일반기술

오존-처리된 카본블랙을 함유하는 전도성 중합체 조성물 및 이로부터 제작된 PTC 소자

*원리 및 구성본 발명은 PTC 특성을 갖는 과전류 차단용 전도성 중합체 및 그 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 나노 크기를 갖는 전도성 카본블랙과 폴리올레핀계 고밀도 폴리에틸렌 고분자 재료를 용융 혼합하여 회로 보호 장치의 소자로 사용되는 전도성 중합체 조성물에 의한 PTC 소자의 제조 방법에 관한 것이다. PTC 성능의 향상을 위하여 전도성 충전재인 카본블랙을 오존을 이용하여 직접 표면처리한 후 고분자와 용융 혼합하여 만든 전도성 중합체 조성물을 전해질 금속박막과 전도성 접착제를 이용하여 PTC 소자를 제작하였다. 그 결과 직접 처리된 오존으로 인하여 카본블랙의 표면에 산소 관능기가 증가하게 되고 이로 인해 카본블랙 고유의 전기전도도를 감소시키는 결과를 가져왔다. 이는, 수지의 융점에서 카본블랙 간의 전도네트워크 파괴를 용이하게 하여 최대비저항값의 증가를 가져왔으며, 이로 인해 우수한 PTC 세기를 갖는 PTC 소자를 제조 할 수 있었다. 본 발명은 이러한 특성을 가지는 PTC 소자의 제조 방법 및 활용에 관한 것을 제공한다.*배경PTC 특성이란 상온 정도의 낮은 온도에서는 저항이 낮아 전도성을 가지지만, 온도가 상승함에 따라 비교적 좁은 온도 영역에서 전기저항이 급격히 증가하는 특성을 말하며, PTC 소자란 이러한 특성을 이용하는 고분자 스위치를 말한다. PTC 현상의 원인은 고분자 내에서 결정상태와 비결정 상태의 변화 즉, 온도가 상승하여 사용한 수지의 용융점 부근이 되면 전도성 충전 입자간의 간격, 응집간의 간격이 커져 이로 인해 형성되었던 전도 네트워크가 파괴됨으로써 전자의 터널링(tunneling) 현상을 방해하기 때문에 발생하는 것으로 설명되고 있다.이와는 반대로, 용융점이 오래 지속되거나 더 높은 온도로 올라가게 되면 유동성을 전도성 입자들이 자유로이 재배열하여 입자간에 응집(aggregation)이 일어나게 되고 새로운 전도성 네트워크를 형성하게 됨으로써 전자들의 이동 통로가 증가하게 되고 이로 인해 저항값이 낮아지는 NTC 현상이 발생한다. 이러한 현상은 과전류가 인가된 상태에서 계속 높은 저항을 유지함으로써 과전류를 차단하는 회로 보호용 소자에서는 치명적인 결과를 가져온다. 따라서, 우수한 PTC 소자는 높은 PTC 세기를 갖고, 전기적 재현성이 우수하며, NTC 현상이 적고, 충전제 함량이 적어 경제적으로 유리한 것 등이다.1)처리용 오존의 주입속도, 농도 및 처리 시간 조절로 카본블랙의 산소-함유 관능기 함량 조절이 가능.2)종래의 화학적 가교방법의 문제점인 혼합공정 온도상의 제약과 가교도에 제약이 따르는 점이나, 조사 가교 방법의 제약인 가교 공정시 제조비가 증가하여 공정 처리시 많은 비용이 발생하는 문제점이나 가교도를 균일하게 유지하기가 어려운 단점이 발생하지 않음.3)상온 이하의 저진공하에서 장치를 운전하므로 표면처리 장치가 비교적 간단함.4)표면처리 반응의 개시를 위한 개시제 및 촉매 혹은 에너지가 필요 없으므로 경제적. 5)조성물에 수분의 침투가 전혀 없어 처리시간과 소자의 제작시간이 짧아 PTC 소자의 제작비 절감 및 성능 향상에 크게 기여.6)수지의 용융점에서의 최대 비저항값이 증가되어 우수한 PTC 세기를 나타낼 수 있음.