KR102326783B1 - 전자파차폐용 섬유 코팅 조성물 - Google Patents

전자파차폐용 섬유 코팅 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자파차폐용 코팅 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용매, 전도성 분말, 바인더 및 첨가제를 포함하는 전자파차폐용 코팅 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 내열성, 접착성, 내구성, 전도성, 전자파차폐성 등이 우수하여 다양한 전자기기로부터 방출되는 전자파를 효과적으로 차폐하여 인체를 보호할 수 있는 전자파차폐용 코팅 조성물을 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 섬유의 표면에 균일한 코팅층을 형성하고, 내열성, 접착성, 내구성, 전도성, 전자파차폐성 등이 우수한 전자파차폐용 섬유를 제공할 수 있다.

Description

전자파차폐용 섬유 코팅 조성물{a fiber coating composition for electromagnetic shielding}
본 발명은 전자파차폐용 코팅 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용매, 전도성 분말, 바인더 및 첨가제를 포함하는 전자파차폐용 코팅 조성물에 관한 것이다.
전자기기의 소형화, 경량화 및 집적화가 가속화되면서 전자파 발생에 따른 차폐의 요구가 지속적으로 증가하고 있다.
전자파를 차폐하는 방법에는 무전해 도금, 진공증착, 전도성 도료 코팅 등의 방법이 가장 널리 사용되고 있다.
무전해 도금의 경우 전도성은 양호하나 적용재료에 제한이 있으며, 설비가 고가이다. 또한 폐액 처리에 문제가 있고, 처리 시 공해물질이 배출될 수 있다.
진공증착의 경우 전도성은 양호하나 처리비용이 높고, 처리할 수 있는 제품의 크기에 제한이 있다는 단점이 있다.
전도성 도료는 복잡한 형상에도 코팅이 가능하며, 설비에 대한 부담이 적어 널리 사용되고 있다.
전자파차폐용 전도성 도료는 금속분말, 바인더, 용제 등으로 구성되며, 금속분말을 많이 사용할수록 전도성은 향상되나 비용이 높고, 접착성, 내구성, 내열성, 코팅성 및 가공성이 저하될 수 있다.
따라서 내열성, 접착성, 내구성, 전도성, 전자파차폐성, 코팅성, 가공성 등이 우수하여 다양한 전자기기로부터 방출되는 전자파를 효과적으로 차폐하여 인체를 보호할 수 있는 전자파차폐용 코팅 조성물의 개발이 필요하다.
한국등록특허 제10-0671122호
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 내열성, 접착성, 내구성, 전도성, 전자파차폐성 등이 우수하여 다양한 전자기기로부터 방출되는 전자파를 효과적으로 차폐하여 인체를 보호할 수 있는 전자파차폐용 코팅 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 섬유의 표면에 균일한 코팅층을 형성하고, 내열성, 접착성, 내구성, 전도성, 전자파차폐성 등이 우수한 전자파차폐용 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 용매, 전도성 분말, 바인더 및 첨가제를 포함하는 전자파차폐용 코팅 조성물를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 용매 100중량부에 대하여 전도성 분말 20~70중량부, 바인더 1~10중량부 및 첨가제 10~40중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 전도성 분말은 니켈 및 알루미나를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 바인더는 실리콘 겔 및 폴리우레탄 아크릴레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 첨가제는 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리(p-페닐렌비닐렌)에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 섬유; 및 상기 섬유의 표면에 코팅되며 제1항의 전자파차폐용 코팅 조성물을 포함하는 코팅층;을 포함하는 전자파차폐용 섬유를 제공한다.
본 발명은 내열성, 접착성, 내구성, 전도성, 전자파차폐성 등이 우수하여 다양한 전자기기로부터 방출되는 전자파를 효과적으로 차폐하여 인체를 보호할 수 있는 전자파차폐용 코팅 조성물을 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 섬유의 표면에 균일한 코팅층을 형성하고, 내열성, 접착성, 내구성, 전도성, 전자파차폐성 등이 우수한 전자파차폐용 섬유를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 조성물을 섬유(울 60%+폴리 40%)에 코팅한 경우의 SEM 결과를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 조성물을 섬유에 코팅한 경우의 원단을 나타낸다: 시료 1(방진섬유), 시료 2(울 60%+폴리 40%), 시료 3(캐시미어(모 100%)), 시료 4(울 80%+폴리 20%), 시료 5(폴리 68%+레이온 29%+우레탄 3%), 시료 6(폴리 70%+레이온 30%).
도 3은 본 발명의 조성물을 섬유에 코팅한 경우의 전자파차폐 특성을 나타낸다: 시료 1(방진섬유), 시료 2(울 60%+폴리 40%), 시료 3(캐시미어(모 100%)), 시료 4(울 80%+폴리 20%), 시료 5(폴리 68%+레이온 29%+우레탄 3%), 시료 6(폴리 70%+레이온 30%).
이하 실시예를 바탕으로 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에 사용된 용어, 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고 통상의 기술자의 이해를 돕기 위하여 예시된 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 권리범위 등이 이에 한정되어 해석되어서는 안 된다.
본 발명에 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 나타낸다.
본 발명은 용매, 전도성 분말, 바인더 및 첨가제를 포함하는 전자파차폐용 코팅 조성물에 관한 것이다.
상기 조성물은 용매 100중량부에 대하여 전도성 분말 20~70중량부, 바인더 1~10중량부 및 첨가제 10~40중량부를 포함할 수 있다.
상기 용매는 조성물의 농도, 가공성 및 코팅성을 조절하기 위한 것으로서, 증류수, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸렌글리콜 등이 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 전도성 분말은 니켈 전구체 화합물 및 알루미나로부터 제조될 수 있다.
상기 니켈 전구체 화합물은 니켈 나이트레이트 헥사하이드레이트(Nickel Nitrate Hexahydrate), 니켈 클로라이드 헥사하이드레이트(Nickel Chloride Hexahydrate), 니켈 아세테이트 테트라하이드레이트(Nickel Acetate Tetrahydrate) 및 니켈 브로마이드 하이드레이트(Nickel Bromide Hydrate)로 이루어진 군으로부터 하나 이상 사용될 수 있다.
상기 니켈 전구체 화합물 및 용매(메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸렌글리콜 등)를 혼합한 후, 알칼리 화합물을 첨가하여 pH 8~10의 용액을 제조할 수 있다.
상기 알칼리 화합물은 암모늄 하이드록사이드, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼륨 및 탄산암모늄으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 사용될 수 있다.
상기 용액으로부터 침전물(Ni(OH)2)을 수득한 후, 수득한 침전물을 증류수로 3~10회 세척한 다음, 세척한 침전물 및 에틸렌글리콜을 혼합한 후, 용매 열합성 장치를 사용하여 반응을 수행할 수 있다. 이때 반응온도는 120~250℃, 반응압력은 1~5MPa 로 조절될 수 있다.
상기 반응물을 회수한 후, 회수한 반응물 및 알루미나를 볼 밀링 혼합한 다음, 1,000~1,800℃에서 열처리하여 전도성 분말을 제조할 수 있다.
이때 회수한 반응물(니켈) 및 알루미나의 중량비는 60~80:20~40 인 것이 바람직하며, 중량비가 상기 수치범위를 만족하는 경우, 전자파차폐성 및 내구성이 극대화될 수 있다.
상기 전도성 분말은 용매 100중량부에 대하여 20~70중량부인 것이 바람직하며, 함량이 20중량부 미만인 경우 전도성 및 전자파차폐성이 저하되고, 70중량부를 초과하는 경우 가공성 및 코팅성이 오히려 저하된다.
상기 바인더는 조성물의 결합력을 향상시키기 위하여 사용되며, 실리콘 겔 및 폴리우레탄 아크릴레이트를 포함할 수 있다.
상기 실리콘 겔(Silicone Gel)은 겔(Gel) 상태를 나타내는 실리콘 폴리머 단독 또는 둘 이상의 실리콘 폴리머의 혼합물 또는 실리콘 폴리머 공중합체를 의미할 수 있다.
상기 실리콘 겔은 바람직하게는 디메치콘(폴리디메틸실록산), 비닐디메치콘, 디메치콘/비닐디메치콘 크로스폴리머, 디메치콘/폴리시릴디메치콘/비닐디메치콘 크로스 폴리머, 폴리실리콘-11, 폴리실리콘-15, 폴리실리콘-8, 폴리실리콘-17을 포함하는 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있다.
상기 폴리우레탄 아크릴레이트는 폴리우레탄을 코어 또는 시드로 하여 아크릴계 단량체를 부가하여 제조되거나, 디올과 디이소시아네이트로부터 우레탄 프리폴리머를 제조한 후 아크릴계 단량체를 부가하여 제조될 수 있다.
상기 아크릴계 단량체로는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, n-아밀아크릴레이트, 이소아밀아크릴레이트, n-헥실아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 히드록시메틸아크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 히드록시프로필아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 이소프로필메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, n-아밀메타크릴레이트, 이소아밀메타크릴레이트, n-헥실메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 히드록시메틸메타크릴레이트, 히드록시프로필메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 메틸 아크릴산, 에틸 아크릴산, 부틸 아크릴산, 2-에틸 헥실 아크릴산, 데실아크릴산, 메틸 메타크릴산, 에틸 메타크릴산, 부틸 메타크릴산, 2-에틸 헥실 메타크릴산, 데실메타크릴산 등이 있다.
상기 바인더는 용매 100중량부에 대하여 1~10중량부인 것이 바람직하며, 함량이 1중량부 미만인 경우 결합력이 저하되고, 10중량부를 초과하는 경우 전도성 및 전자파차폐성이 저하된다.
상기 바인더는 실리콘 겔 및 폴리우레탄 아크릴레이트를 동시에 사용할 수 있다. 이때 실리콘 겔 및 폴리우레탄 아크릴레이트의 중량비는 20~40:60~80 인 것이 바람직하며, 중량비가 상기 수치범위를 만족하는 경우, 전자파차폐성 및 내구성이 극대화될 수 있다.
또한 상기 바인더는 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체를 추가로 포함할 수 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제로는 3-메타크릴록시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필메틸디에톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시메틸트리에톡시실란, 메타크릴록시메틸트리메톡시실란 등이 있다.
상기 아크릴산 모노머는 아크릴산, 메타크릴산, 메틸 아크릴산, 에틸 아크릴산, 부틸 아크릴산, 2-에틸 헥실 아크릴산, 데실아크릴산, 메틸 메타크릴산, 에틸 메타크릴산, 부틸 메타크릴산, 2-에틸 헥실 메타크릴산, 데실메타크릴산 등이 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 중량비는 20~40:60~80인 것이 바람직하다.
본 발명은 바인더로서 실리콘 겔, 폴리우레탄 아크릴레이트 및 상기 공중합체를 동시에 사용하는 경우, 실리콘 겔, 폴리우레탄 아크릴레이트 및 상기 공중합체의 중량비는 20~40:100:2~10 인 것이 바람직하며, 중량비가 상기 수치범위를 만족하는 경우, 전자파차폐성 및 내구성이 극대화될 수 있다.
상기 첨가제는 전도성, 내열성 및 전자파차폐성을 향상시키기 위하여 사용되며, 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리(p-페닐렌비닐렌)에서 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 첨가제는 용매 100중량부에 대하여 10~40중량부인 것이 바람직하며, 함량이 10중량부 미만인 경우 전도성 및 전자파차폐성이 저하되고, 40중량부를 초과하는 경우 코팅성 및 가공성이 저하된다.
상기 첨가제는 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리(p-페닐렌비닐렌)를 동시에 사용할 수 있다. 이때 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리(p-페닐렌비닐렌)의 중량비는 60~80:20~40 인 것이 바람직하며, 중량비가 상기 수치범위를 만족하는 경우, 전자파차폐성 및 내구성이 극대화될 수 있다.
또한 상기 조성물은 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(HEA)의 공중합체를 추가로 포함할 수 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 2-하이드록시에틸 아크릴레이트의 중량비는 20~40:60~80인 것이 바람직하다.
상기 공중합체는 용매 100중량부에 대하여 1~10중량부 사용되며, 함량이 1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하는 경우 전자파차폐성 및 내구성이 저하된다.
또한 상기 조성물은 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제, 아크릴산 모노머 및 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(HEA)의 공중합체를 추가로 포함할 수 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제, 아크릴산 모노머 및 2-하이드록시에틸 아크릴레이트의 중량비는 2~10:100:20~50인 것이 바람직하다.
상기 공중합체는 용매 100중량부에 대하여 1~10중량부 사용되며, 함량이 1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하는 경우 전자파차폐성 및 내구성이 저하된다.
또한 본 발명은 섬유; 및 상기 섬유의 표면에 코팅되며 상기 전자파차폐용 코팅 조성물을 포함하는 코팅층;을 포함하는 전자파차폐용 섬유에 관한 것이다.
상기 섬유는 천연섬유, 합성섬유 등을 포함하며, 단섬유, 장섬유, 매트, 직물 등을 포함할 수 있다.
상기 섬유를 상기 코팅 조성물에 함침하거나 또는 상기 섬유에 상기 코팅 조성물을 분사함으로써 섬유의 표면에 상기 코팅 조성물로 구성되는 코팅층이 형성될 수 있다.
상기 코팅층은 80~200℃에서 30분~20시간 열처리하고 건조하여 내열성, 접착성, 내구성, 전도성, 전자파차폐성 등을 발현할 수 있다.
이하 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 실시를 위하여 예시된 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
니켈 나이트레이트 헥사하이드레이트 및 에틸렌글리콜을 혼합한 후, 암모늄 하이드록사이드를 첨가하여 pH 9의 용액을 제조하였다.
상기 용액으로부터 침전물(Ni(OH)2)을 수득한 후, 수득한 침전물을 증류수로 5회 세척한 다음, 세척한 침전물 및 에틸렌글리콜을 혼합한 후, 용매 열합성 장치를 사용하여 반응을 수행하였다. 이때 반응온도는 200℃, 반응압력은 3MPa 로 조절하였다.
상기 반응물을 회수한 후, 회수한 반응물 70중량부 및 알루미나 30중량부를 볼 밀링 혼합한 다음, 1,400℃에서 열처리하여 전도성 분말을 제조하였다.
에탄올 100중량부, 상기 전도성 분말 50중량부, 실리콘 겔(폴리디메틸실록산) 1.5중량부, 폴리우레탄 아크릴레이트 3.5중량부 및 폴리비닐리덴플루오라이드 20중량부를 혼합하여 코팅 조성물을 제조하였다.
도 1은 상기 조성물을 섬유(울 60%+폴리 40%)에 코팅한 경우의 SEM 결과를 나타낸다.
코팅 전 섬유는 매끄러운 표면특성을 보이는 반면, 코팅 후 섬유는 표면에 코팅층이 형성됨을 알 수 있다.
도 2는 상기 조성물을 섬유에 코팅한 경우의 원단을 나타내며, 도 3은 상기 조성물을 섬유에 코팅한 경우의 전자파차폐 특성을 나타낸다.
조성물이 코팅된 섬유에 10㎒ ∼ 10㎓의 전자파를 인가하는 경우, 50dB∼78dB 이 측정되어 99％ 이상의 높은 전자파 차폐효과를 나타낸다.
(실시예 2)
폴리비닐리덴플루오라이드 5중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
(실시예 3)
폴리비닐리덴플루오라이드 50중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
(실시예 4)
실리콘 겔(폴리디메틸실록산) 2.5중량부 및 폴리우레탄 아크릴레이트 2.5중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
(실시예 5)
실리콘 겔(폴리디메틸실록산) 0.5중량부 및 폴리우레탄 아크릴레이트 4.5중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
(실시예 6)
폴리비닐리덴플루오라이드 20중량부 대신에, 폴리비닐리덴플루오라이드 14중량부 및 폴리(p-페닐렌비닐렌) 6중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
(실시예 7)
3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란 30중량% 및 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(HEA) 70중량%를 공중합하여 공중합체를 제조하였다.
상기 공중합체 5중량부를 추가로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
(비교예 1)
실리콘 겔(폴리디메틸실록산)을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예로부터 제조된 코팅 조성물의 전도성, 전자파차폐성 및 치수변화율을 측정하여 그 결과를 아래의 표에 나타내었다.
(전도성)
상기 실시예 및 비교예로부터 제조된 코팅 조성물을 섬유(울 60%+폴리 40%)에 코팅한 후 표면저항을 측정하였다.
(전자파차폐성)
상기 실시예 및 비교예로부터 제조된 코팅 조성물을 섬유(울 60%+폴리 40%)에 코팅한 후 ASTM D4935-99에 의거하여 전자파차폐성을 측정하였다.
(치수변화율)
상기 실시예 및 비교예로부터 제조된 코팅 조성물을 섬유(울 60%+폴리 40%)에 코팅한 후, KS K ISO 3759에 의거하여 치수변화율을 측정하였다.
구분 표면저항
(ohm/mm2)		 전자파차폐성
(dB at 5GHz)		 치수변화율(%)
실시예 1 5.6 62 2.3
실시예 2 8.1 48 2.9
실시예 3 8.8 42 3.0
실시예 4 7.2 44 2.8
실시예 5 8.2 45 3.3
실시예 6 3.9 76 1.6
실시예 7 2.7 83 1.5
비교예 1 13.5 31 4.7
상기 표 1의 결과로부터, 실시예 1 내지 7의 코팅 조성물을 섬유의 표면에 코팅하는 경우, 전도성, 전자파차폐성 및 치수변화율이 우수하며, 특히 실시예 1, 6 및 7은 상기 특성이 가장 우수함을 알 수 있다.
반면 비교예 1은 실시예에 비해 상기 특성이 열등함을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 용매, 전도성 분말, 바인더 및 첨가제를 포함하는 전자파차폐용 코팅 조성물에 있어서,
    상기 용매 100중량부에 대하여 전도성 분말 20~70중량부, 바인더 1~10중량부 및 첨가제 10~40중량부를 포함하고,
    상기 전도성 분말은 니켈 및 알루미나를 혼합하여 제조되며,
    상기 바인더는 실리콘 겔 및 폴리우레탄 아크릴레이트를 포함하며,
    상기 실리콘 겔 및 폴리우레탄 아크릴레이트의 중량비는 20~40:60~80 이고,
    상기 첨가제는 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리(p-페닐렌비닐렌)을 포함하며,
    상기 폴리비닐리덴플루오라이드 및 폴리(p-페닐렌비닐렌)의 중량비는 60~80:20~40 인 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 코팅 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 섬유; 및
    상기 섬유의 표면에 코팅되며 제1항의 전자파차폐용 코팅 조성물을 포함하는 코팅층;을 포함하는 전자파차폐용 섬유.

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