KR19990060651A - 대전방지성 폴리에스테르 수지조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전도성 및 대전방지성이 우수한 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지조성물에 관한 것으로, 고유점도가 0.8∼1.4㎗/gr인 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 및 전도성 휘스커와 전도성 카본블랙, 폴리테트라플르오로에틸렌을 함유하는 PBT수지조성물은 대전방지성이 뛰어나 반도체 웨이퍼 케리어 또는 정전기 발생이 없어야 되는 성형품등에도 적용가능한 전도성 및 대전방지성, 칫수안정성, 성형가공성, 내약품성, 내마모성등이 우수하다.

Description

대전방지성 폴리에스테르 수지조성물

본 발명은 엔지니어링 플라스틱으로 자동차, 전기, 전자부품의 성형재료로 널리 사용되고 있는 폴리에스테르 수지조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대전방지성이 뛰어나 반도체 웨이퍼 케리어 또는 정전기 발생이 없어야 되는 성형품에 적용가능한 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지조성물에 관한 것이다.

일반적으로 폴리부틸렌 테레프탈레이트(이하, PBT라 함) 수지는 내열성 및 내약품성, 내마모성, 성형가공성등이 우수하여 공업용 재료에 널리 쓰인다. 최근에 자동차 산업의 발전과 더불어 그 쓰임새가 더욱 증가되고 있는 추세이다. 또한, 전기절연성 및 절연강도 등이 뛰어나 전기부품용 소재인 케넥터, 코일보빈, 릴레이 등의 하우징재료로 널리 사용되고 있다. 더욱이 PBT는 내마모성이 폴리아세탈과 유사한 정도로 매우 우수하여 내열성이 요구되는 각종 기어류에 사용된다.

그러나, 반도체 웨이퍼 케리어 또는 직접회로(IC)의 운반 트레이 등에 사용되는 재료의 경우는 전기전도성 및 대전방지성을 지녀야 한다. 이는 공기중의 먼지등이 정전기에 의해 웨이퍼 또는 집적회로에 불순물로 작용하게 되어 불량을 발생시키기 때문이다. 반도체 공정의 경우에서는 불량율에 따라서 전체 생산율이 크게 작용받기 때문에 대전방지성을 갖는 재료는 절대적으로 필요하다. 전기전도성과 대전방지성을 구분하는 기준은 체적 또는 표면고유저항을 측정하는 방법이 일반적이다. 대개 플라스틱 수지는 전기를 통하지 않는 전기절연성을 가지고 있으며, 체적고유저항으로는 10¹⁵∼10¹⁶Ω㎝에 해당한다. 전도성을 갖기위한 체적고유저항의 수치는 10⁴Ω㎝이하가 될 경우 전기를 잘 통하게 된다. 반도체의 경우는 10⁷∼10⁸Ω㎝의 값을 가지며, 이 경우 대전방지성을 갖게된다.

또한, 각종 용매에 의하여 웨이퍼가 세척되기 때문에 화학적으로 내약품성이 뛰어나야 하며, 온도변화에 따른 칫수안정성도 중요하다. 그리고 웨이퍼의 삽입 및 취출에 따른 케리어의 마모도 중요한 데, 이는 내마모성이 떨어지는 재료인 경우는 마모된 재료의 부수러기가 불순물로 작용하기 때문이다.

PBT는 칫수안정성 및 성형성이 뛰어나고 내마모성 및 내화학성이 매우 우수한 장점을 갖는 소재로, 대전방지성 또는 전도성을 증가시키면 상기의 조건을 만족시킬 수 있다. 따라서, 대전방지성 또는 전도성을 증가시키기 위해, 전도성이 우수한 탄소섬유를 첨가하는 방법, 전도성 카본블랙을 첨가하는 방법, 대전방지용 첨가제를 혼합하는 방법들이 일반화 되어있다.

국내특허 공개 96-29406는 폴리에테르 카본수지에 탄소섬유를 첨가한 수지조성물에 관한 것으로, 이 경우 전도성은 우수하나 대전방지성을 갖는 범위의 체적고유저항을 지속적으로 유지하기 어렵다는 단점이 있다. 탄소섬유의 경우 첨가량에 따라 체적고유저항의 변화폭이 매우 심한데, 이는 탄소섬유의 섬유상 구조 및 배향과 관련이 있기 때문이다. 탄소섬유 함량이 1% 줄어들 경우 체적고유항이 크게는 10⁴Ω㎝의 차이가 나므로 일정한 저항값을 유지하기가 어렵게 된다. 또한 단가면에서 고가가 필연적이다.

국내특허 공개 94-23955에서는 나프탈렌 부분함유 반복단위를 갖는 액정중합체에 관한 것으로, 이 경우는 자체 전도성은 갖지만 웨이퍼 재료로 사용하기에는 강도가 떨어져 강화제가 필요한 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 결점을 보완하여, 전도성 및 대전방지성이 우수하며, 칫수안정성 및 성형가공성, 내약품성, 내마모성이 우수한 PBT수지조성물의 제조를 그 과제로 한다.

본 발명은 반도체 웨이퍼 케리어 또는 직접회로(IC) 운반 트레이 등에 적용가능한 전도성 및 대전방지성이 우수한 PBT수지조성물 제조에 관한 것으로, 전도성 첨가제인 휘스커가 함유된 PBT수지조성물의 제조에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명은 PBT수지에 전도성 휘스커와 전도성 카본블랙, 폴리테트라플르오로에틸렌을 함유하는 것을 특징으로 하는 PBT수지조성물을 제조한다.

본 발명에서 사용되는 PBT수지는 0.80∼1.4㎗/gr의 고유점도를 가진 하기 화학식 1과 같은 것이 바람직하다.

또한, 전도성 첨가제인 휘스커는 PBT수지조성물 100중량% 중에 10∼30중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 만일 10중량% 미만이면 전기전도성이 떨이지게 되고, 30중량%를 초과하게 되면 성형가공성이 불량하게 된다.

전도성 첨가제로 사용되는 휘스커는 0.3∼0.6㎛의 직경과 10∼20㎛의 길이를 갖는 것이 바람직하다. 휘스커는 단결정을 나타내는 총칭으로 K₂O·nTiO₂의 구조를 갖는 티탄산 칼륨으로, 여기에 Sn막을 표면처리하여 전도성을 갖게되는 강화제의 일종인 데, 이 티탄산 칼륨은 일본 오츠카 케미칼에서 제조되는 4.0∼4.6정도의 비중을 가진 상품명 덴탈(DENTALL)이 적당하다.

휘스커는 반경이 유리섬유보다 50배 정도 작기 때문에 미세한 부분까지 충전이 가능하며 연한 마모특성을 보유하고 있어 상대물의 마모도 방지할 수 있다. 또한 30중량%정도 첨가하더라도 표면이 매끄러운 특성을 가지고 있다. 따라서 기어류 등의 작은 부품에 특히 좋다.

전도성 카본블랙(Carbon Black: C/B)은 PBT수지조성물 100중량%중에 0∼10중량%을 함유한다. 이는 전도성 상승효과를 위한 것이다. 전도성 카본블랙은 단독 함량이 크게 증가되더라도 전도성은 크게 개선되지 못하기 때문에 다량투입을 하여야 하는 데, 이로인해 가공공정에서 투입이 원활이 되지 않는 단점이 있다. 이는 전도성 카본블랙이 비중이 낮고 입자가 크기(Bulky) 때문에 함량을 10%이상 투입하기가 매우 어렵기 때문이다.

폴리테트라플르오로에틸렌(PTFE)은 습동성 및 자기 윤활성 보완을 위하여 사용되는 것으로, PBT수지조성물 100중량%중에 0∼10중량%을 함유한다.

또한, 상기 필수성분외에, 열안정제 또는 윤활제 등을 첨가할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

〈 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4 〉

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성성분들을 단일나사 압출기(single screw extruder) 형태의 니이더(kneader)에 투입하여 실린더 온도 230∼270℃에서 컴파운딩하고, 냉각조에서 냉각한 후 펠렛화하였다. 이 펠렛을 제습형 건조기에서 120℃, 4시간 건조하여 수분율이 0.01중량%이하가 되도록 건조한 후, 건조된 펠렛을 실린더온도 250℃, 금형온도 80℃, 사출보압시간 9초, 냉각시간 12초 및 사출압력 120∼140bar의 성형조건하에 사출기에서 사출하여 두께 2㎜, 반지름 50㎜인 원형시편으로 제조하였다.

상기와 같이 성형된 시험편에 대하여 다음과 같은 방법으로 인장강도, 충격강도, 마모량 및 체적고유저항을 측정하였다. 측정결과는 하기 표 2에 제시된다.

◆ 인장강도 : ASTM D638에 의거하여 시편을 이용하여 온도 23±2℃, 상대습도 50±5%, 대기압의 조건에서 5㎜/분의 속도로 측정한다. 인장강도는 파단점에서의 강도를 나타냈으며 PBT수지의 경우는 항복점에서의 값을 기록하였다. 최소 5회이상 측정하여 평균값으로 나타내었다.

◆ 충격강도 측정 : ASTM D256에 의거하여 추(Pendulum)에 의해 시편이 파단될때의 에너지를 나타내며, 단위 두께로 나눈 것이 충격강도애 해당된다. 두께에 따라 충격강도의 차이가 나는 것이 일반적이며, 본 발명에서는 ¼″의 두께를 갖는 시편을 이용하여 측정하였다. 최소 5회 이상 측정하여 평균값으로 나타내었다.

◆ 체적고유저항 측정 : ASTM D257에 의거하여 시편의 체적고유저항을 측정하였다. 시편은 두께 2㎜, 반지름 50㎜의 원형시편으로 사출성형기를 이용하여 제작하였다. 시험은 미국 Hewlett Packard사의 High Resistance Meter(모델명:4329A)를 사용하였으며, 최소 5회이상 측정하여 평균값으로 나타내었다.

◆ 내마모성 측정 : ASTM D 1044에 의거하여 Taber Abrasion시험기를 사용하여 측정하였다. 시편은 두께 2㎜, 반지름 50㎜인 원형시편을 이용하였다. CS-17번 숫돌에 1000g의 하중을 가하고 1000회를 회전시켰다. 이때 시험 전후의 무게변화를 ㎎단위로 측정한다. 따라서 단위는 ㎎/1000회(Cycle)이 된다. 이 내마모 시험은 수지의 마모량을 상대적으로 측정하여 비교할 수 있는 매우 유용한 방법이다.

조성성분	함량	실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4
PBT※1	중량%	80	75	75	100	80	80	90
전도성휘스커※2	중량%	20	20	20	-	-	-	-
전도성 C/B	중량%	-	5	-	-	-	-	10
PTFE※3	중량%	-	-	5	-	-	-	-
유리섬유	중량%	-	-	-	-	20	-	-
탄소섬유	중량%	-	-	-	-	-	20	-
안정제※5	phr	0.35	0.35	0.35	0.35	0.35	0.35	0.35
윤활제※6	phr	0.15	0.15	0.15	0.15	0.15	0.15	0.15

※1) PBT : 고유점도 0.82㎗/gr인 폴리부틸렌테레프탈레이트

※2) 휘스커: 일본 오츠카 케메칼사의 DENTALL WK 200 Grade

※4) PTFE : 폴리테트라플르오로에틸렌으로 듀퐁사의 Teflon

※5) 안정제 : 아민계통 및 인계통의 산화방지제

※6) 윤활제 : 에틸렌 비스스테아린 아마이드

	인장강도(㎏/㎠)	충격강도(㎏㎝/㎝)	체적고유저항(Ω㎝)	마모량(㎎/100회)	가공성
실시예 1	620	3.2	108	29	◎
실시예 2	570	3.1	107	32	○
실시예 3	600	3.3	108	25	◎
비교예 1	550	3.0	1010	35	◎
비교예 2	1050	6.5	1015	35	◎
비교예 3	1400	7.0	103	28	×
비교예 4	530	2.8	108	37	×

◎ : 매우우수, ○ : 우수, × : 나쁨

비교예 1는 PBT수지의 물성측정으로 PBT수지가 전기절연성을 가지므로 체적고유저항이 높아 대전방지성이 좋지 않다. 비교예 2에서는 PBT의 물성향상을 위하여 강화제인 유리섬유를 첨가하므로써 인장강도는 좋으나, 비교예 1과 마찬가지로 체적고유저항이 높아 대전방지성이 좋지 못하다. 비교예 3에서는 전도성 첨가제로 탄소섬유를 첨가하였으나, 탄소섬유의 함량변화에 대하여 체적고유저항이 크게 변화되는 경향이 있어 일정한 체적고유저항을 유지하기 어렵고, 가공성이 좋지 못하였다. 비교예 4의 경우에는 전도성 첨가제로 카본블랙을 첨가하였다. 전도성 카본블랙은 단독 함량이 크게 증가되더라고 전도성이 크게 개선되지 못하며, 비중이 낮고 입자가 크므로 가공공정에서 전도성 카본블랙의 투입이 원활하지 못하여 가공성이 좋지 못하였다.

이상 설명한 바와 같이, PBT수지에 전도성 휘스커를 투입하므로써, 전도성 및 대전방지성 뿐 아니라 칫수안정성, 성형가공성, 내약품성, 내마모성등이 우수함을 알 수 있다.

Claims (2)

1. 고유점도가 0.8∼1.4㎗/gr인 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 50∼90중량%, 전도성 휘스커 10∼30중량%, 전도성 카본블랙 0∼10중량%, 폴리테트라플르오로에틸렌 0∼10중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 대전방지성 폴리에스테르 수지조성물.
2. 제 1항에 있어서, 전도성 휘스커가 직경 0.3∼0.6㎛, 길이 10∼20㎛. 비중 4.0∼4.6의 티탄산 칼륨임을 특징으로 하는 대전방지성 폴리에스테르 수지조성물.