KR20140090369A - 열전도성이 우수한 폴리케톤 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리케톤 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전체 조성물 중량 대비 폴리케톤 40 내지 90 중량%; 및 그라파이트 10 내지 60 중량%; 를 포함하며 블렌딩을 통해 열전도성이 현저히 향상된 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 폴리케톤 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 폴리케톤 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그라파이트(Graphite) 및 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT) 등과의 블렌딩을 통해 열전도성이 현저하게 향상된 폴리케톤 조성물에 관한 것이다.
폴리케톤(Polyketone, PK)은 폴리아미드, 폴리에스터 및 폴리카보네이트 등의 일반 엔지니어링 플라스틱 소재 대비 원료 및 중합 공정비가 저렴한 소재인데, 내열성, 내화학성, 내연료투과성 및 내마모성 등의 물성이 우수하여 각종 산업에 폭넓게 적용되고 있다.
이와 같은 폴리케톤이 포함된 조성물에 열전도성이 구현되는 경우, LED 방열판, ECU 하우징 등의 자동차용 부품, 핸드폰 커버 등의 전기전자 부품 및 생활용품 등의 산업 분야에 보다 폭넓게 적용될 수 있다.
일반적인 엔지 엔지니어링 플라스틱에 사용되는 열전도성 첨가제로 그라파이트를 사용하고 있으나, 로 그라파이트(raw graphite)를 첨가하는 경우 열전도성 발현이 어려워 실제 산업용으로 사용되기에는 한계가 있다.
미국특허 제 5,266,629호에는 폴리케톤에 그라파이트를 블렌딩하여 결정핵제(Nucleating agent)로 작용하여 기계적 물성 및 배리어 특성을 향상시킨 기술을 개시하고 있으나, 이는 그라파이트로서 결정화 속도를 증가시킨 것이다.
또한, 층상 흑연과 함께 조성물로서 사용되는 것이 가와구치아키요시, 이시이요시아키 및 즈츠미히데유키 등에 의해 한국공개특허공보 제2003-026353호에서 제안되고, 미국공개특허공보 제2010-0234503호에서는 알킬치환 CNT가 첨가된 폴리케톤 조성물이 언급되고 있으나, 열전도성과 관련된 특징에 대하여는 언급되지 않았다.
뿐만 아니라, 한국공개특허공보 제2011-0077737호에서는 폴리케톤에 CNT를 5 내지 6% 첨가한 폴리케톤 조성물이 개시되어 있으나, 전기 전도성이 개선된 것으로, 열전도성 향상과는 무관하다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 목적은 그라파이트와 탄소나노튜브의 블렌딩을 통해 열전도성이 현저히 향상된 폴리케톤 조성물을 제공하고자 함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전도성이 우수한 폴리케톤 조성물은 전체 조성물 중량 대비 폴리케톤 40 내지 90 중량%; 및 그라파이트 10 내지 60 중량%; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 본 발명의 일 실시예로 상기 폴리케톤 조성물은 탄소나노튜브 1 내지 10 중량%를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 폴리케톤은 40 중량%, 상기 그라파이트는 50 중량% 및 상기 탄소나노튜브는 10 중량%인 것이 보다 바람직하다.
한편, 상기 폴리케톤은 일산화탄소, 에틸렌 및 프로필렌을 단량체로 중합된 삼중공중합체(Terpolymer)인 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 효과는 내열성, 내화학성 및 내마모성이 우수할 뿐만 아니라 열전도성이 발현되어 각종 산업용 소재로서 광범위하게 적용될 수 있으며, 부품의 내구성 및 원가 경쟁력 확보에 기여할 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
일 관점에서 본 발명에 의한 폴리케톤 조성물은 전체 조성물 중량 대비 폴리케톤 40 내지 90 중량% 및 그라파이트 10 내지 60 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 그라파이트는 박리형(exfoliation type)으로 폴리케톤의 표면에 분산되어 폴리케톤 조성물의 열전도성을 향상시키는 역할을 하는데, 10 중량% 미만인 경우에는 열전도성이 저하되며, 60 중량% 초과인 경우에는 기계적 물성 및 성형 특성이 저하되는바 전체 조성물 중량 대비 10 내지 60 중량% 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 이와 같은 폴리케톤 조성물은 보다 우수한 열전도성을 위해 탄소나노튜브 1 내지 10 중량%를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 탄소나노튜브는 상기 그라파이트와 함께 폴리케톤의 표면에 분산되는데, 구체적으로 상기 폴리케톤과 그라파이트 사이에 브리지(bridge)를 연결하여 열전도성을 보다 향상시키는 역할을 하는 것으로, 1 중량% 미만인 경우에는 추가적인 열전도성 향상 효과가 미미하며, 10 중량% 초과인 경우에는 굴곡탄성율 등의 기계적 물성이 저하되고 원가 상승의 문제가 있기에 전체 조성물 중량 대비 1 내지 10 중량% 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 폴리케톤은 일산화탄소, 에틸렌 및 프로필렌을 단량체로 중합된 삼중공중합체(Terpolymer)인 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실험예 1 : 시편의 제조
하기 표 1에 기재된 조성에 따라 조성물을 배합하고, 이를 동방향 이축압출기를 사용하여 230 ℃ 온도에서 용융 블렌딩한 후 펠렛화하였으며, 이를 다시 235℃로 사출성형하여 12.7×12.7×6.4 mm의 시편을 제조하였다.
구분 (중량%) |
폴리케톤 | 그라파이트 (exfoliation) |
CNT | Carbon Fiber |
Carbon Black |
실시예1 | 90 | 10 | - | ||
실시예2 | 60 | 40 | - | ||
실시예3 | 50 | 50 | - | ||
실시예4 | 40 | 60 | - | ||
실시예5 | 40 | 59 | 1 | ||
실시예6 | 40 | 55 | 5 | ||
실시예7 | 40 | 50 | 10 | ||
비교예1 | 100 | - | - | - | - |
비교예2 | 40 | 50 | - | 10 | - |
비교예3 | 40 | 50 | - | - | 10 |
상기 표 1에서 나타난 비교예 1 내지 3은 각각 폴리케톤을 포함한 베이스 수지, 탄소 섬유 블렌딩 제품 및 카본 블랙 블렌딩 제품을 나타내고, 실시예 1 내지 4는 그라파이트가 도입된 본 발명에 의한 폴리케톤 조성물을 나타내며, 실시예 5 내지 7은 그라파이트 및 탄소나노튜브가 포함된 본 발명에 의한 폴리케톤 조성물을 나타낸다.
실험예 2 : 물성의 측정
(1) 굴곡탄성율 : ASTM D 790에 따라 상온에서 측정하였으며, 시험속도는 10 mm/분이었다.
(2) 열전도성 : 핫 와이어(hot wire) 방식으로 측정하였다.
상기 항목의 측정결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 | 굴곡탄성율 (MPa) |
열전도도 (W/Mk) |
실시예1 | 3,500 | 1.5 |
실시예2 | 11,000 | 2.33 |
실시예3 | 12,000 | 3.27 |
실시예4 | 9,000 | 4.8 |
실시예5 | 10,000 | 5.3 |
실시예6 | 11,000 | 5.8 |
실시예7 | 10,500 | 6.2 |
비교예1 | 1,800 | 0.26 |
비교예2 | 15,000 | 3.5 |
비교예3 | 8,500 | 3.3 |
상기 표 2에서 나타난 바와 같이, 그라파이트가 포함된 본 발명에 의한 폴리케톤 조성물인 실시예 1 내지 4의 조성물은 폴리케톤만으로 구성된 비교예 1의 조성물과 대비하여 열전도도가 현저히 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 그라파이트 및 탄소나노튜브가 포함된 본 발명에 의한 폴리케톤 조성물인 실시예 5 내지 7의 조성물은 매우 우수한 열전도도를 가지는 것을 확인할 수 있었는데, 이는 상기 탄소나노튜브가 폴리케톤과 그라파이트 사이에 브리지(Bridge)를 연결함으로써 열전도성이 더욱 향상된 것으로 분석된다.
특히, 실시예 7의 조성물은 폴리케톤 40 중량%, 그라파이트는 50 중량% 및 탄소나노튜브 10 중량%를 포함하며 가장 우수한 열전도성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
Claims (4)
- 전체 조성물 중량 대비 폴리케톤 40 내지 90 중량%; 및
그라파이트 10 내지 60 중량%; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 폴리케톤 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리케톤 조성물은 탄소나노튜브 1 내지 10 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 폴리케톤 조성물.
- 제2항에 있어서,
상기 폴리케톤은 40 중량%, 상기 그라파이트는 50 중량% 및 상기 탄소나노튜브는 10 중량%인 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 폴리케톤 조성물.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴리케톤은 일산화탄소, 에틸렌 및 프로필렌을 단량체로 중합된 삼중공중합체(Terpolymer)인 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 폴리케톤 조성물.
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