KR102272714B1 - 방열소재용 액정 폴리우레탄 및 이를 포함하는 방열소재 - Google Patents

방열소재용 액정 폴리우레탄 및 이를 포함하는 방열소재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기 구조식 1로 표시되는 액정 단량체를 포함하는 단량체들로 중합된 폴리우레탄인 방열소재용 액정 폴리우레탄에 관한 것이다. 이에 의하여, 폴리우레탄의 기계적 물성은 그대로 유지하면서도 방열특성을 향상시켜 다양한 산업기기에 포함되는 전자소자의 봉지재로 활용될 수 있다.
[구조식 1]
Figure 112019086675398-pat00121

Description

방열소재용 액정 폴리우레탄 및 이를 포함하는 방열소재{LIQUID CRYSTALLINE POLYURETHANE FOR HEAT DISSIPATING MATERIAL AND HEAT DISSIPATING MATERIAL COMPRISING THE SAME}
본 발명은 방열소재용 액정 폴리우레탄 및 이를 포함하는 방열소재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하이드록시기 및/또는 이소시아네이트기를 포함하는 메조겐 단량체를 이용한 중합된 방열소재용 액정 폴리우레탄 및 이를 포함하는 방열소재에 관한 것이다.
최근 전자 소자 및 회로의 고밀도화와 고집적화가 진행됨에 따라 전자부품에 대한 신뢰성의 향상이 요구되고 있다. 특히, 자동차의 엔진이나 배터리 등에 이용되는 전자부품은 특성상 저온 및 고온 환경에서 다양하게 사용되고 진동을 수반하므로 내열성, 내한성, 내진동성 등이 필요하다. 또한, 최근 부품의 전자화가 급속히 추진됨에 따라 발열량이 현저하게 증가하는 경향이 나타나므로 기기의 특성을 저하시킬 수 있는 열을 효과적으로 방출해야 한다.
그러나 전자 소자 및 회로 간에 공극이 있는 경우 공기는 매우 낮은 열전도율(0.025W/mK)을 가지고 있기 때문에 발생하는 열의 확산을 방해한다. 따라서 공기를 대신하여 높은 열전도도를 가진 소재로 공극을 충전해 열의 확산을 촉진시킬 필요가 있다. 일반적으로 우수한 기계적 성질과 절연 특성을 가지는 에폭시나 우레탄계 수지가 밀봉재로 이용되고 있으며, 방열소재로 응용하기 위해 높은 열전도도를 나타내는 필러를 첨가하여 복합체 형태로 사용되고 있다.
그러나 높은 열전도도를 얻기 위해서는 많은 양의 필러가 필요하며, 많은 양의 필러를 사용하는 경우 가공이 힘들어지고 제품의 물리적 성질이 저해되는 문제점이 있다. 또한 필러와 고분자 수지 간에 친화성이 좋지 않기 때문에 고분자 매트릭스의 계면에 필러의 접착이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 이는 고분자 복합재료에 공극이 형성될 수 있는 가능성을 높이며 계면에서의 공극은 유기물의 열전도 주체인 포논 전도를 방해하여 균일하고 높은 열전도 특성을 나타내지 못하게 할 수 있다.
한편, 종래 방열소재로서 알루미늄이나 구리를 압출 성형하여 표면적을 극대화시키는 기하학적인 방열설계, 방열 구조체의 흑화처리를 통한 방사효율을 증대시키는 방법, 공기와 냉각수를 이용해 열을 배출하는 공/수냉식 장치 부착 등의 방법으로는 급격히 증가하는 소자의 열 밀도를 감소시키는데 한계를 나타낸다.
또한 종래 제조된 폴리우레탄계 수지의 경우에는 열 전도율이 좋지 못하여 이를 방열소재로는 사용할 수 없는 문제가 있다. 우레탄계 수지의 기계적 성능과 유기물의 장점인 경량화, 손쉬운 가공, 형태의 다양성, 저비용 등을 이용하여 소자의 열을 효과적으로 배출하는 고분자를 방열소재로 사용하면 여러 산업기기의 신뢰도에 많은 기여를 할 것이며 기기의 효율적 에너지 사용과 수명연장을 가능하게 할 것이다.
한국공개특허공보 제2005-138137호
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로 우레탄계 수지 본래의 특징적인 성질인 내마모성, 저온 경화성, 전기 절연성 등 우수한 기계적 성질, 가공의 용이성, 저비용과 같은 장점을 가지면서도 동시에 다양한 산업기기에 사용되는 소자에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하는 우수한 방열성을 가져 산업기기의 신뢰도를 향상시킬 수 방열소재용 액정 폴리우레탄을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 이와 방열소재용 액정 폴리우레탄을 뛰어난 방열특성을 요구하는 자동차 산업, 전자제품산업, 군사산업, 항공우주산업에 적용되는 전자소자에 적용함으로써 산업발전에 기여할 수 있는 액정 폴리우레탄을 포함하는 방열소재를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면,
하기 구조식 1로 표시되는 액정 단량체를 포함하는 단량체들로 중합된 폴리우레탄인 방열소재용 액정 폴리우레탄이 제공된다.
[구조식 1]
Figure 112019086675398-pat00001
구조식 1에서,
M은 메조겐 코어이고,
P는 각각 독립적으로 C1 내지 C30 선형 알킬렌기,
Figure 112019086675398-pat00002
,
Figure 112019086675398-pat00003
, 또는
Figure 112019086675398-pat00004
이고,
k, l, 및 m은 각각 독립적으로 1 내지 30의 정수인 반복수이고,
Q는 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 이소시아네이트기이고,
n은 1 내지 30의 정수이다.
바람직하게는 상기 구조식 1에서,
M은 봉상형 메조겐 또는 판상형 메조겐 코어이고,
P는
Figure 112019086675398-pat00005
, 또는
Figure 112019086675398-pat00006
이고,
k 및 l은 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수인 반복수이고,
Q는 하이드록시기이고,
n은 2 내지 10의 정수이다.
상기 방열소재용 액정 폴리우레탄은,
상기 구조식 1로 표시되는 액정 단량체인 폴리올과,
MDI(Methylene diphenyl diisocyanate), TDI(Toluene diisocyanate), HMDI(Hexamethylene diisocyanate), IPDI(Isophorone diisocyanate), TMXDI(Tetramethylxylene diisocyanate), 및 NBDI(Norbornane dimethyleneisocyanate), TMDI(trimethyl-hexamethylene diisocyanate) 중에서 선택된 1종 이상의 디이소시아네이트 단량체를 이용하여 중합된 것일 수 있다.
상기 봉상형 메조겐은 하기 화합물 1 내지 35 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
Figure 112019086675398-pat00007
Figure 112019086675398-pat00008
Figure 112019086675398-pat00009
Figure 112019086675398-pat00010
상기 화합물 1 내지 35는 하기 A로 표시되는 결합 위치를 갖고,
상기 화합물 1 내지 35는 각각 독립적으로 하기 A로 표시되는 결합 위치들 중 하나 이상은
Figure 112019086675398-pat00011
이고 나머지는 수소원자이거나, 또는 모두
Figure 112019086675398-pat00012
이고,
P는 각각 독립적으로 C1 내지 C30 선형 알킬렌기,
Figure 112019086675398-pat00013
,
Figure 112019086675398-pat00014
, 또는
Figure 112019086675398-pat00015
이고,
k, l, 및 m은 각각 독립적으로 1 내지 30의 정수인 반복수이고,
Q는 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 이소시아네이트기이고,
n은 1 내지 30의 정수일 수 있다.
Figure 112019086675398-pat00016
Figure 112019086675398-pat00017
Figure 112019086675398-pat00018
Figure 112019086675398-pat00019
상기 판상형 메조겐은 하기 화합물 36 내지 61 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
Figure 112019086675398-pat00020
Figure 112019086675398-pat00021
Figure 112019086675398-pat00022
Figure 112019086675398-pat00023
상기 화합물 36 내지 61은 하기 A로 표시되는 결합 위치를 갖고,
상기 화합물 36 내지 61은 각각 독립적으로 하기 A로 표시되는 결합 위치들 중 하나 이상은 상기
Figure 112019086675398-pat00024
이고 나머지는 수소원자이거나, 또는 모두 상기
Figure 112019086675398-pat00025
이고,
P는 각각 독립적으로 C1 내지 C30 선형 알킬렌기,
Figure 112019086675398-pat00026
,
Figure 112019086675398-pat00027
, 또는
Figure 112019086675398-pat00028
이고,
k, l, 및 m은 각각 독립적으로 1 내지 30의 정수인 반복수이고,
Q는 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 이소시아네이트기이고,
n은 1 내지 30의 정수일 수 있다.
Figure 112019086675398-pat00029
Figure 112019086675398-pat00030
Figure 112019086675398-pat00031
Figure 112019086675398-pat00032
Figure 112019086675398-pat00033
Figure 112019086675398-pat00034
Figure 112019086675398-pat00035
Figure 112019086675398-pat00036
상기 구조식 1로 표시되는 액정 단량체는 하기 화학식 1로 표시되는 봉상형 액정 화합물 또는 화학식 2로 표시되는 판상형 액정 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112019086675398-pat00037
[화학식 2]
Figure 112019086675398-pat00038
상기 방열소재용 액정 폴리우레탄은 상기 구조식 1로 표시되는 폴리올과 MDI(Methylene diphenyl diisocyanate), TDI(Toluene diisocyanate), HMDI(Hexamethylene diisocyanate), 및 IPDI(Isophorone diisocyanate 중에서 선택되는 1종 이상의 디이소시아네이트를 이용하여 중합된 폴리우레탄일 수 있다.
상기 액정 폴리우레탄은 열전도성이 0.5 내지 3.0 W/mK 일 수 있다.
본 발명의 다른 하나의 측면에 따르면,
하기 구조식 1로 표시되는 액정 단량체를 이용하여 액정 폴리우레탄을 중합하는 단계를 포함하는 방열소재용 액정 폴리우레탄의 제조방법이 제공된다.
[구조식 1]
Figure 112019086675398-pat00039
구조식 1에서,
M은 메조겐 코어이고,
P는 각각 독립적으로 C1 내지 C30 선형 알킬렌기,
Figure 112019086675398-pat00040
,
Figure 112019086675398-pat00041
, 또는
Figure 112019086675398-pat00042
이고,
k, l, 및 m은 각각 독립적으로 1 내지 30의 정수인 반복수이고,
Q는 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 이소시아네이트기이고,
n은 1 내지 30의 정수이다.
바람직하게는 상기 구조식 1에서,
M은 봉상형 메조겐 또는 판상형 메조겐 코어이고,
P는
Figure 112019086675398-pat00043
, 또는
Figure 112019086675398-pat00044
이고,
k 및 l은 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수인 반복수이고,
Q는 하이드록시기이고,
n은 2 내지 10의 정수일 수 있다.
제11항에 있어서,
상기 방열소재용 액정 폴리우레탄은 상기 구조식 1로 표시되는 액정 단량체를 인 폴리올과, MDI(Methylene diphenyl diisocyanate), TDI(Toluene diisocyanate), HMDI(Hexamethylene diisocyanate), 및 IPDI(Isophorone diisocyanate 중에서 선택되는 1종 이상의 디이소시아네이트를 이용하여 중합할 수 있다.
본 발명의 다른 또 하나의 측면에 따르면,
상기 방열소재용 액정 폴리우레탄을 포함하는 방열소재가 제공된다.
상기 방열소재는 전자소자 공극을 충전하는 봉지재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 액정 폴리우레탄은 주쇄 혹은 곁가지에 한 개 이상의 하이드록시기 또는/및 이소시아네이트기를 포함하는 메조겐을 단량체로 사용하여 중합된 것으로 높은 열전도성을 가지며, 메조겐 분자는 높은 결정성을 가지고 있어 분자단위에서 우수한 열 전도 특성을 나타낼 수 있기 때문에 메조겐 분자를 단량체로 하여 액정 폴리우레탄을 중합할 경우 폴리우레탄에 필러를 포함시키지 않아도 고분자 자체로 높은 열 전도도를 가질 수 있다. 또한, 이와 같은 액정 폴리우레탄을 고집적화 및 고성능화 된 전자 소자 및 회로의 공극을 충전하는 봉지재로 사용함으로써 기기에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하여 기기의 안정성을 보장하는 역할을 수행할 수 있다.
도 1은 제조예 1에 따라 제조된 화학식 1로 표시되는 화합물을 핵자기 공명분광법으로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 제조예 2에 따라 제조된 화학식 2로 표시되는 화합물을 핵자기 공명분광법으로 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 제조예 1에 따라 제조된 화학식 1로 표시되는 화합물을 시차주사열량계(DSC)에 의해 분석한 결과이다.
도 4는 제조예 1에 따라 제조된 화학식 1로 표시되는 화합물을 편광현미경(POM)으로 관찰한 결과이다.
도 5는 제조예 2에 따라 제조된 화학식 2로 표시되는 화합물을 편광현미경(POM)으로 관찰한 결과이다.
도 6은 실시예 1에 따라 제조된 고분자 필름을 편광현미경(POM)으로 관찰한 결과이다.
도 7은 실시예 2에 따라 제조된 고분자 필름을 편광현미경(POM)으로 관찰한 결과이다.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 방열소재용 액정 폴리우레탄에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 방열소재용 액정 폴리우레탄 하기 구조식 1로 표시되는 액정 단량체를 포함하는 단량체들로 중합된 것을 특징으로 한다.
[구조식 1]
Figure 112019086675398-pat00045
구조식 1에서,
M은 메조겐 코어이고,
P는 각각 독립적으로 C1 내지 C30 선형 알킬렌기,
Figure 112019086675398-pat00046
,
Figure 112019086675398-pat00047
, 또는
Figure 112019086675398-pat00048
이고,
k, l, 및 m은 각각 독립적으로 1 내지 30의 정수인 반복수이고,
Q는 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 이소시아네이트기이고,
n은 1 내지 30의 정수이다.
더욱 바람직하게는,
상기 구조식 1에서,
M은 봉상형 메조겐 또는 판상형 메조겐 코어이고,
P는
Figure 112019086675398-pat00049
, 또는
Figure 112019086675398-pat00050
이고,
k 및 l은 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수인 반복수이고,
Q는 하이드록시기이고,
n은 2 내지 10의 정수일 수 있다. 이때, 상기 구조식 1로 표시되는 화합물은 폴리올을 형성할 수 있다.
이 경우 상기 방열소재용 액정 폴리우레탄은 상기 폴리올과, MDI(Methylene diphenyl diisocyanate), TDI(Toluene diisocyanate), HMDI(Hexamethylene diisocyanate), IPDI(Isophorone diisocyanate), TMXDI(Tetramethylxylene diisocyanate), 및 NBDI(Norbornane dimethyleneisocyanate), TMDI(Trimethyl-hexamethylene diisocyanate) 중에서 선택된 1종 이상의 디이소시아네이트 단량체를 이용하여 중합된 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 디이소시아네이트 단량체는 MDI, TDI, 및 HMDI 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 MDI 일 수 있다. 그러나 본 발명의 범위가 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 봉상형 메조겐은 하기 화합물 1 내지 35 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 본 발명의 범위가 하기 화학식을 갖는 메조겐들에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112019086675398-pat00051
Figure 112019086675398-pat00052
Figure 112019086675398-pat00053
Figure 112019086675398-pat00054
상기 화합물 1 내지 35는 하기 A로 표시되는 결합 위치를 갖고, 상기 화합물 1 내지 35는 각각 독립적으로 하기 A로 표시되는 결합 위치들 중 하나 이상은 상기
Figure 112019086675398-pat00055
이고 나머지는 수소원자이거나, 또는 모두 상기
Figure 112019086675398-pat00056
이고,
P는 각각 독립적으로 C1 내지 C30 선형 알킬렌기,
Figure 112019086675398-pat00057
,
Figure 112019086675398-pat00058
, 또는
Figure 112019086675398-pat00059
이고,
k, l, 및 m은 각각 독립적으로 1 내지 30의 정수인 반복수이고,
Q는 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 이소시아네이트기이고,
n은 1 내지 30의 정수이다.
Figure 112019086675398-pat00060
Figure 112019086675398-pat00061
Figure 112019086675398-pat00062
Figure 112019086675398-pat00063
상기 판상형 메조겐은 하기 화합물 36 내지 61 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하지만, 본 발명이 하기 화학식을 갖는 메조겐에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112019086675398-pat00064
Figure 112019086675398-pat00065
Figure 112019086675398-pat00066
Figure 112019086675398-pat00067
상기 화합물 36 내지 61은 하기 A로 표시되는 결합 위치를 갖고,
상기 화합물 36 내지 61은 각각 독립적으로 하기 A로 표시되는 결합 위치들 중 하나 이상은 상기
Figure 112019086675398-pat00068
이고 나머지는 수소원자이거나, 또는 모두 상기
Figure 112019086675398-pat00069
이고,
P는 각각 독립적으로 C1 내지 C30 선형 알킬렌기,
Figure 112019086675398-pat00070
,
Figure 112019086675398-pat00071
, 또는
Figure 112019086675398-pat00072
이고,
k, l, 및 m은 각각 독립적으로 1 내지 30의 정수인 반복수이고,
Q는 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 이소시아네이트기이고,
n은 1 내지 30의 정수이다.
상기 구조식 1로 표시되는 액정 단량체는 하기 화학식 1로 표시되는 봉상형 액정 화합물 또는 화학식 2로 표시되는 판상형 액정 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112019086675398-pat00073
[화학식 2]
Figure 112019086675398-pat00074
상기 액정 폴리우레탄은 열전도성이 0.5 내지 3.0 W/Mk 일 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 들어 구체적으로 설명하도록 한다.
[ 실시예 ]
제조예 1: 봉상형 액정성 단량체 합성
둥근 플라스크에 6-(4-hydroxyphenyl)naphthalen-2-ol (8.5 mmol), 에탄올 30㎖를 넣고 교반시켰다. 반응기에 8-chlorooctan-1-ol (85 mmol)과 에탄올 20㎖ 혼합용액을 첨가하였다. Potassium hydroxide(34 mmol)를 물 10 ㎖에 녹여주고 반응기에 dropping 한 후 110℃에서 24시간 동안 교반시킨다. 반응 종료 후 물 50 ㎖를 넣은 뒤 pH2가 될 때까지 염산을 적가(dropping) 하였다. 상온으로 식은 후 필터를 이용해 침전물을 받아주고 건조시켰다. 건조 후 침전물을 에탄올 500㎖에 혼합한 뒤 80℃에서 녹인 뒤 상온에서 식혀 재결정하고 필터로 걸러 하기 화학식 1로 표시되는 8-(4-(6-((8-hydroxyoctyl)oxy)naphthalen-2-yl)phenoxy)octan-1-ol을 합성하였다.
[화학식 1]
Figure 112019086675398-pat00075

제조예 2: 판상형 액정성 단량체 합성
둥근 플라스크에 2-(2-(2-(2-hydroxyethoxy)ethoxy)ethoxy)ethyl 4-methylbenzenesulfonate (6.31 mmol), Perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride (63.1 mmol), Potassium carbonate (50.48 mmol), Tetraethylene glycol 20㎖을 넣고 110℃에서 72시간 동안 교반시켰다. 반응 종료 후 Magnesium sulfate로 물을 제거 후 흡착한다. 다이클로로메탄과 메탄올의 비율을 90:10으로 한 전개 용매를 사용하여 컬럼크로마토그래피법으로 정제하여 화학식 2로 표시되는 tetrakis(2-(2-(2-(2-hydroxyethoxy)ethoxy)ethoxy)ethyl) perylene-3,4,9,10-tetracarboxylate을 합성하였다.
[화학식 2]
Figure 112019086675398-pat00076

실시예 1: 액정성 폴리우레탄 합성
폴리올인 화합물 1을 이용하여 폴리우레탄을 제조하기 위해 이소시아네이트 단량체는 상용되는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene diphenyl diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, MDI)를 사용하였으며 견고한 고분자 네트워크를 형성하기 위해 가교제로 글리세롤을 첨가하였디. 혼합물의 비율은 화합물 1 : MDI : 글리세롤 = 1 : 1.2 : 0.05 로 최적화 하였다.
중합 방법은 유리 기판 위에 화합물 1을 놓고 등방상 전이 온도(Tni)인 200℃로 올려서 액체상을 유도하였다. 이후 글리세롤을 첨가하여 균일하게 혼합한 뒤 170℃로 식혀주었다. 해당 온도에 도달한 뒤 MDI를 첨가하여 균일하게 혼합한 뒤 다른 유리 기판으로 덮어주고 1시간 동안 경화하였다. 이후 불산을 이용해 유리기판을 식각한 뒤 고분자 필름을 얻었다.
실시예 2: 액정성 폴리우레탄 합성
판상형 폴리올인 화합물 2를 이용하여 폴리우레탄을 제조하기 위해 이소시아네이트 단량체는 상용되는 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(Methylene diphenyl diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, MDI)를 사용하였으며 혼합물의 비율은 화합물 2 : MDI = 1 : 2.2 로 최적화하였다.
중합 방법은 유리 기판 위에 화합물 2와 MDI를 50℃에서 혼합하여 액정상을 유도한 뒤 일정한 두께로 필름 캐스팅하여 해당 온도에서 하루동안 중합시킨다. 이후 상압 120℃에서 경화시킨 뒤 불산을 이용해 유리기판을 식각하여 고분자 필름을 얻었다.
[ 실험예 ]
실험예 1: 단량체 합성 확인
제조예 1에 따라 제조된 화학식 1로 표시되는 화합물을 핵자기 공명분광법으로 분석한 결과를 도 1에 나타내었으며, 이에 따르면 불순물 없이 봉상형 액정성 단량체의 합성이 성공적으로 이루어졌음을 확인하였다.
제조예 2에 따라 제조된 화학식 2로 표시되는 화합물을 핵자기 공명분광법으로 분석한 결과를 도 2에 나타내었으며, 이에 따르면 불순물 없이 판상형 액정성 단량체의 합성이 성공적으로 이루어졌음을 확인하였다.
실험예 2: 단량체 액정성 확인
제조예 1에 따라 제조된 화학식 1로 표시되는 화합물을 시차주사열량계(DSC)로 분석한 결과를 도 3에 나타내었고, 편광현미경(POM)으로 관찰한 결과를 도 4에 나타내었다. 이에 따르면, 디올 단량체인 화합물 1은 40℃와 100℃에서 결정상을 보였으며 170℃에서 액정상, 190℃ 이상에서 등방상으로 상 전이가 일어나는 액정 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 제조예 2에 따라 제조된 화학식 2로 표시되는 화합물을 편광현미경(POM)으로 관찰한 결과를 도 5에 나타내었다. 이에 따라 화합물 2가 액정상을 보이는 것을 확인하였다.
실험예 3: 액정성 폴리우레탄 합성 확인
실시예 1에 따라 제조된 고분자 필름을 편광현미경(POM)으로 관찰한 결과와 사진을 도 6에 나타내었다. 이에 따르면, 단량체의 액정상을 잘 유지한 채로 네트워크가 형성되었음을 알 수 있었으며 가교 결합된 폴리우레탄 네트워크로 인해 접힘에도 파괴가 일어나지 않는 우수한 기계적 물성을 나타내었다.
본 실험예에서 액정성 폴리우레탄에 대해 Transient Plane Source (TPS) 방법을 사용하여 열전도도를 측정하였다. 얇고 작은 유기물 필름의 열전도도를 측정할 때 넓은 영역의 평균값을 주어 신뢰되는 열전도도 측정법을 이용한 것이다.
화합물 1을 이용하여 제작된 폴리우레탄은 0.87 W/mK 의 우수한 열전도도를 나타내어 기존 폴리우레탄 (0.03 W/mK)보다 월등한 열전도 특성을 보임을 확인하였다.
한편, 실시예 2에 따라 제조된 고분자 필름을 편광현미경(POM)으로 관찰한 결과를 도 7에 나타내었다. 이에 따르면, 고분자 필름이 이방성을 나타내는 네트워크를 형성한 것을 확인할 수 있었으며, 화합물 2를 이용하여 제작된 폴리우레탄은 0.83 W/mK 의 우수한 열전도도를 나타내어 기존 폴리우레탄 (0.03 W/mK)보다 월등한 열전도 특성을 보임을 확인하였다.
따라서 화합물 1과 화합물 2로 제조된 고분자 필름의 경우 가교 결합된 폴리우레탄 네트워크로 인해 접힘에도 파괴가 일어나지 않는 우수한 기계적 물성을 나타내는 동시에 기존 방열 재료보다 우수한 열전도 특성을 보여 방열소재로 사용하기에 매우 적합함을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 하기 구조식 1로 표시되는 액정 단량체를 포함하는 단량체들로 중합된 폴리우레탄인 방열소재용 액정 폴리우레탄;
    [구조식 1]
    Figure 112021025453039-pat00129

    구조식 1에서,
    M은 메조겐 코어이고, 상기 메조겐 코어는 봉상형 메조겐 코어이고,
    P는 각각 독립적으로 C1 내지 C30 선형 알킬렌기,
    Figure 112021025453039-pat00130
    ,
    Figure 112021025453039-pat00131
    , 또는
    Figure 112021025453039-pat00132
    이고,
    k, l, 및 m은 각각 독립적으로 1 내지 30의 정수인 반복수이고,
    Q는 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 이소시아네이트기이고,
    n은 하기 A로 표시되는 결합 위치의 수와 같고,
    상기 봉상형 메조겐 코어를 갖는 구조식 1로 표시되는 액정 단량체는 하기 화합물 1, 3 내지 6, 8 내지 20, 22 내지 26, 및 29 내지 35 중에서 선택된 어느 하나이고,
    상기 봉상형 메조겐 코어는 하기 A로 표시되는 결합 위치를 갖고, 각각 독립적으로 하기 A로 표시되는 결합 위치들 중 하나 이상은
    Figure 112021025453039-pat00133
    이고 나머지는 수소원자이거나, 또는
    Figure 112021025453039-pat00134
    이다.
    Figure 112021025453039-pat00135

    Figure 112021025453039-pat00136

    Figure 112021025453039-pat00137

    Figure 112021025453039-pat00138
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방열소재용 액정 폴리우레탄은,
    상기 구조식 1에서 Q는 하이드록시기이고,
    상기 구조식 1로 표시되는 액정 단량체인 폴리올과,
    MDI(Methylene diphenyl diisocyanate), TDI(Toluene diisocyanate), HMDI(Hexamethylene diisocyanate), IPDI(Isophorone diisocyanate), TMXDI(Tetramethylxylene diisocyanate), 및 NBDI(Norbornane dimethyleneisocyanate), TMDI(Trimethyl-hexamethylene diisocyanate) 중에서 선택된 1종 이상의 디이소시아네이트 단량체를 이용하여 중합된 것을 특징으로 하는 방열소재용 액정 폴리우레탄.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구조식 1로 표시되는 액정 단량체는 하기 화학식 1로 표시되는 봉상형 액정 화합물인 것을 특징으로 하는 방열소재용 액정 폴리우레탄.
    [화학식 1]
    Figure 112021025453039-pat00139
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방열소재용 액정 폴리우레탄은 상기 화학식 1로 표시되는 폴리올과 MDI(Methylene diphenyl diisocyanate), TDI(Toluene diisocyanate), HMDI(Hexamethylene diisocyanate), 및 IPDI(Isophorone diisocyanate) 중에서 선택되는 1종 이상의 디이소시아네이트를 이용하여 중합된 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 방열소재용 액정 폴리우레탄.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 액정 폴리우레탄은 열전도성이 0.5 내지 3 W/Mk 인 것을 특징으로 하는 방열소재용 액정 폴리우레탄.
  11. 하기 구조식 1로 표시되는 액정 단량체를 이용하여 액정 폴리우레탄을 중합하는 단계를 포함하는 방열소재용 액정 폴리우레탄의 제조방법;
    [구조식 1]
    Figure 112021025453039-pat00140

    구조식 1에서,
    M은 메조겐 코어이고, 상기 메조겐 코어는 봉상형 메조겐 코어이고,
    P는 각각 독립적으로 C1 내지 C30 선형 알킬렌기,
    Figure 112021025453039-pat00141
    ,
    Figure 112021025453039-pat00142
    , 또는
    Figure 112021025453039-pat00143
    이고,
    k, l, 및 m은 각각 독립적으로 1 내지 30의 정수인 반복수이고,
    Q는 각각 독립적으로 하이드록시기 또는 이소시아네이트기이고,
    n은 하기 A로 표시되는 결합 위치의 수와 같고,
    상기 봉상형 메조겐 코어를 갖는 구조식 1로 표시되는 액정 단량체는 하기 화합물 1, 3 내지 6, 8 내지 20, 22 내지 26, 및 29 내지 35 중에서 선택된 어느 하나이고,
    상기 봉상형 메조겐 코어는 하기 A로 표시되는 결합 위치를 갖고, 각각 독립적으로 하기 A로 표시되는 결합 위치들 중 하나 이상은
    Figure 112021025453039-pat00144
    이고 나머지는 수소원자이거나, 또는
    Figure 112021025453039-pat00145
    이다.
    Figure 112021025453039-pat00146

    Figure 112021025453039-pat00147

    Figure 112021025453039-pat00148

    Figure 112021025453039-pat00149
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 Q는 하이드록시기이고,
    상기 방열소재용 액정 폴리우레탄은 상기 구조식 1로 표시되는 액정 단량체 인 폴리올과, MDI(Methylene diphenyl diisocyanate), TDI(Toluene diisocyanate), HMDI(Hexamethylene diisocyanate), 및 IPDI(Isophorone diisocyanate) 중에서 선택되는 1종 이상의 디이소시아네이트를 이용하여 중합하는 것을 특징으로 하는 방열소재용 액정 폴리우레탄의 제조방법.
  14. 제1항, 제3항 및 제8항 내지 제10항 중에서 선택된 어느 한 항의 방열소재용 액정 폴리우레탄을 포함하는 방열소재.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 방열소재는 전자소자 공극을 충전하는 봉지재료로 사용되는 것을 특징으로 하는 방열소재.
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