KR102079080B1 - Manufacturing method of thermally conductive coatings based on carbon materials with high-dispersion - Google Patents
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Abstract
고분산성 탄소재 기반 방열 코팅제의 제조방법이 개시된다.
본 발명의 일례에 의한 방열 코팅제의 제조방법은 탄소재와 오존(O3)을 반응시켜 탄소재를 활성화시키는 제1단계; 제1단계를 통하여 활성화된 탄소재를 불소 가스와 반응시켜 탄소재에 불소 관능기를 도입하는 제2단계; 및 상기 제2단계를 통하여 불소 관능기가 도입된 탄소재를 코팅용액에 혼합하여 방열 코팅제를 제조하는 제3단계;를 포함하여 이루어진다.Disclosed is a method for producing a highly dispersible carbon material based heat dissipating coating.
Method for producing a heat dissipation coating agent according to an embodiment of the present invention comprises a first step of activating the carbon material by reacting the carbon material and ozone (O 3 ); A second step of introducing a fluorine functional group into the carbon material by reacting the activated carbon material with the fluorine gas through the first step; And a third step of preparing a heat dissipation coating agent by mixing the carbon material into which the fluorine functional group is introduced through the second step in a coating solution.
Description
본 발명은 방열 코팅제의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 활성화 단계 및 불소 관능기 도입 단계를 거친 탄소재를 이용하여 방열 코팅제를 제조함으로써, 우수한 방열 성능을 얻을 수 있는 방열 코팅제의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a heat dissipating coating, and more particularly, to a method for manufacturing a heat dissipating coating that can obtain excellent heat dissipation performance by manufacturing a heat dissipating coating using a carbon material that has undergone an activation step and a fluorine functional group introduction step. will be.
최근 사용되어지고 있는 전기전자부품 등은 경량화, 소형화, 고집적화로 인하여 더욱 많은 열이 발생하고 있다. 발생된 열은 전기전자부품 또는 주변 부품의 오작동, 열화에 의한 수명단축 등의 원인이 되고 있으며, 최근에는 발생된 열을 효과적으로 제거하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION Electrical and electronic components that have been used recently generate more heat due to weight reduction, miniaturization, and high integration. The generated heat is a cause of malfunction of electrical and electronic components or peripheral components, shortening the lifespan due to deterioration, etc. Recently, researches for effectively removing the generated heat have been actively conducted.
일례로 전기전자부품 중의 하나인 LED(Light Emitting Diode)는 상대적으로 에너지가 적게 소요되면서도 고효율을 갖는 것으로서 그 사용이 매우 빠른 속도로 증가하고 있으나, 발생되는 열을 적절히 처리하지 못하여 수명이 저하되는 문제를 여전히 가지고 있다. 일반적으로 LED모듈의 작동 온도가 10℃ 상승할 때, 수명은 2배 감소하는 것으로 알려져 있으며, LED의 장점인 긴 수명과 고효율을 위해서 발생된 열을 효과적으로 방열시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. For example, LED (Light Emitting Diode), one of the electrical and electronic components, has relatively high energy consumption and high efficiency, and its use is increasing at a very high speed, but the life is reduced due to failure to adequately handle the generated heat. I still have In general, when the operating temperature of the LED module rises 10 ℃, it is known that the life is reduced by 2 times, and various studies are being conducted to effectively dissipate heat generated for long life and high efficiency, which is an advantage of the LED.
최근, 발생된 열을 방출시키는 수단 중의 하나로, 방열 코팅제를 이용하는 기술이 제안된 바 있다. Recently, as one of means for releasing generated heat, a technique using a heat dissipating coating has been proposed.
그러나 종래의 방열 코팅제를 이용하는 기술은 방열 성능이 충분하지 못하고, 코팅제 내에 함유된 미세입자들이 균일하게 분산되지 못함과 동시에 미세입자들이 서로 응집함으로서 경화된 방열 코팅제에 크랙이 발생하고, 방열 코팅제와 기판이 박리되는 문제가 있다. However, the technology using a conventional heat dissipating coating is not sufficient heat dissipation performance, the fine particles contained in the coating is not uniformly dispersed and at the same time the microparticles agglomerate with each other, cracks occur in the cured heat dissipating coating, the heat dissipating coating and the substrate There exists a problem of this peeling.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래에 비하여 우수한 방열 성능을 갖는 방열 코팅제를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a heat dissipating coating having excellent heat dissipation performance as compared with the conventional.
본 발명의 또 다른 목적은 코팅제의 분산성을 향상시킴과 동시에 입자 간 응집을 방지하여, 크랙 및 기판과의 박리를 방지할 수 있는 방열 코팅제를 제공하는 것에 있다. Still another object of the present invention is to provide a heat dissipating coating that can improve the dispersibility of the coating and at the same time prevent agglomeration between particles, thereby preventing cracking and peeling from the substrate.
본 발명의 목적은 상술한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above, other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고분산성 탄소재 기반 방열 코팅제의 제조방법을 제공하는데, 본 발명의 일례에 의한 방열 코팅제의 제조방법은, 탄소재와 오존(O3)을 반응시켜 탄소재를 활성화시키는 제1단계; 상기 제1단계를 통하여 활성화된 탄소재를 불소 가스와 반응시켜 탄소재에 불소 관능기를 도입하는 제2단계; 및 상기 제2단계를 통하여 불소 관능기가 도입된 탄소재를 코팅용액에 혼합하여 방열 코팅제를 제조하는 제3단계;를 포함하여 이루어진다. In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a highly dispersible carbon material-based heat dissipation coating agent, the method for producing a heat dissipation coating agent according to an example of the present invention, the carbon material by reacting the carbon material and ozone (O 3 ) Activating a first step; A second step of introducing a fluorine functional group into the carbon material by reacting the activated carbon material with the fluorine gas through the first step; And a third step of preparing a heat dissipation coating agent by mixing the carbon material into which the fluorine functional group is introduced through the second step in a coating solution.
상기 제1단계는 오존을 0.1 내지 5wt% 함유한 조건에서 수행되는 것이 바람직하다. The first step is preferably carried out in a condition containing 0.1 to 5wt% ozone.
또한, 상기 제1단계는 1 내지 20분 동안 이루어지는 것이 바람직하다. In addition, the first step is preferably made for 1 to 20 minutes.
상기 제2단계는 비활성가스 분위기하에서 불소 가스의 부분압이 0.1 내지 0.5 bar인 조건에서 수행되는 것이 바람직하다. The second step is preferably performed under a condition that the partial pressure of the fluorine gas is 0.1 to 0.5 bar in an inert gas atmosphere.
또한, 상기 제2단계는 25 내지 300℃의 온도범위에서 1 내지 60분 동안 이루어지는 것이 바람직하다. In addition, the second step is preferably made for 1 to 60 minutes in the temperature range of 25 to 300 ℃.
상기 코팅용액은 바인더 및 경화제를 포함할 수 있으며, 상기 제3단계에서는 상기 코팅용액 100 중량부를 기준으로 상기 탄소재 5 내지 50중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. The coating solution may include a binder and a curing agent, and in the third step, it is preferable to mix 5 to 50 parts by weight of the carbon material based on 100 parts by weight of the coating solution.
상기 바인더는 탄소사슬의 양 말단 또는 탄소사슬의 측쇄에 열중합이 가능한 비닐기, 아크릴기, 우레탄기, 에폭시기, 아미노기, 이미드기 중에서 선택되는 적어도 하나의 관능기를 함유하는 유기고분자인 것이 바람직하다. The binder is preferably an organic polymer containing at least one functional group selected from vinyl groups, acrylic groups, urethane groups, epoxy groups, amino groups, and imide groups capable of thermal polymerization at both ends of the carbon chain or side chains of the carbon chain.
상술한 본 발명에 의할 경우, 종래에 비하여 우수한 방열 성능을 갖는 방열 코팅제를 얻을 수 있다.According to the present invention described above, it is possible to obtain a heat dissipation coating agent having excellent heat dissipation performance as compared with the prior art.
또한, 본 발명에 의할 경우, 코팅제의 분산성을 향상시킴과 동시에 입자 간 응집을 방지하여, 크랙 및 기판과의 박리를 방지할 수 있는 방열 코팅제를 얻을 수 있게 된다.In addition, according to the present invention, it is possible to improve the dispersibility of the coating and at the same time prevent the aggregation between the particles, it is possible to obtain a heat-dissipating coating that can prevent cracking and peeling with the substrate.
본 발명의 효과는 상술한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those described above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 탄소재의 분산 성능을 확인하기 위하여, 실시예 및 비교예에 의한 탄소재를 아세톤에 혼합하여 교반시키고, 30분 동안 방치한 다음의 상태를 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 방열 코팅제의 방열 성능을 측정하기 위한 열화상 카메라 촬영 사진이다. FIG. 1 is a view illustrating a state in which carbon materials according to Examples and Comparative Examples are mixed with acetone, stirred, and left for 30 minutes to confirm dispersion performance of carbon materials according to Examples and Comparative Examples of the present invention. One picture.
FIG. 2 is a photograph of a thermal imaging camera for measuring a heat radiation performance of a heat radiation coating agent according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
이하 첨부된 도면과 실시예 및 시험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, examples, and test examples.
본 발명은 고분산성 탄소재 기반 방열 코팅제의 제조방법을 제공하는데, 본 발명의 일례에 의한 방열 코팅제의 제조방법은, 탄소재와 오존(O3)을 반응시켜 탄소재를 활성화시키는 제1단계; 상기 제1단계를 통하여 활성화된 탄소재를 불소 가스와 반응시켜 탄소재에 불소 관능기를 도입하는 제2단계; 및 상기 제2단계를 통하여 불소 관능기가 도입된 탄소재를 코팅용액에 혼합하여 방열 코팅제를 제조하는 제3단계;를 포함한다.The present invention provides a method for producing a highly dispersible carbon material-based heat dissipation coating agent, the method for producing a heat dissipation coating agent according to an example of the present invention, the first step of activating the carbon material by reacting the carbon material and ozone (O 3 ); A second step of introducing the fluorine functional group into the carbon material by reacting the activated carbon material with the fluorine gas through the first step; And a third step of preparing a heat dissipation coating agent by mixing the carbon material into which the fluorine functional group is introduced through the second step in a coating solution.
상기 탄소재는 열전도율이 높은 탄소재로 알려진 것이라면 어느 것을 사용하여도 무방하며, 일례로 상기 탄소재는 흑연, 탄소나노튜브, 그래핀 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 다만, 상대적으로 관능기의 도입이 용이하고 분산성이 우수한 흑연을 사용하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The carbon material may be used as long as it is known as a carbon material having high thermal conductivity. For example, the carbon material may be selected from the group consisting of graphite, carbon nanotubes, graphene, and mixtures thereof. However, it is preferable to use graphite which is relatively easy to introduce functional groups and has excellent dispersibility, but is not necessarily limited thereto.
상기 제1단계에서는 탄소재와 오존(O3)을 반응시켜 탄소재를 활성화시키게 된다. 본 단계는 이후의 단계에서 탄소재에 불소 관능기를 보다 효과적으로 도입하기 위하여 탄소재에 활성점을 부여하기 위하여 시행된다. In the first step, the carbon material is reacted with ozone (O 3 ) to activate the carbon material. This step is carried out to give an active point to the carbon material in order to introduce the fluorine functional group to the carbon material more effectively in a later step.
탄소재와 오존의 반응은 공기분위기하에서 이루어질 수 있으며, 상기 반응은 오존을 0.1 내지 5wt% 함유한 조건에서 1 내지 20분 동안 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 반응은 상온 또는 상온 이상의 온도에서 모두 이루어질 수 있다. 즉, 탄소재와 오존을 반응시키는 과정에서 온도는 다양하게 설정될 수 있다. The reaction between the carbon material and ozone may be performed in an air atmosphere, and the reaction is preferably performed for 1 to 20 minutes under the condition containing 0.1 to 5 wt% ozone. In addition, the reaction may be all at room temperature or above room temperature. That is, in the process of reacting the carbon material and ozone, the temperature may be set in various ways.
상기 탄소재와 오존의 반응에서 오존의 함유조건 및 반응시간이 상기 하한치 미만일 경우에는 탄소재와 오존이 충분히 반응하지 못하여 탄소재가 충분히 활성화되지 못하므로 이후의 단계에서 불소 관능기가 충분히 도입되지 못할 우려가 있어 바람직하지 못하고, 오존의 함유조건 및 반응시간이 상기 상한치를 초과할 경우에는 과도한 활성화 및 과도한 활성화로 인하여 이후의 단계에서 과도한 불소 관능기가 도입되어 탄소재의 구조 변형이 발생할 우려가 있어 바람직하지 않다. In the reaction between the carbon material and ozone, if the ozone content condition and reaction time are less than the lower limit, the carbon material and ozone may not react sufficiently, and thus the carbon material may not be sufficiently activated. If the ozone content and reaction time exceeds the upper limit, excessive fluorine functional groups are introduced at a later stage due to excessive activation and excessive activation, which may cause structural deformation of the carbon material. .
상기와 같이 제1단계를 통하여 활성화된 탄소재는 제2단계에서 불소 가스와 반응시켜 탄소재에 불소 관능기를 도입하게 된다. The carbon material activated through the first step as described above reacts with the fluorine gas in the second step to introduce fluorine functional groups into the carbon material.
상기 불소 가스는 순수한 불소 및 불소가 포함된 다양한 재료로부터 도입이 가능하며, 일례로 불소, 삼불화붕소, 삼불화질소 및 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 즉 본 명세서에서 지칭하는 불소 가스는 순수한 불소 가스 및 불소를 포함하는 다양한 물질을 지칭하는 개념이다.The fluorine gas may be introduced from various materials including pure fluorine and fluorine. For example, fluorine, boron trifluoride, nitrogen trifluoride, and mixtures thereof may be used. That is, the fluorine gas referred to herein is a concept of referring to various materials including pure fluorine gas and fluorine.
상기 제2단계는 비활성가스 분위기하에서 불소 가스의 부분압이 0.1 내지 0.5 bar인 조건에서 수행되는 것이 바람직하며, 25 내지 300℃의 온도범위에서 1 내지 60분 동안 이루어지는 것이 바람직하다. The second step is preferably performed under a condition in which the partial pressure of the fluorine gas is 0.1 to 0.5 bar in an inert gas atmosphere, preferably for 1 to 60 minutes in the temperature range of 25 to 300 ℃.
상기 제2단계를 비활성가스 분위기하에서 수행하는 것은, 원치 않은 부반응을 최소화화고 공정의 안정성을 확보하기 위함이다. Performing the second step in an inert gas atmosphere is to minimize the unwanted side reactions and to ensure the stability of the process.
상기 제2단계에서 불소 가스의 부분압, 반응온도 및 반응시간이 상기 하한치 미만일 경우에는 탄소재에 불소 관능기가 충분히 도입되지 못할 우려가 있어 바람직하지 않고, 불소 가스의 부분압, 반응온도 및 반응시간이 상기 상한치를 초과할 경우에는 상한치의 경우와 도입되는 불소 관능기의 양이 별반 차이가 없고, 오히려 과반응으로 인하여 원치 않는 구조 변형이 발생하여 방열 성능을 저하시킬 우려가 있어 바람직하지 않다. If the partial pressure, reaction temperature and reaction time of the fluorine gas in the second step is less than the lower limit, there is a risk that the fluorine functional groups may not be sufficiently introduced into the carbon material, and the partial pressure, reaction temperature and reaction time of the fluorine gas may be When the upper limit is exceeded, there is no difference between the upper limit and the amount of the fluorine functional groups introduced, and rather, it is not preferable because there is a possibility that unwanted structural deformation occurs due to overreaction, thereby lowering the heat radiation performance.
상기와 같은 제2단계의 과정을 거치면 탄소재에 불소 관능기가 도입된 상태가 된다. 이후, 제3단계에서 불소 관능기가 도입된 탄소재와 코팅용액을 혼합하여 방열 코팅제를 제조하게 된다. After the second step, the fluorine functional group is introduced into the carbon material. Thereafter, in the third step, the carbon material and the coating solution introduced with the fluorine functional group are mixed to prepare a heat dissipation coating agent.
상기 코팅용액은 종래에 알려진 다양한 코팅용액을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 불소 관능기가 도입된 탄소재를 혼합하여 방열 코팅제를 제조하는 것이므로 상기 코팅용액은 아래와 같은 것을 사용하는 것이 바람직하다. The coating solution may use a variety of coating solutions known in the art. However, since the present invention is to prepare a heat dissipation coating agent by mixing a carbon material introduced with a fluorine functional group, the coating solution is preferably used as follows.
즉, 상기 코팅용액은 바인더와 경화제를 포함한다. That is, the coating solution includes a binder and a curing agent.
본 발명이 불소 관능기가 도입된 탄소재를 이용하여 방열 코팅제를 제조하기 위한 것이므로, 상기 바인더는 탄소사슬의 양 말단 또는 탄소사슬의 측쇄에 열중합이 가능한 비닐기, 아크릴기, 우레탄기, 에폭시기, 아미노기, 이미드기 중에서 선택되는 적어도 하나의 관능기를 함유하는 유기고분자인 것이 바람직하다. Since the present invention is for producing a heat-dissipating coating agent using a carbon material introduced with a fluorine functional group, the binder is a vinyl group, acrylic group, urethane group, epoxy group, capable of thermal polymerization at both ends of the carbon chain or side chain of the carbon chain, It is preferable that it is an organic polymer containing at least 1 functional group chosen from an amino group and an imide group.
또한, 상기 경화제는 다양한 종류의 것이 사용될 수 있으나, 반복된 실험결과 폴리아미드를 사용하는 것이 가장 효율적인 것으로 판명되었다. 그러나, 본 발명에 있어서, 경화제를 폴리아미드로 한정하는 것은 아니며 다양한 종류의 경화제가 사용될 수 있다. In addition, although various kinds of hardeners may be used, repeated experiments have shown that polyamide is most effective. However, in the present invention, the curing agent is not limited to polyamide, and various kinds of curing agents may be used.
또한, 상기 코팅용액에는 방열 코팅제의 농도조절을 위한 희석제 및 다양한 첨가제가 추가로 혼합될 수 있다. 불소 관능기가 도입된 탄소재, 상술한 유기고분자로 이루어지는 바인더의 종류를 고려할 때, 상기 희석제는 모노-에폭시, 디-에폭시, 트리-에폭시, 페닐글리시딜에테르, 아세톤, 톨루엔 및 자일렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, the coating solution may be further mixed with a diluent and various additives for adjusting the concentration of the heat dissipating coating. Considering the kind of the carbon material into which the fluorine functional group is introduced and the binder made of the above-mentioned organic polymer, the diluent consists of mono-epoxy, di-epoxy, tri-epoxy, phenylglycidyl ether, acetone, toluene and xylene. At least one selected from the group is preferably used, but is not necessarily limited thereto.
이하 실시예 및 시험예에 대하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Test Examples.
실시예Example : 불소 관능기 : Fluorine functional group 가end 도입된 Introduced 탄소재의Carbonaceous 제조 Produce
탄소재로 흑연분말을 사용하였다.Graphite powder was used as the carbon material.
건조된 흑연분말을 반응기에 투입하고, 오존을 0.3wt% 함유하는 공기분위기 하에서 10분동안 반응시켜 흑연을 활성화시켰다. The dried graphite powder was put into a reactor and reacted for 10 minutes in an air atmosphere containing 0.3 wt% of ozone to activate graphite.
이후, 반응기 내부를 배기하고, 비활성가스의 주입 및 배기를 3회 반복한 다음, 부분압 0.4 bar인 불소 가스와 부분압 0.6 bar인 아르곤가스의 혼합가스를 반응기 내부로 투입하여 30분 동안 흑연과 반응시켜 탄소재에 불소 관능기를 도입하였다. Thereafter, the inside of the reactor was evacuated, the inert gas was injected and evacuated three times, and then a mixed gas of fluorine gas having a partial pressure of 0.4 bar and argon gas having a partial pressure of 0.6 bar was introduced into the reactor to react with graphite for 30 minutes. The fluorine functional group was introduced into the carbon material.
비교예Comparative example
오존과 흑연을 반응시키는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 과정을 거쳐 제조한 탄소재를 비교예 1로 하였으며, 불소 가스와 흑연을 반응시키는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 과정을 거쳐 제조한 탄소재를 비교예 2로 하였고, 순수한 흑연분말을 비교예 3으로 하였다. A carbon material manufactured through the same process as in Example 1 except for reacting ozone with graphite was prepared as Comparative Example 1, and a carbon material manufactured through the same process as in Example, except for reacting fluorine gas with graphite. Was used as Comparative Example 2, and pure graphite powder was used as Comparative Example 3.
분산 성능Distributed performance
상기 실시예 및 비교예에 의한 탄소재의 분산 성능을 확인하기 위하여, 실시예 및 비교예에 의한 탄소재를 아세톤에 혼합하여 교반시키고, 30분 동안 방치한 다음의 상태를 촬영하여 도 1에 나타내었다. 이때 탄소재와 아세톤은 무게비로 1 : 5가 되도록 혼합하였다.In order to confirm the dispersion performance of the carbon material according to the above Examples and Comparative Examples, the carbon material according to the Examples and Comparative Examples was mixed with acetone and stirred, and left for 30 minutes, and photographed after the state shown in FIG. It was. At this time, the carbon material and acetone were mixed so as to be 1: 5 by weight ratio.
도 1의 결과로부터 알 수 있듯이 본 발명의 실시예에 의한 탄소재는 시간 경과 후에도 분산 상태가 우수함을 확인할 수 있었다. 이로부터, 본 발명의 실시예에 의한 탄소재를 이용하여 제조되는 방열 코팅제는 방열 성능이 우수할 것으로 예측할 수 있다. As can be seen from the results of FIG. 1, the carbon material according to the embodiment of the present invention was confirmed to have excellent dispersion state even after elapse of time. From this, it can be expected that the heat dissipation coating agent produced using the carbon material according to the embodiment of the present invention will have excellent heat dissipation performance.
원소함량 측정 및 구조분석Element Content Measurement and Structural Analysis
상기 실시예 및 비교예에 의한 탄소재의 원소함량 측정 및 구조분석을 시행하였다. 정확한 측정 및 분석을 위하여 실시예 및 비교예에 의한 탄소재는 모두 진공 건조 오븐에서 수분을 제거하였다.Elemental content measurement and structural analysis of the carbon material according to the examples and comparative examples were carried out. For accurate measurement and analysis, the carbon materials according to the examples and the comparative examples were all dehydrated in a vacuum drying oven.
먼저, Thermo Fisher Scientific사의 VG Multilab 2000 모델을 사용하여 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석을 수행하였으며, 이로부터 원소함량을 계산하여 이의 결과를 아래의 표에 나타내었다. First, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis was performed using a Thermo Fisher Scientific VG Multilab 2000 model.
또한, 구조분석을 위하여 PANalytical사의 X'Pert PRO 모델을 사용하여 XRD(X-ray diffraction) 분석을 수행하였다. 분석은 상온에서 Cu KαX-선을 조사하여 진행하였으며, 2θ가 26 근방에서 나온 피크의 높이와 반폭값으로부터 흑연의 층간 거리 d002값을 계산하였으며, 이의 결과를 아래의 표에 나타내었다.In addition, X-ray diffraction (XRD) analysis was performed using PANalytical's X'Pert PRO model for structural analysis. The analysis was carried out by irradiation of Cu KαX-rays at room temperature, and the interlayer distance d 002 of graphite was calculated from the height and half width of the peak at 2θ around 26, and the results are shown in the table below.
상기 표의 결과로부터 알 수 있듯이 불소 가스와 흑연과의 반응을 통하여 제조된 본 발명의 실시예에 의한 탄소재와 비교예 1에 의한 탄소재는 불소 관능기가 도입되었음을 확인할 수 있었다. 또한, 오존과의 반응을 통하여 활성화 단계를 거친 후에 불소 가스와 반응을 시킨 본 발명의 실시예에 의한 탄소재는 오존과의 반응을 통한 활성화 단계를 거치지 않은 비교예 1에 의한 탄소재에 비하여 도입된 불소의 함량이 증가함을 확인할 수 있었다. As can be seen from the results of the above table, the carbon material according to the embodiment of the present invention and the carbon material according to Comparative Example 1 prepared through the reaction of fluorine gas and graphite were able to confirm that the fluorine functional group was introduced. In addition, the carbon material according to the embodiment of the present invention reacted with the fluorine gas after the activation step through the reaction with ozone is introduced compared to the carbon material according to Comparative Example 1 that did not undergo the activation step through the reaction with ozone. It was confirmed that the content of fluorine increased.
이로부터 불소 관능기 도입을 위한 불소 가스와의 반응 이전에 오존과의 반응을 통한 탄소재의 활성화 단계를 거칠 경우, 도입되는 불소의 함량이 높아짐을 확인할 수 있었다. From this, when the carbon material is activated through the reaction with ozone prior to the reaction with the fluorine gas for introducing the fluorine functional group, it was confirmed that the content of the introduced fluorine is increased.
또한, XRD 결과로부터 계산된 층간 간격을 의미하는 d002 값이 별 차이가 없는 것으로 보아, 오존 및 불소 가스와 탄소재를 반응시켜도 탄소재의 구조에는 큰 변화가 없는 것을 알 수 있었다. In addition, since the value of d 002 which means the interlayer spacing calculated from the XRD results was not significantly different, it was found that even when ozone and fluorine gas were reacted with the carbon material, there was no significant change in the structure of the carbon material.
방열 성능Heat dissipation performance
방열 성능을 확인하기 위하여 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 탄소재를 코팅용액에 혼합하여 방열 코팅제를 제조한 다음, 이를 구리 호일에 닥터블레이드를 이용하여 200㎛의 두께로 코팅하여 경화시켰으며, 이를 LED기판에 부착한 상태에서 LED를 점등한 다음, 10분이 경과한 후의 온도를 열화상 카메라로 측정하여 이의 결과를 도 2 및 하기의 표에 나타내었다. In order to confirm the heat dissipation performance, the carbon material according to Examples and Comparative Examples of the present invention was mixed with the coating solution to prepare a heat dissipation coating agent, and then it was cured by coating the copper foil with a thickness of 200 μm using a doctor blade. After the LED was turned on in a state where it was attached to the LED substrate, the temperature after 10 minutes was measured by a thermal imaging camera, and the results thereof are shown in FIG. 2 and the following table.
이때, 바인더로는 에폭시를 사용하였으며, 경화제로는 폴리아미드 사용하였다. 탄소재, 바인더, 경화제의 혼합비는 무게비로 1 : 3 : 0.5가 되도록 하였다. At this time, epoxy was used as a binder and polyamide was used as a curing agent. The mixing ratio of the carbon material, the binder, and the curing agent was 1: 3: 0.5 by weight ratio.
도 2 및 상기 표의 결과로부터 알 수 있듯이 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 방열 코팅제의 방열 성능이 가장 우수함을 확인할 수 있었다. As can be seen from the results of FIG. 2 and the table, it was confirmed that the heat dissipation performance of the heat dissipation coating agent prepared according to the embodiment of the present invention was the best.
불소 가스와의 반응을 통하여 탄소재에 불소 관능기를 도입한 탄소재를 이용한 실시예 및 비교예 1을 비교하여 보면, 오존과의 반응을 통하여 탄소재를 활성화시킴에 의하여 보다 많은 불소 관능기를 도입한 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 방열 코팅제의 방열 성능이 보다 우수함을 확인할 수 있었다.Comparing Example 1 and Comparative Example 1 using a carbon material in which a fluorine functional group was introduced to the carbon material through reaction with fluorine gas, more fluorine functional groups were introduced by activating the carbon material through reaction with ozone. It was confirmed that the heat dissipation performance of the heat dissipation coating agent prepared by the embodiment of the present invention is more excellent.
또한, 불소 가스와의 반응을 통하여 탄소재에 불소 관능기를 도입한 비교예 1은 불소 관능기를 도입하지 않은 비교예 2 및 비교예 3에 비하여 방열 성능이 우수한 것으로 확인되었으며, 불소 가스와의 반응을 진행하지 않은 비교예 2 및 비교예 3을 비교하여보면 비교예 2가 비교예 3에 비하여 방열 성능이 우수한 것으로 확인되었는데, 이는 오존과의 반응을 통하여 탄소재가 활성화됨에 따라 분산상태가 개선된 것에 기인한 것으로 판단된다. In addition, Comparative Example 1 in which the fluorine functional group was introduced into the carbon material through the reaction with fluorine gas was found to have superior heat dissipation performance as compared with Comparative Example 2 and Comparative Example 3 in which the fluorine functional group was not introduced. Comparing Comparative Example 2 and Comparative Example 3, which did not proceed, it was confirmed that Comparative Example 2 had better heat dissipation performance than Comparative Example 3, because the dispersion state was improved as the carbon material was activated through reaction with ozone. I think it was.
상기의 결과로부터 오존과의 반응을 통하여 탄소재를 활성화시킨 다음, 불소 가스와의 반응을 통하여 불소 관능기를 도입한 탄소재를 이용하여 제조되는 본 발명에 따른 방열 코팅제는 종래에 비하여 방열 성능이 큰 폭으로 개선됨을 알 수 있다. From the above results, the heat radiation coating agent according to the present invention manufactured by activating the carbon material through the reaction with ozone and then introducing the fluorine functional group through the reaction with fluorine gas has a higher heat dissipation performance than the conventional one. It can be seen that the width is improved.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.Embodiments of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can improve and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention as long as it will be apparent to those skilled in the art.
Claims (7)
상기 제1단계를 통하여 활성화된 탄소재를 불소 가스의 부분압이 0.1 내지 0.5 bar인 비활성가스 분위기에서 불소 가스와 반응시켜 탄소재에 불소 관능기를 도입하는 제2단계; 및
상기 제2단계를 통하여 불소 관능기가 도입된 탄소재를 코팅용액에 혼합하여 방열 코팅제를 제조하는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 방열 코팅제의 제조방법.
A first step of activating the carbon material by reacting the carbon material and ozone at room temperature in the air atmosphere containing 0.1 to 5wt% ozone (O 3 );
A second step of introducing the fluorine functional group into the carbon material by reacting the activated carbon material through the first step with the fluorine gas in an inert gas atmosphere having a partial pressure of fluorine gas of 0.1 to 0.5 bar; And
And a third step of preparing a heat dissipation coating agent by mixing the carbon material into which the fluorine functional group has been introduced through the second step to the coating solution.
상기 제1단계는 1 내지 20분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열 코팅제의 제조방법.
The method of claim 1,
The first step is a method for producing a heat dissipating coating, characterized in that made for 1 to 20 minutes.
상기 제2단계는 25 내지 300℃의 온도범위에서 1 내지 60분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열 코팅제의 제조방법.
The method of claim 1,
The second step is a method for producing a heat-dissipating coating, characterized in that for 1 to 60 minutes in the temperature range of 25 to 300 ℃.
상기 코팅용액은 바인더 및 경화제를 포함하며,
상기 제3단계에서는 상기 코팅용액 100 중량부를 기준으로 상기 탄소재 5 내지 50중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 방열 코팅제의 제조방법.
The method of claim 1,
The coating solution includes a binder and a curing agent,
In the third step, the method for producing a heat-dissipating coating, characterized in that for mixing 5 to 50 parts by weight of the carbon material based on 100 parts by weight of the coating solution.
상기 바인더는 탄소사슬의 양 말단 또는 탄소사슬의 측쇄에 열중합이 가능한 비닐기, 아크릴기, 우레탄기, 에폭시기, 아미노기, 이미드기 중에서 선택되는 적어도 하나의 관능기를 함유하는 유기고분자인 것을 특징으로 하는 방열 코팅제의 제조방법.The method of claim 6,
The binder is an organic polymer containing at least one functional group selected from vinyl groups, acrylic groups, urethane groups, epoxy groups, amino groups, and imide groups capable of thermal polymerization at both ends of the carbon chain or side chains of the carbon chain. Method for producing a heat dissipating coating.
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