KR101142269B1 - 엘이디 방열체용 흑색 방열 전착도료 조성물 및 상기 조성물로 형성된 방열체용 전착 도막 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기기 및 기계설비 등의 엘이디 방열체용 흑색 방열 전착도료 조성물에 관한 것이다. 즉, 전자기기 및 기계설비 등에 부착되어 사용 시에 발생되는 열을 방사하는 성질과 방열체의 내식성, 내후성 및 열방사율을 증대시키기 위한 전도성 필러를 포함한 엘이디 방열체용 흑색 방열 전착도료 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 수용성 에폭시 수지 또는 아크릴 수지 20~40중량％, 촉매 5~10중량％, 산화방지제 0.5~1.0중량％, 알콜계 용제 5~10중량％, 필러 혼합물 8~30중량％ 그리고 30~40중량％의 순수를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 엘이디 방열체용 흑색 방열 전착도료 조성물이 제공된다.

방열체, 전착도료, 전도성 필러

Description

엘이디 방열체용 흑색 방열 전착도료 조성물 및 상기 조성물로 형성된 방열체용 전착 도막{Black heat radiation electro-deposition paint composition for LED heat radiator or heat sink and heat radiation film coated with the same materials}

본 발명은 전자기기 및 기계설비 등의 엘이디(LED) 방열체 도장용 흑색 방열 전착도료 조성물 및 상기 조성물로 형성된 방열체용 전착 도막에 관한 것이다. 즉, 방열을 위해 전자기기 및 기계설비 등에 부착되어 사용 시 발생되는 열을 식히는 방열체의 방열효과와 방열체의 내식성, 내후성 및 열방사율을 증대시키기 위한 엘이디 방열체용 흑색 방열 전착도료 조성물과 상기 조성물로 형성된 엘이디 방열체용 전착 도막에 관한 것이다.

LED 램프 등의 전자기기 및 기계설비 등에서 발생되는 열을 방사하기 위하여 전자기기 및 기계설비 등에는 전열면적이 넓은 구조로 된 방열체가 부착된다. 이러한 일반적인 방열체의 소재는 일반적으로 열전도도가 큰 구리, 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 등으로 만들어진다. 그리고 그 방열체 표면에 열전도성이나 열방사율을 높일 수 있는 필러(전도성 Carbon Black, 이산화 티탄, 다공성 Silica 등의 전도성 필러)를 함유하는 Coating제를 전착도장 방식으로 균일하게 피복시켜 방열 성능을 향상시키고 있다.

본 발명은 친환경적인 전착도장 방식을 사용하면서 내식성, 내후성 및 열방사율을 증대시키는 엘이디 방열체용 흑색 방열 전착도료를 제공함에 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수용성 에폭시 수지 또는 아크릴 수지를 사용하여 환경 오염을 줄이고, 전도성 필러를 함유하고 있는 도료를 이용하여 전열면적을 증대시킴과 함께 소재와의 접착성과 내식성을 향상시키게 된다.

종래의 도장 방식보다 방열소재에 대한 도막 두께의 균일성, 우수한 내식성을 얻음과 동시에 효율적인 방열 특성을 얻을 수 있다. 그리고 옥외에 폭로되는 경우 내자외선성이 우수한 합성수지 및 자외선 흡수제를 적용하여 도막의 탈색, 변색을 최소화시킴으로써 관련 제품의 수명을 연장시킬 수 있다. 그리고 코팅 재료의 손실을 최소화하는 전착도장 방식을 적용하여 고가의 코팅 재료를 경제적으로 사용하게 함으로써 코팅 비용을 경쟁력 있는 단계로 낮출 수 있다.

본 발명은 방열 소재에 대한 밀착성이 향상되고, 효율적인 방열 작용을 가짐과 동시에 내식성과 내후성을 증대시키기 위한 금속 산화물 및 전열에 유용한 필러(Filler)를 포함하고, 흑색(black)을 띠도록 전착 도막을 형성시키는 조성물이다. 그리고 상기 조성물에 의해 흑색으로 전착 도장된 열방사 특성을 가진 도막이다.

우선, 본 발명에 의한 전자기기 및 기계설비 등 엘이디 방열체 도장용 전착도료 조성물은 수용성 에폭시 수지 또는 아크릴 수지 20~40중량％, 촉매(Sn, Bi계) 5~10중량％, 산화방지제 0.5~1.0중량％, 알콜계 용제 5~10중량％, 필러 혼합물 8~30중량％ 그리고 30~40중량％의 순수로 구성된다.

특히, 전착 도료의 색상이 흑색을 띠도록 하기 위한 필러 혼합물은 전도성 블랙 카본 6~10중량％, 전도성 이산화티탄 40~48중량％, 전도성 메탈(metal) 10~16중량％, 탄소나노튜브 10~14중량％, 알루미늄 실리케이트(aluminum silica) 20~28중량％를 포함하여 구성되어 검은 색상으로 전착되도록 함에 특징이 있다.

그리고 필러 혼합물의 다른 실시 예로서, 전도성 블랙카본 6~10중량％, 전도성 이산화티탄 40~48중량％, 전도성 메탈 10~16중량％, 퓸드 실리카 10~14중량％, 알루미늄 실리케이트 20~28중량％를 포함하여 구성된다. 이때 상기 전도성 메탈은 망간, 아연, 알루미늄, 구리 중의 하나로 구성하거나 하나 이상을 혼합하여 구성하는데, 이는 분말 또는 페이스트(paste) 형태로 사용한다.

상기의 필러 혼합물은 착색력을 증대시키고, 전열 면적을 증대시키는 역할을 하게 된다.

상기와 같은 조성물은 방열 소재에 전착되어 흑색을 띠게 되므로, 상기의 조성물로 표면에 전착 도막이 형성된 방열 소재 또한 본 발명의 한 부분이다.

상기 조성물의 구성 요소인 에폭시 수지는 우레탄기를 갖고 있는 에폭시 수지로서 접착성과 내식성 등의 기능으로 소재를 보호하고, 아크릴 수지는 아크릴 우레탄계 수지로서 내후성과 내식성의 특성으로 소재를 보호한다. 촉매는 금속 촉매로서 경화 반응성 향상과 코팅 도막의 경도를 향상시킨다. 전도성 블랙 필러와 전도성 이산화티탄은 소재와 도막 표면을 연결시켜 열전달 효과를 향상시키고, 도막형성과 함께 표면 조도(roughness)가 증가됨에 따라 전열 면적 역시 증가시키는 역할을 한다. 전도성 메탈 필러는 방열체 소재와 도막 표면을 연결시켜 열전달 효과를 향상시키는 역할을 한다. 탄소나노튜브(CNT, carbon nano tube)는 저비중으로 도막 내 위치하여 열량의 흡수성을 향상시키는 튜브(tube) 특성을 부여한다. 퓸드 실리카(fumed silica) 필러는 저비중, 다공성으로 주로 도막 표면에 위치하여 전열 면적 증대를 위해 사용된다. 알루미늄 실리케이트(aluminum silica)는 도막의 내식성과 경도 향상 및 전열면적을 증가시키는 역할을 한다.

그리고 산화방지 역할을 하는 첨가제는 내자외선성을 향상시켜 줌으로써 소재의 장기적인 보호 기능을 하고, 알콜계 용제는 전기적 효율증가와 외관의 품질을 향상시키기 위하여 사용된다. 순수(deionized water)는 코팅 작업성 및 외관을 양호하게 만들어 주는 역할을 담당한다.

상기와 같은 본 발명의 전착도료를 이용하여 방열체에 전착 도막을 형성시키면, 종래의 양극산화 방법에 비하여 다음과 같은 효과를 달성하게 된다.

우선, 방열성능은 종래의 경우 ΔT=3℃±1정도였으나 ΔT=8℃±1로 향상되고, 내식성의 경우 종래의 6개월에 비하여 2배 이상 향상되며, 환경성의 경우 종래는 황산, 크롬산 등의 강산을 사용하였으나 친환경적인 코팅 방법으로 전착 방법의 적용이 가능해지고 또한 종래에 비하여 50％ 내외의 코팅 비용이 절감된다.

그리고 종래의 스프레이형 코팅과 비교하면, 방열성능은 종래의 경우 ΔT=3℃±1 정도였으나 ΔT=8℃±1로 향상되고, 코팅의 균일성에 있어 종래는 불균일하였으나 내외부 모두 균일성이 유지되며, 도료의 손실(loss)율에 있어서는 종래는 형상에 따라 대개 약 50％ 이상이었으나 5％ 내외로 상당히 적다. 따라서 코팅비용에 대한 경제성이 매우 높고, 생산성의 향상도 큰 효과를 얻을 수 있다.

상기와 같은 방열 효과는 입자의 형태가 침상인 전도성 필러를 사용함으로써 달성되는 것으로, 사용 소재와 도막 표면을 연결하여 전열 효과를 높인 결과이다. 그리고 표면에 다공성의 저비중 필러를 위치시켜 전열면적을 증가시켰다. 또한 소재와의 접착성 및 내식성을 향상시키기 위하여 에폭시계 수지를 사용하였고, 내후성 문제를 개선하기 위하여 아크릴계 수지를 사용하거나 에폭시계 수지와 아크릴계 수지를 블랜딩하여 사용할 수 있다.

그리고 수용성 전착 도장법을 사용하므로 친환경적이고 화재에 대한 위험이 없다. 균일한 도장 막후를 얻을 수 있어 방열효과가 균일하고, 코팅시 발생하는 도료의 손실이 적어 도장비용을 줄일 수 있으며, 연속 공정에 의한 대량 생산이 가능하다.

그리고 복잡한 구조물이라도 내부까지 균일한 코팅 도막을 얻을 수 있고, 욕 조 내의 파라메타(parameters)를 균일하게 관리함으로써 고성능의 막후를 얻을 수 있다.

뿐만 아니라, 블랙, 화이트 및 기타 유색으로 적용이 가능하고, 공정상 산화막을 제거한 상태에서 코팅을 하므로 방열효과가 높고, 접착성, 내식성, 내후성이 우수한 코팅제의 적용이 가능하며, 충분한 방열성능이 보장되어 방열소재의 사용량을 줄여 원가절감이 가능하다.

상기와 같은, 전자기기 및 기계설비 등의 엘이디 방열체 도장용 흑색 방열 전착도료 조성물을 상기의 특징적인 효과를 가져오도록 하는 가장 바람직한 코팅 방법은 다음과 같다.

방열소재를 상온에서 산으로 표면처리를 행한 다음 일반용수와 순수를 사용하여 수세한 다음, 25~30℃에서 120~180초 동안 본 발명의 전착도료 조성물로 전착 코팅을 행한다.

사용되는 전착도료 조성물은 계산된 양만큼의 수용성 에폭시 수지 또는 아크릴 수지에 소정량의 순수를 서서히 투입, 유화시킨 다음 유기산 적당량(0.1~0.5중량％)을 투입하여 안정화 한다. 여기에 착색 및 열방사 특성을 갖도록 별도로 제조된 필러 혼합물 페이스트(Paste)를 서서히 첨가한 후, 4시간 이상 숙성한 다음 전착 코팅작업을 실시한다.

코팅 후에는 충분히 수세작업을 행하여 석출된 도막 이외의 도료 성분(Drag-out)을 제거해 준 다음, 상온에서 순수세 후 전착 도막 표면에 존재하는 수분을 제거하여 소부건조 시 발생되는 물자국의 발생을 예방한다. 이 때에는 공기를 불어 미리 건조시키는 것이 좋다.

그리고 규정된 온도로 가열된 오븐에서 소부건조시켜 완성한다.

상기의 코팅 과정을 통해 본 발명은 전도성 필러를 사용하고, 본 발명에서의 함량비를 가진 조성물을 이용하여 전착 코팅됨으로써, 방열소재에 대한 도막 두께가 균일하고, 우수한 내식성과 효율적인 방열 특성을 얻을 수 있다. 그리고 내자외선성이 우수한 합성수지 및 자외선 흡수제를 적용하여 도막의 탈색 및 변색이 최소화됨에 따라 관련 제품의 수명을 연장시킬 수 있다. 그리고 흰색, 회색, 검은색 등 다양한 색상으로의 표현이 가능하게 된다.

Claims (4)

1. 수용성 에폭시 수지 또는 아크릴 수지 20~40중량％, 촉매 5~10중량％, 산화방지제 0.5~1.0중량％, 알콜계 용제 5~10중량％, 필러 혼합물 8~38중량％, 순수 30~40중량％ 조성의 엘이디 방열체용 흑색 방열 전착도료 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 필러 혼합물은 전도성 블랙 카본 6~10중량％, 전도성 이산화티탄 40~48중량％, 망간, 아연, 알루미늄, 구리 중의 하나로 구성되거나 하나 이상이 혼합된 전도성 메탈 10~16중량％, 탄소나노튜브 10~14중량％, 알루미늄 실리케이트 20~28중량％로 구성되어 검은 색상으로 전착되도록 함을 특징으로 하는, 엘이디 방열체용 흑색 방열 전착도료 조성물.
3. 제 1항에 있어서, 상기 필러 혼합물은 전도성 블랙 카본 6~10중량％, 전도성 이산화티탄 40~48중량％, 망간, 아연, 알루미늄, 구리 중의 하나로 구성하거나 하나 이상을 혼합한 전도성 메탈 10~16중량％, 퓸드 실리카 10~14중량％, 알루미늄 실리케이트 20~28중량％를 포함하여 구성되어 검은 색상으로 전착되도록 함을 특징으로 하는, 엘이디 방열체용 흑색 방열 전착도료 조성물.
4. 제 1항 내지 제 3항의 조성물로 방열체 표면에 형성된 전착 도막임을 특징으로 하는, 엘이디 방열체용 흑색 방열 전착도료 조성물로 형성된 방열체용 전착 도막.