KR20050070534A - 속건형 투명 도전성 코팅액 조성물을 이용한 열성형용대전방지 포장재 - Google Patents

속건형 투명 도전성 코팅액 조성물을 이용한 열성형용대전방지 포장재 Download PDF

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Abstract

속건형 투명 도전성 코팅액 조성물을 사용한 대전방지 포장재에 관한 것으로 본 발명에 따른 포장재는 비수계 아크릴 고분자계 바인더 용액; 도전성 고분자 수용액; 및 상기 바인더 용액과 도전성 고분자 수용액을 용해하는 에테르계 또는 알콜계 용매를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 코팅액 조성물을 사용하여 제조하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 실리카졸이나 수용성 바인더 대신에 비수계 아크릴 고분자계 바인더를 사용함으로써, 투명 시트상에 약 90℃이하의 저온에서 짧은 시간내에 내수성, 경도, 투명성, 도전성 등이 우수한 도전막을 형성하여 전자부품의 포장재로 유용한 투명대전방지 포장재를 제조할 수 있게 된다.
또한 본발명에서는 열성형용도로 많이 사용되어지는 무정형 폴리에스테르계 표면에 UV, Corona, Plasma와 같은 가공처리를 통하여 친수성관능기를 표면에 개질시켜, 우수한 코팅강도와, 특히 제전Coating시 고질적인 문제였던 성형가공후 제전특성 저하를 해결한 투명성 전자부부품용 포장재를 제조할 수 있게 된다.

Description

속건형 투명 도전성 코팅액 조성물을 이용한 열성형용 대전방지 포장재{Antistatic packaging material using rapid drying transparent conductive coating compounds}
본 발명은 속건형 투명 도전성 코팅액 조성물을 이용한 대전방지 포장재에 관한 것으로서, 특히 비수계(非水系) 아크릴 고분자계 바인더가 적용된 속건형 투명 도전성 코팅액 조성물을 사용한 전자부품용 대전방지 포장재에 관한 것이다.
투명도전막이란 광투과율이 높으면서 도전성이 우수한 막을 가리키며, 대전방지막, 전자파차폐막 및 투명전극 등에 많이 응용되고 있다. 주로, ATO(Antimony Tin Oxide)막, ITO(Indium Tin Oxide)막과 같은 금속산화막이 이러한 투명도전막으로 많이 사용되고 있다.
일반적으로, 금속산화막은 진공증착법 또는 코팅액 도포법으로 형성한다.
그러나, 전자의 경우는, 고가의 장비가 있어야 하므로 제조비용이 많이 들고, 300℃이상의 열처리공정이 요구되므로 기재가 열에 약한 경우에는 적용할 수 없다는 단점이 있다. 특히, 진공장비는 그 크기가 매우 제한적이기 때문에 대면적에 투명도전막을 입히고자 할 경우에는 현실적으로 그 적용이 거의 불가능하다.
그리고, 후자의 경우는, 전자(前者)보다 낮은 온도에서 투명도전막을 형성시킬 수는 있지만, 코팅제를 제조함에 있어서 나노(nano) 사이즈의 졸입자를 코팅액에 균일하게 분산시켜야 하는데, 졸입자의 침전 등으로 인해 균일한 분산이 이루어지지 않는 문제가 발생한다. 분산이 균일하지 않으면 투명도 등이 저하되게 되어 바람직하지 않다.
따라서, 졸입자의 분산과정이 필요가 없도록 도전성 고분자를 전도성 물질로 사용하는 방법이 제안되어 사용되고 있다. 그리고, 이러한 도전성 고분자로서 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrol), 폴리치오펜(polythiophene) 또는 폴리에틸렌 디옥시티오펜(polyethylene dioxythiophene) 등이 제시되었다.
도전성 고분자를 사용할 경우에는 기재와의 접착성 및 막의 형성을 위해서 바인더(binder)가 특히 요구된다. 이러한 바인더의 예로는 메틸실리케이트, 에틸실리케이트 등을 알콜계 용매와 물을 사용하여 가수분해한 실리카졸이나, 수용성 고분자인 폴리비닐알콜(PVA), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 하이드록시프로필셀루로우즈(HPC) 등을 들 수 있다.
그러나, 실리카졸을 바인더로 사용할 경우에는, 실리카졸의 경화온도가 통상 100℃를 상회하며 경화시간도 30분 이상 요구되기 때문에 열에 약한 필름이나 플라스틱 등을 기재로 사용하기가 곤란하다. 그리고, 일반적으로 도전성 고분자는 강산성을 갖는데, 실리카졸은 이러한 산성조건 하에서는 점도가 증가하기 때문에 코팅액으로 사용할 수 있는 가사시간(pot life)이 짧아져서 저장안정성이 나빠지게 되는 문제가 있다.
수용성 고분자를 바인더로 사용할 경우에는, 코팅액의 점도 조절이 비교적 자유롭고 저장안정성도 우수하나, 아크릴이나 폴리카보네이트 등의 기재에 대한 접착력이 떨어지고, 막경도도 실리카졸의 경우에 비해서 상대적으로 낮다는 단점이 있다. 그리고, 코팅한 후에 수분을 증발시키는데 필요한 시간이 길 뿐만 아니라 내수성(耐水性)이 나빠서, 물 등으로 세척할 경우에 전도성이 저하하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 비수계 고분자 바인더를 사용함으로써 실리카졸이나 수용성 고분자를 바인더로 사용할 경우의 단점을 보완하여 가사시간이 길고, 저장안정성이 좋으면서 접착력, 내수성, 투명성, 표면저항특성이 뛰어난 속건형 투명 도전성 코팅액 조성물을 사용하고, 코팅기재 표면에 UV, Corona, Plasma 처리와 같은 화학적 개질을 해줌으로써 친수성 관능기를 형성시켜 코팅강도를 높여주고, 특히 열성형공정을 통하여 제전특성이 저하되어지는 부분을 현저하게 개선시킨 전자부품용 대전방지 포장재를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 속건형 투명 도전성 코팅액 조성물을 코팅한 전자부품용 대전방지 포장재는 속건형 투명 도전성 코팅액 조성물과 이를 코팅한 포장재로 이루어진다.
본 발명에 따른 투명 도전성 코팅액 조성물은 다음과 같이 구성되어 진다.
메틸메타아크릴레이트(Methylmethacrylate), 메틸아크릴레이트(Methylacryla te), 에틸아크릴레이트(Ethylacrylate), 노르말부틸아크릴레이트(n-Butylacrylate), 노르말부틸메타아크릴레이트(n-Butylmethacrylate), 에틸메타아크릴레이트(Ethylmeth acrylate), 이소부틸메타아크릴레이트(iso-Butylmethacrylate), 메타아크릴산(Metha crylic Acid), 이소프로필메타아크릴레이트(iso-Propylmethacrylate), 2-에틸헥실아크릴레이트(2-Ethylhexylacrylate), 1,6-헥산디올디아크릴레이트(1,6-Hexanedioldiacry late), 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트(2-Hydroxyethylmethacrylate), 2-하이드록시에틸아크릴레이트(2-Hydroxyethylacrylate), 및 아크릴산(Acrylic Acid) 중에서 선택된 하나 이상을 서로 중합하여 형성된 아크릴계 중합체를 포함하는 비수계 아크릴 고분자계 바인더 용액;
폴리에틸렌디옥시티오펜계, 폴리아닐린계, 또는 폴리피롤계 도전성 고분자 수용액; 및
상기 바인더 용액과 도전성 고분자 수용액을 용해하도록 프로필렌글리콜모노프로필에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노프로필에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜-2-에틸헥실에테르 및 이소프로필알코올 중에서 선택된 어느 하나를 함유하거나, 이들 서로의 혼합물을 함유하는 에테르계 또는 알콜계 용매;를 포함하여 이루어지며,
상기 바인더 용액은 1.00∼50.0wt%, 상기 도전성 고분자 수용액은 1.00∼90.0wt%, 상기 용매는 50.0∼98.0wt%로 함유되고, 상기 도전성 고분자는 상기 도전성 고분자 수용액에 대하여는 0.01∼2.00wt%로 함유되며 상기 바인더 용액에 대하여는 10.0wt% 이상 함유되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 용매에 용해되는 용질들이 잘 분산되도록 할 뿐만 아니라 도막형성시에 기재와의 접착성이 더 좋아지도록 노르말메틸피롤리돈 또는 디메틸포름아마이드가 상기 용매에 함유되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 아크릴계 중합체를 형성함에 있어서, 아크릴 공중합 반응을 일으키는데 사용되는 중합개시제로는 아조비스이소부치로니트릴(azo-bis-isobutyronitrile ; AIBN) 또는 터셜부틸퍼옥시벤조에이트(t-Butylperoxybenzoate;TBPB) 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자부품용 대전방지 포장재는, 상기의 속건형 투명 도전성 코팅액 조성물을 코팅한 대전방지 포장재로서 코팅적성의 향상을 위하여 기재의 표면에 코로나(corona)등의 처리를 행한 후 상기의 코팅액을 롤코팅하여 도포하고 열에 의하여 빠르게 건조시켜 대전방지층을 형성함으로써, 투명성과 대전방지성이 우수함을 그 특징으로 한다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
[실시예 1] 바인더 용액의 제조
100㎖ 4구 플라스크 반응기에 먼저, 톨루엔 25g을 넣고 반응기 내의 온도를 105℃까지 올린 다음, 메틸메타아크릴레이트 32g, 노르말부틸아크릴레이트 5g, 에틸메타아크릴레이트 2g, 메타아크릴산 0.7g, 아조비스이소부치로니트릴 0.2g을 혼합한 용액을 반응기에 2시간 동안 적하시킨다.
적하를 완료한 후 , 반응기 내의 온도를 110 ∼ 115℃로 조정하고 이 온도에서 3시간 동안 아크릴 공중합 반응을 시킨다. 3시간 후 톨루엔 4g과 아조비스이소부지로니트릴 0.1g의 혼합액을 반응기에 서서히 적하하고 다시 이 온도에서 1시간 동안 반응시킨다. 반응후, 반응기내의 온도를 90℃까지 냉각하고 톨루엔 22g과 이소프로필알콜 9g을 차례대로 넣어 희석시켜 비수계 아크릴 고분자계 바인더 용액을 제조하였다.
[실시예 2] 바인더 용액의 제조
또 다른 바인더 용액의 제조예는 100㎖ 4구 플라스크 반응기에 톨루엔 30g을 먼저 넣고, 반응기내의 온도를 105℃까지 올린 다음, 에틸아크릴레이트 5g, 노르말부틸아크릴레이트 10g, 메틸메타아크릴레이트 15g, 아크릴산 10g, 터셜부틸퍼옥시벤조에이트 0.2g을 혼합한 용액을 반응기에 1.5시간 동안 적하시킨다. 적하 후, 반응기내의 온도를 110℃∼115℃로 조정하고 이 온도에서 3.5시간 동안 아크릴 공중합 반응을 시킨다. 이후 톨루엔 4g과 터셜부틸퍼옥시벤조에이트 0.1g의 혼합액을 서서히 적하하고 다시 이 온도에서 1시간동안 반응시킨다. 반응후, 온도를 90℃까지 냉각하고 톨루엔 20g와 이소프로필알콜 10g을 차례대로 희석시켜 비수계 아크릴 고분자계 바인더 용액을 제조하였다.
[실시예 3] 투명 도전성 코팅액의 제조
먼저 실시예 1에서 제조된 바인더 용액 중 3g을 취하여 150㎖ 비이커에 넣고 여기에 에틸렌글리콜모노에틸에테르 29.3g을 투입하여 잘 용해되도록 충분히 교반하였다. 다시 이 비이커에 폴리에틸렌디옥시티오펜폴리스티렌설퍼네이트(PEDT/PSS)가 1.3wt% 함유된 도전성 고분자 수용액 14g, 에틸렌글리콜모노메틸에테르 20g, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 32g, 노르말메틸피롤리돈 1.7g을 넣고 약 30분 동안 충분히 교반하여 투명 도전성 코팅액을 제조하였다.
폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트(Polyethylenedioxythiophene /Polystyrenesulphonate;PEDT/PSS) 수용액은 폴리에틸렌디옥시티오펜계의 도전성 고분자 수용액에 폴리스티렌설포네이트의 고분자가 도판트로서 첨가된 형태이다. 따라서, 물에 잘 녹는 특징을 가지며 아울러 우수한 열적 안정성 및 대기 안정성을 기대할 수 있다.
이 도전성 수용액 대신 전기전도성 및 산화안정성이 우수한 폴리아닐린계의 도전성 고분자 수용액 또는 폴리피롤계의 도전성 고분자 수용액을 사용하여도 무방하나 이러한 도전성 고분자 수용액은 기재에 코팅하였을 때 그 투과율이 상대적으로 약간 떨어지기 때문에 폴리에틸렌디옥시티오펜계 고분자 수용액을 사용하는 것이 매우 바람직하다.
본 발명에서 사용한 용매는 아크릴 고분자계의 바인더를 잘 용해하고 폴리에틸렌디옥시티오펜계의 도전성 고분자를 코팅액 내에 잘 분산시켜 그 전기전도성을 효과적으로 나타내기 위해 에테르계의 용매인 에틸렌글리콜모노메틸에테르와 프로필렌글리콜모노메틸에테르를 선택했으며, 이외에 프로필렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노프로필에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜-2-에틸헥실에테르 등을 사용하여도 무방하며 알콜계 용매 또한 사용가능하다. 그리고, 노르말메틸피롤리돈(n-Methylpyrrolidone;NMP)은 상기 고분자 수용액의 분산성을 도와주며 기재와의 접착성을 증진시키기 위한 용매로서 사용되었으며, 이 용매 대신 디메틸포름아마이드(N,N-Dimethylformamide;DMF)를 사용하여도 된다.
[실시예 4] 대전방지 포장재 제조 1
실시예 3에서 제조한 투명 도전성 코팅액을 200메쉬(mesh)의 롤코터를 사용하여 무정형폴리에틸렌테레프탈레이트(APET) 시트상에 코팅을 행하고, 약 80℃의 열풍식 건조기를 30초정도 통과시켜 투명성 대전방지 필름을 제조하여, 진공성형기에서 250℃에서 15초간 가열하여 열성형 진공성형품을 제조하였다.
[실시예 5] 대전방지 포장재 제조 2
실시예 4에서 도전성 코팅액을 시트상에 코팅하기 전에 상기 무정형폴리에틸렌테레프탈레이트(APET) 시트 표면을 코로나방전 처리하여 기재의 표면에 친수성 관능기를 형성함으로써 코팅적성과 부착성을 향상시켜주는 것을 제외하고는 동일한 방법으로 하여 열성형 진공성형품을 제조하였다.
제조된 투명대전방지 포장재의 표면저항은 표면저항측정기를 사용하여 측정하였고, 투과율은 자외선 가시분광광도계(UV-Visible Spectrophotometer)를 사용하여 측정하였다. 그리고, 접착력은 ASTM D3359(스카치테이프 테스트법)에 의해 측정하였다.
구 분 Corona 처리 표면장력 코팅강도 표면저항 투과율
성형전 성형후
실시예 4 無 32dyne 70/100 2.0ㅧ10E7 1.6ㅧ10E9 87%
비교실시예 5 有 50dyne 100/100 2.0ㅧ10E7 6.2ㅧ10E7 88%
이때의 투과율은 88%, 표면 저항은 2×107 Ω/?, 접착력은 100/100으로 투명성과 접착력이 우수하면서도 뛰어난 대전방지 성능을 나타내었다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 대전방지 포장재는 실리카졸이나 수용성 바인더 대신에 비수계 아크릴 고분자계 바인더를 사용함으로써, 약 80℃ 에서 짧은 시간내에 투명성, 대전방지성, 접착성 등이 우수한 전자부품용 대전방지 포장재로 사용할 수 있고 나아가 코팅기재 표면에 Corona방전처리 등으로 친수성 관능기를 형성시켜 코팅강도를 높여주고, 특히 열성형공정을 통하여 제전특성이 저하되는 약점이 현저하게 개선되기 때문에 하드디스크 케이스, 마우스 케이스 등의 전자부품용 포장재를 열성형하는데 유효하게 응용할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 실시예들에 국한되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (3)

  1. 메틸메타아크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 노르말부틸아크릴레이트, 노르말부틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트, 이소부틸메타아크릴레이트, 메타아크릴산, 이소프로필메타아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트 및 아크릴산 중에서 선택된 하나 이상을 서로 중합하여 형성된 아크릴계 중합체를 포함하는 비수계 아크릴 고분자계 바인더 용액;
    폴리에틸렌디옥시티오펜계, 폴리아닐린계, 또는 폴리피롤계 도전성 고분자 수용액; 및
    상기 바인더 용액과 도전성 고분자 수용액을 용해하도록 프로필렌글리콜모노프로필에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노프로필에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜-2-에틸헥실에테르 및 이소프로필알코올 중에서 선택된 어느 하나를 함유하거나, 이들 서로의 혼합물을 함유하는 에테르계 또는 알콜계 용매;를 포함하여 이루어지며,
    상기 바인더 용액은 1.00∼50.0wt%, 상기 도전성 고분자 수용액은 1.00∼90.0wt%, 상기 용매는 50.0∼98.0wt%로 함유되고, 상기 도전성 고분자는 상기 도전성 고분자 수용액에 대하여는 0.01∼2.00wt%로 함유되며 상기 바인더 용액에 대하여는 10.0wt% 이상 함유되는 것을 특징으로 하는 속건형 투명 도전성 코팅액 조성물을 기재에 코팅한 전자부품용 투명 대전방지 포장재
  2. 제1항에 있어서, 상기의 대전방지 포장재의 기재가 무정형폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트 중 어느하나인 것을 특징으로하는 전자부품용 투명 대전방지 포장재
  3. 제2항에 있어서, 상기 기재는 Corona , UV, 또는 Plasma 처리를 통하여 친수성 관능기를 갖게 되고 기재의 표면장력이 40dyne 이상인 것을 특징으로 하는 전자부품용 투명 대전방지 포장재
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