전기 전도성 엘라스토머 혼합물, 그 제조 방법 및 그 용도 document_id A220623108779

중합체 및 중합체 혼합물의 전기적 성질을 살펴보면, 이들은 일반적으로 유전체이다. 그러나, 일부 용도에서 중합체 물질은 어느 정도의 전기 전도도를 갖는 것이 유리하다. 이러한 적용예로는 정전기방지 팩키지, 가연성 물질용 파이프 장치 및 용기, 정전기적으로 도장 제작된 형상체 및 당업계에 공지된 기타 여러가지 적용예 등이 있다. 또한, 전자 소자의 수를 일정하게 증가시키면, 한편으로는 전자 제품이 다른 전자 소자에 의해 유발되는 전자기 간섭으로부터 보호되어야 하고, 다른 한편으로는 외부에서 이들 소자에 의해 유발된 전자 간섭이 감소되어야 한다는 사실이 초래되었다. 다시 설명하면, 소자가 EMI 차폐되어야 한다. 전도성 충전제로서 작용하는 금속 또는 금속 피복 입자, 카본, 또는 흑연 또는 이의 조합물과, 매트릭스 물질로서 작용하는 실질적으로 전기 비전도성 중합체를 컴파운딩하여 전기 전도도를 실현하는 경우가 흔히 있다. 용어 엘라스토머는 거대분자로 이루어진 물질로서, 연신성과 장력이 해제된 후에 기본 형상으로의 신속한 복원을 특징으로 한다. 매트릭스 물질이 열경화성 물질, 예컨대 실리콘 중합체인 전기 전도성 엘라스토머 혼합물이 공지되어 있다. 탄성 성질을 얻고 일반적으로 제품이 가공 가능하게 하기 위해서는 이러한 매트릭스 물질을 가교시켜야 한다. 가교에는 많은 에너지와 시간이 필요하고, 특수 가교 장치를 필요로 하여, 제품의 제조를 더디게 하고 비싸지게 한다. 또한, 전기 전도성 열가소성 엘라스토머 혼합물은 종래 기술에 포함된다. 열경화성 물질과 비교하여, 이들 물질은 신속하고 저렴하게 가공할 수 있지만, 비저항 값이 흔히 열경화성 물질보다 높다. 엘라스토머 혼합물을 전기적 전도성이 되게 하기 위해서, 함께 컴파운딩된 전기적 전도성 입자를 서로 접촉시키거나, 또는 효과적인 터널링 전류가 그 사이를 흐르기에 충분하도록 이들 사이의 거리가 짧아야 한다. 또한, 입자는 매트릭스 물질을 통해 유도되는 사슬을 형성하여야 한다(G. R. Ruschau et al, J. Appl. Phys. 72, 1992, pp. 953-959). 전기 전도성 입자의 체적 분율은 상기 조건을 만족하기에 충분히 커야 한다. 그러나, 충전제의 체적 분율이 증가하면 (다른 무엇보다도) 엘라스토머 혼합물의 기계적 성질, 작업성 또는 표면 품질이 손상된다. 또한, 재료 값이 상당히 비싸지는 경우가 많다. 따라서, 전기적 전도성을 증가시키기 위해 체적 분율을 무한히 증가시킬 수는 없다. 각종 방법으로 입자의 표면을 처리하여 전기 전도성 충전제의 전기 전도도를 향상시키는 것이 알려져 있다. 전기 전도성 중합체로 입자를 직접 코팅하는 것도 하나의 대안이다. 예를 들어, 나트륨 도데실 설페이트(SDS)를 니켈 입자의 표면에 먼저 도포하는 방법을 이용하여 폴리피롤로 니켈 입자를 코팅하였다(Genetti W. B. et al, J. Mater. Sci. 33, 1998, pp. 3085-3093). SDS는 표면 활성제로서 니켈 입자 주변에 이중 층을 형성한다. 그 다음 이중 층 내에서 피롤을 중합시켰다. 이것은 입자로 충전된 폴리에틸렌의 비전도도를 상당히 향상시켰다. 미국특허 제6,875,375호는 엘라스토머 매트릭스 및, 전기 전도성 충전제로서, 금속 피복 입자를 포함하는 전기 전도성 열가소성 엘라스토머 혼합물을 개시한다. 전기 전도성 입자는 자기 조립 분자층(self-assembled molecule layer)으로 적어도 부분적으로 코팅된다. 선택적으로, 코팅은 자기 조립 분자들 사이에 놓여진 분자 전도체를 포함할 수 있다. 엘라스토머 혼합물의 비저항은 낮으며 압축의 영향으로 인해 실질적으로 증가하지 않는다. 또한, 스테아르산의 첨가는 미국특허 제6,875,375호에 개시된 코팅 물질과 유사한 효과를 가지는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 공지된 전기 전도성 열가소성 엘라스토머 혼합물은 중대한 문제를 가지고 있다. 즉, 이러한 혼합물은 흔히 시일을 제조하는데 사용된다. 일반적으로 시일은 흔히 적어도 하나의 폐쇄 루프를 형성하는 연장된 대상물로서 그 단면은 그 길이에 비해 작다. 이러한 생성물을 주입 몰딩에 의해 제조하는 경우, 용융 엘라스토머 혼합물은 몰드 공극부를 구성하는 좁은 채널에서 장거리를 흐르게 된다. 즉, 몰드의 내부에, 엘라스토머 혼합물을 몰드 공극부로 공급하게 하는 게이트와, 웰드 라인, 즉 몰드 공극부를 채우는 물질 흐름이 서로 만나는 몰드 공극부 내의 지점 사이의 흐름 거리가 길다. 결국, 엘라스토머 혼합물은 몰드가 채워지는 전체 공정 동안에 큰 전단력을 받게된다. 널리 알려진 바와 같이, 엘라스토머 혼합물은 채널에 흐르고, 흐르는 엘라스토머 혼합물의 유속은 채널의 표면 부근에서 가장 낮고, 채널의 단면의 중심선에 접근하자마자 그로부터 증가한다. 이러한 흐름 환경에서는, 고체 충전제를 함유하는 엘라스토머 혼합물은 비균질화(non-homogenization)되게 되어, 채널의 표면 근처에 흐르거나 표면에 이미 부착되어 있는 엘라스토머 혼합물의 부분에 실제적으로 속하는 일부 입자들은 이 부분으로부터 구별되어지고 채널의 내부를 흐르는 혼합물과 함께 진행한다. 이러한 현상으로 인해, 게이트 근처에서의 엘라스토머 혼합물의 전기 전도성 충전제의 일관성(consistency)은 몰드 내로 공급된 엘라스토머 혼합물의 전기 전도성 충전제 보다도 실질적으로 더 낮을 수 있다. 이것은 게이트 부근에서의 전기 저항값을 실질적으로 증가시키며, 이것이 시일이 전기 전도성에 대한 요구 세트를 충족시키지 못하는 이유이다.