KR20200103284A - 전도성 고분자 및 탄소계 재료를 이용한 전자파 차폐시트 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유연하면서 내구성이 우수하고, 무게가 가벼우면서 높은 전기 전도성을 가지는 전자파 차폐시트를 제조하기위해 유연한 합성 수지 지지체를 사용하고, 이 지지체 위에 전도성 고분자를 다양한 방법으로 단독 혹은 중복하여 균일하게 코팅하고, 흑연화 탄소계 재료를 첨가하여 우수한 전기 전도성을 구현하여 금속계 재료를 사용한 기존의 전자파 차폐 필름과 유사한 전자파 차폐 특성을 구현한 유연한 전자파 차폐 시트를 제공하는 것이다.

Description

전도성 고분자 및 탄소계 재료를 이용한 전자파 차폐시트 및 그의 제조방법 {EMI shielding sheet based on a conducting polymers and graphitic carbon materials and manufacturing method thereof}

본 발명은 전도성 고분자를 시트형태의 지지체에 코팅한 전자파 차폐시트에 관한 것이다.

최근 웨어러블 전자기기(wearable electronics), 전기차(electric vehicles) 등 다양한 전자기기들의 등장으로, 발생되는 전자파의 양이 증가하여 인체에 스트레스, 신경계 자극, 심장 질환 유발 등의 악영향 및 다른 전자기기의 상호 간섭 혹은 장애 현상 등의 오작동이 많이 발생되고 있는 실정이다. 특히, 웨어러블 전자기기 등은 인체에 직접적으로 부착되어 사용되는 것으로 유연한(flexible) 특성과 내구성이 요구되고 있다. 따라서, 이러한 웨어러블 전자기기의 전자파를 차폐하기 위해서는 유연하면서 내구성이 높은 전자파 차폐시트가 요구되어지고 있다.

일반적으로 전자파 차폐 물질은 금속성 필러재료를 사용한 금속계와 탄소계 혹은 유기계 필러재료 등을 사용한 비금속계로 나뉘어진다. 금속계 필러재료의 경우, 높은 전기전도성으로 인해 높은 전자파 차폐효율을 보이지만, 높은 가격과 수분에 대한 부식, 그리고 무거운 단점을 보이고 있다. 이에 가벼우면서 전기전도성 특성이 우수한 탄소계 혹은 유기계 재료 들이 많은 관심을 받고 있는 실정이다.

특히, 유기계 재료 중 전도성 고분자는 매우 가볍고 금속계 재료에 비해 저가이며, 유연한 형태로 제조가 가능하여 최근 각광을 받고 있지만, 전기 전도성 특성에 금속계 혹은 탄소계에 비해 부족한 단점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명에서 달성하고자 하는 기술적 과제는 유연하면서 높은 전기 전도성을 가지는 전자파 차폐시트를 제조하기위해 유연한 합성 수지 지지체를 사용하고, 이 지지체 위에 전도성 고분자를 다양한 방법으로 균일하게 코팅하고, 흑연화 탄소계 재료를 첨가하여 우수한 전기 전도성을 구현하여 금속계 재료를 사용한 기존의 전자파 차폐 필름과 유사한 전자파 차폐 특성을 구현한 유연한 전자파 차폐 시트를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 다양한 전도성 고분자를 단독 혹은 중복으로 사용하는 것을 포함하여,

상기 전도성 고분자가 폴리 아닐린, 폴리피롤, 폴리에틸렌다이옥시싸이오펜 등을 포함하는 전자파 차폐시트를 제공한다.

상기 전도성 고분자를 코팅함에 있어 화학적 중합방법으로 1회 이상 10회 이하의 횟수로 코팅하는 방법을 포함하는 전자파 차폐시트를 제공한다.

상기 전자파 차폐시트의 전기전도성을 향상시키기 위해, 화학적 중합방법 이후에 전기화학적 중합방법을 1회 이상 10회 이하의 횟수로 코팅하는 방법을 포함하는 전자파 차폐시트를 제공한다.

상기 전자파 차폐시트의 전기전도성을 금속계 전자파 차폐 필름의 수즌으로 향상시키기 위해, 흑연화되어 있는 탄소계 재료를 첨가하는 것을 포함하여, 상기 전도성 고분자와 탄소계 재료는 1: 0.1 내지 0.5 중량비의 함량을 사용한 전자파 차폐시트를 제공한다.

상기 전자파 차폐시트의 유연성을 제공하기 위해, 지지체로 합성수지로 사용하는 것을 포함하고, 상기 합성수지로 PET 등을 포함하는 전자파 차폐시트를 제공한다.

본 발명에 따르면, 전도성 고분자를 단독 혹은 중복으로 사용하여, 지지체 PET 위에 화학적 중합 방법으로 초기 코팅을 실시하고, 이후 전기화학적 중합 방법을 추가하여 전기 전도성을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 금속계 전자파 차폐필름 수준으로 전자파 차폐 특성을 향상시키기 위해 흑연화된 탄소 재료를 첨가함으로써 우수한 전자파 차폐 특성을 가지면서, 유연하고 내구성이 있는 전자파 차폐 시트를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 전기전도성 층을 형성하기 전의 PET의 SEM 이미지와 전도성 고분자를 화학적 중합방법을 이용하여 화학적 중합층을 형성한 후 측정한 SEM 이미지, 그리고 전기화학적 중합방법을 이용하여 전기화학적 중합층을 형성한 후 측정한 SEM 이미지를 도시한 것이다.
도 2은 전도성 고분자를 화학적 중합방법으로 PET 위에 코팅한 이후의 전기 전도도 특성을 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 3은 전도성 고분자를 화학적 중합방법으로 코팅한 후, 전기화학적 중합방법으로 추가 코팅한 이후의 전기 전도도 특성을 측정한 결과를 도시한 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서, 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 발명 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때, 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나, 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 전도성 고분자 및 흑연화 탄소계 재료를 이용한 전자파 차폐시트에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에서는 후술하는 바와 같이 전도성 고분자들을 단독 혹은 중복으로 사용하는 방법을 이용하여, 화학적 중합방법으로 PET 시트 위에 초기 전도성 층을 형성하는 단계, 전기 전도성을 향상시키기 위해 화학적 중합층 위에 전기화학적 중합방법을 이용하여 전도성 층을 이중으로 형성하는 단계, 흑연화 탄소계 재료를 전도도 추가 향상을 위한 필러로 사용하여, 이를 포함하는 전자파 차폐시트를 제작하는 단계를 포함할 수 있다.

발명의 일 실시예에 따라, 다양한 전도성 고분자를 단독 혹은 중복으로 사용하는 것을 포함하여, 상기 전도성 고분자가 폴리 아닐린, 폴리피롤, 폴리에틸렌다이옥시싸이오펜 등을 포함하며, 상기 전도성 고분자를 코팅함에 있어 화학적 중합방법으로 1회 이상 10회 이하의 횟수로 코팅하는 방법을 포함하며, 상기 전자파 차폐시트의 전기전도성을 향상시키기 위해, 화학적 중합방법 이후에 전기화학적 중합방법을 1회 이상 10회 이하의 횟수로 코팅하는 방법을 포함하며, 상기 전자파 차폐시트의 전기전도성을 금속계 전자파 차폐 필름의 수즌으로 향상시키기 위해, 흑연화되어 있는 탄소계 재료를 첨가하는 것을 포함하여, 상기 전도성 고분자와 탄소계 재료는 1: 0.1 내지 0.5 중량비의 함량을 사용한 전자파 차폐시트를 제공할 수 있다.

이러한 본 발명의 상기 전자파 차폐시트는 우수한 전자파 차폐 성능을 제공하며, 유연하고 내구성이 뛰어나 웨어러블 전자기기 등에 사용될 수 있은 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 화학적 중합 및 전기화학적 중합 횟수를 조절함에 따라 전자파 차폐시트의 두께를 조절할 수 있으며, 이에 따라 다양한 두께의 전자파 차폐시트를 제공할 수 있다. 또한 사용된 전도성 고분자의 경우 무게가 가벼운 재료로써, 시트의 두께 감소 뿐만 아니라, 가벼운 전자파 차폐시트를 제조할 수 있어 웨어러블 전자기기에 적용할 경우, 제품의 무게 감소에도 기여할 수 있는 효과를 가지고 있다.

가장 바람직한 실시예를 보면, 전도성 고분자로 폴리에틸렌다이옥스싸이오펜 (PEDOT)을 사용하는 경우로서 도 1과 같다.

도 1에서 보면, 상기 PEDOT를 합성수지인 PET 위에 화학적 중합방법을 통해 초기 전도성 층을 형성한다. 상기 화학적 중합을 통한 초기 전도성 층은 전기전도도 향상을 위한 전기화학적 중합을 위해 반드시 구현되어야 하는 층으로, 상기 화학적 중합층 위에 전기화학적 중합방법을 통해 우수한 전기 전도성 층을 형성한다. 상기 화학적 중합층과 전기화학적 중합층만 형성된 전자파 차폐시트를 사용해도 되지만, 더 우수한 전자파 차폐 성능을 위해서 흑연화 탄소계 재료를 추가로 사용하여 추가 전기 전도성 층을 형성할 수 있다. 상기 흑연화 탄소계 재료 층을 형성하기 위해 코팅액을 유기 용매와 바인더, 그리고 필러를 사용하여 제조할 수 있으며, 이렇게 제조된 코팅액에 상기 화학적 중합층과 전기화학적 중합층이 형성된 전자파 차폐시트를 1회이상 10회 이하 함침하여 형성할 수 있다.

상기 본 발명의 전자파 차폐시트에서, 화학적 중합방법은 1회 이상 10회 이하로 실시하는 것을 포함하고, 이후 전기화학적 중합방법은 1회 이상 10회 이하로 실시하는 것을 포함하며, 이후 흑연화 탄소계 재료의 코팅방법은 1회 이상 10회 이하로 함침하여 형성하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 전도성 고분자의 화학적 중합 및 전기화학적 중합의 횟수가 상기 범위를 만족해야만, 원하는 시트의 두께, 차폐 성능, 유연성 및 내구성을 구현하는데 효과적이다.

또한, 상기 전자파 차폐시트를 제작하는 단계에서, 상기 전도성 고분자는 일반적으로 잘 알려진 전도성을 가지는 고분자라면 모두 사용 가능하다. 이러한 전도성 고분자의 바람직한 예를 들면, 폴리 아닐린(Polyaniline), 폴리 피롤 (Polypyrrole), 폴리 에틸렌디옥시티오펜 (Poly 3,4-ethylenedioxythiophene) 와 같은 고분자를 포함할 수 있다. 상기 전자파 차폐시트는 그 두께 조절이 가능하면서도 우수한 내구성을 나타내며 유연성도 뛰어나다.

전도성 고분자의 화학적 중합층 제조

우선적으로 PET 표면에 전도성 고분자를 화학중합하기 위해, PET를 2.5×2.5 cm로 자른 후, 기재 직물 표면에 먼지와 유기물질들을 닦아내기 위하여 acetone 으로 30분간 세척하였다.

이후, 전도성 고분자(Polypyrrole, PPY)의 모노머 용액을 유기 용매(Acetonitile, ACN)에 교반하면서 용해시켰고, 산화제(Ammonium parasulfate, APS) 용액을 제조하기 위해 산화제를 증류수에 교반하면서 용해시켰다. 이후, 세척된 PET를 산화제 용액에 먼저 함침 시켰고, 상온에서 건조시켰다. 이후, 표면에 APS가 코팅된 PET를 모노머 용액에 함침한 후 꺼내어 중합시키고, 중합 시 발생된 불순물을 제거하기 위하여 증류수로 세척하였다. 이후, 1회 이상 10회 이하의 횟수로 위의 공정을 반복하였다.

전도성 고분자의 전기화학적 중합층 제조

전기전도도 특성을 향상시키기 위해, 전기화학적 중합방법을 이용하여 전기화학적 중합층을 제조하였다. 먼저 옥살산(Oxalic acid)과 테트라에틸 암모늄 설페이트(tetraethyl ammonium p-toluene sulfonate, TEAS)를 아세토나이트릴(acetonitrile, ACN)에 교반하면서 용해시켰다. 상기 옥살산과 TEAS가 용매에 완전히 용해되면, pyrrole을 첨가하여 교반하면서 용해시켜 전기화학중합용액을 제조하였다. 화학적 중합층이 제조된 PET를 전기화학중합 반응기에 연결하고, 전기화학중합용액을 채운 후, 전류를 인가하여 전기화학중합을 실시하였다. 이를 1회 이상 10회 이하의 횟수로 위의 공정을 반복하였다. 여기서, 전기화학중합 반응기는 자체 제작한 stainless steel 전기화학중합용 반응기를 이용하였다.

흑연화 탄소계 재료의 코팅층 제조

전기전도도 특성을 더욱 향상시키기 위해, 흑연화 탄소계 재료 코팅액을 코팅하여 코팅층을 추가 제조하였다. 먼저, 유기용매(NMP)에 바인더인 PVdF를 용해한 후, 흑연화 탄소계 재료를 분산시켜 코팅액을 제조하였다. 상기 흑연화 탄소계 재료와 PVdF는 9:1의 중량비로 혼합하였다. 이후, 제조한 코팅액에 화학적 중합층과 전기화학적 중합층이 제조된 PET섬유를 코팅하여 흑연화 탄소계 재료의 코팅층을 제조하였다. 이를 1회 이상 10회 이하의 횟수로 위의 공정을 반복하였다.

Claims (2)

1. 전도성 고분자 및 첨가된 필러를 포함하며,
   상기 전도성 고분자가 폴리 아닐린, 폴리피롤, 폴리에틸렌다이옥시싸이오펜 등을 포함하며, 첨가되는 필러로 흑연화 탄소재료를 포함하는, 전자파 차폐시트.
   
2. 제 1항에 있어서
   상기 전도성 고분자를 단독 혹은 중복으로 사용하는 방법을 포함하며, 상기 전도성 고분자를 화학적 중합방법, 전기화학적 중합방법을 동시에 사용하는 제조 방법을 포함하는, 전자파 차폐시트.

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