KR100818501B1 - 속경화성 접착조성물 및 이를 이용한 전자소재용접착테이프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 속경화성 접착조성물 및 이를 이용한 전자소재용 접착테이프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (a) 화학식 1로 표시되는 부타디엔-아크릴로니트릴 고무; (b) 화학식 2로 표시되는 카르복실 화합물; (c) 화학식 3으로 표시되는 페놀-포름알데히드 수지; 및 (d) 화학식 4로 표시되는 메텐아민 변성 페놀-노볼락 수지를 포함하여 이루어지는 속경화성 접착조성물에 관한 것이다.

속경화성, 접착조성물, 접착테이프, 접착방법

Description

속경화성 접착조성물 및 이를 이용한 전자소재용 접착테이프{Fast cure adhesive composition and adhesive tape for electronic material using the same}

도 1은 본 발명에 따른 접착테이프의 유리전이온도를 측정한 결과를 나타낸다.

본 발명은 고온접착공정에서의 접착 특성이 개선되어 전자소재의 접착테이프로써 유용하게 사용될 수 있는 속경화성 접착조성물 및 이를 이용한 전자소재용 접착테이프에 관한 것이다.

전자산업에서 많이 사용되는 전자소재들로는 예를들어 폴리이미드 화합물, 폴리카보네이트 화합물, 에폭시 화합물, 페놀 화합물 등과 같은 고분자 화합물, 마그네슘 합금, 알루미늄 및 이의 합금, 스테인레스 등과 같은 금속 및 금속산화물이 있고, 이들 전자소재들은 접착하기 어려운 물질이므로 고온접착공정에서 접착 특성을 개선할 필요가 있다.

이러한 접착 특성의 개선을 위하여 전자소재용 접착테이프를 사용하게 되며, 이러한 접착테이프는 주로 폴리카보네이트와 같은 내·외장 소재와 스테인레스, 마그네슘, 티타늄과 같은 금속 소재의 고정용으로 많은 부분에서 사용되고 있다.

이와 같은 전자소재용 접착테이프로는 내·외장 고정 접착용 강력 아크릴계 접착테이프와 200℃ 정도의 고온접착공정을 이용한 폴리에스테르계 접착테이프가 있다.

이들 중 고온접착공정을 이용한 폴리에스테르계 접착테이프를 많이 사용하고 있으나 폴리에스테르계 접착테이프를 사용하면 고온접착공정 시 테이프가 녹아 접착력의 구현과 동시에 점도가 많이 저하되어 흘러나오는 설계적용상의 문제가 있을 뿐 아니라 수입에만 의존하는 상당한 고가이므로 경제적이지 못한 문제가 있다.

또, 아크릴계 접착테이프는 접착력 자체가 너무 낮아 현재는 전자소재용으로 사용하지 않는다.

따라서, 저온 및 고온 특성이 우수해야 하고 짧은 시간에 3차원의 네트워크 구조를 형성할 수 있는 우수한 접착특성과 신속한 작업성을 구현해야 하는 전자소재용 접착제 또는 접착테이프의 개발이 시급한 실정이다.

이에, 본 발명자는 폴리에스테르계를 사용하지 않으면서도 전자소재용 접착제 또는 접착테이프를 국산화하여 제공하기 위하여 노력한 결과, 부타디엔-아크릴로니트릴 고무, 카르복실 화합물, 페놀-포름알데히드 수지 및 메텐아민 변성 페놀-노볼락 수지로 이루어진 속경화성 접착조성물을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 고온접착공정 시에도 탄성이 유지되어 설계적용상의 문제를 해결하고 더 나아가 폴리이미드 소재를 비롯하여 여러 종의 전자소재들과의 우수한 접착력을 나타내는 속경화성 접착조성물 및 이를 이용한 전자소재용 접착테이프를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

(a) 화학식 1로 표시되는 부타디엔-아크릴로니트릴 고무; (b) 화학식 2로 표시되는 카르복실 화합물; (c) 화학식 3으로 표시되는 페놀-포름알데히드 수지; 및 (d) 화학식 4로 표시되는 메텐아민 변성 페놀-노볼락 수지를 포함하여 이루어지는 속경화성 접착조성물을 제공한다.

보다 바람직하게, 본 발명은 (a) 화학식 1로 표시되는 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 45 내지 52 중량%; (b) 화학식 2로 표시되는 카르복실 화합물 2 내지 3.5 중량%; (c) 화학식 3으로 표시되는 페놀-포름알데히드 수지 23 내지 29 중량%; 및 (d) 화학식 4로 표시되는 메텐아민 변성 페놀-노볼락 수지 23 내지 29 중량%로 이루어지는 속경화성 접착조성물을 제공한다.

[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

이때, 상기 화학식 3에서 n은 2 내지 15이다.

[화학식 4]

이때, 상기 화학식 4에서 n은 2 내지 15이다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 사용되는 부타디엔-아크릴로니트릴 고무는 속경화성 접착조성물의 내열성, 내한성 및 흐름성을 조절하는 역할을 하며, 요구되는 물성에 따라 적절하 게 아크릴로니트릴의 함량을 조절하여 사용할 수 있다.

바람직하게는 부타디엔 70 내지 83 중량% 및 아크릴로니트릴 17 내지 30 중량%로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 아크릴로니트릴의 함량이 17 중량% 미만이면 흐름성 및 내열성을 저하시키며, 30 중량%를 초과하면 내충격성 및 저온특성을 저하시킨다.

상기 부타디엔-아크릴로니트릴의 사용량은 전체 조성물에 대하여 45 내지 52 중량%가 바람직하며, 45 중량% 미만으로 사용되는 경우에는 단단해져서 충격강도가 약해지는 문제가 야기되며, 52 중량%를 초과하여 사용되는 경우에는 내열성 저하로 인해 접착조성물의 접착력 저하 및 밀림현상이 야기된다.

또한, 본 발명에 사용되는 카르복실 화합물은 속경화성 접착조성물의 접착성능 및 결합성능과 연관되어 3차원의 네트워크 구조가 형성될 때 금속 및 금속산화물에 이온결합력을 높여주는 역할을 한다.

상기 카르복실 화합물의 사용량은 전체 조성물에 대하여 2 내지 3.5 중량%가 바람직하며, 2 중량% 미만으로 사용되는 경우에는 접착특성이 저하되며, 3.5 중량%를 초과하여 사용되는 경우에는 제조원가가 상승하는 문제가 있다.

하기 화학식 2a는 화학식 1로 표시되는 부타디엔-아크릴로니트릴 고무와 화학식 2로 표시되는 카르복실 화합물이 결합된 모습을 나타내는 구조식이다.

[화학식 2a]

본 발명에 사용되는 페놀-포름알데히드 수지와 메텐아민 변성 페놀-노볼락 수지는 속경화성 접착조성물의 접착성능에 크게 기여하는 역할을 한다.

상기 페놀-포름알데히드 수지와 메텐아민 변성 페놀-노볼락 수지의 각 사용량은 전체 조성물에 대하여 23 내지 29 중량%가 바람직하며, 페놀-포름알데히드 수지와 메텐아민 변성 페놀-노볼락 수지의 총 사용량이 46 중량% 미만인 경우에는 접착특성이 저하되며, 58 중량%를 초과한 경우에는 내충격성이 저하된다.

더불어, 페놀-포름알데히드 수지와 메텐아민 변성 페놀-노볼락 수지가 동일한 기능을 수행하지만, 메텐아민 변성 페놀-노볼락 수지를 배제하고 페놀-포름알데히드 수지만을 사용하면 접착성능은 유지되지만 경화성에 문제가 야기될 수 있다.

이때, 상기 페놀-포름알데히드 수지는 페놀 1몰에 대하여 포름알데히드가 0.8 내지 1.2몰로 배합된 것이 바람직하며, 포름알데히드가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 쉽게 겔화가 일어날 수 있고 접착제의 재료로 사용될 수 없을 정도로 접착력이 약해지는 문제를 야기한다.

또한, 상기 메텐아민 변성 페놀-노볼락 수지는 페놀-노볼락 수지 100 중량부 에 대하여 메텐아민 2 내지 15 중량부가 배합된 것이 바람직하며, 메텐아민이 상기 범위를 벗어나 소량 배합되면 경화가 안 되어 접착력이 떨어지는 문제를 야기하며, 과량 배합되면 요구하는 것 이상의 경화가 진행되어 단단해져서 충격강도가 떨어지는 문제를 야기한다.

본 발명의 속경화성 접착조성물은 유기용매를 이용하여 (a) 화학식 1로 표시되는 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 45 내지 52 중량%; (b) 화학식 2로 표시되는 카르복실 화합물 2 내지 3.5 중량%; (c) 화학식 3으로 표시되는 페놀-포름알데히드 수지 23 내지 29 중량%; 및 (d) 화학식 4로 표시되는 메텐아민 변성 페놀-노볼락 수지 23 내지 29 중량%를 2000 내지 5000 cps의 점도가 되도록 교반한 후 냉각하여 제조한다.

사용가능한 유기용매로는 아세톤; 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤과 같은 케톤계 유기용매; 벤젠, 톨루엔, 크실렌과 같은 방향족 유기용매가 사용될 수 있으며 그 외에도 테트라히드로푸란, 이옥산, 메틸셀루솔브, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 등의 유기용매를 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

또, 상기 교반은 20 내지 70℃의 온도에서 5 내지 15시간 동안 격렬히 수행되며, 상기 냉각은 15 내지 25℃의 온도로 냉각된다.

또한, 본 발명은 상기 속경화성 접착조성물을 50 내지 120℃의 온도에서 2 내지 10분 동안 가열 숙성하여 얻어진 전자소재용 접착테이프를 제공한다.

상기 전자소재용 접착테이프는 속경화성 접착조성물에서 50 내지 120℃의 온도로 가열 숙성하여 유기용매를 제거함으로써 제조된다. 이때, 상기 온도 범위를 벗어난 저온으로 처리하는 경우에는 유기용매의 완벽한 휘발을 기대할 수 없고, 고온으로 처리하는 경우에는 미리 경화가 진행되어 제품으로서의 가치를 잃을 수 있는 문제가 야기된다.

전자소재용 접착테이프의 기재필름으로는 15-40㎛의 폴리에스테르 필름이 가장 바람직하나 폴리에스테르 섬유와 기재없이 필름을 형성하여 사용해도 좋다.

또한, 본 발명은 상기 전자소재용 접착테이프를 폴리이미드 화합물, 폴리카보네이트와 같은 고분자 화합물을 비롯하여 알루미늄과 그 합금, 스테인레스와 같은 금속 및 금속산화물 등의 전자소재에 접착하기 위하여, 160 내지 350℃의 열원을 이용하여 접착할 수 있고 또는 알루미늄이나 스테인레스와 같은 금속재질의 자유전자를 진동시켜 주는 원리를 이용하여 500 내지 2000W의 고주파를 이용하여 접착할 수도 있다.

상기 고주파를 이용한 접착방식은 금형 자체에 열을 발생시키지 않는 방법으로도 열을 유도해 접착이 가능하여 작업자의 안정성 개선에도 도움을 줄 수 있다.

이하, 하기 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 속경화성 접착조성물의 제조

먼저 하기와 같이 각 구성성분에 해당하는 화합물을 제조하였다.

즉, 아크릴로니트릴 30 중량%와 부타디엔 고무 70 중량%를 5℃의 저온에서 유화중합하여 공중합물인 화학식 1로 표시되는 부타디엔-아크릴로니트릴 고무를 제 조하였다.

또, 포름알데히드/페놀의 몰비를 0.8로 한 후 염산 촉매 하에 중탕하여 4시간 동안 환류 후 냉각하고 탈수하여 페놀-포름알데히드 수지를 제조하였다.

또, 상기 제조된 페놀-포름알데히드 수지 92 중량%에 메텐아민 8 중량%를 첨가하여 메텐아민 변성 페놀-노볼락 수지를 제조하였다.

속경화성 접착조성물의 제조를 위하여, 상기 준비된 상기 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 45 중량%에, 화학식 2로 표시되는 카르복실산(알드리치사) 3.5 중량%를 혼합하여 8시간 동안 반응시켰다.

그 후, 얻어진 반응물에 상기 준비된 페놀-포름알데히드 수지 25.75 중량% 및 페놀-노볼락 수지 25.75 중량%를 가하고, 아세톤으로 3500cps의 점도로 15시간 60℃로 격렬히 교반 후 15℃로 냉각하여 조성물을 제조하였다.

<실시예 2> 전자소재용 접착테이프 제조

실시예 1에서 제조된 속경화성 접착조성물을 200㎛의 일정 두께로 50℃에서 2분 동안 건조하고, 80℃에서 4분 동안 가열 숙성 후 고형화하여 접착테이프화하였다.

<실험예 1>

실시예 2에서 제조된 접착테이프를 이용하여 하기와 같은 물성 실험을 실시하였다.

1. 유리전이온도

유리전이온도를 측정할 수 있는 대표적인 열분석법인 DSC(Differential Scanning Calorymeter; TA Q100)를 이용하여 측정하였고, 그 결과는 도 1에 도시된 바와 같이 -30℃이었다.

2. 전단접착력

ASTM D 1002에 따라 측정한 결과, 전단접착력은 137 Kgf/㎠이었다.

3. 내충격성

1m의 높이를 기준으로 380g/㎠으로 낙하시험기를 이용하여 낙하시킨 결과, 탈락하지 않았으며 충격에 견디었다.

4. 열사이클 테스트

-30℃에서 10분 동안 방치한 후 20℃로 승온하여 10분 동안 방치하고 다시 80℃까지 승온하여 10분 동안 방치하는 사이클로 10회 테스트한 결과, 탈락하거나 형태 변형이 없었다.

앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 속경화성 접착조성물은 고온접착공정에서의 접착 특성이 개선되어 폴리이미드 화합물, 폴리카보네이트와 같은 고분자 화합물을 비롯하여 알루미늄과 그 합금, 스테인레스와 같은 금속 및 금속산화물 등 전자소재용 접착테이프로써 유용하게 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전자소재용 접착테이프를 이용한 제품 품질의 우수성, 신속한 작업성 및 경제성으로 인하여 종래 수입에만 의존하던 전자소재용 접착테이프를 국내에서 양산할 수 있어 국내 전자산업이 활성화 될 것이다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되어 있지만 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (6)

1. (a) 하기 화학식 1로 표시되는 부타디엔-아크릴로니트릴 고무;

   (b) 하기 화학식 2로 표시되는 카르복실 화합물;

   (c) 하기 화학식 3으로 표시되는 페놀-포름알데히드 수지; 및

   (d) 하기 화학식 4로 표시되는 메텐아민 변성 페놀-노볼락 수지를 포함하여 이루어지는 속경화성 접착조성물:

   [화학식 1]

   

   [화학식 2]

   

   [화학식 3]

   

   상기 화학식 3에서 n은 2 내지 15임.

   [화학식 4]

   

   상기 화학식 4에서 n은 2 내지 15임.
2. 제 1항에 있어서, 상기 접착조성물은

   (a) 화학식 1로 표시되는 부타디엔-아크릴로니트릴 고무 45 내지 52 중량%;

   (b) 화학식 2로 표시되는 카르복실 화합물 2 내지 3.5 중량%;

   (c) 화학식 3으로 표시되는 페놀-포름알데히드 수지 23 내지 29 중량%; 및

   (d) 화학식 4로 표시되는 메텐아민 변성 페놀-노볼락 수지 23 내지 29 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 속경화성 접착조성물.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 부타디엔-아크릴로니트릴 고무는 부타디엔 70 내지 83 중량% 및 아크릴로니트릴 17 내지 30 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 속경화성 접착조성물.
4. 제 3항에 있어서, 상기 메텐아민 변성 페놀-노볼락 수지는 페놀-노볼락 수지 100 중량부에 대하여 메텐아민 2 내지 15 중량부가 배합된 것을 특징으로 하는 속경화성 접착조성물.
5. 제 3항의 속경화성 접착조성물을 50 내지 120℃의 온도에서 2 내지 10분 동안 가열 숙성하여 얻어진 전자소재용 접착테이프.
6. 160 내지 350℃의 열원 또는 500 내지 2000W의 고주파를 이용하는 것을 특징으로 하는 제 5항의 전자소재용 접착테이프의 접착방법.

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