KR20090117013A - 열가소성탄성체-수지 어레이를 포함하는 전자기기용 외장재 - Google Patents

열가소성탄성체-수지 어레이를 포함하는 전자기기용 외장재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내부에 전자 부품이 수용되는 전자기기용 외장재로서, 상기 외장재는 열가소성탄성체 1~99중량% 및 수지 99~1중량%를 포함하는 열가소성탄성체-수지 어레이로 이루어진 전자기기용 외장재에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 부드러운 터치감, 다양한 컬러, 내충격성, 방수성, 내구성, 내마모성 및 강성 등을 가지는, 전자기기용 외장재를 제공한다.

Description

열가소성탄성체-수지 어레이를 포함하는 전자기기용 외장재{EXTERIOR MATERIAL FOR ELECTRODE MACHINE INCLUDING ELASTOMER-RESIN ALLOY}
본 발명은 열가소성탄성체-수지 어레이를 포함하는 전자기기용 외장재에 관한 것으로, 부드러운 터치감, 다양한 컬러, 내충격성, 방수성, 내구성, 내마모성, 강성을 가지며, 최근 전자기기에서 요구되는 경량화 및 슬림화를 모두 만족시킬 수 있는 열가소성탄성체-수지 어레이를 이용한 다양한 전자기기의 외장재에 관한 것이다.
열가소성 탄성체(thermoplastic Elastomer)란 고온에서 가소화된 플라스틱과 마찬가지로 성형할 수 있고, 상온에서는 고무탄성체의 성질을 내는 고분자 재료이다. 즉, 열가소성 탄성체는 기존의 고무가 가진 탄성과 열가소성 수지가 가진 가공성을 동시에 가지는 소재로서, 고무와 수지의 중간적인 위치이다.
최근에는 MP3, 캠코더, 휴대폰, PDA(personal digital assistants), 노트북 컴퓨터 등의 휴대용 기기의 사용 빈도가 급속하게 증대됨에 따라 이들 휴대용 기기는 경량화 및 슬림화가 요청되고 있다.
또한, 휴대용 기기뿐만 아니라 이동하면서 작동하는 청소기, 로봇 청소기 등의 이동 전자기기는 이동하다가 가구나 벽 등의 구조물과 충돌하여 구조물 및 이동 전자기기는 파손될 우려가 크다.
이에 따라 열가소성 탄성체가 부드러운 터치감, 다양한 컬러, 내충격성 및 방수성 등의 특징으로 인해 전자기기의 외장재로 선호되고 있다. 그러나 열가소성 탄성체는 기계적 강도(강성)가 수지보다 작아, 열가소성 탄성체만을 외형제로 사용하기에는 내구성이 떨어진다.
따라서 도 1에서 보는 바와 같이, 기존에는 전자기기의 외장재로서 열가소성 탄성체의 불충분한 강성을 보완하기 위해 금속 또는 합성수지(1)로 형성된 전자기기의 케이스에 열가소성탄성체(2)를 합성수지(1)와 이중사출하거나 금속 또는 합성수지(1) 위에 열가소성탄성체(2)를 오버 몰딩(코팅)하는 형태로 사출성형하여, 전자기기의 외관을 형성하였다. 이는 금속 또는 합성수지의 강성으로 제품을 보호하고 열가소성탄성체의 탄성으로 제품의 내충격성 및 부드러운 질감을 제공할 수 있었다.
예를 들면, 한국등록특허 10-0696788에는 내부에 전자부품이 수용되는 케이스 및 상기 케이스의 최외곽면을 커버하는 세라믹제 또는 폴리우레탄 재질로 된 커버부를 포함하는 전자기기의 외장재가 개시되어 있다. 상기 등록특허에 의하면 케이스는 기계적 강도를 주기 위해 스틸, 스테인레스 스틸 또는 알루미늄의 금속으로 한정하고 있다.
그러나, 일반적으로 열가소성탄성체와 금속 또는 합성수지는 열역학적 구조가 달라, 열가소성 탄성체와 금속 또는 합성수지의 접합강도가 현저히 떨어진다. 따라서, 상기 등록특허에서는 케이스와 커버부와의 결합력을 증대시키기 위해 케이스의 외면에 소정의 거칠기를 마련하고 있다.
또한, 합성수지와 열가소성 탄성체를 이중사출하는 경우 및 금속 또는 합성수지 위에 열가소성 탄성체를 코팅하는 것은 제품의 슬림화 및 경량화 요청에 반한다. 또한, 대부분 별도성형되는 이중구조로 이루어지는 만큼 제조단가가 상승할 수 밖에 없고, 외장재로서 합성수지와 금속 등의 이용으로 경량화는 물론 충돌시 완충작용은 거의 기대할 수 없는 등의 많은 문제점이 있다.
이외에 혼화제, 가교제 등을 이용한 화학적 변성(동적 가황 기술, 동적 가교 기술 등)에 의해 기계적 특성, 내열성 등을 갖는 열가소성탄성체-수지 어레이를 제조하는 종래기술이 있다(한국공개특허 10-1999-021569, 한국공개특허 10-1999-0054418, 한국공개특허 10-1995-0003370, 한국공개특허 10-2007-0027653, 한국공개특허 10-2006-0120224 등 다수).
이런 종래기술들은 다른 화합물(혼화제, 충전제, 개시제, 가교제 등)을 사용해야 하며, 열가소성탄성체와 수지 어레이의 합성시간 또는 중합시간이 매우 길다는 단점이 있다. 또한, 종래기술의 열가소성탄성체-수지 어레이는 열가소성탄성체와 수지를 서로 화학적 친화도가 있는 것 중에서 선택해야 하는 제약이 심하다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 화학적 변성이 아닌 물리적 변화로, 터치감, 다양한 컬러, 내충격성, 방수성, 내구성 및 강성을 보장하는 열가소성탄성체-수지 어레이를 이용하는 전자기기의 외장재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 종래기술과 달리, 화학적 친화도가 떨어지는 열가소성탄성체 및 수지를 이용하여 열가소성탄성체-수지 어레이를 조성하여 이를 전자기기의 외장재로서 제공할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 전자 부품이 수용되는 전자기기용 외장재로서, 상기 외장재는 열가소성탄성체 1~99중량% 및 수지 99~1중량%를 포함하는 열가소성탄성체-수지 어레이로 이루어진 전자기기용 외장재를 제공한다.
바람직하게, 상기 열가소성탄성체는 열가소성 우레탄계 탄성체(thermoplastic urethane Elastomer, 이하 'TPU'라 한다), 열가소성 에스테르계 탄성체(thermoplastic ester Elastomer), 열가소성 스틸렌계 탄성체(thermoplastic styrene Elastomer), 열가소성 올레핀계 탄성체(thermoplastic olrefin Elastomer), 열가소성 염화비닐계 탄성체(thermoplastic polyvinyl chloride Elastomer) 및 열가소성 아미드계 탄성체(thermoplastic amide Elastomer) 중에서 선택된 하나 이상인 전자기기의 외장재를 제공한다.
또한 바람직하게, 상기 수지는 열가소성 플라스틱인 전자기기의 외장재를 제공한다.
또한 더욱 바람직하게, 상기 열가소성 플라스틱은 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리스틸렌(polystylene), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 아크릴, 나일론, 폴리카보네이트(polycarbonate, 이하 'PC'라 한다), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌 공중합체(ABS) 및 중에서 선택된 하나 이상인 전자기기의 외장재를 제공한다.
본 발명인 열가소성탄성체-수지 어레이를 포함하는 전자기기의 외장재는 종래기술과 달리 혼화제, 충진제, 보강재, 산화방지제, 가교제, 경화제 등 다른 화학 물질을 첨가하지 않고, 즉 화학적 변성 없이, 물리적 변성을 통해 열가소성탄성체-수지 어레이를 형성하고, 이를 전자기기의 외장재로서 이용한다.
본 발명의 열가소성탄성체-수지 어레이의 제조방법에 대하여 설명한다.
(1) 원료 공급
열가소성탄성체-수지 어레이에 사용한 열가소성탄성체 및 수지를 각각 제습 건조기를 통해 건조시킨 후, 열가소성탄성체 1~99중량% 및 수지 99~1중량%를 각각의 피더 호퍼(feeder hopper)에 투입한 후, 교정(carlibration)하였다.
수지는 바람직하게 열가소성 플라스틱으로서, 열가소성 플라스틱은 고온에서 유동성을 갖는 수지로, 열을 가해 녹여서 가공하고 식히면 굳는 플라스틱을 모두 칭한다.
상기 열가소성 플라스틱은 바람직하게 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 아크릴, 나일론(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌 공중합체(ABS) 중에서 하나 이상 선택되나, 이에 한하지 않는다.
열가소성탄성체의 비율이 너무 작은 경우에는, 기계적 강도나 내유성이 저하되는 경향이 있다. 한편, 수지의 비율이 너무 큰 경우에는 탄성이 저하되는 경향이 있다.
(2) 혼합 및 가열
그 후 컴파운더(compounder)에서 40~100rpm으로 교반하면서 열가소성탄성체 및 수지를 혼합하였다. 이때 혼합된 열가소성탄성체:수지의 비율에 따라 컴파운더에서 200~250℃까지 가열한 후 냉각 수조에서 50~110℃까지 냉각하였다.
상기 컴파운더는 수지 또는 열가소성탄성체를 제조 또는 가공하기 위해서 일반적으로 사용되는 용융 혼련 장치를 이용할 수 있다. 여기서, 컴파운더는 전단력을 가하는 처리 및 가열 처리를 동시에 행할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않고 다양한 것을 사용할 수 있다. 그 구체적인 예로서는 개방형 믹싱 롤, 가압 혼련기, 동방향 회전형 연속식 이축 압출기, 이방향 회전형 연속식 이축 압출기, 이축 혼련기 등을 들 수 있다.
상기 가열 조건은 이용되는 수지나 열가소성탄성체의 종류, 비율, 용융 혼련장치의 종류 등에 따라 다르지만, 가열온도는 200~250℃인 것이 바람직하다.
(3) 성형
냉각된 열가소성탄성체-수지 혼합물을 펠렛타이저(pelletizer)를 통해 펠렛(pellet)으로 성형한다.
따라서 상기 제조방법에 의해 제조된 열가소성탄성체-수지 어레이는 우수한 탄성, 부드러운 질감, 내열성, 기계적 강도, 강성, 내충격성을 갖기 때문에, 각종 전자기기의 외장재의 재료로 유용하다.
본 발명에 의하면, 열가소성탄성체의 탄성, 부드러운 질감, 충격흡수, 다양한 칼라감, 방수효과를 가지면서, 수지의 기계적 강도, 강성을 가지는 열가소성탄성체-수지 어레이를 포함하는 전자기기의 외장재를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 신규한 열가소성탄성체-수지 어레이를 일반 사출로 전자기기의 외장재로 제품화할 수 있어, 비용 및 시간을 절감할 수 있으며, 본 발명의 열가소성탄성체-수지 어레이를 외장재로 적용되는 전자기기의 슬림화 및 경량화를 도모할 수 있다.
본 발명인 열가소성탄성체-수지 어레이 조성물에 관하여 상세히 살펴본다.
[비교예 1]
PC 10㎏을 제습 건조기로 건조한 후 PC를 피더 호퍼에 투입하였다. 피더 호퍼에 투입된 PC를 컴파운더로 공급한 후, 컴파운더를 40~100rpm으로 교반하면서260℃까지 가열하였다. 가열된 PC를 55℃까지 냉각시킨 후 펠렛으로 성형한 후, 사출기를 이용하여 시편(폭 1.27㎝, 길이 6㎝, 두께 1.8㎜)으로 성형하였다.
[실시예 1]
PC 9.9㎏과 TPU 0.1㎏을 각각 제습 건조기로 건조한 후 PC 및 TPU를 각각의 피더 호퍼에 투입하였다. 피더 호퍼에 투입된 PC 및 TPU를 컴파운더로 공급한 후, 컴파운더에서 40~100rpm으로 교반하면서 250℃까지 가열하였다. 가열된 혼합물을 55℃까지 냉각시킨 후 펠렛으로 성형한 후, 사출기를 이용하여 시편(폭 1.27㎝, 길이 6㎝, 두께 1.8㎜)으로 성형하였다.
[실시예 2]
PC 9㎏과 TPU 1㎏을 각각 제습 건조기로 건조한 후 PC 및 TPU를 각각의 피더 호퍼에 투입하였다. 피더 호퍼에 투입된 PC 및 TPU를 컴파운더로 공급한 후, 컴파운더에서 40~100rpm으로 교반하면서 250℃까지 가열하였다. 가열된 혼합물을 55℃까지 냉각시킨 후 펠렛으로 성형한 후, 사출기를 이용하여 시편(폭 1.27㎝, 길이 6㎝, 두께 1.8㎜)으로 성형하였다.
[실시예 3]
PC 7㎏과 TPU 3㎏을 각각 제습 건조기로 건조한 후 PC 및 TPU를 각각의 피더 호퍼에 투입하였다. 피더 호퍼에 투입된 PC 및 TPU를 컴파운더로 공급한 후, 컴파운더를 40~100rpm으로 교반하면서 240℃까지 가열하였다. 가열된 혼합물을 55℃까지 냉각시킨 후 펠렛으로 성형한 후, 사출기를 이용하여 시편(폭 1.27㎝, 길이 6㎝, 두께 1.8㎜)으로 성형하였다.
[실시예 4]
PC 5㎏과 TPU 5㎏을 각각 제습 건조기로 건조한 후 PC 및 TPU를 각각의 피더 호퍼에 투입하였다. 피더 호퍼에 투입된 PC 및 TPU를 컴파운더로 공급한 후, 컴파운더를 40~100rpm으로 교반하면서 230℃까지 가열하였다. 가열된 혼합물을 55℃까지 냉각시킨 후 펠렛으로 성형한 후, 사출기를 이용하여 시편(폭 1.27㎝, 길이 6㎝, 두께 1.8㎜)으로 성형하였다.
[실시예 5]
PC 3㎏과 TPU 7㎏을 각각 제습 건조기로 건조한 후 PC 및 TPU를 각각의 피더 호퍼에 투입하였다. 피더 호퍼에 투입된 PC 및 TPU를 컴파운더로 공급한 후, 컴파운더를 40~100rpm으로 교반하면서 220℃까지 가열하였다. 가열된 혼합물을 55℃까지 냉각시킨 후 펠렛으로 성형한 후, 사출기를 이용하여 시편(폭 1.27㎝, 길이 6㎝, 두께 1.8㎜)으로 성형하였다.
[실시예 6]
PC 1㎏과 TPU 9㎏을 각각 제습 건조기로 건조한 후 PC 및 TPU를 각각의 피더 호퍼에 투입하였다. 피더 호퍼에 투입된 PC 및 TPU를 컴파운더로 공급한 후, 컴파운더를 40~100rpm으로 교반하면서 250℃까지 가열하였다. 가열된 혼합물을 55℃까지 냉각시킨 후 펠렛으로 성형한 후, 사출기를 이용하여 시편(폭 1.27㎝, 길이 6㎝, 두께 1.8㎜)으로 성형하였다.
[실시예 7]
PC 9.9㎏과 TPU 0.1㎏을 각각 제습 건조기로 건조한 후 PC 및 TPU를 각각의 피더 호퍼에 투입하였다. 피더 호퍼에 투입된 PC 및 TPU를 컴파운더로 공급한 후, 컴파운더에서 40~100rpm으로 교반하면서 250℃까지 가열하였다. 가열된 혼합물을 55℃까지 냉각시킨 후 펠렛으로 성형한 후, 사출기를 이용하여 시편(폭 1.27㎝, 길이 6㎝, 두께 1.8㎜)으로 성형하였다.
[비교예 2]
TPU 10㎏을 제습 건조기로 건조한 후 TPU를 피더 호퍼에 투입하였다. 피더 호퍼에 투입된 TPU를 컴파운더로 공급한 후, 컴파운더를 40~100rpm으로 교반하면서170℃까지 가열하였다. 가열된 PC를 55℃까지 냉각시킨 후 펠렛으로 성형한 후, 사출기를 이용하여 시편(폭 1.27㎝, 길이 6㎝, 두께 1.8㎜)으로 성형하였다.
[실험예]
본 발명의 열가소성탄성체-수지 어레이의 물성치를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
구분 외관 경도 (shore D) 비중 (g/㎤) 모듈러스 (㎏f/㎠) 변형률 (%) 인장강도 (㎏f/㎠) 신율 (%) 인열강도 (㎏f/㎝)
비교예 1 - 80 1.18 16500 6.3 560 80 270
실시예 1 겔 80 1.18 16400 6.3 560 80 268
실시예 2 겔 79 1.18 18700 6 580 8 190
실시예 3 good 70 1.19 10000 9 400 100 190
실시예 4 good 65 1.19 2840 x 270 140 110
실시예 5 50 1.19 610 x 210 350 95
실시예 6 42 1.19 85 x 400 620 120
실시예 7 40 1.19 143 x 570 708 111
비교예 2 40 1.19 145 x 575 710 110
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 수지의 함량이 증가할수록 대체로 경도, 인장강도, 인열강도 등이 증가하여 강성, 내마모성이 향상되며, 열가소성탄성체의 함량이 증가할수록 신율 등이 증가하여 탄성력이 향상된다. 따라서 본 발명의 열가소성탄성체-수지 어레이 조성물은 외장재로 적용되는 전자기기의 특성에 따라 알맞게 적용할 수 있다.
예를 들면, 경량화, 슬림화뿐만 아니라 탄성력, 부드러운 터치감 등이 요청되는 MP3, 캠코더, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라, 카메라 등의 휴대용 기기의 경우에는 실시예 4 내지 6의 열가소성탄성체-수지 어레이를 전자기기의 외장재로 이용할 수 있다.
도 2는 본 발명인 열가소성탄성체-수지 어레이를 휴대폰의 외장재로서 적용 한 사시도를 도시한다. 또한 도 3은 도 2의 A-A'의 단면도를 도시한다.
도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명은 도 1에서 도시한 종래기술의 이중사출이나 오버몰딩과 달리, 휴대폰의 경량화 및 슬림화를 도모할 수 있다.
또한, 예를 들어 강성, 내마모성이 더 요청되는 청소기, 로봇 청소기 등의 이동 전자기기 경우에는 실시예 2 내지 4의 열가소성탄성체-수지 어레이를 전자기기의 외장재로 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 열가소성탄성체-수지 어레이 조성물의 물리적 특성 및 열적 특성에 대해 더 상세히 살펴본다. 수지로서 PC를 열가소성탄성체로서 TPU를 비율별로 혼합하여 다음 표 2와 같이 열가소성탄성체-수지 어레이를 조성하여 각 물리적 특성 및 열적 특성을 조사하였다.
[표 2]
성질 PC:TPU= 10:0 PC:TPU= 9:1 PC:TPU= 8:2 PC:TPU= 7:3 PC:TPU= 6:4 PC:TPU= 5:5 PC:TPU= 0:10
록웰 굳기 110 109 98 89 71 53 -
멜트 인덱스 20 48 97 190 215 230 -
영률 1640 1700 1400 1050 620 300 150
항복점에서의 인장강도 59 55 44 35 - - -
파단점에서의 인장강도 57 58 61 41 35 30 31
항복점에서의 신율 6.4 5.7 6.1 8.2 - - -
파단점에서의 신율 83 100 100 90 108 115 450
굴곡 강도 88 84 67 50 33 17 3
굴곡 탄성률 1920 1900 1460 1050 640 280 41
23℃에서의 충격강도 660 580 560 450 410 380 NB
열변형온도 117 103 98 88 73 50 -
*록웰 굳기: ASTM D785(단위;g/㎤)
*멜트 인덱스: ASTM D1238(단위;g/10min)
*인장강도 및 신율: ASTM D638(인장강도 단위; MPa, 신율단위; %)
*굴곡강도 및 굴곡 탄성율: ASTM D790(단위; MPa)
*충격강도: ASTM D256(단위; J/m)
*열변형률: ASTM D648(단위; ℃)
상기 표 2에서 보면, PC의 비율이 증가할수록 록웰 굳기, 인장강도, 굴곡강도, 굴곡 탄성률, 충격강도, 열변형온도가 크다. 따라서 외장재로서 요구되는 강성, 내마모성, 내충격성 등이 향상된다. TPU의 비율이 증가할수록 멜트 인덱스(melt index)가 증가함을 알 수 있다. 따라서, TPU의 비율이 증가할수록 가공성이 용이하다. 결국, 본 발명에 의한 열가소성탄성체-수지 어레이는 외장재로서 필요한 강성, 내마모성을 갖추면서도 가공이 용이하고 부드러운 터치감 등이 보장된다.
즉, 상기 표 2에서 보면, 본 발명의 열가소성탄성체-수지 어레이 조성물은 기계적 물성, 내열성, 가공용이성이 우수한 것이 확인되었다.
[실험예 2]
본 발명의 열가소성탄성체-수지 어레이 조성물과 종래기술(한국공개특허 10-1999-021569)를 비교하였다. 여러 가지 물성 중에서 충격강도와 열변형온도를 비교한 결과를 표 3에 나타내었다.
[표 3]
성질 본 발명 종래기술
충격강도(㎏f/㎠) 380~580 12~18
열변형온도(℃) 50~105 80℃ 내외
상기 표 3에서 보는 바와 같이, 본 발명은 종래발명에 비해 충격강도가 20배정도 뛰어나며, 열변형온도도 비율에 따라 조절할 수 있음을 알 수 있다.
즉, 본 발명은 종래기술과 달리 혼화제, 충전제, 개시제, 가교제 등의 다른 화합물을 첨가하지 않고, 비교적 간단한 방법으로 종래기술보다 물성이 뛰어난 열가소성탄성체-수지 어레이를 얻을 수 있다.
도 1은 종래기술의 수지 위에 열가소성탄성체가 오버몰딩된 외장재를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명인 열가소성탄성체-수지 어레이를 휴대폰의 외장재로서 적용한 사시도를 도시한다.
도 3은 도 2의 A-A'의 단면도를 도시한다.

Claims (4)

  1. 내부에 전자 부품이 수용되는 전자기기용 외장재로서,
    상기 외장재는 열가소성탄성체 1~99중량% 및 수지 99~1중량%를 포함하는 열가소성탄성체-수지 어레이로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자기기용 외장재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열가소성탄성체는 열가소성 우레탄계 탄성체, 열가소성 에스테르계 탄성체, 열가소성 스틸렌계 탄성체, 열가소성 올레핀계 탄성체, 열가소성 염화비닐계 탄성체 및 열가소성 아미드계 탄성체 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전자기기용 외장재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지는 열가소성 플라스틱인 것을 특징으로 하는 전자기기용 외장재.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열가소성 플라스틱은 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 아크릴, 나일론(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌 공중합체(ABS) 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전자기기용 외장재.
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