KR20230109018A - 충격흡수성이 우수한 발포층을 포함하는 발포시트 - Google Patents

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KR20230109018A KR1020220004891A KR20220004891A KR20230109018A KR 20230109018 A KR20230109018 A KR 20230109018A KR 1020220004891 A KR1020220004891 A KR 1020220004891A KR 20220004891 A KR20220004891 A KR 20220004891A KR 20230109018 A KR20230109018 A KR 20230109018A
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Abstract

본 발명은 충격흡수성이 우수한 발포층을 포함하는 발포시트에 관한 것으로, 상세하게는 아크릴계 수지 및 수성 폴리우레탄 수지를 포함하는 연속 기포 구조의 발포층을 포함함으로써 연질성이면서 우수한 충격흡수성 및 발수성을 나타내는 한편 고온에서의 변형이 저감되는 고성능 전자기기용 발포시트에 관한 것이다.

Description

충격흡수성이 우수한 발포층을 포함하는 발포시트{LAMINATE COMPRISING FOAM LAYER WITH SHOCK ABSORPTION}
본 발명은 충격흡수성이 우수한 발포층을 포함하는 발포시트에 관한 것으로, 상세하게는 아크릴계 수지 및 수성 폴리우레탄 수지를 포함하는 발포층이 형성된 발포시트에 관한 것이다.
모바일, 태블릿, 디스플레이 장치 등의 광학소재용 정밀 부품은 외부로부터의 충격, 먼지에 대한 성능 및 내구 신뢰성이 요구된다. 외부환경에서 가해지는 충격, 먼지 등의 요인으로부터 전자기기를 보호하기 위한 목적으로 발포체가 사용되고 있으며, 특히 스마트폰의 경우 고집적화, 고박막화 및 경량화가 동시에 요구되고 있는 상황으로 충격흡수성, 강한 점착성 및 방수성을 갖추면서도 박막 두께는 너무 두꺼워지지 않을 것이 요구되고 있다.
액정표시장치의 충격흡수를 위해 포른 또는 연속 기포의 우레탄 폼(foam), UV 아크릴 폼, 폴리올레핀 폼 등이 사용되고 있다. 포른 재질의 경우 우수한 유연성 및 밀착성을 가지며, 시트형태로 다양한 전기전자제품에 널리 사용되고 있다. 포른 폼을 전자기기에 부착할 때에는 아크릴 점착제와 같은 부재를 이용하여 부착하는데, 포른 폼은 인장강도, 내구성, 신축성 및 굴곡성은 우수하나 높은 압축 탄성율로 인해 충격흡수성능을 충분히 발휘하기는 어려운 문제점이 있다. 아크릴 폼의 경우, 연속 기포 구조를 갖도록 제조하게 될 경우 낮은 압축 탄성율과 높은 저장 탄성율을 보여 우수한 충격흡수력을 발휘할 수 있지만, 우레탄 소재로 제조되는 폼에 비하면 인장강도 및 신축성이 상대적으로 낮기 때문에 제조시 내구성이 떨어지고 이로 인하여 조립공정 또는 재작업 시 필름의 파단, 변형이 빈번하게 발생해 작업공정상 어려움이 발생하여 원료 손실이 많아지고 생산성이 저하되는 문제가 있다.
발포체(foam)의 기포 형상은 독립 기포 또는 연속 기포의 구조를 가질 수 있다. 독립 기포 폼의 경우 방수성은 우수하지만 높은 압축 탄성율과 낮은 저장 탄성율로 인해 낙하 등의 충격이 가해지는 경우 충격흡수를 충분히 하지 못하기 때문에, 독립 기포 폼이 디스플레이 패널 등에 적용되는 경우 패널의 파단 등의 문제가 발생하기 쉽다. 연속 기포 폼의 경우 연속된 기포구조로 인해 방수에 취약하므로 충격흡수, 방진 및 방수 성능을 동시에 만족하기는 어려운 실정이다.
최근 스마트폰의 고성능화에 따라 부재의 다기능화를 통한 경쟁우위를 확보하는 것이 매우 중요해지고 있다. 이런 상황에서 충격흡수 부재 또한 우수한 밀착성, 발수성 및 방수성을 모두 갖추는 다기능화가 요구되고 있다.
KR 102339322 B1
본 발명은 우수한 충격흡수성 및 발수성을 동시에 갖는 발포층을 포함하는 전자기기용 발포시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 아크릴계 수지 및 수성 폴리우레탄 수지를 포함하는 연속 기포 구조의 발포층을 포함하되, 80 내지 300㎛ 두께 자유낙하형 충격시험에 있어서, 하기 수학식 1에 따른 충격흡수율(%)을 시트 두께로 나눈 값이 최소 0.1인, 발포시트가 제공될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
(상기 수학식 1에서, Fi는 보강판에 충격구를 낙하시켰을 때 충격하중이고, Fs는 보강판 위에 발포시트를 장착 후 충격구를 낙하시켰을 때의 충격하중이다.)
또한, 고온다습환경에서 초기두께의 60%를 압축한 상태로 2시간 방치하고 압축을 해제한 뒤 24±1℃에서 하루 경과 후 두께를 측정하여 하기 수학식 2에 따라 얻은 영구 압축 변형률이 25% 이하일 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
(상기 수학식 2에서, T1은 처음 시편의 두께를, T2는 시험 후 시편의 두께를 의미한다.)
또한, 상기 아크릴계 수지는 이온계 아크릴 에멀젼에서 유래될 수 있다.
또한, 상기 아크릴계 수지 및 상기 수성 폴리우레탄 수지의 중량비는 1:0.33 내지 0.38일 수 있다.
또한, 상기 발포층의 겉보기 밀도가 0.2 내지 1.0g/cm3 일 수 있다.
또한, 이형필름; 및 상기 이형필름의 적어도 일측면상에 형성되는 점착층; 을 더 포함하고, 상기 발포층은 상기 점착층상에 형성될 수 있다.
또한, 상기 발포층의 일측면상에 흑색층이 형성된 PET 필름이 부착될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 발포시트는 아크릴 수지 및 우레탄수지를 배합하여 연속 기포 구조를 갖도록 제조되는 발포층을 포함하여, 연질성이면서 우수한 충격흡수성 및 발수성을 나타낼 수 있다.
또한, 고온 내구성이 우수하므로 최근 전자기기들의 고집적화에 따른 발열이 발생하는 고온 환경에서도 변형을 최소화할 수 있어, 지속적으로 성능을 발휘할 수 있다.
또한, 두께가 박막이면서도 충격흡수성 및 발수성이 우수하므로, 모바일, 태블릿 및 디스플레이 장치를 포함하는 고성능 슬림형 광학기기의 충격흡수용 소재로 적용되기 적합하다.
또한, 종래의 우레탄 폼 및 UV 아크릴계 폼에 비하여 높은 충격흡수성을 발휘할 수 있어 디스플레이 탑재시 전자기기 낙하충격에 대해 우수한 보호성능을 나타낼 수 있다. 또한, 동시에 우수한 방진 및 방수 성능을 나타낼 수 있다.
또한, 단면 무기재 점착 구조로 제공될 수 있을 뿐 아니라, 필요에 따라 일측면에는 무기재가 점착되고 타측면에는 양면테이프가 합지되는 것을 포함하는 다양한 구조로 제조될 수 있으므로 추가적인 합지공정의 생략으로 공정을 단순화 할 수 있으며 공정 단순화에 따라 원료 손실 및 불량률을 저감시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 발포시트의 모식도이고,
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 발포시트의 모식도이다.
본 발명은 연속 기포 구조를 가지는 발포층을 포함하는 발포시트에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
다른 정의가 없다면 이 명세서에서 사용된 기술 및 과학 용어는 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하는 의미로 해석될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, '포함하다' 또는 '가지다'와 같은 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안된다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결' 되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 보다 구체적으로 설명하기 위해 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 연속 기포 구조를 갖는 발포층을 포함하는 발포시트가 제공될 수 있다. 상기 발포시트는 80 내지 300㎛ 두께 자유낙하형 충격시험에 있어서, 하기 수학식 1에 따른 충격흡수율(%)이 최소 15일 수 있다. 바람직하게는, 15 내지 40일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00003
(상기 수학식 1에서, Fi는 보강판에 충격구를 낙하시켰을 때 충격하중이고, Fs는 보강판 위에 발포시트를 장착 후 충격구를 낙하시켰을 때의 충격하중이다.)
또한, 상기 발포시트는 80 내지 300㎛ 두께 자유낙하형 충격시험에 있어서, 상기 수학식 1에 따른 충격흡수율(%)을 시트 두께로 나눈 값이 최소 0.1일 수 있다. 바람직하게는 0.1 내지 1, 보다 바람직하게는, 0.4 내지 1.0일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 수학식 1에 따른 충격흡수율(%)을 시트 두께로 나눈 값을 이하에서는 단위 두께당 충격흡수율(SA)이라 하기로 한다. 여기에서, 시트 두께는 발포층 두께로 대체될 수 있다.
또한, 상기 발포시트는 고온다습환경에서 초기두께의 60%를 압축한 상태로 2시간 방치하고 압축을 해제한 뒤 24±1℃에서 하루 경과 후 두께를 측정하여 하기 수학식 2에 따라 얻은 영구 압축 변형률이 30% 이하일 수 있다. 바람직하게는 27%이하, 보다 바람직하게는 25% 이하일 수 있다. 이 때, 상기 고온다습환경은 온도 100℃, 압력 1.2atm 및 습도 100%인 조건이다.
Figure pat00004
(상기 수학식 2에서, T1은 처음 시편의 두께를, T2는 시험 후 시편의 두께를 의미한다. 상세하게는, T1은 압축 전 시편의 초기두께를, T2는 상기 고온다습환경에서 전술한 조건으로 압축 및 압축해제 후 측정된 두께를 의미한다.)
또한, 50% 압축 시 초기복원력이 7.3gf/mm2 이하, 바람직하게는 3 내지 7.3gf/mm2 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 충격흡수성능 및 내구성을 우수하게 하기 위한 측면에서, 겉보기 밀도가 0.2 내지 1.0g/cm3, 바람직하게는 0.2 내지 0.6g/cm3일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발포시트에 포함되는 발포층은 24±1℃ 및 습도 40 내지 60%인 환경에서 측정된 표면과 물의 접촉각이 75 내지 130˚, 바람직하게는, 90 내지 130˚일 수 있다.
상기 발포시트에 포함되는 발포층을 구성하는 폴리머는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 고무계 폴리머, 아크릴계 폴리머, 우레탄계 폴리머, 실리콘계 폴리머 및 에틸렌-초산비닐 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 고집적화된 전자부품에 적용되어서도 충분한 충격흡수성능을 나타낼 수 있도록 하기 위하여 아크릴계 폴리머 및 우레탄계 폴리머가 포함되는 것이 좋다. 상기 폴리머로 아크릴계 폴리머가 포함되는 경우 충격흡수 성능에 있어 우수한 효과를 나타낼 수 있으며, 우레탄계 폴리머가 포함되는 경우 우수한 기계적 물성을 갖도록 할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 아크릴계 폴리머 및 폴리우레탄을 배합함으로써, 제조되는 발포시트의 충격흡수성능 및 기계적 물성이 극대화되도록 하였다.
상기 아크릴계 폴리머는 충격흡수성을 극대화시키는 측면에서 Tg값이 50℃이하인 것이 좋다. 바람직하게는, 20 내지 40℃인 것이 좋으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아크릴계 폴리머로는 아크릴 에멀젼이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 이온계 아크릴 에멀젼, 보다 바람직하게는 불휘발분의 양이온 아크릴 에멀젼이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 발포시트를 구성하는 폴리머에 있어서, 상기 아크릴계 폴리머는 50 내지 90 중량부, 바람직하게는 50 내지 80 중량부로 포함될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아크릴계 폴리머의 함량이 50 중량부 미만이면 충분한 충격흡수성능을 나타내기 어렵고, 90 중량부 초과이면 제조되는 발포시트의 기계적 물성을 현저히 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.
상기 폴리우레탄은 인장강도 및 신율과 같은 기계적 물성을 만족하기 위해서 Tg값 20℃ 이상인 것에서 선택되는 것이 좋다. 바람직하게는, 20 내지 40℃인 것이 좋으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 폴리우레탄은 불휘발분 30 내지 40%의 수성 매질에 분산된 폴리우레탄이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 발포시트를 구성하는 폴리머에 있어서, 상기 폴리우레탄은 10 내지 50 중량부, 바람직하게는 10 내지 20 중량부로 포함될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 폴리우레탄의 함량이 10 중량부 미만이면 인장강도 및 신율이 현저히 저하되어 공정 중 작업성이 현저히 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 50 중량부 초과이면 제조되는 발포시트의 충격흡수성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 발포시트를 구성하는 폴리머에 있어서, 상기 아크릴계 폴리머 및 상기 폴리우레탄의 혼합중량비는 1:0.1 내지 1, 바람직하게는 0.2 내지 0.4, 보다 바람직하게는 1:0.33 내지 0.38일 수 있다. 상기 아크릴계 폴리머 및 상기 폴리우레탄의 혼합중량비가 전술한 범위 내에 속할 때, 제조되는 발포시트의 충격흡수성능 및 내구성을 포함하는 물성이 높은 수준으로 양립될 수 있다.
필요에 따라, 상기 발포층을 구성하는 폴리머는 발수성을 강화하기 위해 소수성을 갖는 수지를 더 포함할 수 있다. 상기 소수성을 갖는 수지로는, 예를 들면, 실리콘계, 실란계, 실록산계 및 불소계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나가 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 분자내의 아크릴레이트 구조로 인해 타 폴리머와 결합력이 우수하며, 카본체인의 수소기과 불소로 치환된 구조로 낮은 표면에너지를 가질 수 있는 불소아크릴레이트 에멀젼이 상기 발포시트를 제조하기 위해 더 배합되는 것이 좋다. 상기 발포체를 구성하는 폴리머에 있어서, 상기 소수성을 갖는 수지는 1 내지 20 중량부로 포함될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 소수성을 갖는 수지의 함량이 1 중량부 미만이면 첨가로 인한 효과를 나타내기 어렵고, 20 중량부 초과이면 다른 물성을 저하시키고 제조비용을 상승시키는 문제가 발생할 수 있다.
상기 발포층은 상기 폴리머를 포함하는 발포액을 이용하여 형성될 수 있다. 필요에 따라, 상기 발포액은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제로는, 예를 들면, 계면활성제, 기포안정제, 경화제, 분산제, 방청제, 충진제, 가소제, 보강제, 난연제 및 착색제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나가 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 발포층을 형성하는 발포액에 상기 첨가제가 더 배합되어 제조되는 경우, 발포액의 유동성 및 기포 직경의 제어가 이루어지고, 이를 통하여 발포층 물성의 조절이 이루어질 수 있다. 상기 첨가제의 첨가량은 제조되는 시트의 인장강도, 신율, 충격흡수율 및 압축영구 변형율이 유지되는 범위에서 목적 물성을 향상시킬 수 있도록 조절될 수 있다.
상기 발포층을 형성하기 위한 발포액의 제조시, 형성되는 기포 셀의 크기는 충격흡수성능 및 공정 수율 측면에서 50 내지 150㎛일 수 있으며, 바람직하게는 50 내지 120㎛, 보다 바람직하게는 80 내지 120㎛인 것이 좋다. 상기 기포 셀의 크기가 50㎛ 미만이면 충격흡수성능이 저하될 수 있고, 150㎛ 초과이면 추후 발포층 형성을 위한 코팅공정 중 코팅기 나이프와 피코팅 기재의 사이에 체류되어 코팅면에 세로줄 현상 등의 불량을 발생시키며 인접 기포와 결합되어 코팅면상에 스팟 형태의 불량을 발생시키는 원인이 될 수 있다. 상기 기포 셀의 크기는 계면활성제 및 기포안정제의 종류 및 함량을 한정하여 조절되는 것 외에도, 고속전단 장치내 디스크의 형상, 디스크 개수, 디스크 간격 및 디스크 선 속도를 조절하여 조절될 수 있다. 또는, 고속전단 장치 내에 발포액의 체류시간을 결정하는 유속을 조절하여 조절될 수도 있다. 이 때 디스크 간격의 간격이 너무 좁거나 디스크의 선 속도가 높을 경우 액과 액, 액과 장치간의 전단력으로 인한 마찰열의 축적으로 발포액의 온도 상승을 초래하여 기포가 커짐으로써 안정성이 떨어지는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 디스크의 간격이 너무 넓거나 디스크의 선 속도가 낮을 경우는 낮은 전단력으로 인하여 기포의 미세화에 어려움이 발생할 수 있다. 기포 셀의 크기 및 안정화를 위해 적절한 계면활성제 및 기포안정제를 선정하는 것이 중요하다.
상기 계면활성제로는 상기 발포시트를 구성하는 폴리머와 상용성이 우수하면서 발포액 제조시 적절한 유동성을 부여하고 기포 직경의 제어가 수행될 수 있는 것이 선택되는 것이 좋다. 상기 계면활성제는 발포액 제조시 첨가되는 폴리머 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 첨가될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 기포안정제는 미세화된 기포의 안정성을 향상시키기 위해 첨가될 수 있다. 상기 기포안정제로는, 예를 들면, 폴리실록산계 또는 파라핀계가 사용될 수 있으며, 미세기포를 유지하고 거대 기포의 발생을 억제하기 위한 측면에서 폴리실록산게 기포안정제가 사용되는 것이 좋다. 상기 기포안정제는 발포액 제조시 첨가되는 폴리머 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부로 첨가될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 경화제는 제조되는 발포시트의 재구성, 내열성 및 강도를 향상시키기 위해 첨가될 수 있다. 상기 경화제로는, 예를 들면, 에폭시계, 이소시아네이트계, 금속염계 및 과산화물계로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나가 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 제조되는 발포시트의 내구성 및 충격흡수율을 극대화하는 측면에서, 상기 경화제로는 폴리이소시아네이트계가 선택되는 것이 좋다. 상기 경화제는 상기 발포액 제조시 첨가되는 폴리머 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부로 첨가될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 충진제로는, 예를 들면, 탄산칼슘, 클레이, 제올라이트, 실리카, 알루미나, 수산화알루미늄, 그라파이트, 그래핀, 탄소나노튜브(CNT) 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나가 사용될 수 있다. 상기 충진제는 발포액 제조시 첨가되는 폴리머 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 50 중량부, 바람직하게는 5 내지 20 중량부로 첨가될 수 있다. 상기 충진제로 탄소나노튜브가 선택되는 경우, 충진제의 비표면적으로 인하여 발포액의 점도가 지나치가 높아져 폼 형성이 어려워지고 분산의 문제로 외관 불량이 발생할 수 있으므로 이 경우의 첨가량은 0.2 내지 5 중량부인 것이 좋다.
상기 착색제로는, 예를 들면, 무기안료, 유기안료, 염료 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나가 사용될 수 있다. 상기 착색제는 발포액 제조시 첨가되는 폴리머 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 사용될 수 있다. 상기 착색제로 카본블랙이 선택되는 경우, 과량 첨가시 점도 및 분산 불량의 문제가 발생할 수 있으므로 이 경우의 첨가량은 0.1 내지 3 중량부인 것이 좋다.
상기 성분들을 포함하여 제조되는 발포액을 이용하여 형성되는 발포층은 충격흡수율이 높고 영구 압축 변형률은 낮은 우수한 물성을 가질 수 있다. 또한, 연속 기포 폼으로 연질성을 가지며 열내구성이 우수하여 고온 환경하에서도 변형이 저감될 수 있다. 또한, 우수한 발수성을 가질 수 있다.
상기 발포층을 포함하는 발포시트는 상기 발포층; 및 상기 발포층의 적어도 일측면에 형성되는 점착층;을 포함할 수 있다. 이의 바람직한 구현예는 도 1 및 2에 도시하였다.
도 1을 참조하면, 상기 발포시트(1)는 이형필름(10); 발포층(20); 및 기재필름(30);을 포함할 수 있다. 상기 이형필름(10)의 적어도 일측면에 점착층(미도시)이 형성되고, 그 상면에 상기 발포층(20)이 형성될 수 있으며, 필요에 따라, 상기 발포층의 타측면에 기재필름(30)을 더 포함할 수 있다. 상기 기재필름(30)은 라이너층으로서의 역할을 수행하기 위해 포함될 수 있다.
상기 발포시트에서 형성되는 발포층의 두께는 50 내지 200㎛인 것이 좋다. 상기 발포층의 두께가 50㎛ 미만이면 전자기기에 적용되는 경우 충분한 충격흡수성능을 나타내기 어렵고, 200㎛ 초과이면 모바일 기기를 포함하는 초소형 고집적화 전자기기에 적용하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
상기 발포시트는 디스플레이에 적용될 경우 제조공정 효율을 높이기 위해 상기 발포층 일면에 PET 필름층이 포함되는 형태로 제조될 수도 있다. 예를 들면, 상기 발포시트는 이형필름, 점착층, 발포층으로 구성된 기본형 발포시트의 발포층상에 블랙 인쇄된 PET 필름에 점착층 및 엠보필름이 합지된 형태로 제공될 수도 있다. 이 경우, 이형필름 일측면에 제 1 점착층 및 상기 발포층이 순서대로 형성된 뒤 상기 발포층상에 블랙 인쇄된 PET 필름이 적층되고 상기 PET 필름층상에 제 2 점착층 및 엠보층이 다시 순차 적층되어 발포시트가 형성될 수 있다. 이의 형상의 일 예를 도 2에 도시하였다.
도 2를 참조하면, 상기 발포시트(1)는 발포층(20); 기재필름(30); 인쇄층(40); PET 필름(50); 점착층(60); 및 엠보필름(70)을 포함할 수 있다. 필요에 따라, 층간에 제 2 또는 제 3의 점착층(미도시)을 더 포함할 수도 있다.
상기 인쇄층(40)은 상기 PET 필름(50) 층상에 형성될 수 있으며, 예를 들면 흑색층일 수 있다. 상기 PET 필름(50)은 상기 흑색층이 상기 발포층(20)에 대향하도록 상기 발포층의 타측면에 부착되는 방향으로 상기 발포층(20)상에 적층될 수 있다. 상기 엠보필름(70)은 엠보형상을 갖는 이형필름일 수 있다. 상기 발포시트(1)가 흑색층이 형성된 PET 필름(50)층을 포함하는 경우, 디스플레이와 같은 전자기기에 대한 적합성이 우수해져, 디스플레이 제조시의 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 발포시트는 상기 도 1 및 2에 도시된 모든 층을 포함하는 형태로 제조될 수도 있다. 상기 발포시트는 상기 발포층(20)에서 상기 기재필름(30)이 부착되지 않은 다른 측면에 도 1의 이형필름(10) 및 점착층(미도시)가 더 포함되어 형성될 수 있다.
상기 발포층을 기준으로 설명하면, 상기 발포시트는 상기 발포층의 일측면에 형성되는 제 1 점착층; 상기 발포층의 타측면에 일측면이 부착되되, 상기 일측면에 흑색층이 형성되는 PET 필름층; 및 상기 PET 필름층의 타측면에 형성되는 제 2 점착층;을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 발포층에 접해있지 않은 제 1 점착층의 일측면 및 상기 PET 필름층에 접해있지 않은 제 2 점착측의 일측면에는 이형필름이 더 포함될 수 있다. 필요에 따라, 이형필름은 엠보형상을 더 포함할 수도 있다.
상기 발포시트는 발포시키기 위한 혼합 수지 원료액을 제조하고 이를 통상의 발포방법을 이용하여 물리적 또는 화학적으로 발포시켜 얻은 발포액을 이형필름상의 점착층상 또는 흑색층이 형성된 PET 필름층상에 코팅후 건조하여 발포층을 형성함으로써 제조될 수 있다. 상기 코팅은 통상적으로 알려진 방법들 중 선택될 수 있으며, 예를 들면, 슬롯다이, 코마, 그라비어 또는 마이크로그라비어 코팅 방법이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 혼합 수지 원료액은 상기 아크릴 에멀젼, 상기 폴리우레탄, 상기 첨가제를 배합하여 제조될 수 있다.
또한, 상기 발포는 공기 주입방식으로 원료액에 공기를 주입하고 초정밀 디스펜서로 공기를 미세화시키는 물리적 방법으로 수행되는 것이 좋다. 고속전단 장치를 이용할 경우, 디스크 간격의 간격이 너무 좁거나 디스크의 선 속도가 높을 경우에는 액과 액, 액과 장치간의 전단력으로 인한 마찰열의 축적으로 액의 온도 상승이 초래될 수 있고, 이로 인해 기포 크기가 커지고 안정성이 떨어지는 현상이 초래되는 문제가 발생할 수 있으며, 디스크의 간격이 너무 넓거나 디스크의 선 속도가 낮을 경우는 낮은 전단력으로 인하여 기포의 미세화에 좋지 않은 문제가 발생할 수 있다.
상기 점착층은 이형필름 일측면에 점착제를 코팅하고 건조시켜 형성될 수 있다. 상기 점착제로는 통상적으로 사용되는 점착제 중 Tg가 -20 내지 -10℃이며 70℃에서 내열성을 갖는 것이 선택되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 점착층을 형성하기 위한 점착제 조성물 100 중량부를 기준으로 에틸아세테이트 40 내지 50 중량부 및 에폭시 경화제 1 내지 5 중량부를 혼합하여 액상 점착제가 제조되어 사용될 수 있다.
필요에 따라, 상기 발포층의 경화시 전자선(E-BEAM)을 이용하여 제품의 안정성을 향상시킬 수 있다. 필요에 따라, 상기 발포층 상에 다른 이형필름을 더 합지할 수도 있다. 또는, 상기 발포층 상에 양면테이프를 더 합지할 수도 있다. 상기 양면테이프는 플라스틱 재질의 지지체층 양면에 점착층이 형성된 것으로, 상기 발포층상에 상기 양면테이프가 합지되는 경우에는 상기 지지체층에 의해 발포체층이 지지되면서 양면에 점착성을 갖는 시트로 제조될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 보다 구체적이고 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예
<점착층의 형성>
점착제를 코팅하여 점착층을 형성하기 위해, 코팅 평활성 및 두께 조절 용이성을 고려하여 점착제로 이용할 점착액을 제조하였다. 점착제(고형분38%) 100중량부에 대해서 에틸아세테이트(Ethylacetate) 40중량부, 점착제 100중량부에 대하여 유효성분 5%의 에폭시 경화제 3중량부를 혼합하여 점착액을 제조하였다. 제조된 점착액은 실리콘으로 이형 코팅된 50㎛ PET 이형필름에 코팅 장비를 이용하여 코팅하고 120℃ 3분간 건조하여 점착제층이 코팅된 이형필름을 제조하였다.
<발포액 제조 및 발포층의 형성>
[제조예 1]
아크릴 에멀젼 90 중량부 및 수성 우레탄 폴리머 10 중량부로 이루어진 폴리머 수지용액 100 중량부에 대하여 계면활성제 3 중량부, 카본블랙 1 중량부, 수산화알루미늄 10 중량부, 기포안정제 0.5 중량부 및 폴리이소시아네이트계 경화제 0.3 중량부를 첨가후 교반하면서 분산하여 수지 혼합용액을 제조하였다.
발포체의 셀 크기는 50㎛가 되도록 조절하였다. 계면활성제 및 기포안정제의 종류 및 함량을 조절하거나, 고속전단 장치내의 디스크의 형상, 디스크 개수, 디스크 간격 및 디스크 선 속도 및 고속전단 장치 내에 폴리머 조성액의 체류시간을 결정하는 유속을 조절함으로써 크기 조절된 기포 셀을 갖는 발포체를 수득할 수 있었다.
[제조예 2] 내지 [제조예 4]
하기 표 1의 함량으로 각 성분을 혼합한 수지혼합액으로 제조하는 것을 제외하면, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 발포액을 제조하였다.
제조예2 제조예3 제조예4
아크릴 에멀젼 20 50 40
수성 우레탄 폴리머 80 70 50
계면활성제 3 3 3
기포안정제 0.5 0.5 0.5
경화제 0.3 0.3 0.3
[제조예 5]
수지 혼합용액을 제조시 불소아크릴레이트 에멀젼 5 중량부를 더 첨가한 것을 제외하면, 상기 제조예 1과 동일한 방법으로 발포액을 제조하였다.
제조된 각 제조예의 발포액을 이형필름 위에 형성된 점착층의 상면에 코팅 후 건조하여 발포층을 형성하였다. 이 때, 상기 건조는 연속식으로 설계된 오븐에 투입하여 최대온도 140℃으로 설정한 후 2 내지 5분간 두는 것으로 수행하였으며, 이러한 과정을 통해 일정한 두께로 발포층을 형성하였다. 형성되는 발포층의 두께는 각 제조예별로 각각 80, 120, 160 및 200㎛으로 제조하였으며, 발포층 상면에 38㎛의 이형필름과 합지하여 적층구조의 시트를 제조하였다.
<충격흡수성 확인>
제조예 1의 발포액을 이용하여 발포체층의 두께를 80㎛, 160㎛ 및 240㎛로 달리한 시트를 별도 제조하여 시료로 하고, 자유낙하식 충격하중 측정기를 사용하여 충격흡수 성능을 평가하였다. 충격구 무게는 2.7g, 낙하높이는 200mm로 하였다. 또한 160㎛ 두께의 시트를 장착하고 충격구의 낙하높이를 150mm, 200mm, 250mm로 충격하중을 증가시키면서 충격하중을 측정하여 Blank 상태에서의 충격하중, 시트 실장 후 충격하중, 충격흡수율 그리고 시트 단위 두께당 충격흡수율(SA)을 구하여 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
충격구 낙하 높이 [mm]
150 200 250
Blank상태 충격하중 g 43 50 56
시트 실장 후 충격하중 g 34 40 44
충격흡수율 % 21 20 19.6
SA %/㎛ 0.131 0.125 0.123
<고온환경에서의 영구 압축 변형율 확인>
제조예 1의 발포액을 이용하여 발포체층의 두께를 80㎛, 160㎛ 및 240㎛로 달리한 시트를 별도 제조하여 시료로 이용하였다. 시험 전 시료의 두께를 먼저 측정하고, 압축지그로 시료 처음 두께의 60%까지 압축한 후 80℃ 항온 챔버에 72시간 유지한 다음 압축을 해제하고 30분간 상온에서 방치 후 두께를 측정하여 상기 수학식 2에 따라 영구 압축 변형율을 계산하였다. 시편 3개의 시험결과, 영구압축 변형율은 각 25.0%, 23.5% 및 24.7%로 측정되었으며 평균값은 24.8%로 측정되었다.
<표면 발수성 확인>
표면 발수성은 물의 접촉각을 측정하여 확인하였다. 제조예 1 및 제조예 5의 발포액을 각각 이용하여 두께 160㎛의 발포체층을 형성한 각 시트를 시료로 이용하였으며, 시료의 발포체층 표면 위에 10㎕의 물방울을 떨어뜨리고 생성되는 표면 및 액적 사이의 각도를 정적접촉각 측정장비(독일 Kruss사)를 사용하여 측정하였다. 측정환경은 24℃ 습도 50%로 하였으며, 1개 시료마다 3회 측정하고 평균을 구한 결과, 제조예 1의 경우 92.8°, 100.2°및 93.5°로 측정되고, 제조예 5의 경우, 118.5°, 121.2° 및 119.2°로 측정되었다. 각 시료의 물 접촉각은 90 내지 130°로 확인되어 모든 시료의 물 접촉각이 통상 발수성을 가지는 것으로 알려진 최소 접촉각인 90°를 초과하는 값을 갖는 것으로 나타나, 제조된 발포체층이 우수한 발수성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
<제조예 2 내지 4의 충격흡수성 및 물성 확인>
제조예 2 내지 4의 발포액을 이용하여 형성된 발포시트를 시료로 하여 충격흡수율, 단위 두께당 충격흡수율(SA), 인장강도 및 신율을 측정하고 그 값을 하기 표 3에 기재하였다.
충격흡수율은 전술한 것과 동일하게 자유낙하충격 측정 장치(‘SurTA High Resolution Drop Impact Tester’Chemilab사 제조)를 이용하여 측정된 충격흡수성능 값을 이용하여 측정하였다. 2.7g의 무게를 갖는 충격구를 높이 150mm, 200mm, 250mm로 자유낙하 시켜 충격하중을 높여가며 충격하중으로 측정하였다. 시료를 실장하지 않은 상태에서 초기 충격하중의 피크탑(blank)을 측정하여 기록하고 시료 실장 후 초기 충격하중의 피크탑을 측정하여 기록하였다. 상기 수학식 1을 이용하여 각 시료별 200mm 높이의 충격흡수율을 구하였으며, 이때, 상기 수학식 1의 발포시트는 본 시험예의 시료를 의미한다. 다음으로 상기 충격흡수율을 시트 두께(㎛)로 나누어 단위 두께당 충격흡수율(SA)을 구하였다. 이때, 상기 발포시트는 본 시험예의 시료를 의미한다.
밀도(g/cc)는 이형필름층을 제거한 시트를 200mm×200mm 크기로 잘라 최소 눈금 1㎛ 디지털두께 게이지로 두께를 측정하여 체적을 구한 다음, 시편을 최소 눈금 0.001g의 정밀저울로 측정하고, 측정한 체적과 무게로부터 구하였다.
인장강도 및 신율은 KS M ISO 1798 시험규격에 따라 충격흡수 시트 시편을 준비하여 측정하였다. 틀칼의 폭은 10mm를 사용하였으며, UTM을 이용하여 3회 반복 측정하고 평균값을 얻었다.
제조예2 제조예3 제조예4
두께 ㎛ 200 200 200
충격흡수율(2.7g, 200mm) % 23 20 19
단위 두께당
충격흡수율(SA)		 %/㎛ 0.14 0.13 0.12
인장 강도 kg/cm2 6.0 7.3 9.7
신율 % 150 162 181
확인된 성능시험의 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발포시트는 우수한 물성 및 충격흡수성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 발포시트는 박막으로 우수한 성능을 나타내므로, 슬림한 고집적 전자기기용으로 적용되기 적합하다.
10: 이형필름
20: 발포층
30: 기재필름
40: 인쇄층
50: PET 필름
60: 점착층
70: 엠보필름

Claims (7)

  1. 아크릴계 수지 및 수성 폴리우레탄 수지를 포함하는 연속 기포 구조의 발포층을 포함하되,
    80 내지 300㎛ 두께 자유낙하형 충격시험에 있어서, 하기 수학식 1에 따른 충격흡수율(%)을 시트 두께로 나눈 값이 최소 0.1인, 발포시트.
    [수학식 1]
    Figure pat00005

    (상기 수학식 1에서, Fi는 보강판에 충격구를 낙하시켰을 때 충격하중이고, Fs는 보강판 위에 발포시트를 장착 후 충격구를 낙하시켰을 때의 충격하중이다.)
  2. 제 1항에 있어서,
    고온다습환경에서 초기두께의 60%를 압축한 상태로 2시간 방치하고 압축을 해제한 뒤 24±1℃에서 하루 경과 후 두께를 측정하여 하기 수학식 2에 따라 얻은 영구 압축 변형률이 25% 이하인, 발포시트.
    [수학식 2]
    Figure pat00006

    (상기 수학식 2에서, T1은 처음 시편의 두께를, T2는 시험 후 시편의 두께를 의미한다.)
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 아크릴계 수지는 이온계 아크릴 에멀젼에서 유래된 것인, 발포시트.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 아크릴계 수지 및 상기 수성 폴리우레탄 수지의 중량비는 1:0.33 내지 0.38인, 발포시트.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 발포층의 겉보기 밀도가 0.2 내지 1.0g/cm3 인, 발포시트.
  6. 제 1항에 있어서,
    이형필름; 및
    상기 이형필름의 적어도 일측면상에 형성되는 점착층; 을 더 포함하고,
    상기 발포층은 상기 점착층상에 형성되는, 발포시트.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 발포층의 일측면상에 흑색층이 형성된 PET 필름이 부착되는, 발포시트.
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