KR101790073B1 - Surface-modified crystalline metal oxide and hybrid material and method for preparing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 암모니아 가스를 이용하여 결정성 금속산화물의 입자 표면을 개질시킴으로써, 표면에 산질화 또는 질화 알루미늄을 형성하여 방열 및 절연 소재로서 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 표면개질된 결정성 금속산화물 및 그를 포함하는 하이브리드 재료, 및 하이브리드 재료의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a surface-modified crystalline metal oxide capable of improving the energy efficiency as a heat-dissipating and insulating material by forming an oxynitride or aluminum nitride on the surface by modifying the surface of the crystalline metal oxide by using ammonia gas, And a method for producing a hybrid material.
Description
본 발명은 표면개질된 결정성 금속산화물 및 그를 포함하는 하이브리드 재료, 및 하이브리드 재료의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 암모니아 가스를 이용하여 결정성 금속산화물의 입자 표면을 개질시킨, 표면개질된 결정성 금속산화물 및 그를 포함하는 하이브리드 재료, 및 하이브리드 재료의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 무기소재 중에 비결정성 산화물로 대표되는 실리카는 표면에 Si-OH 작용기가 있으며, 표면특성이 친수성을 띄고 있어, 수계, 알코올계에서는 친수성끼리 분산이 용이하여 분산에 문제가 없다. 그러나, 유·무기 하이브리드화를 위한 고분자 매트릭스내에서는 무기소재의 친수성 특성으로 인해 분산에 문제가 있을 수 있어, 유기 영역인 고분자 매트릭스와의 혼화성을 높이기 위해 표면개질을 통하여 사용된다. 그러나, 결정성 금속산화물(MeOx)의 경우는 표면에 Me-OH 작용기가 적어서 개질에 어려움이 있는 것으로 알려져 있다.In general, silica represented by an amorphous oxide in an inorganic material has a Si-OH functional group on the surface thereof and has a hydrophilic surface property, so that the hydrophilic nature of the water-based or alcohol-based silica is easily dispersed. However, in the polymer matrix for organic-inorganic hybridization, there may be a problem in dispersion due to the hydrophilic property of the inorganic material, and it is used through surface modification to improve miscibility with the organic matrix polymer matrix. However, in the case of the crystalline metal oxide (MeO x), it is known that the Me-OH functional group is hardly modified on the surface.
무기 소재, 특히 금속 산화물의 표면개질방법은 화학적 표면개질 및 물리적 표면개질로 크게 나눌 수 있다. 화학적 표면개질에는 유기알콕시실란 커플링제가 주로 많이 사용되고, 무기소재 표면에 강한 공유결합과 실란의 종류에 따른 말단의 작용기로 인해 유기소재와의 혼화성을 높일 수 있는 장점이 있다. 물리적 표면개질에는 아민계 계면활성제에 의한 전기적 상호작용을 고분자 매트릭스와 물리적 반응, 스테아릭산을 이용한 물리적 표면개질, 블렌딩에 의한 하이브리드화 후의 유·무기 하이브리드 소재의 물리적 특성을 향상시킬 수 있는 방법들이 있다.The surface modification methods of inorganic materials, especially metal oxides, can be broadly classified into chemical surface modification and physical surface modification. Organic alkoxysilane coupling agent is mainly used for chemical surface modification, and it has an advantage of enhancing compatibility with an organic material due to strong covalent bond on the inorganic material surface and terminal functional group depending on the type of silane. Physical surface modification involves the improvement of the physical properties of organic / inorganic hybrid materials after hybridization by physical modification of the polymer matrix with physical interaction with steric acid, physical blending, and electrical interactions by amine surfactants .
유·무기 복합재료는 각각의 재료들이 가지는 기본적인 물성 외에 단점을 보완하고 장점을 극대화하여 상승효과를 부여하기 위하여 각 재료들을 하이브리드화 한다. 하이브리드화 하는데 있어서 중요한 것 중의 하나는 서로 다른 재료의 표면 극성을 조절하는 것으로, 성분들간의 분산성이 필수적이다. 이를 위해 기질의 표면을 화학적 또는 전기화학적으로 처리하거나 표면코팅 및 커플링제를 처리한 후 하이브리드화하는 연구가 활발히 진행되고 있다.In addition to basic properties of each material, organic / inorganic composites hybridize with each other in order to complement the disadvantages and to maximize the advantages and give synergy. One of the important things in hybridization is to control the surface polarity of different materials, and the dispersibility between the components is essential. To this end, research has been actively carried out to chemically or electrochemically treat the surface of the substrate, or to treat the surface with a coating and a coupling agent, followed by hybridization.
유·무기 하이브리드 재료를 포함하는 코팅제는 모터코일내에 구리선의 절연특성을 향상시키기 위해 유기 바니쉬 코팅제와 절연특성이 우수한 무기소재로서 알루미나 또는 실리카 등을 함유한다. 유·무기 하이브리드 코팅제의 절연특성, 전기적인 내전압 특성과, 구리와 바니쉬 코팅제 간의 밀착특성 및 코팅막의 굴곡강도 등의 물성을 향상시키기 위해서는, 유·무기소재의 혼화성을 높일 수 있는 기술이 필요하다.The coating material containing an organic-inorganic hybrid material contains alumina or silica as an inorganic material having excellent insulating properties with an organic varnish coating agent for improving insulation characteristics of a copper wire in a motor coil. In order to improve the physical properties such as insulation properties of electric / electronic hybrid coatings, electrical withstanding voltage characteristics, adhesion between copper and varnish coating agent and bending strength of coating film, a technique capable of enhancing compatibility of organic and inorganic materials is required .
본 발명은 결정성 금속산화물의 표면을 암모니아 가스로 처리하여 표면개질된 결정성 금속산화물을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a surface-modified crystalline metal oxide by treating the surface of the crystalline metal oxide with an ammonia gas.
또한, 본 발명은 표면개질된 결정성 금속산화물 및 수지를 포함하는 하이브리드 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention also aims to provide a hybrid material comprising a surface-modified crystalline metal oxide and a resin.
또한, 본 발명은 표면개질된 결정성 금속산화물 및 수지를 포함하는 하이브리드 재료의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a method for producing a hybrid material comprising a surface-modified crystalline metal oxide and a resin.
또한, 본 발명은 표면개질된 결정성 금속산화물 및 수지를 포함하는 하이브리드 재료를 포함하는 유·무기 하이브리드 코팅제를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide an organic / inorganic hybrid coating material comprising a hybrid material comprising a surface-modified crystalline metal oxide and a resin.
또한, 본 발명은 표면개질된 결정성 금속산화물 및 수지를 포함하는 하이브리드 재료를 포함하는 유·무기 하이브리드 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is still another object of the present invention to provide an organic / inorganic hybrid film comprising a hybrid material comprising a surface-modified crystalline metal oxide and a resin.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 표면개질된 결정성 금속산화물은 결정성 금속산화물의 표면을 암모니아 가스로 처리하여 표면개질될 수 있다.In order to achieve the above object, the surface-modified crystalline metal oxide according to the present invention can be surface-modified by treating the surface of the crystalline metal oxide with ammonia gas.
상기 결정성 금속산화물은 비결정성 구조인 실리카를 제외한 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 세리아, 망간산화물, BaTiO3, 아연산화물, 철산화물, 및 Y2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The crystalline metal oxide may include at least one of alumina, zirconia, titania, ceria, manganese oxide, BaTiO 3 , zinc oxide, iron oxide, and Y 2 O 3 except silica which is an amorphous structure.
상기 결정성 금속산화물의 입자크기는 10 내지 2000㎚이고, 비표면적은 1 내지 150㎡/g일 수 있다.The crystalline metal oxide may have a particle size of 10 to 2000 nm and a specific surface area of 1 to 150 m < 2 > / g.
상기 암모니아 가스에 의한 처리는 암모니아 가스의 유량을 0.01 내지 20L/min로 하여 수행될 수 있다.The treatment with the ammonia gas may be performed at a flow rate of ammonia gas of 0.01 to 20 L / min.
본 발명에 따른 하이브리드 재료는 표면개질된 결정성 금속산화물 및 수지를 포함할 수 있다.The hybrid material according to the present invention may comprise a surface-modified crystalline metal oxide and a resin.
상기 수지는 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드 및 폴리아믹애시드로부터 선택되는 1종 이상의 수지일 수 있다.The resin may be at least one resin selected from polyamideimide, polyesterimide and polyamic acid.
본 발명에 따른 하이브리드 재료의 제조방법은 다음의 단계들을 포함할 수 있다:The method for producing a hybrid material according to the present invention may comprise the following steps:
결정성 금속산화물을 암모니아 가스로 처리하여 표면을 개질시키는 단계; Treating the crystalline metal oxide with an ammonia gas to modify the surface;
상기 표면개질된 결정성 금속산화물을 수계 또는 알코올계 용매에 분산시켜 금속산화물 분산졸을 제조하는 단계; 및Dispersing the surface-modified crystalline metal oxide in an aqueous or alcohol-based solvent to prepare a metal oxide dispersed sol; And
상기 금속산화물 분산졸에 유기 용매를 첨가한 후, 수지를 첨가하여 금속산화물과 수지를 하이브리드화시키는 단계.Adding an organic solvent to the metal oxide dispersion sol, and then adding a resin to hybridize the metal oxide and the resin.
상기 표면을 개질시키는 단계는, 결정성 금속산화물을 400∼900℃에서 1∼10시간 동안 암모니아 가스로 처리하는 것을 포함할 수 있다.The step of modifying the surface may comprise treating the crystalline metal oxide with ammonia gas at 400 to 900 占 폚 for 1 to 10 hours.
상기 표면을 개질시키는 단계에서, 상기 암모니아 가스의 유량을 0.01 내지 20L/min로 하여 처리될 수 있다.In the step of modifying the surface, the flow rate of the ammonia gas may be adjusted to 0.01 to 20 L / min.
상기 표면개질된 결정성 금속산화물 분산졸을 제조하는 단계는, 표면개질된 결정성 금속산화물과 수계 또는 알코올계 용매를 1:10 내지 1:30의 중량비로 혼합하는 것을 포함할 수 있다.The step of preparing the surface-modified crystalline metal oxide dispersion sol may include mixing the surface-modified crystalline metal oxide and the water-based or alcohol-based solvent at a weight ratio of 1:10 to 1:30.
상기 하이브리드화 단계에서, 상기 유기 용매는 n-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 셀룰솔브류 용매, 글리콜류 용매 및 케톤류 용매로부터 선택되는 1종 이상의 용매일 수 있다.In the hybridization step, the organic solvent may be at least one solvent selected from the group consisting of n-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, cellulosic solvents, glycol solvents and ketone solvents.
상기 하이브리드화 단계에서, 상기 수지는 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드 및 폴리아믹애시드로부터 선택되는 1종 이상의 수지일 수 있다.In the hybridization step, the resin may be at least one resin selected from a polyamideimide, a polyesterimide, and a polyamic acid.
상기 하이브리드화 단계에서, 상기 표면개질된 결정성 금속산화물은 상기 수지 100중량부에 대하여 1∼50중량부로 포함될 수 있다.In the hybridization step, the surface-modified crystalline metal oxide may be included in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the resin.
본 발명에 따른 유·무기 하이브리드 코팅제는 표면개질된 결정성 금속산화물 및 수지를 포함하는 하이브리드 재료를 포함할 수 있다.The organic-inorganic hybrid coating agent according to the present invention may include a hybrid material including a surface-modified crystalline metal oxide and a resin.
본 발명에 따른 유·무기 하이브리드 필름은 표면개질된 결정성 금속산화물 및 수지를 포함하는 하이브리드 재료를 포함할 수 있다.The organic-inorganic hybrid film according to the present invention may include a hybrid material including a surface-modified crystalline metal oxide and a resin.
본 발명에 따른 표면개질된 결정성 금속산화물은 표면개질제로 결정성 금속산화물 입자표면을 개질함으로써 내열성 수지와의 웨팅(wetting)을 증가시킴과 동시에 금속산화물 표면에 존재하는 -OH기를 감소시켜 내전압 특성을 향상시키며, 또한 표면에 형성된 AlON 또는 AlN이 열전도도를 향상시키는 장점이 있다.The surface-modified crystalline metal oxide according to the present invention improves the wetting with the heat resistant resin by modifying the surface of the crystalline metal oxide particle with the surface modifier and simultaneously reduces the -OH group present on the surface of the metal oxide, And AlON or AlN formed on the surface has an advantage of improving the thermal conductivity.
또한, 표면개질된 결정성 금속산화물 및 수지를 포함하는 하이브리드 재료는 코팅제 또는 필름의 재료로서 사용됨으로써 절연특성, 전기적인 내전압 특성, 유·무기 재료 간의 밀착특성, 및 코팅막의 굴곡강도 등을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.Further, the hybrid material including the surface-modified crystalline metal oxide and the resin is used as a coating material or a film material to improve the insulation property, electrical withstand voltage characteristic, adhesion property between organic and inorganic materials, and bending strength of the coating film There are advantages to be able to.
도 1은 본 발명의 제조예 1의 델타 알루미나 입자 및 제조예 2∼4의 표면개질된 알루미나 입자를 측정한 XRD 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제조예 1의 델타 알루미나 입자 및 제조예 2∼4의 표면개질된 알루미나 입자를 측정한 XPS 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제조예 1 및 제조예 4의 알루미나 입자의 분말 접촉각을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 비교예 1 및 실시예 1의 구리 기판에 코팅된 하이브리드 필름을 벤딩(bending) 후, 측정한 광학현미경 사진이다.1 is an XRD graph of the delta alumina particles of Production Example 1 of the present invention and the surface modified alumina particles of Production Examples 2 to 4.
Fig. 2 is an XPS graph of the delta alumina particles of Production Example 1 of the present invention and the surface modified alumina particles of Production Examples 2 to 4; Fig.
3 is a graph showing the contact angles of powder of alumina particles of Production Example 1 and Production Example 4 of the present invention.
4 is an optical microscope photograph of a hybrid film coated on a copper substrate of Comparative Example 1 and Example 1 of the present invention, after bending the hybrid film.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구체예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 구체예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 발명의 구체예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to achieve them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. It is intended that the scope of the invention be defined by the claims and the equivalents thereof.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
이하, 본 발명에 따른 표면개질된 결정성 금속산화물 및 그를 포함하는 하이브리드 재료, 및 하이브리드 재료의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a surface-modified crystalline metal oxide, a hybrid material containing the same, and a method for producing a hybrid material according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 표면개질된 결정성 금속산화물은 결정성 금속산화물의 표면을 암모니아 가스로 처리하여 표면개질될 수 있다.The surface-modified crystalline metal oxide according to the present invention can be surface-modified by treating the surface of the crystalline metal oxide with ammonia gas.
상기 결정성 금속산화물은 비결정성 구조인 실리카를 제외한 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 세리아, 망간산화물, BaTiO3, 아연산화물, 철산화물, 및 Y2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The crystalline metal oxide may include at least one of alumina, zirconia, titania, ceria, manganese oxide, BaTiO 3 , zinc oxide, iron oxide, and Y 2 O 3 except silica which is an amorphous structure.
상기 결정성 금속산화물의 입자크기는 10 내지 2000㎚, 비표면적은 1 내지 150㎡/g일 수 있으며, 이 범위를 벗어나는 경우에는 유·무기 하이브리드화 코팅제 또는 필름으로 적용시 집적률이 낮아지는 문제가 있다.The crystalline metal oxide may have a particle size of 10 to 2000 nm and a specific surface area of 1 to 150
상기 암모니아 가스에 의한 처리는 암모니아 가스의 유량을 0.01 내지 20L/min로 하여 수행할 수 있는데, 암모니아 가스의 유량이 0.01L/min 미만이면 충분한 표면개질이 제대로 이루어지지 않아, 내전압 특성 및 열전도도 향상에 바람직 하지 않고, 20L/min를 초과하면 표면 처리 시 입자의 비산이 발생하여 분말 손실이 발생되고, 표면개질이 입자 내부까지 확산되어 AlON 또는 AlN이 과하게 많이 형성되어 입자들 사이의 응집을 발생시키며, 이로 인하여 결정성 산화물 입자의 분산에 어려움이 발생하여 유·무기 하이브리드 코팅제 또는 필름으로서의 절연 특성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.The treatment with the ammonia gas can be carried out at a flow rate of ammonia gas of 0.01 to 20 L / min. If the flow rate of the ammonia gas is less than 0.01 L / min, sufficient surface modification is not properly performed and the withstand voltage characteristic and the thermal conductivity And when it exceeds 20 L / min, scattering of particles occurs during surface treatment, powder loss occurs, and the surface modification diffuses into the inside of the particles, so that AlON or AlN is excessively formed to cause agglomeration between particles , Which makes it difficult to disperse the crystalline oxide particles, which may deteriorate the insulating properties of the organic / inorganic hybrid coating or film.
상기 표면개질된 결정성 금속산화물은 상기 암모니아 가스 외에도 질소 및 수소를 포함하는 가스(예를 들면, N2-H2 혼합가스) 등을 이용하여 결정성 금속산화물의 표면개질이 가능할 수 있다.The surface-modified crystalline metal oxide may be subjected to surface modification of the crystalline metal oxide by using a gas including nitrogen and hydrogen (for example, N 2 -H 2 mixed gas) in addition to the ammonia gas.
본 발명에 따른 하이브리드 재료는 표면개질된 결정성 금속산화물 및 수지를 포함할 수 있는데, 본 발명에 따른 표면개질된 결정성 금속산화물을 분산시켜 표면개질된 결정성 금속산화물 분산졸을 제조하고, 이를 내열성 수지 또는 이들의 혼합수지에 분산시켜 저장안정성과 코팅성을 갖는 유·무기 하이브리드 재료를 제조할 수 있다.The hybrid material according to the present invention may include a surface-modified crystalline metal oxide and a resin. The surface-modified crystalline metal oxide according to the present invention may be dispersed to prepare a surface-modified crystalline metal oxide dispersion sol, Heat-resistant resin or a mixed resin thereof to prepare an organic-inorganic hybrid material having storage stability and coating property.
상기 수지는 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드 및 폴리아믹애시드로부터 선택되는 1종 이상의 수지일 수 있고, 상기 수지는 평균분자량이 19,000 내지 92,000의 범위에 있는 폴리아미드이미드들을 혼합하여 넓은 분자량 분포를 갖게 하거나, 폴리아미드이미드와 폴리에스테르이미드(또는 폴리아믹애시드)를 블렌드하여 하이브리드 재료의 유연성, 인장강도, 내모성 등을 더욱 향상시킬 수 있다.The resin may be at least one resin selected from the group consisting of polyamideimide, polyesterimide, and polyamic acid, and the resin may have a broad molecular weight distribution by mixing polyamideimides having an average molecular weight in the range of 19,000 to 92,000 , The flexibility, tensile strength, abrasion resistance and the like of the hybrid material can be further improved by blending the polyamideimide and the polyester imide (or polyamic acid).
본 발명에 따른 하이브리드 재료의 제조방법은, A method of producing a hybrid material according to the present invention comprises:
결정성 금속산화물을 암모니아 가스로 처리하여 표면을 개질시키는 단계; Treating the crystalline metal oxide with an ammonia gas to modify the surface;
상기 표면개질된 결정성 금속산화물을 수계 또는 알코올계 용매에 분산시켜 금속산화물 분산졸을 제조하는 단계; 및Dispersing the surface-modified crystalline metal oxide in an aqueous or alcohol-based solvent to prepare a metal oxide dispersed sol; And
상기 금속산화물 분산졸에 유기 용매를 첨가한 후, 수지를 첨가하여 금속산화물과 수지를 하이브리드화시키는 단계를 포함할 수 있다.Adding an organic solvent to the metal oxide dispersion sol, and then adding a resin to hybridize the metal oxide and the resin.
상기 표면을 개질시키는 단계는, 결정성 금속산화물을 400∼900℃에서 1∼10시간 동안 암모니아 가스로 처리하는 것을 포함할 수 있는데, 상기 범위를 벗어나면 충분한 표면 개질이 이루어지지 않거나, 또는 AlN 형성으로 입자의 응집이 심하게 일어나 분산졸 형성이 어렵고, 하이브리드 필름 형성시 결정성 금속 산화물들이 고르게 존재하지 않아 벤딩 시 코팅면이 파손되며, 내전압 및 열전도도가 하락하여 바람직하지 않다.The step of modifying the surface may include treating the crystalline metal oxide with ammonia gas at 400 to 900 占 폚 for 1 to 10 hours. If the surface of the crystalline metal oxide is out of the range, sufficient surface modification is not achieved, or AlN formation , It is difficult to form dispersed sol, and the crystalline metal oxide is not uniformly present in the formation of the hybrid film, so that the coating surface is broken at the time of bending, and the withstand voltage and thermal conductivity decrease, which is not preferable.
상기 표면을 개질시키는 단계에서, 상기 암모니아 가스의 유량을 0.01 내지 20L/min로 하여 처리할 수 있는데, 0.01L/min 미만이면 충분한 표면개질이 제대로 이루어지지 않아, 내전압 특성 및 열전도도 향상이 어려워 바람직하지 않고, 20L/min를 초과하면 표면 처리 시 입자의 비산이 발생하여 분말 손실이 발생되고, 또한 표면개질이 입자 내부까지 확산되어 AlON 또는 AlN이 과하게 많이 형성되어 입자들 사이의 응집을 발생시키며, 이로 인하여 결정성 산화물 입자의 분산에 어려움이 발생하여 유·무기 하이브리드 코팅제 또는 필름으로서의 절연 특성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.In the step of modifying the surface, the flow rate of the ammonia gas may be adjusted to 0.01 to 20 L / min. When the surface is modified, the surface can not be adequately reformed at a rate of less than 0.01 L / min to improve the withstand voltage characteristics and thermal conductivity. If it exceeds 20 L / min, scattering of the particles occurs during the surface treatment and powder loss occurs. Also, the surface modification diffuses into the inside of the particles, and AlON or AlN is excessively formed so that aggregation occurs between the particles, As a result, it is difficult to disperse the crystalline oxide particles and the insulating properties of the organic / inorganic hybrid coating or film may be deteriorated.
상기 표면을 개질시키는 단계에서, 상기 표면개질된 결정성 금속산화물은 상기 암모니아 가스 외에도 질소 및 수소를 포함하는 가스(예를 들면, N2-H2 혼합가스) 등을 이용하여 결정성 금속산화물의 표면개질이 가능할 수 있다.In the step of modifying the surface, the surface-modified crystalline metal oxide may be crystallized by using a gas containing nitrogen and hydrogen (for example, N 2 -H 2 mixed gas) in addition to the ammonia gas, Surface modification may be possible.
상기 표면개질된 결정성 금속산화물 분산졸을 제조하는 단계는, 결정성 금속산화물에 수계 또는 알코올계 용매를 첨가한 후, 밀링하여 결정성 금속산화물 분산졸을 제조하는 단계이다.The step of preparing the surface-modified crystalline metal oxide dispersion sol is a step of adding an aqueous or alcoholic solvent to the crystalline metal oxide and then milling the crystalline metal oxide to prepare a crystalline metal oxide dispersion sol.
상기 밀링은 나노밀, 나노분산밀, 비드밀, 볼밀, 니더기, 플레너터리 믹서 및 초음파 분산기 등을 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 특별히 제한은 없다.The milling may be performed using a nano mill, a nano-dispersed mill, a bead mill, a ball mill, a kneader, a planetary mixer, and an ultrasonic disperser, but there is no particular limitation.
상기 결정성 금속산화물과 상기 수계 또는 알코올계 용매는 1:10 내지 1:30의 중량비로 혼합될 수 있다. 중량비가 1:10 미만의 경우 분산하고자 하는 결정성 금속산화물의 농도가 높아서 분산에 어려움이 있으며, 1:30을 초과하는 경우에는 농도가 묽어서 경제성이 낮은 문제가 있다.The crystalline metal oxide and the aqueous or alcoholic solvent may be mixed in a weight ratio of 1:10 to 1:30. When the weight ratio is less than 1:10, the concentration of the crystalline metal oxide to be dispersed is high, which is difficult to disperse. When the weight ratio is more than 1:30, the concentration is low and the economical efficiency is low.
상기 알코올 용매는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 및 이소프로판올 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The alcohol solvent is not particularly limited, but preferably includes at least one of methanol, ethanol, propanol, and isopropanol.
상기 금속산화물과 수지를 하이브리드화시키는 단계에서, 상기 금속산화물 졸에 첨가되는 유기 용매는, 수지와 상용성이 있는 유기용매로서, n-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 셀룰솔브류 용매, 글리콜류 용매 및 케톤류 용매로부터 선택되는 1종 이상의 용매일 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다.In the step of hybridizing the metal oxide with the resin, the organic solvent added to the metal oxide sol may be an organic solvent having compatibility with the resin, such as n-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, But is not limited to, one or more solvents selected from solvents, glycol solvents, and ketone solvents.
상기 하이브리드화 단계에서, 상기 수지는 내열성과 내마모성, 낮은 유전율 등에서 뛰어난 특성을 갖는 수지로서, 그 구체예로는 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드 및 폴리아믹애시드로부터 선택되는 1종 이상의 수지일 수 있다.In the hybridization step, the resin is a resin having excellent properties in terms of heat resistance, abrasion resistance and low dielectric constant, and specific examples thereof may be at least one resin selected from polyamideimide, polyesterimide and polyamic acid.
상기 하이브리드화 단계에서, 상기 표면개질된 결정성 금속산화물은 상기 수지 100중량부에 대하여 1∼50중량부로 포함되는 것이 바람직한데, 1중량부 미만이면 금속산화물의 함량이 너무 적어 금속산화물이 가지고 있는 우수한 열전도도 특성을 구현하기 어려워 바람직하지 않고, 50중량부를 초과하면 분산졸 제조가 어려워 유·무기 하이브리드 재료로서의 절연 특성이 하락하여 바람직하지 않다.In the hybridization step, the surface-modified crystalline metal oxide is preferably included in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the resin. When the amount of the metal oxide is less than 1 part by weight, It is not preferable because it is difficult to realize excellent thermal conductivity characteristics. If it exceeds 50 parts by weight, it is difficult to produce dispersion sol, and insulation characteristics as an organic / inorganic hybrid material are lowered.
본 발명에 따른 유·무기 하이브리드 코팅제는 본 발명의 표면개질된 금속산화물과 수지를 포함하는 하이브리드 재료를 포함할 수 있다.The organic-inorganic hybrid coating agent according to the present invention may include a hybrid material comprising the surface-modified metal oxide and the resin of the present invention.
본 발명에 따른 유·무기 하이브리드 필름은 본 발명의 표면개질된 금속산화물과 수지를 포함하는 하이브리드 재료를 포함할 수 있다.The organic-inorganic hybrid film according to the present invention may comprise a hybrid material comprising the surface-modified metal oxide and the resin of the present invention.
이하, 본 발명의 구체적인 내용을 하기 실시예를 통하여 상세히 설명하고자 하나 이는 본 발명의 예시목적을 위한 것으로, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples, which should not be construed as limiting the scope of protection defined by the appended claims.
제조예Manufacturing example 1 One
델타 알루미나(㈜Alfa Aesar 제조, 입자크기 40~50㎚m, 비표면적 32~40㎡/g)를 준비하였고, 그 입자를 XRD 및 XPS로 측정하여 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.Delta alumina (particle size: 40 to 50 nm, manufactured by Alfa Aesar, specific surface area: 32 to 40
제조예Manufacturing example 2: 2: 표면개질된Surface modified 델타 알루미나 Delta alumina
델타 알루미나(㈜Alfa Aesar 제조, 입자크기 40~50㎚m, 비표면적 32~40㎡/g)를 400℃에서 암모니아 가스를 1L/min의 유량으로 주입하여 5시간 열처리하여 표면개질된 델타 알루미나를 합성하였으며, 이렇게 하여 얻어진 표면개질된 델타 알루미나의 입자를 XRD 및 XPS로 측정하여 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.Amorphous alumina (manufactured by Alfa Aesar,
제조예Manufacturing example 3: 3: 표면개질된Surface modified 델타 알루미나 Delta alumina
델타 알루미나(㈜Alfa Aesar 제조, 입자크기 40~50㎚, 비표면적 32~40㎡/g)를 600℃에서 암모니아 가스를 1L/min의 유량으로 주입하여 5시간 열처리하여 표면개질된 델타 알루미나를 합성하였으며, 이렇게 하여 얻어진 표면개질된 델타 알루미나의 입자를 XRD 및 XPS로 측정하여 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.Delta alumina (manufactured by Alfa Aesar,
제조예Manufacturing example 4: 4: 표면개질된Surface modified 델타 알루미나 Delta alumina
델타 알루미나(㈜Alfa Aesar 제조, 입자크기 40~50㎚, 비표면적 32~40㎡/g)를 900℃에서 암모니아 가스를 1L/min의 유량으로 주입하여 5시간 열처리하여 표면개질된 델타 알루미나를 합성하였으며, 이렇게 하여 얻어진 표면개질된 델타 알루미나의 입자를 XRD 및 XPS로 측정하여 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.Delta alumina (manufactured by Alfa Aesar,
비교예Comparative Example 1 One
상기 제조예 1의 델타 알루미나 10g에 무수에탄올 200g을 첨가하고, 나노밀을 사용해 밀링 후에 표면개질된 델타 알루미나 분산졸을 제조하였다. 상기 알루미나 분산졸을 유기용매인 n-메틸피롤리돈 315ml를 첨가하여 5분간 교반하고, 이를 감압증류를 통해 수계에서 유기계로 용매를 치환시켰다. 그런 다음, 폴리아미드이미드 100중량부에 대하여 표면개질된 델타 알루미나 분산졸 30중량부를 혼합하고 교반하여 표면개질된 델타 알루미나 분산졸과 폴리아미드이미드가 하이브리드화된 졸용액을 얻었으며, 상기 졸용액의 특성평가를 위하여 동선이 피복된 동판의 표면에 상기 하이브리드 용액을 하기 표 1에 기재된 두께로 코팅하여 90℃에서 1시간, 150℃에서 15분, 220℃에서 5분의 3단계를 거쳐 경화하여 필름을 제조하였고, 상기 필름의 내전압은 표 1에 나타내었고, 열전도도는 표 2에 나타내었다.200 g of anhydrous ethanol was added to 10 g of the delta alumina of Preparation Example 1, and the surface modified alumina dispersion sol was milled after the milling using the nano mill. The alumina dispersed sol was added with 315 ml of n-methyl pyrrolidone as an organic solvent, and the mixture was stirred for 5 minutes, and the organic solvent was replaced with water by distillation under reduced pressure. Then, 30 parts by weight of a surface-modified delta alumina dispersed sol was mixed with 100 parts by weight of polyamideimide and stirred to obtain a sol solution in which a surface-modified delta alumina dispersion sol and a polyamideimide were hybridized. For the evaluation of the characteristics, the hybrid solution was coated on the surface of the copper plate coated with the copper wire to the thickness described in Table 1 below, and cured through three steps of 90 ° C for 1 hour, 150 ° C for 15 minutes and 220 ° C for 5 minutes, The withstand voltage of the film is shown in Table 1, and the thermal conductivity is shown in Table 2.
실시예Example 1 One
상기 제조예 4에서 얻어진 표면개질된 델타 알루미나 10g에 무수에탄올 200g을 첨가하고, 나노밀을 사용해 밀링 후에 표면개질된 델타 알루미나 분산졸을 제조하였다. 상기 알루미나 분산졸을 유기용매인 n-메틸피롤리돈 315ml를 첨가하여 5분간 교반하고, 이를 감압증류를 통해 수계에서 유기계로 용매를 치환시켰다. 그런 다음, 폴리아미드이미드 100중량부에 대하여 표면개질된 델타 알루미나 분산졸 30중량부를 혼합하고 교반하여 표면개질된 델타 알루미나 분산졸과 폴리아미드이미드가 하이브리드화된 졸용액을 얻었으며, 상기 졸용액의 특성평가를 위하여 동선이 피복된 동판의 표면에 상기 하이브리드 용액을 하기 표 1에 기재된 두께로 코팅하여 경화하였다. 경화조건은 90℃에서 1시간, 150℃에서 15분, 220℃에서 5분의 3단계를 거쳤고, 내전압의 결과는 표 1에, 열전도도의 결과는 표 2에 나타내었다.200 g of anhydrous ethanol was added to 10 g of the surface-modified delta alumina obtained in Preparation Example 4, and a surface-modified delta alumina dispersion sol was prepared after milling using a nanomill. The alumina dispersed sol was added with 315 ml of n-methyl pyrrolidone as an organic solvent, and the mixture was stirred for 5 minutes, and the organic solvent was replaced with water by distillation under reduced pressure. Then, 30 parts by weight of a surface-modified delta alumina dispersed sol was mixed with 100 parts by weight of polyamideimide and stirred to obtain a sol solution in which a surface-modified delta alumina dispersion sol and a polyamideimide were hybridized. For the evaluation of the properties, the hybrid solution was coated on the surface of the copper plate coated with copper wire to the thickness shown in Table 1 and cured. The curing conditions were three steps of 90 ° C. for 1 hour, 150 ° C. for 15 minutes and 220 ° C. for 5 minutes. The results of the withstand voltage are shown in Table 1, and the results of thermal conductivity are shown in Table 2.
주) 1) ASTM D 149에 명시된 계단법으로 내전압측정기인 TOS 5101(KIKUSUI)를 이용하여 측정하였으며, 내전압은 두께와 비례하여 증가하므로 두께로 나눈 값을 함께 표기한 것임.Note) 1) It is measured by TOS 5101 (KIKUSUI) withstand voltage measurement method by the step method specified in ASTM D 149, and the withstand voltage increases proportionally with thickness, so it is divided by thickness.
2) 열전도도는 LFA427(Netzsch)를 이용하여 레이저플래쉬법으로 측정하였으며, 열전도도 측정을 위한 샘플은 직경 12.6mm, 두께 약 1mm의 펠렛 형태로 제작하였으며, ASTM E1461에 따라 실시예 및 비교예 복합체 샘플의 두께 방향인 수직 열확산도를 측정하여 열전도도를 구함.2) Thermal conductivity was measured by laser flash method using LFA427 (Netzsch). Samples for thermal conductivity measurement were prepared in the form of pellets having a diameter of 12.6 mm and a thickness of about 1 mm. According to ASTM E1461, Obtain the thermal conductivity by measuring the vertical thermal diffusivity in the thickness direction of the sample.
상기 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 내전압 및 열전도도가 비교예 1의 내전압 및 열전도도 보다 더욱 우수함을 알 수 있는데, 이는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 제조예 4에서 제조된 표면개질된 델타 알루미나에서 산질화 또는 질화 알루미늄 피크가 나타나고 있어, 이로 인하여 폴리아미드이미드와의 웨팅을 증가시킴과 동시에 알루미나 표면에 존재하는 히드록시기를 감소시켜 내전압 특성을 향상시키고, 또한, 표면에 형성된 열전도도가 우수한 산질화 또는 질화 알루미늄이 열전도도 특성을 향상시킴을 알 수 있다.As shown in Tables 1 and 2, the withstand voltage and the thermal conductivity of Example 1 are superior to those of Comparative Example 1, and as shown in Figs. 1 and 2, Modified aluminum delta alumina shows an oxynitride or aluminum nitride peak, thereby increasing the wetting with the polyamideimide and reducing the hydroxyl groups present on the alumina surface to improve the withstand voltage characteristics, It can be seen that oxynitride or aluminum nitride having an excellent thermal conductivity is formed and the thermal conductivity property is improved.
Claims (15)
상기 결정성 금속산화물은 비결정성 구조인 실리카를 제외한 알루미나, 지르코니아, 티타니아, 세리아, 망간산화물, BaTiO3, 아연산화물, 철산화물, 및 Y2O3 중 적어도 하나를 포함하는 표면개질된 결정성 금속산화물.The method according to claim 1,
The crystalline metal oxide is non-crystalline structure, except for the silica-alumina, zirconia, titania, ceria, manganese oxide, BaTiO 3, zinc oxide, iron oxide, and Y 2 O 3 of the surface-modified crystal comprising at least one metallic oxide.
상기 암모니아 가스의 유량을 0.01 내지 20L/min로 하여 처리된 표면개질된 결정성 금속산화물.The method according to claim 1,
And the flow rate of the ammonia gas is set to 0.01 to 20 L / min.
상기 수지는 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드 및 폴리아믹애시드로부터 선택되는 1종 이상의 수지인 하이브리드 재료.6. The method of claim 5,
Wherein the resin is at least one resin selected from polyamideimide, polyesterimide and polyamic acid.
입자크기가 10 내지 2000㎚이고, 비표면적이 1 내지 150㎡/g인 결정성 금속산화물을 400∼900℃에서 1∼10시간 동안 암모니아 가스로 처리하여 표면을 개질시키는 단계;
상기 표면개질된 결정성 금속산화물을 수계 또는 알코올계 용매에 분산시켜 금속산화물 분산졸을 제조하는 단계; 및
상기 금속산화물 분산졸에 유기 용매를 첨가한 후, 수지를 첨가하여 금속산화물과 수지를 하이브리드화시키는 단계.A method of making a hybrid material comprising the steps of:
Treating the crystalline metal oxide having a particle size of 10 to 2000 nm and a specific surface area of 1 to 150 m2 / g with ammonia gas at 400 to 900 占 폚 for 1 to 10 hours to modify the surface;
Dispersing the surface-modified crystalline metal oxide in an aqueous or alcohol-based solvent to prepare a metal oxide dispersed sol; And
Adding an organic solvent to the metal oxide dispersion sol, and then adding a resin to hybridize the metal oxide and the resin.
상기 표면을 개질시키는 단계에서, 상기 암모니아 가스의 유량은 0.01 내지 20L/min인 하이브리드 재료의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein the flow rate of the ammonia gas in the step of modifying the surface is 0.01 to 20 L / min.
상기 표면개질된 결정성 금속산화물 분산졸을 제조하는 단계는, 표면개질된 결정성 금속산화물과 수계 또는 알코올계 용매를 1:10 내지 1:30의 중량비로 혼합하는 것을 포함하는 하이브리드 재료의 제조방법.8. The method of claim 7,
The step of preparing the surface-modified crystalline metal oxide dispersed sol includes a step of mixing the surface-modified crystalline metal oxide and the aqueous or alcoholic solvent at a weight ratio of 1:10 to 1:30 .
상기 하이브리드화 단계에서, 상기 유기 용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 셀룰솔브류 용매, 글리콜류 용매 및 케톤류 용매로부터 선택되는 1종 이상의 용매인 하이브리드 재료의 제조방법.8. The method of claim 7,
In the hybridization step, the organic solvent may be at least one solvent selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, cellulosic solvent, glycol solvents and ketone solvents. Gt;
상기 하이브리드화 단계에서, 상기 수지는 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드 및 폴리아믹애시드로부터 선택되는 1종 이상의 수지인 하이브리드 재료의 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein in the hybridization step, the resin is at least one resin selected from a polyamideimide, a polyesterimide, and a polyamic acid.
상기 하이브리드화 단계에서, 상기 표면개질된 결정성 금속산화물은 상기 수지 100중량부에 대하여 1∼50중량부로 포함되는 하이브리드 재료의 제조방법.8. The method of claim 7,
In the hybridization step, the surface-modified crystalline metal oxide is contained in an amount of 1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the resin.
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