KR101778739B1 - 이방성 열전도 필름, 이를 사용한 적층시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

이방성 열전도 필름, 이를 사용한 적층시트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이방성 열전도 필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 (1) 이무수물과 디아민을 반응시켜 제조된 폴리아믹산을 유기 용매에 혼합하여 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계; (2) 이형 필름의 일면에 상기 폴리아믹산 용액을 코팅하는 단계; (3) 물과 상기 유기 용매의 혼합액에 상기 코팅된 이형 필름을 침지시키고, 경화시키는 단계로서, 상기 혼합액 중의 유기 용매의 농도가 상기 폴리아믹산 용액중의 유기용매의 농도보다 낮은, 단계; 및 (4) 상기 코팅된 이형 필름을 건조시키는 단계를 포함하는 방법으로 다공성 폴리아믹산 필름을 제조함으로써, 수평 방향의 우수한 열전도율을 유지하면서, 수직 방향의 열전도율을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 상기 내부 기공의 크기 및 밀도 등을 제어함으로써 필요에 따라 수직 방향의 열전도율을 제어할 수 있는 이점이 있다.

Description

이방성 열전도 필름, 이를 사용한 적층시트 및 이의 제조방법{ANISOTROPIC THERMALLY CONDUCTIVE FILM, LAMINATE SHEET USING SAME AND METHOD OF PREPARING SAME}
본 발명은 이방성 열전도 필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 (1) 이무수물과 디아민을 반응시켜 제조된 폴리아믹산(PAA)을 유기 용매에 혼합하여 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계; (2) 이형 필름의 일면에 상기 폴리아믹산 용액을 코팅하는 단계; (3) 물과 상기 유기 용매의 혼합액에 상기 코팅된 이형 필름을 침지시키고, 경화시키는 단계로서, 상기 혼합액 중의 유기 용매의 농도가 상기 폴리아믹산 용액중의 유기용매의 농도보다 낮은, 단계; 및 (4) 상기 코팅된 이형 필름을 건조시키는 단계를 포함하는 방법으로 다공성 폴리아믹산 필름을 제조함으로써, 수평 방향의 우수한 열전도율을 유지하면서, 기공의 크기 및 밀도 등을 제어하여 선택적으로 수직 방향의 열전도율도 제어할 수 있는 이방성 열전도 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 전기 전자기기의 고성능화, 경박단소화에 따라 그에 내장된 반도체 부품, 발광 부품 등의 열원에서 발생하는 열을 효과적으로 방출시킬 수 있는 방열 시트에 대한 수요가 꾸준히 증가하고 있다. 상기 열원에 의해 발생한 열의 방출은 전기 전자기기의 신뢰성 및 수명과 밀접한 관련이 있어 중요하며, 이에 따라 효율적으로 열을 방출할 수 있는 다양한 방열 소재들이 개발되어 왔다.
상기 방열 소재로는 방열 패드, 방열 시트 또는 방열 도료 등의 형태가 개발되어 왔으며, 이들은 기존의 방열팬, 방열핀, 히트 파이트 등의 방열기구를 보조하거나 대체하고 있다.
특히, 이 중 방열 시트는 그라파이트 시트, 고분자-세라믹 복합시트, 다층코팅 금속박막시트 등의 형태로 제작되고 있으며, 수평 방향(즉, 면 방향)의 열전도율뿐만 아니라, 수직 방향(즉, 두께 방향)의 열전도율이 우수한 상기 방열 시트가 개발되고 있다.
그러나, 최근 스마트폰과 같이 사용자의 피부에 직접 맞닿는 전자기기의 종류 및 사용 시간이 늘어나고, 이들의 두께가 점점 얇아짐에 따라, 수평 방향의 우수한 열전도율을 유지하면서, 수직 방향의 열전도율을 낮추고자 하는 요구가 증가하고 있다. 실제로, 스마트폰을 장시간 사용하는 경우, 내부 온도가 45℃ 이상 올라가며, 수직 방향으로 열이 전도되어 사용자가 직접 피부로 느끼게 되는 등 문제점이 발생하고 있다.
그러나, 종래의 방열 소재의 경우, 일반적으로 수직 방향의 열전도율을 낮출 경우, 수평 방향의 열전도율도 함께 낮아지는 경향을 나타낼 뿐만 아니라, 얇은 두께를 유지하면서, 필요에 따라 수직 방향의 열전도율을 제어하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 수평(즉, 면 방향) 방향의 우수한 열전도율을 유지하면서, 수직(즉, 두께 방향) 방향의 열전도율을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 기공의 크기 및 밀도 등을 제어함으로써 선택적으로 수직 방향의 열전도율을 제어할 수 있는 이방성 열전도 필름, 이를 사용한 적층시트 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 이무수물과 디아민을 반응시켜 제조된 폴리아믹산(PAA)을 유기 용매에 혼합하여 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계; (2) 이형 필름의 일면에 상기 폴리아믹산 용액을 코팅하는 단계; (3) 물과 상기 유기 용매의 혼합액에 상기 코팅된 이형 필름을 침지시키고, 경화시키는 단계로서, 상기 혼합액 중의 유기 용매의 농도가 상기 폴리아믹산 용액중의 유기용매의 농도보다 낮은, 단계; 및 (4) 상기 코팅된 이형 필름을 건조시키는 단계를 포함하는, 다공성 폴리아믹산 필름의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제조된 다공성 폴리아믹산 필름을 이미드화하는 단계를 포함하는, 다공성 폴리이미드 필름의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제조된 다공성 폴리이미드 필름을 탄화 및 흑연화하는 단계를 포함하는, 다공성 그라파이트 필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 이방성 열전도 필름은 기공을 내부에 포함함으로써, 수평 방향의 우수한 열전도율을 유지하면서, 수직 방향의 열전도율을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 상기 내부 기공의 크기 및 밀도 등을 제어함으로써 필요에 따라 수직 방향의 열전도율을 제어할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다공성 폴리아믹산 필름, 다공성 폴리이미드 필름 및 다공성 그라파이트 필름의 제조방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명은 (1) 이무수물과 디아민을 반응시켜 제조된 폴리아믹산(polyamic acid 또는 PAA)을 유기 용매에 혼합하여 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계; (2) 이형 필름의 일면에 상기 폴리아믹산 용액을 코팅하는 단계; (3) 물과 상기 유기 용매의 혼합액에 상기 코팅된 이형 필름을 침지시키고, 경화시키는 단계로서, 상기 혼합액 중의 유기 용매의 농도가 상기 폴리아믹산 용액중의 유기용매의 농도보다 낮은, 단계; 및 (4) 상기 코팅된 이형 필름을 건조시키는 단계를 포함하는, 다공성 폴리아믹산 필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 다공성 폴리아믹산 필름의 제조방법에 있어서, 상기 (1) 단계는 이무수물과 디아민을 반응시켜 제조된 폴리아믹산을 유기 용매에 혼합하여 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계이다.
상기 (1) 단계에서의 폴리아믹산 중합체는 이무수물과 디아민을 통상의 방법으로 공중합하여 제조될 수 있다. 예를 들어, (i) 방향족 테트라카르복실산 이무수물과 이에 대하여 과소 몰량의 방향족 디아민 화합물을 유기극성용매 중에 반응시켜 양 말단에 산 무수물기를 갖는 프리폴리머를 얻고, 이어서 방향족 테트라카르복실산 이무수물과 방향족 디아민 화합물이 실질적으로 등몰이 되도록 방향족 디아민 화합물을 첨가하여 목적하는 분자량의 폴리아믹산 중합체를 제조하는 방법; 또는 (ii) 방향족 테트라카르복실산 이무수물과 이에 대하여 과잉 몰량의 방향족 디아민 화합물을 유기극성용매 중에 반응시켜 양 말단에 아민기를 갖는 프리폴리머를 얻고, 이어서 방향족 테트라카르복실산 이무수물과 방향족 디아민 화합물이 실질적으로 등몰이 되도록 방향족 테트라카르복실산 이무수물을 첨가하여 목적하는 분자량의 폴리아믹산 중합체를 제조하는 방법에 의해서 상기 폴리아믹산 중합체를 제조할 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에서 사용되는 이무수물은 폴리아믹산 제조에 통상적으로 사용될 수 있는 것이라면 제한 없이 사용 가능하며, 예를 들어, 바이페닐테트라카르복실산 이무수물(3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, BPDA), 파이로멜리트산 이무수물(pyromellitic dianhydride; 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic dianhydride, PMDA), 12-옥소-피토디엔산(12-oxo-phytodienoic acid, OPDA) 등 일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에서 사용되는 디아민은 폴리아믹산 제조에 통상적으로 사용될 수 있는 것이라면 제한 없이 사용 가능하며, 예를 들어, p-페닐렌디아민(para-phenylene diamine, pPDA), 아미노페닐아미노벤족사졸(2-(4-aminophenyl)-5-aminobenzoxazole, APAB), 디이소시아네이트 등 일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에서 사용되는 상기 이무수물과 디아민은 통상적으로 1:0.9 내지 0.9:1 몰비로 사용될 수 있으며, 이무수물과 디아민을 각각 1종 이상씩 사용할 수 있다.
상기 (1) 단계에서의 폴리아믹산 용액의 유기 용매는 폴리아믹산을 용해하는 용매라면 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 용매는 m-크레졸, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO), 아세톤, 디에틸아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 극성 용매를 사용할 수 있다.
상기 폴리아믹산 용액의 유기 용매의 함량은 특별히 한정되지는 않으나, 적절한 폴리아믹산 용액의 분자량과 점도를 얻기 위하여, 전체 폴리아믹산 용액 중 75 내지 99 중량부일 수 있으며, 바람직하게는 80 내지 90 중량부일 수 있다.
본 발명에 따른 다공성 폴리아믹산 필름의 제조방법에 있어서, 상기 (2) 단계는 이형 필름의 일면에 상기 폴리아믹산 용액을 코팅하여 폴리아믹산 코팅층을 형성하는 단계이다.
상기 (2) 단계에서의 이형 필름은 통상적으로 사용되는 이형 필름을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸펜텐, 폴리프로필렌(OPP, CPP), 폴리에틸렌(PE) 또는 이들의 혼합층으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 이형 필름의 두께는 10 내지 400㎛일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 폴리아믹산 코팅층의 두께는 10 내지 400㎛일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 다공성 폴리아믹산 필름의 제조방법에 있어서, 상기 (3) 단계는 물과 상기 유기 용매의 혼합액에 상기 코팅된 이형 필름을 침지시키고, 경화시키는 단계로서, 상기 혼합액 중의 유기 용매의 농도가 상기 폴리아믹산 용액중의 유기용매의 농도보다 낮은, 단계이다.
상기 (3) 단계에서 상기 혼합액 중의 유기 용매의 농도가 상기 폴리아믹산 용액중의 유기 용매의 농도보다 낮으므로, 농도 차이에 의한 확산에 의해 상기 폴리아믹산 코팅층 내의 유기 용매가 상기 혼합액으로 유출되고, 상기 혼합액 중의 물이 상기 폴리아믹산 코팅층 내로 유입된다. 또한, 본 (3) 단계에서는 상기 폴리아믹산 코팅층을 경화시키며, 이때, 폴리아믹산 코팅층의 경화란 이미드화를 의미하는 것이 아니라, 용매를 증발시켜 모폴로지가 변하는 현상을 의미한다.
다시 말해, 코팅된 이형 필름을 침지시키는 경우, 상기 폴리아믹산 코팅층의 표면으로부터 혼합액과의 유기 용매의 농도차에 의한 확산이 이루어진다. 이때, 발생하는 확산은 시각적으로 아지랑이가 발생하는지 여부로 확인할 수 있다. 이와 함께, 폴리아믹산 코팅층의 표면에 전체적으로 기공(hole)이 형성되기 시작하며, 상기 기공으로 혼합액의 물이 유입된다.
상기 혼합액의 유기 용매의 함량은 특별히 한정되지는 않으나, 농도 차에 의해 적절한 확산이 이루어지기 위하여, 전체 혼합액 중 30 내지 75 중량부일 수 있으며, 바람직하게는 40 내지 60 중량부일 수 있다.
상기 (3) 단계에서의 침지는 1번 이상 수행될 수 있으며, 바람직하게는 2번 이상 또는 3번 이상 수행될 수 있다. 또한, 상기 침지가 2번 이상 수행되는 경우, 상기 혼합액의 유기 용매의 함량이 각각 다를 수 있으며, 두 번째 침지 혼합액의 유기 용매 함량이 첫 번째 침지 혼합액의 유기 용매 함량보다 낮은 것이 바람직하다.
예를 들어, 도 1과 같이, 첫 번째 침지가 유기 용매의 함량이 65 내지 75 중량부인 혼합액에서 수행된 경우, 두 번째 침지는 유기 용매의 함량이 40 내지 50 중량부인 혼합액에서 이루어질 수 있다. 더 구체적으로, DMF와 물의 65:35 중량부 내지 75:25 중량부 혼합액에서 5분 내지 10분 동안 25℃의 온도로 침지시킨 후, DMF와 물의 40:60 중량부 내지 50:50 중량부 혼합액에 5분 내지 10분 동안 25℃의 온도로 침지시키고, 물에 5분 내지 10분 동안 25℃의 온도로 침지시킬 수 있다.
본 발명에 따른 다공성 폴리아믹산 필름의 제조방법에 있어서, 상기 (4) 단계는 상기 코팅된 이형 필름을 건조시키는 단계로서, 상기 폴리아믹산 코팅층의 내부에 유입된 물을 증발시켜, 기공을 형성한다. 구체적으로, 상기 건조는 80℃ 내지 120℃의 온도로 열풍 건조 오븐에서 2시간 내지 10시간 동안 수행될 수 있으며, 이후, 상기 이형 필름을 제거하여 다공성 폴리아믹산 필름을 제조할 수 있다.
상기 제조된 폴리아믹산 필름의 내부에 형성된 기공의 평균 입경은 100 내지 500nm일 수 있으며, 바람직하게는 300 내지 400nm일 수 있다. 또한, 상기 폴리아믹산 필름의 내부에 형성된 기공은 전체 폴리아믹산 필름을 기준으로 10 내지 40 부피%일 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 30 부피%일 수 있다. 상기 (3) 단계에서, 상기 혼합액의 유기 용매의 농도 및 침지 유지 시간을 제어함으로써, 폴리아믹산 필름의 내부에 형성된 기공의 크기 및 밀도를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 (1) 이무수물과 디아민을 반응시켜 제조된 폴리아믹산을 유기 용매에 혼합하여 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계; (2) 이형 필름의 일면에 상기 폴리아믹산 용액을 코팅하는 단계; (3) 물과 상기 유기 용매의 혼합액에 상기 코팅된 이형 필름을 침지시키고, 경화시키는 단계로서, 상기 혼합액 중의 유기 용매의 농도가 상기 폴리아믹산 용액중의 유기용매의 농도보다 낮은, 단계; (4) 상기 코팅된 이형 필름을 건조시켜 다공성 폴리아믹산 필름을 제조하는 단계; 및 (5) 상기 제조된 다공성 폴리아믹산 필름을 이미드화하는 단계를 포함하는, 다공성 폴리이미드 필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 다공성 폴리이미드 필름의 제조방법에 있어서, 상기 (5) 단계는 상기 제조된 다공성 폴리아믹산 필름을 이미드화하는 단계이다. 상기 폴리이미드 필름 형성시 적용가능한 이미드화법으로는 열이미드화법, 화학이미드화법, 또는 열이미드화법과 화학이미드화법을 병용하여 적용할 수 있으며, 바람직하게는 열이미드화법이 적용될 수 있다.
상기 열이미드화법을 사용한 경우, 상기 다공성 폴리아믹산 필름을 200 내지 700℃, 바람직하게는 250 내지 500℃에서 1시간 내지 5시간 동안 가열함으로써 다공성 폴리이미드 필름을 얻을 수 있다. 구체적으로, 상기 다공성 폴리아믹산 필름을 200℃ 내지 300℃의 온도로 열풍 건조 오븐에서 2시간 내지 10시간 동안 건조시킨 후, 다시 350℃ 내지 450℃의 온도로 열풍 건조 오븐에서 1시간 내지 5시간 동안 건조시킴으로써, 다공성 폴리이미드 필름을 얻을 수 있다.
상기 제조된 폴리이미드 필름의 내부에 형성된 기공의 평균 입경은 100 내지 500nm일 수 있으며, 바람직하게는 300 내지 400nm일 수 있다. 또한, 상기 폴리이미드 필름의 내부에 형성된 기공은 전체 폴리이미드 필름을 기준으로 2 내지 20 부피%일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 10 부피%일 수 있다. 상기 기공의 크기는 열처리 온도 및 열처리 적용 시간에 따라 제어가 가능하다.
또한, 본 발명은 (1) 이무수물과 디아민을 반응시켜 제조된 폴리아믹산을 유기 용매에 혼합하여 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계; (2) 이형 필름의 일면에 상기 폴리아믹산 용액을 코팅하는 단계; (3) 물과 상기 유기 용매의 혼합액에 상기 코팅된 이형 필름을 침지시키고, 경화시키는 단계로서, 상기 혼합액 중의 유기 용매의 농도가 상기 폴리아믹산 용액중의 유기용매의 농도보다 낮은, 단계; (4) 상기 코팅된 이형 필름을 건조시켜 다공성 폴리아믹산 필름을 제조하는 단계; (5) 상기 제조된 다공성 폴리아믹산 필름을 이미드화하여 다공성 폴리이미드 필름을 제조하는 단계; 및 (6) 상기 제조된 다공성 폴리이미드 필름을 탄화 및 흑연화하는 단계를 포함하는, 다공성 그라파이트 필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 다공성 그라파이트 필름의 제조방법에 있어서, 상기 (6) 단계는 상기 제조된 다공성 폴리이미드 필름을 탄화 및 흑연화하는 단계이다.
상기 탄화 공정에서는, 700 내지 1,500℃, 바람직하게는 800 내지 1,400℃, 보다 바람직하게는 약 1,000℃에서 약 1 내지 10시간 동안 가열함으로써 상기 다공성 폴리이미드 필름을 탄화시켜, 다공성 탄화 필름을 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 제조된 다공성 폴리이미드 필름을 진공 튜브에 넣고 질소 분위기를 유지하며 저항 가열 방식으로 온도를 800 내지 1400℃의 온도로 탄화시킬 수 있다.
이어, 상기 흑연화 공정에서는, 2,000 내지 3,000℃, 바람직하게는 2,500 내지 3,000℃, 보다 바람직하게는 약 2,600℃에서 약 5 내지 20시간 동안 가열함으로써 다공성 탄화 필름을 흑연화하여 다공성 그라파이트 필름을 얻을 수 있다. 구체적으로, 상기 탄화된 다공성 폴리이미드 필름을 흑연화로에 넣고 질소 분위기를 유지하며 유도 가열 방식으로 2500 내지 3000℃의 온도로 5시간 내지 20시간 동안 유지시켜 다공성 그라파이트 필름을 제조할 수 있다.
이후, 후처리 공정을 통해 상기 다공성 그라파이트 필름에 유연성을 부여할 수 있다. 예를 들어, 20 내지 100℃, 바람직하게는 20 내지 50℃에서 롤(roll) 압연기에 의한 압연 공정을 통해 상기 다공성 그라파이트 필름에 유연성을 부여할 수 있다. 구체적으로, 상기 제조된 다공성 그라파이트 필름을 압연롤 회전 수가 1rpm 내지 5rpm인 필름 공급 속도로 공급하면서, 10톤 내지 50톤의 하중이 적용되는 압연 공정을 통해 유연성을 부여할 수 있으며, 상기 압연 공정을 통해 25㎛ 내지 40㎛의 두께를 갖는 다공성 그라파이트 필름을 제조할 수 있다.
상기 제조된 그라파이트 필름의 내부에 형성된 기공의 평균 입경은 100 내지 500nm일 수 있으며, 바람직하게는 100 내지 200nm일 수 있다. 또한, 상기 그라파이트 필름의 내부에 형성된 기공은 전체 그라파이트 필름을 기준으로 2 내지 10 부피%일 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 5 부피%일 수 있다. 상기 기공의 크기는 그라파이트 필름 제조 후 압연 횟수 및 적용 하중에 따라 제어가 가능하다.
또한, 본 발명은 종래의 그라파이트 시트의 일면에 상기 다공성 폴리아믹산 필름이 적층되어 있는 적층 시트를 제공한다. 또한, 본 발명은 종래의 그라파이트 시트의 일면에 상기 다공성 폴리이미드 필름이 적층되어 있는 적층 시트를 제공한다. 또한, 본 발명은 종래의 그라파이트 시트의 일면에 상기 다공성 그라파이트 필름이 적층되어 있는 적층 시트를 제공한다.
또한, 본 발명은 (1) 이무수물과 디아민을 반응시켜 제조된 폴리아믹산을 유기 용매에 혼합하여 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계; (2) 기재 필름의 일면에 상기 폴리아믹산 용액을 코팅하는 단계; (3) 물과 상기 유기 용매의 혼합액에 상기 코팅된 기재 필름을 침지시키고, 경화시키는 단계로서, 상기 혼합액 중의 유기 용매의 농도가 상기 폴리아믹산 용액중의 유기용매의 농도보다 낮은, 단계; 및 (4) 상기 코팅된 기재 필름을 건조시키는 단계를 포함하는, 다공성 폴리아믹산 필름과 기재 필름으로 구성된 적층 시트의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 다공성 폴리아믹산 필름과 기재 필름으로 구성된 적층 시트의 제조방법에 있어서, 상기 기재 필름은 통상적으로 사용되는 기재 필름을 사용할 수 있으며, 폴리이미드 필름 또는 그라파이트 필름일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 적층 시트의 수직 방향 열전도율은 이 5 W/m·K 이하일 수 있으며, 바람직하게는 3 W/m·K 이하, 보다 바람직하게는 2 W/m·K 이하일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 적층 시트를 구비하는 디스플레이 장치를 제공한다.
이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1 - 다공성 폴리아믹산 필름의 제조
<폴리아믹산 용액의 제조 단계>
폴리아믹산 용액은 DMF(dimethylformamide)의 함량이 82 중량%인 에스케이씨코오롱피아이(SKC Kolon PI)사로부터 입수가능한 폴리아믹산 용액(제품명: 폴리이미드 바니쉬(PI Varnish))을 준비하였다.
<코팅 단계>
도포 장치(coating applicator)를 이용하여 PET 이형 필름 상에 상기 폴리아믹산 용액을 300㎛의 두께로 코팅하였다.
<침지 및 경화 단계>
상기 코팅된 PET 이형 필름을 DMF와 물의 약 70:30 중량부 혼합액에서 약 8분 동안 25℃의 온도로 침지시켰다. 그 후, DMF와 물의 약 45:55 중량부 혼합액에 약 8분 동안 25℃의 온도로 침지시키고, 물에 약 8분 동안 25℃의 온도로 침지시켰다. 경화는 상기 침지하는 동안 순차적으로 진행되었다.
<건조 단계>
상기 코팅된 PET 이형 필름을 약 100℃의 온도로 열풍 건조 오븐에서 약 6시간 동안 건조시킨 후, 이형 필름을 제거하여 다공성 폴리아믹산 필름을 제조하였다.
실시예 2 - 다공성 폴리이미드 필름의 제조
<이미드 단계>
상기 제조된 다공성 폴리아믹산 필름을 핀 텐터(Pin Tenter)에 끼워 약 250℃의 온도로 열풍 건조 오븐에서 약 6시간 동안 건조시킨 후, 다시 약 400℃의 온도로 열풍 건조 오븐에서 약 3시간 동안 건조시켜, 다공성 폴리이미드 필름을 제조하였다.
실시예 3 - 다공성 그라파이트 필름의 제조
<탄화 단계>
상기 제조된 다공성 폴리이미드 필름을 진공 튜브에 넣고 질소 분위기를 유지하며 저항 가열 방식으로 온도를 약 1000℃의 온도로 탄화시켰다.
<흑연화 단계>
상기 탄화된 다공성 폴리이미드 필름을 흑연화로에 넣고 질소 분위기를 유지하며 유도 가열 방식으로 약 2600℃의 온도로 약 10시간 동안 유지시켜, 다공성 그라파이트 필름을 제조하였다.
<압연 단계>
상기 제조된 다공성 그라파이트 필름을 10톤 내지 50톤의 하중이 적용되는 압연 공정을 진행하였다. 상기 압연 공정의 필름 공급 속도는 1rpm 내지 5rpm의 압연롤 회전 수를 적용하며, 압연 롤의 온도는 20℃ 내지 50℃를 유지한다. 상기 압연 공정을 통해 25㎛ 내지 40㎛의 두께를 갖는 다공성 그라파이트 필름을 제조하였다.
실험예 - 열전도율(또는 열확산율) 측정
상기 실시예 1 내지 3을 통해 제조된 25㎛, 30㎛ 및 40㎛의 두께를 갖는 다공성 그라파이트 필름의 열전도율을 하기의 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.
* 열전도율 측정 - 네취(Netzsch)사의 LFA-447(모델명)장치를 이용하여 섬광법(Flash Method)으로 측정하였다. 섬광법은 비접촉식 측정방법으로서 시료와의 접촉저항 없이 열확산계수를 측정하고, 단시간에 측정이 가능하며, 시편의 크기를 작게 할 수 있다는 장점이 있다.
구분 그라파이트 필름의 두께(㎛) 수평 방향
열전도율(W/m·K)		 수직 방향
열전도율(W/m·K)
실시예 1 25 560 1.6
실시예 2 30 520 2.6
실시예 3 40 460 4.1
표 1에서 나타나는 바와 같이, 그라파이트 필름 두께가 작을수록 수평 방향의 열전도율은 커지며, 반대로 수직 방향의 열전도율은 작아진다는 점을 알 수 있다. 다시 말해, 그라파이트 필름의 두께에 따른 수평 및 수직 방향의 열전도율은 서로 반비례적인 관계에 있으며, 이는 상기 그라파이트 필름에 이방성 효과가 있다는 점을 나타낸다. 뿐만 아니라, 상기 그라파이트 필름은 수평 방향으로 우수한 열전도율을 유지하면서, 수직 방향의 열전도율이 낮다는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 그라파이트 필름은 내부에 기공을 포함하는 다공성 필름으로서, 내충격성이 우수하므로 충격 흡수가 필요한 경우에도 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (12)

  1. (1) 이무수물과 디아민을 반응시켜 제조된 폴리아믹산(PAA)을 유기 용매에 혼합하여 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계;
    (2) 이형 필름의 일면에 상기 폴리아믹산 용액을 코팅하는 단계;
    (3) 물과 상기 유기 용매의 혼합액에 상기 코팅된 이형 필름을 침지시키고, 경화시키는 단계로서, 상기 혼합액 중의 유기 용매의 농도가 상기 폴리아믹산 용액중의 유기용매의 농도보다 낮아 농도 차이에 의한 확산에 의해 상기 폴리아믹산 코팅층 내의 유기 용매가 상기 혼합액으로 유출되는, 단계; 및
    (4) 상기 코팅된 이형 필름을 건조시키는 단계
    를 포함하는, 다공성 폴리아믹산 필름의 제조방법.
  2. (1) 이무수물과 디아민을 반응시켜 제조된 폴리아믹산을 유기 용매에 혼합하여 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계;
    (2) 이형 필름의 일면에 상기 폴리아믹산 용액을 코팅하는 단계;
    (3) 물과 상기 유기 용매의 혼합액에 상기 코팅된 이형 필름을 침지시키고, 경화시키는 단계로서, 상기 혼합액 중의 유기 용매의 농도가 상기 폴리아믹산 용액중의 유기용매의 농도보다 낮아 농도 차이에 의한 확산에 의해 상기 폴리아믹산 코팅층 내의 유기 용매가 상기 혼합액으로 유출되는, 단계;
    (4) 상기 코팅된 이형 필름을 건조시켜 다공성 폴리아믹산 필름을 제조하는 단계; 및
    (5) 상기 제조된 다공성 폴리아믹산 필름을 이미드화하는 단계
    를 포함하는, 다공성 폴리이미드 필름의 제조방법.
  3. (1) 이무수물과 디아민을 반응시켜 제조된 폴리아믹산을 유기 용매에 혼합하여 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계;
    (2) 이형 필름의 일면에 상기 폴리아믹산 용액을 코팅하는 단계;
    (3) 물과 상기 유기 용매의 혼합액에 상기 코팅된 이형 필름을 침지시키고, 경화시키는 단계로서, 상기 혼합액 중의 유기 용매의 농도가 상기 폴리아믹산 용액중의 유기용매의 농도보다 낮아 농도 차이에 의한 확산에 의해 상기 폴리아믹산 코팅층 내의 유기 용매가 상기 혼합액으로 유출되는, 단계;
    (4) 상기 코팅된 이형 필름을 건조시켜 다공성 폴리아믹산 필름을 제조하는 단계;
    (5) 상기 제조된 다공성 폴리아믹산 필름을 이미드화하여 다공성 폴리이미드 필름을 제조하는 단계; 및
    (6) 상기 제조된 다공성 폴리이미드 필름을 탄화 및 흑연화하는 단계
    를 포함하는, 다공성 그라파이트 필름의 제조방법.
  4. 제 1 항의 방법으로 제조된, 다공성 폴리아믹산 필름.
  5. 제 4 항에 있어서,
    20 내지 30 부피%의 기공을 갖는, 다공성 폴리아믹산 필름.
  6. 제 2 항의 방법으로 제조된, 다공성 폴리이미드 필름.
  7. 제 6 항에 있어서,
    5 내지 10 부피%의 기공을 갖는, 다공성 폴리이미드 필름.
  8. 제 3 항의 방법으로 제조된, 다공성 그라파이트 필름.
  9. 제 8 항에 있어서,
    2 내지 5 부피%의 기공을 갖는, 다공성 그라파이트 필름.
  10. (1) 이무수물과 디아민을 반응시켜 제조된 폴리아믹산을 유기 용매에 혼합하여 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계;
    (2) 기재 필름의 일면에 상기 폴리아믹산 용액을 코팅하는 단계;
    (3) 물과 상기 유기 용매의 혼합액에 상기 코팅된 기재 필름을 침지시키고, 경화시키는 단계로서, 상기 혼합액 중의 유기 용매의 농도가 상기 폴리아믹산 용액중의 유기용매의 농도보다 낮아 농도 차이에 의한 확산에 의해 상기 폴리아믹산 코팅층 내의 유기 용매가 상기 혼합액으로 유출되는, 단계; 및
    (4) 상기 코팅된 기재 필름을 건조시키는 단계
    를 포함하는, 다공성 폴리아믹산 필름과 기재 필름으로 구성된 적층 시트의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기재 필름이 폴리이미드 필름인, 적층 시트의 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 기재 필름이 그라파이트 필름인, 적층 시트의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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