CN103097470A - 利用碳材料的高效率散热涂料组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用碳材料的散热涂料组合物，其中，所述组合物包括含有表面改性的碳材料的分散液、耐热性添加剂以及具有增强的粘结性的乳状液。根据本发明的散热涂料组合物呈现出优异的散热性能，从而能够适用于需要温度控制的各种工业领域。

Description

利用碳材料的高效率散热涂料组合物
技术领域
本发明涉及一种利用碳材料的散热涂料组合物。更具体地，本发明涉及一种通过包括表面改性的碳纳米管、使该碳纳米管分散成液状的高分子溶液以及耐热性添加剂，而具有优异的耐热性和分散性的散热涂料组合物。此外，本发明还可以包括具有增强的粘结性的乳状液，其用于进一步提高与基材表面的粘结性。
背景技术
最近，随着电子产品的高集成化及产品小型化，散热问题已成为一个非常大的课题。目前，用于散热的方法通常为通过铝或铜的挤压成形而制造表面积最大化的散热板，这不充分的话，黑化处理（阳极氧化）散热结构体以提高散热效率，或者安装鼓风机，通过空气对流来解决电子设备的冷却问题。然而，由于鼓风机具有噪音、产品寿命、价格、无法小型化等许多问题，因此在应用于产品方面存在局限性。
现在，在LCD、PDP等显示关联的产品中，主要使用的是通过对铝的表面黑化处理，来增加散热板的散热效率，从而提高冷却效率约10%。然而，为了提升产品性能以及对下一代产品的适用，现在的表面黑化处理无法满足理想的性能。
这些问题使得产品的小型化、产品性能的提升以及设计的多样化变得很难，因此，正持续进行散热效率优异的产品的开发和研究。
众所周知，在用于最大化散热效率的散热涂层剂中，碳纳米管呈现出非常优异的特性。人们知道碳纳米管具有独特的内部结构，优异的热传导性，因此热传导和散热效果非常优异。
然而，由于碳纳米管自身的用作涂层剂的分散性或与高分子的结合性非常低，因此该碳纳米管的表面加工是必不可少的。若碳纳米管具有低的分散性和低的相容性，则与基板的粘结力和附着力是低的，这导致容易发生膜的剥离，由此使得来自基板的热传导降低，从而导致散热效率降低。
为了解决这些问题，通过表面加工碳纳米管而引入官能团，从而可以改善与高分子的相容性且提高碳纳米管的物理性能。
然而，为了使碳纳米管在水或有机溶剂中分散，碳纳米管的表面处理方法使用强酸或强碱。然而，在该过程中产生的大量的废水造成环境负担，且由于碳纳米管在表面处理过程中会损坏，因此存在难以实现电传导性的技术问题。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种使用碳材料和作为耐热性添加剂的金属氧化物的散热涂料组合物，所述散热涂料组合物在应用至散热板上时，由于高的热传导性和散热率而具有高的散热效果，而且由于金属氧化物而具有非常优异的耐热性。
此外，本发明的目的是提供一种散热涂料组合物，为了使所述碳材料在水或有机溶剂中分散，所述散热涂料组合物使用包含基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂的具有增强的粘结性的乳状液，从而提高分散性。
具体地，本发明的目的是提供一种第一散热涂料组合物，所述第一散热涂料组合物包括包含表面改性的碳材料的分散液和耐热性添加剂，所述包含表面改性的碳材料的分散液包括表面处理的（官能化的）碳材料和用于使该碳材料分散成液状的基于丙烯酸的树脂共聚物高分子溶液。此外，本发明的目的是提供一种第二散热涂料组合，所述第二散热涂料组合物除所述第一散热涂料组合物之外还包括具有增强的粘结性的乳状液，从而进一步提高与基材的粘结性。此外，本发明的目的是提供一种绝缘性散热涂料组合物，所述绝缘性散热涂料组合物除所述第一散热涂料组合物或第二散热涂料组合物之外还包括绝缘性添加剂。
本发明的目的是通过涂覆所述散热涂料组合物而提高散热效率并使散热顺利进行，从而增加产品寿命且使得能够应用于产品的轻量化和小型化。
具体地，本发明的目的是提供一种散热涂料组合物，该散热涂料组合物能够被应用于各种领域，例如，LED灯、电子芯片、热交换器、半导体设备、冷凝器、蒸发器、加热器、显示装置、显示器、锅炉管道、通信设备、发动机、马达、电池、外壳材料、电极材料、以及纤维制造，并且具有优异的散热效率。技术方案
本发明涉及一种散热涂料组合物，该散热涂料组合物通过使用表面改性的碳材料而具有提高的散热性及分散性。本发明的散热涂料组合物的特征在于，为了提高表面改性的碳材料的分散性，使用基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂。尤其是，本发明的散热涂料组合物的特征在于，包括作为耐热性添加剂的金属氧化物，以在涂覆后提高耐热性及抵抗热源以维持膜的结构。
此外，根据需要，本发明还可以包括具有增强的粘结性的乳状液，以进一步提高与基材，尤其是铝散热板的粘结性。
此外，根据需要，本发明还可以包括选自金属有机化合物溶胶、聚酯-聚氨酯共聚物、聚氨酯-环氧共聚物、聚酯-聚氨酯-硅酮共聚物以及聚酯-环氧共聚物中的任何一种或两种以上的混合物，作为用于赋予绝缘性的添加剂。
即，虽然可以制备各种类型的本发明的散热涂料组合物，但具体的示例可以具有四个方面。
本发明的第一方面是可以制备第一散热涂料组合物，该第一散热涂料组合物包括重量百分比为80%至99%的包含表面改性的碳材料的分散液以及重量百分比为1%至20%的耐热性添加剂。
本发明的第二方面是可以制备第二散热涂料组合物，该第二散热涂料组合物包括重量百分比为80%至95%的包含表面改性的碳材料的分散液；重量百分比为1%至15%的耐热性添加剂；以及重量百分比为1%至10%的具有增强的粘结性的乳状液。
本发明的第三方面是可以制备第三散热涂料组合物，基于100重量份的包括重量百分比为80%至99%的包含表面改性的碳材料的分散液以及重量百分比为1%至20%的耐热性添加剂的第一散热涂料组合物，该第三散热涂料组合物还包括50重量份至150重量份的选自金属有机化合物溶胶、聚酯-聚氨酯共聚物、聚氨酯-环氧共聚物、聚酯-聚氨酯-硅酮共聚物以及聚酯-环氧共聚物中的任何一种或两种以上的混合物，作为绝缘性添加剂。
本发明的第四方面是可以制备第四散热涂料组合物，基于100重量份的包括重量百分比为80%至95%的包含表面改性的碳材料的分散液、重量百分比为1%至15%的耐热性添加剂以及重量百分比为1%至10%的具有增强的粘结性的乳状液的第二散热涂料组合物，该第四散热涂料组合物还包括50重量份至150重量份的选自金属有机化合物溶胶、聚酯-聚氨酯共聚物、聚氨酯-环氧共聚物、聚酯-聚氨酯-硅酮共聚物以及聚酯-环氧共聚物中的任何一种或两种以上的混合物，作为绝缘性添加剂。
下文，将更详细地描述本发明的散热涂料组合物的各组分
本发明的包含表面改性的碳材料的分散液是通过使用表面改性的碳材料和基于丙烯酸的树脂共聚物高分子而具有提高的分散性的水性分散液或溶剂型分散液，第一散热涂料组合物是包括含有所述表面改性的碳材料的分散液和作为耐热性添加剂的金属氧化物的水性分散液或溶剂型分散液。第二散热涂料组合物是除所述第一散热涂料组合物之外，还包括用于提高与作为基材的铝散热板等的粘结性的具有增强的粘结性的乳状液的水性分散液或溶剂型分散液。此外，第三散热涂料组合物是除所述第一散热涂料组合物之外，还包括用于赋予绝缘性的绝缘性添加剂的水性分散液或溶剂型分散液。此外，第四散热涂料组合物是除所述第一散热涂料组合物之外，还包括用于赋予绝缘性的绝缘性添加剂的水性分散液或溶剂型分散液。
本发明的特征在于混合比例。本发明可以提供在上述范围内具有优异的耐热性和粘结性的散热涂料组合物，并且可以应用于需要热管理的各种领域。
首先，将更详细地描述构成本发明的第一散热涂料组合物的各组分。
本发明的第一散热涂料组合物包括重量百分比为80%至99%的包含表面改性的碳材料的分散液以及重量百分比为1%至20%的耐热性添加剂。在所使用的所述耐热性添加剂的重量百分比含量低于1%的情况下，由于不能充分地增加耐热性，因此散热性提高效果是微弱的。在所使用的所述耐热性添加剂的重量百分比含量超过20%的情况下，可能会降低碳材料的热传单性及散热率的效果。
包括所述表面改性的碳材料的分散液包括：重量百分比为0.1%至10%的表面改性的碳材料，重量百分比为0.04%至50%的基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂，重量百分比为0.005%至15%的氨水、胺类化合物、无机碱溶液或其混合物，以及重量百分比为25%至99.855%的溶剂。
本发明中，作为用以提高散热性的所述碳材料，可以使用选自单壁（Single-walled）碳纳米管、双壁（Double-walled）碳纳米管、薄的多壁（Thinmulti-walled）碳纳米管、多壁（Multi-walled）碳纳米管、束形（Roped）碳纳米管、石墨、氧化石墨、石墨烯、氧化石墨烯、炭黑、碳纤维、碳纳米纤维中的任何一种或两种以上的混合物。其中，更优选地使用碳纳米管。可使用的碳纳米管的长度为几微米至几百微米，直径为几纳米至几十纳米，但是考虑到经济、热、机械特性以及净化、过滤、表面官能化及分散过程，优选地，所述表面改性的碳纳米管的直径为0.5nm至100nm，长度为0.1μm至500μm。优选地，在第一散热涂料组合物中，所述碳纳米管的重量百分比含量为0.1%至10%。在所包括的碳纳米管的重量百分比含量低于0.1%的情况下，表面积和散热率低，从而散热效果是微弱的，在所包括的碳纳米管的重量百分比含量超过10%的情况下，散热效果提高得缓慢，而制造成本上升。
在本发明中，所述表面改性的碳材料包括以亲水性官能团进行表面改性的碳材料。所述亲水性官能团可以为选自包括氧原子、氮原子、硫原子或其混合物的组中。
此外，本发明的所述表面改性的碳纳米管包括通过施加酸及氧化剂而使表面氧化的碳纳米管、或通过高温高压下的水的反应性而使表面氧化的碳纳米管。可以使用本申请人申请的第10-2008-0029333号韩国专利申请、第10-2008-0037685号韩国专利申请、第10-2008-0050048号韩国专利申请以及第10-2008-095856号韩国专利申请中描述的技术来进行所述碳纳米管的官能化。
具体地，所述表面改性的碳纳米管是通过使用选自氧气、空气、臭氧、过氧化氢及硝基化合物中的一种以上氧化剂，在亚临界水或超临界水条件下，氧化处理所述碳纳米管的表面而获得的，或者是通过使用羧酸、硝酸、磷酸、硫酸、氢氟酸、盐酸、过氧化氢或它们的混合物，使碳纳米管的表面氧化而获得的。
更详细地，通过使用亚临界水或超临界水条件而获得的表面改性的碳纳米管是通过使用选自氧气、空气、臭氧、过氧化氢、硝基化合物及其混合物中的氧化剂，在50atm（标准大气压）至400atm的压力和100℃至600℃的温度条件下，氧化处理碳纳米管的表面而获得的。
因此，可以通过使用在亚临界水或超临界水条件下无害且便于处理及废水处理的氧化剂，来获得环保型的表面改性的碳纳米管。所述亚临界水或超临界水条件下的表面改性使得氧化剂以快扩散速率和高渗透率被均匀地引入整个碳纳米管中，使得碳纳米管的表面改性效果提高，从而根据其的分散性提高。此外，可以持续地大量改性碳纳米管，从而可以在短时间内以低成本大规模生产表面改性的碳纳米管。
可以利用第10-2008-0029333号韩国专利申请、第10-2008-0037685号韩国专利申请、第10-2008-0050048号韩国专利申请以及第10-2008-095856号韩国专利申请等中描述的技术进行利用所述亚临界水或超临界水条件的碳纳米管的表面改性。
作为另一种方法，通过在碳纳米管中添加羧酸、硝酸、磷酸、硫酸、氢氟酸、盐酸、过氧化氢或它们的混合物，而使碳纳米管的表面氧化反应，来获得所述表面改性的碳纳米管。可以通过引入氧化剂而简单地提供用于表面改性的氧化。
优选地，根据本发明的所述表面改性的碳纳米管使用进行表面改性（表面氧化）以基于100重量份的碳包括0.1重量份至10重量份的氧、氮、硫或其混合物。
通过所述氧化而表面改性的碳纳米管可以与溶剂（水或有机溶剂等）及基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂非常均匀地且有效地混合，尤其是，与基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂的分散性显著提高，从而可以形成均匀的散热涂膜。
本发明中，在包括所述表面改性的碳材料的分散液中使用的基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂是碱溶性树脂，且用于提高表面改性的碳纳米管的分散性。可以使用通过苯乙烯、α-甲基苯乙烯及丙烯酸、（C1至C20）甲基丙烯酸烷基酯，和（C1至C20）丙烯酸烷基酯的共聚作用而获得的树脂。具体地，优选地使用通过重量百分比为30%至40%的苯乙烯、重量百分比为30%至35%的α-甲基苯乙烯及重量百分比为30%至35%的丙烯酸的共聚作用而获得的树脂。所述基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂是在碱性溶剂中可溶的树脂。
优选地，所述基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂可以使用在二乙二醇单甲醚或二丙二醇甲基醚和水的混合溶剂存在下，在100℃至200℃的反应温度下，通过仅苯乙烯或选自苯乙烯和α-甲基苯乙烯的混合物的基于苯乙烯的单体和基于丙烯酸的单体的连续本体聚合而获得的树脂。此时，所述基于苯乙烯的单体和基于丙烯酸的单体可以以60～80:20～40的重量比进行混合。所述基于苯乙烯的单体仅包括苯乙烯或包括以50～90:10～50的混合重量比混合的苯乙烯和α-甲基苯乙烯单体，所述基于丙烯酸的单体仅包括丙烯酸或包括以80～90:10～20的混合重量比混合的丙烯酸和丙烯酸烷基酯单体。
更优选地，通过在二丙二醇甲基醚和水的混合溶剂存在下，使重量百分比为10%至30%的苯乙烯、重量百分比为20%至40%的α-甲基苯乙烯以及重量百分比为30%至40%的丙烯酸、重量百分比为0.1%至10%的（C1至C20）甲基丙烯酸烷基酯或（C1至C20）丙烯酸烷基酯及其混合物反应，来获得所述基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂。优选地，由于优异的分散性和与碳纳米管的优异的混合性，使用重量平均分子量为1,000至100,000的基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂。
而且，可以通过本申请人已申请的第10-2001-0088773号韩国专利申请、第10-2001-0084640号韩国专利申请以及第10-2000-040715号韩国专利申请中描述的方法来制备基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂。
优选地，在包含表面改性的碳材料的分散液中包括重量百分比为0.04%至50%的所述基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂。在所包括的基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂的重量百分比含量低于0.04%的情况下，分散效果是微弱的，并且，在所包括的基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂的重量百分比含量超过50%的情况下，分散性和碳材料的散热性降低。
在本发明的包含表面改性的碳材料的分散液中所使用的溶剂可以使用水或有机溶剂。在使用水的情况下，优选地使用重量百分比为0.005%至15%的氨水、胺类化合物、无机碱溶液或其混合物，以促进所述基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂的溶解。例如，所述胺类化合物可以使用单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、丙醇胺、二丙醇胺、三丙醇胺等的胺化合物。无机碱溶液可以使用KOH、NaOH、LiOH、K2CO3、Na2CO3、LiCO3等。当添加这些时，优选将PH控制为7至10。
本发明的第一散热涂料组合物中的耐热性添加剂包括重量百分比为0.1%至20%的耐热性金属氧化物以及重量百分比为80%至99.9%的碱溶性树脂乳状液。
所述金属氧化物用于提高耐热性，且包括所述金属氧化物或金属氢氧化物或金属铵化合物。更具体地，所述金属氧化物可以使用选自由氧化铝、氧化镁、氧化铍、氧化锆、氧化钙、氧化钛、氧化锌、氧化硅、氧化铁、氮化硼、氮化铝、氮化硅、氮化钛、氮化锆、氮化铪、氮化铌所构成的组中的一种粉末或两种以上的混合物，但并不限于此。本发明使用所述金属氧化物，从而当在基材表面涂覆散热材料组合物时，金属氧化物导致热传导性增加且耐热性提高，从而进一步提高散热性。所使用的金属氧化物在耐热性添加剂中的重量百分比含量优选为0.1%至20%，这是因为其在碱溶性树脂乳状液中优异的分散性。在金属氧化物的重量百分比含量低于0.1%的情况下，耐热性和散热性是微弱的。在金属氧化物的重量百分比含量超过20%的情况下，耐热性和散热效果提高得缓慢，而导致制造成本增加。所述金属氧化物溶解在酸性溶液或碱性溶液中，且可以为金属氢氧化物或金属胺化合物的状态。
所述碱溶性树脂乳状液提高金属氧化物或金属氢氧化物或金属胺化合物的分散性，且提高与包含表面改性的碳材料的分散液的混合性，从而提高长期储存稳定性。使用包括基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂且以乳状液状态制备的碱溶性树脂乳状液。此时，乳状液中所包括的固体的重量百分比含量优选为40%至50%。
所述耐热性添加剂中所使用的碱溶性树脂乳状液包括水；氨水、胺类化合物、无机碱溶液或其混合物；基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂，且固体的重量百分比含量为40%至50%。
具体地，所述耐热性添加剂中所使用的碱溶性树脂乳状液包括重量百分比为5%至25%的基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂、重量百分比为40%至70%的水以及重量百分比为0.1%至5%的氨水、胺类化合物、无机碱溶液或其混合物。
可以通过使重量百分比为5%至25%的基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂、重量百分比为0.1%至5%的苯乙烯、重量百分比为65%至80%的2-乙基己基丙烯酸酯、重量百分比为0.1%至3%的甲基丙烯酸缩水甘油酯以及重量百分比为0.1%至2%的引发剂反应，来获得所述耐热性添加剂中所使用的碱溶性树脂中的基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂。所述基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂是在二丙二醇甲基醚和水的混合溶剂存在下，通过使重量百分比为30%至40%的苯乙烯、重量百分比为30%至35%的α-甲基苯乙烯以及重量百分比为30%至35%的丙烯酸反应而获得的。
由于在包含表面改性的碳材料的分散液中所使用的碱溶性树脂的优异的分散性，所述基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂优选使用与所述碱溶性树脂相同的树脂，但是也可以使用不同的树脂。在所述碱溶性树脂乳状液中，所述基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂的重量百分比含量优选为5%至25%。在基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂的重量百分比含量低于5%或超过25%的情况下，聚合反应进行得不完全。
下面，将更详细地描述构成本发明的第二散热涂料组合物的各成分。
通过混合重量百分比为80%至95%的包含表面改性的碳材料的分散液、重量百分比为1%至15%的耐热性添加剂以及重量百分比为1%至10%的具有增强的粘结性的乳状液，来使用所述第二散热涂料组合物。在所包括的所述具有增强的粘结性的乳状液的重量百分比含量低于1%的情况下，粘结性提高效果是微弱的。在所包括的所述具有增强的粘结性的乳状液的重量百分比含量超过10%的情况下，由于散热效果反而降低，因此不是优选的。
所述具有增强的粘结性的乳状液用于进一步提高与基材的粘结力且提高与基材表面的附着力，从而减小表面电阻且进一步提高热传导率。优选地，具有增强的粘结性的乳状液使用包括水；氨水、胺类化合物、无机碱溶液或其混合物；基于丙烯酸的树脂，固体的重量百分比含量为40%至50%且平均粒子大小为30nm至300nm的基于丙烯酸的树脂乳状液。
所述基于丙烯酸的树脂乳状液可以选用与所述第一散热涂料组合物中所使用的基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂的相容性优异的树脂，即，基于丙烯酸的树脂。
通过使用基于烷基（甲基）丙烯酸的单体、衣康酸、硅烷偶联剂或基于丙烯酸的交联单体、引发剂及添加剂，来制备所述基于丙烯酸的树脂，更优选地，所述基于丙烯酸的树脂的重量平均分子量为1,000至100,000。
所述基于烷基（甲基）丙烯酸的单体可以使用丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯等，但并不限于此。此外，可以使用选自这些的一种或两种以上的混合物。
所述衣康酸与基于烷基（甲基）丙烯酸的单体混合使用或单独使用，所述衣康酸在所述基于丙烯酸的树脂中的重量百分比含量在0.1%至1%的范围内。
所述硅烷偶联剂或基于丙烯酸的交联单体在所述基于丙烯酸的树脂的中的重量百分比含量优选在0.01%至10%的范围内，这是因为其优异的粘结性。所述硅烷偶联剂优选使用选自氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、环氧环己基乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、3-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷中的任意一种或两种以上的混合物，这是因为其优异的粘结性，但并不限于此。
所述引发剂可以使用任何基于过氧化物的引发剂，而没有限制，并且，作为添加剂可以使用乳化剂、分散剂等。
下面，将更详细地描述本发明的第三散热涂料组合物及第四散热涂料组合物。
基于100重量份的所述第一散热涂料组合物，本发明的第三散热涂料组合物还包括50重量份至100重量份的所述绝缘性添加剂。
基于100重量份的所述第二散热涂料组合物，本发明的第四散热涂料组合物还包括50重量份至100重量份的所述绝缘性添加剂。
所述第三散热涂料组合物和所述第四散热涂料组合物中，优选还包括50重量份至150重量份的绝缘性添加剂，这是因为其绝缘性表达是可能的，对散热性能无影响，且可以进行经济制造。在使用低于50重量份的绝缘性添加剂的情况系，绝缘性的提高效果是微弱的。在使用超过150重量份的绝缘性添加剂的情况下，散热效果可能会降低。
优选的，所述绝缘性添加剂使用选自金属有机化合物溶胶、聚酯-聚氨酯共聚物、聚氨酯-环氧共聚物、聚酯-聚氨酯硅酮共聚物以及聚酯-环氧共聚物中的任何一种或两种以上的混合物。
更具体地，所述金属有机化合物溶胶可以使用选自硅溶胶、有机硅烷溶胶、氧化锆溶胶，二氧化钛溶胶，和氧化铝溶胶的任意一种或两种以上的混合物。
根据本发明的散热涂料组合物可以使用浸渍涂覆、喷涂、浇铸、涂装、E-涂装、卷对卷涂覆以及印刷中的一种以上的方法进行涂覆，且涂覆成0.001μm至1000μm的厚度，从而呈现出优异的散热效果。
根据本发明的散热涂料组合物可以应用于各种领域，例如，LED灯、电子芯片、热交换器、半导体设备、冷凝器、蒸发器、加热器、显示装置、显示器、锅炉管道、通信设备、发动机、马达、电池、外壳材料、电极材料、以及纤维制造，但并不限于此。
更具体地，根据本发明的散热涂料组合物可以应用于LED灯、电子芯片（CPU或GPU）的高温部分、作为电子组件的改进的传热产品的微通道热交换器、半导体设备（微处理器、CPU、GPU）的冷却、冰箱的冷凝器和蒸发器、加热器和空调的冷凝器和蒸发器、用于加热器行业的热交换器、电视（LCD、PDP、LED）或电脑显示器、散热器或锅炉管道、通信设备、国防领域和汽车（发动机）、机械装置（马达）、光源、紧凑型高功率LED、用于半导体芯片的散热系统、网络服务器（network server）、游戏机、半导体芯片、半导体封装、电池、电子产品、防静电材料、静电耗散材料、导电材料、电磁屏蔽材料、电磁波吸收器、射频（RF）吸收体、用于太阳能电池的材料、用于染料敏化太阳能电池（DSSC）的电极材料、电气设备材料、电子设备材料、半导体设备材料、光电设备材料、笔记本电脑部件材料、计算机部件材料、手机部件材料、PDA部件材料、PSP部件材料、用于游戏机的部件材料、外壳材料、透明电极材料、不透明电极材料、场发射显示器（FED；Field Emission Display）材料、背光单元（Back Light Unit）材料、液晶显示器（LCD；Liquid Crystal Display）材料、等离子显示面板（PDP；Plasma Display Panel）材料、发光二极管（LED；LuminescentDiode）材料、触摸面板材料、电光板材料、广告板材料、显示器材料、发热元件、散热元件、电镀材料、催化剂、助催化剂、氧化剂、还原剂、车辆部件材料、包括车辆头灯的灯散热系统、船舶部件材料、航空航天设备部件材料、保护带材料、粘结材料、托盘材料、洁净室材料、运输设备部件材料、阻燃材料、抗菌材料、金属复合材料、非铁金属复合材料、用于医疗设备的材料、建筑材料、地板材料、墙纸材料、光源部件材料、灯材料、光学装置部件材料、用于制造纤维的材料、用于制作服装的材料、用于电器产品的材料、用于制造电子产品的材料、用于二次电池的阳极活性材料、用于二次电池的阴极活性材料、二次电池材料、燃料电池材料、太阳能电池材料、存储设备和电容器（P-ED<C）材料等。
有益效果
根据本发明的散热涂料组合物具有非常优异的耐热性和优异的与基材表面的粘结性和附着性。
具体地，在与现有的采用未使用散热涂料的铝散热板的情况下发热元件的表面温度上升至128℃相比，在涂覆根据本发明的第一散热涂料组合物的情况下，发热元件的表面的温度可以降低至70℃以下。此外，在涂覆除第一散热涂料组合物之外还包括用于提高粘结性的具有增强的粘结性的乳状液的第二散热涂料组合物的情况下，具有发热元件的表面温度可以降低至60℃以下的惊人的效果。此外，第三散热涂料组合物及第四散热涂料组合物可以赋予绝缘性。
附图说明
图1是用于测量本发明的实验例1的散热效果的装置的示意图；
图2示出耐热性的测量方法。
–对附图的主要部分的说明
10：金属PCB基板
20：层间热传导粘结层
30：涂覆有散热涂料的铝散热板
40：LED灯
50：橡胶辊
60：金属加热辊
70：散热涂料涂层
80:铝基材
具体实施方式
以下，通过实施例具体描述本发明，但是本发明并不限于下面的实施例。
通过下面的测量方法评估物理性能
1）粘结性评估
通过胶带测试（JIS D0202）方法进行测量。在涂覆有散热涂料的铝散热板上以水平、垂直1mm的间隔切割围棋盘状的孔并粘结玻璃纸胶带后，在剥离玻璃纸胶带的同时观察发生的脱离现象。M6表示所有的正方形单元全被剥离，M5<M4<M3<M2<M1表示越来越强的粘结性。例如，M3表示承认沿着直线的剥离，且剥离的正方形单元的正方形涂膜不能在50%以上的水平，M2表示整体显示角部破损，没有沿着直线的剥离，且剥离的正方形单元的正方形涂膜不能在50%以上的水平。
2）耐热性评估
通过加热辊测试（Heating roll test）方法进行测量（参照图2）。由下部橡胶辊和上部金属加热辊组成，在使这两个辊同时滚动的同时，以10℃的间隔将上部加热辊的温度升高至20℃至350℃。使涂覆有散热涂料的涂层表面面朝向加热辊的表面，当基板在两个辊之间通过时，确认涂层部分是否转移到加热辊的表面上。通过这种方法根据涂层表面的状态和转移到加热辊的涂层表面来评估耐热性。
3）绝缘性评估
通过表面电阻测量方法（JIS K7194,ASTM D257）进行测量。通过将样品切成5cm×8cm的大小，将样品分成9部分，然后进行测量。利用4个探针的4端子法，通过在施加10伏至1000伏的电压后尽可能多地排除接触电阻，而可以获得样品固有的表面电阻。评估出的绝缘性呈现105Ω/sq以上的表面电阻。
[制备例1]
制备包含表面改性的碳材料的分散液
通过利用循环泵将碳纳米管（CNT）15g与蒸馏水985g混合，在预处理槽中制备CNT水溶液。在通过高压注入泵以30g/min的流速将CNT溶液注入预热槽之前，在热交换器的前端以0.8g/min的流速将压缩为252atm的气态氧气与CNT溶液混合，将该混合液注入通过热交换器预热至200℃的预热槽中。将该预热后的混合液注入210℃及250atm的压临界水状态的表面改性反应器中，然后对该混合液进行表面改性。将表面改性的生成物送回热交换器，首先冷却至100℃后，再通过冷却装置冷却至约25℃，从而获得连续表面改性的14.3g的CNT。
将重量百分比为3%的所述表面改性的碳纳米管、重量百分比为2.4%的基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂（重量平均分子量100,000、包括重量百分比为35%的苯乙烯、重量百分比为32.5%的α-甲基苯乙烯、重量百分比为32.5%的丙烯酸）、重量百分比为94.24%的水、重量百分比为0.36%的氨水混合，以制备包含表面改性的碳材料的分散液。
[制备例2]
制备耐热性添加剂
通过使用重量百分比为90%的所述制备例1中所制得的分散液和重量百分比为10%的包括作为耐热性金属氧化物的氧化锌的碱溶性树脂乳状液，来制备耐热性添加剂。
此时，通过混合重量百分比为52.1%的水、重量百分比为1.9%的氨水、重量百分比为46%的固体来使用所述碱溶性树脂。作为所述固体，使用通过使重量百分比为20.7%的基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂（重量平均分子量为100,000、包括重量百分比为35%的苯乙烯、重量百分比为32.5%的α-甲基苯乙烯、重量百分比为32.5%的丙烯酸）、重量百分比为4.2%的苯乙烯、重量百分比为73.3%的2-乙基己基丙烯酸酯、重量百分比为1.2%的甲基丙烯酸缩水甘油酯及重量百分比为0.6%的作为引发剂的过氧化铵反应而获得的树脂。
[制备例3]
制备具有增强的粘结性的乳状液
通过将重量百分比为54.9%的水、重量百分比为0.2%的27%的氨水、重量百分比为44.9%的作为固体的基于丙烯酸的树脂（重量平均分子量：15,000）混合，来制备具有增强的粘结性的乳状液。
此时，用作所述固体的基于丙烯酸的树脂，使用通过使重量百分比为49.0%的丙烯酸丁酯、重量百分比为49.4%的甲基丙烯酸甲酯、重量百分比为0.6%的衣康酸、重量百分比为0.6%的硅烷偶联剂（氨基丙基三甲氧基硅烷）以及重量百分比为0.4%的作为引发剂的过氧化铵反应而获得的树脂。
[制备例4]
制备绝缘性添加剂
通过将正丙醇锆（100ml）与乙酰乙酸乙酯（100ml）混合后添加硝酸溶液（17ml），来制备氧化锆溶胶。
通过将3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（100ml）、异丙醇（110ml）和硝酸溶液（16ml）混合，来制备有机硅烷溶胶。
将所述氧化锆溶胶和有机硅烷溶胶以1：2的体积比混合，来制备氧化锆-有机硅烷溶胶-凝胶涂层展开液作为绝缘性添加剂。
[实施例1]
制备第一散热涂料组合物（1）
将重量百分比为80%的所述制备例1中制得的第一散热涂料组合物与重量百分比为20%的制备例2中制得的耐热性添加剂混合，以制备第一散热涂料组合物（1）。
为了测量制得的散热涂料组合物的耐热性和粘结性，通过浸渍涂覆在铝散热板（AI6061）的一表面上涂覆制得的散热涂料组合物至10μm的厚度后，进行测量，其结果在下面表2中示出。
[实施例2]
制备第一散热涂料组合物（2）
将重量百分比为90%的所述制备例1中制得的第一散热涂料组合物与重量百分比为10%的制备例2中制得的耐热性添加剂混合，以制备第一散热涂料组合物（2）。
为了测量制得的散热涂料组合物的耐热性和粘结性，通过浸渍涂覆在铝散热板（AI6061）的一表面上涂覆制得的散热涂料组合物至10μm的厚度后，进行测量，其结果在下面表2中示出。
[实施例3]
制备第一散热涂料组合物（3）
将重量百分比为99%的所述制备例1中制得的第一散热涂料组合物与重量百分比为1%的制备例2中制得的耐热性添加剂混合，以制备第一散热涂料组合物（3）。
为了测量制得的散热涂料组合物的耐热性和粘结性，通过浸渍涂覆在铝散热板（AI6061）的一表面上涂覆制得的散热涂料组合物至10μm的厚度后，进行测量，其结果在下面表2中示出。
[实施例4]
制备第二散热涂料组合物（1）
将重量百分比为80%的所述制备例1中制得的第一散热涂料组合物、重量百分比为10%的制备例2中制得的耐热性添加剂以及重量百分比为10%的制备例3中制得的具有增强的粘结性的乳状液混合，以制备第二散热涂料组合物（1）。
为了测量制得的散热涂料组合物的耐热性和粘结性，通过浸渍涂覆在铝散热板（AI6061）的一表面上涂覆制得的散热涂料组合物至10μm的厚度后，进行测量，其结果在下面表2中示出。
[实施例5]
制备第二散热涂料组合物（2）
将重量百分比为85%的所述制备例1中制得的第一散热涂料组合物、重量百分比为10%的制备例2中制得的耐热性添加剂以及重量百分比为5%的制备例3中制得的具有增强的粘结性的乳状液混合，以制备第二散热涂料组合物（2）。
为了测量制得的散热涂料组合物的耐热性和粘结性，通过浸渍涂覆在铝散热板（AI6061）的一表面上涂覆制得的散热涂料组合物至10μm的厚度后，进行测量，其结果在下面表2中示出。
[实施例6]
制备第二散热涂料组合物（3）
将重量百分比为84%的所述制备例1中制得的第一散热涂料组合物、重量百分比为15%的制备例2中制得的耐热性添加剂以及重量百分比为1%的制备例3中制得的具有增强的粘结性的乳状液混合，以制备第二散热涂料组合物（3）。
为了测量制得的散热涂料组合物的耐热性和粘结性，通过浸渍涂覆在铝散热板（AI6061）的一表面上涂覆制得的散热涂料组合物至10μm的厚度后，进行测量，其结果在下面表2中示出。
[表1]（单位：重量百分比）
制备例1 制备例2 制备例3
实施例1 80 20 -
实施例2 90 10 -
实施例3 99 1 -
实施例4 80 10 10
实施例5 85 10 5
实施例6 84 15 1
[实施例7至实施例9]
制备第三散热涂料组合物
基于100重量份的所述实施例1至实施例3中制得的散热涂料组合物，添加80重量份的制备例4中制得的绝缘性添加剂，以制备第三散热涂料组合物。
为了测量制得的散热涂料组合物的耐热性和粘结性，通过浸渍涂覆在铝散热板（AI6061）的一表面上涂覆制得的散热涂料组合物至10μm的厚度后，进行测量，其结果在下面表2中示出。
[实施例10至实施例12]
制备第四散热涂料组合物
基于100重量份的所述实施例4至实施例6中制得的散热涂料组合物，添加80重量份的制备例4中制得的绝缘性添加剂，以制备第四散热涂料组合物。
为了测量制得的散热涂料组合物的耐热性和粘结性，通过浸渍涂覆在铝散热板（AI6061）的一表面上涂覆制得的散热涂料组合物至10μm的厚度后，进行测量，其结果在下面表2中示出。
[比较例1]
将重量百分比为70%的所述制备例2中制得的耐热性添加剂和重量百分比为30%的具有增强的粘结性的乳状液混合使用。测量制得的散热涂料组合物的物理性能，测量结果在下面表2中示出。
[比较例2]
将重量百分比为90%的所述制备例1中制得的分散液和重量百分比为10%的制备例3中制得的具有增强的粘结性的乳状液混合使用。测量制得的散热涂料组合物的物理性能，测量结果在下面表2中示出。
[实验例1]
散热测试：应用于LED灯
测量所述实施例1至实施例12及比较例1至比较例3中制得的散热涂料组合物的物理性能，结果在下面表2中示出。
通过基于金属PCB的LED灯的表面温度测量方法来测量散热性能。构造如图1所示的装置，且将电力施加到LED灯，以5秒的间隔测量表面的温度。
[表2]
Figure BDA00002904938100191
从上述表2中可以看出，在使用本发明的散热涂料的情况下，相比不涂覆散热涂料的情况，由于更大的表面积（Bigger Superficial Area），散热效果是优异的。
可以看出，在使用未涂覆散热涂料的铝散热板的情况下（比较例3），发热元件的表面温度呈现出持续增加至128℃的倾向，在使用第二散热涂料组合物的情况下（实施例1至实施例3），发热元件的表面温度为67℃至71℃，该温度降低至71℃以下。此外，可以看出，在其中添加具有增强的粘结性的乳状液（第三散热涂料组合物）的情况下（实施例4至实施例6），温度呈现出降低至57℃的倾向，从而呈现出优异的散热效果。
此外，从实施例7至实施例12中可以看出，在使用作为绝缘性添加剂的第四散热涂料组合物的情况下，具有呈现出绝缘性的108Ω/sq以上的高表面电阻，相比实施例1至实施例6的样品，表面温度升高。
[实验例2]
散热测试：应用于散热片
在半导体或显示器中使用的CPU的盖子（用于散热的板（plate）型的铝及合金的散热片（heat sink））上涂覆实施例4及实施例7中制备的散热涂料组合物后，确认散热性能。
通过浸渍涂覆在散热板（lid）上涂覆所述实施例4及实施例7的散热涂料组合物至10μm的厚度，然后进行测量。在其上部放置TIM胶带，并在TIM胶带的上方放置CPU后，输入16.5瓦特的相同的功率后，观察温度变化2小时以上。
在比较例4中，在未涂覆本发明的散热涂料组合物，并输入16.5瓦特的相同的功率后，观察温度变化2小时以上。
其结果在下面表3中示出。
[表3]
实施例4(℃) 实施例7(℃) 比较例4(℃)
20分钟 48.6 50.2 53.9
60分钟 78.2 81.7 84.5
120分钟 81.5 92.2 101.4
2小时以上 83.7 95.6 103.5
从上述表3中确认到，在涂覆本发明的散热涂料组合物的情况下，发生温度降低约15%的效果。
[实验例3]
散热测试：应用于发热元件
在发热装置的整个部分上涂覆实施例4及实施例7中制备的散热涂料组合物后，确认散热性能。
使用铝加热器作为发热元件，并且通过浸渍涂覆在加热器的整个表面上涂覆所述实施例4及实施例7的散热涂料组合物至10μm的厚度，然后进行测量。输入31.5瓦特的相同的功率后，观察温度变化。此时，通过在加热器的内部和外部分别安装温度传感器来测量温度。
在比较例5中，在未涂覆本发明的散热涂料组合物，并输入31.5瓦特的相同的功率后，观察温度变化。
其结果在下面表4中示出。
[表4]
实施例7(℃) 实施例10(℃) 比较例5(℃)
内部 139.3 171.3 184.6
外部 133.1 168.1 172.2
从上述表4中确认到，在涂覆本发明的散热涂料组合物的情况下，发生温度降低约25%的效果。
[实验例4]
散热测试：应用于冷凝器
在冰箱冷凝器的外部涂覆实施例4及实施例7中制备的散热涂料组合物后，确认散热性能。实验条件为在不安装风扇的情况下进行测量。
通过浸渍涂覆或喷涂在冷凝器上涂覆所述实施例4及实施例7的散热涂料组合物后，使冷凝器运作并分别测量入口温度和出口温度。
在比较例6中，在未涂覆本发明的散热涂料组合物，并观察温度变化。
其结果在下面表5中示出。
[表5]
Figure BDA00002904938100211
Figure BDA00002904938100221
从上述表5中确认到，在涂覆本发明的散热涂料组合物的情况下，入口温度和出口温度之间的差异为4℃至6℃。
工业适用性
根据本发明的散热涂料组合物具有优异的散热性能，并且可以适用于需要温度控制的各种工业领域。

Claims (17)

1.一种散热涂料组合物，包括重量百分比为80%至99%的包含表面改性的碳材料的分散液以及重量百分比为1%至20%的耐热性添加剂。
2.一种散热涂料组合物，包括重量百分比为80%至95%的包含表面改性的碳材料的分散液、重量百分比为1%至15%的耐热性添加剂以及重量百分比为1%至10%的具有增强的粘结性的乳状液。
3.如权利要求1所述的散热涂料组合物，基于100重量份的所述散热涂料组合物，还包括50重量份至150重量份的绝缘性添加剂，所述绝缘性添加剂为选自由金属有机化合物溶胶、聚酯-聚氨酯共聚物、聚氨酯-环氧共聚物、聚酯-聚氨酯硅酮共聚物以及聚酯-环氧共聚物所构成的组中的任何一种或两种以上的混合物。
4.如权利要求2所述的散热涂料组合物，基于100重量份的所述散热涂料组合物，还包括50重量份至150重量份的绝缘性添加剂，所述绝缘性添加剂为选自由金属有机化合物溶胶、聚酯-聚氨酯共聚物、聚氨酯-环氧共聚物、聚酯-聚氨酯硅酮共聚物以及聚酯-环氧共聚物所构成的组中的任何一种或两种以上的混合物。
5.如权利要求1或2所述的散热涂料组合物，其中，包括所述表面改性的碳材料的分散液包括：重量百分比为0.1%至10%的表面改性的碳材料，重量百分比为0.04%至50%的基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂，重量百分比为0.005%至15%的氨水、胺类化合物、无机碱溶液或其混合物，以及重量百分比为25%至99.855%的溶剂。
6.如权利要求1或2所述的散热涂料组合物，其中，所述耐热性添加剂包括重量百分比为0.1%至20%的耐热性金属氧化物以及重量百分比为80%至99.9%的碱溶性树脂乳状液。
7.如权利要求6所述的散热涂料组合物，其中，在酸或碱存在下制备溶液时，所述耐热性金属氧化物以金属氢氧化物或金属铵化合物的形式存在。
8.如权利要求6所述的散热涂料组合物，其中，所述耐热性金属氧化物选自由氧化铝、氧化镁、氧化铍、氧化锆、氧化钙、氧化钛、氧化锌、氧化硅、氧化铁、氮化硼、氮化铝、氮化硅、氮化钛、氮化锆、氮化铪、氮化铌所构成的组中的任何一种或两种以上的混合物。
9.如权利要求1或2所述的散热涂料组合物，其中，所述表面改性的碳材料为选自单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、薄的多壁碳纳米管、多壁碳纳米管、束形碳纳米管、石墨、氧化石墨、石墨烯、氧化石墨烯、炭黑、碳纤维、碳纳米纤维中的任何一种或两种以上的混合物。
10.如权利要求1或2所述的散热涂料组合物，其中，所述表面改性的碳材料包括选自由氧原子、氮原子、硫原子或其混合物所构成的组中的亲水性官能团。
11.如权利要求2所述的散热涂料组合物，其中，所述具有增强的粘结性的乳状液是包括水；氨水、胺类化合物、无机碱溶液或其混合物；及基于丙烯酸的树脂，固体的重量百分比含量为40%至50%且平均粒子大小为30nm至300nm的基于丙烯酸的树脂乳状液。
12.如权利要求11所述的散热涂料组合物，其中，所述基于丙烯酸的树脂是通过使用基于烷基（甲基）丙烯酸的单体、衣康酸、硅烷偶联剂或基于丙烯酸的交联单体、引发剂及添加剂而制备的。
13.如权利要求5所述的散热涂料组合物，其中，所述基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂使用在二乙二醇单甲醚或二丙二醇甲基醚和水的混合溶剂存在下，在100℃至200℃的反应温度下，通过仅苯乙烯或选自苯乙烯和α-甲基苯乙烯的混合物的基于苯乙烯的单体和基于丙烯酸的单体的连续本体聚合作用而获得的树脂。
14.如权利要求13所述的散热涂料组合物，其中，所述基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂是通过在二丙二醇甲基醚和水的混合溶剂存在下，使重量百分比为30%至40%的苯乙烯、重量百分比为30%至35%的α-甲基苯乙烯及重量百分比为30%至35%的丙烯酸反应而获得的，所述基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂的重量平均分子量为1,000至100,000。
15.如权利要求6所述的散热涂料组合物，其中，所述碱溶性树脂乳状液包括水；氨水、胺类化合物、无机碱溶液或其混合物；基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂，且固体的重量百分比含量为40%至50%。
16.如权利要求15所述的散热涂料组合物，其中，通过使重量百分比为5%至25%的基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂、重量百分比为0.1%至5%的苯乙烯、重量百分比为65%至80%的2-乙基己基丙烯酸酯、重量百分比为0.1%至3%的甲基丙烯酸缩水甘油酯以及重量百分比为0.1%至2%的引发剂反应，来获得所述基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂，所述基于苯乙烯/丙烯酸的水溶性树脂是在二丙二醇甲基醚和水的混合溶剂存在下，通过使重量百分比为30%至40%的苯乙烯、重量百分比为30%至35%的α-甲基苯乙烯以及重量百分比为30%至35%的丙烯酸反应而获得的。
17.如权利要求1至4中任一项所述的散热涂料组合物，其中，所述散热涂料组合物应用于LED灯、电子芯片、热交换器、半导体设备、冷凝器、蒸发器、加热器、显示装置、显示器、锅炉管道、通信设备、发动机、马达、电池、外壳材料、电极材料、以及纤维制造。
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