KR20000061715A - 대전방지막 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기면 위에 전도성 물질이 피복되어 형성된 전도성층과, 상기 전도성층의 표면에 절연성 고분자가 최종제품의 표면전도성이 상실되지 않는 정도의 두께로 피복되어 형성된 보호층을 구비하는 것을 특징으로 하는 대전방지막 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 표면보호층이 필요한 대전방지성 고분자 또는 그 고분자로 만들어진 제품의 대전방지성을 유지할 수 있으므로 대전방지 필름의 대전방지성을 유지할 수 있고 표면평활도를 향상시켜 필름을 통한 가시광선의 투과도를 향상시켜 대전방지성 필름의 빛투과성을 향상시킬 수 있으며, 또한 보호층 재료의 종류에 따라 보호층의 물성을 변화시킬 수 있으므로 다양한 표면물성을 갖는 대전방지성 제품을 만들 수 있으므로 본 기술은 대전방지성 제품의 성능향상에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

대전방지막 및 그 제조방법{ANTISTATIC FILM AND PREPARATION THEREOF}

본 발명은 향상된 내구성을 갖는 대전방지막 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 명세서에서 '대전방지막'이라는 용어는 기면(基面, substrate) 위에 피복되어 대전을 방지하고 전자기파를 차폐하는 막 또는 코팅을 의미한다. 여기서 '기면'이라는 용어는 대전방지막이 그 위에 형성되는 구조물(예를 들어 필름 등과 같은 고분자 구조물)의 표면을 의미한다.

각종 전기 및 전자기기, 주변 설비 및 일상 생활에 있어서 대전방지 및 전자기파 차폐는 이들 기기를 생산하는 제조업체는 물론 우리 일상 생활에 있어서도 매우 중요한 문제이다. 이러한 대전방지 및 전자기파 차폐기술 개발은 그 동안 많이 이루어져 왔다. 그 중 대표적인 방법으로는 도금법, 금속박판을 접착시키는 방법, 은분 또는 동분 등의 금속분말을 코팅하는 방법, 고분자 복합재료를 이용하는 방법, 전도성 고분자를 이용하는 방법 등이 잘 알려져 있다.

이러한 방법들은 각기 장단점이 있는데, 성형성, 투명성, 가격경쟁력 등의 요구조건을 모두 만족시키기에는 부족한 기술로서 아직도 많은 연구가 필요하다. 이중에서 코팅성이 좋은 전도성 고분자를 이용하여 피접착체에 직접 접착하는 방법이 가장 이상적이므로 이에 대한 연구가 많이 이루어져 수 S/cm 정도의 전기전도도를 갖는 전도성 고분자의 합성은 이제 일반화된 기술이다.

대표적인 전도성 고분자로는 폴리아닐린 (polyaniline) 또는 폴리피롤(polypyrrole) 등이 있는데, 이들 전도성 고분자는 용매에 용해될 수 있으므로 많은 관심의 대상이 되었다.

그러나 지금까지 개발된 전도성 고분자는 폴리에스터 등의 일반 고분자 표면에 코팅할 경우 코팅성이 나빠 실제품에 적용하는 것이 거의 불가능한 것이었다. 예를 들어 고분자 필름 위에 이들 전도성 고분자를 코팅한 후 코팅표면을 손으로 문지르면 코팅층이 쉽게 벗겨지는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 내구성이 우수한 대전방지막을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명자들은 기면위에 전도성물질로 코팅형성한 전도성층 위에 다른 고분자 물질로 보호층을 피복한 결과 전도성 층이 벗겨지는 문제는 해결되나, 고분자 보호층의 피복으로 인하여 표면저항이 증가하여 표면전도도가 저하되는 새로운 문제점이 대두되었다. 본 발명자들은 전도성층위에 피복시킬 보호층의 두께를 적절히 조절하면 표면전도도가 저하되더라도 일정 수준이상의 표면전도도를 갖게되어 대전방지막으로 유용하고 전도성 층의 박리저항성이 우수하게 된다는 사실을 알게되어 본 발명을 완성하게 된 것이다.

도 1은 비교예 Ⅰ-1에 따라 폴리에스테르 필름 표면 위에 전도성층을 형성한 대전방지막의 주사전자현미경(SEM) 사진

도 2는 도 1의 대전방지막의 표면조도 측정결과를 나타낸 그래프

도 3은 비교예 Ⅰ-1에서 제조된 대전방지막에 본 발명의 실시예 Ⅰ-1에 따라 아크릴폴리올계 자연경화형 투명고분자를 코팅하여 제조한 대전방지막의 주사전자현미경 사진

도 4는 도 3의 대전방지막의 표면조도 측정결과를 나타낸 그래프

그러므로 본 발명에 의하여 제공되는 대전방지막은 기면 위에 전도성 물질이 피복되어 형성된 전도성층과, 상기 전도성층의 표면에 절연성 고분자가 최종제품의 표면전도도가 대전방지막으로 작용하기에 충분한 정도로 유지될 수 있는 두께로 피복되어 형성된 보호층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따라 상기한 대전방지막을 제조하는 방법은 기면 위에 전도성 물질을 코팅하여 전도성막을 형성시키고, 상기 전도성막의 표면에 절연성 고분자가 최종제품의 표면전도성이 상실되지 않는 정도의 두께로 피복하여 보호막을 형성시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

우선, 본 발명의 기본원리에 대하여 설명하면, 일반 고분자 또는 고분자로 만들어진 제품의 표면은 전기적으로 절연성을 갖는다. 이 표면에 전도성 고분자 등과 같은 전도성물질을 피복하여 전도성층을 형성시키면 표면전도도가 증가한다. 이 전도성층 표면에 다시 투명 고분자를 코팅하면 이 표면은 다시 절연성을 갖게 되고 피코팅체인 고분자 또는 이로 만들어진 제품은 표면전도성을 잃게되고 따라서 대전방지 효과가 사라진다.

투명 고분자 코팅에 의한 표면전도성 소멸은 최종 코팅층의 두께에 따라 크게 좌우될 것이다. 즉, 최종 보호코팅층의 두께가 두꺼우면 이는 결국 표면에 있는 절연층의 두께가 두꺼워져 표면에 흐르는 전류값이 크게 저하되어 표면전도성을 잃게 된다. 이때 최종 보호층 표면에서의 표면전도도의 소멸은 최종 보호층의 두께에 반비례한다. 이는 고분자 막의 전기전도도는 전극의 면적에 비례하고 시료 두께에 반비례한다는 원리를 따르는 것이다.

이 원리를 역으로 이용하면 전도성층 표면에 코팅하는 보호층의 두께에 따라 최종 보호층을 입힌 후 표면전도도가 어느 정도 유지할 수 있도록 할 수 있다. 즉, 전기전도도는 시료 두께에 빈비례하므로 최종 보호층의 두께가 매우 얇으면 단위 두께에 있는 전류밀도가 커지므로 최종 보호층 표면에서의 표면전도도가 어느 정도 유지된다. 이때 보호층 두께가 동일하다고 가정하면 최종 보호층 재료의 전기전도도가 클수록 높은 표면전도도를 기대할 수 있다. 또한 동일한 절연성 고분자를 보호층으로 코팅할 경우에는 코팅되는 보호층의 두께가 얇을수록 보호층 표면에서의 표면전도도가 높아 진다. 이와 같이 전도성층 위에 보호층을 입혀 전도성층의 대전방지 효과를 크게 저하시키지 않으면서 전도성층을 보호할 수 있다.

본 발명에 있어서, 기면에 전도성층을 형성시키기 위하여 사용될 수 있는 재료는 전도성 고분자, 도금금속, 증착금속, 금속분말 등이 있다. 이러한 전도성 물질을 기면에 피복하는 데에는 고분자 복합재료를 이용하는 방법, 도금법, 증착코팅법, 금속분말코팅법 등을 이용할 수 있다.

예를 들어 N-메틸 페나지늄 티시엔큐 (7,7,8,8-테트라시아노퀴논다이메탄) 복합염 [N-methyl phenazium TCNQ (7,7,8,8-tetracyanoquinonedimethane) complex salt] (이하 'TCNQ 복합염'이라 합니다.)은 전도성 유기화합물로서 TCNQ 복합염 자체는 고분자 구조물의 표면에 코팅될 수 없는 상태이나 이를 고분자 바인더(binder)와 혼합하여 고분자 표면에 코팅하면 10⁵Ω/cm²정도의 표면저항을 갖게 할 수 있다 (미국특허 제5,009,811호 참조).

또한 예를 들어 고분자 필름 위에 니켈 등과 같은 금속을 증착하면 고분자 필름의 표면저항을 감소시켜 대전방지를 위한 전도성층을 형성시킬 수 있다. 예를 들어 니켈을 폴리에스테르 필름의 기면위에 증착하면 10⁴Ω/cm²이하의 표면저항을 얻을 수 있다.

이와 같이 형성되는 전도성층은 박리되기 쉬우므로 본 발명에서는 내박리성을 부여하면서 대전방지막으로 적합한 표면전도성을 유지할 수 있는 두께로 보호층을 입힌다.

본 발명에서 전도성층을 보호하기 위한 보호층을 형성시키는 데에는 대전방지성 투명 고분자로부터 절연성의 일반 고분자에 이르는 코팅가능한 모든 고분자를 사용할 수 있다.

특히 보호층을 형성시키기 위하여 사용할 수 있는 코팅재료로서 바람직한 것은 경도가 높은 코팅재료이다. 고경도의 보호층 재료를 사용하면 전도성 막의 표면경도를 크게 증가시켜 전도성층에 높은 박리저항성을 부여할 수 있게 되므로 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

[비교예 Ⅰ-1]

폴리에스테르 필름의 기면 위에 TCNQ 복합염을 고분자 바인더와 혼합하여 코팅하여 전도성 층을 형성시켰다. 이 전도성층의 표면은 바인더가 고형화된 위에 TCNQ 복합염의 결정이 성장한 형태를 보인다. 이때 TCNQ 복합염이 코팅된 표면의 형상은 도 1에 나와 있는 바와 같이 바인더가 고형화된 위에 TCNQ 복합염 결정이 성장한 모습을 보여 준다. 도 2에 이 표면의 조도(roughness)를 보여 주는데, 평균 약 1.5 미크론 정도의 표면조도를 가짐을 보여 준다. 이렇게 제조된 대전방지성 필름의 투명도는 75% 정도이다.

[실시예 Ⅰ-1]

비교예 Ⅰ-1에 따라 전도성층을 코팅한 후에 보호층으로 아크릴폴리올(acrylic polyol)계 자연경화형 투명 고분자를 약 1 미크론 두께로 코팅하여 대전방지막을 제조하였다. 제조된 대전방지막의 표면형상을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이 도 3에 제시되며, 그 표면조도를 측정하여 도 4의 그래프에 나타내었다.

도 3과 도 4에서 보듯이, 약 1 미크론 정도 두께의 아크릴폴리올계 자연경화형 투명 고분자를 보호층으로 입힐 경우 표면조도가 약 0.5 미크론으로 감소되어 표면조도가 크게 개선됨을 알 수 있다. 이때의 표면저항은 10⁶Ω/cm²정도이다.

실시예 Ⅰ-1에 의해서 제조된 대전방지성 필름의 투명도는 87%로서 비교예 Ⅰ-1의 시료 표면에 아크릴폴리올계 투명고분자를 코팅하면 표면조도의 평활화로 인하여 입사광의 손실이 낮아져 가시광선 투과도가 증가함을 알 수 있다.

[실시예 Ⅰ-2]

비교예 Ⅰ-1에 따라 전도성 층을 코팅한 후에 보호층으로 아크릴폴리올계 자연경화형 투명 고분자를 약 3 미크론 두께로 코팅하여 표면조도가 거의 없는 매우 평활한 표면을 얻었다. 이때의 표면저항은 10⁸Ω/cm²정도이었다.

[비교예 Ⅰ-2]

보호층으로 투명 고분자인 아크릴폴리올계 자연경화형 투명 고분자를 약 5 미크론 두께로 코팅한 것을 제외하고는 실시예 Ⅰ-1과 동일한 절차를 반복하였다. 보호층 형성후의 표면저항은 표면저항 측정기로 측정될 수 있는 범위를 넘었다. 따라서 아크릴폴리올계 자연경화형 투명 고분자를 보호층으로 입힐 경우 두께가 약 5 미크론 이상이면 대전방지 효과를 얻을 수 없게 된다.

상기 비교예 Ⅰ-1 내지 Ⅰ-2 및 실시예 Ⅰ-1 내지 Ⅰ-2의 결과를 보면 전도성 유기화합물인 TCNQ 복합염을 바인더를 이용하여 폴리에스터 표면위에 코팅하여 전도성 필름을 만든 후 최종적으로 수 미크론 정도 두께로 아크릴폴리올계 자연경화형 투명 고분자를 보호막을 입히면 폴리에스터 필름의 표면저항을 크게 증가시키지 않아 대전방지성을 유지하면서 표면보호층을 입힐 수 있음을 알 수 있다.

[비교예 Ⅱ-1]

폴리에스테르 필름 위에 니켈을 증착하여 전도성층을 형성시켰다. 얻어진 대전방지막은 10⁴Ω/cm²정도의 표면저항을 얻을 수 있었으나, 니켈이 증착된 폴리에스터 필름 표면을 손으로 강하게 문지른 결과 증착된 니켈층이 벗겨졌다.

[실시예 Ⅱ-1]

비교예 Ⅱ-1에 따라 폴리에스터 필름 표면에 니켈을 증착하여 전도성 층을 형성시킨 후에 보호층으로 10⁹Ω/cm²정도의 표면저항을 갖는 이온전도성 우레탄아크릴 (Urethane acrylate)계 투명 고분자를 코팅한 후 이를 자외선 경화시켜 대전방지막을 제조하였다. 얻어진 대전방지막의 표면저항은 10⁶Ω/cm²정도를 유지하여 대전방지성 필름으로 사용할 수 있었다.

본 발명에서는 일반 고분자 또는 고분자로 만들어진 제품의 대전방지성을 부여하기 위하여 고분자 표면에 TCNQ 복합염을 코팅한 경우 그리고 니켈 증착된 고분자 필름의 보호층에 대하여 언급하였으나, 동일 목적으로 사용되는 다른 종류의 전도성 고분자를 코팅한 경우 또는 다른 종류의 피코팅 고분자 또는 재료에도 동일 기술이 적용될 수 있다. 전도성 고분자가 코팅된 고분자 표면에 보호층을 입힘에 있어 절연성 고분자로 일정 두께 이하로 보호층을 입히면 전도성 고분자 또는 제품의 대전방지성이 유지될 수 있다. 또한 투명전도성 고분자이면서 코팅성이 좋은 고분자를 이용하여 보호층을 입힐 경우에는 두께가 비록 어느 정도 두꺼워도 고분자 또는 제품의 대전방지성을 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또한 표면이 평활하지 못한 필름 표면에 코팅하면 표면평활도를 향상시켜 필름의 가시광선 투과도를 증가시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 표면보호층이 필요한 대전방지성 고분자 또는 그 고분자로 만들어진 제품의 대전방지성을 유지할 수 있으므로 대전방지 필름의 대전방지성을 유지할 수 있고 표면평활도를 향상시켜 필름을 통한 가시광선의 투과도를 향상시켜 대전방지성 필름의 빛투과성을 향상시킬 수 있으며, 또한 보호층 재료의 종류에 따라 보호층의 물성을 변화시킬 수 있으므로 다양한 표면물성을 갖는 대전방지성 제품을 만들 수 있으므로 본 기술은 대전방지성 제품의 성능향상에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (2)

1. 기면 위에 전도성 물질이 피복되어 형성된 전도성층과, 상기 전도성층의 표면에 절연성 고분자가 최종제품의 표면전도성이 상실되지 않는 정도의 두께로 피복되어 형성된 보호층을 구비하는 것을 특징으로 하는 대전방지막.
2. 기면 위에 전도성 물질을 코팅하여 전도성막을 형성시키고, 상기 전도성막의 표면에 절연성 고분자가 최종제품의 표면전도성이 상실되지 않는 정도의 두께로 피복하여 보호막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 대전방지막의 제조방법.