KR101154502B1

KR101154502B1 - 차단성과 전기전도성이 우수한 수지 복합체 및 이를 이용한 성형품

Info

Publication number: KR101154502B1
Application number: KR1020090125454A
Authority: KR
Inventors: 이종일; 김송호; 서성식
Original assignee: 호남석유화학 주식회사
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2012-06-13
Also published as: KR20110068479A

Abstract

본 발명은 높은 전기전도성과 수분 및 가스 차단성을 가짐으로써 정전기 방전(ESD) 재료 등으로 사용될 수 있는 열가소성 고분자를 포함하는 정전분산성 수지 복합체 및 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 탄소나노튜브, 흑연 입자 및 열가소성 고분자 수지를 포함하며, 상기 탄소나노튜브와 흑연 입자가 열가소성 고분자 수지 내에 균일하게 분산되어 전기전도성과 수분 및 가스 차단성이 우수한 수지 복합체, 이를 이용한 성형품, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

차단성, 전기전도성, 정전분산성, 수지

Description

차단성과 전기전도성이 우수한 수지 복합체 및 이를 이용한 성형품{THERMOPLASTIC POLYMER COMPOSITE HAVING IMPROVED BARRIER PROPERTIES AND ELECTRICAL CONDUCTIVITY AND THE PRODUCT MADE THEREFROM}

본 발명은 높은 전기전도성과 수분 및 가스 차단성을 갖는 열가소성 수지 복합체 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 탄소나노튜브와 흑연 입자가 열가소성 수지 내에 균일하게 분산되어 전기전도성과 차단성이 우수한 수지의 복합체, 이를 이용한 성형품, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 수지 복합체 및 이를 이용한 성형품은 높은 전기전도성과 수분 및 가스 차단성을 가지므로 정전분산(ESD) 및 전자파 차폐 재료(EMI) 등으로 적합하다.

본 발명은 높은 전기전도성과 수분 및 가스 차단성을 갖는 열가소성 고분자 혼합물의 조성 및 제조 방법에 관한 것으로서, 높은 전기전도성과 수분 및 가스 차단성으로 인하여 정전기 방전(ESD) 재료 등의 용도로 사용될 수 있다.

전기전자 산업의 발달에 따른 전자부품 및 반도체의 고집적화에 의해 정전기 발생으로 인한 제품의 기능저하 및 제품손상 등의 피해가 늘어나고 있다. 국내 전 기전자 관련 연간 총생산 규모는 700조원에 달하는 것으로 평가되고 있으며, 전기전자 산업 분야의 불량률 중 정전기로 인한 비중은 약 33%로 추정되며, 연간 수천억원에 달하는 것으로 알려져 있다.

상기와 같은 대전된 정전기에 의한 장해를 방지하기 위해서는 발생 전하를 제거, 중화, 누설시키는 정전기 분산 또는 방사가 필수적으로 요구된다. 이를 위하여 전도성 소재가 필요하며, 이들 전도성 소재는 적절한 수준의 표면저항값 (surface resistivity)을 가지고 있어야 한다. 대한민국 산업 표준 (KS C IEC 61340-5-1)에 따르면, 정전기 확산 (electrostatic dissipative, ESD) 소재는 10⁵~10¹¹Ohms/sq의 표면저항값을 갖는 것으로 정의되어 있다.

또한, 전기전자 제품 및 부품의 경우, 수분 및 가스에 의한 오염, 부식으로 인한 피해 역시 발생하며 상술한 바와 같은 전자부품의 발달 추세로 인하여 수분 및 가스에 대한 민감성이 높아져 가고 있으므로 정전기 방전 (ESD) 포장재로 사용되기 위해서 전기전도성 뿐만 아니라 수분 및 가스 차단성 역시 요구되고 있다.

상기한 바와 같은 ESD 포장재의 제조를 위해 현재 여러 가지 방법이 쓰이고 있다. 그 중 가장 일반적으로 카본 블랙을 사용하는 것이 알려져 있다. 이를 원하는 물성을 갖는 고분자에 혼합하거나 표면에 코팅함으로써 10⁴ Ohms/sq에 이르는 표면저항값을 달성할 수 있어 널리 사용되고 있으나, 적절한 전도성을 갖기 위하여 과도한 함량이 요구되어 최종 제품 성형 후 표면에서 묻어나오는(Sloughing) 문제점이 있어 전자제품의 오염을 유발할 수 있으며, 입자의 종횡비가 높지 않아 수분 및 가스 차단성을 발휘하지 못한다.

계면활성제 역시 ESD 포장재를 제조하기 위해 사용되며, 정전기방전(ESD) 소재로써 적절한 수준의 표면저항값을 달성할 수 있다. 하지만, 전도성을 나타내기 위하여 표면에 수분이 필요하므로, 습도가 20% 이하인 환경 하에서는 전도성을 갖지 못하고, 시간이 지남에 따라 내부의 계면활성제가 표면으로 이동하는 거동을 보이므로 표면과 접촉하는 물질의 오염 문제가 대두될 수 있으며, 수분 및 가스 차단성을 전혀 발휘하지 못한다.

또한, 전도성 고분자를 이용하여 전도성 소재를 제조할 수 있다. 그러나, 합성 후 용융 및 용해의 어려움으로 인하여 고분자와의 혼합이나 코팅 등이 쉽지 않은 문제점을 보이고 있으며, 또한 다층 성형이 필요한 경우가 대부분이므로 필요 설비가 많아지고, 공정이 복잡해지는 문제를 갖고 있다.

근래에 들어 전도성 소재를 제조하기 위해 탄소나노튜브가 널리 사용되고 있다. 탄소나노튜브는 탄소 6개로 이루어진 육각형 모양이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있으며, 전기전도도는 금속인 구리와 비슷한 수준인 것으로 알려져 있다. 그러나, 탄소 나노 튜브는 우수한 물성에도 불구하고 다른 재료와의 상용성이 낮아서 다른 유용한 재료와 함께 사용하여 상승적 효과를 얻는데 한계가 있었다. 또한, 탄소나노튜브를 열가소성 고분자 수지에 분산시켜 정전기 방전 (ESD) 포장재로써 충분한 수준의 전기전도도를 얻을 수 있으나, 수분 및 가스 차단성이 만족되지 않는 문제점이 있다.

정전기 방전(ESD) 포장재로써 필요한 특성인 수분 및 가스 차단성은 일반적 으로 알루미늄 증착을 통하여 부여되고 있다. 이를 시행하기 위해서는 제품 제조시 증착을 위하여 추가적인 설비가 필요하고, 추가공정이 필요하여 공정이 복잡해지는 어려움이 발생한다.

상기와 같은 수분 및 가스 차단 효과를 부여하기 위하여 판상의 형태를 지닌 물질을 고분자 수지 내에 분산하여 수분 및 가스가 복합체의 내부를 통과하는데 장해로 작용하여 만족할 만한 수분 및 가스 차단성을 얻을 수 있다. 이러한 이유로 판상의 나노클레이를 고분자 수지 내에 박리 및 분산시켜 수분 및 가스 차단성을 복합체에 부여하는 기술이 발전하게 되었다. 특허 제578769호에는 In-situ 중합법으로 적절하게 선정한 나노 클레이 미네랄 및 유기화처리 층상 실리케이트를 함유하여 분산성, 투명성 및 가스차단성이 향상된 폴리에스터 나노복합재를 제조에 관해 개시하고 있다. 상기의 나노클레이를 사용함으로써 수분 및 가스 차단성을 갖는 복합체를 단순한 공정을 통하여 생산이 가능할 수 있으나, 나노클레이는 전기전도성을 가지지 못하여 정전기 방전 (ESD) 포장재에 포함되는 물질로써 적합하지 않다. 특허 제578769호에는 In-situ 중합법으로 적절하게 선정한 나노 클레이 미네랄 및 유기화처리 층상 실리케이트를 함유하여 분산성, 투명성 및 가스차단성이 향상된 폴리에스터 나노복합재를 제조에 관해 개시하고 있으나, 나노 클레이를 사용할 경우 가스차단성을 발휘할 수 있으나, 전기전도성은 발현하지 못한다.

판상을 갖고 있는 또다른 물질로 흑연을 들 수 있다. 흑연은 판상의 탄소층이 층층이 쌓여 약한 반 데르 발스 힘(van der Waals force) 으로 결합되어 있는 물질로써, 높은 종횡비를 가지므로 수분 및 가스 차단성을 기대할 수 있으며, 우수 한 전기전도성을 보인다. 예를 들면, 특허 제0550808호에는 프레이크 및 수지상 결정형, 미립자형, 무정형으로 된 금속 혹은 금속 합금체, 카본 블랙 또는 흑연을 소재로 한 전도성 페이스트 및 고무시트에 대해 개시하고 있다. 그러나 열가소성 수지 내부에 포함되어 복합체를 형성할 때, 흑연 입자가 흐름 방향으로 배향되어 전도 통로(Conducting Path)가 원활히 형성되지 못하므로 정전기 방전 (ESD) 포장재로써 사용되기 위해 적절한 전기전도성을 나타내려면 과도한 함량이 요구되어 표면에서 입자가 묻어나오는 현상이 일어날 수 있다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하는 것으로, 본 발명의 목적은 탄소나노튜브와 흑연입자가 열가소성 고분자 수지 내에 균일하게 분산됨으로써 높은 전기전도성과 수분 및 가스 차단성을 갖는 정전기 방전(ESD) 및 전자파 차폐 재료(EMI) 등으로 적합한 열가소성 수지 복합체 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 탄소나노튜브와 흑연입자를 이용하여 높은 전기전도성과 수분 및 산소 차단성을 갖는 수지 복합체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로는 상기 수지 복합체는 탄소나노튜브가 0.1 내지 5.0 중량%와 흑연 입자 1.0 내지 10 중량%, 열가소성 고분자 수지 85.0 내지 98.9중량%가 균일하게 분산되어 있는 수지 복합체이다.

상기 복합체의 표면저항은 10⁴ 내지 10⁹ Ohms/sq인 것이 바람직하며, 10⁴ Ohms/sq 미만일 경우, 전기적 충격을 완화하지 못하고 전달하므로 정전기 방전 (ESD) 소재 용도로 적합하지 않으며, 10⁹ Ohms/sq 초과일 경우, 낮은 전기전도도로 인하여 전기적 보호 기능을 발휘할 수 없으므로 바람직하지 못하다.

상기 복합체에 있어 산소 투과도는 4.0 (20℃ dry g/m2/24hr/atm)이하인 것이 바람직하다. 복합체의 산소 투과도가 4.0 (20℃ dry g/m2/24hr/atm)를 초과할 경우, 상기 복합체가 제품의 포장 용도로 사용될 때, 높은 투과도로 인하여 진공 포장을 시행하지 못하는 한계점이 있다.

상기 복합체에 있어서 투습도는 5.0 (g/m² 24hr) 이하인 것이 바람직하며, 복합체의 투습도가 5.0 (g/m² 24hr)을 초과할 경우, 제품에 수분 침투가 이루어져 내용물을 손상시킴에 따라 정전기방전(ESD) 포장 재료로써 적합하지 않다.

또한 상기 복합체의 바람직한 물성으로서, 낙하충격강도가 70g 이상이어야 하며, sloughing은 발생하지 않는 것이 좋다.

상기 복합체에 사용되는 탄소나노튜브는 복합체 내에 0.1 내지 5.0 중량% 및 바람직하게는 0.3 내지 3중량%로 포함되는 것이 바람직하며. 복합체가 충분한 전기전도도 및 고분자 소재 특유의 내충격성 등의 성질 유지면을 고려하여 상기 바람직한 범위를 선정한 것이다.

상기 복합체에 있어, 탄소 나노 튜브는 그 벽의 개수에 따라 단일벽 탄소 나노 튜브 (single wall carbon nanotube), 이중벽 탄소 나노 튜브 (double wall carbon nanotube), 다중벽 탄소 나노 튜브 (multi wall carbon nanotube)로 나눌 수 있으며, 본 발명에서는 그 종류에 제한을 두지 않으나 다중벽 탄소 나노 튜브를 사용하는 것이 바람직하다. 탄소 나노 튜브의 크기는 특별히 한정되지는 않지만, 직경 0.5~100 nm, 바람직하게는 1~10 nm가 좋으며, 길이는 0.01~100 μm, 바람직하게는 0.5~10 μm 정도의 것이 좋은데, 상기 직경 및 길이 범위에서 전기전도성 및 가공성이 보다 우수하다. 또한, 탄소 나노 튜브는 상기와 같은 크기로 인해 종횡비(aspect ratio) (L/D)가 큰 값을 가지는데, L/D가 100 내지 1,000 이상의 카본 튜브를 사용하는 것이 전기전도성 향상에 좋다.

상기 복합체에 사용되는 흑연 입자의 함량은 1.0 내지 10 중량%, 및 바람직하게는 2 내지 7 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 1.0 중량% 미만의 양이 포함될 경우, 수분 및 가스 차단성이 충분히 발현되지 못할 뿐만 아니라, 전기적 성질에도 효과가 미미하며, 10 중량% 이상이 포함될 경우, 복합체의 물성이 저하되어 정전기 방전(ESD) 소재로 사용하기에 바람직하지 못하다.

상기 복합체에 있어, 흑연은 천연흑연인 인상흑연, 고결정질 흑연 및 합성 흑연인 전기흑연(1차 흑연), 2차 흑연 및 이들을 층으로 분해시킨 박리된 흑연 입자 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 수지 복합체에 있어, 흑연 입자는 입경이 150μm 이하인 흑연 입자가 사용될 수 있으며 예를 들면 5 내지150μm일 수 있다. 흑연 입자는 평면의 탄소층이 층층이 쌓여 약한 반 데르 발스 힘으로 결합되어 있는 형태를 가지며, 높은 전기전도성을 보이고, 상기 복합체에 흑연 입자가 분산됨으로써 수분 및 가스 차단성을 개선할 수 있으며, 전자 이동 경로가 형성되는데 도움을 주어 전기전도성 향상에도 역시 효과를 얻을 수 있다. 150 μm를 초과하는 흑연 입자를 사용할 경우, 복합체 내에 균일한 분산을 이룰 수 없으므로 불균일한 최종 복합체의 특성으로 인해 정전기 방전(ESD) 소재에 사용될 수 없다.

상기 열가소성 고분자 수지 85.0 내지 98.9중량%, 및 바람직하게는 90 내지 97.7중량%이며, 85.0 중량%미만으로 포함될 경우 내충격성 및 연신율과 같은 고분자 특유의 특성이 발현되지 못하며, 98.9 중량% 이상이 포함될 경우 전기전도성과 수분 및 가스 차단성이 충분히 향상되지 못하여 바람직하지 못하다.

상기 열가소성 고분자 수지는 폴리아세탈 수지, 아크릴계 수지, 폴리카보네이트 수지, 스티렌계 수지, 폴리에스테르 수지, 비닐계 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리올레핀 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리아미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리아릴설폰 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리에테르설폰 수지, 폴리페닐렌 설피드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리벤족사졸 수지, 폴리옥사디아졸 수지, 폴리벤조티아졸 수지, 폴리벤지미다졸 수지, 폴리피리딘 수지, 폴리트리아졸 수지, 폴리피롤리딘 수지, 폴리디벤조퓨란 수지, 폴리설폰 수지, 폴리우레아 수지, 폴리포스파젠 수지 또는 액정중합체 수지를 들 수 있다. 또한, 이들 수지를 둘 이상 공중합하거나 혼합하여 사용할 수도 있다.

구체적으로 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌 및 프로필렌의 공중합체등과 폴리스티렌을 포함하며, 상기 폴리에스테르는 호모 폴리에스테르 수지 또는 코폴리에스테르 수지를 제한없이 사용할 수 있으며 그 예로, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리시클로헥산테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 방향족 폴리에스테르, 또는 폴리(에틸렌-1,4-시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트), 글리콜 변성 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 방향족 코폴리에스테르 등을 들 수 있다. 또한, 폴리스티렌, 폴리비닐 아세테이트, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리카프로락톤, 폴리카프로락탐, 플루오르화 에틸렌, 스티렌 아크릴로니트릴, 폴리이미드 및 이들의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.

상기 수지 복합체는 상기 탄소나노튜브와 흑연 입자, 열가소성 고분자 수지 를 용융전단혼련(Melt Mixing), 용액 혼합 방법(Solution Mixing), 또는 코팅(Coating)법을 이용하여 제조할 수 있다. 상기 용융전단혼련 방법의 경우, 압출기 등을 이용하여 높은 온도와 고전단력 하에서 탄소나노튜브를 고분자 기질 내로 고르게 분산시켜 고분자 복합체를 제조함으로써, 대용량화가 가능하고 제조단가를 낮추는 효과가 있다. 또한 상기 용액 혼합 (Solution Mixing) 방법은 탄소나노튜브 및 흑연 입자를 열가소성 고분자 수지의 양용매를 용매로 하여 분산시킨 후, 열가소성 수지를 첨가하여 용액을 형성하고 용매를 증발시킨 후, 수 회의 세척 과정을 거쳐 복합체를 제조하는 것이며, 상기 방법을 통하여 복합체를 제조할 경우, 열가소성 고분자 수지 내부에 탄소나노튜브와 흑연 입자가 더욱 균일하게 분산된 복합체를 얻을 수 있다. 또한 상기 코팅(Coating)법은 탄소나노튜브 및 흑연 입자가 포함되어 있는 현탁액(Suspension)에 열가소성 고분자 수지를 첨가하여 열가소성 고분자 수지의 입자에 탄소나노튜브 및 흑연을 부착하는 것이며, 입자 간 응집력을 억제하는 효과가 있다.

본 발명은 탄소나노튜브와 흑연 입자를 열가소성 수지 내부에 포함하여 탄소나노튜브를 단독으로 사용하였을 경우의 문제점인 수분 및 가스 차단성의 결여를 흑연 입자의 도입으로 해결하였으며, 흑연 입자를 단독으로 사용할 경우 발생하는 열악한 전기전도성을 탄소나노튜브를 도입함으로써 탄소나노튜브가 배열된 흑연 입자 사이의 전도 통로 역할을 수행하여 향상시켰다. 또한, 탄소나노튜브와 흑연 입자를 함께 사용함으로써 각각의 함량을 최소화하여 탄소 소재가 과량 포함되어 표면에서 복합체에 포함된 탄소소재가 묻어나오는 현상을 방지할 수 있으며, 상기와 같이 탄소나노튜브와 흑연입자가 열가소성 고분자 수지 내에 포함된 복합체를 사용하여 단순한 공정으로 정전기 방전 (ESD) 포장재의 요구 성능인 전기전도성과 수분 가스 차단성이 모두 우수한 제품을 생산할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 상기와 같이 탄소나노튜브 및 흑연 입자를 포함하는 열가소성 고분자 복합체를 이용하여 제조된 플라스틱 성형품을 제공한다. 상기 플라스틱 성형품의 제품 형태는 정전기방전(ESD) 재료 등에 이용될 수 있는 플라스틱 성형품의 형태이면 그 구성의 제한이 없이 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 수지 복합체를 사용하여 정전분산성(ESD) 성형품, 예를 들면 필름 또는 트레인등을 제조할 수 있으며, 이들은 포장재로 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명은 탄소나노튜브 및 흑연 입자를 열가소성 고분자 수지 내에 균일하게 분산시킴으로써, 전기전도성과 수분 및 가스 차단성을 높이는 효과를 부여할 수 있다. 또한, 탄소나노튜브와 더불어 흑연 입자를 도입함으로써 고가인 탄소나노튜브의 함량을 최소화하여 경제적인 효과를 얻을 수 있으며, 최종 제품 성형시 간단한 공정을 통하여 생산할 수 있는 효과가 있다. 이러한 특성으로 인하여, 정전기 방전(ESD) 재료 등의 용도로 사용될 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실 시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

탄소나노튜브(Bayer Material Science사, Grade 명 : Baytubes(상표명) 0.4g과 평균 입경이 5μm이며 최대 13μm 이하인 흑연 입자 0.4g을 밀도가 0.918 g/cc이고 190℃, 2.16 kg 하에서 용융지수가 2.8 g/10분인 선형저밀도 폴리에틸렌(호남석유화학 사, Grade 명 : UT404) 39.2g을 이축 니더(kneader) (Brabender사, Model명 : PL2200 )에 투입하여 190℃, 100 rpm 하에서 10분간 용융혼련하여 탄소나노튜브가 1 중량%, 흑연 입자가 1 중량%로 포함된 탄소나노튜브, 흑연 입자-열가소성 고분자 수지 복합체 40g을 얻었다.

상기 수지 복합체를 가로 100mm, 세로100mm, 두께 1mm 및 0.1mm의 각각의 형틀(Mold)에 가득 차게 부은 다음, 220℃, 6 bar가 가해지는 금속판 사이에서 10분간 녹였다. 완전히 녹은 시편을 140bar로 누르면서 5분간 상온으로 식혀 가로 100mm, 세로100mm의 시편을 제작하였다.

상기 제조된 1mm 두께의 탄소나노튜브, 흑연 입자-열가소성 수지 복합체의 표면저항값(Ohm/sq)을 표면저항 측정기(ADVANTEST사, Model명 : R8340A)로 대한민국 산업 표준 KS C IEC 60093에서 명시된 방법을 통하여 측정하였다.

또한, 상기 복합체 중 0.1mm 두께의 본 발명의 가스 투과 정도를 산소 투과 측정 기기(Modern Controls사, Model명 : OxTran)을 이용하여, ASTM D1434-58 방법을 통해 측정하였으며, 상기 복합체의 투습도는 투습도 측정기(LABTHINK사, Model 명 : TSY-T1)를 이용하여 JIS Z0208 방법을 통해 측정하였다.

또한, 상기 0.1mm 두께의 복합체의 낙하 충격 강도를 자유 낙하 충격 측정 기기(TOYOSEIKI사)를 이용하여, ASTM D1709A방법을 통해 측정하였으며, 상기 복합체에 있어서 Sloughing 현상의 발생 여부는 복합체를 에탄올에 1분간 담궈 둔 후 꺼내어 표면을 와이퍼로 닦아 육안으로 복합체 내에 포함된 입자가 묻어나오는지 확인함으로써 판단하였다. 상기 본 실시예의 측정 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 흑연입자가 3 중량%로 포함되는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

실시예 3

상기 실시예 1에서 흑연입자가 4 중량%로 포함되는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

실시예 4

상기 실시예 1에서 흑연입자가 7 중량%로 포함되는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

비교예 1

탄소나노튜브(Bayer Material Science, Baytubes 0.4g과 밀도가 0.918 g/cc이고 190℃, 2.16 kg 하에서 용융지수가 2.8 g/10분인 선형저밀도 폴리에틸렌(호남석유화학 사, UT404) 39.2g을 이축 니더(kneader) (Brabender사, Model명 : PL2200 )에 투입하여 190℃, 100 rpm 하에서 10분간 용융혼련하여 탄소나노튜브가 1 중량%, 흑연 입자가 1 중량%로 포함된 탄소나노튜브, 흑연 입자-열가소성 고분자 수지 복합체 40g을 얻었다.

비교예 2

상기 비교예 1에서 탄소나노튜브가 6중량%로 포함되는 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 실시하였다.

비교예 3

상기 비교예 1에서 탄소나노튜브가 포함되지 않고 흑연 입자가 7중량%로 포함되는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

비교예 4

상기 실시예 1에서 탄소나노튜브가 포함되지 않고 흑연 입자가 20중량%로 포함되는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[표 1]

구분	수지 (중량%)	탄소나노튜브 (중량%)	흑연 (중량%)
실시예 1	98	1	1
실시예 2	96	1	3
실시예 3	95	1	4
실시예 4	92	1	7
비교예 1	99	1	0
비교예 2	94	6	0
비교예 3	93	0	7
비교예 4	80	0	20

[표 2]

구분	표면 저항 (Ohms/sq)	산소 투과도 (20℃ dry g/m²/24hr/atm)	낙하충격 강도 (g)	Sloughing (-)	투습도 (g/m² 24hr)
실시예 1	1.96 X 10⁷	1.9	85	X	2.7
실시예 2	1.97 X 10⁷	1.6	81	X	2.3
실시예 3	1.99 X 10⁷	1.4	78	X	1.9
실시예 4	7.52 X 10⁷	1.2	72	X	1.7
비교예 1	4.75 X 10⁷	6.1	87	X	9.4
비교예 2	3.41 X 10⁴	5.8	73	X	8.2
비교예 3	1.30 X 10¹⁶	1.3	71	X	1.8
비교예 4	2.16 X 10¹¹	0.7	59	O	0.9

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 4에 따른 수지 복합체는 낮은 표면저항값을 나타내어 전기전도성이 우수한 것을 확인하였으며, 산소투과도가 크게 낮아져 가스 차단성이 향상된 것을 확인하였고, 투습도 값이 낮아 수분 차단성이 우수한 것을 확인하였다.

탄소나노튜브만을 포함한 비교예 1 내지 2의 경우, 만족할만한 전기전도도를 발현함을 확인하였으나, 수분 및 가스 차단성이 열악하였고, 흑연 입자만을 포함한 비교예 3 내지 4의 경우, 수분 및 가스 차단성은 우수하였으나, 표면 저항값이 높 게 나타나 전기전도성이 열악하여 정전기 방전 (ESD) 소재로는 부적합하였다.

흑연이 과도하게 포함된 비교예 4의 경우, 수분 및 가스 차단성이 우수함을 확인하였으나, 표면에서 흑연 입자가 묻어나오고, 고분자 특유의 내충격성을 상실하여 낙하 충격 강도가 현저히 낮아져 정전기 방전 (ESD) 포장 소재로 부적합하였다.

도 1은 열가소성 고분자 수지 내에 분산된 흑연 입자 사이를 탄소나노튜브가 연결함으로써 전자 이동 통로가 형성된 복합체 내부에 관한 모식도이다.

Claims

0.1 내지 5 중량%의 탄소나노튜브, 1.0 내지 10 중량%의 흑연 입자, 및 85.0 내지 98.9중량%의 열가소성 수지를 포함하고,

낙하충격강도가 70g 이상이고,

10⁴내지 10⁹Ohms/sq의 표면저항, 4.0 (20℃ dry g/m²/24hr/atm) 이하의 산소투과도, 및 5.0 (g/m² 24hr) 이하의 투습도를 갖는 수지 복합체.
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제 1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 또는 이들의 혼합물인 수지 복합체.
제 1항에 있어서, 상기 흑연은 인상흑연, 고결정질 흑연, 전기 흑연, 2차 흑연, 박리된 흑연 또는 이들의 혼합물인 수지 복합체.
제 1항에 있어서, 상기 흑연 입자는 입경이 5 μm 내지 150 μm인 수지 복합 체.
제 1항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌 및 프로필렌의 공중합체, 폴리에스테르, 나일론, 폴리스티렌, 폴리비닐 아세테이트, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리카프로락톤, 폴리카프로락탐, 플루오르화 에틸렌, 폴리스티렌, 스티렌 아크릴로니트릴, 폴리이미드 및 이들의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택된 하나 이상인 정전분산성 수지 복합체.
탄소나노튜브, 흑연 입자, 및 열가소성 고분자 수지를 사용하여, 용융전단혼련(Melt Mixing), 용액 혼합 방법(Solution Mixing)또는 코팅(Coating)법으로 제 1항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 수지 복합체를 제조하는 방법.
제 1항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 수지 복합체를 이용하여 제조된 성형품.