KR101854436B1 - Polymer composite film having enhanced thermal conductivity by using magnetic field and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 질화붕소에 기능성기를 부여하고 강자성(ferromagnetic) 물질과반응을 통한 질화붕소 복합체의 제조, 자기장을 이용한 질화붕소 복합체의 배향을 통한 열전도도가 향상된 고분자 복합필름 및 이의 제조방법에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 질화붕소를 준비하는 질화붕소 준비단계; 상기 질화붕소에 기능성기를 부여하는 질화붕소 기능화 단계; 기능성기가 부여된 질화붕소와 강자성(ferromagnetic) 물질을 반응시켜 강자성 물질이 복합화된 질화붕소를 제조하는 질화붕소 복합체 제조단계; 및 상기 질화붕소 복합체를 고분자 수지에 분산시킨 후 고분자 수지에 자기장을 인가하는 질화붕소 복합체 배향단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도도가 향상된 고분자 복합필름 및 이의 제조방법에 대한 것이다.The present invention relates to a polymer composite film in which a functional group is added to boron nitride and a boron nitride complex is formed through a reaction with a ferromagnetic substance and a thermal conductivity is improved through orientation of a boron nitride complex by using a magnetic field, More specifically, the present invention relates to a method for preparing boron nitride, comprising: preparing boron nitride; A boron nitride functionalization step of imparting a functional group to the boron nitride; A step of preparing a boron nitride complex by reacting boron nitride and ferromagnetic material imparted with a functional group to produce boron nitride complexed with a ferromagnetic material; And a boron nitride complex orientation step of dispersing the boron nitride composite in a polymer resin and applying a magnetic field to the polymer resin, and a method for producing the composite film.

Description

자기장을 이용하여 열전도도가 향상된 고분자 복합 필름 및 이의 제조방법{Polymer composite film having enhanced thermal conductivity by using magnetic field and preparation method thereof}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a polymer composite film having improved thermal conductivity using a magnetic field and a method of manufacturing the same,

본원 발명은 질화붕소에 기능성기를 부여하고 강자성(ferromagnetic) 물질과 반응을 통한 질화붕소 복합체의 제조, 자기장을 이용한 질화붕소 복합체의 배향을 통한 열전도도가 향상된 고분자 복합필름 및 이의 제조방법에 대한 것이다.The present invention relates to a polymer composite film improved in thermal conductivity through preparation of a boron nitride complex by imparting a functional group to boron nitride and reacting with a ferromagnetic substance, orientation of a boron nitride complex by using a magnetic field, and a manufacturing method thereof.

보다 구체적으로는 질화붕소를 준비하는 질화붕소 준비단계; 상기 질화붕소에 기능성기를 부여하는 질화붕소 기능화 단계; 기능성기가 부여된 질화붕소와 강자성(ferromagnetic) 물질을 반응시켜 강자성 물질이 복합화된 질화붕소를 제조하는 질화붕소 복합체 제조단계; 및 상기 질화붕소 복합체를 고분자 수지에 분산시킨 후 고분자 수지에 자기장을 인가하는 질화붕소 복합체 배향단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도도가 향상된 고분자 복합필름 및 이의 제조방법에 대한 것이다.More specifically, the present invention relates to a method for preparing boron nitride, comprising: preparing boron nitride; A boron nitride functionalization step of imparting a functional group to the boron nitride; A step of preparing a boron nitride complex by reacting boron nitride and ferromagnetic material imparted with a functional group to produce boron nitride complexed with a ferromagnetic material; And a boron nitride complex orientation step of dispersing the boron nitride composite in a polymer resin and applying a magnetic field to the polymer resin, and a method for producing the composite film.

최근 스마트폰, 컴퓨터 등의 전자기기가 소형화되고 가벼워짐에 따라 반도체 패키지의 고밀도 패키징과 직접회로에서 소자의 고집적화 및 고속화 등이 요구되고 있다. 이에 따라, 각종 전자 부품에서 발생 되는 열을 외부로 방출하여 열에 의한 부품 손상을 방지하는 것으로 방열판 또는 방열시트에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 자동차의 경량화에 따라 많은 플라스틱 부품들이 자동차 실내뿐 아니라 엔진 룸 등 매우 높은 온도 환경에 노출되고 있다. 이러한 추세는 자동차용 소재에서도 고온에서 방열특성을 가지는 고분자 복합체의 요구가 증가하고 있다.In recent years, electronic devices such as smart phones and computers have become smaller and lighter, requiring high-density packaging of semiconductor packages and high integration and speeding up of devices in integrated circuits. Accordingly, heat generated from various electronic components is discharged to the outside to prevent damage to the component due to heat, so that research on a heat radiating plate or a heat radiating sheet has been actively conducted. In addition, due to the weight reduction of automobiles, many plastic parts are exposed to extremely high temperature environments such as an automobile interior and an engine room. This tendency is increasing the demand for polymer composites having heat radiation properties at high temperature in automobile materials.

종래에 사용되는 방열판으로는 열전도성이 좋은 금속의 예를 들면, 알루미늄과 같은 방열판이 사용된다. 하지만 방열판 소재로 금속을 사용하게 되면 낮은 성형성, 생산성 및 부품 디자인의 한계가 있어 이를 대체할 수 있는 물질에 대한 연구가 진행되고 있다.As a conventional heat sink, a heat-dissipating plate such as aluminum, for example, of a metal having good thermal conductivity is used. However, when metal is used as a heat sink material, there are limitations on low formability, productivity and part design, and research is being conducted to replace this material.

또한, 방열시트는 발광다이오드(LED) 또는 전지 및 인쇄회로기판(PCB) 등의 열을 발생시키는 부품이나 제품에 부착되어 높은 방열 효과를 내는 제품으로 현재 방열시트의 소재로서 열전도성 고분자가 개발되어있다.In addition, the heat-radiating sheet is attached to a part or product that generates heat such as a light-emitting diode (LED) or a battery and a printed circuit board (PCB), and has a high heat radiation effect. Currently, a thermally conductive polymer have.

상기 열전도성 고분자는 열 저항체인 고분자에 높은 열전도도를 가지는 열전도성 필러를 첨가시킴으로써 제조된다. 또한, 상기 열전도성 고분자 소재의 개발은 사출성형이 가능하고 적정 수준의 물성을 확보하기 위하여 최소의 열전도성 필러 함량으로 최적의 열전도도를 얻기 위한 방향으로 진행되고 있다.The thermally conductive polymer is prepared by adding a thermally conductive filler having a high thermal conductivity to a polymer which is a heat resistor. In addition, the development of the thermally conductive polymer material has been proceeded in order to obtain an optimal thermal conductivity with a minimum thermally conductive filler content in order to enable injection molding and ensure appropriate physical properties.

일반적으로 고분자 기반 방열소재는 열전도성이 높은 세라믹 혹은 탄소계 필러를 매트릭스인 고분자 물질과 복합화하는 것으로 구성된다. 고분자 복합재료의 구성에서 세라믹 또는 탄소계 필러 물질은 열전도성이 우수하나 고분자 매트릭스에 분산하기 매우 어렵고, 고분자 매트릭스는 가공성이 우수하나 열전도성은 낮아 서로의 단점을 보완할 수 있기 때문에 사용된다. 그러나 열전도성이 높은 고분자 복합재료를 위해서는 다량의 필러가 들어가게 되어 기계적 물성저하, 고가의 비용, 취약한 가공성과 같은 문제점이 발생한다. Generally, a polymer-based heat-dissipating material is composed of a ceramic or a carbon-based filler that is highly thermally conductive, and a matrix material. In the composition of polymer composite, ceramic or carbon-based filler material is excellent in thermal conductivity, but it is very difficult to disperse in polymer matrix and polymer matrix is used because it has excellent processability but low thermal conductivity and can complement each other's disadvantages. However, in the case of a polymer composite material having high thermal conductivity, a large amount of filler is contained therein, resulting in problems such as deterioration of mechanical properties, costly cost, and poor processability.

한편, 탄소계 필러의 경우는 열전도성의 향상과 동시에 전기전도성 또한 향상되는 결과를 보이므로 전기 절연성과 높은 열전도성이 필요한 분야에 적용의 곤란함이 있다. 또한, 세라믹계 필러의 경우 매트릭스 내에 분산시 향상된 열전도성을 부여할 수는 있지만 대부분의 경우는 열전도성의 방향성을 부여하기는 곤란하고 특히 분산되는 매트릭스가 시트(sheet) 또는 필름(film)의 형상의 경우 현재까지 개발된 기술은 시트 또는 필름의 면적 방향으로 열전도성을 부여하기 위한 것이 대부분으로 두께 방향으로의 열전도성 향상을 시키는 열전도성의 이방성 부여에 대한 효과적인 기술은 개발되지 못하고 있는 것이 현실이다.On the other hand, in the case of the carbon-based filler, the improvement of the thermal conductivity and the improvement of the electric conductivity are also shown, so that it is difficult to apply the carbon-based filler to fields requiring electrical insulation and high thermal conductivity. In the case of the ceramic filler, it is possible to impart improved thermal conductivity during dispersion in the matrix. In most cases, however, it is difficult to impart thermally conductive orientation, and in particular, when the dispersed matrix is in the form of a sheet or film The technology developed so far is for imparting thermal conductivity in the direction of the area of the sheet or the film, and an effective technique for imparting thermal conductivity anisotropy which improves the thermal conductivity in the thickness direction has not been developed.

일본 공개특허 공보 JP2012-169599A.Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-169599A.

ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 7633-7640.ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 7633-7640. Chem, Mater. 2013, 25, 3315-3319.Chem, Mater. 2013, 25, 3315-3319.

본원 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 개발된 것으로, 열전도성을 부여하기 위하여 첨가하는 열전도성 필러의 수지 매트릭스 내에 효과적인 배향을 통하여 열전도도가 향상된 고분자 복합필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a polymer composite film improved in thermal conductivity through effective orientation in a resin matrix of a thermally conductive filler added for imparting thermal conductivity.

또한, 본원 발명에서는 열전도성 필러의 표면개질 기술을 제공하고자 한다. 구체적으로 본원 발명에서는 열전도성 필러로 질화붕소(boron nitride, BN)를 사용하여 질화붕소의 표면개질을 통하여 강자성(ferromagnetic) 물질과의 효과적인 복합화 기술을 제공하고자 한다.The present invention also provides a surface modification technique for a thermally conductive filler. Specifically, in the present invention, it is desired to provide a technique of effectively combining boron nitride (BN) with a ferromagnetic material through surface modification of boron nitride by using a thermally conductive filler as boron nitride (BN).

또한, 본원 발명에서는 강자성 물질이 복합화된 질화붕소를 고분자 수지 매트릭스에 효과적인 분산 방법을 제공하고자 한다.The present invention also provides a method for effectively dispersing boron nitride complexed with a ferromagnetic substance into a matrix of a polymeric resin.

또한, 본원 발명에서는 강자성 물질이 복합화된 질화붕소를 고분자 수지 매트릭스에 자기장을 이용하여 배향하는 방법을 제공하고자 한다.The present invention also provides a method for orienting a boron nitride complexed with a ferromagnetic substance to a polymeric resin matrix using a magnetic field.

또한, 본원 발명에서는 강자성 물질이 복합화된 질화붕소를 고분자 수지 매트리스에 효과적인 배향을 통하여 두께 방향으로의 열전도도가 향상된 고분자 복합필름 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.Also, the present invention provides a polymer composite film in which the thermal conductivity in the thickness direction is improved through effective orientation of boron nitride complexed with a ferromagnetic substance to a polymeric resin mattress, and a method for manufacturing the same.

본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 질화붕소를 준비하는 질화붕소 준비단계; 상기 질화붕소에 기능성기를 부여하는 질화붕소 기능화 단계; 기능성기가 부여된 질화붕소와 강자성(ferromagnetic) 물질을 반응시켜 강자성 물질이 복합화된 질화붕소를 제조하는 질화붕소 복합체 제조단계; 및 상기 질화붕소 복합체를 고분자 수지에 분산시킨 후 고분자 수지에 자기장을 인가하는 질화붕소 복합체 배향단계를 포함하는 열전도도가 향상된 고분자 복합필름의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for preparing boron nitride, comprising: preparing boron nitride; A boron nitride functionalization step of imparting a functional group to the boron nitride; A step of preparing a boron nitride complex by reacting boron nitride and ferromagnetic material imparted with a functional group to produce boron nitride complexed with a ferromagnetic material; And a boron nitride complex orientation step of dispersing the boron nitride composite in a polymer resin and applying a magnetic field to the polymer resin. The present invention also provides a method for producing a polymer composite film having improved thermal conductivity.

또한, 본원 발명에서는 고분자 수지 70 내지 97 중량%; 기능성기가 부여된 질화붕소의 표면에 강자성(ferromagnetic) 물질이 복합화된 질화붕소 복합체 3 내지 30 중량%를 포함하는 열전도도가 향상된 고분자 복합필름을 제공한다.In the present invention, 70 to 97% by weight of the polymer resin; And 3 to 30% by weight of a boron nitride complex having a ferromagnetic material compounded on the surface of the boron nitride to which the functional group is imparted.

본원 발명에서 제공하는 열전도성 필러의 표면개질 기술은 제조된 강자성 물질이 복합화된 필러가 자기장 내에서 효과적인 배향이 가능하도록 하여 복합소재 개발 시 열전도성 무기 입자의 배향을 통하여 낮은 충진율로도 기존의 열전도성 필러가 고충진된 고분자 복합체 대비 방열 성능을 향상시킬 수 있으며, 재료의 경량화 및 원가 절감의 효과로 인해 전자부품산업 및 반도체 산업 등에 사용되는 방열기판, 방열시트 등의 제조에 유용한 다양한 필러의 개질 및 제조기술에 활용할 수 있다.The surface modification technique of the thermally conductive filler provided by the present invention enables the filler having the complexed ferromagnetic material to have an effective orientation in the magnetic field, so that the orientation of the thermally conductive inorganic particles at the time of development of the composite material, It is possible to improve the heat dissipation performance compared with the highly polymerized complex of the city filler, and it is possible to reduce the weight of the material and reduce the cost, so that the various fillers that are useful in the production of the heat radiator plate and the heat radiation sheet used in the electronic parts industry and the semiconductor industry And manufacturing techniques.

또한, 본원 발명에서 제공하는 열전도도가 향상된 고분자 복합필름 및 이의 제조방법은 열전도성은 우수하지만 전기전도성이 낮은 질화붕소 소재 중 시트(sheet) 또는 플레이트(plate) 형상을 이용하여 기능화 및 강자성 물질과 복합화를 통하여 자기장에 대하여 보다 효과적으로 배향할 수 있도록 하고, 이를 고내열성 고분자인 폴리이미드 수지 매트릭스 내에 효과적인 분산 및 배향을 통하여 전기전도성은 낮고, 고내열성을 가지며 우수한 열전도성을 통한 방열성이 개선된 고분자 복합필름을 제공할 수 있고, 특히 두께 방향으로 향상된 열전도성 및 전기 절연성을 이용하여 방열기판 및 방열시트에 활용성이 우수한 장점이 있다.In addition, the polymer composite film having improved thermal conductivity and the method for manufacturing the same provided by the present invention have excellent heat conductivity, but are functionalized using a sheet or plate shape among the boron nitride materials having low electrical conductivity, A polymer composite film having low electrical conductivity and high heat resistance and improved heat dissipation through excellent thermal conductivity through effective dispersion and orientation in a polyimide resin matrix which is a high heat resistant polymer. In particular, the heat radiating plate and the heat radiating sheet are advantageously used because they have improved thermal conductivity and electrical insulation in the thickness direction.

특히, 열전도성은 우수하지만 전기전도성이 낮은 질화붕소 소재 중 시트(sheet) 또는 플레이트(plate) 형상을 이용하여 기능화 및 강자성 물질과 복합화를 통하여 자기장 내 배열을 통하여 효과적인 네트워크를 형성함으로써 포논의 이동통로를 많게 하여 열전도도의 향상효과가 매우 큰 장점이 있다.Particularly, a boron nitride material having excellent thermal conductivity but low electric conductivity is functionalized by using a sheet or plate shape, and by forming an effective network through arrangement in a magnetic field through compounding with a ferromagnetic material, The effect of improving the thermal conductivity is very large.

도 1은 본원 발명의 일 구현예에 따른 표면처리 전의 질화붕소(a, b)와 표면처리 후 강자성 물질인 산화철이 복합화된 질화붕소(c, d)의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 2는 본원 발명의 일 구현예에 따른 표면처리 후 강자성 물질인 산화철이 복합화된 질화붕소의 X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)에 의한 분석결과이다.
도 3은 본원 발명의 일 구현예에 따른 표면처리 후 강자성 물질인 산화철이 복합화된 질화붕소의 X선회절(X-ray diffraction) 분석결과이다.
도 4는 본원 발명의 일 구현예에 따른 표면처리 후 강자성 물질인 산화철이 복합화된 질화붕소의 제조시 산화철 입자의 양에 따른 자기장에 대한 이력현상(hysteresis)곡선을 나타낸 것이다.
도 5는 본원 발명의 일 구현예에 따른 표면처리 후 강자성 물질인 산화철이 복합화된 질화붕소의 자기장에 대한 응답을 보여주는 사진이다.
도 6은 본원 발명의 일 구현예에 따른 표면처리 후 강자성 물질인 산화철이 복합화된 질화붕소의 유도결합플라즈마(inductively coupled plasma)를 통한 분석결과이다.
도 7은 본원 발명의 일 구현예에 따른 상온, 50 ℃, 100 ℃, 130 ℃ 각각의 온도에서 환류 정제 후 겉보기 이미지이다.
도 8은 본원 발명의 일 구현예에 따른 상온, 50 ℃, 100 ℃, 130 ℃ 각각의 온도에서 환류 정제 후 표면 SEM 이미지이다.
도 9는 본원 발명의 일 구현예에 따른 실시예와 비교예에 따른 고분자 복합필름의 파단면을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 10은 본원 발명의 일 구현예에 따른 실시예와 비교예에 따른 고분자 복합필름 내의 열전도성 필러들의 방향성을 나타낸 모식도이다.1 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of boron nitride (c, d) in which boron nitride (a, b) before surface treatment and iron oxide, which is a ferromagnetic material after surface treatment, according to an embodiment of the present invention are combined.
FIG. 2 is a result of X-ray photoelectron spectroscopy analysis of boron nitride complexed with iron oxide, which is a ferromagnetic material after surface treatment according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an X-ray diffraction analysis result of boron nitride complexed with iron oxide, which is a ferromagnetic substance after surface treatment according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a hysteresis curve for a magnetic field according to an amount of iron oxide particles in the production of boron nitride having a complex iron oxide, which is a ferromagnetic material after surface treatment according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph showing a response to a magnetic field of boron nitride to which iron oxide, which is a ferromagnetic material after surface treatment according to an embodiment of the present invention, is combined.
FIG. 6 is a result of an inductively coupled plasma analysis of boron nitride complexed with iron oxide, which is a ferromagnetic material after surface treatment according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an apparent image after reflux purification at room temperature, 50 ° C., 100 ° C., and 130 ° C. according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a SEM image of the surface after reflux purification at room temperature, 50.degree. C., 100.degree. C., and 130.degree. C. according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a fracture surface of a polymer composite film according to an embodiment and a comparative example according to an embodiment of the present invention.
10 is a schematic view showing the orientation of thermally conductive fillers in a polymer composite film according to an embodiment and a comparative example according to an embodiment of the present invention.

이하, 본원 발명에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본원 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 명세서의 전반에 걸쳐 사용되는 용어인 “강자성(ferromagnetic) 물질”은 원자들의 배열이 매우 규칙적이어서 스스로 자화될 수 있는 물질 또는 외부 자기장을 가한 후 이를 제거한 후에도 외부 자기장에 의한 자화 상태를 계속 유지할 수 있는 물질을 의미하는 것으로 일반적으로 강자성 물질은 비교적 대자율이 크고 자기이력과 잔류자성이 크며 강자성(ferromagnetism)은 자기모멘트(스핀)의 배열 상태에 따라 페로자성, 페리자성, 반강자성으로 세분될 수 있고, 이러한 강자성(ferromagnetic) 물질의 대표적인 예로는 철, 코발트, 니켈 등이 있다.As used throughout this specification, the term " ferromagnetic material " means that the arrangement of the atoms is very regular so that the magnetization state by the external magnetic field can be maintained even after removing the self- In general, ferromagnetic materials have a relatively large magnetic field, large magnetic hysteresis and residual magnetism, and ferromagnetism can be subdivided into ferromagnetic, ferrimagnetic, and antiferromagnet depending on the arrangement of magnetic moments (spin). Typical examples of such ferromagnetic materials include iron, cobalt, and nickel.

또한, 본 명세서의 전반에 걸쳐 사용되는 용어인 “자성유체(magnetic fluid, ferro fluid, ferromagnetic fluid)”는 초미립의 강자성 미립자를 물, 에스테류, 에테르류, 불화탄소 등의 액체 중에 분산시킨 현탁액으로, 통상의 원심력이나 자장하에서도 고액분리가 일어나지 않고 겉보기에 액체 자신이 자성을 갖는 것처럼 거동하는 자성콜로이드를 의미한다. 자성유체는 강자성 미립자를 분산상으로 한 입자콜로이드이므로 그 제작법은 기본적으로 (1) 강자성체의 거시적 미립자를 콜로이드 크기까지 작게 하는 방법과 (2) 원자 또는 이온을 응축시켜 강자성 미립자 콜로이드를 얻는 방법으로 제조될 수 있다. 앞에 속하는 방법으로는 습식분쇄법, 스파크이로전(spark erosion)법을 사용할 수 있다. 후자로는 공침법, 금속카르보닐의 열분해법, 또는 광분해법, 진공증착법, 전해석출법 등을 사용할 수 있고, 이들 중에서 습식분쇄법과 공침법은 Fe3O4등의 산화물 자성유체의 제작을 위해서 개발된 방법이며, 특히 후자는 널리 사용되고 있다. 기타 방법은 금속자성유체를 제작하는 방법 등을 사용할 수 있다.The term " magnetic fluid (ferrofluid) ", as used throughout this specification, refers to a suspension in which ultrafine ferromagnetic fine particles are dispersed in a liquid such as water, ester, ether, Means a magnetic colloid that behaves as though the liquid itself has magnetic properties without causing solid-liquid separation even under normal centrifugal force or magnetic field. Since the magnetic fluid is a particle colloid in which the ferromagnetic fine particles are dispersed, the production method is basically (1) a method of reducing macroscopic fine particles of a ferromagnetic substance to a colloidal size and (2) a method of condensing atoms or ions to obtain a ferromagnetic fine particle colloid . The prior methods include wet milling and spark erosion. As the latter, a coprecipitation method, a thermal decomposition method of a metal carbonyl, a photochemical decomposition method, a vacuum deposition method, an electrolytic deposition method and the like can be used. Among them, the wet pulverization method and coprecipitation method are used for producing an oxide magnetic fluid such as Fe 3 O 4 And the latter is widely used. Other methods include a method of manufacturing a metal magnetic fluid or the like.

본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 질화붕소(boron nitride, BN)를 준비하는 질화붕소 준비단계; 상기 질화붕소에 기능성기를 부여하는 질화붕소 기능화 단계; 기능성기가 부여된 질화붕소와 강자성(ferromagnetic) 물질을 반응시켜 강자성 물질이 복합화된 질화붕소를 제조하는 질화붕소 복합체 제조단계; 및 상기 질화붕소 복합체를 고분자 수지에 분산시킨 후 고분자 수지에 자기장을 인가하는 질화붕소 복합체 배향단계를 포함하는 열전도도가 향상된 고분자 복합필름의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method for preparing boron nitride (BN), comprising: preparing boron nitride; A boron nitride functionalization step of imparting a functional group to the boron nitride; A step of preparing a boron nitride complex by reacting boron nitride and ferromagnetic material imparted with a functional group to produce boron nitride complexed with a ferromagnetic material; And a boron nitride complex orientation step of dispersing the boron nitride composite in a polymer resin and applying a magnetic field to the polymer resin. The present invention also provides a method for producing a polymer composite film having improved thermal conductivity.

본원 발명에 따른 열전도도가 향상된 고분자 복합필름의 제조방법에 있어서, 상기 질화붕소(boron nitride, BN)는 시트(sheet) 또는 플레이트(plate) 형상인 것이 바람직하다. 일반적으로 질화붕소는 무정형의 분말상, 바늘 모양의 섬유상이거나 시트(sheet) 또는 플레이트(plate)의 판상형일 수 있으나, 본원 발명과 같이 고분자 수지의 필름 매트릭스 내에 분산되고 배향에 의하여 열전도성의 이방성이 필요한 용도에 적용하는 경우에는 입자 간의 접촉율을 향상시킬 수 있는 판상형이 더욱 바람직하다.In the method for producing a polymer composite film having improved thermal conductivity according to the present invention, the boron nitride (BN) is preferably in the form of a sheet or a plate. In general, boron nitride may be in the form of an amorphous powder, a needle-like fibrous form, or a sheet or a plate-like plate. However, the boron nitride may be dispersed in a film matrix of a polymer resin as in the present invention and is required to have heat conductivity anisotropy It is more preferable to use a plate-like shape capable of improving the contact ratio between particles.

본원 발명에 따른 열전도도가 향상된 고분자 복합필름의 제조방법에 있어서, 상기 질화붕소 기능화 단계는 질화붕소를 수산화나트륨 수용액을 이용하여 질화붕소의 표면에 수산화기(-OH)을 도입하는 것일 수 있다. In the method for producing a polymer composite film having improved thermal conductivity according to the present invention, the boron nitride functionalization step may include introducing a hydroxyl group (-OH) onto the surface of boron nitride using an aqueous solution of sodium hydroxide with boron nitride.

본원 발명에 있어서 질화붕소를 기능화 단계가 필요한 것은 먼저, 다층의 적층구조를 가지는 질화붕소를 시트(sheet) 또는 플레이트(plate)의 판상으로 분리하여 분산액 내에 고른 분산을 유도하고, 둘째로 질화붕소 복합체 제조단계에 있어서 보다 많은 양의 강자성 물질을 표면에 흡착 또는 부착하기 위한 목적으로 이때 기능화 방법으로는 산성기 또는 염기성기 등 다양한 기능성기를 부여하는 방법을 고려할 수 있으나, 이후 부착되는 강자성 물질의 산화 또는 환원반응 등에 의하여 강자성에 영향을 주지 않는 중성의 수산화기(-OH)를 도입하는 것이 가장 바람직하고, 이러한 수산화기를 부여하기 위해서는 강염기인 수산화나트륨 수용액을 사용하여 질화붕소의 표면에 수산화기를 도입하고, 이후 이를 수소이온 농도지수(pH)가 7이 될 때 까지 정제수로 세척하는 것이 바람직하나, 필요에 따라 산성 용액으로 중화를 진행할 수도 있다. In the present invention, boron nitride is required to be functionalized by first separating boron nitride having a multilayered structure into a sheet or a plate to induce uniform dispersion in the dispersion, and secondly, For the purpose of adsorbing or adhering a larger amount of ferromagnetic material to the surface in the manufacturing step, a method of imparting various functional groups such as an acidic group or a basic group may be considered as a functionalization method at this time. It is most preferable to introduce a neutral hydroxyl group (-OH) that does not affect ferromagnetism by a reduction reaction or the like. In order to impart such a hydroxyl group, a hydroxyl group is introduced into the surface of boron nitride using a sodium hydroxide aqueous solution, This was added to purified water until the pH of the solution reached 7 One preferred that the chuck, it may proceed with the neutralization with an acid solution, as needed.

본원 발명의 일 구현예에 따른 강염기인 수산화나트륨 수용액을 사용하여 질화붕소의 표면에 수산화기를 도입하는 반응은 상온에서 200 ℃ 사이에서 다양한 온도에서 수행할 수 있으나, 낮은 온도에서는 기능화 반응이 더디고, 높은 온도에서는 기능화 반응은 빠르지만 기능화 반응 중에 질화붕소의 판상형 구조가 깨져서 최종적인 열전도도의 향상에 불리한 효과를 가져오게 되므로 질화붕소의 기능화 단계는 100 내지 130 ℃은 온도 범위에서 가열 및 환류의 조건에서 진행하는 것이 더욱 바람직하다.The reaction of introducing a hydroxyl group into the surface of boron nitride using a sodium hydroxide aqueous solution according to an embodiment of the present invention can be carried out at various temperatures ranging from room temperature to 200 ° C. However, The functionalization reaction is rapid but the boron nitride structure of the boron nitride is broken during the functionalization reaction and the effect of the final thermal conductivity is deteriorated. Therefore, the functionalization step of the boron nitride is performed under the conditions of heating and refluxing at a temperature range of 100 to 130 ° C It is more preferable to proceed.

이러한 본원 발명의 일 구현예에 따른 기능화 단계를 통하여 질화붕소는 다층의 적층구조에서 시트(sheet) 또는 플레이트(plate)의 판상으로 분리되어 동시에 표면에 수산화기(-OH)가 도입되면서 분산액 내에 고른 분산이 이루어지게 된다.Through the functionalization step according to one embodiment of the present invention, boron nitride is separated into a sheet or a plate of a plate in a multi-layer laminated structure and at the same time a hydroxyl group (-OH) .

본원 발명에 따른 열전도도가 향상된 고분자 복합필름의 제조방법에 있어서, 상기 질화붕소 복합체 제조단계는 강자성(ferromagnetic) 물질로 자성유체(magnetic fluid)를 사용하는 것일 수 있고, 상기 자성유체는 철, 코발트, 니켈로 이루어진 군에서 선택되는 강자성(ferromagnetic) 물질이 유체에 분산된 것일 수 있다.In the method of manufacturing a polymer composite film having improved thermal conductivity according to the present invention, the boron nitride composite may be manufactured by using a magnetic fluid as a ferromagnetic material, and the magnetic fluid may include iron, cobalt , And nickel may be dispersed in the fluid.

본원 발명에 있어서 열전도성 필러인 질화붕소는 고분자 수지 매트릭스 내에 배향성을 가지고 분산되는 것이 열전도성의 이방성을 부여함에 있어서 매우 바람직하고, 이러한 필러 입자의 배향성을 향상시키기 위해서 본원 발명의 일 구현예에 따르면 필러인 질화붕소를 기능화한 후 강자성 물질과 복합체로 제조하고 제조된 복합체에 자기장을 인가하여 질화붕소 필러를 특정 방향으로 배향성을 향상시키는 점에 특징이 있다. In the present invention, boron nitride, which is a thermally conductive filler, is highly preferred in imparting heat conductive anisotropy to the polymeric resin matrix in a state of being oriented and dispersed. In order to improve the orientation of the filler particles, Characterized in that boron nitride is functionalized, and then a magnetic field is applied to the composite prepared from the ferromagnetic material, thereby improving the orientation of the boron nitride filler in a specific direction.

이때 사용할 수 있는 강자성 물질로 철, 코발트, 니켈로 이루어진 군에서 선택되는 강자성(ferromagnetic) 물질이 유체에 분산된 자성유체를 사용하는 것이 바람직하다. 이때 자성유체는 케로신, 플로로카본유, 디에스테르유, 실리콘유, 또는 물과 이들의 혼합 용매에 추가적인 올레인산(oleic acid) 등의 계면활성제를 포함하는 연속상에 분산상으로는 산화철(Fe3O4), 마게마이트(γ-Fe2O3), 니켈페라이트(NiFe2O4), 코발트페라이트(CoFe2O4) 등의 미립자가 분산된 것일 수 있다.It is preferable that a magnetic fluid in which a ferromagnetic material selected from the group consisting of iron, cobalt, and nickel is dispersed in the fluid is used as the ferromagnetic material that can be used at this time. The magnetic fluid is apparently kerosene, flow of a carbon oil, diester oil, silicone oil, or water and dispersed in a continuous phase containing a surface active agent, such additional oleic acid (oleic acid) in a mixed solvent of iron oxide (Fe 3 O 4 ), maghemite (? -Fe 2 O 3 ), nickel ferrite (NiFe 2 O 4 ), and cobalt ferrite (CoFe 2 O 4 ).

한편, 이와 유사한 기술로 일본 공개특허 JP2012-169599A 등에는 질화붕소가 분산된 분산액에 황산철(iron sulfate)를 수산화나트륨으로 환원하여 생성되는 γ-페라이트 미립자를 혼합하여 질화붕소의 표면에 γ-페라이트를 흡착시키는 방법 등이 공지되어 있으나 이러한 방법은 질화붕소의 효과적인 분산을 위한 방법은 고려되지 아니하였을 뿐만 아니라 형성되는 γ-페라이트와 질화붕소 간의 결합은 질화붕소의 표면에 일부 γ-페라이트가 물리적으로 흡착된 것에 불과한 것이고, 실질적으로는 질화붕소와 γ-페라이트의 혼합물을 필러로 사용하게 되는 것에 해당하여 외부의 자기장에 대하여 질화붕소의 효과적인 배향을 기대하기는 어려운 실정이다.On the other hand, JP-A-1212-169599A and the like disclose a technique in which γ-ferrite fine particles produced by reducing iron sulfate to sodium hydroxide are mixed with a dispersion in which boron nitride is dispersed, and γ- However, this method has not been considered as a method for effectively dispersing boron nitride. In addition, the formation of the bond between? -Ferrite and boron nitride is caused by the fact that some? -Ferrite is physically present on the surface of boron nitride And it is difficult to expect an effective orientation of boron nitride with respect to an external magnetic field in accordance with the fact that a mixture of boron nitride and? -Ferrite is used as a filler.

반면에, 본원 발명의 일 구현예에 따른 기능화 단계를 통하여 제조되는 질화붕소는 다층의 적층구조에서 시트(sheet) 또는 플레이트(plate)의 판상으로 분리되어 동시에 표면에 수산화기(-OH)가 도입되면서 분산액 내에 고른 분산이 이루어지게 되고, 기능화된 질화붕소와 복합체를 형성하는 강자성(ferromagnetic) 물질로 분산상으로 산화철(Fe3O4), 마게마이트(γ-Fe2O3), 니켈페라이트(NiFe2O4), 코발트페라이트(CoFe2O4) 등의 미립자가 분산된 자성유체를 사용함으로써 강자성 특성의 변화가 없는 상태로 분산된 기능화된 질화붕소와 효과적인 결합을 통하여 많은 양의 강자성 물질이 기능화된 질화붕소와 복합체를 형성하게 된다. 결과적으로 본원 발명의 일 구현예에 따라 제조된 질화붕소 복합체는 종래의 방법에 따라 제조되는 질화붕소에 비하여 균일하면서도 많은 양의 강자성 물질을 표면에 흡착할 수 있게 되므로 외부의 자기장에 대하여 질화붕소의 효과적인 배향이 가능하게 되고 이러한 효과적인 배향에 의하여 우수한 열전도성과 열전도성의 이방성을 달성할 수 있게 된다.On the other hand, the boron nitride produced through the functionalization step according to one embodiment of the present invention is separated into a sheet or a plate in a multilayered structure and at the same time a hydroxyl group (-OH) (Fe 3 O 4 ), magemite (γ-Fe 2 O 3 ), nickel ferrite (NiFe 2 ), and the like are dispersed uniformly in the dispersion, and a ferromagnetic material forming a complex with functionalized boron nitride is used. O 4 ) and cobalt ferrite (CoFe 2 O 4 ) are dispersed in a magnetic fluid, a large amount of ferromagnetic material is functionalized through effective bonding with functionalized boron nitride dispersed in a state without change in ferromagnetic properties And forms a complex with boron nitride. As a result, the boron nitride composite produced according to one embodiment of the present invention can adsorb a uniform and large amount of ferromagnetic substance to the surface of boron nitride produced according to the conventional method, so that boron nitride An effective orientation can be achieved and excellent effective thermal conductivity and heat conductive anisotropy can be achieved by such effective orientation.

본원 발명에 따른 열전도도가 향상된 고분자 복합필름의 제조방법에 있어서, 상기 질화붕소 복합체 배향단계는 질화붕소 복합체를 폴리아믹산 용액에 분산시키는 단계 및 분산된 질화붕소 복합체에 자기장을 인가하며 폴리아믹산을 이미드화하는 단계를 포함할 수 있다.In the method for producing a polymer composite film having improved thermal conductivity according to the present invention, the boron nitride composite alignment step may include the steps of dispersing a boron nitride composite in a polyamic acid solution, applying a magnetic field to the dispersed boron nitride composite, And a step of heating.

본원 발명의 일 구현예에 따라 제조된 질화붕소 복합체는 우수한 내열성을 가지는 고분자 수지 내에 분산시킴으로써 우수한 열전도성을 가지는 복합필름을 제조할 수 있다. 우수한 열전도성을 가지는 복합필름의 제조방법으로는 용매를 이용하여 고분자 용액을 제조하고 이에 질화붕소 복합체를 혼합한 후 닥터 블레이드 등을 이용하여 필름 캐스팅 후 건조단계를 통하여 복합필름을 제조할 수 있다. 이때 용매를 제거하는 건조단계 시 외부로 부터 자기장을 인가하여 질화붕소 복합체의 배향을 유도하는 것이 바람직하다. The boron nitride composite prepared according to one embodiment of the present invention can be dispersed in a polymer resin having excellent heat resistance to produce a composite film having excellent thermal conductivity. A composite film having excellent thermal conductivity can be prepared by preparing a polymer solution using a solvent and mixing the boron nitride complex with a doctor blade to form a composite film through film casting and drying. At this time, it is preferable to induce the orientation of the boron nitride complex by applying a magnetic field from the outside in the drying step of removing the solvent.

본원 발명의 또 다른 구현예로는 질화붕소 복합체를 고분자 수지에 혼합 후 용융하여 압출 또는 블로잉의 방법으로 필름을 성형하여 복합필름을 제조할 수 있는데 이때에는 질화붕소 복합체가 혼합된 용융된 고분자 수지의 냉각 전에 외부로 부터 자기장을 인가하여 질화붕소 복합체의 배향을 유도할 수도 있고, 제조된 복합필름을 별도의 가열수단에서 가열하면서 외부로부터 자기장을 인가하여 질화붕소 복합체의 배향을 유도할 수도 있다.In another embodiment of the present invention, a composite film may be prepared by mixing a boron nitride composite with a polymer resin, melting the mixture, and extruding or blowing the mixture to form a composite film. In this case, the molten polymer resin mixed with the boron nitride composite The orientation of the boron nitride complex may be induced by applying a magnetic field from the outside before cooling, and the orientation of the boron nitride composite may be induced by externally applying a magnetic field while heating the produced composite film by a separate heating means.

본원 발명의 일 구현예에 따르면 우수한 내열성을 가지는 고분자 수지로는 폴리이미드가 바람직한데, 폴리이미드는 그 제조과정에서 필러 분산의 용이성 및 성형성이 우수한 폴리아믹산을 제조하고 이를 이미드화 단계를 통하여 내열성과 형태 안정성이 우수한 폴리이미드를 제조할 수 있다. 따라서, 질화붕소 복합체 배향단계는 질화붕소 복합체를 폴리아믹산 용액에 분산시키는 단계 및 분산된 질화붕소 복합체에 자기장을 인가하며 폴리아믹산을 이미드화하는 단계를 통하여 우수한 내열성 및 우수한 열전도성을 가지는 고분자 복합필름을 제조하는 것이 보다 바람직하다. 이때 외부의 자기장에 의하여 배향성이 향상된 질화붕소 복합체에 의하여 제조된 폴리이미드 복합필름은 우수한 열전도성과 열전도성의 이방성을 가질 수 있게 된다.According to one embodiment of the present invention, polyimide is preferable as a polymer resin having excellent heat resistance. Polyimide is produced by preparing polyamic acid which is easy to disperse filler and formability in the process of manufacturing polyimide, And polyimide excellent in shape stability can be produced. Thus, the boron nitride composite orientation step comprises dispersing the boron nitride composite in a polyamic acid solution, and imidizing the polyamic acid by applying a magnetic field to the dispersed boron nitride complex, thereby producing a polymer composite film having excellent heat resistance and excellent thermal conductivity Is more preferable. At this time, the polyimide composite film produced by the boron nitride composite having an improved orientation property by an external magnetic field can have excellent thermal conductivity and heat conductive anisotropy.

또한, 본원 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위하여 고분자 수지 70 내지 97 중량%; 기능성기가 부여된 질화붕소의 표면에 강자성(ferromagnetic) 물질이 복합화된 질화붕소 복합체 3 내지 30 중량%를 포함하는 열전도도가 향상된 고분자 복합필름을 제공한다.Further, in order to solve the above-described problems, the present invention provides a resin composition comprising 70 to 97% by weight of a polymer resin; And 3 to 30% by weight of a boron nitride complex having a ferromagnetic material compounded on the surface of the boron nitride to which the functional group is imparted.

본원 발명에 따른 복합체 필름에 있어서, 상기 질화붕소는 필러 간 접촉율을 향상시킬 수 있는 형태라면 이에 제한 없이 사용될 수 있으나, 무정형의 분말상, 바늘 모양의 섬유상이거나 시트(sheet) 또는 플레이트(plate)의 판상형일 수 있고, 더욱 바람직하게는 판상형일 수 있다.In the composite film according to the present invention, the boron nitride may be used in any form as long as it can improve the contact ratio between pillars, but it may be amorphous powder, needle-like fibrous or sheet or plate It may be a plate-like shape, more preferably a plate-like shape.

구체적으로, 외부에서 공급된 열이 고분자 내에서 이동한다고 가정했을 때, 열 저항체인 고분자는 열을 전달할 수 있는 매개체가 없어 고분자 내에서 이동하는 열은 대부분 손실된다. 하지만, 상기 고분자가 열전도성 필러를 포함하는 경우에는 필러가 열을 전달하는 매개체가 되어 열이 외부로 이동할 수 있게 되므로 외부에서 공급된 열은 열전도성 필러 간의 접촉율이 늘어나면 더 효과적으로 외부로 방출할 수 있게 된다. 따라서, 본원 발명에서는 판상형 열전도성 필러가 자기장에 의해 배열을 함으로써 필러의 접촉율을 향상시켜 포논의 이동통로를 많게 하여 제조되는 고분자 복합체 필름의 열전도도가 향상될 수 있다. 즉, 본원 발명에 따른 고분자 복합체 필름에 포함되는 열전도성 필러는 형상에 따라 접촉면적이 달라지게 되는데, 점 접촉(point contact)을 하는 구형 또는 튜브형태의 필러보다는 선 또는 면 접촉을 하는 시트(sheet)나 플레이트(plate)형상의 필러를 사용하는 것이 고분자 조성물의 열전도도를 향상시키는데 유리하게 된다.Specifically, assuming that externally supplied heat travels in the polymer, the heat-resistant polymer does not have a medium capable of transferring heat, and most of the heat transferred in the polymer is lost. However, when the polymer includes a thermally conductive filler, the filler becomes a medium for transferring heat and heat can be transferred to the outside, so that the heat supplied from the outside increases the contact ratio between the thermally conductive fillers, . Accordingly, in the present invention, the thermal conductivity of the polymer composite film produced by increasing the contact ratio of the filler by increasing the moving path of the phonon can be improved by arranging the plate-shaped thermally conductive filler by the magnetic field. That is, the thermally conductive filler included in the polymer composite film according to the present invention has a different contact area depending on the shape thereof. The contact area of the thermally conductive filler may vary depending on the shape of the sheet, ) Or a plate-like filler is advantageous for improving the thermal conductivity of the polymer composition.

본원 발명에 따른 상기 복합체 필름에 있어서, 상기 고분자 수지는 폴리이미드를 사용할 수 있으나, 200 ℃ 이상의 고온에서 기계적, 전기적 성질을 포함하는 물리적 성질을 유지할 수 있는 고분자 물질이면 사용이 가능하며, 이들의 사용을 특별히 제한하는 것은 아니다. In the composite film according to the present invention, the polymer resin may be polyimide, but it can be used as a polymer material capable of maintaining physical properties including mechanical and electrical properties at a high temperature of 200 ° C or higher. Is not particularly limited.

이때, 질화붕소 복합체는 3 내지 30 중량% 포함하는 것이 바람직하고, 10 내지 30중량% 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 질화붕소 복합체의 함량이 3 중량% 미만이면 질화붕소 복합체의 분산에 의한 열전도도 향상 및 열전도성의 이방성의 효과가 미미하고, 30 중량%를 초과하는 경우에는 고분자 수지 내에 함유되는 필러의 양이 과량이어 복합체 필름의 유연성과 기계적 물성의 저하를 가져오게 된다.At this time, the amount of the boron nitride composite is preferably 3 to 30% by weight, more preferably 10 to 30% by weight. When the content of the boron nitride composite is less than 3% by weight, the thermal conductivity and the thermal conductivity of the boron nitride composite are improved and the effect of the anisotropy of thermal conductivity is insufficient. When the content exceeds 30% by weight, the amount of the filler contained in the polymer resin is excessive Resulting in deterioration of the flexibility and mechanical properties of the composite film.

본원 발명에 따른 열전도도가 향상된 고분자 복합필름에 있어서, 상기 기능성기는 수산화기(-OH)일 수 있다. 본원 발명의 일 구현예에 따라 질화붕소에 수산화기(-OH)를 도입하게 되면 먼저 다층의 적층구조를 가지는 질화붕소가 시트(sheet) 또는 플레이트(plate)의 판상으로 분리되면서 분산액 내에 고른 분산이 유도된다. 또한, 질화붕소에 기능기가 도입됨으로써 질화붕소 복합체 제조단계에 있어서 보다 많은 양의 강자성 물질을 표면에 흡착 또는 부착될 수 있다.In the polymer composite film having improved thermal conductivity according to the present invention, the functional group may be a hydroxyl group (-OH). According to one embodiment of the present invention, when a hydroxyl group (-OH) is introduced into boron nitride, boron nitride having a multi-layered structure is first separated into a plate of a sheet or a plate, do. Further, by introducing a functional group into the boron nitride, a larger amount of the ferromagnetic material can be adsorbed or attached to the surface in the boron nitride composite manufacturing step.

질화붕소에 도입할 수 있는 기능성기로는 산성기 또는 염기성기 등이 있으나, 이후 부착되는 강자성 물질의 산화 또는 환원반응 등에 의하여 강자성에 영향을 주지 않는 중성의 수산화기(-OH)를 도입하는 것이 가장 바람직하고, 이러한 수산화기를 부여하기 위해서는 강염기인 수산화나트륨 수용액을 사용하여 질화붕소의 표면에 수산화기를 도입하고, 이후 이를 수소이온 농도지수(pH)가 7이 될 때 까지 정제수로 세척하는 것이 바람직하나, 필요에 따라 산성 용액으로 중화를 진행할 수도 있다. The functional group that can be introduced into boron nitride includes an acidic group or a basic group, but it is most preferable to introduce a neutral hydroxyl group (-OH) that does not affect ferromagnetism by oxidation or reduction reaction of the attached ferromagnetic substance In order to impart such a hydroxyl group, it is preferable to introduce a hydroxyl group into the surface of boron nitride by using an aqueous solution of sodium hydroxide, which is a strong base, and then to wash it with purified water until the hydrogen ion concentration index (pH) reaches 7. However, The neutralization may be carried out with an acidic solution.

본원 발명에 따른 열전도도가 향상된 고분자 복합필름에 있어서, 상기 강자성(ferromagnetic) 물질은 철, 코발트, 니켈로 이루어진 군에서 선택되는 강자성(ferromagnetic) 물질이 유체에 분산된 자성유체(magnetic fluid)를 이용할 수 있다.In the polymer composite film having improved thermal conductivity according to the present invention, the ferromagnetic material may be a magnetic fluid in which a ferromagnetic material selected from the group consisting of iron, cobalt, and nickel is dispersed in a fluid .

대표적으로 산화철(Fe3O4), 마게마이트(γ-Fe2O3), 니켈페라이트(NiFe2O4), 코발트페라이트(CoFe2O4) 등의 미립자가 분산된 자성유체를 사용함으로써 강자성 특성의 변화가 없는 상태로 분산된 기능화된 질화붕소와 효과적인 결합을 통하여 많은 양의 강자성 물질이 기능화된 질화붕소와 복합체를 형성할 수 있으므로 종래의 방법에 따라 제조되는 질화붕소에 비하여 균일하면서도 많은 양의 강자성 물질을 표면에 흡착할 수 있게 되어 외부의 자기장에 대하여 질화붕소의 효과적인 배향이 가능하게 되고 이러한 효과적인 배향에 의하여 우수한 열전도성과 열전도성의 이방성을 달성할 수 있게 된다.Typically, a magnetic fluid in which fine particles of iron oxide (Fe 3 O 4 ), maghemite (γ-Fe 2 O 3 ), nickel ferrite (NiFe 2 O 4 ), cobalt ferrite (CoFe 2 O 4 ) Since a large amount of ferromagnetic material can form a complex with functionalized boron nitride through effective bonding with functionalized boron nitride dispersed in the state of no change in properties, it is possible to form a composite with a homogeneous amount of boron nitride The ferromagnetic material of the ferromagnetic material can be adsorbed on the surface, enabling effective orientation of boron nitride with respect to the external magnetic field. With this effective orientation, excellent thermal conductivity and heat conductive anisotropy can be achieved.

본원 발명에 따른 열전도도가 향상된 고분자 복합필름에 있어서, 상기 고분자 수지는 폴리이미드일 수 있고, 상기 질화붕소 복합체는 자기장에 의하여 필름의 두께 방향으로 배향된 것일 수 있다. 본원 발명에 따른 상기 복합체 필름에 있어서, 상기 고분자 수지는 폴리이미드를 사용할 수 있으나, 200 ℃ 이상의 고온에서 기계적, 전기적 성질을 포함하는 물리적 성질을 유지할 수 있는 고분자 물질이면 사용이 가능하며, 이들의 사용을 특별히 제한하는 것은 아니다. In the polymer composite film having improved thermal conductivity according to the present invention, the polymer resin may be polyimide, and the boron nitride composite may be oriented in the thickness direction of the film by a magnetic field. In the composite film according to the present invention, the polymer resin may be polyimide, but it can be used as a polymer material capable of maintaining physical properties including mechanical and electrical properties at a high temperature of 200 ° C or higher. Is not particularly limited.

다만, 폴리이미드는 그 제조과정에서 필러 분산의 용이성 및 성형성이 우수한 폴리아믹산을 제조하고 이를 이미드화 단계를 통하여 내열성과 형태 안정성이 우수한 폴리이미드를 제조할 수 있으므로, 질화붕소 복합체 배향단계는 질화붕소 복합체를 폴리아믹산 용액에 분산시키는 단계 및 분산된 질화붕소 복합체에 자기장을 인가하며 폴리아믹산을 이미드화하는 단계를 통하여 우수한 내열성 및 우수한 열전도성을 가지는 고분자 복합필름을 제조하는 것이 보다 바람직하다.However, since polyimide having excellent heat resistance and shape stability can be prepared through the imidization step, polyimide can be produced by preparing a polyamic acid having excellent ease of formability and moldability during its production process, It is more preferable to prepare a polymer composite film having excellent heat resistance and excellent thermal conductivity by dispersing a boron complex in a polyamic acid solution and imidizing a polyamic acid by applying a magnetic field to the dispersed boron nitride complex.

이하, 본원 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면과 같이 본원이 속하는 기술 분야에서 일반적인 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본원의 구현 예 및 실시 예를 상세히 설명한다. 특히 이것에 의해 본원 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한을 받지 않는다. 또한, 본원 발명의 내용은 여러 가지 다른 형태의 장비로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구현 예 및 실시 예에 한정되지 않는다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more clearly understood from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. In particular, the technical idea of the present invention and its core structure and action are not limited by this. In addition, the content of the present invention can be implemented by various other types of equipment, and is not limited to the embodiments and examples described herein.

<제조예 1> 질화붕소의 표면 기능화<Preparation Example 1> Surface functionalization of boron nitride

둥근 플라스크에 일정양의 세라믹계 전도성 무기입자인 질화붕소 넣고, 20 중량%의 수산화나트륨 수용액을 넣고, 자석교반기를 이용하여 균질 교반 시킨 뒤, 120 ℃의 기름 중탕 하에 밤샘 환류정제 한다. 이 용액을 필터로 걸러 준 후, 수소이온농도지수(pH)가 7이 될 때까지 정제수로 세척하고, 80 ℃의 진공오븐에서 4시간동안 건조하여 수산화기(-OH)로 기능화된 질화붕소(f-BN)를 수득하였다. Boron nitride, a ceramic-based conductive inorganic particle, is added to a round flask, and 20 wt% aqueous sodium hydroxide solution is added thereto. The mixture is homogeneously stirred using a magnetic stirrer and refluxed at night overnight under a 120 DEG C oil bath. The solution was filtered, washed with purified water until the pH of the solution reached 7, and dried in a vacuum oven at 80 ° C for 4 hours to obtain boron nitride functionalized with hydroxyl group (-OH) (f -BN). &Lt; / RTI &gt;

<제조예 2> 질화붕소 복합체의 제조PREPARATION EXAMPLE 2 Preparation of Boron Nitride Complex

상기 제조예 1에서 수산화기(-OH)로 기능화된 질화붕소 4g을 100 mL의 정제수에 분산시킨 3개의 시료를 준비한다. 이때 10 mL의 소량의 에탄올을 첨가하여 질화붕소가 정제수에 분산되는 것을 돕는다. 분산된 용액에 강자성 물질의 함량이 다르도록 각각 200, 300, 400 μL의 M-300(Sigma Hi-chemical사)의 자성유체를 첨가하고, 자석교반기를 이용하여 균질 교반 시킨 뒤, 130 ℃의 기름 중탕 하에 밤샘 환류 정제하였다. 이 용액을 필터로 걸러 준 후, 정제수와 에탄올을 이용하여 세척하고, 80 ℃의 진공오븐에서 4시간동안 건조하여 강자성 물질의 함량이 서로 다른 질화붕소 복합체(mf-BN)를 수득하였다.Three samples were prepared by dispersing 4 g of boron nitride functionalized with hydroxyl group (-OH) in 100 ml of purified water in Preparation Example 1 above. At this time, a small amount of 10 mL of ethanol is added to help disperse the boron nitride in the purified water. The magnetic fluid of M-300 (Sigma Hi-chemical) of 200, 300 and 400 μL, respectively, was added to the dispersed solution so that the content of the ferromagnetic substance was different. The magnetic fluid was homogeneously stirred using a magnetic stirrer, And refluxed overnight under a bath. The solution was filtered, washed with purified water and ethanol, and dried in a vacuum oven at 80 ° C. for 4 hours to obtain a boron nitride composite (mf-BN) having different contents of ferromagnetic substances.

<분석예 1> 기능화된 질화붕소의 표면분석<Analysis Example 1> Surface analysis of functionalized boron nitride

본원 발명의 제조예 1과 제조예 2에 따라 제조된 표면기능화된 질화붕소 및 질화붕소 복합체의 표면은 Sigma HD(Carl Zeiss사)의 주사전자현미경(FE-SEM)으로 관찰하였고, 함유 원소와 상태는 AXIS Nova(Kratos Analytical 사)의 X선 광전자 분광기(X-ray photoelectron spectroscopy)를 이용하여 분석하였으며, Ultima Ⅳ(Rigaku 사)를 이용하여 X선 회절(X-ray diffraction)에 의한 입자의 결정 패턴을 분석을 하였다.The surface of the surface-functionalized boron nitride and boron nitride composite prepared according to Preparation Example 1 and Preparation Example 2 of the present invention was observed with a scanning electron microscope (FE-SEM) from Sigma HD (Carl Zeiss) Was analyzed using an X-ray photoelectron spectroscopy of an AXIS Nova (Kratos Analytical), and the crystal pattern of X-ray diffraction by X-ray diffraction using Ultima IV (Rigaku) Respectively.

도 1의 a는 본원 발명의 일 구현예에 따른 표면처리 전의 질화붕소(Pristine BN)의 표면 주사전자현미경(SEM) 사진이고, b는 이를 확대한 것이며, c는 표면처리 후 강자성 물질 복합화된 질화붕소(mf-BN)의 표면 주사전자현미경(SEM) 사진이고, d는 이를 확대한 것이다.FIG. 1 (a) is a scanning electron microscope (SEM) photograph of boron nitride (Pristine BN) before surface treatment according to an embodiment of the present invention, b is an enlarged view thereof, and c is a nitrided Surface scanning electron microscope (SEM) photograph of boron (mf-BN), and d is an enlarged view thereof.

도 1의 a와 b로부터 질화붕소의 깨끗하고 부드러운 표면을 확인할 수 있었으며, 도 1의 c와 d로부터 기능화된 질화붕소의 표면에 효과적으로 강자성 물질이 부착되어 거칠어진 표면을 확인할 수 있다.From FIGS. 1 (a) and 1 (b), a clean and smooth surface of boron nitride can be confirmed. From FIG. 1 (c) and FIG. 1 (d), it can be confirmed that the surface of boron nitride is effectively coated with a ferromagnetic substance.

도 2는 본원 발명의 일 구현예에 따른 표면처리 후 강자성 물질인 산화철이 복합화된 질화붕소(mf-BN)의 X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)에 의한 분석결과이다. 도 2에 따르면 질화붕소를 구성하는 질소(N)의 피크인 N1S, 붕소(B)의 피크인 B1S의 피크를 관찰할 수 있고, 또한 수산화기(-OH)의 산소(O)의 피크인 O1S를 관찰함으로써 질화붕소가 수산화기(-OH)에 의한 기능화가 이루어졌음을 알 수 있다. 또한, 강자성 물질인 산화철에 의한 철(Fe)의 피크인 2p, 2p-, 3p, 3s의 피크로 부터 산화철이 복합화되었음을 알 수 있다.FIG. 2 is a result of X-ray photoelectron spectroscopy analysis of boron nitride (mf-BN) complexed with iron oxide, which is a ferromagnetic material after surface treatment according to an embodiment of the present invention. According to Fig. 2, it is possible to observe the peak of B1S which is the peak of N1S and boron (B) which are the peaks of nitrogen (N) constituting the boron nitride and the O1S which is the peak of the oxygen (O) of the hydroxyl group By observation, it can be seen that boron nitride is functionalized by hydroxyl group (-OH). It can also be seen that iron oxides are composed of peaks of 2p, 2p, 3p and 3s, which are peaks of iron (Fe) due to iron oxide, which is a ferromagnetic substance.

도 3은 본원 발명의 일 구현예에 따른 표면처리 후 강자성 물질인 산화철이 복합화된 질화붕소의 X선회절(X-ray diffraction) 분석결과이다. 2θ= 26.74°, 41.60°, 43.84°, 50.14°그리고 55.10°에서 고유의 질화붕소 결정구조가 관찰되었으며, 대칭변환은 (002), (100), (101), (102) 그리고 (004)로 확인되었다.(JCPDS card no. 34-042)FIG. 3 is an X-ray diffraction analysis result of boron nitride complexed with iron oxide, which is a ferromagnetic substance after surface treatment according to an embodiment of the present invention. The intrinsic boron nitride crystal structure was observed at 2θ = 26.74 °, 41.60 °, 43.84 °, 50.14 ° and 55.10 ° and the symmetric transformation was observed at (002), (100), (101) (JCPDS card no. 34-042).

그리고, 산화철 입자의 X선회절 결과, 2θ= 30.34°, 35.64°, 43.40°, 57.38°그리고 63.10°에서 고유의 산화철 입자의 결정구조가 관찰되었으며, 대칭변환은 (200), (311), (400), (511) 그리고 (440)로 확인되었다.(JCPDS card no. 19-0629)As a result of X-ray diffraction analysis of the iron oxide particles, the crystal structure of the iron oxide particles was observed at 2θ = 30.34 °, 35.64 °, 43.40 °, 57.38 ° and 63.10 ° and the symmetric transformation was observed at (200), (311) 400, 511, and 440, respectively (JCPDS card no. 19-0629).

강자성 물질인 산화철이 복합화된 질화붕소의 X선회절 질화붕소와 산화철 입자 모두의 X선회절 결정구조를 확인하였으며, 질화붕소 표면에 산화철이 복합화되었음을 확인하였다.X-ray Diffraction of Boron Nitride Comprising Iron Oxide Ferromagnetic Material The X-ray diffraction crystal structure of both boron nitride and iron oxide particles was confirmed, and it was confirmed that iron oxide was complexed on the surface of boron nitride.

도 4는 본원 발명의 일 구현예에 따른 표면처리 후 강자성 물질인 산화철이 복합화된 질화붕소의 제조시 산화철 입자의 양에 따른 자기장에 대한 이력현상(hysteresis)곡선을 나타낸 것이다. FIG. 4 is a hysteresis curve for a magnetic field according to an amount of iron oxide particles in the production of boron nitride having a complex iron oxide, which is a ferromagnetic material after surface treatment according to an embodiment of the present invention.

순수한 질화붕소는 자기장에 대한 이력현상이 나타나지 않는 것을 보여주며, 액체자성의 양에 따라 질화붕소 표면에 산화철이 복합화되는 양이 증가할수록 자기장에 반응하는 질화붕소의 이력현상이 증가하는 것을 확인하였다. Pure boron nitride showed no hysteresis for the magnetic field. It was confirmed that the hysteresis of boron nitride reacting to the magnetic field increases as the amount of complex iron oxide on the boron nitride surface increases with the amount of liquid magnetic.

도 5는 본원 발명의 일 구현예에 따른 표면처리 후 강자성 물질인 산화철이 복합화된 질화붕소의 자기장에 대한 응답을 보여주는 사진이다.5 is a photograph showing a response to a magnetic field of boron nitride to which iron oxide, which is a ferromagnetic material after surface treatment according to an embodiment of the present invention, is combined.

산화철이 복합화된 질화붕소 입자를 에탄올에 분산시켜 시간에 따라 자석의 자기장에 의해 이동하는 현상을 확인하였으며, 약 180초 뒤 분산된 용액의 산화철이 복합화된 질화붕소가 자석 주위에 모두 끌려가 맑아지는 현상을 확인하였다. It was confirmed that the boron nitride particles mixed with iron oxide were dispersed in ethanol and moved by the magnetic field of the magnetic particles with time, and boron nitride complexed with iron oxide of dispersed solution after about 180 seconds was drawn all around the magnet And confirmed the phenomenon.

도 6은 본원 발명의 일 구현예에 따른 표면처리 후 강자성 물질인 산화철이 복합화된 질화붕소 용액을 필터에 걸러 제조하였으며, 이때, 여과된 용액 내의 탈착된 산화철의 유무를 확인하기 위하여 유도결합플라즈마(inductively coupled plasma)를 통한 분석한 결과이다. 도 6과 표 1로부터 여과된 용액(Sample)에는 산화철이 검출되지 않았음을 확인하였으며, 그 결과로부터 모든 산화철이 질화붕소 표면에 부착된 것을 알 수 있다. 또한, 이것으로부터 질화붕소 표면에 부착된 산화철의 양을 정량적으로 계산할 수 있으며, 도 6과 제조예의 조건으로부터 계산한 자성액체 내 산화철의 함량은 0.1644 내지 0.2192g의 범위이고, 순수한 질화붕소의 무게는 2.01g 이었으며, 표면 개질 후 질화붕소의 무게는 2.195g이었고, 이로부터 표면에 흡착된 산화철의 무게는 0.185g 임을 알 수 있었다.FIG. 6 is a graph showing the results of the surface treatment of a boron nitride solution containing iron oxide, which is a ferromagnetic material after surface treatment according to an embodiment of the present invention. The boron nitride solution was filtered through a filter to measure the presence of desorbed iron oxide in the filtered solution. inductively coupled plasma. From FIG. 6 and Table 1, it was confirmed that no iron oxide was detected in the filtered sample. From the results, it can be seen that all the iron oxides adhered to the surface of the boron nitride. The amount of iron oxide adhering to the surface of boron nitride can be quantitatively calculated from this, and the content of iron oxide in the magnetic liquid calculated from the conditions of the production example of FIG. 6 is in the range of 0.1644 to 0.2192g, and the weight of pure boron nitride is 2.01 g, and the weight of boron nitride after surface modification was 2.195 g, and the weight of iron oxide adsorbed on the surface was 0.185 g.

샘플명Sample name 양(ug/kg)Amount (ug / kg) BlankBlank 1616 STD 1STD 1 0.1 ppm0.1 ppm 730730 STD 1STD 1 0.1 ppm0.1 ppm 1,0971,097 STD 1STD 1 0.1 ppm0.1 ppm 71,63671,636 SampleSample 1919

도 7은 본원 발명의 일 구현예에 따른 상온, 50 ℃, 100 ℃, 130 ℃ 각각의 온도에서 환류 정제 후 겉보기 이미지이고, 도 8은 상온, 50 ℃, 100 ℃, 130 ℃ 각각의 온도에서 환류 정제 후 표면 SEM 이미지이다.FIG. 7 is an apparent image after reflux purification at room temperature, 50 ° C., 100 ° C., and 130 ° C. according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a surface SEM image after purification.

각각의 온도에서 같은 시간 질화붕소 표면에 산화철이 부착되는 양이 달랐으며, 최대 130 ℃에서 모든 양의 산화철이 복합화되는 것을 확인하였다. 또한, 표면 SEM 이미지를 통하여 각각의 온도에서 표면에 부착되는 산화철의 양을 확인하였다.The amount of iron oxide adhered to the surface of boron nitride was different at each temperature at the same time, and it was confirmed that all amounts of iron oxide were mixed at a maximum of 130 ° C. In addition, the amount of iron oxide adhering to the surface at each temperature was confirmed through a surface SEM image.

이상의 결과로부터 질화붕소 표면에 강자성 산화철을 복합화하는 기술은 130 ℃의 환류 정제를 통하여 진행하였다.From the above results, the technique of complexing ferromagnetic iron oxide on the surface of boron nitride proceeded through reflux purification at 130 ° C.

<제조예 3> 폴리아믹산(polyamic acid)의 제조PREPARATION EXAMPLE 3 Preparation of Polyamic Acid

교반기와 질소주입장치가 부착된 2000 mL의 반응기에 질소가스를 천천히 통과시키고, 4,4-옥시디아닐린(ODA)과 반응 용매인 디메틸아세트아미드(DMAc)를 투입하여 용해시킨다. 4,4-옥시디아닐린이 완전히 용해된 후, 피로펠리트산이무수물(PMDA)을 투입하고, 24시간 동안 0 ℃에서 교반을 통해 중합하여 폴리아믹산을 수득하였다.Nitrogen gas is slowly passed through a 2000-mL reactor equipped with a stirrer and a nitrogen injection device, and 4,4-oxydianiline (ODA) and dimethylacetamide (DMAc) as a reaction solvent are added to dissolve. After 4,4-oxydianiline was completely dissolved, pyrophyllitic anhydride (PMDA) was added and polymerization was carried out by stirring at 0 캜 for 24 hours to obtain a polyamic acid.

<실시예 1> 폴리이미드/질화붕소 복합체 고분자 복합필름의 제조Example 1 Production of polyimide / boron nitride composite polymer composite film

열전도성 필러인 산화철이 흡착된 질화붕소(mf-BN) 0.86 g을 폴리아믹산 용액 10g(20 중량% in DMAc)에 넣고, 마그네틱 바를 사용하여 혼합하였다. 혼합 용액을 닥터블레이드를 사용하여 유리판 위에 필름 캐스팅한 후, 자기장을 띄는 몰드에 넣어 진공 오븐에서 50 ℃에서 4시간 동안 열전도성 필러를 배향시킨다. 이후 건조된 필름을 진공 오븐에서 120, 180, 250 ℃에서 각각 30분, 350 ℃에서 1시간 동안 열처리 하였다. 0.86 g of boron nitride (mf-BN) adsorbed with iron oxide which is a thermally conductive filler was added to 10 g of a polyamic acid solution (20 wt% in DMAc) and mixed using a magnetic bar. The mixed solution was film-cast onto a glass plate using a doctor blade, and then placed in a magnetic mold and oriented in a vacuum oven at 50 ° C for 4 hours. Then, the dried film was heat-treated in a vacuum oven at 120, 180 and 250 ° C for 30 minutes and at 350 ° C for 1 hour, respectively.

<실시예 2 내지 3> 폴리이미드/질화붕소 복합체 고분자 복합필름의 제조Examples 2 to 3 Production of polyimide / boron nitride composite polymer composite film

상기 실시예 1의 혼합 용액에 있어서 폴리아믹산 용액은 10g으로 동일하고, 산화철이 흡착된 질화붕소 복합체(mf-BN)의 중량%는 하기 표 2와 같이 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합필름을 제조하였다.In the mixed solution of Example 1, the polyamic acid solution was the same as 10 g, and the weight% of the boron nitride composite (mf-BN) adsorbed on iron oxide was mixed as shown in Table 2 below. A polymer composite film was prepared in the same manner.

<비교예 1 내지 3> 폴리이미드/질화붕소 고분자 복합필름의 제조Comparative Examples 1 to 3 Production of polyimide / boron nitride polymer composite film

상기 실시예 1의 혼합 용액에 있어서 폴리아믹산 용액은 10g으로 동일하고, 질화붕소(BN)의 중량%는 하기 표 2d와 같이 혼합하였다. 혼합 용액을 닥터블레이드를 사용하여 유리판 위에 필름 캐스팅한 후, 진공 오븐에서 50 ℃에서 4시간 동안 건조시켰다. 이후 건조된 필름을 진공 오븐에서 120, 180, 250 ℃에서 각각 30분, 350 ℃에서 1시간 동안 열처리 하였다.In the mixed solution of Example 1, the polyamic acid solution was the same as 10 g, and the weight% of boron nitride (BN) was mixed as shown in Table 2d. The mixed solution was film-cast onto a glass plate using a doctor blade, and then dried in a vacuum oven at 50 DEG C for 4 hours. Then, the dried film was heat-treated in a vacuum oven at 120, 180 and 250 ° C for 30 minutes and at 350 ° C for 1 hour, respectively.

<비교예 4 내지 6> 폴리이미드/기능화된 질화붕소 고분자 복합필름의 제조Comparative Examples 4 to 6 Preparation of polyimide / functionalized boron nitride polymer composite film

상기 실시예 1의 혼합 용액에 있어서 폴리아믹산 용액은 10g으로 동일하고, 수산기(-OH)로 기능화된 질화붕소(f-BN)의 중량%는 하기 표 2와 같이 혼합한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합필름을 제조하였다.In the mixed solution of Example 1, the polyamic acid solution was the same as 10 g, and the weight% of boron nitride (f-BN) functionalized with hydroxyl group (-OH) A polymer composite film was prepared in the same manner as in Example 1.

<비교예 7-9> 폴리이미드/질화붕소 복합체 고분자 복합필름의 제조Comparative Example 7-9 Preparation of polyimide / boron nitride composite polymer composite film

상기 실시예 1의 혼합 용액에 있어서 폴리아믹산 용액은 10g으로 동일하고, 산화철이 흡착된 질화붕소 복합체(mf-BN)의 중량%는 하기 표 2와 같이 혼합한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합필름을 제조하였다.The polyamic acid solution in the mixed solution of Example 1 was the same as 10 g, and the weight% of the boron nitride composite (mf-BN) adsorbed with iron oxide was mixed as shown in Table 2 below. A polymer composite film was prepared in the same manner.

<실험예 1> 고분자 복합필름의 열전도도 측정 및 파단면 관찰Experimental Example 1 Measurement of Thermal Conductivity and Observation of Fracture Surface of Polymer Composite Film

본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 9에 의하여 제조된 고분자 복합체 필름의 열전도도를 측정하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다. 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 9에 의하여 제조된 열전도성 고분자 복합체 필름에 대하여 Netzsch LFA 447 측정기(Netzsch 사)를 이용하여 25 ℃의 온도에서 ASTM E1461에 따라 열 확산도를 측정하여 그 결과를 표 2에 기재하였다.The following experiments were performed to measure the thermal conductivity of the polymer composite films produced by Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 9 of the present invention. The thermally conductive polymer composite films prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 9 of the present invention were measured at a temperature of 25 DEG C using a Netzsch LFA 447 measuring instrument (Netzsch) according to ASTM E1461 The diffusivity was measured and the results are shown in Table 2.

도 9는 본원 발명의 일 구현예에 따른 실시예와 비교예에 따른 고분자 복합필름의 파단면을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 복합필름의 파단면은 액화질소 분위기에서 냉각 후 파단 하였다.FIG. 9 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing a fracture surface of a polymer composite film according to an embodiment and a comparative example according to an embodiment of the present invention. The fracture surface of the composite film was broken after cooling in a liquefied nitrogen atmosphere.

도 9의 a와 b는 고분자 내에 산화철로 표면을 복합화한 질화붕소를 혼합하여 자기장의 인가 없이 제조한 필름의 파단면 사진이며, 도 9의 c와 d는 고분자 내에 산화철로 표면을 복합화한 질화붕소를 혼합한 뒤, 자기장을 인가하여 질화붕소를 필름 내에서 수직방향으로 배향시킨 파단면 사진이다.9 (a) and 9 (b) are cross-sectional photographs of a film produced by mixing boron nitride complexed with iron oxide in a polymer without magnetic field application, and FIGS. 9 (c) and 9 (d) And then a magnetic field is applied so that boron nitride is oriented in the film in the vertical direction.


폴리이미드
(중량%)Polyimide
(weight%) 질화붕소
(중량%)Boron nitride
(weight%) 열확산도(mm2/s)Thermal Diffusivity (mm 2 / s) Thru-planeThru-plane In-planeIn-plane 실시예1Example 1 7070 30＊＊30 ** 0.6790.679 2.0882.088 실시예2Example 2 8080 20＊＊20 ** 0.4310.431 1.8131.813 실시예3Example 3 9090 10＊＊10 ** 0.2560.256 1.5551.555 비교예1Comparative Example 1 7070 3030 0.2970.297 3.4253.425 비교예2Comparative Example 2 8080 2020 0.1990.199 3.3673.367 비교예3Comparative Example 3 9090 1010 0.1800.180 2.1012.101 비교예4Comparative Example 4 7070 30＊30 * 0.2420.242 3.9073.907 비교예5Comparative Example 5 8080 20＊20 * 0.1910.191 3.4863.486 비교예6Comparative Example 6 9090 10＊10 * 0.1680.168 2.2122.212 비교예7Comparative Example 7 7070 30＊＊30 ** 0.2640.264 2.7002.700 비교예8Comparative Example 8 8080 20＊＊20 ** 0.2160.216 2.2382.238 비교예9Comparative Example 9 9090 10＊＊10 ** 0.1800.180 1.7811.781

"＊"는 수산기(-OH)로 기능화된 질화붕소(f-BN) "*" Represents boron nitride (f-BN) functionalized with a hydroxyl group (-OH)

"＊＊"는 산화철이 흡착된 질화붕소 복합체(mf-BN)"**" indicates a boron nitride complex (mf-BN) adsorbed on iron oxide,

표 2에 따르면, 판상형 열전도성 필러를 사용하여 제조된 고분자 복합체 필름의 열전도도는 판상형 열전도성 필러의 중량%가 클수록 높은 열전도도를 보였고, 산화철이 흡착된 판상형 열전도성 필러를 사용하여 자기장을 띄는 몰드에 넣어 배열시킨 경우에 있어서 자기장을 띄는 몰드에 넣지 않은 경우 또는 산화철이 흡착되지 않은 판상형 열전도성 필러를 사용했을 때보다 수직방향의 열전도도가 더 높은 값을 보이며 수평방향의 열전도도는 낮았다.According to Table 2, the thermal conductivity of the polymer composite film produced by using the sheet-like thermally conductive filler showed a higher thermal conductivity as the weight percentage of the sheet-like thermally conductive filler was larger, and the sheet-like thermally conductive filler adsorbed with iron oxide The thermal conductivity in the vertical direction was higher than that in the case where the thermally conductive filler was not placed in a mold having a magnetic field or the iron oxide was not adsorbed, and the thermal conductivity in the horizontal direction was low.

도 10은 본원 발명의 일 구현예에 따른 실시예와 비교예에 따른 고분자 복합필름 내의 열전도성 필러들의 방향성을 나타낸 모식도이다.10 is a schematic view showing the orientation of thermally conductive fillers in a polymer composite film according to an embodiment and a comparative example according to an embodiment of the present invention.

고분자 내에 산화철로 표면 복합화된 질화붕소를 혼합한 뒤, 자기장을 인가 하여 제조한 폴리이미드 필름은 도 10의 a와 같이 필름 내에 질화붕소가 수직 방향으로 배향된 것을 모식도로 표현하였으며, 자기장을 인가하지 않고 캐스팅 방법으로 제조한 폴리이미드 필름은 도 10의 b와 같이 필름 내에 질화붕소가 대부분 수평 방향으로 배향된 것을 모식도로 표현하였다.The polyimide film prepared by mixing the boron nitride surface-complexed with iron oxide in a polymer and applying a magnetic field is schematically shown in FIG. 10A, in which boron nitride is vertically oriented in the film, and a magnetic field is not applied The polyimide film prepared by the casting method is schematically shown in FIG. 10B in which most of the boron nitride is oriented in the horizontal direction.

이를 통하여, 산화철이 흡착되지 않은 판상형 열전도성 필러를 사용할 때 보다는 산화철이 흡착된 판상형 열전도성을 사용하여 자기장을 띄는 몰드에 넣어 제조한 고분자 복합체 필름의 수직방향 열전도도가 향상됨을 알 수 있었으며, 이는 산화철이 흡착된 판상형 열전도성 필러가 자기장에 반응하여 자기장에서 수직방향으로 배열되어 필러들의 접촉율을 향상시키는 것으로 판단된다.It was found that the vertical thermal conductivity of the polymer composite film prepared by putting the iron oxide in the mold having the magnetic field by using the plate-shaped thermal conductivity adsorbed was improved rather than using the plate-like thermally conductive filler not adsorbed with iron oxide. It is considered that the plate - shaped thermally conductive filler adsorbing iron oxide is arranged in the vertical direction in the magnetic field in response to the magnetic field to improve the contact ratio of the fillers.

Claims (10)

질화붕소를 준비하는 질화붕소 준비단계;
수산화나트륨 수용액을 이용하여 상기 질화붕소의 표면에 수산화기(-OH)를 도입하는 질화붕소 기능화 단계;
수산화기(-OH)가 부여된 질화붕소와 철, 코발트, 니켈로 이루어진 군에서 선택되는 강자성(ferromagnetic) 물질이 유체에 분산된 자성유체를 반응시켜 강자성 물질이 복합화된 질화붕소를 제조하는 질화붕소 복합체 제조단계; 및
상기 질화붕소 복합체를 폴리아믹산 용액에 분산시키는 단계 및 분산된 질화붕소 복합체에 자기장을 인가하며 폴리아믹산을 이미드화하는 질화붕소 복합체 배향단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도도가 향상된 고분자 복합필름의 제조방법.Boron nitride preparing step of preparing boron nitride;
A boron nitride functionalization step of introducing a hydroxyl group (-OH) to the surface of the boron nitride by using an aqueous solution of sodium hydroxide;
A boron nitride complex which produces boron nitride in which a ferromagnetic material selected from the group consisting of boron nitride imparted with hydroxyl group (-OH) and a ferromagnetic material selected from the group consisting of iron, cobalt, and nickel is reacted with a magnetic fluid dispersed in a fluid, Manufacturing steps; And
Dispersing the boron nitride composite into a polyamic acid solution, and applying a magnetic field to the dispersed boron nitride composite to imidize the polyamic acid. Way. 청구항 1에 있어서,
상기 질화붕소는 시트(sheet) 또는 플레이트(plate) 형상인 것을 특징으로 하는 열전도도가 향상된 고분자 복합필름의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the boron nitride is in the form of a sheet or a plate. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 폴리이미드 수지 70 내지 97 중량%; 및
수산화기(-OH)가 부여된 질화붕소의 표면에 철, 코발트, 니켈로 이루어진 군에서 선택되는 강자성(ferromagnetic) 물질이 유체에 분산된 자성유체를 반응시켜 강자성(ferromagnetic) 물질이 복합화된 질화붕소 복합체 3 내지 30 중량%를 포함하는 고분자 복합필름에 있어서,
상기 질화붕소 복합체는 자기장에 의하여 필름의 두께 방향으로 배향된 것을 특징으로 하는 열전도도가 향상된 고분자 복합필름.70 to 97 wt% of a polyimide resin; And
A ferromagnetic material selected from the group consisting of iron, cobalt and nickel is coated on the surface of boron nitride to which a hydroxyl group (-OH) is imparted by reacting a magnetic fluid dispersed in the fluid to form a boron nitride complex 3 to 30% by weight,
Wherein the boron nitride composite is oriented in a thickness direction of the film by a magnetic field. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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