KR102186635B1 - 알루미나 및 열처리된 탄소소재를 포함하는 열전도성 고분자 복합 조성물 및 이를 이용한 방열 제품 - Google Patents

알루미나 및 열처리된 탄소소재를 포함하는 열전도성 고분자 복합 조성물 및 이를 이용한 방열 제품 Download PDF

Info

Publication number
KR102186635B1
KR102186635B1 KR1020190063158A KR20190063158A KR102186635B1 KR 102186635 B1 KR102186635 B1 KR 102186635B1 KR 1020190063158 A KR1020190063158 A KR 1020190063158A KR 20190063158 A KR20190063158 A KR 20190063158A KR 102186635 B1 KR102186635 B1 KR 102186635B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thermally conductive
alumina
pitch
polymer composite
composite composition
Prior art date
Application number
KR1020190063158A
Other languages
English (en)
Inventor
오원태
송치호
Original Assignee
동의대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 동의대학교 산학협력단 filed Critical 동의대학교 산학협력단
Priority to KR1020190063158A priority Critical patent/KR102186635B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102186635B1 publication Critical patent/KR102186635B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02—Fibres or whiskers
    • C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/14—Glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J9/00—Adhesives characterised by their physical nature or the effects produced, e.g. glue sticks
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
    • D01F9/145—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from pitch or distillation residues
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2227—Oxides; Hydroxides of metals of aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/001—Conductive additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/002—Physical properties
    • C08K2201/003—Additives being defined by their diameter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/002—Physical properties
    • C08K2201/005—Additives being defined by their particle size in general

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 알루미나 및 탄소소재를 포함하는 고분자 복합 조성물에 관한 것으로, 구체적으로는 아크릴 수지, 알루미나 및 탄소소재를 포함하는 열전도성 고분자 복합 조성물 및 이를 포함하는 열전도성 접착제, 필름 및 테이프에 관한 것이다. 본 발명에 따른 열전도성 고분자 복합 조성물은 아크릴 수지, 알루미나 및 탄소소재를 특정 혼합비율로 혼합하여 사용함에 따라서, 방열 특성(수직 열전도성)이 향상되는 효과가 있고, 열처리된 탄소섬유 사용시 수직 열전도 특성이 더욱 향상되며, 특히, 탄소소재를 소량만 사용함에 따라서 전기전도도가 절연수준으로 현저히 낮으면서도 우수한 열전도 특성을 나타낼 수 있는 효과가 있다.

Description

알루미나 및 열처리된 탄소소재를 포함하는 열전도성 고분자 복합 조성물 및 이를 이용한 방열 제품{Thermal conductive polymer composites comprising alumina and calcined carbon material and their application of heat dissipation products}
본 발명은 알루미나 및 탄소소재를 포함하는 고분자 복합 조성물 및 이를 이용한 방열 제품에 관한 것으로, 구체적으로는 아크릴 수지, 알루미나 및 탄소소재를 포함하는 열전도성 고분자 복합 조성물 및 이를 포함하는 열전도성 접착제, 필름 및 테이프에 관한 것이다.
최근 LED 조명을 포함한 전기/전자기기의 고성능화, 소형화 및 고기능화로 인해 내부발열이 증가하고 있다. 이로 인해 기기의 성능 저하, 수명 단축 등의 문제점들이 발생하고 있으며, 이러한 문제점을 해결하기 위한 방열대책으로 다양한 기술이 개발되고 있다. 종래 개발된 방열대책으로는 히트싱크(Heat sink)나 냉각팬, 유체파이프, 방열판, 방열테이프 등 다양한 방열기능성 부품소재의 적용을 시도하고 있으나, 획기적인 기술의 향상을 이루지 못하고 있는 상황이다.
이전에는 열전도 특성을 개선시킬수 있는 복합 조성물을 사용한 열전도성 충진제(thermal interface material, TIM)를 개발해왔고, 최근에는 점착성 고분자 바인더를 이용한 열확산 점착 시트가 개발되어 첨단 모바일 기기를 중심으로 적용이 확대되고 있다. 그러나, 열확산 점착시트 제품은 낮은 열전도율(~1W/mk)로 시장 확대에 어려움이 있다. 은(Ag) 또는 구리(Cu)과 같은 고열전도성 소재를 첨가하여 고열전도 특성을 확보하려는 시도도 있었으나, 상기 소재는 고가의 제품으로, 시장에 상용화되기에는 어려움이 있으며, 이러한 소재들은 전기전도성이 높아 전자기기에 사용하기에 적합하지 않다.
시장에 일반적으로 생산하고 있는 열전도성 점착시트 또는 테이프는 대부분 아크릴, 우레탄, 실리콘 등을 바인더로 사용하고 있으며, 열전도도는 1W/mK 이하 수준에 머무르고 있고 그 이상의 2W/mK급 수준의 제품은 일부 해외 업체에서 소개 되고 있으며 가격이 비싸고 독점하고 있는 체제이며 소재의 함량에 따라 점착성이나 유연성에서는 아쉬움을 가지고 있다.
일반적으로, 알루미늄(aluminum, Al)이 알루미나(alumina, Al2O3) 대비 열전도도가 높게 나타나는 것으로 알려져 있으나, 알루미늄을 사용할 경우 전기전도도가 향상되는 문제가 있다. 열전도성 점착시트, 필름 또는 테이프의 경우 열전도도는 우수하되 전기전도도는 절연 수준의 물성을 요구하므로, 이에 적용할 수 있는 보통의 주 첨가재료로는 알루미나를 사용하고 있으며 탄소소재 등 추가적인 소재를 첨가하여 열전도 특성을 올리고 있다.
알루미나를 아크릴바인더에 단독필러로 사용할 경우 55~60wt% 함량에서 1W/mk 내외의 열전도도를 얻을 수 있고, 알루미나를 80% 함량까지 높은 함량으로 적용하게 되면 접착력도 좋지 않을 뿐더러 열전도도 또한 2W/mk도 얻기 힘든 경우가 발생하며, 제품의 표면에도 크게 영향을 끼친다. 또한, 탄소소재를 단독필러로 함량을 많이 첨가하더라도 우수한 열전도 특성이 나타나지 않으며, 탄소소재가 5중량% 이상 포함될 경우 전기전도도가 향상되는 문제가 발생한다. 따라서 열전도 특성을 개선시킬 수 있는 고분자 복합 조성물 개발 연구를 위해서 입자의 구조적 특징과 그에 따른 기준이 되는 알루미나에 탄소소재 첨가 조성비에 대한 연구가 필요하다.
이에, 본 발명자들은 열전도 특성이 좋은 알루미나와 탄소소재를 첨가한 고분자 복합 조성물에 대하여 연구한 결과, 아크릴 수지, 알루미나 및 탄소소재를 특정 혼합비율로 혼합하여 사용함에 따라서 방열 특성(수직 열전도성)이 향상되는 효과가 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
대한민국 공개특허 10-2015-0140125
본 발명의 목적은 열전도성 고분자 복합 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 열전도성 고분자 복합 조성물을 포함하는 열전도성 접착제, 필름 및 테이프를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 고분자 수지 30 중량부 기준;
열전도성 금속 필러 65 내지 69.5 중량부; 및
열전도성 탄소 필러 0.5 내지 5 중량부;를 포함하는,
열전도성 고분자 복합 조성물을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 고분자 수지는 아크릴 수지일 수 잇고, 상기 열전도성 금속 필러는 알루미나(Al2O3)일 수 있고, 상기 열전도성 탄소 필러는 천연 흑연, 등방성 흑연 및 탄소 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 열전도성 고분자 복합 조성물을 포함하는 열전도성 접착제, 필름 및 테이프를 제공한다.
본 발명에 따른 열전도성 고분자 복합 조성물은 아크릴 수지, 알루미나 및 탄소소재를 특정 혼합비율로 혼합하여 사용함에 따라서, 방열 특성(수직 열전도성)이 향상되는 효과가 있고, 열처리된 탄소섬유 사용시 수직 열전도성이 더욱 향상되며, 특히, 탄소소재를 소량만 사용함에 따라서 전기전도도가 절연 수준으로 현저히 낮으면서도 우수한 열전도 특성을 나타낼 수 있는 효과가 있다.
도 1은 아크릴 수지 바인더 단독 소재(a) 및 구상 입자를 가진 알루미나 및 탄소섬유가 포함된 조성물(b)의 입자 배열 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2는 피치계 탄소섬유(CF(ptich)) 및 열처리된 피치계 탄소섬유(CF(pitch)-열처리)의 열중량분석(TGA) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 천연흑연(J45)(a), CF(pitch)(b), 실시예 1-4(c) 및 실시예 5-4(d)의 고분자 복합 조성물의 구조를 확인한 SEM 촬영 이미지이다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 하기의 정의를 가지며 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미에 부합된다 또한, 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.
용어 "약"이라는 것은 참조 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이에 대해 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1% 정도로 변하는 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기,양, 중량 또는 길이를 의미한다.
본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, "포함하다" 및 "포함하는"이란 말은 제시된 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.
일반적으로, 알루미나와 탄소소재를 포함하는 고분자 복합소재를 연구 개발 할 때 절연, 열전도 특성, 생산비용 등 고려하는 스펙에 따라 조성비 선택의 기준이 된다. 구체적으로 소재 자체의 열전도도는 알루미나는 ~30W/mK, 탄소소재인 흑연(Graphite)과 탄소섬유(Carbon fiber; CF)의 경우 각각 ~200W/mK, ~800W/mK 수준으로 무기필러인 알루미나보다 탄소소재가 월등히 높다. 하지만 자체의 열전도 특성이 좋은 탄소소재를 많이 첨가한다고 열전도도가 더 우수하지 않으며, 알루미나 또는 탄소소재를 각각 단독으로 함량을 많이 첨가하여도 우수한 열전도 특성이 나타나지 않는다. 알루미나 단독으로 사용할 경우 입자사이의 빈공간이 생기게 돼서 열전도 특성이 떨어지고 탄소필러를 단독으로 사용할 경우 침상구조나 판상구조로 입자사이 빈 공간은 적으나 수직방향으로 열을 전달 할 때 너무 많은 입자를 거치기 때문에 수직 방향으로 열전도 효율이 좋을 수 없다(도 1 참조).
이에, 본 발명자들은 알루미나와 탄소소재를 첨가한 고분자 복합 조성물을 제조할 때 가장 열전도 특성이 좋은 조성비를 연구한 결과, 전기전도성 소재를 첨가하지 않고 탄소 소재를 소량만 첨가하여도, 특정 조성비에서 알루미나 입자사이 빈 공간을 유연한 선형 구조를 갖는 탄소소재가 적절하게 잘 이어줌으로써 입자 배열이 잘 형성되어 수직방향 열전도도가 상승할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
열전도성 고분자 복합 조성물
본 발명은 고분자 수지 30 중량부 기준;
열전도성 금속 필러 65 내지 69.5 중량부; 및
열전도성 탄소 필러 0.5 내지 5 중량부;를 포함하는,
열전도성 고분자 복합 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 열전도성 고분자 복합 조성물에 있어서, 상기 고분자 수지는 아크릴 수지인 것일 수 있다. 상기 고분자 수지는 바인더로서 첨가되는 것일 수 있다.
상기 아크릴 수지로는 올레핀 수지, 폴리 우레탄 수지, 시아노 아크릴레이트 수지, 이소시아네이트 수지, 아크릴공중합체, 메틸메타크릴레이트 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 올레핀 수지 및 아크릴 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용하는 것일 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, Butyl acrylate(BAM), 2-ethylhexyl acrylate(2-EHAM), Methyl methacrylate(MMA)를 주모노머로 하는 아크릴 공중합체로서, 특히 2-EHAM을 주모노머로 하여 낮은 Tg의 BAM을 사용하고 Tg가 높은 MMA로 stiffness를 증가시킨 아크릴 공중합체를 사용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 본 발명에 따른 상기 열전도성 고분자 복합 조성물은 다양한 아크릴계 관능 모노머를 접목하기 쉬워 다양한 분야에 사용가능할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 열전도성 고분자 복합 조성물은 경화제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화제는 조성물의 신속한 경화를 돕는 역할을 하는 것으로서, 특별히 한정되지 않는다. 바람직하게는, 이소시아네이트(isocyanate)계 경화제 및 에폭시(epoxy)계 경화제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 경화제를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 열전도성 고분자 복합 조성물에 있어서, 상기 열전도성 금속 필러는 알루미나(Al2O3)인 것일 수 있다.
상기 알루미나는, 평균 입경이 5-20㎛인 것을 사용할 수 있고, 1종 이상의 평균 입경을 갖는 알루미나를 혼합하여 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른 열전도성 고분자 복합 조성물에 있어서, 상기 열전도성 탄소 필러는 천연 흑연, 등방성 흑연 및 탄소 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
상기 탄소 섬유는 피치계(Pitch)계 탄소섬유인 것일 수 있고, 탄소섬유를 그대로 이용하거나, 열처리한 다음 이용하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 열처리된 피치(pitch)계 탄소섬유를 이용하는 것일 수 있다.
상기 열처리는 탄소섬유 분말을 400~800℃에서 10~20초간 열처리하는 것일 수 있고, 바람직하게는 450~700℃에서 12~18초간 열처리하는 것일 수 있고, 전기로를 이용하여 열처리하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 또한, 상기 열처리 후 23~28℃로 냉각하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 피치계(Pitch)계 탄소섬유는 섬유단면 평균직경이 13-22㎛인 것을 사용할 수 있고, 바람직하게는 14-21㎛인 것을 사용할 수 있다.
상기 천연흑연은 평균입도 10-14㎛ 또는 43-47㎛인 것을 사용할 수 있고, 바람직하게는 11-13㎛ 또는 44-46㎛인 것을 사용할 수 있다.
상기 등방성 흑연은 평균입도 8-27㎛인 것을 사용할 수 있고, 바람직하게는 9-26㎛인 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 열전도성 고분자 복합 조성물은 바람직하게는, 고분자 수지 30 중량부 기준; 열전도성 금속 필러 67 내지 69 중량부; 및 열전도성 탄소 필러 1 내지 3 중량부 포함하는 것일 수 있고, 보다 바람직하게는 고분자 수지 30 중량부 기준; 열전도성 금속 필러 68 내지 68.2 중량부; 및 열전도성 탄소 필러 1.8 내지 2 중량부 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 상기 열전도성 고분자 복합 조성물을 포함하는 열전도성 접착체, 열전도성 필름 및 열전도성 테이프를 제공한다.
상기 열전도성 접착제는 시트 형태로도 제조되는 것일 수 있고, 상기 열전도성 필름은 점착 필름일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<준비예 1> 열처리된 피치계 탄소섬유의 제조
피치(pitch)계 탄소섬유(carbon fiber, CF)로서 Mitsubishi Rayon에서 구입한 K223HM(섬유단면 직경: 15~20㎛) 분말을 열처리하였다.
구체적으로, 상기 CF(pitch) 분말 2g을 1000℃의 전기로(Muffle Furnace Model: DW-FN-1020)에서 15초간 열처리한 후, 25℃(@RT)로 냉각하여, 열처리된 CF(pitch)를 수득하였다.
열처리 전후의 CF(pitch)에 대하여 열중량분석기(Thermogravimetric Analyzer, TGA)로 열처리 분석을 실시한 결과, 도 2에 나타난 바와 같이, 기존의 CF(pitch)의 경우 400℃ 부근에서 불순물이 제거되는 것을 확인하였고, 열처리된 CF(pitch)는 불순물이 제거되었음을 확인하였다.
<실시예 1-1 내지 5-8> 열전도성 고분자 복합 조성물 및 필름의 제조
하기 아크릴 수지 및 알루미나와 다양한 탄소소재 또는 상기 준비예 1의 열처리된 CF(pitch)를 혼합하여 하기 표 1의 조성으로 열전도성 고분자 복합 조성물을 제조하였다.
아크릴 수지: 대흥 특수 화학, PR-0722(아크릴 공중합체);
알루미나 분말: Ya’an Bestry Performance materials ALUMINA BAK-20㎛;
흑연 분말(천연흑연): Natural Graphite, J45(평균입도 45㎛) 및 S12(평균입도 12㎛);
등방성 흑연: 신성카본, 등방성 흑연(평균입도 10~25㎛); 및
피치계 탄소섬유(CF(pitch)): Mitsubishi Rayon K223HM (섬유단면 직경: 15~20㎛).
구체적으로, PE통(200ml)에 저울(HR 200)을 이용하여 바인더(아크릴 수지, 9g)를 넣은 다음 알루미나(19.50~20.85g), 탄소소재(J45, S12, 등방성 흑연, CF(pitch), 열처리 CF(pitch))를 최소 0.5g 내지 최대 5g을 차례대로 첨가하였다. 구체적인 첨가량은 하기 표 1의 조성과 같다. Paste Mixer를 500rpm(2분 30초), 800rpm(5분 30초), 1000rpm(2분)으로 설정 후 총 10분 간 섞고, 믹싱이 끝난 혼합물은 분산 정도를 확인 후 경화제(바인더의 0.8중량%)를 넣고 혼합하여 실시예 1-1 내지 5-8의 열전도성 고분자 복합조성물을 제조하였다.
실리콘 이형필름에 적정량의 상기 각 복합조성물을 도포한 후 어플리케이터 150㎛로 필름을 제조하였다. 80℃의 드라이 오븐 내에서 5~10분 경화시켜 열전도성 점착필름을 제조하였다.
하기 표 1은 아크릴 9g을 30 중량부로 하고, 아크릴 첨가량을 기준으로 다른 성분의 첨가량을 중량부로 계산하여 나타내었다.
아크릴 알루미나 탄소소재 아크릴 알루미나 탄소소재
실시예 1-1 30 65.0 J45 5.0 실시예 3-5 30 68.2 등방성흑연 1.8
실시예 1-2 30 66.0 J45 4.0 실시예 3-6 30 69.0 등방성흑연 1.0
실시예 1-3 30 67.0 J45 3.0 실시예 3-7 30 69.2 등방성흑연 0.8
실시예 1-4 30 68.0 J45 2.0 실시예 3-8 30 69.5 등방성흑연 0.5
실시예 1-5 30 68.2 J45 1.8 실시예 4-1 30 65.0 CF(pitch) 5.0
실시예 1-6 30 69.0 J45 1.0 실시예 4-2 30 66.0 CF(pitch) 4.0
실시예 1-7 30 69.2 J45 0.8 실시예 4-3 30 67.0 CF(pitch) 3.0
실시예 1-8 30 69.5 J45 0.5 실시예 4-4 30 68.0 CF(pitch) 2.0
실시예 2-1 30 65.0 S12 5.0 실시예 4-5 30 68.2 CF(pitch) 1.8
실시예 2-2 30 66.0 S12 4.0 실시예 4-6 30 69.0 CF(pitch) 1.0
실시예 2-3 30 67.0 S12 3.0 실시예 4-7 30 69.2 CF(pitch) 0.8
실시예 2-4 30 68.0 S12 2.0 실시예 4-8 30 69.5 CF(pitch) 0.5
실시예 2-5 30 68.2 S12 1.8 실시예 5-1 30 65.0 열처리 CF(pitch) 5.0
실시예 2-6 30 69.0 S12 1.0 실시예 5-2 30 66.0 열처리 CF(pitch) 4.0
실시예 2-7 30 69.2 S12 0.8 실시예 5-3 30 67.0 열처리 CF(pitch) 3.0
실시예 2-8 30 69.5 S12 0.5 실시예 5-4 30 68.0 열처리 CF(pitch) 2.0
실시예 3-1 30 65.0 등방성흑연 5.0 실시예 5-5 30 68.2 열처리 CF(pitch) 1.8
실시예 3-2 30 66.0 등방성흑연 4.0 실시예 5-6 30 69.0 열처리 CF(pitch) 1.0
실시예 3-3 30 67.0 등방성흑연 3.0 실시예 5-7 30 69.2 열처리 CF(pitch) 0.8
실시예 3-4 30 68.0 등방성흑연 2.0 실시예 5-8 30 69.5 열처리 CF(pitch) 0.5
<비교예 1 내지 5> 탄소소재 미포함 열전도성 고분자 복합 조성물 및 필름의 제조
상기 실시예 1-1 내지 5-8과 동일한 방법으로 고분자 복합 조성물을 제조하되, 하기 표 2와 같이 아크릴 바인더에 알루미나 또는 탄소소재를 단독으로 첨가하여 비교예 1 내지 5의 고분자 복합 조성물을 제조하였다.
상기 비교예 1 내지 5의 고분자 복합 조성물을 이용하여 상기 실시예와 동일한 방법으로 열전도성 점착필름을 제조하였다.
아크릴 알루미나 탄소소재
비교예 1 30 70 - -
비교예 2 30 - J45 70
비교예 3 30 - S12 70
비교예 4 30 - CF(pitch) 70
비교예 5 30 - 열처리 CF(pitch) 70
<실험예 1> 열전도성 고분자 복합 조성물의 열전도도 분석
상기 실시예 1-1 내지 5-8 및 비교예 1의 고분자 복합 조성물의 수직 열전도도(W/m*K)를 ASTM D5470을 이용하여 측정하였고, 하기 표 3에 나타내었다.
구체적으로, 실시예 1-1 내지 5-8 및 비교예 1의 고분자 복합 조성물을 이용하여 제조된 열전도성 필름에 대하여, 각 샘플의 두께를 측정한 다음, 2.5cm 지름으로 자른 후 3.98mm 두께 구리 지그 사이에 넣고, 0.6kg 하중을 이용해 1차 측정을 실시하였다. 2차 측정은 동일한 샘플을 2장 겹쳐서 1차 측정과 같은 방법을 이용하여 수직 열전도도를 측정하였다. 1차 및 2차 측정시 마다 40번씩 수직 열전도도를 측정하였고, 측정값의 평균값을 최종 결과값으로 하여 하기 표 3에 나타내었다.
탄소소재 수직 열전도도
(W/m*K)		 탄소소재 수직 열전도도
(W/m*K)
실시예 1-1 J45 5.0 1.139 실시예 4-1 CF(pitch) 5.0 1.324
실시예 1-2 J45 4.0 1.152 실시예 4-2 CF(pitch) 4.0 1.425
실시예 1-3 J45 3.0 1.309 실시예 4-3 CF(pitch) 3.0 1.783
실시예 1-4 J45 2.0 1.440 실시예 4-4 CF(pitch) 2.0 2.053
실시예 1-5 J45 1.8 1.432 실시예 4-5 CF(pitch) 1.8 2.022
실시예 1-6 J45 1.0 1.318 실시예 4-6 CF(pitch) 1.0 1.798
실시예 1-7 J45 0.8 1.158 실시예 4-7 CF(pitch) 0.8 1.498
실시예 1-8 J45 0.5 1.145 실시예 4-8 CF(pitch) 0.5 1.387
실시예 2-1 S12 5.0 1.152 실시예 5-1 열처리 CF(pitch) 5.0 1.502
실시예 2-2 S12 4.0 1.176 실시예 5-2 열처리 CF(pitch) 4.0 1.694
실시예 2-3 S12 3.0 1.322 실시예 5-3 열처리 CF(pitch) 3.0 2.095
실시예 2-4 S12 2.0 1.441 실시예 5-4 열처리 CF(pitch) 2.0 2.341
실시예 2-5 S12 1.8 1.438 실시예 5-5 열처리 CF(pitch) 1.8 2.315
실시예 2-6 S12 1.0 1.326 실시예 5-6 열처리 CF(pitch) 1.0 2.101
실시예 2-7 S12 0.8 1.182 실시예 5-7 열처리 CF(pitch) 0.8 1.724
실시예 2-8 S12 0.5 1.164 실시예 5-8 열처리 CF(pitch) 0.5 1.598
실시예 3-1 등방성흑연 5.0 1.172 비교예 1 - - 1.122
실시예 3-2 등방성흑연 4.0 1.226 비교예 2 J45 70 0.426
실시예 3-3 등방성흑연 3.0 1.402 비교예 3 S12 70 0.403
실시예 3-4 등방성흑연 2.0 1.533 비교예 4 CF(pitch) 70 0.469
실시예 3-5 등방성흑연 1.8 1.527 비교예 5 열처리 CF(pitch) 70 0.587
실시예 3-6 등방성흑연 1.0 1.414
실시예 3-7 등방성흑연 0.8 1.235
실시예 3-8 등방성흑연 0.5 1.186
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 기존 알루미나를 단독으로 사용했을 때(비교예 1)나 탄소소재를 단독으로 사용했을 때(비교예 2 내지 5)보다 대체적으로 다양한 종류의 탄소소재를 알루미나와 함께 첨가하였을 때 수직방향 열전도도가 향상하였으나, 탄소소재를 1~3중량부 범위 이하 또는 이상의 함량으로 첨가시에는 비교예 1 대비 수직 열전도도의 차이가 크지 않았고, 각 탄소소재를 1~3중량부의 함량으로 첨가 했을 때 수직방향 열전도 특성이 더 우수하였다. 특히, 열처리 공정을 거친 CF(pitch)는 불순물이 제거되어 알루미나와 혼합하여 복합 조성물 제조시 방열특성(수직 열전도성)이 향상되었고, 이를 1.8~2중량부의 함량으로 첨가시 2.2W/mk 수준의 수직방향 열전도 특성으로 가장 우수함을 확인하였다.
<실험예 2> 열전도성 고분자 복합 조성물의 구조적 특성 분석
상기 천연흑연(J45) 및 열처리하지 않은 CF(pitch)와 상기 실시예 1-4 및 실시예 5-4의 고분자 복합 조성물을 SEM으로 촬영한 이미지를 도 3에 나타내었다.
도 3은 천연흑연(J45)(a), CF(pitch)(b), 실시예 1-4(c) 및 실시예 5-4(d)의 고분자 복합 조성물의 구조를 확인한 SEM 촬영 이미지이다.
먼저, 도 3a에 나타난 바와 같이, 천연흑연(J45)의 구조는 판상형 구조를 보이고 있었고, 도 3b에 나타난 바와 같이, CF(pitch)의 경우 판상구조인 흑연에 비해 입자 일부분이 수직 방향으로 기둥 모양으로 세워져 있는 것을 확인하였다. 이에 따라, 판상구조의 흑연은 수직방향보다 수평방향으로의 열전도 특성이 향상되며, CF(pitch)의 경우 수평방향보다 수직방향으로의 열전도 특성이 향상됨을 확인하였다.
한편, 실시예 1-4(도 3c) 및 실시예 5-4(도 3d)의 고분자 복합 조성물의 경우, 천연흑연(도 3a) 및 CF(pitch)(도 3b) 단독 대비 아크릴 수지 및 알루미나와 혼합됨으로써 공극이 많이 메워져 있는 것을 확인하였다. 그러나, 흑연 또는 알루미나 단독으로 첨가 시 첨가량을 과하게 늘리더라도 빈 공간을 채우지 못해 열전도 특성에 한계가 있다. 탄소소재를 적정 조성비 이하로 첨가하는 경우에는 상기와 마찬가지로 입자 사이의 빈 공간을 채우지 못해 열전도 특성 향상에 한계가 있고, 적정 조성비 이상 첨가할 경우 빈공간은 적더라도 수직 방향으로 열전달 입자가 많아지기 때문에 열전도 특성이 떨어질 수 있다.
반면에, 실시예 5-4(도 3d)처럼 적정 조성비로 첨가할 경우 수직방향으로 열전달 시 전달하는 입자수는 적으면서 빈 공간을 적절하게 채우기 때문에 열전도 특성이 우수하다는 것을 확인하였다. 또한, 열처리하지 않은 CF(pitch) 대비 열처리에 의해 탄소섬유의 길이가 짧아지고, 불순물이 제거되면서, 가로로 누워있는 입자보다 수직방향으로 세워져 입자가 많아지면서, 수직 열도도가 더욱 향상될 수 있음을 확인하였다.
이러한 결과로부터, 알루미나에 탄소소재를 아크릴 바인더 30 중량부 기준 1~3중량부로 소량만 첨가할 경우, 탄소소재 자체의 우수한 열전도성도 효과를 나타내지만 구상인 알루미나 입자사이의 공간을 유연한 선형으로 채우며 수평 방향 뿐만이 아니라 수직 방향 열전도 특성도 향상시키는 효과가 있으며, 열처리된 탄소섬유 사용시 방열 특성(수직 열전도성)이 더욱 향상되고, 특히, 알루미나와 탄소소재를 포함하는 고분자 복합조성물에서 아크릴 바인더 30 중량부 기준 탄소소재의 함량이 1.8~2중량부 내외로 첨가될 때 가장 우수한 열전도 특성을 나타냄을 확인하였다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 아크릴계 수지 30 중량부 기준;
    열전도성 금속 필러로서 알루미나 68 내지 68.2 중량부; 및
    열전도성 탄소 필러로서 400-800℃에서 10-20초간 열처리된 피치(Pitch)계 탄소섬유 1.8 내지 2 중량부;를 포함하는,
    열전도성 고분자 복합 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열처리된 피치(Pitch)계 탄소섬유는 섬유단면 평균직경이 13-22㎛인 것을 특징으로 하는, 열전도성 고분자 복합 조성물.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 따른 열전도성 고분자 복합 조성물을 포함하는 열전도성 접착체.
  13. 제1항에 따른 열전도성 고분자 복합 조성물을 포함하는 열전도성 필름.
  14. 제1항에 따른 열전도성 고분자 복합 조성물을 포함하는 열전도성 테이프.
KR1020190063158A 2019-05-29 2019-05-29 알루미나 및 열처리된 탄소소재를 포함하는 열전도성 고분자 복합 조성물 및 이를 이용한 방열 제품 KR102186635B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190063158A KR102186635B1 (ko) 2019-05-29 2019-05-29 알루미나 및 열처리된 탄소소재를 포함하는 열전도성 고분자 복합 조성물 및 이를 이용한 방열 제품

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190063158A KR102186635B1 (ko) 2019-05-29 2019-05-29 알루미나 및 열처리된 탄소소재를 포함하는 열전도성 고분자 복합 조성물 및 이를 이용한 방열 제품

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102186635B1 true KR102186635B1 (ko) 2020-12-03

Family

ID=73779530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190063158A KR102186635B1 (ko) 2019-05-29 2019-05-29 알루미나 및 열처리된 탄소소재를 포함하는 열전도성 고분자 복합 조성물 및 이를 이용한 방열 제품

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102186635B1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090037948A (ko) * 2006-07-28 2009-04-16 데이진 가부시키가이샤 열전도성 접착제
KR20120077995A (ko) * 2010-12-31 2012-07-10 제일모직주식회사 밀드 피치계 탄소섬유를 포함하는 고열전도성 수지 조성물
KR101557813B1 (ko) * 2015-03-31 2015-10-06 주식회사 아데소 우수한 열전도도를 갖는 방열성 고분자 복합소재, 이의 제조방법 및 이로부터 이루어진 방열판
KR20150140125A (ko) 2014-06-05 2015-12-15 동의대학교 산학협력단 알루미늄 분말과 흑연을 포함하는 열전도성 복합수지 조성물의 제조 및 이를 사용한 방열구조물.
JP2017035802A (ja) * 2015-08-07 2017-02-16 昭和電工株式会社 絶縁放熱シートの製造方法、絶縁放熱シート及びヒートスプレッダー
KR20170080286A (ko) * 2015-12-31 2017-07-10 동의대학교 산학협력단 열전도성 에폭시 복합조성물, 이의 제조방법 및 열전도 기능성 접착제

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090037948A (ko) * 2006-07-28 2009-04-16 데이진 가부시키가이샤 열전도성 접착제
KR20120077995A (ko) * 2010-12-31 2012-07-10 제일모직주식회사 밀드 피치계 탄소섬유를 포함하는 고열전도성 수지 조성물
KR20150140125A (ko) 2014-06-05 2015-12-15 동의대학교 산학협력단 알루미늄 분말과 흑연을 포함하는 열전도성 복합수지 조성물의 제조 및 이를 사용한 방열구조물.
KR101557813B1 (ko) * 2015-03-31 2015-10-06 주식회사 아데소 우수한 열전도도를 갖는 방열성 고분자 복합소재, 이의 제조방법 및 이로부터 이루어진 방열판
JP2017035802A (ja) * 2015-08-07 2017-02-16 昭和電工株式会社 絶縁放熱シートの製造方法、絶縁放熱シート及びヒートスプレッダー
KR20170080286A (ko) * 2015-12-31 2017-07-10 동의대학교 산학협력단 열전도성 에폭시 복합조성물, 이의 제조방법 및 열전도 기능성 접착제

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101784148B1 (ko) 열전도성 에폭시 복합조성물, 이의 제조방법 및 열전도 기능성 접착제
JP6000749B2 (ja) 熱硬化性樹脂組成物、熱伝導性樹脂シートの製造方法と熱伝導性樹脂シート、並びに電力用半導体装置
JP5171798B2 (ja) 熱硬化性樹脂組成物、熱伝導性樹脂シート及びその製造方法、並びにパワーモジュール
JP4893415B2 (ja) 放熱性フィルム
EP3428221A1 (en) Thermally-conductive composition, thermally-conductive sheet, and method for producing thermally-conductive sheet
TW201248113A (en) Producing method of thermal conductive sheet and thermal conductive sheet
JP2011178894A (ja) 熱硬化性樹脂組成物、熱伝導性シート及びパワーモジュール
CN109880542B (zh) 一种定向高导热的超薄单面胶带和双面胶带
JP2016040383A (ja) 電子部品封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた電子部品装置
KR20150140125A (ko) 알루미늄 분말과 흑연을 포함하는 열전도성 복합수지 조성물의 제조 및 이를 사용한 방열구조물.
KR101703558B1 (ko) 알루미나와 흑연을 포함하는 열전도성 복합수지 조성물의 제조 및 이를 사용한 방열구조물
JP7188070B2 (ja) 放熱絶縁シートおよび該シート硬化物を絶縁層とする積層構造体
CN114525100A (zh) 一种高导热低粘度环氧灌封胶及其制备方法
KR102222598B1 (ko) 금속소재 및 탄소계 필러를 포함하는 열전도성 접착제
KR102186635B1 (ko) 알루미나 및 열처리된 탄소소재를 포함하는 열전도성 고분자 복합 조성물 및 이를 이용한 방열 제품
KR102177818B1 (ko) 탄소계 필러를 이용한 열전도성 점착필름
KR102180205B1 (ko) 알루미나 및 탄소소재를 포함하는 열전도성 고분자 복합 조성물 및 이를 이용한 방열 제품
KR101749459B1 (ko) 알루미늄 분말과 흑연을 포함하는 열전도성 복합수지 조성물의 제조 및 이를 사용한 방열구조물.
KR102180206B1 (ko) 알루미늄 및 탄소소재를 포함하는 열전도성 고분자 복합 조성물 및 이를 이용한 방열 제품
EP4307363A1 (en) Thermally conductive resin sheet
KR20230105732A (ko) 질화알루미늄 및 탄소소재를 포함하는 열전도성 고분자 복합 조성물 및 이를 이용한 방열 제품
JP2013119588A (ja) 電子部品封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた電子部品装置
US20090143522A1 (en) Thermally Conductive Silicone Composition
JP6950848B2 (ja) 半導体パッケージに用いる熱伝導性組成物
KR102400549B1 (ko) 방열 패드용 열전도성 조성물 및 이를 포함하는 방열 패드

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant