KR100780055B1

KR100780055B1 - 열전도성 다층 수지 시트

Info

Publication number: KR100780055B1
Application number: KR1020040114009A
Authority: KR
Inventors: 최진환
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2007-11-29
Also published as: KR20060075246A

Abstract

본 발명의 열전도성 다층 수지 시트는 (a) 열전도성이 0.3 W/m-K 이하인 열가소성 수지 제1층; 및 (b) 상기 제1층(a)에 접하며, 열전도성이 1∼10 W/m-K인 열전도성 수지 제2층; 으로 이루어지며, 상기 열전도성 수지 제2층(b)의 두께는 전체 수지 다층 시트 두께의 50∼90 % 인 것을 특징으로 한다.

열가소성 수지, 열전도성 수지, 성형성, 색상, 그래파이트, 카본파이버, 보론나이트라이드, 다층 수지 시트

Description

열전도성 다층 수지 시트{Thermoplastic Multi layered Resin Sheet}

제1도는 본 발명의 열전도성 다층 수지 시트를 나타내는 개략도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

(a) : 열가소성 수지 제1층

(b) : 열전도성 수지 제2층

발명의 분야

본 발명은 성형성, 기계적 물성 및 다양한 색상을 유지하면서 동시에 우수한 열전도성을 가지는 다층 수지 시트에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 열전도성이 우수한 수지층인 중간층과 성형성 및 기계적 물성이 우수한 열가소성 수 지층인 표면층으로 이루어짐으로써 성형성, 물성 및 열전도성이 모두 우수한 열전도성 다층 수지 시트에 관한 것이다.

발명의 배경

김치냉장고와 같은 직접 냉각 방식의 냉장고는 테이프 등을 이용하여냉매가 흐르는 파이프를 내상에 직접 부착하여 냉장고 내부를 냉각시키는데 이러한 경우 합성수지로 제조된 내상은 열전도도가 낮기 때문에 냉장고 내부 냉각을 위해서는 많은 에너지를 필요로 한다. 이러한 단점을 개선하기 위하여 내상을 알루미늄 등의 금속을 사용할 수도 있는데 이러한 경우에는 냉각효율은 우수해지는 반면 많은 비용이 소요되는 문제점이 발생한다.

따라서 열전도성이 우수한 합성수지가 필요하게 되었는데 현재까지 개발된 열전도성 합성수지는 열전도성은 우수하나 그래파이트 등의 많은 충진재 사용으로 기계적 강도 부족과 색상의 한계가 있었고 또한 유동성이 부족하여 내상과 같은 얇고 긴 유동장을 가진 제품의 사출성형에는 적합하지 않았다.

따라서 본 발명자는 상기의 문제점을 극복하기 위하여 열전도성이 우수한 수지를 중심층으로 사용하고 윗면 또는 아랫면을 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지, 고내충격성 폴리스티렌(HIPS) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 폴리에틸렌(PE) 수지 등의 일반적인 열가소성 수지를 사용하여 다층 수지 시트를 제작함으로써, 기계적 물성 및 성형성이 우수하고 다양한 색상을 표현할 수 있으며 동시에 열전도성 또한 우수한 합성수지를 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 열전도성이 우수한 수지 다층 시트를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기계적 물성 및 성형성이 우수한 수지 다층 시트를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 다양한 색상 표현이 가능한 수지 다층 시트를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 저비용으로 제작이 가능한 수지 다층 시트를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타 목적들은 하기 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

발명의 요약

본 발명의 열전도성 다층 수지 시트는 (a) 열전도성이 0.3 W/m-K 이하인 열가소성 수지 제1층; 및 (b) 상기 제1층(a)에 접하며, 열전도성이 1∼10 W/m-K인 열전도성 수지 제2층; 으로 이루어지며, 상기 열전도성 수지 제2층(b)의 두께는 전체 수지 다층 시트 두께의 50∼90%인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.

발명의 구체예에 대한 상세한 설명

본 발명의 다층 시트 중 (a)층은 일반적인 열가소성 수지로서 시트 압출이 가능한 것이어야 한다. 시트 압출이 가능한 열가소성 수지로는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지, 고내충격성 폴리스티렌(HIPS) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 폴리에틸렌(PE) 수지 등이 있으며, 이 중에서 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지가 진공 성형 등의 후가공성 측면에서 가장 바람직하다.

이에 비하여 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지는 다양한 물성을 가진 수지인데, 우수한 시트 압출 및 진공성형성에 대해서는 이미 대한민국특허 제182358호, 제368043호, 제382525호, 제435046호 및 제99-33282호에 기재되어 있다.

상기 (a)층의 열전도성 수지는, 내충격성과 같은 기계적 물성과 다양한 색상의 변화 및 성형성을 고려하여 열전도성이 0.3 W/m-K 이하인 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지, 고내충격성 폴리스티렌(HIPS) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 및 폴리에틸렌(PE) 수지 등을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 (b)층은 열전도성이 우수한 수지로서 수지의 주성분으로는 상기 (a)와 동일한 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지, 고내충격성 폴리스티렌(HIPS) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 및 폴리에틸렌(PE) 수지 등이 사용될 수 있다. 기타 다른 종류의 수지도 사용 가능하나 압출, 진공성형이 다소 어려운 단점이 있다.

상기 (b)층의 열전도성 수지는, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지, 고내충격성 폴리스티렌(HIPS) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 및 폴리에틸렌(PE) 수지 등에 열전도성이 우수한 그래파이트, 카본파이버, 보론나이트라이드 등을 무기충전재로 첨가하여 열전도성을 1∼10 W/m-K로 높인 수지를 사용한다.

그러나 이러한 방법으로 제조된 수지는 열전도성은 매우 우수한 반면 색상이 검고, 충격강도 및 유동성이 낮은 단점을 가지고 있다. 따라서 이러한 열전도성 수지(b)의 독자적 사용만으로 내충격성과 다양한 색상을 모두 겸비하여야 하는 대형 가전제품의 사출성형 목적을 모두 만족 시킬 수 없는 문제점이 발생한다.

따라서 (b)층의 주성분은 (a)층, (c)층과 접합이 가능한 것이어야 하는데 바람직하기로는 동일한 (a)층, (c)층과 동일한 주성분인 것이 좋다. 만일 접합이 되지 않는 수지를 사용해야 할 경우 경계면에 접착층을 사용하여야 한다. (c)층은 용도에 따라 (a)층과 동일한 수지를 사용하여도 되고 생략할 수도 있다.

각 층의 두께는 용도에 따라 다르나 진공성형을 할 경우 표면층의 연신에 따라 두께가 얇아지므로 (b)에 영향을 받아 색상이 변할 수 있으므로 전체 중 10∼20%를 유지하는 것이 바람직하다. 또한 (b)층도 이 발명의 주목적인 높은 열전도성을 유지하기 위하여 50∼90 %를 차지하며, 바람직하기로는 70∼90%를 차지하는 것이 바람직하다. (b)층이 50% 미만일 경우, 열전도성이 저하된다.

본 발명의 열전도성 다층 시트는 열전도성이 높고 진공성형성이 우수하고 외관이 우수하고 다양한 색상 구현이 가능하여 직접냉각식 냉장고의 내상에 사용하기 적합하다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예

실시예 1

1. 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지의 제조-(a층 또는 c층)

고무상 중합체의 제조

교반장치, 환류냉각기 ,온도계, 조제첨가장치를 갖춘 유리제 중합반응기에 폴리부타디엔 라텍스(고무의 평균 입자경 0.35 ㎛) 45 중량부(고형분 기준)와 탈이온수 200 중량부를 넣어 질소 기류하에서 교반하면서 4 % 과염간산칼륨 수용액 7 중량부 및 단량체 혼합물로 스티렌 70 중량부, 아크릴로니트릴 30 중량부를 첨가하고, t-도데실 머켑탄 0.1 중량부를 3시간동안 연속적으로 첨가하여 70℃에서 중합하였다. 여기서 얻은 라텍스를 90℃로 가열한 황산 수용액에 적하 석출한 후, 세척, 탈수, 건조하여 그라프트 중합체(A)를 얻었다. 상기 화합물의 그라프트율은 50 %이며, 고무성분을 제외한 부분 중에서 아크릴로니트릴 함량은 26 중량%였다.

유리상 공중합체의 제조

질소 치환된 반응기에 탈이온수 160 중량부, 올레인산칼륨 3 중량부를 투입 하고, 스티렌 23.2 중량부, 아크릴로니트릴 17.8 중량부를 1단계 단량체 혼합물로서 t-도데실 머켑탄 0.25 중량부와 함께 반응기내에 투입하고 충분히 유화시켰다.

혼합물을 교반하면서 온도를 60℃로 승온시킨 후 과황산칼륨 0.3 중량부를 첨가하여 중합을 개시하고 65℃ 이상의 온도에서 중합반응을 계속하였다. 초기단량체 혼합물을 30 분정도 중합시킨 후 제2단계 단량체 혼합물로 스티렌 34.8 중량부, 아크릴로니트릴 24.2 중량부를 5시간 연속적으로 첨가하여 중합을 완료시켰다.

생성된 중합체의 아크릴로니트릴함량은 27중량%, 분자량 측정기인 GPC(Gel Permeation Chromatography)로 측정한 중량평균분자량은 180,000 이며 수평균분자량은 85,000이었다.

ABS 수지의 제조 (a층 또는 c층)

상기에서 제조된 고무상 중합체 30중량부와 유리상 중합체 70중량부와 2중량부의 산화방지제와 0.4중량부의 활제를 혼합하고 텀블러 믹서로 10분간 예비 혼합하였다. 이 혼합물을 45 ㎜ 직경의 동방향 2축 압출기를 통하여 압출하여 펠릿상태로 제조하였다. 이 때 압출기의 실린더 온도는 평균 220℃로 유지하였으며 스크류 rpm은 300으로 조정하였다.

제조된 펠릿으로부터 ASTM 방법에 의거하여 물성측정용 시편을 제조하였다. 측정된 물성은 표1에 나타내었다. 물성측정은 아래방법을 사용하였으며 측정된 시편의 물성을 표 1에 나타내었다. (인장강도;ASTM D638, 충격강도;ASTM D256, 열전도도;ASTM C177)

2. 열전도성 ABS의 제조 (b층)

상기에서 제조된 고무상 중합체 25중량부와 유리상 중합체 35중량부에 그래파이프를 주성분으로 하는 화합물 40 중량부와 2 중량부의 산화 방지제와 2.0 중량부의 활제를 혼합하고 텀블러 믹서로 10분간 예비 혼합하였다.

상기 혼합물을 45 ㎜ 직경의 동방향 2축 압출기를 통하여 압출하여 펠릿 상태로 제조하였다. 이 때 압출기의 실린더 온도는 평균 250℃로 유지하였으며 스크류 rpm은 200으로 조정하였다. 제조된 펠릿으로부터 ASTM 방법에 의거하여 물성측정용 시편을 제조하였다. 측정된 물성은 표1에 나타내었다.

물성	열가소성 ABS 수지 (a층 또는 c층)	열전도성 ABS 수지 (b층)
인장강도(㎏㎝/㎠)	470	300
충격강도(1/4", ㎏f·㎝/㎝)	35	5.0
열전도성(W/m-K)	0.2	3.0

3. 열전도성 다층 시트의 제조

상기에서 제조된 ABS 수지와 열전도성 ABS 수지를 피드 블록이 설치된 3층 시트용 압출기를 통하여 3층 시트를 제조하였다. 윗층과 아랫층은 하나의 압출기를 사용하였는데 스크류 직경은 40 ㎜이고 가운데층은 65 ㎜의 스크류 직경을 갖는 단축압출기를 이용하였다.

윗층과 아랫층은 ABS 수지이며 중간층은 열전도성 ABS 수지이다. 윗층과 아 랫층은 하나의 압출기를 사용하였고 평균온도는 220℃ , 스크류 rpm은 80 이었다. 가운데 층 압출기의 평균온도는 270℃ , 스크류 rpm은 100 이었다. 제조된 시트의 총 두께는 5 ㎜ 였고 윗층과 아랫층의 두께는 각각 1.0 ㎜, 0.5 ㎜ 였다. 제조된 시트는 절단하여 물성측정용 시편을 제조하였다. 측정된 시편의 물성을 표 2에 나타내었다.

실시예 2∼3

시트의 각층의 두께를 표 2와 같이 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

비교실시예 1∼2

본 발명에 따른 다층 시트와 비교하기 위하여 각 층의 두께를 표2와과 같이 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

상기 실시예 1∼3과 비교실시예 1∼2에서 제조된 시트를 300 ㎜ × 300 ㎜로 절단하여 (a)층을 윗면으로 하여 음각방식으로 직경 200 ㎜, 깊이 100 ㎜의 컵과 유사한 형태의 성형물을 진공성형을 통하여 제조하였다. 제조된 성형물의 외관(컵내부)과 진공 성형성을 관찰하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.

		실시예			비교실시예
		1	2	3	1	2
층구성 (㎜)	ABS수지(a층)	1.0	1.0	0.5	2.5	0
	열전도성 수지(b층)	3.5	4.0	4.0	0	5.0
	ABS수지(c층)	0.5	0	0.5	2.5	0
물성	인장강도(㎏㎝/㎠)	350	330	325	450	280
	충격강도(1/4",㎏f·㎝/㎝)	15	10	12	34	4
	열전도도(W/m-K)	0.8	1.0	1.0	0.2	3.0
외관		양호	양호	양호	양호	불량
진공성형성		양호	양호	양호	양호	불량

표 2에서 보는 바와 같이 비교실시예 1과 2는 각각 ABS층과 열전도성 ABS층만을 사용한 것으로, 실시예들에 비하여 비교실시예 1은 열전도도가 부족하고, 비교실시예 2는 물성, 외관, 진공성형성 모두가 부족한 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 기계적 물성과 진공성형성이 우수하고 다양한 색상 발현이 가능한 동시에 우수한 열전도성을 가진 다층 수지 시트를 제공하는 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims

(a) 열전도성이 0.1∼0.3 W/m-K 인 열가소성 수지 제1층; 및

(b) 상기 제1층(a)에 접하며, 그래파이트, 카본파이버 및 보론나이트라이드로 이루어진 군에서 선택되는 무기충전재를 함유하는 열전도성이 1∼10 W/m-K인 열전도성 수지 제2층;

으로 이루어지고, 상기 열전도성 수지 제2층(b)에 사용되는 수지는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지, 고내충격성 폴리스티렌(HIPS) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지 및 폴리에틸렌(PE) 수지로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열전도성 다층 수지 시트.
제1항에 있어서, 상기 제2층(b)과 접하는 (c) 열전도성이 0.1∼0.3 W/m-K 인 열가소성 수지 제3층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 다층 수지 시트.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 열전도성 수지 제2층(b)의 두께는 전체 수지 다층 시트 두께의 50∼90 % 인 것을 특징으로 하는 열전도성 다층 수지 시트.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지, 고내충격성 폴리스티렌(HIPS) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 폴리에틸렌(PE) 수지로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열전도성 다층 수지 시트.
삭제
제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항의 열전도성 다층 수지 시트로 성형된 진공 성형물.