KR20130104479A - 용제형 바인더를 포함하는 전도성 조성물 및 이의 용도 - Google Patents

용제형 바인더를 포함하는 전도성 조성물 및 이의 용도 Download PDF

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KR20130104479A
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Abstract

본 발명은 전도성 조성물 및 이의 용도에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래 전도성 조성물에서 주로 사용되어 온 수분산 바인더를 무독성의 고비점 용제형 바인더로 변경하여, 부착성능과 절곡성능을 향상시키고 인쇄공정에서의 인쇄효율을 개선함과 동시에 용제형 바인더의 문제점인 독성 문제를 해결한 전도성 조성물 및 이의 용도에 관한 것이다.

Description

용제형 바인더를 포함하는 전도성 조성물 및 이의 용도{ELECTRICALLY CONDUCTIVE COMPOSITION COMPRISING SOLVENT-SOLUBLE BINDER AND USES THEREOF}
본 발명은 전도성 조성물 및 이의 용도에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전도성 조성물에 포함되는 바인더를, 고분자 수지를 수분산시킨 바인더에서 고분자 수지를 유기 용제에 용해시킨 용제형 바인더로 변경함에 따라, 부착성능과 절곡성능을 향상시키고 인쇄공정에서의 인쇄효율을 개선한 전도성 조성물 및 이의 용도에 관한 것이다.
최근 전자 산업이 발달함에 따라 전자제품 및 소자의 소형화와 높은 신뢰성이 요구되고 있으며, 높은 집적도를 요구하는 현재 전자제품의 회로 패턴이나 전극 형성을 위해 다양한 방법들이 시도되고 있다. 그 중에서 전도성 조성물을 사용하는 것이 공정 중 부산물이나 오염물질의 생성이 적어 관심의 대상이 되고 있다.
한편 세계 각국은 에너지 자원의 고갈에 따라 에너지 절약 부분에 많은 투자를 하고 있다. 이러한 흐름에 맞춰 최근 부각되고 있는 면상발열체는 일반적으로 사용하고 있는 전기발열체보다 20~40%의 전력을 감소하는 제품으로 전기 에너지 절약 및 경제적 파급효과가 클 것으로 예상된다. 면상발열체 또한 회로패턴이나 전극과 마찬가지로 전도성 조성물을 이용하여 제조된다.
이와 같이 다양한 분야에서 사용되고 관심의 대상이 되고 있는 전도성 조성물에는 전도성 소재 및 바인더가 필수적으로 포함된다. 상기 바인더로는 주로 고분자 수지를 수분산시킨 수분산 바인더가 사용되어 왔는데, 상기 수분산 바인더는 독성 문제나 환경오염 문제를 일으키지 않는다는 점에서 큰 장점이 있다.
그러나 수분산 바인더는 전도성 페이스트에 혼합 후 분산성을 감소시키고, 인쇄 건조 후 발열층의 구겨짐을 나타냄으로써 파손을 일으키며, 접착력이 부족하여 쉽게 박리되는 현상이 문제이다. 또한 수분산 바인더는 고온 환경에서 인쇄를 진행할 시 쉽게 건조되는 성질이 있어서 작업성을 감소시키고, 수분이 증발되면서 그들이 적용된 코팅제의 점도가 변화하기 쉬우므로 동일한 성능의 제품을 지속적으로 생산하기 어려운 등의 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전도성 조성물의 분산성이나 고온 환경에서의 작업성을 감소시키지 않으면서 부착성능과 절곡성능을 향상시킬 수 있고, 나아가 인쇄공정에서의 인쇄효율을 개선할 수 있으며, 독성 문제를 일으키지 않는 새로운 전도성 조성물을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전도성 소재; 및 용제형 바인더를 포함하고, 상기 용제형 바인더는 고분자 수지, 및 고비점 용제와 보조 용제의 혼합물을 포함하는 전도성 조성물을 제공한다.
일 실시예에 따르면, 상기 고분자 수지는 용제에 용해 가능한 폴리우레탄, 폴리에스터, 폴리에폭시, 폴리아크릴레이트, 폴리올을 포함한 우레탄 공중합체, 에폭시아크릴레이트, 폴리에스터아크릴레이트 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 고비점 용제는 디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드, 디베이직에스터 및 터피네올로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나이고, 상기 보조 용제는 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필알코올, 에틸아세테이트, 톨루엔, 크실렌, 에틸셀루솔브, 디메틸카보네이트, 메틸이소프로필케톤, 메틸테트라하이드록시퓨란, 트라이클로로아세트산, 트라이플루오르아세트산, 디에톡시프로판, 디메톡시메탄, 이소옥탄 및 이소프로필에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 고비점 용제 및 보조 용제의 혼합물은 고비점 용제:보조용제가 5:95~95:5의 중량비로 혼합된 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 용제형 바인더는 전도성 조성물 전체 중량에 대하여 3~20중량% 포함될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 용제형 바인더는 점도가 200~50,000 cps이다.
일 실시예에 따르면, 상기 전도성 소재는 전도성 금속 분말, 전도성 카본, 카본, 카본나노튜브 및 전도성 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전도성 금속 분말은 은, 구리, 니켈, 철, 알루미늄 또는 백금의 분말이거나 또는 이들의 코팅분말일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 전도성 고분자는 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 발명의 조성물은 용제를 더 포함할 수 있고, 상기 용제는 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 부탄올, 벤젠, 크실렌, 텍사놀, 에틸렌글리콜, 부틸카르비톨, 에틸셀루솔브, 글리세롤, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드, 터피네올 및 메틸에틸케톤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
또한 본 발명은 전도성 조성물을 이용하여 형성된 전극을 제공한다.
또한 본 발명은 기재; 상기 기재 상에 형성된 발열층; 및 상기 발열층에 형성된 전극;을 포함하고, 상기 발열층 또는 전극 중 적어도 하나가 상기한 본 발명의 전도성 조성물로 형성된 면상발열체를 제공한다.
본 발명에서 사용되는 고비점의 용제형 바인더는 본 발명의 조성물에 혼합되는 과정에서 전도성 소재의 분산을 위해 사용되는 용제와 상용성이 우수하여 입자에 균일하게 섞여 들어가는 것이 가능하다. 이에 따라 도포 균일성이 증가하여 수분산 바인더를 사용하는 경우에 비해 전기전도성이 우수하며, 접착력이 향상되어 내구성 향상에 기여한다. 나아가 본 발명의 조성물은 고비점 용제를 사용하므로 인쇄연속공정에서 쉽게 용매가 휘발되는 문제를 개선하여 인쇄 공정 사이클을 증가시킬 수 있다. 또한 수분산 바인더를 사용할 때 발생되었던 분산성 및 호환성 불량으로 인한 층분리현상 및 침강현상을 용제형 바인더를 사용함에 따라 용제간의 친화력 향상을 통해 분산 성능을 저하시키지 않고 고유의 성능을 확보할 수 있다.
도 1은 실시예 및 비교예 1에서 제조된 전극의 절곡 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 2 내지 4 및 비교예 2 내지 4에서 제조된 면상발열체의 프린팅 순서에 따른 저항변화를 측정하여 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 전도성 조성물은 전도성 소재 및 용제형 바인더를 필수적으로 포함한다.
여기서, 상기 용제형 바인더는 고분자 수지, 및 고비점 용제와 보조 용제의 혼합물을 포함하는 것이다.
상기 고분자 수지는 용제에 용해 가능한 것이면 특별히 제한이 없으나, 예를 들면 폴리우레탄, 폴리에스터, 폴리에폭시, 폴리아크릴레이트 등의 접착성을 지닌 단일 유기 고분자 화합물이나, 폴리올을 포함한 우레탄 공중합체, 에폭시아크릴레이트, 폴리에스터아크릴레이트 등의 고분자 공중합체를 1종 이상 사용할 수 있다.
그 외에도 전도성 조성물의 유연성과 접착 성능 향상 등의 제조 목적에 따라 추가 기능성을 부가하기 위하여 각기 다른 1종 이상의 바인더를 추가하여 사용할 수 있다.
이러한 고분자 수지를 용해시키기 위한 용제로는 고비점 용제와 상기 용해를 용이하게 하기 위한 보조 용제의 혼합물을 사용한다.
구체적으로, 상기 고비점 용제로는 비점이 상압에서 150℃ 이상, 바람직하게는 150℃~260℃ 범위인 용제를 사용할 수 있는데, 예컨대 디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드, 디베이직에스터, 터피네올 등을 1종 이상 사용할 수 있다. 이와 같은 고비점 용제를 사용함으로써 본 발명의 조성물에 상온에서 쉽게 건조되지 않는 성질을 부여할 수 있다.
상기 보조 용제로는 용해를 돕는 것이면 크게 제한은 없으나, 예를 들면 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필알코올, 에틸아세테이트, 톨루엔, 크실렌, 에틸셀루솔브, 디메틸카보네이트, 메틸이소프로필케톤, 메틸테트라하이드록시퓨란, 트라이클로로아세트산, 트라이플루오르아세트산, 디에톡시프로판, 디메톡시메탄, 이소옥탄, 이소프로필에테르 등을 1종 이상 사용할 수 있다.
바람직하게는 안전성 면에서 상기 용제들로 무독성 용제를 사용하는 것이 좋고, 전도성 소재의 분산을 위해 사용되는 용제와의 상용성을 고려하여 구체적인 종류를 결정하는 것이 좋다. 예를 들어, 고비점 용제로 디메틸설폭사이드 및/또는 디베이직에스터를, 그리고 상기 보조 용제로 메틸에틸케톤, 디메틸카보네이트, 알코올, 아세톤, 메틸이소프로필케톤, 메틸테트라하이드록시퓨란, 트라이클로로아세트산, 트라이플루오르아세트산, 디에톡시프로판, 디메톡시메탄, 이소옥탄, 이소프로필에테르 등을 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다. 그러나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기에서, 고비점 용제와 보조 용제의 혼합비는 사용되는 고분자 수지 및 전도성 소재의 구체적인 종류, 특성 및 함량 등에 따라 당업자가 적절히 결정할 수 있으나, 예를 들면 고비점 용제: 보조용제를 5:95 내지 95:5의 중량비로 혼합할 수 있다.
본 발명에서 용제형 바인더에 포함되는 고분자 수지 및 용제 혼합물의 함량은, 역시 사용되는 고분자 수지 및 용제들의 구체적인 종류, 특성 등에 따라 당업자가 적절히 선택할 수 있다. 바람직하게는 고분자 수지:용제 혼합물을 5:95 ~ 95:5의 중량비, 더욱 바람직하게는 10:90 ~ 90:10의 중량비로 포함한다.
한편 상기한 바와 같은 용제형 바인더는 본 발명의 발열체용 전도성 조성물 전체 중량에 대하여 3~20중량%의 범위로 포함될 수 있다. 용제형 바인더가 상기 범위 내로 포함되면 전기전도성 및 내구성이 우수해지고, 점도변화 및 작업성 면에서 유리하며, 부착성능 등이 향상될 수 있다.
또한, 상기 용제형 바인더의 점도는 크게 제한은 없으나, 작업성 및 부착성능, 내구성 등의 면에서 200~50,000 cps의 범위인 것이 바람직하고, 2,000~30,000 cps 범위인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에서 전도성 소재로는 당업계에서 일반적으로 사용되는 재료를 이용할 수 있는데, 예컨대 전도성 금속 분말 및 전도성 카본, 카본, 카본나노튜브, 전도성 고분자 등의 유기화합물형 분말을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
이 때, 상기 전도성 금속 분말로는 은, 구리, 니켈, 철, 알루미늄 또는 백금 등의 금속 분말을 이용할 수 있으며, 상기 전도성 고분자로는 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 이들의 유도체 등을 사용할 수 있다.
이러한 전도성 소재는 도포 균일성, 분산성, 전기전도성 등의 면에서 1nm ~ 100 ㎛ 크기의 입자를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10nm ~ 50㎛ 크기의 입자를 사용하는 것이 좋다.
또한 상기 전도성 소재는 용제형 바인더의 함량에 따라 본 발명의 조성물이 100중량%가 되도록 잔량 포함된다.
한편 본 발명의 조성물은 상기 전도성 소재의 분산을 위하여 용제를 추가로 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 용제는 전도성 소재와 혼합하여 전도성 분산액을 제조하고, 여기에 미리 제조된 용제형 바인더액을 혼합함으로써 본 발명의 조성물을 얻는다.
상기 용제로는 용제형 바인더에 사용되는 고비점 용제들과 상용성이 좋은 것을 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어 상기 용제로 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 부탄올, 벤젠, 크실렌, 텍사놀, 에틸렌글리콜, 부틸카르비톨, 에틸셀루솔브, 글리세롤, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드, 터피네올, 메틸에틸케톤 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 용제는 본 발명의 조성물에 5~80중량%로 포함될 수 있는데, 상기 범위 내로 포함되면 전기전도성, 인쇄효율, 부착성능 등의 면에서 보다 유리하다.
또한 본 발명의 조성물은 전도성 소재의 균일한 분산을 돕기 위하여 분산제를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 분산제로는 우레탄계, 아크릴계, 인계, 유기산염계, 무기산염계 중 하나 이상을 사용할 수 있는데, 이러한 분산제는 조성물 100 중량부에 대하여 0.1~10중량부로 포함될 수 있다. 분산제가 상기 범위 내로 포함되면 도포 균일성 및 분산성 면에서 상승 효과를 얻을 수 있다.
그 외에도 본 발명의 조성물은 면상발열체 제조시 코팅 가공성을 위하여 증점제를 더 포함하거나 기타 활성탄, 세라믹, 황토, 천연석, 흑연 등의 분말을 1종 이상 더 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 전도성 조성물은 액상, 페이스트상 및 분말상을 포함하며, 바람직하게는 제조 공정에서 유리한 페이스트상을 갖는다.
이러한 본 발명의 전도성 조성물은 전도성 소재를 용제에 분산시켜 제조한 전도성 분산액에 용제형 바인더를 혼합하고, 선택적으로 다른 부가 성분들을 혼합함으로써 제조될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전도성 조성물(페이스트)를 제조하는 단계에서 전도성 분산액과 용제형 바인더의 혼합시간은 바인더, 분산액의 성질에 따라 조정 가능하나, 예를 들면 1분 내지 5시간이 바람직하다. 이 때, 상기 혼합 공정으로는 밀링 작업에 의해 또는 교반기나 믹서기를 이용한 교반 작업을 통해 가능하다.
또한 본 발명은 상기한 본 발명의 전도성 조성물을 이용하여 형성된 전극을 제공한다.
상기 전극은 본 발명의 조성물을 소정 기재에 도포시킨 후 건조 또는 소성 과정을 거쳐 제조될 수 있다.
상기 기재로는 통상 당업계에서 사용되는 공지의 기재를 사용할 수 있으며, 예를 들면 유리, 실리콘, 금속, 합성수지 필름, 섬유시트, 종이 등을 들 수 있다.
도포방법으로는 통상의 프린팅 또는 코팅방법이 이용될 수 있으며, 예컨대 스크린 프린팅, 롤 코팅, 그라비아 코팅, 분사 등의 방법을 들 수 있다. 이러한 도포 횟수는 1회 내지 다회일 수 있다.
상기 전극을 얻기 위한 적절한 건조 또는 소성 온도는 통상적으로 전도성 조성물에 적용되는 온도가 채택될 수 있으나, 500℃ 미만의 저온에서도 소성이 가능하며, 바람직하게는 100~200 ℃일 수 있다. 그러나 이는 예시일 뿐으로 필요에 따라 변경이 가능하다.
또한 본 발명은 상기한 본 발명의 전도성 조성물을 이용하여 형성된 면상발열체를 제공한다.
구체적으로 본 발명의 면상발열체는 기재; 상기 기재 상에 형성된 발열층; 및 상기 발열층에 형성된 전극;을 포함하고, 상기 발열층 또는 전극 중 적어도 하나가 본 발명에 따른 전도성 조성물로 형성된다.
이러한 면상발열체는, 기재에 전도성 조성물을 도포하여 발열층을 형성시킨 후 전극을 형성시키는 공정을 통하여 제조될 수 있다.
상기 기재는 유연성을 갖는 것이면 특별히 제한이 없으나, 예컨대 합성수지 필름, 섬유시트, 또는 종이로부터 선택될 수 있다.
이 때, 상기 합성수지 필름은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리에스터, 폴리우레탄, 또는 불소 수지 등으로 구성된 필름 및 이들의 발포 시트를 예로 들 수 있다.
또한, 상기 섬유시트는 천연섬유, 합성섬유나 재생섬유로부터 제조된 여하한 형태의 직물, 편물, 부직포, 또는 섬유상의 웹을 포함한다. 예컨대 폴리에스터/폴리아미드/폴리우레탄 등의 합성섬유, 레이온/아세테이트 등의 셀룰로즈 재생섬유, 면/양모 등의 천연섬유일 수 있다.
발열층 형성을 위해 전도성 조성물을 기재 상에 도포함에 있어서, 스크린 프린팅 방식을 이용하여 기재 상에 균일하게 코팅하는 것이 바람직하다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 롤, 그라비아, 나이프, 분사, 침지 코팅 방식 등을 사용할 수 있다.
또한, 도포 횟수는 1회 내지 다회일 수 있는데, 도포 횟수가 많을수록 전기전도도가 높아져 발열체의 저항이 낮아지게 된다. 도포 후 건조온도나 건조시간은 용제의 비점에 따라 조정가능하며, 예를 들면 100~200℃에서 1분 내지 12시간일 수 있다.
또한 상기 전극은 은, 금, 철, 백금, 구리, 알루미늄 등으로 이루어진 군에서 선택된 단일 금속 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
이러한 전극은 상기한 금속 분말 및 바인더를 포함하는 전도성 조성물로 형성될 수 있는데, 구체적으로는 전도성 조성물을 도포하거나, 또는 띠형상으로 증착하거나, 또는 소정의 폭으로 절단한 후 부착시킬 수 있으며, 발열층 위에 형성되거나 발열층에 내삽될 수 있다.
전극을 전도성 조성물을 도포하여 형성하는 경우, 도포 방식, 횟수, 건조시의 온도 등의 조건은 발열층 형성의 경우와 유사하다.
본 발명에 따른 면상발열체는 상기 발열층 또는 전극 중 적어도 하나가 용제형 바인더를 포함하는 본 발명의 전도성 조성물을 이용하여 형성되며, 바람직하게는 발열층 및 전극 모두가 본 발명의 전도성 조성물로 형성된다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 제조예 및 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 제조예 및 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 제조예 및 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 제조예 및 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명은 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
제조예 1
바인더로, 용제형 폴리우레탄 3 중량부를 디메틸포름아마이드과 메틸에틸케톤(70:30 중량비)의 혼합용제 7 중량부에 혼합하여 용제형 바인더 10 중량부를 얻고, 여기에 은분말 90중량부를 혼합하여 전도성 페이스트를 제조하였다.
비교제조예 1
은분말 90중량부에 바인더로 수분산성 우레탄(PUD) 10중량부를 혼합하여 전도성 페이스트를 제조하였다.
실시예 1 및 비교예 1
상기에서 제조된 각각의 전도성 페이스트를 스크린 프린팅 방식을 이용하여 프린팅한 후 200℃에서 5분간 소성하여 전극을 형성하였다.
1. 프린팅 테스트
실시예 1 및 비교예 1의 전극에 대해 각각 전도성 페이스트를 1회 프린팅, 2회 프린팅한 후 각각의 저항값(Ω)을 측정하여 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다. 이 때, 반복실험은 3번씩 수행하였다.
1회 프린팅 평균 2회 프린팅 평균
실시예1 0.381 0.388 0.386 0.385 0.208 0.203 0.211 0.207
비교예1 0.403 0.433 0.416 0.424 0.244 0.243 0.231 0.239
(단위: Ω)
프리팅 저항 측정 결과, 상기 표 1에 나타난 바와 같이, 용제형 바인더를 사용하는 본 발명의 전도성 페이스트로 제조된 실시예 1의 전극이, 수분산성 바인더를 사용하여 제조된 비교예 1의 전극보다 저항값이 훨씬 더 낮음을 확인할 수 있었다. 따라서 본 발명의 전극은 전기전도성 또한 현저히 우수할 것으로 생각된다.
2. 절곡 테스트
실시예 1 및 비교예 1의 전극에 대해 절곡 20 사이클 후 저항변화를 측정하여 그 결과를 아래 표 2 및 도 1에 나타내었다.

 초기 저항(Ω) 절곡 20회시 저항(Ω) 저항변화율(%)
실시예1 0.20 0.28 24.84%
비교예1 0.24 0.51 116.67%
상기 표 2 및 도 1의 결과로부터, 용제형 바인더를 사용하여 제조된 실시예 1의 전극이, 수분산성 바인더를 사용하여 제조된 비교예 1의 전극에 비해, 저항변화율이 현저히 낮아 절곡 성능 및 부착성능이 매우 우수한 것으로 나타났다.
< 면상발열체 제조>
제조예 2
(1) 발열층 형성용 전도성 페이스트 제조
먼저, 전도성 카본(입자크기 100nm) 40 중량부를 디메틸설폭사이드 40 중량부에 분산시켜 전도성 분산액을 얻었다. 바인더로서, 용제형 폴리우레탄 6 중량부를 디메틸포름아마이드과 메틸에틸케톤(70:30 중량비)의 혼합용제 14 중량부에 혼합하여 용제형 바인더 20 중량부를 얻었다. 상기 전도성 분산액 80중량부에 용제형 바인더 20 중량부를 혼합하고 교반기로 분산시켜 본 발명의 전도성 페이스트를 제조하였다.
(2) 전극 형성용 전도성 페이스트 제조
은분말 80중량부에 바인더로 수분산성 우레탄(PUD) 20중량부를 혼합하여 전극 형성용 페이스트를 제조하였다.
제조예 3
바인더로, 용제형 폴리우레탄 6 중량부를 디메틸포름아마이드과 메틸에틸케톤(70:30 중량비)의 혼합용제 14 중량부에 혼합하여 용제형 바인더 20 중량부를 얻고, 여기에 은분말 80중량부를 혼합하여 전극 형성용 전도성 페이스트를 제조한 것을 제외하고는 제조예 2와 동일하게 수행하였다.
제조예 4
바인더로, 용제형 폴리우레탄 8 중량부를 디메틸포름아마이드과 메틸에틸케톤(70:30 중량비)의 혼합용제 12 중량부에 혼합하여 용제형 바인더 20 중량부를 얻고, 여기에 은분말 80중량부를 혼합하여 전극 형성용 전도성 페이스트를 제조한 것을 제외하고는 제조예 2와 동일하게 수행하였다.
비교제조예 2
용제형 바인더 대신 수분산성 폴리우레탄 20 중량부를 사용하여 발열층 형성용 전도성 페이스트를 제조한 것을 제외하고는 제조예 2와 동일하게 수행하였다.
비교제조예 3
용제형 바인더 대신 수분산성 폴리우레탄 20 중량부를 사용하여 발열층 형성용 전도성 페이스트를 제조한 것을 제외하고는 제조예 3과 동일하게 수행하였다.
비교제조예 4
용제형 바인더 대신 수분산성 폴리우레탄 20 중량부를 사용하여 발열층 형성용 전도성 페이스트를 제조한 것을 제외하고는 제조예 4와 동일하게 수행하였다.
실시예 2 내지 4 및 비교예 2 내지 4
폴리에스테르 평직인 섬유원단에, 제조예 2 내지 4 및 비교제조예 2 내지 4에서 제조한 각각의 발열층 형성용 전도성 페이스트를 스크린 프린팅 방식으로 150℃에서 프린팅하여 발열층을 형성하였다. 이어서 제조예 2 내지 4 및 비교제조예 2 내지 4에서 제조한 각각의 전극 형성용 전도성 페이스트를 역시 스크린 프린팅 방식으로 프린팅한 후 200℃에서 건조하여 전극을 형성하였다. 그런 다음, 최종 건조시켜 실시예 2 내지 4 및 비교예 2 내지 4의 면상발열체를 수득하였다.
하기 표 3은 실시예 2 내지 4 및 비교예 2 내지 4에서 각각 발열층 바인더와 전극 바인더로 사용된 것을 간략히 정리하여 나타낸 것이다.
발열층 바인더 전극 바인더
실시예2 용제형 바인더 20중량부 수분산 바인더 20중량부
실시예3 용제형 바인더 20중량부 용제형 바인더 20중량부
실시예4 용제형 바인더 20중량부 용제형 바인더 20중량부
비교예2 수분산 바인더 20중량부 수분산 바인더 20중량부
비교예3 수분산 바인더 20중량부 용제형 바인더 20중량부
비교예4 수분산 바인더 20중량부 용제형 바인더 20중량부
1. 프린팅 테스트
발열층 1회 프린팅, 발열층 2회 프린팅, 전극 1회 프린팅, 전극 2회 프린팅, 최종 건조 완료 후 각각의 저항값(Ω)을 측정하고 그 결과를 아래 표 4에 나타내었다.
발열층1회
프린팅		 발열층2회
프린팅		 전극1회
프린팅		 전극2회
프린팅		 최종건조완료
실시예2 3.17 1.17 7.61 5.09 4.09
실시예3 2.62 1.05 7.85 5.20 3.97
실시예4 2.36 0.99 7.00 4.53 3.65
비교예2 10.58 3.97 16.56 13.66 10.80
비교예3 14.04 3.85 17.40 14.08 11.53
비교예4 12.76 3.67 15.55 12.50 10.29
(단위: Ω)
상기 표 4의 결과로부터, 용제형 바인더를 사용하여 발열층을 제조한 실시예 2 내지 4의 경우가, 수분산성 바인더를 사용하여 발열층을 제조한 비교예 2 내지 4의 경우보다 저항값이 현저히 낮게 나타남을 확인할 수 있었다. 비교예들의 경우에는 프린팅 진행시 점도가 급격히 상승하여 프린팅이 어려울 정도였으나, 실시예들의 경우에는 점도 변화 및 작업성 측면에서 유리한 것으로 나타났다. 특히, 용제형 바인더를 사용하여 전극까지 형성한 실시예 3 및 실시예 4는 가장 우수한 결과를 나타내었다.
또한 프린팅 순서에 따른 저항 변화를 측정하여 도 2에 나타내었다. 도 2의 결과를 보면, 실시예들의 경우에는 전극 1회 프린팅, 2회 프린팅 후 원단건조를 진행하면 대체로 안정화되어 저항값이 직선형을 보이는 반면, 비교예들의 경우에는 PCS 별로 좌우편차가 심하게 나타남을 알 수 있다.
이상의 결과로부터, 용제형 바인더를 포함하는 본 발명의 전도성 조성물을 사용하면, 전기전도성이 우수하고, 작업성 및 인쇄효율이 향상되며, 부착성능 및 절곡성능 등이 개선됨을 확인하였다.

Claims (13)

  1. 전도성 소재; 및 용제형 바인더를 포함하고,
    상기 용제형 바인더는 고분자 수지, 및 고비점 용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 조성물
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 용제에 용해 가능한 폴리우레탄, 폴리에스터, 폴리에폭시, 폴리아크릴레이트, 폴리올을 포함한 우레탄 공중합체, 에폭시아크릴레이트, 폴리에스터아크릴레이트 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전도성 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고비점 용제는 디메틸포름아마이드, 디메틸설폭사이드, 디베이직에스터 및 터피네올로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나이고,
    상기 보조 용제는 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필알코올, 에틸아세테이트, 톨루엔, 크실렌, 에틸셀루솔브, 디메틸카보네이트, 메틸이소프로필케톤, 메틸테트라하이드록시퓨란, 트라이클로로아세트산, 트라이플루오르아세트산, 디에톡시프로판, 디메톡시메탄, 이소옥탄 및 이소프로필에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전도성 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고비점 용제 및 보조 용제의 혼합물은 고비점 용제 단독 또는 고비점 용제와 저비점 용제가 혼합된 것임을 특징으로 하는 전도성 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용제형 바인더는 발열체용 전도성 조성물 전체 중량에 대하여 3~20중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 전도성 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용제형 바인더는 점도가 200~50,000 cps인 것을 특징으로 하는 전도성 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 소재는 전도성 금속 분말, 전도성 카본, 카본, 카본나노튜브 및 전도성 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전도성 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전도성 금속 분말은 은, 구리, 니켈, 철, 알루미늄, 백금과 금속 산화물 등 전도성의 금속 분말 또는 이들의 코팅분말인 것을 특징으로 하는 전도성 조성물.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전도성 고분자는 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 또는 둘 이상 혼합된 것을 특징으로 하는 전도성 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발열체용 전도성 조성물은 용제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 용제는 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 부탄올, 벤젠, 크실렌, 텍사놀, 에틸렌글리콜, 부틸카르비톨, 에틸셀루솔브, 글리세롤, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드, 터피네올 및 메틸에틸케톤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전도성 조성물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 전도성 조성물을 이용하여 형성된 전극.
  13. 기재;
    상기 기재 상에 형성된 발열층; 및
    상기 발열층에 형성된 전극;을 포함하고,
    상기 발열층 또는 전극 중 적어도 하나가 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 전도성 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 면상발열체.
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