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KR102084640B1 - 전도성 수지 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

전도성 수지 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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KR102084640B1
KR102084640B1 KR1020180106881A KR20180106881A KR102084640B1 KR 102084640 B1 KR102084640 B1 KR 102084640B1 KR 1020180106881 A KR1020180106881 A KR 1020180106881A KR 20180106881 A KR20180106881 A KR 20180106881A KR 102084640 B1 KR102084640 B1 KR 102084640B1
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KR
South Korea
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resin composition
conductive resin
weight
styrene
rubber
Prior art date
Application number
KR1020180106881A
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English (en)
Inventor
이완성
황호수
Original Assignee
금호석유화학 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 평균 입경이 1~5㎛인 제1 공중합체 5~30중량%; 평균 입경이 0.1~1㎛인 제2 공중합체 20~60중량%; 전도성 필러 1~15중량%; 고무 성분 4~20중량%; 및 올레핀계 중합체 4~25중량%;를 포함하는, 전도성 수지 조성물 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

전도성 수지 조성물 및 그 제조방법{AN ELECTRICALLY CONDUCTIVE RESIN COMPOSITION AND A METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 전도성 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴곡 특성이 우수하고 전도성 필러의 탈리에 따른 슬러핑 현상이 최소화된 제품으로 성형될 수 있는 전도성 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
열가소성 수지는 가열하면 연화하여 가소성을 나타내고, 냉각하면 고화되는 플라스틱을 지칭한다. 이러한 열가소성 수지는 가공성 및 성형성이 우수하여 각종 생활용품, 사무자동화 기기, 전기·전자제품, 차량용 부품 등에 광범위하게 적용되고 있다.
또한, 이러한 열가소성 수지가 사용되는 제품의 종류 및 특성에 따라, 특수한 성질을 부여하여 고부가가치의 소재로 사용하려는 시도가 지속적으로 이루어지고 있다.
특히, 수지 제품 간 또는 타 소재와의 마찰이 발생하는 분야에 열가소성 수지를 적용할 경우, 대전 현상으로 인한 제품의 손상 및 오염이 발생하므로 열가소성 수지에 전기전도성(이하, "전도성"으로 약칭함)을 부여할 필요성이 있다.
이처럼, 종래 열가소성 수지에 전도성을 부여하기 위해 탄소나노튜브, 카본블랙, 흑연, 탄소섬유, 금속 분말, 금속 코팅 무기 분말 또는 금속 섬유 등의 전도성 필러가 사용되어 왔다.
예를 들어, 미국등록특허 제4478903호, 한국등록특허 제10-0330200호 등은, 폴리스티렌, ABS와 같은 열가소성 수지와 카본블랙을 배합한 형태의 전도성 복합재를 개시한다. 다만, 이 경우 필요한 수준의 전도성을 부여하기 위해 과량의 카본블랙이 사용되어야 하므로 열가소성 수지로부터 구현되는 고유의 기계적 물성, 특히, 내충격성이 현저히 저하될 수 있다.
또한, 상기 전도성 복합재가 시트형으로 성형되는 경우, 스킨층의 두께가 코어층의 두께 대비 약 10~20% 수준으로 높기 때문에, 전체 시트 두께를 변화시키거나 스킨층의 두께를 얇게 할 경우 부위별로 전도성 편차가 발생할 수 있고, 과량의 카본블랙으로 인해 성형 후 시트의 표면에 불필요한 입자들이 잔류하여 제품의 표면 특성이 저하되는 문제가 있다.
또한, 한국등록특허 제10-1204030호는 폴리페닐렌에테르 50~65중량%, 내충격성 폴리스티렌 10~20중량%, 탄소나노튜브 1~ 3중량% 등을 포함하는 반도체 칩 트레이용 수지 조성물을 개시한다. 다만, 상기 수지 조성물은 본질적으로 열가소성이므로 최종 제품의 형태에 따라 자유롭게 성형될 수 있어야 하나, 제품 성형 시 평면부에 비해 높은 연신이 필요한 절곡부에서 상기 수지 조성물에 분산된 탄소나노튜브의 분산이 불균일해져 상기 절곡부에서의 전도성이 현저히 저하되거나 크랙(Crack) 등이 생기는 깨짐 현상이 발생하여 정교한 성형이 필요한 제품, 부품 등에 적용되기 어렵고, 고연신에 의해 박막화된 시트에 필요한 수준의 굴곡강도 및 내충격성을 제공하지 못하는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 굴곡 특성을 우수하면서 전도성 필러의 탈리에 따른 슬러핑 현상을 최소화된 제품으로 성형될 수 있는 전도성 수지 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 평균 입경이 1~5㎛인 제1 공중합체 5~30중량%; 평균 입경이 0.1~1㎛인 제2 공중합체 20~60중량%; 전도성 필러 1~15중량%; 고무 성분 4~20중량%; 및 올레핀계 중합체 4~20중량%;를 포함하는, 전도성 수지 조성물을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 공중합체는 스티렌-부타디엔 공중합체일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전도성 필러는 탄소나노튜브, 풀러렌, 그래핀, 그라파이트, 탄소섬유, 카본블랙 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 고무 성분은 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 스티렌-부타디엔-스티렌 고무, 스티렌-이소프렌-스티렌 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 고무 성분은 스티렌-부타디엔-스티렌 고무 및 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무의 혼합물이고, 상기 스티렌-부타디엔-스티렌 고무 및 상기 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무의 중량비는 각각 1 : 1~3일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전도성 수지 조성물은 폴리스티렌을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 폴리스티렌의 함량은 상기 전도성 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 10~30중량%일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 올레핀계 중합체는 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 폴리페닐렌설파이드 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 고무 성분 및 상기 올레핀계 중합체의 중량비는 각각 1 : 1~3일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전도성 수지 조성물은 금속 염 및 스테아라미드를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 금속 염은 칼슘 스테아레이트, 바륨 스테아레이트, 납 스테아레이트, 마그네슘 스테아레이트, 아연 스테아레이트 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 금속 염 및 상기 스테아라미드의 함량은 각각 상기 전도성 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 1~5중량%일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전도성 수지 조성물은 실리콘 오일을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실리콘 오일은 디메틸 실리콘 오일, 메틸하이드로겐 실리콘 오일, 에스테르 변성 실리콘 오일, 하이드록시 실리콘 오일, 카비놀 변성 실리콘 오일, 비닐 실리콘 오일, 실리콘 아크릴레이트 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실리콘 오일의 함량은 상기 전도성 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5~5중량%일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은, (a) 평균 입경이 1~5㎛인 제1 공중합체 및 전도성 필러를 혼합하여 마스터배치를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 마스터배치, 평균 입경이 0.1~1㎛인 제2 공중합체, 고무 성분 및 올레핀계 중합체를 혼합하는 단계;를 포함하는, 전도성 수지 조성물의 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계에서 전도성 필러를 더 혼합할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계에서 폴리스티렌을 더 혼합할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계에서 금속 염 및 실리콘 오일을 더 혼합할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계에서 스테아라미드를 더 혼합할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전도성 수지 조성물은, 평균 입경이 상이한 2종의 공중합체, 전도성 필러, 고무 성분 및 올레핀계 중합체를 포함하여 기계적 물성을 유지하면서 굴곡 특성을 향상시키고, 전도성 필러의 탈리에 따른 슬러핑 현상이 최소화된 제품으로 성형될 수 있다.
또한, 상기 전도성 수지 조성물로부터 제조된 성형품은 표면의 전(全) 영역에서 전도성이 균일하게 구현됨과 동시에 우수한 연신율을 나타내므로 일반적인 제품뿐만 아니라 보다 정교한 성형이 필요한 제품, 부품 등에 이르기까지 적용 범위를 확대할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 비교예 및 실시예의 전도성 수지 조성물의 시편을 각각 굴곡시킨 후 촬영한 것으로, 좌측이 비교예의 시편이고, 우측이 실시예의 시편이다.
이하에서는 실시예를 바탕으로, 이에 드러나지 않은 부분을 보충하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 수치적 값의 범위가 기재되었을 때, 이의 구체적인 범위가 달리 기술되지 않는 한 그 값은 유효 숫자에 대한 화학에서의 표준규칙에 따라 제공된 유효 숫자의 정밀도를 갖는다. 예를 들어, 10은 5.0 내지 14.9의 범위를 포함하며, 숫자 10.0은 9.50 내지 10.49의 범위를 포함한다.
전도성 수지 조성물
본 발명의 일 측면에 따른 전도성 수지 조성물은, 평균 입경이 1~5㎛인 제1 공중합체 5~30중량%; 평균 입경이 0.1~1㎛인 제2 공중합체 20~60중량%; 전도성 필러 1~15중량%; 고무 성분 4~20중량%; 및 올레핀계 중합체 4~20중량%;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 "중량%"는 상기 전도성 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 한 것이다.
상기 제1 및 제2 공중합체는 스티렌-부타디엔 공중합체일 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어, "스티렌-부타디엔 공중합체는"는 통상의 HIPS(High Impact Polystryene)를 지칭하는 것으로, 고무 변성 스티렌계 공중합체 또는 고무 변성 폴리스티렌으로 해석될 수 있다.
상기 제1 공중합체의 평균 입경은 1~5㎛이고, 고무 성분인 부타디엔의 함량은 공중합체의 총 중량을 기준으로 7.5~9중량%일 수 있다. 상기 제1 공중합체는 평균 입경이 상대적으로 크고, 필요에 따라 과량의 미네랄 오일(약 3~5중량%)을 첨가하여 혼합물 형태로 사용될 수 있으므로, 고유동성을 가질 수 있다.
상기 제1 공중합체의 함량은 상기 전도성 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 5~30중량%, 바람직하게는, 10~20중량%일 수 있다. 상기 제1 공중합체의 함량이 5중량% 미만이면 유동성이 낮아져 성형성이 저하될 수 있고, 30중량% 초과이면 상기 전도성 수지 조성물로부터 제조된 성형품의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 제2 공중합체의 평균 입경은 0.1~1㎛이고, 고무 성분인 부타디엔의 함량은 공중합체의 총 중량을 기준으로 7.5~8.5중량%일 수 있다. 상기 제2 공중합체는 평균 입경이 상기 제1 공중합체에 비해 상대적으로 작고, 필요에 따라 소량의 미네랄 오일(약 0.5~3중량%)을 첨가하여 혼합물 형태로 사용될 수 있으므로, 고광택, 고충격 특성을 가질 수 있다.
상기 제2 공중합체의 함량은 상기 전도성 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 20~60중량%, 바람직하게는, 기타 성분의 함량에 따라, 20~30중량% 또는 50~60중량%일 수 있다. 상기 제2 공중합체의 함량이 20중량% 미만이면 성형품의 표면 특성과 기계적 물성이 저하될 수 있고, 60중량% 초과이면 조성물의 유동성이 낮아져 성형성이 저하될 수 있다.
상기 전도성 수지 조성물은 전도성 필러 1~15중량%, 바람직하게는, 기타 성분의 함량에 따라, 1~5중량% 또는 5~10중량%일 수 있다. 상기 전도성 필러가 1중량% 미만이면 수지 및 제품에 대한 전도성 부여 효과가 미약하고, 15중량% 초과이면 상기 제1 내지 제2 공중합체, 고무 성분 및 올레핀계 중합체 성분의 상대적인 함량이 적어지거나 그 균형이 붕괴되어 수지 조성물의 성형성 및 성형품의 기계적 물성이 저하될 수 있고, 전도성 필러 간 응집 현상에 의해 분산성이 저하될 수 있다.
상기 전도성 필러는 탄소나노튜브, 풀러렌, 그래핀, 그라파이트, 탄소섬유, 카본블랙 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 상기 공중합체와의 혼련 용이성, 전도성 및 경제성을 고려하여 탄소나노튜브 및 카본블랙의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 탄소나노튜브는 전도성이 미약한 공중합체 수지에 전도성을 부여하기 위한 물질로, 상기 탄소나노튜브가 첨가된 수지 조성물을 성형하여 제조된 제품의 표면저항을 감소시킴으로써 전도성 및 그에 따른 대전방지 특성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 탄소나노튜브가 공중합체 수지와 혼합되면, 개개의 탄소나노튜브가 공중합체 수지 중에 분산되고, 상호 연결됨으로써 연속적인 3차원 네트워크 구조를 형성할 수 있고, 이에 따라 우수한 전도성을 나타낼 수 있다.
상기 탄소나노튜브를 합성하는 방법은 전기방전법(Arc-discharge), 열분해법(Pyrolysis), 레이저 증착법(Laser vaporization), 플라즈마 화학기상증착법(Plasma chemical vapor deposition), 열화학 기상증착법(Thermal chemical vapor deposition) 등이 있으나, 합성 방법에 제한 없이 제조된 모든 탄소나노튜브를 사용할 수 있다.
또한, 상기 탄소나노튜브는 벽의 개수에 따라 단일벽 탄소나노튜브(Single wall carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(Double wall carbon nanotube), 다중벽 탄소나노튜브(Multi wall carbon nanotube), 절두된 원뿔형의 그래핀(truncated graphene)이 다수 적층된 중공관 형태의 탄소나노섬유(cup-stacked carbon nanofiber) 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 제조의 용이성 및 경제성이 우수한 다중벽 탄소나노튜브일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 탄소나노튜브는 평균 외경이 8~50㎚이고, 평균 내경이 상기 평균 외경의 40% 이상, 바람직하게는, 40~90%일 수 있다. 상기 외경은 탄소나노튜브의 벽을 이루는 그래파이트 층이 포함된 탄소나노튜브 횡단면의 직경을 의미하고, 상기 내경은 그래파이트 층이 제외된 중공 횡단면의 직경을 의미한다.
이 때, 상기 탄소나노튜브 단일 가닥의 평균 외경이 8㎚ 미만이거나 50㎚ 초과이면 이들이 응집되어 형성된 탄소나노튜브 집합체의 평균 다발 직경이 후술할 범위로 조절되지 않으므로, 상기와 같은 외경의 범위를 가지는 탄소나노튜브를 사용하는 것이 바람직하다. 본 명세서에서 사용된 용어 "다발(bundle)"은, 복수의 탄소나노튜브가 나란하게 배열되거나 상호 엉킨 상태의 번들 혹은 로프 형태를 지칭하는 것으로, 이와 달리 복수의 탄소나노튜브가 일정한 형상을 이루지 않고 존재하는 경우 "비번들형"이라 지칭하기도 한다.
또한, 탄소나노튜브는 탄소 함량이 높을수록 촉매와 같은 불순물이 적어 우수한 전도성을 구현할 수 있으므로, 상기 탄소나노튜브의 탄소 순도가 95% 이상, 바람직하게는, 95~98%, 더 바람직하게는, 95~97%일 수 있다.
상기 탄소나노튜브의 탄소 순도가 95% 미만이면 탄소나노튜브의 구조적 결함이 유발되어 결정성이 저하될 수 있고, 탄소나노튜브가 외부 자극에 의해 쉽게 절단, 파괴될 수 있다.
한편, 상기와 같은 단일 가닥 탄소나노튜브가 다발 형태로 응집되어 형성된 탄소나노튜브 집합체의 평균 다발 직경이 1~10㎛, 바람직하게는, 1~5㎛, 더 바람직하게는, 2~4㎛일 수 있고, 평균 다발 길이가 10~100㎛, 바람직하게는, 20~60㎛, 더 바람직하게는, 25~55㎛일 수 있다.
상기 탄소나노튜브 집합체의 평균 다발 직경이 1㎛ 미만이거나 평균 다발 길이가 100㎛ 초과이면 분산성이 저하되어 상기 전도성 수지 조성물의 부위별 전도성이 불균일해질 수 있고, 평균 다발 직경이 10㎛ 초과이거나 평균 다발 길이가 10㎛ 미만이면 네트워크 구조가 불안정해지면서 전도성이 저하될 수 있다.
상기 카본블랙은 상기 전도성 수지 조성물에 전기전도성을 부여함과 동시에 공중합체 수지와 결합하여 상기 전도성 수지 조성물과 그 성형품의 기계적 물성을 경제적으로 보강할 수 있다.
상기 전도성 필러가 탄소나노튜브 및 카본블랙의 혼합물이면, 상기 탄소나노튜브 및 상기 카본블랙의 중량비는 각각 1 : 1~6일 수 있다. 상기 카본블랙의 중량비가 1 미만이면 전술한 효과를 구현하기 어렵고, 6 초과이면 성형품의 내충격성이 저하되고, 마모 시 탄소 분진(carbon dust)으로 인해 성형품 표면에 오염이 발생할 수 있으며 상기 전도성 수지 조성물의 비중이 증가하여 성형품의 생산성이 저하될 수 있다.
상기 전도성 수지 조성물은 고무 성분 4~20중량%를 포함할 수 있다. 상기 고무 성분은 상기 제1 내지 제2 공중합체를 포함하는 수지의 경질 특성을 보완하여 상기 전도성 수지 조성물과 그 성형품의 신율, 충격강도를 향상시킬 수 있다. 상기 고무 성분의 함량이 4중량% 미만이면 내충격성이 저하될 수 있고, 20중량% 초과이면 슬러핑 현상이 일어나거나 성형성이 저하될 수 있다.
상기 고무 성분은 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 스티렌-부타디엔-스티렌 고무, 스티렌-이소프렌-스티렌 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 용도에 따라 스티렌-부타디엔-스티렌 고무 또는 스티렌-부타디엔-스티렌 고무 및 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 전도성 수지 조성물의 최종 성형품이 관재이면 스티렌-부타디엔-스티렌 고무를 사용하여 필요한 물성을 만족시킬 수 있고, 최종 성형품이 일정한 형태로 성형된 제1 성형품을 적층하거나 이를 상호 용접하여 제조된 테이프 릴 등이면 스티렌-부타디엔-스티렌 고무 및 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무의 혼합물을 사용하여 용도에 적합한 성형품을 제조할 수 있다.
상기 고무 성분이 스티렌-부타디엔-스티렌 고무 및 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무의 혼합물이면, 상기 스티렌-부타디엔-스티렌 고무 및 상기 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무의 중량비는 각각 1 : 1~3일 수 있다. 상기 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무의 중량비가 1 미만이면 상기 전도성 필러의 임의적인 탈리에 의해 최종 제품의 표면에 불필요한 분진이 잔류하는 슬러핑 현상이 발생하거나 압출성이 불량할 수 있고, 3 초과이면 최종 성형품의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 전도성 수지 조성물은 폴리스티렌을 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "폴리스티렌"은 스티렌 모노머가 단독 중합된 중합체를 지칭한다. 즉, 상기 폴리스티렌은 스티렌 모노머 외에 고무 성분을 이루는 모노머를 포함하지 않으므로, 상기 전도성 수지 조성물과 그 성형품에 강성, 복원력 및 내열성을 부여할 수 있다.
특히, 상기 전도성 수지 조성물로 제조된 성형품이 테이프 릴 등이면, 테이프를 고정하는 사이드부의 평행 배치가 지속적으로 유지되어야 한다. 상기 사이드부의 평행 배치가 유지되지 않고 임의로 변형되어 불필요한 기울기가 발생하면 제1 성형품의 적층 불량 또는 용접 불량이 발생할 수 있으므로, 상기 전도성 수지 조성물에 일정량의 상기 폴리스티렌을 추가로 혼합하여 상기 테이프 릴에 필요한 강성과 복원력을 부여할 수 있다. 상기 폴리스티렌을 추가 혼합 시 고무 성분으로 스티렌-부타디엔-스티렌 고무 및 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무의 혼합물을 사용하면 최종 성형품의 굴곡강도 및 내슬러핑성을 더 향상시킬 수 있다.
상기 폴리스티렌의 함량은 상기 전도성 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 10~30중량%, 바람직하게는, 20~30중량%일 수 있다. 상기 폴리스티렌의 함량이 10중량% 미만이면 상기 전도성 수지 조성물과 그 성형품에 필요한 강성과 내열성을 부여할 수 없고, 30중량% 초과이면 상기 전도성 수지 조성물 중 고무 성분의 함량이 상대적으로 감소하여 신율, 충격강도가 저하될 수 있다.
상기 폴리스티렌의 인장강도와 굴곡강도는 각각 400~600kgf/cm2, 800~1,000kgf/cm2로서 상기 제1 및 제2 스티렌-부타디엔 공중합체에 비해 상대적으로 크다. 상기 폴리스티렌의 인장강도와 굴곡강도가 상기 범위를 벗어나면, 상기 전도성 수지 조성물과 그 성형품에 필요한 강성과 복원력을 부여할 수 없다.
상기 전도성 수지 조성물 중 올레핀계 중합체는 상기 제1 및 제2 스티렌-부타디엔 공중합체의 경질 특성을 보완하여 상기 전도성 수지 조성물과 그 성형품의 신율, 충격강도를 향상시킬 수 있다.
상기 올레핀계 중합체는 상기 전도성 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 4~20중량%, 바람직하게는, 6~12중량%일 수 있다. 상기 올레핀계 중합체의 함량이 4중량% 미만이면 전도성 필러의 분산성이 저하되어 최종 제품에서 부위별 전기전도성 편차가 증가할 수 있고, 20중량% 초과이면 제품 성형 시 다이 빌드업 및/또는 서징 현상이 발생하여 생산성, 가공성, 작업성을 저하시킬 수 있다.
상기 올레핀계 중합체는 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 폴리페닐렌설파이드 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나, 바람직하게는, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 폴리에틸렌 공중합체가 에틸렌 비닐아세테이트, 에틸렌 부틸아크릴레이트, 에틸렌 에틸아크릴레이트 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 상기 폴리올레핀계 중합체 수지는 하나의 단량체가 단독으로 중합된 단일 중합체일 수 있고, 2 이상의 단량체가 중합된 공중합체일 수도 있다. 이 때, 상기 공중합체는 중합 형태의 제한 없이 교호 공중합체(alternating copolymer), 랜덤 공중합체(random copolymer), 블록 공중합체(block copolymer), 또는 그라프트 공중합체(graft copolymer)일 수 있다.
또한, 상기 올레핀계 중합체는 상기 고무 성분으로 인한 압출성 저하 및 슬러핑 현상을 방지할 수 있고, 상기 고무 성분 및 상기 올레핀계 중합체의 중량비는 각각 1 : 1~3일 수 있다. 상기 올레핀계 중합체의 중량비가 1 미만이면 상기 전도성 수지 조성물의 압출이 불량하거나 성형성이 저하될 수 있고, 3 초과이면 슬러핑 현상이 발생할 수 있다. 반면, 상기 고무 성분 및 상기 올레핀계 중합체의 중량비가 상기 범위 이내이면 상기 전도성 수지 조성물 및 최종 성형품의 굴곡 특성이 향상될 수 있다.
이와 같이, 상기 전도성 수지 조성물의 제1, 제2 공중합체, 고무 성분 및 올레핀계 중합체는 각각 상이한 성질과 기능을 가지나, 이들이 상호 유기적으로 조합, 혼합된 경우 상기 전도성 수지 조성물의 성형성과 기계적 물성을 동시에 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 성형 간 전도성 필러의 분산을 저해하지 않으므로 최종 제품의 부위별 형태, 구조에 관계없이 전체적으로 일정한 수준의 전도성을 구현할 수 있어 제품의 신뢰성, 재현성을 향상시킬 수 있다. 또한, 전도성 필러의 임의적인 탈리에 의해 최종 제품의 표면에 불필요한 분진이 잔류하는 슬러핑 현상을 경감시킬 수 있다.
상기 전도성 수지 조성물은 금속 염 1~5중량% 및 스테아라미드 1~5중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 금속 염은 상기 전도성 수지 조성물을 시트로 성형하는 경우, 시트의 표면을 매끄럽게 하여 슬러핑 현상을 최소화할 수 있다. 상기 금속 염의 함량이 1중량% 미만이면 이로부터 제조된 시트의 표면에 불필요한 돌기가 생성되어 표면 특성이 저하될 수 있고, 5중량% 초과이면 전도성이 저하될 수 있다.
상기 금속 염은 칼슘 스테아레이트, 바륨 스테아레이트, 납 스테아레이트, 마그네슘 스테아레이트, 아연 스테아레이트 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 아연 스테아레이트일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 스테아라미드는 상기 전도성 수지 조성물의 유동성을 향상시켜 이를 성형하는 경우 연신에 따른 전도성 편차를 최소화할 수 있다. 상기 스테아라미드의 함량이 1중량% 미만이면 최종 제품에서 부위별 전도성 편차가 증가할 수 있고, 5중량% 초과이면 수지 조성물의 유동성이 과도하게 상승하여 기계적 물성이 저하될 수 있다. 상기 스테아라미드는 단독으로 사용될 수 있고, 올레아미드, 두카미드와 같은 성분과 함께 사용될 수도 있다.
한편, 상기 전도성 수지 조성물은 실리콘 오일 0.5~5중량%을 더 포함할 수 있다. 상기 실리콘 오일은 상기 금속 염과 같이 상기 전도성 수지 조성물을 성형하는 경우, 성형품의 표면을 매끄럽게 하여 슬러핑 현상을 최소화할 수 있다. 상기 실리콘 오일의 함량이 0.5중량% 미만이면 이로부터 제조된 성형품의 표면에 불필요한 돌기가 생성되어 표면 특성이 저하될 수 있고, 5중량% 초과이면 전도성이 저하될 수 있다.
상기 실리콘 오일은 디메틸 실리콘 오일, 메틸 하이드로겐 실리콘 오일, 에스테르 변성 실리콘 오일, 하이드록시 실리콘 오일, 카비놀 변성 실리콘 오일, 비닐 실리콘 오일, 실리콘 아크릴레이트 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 디메틸 실리콘 오일일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전도성 수지 조성물로부터 제조된 성형품은 일정 수준의 전도성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 성형품의 표면저항은 5.0~6.0Ω/sq의 범위일 수 있다. 또한, 상기 성형품의 굴곡강도 및 연신율은 각각 300kgf/cm2 (2.8mm), 60% 이상일 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "굴곡강도"는, 2.8mm/min의 속도로 수행된 굴곡 시험(ASTM D790)에서 시편의 파단 시 가해진 응력을 나타낸 것이고, 본 명세서에 사용된 용어 "연신율"은, 인장 시험에서 파단 후의 시편을 맞대고, 표점 사이의 변형량을 구해서 이것을 백분율(%)로 나타낸 것이다. 상기 성형품의 굴곡강도 및 연신율이 상기 범위 미만이면 깨짐이 발생하여 복잡한 형태, 구조로 성형하기 어려운 문제가 있다.
또한, 상기 성형품은 관재, 시트, 필름, 또는 그와 유사한 형태를 가질 수 있고, 일정 수준의 전도성과 그에 따른 대전방지 특성을 가지므로, 전력설비용 관재, 전자부품 이송 모듈, 반도체 이송 트레이, 캐리어 테이프 등으로 적용될 수 있다.
전도성 수지 조성물의 제조방법
본 발명의 다른 일 측면에 따른 전도성 수지 조성물의 제조방법은, (a) 평균 입경이 1~5㎛인 제1 공중합체 및 전도성 필러를 혼합하여 마스터배치를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 마스터배치, 평균 입경이 0.1~1㎛인 제2 공중합체, 고무 성분 및 올레핀계 중합체를 혼합하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2 공중합체, 고무 성분 및 올레핀계 중합체의 작용효과, 함량 및 사용 가능한 종류 등에 대해서는 전술한 것과 동일하다.
즉, 상기 전도성 수지 조성물은, 먼저 중합체 성분과 전도성 필러를 혼합하여 마스터배치를 제조하고, 여기에 추가적으로 다른 중합체 성분, 고무 성분 및 올레핀계 중합체를 혼합하여 전술한 조성비를 가지도록 제조될 수 있다. 이 때, 상기 마스터배치는 상기 전도성 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 10~50중량%, 바람직하게는, 15~25중량%의 범위로 제조될 수 있다.
상기 전도성 수지 조성물은 기본적으로 일정 수준의 기계적 물성과 성형성을 가지는 수지 및 이에 전도성을 부여할 수 있는 전도성 필러, 예를 들어, 금속, 기타 무기물 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 전도성 수지 조성물을 제조하기 위해서는 수지와 전도성 필러를 혼합하기 위한 공정이 수반된다.
종래 수지 조성물의 전도성을 향상시키기 위해 상기 전도성 필러의 함량을 증가시키는 기술이 제안되었다. 다만, 동종의 전도성 필러, 특히, 탄소나노튜브의 함량을 일정 수준 이상으로 증가시키면 수지 자체의 기계적 물성뿐만 아니라 가공성, 작업성 등이 저하되는 문제가 있었다. 이를 해소하기 위해, 탄소나노튜브에 비해 전도성 부여 효과는 미약하나 가공성, 작업성이 우수한 카본블랙 등을 병용하여 전도성 수지 조성물 중 전도성 필러의 총 함량을 증가시키기 위한 시도가 이루어지기도 했다.
다만, 이러한 방식은 전도성 필러의 종류와 함량을 상이하게 조절한 것에 불과하며, 수지와 전도성 필러의 혼합이 단일 공정에 의해 이루어졌다는 점에서 공통된다. 이에 대해, 상기 (a) 단계에서, 평균 입경이 1~5㎛인 제1 공중합체 및 전도성 필러를 혼합, 압출하여 필요한 농도의 전도성 필러를 포함하는 마스터배치를 제조할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "마스터배치(master batch)"는, 수지 조성물을 제조하는 경우 고농도의 필러, 첨가제 등을 사전에 분산시킨 것으로, 이러한 마스터배치의 제조를 통해 수지 조성물 중 전도성 필러의 분산성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 상기 전도성 수지 조성물의 전 영역에 대해 균일한 전도성을 부여할 수 있다.
이 때, 상기 마스터배치는 구형(sphere), 펠릿형(pellet) 등으로 제조될 수 있으나, 이후 단계에서 제2 공중합체, 제 3 공중합체 및 고무 성분과 배합되어 상기 전도성 필러의 분산성을 향상시킬 수 있으면 그 형태에 따른 제한없이 제조될 수 있다.
한편, 상기 (a) 단계가 180~300℃, 바람직하게는, 220~240℃, 더 바람직하게는, 230℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 (a) 단계의 공정 온도가 180℃ 미만이면 제1 공중합체가 부분적으로 용융되어 압출 성형성과 전도성 필러의 분산성이 저하될 수 있으며, 300℃ 초과이면 제1 공중합체가 임의로 열분해되거나 변성될 수 있다.
또한, 상기 (a) 단계에서 상기 전도성 필러와 상기 제1 공중합체를 10~500㎏/hr, 바람직하게는, 10~30㎏/hr의 속도로 압출할 수 있다. 상기 압출 속도가 10㎏/hr 미만이면 생산성이 저하될 수 있고, 500㎏/hr 초과이면 전도성 필러와 제1 공중합체의 혼합 균일도가 저하될 수 있다.
상기 (a) 단계의 생성물인 마스터배치는 일정 함량의 전도성 필러를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 마스터배치에 포함된 전도성 필러의 함량이 1~20중량%, 바람직하게는, 5~15중량%일 수 있다.
상기 전도성 필러가 탄소나노튜브인 경우, 상기 탄소나노튜브는 분말 상의 것을 기계적, 물리적으로 타정하여 펠릿 형태로 가공한 것으로서, 가공 후 탄소나노튜브의 겉보기 밀도가 0.01~0.2g/ml, 바람직하게는, 0.05~0.2g/ml일 수 있다. 상기 탄소나노튜브의 겉보기 밀도가 상기 범위를 벗어나면 탄소나노튜브를 10중량% 이상 포함하는 농축 마스터배치를 제조하기 어렵다. 또한, 펠릿 형태로 가공된 탄소나노튜브는 작업 간 분말이 비산되는 것을 방지하여 작업 환경을 개선할 수 있다.
한편, 상기 (a) 단계에서 압출 시 사용되는 압출기는 하나의 스크류를 포함하는 단축 압출기, 또는 복수의 스크류를 포함하는 다축 압출기로 일 수 있고, 바람직하게는, 각 성분 간 균일한 혼합, 압출을 위해 2개의 스크류를 포함하는 2축 압출기를 예시할 수 있다.
이 때, 상기 압출기를 이용한 혼련 과정에서 전도성 필러의 파손을 방지하기 위해, 바람직하게는, 2축 압출기를 사용하여 상기 제1 공중합체를 압출기 측으로부터 투입하고, 전도성 필러를 사이드피더(Side feeder)를 사용하여 상기 압출기에 공급함으로써 용융 혼련하는 방법을 사용할 수 있다.
상기 (b) 단계에서는 상기 마스터배치에 포함된 전도성 필러를 제2 공중합체, 고무 성분 및 올레핀계 중합체와 혼합하여 희석(let-down)할 수 있다. 또한, 상기 (b) 단계에서 상기 마스터배치에 포함된 전도성 필러와 동일하거나 상이한 전도성 필러 및/또는 폴리스티렌을 더 혼합할 수 있다. 상기 (b) 단계에서 추가된 상기 전도성 필러는 전도성 수지 조성물의 기계적 물성, 가공성 및 작업성을 저하시키지 않는 카본블랙일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 (b) 단계에서 투여되는 각 성분의 양은 생성물인 전도성 수지 조성물 중 전도성 필러의 함량을 1~15중량%로 희석할 수 있는 정도이면 충분하다.
상기 (b) 단계에서 상기 마스터배치와 제2 공중합체, 고무 성분 및 올레핀계 중합체의 혼합은 용융 혼합법(Melt compounding), 인-시츄 중합법(In-situ polymerization), 용액 혼합법(Solution mixing) 등을 사용할 수 있으나, 바람직하게는, 압출기 등을 이용하여 고온, 고전단력 하에서 전도성 필러를 수지 내로 균일하게 분산시킬 수 있어 대용량화 및 제조 비용 절감이 가능한 용융 혼합법을 사용할 수 있다. 상기 압출기의 종류와 특징, 선택 기준 등에 관해서는 전술한 것과 같다.
이와 같이, 상기 (a) 및 (b) 단계를 통해 제조된 전도성 수지 조성물은 종래의 제조방법, 예를 들어 마스터배치를 거치지 않고 제조된 전도성 수지 조성물에 비해 전도성과 기계적 물성을 균형적으로 구현할 수 있고, 굴곡 특성이 향상되어 성형 및 가공이 용이하며, 연신에 따른 전도성 편차를 최소화하여 최종 제품의 부위별 형태, 구조에 관계없이 전체적으로 일정한 수준의 전도성을 구현할 수 있으므로 제품의 신뢰성, 재현성을 향상시킬 수 있다. 또한, 전도성 필러의 임의적인 탈리에 의해 최종 제품의 표면에 불필요한 분진이 잔류하는 슬러핑 현상을 경감시킬 수 있다.
한편, 상기 (a) 단계에서 금속 염 및 실리콘 오일을 더 혼합할 수 있고, 상기 (b) 단계에서 스테아라미드를 더 혼합할 수 있다. 이 때, 상기 금속염, 실리콘 오일 및 스테아라미드의 작용효과, 함량 및 사용 가능한 종류 등에 대해서는 전술한 것과 같다.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실험 결과는 상기 실시예 중 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
실시예 및 비교예
다중벽 탄소나노튜브(MWCNT 또는 CNT) 9중량부를 트윈스크류 압출기의 사이드피더(Side Feeder)에 투입하고, 제1 스티렌-부타디엔 공중합체(HIPS 1) 80중량부, 아연 스테아레이트 8중량부 및 디메틸 실리콘 오일 3중량부를 메인 호퍼(Main Hopper)에 25㎏/hr의 속도로 투입한 후, 200rpm 및 230℃ 하에서 용융 혼련하여 마스터배치를 제조하였다.
상기 마스터배치, 제2 스티렌-부타디엔 공중합체(HIPS 2), 폴리스티렌(PS), 고무 성분(스티렌-부타디엔-스티렌 고무 및/또는 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무), 고밀도 폴리에틸렌, 카본블랙 및 스테아라미드를 선택적으로 하기 표 1에 기재된 비율에 따라 트윈스크류 압출기에 투입하고, 200rpm 및 250℃ 하에서 용융 혼련하여 전도성 수지 조성물을 제조한 후, 사출기를 이용하여 물성 측정을 위한 시트형 시편을 제조하였다. 또한, 상기 HIPS 1을 비롯한 원료 물질의 제원을 하기 표 2에 나타내었다. 비교예 1~2 및 5~6의 경우, 상기 마스터배치 대신 HIPS 1 및 디메틸 실리콘 오일을 사용하였다.
구분 CMB HIPS 1 실리콘 HIPS 2 PS SEBS SBS HDPE CB 첨가제
실시예 1 20 - - 50 - - 9 11 8 2
실시예 2 20 - - 54 - - 7 9 8 2
실시예 3 20 - - 46 - - 11 13 8 2
실시예 4 20 - - 52 - - 8 10 8 2
실시예 5 20 - - 25 25 7 3 15 3 2
실시예 6 20 - - 25 26 7 3 14 3 2
실시예 7 20 - - 27 24 7 3 14 3 2
실시예 8 20 - - 25 25 8 3 14 3 2
비교예 1 - 16 0.6 50 - - - - 29.8 3.6
비교예 2 - 16 0.6 50 - - 10 - 19.8 3.6
비교예 3 20 - - 50 - - 18 - 10 2
비교예 4 20 - - 50 - - - 18 10 2
비교예 5 - 16 0.6 25 25 - - - 29.8 3.6
비교예 6 - 16 0.6 25 25 4 6 - 19.8 3.6
비교예 7 20 - - 25 25 10 8 - 10 2
비교예 8 20 - - 25 25 - - 23 5 2
비교예 9 20 - - - 50 6 4 15 3 2
-CMB: 마스터배치
-SEBS: 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무 (스티렌 함량 30중량%, 비중 0.91g/cm3)
-SBS: 스티렌-부타디엔-스티렌 고무 (스티렌 함량 31.5중량%, 비중 0.94g/cm3)
-HDPE: 고밀도 폴리에틸렌 (밀도: 0.963g/cm3, 용융지수: 0.3g/10min-230℃, 2.16kg)
-CB: 카본블랙
-첨가제: 스테아라미드
(단위: 중량%)
구분 HIPS 1 HIPS 2 PS
주수지 스티렌-부타디엔 공중합체 스티렌-부타디엔 공중합체 폴리스티렌
평균 입경 (㎛) 3~4 0.5~1.0 -
고무 (중량%) 8.3 8.0 -
미네랄오일 (중량%) 4.3 1.0 -
인장강도 (kgf/cm2, 6mm) 260 370 540
신율 (%, 6mm) 40 55 3.5
충격강도 (kg·cm/cm, 3.2mm) 9 12 1.5
용융지수 (g/10min, 200℃, 5kg) 9 4 3
굴곡강도 (kgf/cm2, 2.8mm) 300 500 890
실험예: 전도성 수지 조성물에 대한 물성 측정
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 각각의 시트형 시편에 대한 기계적, 물리적, 전기적 특성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 굴곡강도
(kgf/cm2, 2.8mm)		 충격강도
(kg·cm/cm, 3.2mm)		 연신율
(%, 6mm)		 표면저항
(Ω/sq, log)		 돌기
크기		 비고
실시예 1 520 15.9 62% 5.6 없음 -
실시예 2 530 16.4 60% 5.5 없음 -
실시예 3 510 15.3 64% 5.7 없음 -
실시예 4 520 16.1 63% 5.6 없음 -
실시예 5 460 15.8 68% 5.7 없음 -
실시예 6 490 15.4 64% 5.6 없음 -
실시예 7 460 16.0 69% 5.8 없음 -
실시예 8 500 16.8 68% 5.6 없음 -
비교예 1 280 8.9 11% 4.7 없음 크랙 발생
비교예 2 340 11.9 19% 5.5 큼 압출 불량
비교예 3 - - - - 큼 압출 불가
비교예 4 290 16.6 68% 5.7 큼 전도성 편차 발생
비교예 5 420 6.3 8% 4.8 없음 크랙 발생
비교예 6 370 11.4 21% 5.4 큼 압출 불량
비교예 7 410 15.7 43% 5.6 작음 -
비교예 8 340 14.4 52% 6.8 큼 전도성 편차 발생
비교예 9 630 5.2 33% 5.9 없음 -
상기 표 3을 참고하면, 비교예 1 및 5에 따라 제조된 시편은 전도성 필러로 카본블랙을 다량 사용하여 전도성은 우수하나, 충격강도가 불량하여 크랙이 발생하며, 낮은 연신율로 인해 실질적인 성형 및 적용이 어려운 문제가 있다. 이러한 문제를 개선하기 위해 고무 성분 또는 고밀도 폴리에틸렌을 추가 투입하여 제조한 비교예 3~4 및 6~8의 시편은 압출 시 전도성 필러가 탈리되어 시편의 표면에 묻어나와 크거나 작은 돌기가 형성되는 슬러핑 현상이 관찰되었다. 이러한 슬러핑 현상이 발생하면 상기 시트를 사용하여 생산되는 제품, 예를 들어, 반도체, 디스플레이, 차량용 전장부품을 생산하는 과정에서 불필요하 분진을 유발하게 되고, 이러한 분진은 상기 제품에 결함을 일으키는 요인이 된다. 반면, 실시예 1~8에 따라 전도성 필러(카본블랙 및 탄소나노튜브), 2종의 HIPS, 폴리스티렌, 고무 성분 및 올레핀계 중합체를 포함하는 전도성 수지 조성물로부터 제조된 시편의 표면에서는 이러한 돌기가 관찰되지 않아 상기 제품의 생산을 원활하게 할 뿐만 아니라 생산된 제품의 신뢰성, 재현성을 현저히 개선할 수 있다.
실시예 1~8 및 비교에 1~8에 따른 시편의 물성을 비교해보면, 고무 성분 및 올레핀계 중합체를 조화롭게 사용한 실시예와 달리, 고무 성분 또는 올레핀계 중합체를 일부만 사용한 비교예의 시편은 표면에 돌기가 형성되고, 압출이 불량 또는 불가하거나 전도성의 편차가 발생하였다. 실시예 1~8에 따른 시편은 굴곡강도가 450kgf/cm2 이상이고, 연신율이 60% 이상으로 비교예 1~8에 비해 높은 것으로 측정되어 정교한 성형이 필요한 제품, 부품 등에 깨짐 없이 상대적으로 용이하게 적용될 수 있을 것으로 예상된다.
한편, 비교예 9에 따른 시편은 고무성분 및 올레핀계 중합체를 사용하여 굴곡강도가 우수하며, 슬러핑 현상 및 압출 불량으로 인한 문제는 없었으나, 폴리스티렌을 과량 사용함으로써 충격강도 및 연신율이 저하되어 실질적인 제품 생산이 어렵다.
도 1은 비교예 1 및 실시예 1의 시편을 각각 굴곡시킨 후 촬영한 것으로 크랙이 발생한 좌측의 비교예 시편과 달리, 우측의 실시예 시편에는 굴곡으로 인한 파손이 없음을 육안으로 확인할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 전도성 수지 조성물에 있어서,
    평균 입경이 1~5㎛인 제1 HIPS 5~30중량%;
    평균 입경이 0.1~1㎛인 제2 HIPS 25~60중량%;
    탄소나노튜브 및 카본블랙을 포함하는 전도성 필러 1~15중량%;
    고무 성분 7~15중량%; 및
    올레핀계 중합체 7~15중량%;를 포함하고,
    상기 제1 HIPS의 평균 입경이 상기 제2 HIPS의 평균 입경보다 크고,
    상기 탄소나노튜브 및 상기 카본블랙의 중량비는 각각 1 : 1~6이고,
    상기 고무 성분 및 상기 올레핀계 중합체의 중량비는 각각 1 : 1~3이고,
    상기 전도성 수지 조성물로 제조된 성형품의 굴곡강도가 450kgf/cm2 이상이고,
    상기 성형품의 충격강도가 15.3kg·cm/cm 이상이고,
    상기 성형품의 연신율이 60% 이상인, 전도성 수지 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 필러는 풀러렌, 그래핀, 그라파이트, 탄소섬유 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나를 더 포함하는, 전도성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고무 성분은 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 스티렌-부타디엔-스티렌 고무, 스티렌-이소프렌-스티렌 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 전도성 수지 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고무 성분은 스티렌-부타디엔-스티렌 고무 및 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무의 혼합물이고,
    상기 스티렌-부타디엔-스티렌 고무 및 상기 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 고무의 중량비는 각각 1 : 1~3인, 전도성 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 수지 조성물은 폴리스티렌을 더 포함하는, 전도성 수지 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폴리스티렌의 함량은 상기 전도성 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 10~30중량%인, 전도성 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 올레핀계 중합체는 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 전도성 수지 조성물.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 수지 조성물은 금속 염 및 스테아라미드를 더 포함하는, 전도성 수지 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 금속 염은 칼슘 스테아레이트, 바륨 스테아레이트, 납 스테아레이트, 마그네슘 스테아레이트, 아연 스테아레이트 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 전도성 수지 조성물.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 금속 염 및 상기 스테아라미드의 함량은 각각 상기 전도성 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 1~5중량%인, 전도성 수지 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 수지 조성물은 실리콘 오일을 더 포함하는, 전도성 수지 조성물.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 실리콘 오일은 디메틸 실리콘 오일, 메틸하이드로겐 실리콘 오일, 에스테르 변성 실리콘 오일, 하이드록시 실리콘 오일, 카비놀 변성 실리콘 오일, 비닐 실리콘 오일, 실리콘 아크릴레이트 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 전도성 수지 조성물.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 실리콘 오일의 함량은 상기 전도성 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5~5중량%인, 전도성 수지 조성물.
  16. 전도성 수지 조성물의 제조방법에 있어서,
    (a) 평균 입경이 1~5㎛인 제1 HIPS 및 탄소나노튜브를 혼합하여 마스터배치를 제조하는 단계; 및
    (b) 상기 마스터배치, 평균 입경이 0.1~1㎛인 제2 HIPS, 카본블랙을 포함하는 전도성 필러, 고무 성분 및 올레핀계 중합체를 혼합하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 HIPS의 함량이 5~30중량%, 상기 제2 HIPS의 함량이 25~60중량%, 상기 전도성 필러의 함량이 1~15중량%, 상기 고무 성분의 함량이 7~15중량%, 상기 올레핀계 중합체의 함량이 7~15중량%가 되도록 각 성분의 투입량이 조절되고,
    상기 제1 HIPS의 평균 입경이 상기 제2 HIPS의 평균 입경보다 크고,
    상기 탄소나노튜브 및 상기 카본블랙의 중량비는 각각 1 : 1~6이고,
    상기 고무 성분 및 상기 올레핀계 중합체의 중량비는 각각 1 : 1~3이고,
    상기 전도성 수지 조성물로 제조된 성형품의 굴곡강도가 450kgf/cm2 이상이고,
    상기 성형품의 충격강도가 15.3kg·cm/cm 이상이고,
    상기 성형품의 연신율이 60% 이상인, 전도성 수지 조성물의 제조방법.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 폴리스티렌을 더 혼합하는, 전도성 수지 조성물의 제조방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 금속 염 및 실리콘 오일을 더 혼합하는, 전도성 수지 조성물의 제조방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 스테아라미드를 더 혼합하는, 전도성 수지 조성물의 제조방법.
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