KR20110058269A

KR20110058269A - 분산성이 향상된 탄소나노튜브를 포함하는 자외선 경화 도료 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20110058269A
Application number: KR1020090114995A
Authority: KR
Inventors: 김동원
Original assignee: 한일이화주식회사
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2011-06-01

Abstract

본 발명은 분산성이 향상된 탄소나노튜브를 포함하는 자외선 경화 도료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코모노머와 개시제를 이용하여 탄소나노튜브를 개질하고, 상기 개질된 탄소나노튜브를 자외선 경화용 도료에 첨가하여 대전방지성능이 우수한 도료 제조 및 이를 이용한 자동차 내장용 도장성형품 제조 방법에 대한 것이다.

탄소 나노 튜브, 자외선 경화

Description

분산성이 향상된 탄소나노튜브를 포함하는 자외선 경화 도료 및 그 제조방법{UV curable coating composition including carbon nano-tube with improved dispersibility and method of preparing same}

본 발명은 탄소나노튜브가 함유된 대전방지용 자외선 경화 도료 및 그를 이용한 자동차 내장용 성형품 제조방법에 관한 것이다.

자동차 내장재에 적용되고 있는 도료는 크게 우레탄계, 아크릴계, 에폭시계 등이 사용되고 있으며, 보통 용제를 이용한 열경화 방식을 통해 도장되고 있다. 상기 열경화를 통한 도장공정은 건조 시간 및 공정과정이 길어서 많은 비용이 발생되기 때문에 자외선 경화를 통한 도장공정을 적용하면, 사이클 타임의 감소, 물성의 안정화, 비용절감등 많은 이점이 있으며, 이미 반도체, 전자 등의 분야에서는 통상적으로 사용 되고 있다.

일반적으로, 자외선 경화 도료에 사용되는 탄소나노튜브는 전기저항이 10^-4 Ωcm로 금속에 버금가는 전기전도도를 가지고 있으며, 비표면적이 높은 재료로써, 최근 그 제조 및 응용, 적용분야에 있어서 활발히 연구되고 있다. 특히 탄소나노튜브는 형상 및 크기에 따라 금속과 같은 전기적 도체의 성질에서부터 전기가 잘 통하지 않는 반도체의 성질을 가지고 있어 각종 전자회로 분야뿐 아니라, 화학적, 기계적으로도 매우 안정하므로 초강력 섬유나, 표면재료 분야 등 그 활용분야가 매우 다양할 것으로 기대되고 있다.

그러나, 탄소나노튜브는 고유의 반데르발스힘에 의한 응집현상으로 그 분산이 용이하지 않은 문제점이 있으며, 일반적으로 탄소나노튜브의 분산을 위해서 산 처리, 초음파 처리, 기계적 분산법 등이 사용이 되고 있는데, 이는 과정이 복잡하며, 비용 및 수율 등 에서 문제점을 보이고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해선, 탄소나노튜브를 균일하게 분산시키고 일정 방향으로 배향시키기 위한 방법이 중요하며, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 종래기술로써, 대한민국 특허청 출원번호 10-2009-0074264 호 "개질된 탄소나노튜브 및 이를 포함하는 고분자/탄소나노튜브 복합재용 조성물"등이 있다. 그러나, 상기 방법은 고분자/탄소나노튜브 열압출 컴파운딩 방법에 의한 개질 방법으로서, 광모노머를 이용하는 도료에 적용하기에는 부적합한 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탄소나노튜브의 분산성이 향상될 수 있도록 개질하고, 상기 개질된 탄소나노튜브를 자외선경화용 도료에 분산시켜 대전방지성능이 우수한 자동차용 자외선 경화 도료를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

분산성이 향상된 탄소나노튜브 개질 조성물을 포함하는 대전방지용 자외선 경화 도료을 제공한다. 상기 탄소나노튜브 개질 조성물은 스타이렌, 개시제 및 비극성유기용매를 포함하며, 구체적으로 상기 탄소나노튜브의 개질 조성물은 스타이렌 100 중량부, 비극성유기용매 100 중량부, 탄소나노튜브 1~5 중량부 및 개시제 1~5 중량부로 조성되고, 50~70℃에서 1~4시간동안 교반되어 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다른 실시예로 탄소나노튜브, 스타이렌, 비극성유기용매, 개시제를 교반하여 믹싱한 후, 진공오븐을 통해 충분히 건조하는 탄소나노튜브을 개질시키는 단계; 및 상기 개질된 탄소나노튜브를 우레탄 아크릴계 자외선 경화형 도료에 첨가한 후, 초음파 처리를 통해 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대전방지용 자외선 경화 도료 제조방법을 제공한다.

상기 개질된 탄소나노튜브는 1~5 중량부로 하고, 상기 우레탄 아크릴계 자외선 경화형 도료는 100 중량부의 조성으로 혼합하여, 40~50℃의 온도에서 1~10시간 초음파 처리시는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 개질된 탄소나노튜브를 첨가하여 자외선 도료 내에서 상기 탄소나노튜브의 분산성을 향상시켜, 기존의 복잡한 공정을 단축시키고, 정전기 방지 및 사이크 타임을 감소시키는 효과가 있다.

본 발명은 분산성이 향상된 탄소나노튜브 개질 조성물을 포함하는 대전방지용 자외선 경화 도료을 제공하는데, 상기 탄소나노튜브 개질 조성물은 스타이렌, 개시제 및 비극성유기용매를 포함하며, 구체적으로 상기 탄소나노튜브의 개질 조성물은 스타이렌 100 중량부, 비극성유기용매 100 중량부, 탄소나노튜브 1~5 중량부 및 개시제 1~5 중량부로 조성되고, 50~70℃에서 1~4시간 동안 교반되어 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 개질방법에 대한 모식도이다.

본 발명은 탄소나노튜브를 개질하는 제 1 단계, 개질된 탄소나노튜브를 우레탄 아크릴계 자외선 경화형 도료에 초음파 분산하는 제 2 단계로 구분하여 제공하며, 상기 제조과정을 통해 정전기방지 기능성을 가지는 자외선 경화형 도료를 제공하고자 한다.

본 발명의 제 1 단계는 탄소나노튜브 개질 단계로서, 탄소나노튜브, 스타이렌, 비극성유기용매, 개시제를 교반하여 믹싱한 후, 진공오븐을 통해 충분히 건조하는 일련의 과정을 거친다. 다음으로, 본 발명의 제 2 단계는 개질된 탄소나노튜브를 우레탄 아크릴계 자외선 경화형 도료에 첨가한 후, 초음파 처리를 통해 분산 시키는 일련의 과정으로 진행된다.

이하 상기의 제 1 단계와 제 2 단계에 대해 자세히 설명하고자 한다.

본 발명의 제 1 단계에서의 조성물은 스타이렌 100 중량부, 비극성유기용매 100 중량부, 탄소나노튜브 1~5 중량부 및 개시제 1~5 중량부를 포함한다. 상기 계량된 비극성 유기용매 100 중량부에 스타이렌 100 중량부를 첨가하고, 탄소나노튜브와 개시제를 1~5 중량부를 첨가한 후, 50~70℃ 에서 1~4 시간 교반하여 탄소나노튜브를 개질시키는 과정을 진행한다.

상기 제 1 단계에서 사용된 탄소나노튜브는 직경 1~10nm, 직경비 10,000 이상 되는 탄소나노튜브를 포함한다. 상기 탄소나노튜브는 전기 방전법, 열분해법, 기상증착법, 플라즈마 화학기상 증착법, 레이저 증착법 등의 제조법으로 제조된 것 들을 사용하며, 단일벽 탄소나노튜브나 다중벽 탄소나노튜브 모두 제한 없이 사용될 수 있다.

상기 제 1단계에서 사용된 비극성 유기용매는 특별히 제한하지 않고 일반적으로 톨루엔, 자일렌 등을 사용할 수 있으며, 이들을 단독 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용하는 것도 바람직하다.

또한, 상기 제 1 단계에서 사용된 스타이렌은 순도 ≥99 % 이상 되는 스타이렌을 포함한다. 또한, 상기 제 1 단계에서 사용된 개시제는 Benzoyl peroxide, Dicumyl peroxide, Cumene Hydroperoxide, Di-tert-butyl peroxide, tert-Butyl Hydroperoxide 등 에서 선택하여 사용될 수 있다.

상기의 방법으로 혼련한 개질된 탄소나노튜브는 50~100℃의 진공오븐에서 5~24 시간 방치한 후, 제 2 단계의 자외선경화 도료에 초음파 처리를 통해 탄소나노튜브를 분산시키는 공정을 완성한다.

다음으로, 본 발명의 제 2 단계로 개질된 탄소나노튜브를 우레탄 아크릴계 자외선 경화형 도료에 초음파 분산하는 제조방법을 설명한다.

본 발명의 제 2 단계는, 제 1 단계를 통해 개질된 탄소나노튜브를 우레탄 아크릴계 자외선 경화형 도료에 첨가한 후, 초음파 처리를 통해 탄소나노튜브를 우레탄 아크릴계 자외선 경화형 도료에 분산시키는 과정이다. 제 1 단계를 통해 개질된 탄소나노튜브 1~5 중량부 및 우레탄 아크릴계 자외선 경화형 도료 100 중량부를 40~50℃의 온도에서 1~10 시간 초음파 처리하면서 교반한다.

상기 제 2단계에서 사용된 우레탄 아크릴계 자외선 경화형 도료 는 광모노머, 우레탄아크릴계 올리고머, 광개시제 등의 조성물로 이루어져 있으며, 종래에 전자 분야 등에 일반적으로 사용되고 있는 1 액형 내지 2 액형인 우레탄 아크릴계 또는 에폭시 아크릴계등이 사용될 수 있다.

상기 제 2 단계에서 사용된 초음파 처리 장치는 특별히 제한되지 않으며, 일반적으로 100~400 W 용량의 초음파기를 사용할 수 있다.

한편, 상술한 상기 제 2 단계에서 제조된, 탄소나노튜브가 분산된 우레탄 아크릴계 자외선 경화형 도료는 자동차 내장재에 5~30 ㎛로 두께로 도장하여 800~1200 mj/cm² (50~60℃) 조건의 자외선을 조사하여 경화시키며, 이를 통해 정전기방지 성능이 우수한 자동차 내장 성형품을 제조할 수 있다.

상기 발명에 의해 제공되는, 자외선경화 정전기방지용 자동차 내장재 도장성형품은 전기전도도 특성, 우수한 물성, 비용절감, 싸이클 타임 절감 등의 특성을 나타내며, 이를 통해 다양한 분야에 응용이 가능하다.

이하, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 이는 본 발명의 일반적인 예시로 제시된 것이며, 본 발명의 권리 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 도 1 은 본 발명에 따른 탄소나노튜브의 개질방법에 대한 모식도이고, 도 2 는 자외선경화 정전기방지용 도료의 제조방법에 대한 순서도이다.

도 1과 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 탄소나노튜브의 분산성을 향상시키기 위해 스타이렌과 개시제 등을 사용하여 개질한 후, 초음파를 이용하여 자외선경화용 도료에 분산시킴으로써 대전방지성이 향상된 자외선경화용 도료를 제조하게 되는 것이다.

<실시 예>

본 실시예 에서는 제 1 단계와 제 2 단계의 제조 포물레이션을 나타내었다. 또한, 분산성이 향상된 탄소나노튜브의 첨가에 따른 대전방지성능을 확인하기 위하여 전기저항의 측정 결과를 나타내었다.

본 실시예 에서 사용되는 탄소나노튜브로는 Nanocy사의 Nanocyl 7000 제품을 사용하였으며, 두께가 10nm이고, 길이가 0.1~10㎛인 다중벽 탄소나노튜브이다. 또한, 탄소나노튜브의 분상성을 향상시키기 위한 스타이렌과 개시제는, 시그마알드리치의 스타이렌(≥99%)과 삼천㈜ 의 BPO(Benzoyl peroxide)를 사용하였다. 비극성 유기용매는 톨루엔을 사용하였다. 표 1에는 제 1 단계의 탄소나노튜브의 개질과정의 조성물은 나타내었다.

표 1

Sample	CNT(중량부)	BPO(중량부)	Styrene(중량부)	톨루엔(중량부)
#Ty A		1	100	100
#Ty B	3	3	100	100
#Ty C	5	3	100	100

상기 표 1에 따라 제조된 개질된 탄소나노튜브는 50~100℃ 의 진공오븐에서 5~24시간 방치하는 공정을 거쳐서 제조된다.

표 2

Sample	개질된 CNT		자외선 경화용 우레탄계 도료	전기저항 (Ωcm)
#Ty A	1		100	10^-6 Ωcm
#Ty B	2		100	10^-5 Ωcm
#Ty C	3		100	10^-5 Ωcm
# Reference	0		100	10^-11 Ωcm
# Reference	Non-modified CNT	3	100	10^-6 Ωcm

상기 제 1 단계에서 제조된 개질된 탄소나노튜브 조성물을 사용하여, 제 2 단계 대전방지용 자외선 경화 도료를 제조 하였으며, 전기저항을 측정하였다. 상기 조성물은 표 2에 나타내었으며, 전지저항 측정 결과 10^-5 Ωcm 를 나타내었다. 상기 결과에 따르면, 탄소나노튜브와 개시제의 함량비는 1:1 이 적합하며, 개질된 탄소나노튜브의 함량비는 1~3 중량부 에서 가장 좋은 결과를 보였다.

도 2는 본 발명에 따른 자외선경화 정전기방지용 도료의 제조방법에 대한 공정도이다.

Claims

분산성이 향상된 탄소나노튜브 개질 조성물을 포함하는 대전방지용 자외선 경화 도료.
제 1 항에 있어서,

상기 탄소나노튜브 개질 조성물은 스타이렌, 개시제 및 비극성유기용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 대전방지용 자외선 경화 도료.
제 1 항에 있어서,

상기 탄소나노튜브의 개질 조성물은 스타이렌 100 중량부, 비극성유기용매 100 중량부, 탄소나노튜브 1~5 중량부 및 개시제 1~5 중량부로 조성되고, 50~70℃에서 1~4시간 동안 교반되어 형성된 것을 특징으로 하는 대전방지용 자외선 경화 도료.
탄소나노튜브, 스타이렌, 비극성유기용매, 개시제를 교반하여 믹싱한 후, 진공오븐을 통해 충분히 건조하는 탄소나노튜브을 개질시키는 단계; 및

상기 개질된 탄소나노튜브를 우레탄 아크릴계 자외선 경화형 도료에 첨가한 후, 초음파 처리를 통해 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대전방지용 자외선 경화 도료 제조방법.
제 4 항에 있어서,

상기 개질된 탄소나노튜브는 1~5 중량부로 하고, 상기 우레탄 아크릴계 자외선 경화형 도료는 100 중량부의 조성으로 혼합하여, 40~50℃의 온도에서 1~10시간 초음파 처리시키는 것을 특징으로 하는 대전방지용 자외선 경화 도료 제조방법.