는 단일벽, 다중벽 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
또한, 상기 열가소성수지는 폴리카보네이트 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리아미드 수지, 아라미드수지, 방향족 폴리에스테르 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리에스테르카보네이트 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리페닐렌설피드 수지, 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰 수지, 폴리아릴렌 수지, 시클로올레핀계 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리비닐아세탈 수지, 폴리케톤 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 폴리아릴케톤 수지, 폴리에테르니트릴 수지, 액정 수지, 폴리벤즈이미다졸 수지, 폴리파라반산 수지, 방향족 알케닐 화합물, 메타크릴산에스테르, 아크릴산에스테르, 및 시안화비닐 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 비닐 단량체를, 중합 혹은 공중합시켜서 얻어지는 비닐계 중합체 혹은 공중합체 수지, 디엔-방향족 알케닐 화합물 공중합체 수지, 시안화비닐-디엔-방향족 알케닐 화합물 공중합체 수지, 방향족 알케닐 화합물-디엔-시안화비닐-N-페닐말레이미드 공중합체 수지, 시안화비닐-(에틸렌-디엔-프로필렌(EPDM))-방향족 알케닐 화합물 공중합체 수지, 폴리올레핀, 염화비닐 수지, 염소화 염화비닐 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 탄소복합소재는 항균제, 이형제, 열안정제, 산화방지제, 광안정제, 상용화제, 염료, 무기물 첨가제, 계면활성제, 핵제, 커플링제, 충전제, 가소제, 충격보강제, 혼화제, 착색제, 활제, 정전기방지제, 안료, 방염제 및 이들의 하나 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가제로부터 선택되는 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 탄소복합소재는 탄소나노튜브를 상기 열가소성 수에 첨가할 때에 얻어지는 퍼콜레이션 역치가 2~60 중량%인 것일 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 탄소복합소재는 상기 탄소나노튜브와 퍼콜레이션 역치의 차이가 10~50중량% 범위 내인 추가의 도전성 필러를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 구현예에 따르면, 상기 복합재를 압출, 사출 또는 이들을 조합하여 얻어지는 대전방지용 성형품을 제공할 수 있다.
또한, 상기 성형품이 전자부품 이송 카트, 전자부품 이송 파이프 코팅재 또는 열성형용 전자부품 트레이일 수 있다.
또한, 상기 성형품의 충격강도가 7g·cm/cm 이상일 수 있다.
또한, 상기 성형품의 내마모도가 1% 이하일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면,
아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 및 폴리스티렌을 포함하는 열가소성 수지와 탄소나노튜브 0.1 내지 10중량%를 혼합하는 단계; 및
압출, 사출 또는 이들을 조합하여 대전방지용 성형품을 제조하는 단계를 포함하고,
상기 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 및 폴리스티렌의 함량비가 1:9 내지 8:2 인 대전방지용 성형품 제조 방법을 제공할 수 있다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 대전방지용 탄소 복합재, 성형품 및 그 제조방법에 의하면, 강도, 저탈리(low-sloughing), 표면저항, 정전분산 등의 물성을 동시에 향상시킬 수 있으므로, 강도 및 전기 전도성이 요구되는 제품에 적용할 수 있다.
도 1은 마모도 평가 결과를 나타내는 사진이다.
도 2는 정전분산 특성을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서에 사용된 "복합재"의 용어는 본 명세서 내에서 "복합소재" 및 "복합체"와 함께 혼용하여 기재될 수 있으며, 두 가지 이상의 소재가 모여서 형성된 소재를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
또한, "성형품"이라는 용어는 본 명세서 내에서 "가공품"과 함께 혼용하여 기재될 수 있으며, 열이나 압력 등을 가하여 목적으로 하는 형태로 형성된 제품으로 이해될 수 있다.
이하, 본 발명의 구현예에 따른 대전방지용 탄소 복합재, 성형품 및 그 제조방법에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 대전방지용 탄소 복합재는
열가소성 수지; 및
열가소성 수지 총 중량을 기준으로 탄소나노튜브 0.1 내지 10중량%를 포함하고,
상기 열가소성 수지가 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 및 폴리스티렌을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 탄소 복합재는 열가소성 수지로 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 및 폴리스티렌을 포함함으로써, 성형성과 같은 물성을 향상시킬 수 있으며, 저탈리성(low sloughing)을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
일구현예에 따르면, 상기 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체와 폴리스티렌의 함량비가 1:9 내지 8:2 일 수 있다. 본 발명에서는 열가소성 수지로서 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 및 폴리스티렌을 포함하고 그 함량비를 상기와 같이 함으로써, 강도, 저탈리(low sloughing), 표면저항, 정전분산 등의 물성을 동시에 향상시킬 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브의 평균 입경은 평균 입경은 5nm 내지 50nm 일 수 있다. 상기 입경이 작을 경우, 열전도도의 증가율이 높아질 수 있고, 반면에 클 경우에는, 분산성이 저하되어 성형성에 영향을 미칠 수 있다.
또한, 상기 탄소소재의 최대 직경은 50nm일 수 있으며, 최대 직경을 가지는 탄소소재를 포함하는 경우에는, 탄소소재 총 중량을 기준으로 10중량부를 초과하여 포함하지 않을 수 있으며, 예를 들어, 5중량부 이하로 포함할 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브의 평균 길이는 10 μm 내지 100 μm 일 수 있다. 상기 평균 입경 및 평균 길이가 상기 범위보다 작은 경우에는 강도 및 성형성이 저하될 우려가 있고, 큰 경우에는 열전도도가 증가할 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브의 최대 길이는 100 μm 일 수 있으며, 최대 길이를 가지는 탄소나노튜브를 포함하는 경우에는, 탄소나노튜브 총 중량을 기준으로 20중량부를 초과하지 않을 수 있으며, 예를 들어, 10중량부 이하로 포함할 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브의 함량은 0.5 내지 3중량%일 수 있으며, 예를 들어, 1 내지 2중량%일 수 있다. 상기 탄소나노튜브의 함량이 적을 경우, 전기전도성 및 강도의 향상이 충분하지 않을 수 있고, 반면에 그 함량이 과할 경우에는 성형성이 저하될 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브는 강직한 랜덤코일 형태일 수 있다. 상기 강직한 랜덤코일 형태의 탄소나노튜브는 이펙티브 벤딩 모듈러스(effective bending modulus)가 열에너지(kT, 여기에서 k는 볼쯔만 상수이고, T는 절대온도임)보다 커서, 사용하는 입자의 펼친 길이 이내에서 열에너지로 인한 탄성변형이 일어나지 않고, 입자의 전체크기(말단간 거리)가 겉보기 분자량의 제곱근 에 선형적으로 비례하는 탄소나노튜브로 정의될 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브는 단일벽, 다중벽 또는 이들의 혼합으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 단일벽 탄소나노튜브만을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 단일벽과 다중벽을 혼합하여 포함할 수 있다. 구체적으로는, 단일벽 탄소나노튜브와 다중벽 탄소나노튜브의 비를 0:100~100:0, 예를 들어, 10:90 내지 90:10 으로 포함할 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 열가소성수지는 폴리카보네이트 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리아미드 수지, 아라미드수지, 방향족 폴리에스테르 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리에스테르카보네이트 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리페닐렌설피드 수지, 폴리설폰 수지, 폴리에테르설폰 수지, 폴리아릴렌 수지, 시클로올레핀계 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리비닐아세탈 수지, 폴리케톤 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 폴리아릴케톤 수지, 폴리에테르니트릴 수지, 액정 수지, 폴리벤즈이미다졸 수지, 폴리파라반산 수지, 방향족 알케닐 화합물, 메타크릴산에스테르, 아크릴산에스테르, 및 시안화비닐 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 비닐 단량체를, 중합 혹은 공중합시켜서 얻어지는 비닐계 중합체 혹은 공중합체 수지, 디엔-방향족 알케닐 화합물 공중합체 수지, 시안화비닐-디엔-방향족 알케닐 화합물 공중합체 수지, 방향족 알케닐 화합물-디엔-시안화비닐-N-페닐말레이미드 공중합체 수지, 시안화비닐-(에틸렌-디엔-프로필렌(EPDM))-방향족 알케닐 화합물 공중합체 수지, 폴리올레핀, 염화비닐 수지, 염소화 염화비닐 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당 업자에 의하여 적절히 선택되는 열가소성 수지를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리올레핀 수지로서는, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 및 폴리(4-메틸-1-펜텐), 및 이들의 조합물이 될 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다. 일구현예에서, 상기 폴리올레핀으로서는 폴리프로필렌 동종 중합체(예를 들어, 혼성배열(atactic) 폴리프로필렌, 동일배열(isotactic) 폴리프로필렌, 및 규칙배열(syndiotactic) 폴리프로필렌), 폴리프로필렌 공중합체(예를 들어, 폴리프로필렌 랜덤 공중합체), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 적절한 폴리프로필렌 공중합체는, 이에 한정되지는 않지만, 에틸렌, 부트-1-엔(즉, 1-부텐), 및 헥스-1-엔(즉, 1-헥센)으로 이루어진 군으로부터 선택된 공단량체의 존재하에서 프로필렌의 중합으로부터 제조된 랜덤 공중합체를 포함한다. 이러한 폴리프로필렌 랜덤 공중합체에서, 공단량체는 임의의 적정한 양으로 존재할 수 있지만, 전형적으로 약 10wt% 이하(예를 들어, 약 1 내지 약 7wt%, 또는 약 1 내지 약 4.5wt%)의 양으로 존재할 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지로서는, 디카르복실산 성분 골격과 디올 성분 골격의 중축합체인 호모 폴리에스테르나 공중합 폴리에스테르를 말한다. 여기서 호모 폴리에스테르로서는, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트, 폴리-1,4-시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌디페닐레이트 등이 대표적인 것이다. 특히, 폴리에틸렌테레프탈레이트는 저렴하므로 매우 다방면에 걸치는 용도로 사용할 수 있어 바람직하다. 또한, 상기 공중합 폴리에스테르란 다음에 예시하는 디카르복실산 골격을 갖는 성분과 디올 골격을 갖는 성분으로부터 선택되는 적어도 3개 이상의 성분으로 이루어지는 중축합체로 정의된다. 디카르복실산 골격을 갖는 성분으로서는 테레프탈산, 이소프탈산, 프탈산, 1,4-나프탈렌디카르복실산, 1,5-나프탈렌디카르복실산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 4,4'-디페닐디카르복실산, 4,4'-디페닐술폰디카르복실산, 아디핀산, 세바신산, 다이머산, 시클로헥산디카르복실산과 그들의 에스테르 유도체 등을 들 수 있다. 글리콜 골격을 갖는 성분으로서는 에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜타디올, 디에틸렌글리콜, 폴리알킬렌글리콜, 2,2-비스(4'-β-히드록시에톡시페닐)프로판, 이소소르베이트, 1,4-시클로헥산디메탄올, 스피로글리콜 등을 들 수 있다.
상기 폴리아미드 수지로서는, 나일론 수지, 나일론 공중합체 수지 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 나일론 수지로는 통상적으로 알려진 ε-카프로락탐, ω-도데카락탐 등의 락탐을 개환 중합하여 얻어진 폴리아미드-6(나일론 6); 아미노카프론산, 11-아미노운데칸산, 12-아미노도데칸산 등의 아미노산에서 얻을 수 있는 나일론 중합물; 에틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 운데카메틸렌디아민, 도데카메틸렌디아민, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 5-메틸노나헥사메틸렌디아민, 메타크실렌디아민, 파라크실렌디아민, 1,3-비스아미노메틸시클로헥산, 1,4-비스아미노메틸시클로헥산, 1-아미노-3-아미노메틸-3,5,5-트리메틸시클로헥산, 비스(4-아미노시클로헥산)메탄, 비스(4-메틸-4-아미노시클로헥실)메탄, 2,2-비스(4-아미노시클로헥실)프로판, 비스(아미노프로필)피페라진, 아미노에틸피페리딘 등의 지방족, 지환족 또는 방향족 디아민과 아디프산, 세바킨산(sebacic acid), 아젤란산(azelaic acid), 테레프탈산, 2-클로로테레프탈산, 2-메틸테레프탈산 등의 지방족, 지환족 또는 방향족 디카르복시산 등의 중합으로부터 얻을 수 있는 나일론 중합체; 이들의 공중합체 또는 혼합물을 사용할 수 있다. 나일론 공중합체로는 폴리카프로락탐(나일론 6)과 폴리헥사메틸렌세바카미드(나일론 6,10)의 공중합체, 폴리카프로락탐(나일론 6)과 폴리헥사메틸렌아디프아미드(나일론 66)의 공중합체, 폴리카프로락탐(나일론 6)과 폴리라우릴락탐(나일론 12)의 공중합체 등을 예로 들 수 있다.
상기 폴리카보네이트 수지는 디페놀류와 포스겐, 할로겐 포르메이트, 탄산에스테르 또는 이들의 조합과 반응시켜 제조될 수 있다. 상기 디페놀류의 구체적인 예로는, 히드로퀴논, 레조시놀, 4,4'-디히드록시디페닐, 2,2-비스(4-히드록시페닐) 프로판('비스페놀-A'라고도 함), 2,4-비스(4-히드록시페닐)-2-메틸부탄, 비스(4-히드록시페닐)메탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)사이클로헥산, 2,2-비스(3-클로로-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디브로모-4-히드록시페닐)프로판, 비스(4-히드록시페닐)술폭사이드, 비스(4-히드록시페닐)케톤, 비스(4-히드록시페닐)에테르 등을 들 수 있다. 이들 중에서, 예를 들어, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)프로판 또는 1,1-비스(4-히드록시페닐)사이클로헥산을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판을 사용할 수 있다.
상기 폴리카보네이트 수지는 2종 이상의 디페놀류로부터 제조된 공중합체의 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 폴리카보네이트 수지는 선형 폴리카보네이트 수지, 분지형(branched) 폴리카보네이트 수지, 폴리에스테르카보네이트 공중합체 수지 등을 사용할 수 있다.
상기 선형 폴리카보네이트 수지로는 비스페놀-A계 폴리카보네이트 수지 등을 예로 들 수 있다. 상기 분지형 폴리카보네이트 수지로는 트리멜리틱 무수물, 트리멜리틱산 등과 같은 다관능성 방향족 화합물을 디페놀류 및 카보네이트와 반응시켜 제조한 것을 포함할 수 있다. 상기 다관능성 방향족 화합물은 분지형 폴리카보네이트수지 총량에 대하여 0.05 내지 2몰%로 포함될 수 있다. 상기 폴리에스테르카보네이트 공중합체 수지로는 이관능성 카르복실산을 디페놀류 및 카보네이트와 반응시켜 제조한 것을 예로 들 수 있다. 이때 상기 카보네이트로는 디페닐카보네이트 등과 같은 디아릴카보네이트, 에틸렌 카보네이트 등을 사용할 수 있다.
상기 시클로올레핀계 폴리머로서는, 노르보르넨계 중합체, 단고리의 고리형 올레핀계 중합체, 고리형 공액 디엔계 중합체, 비닐 지환식 탄화수소 중합체 및 이들의 수소화물 등을 예로 들 수 있다. 그 구체적인 예로는, 아펠 (미츠이 화학사 제조의 에틸렌-시클로올레핀 공중합체), 아톤 (JSR 사 제조의 노르보르넨계 중합체), 제오노아 (닛폰 제온사 제조의 노르보르넨계 중합체) 등을 들 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 고분자 수지 중 폴리카보네이트, 폴리아크릴로나이트릴-부타디엔-스타이렌, 폴리에스테르카보네이트, 폴리프로필렌 및 폴리올레핀 등을 1종 이상 사용할 수 있으며, 예를 들어, 폴리에틸렌 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아릴레이트 수지 및 시클로폴리올레핀 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
일구현예에 따르면, 상기 탄소나노튜브와 상기 열가소성 수지의 중량비를 1:10 내지 1000, 예를 들어, 1:10 내지 100, 예를 들어 1:50 내지 100으로 하여 유전특성을 효과적으로 제어할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 탄소복합소재는 탄소나노튜브를 상기 열가소성 수에 첨가할 때에 얻어지는 퍼콜레이션 역치가 2~60 중량%인 것일 수 있다. 여기서 "퍼콜레이션의 역치"는 수지에 도전성 필러를 첨가하는 것에서 수지의 체적 고유 저항이 절연 영역으로부터 도전 영역으로 철저하게 변화할 때의 도전성 필러의 함유율(중량%)을 나타내는데 사용된다.
또한, 상기 탄소나노튜브는 퍼콜레이션 역치의 차이가 10~50중량% 범위 내인 2종류 이상의 탄소나노튜브를 포함하는 것일 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 탄소복합소재는 상기 탄소나노튜브와 퍼콜레이션 역치의 차이가 10~50중량% 범위 내인 추가의 도전성 필러를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 도전성 필러는 섬유 직경 3.5~120㎚의 미세 흑연질 섬유, 섬유 직경 120~500㎚의 미세 흑연질 섬유, 섬유 직경 3~12㎛ 탄소 섬유, 또는 입경 1~500㎛의 탄소 입자일 수 있다.
또한, 수지에서의 도전성 필러의 전체량이 10~20질량%의 범위일 때 수지복합체의 체적 고유 저항에서의 변화가 10X±1 Ω㎝(2≤X≤11)인 영역을 포함하는 것일 수 있다.
일구현예에 따르면, 본 발명에 따른 탄소복합소재는 항균제, 이형제, 열안정제, 산화방지제, 광안정제, 상용화제, 염료, 무기물 첨가제, 계면활성제, 핵제, 커플링제, 충전제, 가소제, 충격보강제, 혼화제, 착색제, 활제, 정전기방지제, 안료, 방염제 및 이들의 하나 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 첨가물은 본 발명에 따른 복합체 및 성형품의 충격 강도 및 전자기파 차폐 성능 등의 물성에 영향을 주지 않는 범위 내에서 포함될 수 있으며, 상기 고분자 수지 100중량부를 기준으로 0.1 내지 5중량부, 예를 들어 0.1 내지 3중량부의 함량으로 포함될 수 있다.
본 발명의 대전방지용 탄소 복합재는 압출, 사출 또는 압출 및 사출하여 성형품을 형성함으로써, 강도 및 전기전도성이 요구되는 대전방지 제품에 적용될 수 있으나, 상기 성형품의 제조 방법은 당 업계에 사용되는 통상의 방법이면 적절하게 사용될 수 있으며, 상기 기재에 한정되지는 않는다.
구체적으로, 본 발명에 따르면,
아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 및 폴리스티렌을 포함하는 열가소성 수지와 탄소나노튜브 0.1 내지 10중량%를 혼합하는 단계;
압출, 사출 또는 이들을 조합하여 대전방지용 성형품을 제조하는 단계를 포함하고,
상기 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 및 폴리스티렌의 함량비가 1:9 내지 8:2 인 대전방지용 성형품 제조 방법을 제공할 수 있다.
상기와 같은 방법에 의하여 형성될 수 있는 성형품으로는 구체적인 예로, 전자부품 이송 카트, 전자부품 이송 파이프 코팅재 또는 열성형용 전자부품 트레이 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일구현예에 따르면, 상기 성형품은 예를 들어, 충격강도가 7g·cm/cm 이상일 수 있으며, 내마모도가 1% 이하일 수 있다. 상기 충격강도는 아이조드 충격강도로 정의될 수 있으며, ASTMD256의 규격에 따른 실험법에 의하여 측정된 것일 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3 : 탄소 복합재의 제조
하기 표 1에 따른 조건의 탄소소재를 혼합하여, 각각의 탄소 복합재를 제조하였다.
탄소나노튜브는 평균 입경 10nm, 평균 길이 1μm, 다중벽 나노실 NC7000을 사용하였다.
카본블랙은 상표명: KETJENBLACK EC-600JD, Lion Agzo Co., Ltd. 제품을 사용하였다.
카본파이버는 상표명: HTA-CMF-0160-OH(이하, CF 1이라고 함), TOHO TENAX Co., Ltd. 제품과 상표명: HTA-CMF-0040-OH(이하, CF 2라고 함), TOHO TENAX Co., Ltd. 제품을 사용하였다.
구분 열가소성수지 열가소성수지 함량비 탄소소재 탄소소재 함량 (중량%) 퍼콜레이션 역치 (%)
실시예 1 ABS, 폴리스티렌 2:8 탄소나노튜브 1.0 3
실시예 2 ABS, 폴리스티렌 2:8 탄소나노튜브 1.5 2.5
실시예 3 ABS, 폴리스티렌 2:8 탄소나노튜브 2.0 2
비교예 1 ABS, 폴리스티렌 2:8 카본블랙 8 7
비교예 2 ABS, 폴리스티렌 2:8 카본블랙 10 7
비교예 3 ABS, 폴리스티렌 2:8 카본블랙 12 6
실시예 4 ABS, 폴리스티렌 2:8 탄소나노튜브/ 카본파이버 CF1 1.5 / 5 3 / 18
실시예 5 ABS, 폴리스티렌 2:8 탄소나노튜브/ 카본파이버 CF2 3 / 5 3 / 50
ABS: 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) 공중합체
[퍼콜레이션 역치의 평가 방법]
혼련을 위해 Labo Plastomill(상표명, Toyo Seiki Seisaku-sho, LTD. 제품)이 사용되었다. 우선, 수지는 밀로 유입되고, 수지가 용융될 때 카본나노튜브 및/또는 도전성 필러가 유입된다. 혼련은 수지 온도가 280℃이고, 믹서 회전 속도가 80rpm이며, 혼련 시간이 10분인 조건하에서 행하였다. 혼련된 샘플은 용융 프레싱에 의해서 100×100×2㎜의 크기를 갖는 평판으로 성형되고, 그 체적 고유 저항값이 측정되어 절연 영역으로부터 전류 도전 영역까지 체적 고유 저항값이 현저하게 변화하는 탄소 필러 함량(중량%)이 퍼콜레이션 역치로서 간주된다.
저항은 탄소 필러보다 저항이 낮은 은 페이스트를 사용하고, 은 페이스트에 탄소 필러를 첨가하여, 은 페이스트에서의 함유량을 증가시키고, 탄소 필러 100%에 의거하여 값을 추정함으로써 얻어진다.
성형체의 체적 고유 저항의 측정은 108 Ω㎝ 이상의 체적 고유 저항을 갖는 성형체에 절연 저항계(고저항계, 상표명: R8340, ADVANTEST CORPORATION 제품)로 행하였다. 108Ω㎝ 이하의 체적 고유 저항을 갖는 성형체에 4탐침법(상표명:
Loresta HP MCP-T410, Mitsubishi chemical corporation 제품)이 사용되었다
제조예 1 : 성형품 시편 제작
상기 표 1에 따른 각 탄소복합소재를 사용하여, 온도 프로파일을 280℃까지 올리면서 이축 압출기 (L/D=42, φ=40mm)에서 압출하여 0.2mm X 0.3mm X 0.4mm의 크기를 갖는 펠렛을 제조하였다.
제조된 펠렛을 사출기에서 사출온도 280의 플랫 프로파일의 조건으로 사출하여 크기 두께 3.2mm, 길이 12.7mm 및 도그-본(dog-bone) 형태의 시편을 제조하였다.
실험예 1: 두께에 따른 표면저항 측정
시편 두께를 하기 표 2와 같이 한 것을 제외하고, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 시편을 제조하여 측정한 표면저항 값을 측정하였다.
상기 표면저항 값은 IEC60093 규격에 따른 방법으로 측정하여 하기 표 2에 나타내었으며, 숫자는 10의 지수이며, 단위는 (ohm/sq)이다. 하기 표 2에서 T는 시트두께를 나타내는 것으로서 mm을 의미하며, X는 측정 범위 초과를 의미한다.
구분 1.0T 0.7T 0.5T 0.3T 0.2T
실시예 1 8~X 11~X X X X
실시예 2 5~6 6~7 8~9 9~12 X
실시예 3 4~5 4~5 5 6~7 7~8
비교예 1 7~X 7~X 8~X 10~X X
비교예 2 5~6 5~6 6 8~9 X
비교예 3 4 4 4 4~5 5~6
실험예 2: 충격강도 측정
상기 제조예 1에 따른 시편을 사용하여, ASTM D256 규격에 의한 방법으로 아이조드 충격강도를 측정하였다.
실시예 3 및 비교예 2에 따른 시편에 대한 충격강도 값을 측정하여, 하기 표 3에 나타내었다.
구분 측정조건 충격강도 값
(kg·cm/cm)
실시예 3 1/8"@ 23℃, notched 9
비교예 2 1/8"@ 23℃, notched 3
실험예 3 : 내마모도 평가
상기 제조예 1에 따른 시편을 사용하여, ASTM F510 규격에 의한 방법으로 내마모도를 평가하였다.
실시예 3 및 비교예 2에 따른 시편에 대한 내마모도 값을 측정하여, 하기 표 4에 나타내었다.
구분 회차 내마모도
(%)		 평균
실시예 3 1 0.64 0.65
2 0.71
3 0.59
비교예 2 1 1.40 1.35
2 1.34
3 1.32
또한, 마모도와 관련하여, 실시예 3 및 비교예 2에 대한 러빙(rubbing) 평가를 실시하였다.
상기 러빙 평가는 흰색 용지에 시편을 5회 문지르는 방법으로 진행하였으며, 그에 따른 결과는 하기 도 1에 나타내었다. 도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예에 따른 시편이 마모에 의한 입자의 탈락 특성에 대하여 비교예에 따른 시편보다 강한 것을 확인할 수 있다.
실험예 4 : 탄소나노튜브의 정전분산 평가
카본블랙과 탄소나노튜브의 정전분산 특성을 마찰전기 측정방법으로 측정하여 도 2에 나타내었다.
도 2의 결과로부터, 본 발명에 따른 복합재는 동일한 표면 저항에서 트리보전하(Tribo charge)가 10배 이상 낮아 정전분산 특성이 우수함을 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술한 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 열가소성 수지; 및 탄소 필러를 혼합하고,
    상기 열가소성 수지가 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 및 폴리스티렌으로 이루어지고,
    상기 탄소 필러는 탄소나노튜브이며,
    상기 탄소나노튜브는 0.5 내지 3 중량%로 혼합되는 대전방지용 탄소 복합재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브의 평균 입경이 5nm 내지 50nm, 평균 길이가 10μm 내지 100μm 인 것인 대전방지용 탄소 복합재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체와 폴리스티렌의 함량비가 1:9 내지 8:2 인 것인 대전방지용 탄소 복합재.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브가 강직한 랜덤코일 형태인 것인 대전방지용 탄소 복합재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브가 단일벽, 다중벽 또는 이들의 혼합물인 것인 대전 방지용 탄소 복합재.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    항균제, 이형제, 열안정제, 산화방지제, 광안정제, 상용화제, 염료, 무기물 첨가제, 계면활성제, 핵제, 커플링제, 충전제, 가소제, 충격보강제, 혼화제, 착색제, 안정제, 활제, 정전기방지제, 안료, 방염제 및 이들의 하나 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 첨가제를 더 혼합하는 것인 대전방지용 탄소 복합재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브를 상기 열가소성 수지에 첨가할 때에 얻어지는 퍼콜레이션 역치가 2~60 중량%인 대전방지용 탄소 복합재.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브와 퍼콜레이션 역치의 차이가 10~50중량% 범위 내인 추가의 도전성 필러를 더 포함하는 것인 대전방지용 탄소 복합재.
  11. 제1항 내지 제3항, 제5항, 제6항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항의 대전방지용 탄소 복합재를 압출, 사출 또는 이들을 조합하여 얻어지는 대전방지용 성형품.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 성형품이 전자부품 이송 카트, 전자부품 이송 파이프 코팅재 또는 열성형용 전자부품 트레이인 것인 대전방지용 성형품.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 성형품의 충격강도가 7g·cm/cm 이상인 것인 대전방지용 성형품.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 성형품의 내마모도가 1% 이하인 것인 대전방지용 성형품.
  15. 제1항 내지 제3항, 제5항, 제6항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항의 대전방지용 탄소 복합재를 제조하는 단계; 및
    상기 대전방지용 탄소 복합재를 압출, 사출 또는 이들을 조합하여 대전방지용 성형품을 제조하는 단계를 포함하는 대전방지용 성형품 제조 방법.
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