KR20050066211A - 전자파차폐용 전도성 코팅액 조성물 - Google Patents

전자파차폐용 전도성 코팅액 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자파차폐용 전도성 코팅액 조성물에 대한 것으로, 보다 상세하게는 (a) 금속 분말, (b) 수용성 우레탄 분산액(dispersion), (c) 알콜, (d) 레올로지 조절제, 및 (e) 폴리스티렌술포네이트로 도프된 폴리에틸렌디옥시티오펜을 포함하는 전자파차폐용 전도성 코팅액 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 의해 MHz에서 GHz 대역의 전자파를 차단할 수 있어, 특히 이동동신 단말기, 사무기기, 의료기기 등의 내부 소자로부터 발생되는 전자파에 의한 EMI문제를 해결할 수 있는 차폐재료를 제공할 수 있다.

Description

전자파차폐용 전도성 코팅액 조성물 {High Conductive Coating Composition for Electromagnetic Interference Shielding}
본 발명은 전자파차폐용 전도성 코팅액 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (a) 금속 분말, (b) 수용성 우레탄 분산액(dispersion), (c) 알콜, (d) 레올로지 조절제, 및 (e) 폴리스티렌술포네이트로 도프된 폴리에틸렌디옥시티오펜을 포함하는 전자파차폐용 전도성 코팅액 조성물에 관한 것이다.
전자제품의 경량화, 디자인의 용이성, 경제성, 절연성의 요구에 따라 플라스틱 소재의 적용 이후 전자파 발생에 따른 차폐의 요구도가 증가되었고, 이를 개선하기 위한 노력이 계속되어 왔다. 그러나 최근에는 전자기기의 소형화 및 집적화가 가속화되면서 전자파차폐제의 고성능화가 더욱 요구되어 지고 있다.
전자파를 차폐하는 표면처리 방법에는 무전해 도금, 전도성 도료, 진공증착과 같은 3가지 방법이 가장 널리 이용되고 있다. 도금의 경우 전도성은 양호하나 적용재료에 제한이 있으며, 설비가 고가이다. 또한, 폐액 처리문제가 있어 또 다른 공해물질의 배출 문제가 있다. 진공증착의 경우에도 전도성은 양호하나 제품의 크기가 제약받는 단점이 있다. 따라서 요즘과 같이 디자인의 변화가 잦고, 크기가 점점 작아지는 추세의 전자기기의 전자파 차폐를 위해서는 전도성 도료를 활용하는 것이 효과적이라 할 수 있겠다.
전도성 도료는 복잡한 형상에도 도포가 가능하며, 설비에 대한 부담이 적어 모델 변화에 대한 대응이 빠른 장점이 있다. 따라서, 최근에는 전도성 물질을 포함하는 전도성 도료에 대한 관심이 높아지고 있을 뿐만 아니라 성능을 향상시키는데 많은 연구가 이루어지고 있다.
전자파 차폐용 전도성 도료는 대부분 금속분말과 바인더, 용제 등으로 이루어진다. 금속분말을 많이 사용할수록 전도성은 향상되나 원가부담이 너무 크며, 소지에 대한 부착성 및 안정성 저하의 문제가 야기될 수 있다. 이에 원가부담을 줄이면서 전도성을 향상시킬 수 있는 보조제 또는 첨가제의 개발이 요구되어진다.
미국특허 제 5,696,196호에서는 전도성 클레이를 사용하여 상기 문제를 해결하고자 하였다. 그러나, 전도성 클레이는 무기물로서 침강방지에는 효과적이긴 하나 열안정성이 불량하여 고온 환경에서의 적용시 전도성이 저하되는 단점을 가지고 있다.
미국특허 제 4,950,423호와 제 4,826,631호에서는 올레익액시드, 리놀레익 액시드 등 지방산 계열의 첨가제를 전도성 향상 보조제로 사용하고 있으나 여기에 사용된 지방산은 상온 안정성이 떨어지는 단점을 지닌다. 따라서 도료의 재분산 후 금속분말 표면을 코팅하였던 지방산이 쉽게 분리되어 안정성 뿐만 아니라 도료의 색상변화를 야기시키며, 전도성이 급격히 저하되는 단점을 지닌다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 전도성 폴리머를 사용하여 상온 및 열안정성, 부착성, 마모성 등이 우수하면서도, 기존의 전도성 대비 매우 향상된 전도성을 나타내는 코팅액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 한 측면은 (a) 금속 분말, (b) 수용성 우레탄 분산액 (dispersion), (c) 알콜, (d) 레올로지 조절제, 및 (e) 폴리스티렌술포네이트로 도프된 폴리에틸렌디옥시티오펜을 포함하는 전자파차폐용 전도성 코팅액 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 다른 측면은 상기 전자파차폐용 전도성 코팅액 조성물을 사용하여 제조된 전도성 박막에 관한 것이다.
이하에서, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 코팅액 조성물에서는 금속분말로 은, 동 및 은도금된 금속분말이 사용된다. 적용되는 금속의 평균입도(D50)는 1∼60㎛이며, 그 형상은 플레이크형, 구형 그리고 가지형(dendritic)인 것을 사용할 수 있다. 상기 금속분말 중 은이 1∼20중량% 함량으로 코팅된 동분말이 보다 바람직하다.
본 발명의 조성물 중 상기 금속분말의 함량은 10∼60중량%, 바람직하게는 20∼40중량% 이다. 금속분말의 함량이 10중량% 미만일 경우 전도성이 불량하고, 60중량% 초과일 경우 제조원가가 상승하는 단점이 있다.
본 발명의 조성물에는 혼합의 용이성 및 금속표면에의 충분한 습윤성 부여하기 위해서 수용성 우레탄 분산액이 사용된다. 상기 분산액은 수용성의 폴리우레탄이 물 등의 용매에 고형분 함량 30∼35중량%로 용해된 형태의 것이다. 보다 바람직하게는 알리파틱 폴리에스테르 폴리우레탄 분산액을 사용한다. 상용되는 제품으로는 노벤(Noveon)사에서 제조되는 산큐어(Sancure) 12954가 예시된다.
본 발명의 조성물 중 상기 수용성 우레탄 분산액의 함량은 5∼40중량%, 바람직하게는 10∼30중량%의 범위이다. 상기 함량이 5중량% 미만일 경우 기재 (substrate: 주로 플라스틱류)와의 부착성이 불량하며, 40중량% 초과일 경우 저항이 상승하는 문제점이 있다.
본 발명의 조성물에 사용하는 용제로서 알콜계 용매를 사용한다. 알콜계 용매로는 구체적으로 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 노말부탄올, 이소부탄올 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 조성물에서는 용매로 MEK(메틸에틸케톤)와 같은 부식성이 강한 용제를 사용하지 않고, 마일드(mild)한 알콜용제를 사용하므로 플라스틱면에 영향을 거의 주지 않고, 작업자들의 환경안정적인 측면에 있어서도 바람직하다. 또한 비점이 낮은 용매를 선택하여 스프레이 도장후 낮은 건조조건에서 대량생산이 가능하므로 원가절감이 가능하다. 또한 건조속도가 빨라서 생산성 향상의 이점이 있다.
본 발명의 조성물 중 알콜계 용매의 함량은 10∼60중량%이다.
본 발명의 조성물에는 코팅액의 점도를 조절하기 위해서 레올로지 조절제를 첨가한다. 이러한 레올로지 조절제로서 구체적으로는 가교 폴리아크릴레이트 중합체, 셀룰로오스, 우레탄, 아크릴에멀젼타입, 벤토나이트 등이 예시되며, 보다 바람직하게는 가교 폴리아크릴레이트 중합체가 사용된다. 가교 폴리아크릴레이트 중합체의 경우, 알콜 용매에 용해가 잘 되면서도 전도성에 영향을 미치지 않으며, 금속의 침강방지 및 스프레이 작업성 향상의 추가 효과를 가진다. 상용화되는 제품으로는 노벤(Noveon)사에서 제조되는 카보폴(Carbopol) EZ-2이 있다.
본 발명의 조성물 중 레올로지 조절제의 함량은 0.02∼4중량%(고형분 기준)이다. 상기 함량이 0.02중량%보다 적을 경우에는 증점효과가 떨어져 금속 침강이 일어날 수 있으며, 4중량% 초과로 적용될 경우에는 수지와의 강한 상호작용으로 인해 저장성이 불량해지며, 저항값 상승의 원인이 된다.
본 발명의 조성물에서는 전도성을 향상시키는 첨가제로서 폴리티오펜계 고분자의 일종인 수용성 폴리에틸렌디옥시티오펜(PEDT)을 사용한다. 보다 바람직하게는 분자량이 150,000~200,000의 범위에 들고 도판트(dopant)로서 폴리스티렌술포네이트(PSS)로 도프된 폴리에틸렌디옥시티오펜을 사용하는데, 이러한 폴리에틸렌디옥시티오펜은 물에 잘 녹는 성질을 나타내며 내열성, 내습성 및 UV 안정성이 매우 우수하다는 장점을 가진다(이하, 폴리에틸렌디옥시티오펜은 폴리스티렌술포네이트로 도프된 것을 의미함). 본 발명의 코팅액 제조시 상기 폴리에틸렌디옥시티오펜은 수용액의 형태로 첨가되는데, 이때 폴리에틸렌디옥시티오펜 수용액은 물에 대한 최적의 용해도를 유지하도록 고형분 농도가 1.2~1.5중량%로 조정되어 있다. 이러한 폴리에틸렌디옥시티오펜 수용액은 물 및/또는 알콜과 같은 유전상수가 큰 용매와 잘 혼합되기 때문에, 이러한 용매들로 희석하여 쉽게 코팅할 수 있다.
본 발명의 조성물 중 상기 폴리에틸렌디옥시티오펜 수용액(고형분 함량 1.2∼1.5중량%)의 함량은 1∼10중량%이다. 상기 함량이 1중량% 미만인 경우에는 전도성 향상 효과를 나타낼 수 없으며, 10중량% 초과로 적용될 경우에는 오히려 전류의 흐름을 방해해 저항값 상승의 원인이 된다.
본 발명에 따른 코팅액 조성물에는 상기 필수 구성성분 이외에도 당업자가 첨가할 수 있는 각종 첨가제가 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위내에서 첨가될 수 있다.
본 발명에서 제조된 코팅액 조성물은 당업계에서 통상적으로 사용되는 코팅방법이 모두 적용 가능하나, 바람직하게는 스핀코팅 또는 스프레이 코팅법을 사용하여 코팅된다.
본 발명의 전도성 코팅액 조성물로부터 제조되는 전도성 박막은 휴대폰, 노트북PC 등에 있어, 폴리카보네이트나 폴리카보네이트 얼로이(alloy), 아크릴로부타디엔스타이렌/폴리카보네이트 등의 고분자로 이루어진 플라스틱 하우징에 적용되어 전자파 차폐의 역할을 수행한다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
유니온프로세스사 01-HDDM모델 아트리트에 이트륨으로 안정화된 지르코니아 비드(YTZ, 2mm) 2007g을 충진한 후, 산큐어 12954 80g, 시판 은분말(SF-70A, Ferro社) 186g을 순차적으로 넣고 2000rpm에서 30분 동안 교반하였다. 여기에 Bayer社 의 Batron PHC(폴리에틸렌 디옥시티오펜/폴리스티렌술포네이트) 25g을 넣은 후 에탄올 99g과 부탄올 20g을 넣고 500rpm에서 10분간 혼합한 뒤, 레올로지 조절제로서 카보폴 EZ-2(노베온(Noveon)社 제조, 고형분 함량 10~15중량%) 40g을 첨가하여 1000rpm에서 30분동안 교반하면서 점도를 조절하여 코팅액 조성물을 제조하였다.
한편 제조된 코팅액 조성물을 폴리카보네이트 플라스틱 기재에 스프레이건을 이용 2~3 게이지 압력에서 3회 코팅한 후, 60℃에서 30분간 열소성 하여 전도성 박막을 제조하였다. 제조된 전도성 박막에 대하여 멀티메타를 사용하여 단위 면적당 표면저항을 측정하고, ASTM D3359을 따라 접착력을 측정하여 이를 표 1에 나타내었다. 열안정성 평가는 50℃ 환경에서 10일간 도료 보관 후 도전선 박막을 코팅한 후, 저항을 측정하여 평가하였다.
비교예 1
Batron PHC를 사용하지 않고, 에탄올의 양을 114g으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 도료를 제조하였다. 제조된 도료 조성물의 물성평가는 실시예 1과 동일하며, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
비교예 2
전도성 폴리머를 폴리아닐린으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 도료 조성물을 제조하였다. 제조된 조성물을 가지고 실시예 1과 동일한 방법으로 물성평가를 실시하였으며, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
비교예 3
전도성 폴리머를 폴리아세틸렌으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 도료 조성물을 제조하였다. 제조된 조성물을 가지고 실시예 1과 동일한 방법으로 물성평가를 실시하였으며, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
비교예 4
전도성 폴리머를 폴리피롤으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 도료 조성물을 제조하였다. 제조된 조성물을 가지고 실시예 1과 동일한 방법으로 물성평가를 실시하였으며, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
비교예 5
전도성 폴리머를 바이에르사의 베이트론피(Batron P, 폴리에틸렌 디옥시티오펜)로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 도료 조성물을 제조하였다. 제조된 조성물을 가지고 실시예 1과 동일한 방법으로 물성평가를 실시하였으며, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
구분 점도(cps) 초기저항(Ω/㎠) 접착력 열안정성 후 도막두께(μ)
저항(Ω/㎠) 접착력
실시예 1 23,000 1.2 5B 1.5 5B 6
비교예 1 26,000 1.7 5B 1.8 5B 6
비교예 2 24,000 1.7 5B 5.2 3B 6
비교예 3 22,000 2.4 5B 3.0 5B 6
비교예 4 23,000 2.8 5B 3.2 5B 6
비교예 5 24,000 1.8 5B 1.9 5B 6
* 점도 측정 방법 : Brookfield, spin# 4, 30rpm
상기 표 1로부터, 폴리에틸렌 디옥시티오펜/폴리스티렌술포네이트의 사용시전도성 향상의 효과가 있으며, 폴리피롤, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린에 비하여 월등히 안정한 특성을 가짐을 알 수 있다. 또한, 디옥시티오펜 단독보다는 폴리스티렌술포네이트기가 도입된 것을 사용하는 것이 효과적임을 보여준다.
비교예 6
Baytron PHC의 사용량을 4g으로 하고, 에탄올의 사용량을 123g으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 도료 조성물을 제조하였다. 제조된 조성물을 가지고 실시예 1과 동일한 방법으로 물성평가를 실시하였으며, 그 결과는 표 2에 나타내었다.
비교예 7
Baytron PHC의 사용량을 46g으로 하고, 에탄올 사용량을 78g으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 도료 조성물을 제조하였다. 제조된 조성물을 가지고 실시예 1과 동일한 방법으로 물성평가를 실시하였으며, 그 결과는 표 2에 나타내었다.
구분 점도(cps) 초기저항(Ω/㎠) 접착력 열안정성 후 도막두께(μ)
저항(Ω/㎠) 접착력
실시예 1 23,000 1.2 5B 1.5 5B 6
비교예 1 26,000 1.7 5B 1.8 5B 6
비교예 6 23,500 1.8 5B 1.8 5B 6
비교예 7 20,000 2.2 5B 2.5 5B 6
상기 결과로부터 Baytron PHC의 함량이 1중량% 미만인 경우 전도성 향상 효과가 없으며, 함량이 10중량% 초과이면 고분자 단량체의 과량으로 인하여 저항값이 상승하는 것을 알 수 있다.
실시예 2
은 분말 대신에 은(Ag)-코팅된(10중량%) 동분말 [미쯔이社(Mitsui Minning) 제조: 상품명 MF-D2]를 사용하였다. 실시예 1과 동일한 방식으로 도료 조성물을 제조하였다. 제조된 조성물을 가지고 실시예 1과 동일한 방법으로 물성평가를 실시하였으며, 그 결과는 표 3에 나타내었다.
비교예 8
Baytron PHC를 사용하지 않았고, 에탄올의 사용량을 114g으로 한 것을 제외하고는 실시예 2과 동일한 방식으로 도료 조성물을 제조하였다. 제조된 조성물을 가지고 실시예 1과 동일한 방법으로 물성평가를 실시하였으며, 그 결과는 표 3에 나타내었다.
구분 점도(cps) 초기저항(Ω/㎠) 접착력 도막두께(μ)
실시예 2 5,000 2.0 5B 15
비교예 8 5,500 2.5 5B 15
상기 결과로부터, 은이 코팅된 동분말을 사용하는 경우에도 폴리에틸렌 디옥시티오펜/폴리스티렌술포네이트의 적용시 전도성 향상 효과가 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 코팅액 조성물을 사용하여 부착성, 및 열안정성이 우수하고, 특히 전도성이 향상된 전자파 차폐 박막을 제공할 수 있다. 또한 이를 휴대폰, 노트북과 같은 전자정보통신기기, 사무기기, 의료기기 등에 적용하여 내부 소자로부터 발생되는 전자파에 의한 EMI문제를 해결할 수 있다.

Claims (8)

  1. (a) 금속 분말,
    (b) 수용성 우레탄 분산액(dispersion),
    (c) 알콜,
    (d) 레올로지 조절제, 및
    (e) 폴리스티렌술포네이트로 도프된 폴리에틸렌디옥시티오펜을 포함하는 전자파차폐용 전도성 코팅액 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 금속분말은 10∼60중량%, 수용성 우레탄 분산액(고형분함량 30∼35중량%)은 5∼40중량%, 알콜은 10∼60중량%, 레올로지 조절제는 0.02∼4중량%, 및 폴리스티렌술포네이트로 도프된 폴리에틸렌디옥시티오펜 수용액(고형분 함량 1.2∼1.5중량%) 1∼10중량%가 첨가되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 전도성 코팅액 조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 금속분말은 은, 동, 또는 은 코팅된 동 분말로서, 평균입경이 1 내지 60㎛ 이고, 그 형상은 플레이크형, 구형 또는 가지형인 것을 특징으로 하는 전자파 차폐용 전도성 코팅액 조성물.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 은 코팅된 동분말은 전체 동 분말의 중량을 기준으로 1 내지 20중량%의 은(Ag)이 코팅된 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 전도성 코팅액 조성물.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 수용성 우레탄 디스퍼젼은 알리파틱 폴리에스테르 폴리우레탄 분산액인 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 전도성 코팅액 조성물.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 레올로지 조절제는 가교 폴리아크릴레이트 중합체인 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 전도성 코팅액 조성물
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 알콜로서 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 노말부탄올 및 이소부탄올로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상의 물질이 사용되는 것을 특징으로 하는 전자파차폐용 전도성 코팅액 조성물.
  8. 제 1항 또는 제 2항의 전자파차폐용 전도성 코팅액 조성물을 사용하여 제조된 전도성 박막.
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