KR20240000069A - 전자파 차폐용 고분자 복합소재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

전자파 차폐용 고분자 복합소재 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자파 차폐용 고분자 복합소재 및 이의 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 전자파 차폐용 고분자 복합소재는 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자와 음전하를 띠는 2차원 전이금속이 정전기적 인력으로 응집된 고분자 복합소재를 포함한다.

Description

전자파 차폐용 고분자 복합소재 및 이의 제조 방법{Polymer composite material for electromagnetic wave shielding and manufacturing method thereof}
본 발명은 우수한 전자파 차폐 성능을 갖는 고분자 복합소재를 산업 적용 가능성이 높은 간단한 공법으로 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
기존의 산업에 요구되는 수준의 전자파 차폐 성능 달성을 위해서는 고분자 수지에 전도성 필러를 과량 충진하여야 하며, 이는 고분자 복합소재 제조 시 가공성의 저하 및 제조 원가 상승을 유발하는 문제점이 있다.
이에 따라, 고분자 수지 내에 그물형 필러 네트워크 구조를 형성시켜 낮은 전도성 필러 함량에서도 우수한 전자파 차폐 성능을 달성하도록 하기 위한 연구가 다수 이뤄지고 있으나, 산업 적용에 비효율적인 제조 방법이 요구되어 산업 전반에 걸쳐 적용이 어려운 단점이 있다.
본 발명의 일 목적은 양이온 계면활성제를 기반으로 하여 전자파 차폐에 효율적인 그물형 필러 네트워크 구조를 갖는 고분자 복합소재를 진공 여과 방식, 열압착 방식과 같이 산업 적용 가능성이 높은 단순한 공정으로 구현할 수 있는 전자파 차폐용 고분자 복합소재 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적은 우수한 전자파 차폐 성능을 갖는 전자파 차폐용 고분자 복합소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐용 고분자 복합소재는 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자와 음전하를 띠는 2차원 전이금속이 정전기적 인력으로 응집된 고분자 복합소재를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 고분자 복합소재에 포함된 2차원 전이금속은 그물형 필러 네트워크 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 2차원 전이금속은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Mn+1XnTx
상기 화학식 1에서 M은 앞 전이금속(early transition metal)이고, X는 탄소 또는 질소 중 어느 하나를 포함하고, n은 1 내지 4의 정수이며, Tx는 표면 작용기로써 =O, -OH, -F 중 어느 하나이다.
일 실시예에 있어서, 상기 고분자 복합소재 전체 중량에 대해, 상기 2차원 전이금속의 함량이 3 내지 7 wt% 일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자는, 열가소성 고분자 수지로 이루어진 입자, 및 상기 입자의 표면에 결합된 양이온 계면활성제를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 열가소성 고분자 수지로 이루어진 입자는 ABS 수지, PC(polycarbonate), PLA(poly lactic acid), PET(polyethylene terephthalate), PBT((polybutylene terephthalate), PU(polyurethane) 및 PS(polystyrene) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 양이온 계면활성제는 트리에틸아민염산염(triethylamine hydrochloride), 옥테니딘염산염(octenidine dihydrochloride), 브로민화 세트리모늄(hexadecyltrimethylammonium bromide), 세틸피리디늄 클로라이드(cetylpyridinium chloride), 염화 벤제토늄(benzethonium chloride) 및 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드(dimethyldioctadecylammonium chloride) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자파 차폐용 고분자 복합소재 제조 방법은, 열가소성 고분자 수지를 포함하는 제1 용액과 양이온 계면활성제를 포함하는 제2 용액을 혼합하여 에멀젼을 제조하는 제1 단계, 상기 에멀젼을 친수성 용매에 첨가하여 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자를 침전시키는 제2 단계, 음전하를 띠는 2차원 전이금속 현탁액을 첨가하여 상기 입자와 2차원 전이금속을 정전기적 인력으로 응집시키는 제3 단계, 및 혼합액을 진공 여과하고 건조하는 제4 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 열가소성 고분자 수지는 ABS 수지, PC(polycarbonate), PLA(poly lactic acid), PET(polyethylene terephthalate), PBT((polybutylene terephthalate), PU(polyurethane) 및 PS(polystyrene) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 양이온 계면활성제는 트리에틸아민염산염(triethylamine hydrochloride), 옥테니딘염산염(octenidine dihydrochloride), 브로민화 세트리모늄(hexadecyltrimethylammonium bromide), 세틸피리디늄 클로라이드(cetylpyridinium chloride), 염화 벤제토늄(benzethonium chloride) 및 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드(dimethyldioctadecylammonium chloride) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 2차원 전이금속은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Mn+1XnTx
상기 화학식 1에서 M은 앞 전이금속(early transition metal)이고, X는 탄소 또는 질소 중 어느 하나를 포함하고, n은 1 내지 4의 정수이며, Tx는 표면 작용기로써 =O, -OH, -F 중 어느 하나이다.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 단계에서, 상기 입자와 2차원 전이금속의 전체 중량에 대해 상기 2차원 전이금속의 함량이 3 내지 7 wt% 가 되도록 상기 현탁액을 첨가할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제4 단계에서 제조된 전자파 차폐용 고분자 복합소재를 열을 가하여 압착시키는 제5 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제5 단계 후 제조된 고분자 복합소재에 포함된 2차원 전이금속은 그물형 필러 네트워크 구조를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 형태로, 상기 제조 방법에 따라 제조되고, 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자와 음전하를 띠는 2차원 전이금속이 정전기적 인력으로 응집된 고분자 복합소재를 포함하는 전자파 차폐용 고분자 복합소재를 들 수 있다.
본 발명에 따르면, 양이온 계면활성제를 기반으로 양전하가 부여되어 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자와 음전하를 띠는 2차원 전이금속을 정전기적 인력으로 응집하고 진공 여과하고, 이를 열압착하는 단순한 공정을 통해, 전자파 차폐에 효율적인 그물형 필러 네트워크를 갖는 고분자 복합소재를 제조할 수 있어 산업에 효율적인 적용이 가능하다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 고분자 복합소재는 낮은 전도성 필러 함량으로도 우수한 전자파 차폐 성능을 나타내며, 이에 경량화 등으로 전자파 차폐용 고분자 복합소재에 대한 니즈가 있는 미래 모빌리티 부품 시장에서 기존의 금속 소재를 대체하여 활발히 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐용 고분자 복합소재 제조 방법을 나타낸 모식도 및 제조된 전자파 차폐 시편 이미지를 나타낸다.
도 2는 음전하를 띠는 2차원 전이금속(MXene)과 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자(PC)의 표면전하를 확인할 수 있는 Zeta potential 측정 결과이다.
도 3은 제조예 1에 따라 진공 건조 후 얻어진 실시예 1((a)-(b)), 실시예 4((c)-(d))의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 이미지이다.
도 4(a)는 실시예 4에 따른 전자파 차폐 시편의 단면을 주사전자현미경으로 촬영한 이미지이고, (b)는 실시예 4에 따른 전자파 차폐 시편의 단면을 에너지분산형 분광분석기를 통해 Titanium (Ti) 원소를 타겟으로 그린 원소 맵핑 이미지이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐용 고분자 복합소재 제조 방법을 나타낸 모식도 및 제조된 전자파 차폐 시편 이미지를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 차폐용 고분자 복합소재는 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자와 음전하를 띠는 2차원 전이금속이 정전기적 인력으로 응집된 고분자 복합소재를 포함할 수 있다.
본 발명은 2차원 전이금속과 열가소성 고분자 수지 입자의 정전기적 응집 현상을 유도하기 위해, 양이온 계면활성제를 사용하여 열가소성 고분자 수지의 표면에 양전하를 부여하며, 이로 인해 열가소성 수지 입자는 양전하를 띠게 된다.
구체적으로, 상기 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자는, 열가소성 고분자 수지로 이루어진 입자, 및 상기 입자의 표면에 결합된 양이온 계면활성제를 포함할 수 있다.
이때, 상기 열가소성 고분자 수지로 이루어진 입자는 특별히 제한되는 것은 아니나, ABS 수지, PC(polycarbonate), PLA(poly lactic acid), PET(polyethylene terephthalate), PBT((polybutylene terephthalate), PU(polyurethane) 및 PS(polystyrene) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 양이온 계면활성제는 트리에틸아민염산염(triethylamine hydrochloride), 옥테니딘염산염(octenidine dihydrochloride), 브로민화 세트리모늄(hexadecyltrimethylammonium bromide), 세틸피리디늄 클로라이드(cetylpyridinium chloride), 염화 벤제토늄(benzethonium chloride) 및 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드(dimethyldioctadecylammonium chloride) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명에서 사용되는 2차원 전이금속은 전자파 차폐를 위한 물질이며, 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자와의 정전기적 응집 현상을 유도하기 위해, 음전하를 띠는 물질을 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 2차원 전이금속은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Mn+1XnTx
상기 화학식 1에서 M은 앞 전이금속(early transition metal)이고, X는 탄소 또는 질소 중 어느 하나를 포함하고, n은 1 내지 4의 정수이며, Tx는 표면 작용기로써 =O, -OH, -F 중 어느 하나이다.
한편, 본 발명에 따른 고분자 복합소재가 우수한 전자파 차폐 성능을 얻을 수 있도록, 복합소재 전체 중량에 대해, 상기 2차원 전이금속(예를 들어, MXene)의 함량은 3 내지 7 wt% 인 것이 바람직하다. 전체 중량 대비 2차원 전이금속의 함량이 3 wt% 인 경우부터 급격히 전자파 차폐 효과가 증가하여 나타나며, 7 wt%를 초과하는 경우, 2차원 전이금속과 열가소성 수지가 응집되어 있는 것 이외에 초과의 2차원 전이금속이 많이 존재하게 되어, 이에 의해 진공 여과가 잘 일어나지 않기 때문에 복합소재의 제조 자체가 어려운 문제점이 존재한다.
한편, 본 발명의 고분자 복합소재에 포함된 2차원 전이금속은 전자파 차폐에 효율적인 그물형 필러 네트워크 구조를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 고분자 복합소재는 낮은 전도성 필러 함량으로 우수한 전자파 차폐 성능을 구현할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 고분자 복합소재는 두께 약 1 mm 내외의 전자파 차폐 시편으로 제작될 수 있고, 8.2 GHz - 12 GHz 주파수 구간에 대해 최소 1.23에서 최대 24.80 dB 의 전자파 차폐 효율을 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자파 차폐용 고분자 복합소재 제조 방법은 하기 제1 내지 제4 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 열가소성 고분자 수지를 포함하는 제1 용액과 양이온 계면활성제를 포함하는 제2 용액을 혼합하여 에멀젼을 제조하는 제1 단계를 수행할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 용액은 열가소성 고분자 수지의 용해를 위해 유기용매를 포함하고, 상기 제2 용액은 양이온 계면활성제의 용해를 위한 초순수를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 유기용매는 예를 들어, DCM(Dichloromethane), DMF(Dimethylformamide), Chloroform 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 열가소성 고분자 수지는 ABS 수지, PC(polycarbonate), PLA(poly lactic acid), PET(polyethylene terephthalate), PBT((polybutylene terephthalate), PU(polyurethane) 및 PS(polystyrene) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하고, 상기 양이온 계면활성제는 트리에틸아민염산염(triethylamine hydrochloride), 옥테니딘염산염(octenidine dihydrochloride), 브로민화 세트리모늄(hexadecyltrimethylammonium bromide), 세틸피리디늄 클로라이드(cetylpyridinium chloride), 염화 벤제토늄(benzethonium chloride) 및 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드(dimethyldioctadecylammonium chloride) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이와 같이, 상기 제1 단계에서 제1 용액 및 제2 용액의 혼합에 의해 에멀젼이 형성된다.
다음으로, 상기 에멀젼을 친수성 용매에 첨가하여 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자를 침전시키는 제2 단계를 수행한다. 여기서, 상기 친수성 용매는 예를 들어, 에탄올, 메탄올, 아세톤 등을 사용할 수 있다. 상기 에멀젼과 친수성 용매의 용해도 차이에 의해 양전하가 부여되어 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자가 침전된다.
이후, 음전하를 띠는 2차원 전이금속 현탁액을 첨가하여 상기 입자와 2차원 전이금속을 정전기적 인력으로 응집시키는 제3 단계를 수행한다. 상기 입자와 2차원 전이금속은 서로 다른 전하를 띠므로 정전기적 인력으로 응집되게 된다.
일 실시예에 있어서, 상기 음전하를 띠는 2차원 전이금속은 하기 화학식 1로 표시되는 물질을 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Mn+1XnTx
상기 화학식 1에서 M은 앞 전이금속(early transition metal)이고, X는 탄소 또는 질소 중 어느 하나를 포함하고, n은 1 내지 4의 정수이며, Tx는 표면 작용기로써 =O, -OH, -F 중 어느 하나이다.
한편, 상기 제3 단계에서, 고분자 복합소재가 우수한 전자파 차폐 성능을 얻고 복합소재의 제조가 용이하도록, 상기 입자와 2차원 전이금속의 전체 중량에 대해 상기 2차원 전이금속의 함량이 3 내지 7 wt% 가 되도록 상기 현탁액을 첨가하는 것이 바람직하다.
전체 중량 대비 2차원 전이금속의 함량이 3 wt% 인 경우부터 급격히 전자파 차폐 효과가 증가하여 나타나며, 7 wt%를 초과하는 경우, 2차원 전이금속과 열가소성 수지가 응집되어 있는 것 이외에 초과의 2차원 전이금속이 많이 존재하게 되어, 이에 의해 후술할 제4 단계의 진공 여과가 잘 일어나지 않기 때문에 복합소재의 제조 자체가 어려운 문제점이 존재한다.
다음으로, 혼합액을 진공 여과하고 건조하는 제4 단계를 수행할 수 있다. 상기 제4 단계의 진공 여과 후 얻은 복합소재 분말을 60 내지 100℃ 의 온도에서 약 10 ~ 14 시간 동안 진공 건조시켜 낮은 전도성 필러 함량으로도 높은 전자파 차폐 성능을 구현할 수 있는 고분자 복합소재를 제조할 수 있다.
한편, 본 발명은, 상기 제4 단계에서 제조된 전자파 차폐용 고분자 복합소재를 열을 가하여 압착시키는 제5 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제5 단계는 열압착 성형기로 고분자 복합소재를 성형하여 균일한 두께의 전자파 차폐 시편을 제작하기 위한 것이다. 일 실시예에 있어서, 상기 제5 단계에서 약 180 ~ 220℃ 의 온도에서 40 내지 50 MPa 압력으로 복합소재를 열압착하여, 균일한 두께(약 1 내지 2 mm)의 전자파 차폐 시편을 제조할 수 있다.
상기 제5 단계 후 제조된 고분자 복합소재에 포함된 2차원 전이금속은 전자파 차폐에 효율적인 그물형 필러 네트워크 구조를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 고분자 복합소재는 낮은 전도성 필러 함량으로 우수한 전자파 차폐 성능을 구현할 수 있으며, 이에 경량화 등으로 전자파 차폐용 고분자 복합소재에 대한 니즈가 있는 미래 모빌리티 부품 시장에서 기존의 금속 소재를 대체하여 활발히 적용 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 양이온 계면활성제를 기반으로 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자와 음전하를 띠는 2차원 전이금속을 정전기적 인력으로 응집하고 진공 여과하고, 이를 열압착하는 단순한 공정을 통해, 전자파 차폐에 효율적인 그물형 필러 네트워크를 갖는 고분자 복합소재를 제조할 수 있어 산업에 효율적인 적용이 가능하다.
즉, 본 발명의 제조 방법에 따라 간편한 공정으로 제조된 본 발명의 고분자 복합소재는, 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자와 음전하를 띠는 2차원 전이금속이 정전기적 인력으로 응집된 고분자 복합소재를 포함하며, 전자파 차폐에 효율적인 그물형 필러 네트워크 구조를 가져, 8.2 GHz - 12 GHz 주파수 구간에 대해 최소 1.23 내지 24.80 dB 의 전자파 차폐 효율을 나타낼 수 있다.
이하에서는, 구체적인 실시예들 및 비교예를 통해서 본 발명의 전자파 차폐용 고분자 복합소재 및 이의 제조 방법에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 일부 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
<제조예1: 전자파 차폐용 고분자 복합소재 제조>
펠렛 타입의 열가소성 고분자 수지(Polycarbonate, PC)를 유기용매(Dichloromethane, DCM)에 용해시키고, 양이온 계면활성제(Hexadecyltrimethylammonium bromide, CTAB)을 초순수에 용해시켜 호모게나이저(Homogenizer)를 통해 에멀전화 하였다.
다음으로, 친수성 용매(Ethanol, EtOH)에 열가소성 고분자 수지 에멀전을 첨가하여 용해도 차이를 통해 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자를 침전시키고, 음전하를 띠는 2차원 전이금속(Ti3C2Tx, MXene)을 첨가하여 열가소성 고분자 수지 입자와 2차원 전이금속을 정전기적 인력으로 응집시켰다.
도 2는 음전하를 띠는 2차원 전이금속(MXene)과 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자(PC)의 표면전하를 확인할 수 있는 Zeta potential 측정 결과이다. 도 2를 참조하면, 열가소성 고분자 수지 입자와 2차원 전이금속이 서로 반대 표면전하를 가지므로 정전기적 인력으로 응집될 수 있음을 알 수 있다.
한편, 2차원 전이금속 함량을 다양하게 하여 복합소재를 제조하였다. 구체적으로, 전체 용액의 총 중량 대비, 2차원 전이금속이 0 내지 7 중량%가 되도록, 전이금속 현탁액(4mg/g)을 열가소성 고분자 수지 현탁액에 다양하게 첨가하여 열가소성 고분자 수지 입자와 2차원 전이금속을 정전기적 인력으로 응집시켰다. 이후, 혼합액을 진공여과하여 얻은 복합소재 분말을 80℃에서 12시간 동안 진공 건조하였다. 구체적인 복합소재 분말의 함량은 하기 표 1과 같다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7
열가소성 고분자 수지
(중량%)
100 99.5 99 98 97 95 93
2차원 전이금속
(중량%)
0 0.5 1 2 3 5 7
도 3은 진공 건조 후의 실시예 1(도 3(a)-(b)), 실시예 4(도 3(c)-(d))의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 이미지이다.
도 3을 보면, 열가소성 고분자 수지만으로 구성된 실시예 1의 모습을 관찰할 수 있고, 실시예 4의 경우 MXene과 열가소성 고분자 수지 입자가 서로 응집되어 있는 것을 관찰할 수 있다.
<제조예2: 전자파 차폐 시편 제조>
전자파 차폐 성능 확인을 위해, 상기 제조예1에서 얻어진 실시예 1 내지 7의 복합소재 분말을 200℃에서 45 MPa 압력으로 열압착하여 전자파 차폐 시편을 제작하고 2차원 전이금속 함량 증가에 따른 전자파 차폐 성능을 확인하였다.
구체적으로, 실시예 1 내지 실시예 7에 대해 가로 및 세로 각각 41.4 mm, 두께 1 mm 내외의 전자파 차폐 시편을 제작하였고, 전자파 차폐 성능 평가는 Waveguide method 로 X-band (8.2 GHz-12 GHz) 주파수 구간에 대해 전자파 차폐 성능 효율(dB)을 측정하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7
EMI SE
(dB)
0.73 1.23 1.91 2.23 11.60 20.59 24.80
전자파 차폐 성능 평가 결과를 나타낸 표 2를 참조하면, MXene 함량 증가에 따라 전자파 차폐 성능이 향상되는 것이 확인되었다. 특히, MXene 함량이 3 wt% 인 실시예 5는 실시예 4에 비해 현저한 전자파 차폐 성능 증가를 나타냈으며, MXene 함량이 3 내지 7 wt% 인 실시예 5 - 7 의 경우 우수한 전자파 차폐 성능을 보였다.
도 4(a)는 실시예 4에 따른 전자파 차폐 시편의 단면을 주사전자현미경으로 촬영한 이미지이다. 도 4(a)를 보면, 2차원 전이금속(MXene)으로 보이는 흰색 물질이 그물형 필러 네트워크 구조를 형성함을 확인할 수 있다.
도 4(b)는 도 4(a)의 흰색 물질이 2차원 전이금속임을 증명하기 위해, 에너지분산형 분광분석기를 통해 Titanium (Ti) 원소를 타겟으로 그린 원소 맵핑 이미지이다. 붉은 점은 Ti 원소의 위치를 나타내며 2차원 전이금속의 구조식(Ti3C2Tx)에만 포함된 Ti 원소 위치를 통해 2차원 전이금속이 그물형 필러 네트워크를 형성함을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자와 음전하를 띠는 2차원 전이금속이 정전기적 인력으로 응집된 고분자 복합소재를 포함하는,
    전자파 차폐용 고분자 복합소재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 복합소재에 포함된 2차원 전이금속은 그물형 필러 네트워크 구조를 갖는 것인,
    전자파 차폐용 고분자 복합소재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2차원 전이금속은 하기 화학식 1로 표시되는 것인, 전자파 차폐용 고분자 복합소재:
    [화학식 1]
    Mn+1XnTx
    상기 화학식 1에서 M은 앞 전이금속(early transition metal)이고, X는 탄소 또는 질소 중 어느 하나를 포함하고, n은 1 내지 4의 정수이며, Tx는 표면 작용기로써 =O, -OH, -F 중 어느 하나이다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 복합소재 전체 중량에 대해, 상기 2차원 전이금속의 함량이 3 내지 7 wt% 인 것을 특징으로 하는,
    전자파 차폐용 고분자 복합소재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자는,
    열가소성 고분자 수지로 이루어진 입자; 및
    상기 입자의 표면에 결합된 양이온 계면활성제;를 포함하는 것인,
    전자파 차폐용 고분자 복합소재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열가소성 고분자 수지로 이루어진 입자는 ABS 수지, PC(polycarbonate), PLA(poly lactic acid), PET(polyethylene terephthalate), PBT((polybutylene terephthalate), PU(polyurethane) 및 PS(polystyrene) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전자파 차폐용 고분자 복합소재.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 양이온 계면활성제는 트리에틸아민염산염(triethylamine hydrochloride), 옥테니딘염산염(octenidine dihydrochloride), 브로민화 세트리모늄(hexadecyltrimethylammonium bromide), 세틸피리디늄 클로라이드(cetylpyridinium chloride), 염화 벤제토늄(benzethonium chloride) 및 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드(dimethyldioctadecylammonium chloride) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전자파 차폐용 고분자 복합소재.
  8. 열가소성 고분자 수지를 포함하는 제1 용액과 양이온 계면활성제를 포함하는 제2 용액을 혼합하여 에멀젼을 제조하는 제1 단계;
    상기 에멀젼을 친수성 용매에 첨가하여 양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자를 침전시키는 제2 단계;
    음전하를 띠는 2차원 전이금속 현탁액을 첨가하여 상기 입자와 2차원 전이금속을 정전기적 인력으로 응집시키는 제3 단계; 및
    혼합액을 진공 여과하고 건조하는 제4 단계;를 포함하는,
    전자파 차폐용 고분자 복합소재 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열가소성 고분자 수지는 ABS 수지, PC(polycarbonate), PLA(poly lactic acid), PET(polyethylene terephthalate), PBT((polybutylene terephthalate), PU(polyurethane) 및 PS(polystyrene) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하고,
    상기 양이온 계면활성제는 트리에틸아민염산염(triethylamine hydrochloride), 옥테니딘염산염(octenidine dihydrochloride), 브로민화 세트리모늄(hexadecyltrimethylammonium bromide), 세틸피리디늄 클로라이드(cetylpyridinium chloride), 염화 벤제토늄(benzethonium chloride) 및 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드(dimethyldioctadecylammonium chloride) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전자파 차폐용 고분자 복합소재 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 2차원 전이금속은 하기 화학식 1로 표시되는 것인, 전자파 차폐용 고분자 복합소재 제조 방법:
    [화학식 1]
    Mn+1XnTx
    상기 화학식 1에서 M은 앞 전이금속(early transition metal)이고, X는 탄소 또는 질소 중 어느 하나를 포함하고, n은 1 내지 4의 정수이며, Tx는 표면 작용기로써 =O, -OH, -F 중 어느 하나이다.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제3 단계에서,
    상기 입자와 2차원 전이금속의 전체 중량에 대해 상기 2차원 전이금속의 함량이 3 내지 7 wt% 가 되도록 상기 현탁액을 첨가하는 것을 특징으로 하는,
    전자파 차폐용 고분자 복합소재 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제4 단계에서 제조된 전자파 차폐용 고분자 복합소재를 열을 가하여 압착시키는 제5 단계;를 더 포함하는 것인,
    전자파 차폐용 고분자 복합소재 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제5 단계 후 제조된 고분자 복합소재에 포함된 2차원 전이금속은 그물형 필러 네트워크 구조를 갖는 것인,
    전자파 차폐용 고분자 복합소재 제조 방법.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따라 제조되고,
    양전하를 띠는 열가소성 고분자 수지 입자와 음전하를 띠는 2차원 전이금속이 정전기적 인력으로 응집된 고분자 복합소재를 포함하는,
    전자파 차폐용 고분자 복합소재.
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