KR20070121577A

KR20070121577A - 분산질의 분산방법, 재분산방법 및 분쇄방법, 그리고 이방법들에 사용되는 장치

Info

Publication number: KR20070121577A
Application number: KR1020070061086A
Authority: KR
Inventors: 야스오 나카츠카; 스스무 기요하라; 미치오 탄; 겐이치 이케다; 가츠후미 다나카; 류이치 아키야마
Original assignee: 닛토덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2007-12-27
Also published as: JP2008000686A; TW200800378A; US20080103216A1; CN101138712A; JP4965907B2; EP1870156A1

Abstract

본 발명은 분산매 중에 분산질을 균일하게 분산시키는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 분산질의 분산 방법은 분산매와 분산질의 혼합물에 전기장을 인가하는 것을 포함한다. 이 분산 방법에 있어서는, 분산매와 분산질의 혼합물 (2) 을 수용하는 용기 (3) 와 상기 혼합물 (2) 에 전기장을 인가하기 위한, 대향하는 한 쌍의 전극 (5a, 5b) 를 갖는 전기장 인가 수단 (4) 을 포함하는 분산 장치가 사용될 수 있다.

Description

분산질의 분산방법, 재분산방법 및 분쇄방법, 그리고 이 방법들에 사용되는 장치 {DISPERSION METHOD, REDISPERSION METHOD AND CRUSH METHOD OF DISPERSOIDS, AND APPARATUSES THEREFOR}

도 1 은 본 발명의 분산 장치의 일 실시형태를 나타내는 개략도이다.

도 2 는 본 발명의 분산 장치의 다른 실시형태를 나타내는 개략도이다.

도 3 은 본 발명의 분산 장치의 다른 실시형태를 나타내는 개략도이다.

도 4 는 본 발명의 분산 장치의 다른 실시형태를 나타내는 개략도이다.

도 5 는 실시예 2 ~ 4 와 비교예 2 ~ 4 로 얻어진 혼합물의 SEM 사진을 나타낸다.

주요 도면 부호에 대한 설명

1A : 분산 장치

2 : 혼합물

3 : 용기

4 : 전기장 인가 수단

5 : 전극

6 : 증폭 장치

7 : 전압 발생기

본 발명은 분산매 중의 분산질을 분산 또는 재분산하는 방법 및 응집된 분산질을 분쇄하는 방법 그리고 이 방법들에 사용되는 장치에 관한 것이다.

분산매로서의 유기수지 내에, 분산질로서의 유기 또는 무기 필러를 분산시킨 복합 재료는 여러 분야에서 사용되고 있다. 이러한 복합 재료는 일반적으로, 볼 밀 등의 분산 장치를 이용하여 분산매와 분산질의 혼합물을 분산 처리하여 제조된다 (일본공개특허공보 2004-27206호). 이러한 분산방법의 원리는 분산질에 대하여 외부로부터 기계적 충격, 진동, 전단력 등을 가하여 분산화하는 것이다. 그러나, 무기 필러 등의 분산질은 분산질 상호간의 반데르발스력 및 정전기력에 의해 또는 습기나 제작시에 사용하는 용제 등에 의해 응집되기 쉽다. 따라서, 혼합물의 분산 처리중 또는 분산 처리 후에 있어서, 분산질이 응집되거나, 또는 분산매보다 밀도가 큰 분산질은 침강하여 밀도 불균일 등이 생기기 쉽다. 따라서, 위에서 기술한 분산방법에 있어서는, 분산매 중에 분산질이 균일하게 분산된 복합 재료를 얻기 어렵다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 전술한 혼합물에 분산제 또는 계면활성제를 첨가할 수도 있다. 그러나, 분산질의 표면에 분산제 및 계면활성제가 흡착되면, 일반적으로 분산질 본래의 기능, 예를 들어, 도전성, 열전도성, 광굴절 특성 등이 훼손되기 쉽다. 이러한 관점에서, 양호한 분산상태를 얻으려면, 분산제 및 계면활성제를 첨가하지 않는 것이 바람직하다. 분산제 및 계면활성제가 첨가되면, 분산질의 표면에 소수기 (hydrophobic group) 또는 친수기 (hydrophilic group) 가 형성되는 경우, 분산질에 입자간 반발력 (척력) 이 부여되기 때문에 분산성이 향상되는 것으로 생각된다. 소수기 및 친수기가 차지하는 체적에 따라 분산질의 첨가량이 제한되기 때문에, 경우에 따라서는 소망하는 양의 분산질을 첨가할 수 없는 경우도 있다.

따라서, 분산질의 응집과 침강을 제거 및 방지하여, 분산매 중에 분산질을 균일하게 분산시킬 수 있는 간편한 방법의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 이러한 상황을 해소하기 위한 것으로, 그 해결하고자 하는 과제는, 분산매 중에 분산질을 균일하게 분산시키는 방법, 분산매 중에 응집 또는 침강된 분산질을 분쇄 또는 재분산시키는 방법, 그리고 이러한 방법들에 사용되는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명자들은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 집중적인 연구를 행하여, 분산매와 분산질의 혼합물에 전기장을 인가함으로써, 분산질의 응집 또는 침강의 제거 및 방지가 가능하고, 더 나아가, 분산질을 가능한 미세한 입자로 하여 분산매 중에 분산될 수 있다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 이하를 제공한다.

(1) 분산매와 분산질의 혼합물에 전기장을 인가하는 것을 포함하는, 분산매 중에 분산질을 균일하게 분산하는 방법.

(2) 분산매와 그 분산매에 침강된 분산질의 혼합물에 전기장을 인가하는 것을 포함하는, 분산매 중에 분산질을 균일하게 재분산하는 방법.

(3) 응집된 분산질과 분산매의 혼합물에 전기장을 인가하는 것을 포함하는, 응집된 분산질을 분쇄하는 방법.

(4) (1) 내지 (3) 중의 어느 한 방법에 있어서, 상기 분산매는 전기장 인가시의 온도에서 액상 혹은 유동성이 있는 용제 또는 유기 수지인 방법.

(5) (1) 내지 (4) 중의 어느 한 방법에 있어서, 분산질은 분산매보다 높은 유전율을 갖는 방법.

(6) (1) 내지 (5) 중의 어느 한 방법에 있어서, 분산질은 무기 입자 및 무기 섬유 중 l 종 이상인 방법.

(7) (1) 내지 (6) 중의 어느 한 방법에 있어서, 전기장으로서 교류 전압이 인가되는 방법.

(8) (1) 내지 (7) 중의 어느 한 방법에 있어서, 전기장은 평행 전극간에 인가되는 방법.

(9) (1) 내지 (3) 중의 어느 한 방법에 의해서 얻어지는 조성물.

(10) 분산매와 분산질의 혼합물을 수용하는 용기와, 상기 혼합물에 전기장을 인가하기 위한, 대향하는 한 쌍의 전극을 갖는 전기장 인가 수단을 포함하는, 분산질의 분산 장치.

(11) 분산매와 응집 또는 침강한 분산질의 혼합물을 수용하는 용기와, 상기 혼합물에 전기장을 인가하기 위한, 대향하는 한 쌍의 전극을 갖는 전기장 인가 수단을 포함하는 분산질의 재분산 또는 분쇄 장치.

(12) (10) 또는 (11) 의 장치에 있어서, 용기내에서 혼합물을 교반하기 위한 교반수단을 더 포함하는 장치.

(13) (10) 내지 (12) 중의 어느 한 장치에 있어서, 혼합물을 전기장 인가 수단에 공급하기 위한 공급 수단을 더 포함하는 장치.

(14) (10) 내지 (13) 중의 어느 한 장치에 있어서, 혼합물중에서 분산질을 조분산시키기 위한 조분산수단을 더 포함하는 장치.

(15) (10) 내지 (14) 중의 어느 한 장치에 있어서, 전기장의 전원 파형은 교류인 장치.

(16) (10) 내지 (15) 중의 어느 한 장치에 있어서, 전극은 평행 전극을 포함하는 장치.

이하, 본 발명을 이하의 바람직한 실시형태를 참조하여 설명한다. 도면의 설명에 있어서, 동일한 구성요소에는 동일한 도면 부호를 붙이고, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 또한, 도면을 편리하게 나타내기 위하여, 도면의 크기 비율은 반드시 설명의 것과 일치하지는 않는다.

먼저, 본 발명의 분산 장치에 대해 설명한다.

(제 1 실시형태)

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 분산 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

분산 장치 (1A) 는 분산매 중에 분산질을 균일하게 분산시키며, 배치 (batch) 처리 방법이 사용된다. 분산 장치 (1A) 는 혼합물 (2) 를 수용하는 용기 (3) 와, 혼합물 (2) 에 전기장을 인가하기 위한 전기장 인가 수단 (4) 을 구비한다. 전기장 인가 수단 (4) 에는 대향하는 한 쌍의 전극 (5a, 5b) 이 형성되어 있으며, 이 전극에는 소정의 조건으로 전기장을 인가할 수 있도록 증폭 장치 (6) 와 전압 발생기 (7) 에 연결되어 있다. 사용되는 분산매의 융점 또는 연화점이 실온 이상일 경우에는, 분산매가 전기장 인가시 유동성을 갖도록 용기 (3) 에 가열 수단이 설치될 수 있다. 혼합물 (2) 은 분산매와 분산질을 포함한다. 분산매는 혼합물 중에서 가장 많이 함유되는 성분으로서, 연속상 (continuous phase) 을 형성하고 있다. 다른 한편, 분산질은 분산매 중에 분산되는 미세한 입자로 구성되고, 분산질 사이의 반데르발스력과 정전기력에 의해, 또는 습기나 제조시에 사용하는 용제 등에 의해 응집되기 쉽다. 혼합물 (2) 은 분산매와 분산질을 별도로 용기 (3) 에 공급하여 제조해도 되고, 또는 미리 준비된 혼합물 (2) 을 이용해도 된다. 혼합물 (2) 을 미리 준비하는 경우, 분산 임펠러 (dispersion impeller), 볼 밀, 비드 밀, 초음파 분산 장치 등의 공지의 분산 장치가 조분산 (粗分散, crude dispersion) 처리를 수행하는데 사용될 수 있다. 그 결과, 전기장의 인가에 의한 분산 처리의 효율을 높일 수 있고, 분산질의 분산성이 한층 더 향상된다.

용기로는, 용기 내벽이 절연 처리된 것이면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 알루미나 또는 지르코니아를 내벽에 라이닝한 스테인레스 용기 가 사용될 수 있다. 전극으로는, 예를 들어, 전기장 처리액에서 금속 이온화가 어렵고, 도전성을 갖는 산화물계 세라믹스 (예를 들면, ITO, ATO, 산화 안티몬) 로 코팅된 금속 재료 (예를 들어, 스테인리스) 가 사용될 수 있다. 또한, 전극으로는, 균일한 전기장이 얻어질 수 있기 때문에 평판 전극을 사용하는 것이 바람직하고, 그 형상은 직사각형, 원형 등이 될 수 있다. 더욱이, 전극은 전극간의 거리가 조절될 수 있는 가동식일 수 있다. 이로써, 최적의 전기장 강도의 설정이 용이해진다.

본 실시형태의 분산 장치에 의하면, 사용되는 분산질에 최적인 처리 조건하에서 전기장이 적용될 수 있다. 따라서, 분산매 중에 분산질이 균일하게 분산된 혼합물을 간편하게 얻을 수 있다.

(제 2 실시형태)

도 2 는 본 발명의 제 2 실시형태의 분산 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

분산 장치 (1B) 는 용기 (3), 전기장 인가 수단 (4), 증폭 장치 (6) 및 전압 발생기 (7) 뿐만 아니라, 용기 (3) 내에서 혼합물 (2) 을 교반하는 교반 수단 (8) 을 갖추고 있다. 이 실시형태에서 교반 수단 (8) 은 용기 (3) 의 저면에 설치되어 모터 (M) 에 연결된 임펠러이다. 그러나, 교반 수단 (8) 은 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 마그네틱 교반기, 초음파 진동자, 열 대류 등이 사용될 수 있다. 이 실시형태에서, 이와 같은 교반 수단은 전체 용기 (3) 에서 혼합물 (2) 을 확산시킨다. 따라서, 분산매의 침강 (precipitation) 이 방지될 수 있 고, 전극 사이에 있는 처리액은 미처리액으로 교체될 수 있다. 이로써, 전기장은 용기 (3) 내에 저장되어 있는 혼합물 (2) 에 균일하게 인가될 수 있다. 따라서, 분산질이 분산매에서 더 균일하게 분산되는 혼합물을 얻을 수 있다. 분산 장치 (1B) 에서의 용기 (3), 전기장 인가 수단 (4), 증폭 장치 (6) 및 전압 발생기 (7) 의 구성과 배치는 제 1 실시형태에서 설명한 대로이다.

(제 3 실시형태)

도 3 은 본 발명의 제 3 실시형태의 분산 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

분산 장치 (1C) 에는 용기 (3), 전기장 인가 수단 (4), 증폭 장치 (6), 전압 발생기 (7) 및 교반 수단 (8) 뿐만 아니라, 혼합물 (2) 을 전기장 인가 수단 (4) 에 공급하기 위한 공급 수단 (9) 이 설치되어 있다. 공급 수단 (9) 은 혼합물 (2) 을 전기장 인가 수단 (4) 에 효율적으로 공급하기 위한 펌프 (P) 에 연결된다. 이로써, 혼합물 (2) 이 시스템 내를 순환하여, 연속적인 분산 처리가 가능해 지기 때문에, 수율이 향상된다. 게다가, 공급 수단 (9) 은 처리된 혼합물을 배출하기 위한 배출 수단 (10) 에 연결된다. 따라서, 처리된 혼합물이 분산 상태의 확인을 위해 배출 수단 (10) 을 통해 채취될 수 있고, 이에 근거하여 혼합물이 순환되어 분산 처리에 제공되는지 아닌지를 판단하는 것도 가능하다. 분산 장치 (1C) 의 용기 (3), 전기장 인가 수단 (4), 증폭 장치 (6), 전압 발생기 (7) 및 교반 수단 (8) 의 구성과 배치는 제 1 실시형태에서 설명한 대로이다.

(제 4 실시형태)

도 4 는 본 발명의 제 4 실시형태의 분산 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

분산 장치 (1D) 는 용기 (3), 전기장 인가 수단 (4), 증폭 장치 (6), 전압 발생기 (7), 교반 수단 (8) 및 공급 수단 (9) 뿐만 아니라, 혼합물 (2) 중의 분산질을 조분산시키기 위한 조분산 수단 (11) 이 연결된다. 이러한 구성에 의해, 미리 분산 처리된 혼합물에 대해서 연속적으로 전기장을 인가하는 것이 가능하게 된다. 이로써, 처리 효율이 약간 더 개선될 수 있고, 분산매 중 분산질의 분산성을 한층 더 향상시킬 수 있다. 조분산 수단 (11) 으로서, 당해 기술 분야에서 공지된 분산 장치, 예를 들어 분산 임펠러, 볼 밀, 비드 밀, 초음파 분산 장치가 사용될 수 있다. 또한, 분산 장치 (1D) 의 용기 (3), 전기장 인가 수단 (4), 증폭 장치 (6), 전압 발생기 (7), 교반 수단 (8), 공급 수단 (9) 및 배출 수단 (10) 의 구성과 배치는 제 1 내지 제 3 실시형태에서 설명한 대로이다.

지금까지 본 발명의 분산 장치에 대해 상세하게 설명했지만, 전술한 분산 장치는 본 발명의 재분산 장치 또는 분쇄 장치로서 사용하는 될 수도 있다. 이 경우, 재분산 장치에서 분산매와 이 분산매 중에 침강된 분산질의 혼합물을 사용함으로써 분산질의 침강이 해소되어, 전기장의 인가 전보다 입경이 작은 분산질이 분산매 중에 균일하게 분산된 혼합물을 얻을 수 있다. 게다가, 분쇄 장치에서는 분산매와 이 분산매 중에 응집된 분산질의 혼합물을 사용함으로써, 분산질간의 응집력을 약하게 할 수 있다. 그 결과, 전기장의 인가 전보다도 작은 입경을 갖는 분산질이 분산매 중에 균일하게 분산된 혼합물을 얻을 수 있다.

이제, 본 발명의 분산질의 분산 방법에 대하여, 전술한 본 발명의 분산 장치를 참조하여 설명한다.

먼저, 분산매와 분산질의 혼합물을 분산 장치의 용기에 투입한다. 전술한 바와 같이, 분산매와 분산질을 별도로 용기에 투입하여 제조할 수도 있고, 또는 미리 제조된 혼합물을 용기 내에 투입할 수도 있다. 혼합물을 미리 제조하는 경우에는, 분산 임펠러, 볼 밀, 비즈 밀, 초음파 분산 장치 등의 공지의 분산 장치를 이용하여 조분산 처리를 해도 된다.

분산매는 전기장 인가시의 온도에서 액상 혹은 유동성이 있는 것으로서, 분산질이 분산매 내를 이동할 수 있는 정도의 점도를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 분산질의 함유량이 작은 경우에는, 분산매의 점도가 상대적으로 높은 경우라도, 분산질은 전기장의 인가에 의해 이동할 수 있다. 그러나, 분산질의 함유량이 높은 경우에는, 분산매의 점도가 상대적으로 낮은 수준으로 설정되지 않으면, 분산질은 쉽게 이동할 수 없다. 따라서, 분산매의 점도와 분산질의 함유량은, 전기장이 가해졌을 때, 분산질이 분산매 내에서 용이하게 움질일 수 있도록 설정되는 것이 바람직하다.

분산매로서는, 예를 들어, 용제, 유기 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

용제로서는, 예를 들어, 탄화수소 (예를 들어, 헥산, 톨루엔), 에테르 (테트라히드로푸란 (THF)), 에스테르 (예를 들어, 아세트산 에틸, 아세트산 부틸), 케톤 (예를 들어, 메틸에틸케톤 (MEK), 아세톤), 아미드 (예를 들어, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N,N-디메틸포름아미드 (DMF), N-디메틸아세트아미드 (DMAC)) 또는 알코올 (메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올(IPA)) 이 사용될 수 있다. 이 중에서, 비프로톤성 (aprotic) 의 극성 용제을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는, MEK, 아세톤, NMP 또는 아세트산 에틸이 바람직하다. 또한, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

유기 수지로서는, 예를 들어, 열가소성 수지, 열경화성 수지, 광경화성 수지, 전자선 (EB) 경화성 수지 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용될 수 있다. 열가소성 수지로서는 융점 또는 연화점이 전기장 인가시의 온도보다 낮은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 열경화성 수지 및 광경화성 수지로서는 실온에서 액상 혹은 유동성이 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 유기 수지의 점도는 분산질의 특성 (예를 들어, 함유량, 입경, 형상, 표면 조도 (표면 마찰 저항)) 이나, 전기장 인가 조건 (예를 들어, 전기장 주파수, 전기장 강도, 인가 시간, 온도) 등에 따라 다르지만, 예를 들어, 25℃ 에 있어서의 점도는 일반적으로 10 ~ 2,000 m㎩·S, 바람직하게는 10 ~ 200 m㎩·S이다. 여기서, 점도란, JIS 7117-1 에 준거해 B 형 점도계에 의해 측정된다.

구체적으로는, 열가소성 수지로서, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌술폰 등을 사용하는 것이 바람직하며, 폴리이미드 수지가 보다 바람직하다. 또한, 열경화성 수지로서, 에폭시 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지, 불포화 폴리에스테르수지, 비스마레이드 수지, 시아네이트 수지 등을 사용하는 것이 바람직하다. 그 중, 에폭시 수지가 보다 바람직하며, 예를 들어, 지방족 폴리 글리시딜 에테르 등의 지방족계 에폭시 수지를 베이스 수지로 하고, 경화제 (예를 들어, 산무수물) 및 경화촉진제 (예를 들어, 3급 아민, 루이스산 염기형 촉매) 를 혼합한 액상의 에폭시 수지가 바람직하다. 이들 각 성분의 배합 비율은 목적에 따라 적절하게 설정할 수 있다. 광경화성 수지로서는, 자외선 (UV) 경화성 수지 등이 사용될 수 있다. 광경화성 수지 또는 전자선 경화성 수지로서는, 예를 들어, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 등의 올리고머, 반응성 희석제 및 광중합 개시제 (예를 들어, 벤조인계, 아세토페논계 등) 를 혼합한 액상의 경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 각 성분의 배합 비율도 목적에 따라 적절하게 설정할 수 있다.

분산질로서는, 예를 들어, 세라믹스, 금속, 합금 등의 무기 입자 및 무기 섬유와 유기 수지 입자가 사용될 수 있다. 분산질의 형상으로서는, 예를 들어, 구형, 타원형, 침형, 판형, 섬유형 등이 있으며, 그 중, 구형과 섬유형이 바람직하다. 분산질은 분산매보다 유전율이 높은 것이 바람직하고, 예를 들어, 무기 입자, 무기 섬유 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

무기 입자로서는, 예를 들어, 금속 또는 비금속의 탄화물, 질화물, 산화물 등이 사용될 수 있다. 구체적으로는, 탄화 규소, 질화 규소, 질화 붕소, 산화 알루미늄, 티탄산바륨, 주석계 산화물, 주석-안티몬계 산화물, 산화 티탄/주석-안티몬계 산화물, 인듐-주석계 산화물 등의 무기 분말이 사용될 수 있다.

무기 섬유로서는, 예를 들어, 티탄산바륨, 알루미나, 실리카, 탄소 등의 세 라믹스 섬유나, 철, 구리 등의 금속 섬유를 사용할 수 있으며, 그 중 티탄산바륨 등의 세라믹스 섬유가 바람직하다. 유기 수지 입자로서는, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐 등의 폴리올레핀계 수지, 아크릴계 수지, 폴리스티렌 수지, 불소계 수지, 실리콘 수지 또는 이들의 혼합물 등의 분말을 사용할 수 있다. 예를 들어, 아크릴계 수지 입자 (예를 들어, 가교 아크릴 입자, 비가교 아크릴 입자)는 MX 시리즈, MR 시리즈, MP 시리즈 (이상, 소켄 화학 (주) 의 상품명) 로서, 폴리스티렌 수지 입자 (예를 들어, 가교 폴리스티렌 입자) 는 SX 시리즈, SGP 시리즈로서 상업적으로 입수가 가능하다.

또한, 분산질로서, 예를 들어, 금속 입자를 코어로 하고 그 외표면을 무기 산화물로 피복한 2층 구조의 입자 (코어/쉘 2층 구조 입자) 를 사용해도 된다. 구체적으로는, 구리 입자를 코어로 하고 그 외표면을 티탄산바륨으로 피복한 2층 구조 입자를 사용할 수 있다. 게다가, 형상이 상이한 분산질을 조합하여 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 카본 나노 튜브와 같이 직경이 nm 크기인 무기 섬유와, 구상의 무기 입자를 조합하여 사용할 수 있다.

분산질로서는, 입도 분포에 있어서 격차가 없는 대략 균일한 입경을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 분산질의 평균 입경은, 통상 0.5 nm ~ 100μm, 바람직하게는 10 nm ~ 20μm, 보다 바람직하게는 100 nm ~ 10μm 이다. 입경이 0.5 nm 미만이면, 분산질의 브라운 운동에 의해 전기장에 대한 응답성이 악화되는 경향이 있다. 한편, 1OOμm 를 넘으면, 중력에 의해 분산질이 침강하기 쉬워지는 경향이 있다. 본 명세서에 있어서, "평균 입경" 이란, 사용되는 분산질을 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치 (SALD-2100 형, Shimadzu Corporation 제작) 로 측정되는 평균 입경 (D50) 을 말한다. 평균 입경이 0.1μm 이하인 경우에는, 동적 광산란식 입도 분포 측정 장치 (N5 형, Beckman Coulter, Inc 제작) 로 측정되는 평균 입경 (D50) 을 말한다. 또한, 무기 섬유의 경우, 구상의 형상으로 가정하여 측정된 값을 말한다.

분산질의 함유량은 혼합물의 사용 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 분산매에 대해, 통상 1 ~ 60 체적%, 바람직하게는 5 ~ 30 체적%, 보다 바람직하게는 10 ~ 20 체적% 이다. 분산질의 함유량이 많아지면, 전기장 인가시 분산질의 이동이 어려워지기 때문에, 전술한 범위내로 하는 것이 바람직하다.

다음, 혼합물에 전기장을 인가한다.

혼합물을 구성하는 분산매가 실온에서 액상이거나 또는 유동성이 있는 경우에는, 그대로 전기장을 인가한다. 분산매가 실온에서 액상이 아니거나 또는 유동성이 없는 경우에는, 분산매에 유동성을 부여하기 위하여 가열하면서 전기장을 인가한다.

또한, 본 발명에 있어서는, 전기장으로서 직류 전압 또는 교류 전압을 인가하는 것이 가능하지만, 분산 효과의 관점에서 교류 전압이 바람직하다. 또한, 교류 전압에 의한 처리 조건은 이하와 같다.

전기장 강도는, 일반적으로 0.1 ~ 50 kV/mm, 바람직하게는 1 ~ 25 kV/mm, 보다 바람직하게는 5 ~ 20 kV/mm 이다. 0.l kV/mm 미만이면, 응집체가 전기장에 쉽게 응답하지 않는 경향이 있다. 한편, 50 kV/mm 를 넘으면, 혼합물의 절연 파 괴를 일으키는 경향이 있다.

주파수는, 일반적으로 0.1 ~ 1 MHz, 바람직하게는 0.1 ~ 100 kHz, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 50 kHz, 더욱 바람직하게는 0.1 ~ 20 kHz 이다. 주파수가 상기 범위를 벗어나면, 원하는 분산 상태를 얻기 어렵다.

처리 시간은 사용하는 분산매에 따라 동일하지 않지만, 일반적으로 O.01 ~ 100 분, 바람직하게는 0.5 ~ 30 분, 보다 바람직하게는 1 ~ 10 분이다. 0.01 분 미만이면 분산질의 분산이 불충분하게 되는 경우가 있는 반면, 100 분을 넘으면 혼합물의 절연 파괴를 일으키기 쉽다.

또한, 분산질의 평균 입경이나, 분산질과 유기 수지의 유전율 등을 고려하여, 표 1 에 나타내는 조건으로 교류 전압을 인가하는 것이 특히 바람직하다.

분산질의 평균입경 (μm)	분산질의 유전율 (A) 과 유기 수지의 유전율 (B) 의 비 (A/B)	전기장 강도 (kV/mm)	주파수 (kHz)
≥1	≥10	≥O.1 (바람직하게는 O.1 ~ 10)	≥0.1
≥1	<10	≥1 (바람직하게는 1 ~ 20)	≥0.1
<1	≥10	≥1 (바람직하게는 1 ~ 50)	≥O.1
<1	<10	≥10 (바람직하게는 10 ~ 50)	≥0.1

본 발명에 있어서, 상기 조건으로 전기장을 인가함으로써, 분산질이 전기장 인가 전보다도 미세한 입자로 분쇄됨과 동시에, 분산매 중에 균일하게 분산될 수 있다.

이러한 효과가 얻어지는 요인에 대해서는 명확하게 해명되지 않았지만, 전기장의 인가시 하기의 1) ~ 4) 중 1 이상의 요인에 의해 분산질 자체에 척력 (예를 들어, 입자간 척력) 이 부여되어, 분산질의 반데르발스력에 기인하는 분산질의 응집이 억제되고, 그로 인해 상기 효과가 얻어진다고 본 발명자들은 생각하였다.

1) 입자 (분산질, 이하 동일) 와 액상 (분산매, 이하 동일) 과의 계면에서, 국부적이고 순간적인 폭발 또는 팽창 현상이 생겨, 그 에너지로 입자 계면이 분리된다.

2) 응집된 2 차 입자는 전체적으로 진동에너지에 의해 진동하지만, 이 진동에 의해 입자 계면에서 마찰력이 발생한다.

3) 전기장 인가 조건은 입자에 대해 거대한 전기장 강도를 생성하기 때문에, 통상적으로 유전 분극이 발생한다. 입자의 재질 (예를 들어, 티탄산바륨 등의 강유전체) 에 따라 분극 반전이 생겨 입자의 결정 구조가 변화하여, 약 1 % 의 설정 격자 변형을 일으킨다.

4) 입자 자체가 대전된다.

한편, 볼 밀 등을 사용하는 종래의 분산 방법의 원리는 분산질의 외부로부터 기계적 충격, 진동, 전단력 등을 가하여 분산화하는 것으로, 분산 원리는 본 발명의 분산 원리와는 완전히 상이하다. 게다가, 종래의 분산 방법에서는, 분산매 중에 재현성이 양호한 분산질을 분산하는 것이 용이하지 않고, 또한 미세한 분산질의 생성에 있어서도 한계가 있다.

본 발명의 분산 방법은, 전술한 분산 원리를 바탕으로, 분산매 중에 분산질을 가급적으로 미세한 입자로서 균일하게 분산시킬 수 있다. 따라서, 이러한 방법으로 얻을 수 있는 조성물은, 하기 1) ~ 4) 중 1 종 이상의 전기 또는 전자 부품용 조성물로서 유용하다.

1) 인쇄 회로 기판, 축전기 등의 높은 유전성이 요구되는 전기 또는 전자 부품

2) 인쇄 회로 기판, 반도체 밀봉 수지 패키지 등의 고열 전도성이 요구되는 전기 또는 전자 부품

3) 기능 소자 (예를 들어, IC 등) 와 전자 부품 (예를 들어, 인쇄 회로 기판 등) 을 특히 미세하게 다중 지점에서 동시에 전기적으로 연결하는데 사용되는 이방성 도전 시트

4) 인쇄 회로 기판, 반도체 밀봉 수지 패키지 등 또는 이들의 전자기기 모듈과 같은 전자파 차폐가 요구되는 전기 또는 전자 부품

지금까지 본 발명의 분산 방법에 대해 상세하게 설명했지만, 본 발명의 재분산 방법 및 분쇄 방법은 전술한 분산 방법과 동일한 원리를 바탕으로 하여 분산질을 재분산 또는 분쇄할 수 있다. 즉, 본 발명의 재분산 방법에 의하면, 분산매 및 그에 침강된 분산질의 혼합물에 전술한 바와 같은 방법으로 전기장을 인가함으로써 분산질에 척력을 발생시킴으로써, 침강된 분산질을 전기장을 인가하기 전보다도 더 미세한 입자로서 분산매 중에 균일하게 분산시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 발명의 재분산 방법에 의하면, 분산매 및 그에 응집된 분산질의 혼합물에 전술한 바와 같은 방법으로 전기장을 인가함으로써 분산질에 척력을 발새시킴으로써, 응집된 분산질을 전기장을 인가하기 전보다도 더 미세한 입자로 분쇄시킬 수가 있다.

이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하겠지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

(실시예 1 ~ 4)

하기 표 2 에 기재된 각 성분을 배합하여 무용제형 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 얻어진 무용제형 에폭시 수지 조성물의 유전율은 3.3 이다.

	판매사	제품 번호	분류	배합량
베이스 수지	토토 카세이(주)	ZX-1658	지방족	100 중량부
경화제	일본 에폭시 수지(주)	YH306	산무수물	160 중량부
경화 촉진제	PTI 일본(주)	K-61B	3급 아민, 루이스 염기형 촉매	3 중량부

얻어진 무용제형 에폭시 수지 조성물 각각에, 티탄산바륨 (BaTiO₃) (5, 10, 20 또는 30 체적%, 제품 번호 BT-03, 사카이 화학공업(주)제, 평균 입경 0.3 ㎛, 순도 99.9% 이상, 유전율 약 3,300) 을 배합해 혼합물을 제조하였다. 얻어진 혼합물을 유성형 볼 밀 (제품 번호 Planet-M, 고킨 플래니터링사제) 을 이용하여 조분산 처리하였다. 또한, 조분산 처리에 사용된 용기 및 볼은 지르코니아제이며, 직경 1, 2, 4 또는 8 mm 인 볼들을 조합하여 사용하였다. 조분산 처리의 조건은, 공전 회전수 600 rpm, 자전 회전수 1,500 rpm, 처리 시간 10 분으로 하였다.

그 후, 얻어진 혼합물에, 동적 점탄성 측정 장치 (제품 MR-300V, Rheology Co.,Ltd제) 를 개조해 제작한 전기장 처리 장치를 이용하여 전기장을 인가하였다.

상부 전극 (1 oz 구리 박) 및 하부 전극 (3 oz 구리 박) 으로서, SUS 제 지지체에 도전성 양면 테이프를 통하여 구리 박을 붙였다. 그 다음, 전극 사이에 혼합물을 공급하여, 간격을 50 ~ 100㎛ 두께로 조정하였다. 전기장 인가 조건은, 표 3 에 나타낸 바와 같으며, 처리 시간은 5 분이었다. 다음, 전기장 처리 장치로부터 SUS 제 지지체를 꺼냈다. 도전성 양면 테이프와 구리 박을 분리하여 이하의 평가용 시료를 얻었다.

	BaTiO₃ 함유량	전기장 처리 조건
	BaTiO₃ 함유량	전원 파형	주파수	전기장 강도
실시예 1	5 체적%	교류	10kHz	16 kV/mm
실시예 2	10 체적%	교류	10kHz	16 kV/mm
실시예 3	20 체적%	교류	10kHz	16 kV/mm
실시예 4	30 체적%	교류	10kHz	16 kV/mm

(실시예 5 ~ 8)

N-메틸-2-피롤리돈 (NMP) 100 중량부에, 카본블랙 (제품 번호 SB-4, Degussa 제조, 평균 입경 398 nm) 5 중량부 및 폴리 비닐피롤리돈 (PVP) 분산제 (제품 번호 K-90, ISP JAPAN 사 제조) 1 중량부를 혼합하여, 분산 임펠러 (회전수 1200 rpm) 로 20 동안 조분산 처리하였다. 상기 혼합물을 30분간 방치한 후, 용기의 높이 방향으로 용기 상단으로부터 용기의 절반까지의 상청액을 채취해, 평가용 혼합물을 얻었다.

다음, 한쪽 면의 전체면에 ITO 막 (막두께 200 ~ 300 Å) 이 스퍼터링 된 유리 기판을 평판 전극으로서 이용해 전극 사이의 거리를 50㎛ 로 하였다. 두께 50㎛ 의 폴리이미드 필름을 스페이서로 하고, Ar 가스를 이용하여 전극 사이에 혼합물을 충전해, 표 4 에 나타낸 전기장 인가 조건에서 혼합물에 전기장을 5분간 인가 하였다. 그리고, 전기장 인가 후, 전극 사이에 NMP 를 공급하여 혼합물을 꺼냈다.

	전기장 처리 조건
	전원 파형	주파수	전기장 강도
실시예 5	교류	5kHz	16 kV/mm
실시예 6	교류	1kHz	16 kV/mm
실시예 7	교류	0.5kHz	16 kV/mm
실시예 8	교류	0.1kHz	16 kV/mm

(실시예 9 ~ 12)

카본블랙 대신에 카본 나노 튜브 (제품 번호 MWCNT-2, 다층 CNT, Shenzhen Nanotech Port 사 제조, 평균 관경 20 nm, 0.5 중량부) 를 이용한 것 이외에는, 실시예 5 와 동일한 방법에 의해 평가용 혼합물을 얻었으며, 이 혼합물에 표 5 에 나타낸 전기장 처리 조건에서 전기장을 5 분간 인가하였다.

	전기장 처리 조건
	전원 파형	주파수	전기장 강도
실시예 9	교류	5kHz	16 kV/mm
실시예 10	교류	1kHz	16 kV/mm
실시예 11	교류	0.5kHz	16 kV/mm
실시예 12	교류	0.1kHz	16 kV/mm

(실시예 13 ~ 17)

하기 표 6 에 기재된 각 성분을 배합하여 메틸에틸케톤 (MEK) 용제형 에폭시 수지를 제조하였다. 상기 얻어진 용제형 에폭시 수지 혼합물의 유전율은 3.3 이었다.

	배급사	제품 번호	분류	배합량
기본 수지	Dainippon Ink And Chemicals, Incorporated	HP-7200	디시클로펜타디엔 형	100 중량부
경화제	Mitsui Chemicals, Inc.	XL-225L	파라크실렌 결합	68 중량부
경화 촉진제	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	TPP (트리페닐포스핀)		0.5 중량부

얻어진 용제형 에폭시 수지에, 체적 비율로 10 체적% 의 BaTiO₃ (제품번호 BT-03, Sakai Chemical Industry 사 제조, 평균 입경 0.3㎛, 순도 99.9% 이상, 유전율 약 3,300) 을 혼합하여, 이 혼합물을 분산 임펠러 (회전수 1000 rpm) 로 20 분간 분산 처리를 하였다. 상기 혼합물을 30 분간 방치한 후, 용기의 높이 방향으로 용기 상단으로부터 용기의 절반까지의 상청액을 채취해, 평가용 분산액을 얻었다.

다음, 한쪽 면의 전체면에 ITO 막 (막두께 200~300 Å) 이 스퍼터링 된 유리기판을 평판 전극으로서 이용하여 전극 사이의 거리를 50㎛ 로 하였다. 두께 50㎛ 의 폴리이미드 필름을 스페이서로 하고, Ar 가스를 이용해 전극 사이에 분산액을 충전하여, 표 7 에 나타낸 전기장 처리 조건에서 상기 분산액에 전기장을 10분간 인가하였다. 전기장 인가 후, 전극 사이에 MEK 를 공급하여 상기 분산액을 꺼냈다.

	전기장 처리 조건
	전원 파형	주파수	전기장 강도
실시예 13	교류	8 kHz	4 kV/mm
실시예 14	교류	1 kHz	4 kV/mm
실시예 15	교류	1 kHz	4 kV/mm
실시예 16	교류	1 kHz	2 kV/mm
실시예 17	교류	0.1 kHz	2 kV/mm

(비교예 1 ~ 4)

전기장 처리를 실행하지 않았던 것 이외에는, 실시예 1 ~ 4 와 동일한 방법에 의해 평가용 시료를 얻었다.

(비교예 5)

전기장 처리를 행하지 않았던 것 이외에는, 실시예 5 와 동일한 방법에 의해 평가용 시료를 얻었다

(비교예 6)

전기장 처리를 행하지 않았던 것 이외에는, 실시예 9 와 동일한 방법에 의해 평가용 시료를 얻었다

(비교예 7)

전기장 처리를 행하지 않았던 것 이외에는, 실시예 13 과 동일한 방법에 의해 평가용 시료를 얻었다.

(평가 시험)

(1) 분산성 평가

실시예 2 ~ 4 및 비교예 2 ~ 4 로 얻어진 혼합물에 대해, 주사 전자 현미경 (SEM, 형식 S-4700, 히타치 제작소(주)제조) 을 이용해 SEM 사진을 촬영했다. 실시예 2 ~ 4 및 비교예 2 ~ 4 로 얻어진 혼합물의 SEM 사진을 도 5 에 도시하였다.

SEM 사진으로부터, 실시예의 혼합물은 대부분 BaTiO₃ 의 응집물이 관찰되지 않았는데 반해, 비교예의 혼합물은 BaTiO₃의 거대한 응집물이 많이 관찰됨을 알 수 있다. 이것으로부터, 본 실시예의 혼합물은, 전기장 처리에 의해 응집 상태의 분산질에 분쇄 처리와 분산 처리가 동시에 실시되었음이 확인되었다.

(2) 입경 측정

실시예 5 ~ 12 및 비교예 5 ~ 6 으로 얻어진 평가용 시료에 대해, 서브미크론 입자 분석기 (모델 N5, 동적 광산란 방식, Beckman Coulter, Inc. 제조) 를 사용하여, 분산질의 평균 입경을 측정하였다. 또한, 실시예 9 ~ 12 및 비교예 6 에서 사용된 CNT 은 구형상이며, 평균 입경이 측정하였다. 실시예 5 ~ 8 및 비교예 5 의 측정 결과를 표 8 에 도시하였으며, 실시예 9 ~ 12 및 비교예 6 의 측정 결과를 표 9 에 도시하였다.

	전기장 주파수	평균 입경 (nm)	미처리품을 1.00으로 했을 때의 상대치
실시예 5	5 kHz	346	0.87
실시예 6	1 kHz	299	0.75
실시예 7	0.5 kHz	284	0.71
실시예 8	0.1 kHz	312	0.78
비교예 5	미처리	398	1.00

	전기장 주파수	평균 입경 (nm)	미처리품을 1.00으로 했을 때의 상대치
실시예 9	5 kHz	2073	0.33
실시예 10	1 kHz	474	0.07
실시예 11	0.5 kHz	583	0.09
실시예 12	0.1 kHz	732	0.12
비교예 6	미처리	6357	1.00

실시예 13 ~ 17 및 비교예 7 로 얻어진 평가용 시료에 대해, 입도 분포 측정 장치 (모델 SALD-2100, 레이저 회절 방식, Shimadzu Corporation 제) 를 이용해, 분산질의 평균 입경이 측정하였다. 측정 결과를 표 10 에 도시하였다.

	전기장 주파수	평균 입경 (㎛)	미처리품을 1.00으로 했을 때의 상대치
실시예 13	8 kHz	1.01	0.86
실시예 14	1 kHz	0.99	0.85
실시예 15	1 kHz	1.01	0.87
실시예 16	1 kHz	0.98	0.84
실시예 17	0.1 kHz	0.97	0.83
비교예 7	미처리	1.17	1.00

표 10 의 결과에 의하면, 전기장 처리 시간을 10분의 충분한 시간으로 인가하고, 주파수 O.1 ~ 1 kHz 및 전기장 강도 2 ~ 4 kV/mm 를 억제하는 것으로, 분산질의 분산성이 크게 개선되는 것이 확인되었다.

본원은 본 명세서에 참조로 되어 있는 일본특허출원 제2006-172642호의 내용에 기초한 것이다.

본 발명의 분산 방법에 의하면, 분산매와 분산질을 포함한 혼합물에 전기장을 인가하는 경우, 분산질에 하전 또는 유전 분극 (electric charge or dielectric polarization) 이 발생하게 되고, 그 결과 분산질 자체에 입자간 척력이 발생한다. 결과적으로, 분산매 중의 분산질이 전기장 인가 전보다도 미세한 입자로 분쇄되는 것과 동시에, 균일하게 분산시키는 것이 가능하게 된다. 이러한 효과가 얻어지는 원인이 반드시 명확하지는 않지만, 전기장 인가에 의해 하기의 1) ~ 4) 중 적어도 하나 이상의 요인에 의해 분산질 자체에 척력 (예를 들어, 입자간 척력) 이 발생되는 것으로 추측된다.

1) 입자들 (분산질, 이하 동일) 과 액상 (분산매, 이하 동일) 과의 계면에서 국부적이고 순간적인 폭발 또는 팽창 현상이 생겨 그 에너지로 입자 계면이 분리한다.

2) 응집한 2차 입자는 전체가 진동 에너지에 의해 진동하고 있지만, 상기 진동에 의해 입자 계면에서 마찰력이 발생한다.

3) 전기장 인가 조건은 입자에 거대한 전기장 강도를 발생시키기 때문에 일반적으로 유전 분극이 발생한다. 하지만, 입자의 재질 (예를 들어, 티탄산바륨 등의 강유전체) 에 따라서는 분극 반전이 발생하여, 입자의 결정 구조가 변화하고, 약 1 % 정도의 결정 격자 변형을 일으킨다.

4) 입자 자체가 대전된다.

이와 같이, 본 발명의 분산 방법은 종래의 방법과는 상이한 원리에 기초하여, 전기장 장치를 포함하는 편리한 수단을 사용하여 분산질을 균일하게 분산 및 분쇄시킬 수 있기 때문에 그 기술적 의의는 크다.

또한, 본 발명에 의하면, 분산매 중에 침강된 분산질과 분산매의 혼합물에 전기장을 인가함으로써, 분산매 내의 분산질이 균일하게 재분산될 수 있으며, 전술한 동일한 원리에 기초하여, 응집된 분산질과 분산매의 혼합물에 전기장을 인가함으로써, 응집된 분산질을 분쇄할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 전술한 방법에 유용한 분산질 분산 장치, 분산질 재분산 장치 및 분산질 분쇄 장치를 제공할 수 있다.

Claims

분산매와 분산질의 혼합물에 전기장을 인가하는 것을 포함하는, 분산매 중에 분산질을 균일하게 분산하는 방법.
분산매와 그 분산매에 침강된 분산질의 혼합물에 전기장을 인가하는 것을 포함하는, 분산매 중에 분산질을 균일하게 재분산하는 방법.
응집된 분산질과 분산매의 혼합물에 전기장을 인가하는 것을 포함하는, 응집된 분산질을 분쇄하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 분산매는 전기장 인가시의 온도에서 액상 혹은 유동성이 있는 용제 또는 유기 수지인 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 분산질은 분산매보다 높은 유전율을 갖는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 분산질은 무기 입자 및 무기 섬유 중 l 종 이상인 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 전기장으로서 교류 전압이 인가되는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 전기장은 평행 전극간에 인가되는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 기재된 방법에 의해서 얻어지는 조성물.
분산매와 분산질의 혼합물을 수용하는 용기와, 상기 혼합물에 전기장을 인가하기 위한, 대향하는 한 쌍의 전극을 갖는 전기장 인가 수단을 포함하는, 분산질의 분산 장치.
분산매와 응집 또는 침강된 분산질의 혼합물을 수용하는 용기와, 상기 혼합물에 전기장을 인가하기 위한, 대향하는 한 쌍의 전극을 갖는 전기장 인가 수단을 포함하는, 분산질의 재분산 또는 분쇄 장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 용기내에서 혼합물을 교반하기 위한 교반수단을 더 포함하는 장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 혼합물을 전기장 인가 수단에 공급하기 위한 공급 수단을 더 포함하는 장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 혼합물중에서 분산질을 조분산시키기 위한 조분산 수단을 더 포함하는 장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 전기장의 전원 파형은 교류인 장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 전극은 평행 전극을 포함하는 장치.