KR101357648B1 - 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물은, 클레이, 폴리아마이드산 및 기공유도중합체를 포함하며, 상기 폴리아마이드산 100중량부에 대하여, 상기 클레이는 1 내지 5중량부를 포함하며, 상기 클레이와 상기 기공유도중합체의 함량비율은, 1:2 내지 1:4인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 산무수물, 디아민화합물 및 유기용매를 혼합하여 반응시켜 형성된 폴리아마이드산과 클레이 및 기공유도중합체를 최적의 비율로 혼합함으로써, 기계적 물성을 향상시킬 뿐만 아니라, 열전도도 등의 열저항 특성을 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물 및 그 제조방법 {COMPOSITION OF TRANSPARENT THERMAL RESISTANCE INCLUDING CLAYS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산무수물, 디아민화합물 및 유기용매를 혼합하여 반응시켜 형성된 폴리아마이드산과 클레이 및 기공유도중합체를 최적의 비율로 혼합함으로써, 기계적 물성을 유지하고, 가시광선의 투과율은 높이면서도 열전도도 등의 열저항 특성은 현저히 향상시키는 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전세계적으로 온실가스 감축과 화석에너지 고갈로 인한 대안기술로 신재생 에너지나 대체에너지 기술개발이 이슈로 떠오르고 있으며, 이와 더불어 에너지의 효율적인 관리기술을 통한 부가가치 창출에 대한 관심도 급증하고 있다.
이에, 여름철에는 실내로 유입되는 열선을 차단하여 내방효율을 높이면서 가시광선은 기존의 유리와 동등하게 유지하여 쾌적한 실내를 유지하며, 겨울철에는 실내의 열손실을 최소화하여 효율적인 열관리를 할 수 있는 기능성 소재에 대한 요구가 지속되고 있으며, 특히 투명열차단 소재에 대한 수요가 급증할 것으로 예상된다.
열선흡수물질에 대한 개념은 1960년대에 제안되었지만, 본격적인 연구는 1998년 경부터 시작되었고, 2000년 경 첫 상품이 출시되었으며, 2005년 경에 이르러 1세대 상품군이 형성되었다.
이렇게 열선을 제어하기 위한 시도는 틸트유리(tinted glass), 틸트필름, 스퍼터 코팅유리 및 스퍼터 코팅필름 등의 기술로도 다양하게 개발되었으며, 일부는 이미 상용화되었으나, 아직 널리 보급되기에는 성능이나 신뢰성 부분에 한계가 있다. 특히, 종래 기술에 있어서, 스퍼터 코팅유리는 고가공정이고, 산화 및 변색에 약한 단점이 있으며, 틸트필름은 내구성이 떨어지는 단점이 있다.
이에 에너지문제에 대해 일찍부터 대안을 마련해 온 유럽에서는 1990~2000년대 초에 걸쳐 가장 열차단특성이 우수한 것으로 알려진 스퍼터 코팅유리를 복층으로 하고, 중간에 아르곤과 같은 불활성 가스가 채워진 형태의 단열창호(저방사유리,low-E유리)를 개발하여 사용하였다.
또한, 금속코팅형태의 저방사 유리는 독일을 시작으로 오스트리아, 스위스, 영국 등의 제도적 장치를 가지고 있어 수요가 증가해 왔으며, 아시아에서도 일본,중국 등의 사용비율이 점차 상승하고 있다. 다만, 한국에서는 아직 에너지관리기술에 대한 인식부족으로 국제적으로 최저수준의 적용율을 나타내고 있다.
다만, 박막금속코팅을 입히는 기술은 높은 투과율과 열선차단특성 등의 성능적 특성은 구현이 어느정도 가능하나, 습도가 높은 지역에서는 부식이 발생하여 막이 분리되거나 변색이 발생하는 문제가 있으며, 이동전화 송수신에 방해가 되는 문제가 있다.
또한, 필름위에 금속박막을 증착시키는 기술을 이용한 사우스웰(Southwall)사의 V-KOOL 제품은 적외선 차단율이 96%에 이르는 등 특성이 우수하나, 그 제조공정이 매우 복잡하고, 그에 따라 제품가격이 매우 고가라는 단점이 있다.
또한, 높은 열차단성능을 부여한 제품에서는 외부에서 유입된 열선흡수로 열팽창 특성의 차이가 크게 발생하여 지속적으로 응력을 받고 있던 복층 저방사유리가 폭발현상을 일으키는 문제가 있다.
또한, 종래의 열차단유리는 가시광선 파장의 빛 또한 차단하여 내부가 어두워지는 문제가 있다.
즉, 종래의 열차단유리 및 필름 개발기술의 경우, 열저항특성과 투명성, 경제성 그리고 내구성을 모두 만족시킬 수 없으므로, 종래의 방식이 아닌 새로운 개념을 적용하여 획기적으로 이러한 문제들을 해결하고 상용화할 수 있는 기술개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 산무수물, 디아민화합물 및 유기용매를 혼합하여 반응시켜 형성된 폴리아마이드산과 클레이 및 기공유도중합체를 최적의 비율로 혼합함으로써, 기계적 물성을 향상시킬 뿐만 아니라, 열전도도 등의 열저항 특성을 현저히 향상시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 최적의 크기의 클레이와 기공유도중합체를 최적의 비율로 투입 및 분산시킴으로써, 가시광선의 투과율의 저하를 최소화하여, 투명도를 높이는 것을 목적으로 한다.
또한, 포어 형성 물질 및 포어의 크기와 분산을 최적화함으로써, 내구성의 저하를 최소화할 수 있는 것을 목적으로 한다.
또한, 종래에 비해, 반응공정을 최적화함으로써, 공정 단계를 최소화하여, 빠르고 경제적으로 열저항 소재를 제조하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물은, 클레이, 폴리아마이드산 및 기공유도중합체를 포함하며, 상기 폴리아마이드산 100중량부에 대하여, 상기 클레이는 1 내지 5중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 클레이와 상기 기공유도중합체의 함량비율은, 1:2 내지 1:4인 것을 특징으로 하며, 상기 클레이의 입도는 1nm 내지 3nm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폴리아마이드산 100중량부에 대하여, 상기 기공유도중합체를 2 내지 20중량부 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 기공유도중합체는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 또 는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone) 중 적어도 하나이고, 상기 기공유도중합체의 입도는 0.1㎛ 내지 3㎛인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폴리아마이드산은, 산무수물, 디아민화합물 및 유기용매를 혼합하여 반응시켜 형성된 것을 특징으로 하며, 상기 산무수물 1.0당량에 대하여, 상기 디아민화합물은 0.8 내지 1.2당량으로 혼합된 것을 특징으로 한다.
상기 산무수물은, 피로멜리틱디안하이드라이드(Pyromelliticdianhydride), 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈릭디안하이드라이드(4,4'-(Hexafluoroisopropylidene)diphthalicanhydride),3,3,4,4-벤조페논테트라카르복실디안아이드라이드, 디페틸에테르-3,3',4,4'-테트라카르복실디안하이드라이드 또는 4,4'-옥시디프탈릭디안하이드라이드 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하며, 상기 디아민화합물은, 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-Oxydianilline), 4,4'-디아미노디페닐에테르 또는 2,6-비스(3-아미노페녹시)펜조니트릴 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유기용매는, N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone), 디메틸아세트아미드, 아세토니트릴, t-부탄올, 아세톤, 디메틸포름아미드, 이소프로필알콜 또는 에틸 아세테이트 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법은, 산무수물, 디아민화합물 및 유기용매를 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합단계; 상기 혼합물을 교반하여 반응시켜, 폴리아마이드산 용액을 제조하는 반응단계; 및 상기 폴리아마이드산 용액에 기공유도중합체 및 클레이를 첨가하여, 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물을 제조하는 첨가단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 반응단계에서, 상기 반응온도는 10℃ 내지 50℃인 것을 특징으로 하며,상기 반응단계에서, 반응시간은 8시간 내지 15시간인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 첨가단계에서, 상기 폴리아마이드산용액 100중량부에 대하여, 상기 클레이는 1 내지 5중량부, 상기 기공유도중합체는 2 내지 20중량부를 첨가하는 것을 특징으로 하며, 상기 클레이와 상기 기공유도중합체의 첨가비율은 1:2 내지 1:4인 것을 특징으로 한다.
상기 첨가단계에서, 상기 기공유도중합체는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 또는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하며, 상기 혼합단계에서, 상기 산무수물 1.0당량에 대하여, 상기 디아민화합물은 0.8 내지 1.2당량으로 혼합된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혼합단계에서, 상기 산무수물은, 피로멜리틱디안하이드라이드(Pyromelliticdianhydride), 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈릭디안하이드라이드(4,4'-(Hexafluoroisopropylidene)diphthalicanhydride),3,3,4,4-벤조페논테트라카르복실디안아이드라이드, 디페틸에테르-3,3',4,4'-테트라카르복실디안하이드라이드 또는 4,4'-옥시디프탈릭디안하이드라이드 중 적어도 하나이며, 상기 디아민화합물은, 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-Oxydianilline), 4,4'-디아미노디페닐에테르 또는 2,6-비스(3-아미노페녹시)펜조니트릴 중 적어도 하나이고, 상기 유기용매는, N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone), 디메틸아세트아미드, 아세토니트릴, t-부탄올, 아세톤, 디메틸포름아미드, 이소프로필알콜 또는 에틸 아세테이트 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 반응단계에서, 상기 폴리아마이드산 용액의 점도는 80CPS 내지 250CPS인 것을 특징으로 하는 한다.
본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물 및 그 제조방법에 따르면, 산무수물, 디아민화합물 및 유기용매를 혼합하여 반응시켜 형성된 폴리아마이드산과 클레이 및 기공유도중합체를 최적의 비율로 혼합함으로써, 기계적 물성을 향상시킬 뿐만 아니라, 열전도도 등의 열저항 특성을 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 최적의 크기의 클레이와 기공유도중합체를 최적의 비율로 투입 및 분산시킴으로써, 가시광선의 투과율의 저하를 최소화하여, 투명도를 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 포어 형성 물질 및 포어의 크기와 분산을 최적화함으로써, 내구성의 저하를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 종래에 비해, 반응공정을 최적화함으로써, 공정 단계를 최소화하여, 빠르고 경제적으로 열저항 소재를 제조할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도
도 2는 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법을 모사한 모사도
도 3은 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법에서, 반응단계(S20)를 나타낸 반응식
도 4는 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법에서, 반응단계(S20)를 나타낸 반응식
도 5는 본 발명에서 클레이를 제외한 투명 열저항소재를 촬영한 SEM 사진
도 6은 본 발명에 의해 제조된 클레이를 포함하는 투명 열저항소재를 촬영한 SEM 사진
도 7은 종래의 폴리이미드 소재(PI)와 본 발명에서 클레이를 제외한 투명 열저항소재(PI foam)와 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항소재(PI/Clay foam)의 열전도도를 나타낸 그래프
도 8은 종래의 폴리이미드 소재(PI)와 본 발명에서 클레이를 제외한 투명 열저항소재(PI foam)와 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항소재(PI/Clay foam)의 영률을 나타낸 그래프
도 9는 종래의 폴리이미드 소재(PI)와 본 발명에서 클레이를 제외한 투명 열저항소재(PI foam)와 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항소재(PI/Clay foam)의 인장강도를 나타낸 그래프
이하, 본 발명에 의한 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물 및 그 제조방법에 대하여 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
먼저, 본 발명에 의한 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물에 대하여 살펴본다. 본 발명의 조성물은 클레이, 폴리아마이드산 및 기공유도중합체를 포함하여 이루어진다. 이는 내부에 효과적으로 기공을 형성하여 열전도도를 현저히 감소시키면서도, 클레이로 인해 물성을 오히려 향상시키기 위함이다.
상기 폴리아미드산은 산무수물, 디아민화합물 및 유기용매를 혼합하여 반응시켜 형성된 것이 본 발명에 가장 효과적이다.
여기서, 산무수물 1.0당량에 대하여, 상기 디아민화합물은 0.8 내지 1.2당량으로 혼합된 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1.1당량 혼합된 것이 효과적이다. 0.8당량 미만이거나 1.2당량을 초과하는 경우에는, 폴리아미드산의 물성이 저하될 뿐만 아니라, 투명도가 떨어지는 문제가 있다.
또한, 상기 산무수물은 피로멜리틱디안하이드라이드(Pyromelliticdianhydride), 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈릭디안하이드라이드(4,4'-(Hexafluoroisopropylidene)diphthalicanhydride),3,3,4,4-벤조페논테트라카르복실디안아이드라이드, 디페틸에테르-3,3',4,4'-테트라카르복실디안하이드라이드 또는 4,4'-옥시디프탈릭디안하이드라이드 중 적어도 하나인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 피로멜리틱디안하이드라이드(Pyromelliticdianhydride)를 사용하는 것이 가장 효과적이다. 이는 열저항소재로써, 최적의 물성 및 투명도를 구현하기 위함이다.
또한, 상기 디아민화합물은, 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-Oxydianilline), 4,4'-디아미노디페닐에테르 또는 2,6-비스(3-아미노페녹시)펜조니트릴 중 적어도 하나인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-Oxydianilline)인 것이 가장 효과적이다. 이는 열저항소재로써, 최적의 물성 및 투명도를 구현하기 위함이다.
상기 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone), 디메틸아세트아미드, 아세토니트릴, t-부탄올, 아세톤, 디메틸포름아미드, 이소프로필알콜 또는 에틸 아세테이트 중 적어도 하나인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone)인 것이 효과적이다. 이는 폴리아마이드산의 합성과정을 최적화하기 위함이다.
또한, 상기 클레이(clay)는 점토를 의미하며, 본 발명에서는, 클레이의 입도는 1nm 내지 3nm인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1.5nm 내지 2.5nm, 가장 바람직하게는 2nm인 것이 효과적이다. 1nm미만인 경우에는, 물성개선 효과 및 열차단효과가 미미한 문제가 있으며, 3nm를 초과하는 경우에는, 투명도가 현저히 저하되는 문제가 있다.
상기 클레이의 함량은, 상기 폴리아마이드산 100중량부에 대하여, 1 내지 5중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2 내지 4중량부, 가장 바람직하게는 3중량부인 것이 효과적이다. 1중량부 미만인 경우에는, 열차단 및 기계적 물성의 향상효과가 거의 없으며, 5중량부를 초과하는 경우에는, 열저항 소재의 투명도가 현저히 저하되는 문제가 있다.
또한, 상기 클레이와 상기 기공유도중합체의 함량비율은, 1:2 내지 1:4인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1:2.9 내지 1:3.6, 가장 바람직하게는 1:3.3인 것이 효과적이다. 예를 들면, 클레이가 1g일 때, 기공유도중합체는 2g 내지 4g인 때에 비로소 우수한 효과를 나타냈다. 발명자가 수차례의 실험을 통해, 확인한 것으로, 상기 최적의 함량비율을 벗어나는 경우에는, 클레이와 기공유도중합체와의 상호작용으로 인해, 물성, 투명도 및 열저항 특성을 효과적으로 균형있게 개선할 수 없는 문제가 있다.
또한, 상기 기공유도중합체는, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 또는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone) 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 이는 열저항소재 내에 기공을 효과적으로 형성함으로써, 열전도도 등의 열저항 특성을 개선하는 역할을 한다.
상기 기공유도중합체는, 상기 폴리아마이드산 내에서 효과적으로 반응하여, 기공을 고르고 최적한 크기로 분포시킴으로써, 열저항 특성을 현저히 향상시키면서도, 물성 저하를 최소화하는 장점이 있다.
또한, 상기 기공유도중합체의 함량은, 상기 폴리아마이드산 100중량부에 대하여, 상기 기공유도중합체를 2 내지 20중량부 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 5 내지 15중량부, 가장 바람직하게는 10중량부를 포함하는 것이 효과적이다. 2중량부 미만인 경우에는, 열저항 특성의 개선효과가 미미하며, 20중량부를 초과하는 경우에는, 열저항소재의 물성이 현저히 저하될 뿐만 아니라, 투명도 또한 현저히 떨어지는 문제가 있다.
상기 기공유도중합체의 입도는 0.1㎛ 내지 3㎛인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 0.5㎛ 내지 1㎛인 것이 효과적이다. 0.1㎛미만인 경우에는, 그 제조공정이 어렵고 경제성이 떨어질 뿐만 아니라, 열저항 특성 개선효과가 낮으며, 3㎛를 초과하는 경우에는, 투명도가 현저히 떨어져, 투명 열저항 소재로 사용하기 어려운 문제가 있다.
또한, 상기 기공유도중합체의 분자량은 10,000 내지 30,000인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 15,000 내지 25,000, 가장 바람직하게는 20,000인 것이 효과적이다. 10,000미만이거나 30,000초과인 경우에는, 효과적으로 폴리아마이드산 내에 기공을 형성시키지 못하는 문제가 있다.
다음으로, 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법의 제조방법은, 도 1에 나타난 바와 같이, 혼합단계(S10), 반응단계(S20) 및 첨가단계(S30)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이하에서 설명되지 않는 내용은 상기 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물에서 언급한 바와 같다.
혼합단계(S10)는 산무수물, 디아민화합물 및 유기용매를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계이다. 이는 폴리아마이드산을 합성하기 위한 준비단계이다.
여기서, 상기 산무수물 1.0당량에 대하여, 상기 디아민화합물은 0.8 내지 1.2당량으로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 혼합단계(S10)에서, 산무수물, 디아민화합물 및 유기용매는 순서없이 투입하여 혼합할 수 있다.
또한, 상기 산무수물은, 피로멜리틱디안하이드라이드(Pyromelliticdianhydride), 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈릭디안하이드라이드(4,4'-(Hexafluoroisopropylidene)diphthalicanhydride),3,3,4,4-벤조페논테트라카르복실디안아이드라이드, 디페틸에테르-3,3',4,4'-테트라카르복실디안하이드라이드 또는 4,4'-옥시디프탈릭디안하이드라이드 중 적어도 하나이며, 상기 디아민화합물은, 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-Oxydianilline), 4,4'-디아미노디페닐에테르 또는 2,6-비스(3-아미노페녹시)펜조니트릴 중 적어도 하나이고, 상기 유기용매는, N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone), 디메틸아세트아미드, 아세토니트릴, t-부탄올, 아세톤, 디메틸포름아미드, 이소프로필알콜 또는 에틸 아세테이트 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
다음으로, 반응단계(S20)는 상기 혼합물을 교반하여 반응시켜, 폴리아마이드산 용액을 제조하는 단계이다. 이는 반응을 통해, 폴리아마이드산을 합성하는 공정이다.
여기서, 반응온도는 챔버내의 혼합물에 대하여, 챔버 외부에서 열을 가하거나 냉각시켜 유지하는 것이 바람직하며, 교반은 어떠한 방식으로 해도 무방하나, 교반기를 사용하여 일정한 속도로 교반시키는 것이 효과적이다.
상기 반응단계(S20)에서, 상기 반응온도는 10℃ 내지 50℃인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 20℃ 내지 30℃인 것이 효과적이다. 10℃미만인 경우에는, 합성 반응이 충분히 일어나지 않으며, 50℃를 초과하는 경우에는, 과반응으로, 열저항소재의 투명도 및 물성이 현저히 저하되는 문제가 있다.
또한, 반응단계(S20)에서, 반응시간은 8시간 내지 15시간인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10시간 내지 12시간인 것이 효과적이다. 8시간 미만인 경우에는, 충분한 합성반응이 일어나지 않으며, 15시간을 초과하는 경우에는, 과반응으로 투명도가 저하될 뿐만 아니라, 경제성이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 반응단계(S20)에서, 상기 폴리아미이드산 용액의 점도는 80CPS 내지 250CPS인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 120CPS 내지 200CPS, 가장 바람직하게는 140CPS 내지 170CPS인 것이 바람직하다. 80CPS미만이거나 250CPS를 초과하는 경우에는 합성반응이 효과적으로 이루어지지 못한 것으로, 향후 첨가단계(S30)에서 기공유도중합체와의 반응이 충분히 일어나지 않을 뿐만 아니라, 기공이 고르게 형성되기 어려운 문제가 있다.
마지막으로, 첨가단계(S30)는 상기 폴리아마이드산 용액에 기공유도중합체 및 클레이를 첨가하여, 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물을 제조하는 단계이다. 이는 클레이를 분산시키고, 기공을 형성하기 위한 공정이다.
반응단계(S20)에서 생성된 폴리아마이드산 용액에 기공유도중합체를 첨가한 후, 교반하면, 폴리아마이드산 용액과 기공유도중합체가 반응을 일으켜, 기공이 형성된 열저항소재를 형성한다. 첨가된 클레이 또한 이 교반에 의해, 고르게 분산된다.
여기서, 교반은 어떠한 방식으로 해도 무방하나, 교반기를 사용하여 일정한 속도로 교반시키는 것이 효과적이다.
또한, 첨가단계(S30)에서의 온도는 30℃ 내지 80℃인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 50℃ 내지 60℃인 것이 효과적이다. 상기 온도범위를 벗어나면, 기공형성 반응이 효과적으로 일어나기 어려운 문제가 있다.
또한, 첨가단계(S30)에서는, 상기 폴리아마이드산용액 100중량부에 대하여, 상기 클레이는 1 내지 5중량부, 상기 기공유도중합체를 2 내지 20중량부를 첨가하는 것이 바람직하며, 상기 기공유도중합체는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 또는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone) 중 적어도 하나인 것이 효과적이다.
또한, 첨가단계(S30)에서, 상기 클레이와 상기 기공유도중합체의 첨가비율은 1:2 내지 1:4인 것이 바람직하다.
첨가단계(S30) 이후에는, 10℃ 내지 25℃에서 1시간 내지 3시간동안 경화시키는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물 및 그 제조방법의 우수성을 입증하기 위해 실시한 실험결과를 살펴보도록 한다.
먼저, 도 2는 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법에 따른 투명 열저항소재의 형성과정을 모사한 모사도로써, 클레이 및 기공이 형성되는 과정을 나타낸 것이다. 여기서는, 기재상에 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항소재를 적층하였다.
또한, 도 3 및 도 4는 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법에서, 반응단계(S20)를 나타낸 반응식으로, 반응이 일어나는 화학적인 기작을 설명하기 위한 것이다.
도 5는 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법에서 클레이를 제외하여 제조된 투명 열저항소재를 촬영한 SEM사진으로, 도 6과 비교될 수 있다.
도 6은 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법에 의해 제조된 클레이를 포함하는 투명 열저항소재를 촬영한 SEM사진으로, 클레이와 기공이 균일하게 본 발명에서 요구하는 사이즈로 형성되어 있음을 알 수 있다.
도 7은 종래의 폴리이미드 소재(PI)와 본 발명에서 클레이를 제외한 투명 열저항소재(PI foam), 그리고 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항 소재(PI/Clay foam)의 열전도도값을 측정한 결과로, 종래 폴리이미드 소재에 비해서는, 약 30%이상 열전도도가 감소하였을 뿐만 아니라, 클레이를 최적의 비율로 포함함으로 인해, 클레이만 제외한 투명 열저항 소재에 비해서도, 약 20%이상 열전도도가 감소하는 것으로 나타나, 본 발명에서 열저항특성이 현저하게 개선하었음을 알 수 있다.
또한, 도 8은 종래의 폴리이미드 소재(PI)와 본 발명에서 클레이를 제외한 투명 열저항소재(PI foam), 그리고 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항 소재(PI/Clay foam)의 영률(E-modulus)을 측정한 결과로, 종래의 폴리이미드 소재(PI)와 본 발명에서 클레이를 제외한 투명 열저항소재(PI foam)에 비하여, 약 100%정도 영률이 현저히 향상된 것으로 나타나, 열전도도뿐만 아니라, 물성 또한 현저히 향상된 것을 알 수 있다.
도 9는 종래의 폴리이미드 소재(PI)와 본 발명에서 클레이를 제외한 투명 열저항소재(PI foam), 그리고 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항 소재(PI/Clay foam)의 인장강도(tensile strength)를 측정한 결과로, 본 발명에서 클레이를 제외한 투명 열저항소재(PI foam)에 비해서는, 약 40%가량 인장강도가 높아졌으며, 종래의 폴리이미드 소재(PI)와 비교해서도, 인장강도에 거의 차이가 없는 것으로 나타나, 본 발명의 클레이를 포함하는 투명 열저항 소재는 기공을 형성하였음에도, 인장강도의 저하가 거의 없는 우수한 성질을 가짐을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

Claims (20)

  1. 클레이, 폴리아마이드산 및 기공유도중합체를 포함하며,
    상기 폴리아마이드산 100중량부에 대하여, 상기 클레이는 1 내지 5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 클레이와 상기 기공유도중합체의 함량비율은, 1:2 내지 1:4인 것을 특징으로 하는 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 클레이의 입도는 1nm 내지 3nm인 것을 특징으로 하는 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 폴리아마이드산 100중량부에 대하여, 상기 기공유도중합체를 2 내지 20중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 열저항소재 조성물
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 기공유도중합체는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 또 는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 투명 열저항소재 조성물
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 기공유도중합체의 입도는 0.1㎛ 내지 3㎛인 것을 특징으로 하는 투명 열저항소재 조성물
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 폴리아마이드산은, 산무수물, 디아민화합물 및 유기용매를 혼합하여 반응시켜 형성된 것을 특징으로 하는 투명 열저항소재 조성물
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 산무수물 1.0당량에 대하여, 상기 디아민화합물은 0.8 내지 1.2당량으로 혼합된 것을 특징으로 하는 투명 열저항소재 조성물
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 산무수물은, 피로멜리틱디안하이드라이드(Pyromelliticdianhydride), 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈릭디안하이드라이드(4,4'-(Hexafluoroisopropylidene)diphthalicanhydride),3,3,4,4-벤조페논테트라카르복실디안아이드라이드, 디페틸에테르-3,3',4,4'-테트라카르복실디안하이드라이드 또는 4,4'-옥시디프탈릭디안하이드라이드 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 투명 열저항소재 조성물
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 디아민화합물은, 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-Oxydianilline), 4,4'-디아미노디페닐에테르 또는 2,6-비스(3-아미노페녹시)펜조니트릴 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 투명 열저항소재 조성물
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 유기용매는, N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone), 디메틸아세트아미드, 아세토니트릴, t-부탄올, 아세톤, 디메틸포름아미드, 이소프로필알콜 또는 에틸 아세테이트 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 투명 열저항소재 조성물
  12. 산무수물, 디아민화합물 및 유기용매를 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합단계;
    상기 혼합물을 교반하여 반응시켜, 폴리아마이드산 용액을 제조하는 반응단계; 및
    상기 폴리아마이드산 용액에 기공유도중합체 및 클레이를 첨가하여, 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물을 제조하는 첨가단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 반응단계에서, 반응온도는 10℃ 내지 50℃인 것을 특징으로 하는 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법
  14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 반응단계에서, 반응시간은 8시간 내지 15시간인 것을 특징으로 하는 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법
  15. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 첨가단계에서, 상기 폴리아마이드산용액 100중량부에 대하여, 상기 클레이는 1 내지 5중량부, 상기 기공유도중합체는 2 내지 20중량부를 첨가하는 것을 특징으로 하는 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법
  16. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 첨가단계에서, 상기 클레이와 상기 기공유도중합체의 첨가비율은 1:2 내지 1:4인 것을 특징으로 하는 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법
  17. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 첨가단계에서, 상기 기공유도중합체는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 또는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법
  18. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 혼합단계에서, 상기 산무수물 1.0당량에 대하여, 상기 디아민화합물은 0.8 내지 1.2당량으로 혼합된 것을 특징으로 하는 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법
  19. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 혼합단계에서, 상기 산무수물은, 피로멜리틱디안하이드라이드(Pyromelliticdianhydride), 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈릭디안하이드라이드(4,4'-(Hexafluoroisopropylidene)diphthalicanhydride),3,3,4,4-벤조페논테트라카르복실디안아이드라이드, 디페틸에테르-3,3',4,4'-테트라카르복실디안하이드라이드 또는 4,4'-옥시디프탈릭디안하이드라이드 중 적어도 하나이며, 상기 디아민화합물은, 4,4'-옥시디아닐린(4,4'-Oxydianilline), 4,4'-디아미노디페닐에테르 또는 2,6-비스(3-아미노페녹시)펜조니트릴 중 적어도 하나이고, 상기 유기용매는, N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone), 디메틸아세트아미드, 아세토니트릴, t-부탄올, 아세톤, 디메틸포름아미드, 이소프로필알콜 또는 에틸 아세테이트 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법
  20. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 반응단계에서, 상기 폴리아마이드산 용액의 점도는 80CPS 내지 250CPS인 것을 특징으로 하는 클레이를 포함하는 투명 열저항소재 조성물의 제조방법
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