KR102178155B1 - 열전도성이 우수한 아크릴폼의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 내용은 열전도성이 우수한 아크릴폼의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아크릴에멀전, 발포제, 열전도성 충전재 및 경화제를 혼합하는 원료혼합단계, 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 발포하는 발포단계, 상기 발포단계를 통해 발포된 발포체를 기재에 코팅하는 코팅단계, 상기 코팅단계를 통해 제조된 적층체를 열처리하는 열처리단계 및 상기 열처리단계를 통해 열처리된 적층체를 숙성하는 숙성단계로 이루어진다.
상기의 과정을 통해 제조되는 아크릴폼은 오픈셀이 형성되어 우수한 내충격성을 나타내며, 열전도성 충전재가 혼합되어 우수한 열전도성을 나타낸다.

Description

열전도성이 우수한 아크릴폼의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF ACRYLIC FOAM EXCELLENT IN THERMAL CONDUCTIVITY}
개시된 내용은 열전도성이 우수한 아크릴폼의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오픈셀이 형성되어 우수한 내충격성을 나타내며 열전도성 충전재가 혼합되어 우수한 열전도성을 나타내는 아크릴폼의 제조방법에 관한 것이다.
아크릴폼은 아크릴수지에 발포제 등을 혼합하여 발포하는 과정을 통해 제조되는데, 폼 자체로 완충효과를 요하는 부품으로 사용되거나, 자동차의 실링제와 차체사이에서 차체와 EPDM고무를 접착하거나, 엠블렘이나 사이드몰딩을 접착하는 테이프 등의 재료로 사용되고, 그 외에도 디스플레이가 구비된 전자기기 등에 주로 적용된다.
최근에는 다양한 모양과 용도의 아크릴폼을 이용하기 위하여 정밀컷팅 가공과 취급의 용이성이 요구되고 있으며, 얇은 두께를 나타내더라도 우수한 완충효과를 나타내는 아크릴폼을 제조하기 위해 시도가 지속적으로 이루어지고 있다.
종래에는 아크릴폼을 제조하는 과정에서 일반적으로 용제형 수지가 사용되고 있는데, 용제형 수지를 이용하는 경우에는 용제로부터 발생하는 휘발성 유기화합물로 인해 친환경적이지 못한 문제점이 있었으며, 제조과정에서 발포제에 의한 화학적 발포가 주로 이루어져 셀 구조물의 크기를 조절하기 어려운 문제점이 있었다.
또한 종래에 아크릴폼은 화학적 발포로 인해 형성되는 셀이 크기가 크기 때문에, 아크릴폼을 얇은 두께로 성형할 수 없었으며, 제조되는 폼의 복원력이 낮은 문제점이 있었다.
따라서, 용제를 사용하지 않아 친환경적이며, 균일한 크기의 마이크로셀이 형성되어 얇은 두께로 성형하더라도 우수한 복원력을 나타내는 아크릴폼의 제조가 요구되고 있다.
한국특허등록 제10-1099602호(2011.12.21). 한국특허등록 제10-1736536호(2017.05.10).
개시된 내용은 오픈셀이 형성되어 우수한 내충격성을 나타내며 열전도성 충전재가 혼합되어 열전도성이 우수한 아크릴폼의 제조방법을 제공하는 것이다.
하나의 일 실시예로서 이 개시의 내용은 아크릴에멀전, 발포제, 열전도성 충전재 및 경화제를 혼합하는 원료혼합단계, 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 발포하는 발포단계, 상기 발포단계를 통해 발포된 발포체를 기재에 코팅하는 코팅단계, 상기 코팅단계를 통해 제조된 적층체를 열처리하는 열처리단계 및 상기 열처리단계를 통해 열처리된 적층체를 숙성하는 숙성단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 아크릴폼의 제조방법에 대해 기술하고 있다.
바람직하기로는, 상기 원료혼합단계는 아크릴에멀전 100 중량부, 발포제 2 내지 5 중량부, 열전도성 충전재 5 내지 20 중량부 및 경화제 2 내지 4 중량부를 혼합하여 이루어질 수 있다.
더 바람직하기로는, 상기 열전도성 충전재는 보론나이트라이드, 그라파이트 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
더욱 바람직하기로는, 상기 발포제는 하이드로카본계로 이루어질 수 있다.
더욱 더 바람직하기로는, 상기 발포단계는 1000 내지 3000rpm의 교반속도와 25℃ 내지 35℃의 온도에서 이루어질 수 있다.
더욱 더 바람직하기로는, 상기 열처리단계는 60℃에서 150℃까지 45초에 30℃도씩 승온시킨 후에 150℃의 온도에서 40 내지 50초 동안 가열하여 이루어질 수 있다.
더욱 더 바람직하기로는, 상기 숙성단계는 55 내지 65℃의 온도에서 70 내지 75시간 동안 이루어질 수 있다.
이상에서와 같은 열전도성이 우수한 아크릴폼의 제조방법은 오픈셀이 형성되어 우수한 내충격성을 나타내며 열전도성 충전재가 혼합되어 우수한 열전도성을 나타내는 아크릴폼을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1은 개시된 열전도성이 우수한 아크릴폼의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 개시된 실시예 1 및 비교예 1을 통해 제조된 아크릴폼의 표면을 주사전자현미경으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
개시된 열전도성이 우수한 아크릴폼의 제조방법은 아크릴에멀전, 발포제, 열전도성 충전재 및 경화제를 혼합하는 원료혼합단계(S101), 상기 원료혼합단계(S101)를 통해 제조된 혼합물을 발포하는 발포단계(S103), 상기 발포단계(S103)를 통해 발포된 발포체를 기재에 코팅하는 코팅단계(S105), 상기 코팅단계(S105)를 통해 제조된 적층체를 열처리하는 열처리단계(S107) 및 상기 열처리단계(S107)를 통해 열처리된 적층체를 숙성하는 숙성단계(S109)로 이루어진다.
상기 원료혼합단계(S101)는 아크릴에멀전, 발포제, 열전도성 충전재 및 경화제를 혼합하는 단계로, 아크릴에멀전 100 중량부, 발포제 2 내지 5 중량부, 열전도성 충전재 5 내지 20 중량부 및 경화제 2 내지 4 중량부를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 아크릴에멀전은 아크릴 폼의 주재료가 되는 성분으로 수분산 아크릴 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 발포제는 2 내지 5 중량부가 함유되며 상기 수분산 아크릴 수지를 발포시켜 아크릴 폼으로 제조될 수 있도록 하는 역할을 하는데 하이드로카본계로 이루어지는 것이 바람직하며, 펜탄(PENTANE)이나 이소펜탄(ISOPENTANE)으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
상기 발포제의 함량이 2 중량부 미만이면 상기 아크릴에멀전을 구성하는 수분산 아크릴 수지의 발포가 제대로 진행되지 않고, 상기 발포제의 함량이 5 중량부를 초과하게 되면 상기 아크릴에멀전을 구성하는 수분산 아크릴 수지의 발포가 지나치게 진행되어 아크릴 폼의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 열전도성 충전재는 5 내지 20 중량부가 함유되며 개시된 아크릴 폼에 열전도성을 향상시키는 역할을 하는데, 보론나이트라이드, 그라파이트 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 열전도성 충전재의 함량이 5 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 열전도성 충전재의 함량이 20 중량부를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 아크릴폼의 물성이 저하될 수 있다.
상기 경화제는 2 내지 4 중량부가 함유되며, 발포된 아크릴폼을 경화시키는 역할을 하는데, 이소시아네이트, 에폭시, 멜라민 및 아지리딘으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어진 경화제를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 경화제의 함량이 2 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 경화제의 함량이 4 중량부를 촤가하게 되면 아크릴폼의 경화가 지나치게 빠르게 진행되고 경화도가 높아 내충격성이나 기계적 물성 등이 저하될 수 있다.
상기 발포단계(S103)는 상기 원료혼합단계(S101)를 통해 제조된 혼합물을 발포하는 단계로, 상기 원료혼합단계(S101)를 통해 제조된 혼합물을 1000 내지 3000rpm의 교반속도와 25℃ 내지 35℃의 온도에서 20 내지 40분 동안 발포하여 이루어진다.
이때, 상기 발포단계(S103)는 기계식 교반기를 이용하여 이루어지며, 상기와 같은 고속의 조건에서 교반이 진행되기 때문에, 상기와 같은 온도와 교반속도로 발포과정을 진행하면서 발생하는 진동과 상기 혼합물에 함유된 발포제에 의해 혼합물의 발포가 진행되면서 무수히 많은 마이크로셀이 형성되는데, 발포제만을 사용하여 발포를 진행하는 경우와 비교했을 때, 마이크로셀의 생성비율이나 셀의 고르기가 월등하게 향상된다.
상기 코팅단계(S105)는 상기 발포단계(S103)를 통해 발포된 발포체를 기재에 코팅하는 단계로, 상기 발포단계(S103)를 통해 발포된 발포체를 콤마코팅(Comma coating) 방식으로 이형필름이나 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리이미드 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 필름에 80 내지 500㎛의 두께로 코팅하는 단계다.
이때, 기재로 이형필름을 사용하게 되면 무기재 타입의 아크릴폼이 제공되며, 기재로 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리이미드 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 필름을 사용하게 되면 기재 타입의 아크릴 폼이 제공되는데, 기재를 제외한 아크릴 폼의 두께는 모바일 폰에 적용하기 위해 500㎛ 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 열처리단계(S107)는 상기 코팅단계(S105)를 통해 제조된 적층체를 열처리하는 단계로, 상기 코팅단계(S105)를 통해 제조된 적층체를 열처리 장치에 투입하고 60℃에서 150℃까지 45초에 30℃도씩 승온시킨 후에 150℃의 온도에서 40 내지 50초 동안 가열하여 이루어진다.
상기 열처리단계(S107)를 통해 기재에 코팅된 발포체에 함유된 수분이 제거되어 건조됨과 동시에 상기 발포물에 함유되어 있는 경화제로 인해 경화가 진행되는데, 상기와 같이 열처리단계(S107)에서의 승온조건을 적용하는 이유는 발포체를 고온에서 직접 노출하게 되면, 건조와 경화가 급속하게 진행되어 발포물의 표면이 고르게 형성되지 못하기 때문이다.
상기 숙성단계(S109)는 상기 열처리단계(S107)를 통해 열처리된 적층체를 숙성하는 단계로, 상기 열처리단계(S107)를 통해 열처리된 적층체를 55 내지 65℃의 온도에서 70 내지 75시간 동안 숙성시키는 과정으로 이루어진다.
상기의 온도와 시간 동안 숙성된 발포체는 형태안정성이 향상되어 온도변화에 따른 수축이나 뒤틀림 현상이 개선된다.
이하에서는, 개시된 열전도성이 우수한 아크릴폼의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 아크릴폼의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<실시예 1>
아크릴수지 100 중량부, 발포제(PENTANE) 3.5 중량부, 열전도성 충전재(보론나이트라이드) 5 중량부 및 경화제(이소시아네이트) 3 중량부를 혼합한 후에 기계식 교반기에 투입하고 30℃의 온도에서 2000rpm의 속도로 30분 동안 발포한 후에, 발포된 발포물을 이형필름(폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 단면에 실리콘 조성물이 도포된 것)에 콤마코팅방식으로 250 마이크로미터의 두께로 도포하고, 발포물이 도포된 이형필름을 60℃에서 150℃까지 45초에 30℃도씩 승온시킨 후에 150℃의 온도에서 45초 동안 가열하고, 60℃의 온도에서 72시간 동안 숙성하여 열전도성이 향상된 아크릴폼을 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 열전도성 충전재를 10 중량부 혼합하여 열전도성이 향상된 아크릴폼을 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 열전도성 충전재를 20 중량부 혼합하여 열전도성이 향상된 아크릴폼을 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 열전도성 충전재를 혼합하지 않고 아크릴폼을 제조하였다.
상기 실시예 2 내지 비교예 1을 통해 제조된 아크릴폼의 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하여 아래 도 2에 나타내었다.
아래 도 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 2를 통해 제조된 아크릴폼은 오픈셀이 다수 형성되어 있으며, 열전도성 충전재가 고르게 분산되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1을 통해 제조된 아크릴폼 물성을 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
{단, 아크릴폼의 물성은 평균밀도와 열전도율로 나타내었으며, 평균밀도는 밀도측정기를 이용하였으며, 열전도율은 ASTM D5470의 시험방법을 이용하여 측정하였다.}
<표 1>
Figure 112018129313642-pat00001
상기 표 1에 나타낸 것처럼, 개시된 실시예 1 내지 3을 통해 제조된 아크릴폼은 열전도성 충전재가 함유되어 우수한 열전도성을 나타내는 것을 알 수 있다.
따라서, 개시된 열전도성이 우수한 아크릴폼의 제조방법은 오픈셀이 형성되어 우수한 내충격성을 나타내며, 우수한 열전도성을 나타내는 아크릴폼을 제공할 수 있다.
S101 ; 원료혼합단계
S103 ; 발포단계
S105 ; 코팅단계
S107 ; 열처리단계
S109 ; 숙성단계

Claims (4)

  1. 아크릴에멀전, 발포제, 열전도성 충전재 및 경화제를 혼합하는 원료혼합단계;
    상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 발포하는 발포단계;
    상기 발포단계를 통해 발포된 발포체를 기재에 코팅하는 코팅단계;
    상기 코팅단계를 통해 제조된 적층체를 60℃에서 150℃까지 45초에 30℃도씩 승온시킨 후에 150℃의 온도에서 40 내지 50초 동안 가열하여 열처리하는 열처리단계; 및
    상기 열처리단계를 통해 열처리된 적층체를 55 내지 65℃의 온도에서 70 내지 75시간 동안 숙성하는 숙성단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 아크릴폼의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료혼합단계는 아크릴에멀전 100 중량부, 발포제 2 내지 5 중량부, 열전도성 충전재 5 내지 20 중량부 및 경화제 2 내지 4 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 아크릴폼의 제조방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 열전도성 충전재는 보론나이트라이드, 그라파이트 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 아크릴폼의 제조방법.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 발포제는 하이드로카본계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도성이 우수한 아크릴폼의 제조방법.
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