KR102519880B1 - 전자파 차폐 성능이 향상된 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 - Google Patents

전자파 차폐 성능이 향상된 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자파 차폐 성능이 향상된 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 폴리아미드 수지에 분지형 탄소나노튜브를 특정 함량 비율로 첨가함으로써, 종래의 폴리아미드 수지 조성물과 비교하여 더 우수한 전자파 차폐 성능을 구현할 수 있으며, 동시에 우수하고 균형 잡힌 기계적 특성을 나타내는 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다.

Description

전자파 차폐 성능이 향상된 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품{Polyamide resin composition with improved electromagnetic shielding and molded article comprising the same}
본 발명은 전자파 차폐 성능이 향상된 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 폴리아미드 수지에 분지형 탄소나노튜브를 특정 함량 비율로 첨가함으로써, 종래의 폴리아미드 수지 조성물과 비교하여 더 우수한 전자파 차폐 성능을 구현할 수 있으며, 동시에 우수하고 균형 잡힌 기계적 특성을 나타내는 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다.
최근 전자기기 기술의 발달로 전자 제품의 소형화, 고집적화로 인해 전자 제품의 보급이 급속히 늘어 나고 있다. 특히 지속적으로 전자, 정보화 환경이 발전함에 따라 고주파 대역의 사용량이 증가하고 있으며, 고밀도 디바이스에 의한 전자파 출력이 증가함에 따라 기존에 비하여 광범위한 주파수 범위에서 전자파 장해가 발생되고 있다. 이러한 전자파 장해 문제는 산업적, 군사적, 환경적 측면에서 큰 이슈가 되고 있다. 또한 전기자동차용 전장 부품 수요가 늘어남에 따라, 이러한 전자파 장해가 인간의 안전에 미치는 영향이 점차 증가하고 있다.
현재 전자파 차폐를 위해 사용되고 있는 재료는 주로 금속소재이다. 이는, 재료의 전기전도성이 높아질수록 전자파 차폐 효과가 증가하기 때문이다. 금속소재의 경우, 주위 환경에 의해 가해지는 열 에너지를 빠른 속도로 확산시켜주기에 열에 민감한 전자 부품을 국부적으로 고온환경에서 보호할 수 있으며, 또한 높은 기계적 강성을 구현할 수 있다.
그러나 금속 소재 특성으로 인한 전자파 차폐의 경우, 반사작용에 의해 기기내부에서 발생되는 전자파의 효과적인 차폐를 구현하는 데는 부족함이 있다. 또한, 복잡하고 다양한 디자인을 갖는 제품을 대량 생산함에 있어서 연속 생산성 및 후 공정에 드는 비용이 높으며, 고밀도로 인해 경량화 소재를 구현하는 데 한계가 있다.
특히, 최근 친환경 트렌드에 발맞추어 전기 자동차의 점유율이 크게 증가하고 있으며, 또한, 자율주행 기술의 상용화를 위해 광대역 주파수의 네트워크 기술이 차량에 적용되고 있다. 일례로, 증가한 인포테인먼트 시스템(Infortainment system)과 레이더 시스템(Radar system) 및 후석 승객 알림(Rear Occupant Alert) 등 기존보다 많은 전기 부품과 높은 주파수의 전파 기술에 자동차에 적용되고 있으며, 전기자동차의 모터 및 배터리 등 전자파 발생원이 차량 내에 증가하고 있다. 이에 따라, 자동차 탑승자가 기존보다 많은 전자파 환경에 노출되고 있는 실정이며, 인체가 전자파에 과량 노출될 경우, 체온이 상승하고 종양 발생을 유발할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 전자파를 차폐할 수 있는 재료 개발이 요구되고 있으며, 특히, 자동차 분야에서 탑승자의 안전을 위한 차폐용 내장재 소재에 대한 개발이 시급한 실정이다.
본 발명의 목적은, 종래의 폴리아미드 수지 조성물과 비교하여 더 우수한 전자파 차폐 성능을 구현할 수 있으며, 동시에 우수하고 균형 잡힌 기계적 특성(인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율 등)을 나타내는 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, (1) 폴리아미드 수지; 및 (2) 분지형 탄소나노튜브;를 포함하며, 상기 분지형 탄소나노튜브의 함량이 전체 조성물 100 중량부를 기준으로 0.6 내지 6.9 중량부인, 전자파 차폐용 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 본 발명의 전자파 차폐용 수지 조성물을 포함하는 성형품이 제공된다.
본 발명에 따른 전자파 차폐용 수지 조성물은, 분지형 탄소 나노튜브(branched carbon nanotube)를 포함함으로써 전자이동로(electron pathway)를 형성시키는 전도성 필러간 접점의 수를 증가시켜, 종래의 폴리아미드 수지 조성물과 비교하여 더 우수한 전자파 차폐 성능을 구현할 수 있으며, 동시에 우수하고 균형 잡힌 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율 등의 기계적 특성을 나타내므로, 특히 자동차 내장재 등의 용도로 사용하기에 매우 적합하다.
이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 전자파 차폐용 수지 조성물은 (1) 폴리아미드 수지 및 (2) 분지형 탄소나노튜브를 포함한다.
(1) 폴리아미드 수지
본 발명의 전자파 차폐용 수지 조성물에 기초 수지 성분으로서 포함되는 폴리아미드 수지로는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 특별한 제한 없이 사용할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 폴리아미드 수지의 상대 점도는 2.3 내지 3.0일 수 있다. 폴리아미드 수지의 상대점도가 2.3 미만이면 수지 조성물의 인장강도, 충격강도 및 내열성이 저하될 수 있고, 반대로 상대 점도가 3.0을 초과하면, 조성물 성형시 유동성이 부족하여 사출성형 가공성이 떨어질 수 있다.
일 구체예에서, 상기 폴리아미드 수지의 수평균분자량(Mn)은 7,000 내지 20,000일 수 있고, 보다 구체적으로는, 8,000 내지 17,000, 9,000 내지 15,000, 10,000 내지 14,000, 또는 11,000 내지 13,000일 수 있다. 폴리아미드 수지의 수평균분자량이 상기 수준보다 지나치게 낮으면 기계적 물성을 확보하기 어렵고, 반대로 상기 수준보다 지나치게 높으면 유동성, 내후성 및 압출가공성이 저하될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 폴리아미드 수지로는, 예컨대, 하기 화학식 1의 구조를 반복 단위로 포함하는 폴리아미드 수지를 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112021019385115-pat00001
상기 화학식 1에서, n은 60 내지 150의 정수이고, 보다 구체적으로는 80 내지 125의 정수이다.
일 구체예에서, 상기 폴리아미드 수지로는 고리 구조의 락탐(lactam), w-아미노산 또는 이들 중 2종 이상을 축중합하여 제조된 것을 사용할 수 있고, 2가산(diacids) 및 디아민(diamine)을 단량체로 사용할 수 있다.
상기 폴리아미드 수지로는 호모폴리아미드, 코폴리아미드 또는 이의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 상기 폴리아미드 수지는 결정성, 반결정성 또는 비결정성 수지일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 폴리아미드 수지는 나일론 6(폴리카프로락탐), 나일론 7(폴리헵타노아미드), 나일론 8(폴리카프릴락탐), 나일론 10(폴리(데카메틸렌 세바스아미드)), 나일론 66(폴리(헥사메틸렌 아디프아미드)), 나일론 69(폴리(헥사메틸렌 아젤라미드)), 나일론 610(폴리(헥사메틸렌 세바스아미드)), 나일론 611(폴리(헥사메틸렌 운데칸아미드)), 나일론 612(폴리(헥사메틸렌 라우로아미드)), 나일론 6T(폴리(헥사메틸렌디아민-테레프탈산)), 나일론 6/66(폴리(헥사메틸렌 아디프아미드-co-카프로락탐)), 나일론 6/12(폴리(헥사메틸렌 라우로아미드)), 나일론 6/6T(나일론 6과 나일론 6T의 공중합체) 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 전자파 차폐용 수지 조성물에는, 조성물 총 100 중량부 기준으로, 상기 폴리아미드 수지가 89.4 내지 99.4 중량부의 양으로 포함될 수 있다. 조성물 총 100 중량부 내의 폴리아미드 수지 함량이 상기 수준보다 낮으면 조성물의 기계적 물성이 나빠질 수 있으며, 반대로 상기 수준보다 높으면 전자파 차폐 성능이 나빠질 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 전자파 차폐용 수지 조성물 총 100 중량부를 기준으로 한 수지 조성물 내의 폴리아미드 수지 함량은 89.4 중량부 이상, 90 중량부 이상, 91 중량부 이상, 92 중량부 이상, 93 중량부 이상 또는 94 중량부 이상일 수 있고, 또한 99.4 중량부 이하, 99 중량부 이하, 98.5 중량부 이하, 98 중량부 이하 또는 97.5 중량부 이하일 수 있다.
(2) 분지형 탄소나노튜브
일반적으로 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)는 성형품의 표면 저항을 감소시켜 정전기 방전 효과를 부여할 수 있으며, 이러한 탄소나노튜브의 예로는 단일-벽 탄소나노튜브(Single-walled carbon nanotube, SWNT), 다중-벽 탄소나노튜브(Multi-walled carbon nanotube, MWNT), 또는 이들의 조합을 들 수 있다.
본 발명의 전자파 차폐용 수지 조성물은, 일반적인 탄소나노튜브가 아니라, 특정적으로 분지형 탄소나노튜브(Branched Carbon nanotube, Branched CNT)를 포함한다.
상기 분지형 탄소나노튜브는 일반적으로 사용되는 탄소나노튜브와는 다르게 다수의 가지가 뻗어나가는 구조(분지화된(Branched) 구조)를 가지며, 다수의 가지들로 인해 전도성 필러간 접점(contact point) 수를 증가시켜, 일반 탄소나노튜브를 사용하는 경우에 비해 우수한 전자파 차폐 효능을 제공할 수 있다.
본 발명에서 사용 가능한 분지형 탄소나노튜브의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 분지화된(Branched) 구조를 갖는 탄소나노튜브를 사용할 수 있다.
본 발명의 전자파 차폐용 수지 조성물에는, 조성물 총 100 중량부 기준으로, 상기 분지형 탄소나노튜브가 0.6 내지 6.9 중량부 포함된다. 조성물 총 100 중량부 내의 상기 분지형 탄소나노튜브 함량이 0.6 중량부 미만이면 수지 조성물에 충분한 전자파 차폐 성능이 구현되지 않으며, 6.9 중량부를 초과하면 수지 조성물의 기계적 강도가 매우 열악해져, 물성 측정을 위해 시편 그립(grip)시 시편이 파손(Break)될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 전자파 차폐용 수지 조성물 총 100 중량부를 기준으로 한 수지 조성물 내의 상기 분지형 탄소나노튜브의 함량은, 0.6 중량부 이상, 0.7 중량부 이상, 0.8 중량부 이상, 0.9 중량부 이상, 1 중량부 이상, 1.1 중량부 이상, 1.2 중량부 이상, 1.3 중량부 이상, 1.4 중량부 이상 또는 1.5 중량부 이상일 수 있고 6.9 중량부 이하, 6.8 중량부 이하, 6.7 중량부 이하, 6.6 중량부 이하, 6.5 중량부 이하, 6.4 중량부 이하, 6.3 중량부 이하, 6.2 중량부 이하, 6.9 중량부 이하, 6.0 중량부 이하, 5.9 중량부 이하, 5.8 중량부 이하, 5.7 중량부 이하, 5.6 중량부 이하, 5.5 중량부 이하, 5.4 중량부 이하, 5.3 중량부 이하, 5.2 중량부 이하, 5.1 중량부 이하 또는 5 중량부 이하일 수 있다. 바람직하게, 조성물 100 중량부 내의 상기 분지형 탄소나노튜브의 함량은, 예컨대, 1 내지 6.5 중량부, 1.1 내지 6.2 중량부, 1.2 내지 6 중량부, 1.3 내지 5.5 중량부, 또는 1.5 내지 5 중량부일 수 있다.
(3) 임의의 첨가제
본 발명의 전자파 차폐용 수지 조성물은, 상기한 성분들 이외에, 전자파 차폐용 수지 조성물에 통상 사용되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 전자파 차폐용 수지 조성물에 포함 가능한 첨가제는, 예컨대, 핵제, 열안정제, 산화방지제, 활제, 난연제, 난연보조제 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 핵제는 탈크, 마이카, 실리케이트, 이오노머, 소디움 2,2’-메틸렌-비스-(4,6-디-tert-부틸페닐)포스페이트 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구체예에서, 상기 산화방지제는 트리스(노닐페닐)포스파이트, (2,4,6-트리-tert-부틸페닐)(2-부틸-2-에틸-1,3-프로판디올)포스파이트, 트리스(2,4-디부틸페닐)포스파이트, 비스(2,4-디-tert-부틸페닐)펜타에리쓰리톨 디포스파이트, 비스(2,4-디-tert-부틸-4-메틸페닐)펜타에리쓰리톨 디포스파이트 또는 디스테아릴 펜타에리쓰리톨 디포스파이트와 같은 유기인계 산화방지제, 펜타에리쓰리톨 테트라키스(3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐) 프로피오네이트 또는 옥타데실-3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트와 같은 페놀계 산화방지제, 펜타에리쓰리톨 테트라키스(3-도데실씨오프로피오네이트)와 같은 티오에스테르계 산화방지제, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구체예에서, 상기 활제는 폴리에틸렌계, 에틸렌-에스테르계, 에틸렌글리콜-글리세린 에스테르계, 몬탄계, 에틸렌글리콜-글리세린 몬탄산 에스테르계, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구체예에서, 상기 난연제는 연소성을 감소시키는 물질로서, 포스페이트계 화합물, 포스포네이트계 화합물, 폴리실록산, 포스파젠 화합물, 포스피네이트계 화합물, 멜라민계 화합물 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구체예에서, 상기 난연보조제는 멜라민 시아누레이트, 멜라민 포스페이트, 멜라민 폴리포스페이트, 멜라민 파이로포스페이트 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 임의의 기타 첨가제의 함량은 특별히 제한되지 않고, 본 발명의 전자파 차폐용 수지 조성물의 목적하는 물성을 해치지 않는 범위에서 추가의 기능을 부가하기 위해 사용될 수 있는 정도의 양이다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 기타 첨가제의 함량은, 본 발명의 조성물 총 100 중량부를 기준으로, 0.1 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 10 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 8 중량부일 수 있다. 조성물 총 100 중량부 내의 상기 기타 첨가제의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우에는 기타 첨가제의 사용에 따른 각종 기능의 개선 효과가 미미할 수 있고, 상기 기타 첨가제의 함량이 10 중량부 초과일 경우에는, 수지 조성물의 기계적 물성이 열악해질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 본 발명의 전자파 차폐용 수지 조성물을 포함하는 성형품이 제공된다.
상기 성형품은, 본 발명의 전자파 차폐용 수지 조성물을 압출 또는 사출 성형하여 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 전자파 차폐용 수지 조성물은, 분지형 탄소 나노튜브(branched carbon nanotube)를 포함함으로써 전자이동로(electron pathway)를 형성시키는 전도성 필러간 접점의 수를 증가시켜, 종래의 폴리아미드 수지 조성물과 비교하여 더 우수한 전자파 차폐 성능을 구현할 수 있으며, 동시에 우수하고 균형 잡힌 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율 등의 기계적 특성을 나타내므로, 특히 자동차 내장재 등의 용도로 사용하기에 매우 적합하다.
따라서, 본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 상기 성형품은 자동차 내장재일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이들로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1~4 및 비교예 1~12
하기 표 1및 표 2에 나타낸 조성으로 각 실시예 및 비교예의 수지 조성물을 제조하였다. 즉, 하기 성분 설명에 명시된 폴리아미드 수지, Branched CNT 등으로 이루어진 원료들을 슈퍼 믹서에서 약 2분간 혼합하고, 이를 이축 압출기 메인호퍼에 투입하여 펠렛을 제조하였다. 압출기는 12배럴의 30 mm 압출기(Jappen Steel Works)를 이용하였다. RPM은 200으로 하고, 용융온도는 250℃를 기준으로 하여 부분별 설정하였다. 압출 과정을 거친 조성물은 냉각조에서 냉각시킨후, 폴리아미드 수지 조성물의 펠렛을 제조하였다.
<성분설명>
(1) 폴리아미드 수지: 폴리아미드 6(EN 300 grade, KP chemtech사)
(2) Branched CNT: 분지형 탄소나노튜브(Branched carbon nanotube)
Branched CNT는 다음과 같은 방법으로 제조하였다: 다중벽 탄소나노튜브에 Fe(No3)3ㆍ9H2O를 함침법으로 담지하고 120℃의 온도에서 10시간 이상 건조시켰다. 담지된 탄소나노튜브를 600℃의 온도에서 환원시킨 후, 석영관에서 헬륨기체를 흘리며 1000℃까지 온도를 올려 Branched CNT를 제작하였다.
(3) 기타: 열안정제, 산화방지제 및 활제 혼합물을 전체 조성물 100 중량부에 대해 1 중량부로 하여 각각의 시료에 첨가함.
(4) CNT: 분지형이 아닌 일반 탄소나노튜브(NC7000, Nanocyl사)
(5) CB: 카본블랙(CHEZACARB AC 60, Uniptrol사)
(6) CF: 탄소섬유(SYC-TR-PU6, 선영산업)
<물성 측정 및 평가>
상기와 같이 제조된 폴리아미드 수지 조성물에 대하여, 다음과 같은 물성 항목들을 측정 및 평가하였으며, 그 결과를 하기 표에 정리하였다.
(1) 표면저항: ASTM D257에 의거하여 시편 제작하여 표면저항을 측정하였다.
(2) 전자파(EMI) 차폐성능: ASTM D4935에 의거하여 시편 제작하여 전자파 차폐 성능을 측정하였다.
(3) 인장강도: ASTM D638에 의거하여 시편 제작하여 인장강도를 측정하였다.
(4) 굴곡강도: ASTM D790에 의거하여 시편 제작하여 굴곡 탄성율을 측정하였다.
(5) 굴곡탄성율: ASTM D790에 의거하여 시편 제작하여 굴곡 탄성율을 측정하였다.
Figure 112021019385115-pat00002
Figure 112021019385115-pat00003
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 전자파 차폐용 수지 조성물의 경우, 표면저항과 전자파 차폐 성능이 동일 함량에서 가장 우수한 동시에, 우수하고 균형 잡힌 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율 등의 기계적 특성을 나타내었다. 그러나 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1 및 3 내지 12의 조성물들은 전자파 차폐 성능이 열악하였고 기계적 특성의 일부 혹은 전부도 실시예 대비 열악하였다. 특히, 비교예 2의 경우, 기계적 특성이 너무도 열악하여 시편 제작시 파손이 발생하였다.

Claims (6)

  1. (1) 폴리아미드 수지; 및
    (2) 분지형 탄소나노튜브;를 포함하며,
    상기 분지형 탄소나노튜브의 함량이 전체 조성물 100 중량부를 기준으로 1.5 내지 5 중량부인,
    전자파 차폐용 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 폴리아미드 수지의 상대 점도가 2.3 내지 3.0인, 전자파 차폐용 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 폴리아미드 수지가 나일론 6, 나일론 7, 나일론 8, 나일론 10, 나일론 66, 나일론 69, 나일론 610, 나일론 611, 나일론 612, 나일론 6T, 나일론 6/66, 나일론 6/12, 나일론 6/6T 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 하나 이상인, 전자파 차폐용 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 핵제, 열안정제, 산화방지제, 활제, 난연제, 난연보조제 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는, 전자파 차폐용 수지 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 전자파 차폐용 수지 조성물을 포함하는 성형품.
  6. 제5항에 있어서, 상기 성형품이 자동차 내장재인, 성형품.
KR1020210021379A 2021-02-17 2021-02-17 전자파 차폐 성능이 향상된 폴리아미드 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 KR102519880B1 (ko)

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