KR100705905B1 - 열전도성이 우수한 열가소성 수지조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전도성 열가소성 수지조성물에 관한 것으로서, 그라프트 공중합체, 시안화비닐 화합물-방향족비닐 화합물 공중합체 및 특정 열전도성첨가물이 적정 비율로 배합되어 열전도성이 향상된 열전도성 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 열전도성 열가소성 수지 조성물의 재료로서 ABS수지를 사용하고, 제조시 열전도성을 향상시키기 위해 첨가하는 열전도성 첨가물로서 카본 계열의 그라파이트, 특히 합성 그라파이트 0.1-12 중량부를 사용할 경우 1W/mK의 높은 수준의 열전도도를 얻을 수 있으며, 본 발명에 따라 제조된 우수한 열전도도를 갖는 열전도성 ABS 수지는 김치냉장고의 IN-CASE용 재료로서 알루미늄을 대체가능하고 양문형 냉장고의 디스펜서(DISPENSER) 부위와 램프 접촉부 등에 적용될 수 있다.

ABS수지, 합성 그라파이트, 열전도성

Description

열전도성이 우수한 열가소성 수지조성물{THERMOPLASTIC RESIN COMPOSITION HAVING EXCELLENT THERMAL-CONDUCTIVITY}

본 발명은 열전도성 열가소성 수지조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그라프트 공중합체, 시안화비닐 화합물-방향족비닐 화합물 공중합체 및 특정 열전도성 첨가물이 적정 비율로 배합되어 열전도성이 향상된 열전도성 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 폴리머 또는 플라스틱의 열전도도는 상온에서 0.2 W/mK정도로 매우 낮아 실제적으로 단열재 용도로 자주 사용되어 왔다. 한편, 최근 들어 공업용으로 쓰이는 상용 열가소성 플라스틱에 높은 열전도 강화재를 혼합하여 1.0 W/mK 이상의 열전도도를 갖는 열전도성 플라스틱이 개발되고 있다. 열전도성 플라스틱은 금속이나 플라스틱, 세라믹이 사용되는 물질의 대안으로 활용이 가능한데, 일반 플라스틱과 대비할때 가지는 장점으로서는 열지점(hot spot)을 제거하며, 부품의 사용 온도를 낮추고, 장치의 효율을 향상시키고, 부품의 뒤틀림 감소, 제품 수명 연장, 낮은 사용온도로 인한 기계적 강도 향상 등이 있고, 금속과 대비할 때 가지는 장점으로서는 무게 절감(알루미늄의 약 50%), 자유로운 디자인, 낮은 열팽창 계수, 내화학성, 후 가공 공정의 감소 등을 들 수 있다.

상기한 장점을 바탕으로 열전도성 수지는 주로 방열이 필요한 장치에 적용 가능한데, 그 예로서 자동차 라디에이터용 열교환기, 냉장고용 열교환기, 에어컨용 열교환기 등과 같은 열교환기 및 전기, 전자제품의 방열판(heat sink), 기판, 하우징, 전기커넥터 등이 있다. 방열이 필요한 또 다른 예로는 공업용 모터, 하드 디스크 드라이브용 스핀들 모터, DVD용 모터, CD용 모터 등을 들 수 있다.

한편, 근래에는 김치냉장고용 IN-CASE, 양문형 냉장고 디스펜서, 램프 부위 등에도 적용이 시도되고 있다. 이러한 장치들의 방열재로는 알루미늄, 구리 등의 금속이 주로 사용되어 왔으나, 이는 금속이므로 열전도도가 상온에서 100W/mK 이상으로 매우 높아 냉장고용으로는 적합치 않은 면이 있어 왔는 바, 적절한 열전도도를 갖는 열전도성 플라스틱의 적용이 필요하다. 이를 위해서는 우수한 열전도성 플라스틱 제조를 위한 신규한 열가소성 수지 재료의 개발 및 열전도성 첨가물의 적정 첨가비에 대한 연구가 함께 요구된다.

현재까지 출시되고 있는 열전도성 플라스틱의 열가소성 수지 재료는 대체로 결정성 이거나(폴리프로필렌), 자체의 열전도도가 상대적으로 높은 것들(폴리페닐렌설파이드) 이 주종을 이루고 있는바, 우수한 열전도성을 구현할 수 있는 새로운 열가소성 수지의 개발이 필요한 실정이다.

한편, 매우 낮은 열전도도를 갖는 플라스틱에 열전도성을 부여하기 위해서는 열전도성 첨가물을 충전하는 것이 일반적인 바, 열전도성 첨가물의 투입량에 따 른 물성 저하는 열전도성 수지 제조에 있어서 고려해야 할 문제점으로서 피할 수 없는 현상이므로 제품이 필요로 하는 물성 수준에 맞춰 적절한 투입량을 결정해야 한다.

이에 반하여 종래에는 열전도도를 2~3배만 향상시키려 해도 알루미늄 나이트라이드, 알루미나 분말 등을 과량 사용해야 했기 때문에 비경제적이며, 압출 및 사출을 하는 과정에서도 문제를 유발하므로 바람직하지 못하였다. 이에 본 발명에서는 카본(carbon) 계열 열전도성 첨가물을 사용하였는데 카본은 잘 알려진 바와 같이 전기 및 열 전도성 물질이며 그 종류도 다양하고 가격도 천차만별이므로 용도에 맞는 종류 및 첨가량의 선택이 중요하다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서 열전도성이 우수한 열가소성 수지 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 열전도성 플라스틱의 열가소성 수지 재료로서 종래 출시되거나 사용된 바 없는 ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 수지를 사용한 열전도성이 우수한 열가소성 수지 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 열전도성 첨가물로서 카본 계열, 특히 합성 그라파이트를 적정 비율로 사용함으로써 열전도성을 향상시킨 열전도성이 우수한 열가소성 수지 조성물을 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제의 해결을 위하여 본 발명은 (A)그라프트 공중합체 20∼50 중량부; (B) 시안화비닐 화합물-방향족비닐 화합물 공중합체50 - 80중량부; 및 (A)+(B) 100중량부에 대하여 (C) 열전도성 첨가물을 0.1 - 20 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 열가소성 수지 조성물을 제공한다.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에서 특징적으로 사용되는 열전도성 플라스틱의 열가소성 수지 재료인 ABS(아크릴로니트릴부타디엔스타이렌) 수지의 각 구성성분에 대한 상세한 설명은 다음과 같다.

(A) 그라프트 공중합체

본 발명에서 사용되는 그라프트 공중합체(A)는 평균 고무입자직경이 0.25~0.40㎛인 고무질 중합체를 사용하여 유화 그라프트 중합법으로 제조되고, 그라프트율이 40~90 중량%인 그라프트 공중합체 수지이다. 상기 그라프트율이 40 중량% 미만이면, 응고, 건조시 입경 분포가 균일한 백색분말을 획득하기 어려울 뿐만 아니라, 압출 또는 사출시 성형품 표면에 미가소화 입자로서 피쉬아이(fisheye), 핀홀(pinhole) 또는 모래표면(sand surface)과 같은 현상이 나타나 표면광택도가 저하될 수 있고, 그라프트율이 90 중량% 를 초과하면 오히려 충격강도, 유동성 및 표면광택 등의 물성저하가 생길 수 있다.

본 발명에 있어서 상기 그라프트 공중합체(A)는 20∼50 중량부로 사용되는 것이 바람직하다. 함량이 20 중량부 미만인 경우 본 발명에서 요구하는 일정수준 이상의 내충격성을 나타내기 어렵고, 50 중량부를 초과하는 경우 유동성을 저하시킬 수 있다.

(B) 시안화비닐 화합물-방향족비닐 화합물 공중합체

본 발명의 시안화비닐 화합물-방향족비닐 화합물 공중합체(B)는 시안화비닐 화합물 20 - 40 중량%와 방향족비닐 화합물 60 - 80중량%를 사용하여 통상의 중합방법으로 제조되며, 중량평균분자량이 100,000-500,000 범위가 가능하나, 100,000-400,000범위인 것이 바람직하다.

중량평균분자량이 100,000 보다 낮을 경우, 유동성은 증가하나 인장강도, 충격강도와 같은 기계적 물성이 충분하지 못하고, 500,000 보다 높을 경우 유동성이 낮아 성형품을 가공하는데 어려움이 있을 수 있다.

상기 시안화비닐 화합물-방향족비닐 화합물 공중합체(B)를 구성하는 시안화비닐 화합물로는 특별히 제한되지는 않으나 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 등이 있으며,이들을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 방향족비닐 화합물로는 역시 특별히 제한되지는 않으나 스티렌, 알파-메틸스티렌, p-t-부틸스티렌, 2,4-디메틸스티렌, 비닐톨루엔 등이 있으며 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 이들과 N-페닐말레이미드, N-시클로헥실말레이드, 무수말레인산 등이 공중합될 수 있으며 제조방법으로는 유화중합법, 현탁중합법, 용액중합법, 괴상중합법 등이 적용 가능하다.

본 발명에서 시안화비닐 화합물-방향족비닐 화합물 공중합체(B)는 50 내지 80 중량부의 범위로 사용할 수 있다. 50 중량부 미만에서는 유동성이 저하되며, 80 중량부 초과 사용시에는 내충격성이 저하될 수 있다.

(C) 열전도성 첨가물

본 발명에서 사용되는 열전도성 첨가물로서는 천연 그라파이트, 합성그라파이트 등의 카본 계열, 산화마그네슘, 하이드로-마그네슘-실리케이트등의 세라믹 계열이 가능하나, 카본 계열이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 합성 그라파이트이다.

열전도성 첨가물의 첨가량은 본 발명의 기술적 특징에 해당하는 것으로, 상기 (A)와 (B)의 ABS수지조성물 100 중량부에 대하여 0.1-20중량부가 가능하나, 다량 첨가할수록 비례하여 열전도도는 향상되지만 물성은 떨어지는 경향이 있는 바, 20 중량부 이상 과량 첨가되면 압출이 되지 않으므로, 20중량부 미만으로 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.1 - 12중량부이다.

본 발명의 열가소성 수지 조성물은 각각의 용도에 따라 선택적으로 특정한 산화방지제, 활제, 충격보강제, 충진제, 무기물 첨가제, 안료 및/또는 염료 등을 더 첨가하여 제조될 수 있다.

이하에서 구체적인 실시예와 비교예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이는 설명의 목적을 위한 것인 바 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예1 ]

그라프트 공중합체(A) 40중량부와 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지(B) 60중량부의 혼합물 100중량부에 대하여, 천연 그라파이트(C-1) 12 중량부 및 산화방지제,충격보강제, 활제를 투입, 첨가한 후 용융,혼련 압출하여 펠렛을 제조하였다. 이때 압출은 L/D=32, 직경 45㎜인 이축압출기를 사용하였으며 실린더온도는 260℃로 설정하였다. 제조된 펠렛으로 사출성형하여 충격강도,유동성,열연화점 온도,인장강도를 측정하고 100mm ×100mm × 3mm인 시편을 사출성형하여 열전도도 측정을 실시하였으며 그 결과를 표에 나타내었다.

[ 실시예2 ]

천연 그라파이트(C-1) 대신 합성 그라파이트(C-2) 12 중량부인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[ 비교예1 ]

(C-1)-(E)중 어느 것도 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[ 비교예2 ]

천연 그라파이트(C-1) 대신 산화 마그네슘(D) 12 중량부인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[ 비교예3 ]

천연 그라파이트(C-1) 대신 하이드로-마그네슘-실리케이트(E) 12 중량부인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며 그 결과를 표 1에 나타내었다.

※ A: 그라프트 공중합체 (g-ABS)

※ B : 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 수지(SAN)

※ C-1 : 천연 그라파이트(일본 CHUETSU사의 WR-10A)

※ C-2 : 합성 그라파이트(스위스 TIMCAL사의 BNB90)

※ D : 산화 마그네슘(일본 KONOSHIMA CHEMICAL)

※ E : 하이드로-마그네슘-실리케이트(HAYASHI 화성의 Upn HD-T 0.5)

상기의 물성평가는 다음과 같은 조건에서 측정하였다.

※ 충격강도 : ASTM D256 (1/4", 23℃,단위 = Kgf·cm/cm)

※ 유동지수 : ASTM D1238(10Kg,220℃,단위 = g/10min)

※ 열변형 온도 : ASTM D1525(5Kg,50℃/hr, 단위 = ℃)

※ 인장강도 : ASTM D638(5mm/min, 단위 = kgf/㎠)

※ 열전도도 : KYOTO ELECTRONICS의 Thermal Conductivity Meter 이용하여 측정.

상기 표 1의 결과에서 보여지는 바와 같이, 실시예 1~2의 열전도도가 비교실시예 1~3에 비해 열전도도가 매우 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 열전도성 첨가물의 종류에 따라 열전도도의 차이가 큼을 알 수 있다. ABS 수지와의 상호작용은 세라믹 계열 보다는 카본 계열인 그라파이트가 더욱 긍정적인 효과를 나타냄을 알 수 있다. 또한 천연 그라파이트 보다 합성 그라파이트를 이용하는 것이 더욱 바람직함을 알 수 있다. 한편, 물성 측면에서 세라믹 계열이나 카본 계열이나 현저히 저하시키는 경향은 유사하다. 그라파이트 첨가로 물성저하는 피할 수 없으나 상기 수준이면 용도에 따라 사용할 수 있다.

본 발명에 따르면 열전도성 열가소성 수지 조성물 제조시 열가소성 수지 재료로서 ABS수지를 사용하고, 열전도성을 향상시키기 위해 첨가하는 열전도성 첨가 물로서 카본 계열의 그라파이트, 특히 합성 그라파이트 0.1 -20 중량부를 사용할 경우 1W/mK의 높은 수준의 열전도도를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 우수한 열전도도를 갖는 열전도성 ABS 수지는 김치냉장고의 IN-CASE용 재료로서 알루미늄을 대체할 수 있으며, 양문형 냉장고의 DISPENSER(디스펜서) 부위와 램프 접촉부 등에 적용할 수 있다.

Claims (6)

1. (A) 평균고무입자직경이 0.25~0.40㎛인 고무질 중합체를 사용하여 유화 그라프트 중합법으로 제조된 그라프트 공중합체 수지 20∼50 중량부;

   (B) 시안화비닐 화합물-방향족비닐 화합물 공중합체50 - 80중량부;및

   (A)+(B) 100중량부에 대하여, (C)카본계열 열전도성 첨가물을 0.1 - 20 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 열가소성 수지 조성물.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 그라프트 공중합체(A)의 그라프트율은 40~90 중량% 범위 내인 것을 특징으로 하는 열전도성 열가소성 수지 조성물.
4. 제 1항에 있어서, 상기 시안화비닐 화합물-방향족비닐 화합물 공중합체(B)는 중량평균분자량 100,000 - 400,000인 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체인 것을 특징으로 하는 열전도성 열가소성 수지 조성물.
5. 제 1항에 있어서, 상기 카본계열 열전도성 첨가물은 합성 그라파이트로 0.1-12 중량부 사용하는 것을 특징으로 하는 열전도성 열가소성 수지 조성물.
6. 제 1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수지 조성물은 산화방지제, 활제, 충격보강제, 충진제, 무기물 첨가제, 안료 및 염료로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 열가소성 수지조성물.