KR101641561B1 - 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 및 그 제조방법 - Google Patents

접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 제조방법에 있어서, 비닐 터미네이트 폴리실록산(Vinyl terminated polysiloxane) 및 하이드라이드 터미네이트 실록산(Hydride terminated siloxane)을 혼합하여 폴리실록산 혼합물을 형성하는 단계와; 상기 폴리실록산 혼합물에 전도성 카본소재를 첨가하여 교반하는 단계를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해, 실리콘 코팅 접착제는 실리콘 접속재와 유사한 소재로 제조하여 접속재와의 결합성을 증가시키며, 전도성 카본소재를 첨가하여 접속재와 전선 사이에서 발생하는 전기적 스트레스를 완화하는 효과를 제공한다. 또한, 다양한 분자량의 폴리실록산을 혼합하여 접착제의 기계적 강도와 점도 조절이 용이하며, 폴리머의 분자량을 조절하여 접속재에 접착제를 코팅할 때 유기용매에 타지 않고 그대로 사용할 수 있어 유기용매에 의한 환경오염을 예방할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 및 그 제조방법 {Conductive silicon coating agent for connector and a method of manufacturing thereof}
본 발명은 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 실리콘 접속재와 유사한 소재로 제조하여 접속재와의 결합성을 증가시키며 전도성 카본소재를 첨가하여 접속재와 전선 사이에서 발생하는 전기적 스트레스를 완화가능한 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 케이블(Cable), 전력계(Wattmeter), 전압계(Voltmeter), 계전기(Relay), 개폐기(Switch), GIS(Gas insulatated switchgear)와 같은 전력기기 등에 사용되는 접속재는, 내부에 배치되는 수십 킬로볼트(KV)의 고압선로용 전선을 절연 및 전압의 균등분포와 차폐를 목적으로 절연재 및 반도전재로 전선들을 피복하는 역할을 한다.
이러한 전선들은 전기적인 경로의 방향에 따라서 분기 또는 직선으로 접속되어 선로를 이루게 된다. 이러한 경우에 대부분 전선들 간의 접속부위에서 문제가 발생되기 때문에 이 접속부위를 절연시킬 수 있는 접속재를 보다 완벽하게 구현하는 것이 요구된다. 특히 접속재는 실리콘과 같은 절연 소재로 이루어지는데 이러한 소재로 이루어진 접속재는 전선에 접착이 잘 되지 않아 별도로 접속재와 전선을 접착하는 접착제를 필요로 하는 경우가 있다.
접속재와 전선을 접착하는 접착제는 전선에 코팅될 때 공정상의 문제로 전선과 완전히 접착되지 않고 전선과 일부 이격된 공간이 생길 수 있다. 이와 같이 전선과 접착제 사이에 공간이 생기게 되면 공간으로 전기적 스트레스가 집중되어 접속재에 부정적인 영향이 미칠 수 있다. 또한 접착제는 전선뿐만 아니라 접속재와 분리되어 접속재와 접착제 사이에 틈이 생기는 경우도 있었다.
이뿐만 아니라 종래의 코팅 접착제는 점도가 커서 톨루엔과 같은 유기용매와 혼합하여 이를 분사하는 방식으로 코팅을 하였으나, 이와 같이 유기용매를 사용할 경우 사용자에게 유해할 뿐만 아니라 환경 오염을 일으키는 문제가 있었다.
대한민국특허청 등록특허공보 제10-0686612호 대한민국특허청 공개특허공보 제10-2004-0078908호
따라서 본 발명의 목적은, 실리콘 접속재와 유사한 소재로 제조하여 접속재와의 결합성을 증가시키며, 전도성 카본소재를 첨가하여 접속재와 전선 사이에서 발생하는 전기적 스트레스를 완화가능한 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 다양한 분자량의 폴리실록산을 혼합하여 접착제의 기계적 강도와 점도 조절이 용이하며, 분자량을 조절하여 유기용매를 사용하지 않는 친환경 타입의 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 비닐 터미네이트 폴리실록산(Vinyl terminated polysiloxane) 및 하이드라이드 터미네이트 실록산(Hydride terminated siloxane)을 혼합하여 폴리실록산 혼합물을 형성하는 단계와; 상기 폴리실록산 혼합물에 전도성 카본소재를 첨가하여 교반하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 제조방법에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 비닐 터미네이트 폴리실록산의 비닐기 1당량부에 대해 상기 하이드라이드 터미네이트 실록산은 하이드라이드기가 0.8 내지 1.5당량부 포함하도록 혼합되며, 상기 비닐 터미네이트 폴리실록산의 중량평균 분자량(Mw)은 500 내지 150000이며, 상기 하이드라이드 터미네이트 실록산의 중량평균 분자량(Mw)은 250 내지 130000인 것이 바람직하다.
상기 비닐 터미네이트 폴리실록산은, 비닐 터미네이트 폴리디메틸실록산, 비닐 터미네이트 폴리디에틸실록산, 비닐 터미네이트 폴리디프로필실록산, 비닐 터미네이트 폴리디페닐실록산, 비닐 터미네이트 폴리디비닐실록산, 비닐 터미네이트 메틸에틸실록산 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 하이드라이드 터미네이트 실록산은, 테트라키스 디메틸실리 오르소 실리케이트(Tetrakis(dimethylsilyl) orthosilicate) 및 하이드라이드 터미네이트 폴리실록산(Hydride terminated polysiloxane) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하며, 상기 하이드라이드 터미네이트 폴리실록산은, 하이드라이드 터미네이트 폴리디메틸실록산, 하이드라이드 터미네이트 폴리디에틸실록산, 하이드라이드 터미네이트 폴리디프로필실록산, 하이드라이드 터미네이트 폴리디페닐실록산, 하이드라이드 터미네이트 폴리디비닐실록산, 하이드라이드 터미네이트 메틸에틸실록산 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하다.
또한, 상기 폴리실록산 혼합물은 에폭시 변성 폴리실록산(Epoxy modified polysiloxane) 또는 아민 변성 폴리실록산(Amine modified polysiloxane)을 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 전도성 탄소재는, 카본블랙(Carbon black), 탄소나노튜브(Carbon nano tube, CNT), 탄소나노섬유(Carbon nano fiber, CNF), 활성탄(Activated carbon), 그라파이트(Graphite), 그래핀(Graphene), 소프트카본(Soft carbon), 하드카본(Hard carbon), 변형탄소(Modified carbon), 탄소복합소재(Carbon composite) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이며, 상기 전도성 탄소재는, 상기 폴리실록산 혼합물 100중량부에 대해 카본블랙(Carbon black) 1 내지 30중량부 및 탄소나노튜브(Carbon nano tube, CNT) 0.1 내지 5중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 폴리실록산 혼합물에 전도성 카본소재를 첨가하여 교반하는 단계 이전에, 상기 전도성 탄소재를 표면개질하는 단계를 더 포함하며, 상기 전도성 탄소재는 아미드기(Amide group), 이미드기(Imide group), 아미드이미드기(Amideimide group) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 표면개질된 것이 바람직하며, 상기 전도성 카본소재를 첨가하여 교반하는 단계 이후에, 백금촉매 및 부가반응지연제를 혼합하는 단계를 더 포함하며, 상기 폴리실록산 혼합물 100중량부에 대해 상기 백금촉매는 0.0001 내지 0.01중량부, 상기 부가반응지연제는 0.1 내지 5중량부 혼합하며, 상기 백금촉매는, Pt·[CH2=CH(CH3)SiO]4, Pt·1.5[(CH2=CH(CH3)2Si)2O], H2PtCl6·H2O, Pt-[(C6H5)3P=O] 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것, 상기 부가반응지연제는, 메틸시클로헥사놀(Methylcyclohexanol), 에틸시클로헥사놀(Ethylcyclohexanol), 메틸에틸시클로헥사놀(Methylethylcyclohexanol), 비닐시클로헥사놀(Vinylcyclohexanol), 페닐시클로헥사놀(Phenylcyclohexanol), 에티닐시클로헥사놀(Ethynylcyclohexanol) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하다.
상기한 목적은 또한, 비닐 터미네이트 폴리실록산(Vinyl terminated polysiloxane) 및 하이드라이드 터미네이트 실록산(Hydride terminated siloxane)을 혼합한 폴리실록산 혼합물에 전도성 카본소재가 첨가된 것을 특징으로 하는 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제에 의해서도 달성된다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면 실리콘 코팅 접착제는 실리콘 접속재와 유사한 소재로 제조하여 접속재와의 결합성을 증가시키며, 전도성 카본소재를 첨가하여 접속재와 전선 사이에서 발생하는 전기적 스트레스를 완화하는 효과를 제공한다.
또한, 용도에 맞춰 다양한 분자량의 폴리실록산을 혼합하여 접착제의 기계적 강도와 점도 조절이 용이하며, 폴리머의 분자량을 조절하여 접속재에 접착제를 코팅할 때 유기용매에 타지 않고 그대로 사용할 수 있어 유기용매에 의한 환경오염을 예방할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 제조방법의 순서도이고,
도 2는 아미드기가 개질된 탄소나노튜브의 전자현미경 모폴로지 사진이고,
도 3은 탄소나노튜브 첨가에 따른 실리콘 시편의 전자현미경 파단면 사진이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이 먼저, 비닐 터미네이트 폴리실록산과 하이드라이드 터미네이트 실록산을 혼합한다(S1).
비닐 터미네이트 폴리실록산의 비닐기 1당량부 대비 하이드라이드 터미네이트 실록산은 하이드라이드기가 0.8 내지 1.5당량부 포함하도록 혼합한 후, 이를 1 내지 60분 동안 실온에서 교반하여 골고루 섞이도록 한다.
비닐 터미네이트 폴리실록산(Vinyl terminated polysiloxane)은 폴리실록산이 직쇄상으로 형성되며 양 말단에 비닐기를 갖는 구조를 말하며, 하이드라이드 터미네이트 실록산(Hydride terminated siloxane)은 양 말단에 하이드라이드기와 중간에 메틸기(Methyl group)를 대신해 최소 한 개 이상의 하이드라이드기가 존재하는 구조를 말한다. 하이드라이드 터미네이트 실록산의 경우, 고분자인 하이드라이드 터미네이트 폴리실록산(Hydride teriminated polysiloxane)을 사용하거나 단분자인 테트라키스 디메틸실리 오르소 실리케이트(Tetrekis(dimethylsilyl )orthosilicate)를 사용할 수 있다. 테트라키스 디메틸실리 오르소 실리케이트는 말단에 하이드라이드기 4개로 구성된 분자를 말한다.
여기서 폴리실록산(Polysiloxane)은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane), 폴리디에틸실록산(Polydiethylsiloxane), 폴리디프로필실록산(Polydipropylsiloxane), 폴리디페닐실록산(Polydiphenylsiloxane), 폴리메틸에틸실록산(Polymethylethylsiloxane) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하다. 비닐 터미네이트 폴리실록산과 하이드라이드 터미네이트 폴리실록산은 동일한 폴리실록산을 쓰는 것이 바람직하지만, 경우에 따라서 각각 다른 폴리실록산을 사용하여 이를 혼합할 수도 있다.
비닐 터미네이트 폴리실록산의 분자량(Molecular weight)은 요구되는 물성에 따라서 500 내지 20,000, 20,000 내지 50,000, 50,000 내지 150,000 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 크기가 다양하도록 적절하게 조합해서 사용할 수도 있다. 경우에 따라서 점도 및 강도의 조절이 용이하도록 다양한 분자량을 적용 가능하다.
이러한 비닐 미네이트 실록산의 화학식은 다음과 같다.
<화학식 1> : 비닐 터미네이트 폴리실록산
Figure 112014094194758-pat00001
하이드라이드 터미네이트 폴리실록산의 분자량은 250 내지 130,000으로 이루어지며, 화학식 2에서 m 값은 1 내지 150, n 값은 1 내지 50으로 구성될 수 있다.
<화학식 2> : 하이드라이드 터미네이트 폴리실록산
Figure 112014094194758-pat00002
또한, 하이드라이드 터미네이트 폴리실록산 대신 사용할 수 있는 테트라키스 디메틸실리 오르소실리케이트의 분자량은 350이며, 화학식은 다음과 같다.
<화학식 3> : 테트라키스 디메틸실리 오르소실리케이트
Figure 112014094194758-pat00003
경우에 따라서, 하이드라이드 터미네이트 폴리실록산과 테트라키스 디메틸실리 오르소실리케이트를 단독으로 사용하지 않고 섞어서도 사용 가능하다.
이와 같이 다양한 분자량을 갖는 폴리실록산을 필요에 따라 선택적으로 혼합하여 분자량의 조절하기 용이하며, 분자량 조절을 통해 접착제의 기계적 강도와 점도 조절을 할 수 있다. 또한, 분자량 조절을 통해 유기용매를 사용하지 않는 무용제 타입의 접착제를 제조할 수 있으며, 이에 의해 유기용매 사용에 따른 환경오염을 예방할 수 있다.
또한, 접착제의 성능을 향상시키기 위해 에폭시 변성 폴리실록산(Epoxy modified polysiloxane) 또는 아민 변성 폴리실록산(Amine modified polysiloxane)을 더 첨가할 수 있다. 이 경우 첨가량은 기존 폴리실록산 혼합물 100중량부에 대해 1 내지 10중량부인 것이 바람직하다.
S1 단계와는 별도로 접착제의 성분 중 하나인 전도성 카본소재를 표면개질한다(S1').
여기서, 전도성 탄소재는 카본블랙(Carbon black), 탄소나노튜브(Carbon nano tube, CNT), 탄소나노섬유(Carbon nano fiber, CNF), 활성탄(Activated carbon), 그라파이트(Graphite), 그래핀(Graphene), 소프트카본(Soft carbon), 하드카본(Hard carbon), 변형탄소(Modified carbon), 탄소복합소재(Carbon composite) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 바람직하다.
전도성 카본소재 중 긴 와이어 형상의 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 경우 표면개질을 하지 않으면 서로 뭉쳐 실타래처럼 엉키게 되어 폴리실록산 혼합물과의 혼합이 용이하지 않다. 따라서 전도성 카본소재의 분산성 및 혼합성을 높이기 위해 표면개질을 실시한다.
전도성 카본소재는 순도 90% 이상인 것을 사용하며, 폴리실록산 혼합물과 혼합할 대 분산성을 높이기 위해 관능기를 포함하도록 표면을 개질한다. 여기서 관능기는 아미드기(Amide group), 이미드기(Imide group), 아미드이미드기(Amideimide group)로 이루어진 군 및 이의 혼합물 군에서 선택된 1종이 바람직하다.
전도성 카본소재를 표면개질하는 방법으로는 강산으로 이루어진 용액에 전도성 카본소재를 투입한 후 초음파를 이용하여 5 내지 60분간 분산시키고, 중탕반응기에서 환류 교반을 진행해 카르복실기가 존재하는 전도성 카본소재를 제조한다. 그 후 카르복실기로 표면개질된 전도성 카본소재와 아미드기, 이미드기 또는 아미드이미드기를 포함하는 물질을 혼합하고 여기에 초음파를 사용하여 5 내지 60분간 분산시킨 후 상기와 마찬가지로 중탕반응기에서 환류 교반을 통해 전도성 카본소재를 표면개질시킨다. 종래의 기술로 전도성 카본소재를 표면개질하게 되면 장시간 공정이 이루어지기 때문에 전도성 카본소재가 짧게 끊어지거나 다른 변성이 일어날 수 있다. 하지만 이와 같은 공정을 이용할 경우 짧은 시간 내에 표면개질이 이루어져 전도성 카본소재의 변형을 방지할 수 있다.
S1 단계에서 제조된 폴리실록산 혼합물에 S1' 단계에서 표면개질된 전도성 카본소재를 첨가한다(S2).
폴리실록산 혼합물에 표면개질된 전도성 카본소재를 첨가하고 이를 교반한다. 경우에 따라서 표면개질된 전도성 카본소재와 표면이 개질되지 않은 전도성 카본소재를 혼합하여 첨가할 수 있다.
여기서 전도성 카본소재는 0.01nm 내지 10㎛의 직경을 갖는 것을 사용하는데, 0.01nm 이하일 경우 카본소재를 통해 전도성을 갖기 어려우며, 10㎛를 초과할 경우 사이즈가 커서 접착제를 얇게 펴서 바르지 못하는 문제점이 있다. 한 사이즈의 전도성 카본소재를 첨가할 수 있으며, 경우에 따라서 다양한 사이즈를 갖는 전도성 카본소재를 혼합할 수도 있다. 이러한 전도성 카본소재는 폴리실록산 혼합물 100중량부 대비 1 내지 200중량부 혼합되는 것이 바람직하다. 전도성 카본소재가 1중량부 미만일 경우 접착제가 전도성을 거의 띄지 못하며, 200중량부를 초과할 경우 전도성 카본소재의 양이 많아 상대적으로 폴리실록산의 비율이 낮아져 접속재와 접착제와의 원활한 접착이 어려워질 수 있다.
더욱 바람직하게는 폴리실록산 혼합물 100중량부 대비 카본블랙 1 내지 30 중량부, 탄소나노튜브 0.1 내지 5중량부를 추가하는 것이 바람직하다. 접착제의 전도성을 향상시키기 위해서는 카본블랙 첨가량이 많을수록 좋은데 카본블랙이 30중량부를 초과할 경우 접착제의 점성이 높아져 무용제 타입으로 사용할 수 없는 단점이 있다. 이를 개선하기 위해 탄소나노튜브를 함께 혼합하는데 탄소나노튜브가 5중량부 초과할 경우 탄소나노튜브의 단가에 의해 접착제 단가가 상승하는 문제점이 있다. 따라서 카본블랙과 탄소나노튜브는 적당한 중량부로 서로 혼합하여 전도성이 높으며 점도가 낮은 접착제를 제조하는 것이 바람직하다.
S2 단계에서 제조된 폴리실록산 혼합물에 백금촉매 및 부가반응지연제를 혼합한다(S3).
전도성 카본소재를 포함하는 폴리실록산 혼합물이 최종적으로 폴리머 결합반응이 용이하게 일어나도록 백금촉매를 추가하며, 반응 중 혹은 추후에 원하지 않는 부가 반응이 발생하는 것을 방지하기 위하여 부가반응지연제를 함께 추가하여 혼합하여 폴리실록산 혼합물을 반응시킨다.
폴리실록산 혼합물 100중량부에 대해 백금촉매는 0.0001 내지 0.01 중량부가 투입되며, 부가반응지연제는 0.1 내지 5중량부 투입되는 것이 바람직하다. 만약 백금촉매가 0.0001중량부 미만 투입될 경우 촉매을 역할을 제대로 수행하지 못하며, 0.01중량부를 초과할 경우 촉매의 양이 많아 원하지 않는 부반응(Side reaction)이 일어날 수 있다. 부가반응지연제 역시 0.1중량부 미만일 경우 제 역할을 수행하지 못하며, 5중량부를 초과할 경우 폴리실록산 혼합물에 비해 부가반응지연제 양이 많아 폴리실록산 혼합 반응이 제대로 일어나지 않을 수 있다. 상황에 따라서는 부가반응지연제는 별도로 첨가하지 않을 수도 있다.
백금촉매는 Pt·[CH2=CH(CH3)SiO]4, Pt·1.5[(CH2=CH(CH3)2Si)2O], H2PtCl6·H2O, Pt-[(C6H5)3P=O] 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용한다. 또한, 부가반응지연제는 메틸시클로헥사놀(Methylcyclohexanol), 에틸시클로헥사놀(Ethylcyclohexanol), 메틸에틸시클로헥사놀(Methylethylcyclohexanol), 비닐시클로헥사놀(Vinylcyclohexanol), 페닐시클로헥사놀(Phenylcyclohexanol), 에티닐시클로헥사놀(Ethynylcyclohexanol) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.
폴리실록산 혼합물에 촉매 및 부가반응지연제를 첨가하고 이를 교반기를 이용하여 1 내지 60분 동안 교반시켜 최종적으로 폴리실록산을 포함하며 전도성을 가지는 실리콘 코팅 접착제가 제조된다. 이를 실리콘 소재의 접속재와 동일한 소재인 시편 위에 코팅시켜 100 내지 170℃의 오븐에서 10 내지 120분 동안 경화시킨다. 본 발명의 실리콘 코팅 접착제는 유기용매에 용해시키지 않고 접착제 자체를 바로 시편 위에 코팅하기 때문에 기존의 접착제와 달리 여러 번 코팅하지 않아도 원하는 두께 및 양의 접착제를 코팅할 수 있어 공정이 간단하며 시간 단축이 된다는 장점이 있다. 또한 후경화를 하지 않아도 최종적인 물성을 얻을 수 있다.
이와 같은 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 제조방법은 다음과 같은 실시예에 더욱 상세히 설명된다.
<실시예 1> : 탄소나노튜브 표면개질
전도성 카본소재 중 하나인 탄소나노튜브를 표면개질한다. 탄소나노튜브는 폴리디메틸실록산에 분산성을 높이기 위해 아미드기로 개질된 순도 95% 이상, 길이는 10 내지 250㎛, 직경은 20 내지 100nm인 다중벽 탄소나노튜브를 사용하였다. 탄소나노튜브의 아미드기 개질 연구는 다음과 같다.
첫 번째로, 95 내지 98%의 황산과 60 내지 70%의 질산을 1:1 내지 1.3 비율로 혼합한 용액에 탄소나노튜브를 투입한 후 초음파를 이용하여 5 내지 60분간 분산시키고, 50 내지 90℃의 중탕반응기에서 6 내지 24시간동안 환류교반을 진행해 카르복실기(Carboxylic group)가 존재하는 탄소나노튜브를 제조하였다.
두 번째로, 카르복실기가 개질된 탄소나노튜브에 올레일아민(Oleylamine)을 투입한 후 초음파를 이용하여 5 내지 60분간 분산시킨 후 90 내지 150℃ 중탕반응기에서 12 내지 48시간 환류교반으로 아미드기로 개질된 탄소나노튜브를 제조하였다.
도 2는 아미드기로 표면개질된 탄소나노튜브의 전자현미경 모폴로지(Morphology) 사진을 나타낸 것이다. 일반적으로 탄소나노튜브의 화학적 개질에서는 튜브 가닥이 깨져버려 짧아지거나 응집되는 현상들이 관찰되지만, 도 2는 본 실험에서 아미드기로 개질된 탄소나노튜브로 산 처리와 아민 처리반응 진행에도 긴 튜브 가닥들이 파괴되는 현상이나 구조에 큰 변화가 없이 잘 분산된 상태를 보여주고 있다.
<실시예 2> : 실리콘 코팅 접착제 제조
비닐 터미네이트 폴리디메틸실록산과 하이드라이드 터미네이트 폴리디메틸실록산의 성분비를 비닐기 대 하이드라이드기로 1:1.2당량부로 혼합하였다. 여기서 비닐터미네이트 폴리디메틸실록산은 중량평균분자량 500 내지 20,000, 20,000 내지 50,000, 50,000 내지 150,000 3가지를 순서대로 1:4:8 비율로 혼합해 10g을 만들었다. 10g을 만든 비닐 터미네이트 폴리디메틸실록산에 하이드라이드 터미네이트 폴리디메틸실록산 0.1194g을 넣어 교반기를 이용하여 2분 정도 혼합하였다. 혼합시킨 폴리디메틸실록산에 백금촉매 Pt·1.5[(CH2=CH(CH3)2Si)2O]를 0.001중량부 투입하고, 부가반응지연제인 에티닐시클로헥사놀(Ethynylcyclohexanol)를 0.1중량부 투입한 후 혼합시켜 폴리실록산 혼합물을 제조하였다.
폴리실록산 혼합물에 카본블랙(Carbon black)을 6중량부 투입한 후 아미드기가 개질된 탄소나노튜브를 0.4중량부 투입하거나, 투입하지 않은 채로 교반기를 이용하여 2분 정도 혼합시켜 실리콘 코팅 접착제를 제조하였다. 혼합된 전도성 실리콘 코팅 접착제를 실리콘 접속재 시편 위에 코팅시키고 150℃ 오븐에서 2시간 동안 경화시켰다.
상기와 같은 실시예를 통해 제조된 실리콘 코팅 접착제에서 카본블랙(CB)을 6중량부 첨가한 후, 탄소나노튜브(CNT) 함량을 각각 0 및 0.4 중량부로 첨가한 접착제에 대한 각각의 전기 저항의 변화를 표 1에 나타내었다.
CB(6중량부) CB(6중량부)/CNT(0.4중량부)
표면저항(ohm/sq) 4126 1851
표 1과 같이 카본블랙만 단독으로 첨가한 시편에서는 전기적 표면 저항값이 4126(ohm/sq)가 나왔으며, 탄소나노튜브를 0.4중량부 첨가한 시편에서는 1851(ohm/sq) 저항 값이 나타났다. 탄소나노튜브를 첨가한 경우 카본블랙에만 단독으로 처리한 시편에 비해 전기 저항이 50 내지 60% 정도 낮은 것을 확인하였다. 이는 구형인 카본블랙과 섬유상의 탄소나노튜브가 전도성 네트워크를 형성하기 때문이다.
도 3은 카본블랙 4중량부, 탄소나노튜브를 첨가하지 않거나, 0.4중량부 첨가한 실리콘 코팅 접착제를 시편에 코팅한 상태의 시편 파단면 형상을 전자현미경(Field emission-scanning electron microscope, FE-SEM)으로 관찰한 사진이다. 도 3a는 카본블랙만을 첨가해 카본블랙과 실리콘으로 구성되어 진 것을 확인한 것이며, 도 3b는 탄소나노튜브를 0.4중량부 첨가한 상태로 파단면 위에 탄소나노튜브 말단 부분들을 확인할 수 있었다. 번들(Bundle) 형태의 탄소나노튜브가 아닌 가닥 형태로 분산된 형상을 확인할 수 있었으며, 이러한 분포형태나 분산된 모양으로 보아 전기전도성 네트워크가 형성됨을 예상할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실리콘 코팅 접착제는 실리콘 접속재와 유사한 소재로 제조하여 접속재와의 결합성을 증가시키며, 전도성 카본소재를 첨가하여 접속재와 전선 사이에서 발생하는 전기적 스트레스를 완화하는 효과를 제공한다. 또한, 다양한 분자량의 폴리실록산을 혼합하여 접착제의 기계적 강도와 점도 조절이 용이하며, 폴리머의 분자량을 조절하여 접속재에 접착제를 코팅할 때 유기용매에 타지 않고 그대로 사용할 수 있어 유기용매에 의한 환경오염을 예방할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (15)

  1. 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 제조방법에 있어서,
    비닐 터미네이트 폴리실록산(Vinyl terminated polysiloxane) 및 하이드라이드 터미네이트 실록산(Hydride terminated siloxane)을 혼합하여 폴리실록산 혼합물을 형성하는 단계와;
    상기 폴리실록산 혼합물에 전도성 카본소재를 첨가하여 교반하는 단계를 포함하며,
    상기 전도성 탄소재는, 카본블랙 및 탄소나노튜브이며,
    상기 폴리실록산 혼합물 100중량부에 대해 카본블랙(Carbon black) 1 내지 30중량부 및 탄소나노튜브(Carbon nano tube, CNT) 0.1 내지 5중량부로 혼합되며,
    상기 폴리실록산 혼합물에 전도성 카본소재를 첨가하여 교반하는 단계 이전에, 상기 전도성 탄소재를 표면개질하는 단계를 더 포함하며, 상기 전도성 탄소재는 아미드기(Amide group), 이미드기(Imide group), 아미드이미드기(Amideimide group) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로 표면개질된 것을 특징으로 하는 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 비닐 터미네이트 폴리실록산의 비닐기 1당량부에 대해 상기 하이드라이드 터미네이트 실록산은 하이드라이드기가 0.8 내지 1.5당량부 혼합되는 것을 특징으로 하는 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 비닐 터미네이트 폴리실록산의 중량평균 분자량(Mw)은 500 내지 150000이며,
    상기 하이드라이드 터미네이트 실록산의 중량평균 분자량(Mw)은 250 내지 130000인 것을 특징으로 하는 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 비닐 터미네이트 폴리실록산은,
    비닐 터미네이트 폴리디메틸실록산, 비닐 터미네이트 폴리디에틸실록산, 비닐 터미네이트 폴리디프로필실록산, 비닐 터미네이트 폴리디페닐실록산, 비닐 터미네이트 폴리디비닐실록산, 비닐 터미네이트 메틸에틸실록산 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 하이드라이드 터미네이트 실록산은,
    테트라키스 디메틸실리 오르소 실리케이트(Tetrakis(dimethylsilyl) orthosilicate) 및 하이드라이드 터미네이트 폴리실록산(Hydride terminated polysiloxane) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 하이드라이드 터미네이트 폴리실록산은,
    하이드라이드 터미네이트 폴리디메틸실록산, 하이드라이드 터미네이트 폴리디에틸실록산, 하이드라이드 터미네이트 폴리디프로필실록산, 하이드라이드 터미네이트 폴리디페닐실록산, 하이드라이드 터미네이트 폴리디비닐실록산, 하이드라이드 터미네이트 메틸에틸실록산 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리실록산 혼합물은 에폭시 변성 폴리실록산(Epoxy modified polysiloxane) 또는 아민 변성 폴리실록산(Amine modified polysiloxane)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 카본소재를 첨가하여 교반하는 단계 이후에,
    백금촉매 및 부가반응지연제를 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 폴리실록산 혼합물 100중량부에 대해 상기 백금촉매는 0.0001 내지 0.01중량부, 상기 부가반응지연제는 0.1 내지 5중량부 혼합하는 것을 특징으로 하는 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 제조방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 백금촉매는,
    Pt·[CH2=CH(CH3)SiO]4, Pt·1.5[(CH2=CH(CH3)2Si)2O], H2PtCl6·H2O, Pt-[(C6H5)3P=O] 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 제조방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 부가반응지연제는,
    메틸시클로헥사놀(Methylcyclohexanol), 에틸시클로헥사놀(Ethylcyclohexanol), 메틸에틸시클로헥사놀(Methylethylcyclohexanol), 비닐시클로헥사놀(Vinylcyclohexanol), 페닐시클로헥사놀(Phenylcyclohexanol), 에티닐시클로헥사놀(Ethynylcyclohexanol) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제 제조방법.
  15. 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제에 있어서,
    비닐 터미네이트 폴리실록산(Vinyl terminated polysiloxane) 및 하이드라이드 터미네이트 실록산(Hydride terminated siloxane)을 혼합한 폴리실록산 혼합물에 전도성 카본소재가 첨가되며,
    상기 전도성 탄소재는, 카본블랙 및 탄소나노튜브이며,
    상기 폴리실록산 혼합물 100중량부에 대해 카본블랙(Carbon black) 1 내지 30중량부 및 탄소나노튜브(Carbon nano tube, CNT) 0.1 내지 5중량부로 혼합되며,
    상기 폴리실록산 혼합물에 전도성 카본소재를 첨가하여 교반하는 단계 이전에, 상기 전도성 탄소재를 표면개질하는 단계를 더 포함하며, 상기 전도성 탄소재는 아미드기(Amide group), 이미드기(Imide group), 아미드이미드기(Amideimide group) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로 표면개질된 것을 특징으로 하는 접속재용 전도성 실리콘 코팅 접착제.
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