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KR102506408B1 - 고분자 조성물, 전자기기 및 전자기기의 제조 방법 - Google Patents

고분자 조성물, 전자기기 및 전자기기의 제조 방법 Download PDF

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KR102506408B1
KR102506408B1 KR1020150172114A KR20150172114A KR102506408B1 KR 102506408 B1 KR102506408 B1 KR 102506408B1 KR 1020150172114 A KR1020150172114 A KR 1020150172114A KR 20150172114 A KR20150172114 A KR 20150172114A KR 102506408 B1 KR102506408 B1 KR 102506408B1
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김인
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Abstract

친환경 재료를 포함하는 고분자 조성물, 전자기기 및 그 제조 방법에 관한 발명이다.
일 측면에 따른 고분자 조성물은 전체 고분자 조성물 중량 대비 열가소성 수지 30 내지 70 중량부; 바이오 수지를 포함한 친환경 수지 1 내지 50 중량부; 및 실리콘 수지 1 내지 60 중량부;를 포함한다.

Description

고분자 조성물, 전자기기 및 전자기기의 제조 방법{POLYMER COMPOSITION, ELECTRONIC DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING OF THE SAME}
친환경 재료를 포함하는 고분자 조성물, 전자기기 및 그 제조 방법에 관한 발명이다.
전자 통신 산업의 발달로 영상기기 및 휴대용 무선단말기가 소형화, 경박화, 경량화 및 고화질화 되어 가면서 기능이 다양해지고 있는 추세이다.
이에 경박화에 따른 제품의 강성을 유지하고, 공정에 있어서 제품 성형성에 문제가 없는 유변학적 특성을 가지며, 소비자의 니즈를 충족하기 위한 친환경성을 가지는 재료 설계에 대한 개발이 필요한 상황이다.
최근 웨어러블 장치의 사용 확대로 사람의 피부와 직접 접촉하는 엘라스토머 소재에 대한 내구성뿐만 아니라 착용감 개선에 대한 요구가 날로 증대되고 있다. 이와 관련해 엘라스토머 소재의 내구성 향상, 착용감 개선과 함께 해당 소재와 접촉하는 부위의 피부 트러블이 발생되지 않도록 하기 위한 연구 개발이 필요한 상황이다.
일 측면은 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Polyurethane, TPU)과 같은 열가소성 수지에 친환경 수지를 블렌딩하여 마련된 고분자 조성물, 전자기기 및 전자기기의 제조 방법을 제공하고자 한다. 여기서 친환경 수지는 피마자 유래 PA11수지, 옥수수 유래 수지와 같은 바이오 수지, 또는 일산화 탄소를 원료로 마련된 폴리케톤(Polyketone) 수지를 포함할 수 있다.
다른 측면은 일정 수준의 실리콘을 블렌딩하여 마련된 고분자 조성물, 전자기기 및 전자기기의 제조 방법을 제조하고자 한다.
일 측면에 따른 고분자 조성물은 전체 고분자 조성물 중량 대비 열가소성 수지 30 내지 70 중량부; 바이오 수지를 포함한 친환경 수지 1 내지 50 중량부; 및 실리콘 수지 1 내지 60 중량부;를 포함한다.
또한, 바이오 수지는, 피마자 유래 PA11 수지, 옥수수 유래 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 옥수수 유래 수지는, 폴리 에테르 글리콜(Poly ether glycol)을 포함하는 비식용성 옥수수 유래 성분을 포함할 수 있다.
또한, 친환경 수지는, 일산화 탄소를 원료 마련된 폴리케톤(Polyketone) 수지를 포함할 수 있다.
또한, 열가소성 수지는, 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Polyurethane, TPU) 수지, 열가소성 폴리올레핀(Thermoplastic Polyolefin, TPO) 수지, 열가소성 엘라스토머(Thermoplastic Elastomer) 수지, 고무 변성 스티렌계 수지, 폴리올(Polyol)계 수지, 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC)계 수지, 에테르(ether)계 수지, 에스테르(ester)계 수지, 에틸렌옥텐고무(ethylene octane rubber, EOR) 및 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 기반의 열가소성 가황물(Thermoplastic Vulcanizate, TPV)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 10kgF 이상의 인장강도를 가질 수 있다.
다음으로, 일 측면에 따른 전자기기는 전체 고분자 조성물 중량 대비 열가소성 수지 30 내지 70 중량부, 바이오 수지를 포함한 친환경 수지 1 내지 50 중량부 및 실리콘 수지 1 내지 60 중량부를 포함하는 고분자 조성물로 이루어진다.
또한, 바이오 수지는, 피마자 유래 PA11 수지, 옥수수 유래 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 옥수수 유래 수지는, 폴리 에테르 글리콜(Poly ether glycol)을 포함하는 비식용성 옥수수 유래 성분을 포함할 수 있다.
또한, 친환경 수지는, 일산화 탄소를 원료 마련된 폴리케톤(Polyketone) 수지를 포함할 수 있다.
또한, 열가소성 수지는, 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Polyurethane, TPU) 수지, 열가소성 폴리올레핀(Thermoplastic Polyolefin, TPO) 수지, 열가소성 엘라스토머(Thermoplastic Elastomer) 수지, 고무 변성 스티렌계 수지, 폴리올(Polyol)계 수지, 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC)계 수지, 에테르(ether)계 수지, 에스테르(ester)계 수지, 에틸렌옥텐고무(ethylene octane rubber, EOR) 및 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 기반의 열가소성 가황물(Thermoplastic Vulcanizate, TPV)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 10kgF 이상의 인장강도를 가질 수 있다.
또한, 전자기기는 웨어러블 기기를 포함할 수 있다.
다음으로, 일 측면에 따른 전자기기의 제조 방법은 전체 고분자 조성물 중량 대비 열가소성 수지 30 내지 70 중량부, 바이오 수지를 포함한 친환경 수지 1 내지 50 중량부 및 실리콘 수지 1 내지 60 중량부를 배합하는 단계; 배합된 고분자 조성물을 압출기의 호퍼에 투입해 펠릿 형태로 제조하는 단계; 및 펫릿을 사출성형장치에 투입해 사출 성형하는 단계;를 포함한다.
또한, 사출 성형하는 단계는, 펠릿을 사출성형장치의 호퍼에 인입하는 단계와, 인입된 펠릿을 용융하는 단계와, 용융된 고분자 조성물을 금형에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 바이오 수지는, 피마자 유래 PA11 수지, 옥수수 유래 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 옥수수 유래 수지는, 폴리 에테르 글리콜(Poly ether glycol)을 포함하는 비식용성 옥수수 유래 성분을 포함할 수 있다.
또한, 친환경 수지는, 일산화 탄소를 원료 마련된 폴리케톤(Polyketone) 수지를 포함할 수 있다.
또한, 열가소성 수지는, 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Polyurethane, TPU) 수지, 열가소성 폴리올레핀(Thermoplastic Polyolefin, TPO) 수지, 열가소성 엘라스토머(Thermoplastic Elastomer) 수지, 고무 변성 스티렌계 수지, 폴리올(Polyol)계 수지, 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC)계 수지, 에테르(ether)계 수지, 에스테르(ester)계 수지, 에틸렌옥텐고무(ethylene octane rubber, EOR) 및 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 기반의 열가소성 가황물(Thermoplastic Vulcanizate, TPV)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 측면에 따른 고분자 조성물로 마련된 전자기기는 친환경 재료 구현을 통한 글로벌 친환경 정책 부합 및 그린 소비자의 니즈를 충족시킬 수 있다. 보다 상세하게, 이산화 탄소 배출의 저감 및 총 휘발성 유기 화합물(total volatile organic compounds, TVOC)의 저감 효과를 가져올 수 있으며, 신체 접촉 시 피부에 유해한 영향을 주지 않아 환경 부하를 저감시킬 수 있다.
또한, 일정 수준의 실리콘 블렌딩을 통해 기계적 강성을 유지하면서도 사용자의 촉감을 만족시켜 전자기기의 착용감이 증대되도록 할 수 있다.
도 1은 웨어러블 장치의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 웨어러블 장치의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 압출기의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 사출성형장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 고분자 조성물의 제조 방법을 도시한 도면이다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 발명의 바람직한 예에 불과하며, 출원 시점에 있어 본 명세서의 실시 예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
이하 개시된 발명에 따른 고분자 조성물, 전자기기 및 전자기기의 제조 방법의 예시적 실시 예를 상세하게 설명한다.
개시된 발명에 따른 고분자 조성물은 웨어러블 기기용 엘라스토머 소재를 구현하기 위한 것으로, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물에 의하면 고경도를 가지는 친환경 수지 성분을 원료로 하여 웨어러블 기기용 엘라스토머 소재를 구현할 수 있다. 아울러, 고분자 소재로 자원화한 친환경 소재인 폴리 케톤을 다른 소재와 블랜딩해 제품에 적용함으로써 제품에 친환경성을 부여할 수 있다.
이하, 개시된 발명에 따른 고분자 조성물에 대해 상세하게 설명한 후 이러한 고분자 조성물을 원료로 하여 성형된 전자기기 및 전자기기의 제조 방법에 대해 설명하도록 한다.
일 실시 예에 따른 고분자 조성물은 전체 고분자 조성물 중량 대비 바이오 수지를 포함한 친환경 수지 1 내지 50 중량부와, 열가소성 수지 30 내지 70 중량부와, 실리콘 수지 1 내지 60 중량부를 포함한다.
친환경 수지는 환경오염을 유발하는 유해 물질을 줄인 수지이다.
이러한 친환경 수지는 일산화탄소를 원료로 마련된 폴리케톤(Polyketone) 수지, 바이오 수지 등을 포함할 수 있다.
먼저, 친환경 수지로서 폴리케톤 수지에 대해 설명한다.
폴리 케톤은 일산화탄소와 올레핀의 교대 공중합 고분자이다. 여기서 올레핀은 지방족 불포화 탄화수소로 탄소 간의 이중결합을 포함하는 화합물을 총칭한다.
폴리 케톤은 세 개의 탄소 사슬마다 도입된 카르보닐기(C=O)로 인해 결정성을 가지며, 원료로 대기오염물질인 일산화탄소를 사용하므로 친 환경적인 고분자 재료이다.
폴리 케톤은 주쇄가 모두 탄소로 구성된 엔지니어링 플라스틱으로, 고결정성, 컴팩트한 결정 구조를 가지며, 이러한 결정 구조로 인해 탁월한 내충격성, 내화학성, 내마모성, 내연료성, 기체차단성, 난연성을 가진다.
구체적으로, 폴리 케톤은 일반적인 엔지니어링플라스틱 소재인 나일론 대비 약 200% 이상의 충격 강도를 가진다. 또한, 폴리 케톤은 수분에 대한 물성 변화가 적다. 또한, 폴리 케톤은 화학 물질에 대한 저항성이 우수하다. 또한, 폴리 케톤은 일반적으로 단단한 소재로 알려져 있는 폴리아세탈(POM) 대비 내마모성이 약 14배 이상 우수하여(베이스 레진 기준) 반영구적인 소재로 사용될 수 있다. 또한, 폴리케톤은 연소 시 카르보닐기(C=O)와 수소가 반응하여 물이 생성되면서 차(char)를 형성하게 되고, 생성된 차 레이어(char layer)가 산소와 열을 차단하여 폴리 케톤을 원료로 하여 제조된 성형품에 난연성을 부여할 수 있다.
이러한 폴리 케톤은 일산화탄소와 올레핀을 합성하여 제조될 수 있다. 구체적으로, 폴리 케톤은 일산화탄소와 에틸렌(ethylene)을 합성하여 제조된 공중합물(Copolymer)과, 일산화탄소와 에틸렌과 프로필렌(propylene)을 합성하여 제조된 터폴리머(Terpolymer)를 포함할 수 있다. 이하 반응식 1과 2는 폴리 케톤의 합성 과정을 나타낸 것이다.
[반응식 1]
Figure 112015118814317-pat00001
[반응식 2]
Figure 112015118814317-pat00002
[반응식 1]과 같이 일산화 탄소와 에틸렌이 합성되어 폴리케톤 공중합물이 제조될 수 있으며, [반응식 2]와 같이 일산화 탄소와, 에틸렌과, 프로필렌이 합성되어 폴리케톤 터폴리머가 제조될 수 있다.
코폴리머는 고강도 섬유용으로 사용될 수 있으며 일반적으로 약 260℃의 녹는점을 가지며, 약 200,000이상의 분자량을 가질 수 있다. 터폴리머는 엔지니어링 플리스틱 용도의 소재로 압출 또는 사출 가공하여 사용될 수 있으며 일반적으로 약 220℃의 녹는점을 가지며, 약 60,000 이상의 분자량을 가질 수 있다. 이에, 반응식 1 에서의 정수 n 은 코폴리머의 분자량이 200,000 이상의 분자량을 가지도록 하는 범위 내에서의 정수일 수 있으며, 반응식 2에서의 정수 n, m은 터폴리머의 분자량이 600,000 이상의 분자량을 가지도록 하는 범위 내에서의 정수일 수 있다.
다음으로, 바이오 수지는 바이오매스 성분을 원료로 한 수지로, 여기서 바이오매스는 동식물을 이루고 있는 유기물 자원을 의미한다. 이러한 바이오 수지는 피마자 유래 폴리아미드11(PA11) 수지, 옥수수 유래 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
PA11 수지는 피마자유에서 얻어진 11-아미노운데카이드산(11-Aminoundecide acid)을 축합중합에 의대 얻을 수 있는 지방족 화합물로, 이하의 구조식 1로 나타낼 수 있다.
[구조식 1]
PA11은 비교적 긴 에틸렌 사슬을 가지고 있기 때문에 다른 폴리아미드(PA)에 비하여 융점이 185℃로 낮다. 아울러, PA11은 내가수 분해성이 우수하며, 많은 화학약품에 대해 내성을 가진다. 또한, PA11의 밀도는 약 1.02로 가벼우며 내충격성이 특히 뛰어난 특성을 가진다.
옥수수 유래 수지는 폴리 에테르 글리콜(poly ether glycol)을 포함하는 비식용성 옥수수 유래 성분을 포함할 수 있다.
일반적으로 신체에 접촉되는 웨어러블용 엘라스토머 소재는 내구성을 가지기 위한 기계적 강성을 유지하면서도 사용자의 촉감을 만족시켜야 착용감을 증대시킬 수 있다.
이와 관련해, 폴리 케톤 수지는 성형 시 수축이나 휨 발생이 일어나기 쉽고 유연성이 적어 단독 소재로서 웨어러블 장치의 밴드용 소재에 적용하기에는 어려움이 있다. 한편, 바이오매스 유래 성분 역시 고경도 특성으로 인해 기계적 물성을 만족시킨다 하더라도 사용자의 촉감을 충족시에는 어려움이 있다.
이에, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물은 기계적 물성과 사용자 편의성 도모에 필요한 촉감 개선을 위해 다른 재료들을 블랜딩하여 제공될 수 있다.
구체적으로, 폴리 케톤 수지에 열가소성 수지를 배합해 기계적 물성을 개선할 수 있다. 또한, PA11 수지에 실리콘 수지 및 열가소성 수지를 배합해 촉감 특성을 개선할 수 있으며, 옥수수 유래 수지에 열가소성 수지를 배합해 기계적 물성 및 촉감 특성을 개선할 수 있다.
열가소성 수지는 열을 가하여 성형한 뒤에도 다시 열을 가하여 형태를 변형시킬 수 있는 수지로 일 실시 예에 따른 고분자 조성물의 베이스 물질이다.
이러한 열가소성 수지는 전체 고분자 조성물 중량 대비 30 내지 70 중량부로 첨가될 수 있다. 열가소성 물질의 함량이 기준치에 미달할 경우 성형성이 저하되거나 제품의 촉감이 저하될 수 있으며, 열가소성 물질의 함량이 기준치를 초과할 경우 성형성이 저하되거나 공정 시간과 비용 등이 증대될 수 있다. 이에, 전체 고분자 조성물 대비 적정 중량의 열가소성 수지를 첨가하는 것이 바람직하다.
열가소성 수지는 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Polyurethane, TPU) 수지, 열가소성 폴리올레핀(Thermoplastic Polyolefin, TPO) 수지, 열가소성 엘라스토머(Thermoplastic Elastomer) 수지, 고무 변성 스티렌계 수지, 폴리올(Polyol)계 수지, 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC)계 수지, 에테르(ether)계 수지, 에스테르(ester)계 수지, 에틸렌옥텐고무(ethylene octane rubber, EOR) 및 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 기반의 열가소성 가황물(Thermoplastic Vulcanizate, TPV) 등을 포함할 수 있으나, 사용 가능한 열가소성 수지의 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 열가소성 수지는 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있으며, 실시 예에 따라 여러 종류의 열가소성 수지가 사용될 경우 각 수지 간의 혼화성 증대를 위하여 상용화제를 사용할 수도 있다. 실시 예에 따라 열가소성 수지와 다른 수지들 간의 혼화성 증대를 위하여 상용화제를 사용할 수 있음은 물론이다.
이러한 상용화제를 사용할 경우 상용화제에 의해 수지들 간의 계면 장력이 저하되어 계면간 결합력이 증대될 수 있다. 이에, 상용화제를 첨가함으로써 우수한 기계적 물성을 확보하도록 할 수 있다.
상용화제는 혼화성을 증대시키고자 하는 물질들의 블락 코폴리머(block copolymer)를 사용할 수 있다. 한편, 실시 예에 따라 혼화성을 증대시키고자 하는 물질에 각각 산(acid)과 염기(basic) 그룹을 부착하는 방식을 취할 수 있음은 물론이다.
실리콘 수지는 규소와 산소가 번갈아 있는 실록산 결합의 형태로 된 규소를 뼈대로 하며, 규소에 메틸기, 페닐기, 히드록시기 등이 첨가된 열가소성 합성 수지이다.
일반적으로 실리콘 수지는 피복력이 양호해 금속을 성형할 때 이형제로 사용되며, 유무기물에 발수성을 부여할 수 있다. 아울러 생리적으로 무해하므로 화장품이나 약품으로 사용 가능하며, 용제에서 거품을 없애는 작용을 한다. 이에, 고분자 조성물 내에 실리콘 수지의 함량을 적절하게 조절해 shore 경도 특성을 확보하고 촉감 특성을 개선하도록 할 수 있다.
이러한 실리콘 수지는 전체 고분자 조성물 중량 대비 1 내지 60 중량부로 첨가될 수 있다. 실리콘 수지의 함량이 기준치를 초과할 경우 유동성이 증가하여 경도 특성이 저하될 수 있으며, 실리콘 수지의 함량이 기준치에 미달하는 경우 촉감 특성의 개선이 어려울 수 있다. 이에, 전체 고분자 조성물 대비 적정 중량의 실리콘 수지를 첨가하는 것이 바람직하다.
한편, 실시 예에 따라 고분자 조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 첨가제로는 열 안정제, UV 안정제, 산화 방지제, 활제, 표면 안정제, 난연제, 카본블랙, 안료, 왁스, 및 소취제를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있다.
열 안정제(thermal stabilizer), UV 안정제(UV stabilizer), 산화방지제(anti-oxidant)는 고분자 조성물의 열화(劣化)를 방지 또는 억제하기 위해 첨가되는 화학약품이다. 본 실시 예에 따른 고분자 조성물은 열가소성 수지는 플라스틱 성분으로 마련될 수 있는데, 이와 같은 플라스틱 성분은 열, 빛 또는 산소 등의 영향을 받아 열화 해 가므로 이를 방지할 필요가 있다. 이에, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물은 필요에 따라 열 안정제, UV 안정제 또는 산화 방지제를 첨가할 수 있다.
활제(lubricant)는 고분자 조성물의 가열 성형을 할 때 그 유동성을 양호하게 하거나, 성형품을 형틀에서 빼어내는 것(형빼기)을 쉽게 하기 위해 첨가하는 약제이다. 일 실시 예에 따른 고분자 조성물은 가공 시 소성 개성을 주목적으로 하는 연화제 또는 가소제를 포함할 수 있으며, 형빼기 개선을 목적으로 이형제를 포함할 수 있다.
표면안정제(surface stabilizer)는 고분자 조성물을 이용해 성형품 제조 시 표면이 매끄럽게 형성되도록 하기 위해 첨가하는 첨가물로, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물은 제품의 표면 특성을 개선시키기 위해 표면안정제를 포함할 수 있다.
난연제(flame retardant)는 고분자 조성물의 내연소성을 개량하기 위하여 첨가하는 첨가제로, 실시 예에 따라 성형품의 표면에 도포하는 방식으로 적용될 수 있다. 플라스틱은 연소되기 쉽고 연소 시 유독 가스가 발생될 수 있는 바 이를 방지하기 위해 난연제를 첨가할 수 있다.
이상으로, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물에 대해 설명하였다. 고분자 조성물의 종류 및 조성 비율이 전술한 예에 한정되는 것은 아니며 통상의 기술자가 쉽게 생각할 수 있는 범위 내의 변경을 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이다.
다음으로, 발명의 이해를 돕기 위해 발명의 실시 예 및 비교 예에 대한 물성 측정 실험 결과를 설명한다.
물성 실험을 수행하고자, 각 실시 예 및 비교 예 별로 [표 1] 및 [표 2]에 나타낸 함량의 성분들을 포함한 고분자 조성물을 헨셀 믹서로 혼합하고 이를 균일하게 분산시켰다. 이어서, 분산된 고분자 조성물을 압출기에서 압출 성형하여 펠렛 형태로 제조하고, 제조된 펠렛을 건조시킨 후 사출 성형하여 물성 시편을 제조하였다.
TPU 수지 PA11 수지 Si 수지
실시예 1 45 45 10
실시예 2 40 40 20
실시예 3 35 35 30
비교예 1 50 50 0
TPU 수지 PA11 수지 폴리케톤 수지
비교예 3 47.5 47.5 5
비교예 4 45 45 10
비교예 2 50 50 0
[표 1]을 참조하면 [실시예 1] 내지 [실시예 3] 및 [비교예 1]에서는 열가소성 폴리우레탄 수지(이하, TPU 수지) 및 PA11 수지를 포함하는 고분자 조성물의 실리콘 수지 함량을 조절해 물성 시편을 제조하였다.
[표 2]를 참조하면 [비교예 3], [비교예 4] 및 [비교예 2]에서는 열가소성 폴리우레탄 수지 및 PA11 수지를 포함하는 고분자 조성물의 폴리 케톤 함량을 조절해 물성 시편을 제조하였다.
보다 상세하게, [실시예 1] 내지 [실시예 3] 및 [비교예 1] 내지 [비교예 4]에서 사용한 고분자 조성물의 조성비는 아래와 같다.
[실시예 1]
전체 고분자 조성물 중량 대비 TPU 수지 45 중량부와, PA11 수지 45 중량부와, 실리콘 수지 10 중량부를 포함하는 고분자 조성물로 물성 시편을 제조하였다.
[실시예 2]
전체 고분자 조성물 중량 대비 TPU 수지 40 중량부와, PA11 수지 40 중량부와, 실리콘 수지 20 중량부를 포함하는 고분자 조성물로 물성 시편을 제조하였다.
[실시예 3]
전체 고분자 조성물 중량 대비 TPU 수지 35 중량부와, PA11 수지 35 중량부와, 실리콘 수지 30 중량부를 포함하는 고분자 조성물로 물성 시편을 제조하였다.
[비교예 3]
전체 고분자 조성물 중량 대비 TPU 수지 47.5 중량부와, PA11 수지 47.5 중량부와, 폴리케톤 수지 5 중량부를 포함하는 고분자 조성물로 물성 시편을 제조하였다.
[비교예 4]
전체 고분자 조성물 중량 대비 TPU 수지 45 중량부와, PA11 수지 45 중량부와, 폴리케톤 수지 10 중량부를 포함하는 고분자 조성물로 물성 시편을 제조하였다.
[비교예 1]
전체 고분자 조성물 중량 대비 TPU 수지 50 중량부와, PA11 수지 50 중량부와, 실리콘 수지 0 중량부를 포함하는 고분자 조성물로 물성 시편을 제조하였다.
[비교예 2]
전체 고분자 조성물 중량 대비 TPU 수지 50 중량부와, PA11 수지 50 중량부와, 폴리케톤 수지 0 중량부를 포함하는 고분자 조성물로 물성 시편을 제조하였다.
[실시예 1] 내지 [실시예 3] 및 [비교예 1] 내지 [비교예 4]의 고분자 조성물로 제조한 물성 시편의 제반 물성을 다음의 방법으로 평가하였다.
쇼어 (Shore) 경도
물성 시편을 ASKER CL-150 시험기에 평탄하게 고정하고 측정기 레버를 내려 [실시예 1] 내지 [실시예 3] 및 [비교예 1] 내지 [비교예 4]의 고분자 조성물로 제조한 물성 시편의 쇼어 경도를 측정하였다.
인장강도
ISO 37 규격 시험에 의해 [실시예 1] 내지 [실시예 3] 및 [비교예 1] 내지 [비교예 4]의 고분자 조성물로 제조한 물성 시편의 인장 강도를 측정하였다.
절단강도
ISO 34 규격 시험에 의해 [실시예 1] 내지 [실시예 3] 및 [비교예 1] 내지 [비교예 4]의 고분자 조성물로 제조한 물성 시편의 인장 강도를 측정하였다.
[실시예 1] 내지 [실시예 3] 및 [비교예 1] 내지 [비교예 4]의 고분자 조성물로 제조한 물성 시편의 절단 강도를 측정하였다.
위와 같은 방법으로 측정된 물성 시험 결과를 도 1 내지 6에 나타내었다. 구체적으로, 도 1은 실리콘 수지의 함량에 따른 물성 시편의 쇼어 경도 변화 추이를 도시한 도면이고, 도 2는 실리콘 수지 함량에 따른 물성 시편의 인장 강도 변화 추이를 도시한 도면이고, 도 3은 실리콘 수지 함량에 따른 물성 시편의 절단 강도 변화 추이를 도시한 도면이다.
이어서, 도 4는 폴리케톤 수지 함량에 따른 물성 시편의 쇼어 경도 변화 추이를 도시한 도면이고, 도 5는 폴리케톤 수지 함량에 따른 물성 시편의 인장 강도 변화 추이를 도시한 도면이고, 도 6은 폴리케톤 수지 함량에 따른 물성 시편의 절단 강도 변화 추이를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바를 참조하면, 고분자 조성물 내에 실리콘 수지가 포함되지 않은 [비교예 1]의 경우 쇼어 경도가 약 86A로 매우 높음을 확인하였다.
한편, 고분자 조성물 내에 실리콘 수지의 함량이 10 중량부에서 30 중량부로 증가함에 따라 쇼어 경도가 점차적으로 낮아짐을 확인하였다.
즉, 고분자 조성물 내에 실리콘 수지의 함량이 증가함에 따라 쇼어 경도가 점차적으로 낮아짐을 확인하였다.
도 2에 도시된 바를 참조하면, 고분자 조성물 내에 실리콘 수지가 포함되지 않은 [비교예 1]의 경우 인장 강도가 약 750 kgf로 매우 높음을 확인하였다.
한편, 고분자 조성물 내에 실리콘 수지의 함량이 10 중량부에서 30 중량부로 증가함에 따라 인장 강도가 약 600 kgf에서 약 500 kgf로 낮아짐을 확인하였다.
도 3에 도시된 바를 참조하면, 고분자 조성물 내에 실리콘 수지가 포함되지 않은 [비교예1]의 경우 절단 강도가 약 106 kgf/cm로 상대적으로 높음을 확인하였다.
한편, 고분자 조성물 내에 실리콘 수지의 함량이 10 중량부에서 30 중량부로 증가함에 따라 절단 강도가 약 103 kgf/cm 에서 약 89 kgf/cm로 점차적으로 낮아짐을 확인하였다.
다음으로, 도 4에 도시된 바를 참조하면, 고분자 조성물 내에 폴리 케톤 수지가 포함되지 않은 [비교예 2]의 경우 쇼어 경도가 72A로 매우 비교적 낮음을 확인 하였다.
한편, 고분자 조성물 내에 폴리 케톤의 함량이 5 중량부에서 10 중량부로 증가시킴에 따라 쇼어 경도가 74A 내지 77A로 점차적으로 증가함을 확인하였다.
즉, 고분자 조성물 내에 폴리 케톤의 함량이 증가함에 따라 쇼어 경도가 점차적으로 증가함을 확인하였다.
도 5에 도시된 바를 참조하면, 고분자 조성물 내에 폴리 케톤 수지가 포함되지 않은 [비교예 2]의 경우 인장 강도가 약 590 kgf로 비교적 높게 나타남을 확인하였다.
한편, 고분자 조성물 내에 폴리 케톤 수지의 함량을 5 중량부에서 10 중량부로 증가시킴에 따라 인장 강도가 약 400 kgf에서 약 480 kgf로 점차적으로 증가함을 확인하였다.
즉, 고분자 조성물 내에 폴리 케톤의 함량이 없는 경우 인장 강도가 높게 나타나며, 고분자 조성물 내에 폴리 케톤 수지를 첨가하면 인장 강도가 낮아지고 폴리 케톤 수지의 함량을 증가시키면 인장 강도가 점차적으로 높아 짐을 확인하였다.
도 6에 도시된 바를 참조하면, 고분자 조성물 내에 폴리 케톤 수지가 포함되지 않은 [비교예 2]의 경우 인장 강도가 약 50 Mpa로 비교적 낮게 나타남을 확인하였다.
한편, 고분자 조성물 내에 폴리 케톤 수지의 함량을 5 중량부에서 10 중량부로 증가시킴에 따라 인장 강도가 약 13 kgf/cm 에서 약 63 kgf/cm로 증가함을 확인하였다.
이상으로, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물의 실시 예 및 비교 예에 대한 물성 측정 결과에 대해 설명하였다.
다음으로, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물로 이루어진 전자기기에 대해 설명한다.
일 실시 예에 따른 전자기기는 전체 고분자 조성물 중량 대비 바이오 수지를 포함한 친환경 수지 1 내지 50 중량부와, 열가소성 수지 30 내지 70 중량부와, 실리콘 수지 1 내지 60 중량부를 포함하는 고분자 조성물로 이루어질 수 있다.
이러한 고분자 조성물은 필름(film), 시트(sheet), 펠릿(pellet) 또는 섬유(fiber) 형태로 성형되어, 전자기기의 내장재(interior materials) 또는 외장재(exterior materials)로 적용될 수 있다.
이러한 전자 기기는 몸에 착용하는 형태로 디자인된 웨어러블 기기를 포함할 수 있으며, 보다 상세하게 스마트 워치, 스마트 밴드, 스마트 글래스, 헤드셋 등을 포함하는 개념일 수 있다. 다만, 웨어러블 기기의 예가 이에 한정되는 것은 아니며 당업자가 쉽게 실시할 수 있는 범위 내의 변경을 포함하는 개념일 수 있다.
도 7은 웨어러블 기기의 일 예로 스마트 워치(100)를 도시한 도면이고, 도 8은 웨어러블 기기의 다른 예로 스마트 글래스(200)를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바를 참조하면, 웨어러블 기기는 스마트 워치(100)를 포함할 수 있다. 스마트 워치(100)는 본체(110)와, 본체(100) 전면에 마련된 디스플레이(120)와, 본체에 결합된 밴드부(130)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따른 고분자 조성물은 스마트 워치(100)의 밴드부(130)의 제조 시 적용될 수 있다.
스마트 워치(100)의 밴드부(130)는 사용자의 피부에 직접적으로 접촉되는 부분으로 고내구성 구현뿐만 아니라 착용감 특성이 중요한 설계 요소로 작용될 수 있다. 이에, 개시된 발명에 따른 고분자 조성물을 적용해 스마트 워치(100)의 착용감 개선을 도모할 수 있다.
도 8에 도시된 바를 참조하면, 웨어러블 기기는 스마트 글래스(200)를 포함할 수 있다. 스마트 글래스는 안경 형태로 마련될 수 있으며, 두 개의 글래스(210)와, 두 개의 글래스에 각각 연결되는 다리(220)를 포함할 수 있다.
스마트 글래스(200)의 다리(220)는 사용자의 양쪽 귀에 착용되도록 마련될 수 있다. 스마트 글래스(200)의 다리(200)는 사용자의 피부에 직접적으로 접촉되는 부분으로 스마트 워치(100)의 밴드부(130)와 같이 착용감 특성이 중요한 설계 요소로 작용될 수 있다. 이에 개시된 발명에 따른 고분자 조성물을 적용해 스마트 글래스(200)의 착용감 개선을 도모할 수 있다.
한편, 스마트 글래스(200)의 다리(220)는 스마트 워치(100)의 밴드부(130)에 비해 보다 높은 경도 특성을 가질 필요가 있다. 따라서 고분자 조성물에 포함되는 조성들의 함량을 적절하게 조절해 구현하고자 하는 제품 특성을 조절할 수 있다.
웨어러블 기기의 제조 시 사용되는 고분자 조성물의 성분 및 각각의 성분에 대한 함량 비와 관련해 전술한 고분자 조성물 부분에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
이상으로, 일 실시 예에 따른 고분자 조성물로 마련된 전자기기의 예에 대해 설명하였다.
다음으로, 전자기기의 제조 방법에 대해 설명하도록 한다.
일 실시 예에 따른 전자 기기의 제조 방법은 일단 전자 기기용 부품을 마련하고 이를 조립하는 과정을 포함할 수 있다. 전자 기기용 부품을 마련하는 것은 전술한 고분자 조성물을 사용해 전자기기용 부품을 제조하는 것을 포함할 수 있다.
이하, 설명의 편의상 전자기기용 부품의 제조를 위한 압출기(300)의 구조 및 사출성형장치(400)의 구조에 대해 먼저 설명한 후 전자기기의 제조 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 9는 일 실시 예에 따른 압출기(300)의 구조를 도시한 도면이고, 도 10은 일 실시 예에 따른 사출성형장치(400)의 구조를 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바를 참조하면, 일 예에 따른 압출기(300)는 원료를 투입하기 위한 압출기 호퍼(hopper)(310)와, 원료를 추가적으로 투입하기 위한 제 1 사이드 피더(311) 및 제 2 사이드 피더(312)와, 회동 가능하게 설치된 샤프트(shaft)(320)와, 샤프트(320)를 수용하는 압출기 실린더(330)와, 샤프트를 회동시키기 위한 압출기 구동부(340)와, 압출기 실린더(330) 내부를 가열하기 위한 압출기 히터(heater)(350)와, 고분자 조성물을 배출하는 토출 다이(360)와, 압출기 히터(350)의 가열 온도를 제어하기 위한 압출기 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 압출기(300)는 도 7에 도시된 바와 같은 연속식 트윈 압출기(continuous flow twin screw extruder)가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 연속식 단일 압출기(continuous flow single screw extruder)가 사용될 수도 있다.
압출기 구동부(340)는 샤프트(320)를 회전 구동시키기 위한 모터와, 모터와 연결되고 모터의 동력을 기어부로 전달하기 위한 커플링부와, 모터의 동력을 전달받아 샤프트(320)를 회전시키는 기어부를 포함할 수있다. 압출기 구동부(340)에 의해 구동되는 샤프트(320)는 용융된 혼합물에 전단 응력을 인가하기 위해 일정 방향(예컨대, 시계 방향)으로 회전할 수 있으며, 100 내지 400 rpm 범위 내의 속도로 회전할 수 있다.
압출기 히터(350)는 공급 영역부터 토출 영역까지 복수개로 구성되어 압출기 실린더(330) 내부의 온도를 조절할 수 있다. 즉, 압출기 실린더(330) 내부의 온도는 복수개의 구역으로 구획되어 각 구역별로 온도가 조절될 수 있으며, 각 구역의 온도는 가공되는 원료에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
도 10에 도시된 바를 참조하면, 일 실시 예에 따른 사출성형장치(400)는 원료가 인입되는 사출성형장치 호퍼(410)와, 사출성형장치 호퍼(410)를 통해 인입되는 원료를 수용하는 바렐(420)과, 바렐(420)의 내부에 전후로 이동 및 회전 가능하게 설치되는 스크류(430)와, 스크류(430)에 회전력을 전달하는 사출성형장치 모터(440)와, 스크류(430)에 연결되어 스크류(430)를 직선 이동시키는 사출성형장치 실린더부(450)와, 바렐(420)의 외주면에 설치되어 바렐(420)에 수용되는 원료를 가열하는 사출성형장치 히터(460)와, 바렐(420)에 수용된 합성수지 원료를 금형(470)에 공급하는 노즐(465)과, 노즐(465)로부터 원료를 공급받아 성형품을 성형하는 금형(470)을 포함할 수 있다.
금형(470)은 원료를 공급받는 제 1 금형(470a) 및 제 1 금형(470a)과 조합되어 내부에 사출 캐비티(475)를 형성하는 제 2 금형(470b)을 포함할 수 있다. 제 1 금형(470a)은 고정형 금형일 수 있으며 제 2 금형(470b)은 이동형 금형일 수 있다.
이상으로, 일 실시 예에 따른 성형품의 제조를 위한 압출기(300) 및 사출성형장치(400)에 대해 설명하였다. 다음으로, 일 실시 예에 따른 전자기기의 제조 방법을 설명한다.
도 11은 일 실시 예에 따른 전자기기의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 11의 A 부분은 압출기(300)에서 진행되는 펠렛 제조 과정을 도시한 도면이고, 도 10의 B 부분은 사출성형장치(400)에서 진행되는 웨어러블 기기용 부품 제조 과정을 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바를 참조하면, 먼저 원재료를 혼합하는 과정이 수행된다. 보다 상세하게, 원재료를 혼합하는 과정은 헨셀 믹서를 사용하여 원재료를 혼합하는 것을 포함할 수 있다(510).
다음, 프리 믹싱된 원재료는 압출기 호퍼에 투입되고, 압출기 호퍼에 투입된 원재료는 압출기 실린더 내에서 압출된다(520, 530). 이 때, 실시 예에 따라 제 1 사이드 피더 또는 제 2 사드 피더를 통해 첨가제가 별도로 투입될 수 있다(532, 534).
원재료가 동시에 압출기 호퍼에 투입될 경우 내열성 또는 기계적 특성이 약한 원재료는 압출기 내에 머무르는 시간이 길어지는 결과 분해될 수 있다. 이에, 재료의 특성을 고려해 내열성 또는 기계적 특성이 약한 원재료는 제 1 사이드 피더 또는 제 2 사이드 피더를 통해 별도로 투입되도록 할 수 있으며, 결과적으로 압출기 내에서 재료가 분해되는 현상을 막을 수 있다.
압출기 실린더에서 압출된 원재료는 토출 다이(360)를 통해 토출될 수 있으며, 토출된 고분자 조성물을 건조시켜 펠렛을 제조할 수 있다(540).
이후, 제조된 펠렛을 사출성형장치(400)의 호퍼(410)에 인입해 고분자 조성물을 사출성형하는 단계가 수행될 수 있다.
보다 상세하게, 고분자 조성물을 사출성형하는 단계는 고분자 조성물을 사출성형장치의 호퍼(410)에 인입하는 단계와(550), 인입된 고분자 조성물을 용융하는 단계와, 용융된 고분자 조성물을 금형(470)에 제공하는 단계를 포함할 수 있다(560).
사출성형장치(400)에서 제조된 성형품은 일 실시 예에 따른 전자기기에 적용될 수 있다. 즉, 일 실시 예에 따른 전자 기기는 사출성형장치(400)에서 제조된 성형품과 다른 부품들을 조립하여 제공될 수 있다.
이상으로 고분자 조성물, 전자기기 및 전자기기의 제조 방법의 여러 실시 예들에 대해 설명하였다. 발명의 기술적 사상이 전술한 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니며 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 생각할 수 있는 범위 내의 변경을 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이다.
100: 스마트 워치
200: 스마트 글래스
300: 압출기
400: 사출성형장치

Claims (19)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 전체 고분자 조성물 100 중량부 기준으로,
    열가소성 수지 30 내지 70 중량부, 바이오 수지를 포함한 친환경 수지 1 내지 50 중량부 및 실리콘 수지 1 내지 60 중량부를 포함하고,
    상기 바이오 수지는,
    옥수수 유래 수지 및 피마자 유래 PA11 수지를 포함하고,
    상기 옥수수 유래 수지는,
    폴리 에테르 글리콜(Poly ether glycol)을 포함하는 비식용성 옥수수 유래 성분을 포함하고,
    상기 친환경 수지는,
    일산화 탄소를 원료 마련된 폴리케톤(Polyketone) 수지를 포함하고,
    10kgF 이상의 인장강도를 가지는, 고분자 조성물로 이루어지는 전자기기.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는,
    열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Polyurethane, TPU) 수지, 열가소성 폴리올레핀(Thermoplastic Polyolefin, TPO) 수지, 열가소성 엘라스토머(Thermoplastic Elastomer) 수지, 고무 변성 스티렌계 수지, 폴리올(Polyol)계 수지, 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC)계 수지, 에테르(ether)계 수지, 에스테르(ester)계 수지, 에틸렌옥텐고무(ethylene octane rubber, EOR) 및 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 기반의 열가소성 가황물(Thermoplastic Vulcanizate, TPV)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 전자기기.
  12. 삭제
  13. 제 7항에 있어서,
    상기 전자기기는,
    웨어러블 기기를 포함하는 전자 기기.
  14. 삭제
  15. 삭제
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  17. 삭제
  18. 삭제
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