KR20220026625A - 저-유전성이 우수한 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저-유전성이 우수한 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열가소성 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 글라스 버블(Glass Bubble)을 특정 함량비로 조합하여 포함하고, 임의로 저-유전성 유리섬유 및 임의로 상용화제를 추가로 포함하여, 낮은 유전 상수(Dk) 및 낮은 유전 손실 계수(Df)를 나타내는 동시에 만족스러운 충격강도 및 탄성율 등의 기계적 물성을 나타내어, 전기전자 및 차세대 이동통신 기기에 적용되기에 특히 적합한 저-유전성 열가소성 조성물 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다.
Description
본 발명은 저-유전성이 우수한 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 열가소성 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 글라스 버블(Glass Bubble)을 특정 함량비로 조합하여 포함하고, 임의로 저-유전성 유리섬유 및 임의로 상용화제를 추가로 포함하여, 낮은 유전 상수(Dk) 및 낮은 유전 손실 계수(Df)를 나타내는 동시에 만족스러운 충격강도 및 탄성율 등의 기계적 물성을 나타내어, 전기전자 및 차세대 이동통신 기기에 적용되기에 특히 적합한 저-유전성 열가소성 조성물 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다.
정보통신 분야에 있어서 모바일 및 통신 네트워크 시스템 등 이동통신 기기 채널 수가 증가하면서 사용하는 주파수 대역이 고주파 대역대로 이동하고 있다. 5G 또는 5세대 모바일 네트워크는 5~100 기가헤르츠(GHz) 대역의 주파수를 이용할 것으로 예상되며, 이러한 고주파 대역에서는 열로 변환되어 발생되는 손실과 전송 손실을 최소화하여 효율적인 전기신호를 전송하기 위해 저-유전율을 갖는 재료가 필요하다. 또한 고주파 영역대에서 플라스틱 및 금속의 사용은 전자기파의 신호 송수신에 간섭을 줄 수 있다.
폴리머로 제조되는 플라스틱은 제품의 구조 또는 기능 구성 요소를 위해 전자 및 전기통신 용도로 널리 사용되어 왔으며, 에너지를 일시적으로 저장할 수 있는 유전체 물질이다. 보다 높은 유전 상수(dielectric constant: Dk) 및 유전 손실 계수(dissipation factor: Df)를 갖는 폴리머 물질은 실질적으로 더 많은 에너지를 흡수하여 전자기파의 강도 및 위상에 영향을 미치고, 안테나의 성능을 감소시킨다. 따라서 유전체 성능은 향후 차세대 통신기기 부품의 재료 선택에 있어 중요한 고려 사항이다.
5세대 통신 시대가 시작됨에 따라, 가전제품 및 모바일 용도로 쓰여지는 플라스틱 소재로서 저-유전 특성을 지닌 수지 조성물이 제안되고 있다. 예컨대, 일본특허공개공보 제2006-063297호에는 저유전율화 성분으로서 폴리카보네이트 등을 포함하는 저유전율 절연성 수지 조성물이 개시되어 있고, 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0112997호에는 우레탄 수지 등을 포함하는 저유전 수지 조성물이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 수지 조성물들의 저-유전 특성은 차세대 통신기기 부품에 적용하기에 충분치 않으며, 기계적 물성 또한 만족스럽지 않다.
따라서, 차세대 통신기기 부품에 적용하기에 적합한 수준의 저-유전 특성을 나타내는 동시에, 충격강도, 인장강도 및 탄성율 등의 기계적 성능 또한 만족스러운 플라스틱 소재의 개발이 요청되고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 5G 통신기기 부품에 적용하기에 적합한 수준의 저-유전 특성(즉, 낮은 유전 상수 및 낮은 유전 손실율)을 나타내는 동시에, 만족스러운 충격강도, 인장강도 및 탄성율 등의 기계적 성능을 나타내고, 또한 이들의 물성 밸런스도 우수한 열가소성 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 조성물 총 100 중량부를 기준으로, 열가소성 수지 성분 45 내지 90 중량부; 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 5 내지 36 중량부; 및 글라스 버블(Glass Bubble) 1 내지 19 중량부;를 포함하는, 열가소성 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 열가소성 수지 조성물을 포함하는 성형품이 제공된다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물은 저-유전특성이 우수한(예컨대, 2.5GHz에서 측정시 2.95 미만의 유전상수 및 0.0062 이하의 유전손실율을 나타내는) 동시에, 만족스러운 충격강도, 인장강도 및 탄성율 등의 기계적 성능을 나타내고, 또한 이들의 물성 밸런스도 우수하여 전기전자 부품, 특히, 5G 통신기기 부품에 적합하게 적용될 수 있다.
이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물은 열가소성 수지 성분, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 및 글라스 버블을 포함한다.
일 구체예에서, 상기 열가소성 수지 성분은 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아마이드(PA), 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있으며, 보다 구체적으로는 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 폴리카보네이트(PC)로는 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지가 사용될 수 있으며, 보다 구체적으로는, 25℃, 메틸렌 클로라이드 용액에서 측정한 점도평균분자량(Mv)이 15,000 내지 40,000, 또는 16,000 내지 32,000인 것이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구체예에서, 상기 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)로는 부탄-1,4-디올과, 테레프탈산 또는 디메틸테레프탈레이트를 단량체로 하여 직접 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환반응을 통하여 중축합한 중합체가 사용될 수 있으며, 보다 구체적으로는, 고유점도(IV)가 0.45~1.6 dl/g, 또는 0.8~1.3 dl/g인 것이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물에는, 조성물 총 100 중량부를 기준으로, 상기 열가소성 수지 성분이 45 내지 90 중량부의 양으로 포함된다. 조성물 총 100 중량부 내의 열가소성 수지 성분 함량이 45 중량부 미만이면 조성물의 기계적 물성이 나빠질 수 있고, 반대로 90 중량부를 초과하면 저-유전성 성분들의 함량이 상대적으로 적어져서 조성물이 원하는 수준의 저-유전 특성을 나타내지 못할 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내의 상기 열가소성 수지 성분 함량은 46 중량부 이상, 47 중량부 이상, 48 중량부 이상, 49 중량부 이상 또는 50 중량부 이상일 수 있고, 또한 89 중량부 이하, 88 중량부 이하, 87 중량부 이하, 86 중량부 이하 또는 85 중량부 이하일 수 있다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물에 포함되는 상기 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 유전율이 낮아(예컨대, 유전상수가 2 수준) 조성물에 저-유전성을 부여한다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물에는, 조성물 총 100 중량부를 기준으로, 상기 PTFE가 5 내지 36 중량부의 양으로 포함된다. 조성물 총 100 중량부 내의 PTFE 함량이 5 중량부 미만이면 조성물이 원하는 수준의 저-유전 특성을 나타내지 못할 수 있고, 반대로 36 중량부를 초과하면 열가소성 수지 성분과의 상용성이 나빠져 조성물의 압출 가공성이 떨어질 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내의 상기 PTFE 함량은 6 중량부 이상, 7 중량부 이상, 8 중량부 이상, 9 중량부 이상 또는 10 중량부 이상일 수 있고, 또한 35 중량부 이하, 30 중량부 이하, 25 중량부 이하, 20 중량부 이하 또는 15 중량부 이하일 수 있다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물에 포함되는 상기 글라스 버블은 글라스 셸(Glass Shell)(예컨대, 10~20%) 내부에 공동(free space)(예컨대, 90~80%)을 가지며, 공동 내의 유전율은 공기와 같은 유전상수 1 수준으로 낮아, 압출 가공 시 조성물 내부에 공극을 생성함으로써 저-유전성을 부여한다. 일 구체예에서, 상기 글라스 버블의 유전상수는 1 내지 2일 수 있고, 보다 구체적으로는 1.5 내지 2일 수 있다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물에는, 조성물 총 100 중량부를 기준으로, 상기 글라스 버블이 1 내지 19 중량부의 양으로 포함된다. 조성물 총 100 중량부 내의 글라스 버블 함량이 1 중량부 미만이면 조성물이 원하는 수준의 저-유전 특성을 나타내지 못할 수 있고, 조성물의 유동성이 낮아져 가공성이 나빠질 수 있으며, 반대로 19 중량부를 초과하면 조성물의 충격강도가 열악해지고, 또한 유동성의 지나친 증가로 인하여 실제 적용이 어려워질 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내의 상기 글라스 버블 함량은 1.2 중량부 이상, 1.5 중량부 이상, 1.8 중량부 이상 또는 2 중량부 이상일 수 있고, 또한 18 중량부 이하, 17 중량부 이하, 16 중량부 이하 또는 15 중량부 이하일 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 열가소성 수지 조성물은, 저-유전성 및 기계적 물성을 더욱 향상시키기 위하여 유리섬유를 추가로 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 유리섬유로는 유전상수가 4 내지 5 수준인 저-유전성 유리섬유, 예컨대, D 글라스가 사용될 수 있다. 또한, 일 구체예에서, 상기 유리섬유의 길이는 3 내지 4.5mm일 수 있고, 그 직경은 5 내지 20μm일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 구체예에서, 본 발명의 열가소성 수지 조성물에 유리섬유가 포함되는 경우, 그 함량은, 조성물 총 100 중량부를 기준으로 1 내지 40 중량부일 수 있다. 조성물 내 유리섬유 함량이 상기 수준보다 지나치게 적으면 유리섬유 첨가의 효과가 미미하게 되고, 반대로 상기 수준보다 지나치게 많으면 조성물의 압출 가공성이 현저하게 떨어질 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내의 상기 유리섬유 함량은 1 중량부 이상, 5 중량부 이상, 8 중량부 이상 또는 10 중량부 이상일 수 있고, 또한 40 중량부 이하, 35 중량부 이하, 33 중량부 이하 또는 30 중량부 이하일 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 열가소성 수지 조성물은, 열가소성 수지와 PTFE 및 유리성분(글라스 버블, 및 임의로 유리섬유) 간의 상용성을 높이기 위하여 상용화제를 추가로 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 상용화제로는 아크릴계 상용화제가 사용될 수 있으며, 보다 구체적으로는 에틸렌-메틸 아크릴레이트(EMA) 공중합체(Ethylene-Methyl Acrylate copolymer)를 사용할 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 열가소성 수지 조성물에 상용화제가 포함되는 경우, 그 함량은, 조성물 총 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 10 중량부일 수 있다. 조성물 내 상용화제 함량이 상기 수준보다 지나치게 적으면 조성물 구성성분들이 용이하게 분산되지 않을 수 있고, 이에 따라 조성물의 기계적 물성이 낮아질 수 있으며, 반대로 상기 수준보다 지나치게 많아지면 다른 성분들의 함량이 상대적으로 감소되어 조성물의 저-유전성 및 기계적 물성이 떨어질 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내의 상기 상용화제 함량은 0.6 중량부 이상, 0.7 중량부 이상, 0.8 중량부 이상, 0.9 중량부 이상 또는 1 중량부 이상일 수 있고, 또한 9 중량부 이하, 8 중량부 이하, 7 중량부 이하, 6 중량부 이하 또는 5 중량부 이하일 수 있다.
상기 설명한 성분들 외에, 본 발명의 열가소성 수지 조성물은, 필요에 따라, 열안정제, 산화방지제, 이형제, 윤활제, 자외선 안정제 등의 첨가제 성분을 하나 이상 추가로 포함할 수 있다. 이러한 추가의 첨가제 성분들은, 조성물 총 100 중량부 기준으로, 예컨대, 각각 0.01~5 중량부로 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 설명한 바와 같은 본 발명의 열가소성 수지 조성물은 저-유전특성이 우수한(예컨대, 2.5GHz에서 측정시 2.95 미만의 유전상수 및 0.0062 이하의 유전손실율을 나타내는) 동시에, 만족스러운 충격강도, 인장강도 및 탄성율 등의 기계적 성능을 나타내고, 또한 이들의 물성 밸런스도 우수하여 전기전자 부품, 특히, 5G 통신기기 부품에 적합하게 적용될 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 열가소성 수지 조성물의 유전상수(2.5GHz)는 3.0 이하, 2.95 이하, 2.92 이하, 2.9 이하, 2.85 이하, 2.82 이하, 2.8 이하, 2.75 이하, 2.72 이하 또는 2.7 이하일 수 있다.
또한, 일 구체예에서, 본 발명의 열가소성 수지 조성물의 유전손실율(%)(2.5GHz)은 0.0065 이하 0.0062 이하, 0.006 이하, 0.0055 이하 0.0052 이하 또는 0.005 이하일 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 열가소성 수지가 폴리카보네이트(PC)인 경우, 유리섬유를 포함하지 않는(즉, 비강화물인) 열가소성 수지 조성물의 유전상수(2.5GHz)는 2.7 이하일 수 있으며, 유리섬유를 포함하는(즉, 강화물인) 열가소성 수지 조성물의 유전상수(2.5GHz)는 2.9 이하일 수 있다. 또한, 열가소성 수지가 폴리카보네이트인 경우, 상기 강화물 및 비강화물 모두 유전손실율(%)(2.5GHz)이 0.0065 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에 따르면, 열가소성 수지가 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)인 경우, 유리섬유를 포함하지 않는(즉, 비강화물인) 열가소성 수지 조성물의 유전상수(2.5GHz)는 2.9 이하일 수 있으며, 유리섬유를 포함하는(즉, 강화물인) 열가소성 수지 조성물의 유전상수(2.5GHz)는 3.0 이하일 수 있다. 또한, 열가소성 수지가 폴리부틸렌테레프탈레이트인 경우, 상기 강화물 및 비강화물 모두 유전손실율(%)(2.5GHz)이 0.005 이하일 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 열가소성 수지 조성물을 포함하는 성형품이 제공된다.
상기 성형품은, 본 발명의 열가소성 수지 조성물을 압출 또는 사출 성형하여 제조될 수 있다.
바람직한 일 구체예에서, 상기 성형품은 통신기기 부품일 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이들로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
사용 화합물
(A) 폴리카보네이트(PC): 점도평균분자량(25℃, 메틸렌 클로라이드 용액에서 측정) 17,000~30,000 (TRIREX, 제조사: 삼양사)
(B) 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT): 고유점도(Intrinsic Viscisoty,IV) 0.8 내지 1.1(dl/g)
(C) 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE): 유전상수 2 수준(MP-1300, 제조사: Zonyl)
(D) 글라스 버블(Glass Bubble): 유전상수 1.96 수준, 글라스 셸 18%, 공동(free space) 82% (IM 16K, 제조사: 3M)
(E) 유리섬유(D Glass): 유전상수 4.3 수준
(F) 상용화제: 에틸렌-메틸 아크릴레이트(EMA) 공중합체(Elvaloy 1330AC, 제조사: Dupont)
(G) 기타 첨가제: 산화방지제(페놀계 및 포스파이트계), 열안정제, 및 이형제(지방산 에스테르계)의 조합
실시예 1-1 내지 1-4 및 비교예 1-1 내지 1-6 / 실시예 2-1 내지 2-4 및 비교예 2-1 내지 2-6
하기 표 1 및 표 2의 조성 및 함량에 따라, 구성 성분들을 텀블러 믹서로 10분 동안 혼합한 후, 이축(twin screw type) 압출기에 첨가하고, 실린더온도 260~280℃ 및 교반 속도 250 rpm 조건에서 용융 및 압출하여 펠렛을 제조하였다. 제조된 펠렛은 100~120℃에서 4시간 이상 건조한 후, 260~280℃의 사출기(제조사: LG전선, 제품명: LGH-200N)에서 사출하여 시편을 제조하였다. 제조된 시편에 대하여 하기의 방법으로 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.
물성 측정 방법
(1) 아이조드(IZOD) 충격 강도(단위: kgf·cm/cm): ASTM D256에 규정된 평가방법에 의거하여, 1/8" 두께의 아이조드 시편에 노치(Notch)를 만들어 평가하였다.
(2) 인장강도(단위: kgf/cm2): ASTM D638에 규정된 평가방법에 의거하여 50mm/min 조건하에서 측정하였다.
(3) 굴곡강도 및 굴곡탄성률(단위: kgf/cm2): ASTM D790에 규정된 평가방법에 의거하여, 2.8mm/min 조건하에서 측정하였다.
(4) 유동지수(g/10min): ASTM D1238에 따라 300℃에서 1.2㎏ 추를 사용하여 5분 동안 흘러나오는 수지의 용융지수(MI)를 측정하였다.
(5) 유전상수 및 유전손실율(%): 반사도 법(reflection coefficient method)을 이용하여 측정하였으며, 신호 간섭의 영향을 최소화하고 공진 주파수 법과의 유전손실율 편차를 줄이기 위하여 1.9~3.1 GHz 영역을 200MHz로 스캔하였다.
[표 1]
[표 2]
상기 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 실시예의 열가소성 수지 조성물들은 우수한 저-유전성(즉, 낮은 유전상수 및 유전손실율)을 나타내는 동시에 일정 수준 이상의 기계적 물성을 유지하였던 반면, 비교예의 수지 조성물들은 저-유전성이 실시예에 비하여 상대적으로 열악하거나, 기계적 물성이 현저히 열악하였다.
Claims (9)
- 조성물 총 100 중량부를 기준으로,
열가소성 수지 성분 45 내지 90 중량부;
폴리테트라플루오로에틸렌 5 내지 36 중량부; 및
글라스 버블 1 내지 19 중량부;를 포함하는,
열가소성 수지 조성물. - 제1항에 있어서, 열가소성 수지 성분이 폴리카보네이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아마이드, 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 열가소성 수지 조성물.
- 제1항에 있어서, 글라스 버블의 유전상수가 1 내지 2인, 열가소성 수지 조성물.
- 제1항에 있어서, 유리섬유를 추가로 포함하는, 열가소성 수지 조성물.
- 제4항에 있어서, 유리섬유의 유전상수가 4 내지 5인, 열가소성 수지 조성물.
- 제1항에 있어서, 상용화제를 추가로 포함하는, 열가소성 수지 조성물.
- 제6항에 있어서, 상용화제가 아크릴계 상용화제인, 열가소성 수지 조성물.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 열가소성 수지 조성물을 포함하는 성형품.
- 제8항에 있어서, 통신기기 부품인, 성형품.
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Cited By (1)
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WO2023227736A1 (en) * | 2022-05-27 | 2023-11-30 | Sabic Global Technologies B.V. | Polybutylene terephthalate composition for use in high-frequency radio-wave applications |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108752879A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-11-06 | 杨杰 | 一种多效pbt改性塑料及制备方法 |
KR20180136559A (ko) * | 2016-05-26 | 2018-12-24 | 사빅 글로벌 테크놀러지스 비.브이. | 전자 또는 전기통신 용도를 위한 열가소성 조성물 및 그에 따른 성형품 |
-
2020
- 2020-08-25 KR KR1020200106787A patent/KR102428814B1/ko active IP Right Grant
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