KR101737592B1

KR101737592B1 - Led조명 하우징용 방열성 수지 조성물 및 그 led조명용 방열성 하우징

Info

Publication number: KR101737592B1
Application number: KR1020127026222A
Authority: KR
Inventors: 유이치 시모코바; 데츠오 노구치; 사토시 이시이
Original assignee: 덴카 주식회사
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2017-05-18
Also published as: KR20130040809A; TWI491662B; JPWO2011125545A1; JP5688409B2; TW201207030A; CN102822279B; US8557905B2; US20130030105A1; WO2011125545A1; CN102822279A

Abstract

방열성, 난연성, 절연성 및 성형 가공성이 우수하고 또한 저비중으로 높은 백색도를 가진 신규한 LED조명 하우징용 방열성 수지 조성물 및 그 방열성 수지 조성물을 성형 가공하여 이루어진 LED조명용 방열성 하우징을 제공한다. 폴리아미드수지(A) 40∼65질량%, 금속수산화물계 난연제(B) 33.5∼59.8질량%, 및 폴리테트라플루오로에틸렌수지(C) 0.2∼1.5질량%로 이루어진 열가소성 수지 조성물(X) 100질량부에 대해 질화붕소(D) 5∼100질량%와 무기산화물 필러(E) 0∼95질량%로 이루어진 무기필러(Y) 5∼200질량부를 함유하고 또한 열전도율이 1.0W/m·K이상인 것을 특징으로 하는 LED조명 하우징용 방열성 수지 조성물 및 그 방열성 수지 조성물을 성형 가공하여 이루어진 LED조명용 방열성 하우징을 구성으로 한다.

Description

LED조명 하우징용 방열성 수지 조성물 및 그 LED조명용 방열성 하우징{HEAT DISSIPATING RESIN COMPOSITION FOR LED LIGHTING HOUSING AND HEAT DISSIPATING HOUSING FOR LED LIGHTING}

본 발명은 LED조명 하우징용 방열성 수지 조성물 및 그 LED조명용 방열성 하우징에 관한 것이다.

현재의 LED조명 하우징용 방열부재에는 금속 알루미늄이 사용되고 있는데, 열방사율이 극히 작기 때문에 알루마이트 처리나 도장, 핀형상으로 가공함으로써 열방사율을 부여하여 사용되고 있다. 따라서 생산성 악화와 고비용인 것이 과제가 되어 있는데, 금속 알루미늄으로부터 생산성이 우수한 열가소성 수지를 사용한 사출성형체로의 대체 요구가 강해지고 있다. 그러나 금속 알루미늄에 대조적으로 열가소성 수지는 열전도성이 극히 작기 때문에 방열성이 떨어지므로, LED조명 하우징용 방열부재에 사용하려면 열전도성을 부여하지 않고는 사용할 수 없다. 열가소성 수지에 열전도성을 부여하는 방법으로서, 고열전도성 필러를 배합하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1∼6). 그러나 LED조명 하우징에는 방열성 이외에도 난연성, 절연성, 양호한 성형 가공성이 필요한데, 이것들을 모두 충족하는 열가소성 수지가 없기 때문에 LED조명 하우징의 수지화는 아직 달성되지 않았다. 또 최근에는 수지화에 의한 경량화나 백색의 미려한 외관도 요구되고 있다.

특허문헌 1: 일본특개2002-069309호 특허문헌 2: 일본특개2004-059638호 특허문헌 3: 일본특개2008-033147호 특허문헌 4: 일본특개2008-195766호 특허문헌 5: 일본특개2008-270709호 특허문헌 6: 일본특개2006-117814호

본 발명은 방열성, 난연성, 절연성 및 성형 가공성이 우수하고, 또한 저비중으로 높은 백색도를 가진 신규한 LED조명 하우징용 방열성 수지 조성물 및 그 방열성 수지 조성물을 성형 가공하여 이루어진 LED조명용 방열성 하우징을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명에 의하면, 폴리아미드수지(A) 40∼65질량%, 금속수산화물계 난연제(B) 33.5∼59.8질량%, 및 폴리테트라플루오로에틸렌수지(C) 0.2∼1.5질량%로 이루어진 열가소성 수지 조성물(X) 100질량부에 대해 질화붕소(D) 5∼100질량%와 무기산화물 필러(E) O∼95질량%로 이루어진 무기필러(Y) 5∼2OO질량부를 함유하고, 또한 열전도율이 1.OW/m·K이상인 것을 특징으로 하는 LED조명 하우징용 방열성 수지 조성물이 제공된다.

본 발명자들은 방열성, 난연성, 절연성 및 성형 가공성이 우수하고, 또한 저비중으로 높은 백색도를 가진 수지 조성물을 얻기 위해 예의 검토한 바, 폴리아미드수지와 금속수산화물계 난연제와 폴리테트라플루오로에틸렌수지와 질화붕소를 상기 비율로 함유함으로써 비로소 상기 원하는 특성을 가진 수지 조성물을 얻을 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명자들이 검토한 바에 의하면, 폴리아미드수지 대신에 다른 수지를 사용한 경우에는 성형 가공성 및 난연성이 악화되기 때문에 폴리아미드수지의 사용이 불가결하다는 것을 알 수 있었다. 또 금속수산화물계 난연제 이외의 난연제를 사용한 경우에는 성형 가공성, 난연성 및 열전도성이 모두 악화되기 때문에 금속수산화물계 난연제의 이용이 필수라는 것을 알 수 있었다. 또한 폴리테트라플루오로에틸렌수지 이외의 적하(滴下) 방지제를 사용한 경우에는 성형 가공성 및 난연성이 악화되기 때문에 폴리테트라플루오로에틸렌수지의 이용이 필수라는 것을 알 수 있었다. 또한 질화붕소를 포함시키지 않거나 질화붕소 이외의 무기필러만을 사용한 경우에는 열전도성이 대폭 악화되기 때문에 질화붕소의 이용이 필수라는 것을 알 수 있었다. 이상의 검토에 의해 폴리아미드수지와 금속수산화물계 난연제와 폴리테트라플루오로에틸렌수지와 질화붕소의 4성분 모두를 함유시키는 것이 상기 원하는 특성을 가진 수지 조성물을 얻기 위해서는 필수라는 것을 알 수 있었다.

또한 함유량에 대해서도 검토한 바, 예를 들면 금속수산화물계 난연제, 폴리테트라플루오로에틸렌수지 또는 무기필러의 함유량이 상기 범위의 상한보다 큰 경우에는 성형 가공성이 악화되기 때문에 이들 성분의 함유량은 상기 범위의 상한 이하로 하는 것이 원하는 특성의 수지 조성물을 얻기 위해 필수라는 것을 알 수 있었다. 또 금속수산화물계 난연제 또는 폴리테트라플루오로에틸렌수지의 함유량이 상기 범위의 하한보다 작은 경우에는 난연성이 악화되기 때문에 이러한 성분의 함유량은 상기 범위의 하한 이상으로 하는 것이 원하는 특성의 수지 조성물을 얻기 위해 필수라는 것을 알 수 있었다.

이상에 의해 상기 원하는 특성은 상기 4개의 성분을 상기 성분 조성으로 함유시킴으로써 비로소 달성되는 것이라는 것을 알 수 있었다.

이하, 본 발명의 다양한 실시형태에 대해서 설명하기로 한다. 이하에 나타내는 다양한 실시형태는 서로 조합 가능하다.

바람직하게는, 질화붕소(D)의 레이저 회절 산란법에 의해 측정되는 부피 평균 입자지름이 5∼25㎛이다.

바람직하게는, 질화붕소(D)의 분말 X선 회절법에 의해 측정되는 흑연지수(GI)가 4 이하이다.

바람직하게는, 질화붕소1O∼9O질량%와 무기산화물 필러(E) 1O∼90질량%로 이루어진 무기필러(Y)이다.

바람직하게는, 무기산화물 필러(E)의 레이저 회절 산란법에 의해 측정되는 부피 평균 입경이 O.1∼1㎛이다.

바람직하게는, 금속수산화물계 난연제(B)가 수산화마그네슘이다.

바람직하게는, 무기산화물 필러(E)가 산화티타늄이다.

본 발명은 상기에 기재된 방열성 수지 조성물을 성형 가공하여 이루어진 LED조명용 방열성 하우징도 제공한다. 이 LED조명용 방열성 하우징은 바람직하게는 사출성형체이다.

본 발명의 방열성 수지 조성물은 열전도율, 열방사율, 부피 고유 저항 및 명도(L*)가 높아 난연성이 우수하고 저비중이고 또한 성형 가공성이 우수하기 때문에 LED조명용 하우징으로서 사용한 경우 하기의 효과를 발휘할 수 있다.

(i)LED부의 발열부에서 하우징으로 열전도되고 하우징 전체에서 열방사되기 때문에 LED부의 축열이 억제되어 LED의 열에 의한 파손을 방지할 수 있다.

(ii)하우징부의 열방사가 양호하기 때문에 하우징부의 고온화를 억제할 수 있어 접촉에 의한 화상 등의 사고를 방지할 수 있다.

(iii)난연성, 절연성을 가지고 있어 안전성이 높다.

(iv)경량이다.

(v)성형 가공성이 우수하고 사출성형도 가능하므로 생산성이 우수하다.

(vii)백색의 미려한 방열성 하우징을 얻을 수 있다.

도 1은 LED조명 하우징을 도시한 도면이다. (a)는 바로 위에서 본 도면이고, (b)는 바로 옆에서 본 도면이다.
도 2는 LED조명 기판에 부착된 베이스판을 도시한 도면이다. (c)는 바로 위에서 본 도면이고, (d)는 바로 옆에서 본 도면이고, (e)는 바로 밑에서 본 도면이다.
도 3은 도 1의 LED조명 하우징과 도 2의 LED조명 기판 장착 베이스판을 사용한 방열성 평가 방법을 도시한 도면이다. (f)는 바로 위에서 본 도면이고, (g)는 바로 옆에서 본 도면이다.

<용어의 설명>

본원 명세서에서 「∼」라는 기호는 「이상」 및 「이하」를 의미하고, 예를 들면 「A∼B」라는 기재는 A이상이고 B이하인 것을 의미한다. 또 「를 함유하는」에는, 「로 실질적으로 이루어진」 및 「로 이루어진」이 포함되는 것으로 한다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 상세히 설명하기로 한다.

폴리아미드수지(A)란 주쇄에 아미드 결합(-CO-NH-)을 가진 단량체로 이루어진 수지로서, 지방족 폴리아미드, 방향족 폴리아미드, 지환식 폴리아미드가 있다. 예를 들면 나일론4, 나일론6, 나일론8, 나일론11, 나일론12, 나일론4,6, 나일론6,6, 나일론6,10, 나일론6,12, 나일론6T, 나일론6/6,6, 나일론6/12, 나일론6/6T, 나일론6/6I등을 들 수 있다.

폴리아미드수지(A)는 아미드 결합을 가진 극성 폴리머이므로 금속수산화물계 난연제(B), 단면에 아미노기나 수산기를 가진 질화붕소(D), 및 무기산화물 필러(E)와의 친화성이 높아 고농도로 함유시킬 수 있다.

폴리아미드수지(A)에는 금속수산화물계 난연제(B), 질화붕소(D) 및 무기산화물 필러(E)와의 친화성, 성형 가공성, 입수 용이성의 관점에서 나일론6, 나일론6,6, 나일론12를 사용하는 것이 바람직하다.

나일론6이란 식(1)에 나타내는 반복 단위로 이루어진 수지이고, 나일론6,6이란, 식(2)에 나타내는 반복 단위로 이루어진 수지이고, 나일론12란 식(3)에 나타내는 반복 단위로 이루어진 수지이다. 아울러 n은 중합도를 나타내고 있다.

[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

폴리아미드수지(A)의 중량 평균 분자량은 강도나 질화붕소 등과의 압출 혼련성의 관점에서 5000∼250000인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 6000∼240000, 특히 바람직하게는 7000∼230000이다. 폴리아미드수지(A)의 수평균 분자량은 강도나 질화붕소 등과의 압출 혼련성 관점에서 5000∼50000인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 5200∼48000, 특히 바람직하게는 5500∼45000이다. 본 명세서에서 중량 평균 분자량과 수평균 분자량은 겔퍼미에이션 크로마토그래피(예: 일본 워터스사제 GPC)를 사용하여 측정한 것을 의미한다.

금속수산화물계 난연제(B)로서는 수산화마그네슘, 수산화알루미늄 등을 들 수 있는데, 성형 가공시의 열안정성 관점에서 수산화마그네슘을 사용하는 것이 바람직하다.

금속수산화물계 난연제(B)에는 수지용 난연제로서의 작용에 추가하여 열전도율을 향상시키는 효과가 있어 방열성 부여 관점에서 바람직한 난연제이다. 폴리테트라플루오로에틸렌수지(C)란 식(4)에 나타낸 바와 같이 불소원자와 탄소원자의 단량체로 이루어진 불화탄소수지이다. 아울러 n은 중합도를 나타낸다.

[화학식 4]

폴리테트라플루오로에틸렌수지(C)는 적하 방지제로서의 작용이 있고, 금속수산화물계 난연제(B)와 병용시킴으로써 UL94규격V-1 또는 V-0의 부여에 효과적이다.

질화붕소(D)란 화학식 BN으로 표시되는 질소원자와 붕소원자로 이루어진 화합물로서, 육각형의 그물코층이 2층 주기로 적층되어 있는 육방정 질화붕소(h-BN), 육각형의 그물코층이 3층 주기로 적층되어 있는 능면체정(rhombohedron) 질화붕소(r-BN), 육각형의 그물코층이 랜덤으로 적층되어 있는 난층(亂層)구조 질화붕소(t-BN), 무정형인 무정형화 붕소(a-BN), 및 고압상(高壓相)인 입방정 질화붕소(c-BN) 등이 있고, 바람직하게는 육방정 질화붕소(h-BN)가 사용된다.

질화붕소(D)는 비늘편상의 결정체로서 열전도율이 극히 높은 무기필러이며, 수지에 함유시킴으로써 효율적으로 열전도율을 향상시킬 수 있다. 또 높은 백색도를 얻기에도 적합하다.

무기산화물 필러(E)로서는 산화티타늄, 알루미나, 실리카, 산화아연, 산화마그네슘 등을 들 수 있는데, 성형 가공성 관점에서 레이저 회절 산란법에 의해 측정되는 부피 평균 입자지름이 O.1∼1㎛인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.2∼0.5㎛이다. 또 높은 백색도를 얻으려면 산화티타늄을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 무기산화물 필러(E)에는 실란계 또는 티타네이트계 커플링제 등의 표면개질제를 사용하는 것도 가능하다.

본 발명의 방열성 수지 조성물은 폴리아미드수지(A), 금속수산화물계 난연제(B), 및 폴리테트라플루오로에틸렌수지(C)로 이루어진 열가소성 수지 조성물(X) 1OO질량부에 대해 질화붕소(D)와 무기산화물 필러(E)로 이루어진 무기필러(Y)를 5∼200질량부를 함유하여 이루어지고, 바람직하게는 15∼100질량부이다. 무기필러(Y)가 5질량부 이상이면 양호한 열전도율을 얻을 수 있고, 200질량부 이하이면 양호한 열방사율과 성형 가공성 및 저비중을 얻을 수 있다.

본 발명의 열가소성 수지 조성물(X)의 조성은 폴리아미드수지(A) 40∼65질량%, 금속수산화물계 난연제(B) 33.5∼59.8질량% 및 폴리테트라플루오로에틸렌수지(C) 0.2∼1.5질량%로 이루어지고, 바람직하게는 폴리아미드수지(A) 45∼64질량%, 금속수산화물계 난연제(B) 35.3∼54.6질량% 및 폴리테트라플루오로에틸렌수지(C) 0.4∼O.7질량%이다. 폴리아미드수지(A)가 40질량%이상이면 양호한 열방사율과 성형 가공성을 얻을 수 있고, 65질량%이하이면 양호한 열전도율과 난연성을 얻을 수 있다. 금속수산화물계 난연제(B)가 33.5질량%이상이면 양호한 열전도율과 난연성을 얻을 수 있고, 59.8질량%이하이면 양호한 열방사율과 성형 가공성을 얻을 수 있다. 폴리테트라플루오로에틸렌수지(C)가 0.2질량%이상이면 양호한 난연성을 얻을 수 있고, 1.5질량%이하이면 양호한 성형 가공성을 얻을 수 있다.

본 발명의 무기필러(Y)의 조성은 질화붕소(D) 5∼1OO질량%와 무기산화물 필러(E) O∼95질량%로 이루어지고, 바람직하게는 질화붕소(D) 1O∼9O질량%와 무기산화물 필러(E) 1O∼9O질량%이고, 더욱 바람직하게는 질화붕소(D) 3O∼7O질량%와 무기산화물 필러(E) 3O∼7O질량%이다. 질화붕소(D)가 5질량%이상이면 양호한 열전도율을 얻을 수 있다.

본 발명의 방열성 수지 조성물은 열전도율이 1.OW/m.K이상이고, 바람직하게는 1.5W/m.K이상, 특히 바람직하게는 2.0W/m.K이상이다. 열전도율이 1.OW/m.K이상이면 LED부의 발열부에서 하우징으로 열전도되고 하우징에서 열방사되기 때문에 LED의 열에 의한 파손을 방지할 수 있다.

본 발명의 방열성 수지 조성물은 열전도율이 1.OW/m.K이상이면 특별히 제한되지는 않지만, 양호한 열전도율을 얻으려면 질화붕소(D)의 부피 평균 입경이 5∼25㎛인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10∼20㎛이다. 아울러 부피 평균 입자지름은 레이저 회절 산란법에 의해 측정되는 것이다.

더욱 양호한 열전도율을 얻으려면 질화붕소(D)의 분말 X선 회절법에 의한 흑연화 지수(GI=Graphitization Index)가 4이하인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2이하인 것이다. GI는 X선 회절도의 (100),(101) 및 (102)선의 적분 강도비, 즉 면적비를 사용하여 이하의 식으로부터 구할 수 있다(J.Thomas, et.al, J.Am.Chem.Soc.84, 4619(1962)).

GI=[면적{(100)+(101)}]÷[면적(102)]

질화붕소(D)는 B/N원자비가 1/1∼1/6인 붕산과 멜라민을 포함한 혼합물에 칼슘(Ca)화합물을 결정화시에 생성하는 질화붕소에 대해 내할(內割)로 5∼2O질량%의 붕산칼슘(CaO)X·B₂O₃의 액상(단, X≤1)이 생성되도록 첨가한 후 온도T(℃), 상대습도Ψ(%) 및 유지시간t(hr)이 이하의 관계식을 충족하는 조건으로 유지하여 붕산멜라민을 형성시키고, 또한 그것을 비산화성 가스 분위기하에서 온도 1800∼2200℃에서 소성·결정화시키고 분쇄함으로써 제조할 수 있다.

T≥-2O·log₁₀(t/4)+{(Ψ-1OO)²/2O}+6O

붕산은 오르토붕산(H₃BO₃), 메타붕산(HBO₂), 테트라붕산(H₂B₄O₇), 무수붕산(B₂O₃) 등 일반식(B₂O₃)·(H₂O)X〔단, X=0∼3〕으로 나타나는 화합물의 1종 또는 2종 이상인데, 그 중에서도 입수가 용이하고 멜라민과의 혼합성이 양호한 오르토붕산이 바람직하다.

멜라민(C₃N₆H₆)은 유기화합물의 일종으로서, 식(5)에 나타내는 바와 같이 구조의 중심에 트리아진고리, 그 주변에 아미노기 3개를 가진 유기질소 화합물이다.

[화학식 5]

붕산과 멜라민의 혼합은 볼밀, 리본 블렌더, 헨셀믹서 등의 일반적인 혼합기를 사용하여 행할 수 있다.

붕산과 멜라민의 배합 비율은 붕산의 붕소원자와 멜라민의 질소원자의 B/N원자비가 1/1∼1/6이 되는 비율인데, GI의 관점에서 바람직하게는 1/2∼1/4가 되는 비율이다. 1/1을 초과하면 소성 후에 미반응 붕산의 잔류가 현저해지고, 1/6미만이면 소성시에 미반응 멜라민의 승화가 현저해진다.

질화붕소(D)의 결정화 촉매인 붕산칼슘(CaO)X·B₂O₃의 액상[단, X≤1]이 결정화시의 질화붕소에 대해 내할로 5∼20질량% 생성되도록 사전에 붕산과 멜라민의 혼합물에 Ca화합물을 첨가한 후 온도T(℃), 상대습도Ψ(%) 및 유지시간t(hr)가 이하의 관계식을 충족하는 분위기에서 상기 혼합물을 유지하여 붕산멜라민을 형성시킨다. 온도(T), 상대습도(Ψ) 및 유지시간(t) 중 어느 하나가 이하 식의 범위밖이면 붕산멜라민은 형성되지 않는다.

T≥-2O·log₁₀(t/4)+{Ψ-1OO)²/2O}+6O

이와 같은 분위기는 항온 항습기, 스팀 가열로 등을 사용하여 용이하게 형성시킬 수 있다. 온도, 상대습도, 시간의 구체예로서는, 예를 들면 80℃, 80%, 10시간 등이다. 분위기를 형성하는 수증기 이외의 가스에 대해서는 특별히 제한은 없고, 대기가스, 질소가스, 불활성가스 등이 있다.

Ca화합물은 고체의 붕산칼슘이어도 좋지만, 붕산과 반응하여 붕산칼슘을 생성할 수 있는 화합물, 특히 저렴하고 입수가 용이한 탄산칼슘(CaCO₃)이 바람직하다. 탄산칼슘을 사용할 경우 붕산을 질화붕소용 원료뿐 아니라 붕산칼슘 액상용 원료로서도 기능시킬 필요가 있는데, 붕산칼슘 액상용 원료의 붕산은 질화붕소용 원료의 붕산보다 훨씬 소량으로 해결되기 때문에 탄산칼슘을 사용한 경우에도 붕산과 멜라민(C₃N₆H₆)의 배합 비율은 붕산이 오르토붕산(H₃BO₃)인 경우 H₃BO₃/C₃N₆H₆를 몰비에서는 6/1∼1/1, 질량비에서는 2.94/1∼0.49/1로 해도 좋다.

붕산칼슘(CaO)X·B₂O₃의 액상[단, X≤1]이 결정화시의 질화붕소에 대해 내할로 5∼20질량%가 되는 탄산칼슘의 구체적인 배합 비율은 소성방법의 차이에 따라 멜라민의 휘발량이나 멜라민 1몰에 반응하는 붕산의 몰수가 변동되기 때문에 소성방법에 따라 적절히 변화시킬 필요가 있지만, 가령 멜라민이 전혀 휘발하지 않고 또한 멜라민 1몰에 대해 항상 붕산 2몰이 반응하여 질화붕소가 생성될 경우 붕산, 멜라민 및 탄산칼슘의 구체적인 배합 비율은 몰비로 22.3∼99.7/10.1∼48.2/0.1∼1.0, 질량비로 13.8∼61.6/12.7∼60.7/0.1∼1.0이 된다.

Ca화합물은 유지 전에 첨가해둠으로써 균일하게 붕산멜라민 중에 혼합된다. 붕산과 멜라민과 Ca화합물을 단순히 기계적으로 혼합한 경우나, 붕산멜라민을 형성시킨 후에 Ca화합물을 혼합한 경우, 나아가 붕산과 멜라민과 Ca화합물에 물을 첨가하여 붕산멜라민 형성과 Ca화합물 혼합을 동시에 수행한 경우에는 Ca화합물의 혼합 상태가 불균일해지고, 결정화후의 질화붕소는 조립(粗粒), 혹은 결정이 미발달된 미립(微粒)을 많이 포함한 불균일한 것이 된다.

붕산칼슘(CaO)X·B₂O₃[단, X≤1]는 결정화 온도에서는 액상이다. 이 중에 비정질 질화붕소가 용해되어 용해량이 과포화에 도달한 시점에서 질화붕소가 석출된다. 이 때 촉매량 즉, 액상의 양이 많으면 인접한 질화붕소 입자간의 거리가 커지기 때문에 조립(粗粒)이 생성되기 쉽다. 반대로 액상의 양이 적으면 비정질 질화붕소의 용해량도 적어지기 때문에 결정이 미발달된 미립이 생성되기 쉽다. 한편 촉매의 조성 즉, CaO와 B₂O₃의 몰비는 입자의 형상에 관여한다. X가 1이하 즉, B₂O₃가 풍부한 조성에서는 생성되는 질화붕소 입자는 비늘편형상이 발달되지만, X가 1보다 큰 CaO가 풍부한 조성에서는 촉매의 양이 비교적 적은 경우에는 응집 입자가, 촉매의 양이 비교적 많은 경우는 두꺼운 입자가 생성되기 쉽다.

비산화성 가스 분위기를 형성하는 가스로서는 질소가스, 암모니아가스, 수소가스, 메탄이나 프로판 등의 탄화수소가스, 헬륨이나 아르곤 등의 희가스가 사용된다. 이들 중 입수하기 쉬워 저렴하고 게다가 2000∼2200℃의 고온 영역에서는 질화붕소의 분해를 억제하는 효과가 큰 질소가스가 바람직하다.

소성·결정화는 비산화성 가스 분위기하, 온도 1800∼2200℃에서 행해진다. 1800℃미만이면 결정화가 충분하게 진행되지 않아 고결정의 질화붕소를 얻을 수 없다. 또 2200℃를 초과하면 질화붕소가 분해된다. 소성로(爐)로서는 머플로, 관상로, 분위기로 등의 배치식 로나 로터리 킬른, 스크류 콘베이어로, 터널로, 벨트로, 푸셔로, 수형(竪型)연속로 등의 연속식 로가 사용된다. 이들은 목적에 따라 구별하여 사용되며, 예를 들면 많은 품종의 질화붕소를 소량씩 제조할 때에는 배치식 로가, 일정한 품종을 다량 제조할 때는 연속식 로가 채용된다.

질화붕소(D)는 필요에 따라 분쇄, 분급, 산처리에 의한 잔류 촉매 제거(정제), 세정, 건조 등의 후처리 공정을 거친 후 실사용에 제공된다.

LED조명 하우징용 방열성 수지 조성물은 방열성의 관점에서 열방사율이 O.70이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.75이상, 특히 바람직하게는 0.80이상이다.

LED조명 하우징용의 방열성 수지 조성물은 UL94 규격 V-1이상의 난연성인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 V-0이다.

LED조명 하우징용의 방열성 수지 조성물은 경량화의 관점에서 비중이 2.50[g/㎤]이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2.2O[g/㎤]이하, 특히 바람직하게는 1.9O[g/㎤]이하이다.

LED조명 하우징용 방열성 수지 조성물은 고백색도가 요구되고 있으며 명도(L*)이 85이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 88이상, 특히 바람직하게는 90이상이다.

LED조명 하우징용 방열성 수지 조성물은 안전성의 관점에서 절연성이 요구되고 있으며 부피 고유 저항값이 10¹²이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10¹³이상, 특히 바람직하게는 10¹⁴이상이다.

본 발명의 방열성 수지 조성물에는 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 활제, 산화방지제, 광안정제, 자외선 흡수제, 대전 방지제, 유리섬유, 무기충전재, 착색제 등을 첨가해도 무방하다.

본 발명의 방열성 수지 조성물은 일반적인 용융 혼련장치를 사용하여 얻을 수 있다. 예를 들면 단축 압출기, 맞물림형 동(同)방향 회전 또는 맞물림형 이(異)방향 회전 2축 압출기, 비(非) 또는 불완전 맞물림형 2축 압출기 등의 스크류 압출기 등이 있다.

본 발명의 방열성 수지 조성물을 성형 가공하여 LED조명용 방열성 하우징을 얻는 방법에는 특별히 제한은 없고 공지의 성형 가공 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면 사출성형, 압출 성형, 프레스 성형, 진공 성형, 블로우 성형 등이 있는데 생산성의 관점에서 사출성형이 바람직하다.

<실시예>

이하, 상세한 내용에 대해 실시예를 사용하여 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.

폴리아미드수지(A)는 이하의 것을 사용했다.

A-1: 나일론6, 우베흥산사제, 상품명「1013B」, 비중1.14g/㎤

A-2: 나일론6,6, 도요방적사제, 상품명「T-662」, 비중1.14g/㎤

A-3: 나일론12, 알케마사제, 상품명「AMNOTLD」, 비중1.O1g/㎤

금속수산화물계 난연제(B)는 이하의 것을 사용했다.

B-1: 수산화마그네슘, 고노시마화학공업사제, 상품명「S-4」, 부피 평균 입자지름 0.9㎛, 비중2.40g/㎤

B-2: 수산화알루미늄, 쇼와덴코사제, 상품명「H-42」, 부피 평균 입자지름1.0㎛, 비중2.42g/㎤

폴리테트라플루오로에틸렌수지(C)는 이하의 것을 사용했다.

C-1: 미쓰이듀폰케미컬사제, 상품명「31-JR」, 비중2.1Og/㎤

질화붕소(D)는 이하와 같이 제조한 것을 사용했다.

일본전공사제 오르토붕산(이하, 오르토붕산은 동일 제품을 사용) 60㎏, DSM사제 멜라민(이하, 멜라민은 동일 제품을 사용) 50㎏, Ca화합물로서 시라이시공업사제 탄산칼슘(이하, 탄산칼슘은 동일 제품을 사용) 1㎏을 헨셀믹서로 혼합한 후 항온 항습기 안에서 온도 90℃, 상대습도 85%에서 5시간 유지하여 붕산멜라민을 형성시켰다. 또한 그 후 배치식 분위기로에서 질소 분위기하, 2000℃에서 2시간 소성·결정화하여 흑연화지수(GI) 0.86, 비중 2.27g/㎤의 질화붕소를 얻었다. 그 후 분쇄를 조정함으로써 부피 평균 입자지름 18.0㎛의 D-1을 제조했다.

D-1과 같이 소성·결정화하여 분쇄를 조절함으로써 부피 평균 입자지름 5.0㎛의 D-2를 제조했다.

D-1과 같이 소성·결정화하여 분쇄를 조절함으로써 부피 평균 입자지름 25.0㎛의 D-3을 제조했다.

D-1과 같이 소성·결정화하여 분쇄를 조절함으로써 부피 평균 입자지름 1.0㎛의 D-4를 제조했다.

D-1과 같이 소성·결정화하여 분쇄를 조절함으로써 부피 평균 입자지름 30.0㎛의 D-5를 제조했다.

오르토붕산 70㎏, 멜라민 50㎏, 탄산칼슘 1㎏을 헨셀믹서로 혼합한 후 항온 항습기 중에서 온도 80℃, 상대습도 80%로 2시간 유지하여 붕산멜라민을 형성시켰다. 또한 그 후 배치식 분위기로에서 질소 분위기하, 1750℃에서 2시간 소성·결정화하여 흑연화지수(GI) 3.95, 비중 2.27g/㎤의 질화붕소를 얻었다. 그 후 분쇄를 조정함으로써 부피 평균 입자지름 18.0㎛의 D-6을 제조했다.

쇼와화학케미컬사제 무수오르토붕산(이하, 무수붕산은 동일 제품을 사용) 40㎏, 멜라민 50㎏, 킨세이마텍사제 붕산칼슘 1㎏을 헨셀믹서로 혼합한 후 항온 항습기 중에서 온도90℃, 상대습도 85%로 5시간 유지하여 붕산멜라민을 형성시켰다. 또한 그 후 배치식 분위기로에서 질소 분위기하, 1900℃에서 2시간 소성·결정화하여 흑연화지수(GI) 4.58, 비중 2.27g/㎤의 질화붕소를 얻었다. 그 후 분쇄를 조정함으로써 부피 평균 입자지름 18.0㎛의 D-7을 제조했다.

질화붕소(D)의 부피 평균 입자지름은 호리바제작소사제 레이저 회절 산란식 입도 분포 측정 장치(LA-910)를 사용하여 측정했다.

질화붕소(D)의 흑연화지수(GI)는, 리가쿠사제 분말 X선 회절 장치(GF-2013)에 의해 측정한 X선 회절도의 (100),(101) 및 (102)선의 적분 강도비 즉, 면적비를 사용하여 이하의 식으로부터 구했다.

GI=[면적{(100)+(101)}]÷[면적(102)]

무기산화물 필러(E)는 이하의 것을 사용했다.

E-1: 산화티타늄, 듀폰사제, 상품명「R-103」, 부피 평균 입자지름 0.2㎛, 비중 4.10g/㎤

E-2: 산화티타늄, 테이카사제, 상품명「JR-1000」, 부피 평균 입자지름 1.0㎛, 비중 4.20g/㎤

E-3: 구상 알루미나, 덴키카가쿠공업사제, 상품명「ASFP-20」, 부피 평균 입자지름 0.3㎛, 비중 3.90g/㎤

E-4: 구상 알루미나, 덴키카가쿠공업사제, 상품명「DAW-O3」, 부피 평균 입자지름 3.0㎛, 비중 3.90g/㎤

E-5: 구형 알루미나, 덴키카가쿠공업사제, 상품명「DAW-45」, 부피 평균 입자지름 45.0㎛, 비중 3.90g/㎤

E-6: 용융실리카, 덴키카가쿠공업사제, 상품명「SFP-20M」, 부피 평균 입자지름 0.3㎛, 비중 2.20g/㎤

E-7: 용융실리카, 덴키카가쿠공업사제, 상품명「FB-7SDC」, 부피 평균 입자지름 5.8㎛, 비중 2.20g/㎤

E-8: 산화아연, 사카이화학공업사제, 상품명「1종」, 부피 평균 입자지름 O.6㎛, 비중 5.60g/㎤

E-9: 산화마그네슘, 고노시마 화학공업사제, 상품명「스타마그PSF-WR」, 부피 평균 입자지름 2.0㎛, 비중 3.60g/㎤

금속 알루미늄은 이하의 것을 사용했다.

합금 계통: AI-Mg(5000계), JIS호칭: 5052, 비중2.7Og/㎤

[실시예 1∼32]

표 1∼표 3에 나타낸 배합이 되도록 폴리아미드수지(A), 금속수산화물계 난연제(B) 및 폴리테트라플루오로에틸렌수지(C)를 미쓰이미이케사제 헨셀믹서에 넣고 저속 회전으로 3분간 혼합했다. 그 후 도시바기계사제 2축 압출기(TEM-35B)에 설정 온도260℃, 스크류 회전수200rpm으로 용융 혼련하여 열가소성 수지 조성물(X)의 펠릿을 제작했다. 얻어진 열가소성 수지 조성물(X)의 펠릿100질량부에 대해 표 1∼표 3에 나타낸 배합이 되도록 질화붕소(D) 또는 질화붕소(D)와 무기필러(E)의 혼합물로 이루어진 무기필러(Y)를 배합하고 CTE사제 2축 압출기(HTM-38형)에서 설정 온도 260℃, 스크류 회전수 300rpm으로 용융 혼련하여 방열성 수지 조성물의 펠릿을 제작했다. 이 펠릿을 사용하여 사출성형기에 의해 평가용 시험편과 LED조명 하우징을 제작하고 각종 평가를 하였다. 그 결과를 표 1∼표 3에 나타낸다.

[비교예 1]

금속 알루미늄을 프레스 성형하여 평가용 시험편과 LED조명 하우징을 제작하고 각종 평가를 하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다. 아울러 표 4에서 「>100」은, 온도가 100℃이상이 되어 LED가 열에 의해 파손된 것을 의미한다.

[비교예 2]

폴리아미드수지(A)의 펠릿을 사용하여 사출성형기에 의해 평가용 시험편과 LED조명 하우징을 제작하고 각종 평가를 하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.

[비교예 3∼11]

표 4에 나타낸 배합이 되도록 폴리아미드수지(A), 금속수산화물계 난연제(B) 및 폴리테트라플루오로에틸렌수지(C)를 미쓰이미이케사제 헨셀믹서에 넣어 저속 회전으로 3분간 혼합했다. 그 후 도시바기계사제 2축 압출기(TEM-35B)에서 설정 온도260℃, 스크류 회전수200rpm으로 용융 혼련하여 열가소성 수지 조성물(X)의 펠릿을 제작했다. 얻어진 열가소성 수지 조성물(X)의 펠릿100질량부에 대해 표 4에 나타낸 배합이 되도록 질화붕소(D) 또는 질화붕소(D)와 무기필러(E)의 혼합물로 이루어진 무기필러(Y)를 배합하고 CTE사제 2축 압출기(HTM-38 형)에서 설정 온도 260℃, 스크류 회전수 300rpm로 용융 혼련하여 방열성 수지 조성물의 펠릿을 제작했다. 이 펠릿을 사용하여 사출성형기에 의해 평가용 시험편과 LED조명 하우징을 제작하고 각종 평가를 하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.

[비교예 12]

비교예 12에서는 폴리아미드수지(A) 대신에 PET수지(미쓰비시 엔지니어링 플라스틱사제「NOVADURAN 5505S」)를 사용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법에 의해 평가용 시험편을 제작하고 각종 평가를 하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

[비교예 13]

비교예 13에서는 폴리아미드수지(A) 대신에 폴리카보네이트수지(미쓰비시 엔지니어링 플라스틱사제「NOVAREX7022PJ-LH1」)을 사용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법에 의해 평가용 시험편을 제작하고 각종 평가를 하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

[비교예 14]

비교예 14에서는 금속수산화물계 난연제(B) 대신에 인계 난연제(트리페닐포스페이트)를 사용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법에 의해 평가용 시험편을 제작하고 각종 평가를 하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

[비교예 15]

비교예 15에서는 폴리테트라플루오로에틸렌수지(C) 대신에 아크릴-실리콘 복합고무를 적하 방지제로서 사용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법에 의해 평가용 시험편을 제작하고 각종 평가를 하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

아울러 아크릴-실리콘 복합고무는 폴리오가노실록산라텍스 100부, n-부틸아크릴레이트 37.5부, 알릴메타크릴레이트 2.5부, 메타크릴산메틸 30부로 이루어진 그래프트 공중합체(일본특개소64-79257호 공보의 실시예, 참고예 1에 기재된 방법으로 아크릴로니트릴과 스티렌 대신에 메타크릴산메틸을 사용하여 그래프트 중합한 것)이다.

표 1∼표 5의 결과로부터 본 발명의 방열성 수지 조성물은 열전도율, 열방사율, 부피 고유 저항 및 조도(L*)가 높아 난연성이 우수하고 저비중이고 또한 성형 가공성이 우수하다는 것을 알 수 있다. 그리고 본 발명의 방열성 수지 조성물을 성형 가공한 방열성 하우징은 LED조명용 방열성 하우징으로서 바람직하다는 것을 알 수 있다.

<측정 방법>

각종 평가는 이하의 측정 방법으로 실시했다.

열전도율은 NETZSCH사제 열전도율 측정 장치(LFA447 Nanoflash)를 사용하여 ASTM E 1461에 준거하여 측정하였다. 1.OW/m.K이상을 합격으로 하였다. 열방사율은 교토전자공업사제 방사율계(D and S AERD)를 사용하여 측정하였다. 평가용 시험편은 도시바기계사제 사출성형기(IS50EPN)에 의해 제작한 세로90×가로90×두께2㎜의 사각판(角板)을 사용했다. O.70 이상을 합격으로 하였다.

난연성 시험은 UL94규격에 준거하여 수행하였다. V-1이상을 합격으로 하였다.

비중은 JIS K 7112에 준거하여 측정했다. 2.50g/㎤이하를 합격으로 하였다.

명도(L*)는 일본전색공업사제 측색 색차계(ZE6000)을 사용하여 JIS Z 8729에 준거하여 측정하였다. 85이상을 합격으로 하였다.

부피 고유 저항은 ADVANTEST사제 초고저항계(R8340A)를 사용하여 JIS K 6911에 준거하여 측정하였다. 10¹²이상을 합격으로 하였다.

성형 가공성은, 미쓰비시중공 플라스틱테크놀로지사제 사출성형기(FAN UC ROBOSHOT S-200Oi 50A)를 사용하여 도 1에 도시한 LED조명 하우징을 제작하고 하기와 같이 4단계 평가를 하였다.

4단계 평가

우: 성형성 양호하고 백색의 미려한 성형품이 얻어진다

양: 성형 가능하고 성형 불량 현상은 없지만 필러의 얼룩무늬가 보인다

가: 성형 가능하지만 성형품에 일부 플로우 마크나 색얼룩이 보인다

불가: 성형 불가 또는 성형품에 현저한 외관 불량이 발생한다

방열성 평가는 이하의 방법에 따라 실시했다.

도 1에 도시한 LED조명 하우징(1)과 도 2에 도시한 LED조명 기판 장착 베이스판(2)은 미쓰비시중공 플라스틱테크놀로지사제 사출성형기(FANUC ROBOSHOT S-200Oi 50A)에 의해 제작했다. 도 3에 도시한 바와 같이 방열성 평가 방법은 LED조명 하우징(1)의 내부에 LED조명 기판 장착 베이스판(2)을 장착하고 그 하우징 내부와 베이스판 측면의 틈에 덴키카가쿠공업사제 방열 그리스(GFC-K4)를 도포했다. 베이스판의 상부에는 덴키카가쿠공업사제 열전도 스페이서(3)(FSL-10OB), 파나소닉 전공사제 LED조명 기판(4)(LDA8D-A1/D, LED수:6개, 소비전력:7.6W)의 순서대로 밀착시키고 상부에 투명 커버(6)(폴리카보네이트수지제)를 장착했다. 또 LED조명 기판(4)위의 중심부(이하, LED부의 발열부(7))와 하우징부(8)에 열전대를 장착했다. LED부의 발열부(7)와 하우징부(8)의 온도가 23℃(실온23℃)부터 LED조명을 1000시간 연속 조사시켜 10분, 30분, 1시간, 24시간, 1000시간후의 LED부의 발열부(7)와 하우징부(8)의 온도를 측정하여 방열성을 평가했다. LED부의 발열부(7) 온도가 낮을수록(온도 상승이 낮을수록) LED의 축열을 억제하고, 또한 하우징부(8)의 온도가 낮을수록 대기중으로 열방출되기 때문에 방열성이 우수해진다. 덧붙여, 하우징부(8)의 온도가 낮기 때문에 접촉에 의한 화상 등의 사고를 방지할 수 있게 된다.

<산업상 이용 가능성>

본 발명의 방열성 수지 조성물은 열전도율, 열방사율, 부피 고유 저항 및 명도(L*)가 높고 난연성이 우수하고 저비중이고 또한 성형 가공성이 우수하다. 따라서 본 발명의 방열성 수지 조성물을 성형 가공하여 이루어진 방열성 하우징은 LED조명용 하우징에 적합하게 사용할 수 있다.

1 LED조명 하우징
2 LED조명 기판 장착 베이스판
3 열전도 스페이서
4 LED조명 기판
5 LED
6 투명 커버
7 열전대 장착 위치(LED부의 발열부)
8 열전대 장착 위치(하우징부)

Claims

폴리아미드수지(A) 40∼65질량%, 금속수산화물계 난연제(B) 33.5∼59.8질량%, 및 폴리테트라플루오로에틸렌수지(C) 0.2∼1.5질량%로 이루어진 열가소성 수지 조성물(X) 100질량부에 대해 질화붕소(D) 5∼100질량%와 무기산화물 필러(E) O∼95질량%로 이루어진 무기필러(Y) 5∼2OO질량부를 함유하고, 또한 열전도율이 1.OW/m·K이상인 것을 특징으로 하는 LED조명 하우징용 방열성 수지 조성물.
청구항 1에 있어서, 질화붕소(D)의 레이저 회절 산란법에 의해 측정되는 부피 평균 입자지름이 5∼25㎛인 방열성 수지 조성물.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 질화붕소(D)의 분말 X선 회절법에 의해 측정되는 흑연지수(GI)가 4 이하인 방열성 수지 조성물.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 질화붕소(D) 1O∼9O질량%와 무기산화물 필러(E) 1O∼90질량%로 이루어진 무기필러(Y)인 방열성 수지 조성물.
청구항 4에 있어서, 무기산화물 필러(E)의 레이저 회절 산란법에 의해 측정되는 부피 평균 입자지름이 O.1∼1㎛인 방열성 수지 조성물.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 금속수산화물계 난연제(B)가 수산화마그네슘인 방열성 수지 조성물.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 무기산화물 필러(E)가 산화티타늄인 방열성 수지 조성물.
청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 방열성 수지 조성물을 성형 가공하여 이루어진 LED조명용 방열성 하우징.
청구항 8에 있어서, 사출성형체인 LED조명용 방열성 하우징.