KR20150063448A - 검정 폴리이미드 배터리 라벨 - Google Patents

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KR20150063448A
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battery
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substrate
label
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이후아 왕
준 창
신후이 창
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애버리 데니슨 코포레이션
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Abstract

외부면 및 반대쪽으로 향하는 내부면을 한정하는 폴리이미드 기재를 포함하는 배터리 라벨이 제공된다. 배터리 라벨은 또한, 폴리이미드 기재의 내부면 상에 배치된 난연제-함유 감압 접착제의 층을 포함한다. 폴리이미드 기재는 기재 전반에 걸쳐 분산된 무기 안료를 포함한다. 배터리 라벨은 적어도 0 (VTM-0)의 얇은 물질에 대한 난연성 수직 등급을 나타낸다.

Description

검정 폴리이미드 배터리 라벨 {BLACK POLYIMIDE BATTERY LABEL}
본 발명은 배터리 라벨 및 특히 폴리이미드를 포함하는 검정 라벨(black label)에 관한 것이다.
종래에 공지된 배터리 라벨과 관련된 어려움 및 단점들은 본 발명의 라벨 및 라벨링된 배터리에서 다루어진다.
일 양태에서, 외부면 및 반대쪽으로 향하는 내부면을 한정하는 폴리이미드 기재를 포함하는 배터리 라벨이 제공된다. 배터리 라벨은 또한, 폴리이미드 기재의 내부면 상에 배치된 난연성 감압 접착제의 층을 포함한다.
다른 양태에서, 외부 표면을 갖는 배터리, 및 배터리의 외부 표면에 접착제로 부착된 종래에 주지된 배터리 라벨을 포함하는 배터리 및 이에 적용된 라벨이 제공된다.
다른 양태에서, 검정색인 잉크, 코팅 또는 페인트가 존재하지 않으면서 검정 외관을 나타내는 다층 난연성 배터리 라벨이 제공된다.
실현되는 바와 같이, 본원에 기술된 대상은 기타 및 상이한 구체예일 수 있으며, 이의 여러 세부사항은 모두가 청구된 대상으로부터 벗어나지 않으면서 다양한 점에서 변형될 수 있다. 이에 따라, 도면 및 상세한 설명은 제한적이지 않고 예시적인 것으로서 여겨질 것이다.
휴대용 전자 기기용과 같은 배터리용 라벨은 다양한 요구(demand)를 다루어야 하는데, 예를 들어 라벨은 얇으면서도 비교적 높은 인장 강도를 나타내야 하고, 고온 내성 및 치수 안정성을 나타내야 하고, 난연성이어야 하고, 전기적 절연 성질을 나타내야 한다. 본원에는 이러한 목적들을 다루는 다양한 다층 배터리 라벨이 기술된다. 일반적으로, 검정색이 아닌 잉크, 코팅 또는 페인트가 존재하지 않고 검정 외관을 나타내는 다층 난연성 배터리 라벨이 제공된다.
(i) 외부면 및 내부면을 한정하는 검정 폴리이미드 기재 층, (ii) 기재 층의 외부면 상의 상부 코트 또는 프라이머 층, 및 (iii) 기재 층의 내부면 상에 배치된 난연성 접착제를 포함하는 예시적인 구체예 다층 배터리 라벨이 제공된다. 라이너는 통상적으로 접착제의 노출면을 따라 적용된다.
기재
기재 층은 폴리이미드 물질에 분산된 유효량의 카본 블랙을 갖는 폴리이미드 물질로부터 형성된다. 통상적으로, 폴리이미드 물질은 황색이다. 예시적인 구체예 배터리 라벨은 기재 층을 위해 폴리이미드 물질을 사용하는데, 이는 검정색이고 폴리이미드 물질에서 미립자 카본 블랙의 도입으로부터 형성된다. 이에 따라, 특정 구체예에서, 기재 층에는 기재의 칼라 또는 흑변화(blackening)를 제공하기 위해 이의 외부 표면에 적용되는 코팅 또는 잉크가 존재하지 않는다. 대신에, 예시적인 배터리 라벨의 폴리이미드 기재는 임의의 적용된 착색 코팅 없이 검정색이다. 또한, 특정 구체예에서, 폴리이미드 기재는 이의 단면의 다양한 영역 내에서 검정 색 또는 외관을 나타낸다. 특정 구체예에서, 카본 블랙은 폴리이미드 기재를 형성시키기 위한 반응 이전에 프리폴리머(prepolymer)에 잘 분산된다.
특정 경우에, 후속하여 폴리이미드 기재를 형성시키는 프리폴리머 조성물에 카본 블랙을 도입한 후에, 카본 블랙이 얻어진 폴리이미드 기재의 한 면을 따라 축적하는 경향이 있는 것으로 관찰되었다. 임의의 특정 이론으로 한정하고자 하는 것은 아니지만, 중합 및/또는 층의 압출 동안 일어나는 조성물의 온도 증가가 폴리이미드 기재의 특정 영역에서 카본 블랙의 축적을 형성시키는 것으로 사료된다. 이러한 경우에, 얻어진 기재의 한 면은 매트(matte) 검정 외관을 나타낼 수 있으며, 반대쪽으로 향하는 면은 윤이 나는 외관을 나타낼 수 있다.
다수의 폴리이미드가 본원에 기술된 배터리 라벨의 기재 층을 위해 사용될 수 있다. 본원에 기술된 배터리 라벨에서 사용하기 위한 예시적인 폴리이미드 조성물은 하기 표 1에 기술되어 있다.
표 1 - 예시적인 폴리이미드 조성물
Figure pct00001
성분 A는 C6H2(C2O3)2의 화학식을 갖는 카복실산 무수물이다. 성분 A는 피로멜리트산 이무수물(PMDA)이고, 또한 1,2,4,5-벤젠테트라카복실산 이무수물로서 알려져 있다.
성분 B는 O(C6H4NH2)2의 화학식을 가지고, 아닐린의 에테르 유도체이다. 성분 B는 또한 4,4'-디아미노디페닐 에테르로서 알려져 있다.
성분 A 및 성분 B는 중합되어 폴리이미드 조성물을 형성한다. 성분 C는 중합 이전, 동안, 또는 후에 조성물 내에 분산된다.
카본 블랙은 여러 공급처로부터 그리고 여러 상이한 등급으로 상업적으로 입수 가능하다. 본원에 기술된 배터리 라벨의 기재 층에서 사용하기 위한 통상적인 카본 블랙은 카본 블랙의 나노미터 크기의 입자를 포함한다.
조성물에 검정색을 부여하고 조성물로부터 형성된 기재에 다른 요망되는 성질을 부여하기 위하여 폴리이미드 조성물에 도입하기 위해 카본 블랙이 주지되어 있지만, 다른 제제, 예를 들어 무기 안료 및 착색제가 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 폴리이미드 조성물에 도입된 카본 블랙 및/또는 다른 제제의 비율은 특정 적용에 의존적이다. 그러나, 통상적인 중량 백분율은 약 0.1% 내지 약 5%의 범위이며, 여러 구체예에 대하여, 1% 내지 2%가 유용하다.
폴리이미드 층은 배터리 라벨의 최종 용도 요건에 따라 소정의 두께를 갖는다. 고인장 강도가 요구되는 적용에 대하여, 폴리이미드 층은 약 35 ㎛ 내지 약 42 ㎛의 두께를 가지며, 38 ㎛가 통상적이다. 배터리 라벨의 얇음(thinness)이 요망되는 다른 적용에 대하여, 폴리이미드 층은 약 13 ㎛ 내지 약 17 ㎛이며, 15 ㎛가 통상적이다.
상부 코트 또는 프라이머
상부 코트 또는 프라이머의 하나 이상의 층은 통상적으로 폴리이미드 기재의 외부면 상에 배치된다. 상부 코트는 투명하거나 실질적으로 그러할 수 있다. 특정 구체예에서, 상부 코트는 매트 또는 텍스쳐드 표면 또는 외관을 갖는다. 상부 코트는 일반적으로 그 위에 프린팅된 표시를 수용하고 보유하도록 구성된다. 다수의 표시 적용 기술, 예를 들어 레터프레스(letterpress), 실크 스크리닝(silk screening), 플렉옥스(fleox), 프린팅, 등이 사용될 수 있다.
상부 코트 또는 프라이머 층은 통상적으로 약 0.5 ㎛ 내지 약 5 ㎛의 두께를 갖는다. 배터리 라벨이 이러한 수치 보다 큰 또는 그 보다 작은 두께를 갖는 상부 코트 또는 프라이머 층을 사용할 수 있는 것으로 인식할 것이다.
난연성 접착제
접착제, 및 통상적으로 감압 접착제는 폴리이미드 기재의 내부면 상에 배치된다. 일반적으로, 접착제가 난연 성질을 나타내는 한 본원에 기술된 바람직한 배터리 라벨에서 광범위한 접착제가 사용될 수 있다. 특정 구체예에서, 난연성 접착제는 감압 아크릴 접착제이다. 접착제에 난연성을 제공하거나 접착제의 난연 성질을 증진시키기 위해 하나 이상의 난연제 또는 첨가제가 접착제에 도입될 수 있다.
아크릴 기반 접착제는 Avery Dennison Corporation으로부터의 상업적으로 입수 가능한 "S" 및 "SP" 시리즈; Ashland Chemical로부터의 AEROSET 접착제; Henkel Corporation으로부터의 DURO-TAK 접착제; Cytec으로부터 입수 가능한 GELVA GMS 접착제; 및 Toyo Ink로부터의 ORIBAIN 접착제로부터 선택된다.
난연제는 금속 옥사이드 수화물, 폴리포스페이트, 멜라민, 폴리실록산, 유기 포스포네이트, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이로 한정하지 않는다. 적합한 금속 옥사이드 수화물의 예는 마그네슘 하이드록사이드 및 알루미늄 하이드록사이드를 포함한다. 적합한 폴리포스페이트의 예는 암모늄 폴리포스페이트를 포함한다. 적합한 멜라민의 예는 멜라민 포스페이트를 포함한다. 그리고, 적합한 폴리실록산의 예는 Momentive Performance Materials로부터 상업적으로 입수 가능한 SFR100을 포함한다. 다수의 상업적으로 입수 가능한 난연제는 접착제에 도입될 수 있고, 본원에 기술된 배터리 라벨에서 사용될 수 있다. 상업적으로 입수 가능한 난연제의 예는 Rhodia Group of Solvay Chemicals로부터 상품명 AMGARD TOF, AMGARD CT, AMGARD DBBP, 및 AMGARD TBEP로 입수 가능한 유기 포스페이트 및 포스포네이트를 포함한다. 적합한 난연제의 추가 예는 NuTech Chemical, Limited로부터 상업적으로 입수 가능한 NuFR DOPO 및 NuFR DODP-HQ를 포함한다.
본원에 기술된 배터리 라벨의 접착제 층은 약 20 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는다.
접착제에 첨가되거나 도입된 난연제의 양은 최종 용도 적용 요건 및 다른 인자들 중에서 접착제 및 난연제(들)의 특징에 의존적이다. 그러나, 특정 구체예에서, 양은 약 1% 내지 약 40%, 및 더욱 통상적으로 약 5% 내지 약 30%이다. 본원에 기술된 다양한 배터리 라벨은 이러한 양들 보다 크거나 그 보다 적은 난연제의 양을 사용할 수 있다.
난연성은 다양한 산업 표준 및 시험에 따라 평가된다. 널리 인정된 표준은 UL94이다. 이는 미국의 Underwriters Laboratories에 의해 발표된 플라스틱 가연성 표준이다. 시험은 일반적으로 특정 두께를 갖는 특정 크기의 시편 상에서 수행된다. 특정 분류는 배터리 라벨과 같은 얇은 필름에 적용한다. 하기에 기술된 표 2는 난연성의 3개의 등급 또는 수준과 관련된 파라미터를 나열한 것이다.
상세하게, 얇은 물질의 수직 시험은 얇거나 너무 가요성이거나 일반적인 수직 시험 동안에 왜곡되거나 수축되거나 구부러질 수 있는 물질에 대해 사용된다. 이러한 시험에 대한 절차는 하기와 같다. 8 인치 × 2 인치 시편을 1/2 인치 직경의 만드렐(mandrel) 둘레에 세로로 롤링하고, 한 단부 상에 테이핑하였다. 만드렐을 제거할 때에, 시편은 콘(cone)을 형성한다. 콘은 수직 위치에서 지지되며, 불꽃이 시편의 바닥에 적용된다. 불꽃을 3초 동안 적용하고, 이후에 제거하고, 불꽃이 정지될 때까지 불꽃을 다른 3초 동안 다시 적용하고, 이후에 제거하였다. 5개의 시편의 두 세트를 시험하였다. 두 세트를 상이한 조건 하에서 컨디셔닝하였다.
표 2 - 얇은 물질에 대한 난연성 수직 등급
Figure pct00002
예시적인 배터리 라벨은 적어도 VTM-2; 특정 구체예에서 VTM-1; 및 여러 경우에 VTM-0의 난연성을 나타낸다.
라이너
라이너 또는 라이너 물질의 층은 난연제 층의 노출된 면을 이형 가능하게 덮기 위해 사용될 수 있다. 다수의 라이너 물질이 사용될 수 있다. 예시적인 라이너는 글라신 물질 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)이다.
실시예
본원에 기술된 배터리 라벨에 도입하기 위해 유용한 난연성 아크릴 감압 접착제의 콜렉션(collection)은 하기와 같이 제공되었다.
접착제 1 - 39% 내지 42%의 전체 고형물 함량, 800 내지 4500 mPa·s의 브룩필드 점도, 2.5 내지 3.2의 상대 점도, 및 120 내지 160 mg KOH/g의 하이드록실가(hydroxyl number)를 갖는 아크릴 감압 접착제를 5 내지 30 중량%의 암모늄 폴리포스페이트 분말 (난연제)과 용매 아크릴 접착제에 분산시킴으로써 조합하였다. 24시간 후에, 접착제 샘플은 8N/in 보다 큰 90도 박리 시험 성능을 나타내었다. 접착제 1은 높은 난연 성질 및 통상적인 내열성 특징을 요구하는 적용에 대해 적합하다.
접착제 2 - 39% 내지 42%의 전체 고형물 함량, 800 내지 4500 mPa·s의 브룩필드 점도, 2.0 내지 4.0의 상대 점도, 60 내지 80 mg KOH/g의 하이드록실가 및 10 내지 50 mg KOH/g의 산가를 가지고 (내열 성질을 증진시키기 위해) 아크릴 접착제에서 공중합되는 지방족 에폭시기 함유 모노머를 갖는 아크릴 감압 접착제를 5 내지 30 중량%의 암모늄 폴리포스페이트 분말과 용매 아크릴 접착제에 분산시킴으로써 조합하였다. 24시간 후에, 접착제 샘플은 8N/in 보다 큰 90도 박리 시험 성능을 나타내었다. 접착제 2는 난연성과 내열성간의 양호한 균형을 요구하는 적용에 대해 적합하다.
접착제 3 - 35% 내지 37%의 전체 고형물 함량, 1000 내지 3300 mPa·s의 브룩필드 점도, 2.5 내지 4.0의 상대 점도, 30 내지 50 mg KOH/g의 하이드록실가 및 30 내지 50 mg KOH/g의 산가를 가지고 아크릴 접착제에서 공중합되는 지방족 에폭시기 함유 모노머를 갖는 아크릴 감압 접착제를 용매 아크릴 접착제에 분산된 5 내지 30 중량%의 암모늄 폴리포스페이트 분말과 조합하였다. 24시간 후에, 접착제 샘플은 8N/in 보다 큰 90도 박리 시험 성능을 나타내었다. 접착제 3은 통상적인 난연성 및 비교적 높은 내열성을 요구하는 적용에 대해 적합하다.
여러 다른 잇점들은 아마도 이러한 기술의 미래 적용 및 개발로부터 명백하게 될 것이다.
본원에 기술된 바와 같이, 본 발명은 종래 라벨 및 라벨링된 배터리와 관련된 여러 문제점들을 극복한다. 그러나, 본 발명의 특성을 설명하기 위해 본원에 기술되고 예시된, 성분들의 세부사항, 물질, 및 배열의 다양한 변화가 첨부된 특허청구범위에서 표현되는 바와 같이, 청구된 대상의 원리 및 범위를 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 이루어질 수 있는 것으로 인식될 것이다.

Claims (20)

  1. 외부면 및 반대쪽으로 향하는 내부면을 한정하는 폴리이미드 기재;
    폴리이미드 기재의 내부면 상에 배치된 난연성 감압 접착제의 층을 포함하는 배터리 라벨(battery label).
  2. 제1항에 있어서, 폴리이미드 기재가 기재 전반에 걸쳐 분산된 무기 안료를 포함하는 배터리 라벨.
  3. 제2항에 있어서, 무기 안료가 카본 블랙(carbon black)인 배터리 라벨.
  4. 제3항에 있어서, 폴리이미드 기재 중의 카본 블랙의 농도가 1% 내지 2%인 배터리 라벨.
  5. 제2항에 있어서, 폴리이미드 기재가 검정색을 나타내는 배터리 라벨.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리이미드 기재가 피로멜레틱 이무수물(pyromelletic dianhydride)과 4,4'-옥시디아닐린을 중합시킴으로써 형성된 배터리 라벨.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리이미드 기재의 두께가 약 35 ㎛ 내지 약 42 ㎛인 배터리 라벨.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리이미드 기재의 두께가 약 13 ㎛ 내지 약 17 ㎛인 배터리 라벨.
  9. 제1항에 있어서, 폴리이미드 기재의 외부면 상에 배치된 상부 코트층을 추가로 포함하는 배터리 라벨.
  10. 제9항에 있어서, 상부 코트층의 두께가 약 0.5 ㎛ 내지 약 5 ㎛인 배터리 라벨.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 난연성 감압 접착제가 아크릴 접착제, 및 하나 이상의 난연제를 포함하는 배터리 라벨.
  12. 제11항에 있어서, 난연제가 금속 옥사이드 수화물, 폴리포스페이트, 멜라민, 폴리실록산, 유기 포스포네이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 배터리 라벨.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 난연성 감압 접착제의 층이 약 20 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 배터리 라벨.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 라벨이 적어도 VTM-2의 난연성(flame retardancy)을 나타내는 배터리 라벨.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 라벨이 적어도 VTM-1의 난연성을 나타내는 배터리 라벨.
  16. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 라벨이 적어도 VTM-0의 난연성을 나타내는 배터리 라벨.
  17. 외부 표면을 갖는 배터리; 및 배터리의 외부 표면에 접착제로 부착된 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 배터리 라벨을 포함하는, 배터리 및 배터리에 적용된 라벨.
  18. 검정색인 잉크, 코팅 또는 페인트 없이, 검정 외관을 나타내는 다층 난연성 배터리 라벨.
  19. 제18항에 있어서, 외부면 및 반대쪽으로 향하는 내부면을 한정하는 기재; 및
    기재의 내부면 상에 배치된 난연성 감압 접착제의 층을 포함하는 다층 배터리 라벨.
  20. 제19항에 있어서, 기재가 폴리이미드를 포함하는 다층 배터리 라벨.
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