KR102455478B1 - 열전도 아크릴 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

열전도 아크릴 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 배터리 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR102455478B1
KR102455478B1 KR1020220007079A KR20220007079A KR102455478B1 KR 102455478 B1 KR102455478 B1 KR 102455478B1 KR 1020220007079 A KR1020220007079 A KR 1020220007079A KR 20220007079 A KR20220007079 A KR 20220007079A KR 102455478 B1 KR102455478 B1 KR 102455478B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
acrylic sheet
resin
acrylic
thermally conductive
Prior art date
Application number
KR1020220007079A
Other languages
English (en)
Inventor
유광현
Original Assignee
에스케이씨하이테크앤마케팅(주)
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 에스케이씨하이테크앤마케팅(주) filed Critical 에스케이씨하이테크앤마케팅(주)
Priority to KR1020220007079A priority Critical patent/KR102455478B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102455478B1 publication Critical patent/KR102455478B1/ko
Priority to US17/979,549 priority patent/US20230268580A1/en
Priority to EP23152310.1A priority patent/EP4212600A1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C09J7/00—Adhesives in the form of films or foils
    • C09J7/10—Adhesives in the form of films or foils without carriers
    • 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
    • C08K3/01—Use of inorganic substances as compounding ingredients characterized by their specific function
    • C08K3/013—Fillers, pigments or reinforcing 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
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
    • C08K9/06—Ingredients treated with organic substances with silicon-containing compounds
    • 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
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00—Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L67/08—Polyesters modified with higher fatty oils or their acids, or with resins or resin acids
    • 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
    • C09J133/00—Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J133/04—Homopolymers or copolymers of esters
    • C09J133/06—Homopolymers or copolymers of esters of esters containing only carbon, hydrogen and oxygen, the oxygen atom being present only as part of the carboxyl radical
    • C09J133/08—Homopolymers or copolymers of acrylic acid esters
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/651—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by parameters specified by a numeric value or mathematical formula, e.g. ratios, sizes or concentrations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/654—Means for temperature control structurally associated with the cells located inside the innermost case of the cells, e.g. mandrels, electrodes or electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • 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
    • C09J2203/00—Applications of adhesives in processes or use of adhesives in the form of films or foils
    • C09J2203/33—Applications of adhesives in processes or use of adhesives in the form of films or foils for batteries or fuel cells
    • 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
    • C09J2301/00—Additional features of adhesives in the form of films or foils
    • C09J2301/30—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the chemical, physicochemical or physical properties of the adhesive or the carrier
    • C09J2301/302—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the chemical, physicochemical or physical properties of the adhesive or the carrier the adhesive being pressure-sensitive, i.e. tacky at temperatures inferior to 30°C
    • 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
    • C09J2301/00—Additional features of adhesives in the form of films or foils
    • C09J2301/30—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the chemical, physicochemical or physical properties of the adhesive or the carrier
    • C09J2301/312—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the chemical, physicochemical or physical properties of the adhesive or the carrier parameters being the characterizing feature
    • 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
    • C09J2301/00—Additional features of adhesives in the form of films or foils
    • C09J2301/40—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the presence of essential components
    • C09J2301/408—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the presence of essential components additives as essential feature of the adhesive layer
    • 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
    • C09J2301/00—Additional features of adhesives in the form of films or foils
    • C09J2301/40—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the presence of essential components
    • C09J2301/416—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the presence of essential components use of irradiation
    • 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
    • C09J2433/00—Presence of (meth)acrylic polymer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

구현예에 따른 열전도 아크릴 시트는 특정 조성의 점착부여 수지와 고함량의 무기 필러를 포함하는 열전도 아크릴 조성물로부터 제조되기 때문에 열전도성이 우수하면서 고점착력을 나타낼 수 있다. 따라서 상기 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트는 방열 특성이 요구되는 다양한 분야에 효율적으로 적용될 수 있다.

Description

열전도 아크릴 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 배터리 모듈{THERMAL CONDUCTIVE ACRYLIC SHEET, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND BATTERY MODULE COMPRISING THE SAME}
구현예는 열전도도 및 탄성복원력이 우수하면서 고점착력을 나타낼 수 있는 열전도 아크릴 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
광학, 전기, 전자 분야 등의 장치의 고성능화를 위해 상기 장치 내부에 실장되는 각 부품들은 대용량화 및 고집적화가 이루어지고 있다. 상기 각 부품들의 대용량화 및 고집적화로 인해 장치의 구동 과정에서는 많은 열이 발생한다. 이때, 발생한 열이 외부로 방출되지 않으면 장치의 오작동, 기판 열화 등의 문제가 유발될 수 있기 때문에 장치에서 발생한 열이 외부로 원활히 방출되도록 하는 방열 구조를 장치에 도입하는 것이 필요하다.
특히, 상기 장치의 일례로, 전기 자동차는 배터리 시스템의 신뢰성과 안정성이 그 상품성을 결정짓는 가장 중요한 요소이기 때문에 배터리 시스템의 안정적인 구동을 위해 배터리 모듈 내 셀의 충방전시 발생하는 열을 외부로 원활히 방출시키는 것이 요구된다.
이에 따라 배터리 시스템의 방열 특성을 높이기 위해 종래에는 배터리 모듈에 열전도 시트 또는 열전도 시트에 의해 부착되는 방열판을 적용한 바 있다(특허문헌 1 참조). 상기 배터리 모듈에 적용되는 열전도 시트는 열전도성을 가지면서 배터리 모듈에 장시간 결합된 상태가 유지되도록 고점착력을 가지는 것이 필요하다.
그러나 종래에 개시된 열전도 시트는 열전도성을 높이면서 점착력을 요구되는 수준으로 확보하는데 한계가 있었다. 즉, 열전도 시트의 열전도성을 높이기 위해서는 열전도성 필러의 함량이 비교적 고함량으로 함유되어야 하는데, 이때, 열전도성 필러가 고함량으로 함유되면 점착력을 얻기 위한 바인더 수지의 함량이 상대적으로 줄어들어 고점착력을 얻기 어려웠다. 여기서 열전도 시트의 점착력을 높이기 위해 분자량이 낮은 모노머가 가교 결합되는 바인더 수지를 적용한 바 있으나, 이는 바인더 수지의 가교밀도가 낮아 열전도 시트의 내환경성, 내열성, 탄성복원력 등을 저하시키는 문제가 있었다.
대한민국공개특허공보 제2017-0140693호
상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 본 발명자들은 다양한 연구를 진행하였으며, 그 결과, 특정 조성의 점착부여 수지를 포함하는 열전도 아크릴 조성물을 이용하여 열전도 아크릴 시트를 제조함으로써 열전도 아크릴 시트의 열전도도 및 탄성복원력 등을 확보하면서 고점착력을 얻을 수 있다는 점을 도출하게 되었다.
따라서 구현예의 과제는 열전도도, 탄성복원력 등과 같은 물성이 우수하면서 높은 점착력을 나타낼 수 있는 열전도 아크릴 시트 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한 구현예의 다른 과제는 상기 열전도 아크릴 시트를 통해 방열 특성이 향상된 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해 구현예에 따르면, 아크릴 수지, 점착부여 수지, 무기 필러 및 광 개시제를 포함하는 열전도 아크릴 조성물로부터 제조되고, 상기 점착부여 수지는 수첨계 로진에스터를 포함하며, 점착력이 1 kgf/㎝ 이상인 열전도 아크릴 시트를 제공한다.
다른 구현예에 따르면, 무기 필러 원료를 실란 커플링제로 코팅하고 분쇄하여 무기 필러를 준비하는 단계; 아크릴 수지와 점착부여 수지가 혼합된 수지 혼합물을 제조하는 단계; 상기 무기 필러와 상기 수지 혼합물을 혼합하여 분산액을 제조하는 단계; 상기 분산액에 침강 방지제를 혼합하여 분산 조액을 제조하는 단계; 상기 분산 조액에 광 개시제를 혼합하여 열전도 아크릴 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 열전도 아크릴 조성물을 이형필름에 코팅하고 광경화시키는 단계를 포함하는 열전도 아크릴 시트의 제조방법을 제공한다.
또 다른 구현예에 따르면, 하우징; 배터리 셀; 및 상기 열전도 아크릴 시트를 포함하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트는 특정 조성의 점착여부 수지를 포함하는 열전도 아크릴 조성물로부터 제조되기 때문에 높은 점착력을 나타낼 수 있다.
또 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트는 무기 필러를 비교적 고함량으로 포함하는 열전도 아크릴 조성물로부터 제조되기 때문에 높은 열전도도를 나타낼 수 있다.
또한 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트는 용매를 포함하지 않는 무용제 타입의 열전도 아크릴 조성물로부터 제조되기 때문에 가교밀도가 높아 내환경성, 내열성 등이 우수하면서 다양한 두께 범위를 가질 수 있다.
따라서 상기 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트는 방열 특성이 요구되는 다양한 광학, 전기, 전자 분야 등의 장치에 효율적으로 적용될 수 있다. 특히, 상기 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트는 배터리 모듈(예컨대, 자동차용 배터리 모듈)에 적용되어 배터리 모듈의 방열 특성을 높일 수 있다.
도 1은 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트의 예시 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트가 적용된 배터리 모듈을 나타낸 단면도이다.
도 4는 시험예 4에 따른 열전도 아크릴 시트의 DSC 분석 결과를 나타낸 것이다.
이하, 구현예를 통해 발명을 설명한다. 여기서 구현예는 이하에서 개시된 내용에 한정되는 것이 아니라 발명의 요지가 변경되지 않는 한, 다양한 형태로 변형될 수 있다.
본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상/하에 형성되거나 서로 연결 또는 결합된다는 기재는, 이들 구성요소 간에 직접 또는 또 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로 형성, 연결 또는 결합되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상/하에 대한 기준은 대상을 관찰하는 방향에 따라 달라질 수 있는 것으로 이해하여야 한다.
본 명세서에서 "포함"한다는 기재는 특정 특성, 영역, 단계, 공정, 요소 및/또는 성분을 구체화하기 위한 것이며, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 특성, 영역, 단계, 공정, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소를 설명하기 위해 사용되는 것이고, 상기 구성 요소들은 상기 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로 구별하는 목적으로 사용된다.
열전도 아크릴 시트
구현예에서는 무용제 타입이면서 특정 조성의 점착부여 수지를 포함하는 열전도 아크릴 조성물을 이용하여 제조된 열전도 아크릴 시트를 제공한다. 구체적으로 본 발명의 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트는 아크릴 수지, 점착부여 수지, 무기 필러 및 광 개시제를 포함하는 열전도 아크릴 조성물로부터 제조되는데, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.
(a) 아크릴 수지
본 발명의 구현예에 따른 아크릴 수지는 단관능 (메트)아크릴레이트 및 다관능 (메트)아크릴레이트 중 1종 이상의 단량체가 중합된 중합물일 수 있다. 상기 단관능 (메트)아크릴레이트 및 다관능 (메트)아크릴레이트의 기재에 있어서, "(메트)아크릴레이트"는 "아크릴레이트" 및/또는 "메타크릴레이트"를 의미할 수 있다.
상기 단관능 (메트)아크릴레이트는 구체적으로 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기를 갖는 알킬(메트)아크릴레이트일 수 있다. 상기 알킬(메트)아크릴레이트는 구체적으로 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, n-프로필(메트)아크릴레이트, 이소프로필(메트)아크릴레이트, n-부틸(메트)아크릴레이트, sec-부틸(메트)아크릴레이트, tert-부틸(메트)아크릴레이트, 이소부틸(메트)아크릴레이트, n-펜틸(메트)아크릴레이트, 이소펜틸(메트)아크릴레이트, n-헥실(메트)아크릴레이트, 시클로헥실(메트)아크릴레이트, n-헵틸(메트)아크릴레이트, n-옥틸(메트)아크릴레이트, 이소옥틸(메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메트)아크릴레이트, n-노닐(메트)아크릴레이트, 이소노닐(메트)아크릴레이트, n-데실(메트)아크릴레이트, 이소데실(메트)아크릴레이트, n-도데실(메트)아크릴레이트, 이소미리스틸(메트)아크릴레이트, n-트리데실(메트)아크릴레이트, n-테트라데실(메트)아크릴레이트, n-스테아릴(메트)아크릴레이트, 이소스테아릴(메트)아크릴레이트, 또는 n-라우릴 (메트)아크릴레이트 등일 수 있다. 이들은 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 다관능 (메트)아크릴레이트는 2개 이상의 관능기를 갖는 (메트)아크릴레이트일 수 있다. 구체적으로 다관능 (메트)아크릴레이트는 1,3-부탄디올디(메트)아크릴레이트, 1,4-부탄디올디(메트)아크릴레이트, 네오펜탄디올디(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메트)아크릴레이트, 1,9-노난디올디(메트)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트 등의 2관능성 (메트)아크릴레이트: 또는 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메트)아크릴레이트, 트리스(아크릴로일옥시에틸)이소시아누레이트, 디트리메틸올프로판테트라(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨모노히드록시펜타(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메트)아크릴레이트 등의 3관능성 이상의 (메트)아크릴레이트일 수 있다. 이들은 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 단관능 (메트)아크릴레이트 및 다관능 (메트)아크릴레이트 중 1종 이상을 중합하여 중합물인 아크릴 수지를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 구체적으로는 괴상(bulk) 중합, 용액(solution) 중합, 현탁(suspension) 중합, 유화(emulsion) 중합 등을 들 수 있다.
또한 단관능 (메트)아크릴레이트 및 다관능 (메트)아크릴레이트 중 1종 이상을 중합하는 과정에서 사용되는 중합 개시제도 특별히 한정되지 않으며, 구체적으로는 열에 의해 활성화되는 개시제 또는 광에 의해 활성화되는 개시제 등을 들 수 있다. 구체적으로 중합 개시제는 아조 화합물(예컨대, 아조비스(이소부티로니트릴)), 퍼옥사이드 화합물(예컨대, 벤조일퍼옥사이드), 벤조페논, 벤조인에틸에테르, 2,2'-디메톡시-2-페닐아세토페논, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 단관능 (메트)아크릴레이트 또는/및 다관능 (메트)아크릴레이트 등의 단량체를 중합하여 아크릴 수지를 제조함에 있어, 본 발명의 구현예에 따른 아크릴 수지는 단량체에서 아크릴 수지로의 전환률이 99 % 이상(구체적으로 100 %)인 아크릴 수지일 수 있다. 이러한 전환률이 높은 아크릴 수지를 포함하는 열전도 아크릴 조성물로 열전도 아크릴 시트를 형성함에 따라 본 발명의 구현예는 내환경성, 내열성 등이 우수한 열전도 아크릴 시트를 제공할 수 있다.
한편 상기 아크릴 수지의 유리전이온도(Tg)는 -50 내지 -40 ℃, 또는 -48 내지 -38 ℃, 또는 -45 내지 -35 ℃일 수 있다. 아크릴 수지의 유리전이온도가 상기 범위 내임에 따라 열전도 아크릴 시트의 영구압축줄음률(탄성복원력)을 요구되는 수준으로 확보하면서 열전도 아크릴 시트의 점착력이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
또한 아크릴 수지의 점도는 400 내지 600 cPs, 또는 450 내지 550 cPs, 또는 400 내지 500 cPs일 수 있다. 아크릴 수지의 점도가 상기 범위 내임에 따라 열전도 아크릴 조성물의 코팅성이 확보되어 기포 혼입을 방지하면서 다양한 두께 범위를 갖는 열전도 아크릴 시트를 용이하게 제조할 수 있다.
이러한 본 발명의 구현예에 따른 아크릴 수지는 분자량(예컨대, 60 내지 1,500 g/mol, 또는 70 내지 300 g/mol)이 비교적 낮고 극성기가 다량 존재하는 아크릴 수지이기 때문에 후술되는 점착부여 수지와의 용해성(상용성)이 높을 수 있다. 구체적으로 아크릴 수지는 극성기가 다량 존재하여 30 ㎛ 두께로 경화 시 점착력(경화막의 점착력)이 1.5 kgf/in 이상을 나타낼 수 있다. 이와 같은 아크릴 수지를 포함하는 열전도 아크릴 조성물로 열전도 아크릴 시트를 형성함에 따라 본 발명의 구현예는 고점착력을 나타내는 열전도 아크릴 시트를 제공할 수 있다.
상기 아크릴 수지의 함량은 아크릴 수지(a), 점착부여 수지(b) 및 무기 필러(c)의 총 중량(a+b+c)을 기준으로, 10 내지 20 중량%, 또는 12 내지 18 중량%, 또는 14 내지 16 중량%일 수 있다. 아크릴 수지의 함량이 상기 범위 내임에 따라 열전도 아크릴 시트의 열전도도 및 탄성복원력을 확보하면서 열전도 아크릴 시트가 고점착력을 나타낼 수 있다.
(b) 점착부여 수지
본 발명의 구현예에 따른 점착부여 수지는 열전도 아크릴 시트의 점착력을 높이기 위한 것으로, 수첨계 로진에스터를 포함한다.
상기 점착부여 수지에 포함되는 수첨계 로진에스터는 물 또는 수소를 이용한 로진에스터의 개질(변성) 반응을 통해 얻어진 것일 수 있다. 이러한 수첨계 로진에스터는 불포화 결합(이중 결합)이 없고, 결합된 6원 고리 구조를 둘 이상 포함하며, 하나 이상의 작용기를 갖는 화합물을 포함할 수 있다. 상기 수첨계 로진에스터가 상기 화합물을 포함함에 따라 후술되는 광 개시제에 의한 아크릴 수지의 경화 반응 시 수첨계 로진에스터를 포함하는 점착부여 수지가 광 개시제에 대한 반응성(라디칼 반응)을 나타내지 않아 아크릴 수지의 경화 반응성을 높일 수 있다. 따라서 이러한 수첨계 로진에스터를 포함하는 점착부여 수지를 아크릴 수지와 함께 혼합하여 열전도 아크릴 시트를 형성함에 따라 열전도 아크릴 시트의 점착력을 극대화할 수 있다.
구체적으로 상기 수첨계 로진에스터에 포함되는 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112022006269113-pat00001
이러한 수첨계 로진에스터는 산가가 2 내지 20 mgKOH/g이고 연화점이 80 내지 110 ℃일 수 있다. 수첨계 로진에스터의 산가 및 연화점이 상기 범위 내임에 따라 열전도 아크릴 시트의 점착력을 높일 수 있다.
구체적으로 상기 수첨계 로진에스터는 산가가 2 내지 10 mgKOH/g인 제1 수첨계 로진에스터와 산가가 11 내지 20 mgKOH/g인 제2 수첨계 로진에스터를 포함할 수 있다. 수첨계 로진에스터가 상기 산가 범위를 각각 갖는 제1 수첨계 로진에스터와 제2 수첨계 로진에스터를 포함함에 따라 수첨계 로진에스터에는 연질이면서 끈적임을 나타내는 제1 수첨계 로진에스터와 경질이면서 끈적임을 나타내는 제2 수첨계 로진에스터가 존재하게 되어 수첨계 로진에스터의 점착 특성이 최적화되고, 이로 인해 열전도 아크릴 시트의 고점착력을 달성할 수 있다. 또한 수첨계 로진에스터가 상기 산가 범위를 갖는 2종의 수첨계 로진에스터를 포함함에 따라 1종의 수첨계 로진에스터를 포함하는 경우보다 점착력에 관여하는 관능기(예컨대, COOH, OH 등)의 비율이 높아짐에 따라 열전도 아크릴 시트의 점착력을 높일 수 있다.
여기서 제1 수첨계 로진에스터와 제2 수첨계 로진에스터의 혼합 비율은 열전도 아크릴 시트의 점착력을 고려할 때, 1:0.5 내지 1:4, 또는 1:1 내지 1:2, 또는 1:1 내지 1:1.5, 또는 1:1 내지 1:1.3의 중량비일 수 있다. 제1 및 제2 수첨계 로진에스터 간의 혼합 비율이 상기 범위 내임에 따라 열전도 아크릴 시트의 점착력을 극대화할 수 있다.
상기 수첨계 로진에스터를 포함하는 점착부여 수지의 함량은 아크릴 수지(a) 및 점착부여 수지(b)의 총 중량(a+b)을 기준으로, 3 내지 30 중량%, 또는 5 내지 25 중량%, 또는 10 내지 20 중량%일 수 있다. 점착부여 수지의 함량이 상기 범위 내임에 따라 열전도 아크릴 시트의 점착력을 높이면서 열전도 아크릴 시트의 경도가 과도하게 높아지거나 점착부여 수지의 뭉침 현상이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
(c) 무기 필러
본 발명의 구현예에 따른 무기 필러는 열전도 아크릴 시트의 열전도성 및 기계적 강도를 높이기 위한 것으로, 구체적으로는 산화마그네슘, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화붕소, 탄화규소, 탄산마그네슘 및 이산화규소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 분체일 수 있다. 상기 분체는 구형, 정육면체형, 직육면체형, 원기둥형, 판형, 부정형 등과 같은 다양한 형상을 갖는 입자로 이루어질 수 있다.
이러한 무기 필러는 실란 커플링제로 코팅된 것일 수 있으며, 이로 인해 열전도 아크릴 시트의 점착력을 높일 수 있다. 즉, 무기 필러 원료에 해당하는 상기 분체의 표면에는 다수의 히드록시기(OH)가 존재하는데, 이는 아크릴 수지의 극성기를 붙잡아 열전도 아크릴 시트의 점착력을 떨어뜨리는 요인으로 작용할 수 있다. 이에 본 발명의 구현예에서는 실란 커플링제로 처리됨으로써 표면에 존재하는 다수의 히드록시기(OH)가 최소화된 무기 필러를 사용하는 것으로, 이는 상기 무기 필러 원료의 표면에 존재하는 히드록시기(OH)에 의해 열전도 아크릴 시트의 점착력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
상기 실란 커플링제는 통상적으로 공지된 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 구체적으로는 아미노기를 갖는 실란 커플링제, 비닐기를 갖는 실란 커플링제, 알킬기를 갖는 실란 커플링제 등일 수 있다.
상기 아미노기를 갖는 실란 커플링제는 구체적으로 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시실릴-N-(1,3-디메틸부틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(비닐벤질)-2-아미노에틸-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리디메톡시실란 및 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 비닐기를 갖는 실란 커플링제는 구체적으로 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란 및 비닐트리이소프로폭시실란으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 알킬기를 갖는 실란 커플링제는 구체적으로 헥실트리메톡시실란, 헥실트리에톡시실란, 데실트리에톡시실란, 데실메틸디에톡시실란 및 옥타데실트리에폭시실란으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 실란 커플링제의 사용량은 무기 필러 총 중량을 기준으로 0.5 내지 1 중량%일 수 있다. 실란 커플링제의 사용량이 상기 범위 내임에 따라 무기 필러의 표면에 존재하는 히드록시기(OH)의 수를 요구되는 수준으로 줄이면서 표면처리과정에서 무기 필러가 서로 뭉치는 것을 방지할 수 있다.
상기 무기 필러의 함량은 아크릴 수지(a), 점착부여 수지(b) 및 무기 필러(c)의 총 중량(a+b+c)을 기준으로, 83 중량% 이상, 또는 83 내지 90 중량%, 또는 84 내지 87 중량%일 수 있다. 무기 필러의 함량이 상기 범위 내임에 따라 열전도 아크릴 시트의 열전도도 및 기계적 강도를 확보하면서 열전도 아크릴 시트가 고점착력을 나타낼 수 있다.
(d) 광 개시제
본 발명의 구현예에 따른 광 개시제는 빛에 의해 라디칼을 생성하여 아크릴 수지(a)의 중합 반응을 개시한다. 이러한 광 개시제는 통상적으로 공지된 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 구체적으로는 퍼옥사이드계 화합물, 옥심에스터계 화합물, 벤조인계 화합물, 아세토페논계 화합물, 벤조페논계 화합물, 케톤계 화합물, 퀴논계 화합물, 포스핀계 화합물 및 트리아진계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 광 개시제의 함량은 아크릴 수지(a), 점착부여 수지(b) 및 무기 필러(c)의 총 중량(a+b+c)에 대하여 0.05 내지 3 중량부, 또는 0.1 내지 1.5 중량부, 또는 0.2 내지 0.5 중량부일 수 있다. 광 개시제의 함량이 상기 범위 내임에 따라 중합 반응이 원활히 이루어지면서 광 개시제가 과량으로 사용되는 것을 방지할 수 있다.
(e) 침강 방지제
본 발명의 구현예에 따른 열전도 아크릴 조성물은 침강 방지제를 더 포함할 수 있다. 상기 침강 방지제는 아크릴 수지(a), 점착부여 수지(b) 및 무기 필러(c)가 혼합된 분산액의 점도를 제어하고 케이킹(caking) 현상이 일어나는 것을 방지한다.
이러한 침강 방지제는 아크릴 수지의 극성기 손실을 최소화하면서 분산액의 침강을 효율적으로 방지할 수 있는 입자형 침강 방지제일 수 있다. 구체적으로 침강 방지제는 판상형의 벤토나이트계 입자(예컨대, 몬모릴로나이트) 또는 구형의 실리카계 입자일 수 있다.
상기 침강 방지제의 함량은 아크릴 수지(a), 점착부여 수지(b) 및 무기 필러(c)의 총 중량(a+b+c)에 대하여 0.2 내지 0.7 중량부, 또는 0.25 내지 0.5 중량부, 또는 0.3 내지 0.4 중량부일 수 있다. 침강 방지제의 함량이 상기 범위 내임에 따라 아크릴 수지(a), 점착부여 수지(b) 및 무기 필러(c)가 혼합된 분산액의 케이킹 현상을 방지하면서 분산액의 점도가 과도하게 높아지는 것을 제어할 수 있다.
상술한 성분들을 포함하는 열전도 아크릴 조성물로부터 제조된 본 발명의 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트는 고점착력, 즉, 1 kgf/㎝ 이상의 점착력을 나타낼 수 있다. 구체적으로 열전도 아크릴 시트는 1 내지 2 kgf/㎝, 또는 1.01 내지 1.9 kgf/㎝, 또는 1.1 내지 1.7 kgf/㎝의 점착력을 나타낼 수 있다. 이와 같이 고점착력을 나타냄에 따라 열전도 아크릴 시트는 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 상술한 열전도 아크릴 조성물로부터 제조된 열전도 아크릴 시트층(11)으로 이루어진 단층 구조를 갖더라도 다양한 분야의 열계면 재료(thermal interface material)로 활용될 수 있다. 이러한 열전도 아크릴 시트는 상용화 과정에서 그 표면의 보호를 위해 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 열전도 아크릴 시트층(11)의 양면에 각각 이형층(12, 13)이 결합된 구조를 가질 수 있다.
한편 본 발명의 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트는 상전이(phase change material) 열계면 재료 특성을 나타냄에 따라 고점착력뿐만 아니라 우수한 방열 특성을 나타낼 수 있다. 즉, 본 발명의 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트가 적용된 광학, 전기, 전자 분야 등의 장치에서 열이 발생할 경우, 열전도 아크릴 시트는 상전이가 일어나면서 장치에서 발생한 열(에너지)을 흡수함에 따라 장치의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
구체적으로 열전도 아크릴 시트는 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 20 ℃/분의 승온 속도로 -100 ℃에서 300 ℃까지 승온시켰을 때에 얻어지는 1 회째 DSC 곡선에서 1개의 흡열 피크를 나타내며, 상기 흡열 피크를 나타내는 온도가 95 내지 105 ℃로, 이로 인해 상전이 열계면 재료 특성을 나타낼 수 있다.
이외에 본 발명의 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트는 열전도도가 1.5 W/mK 이상, 구체적으로 1.5 내지 1.8 W/mK로 높은 열전도도를 나타낼 수 있다.
이와 같이 본 발명의 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트는 열전도도 및 탄성복원력이 우수하면서 고점착력을 나타내기 때문에 광학, 전기, 전자 분야 등의 장치의 방열 성능을 향상시키는데 효율적으로 적용될 수 있다.
열전도 아크릴 시트의 제조방법
본 발명의 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트의 제조방법은, 무기 필러 원료를 실란 커플링제로 코팅하고 분쇄하여 무기 필러를 준비하는 단계(S-1 단계); 아크릴 수지와 점착부여 수지가 혼합된 수지 혼합물을 제조하는 단계(S-2 단계); 상기 무기 필러와 상기 수지 혼합물을 혼합하여 분산액을 제조하는 단계(S-3 단계); 상기 분산액에 침강 방지제를 혼합하여 분산 조액을 제조하는 단계(S-4 단계); 상기 분산 조액에 광 개시제를 혼합하여 열전도 아크릴 조성물을 제조하는 단계(S-5); 및 상기 열전도 아크릴 조성물을 이형필름에 코팅하고 광경화시키는 단계(S-6)를 포함하는데, 이에 대해 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 S-1 단계는 무기 필러 원료를 실란 커플링제로 코팅 후 분쇄하는 과정을 거치는 것으로 이루어질 수 있다.
상기 무기 필러 원료는 산화마그네슘, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화붕소, 탄화규소, 탄산마그네슘 및 이산화규소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 분체일 수 있다. 상기 분체 입자 크기는 열전도 아크릴 시트의 열전도도 및 공정 효율을 고려할 때, 평균입경이 1 내지 80 ㎛, 또는 3 내지 60 ㎛, 또는 5 내지 50 ㎛일 수 있다. 또한 열전도 아크릴 시트 내에 무기 필러가 고르게 분포될 수 있도록 분체로는 평균입경이 1 ㎛ 내지 40 ㎛의 입자 크기를 갖는 분체와 평균입경이 40 ㎛ 초과 내지 80 ㎛인 입자 크기를 갖는 분체가 혼합된 것을 적용할 수 있다.
상기 실란 커플링제로 무기 필러 원료를 코팅하는 방법은 통상적으로 공지된 건식 코팅 방법 또는 습식 코팅 방법일 수 있다.
한편 실란 커플링제로 코팅이 완료된 무기 필러 원료는 실란 커플링제의 코팅 과정에서 입자 간의 뭉침 현상이 일어나기 때문에 이를 해소하기 위해 코팅이 완료된 무기 필러 원료를 입자선별기에 투입하여 선별 과정을 거칠 수 있다. 이후 선별 과정을 거친 무기 필러 원료는 분쇄기에 투입하여 분쇄 과정을 거침으로써 입자 크기가 제어된 무기 필러를 준비할 수 있다.
상기 S-2 단계는 아크릴 수지와 점착부여 수지를 혼합하는 과정을 거치는 것으로 이루어질 수 있다. 구체적으로 교반기가 구비된 용기에 아크릴 수지와 점착부여 수지를 투입하고 20 내지 30 시간 동안 교반하는 과정을 거쳐 수지 혼합물을 제조할 수 있다.
상기 S-3 단계는 무기 필러와 수지 혼합물을 혼합하는 과정을 거치는 것으로 이루어질 수 있다. 구체적으로 믹서기에 준비된 무기 필러와 제조된 수지 혼합물을 투입하고 교반하는 과정을 거쳐 분산액을 제조할 수 있다. 상기 교반은 400 내지 600 rpm으로 20 내지 60 분 동안 이루어질 수 있다.
상기 S-4 단계는 상기 분산액에 침강 방지제를 혼합하는 과정으로 이루어질 수 있다. 구체적으로 무기 필러와 수지 혼합물이 투입된 상기 믹서기에 침강 방지제를 첨가하고 교반하는 과정을 거쳐 분산 조액을 제조할 수 있다. 여기서 침강 방지제의 첨가량은 분산액의 점도에 따라 적절히 조절될 수 있다.
상기 S-5 단계는 분산 조액에 광 개시제를 혼합하는 과정으로 이루어질 수 있다. 구체적으로 분산 조액에 광 개시제를 투입하고 교반하는 과정을 거쳐 열전도 아크릴 조성물을 제조할 수 있다. 여기서 제조된 열전도 아크릴 조성물은 진공탈포하는 과정을 거칠 수 있다.
상기 S-6 단계는 제조된 열전도 아크릴 조성물을 이형필름에 코팅하고 광경화시키는 과정으로 이루어질 수 있다. 상기 열전도 아크릴 조성물을 이형필름에 코팅하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 구체적으로는 딥 코팅, 스핀 코팅, 바 코팅, 스프레이 코팅 등을 들 수 있다. 상기 열전도 아크릴 조성물의 광경화는 구체적으로 제논 램프, 수은 램프, 메탈할라이드 램프 등과 같은 램프를 이용한 자외선을 조사하면서 5 내지 30 분(구체적으로 8 내지 12 분) 동안 이루어질 수 있다.
이러한 과정을 거쳐 제조한 열전도 아크릴 시트는 적용분야에 따라 다양한 크기 및 형태로 재단한 후, 이형필름이 제거된 상태로 사용될 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 열전도 아크릴 시트의 제조방법은 무용제 타입의 열전도 아크릴 조성물을 이용하여 열전도 아크릴 시트를 제조하기 때문에 다양한 두께를 갖는 열전도 아크릴 시트를 용이하게 제조할 수 있다. 구체적으로 상기 제조방법에 따라 두께가 0.25 mm 이상, 또는 0.25 내지 300 mm, 또는 50 내지 250 mm인 열전도 아크릴 시트를 제조할 수 있다.
배터리 모듈
본 발명의 구현예에 따른 배터리 모듈을 열전도 아크릴 시트를 포함하는데, 이에 대해 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 구현예에 따른 배터리 모듈(100)은 하우징(101), 배터리 셀(102) 및 열전도 아크릴 시트(103)를 포함한다.
상기 하우징(101)은 복수의 배터리 셀(102)을 보호 및 고정하는 역할을 한다. 이러한 하우징(101)은 알루미늄 등과 같은 금속이나 폴리카보네이트 수지, 폴리프로필렌 수지, ABS 수지 등과 같은 합성 수지로 이루어질 수 있다.
상기 배터리 셀(102)은 하우징(101) 내에 복수로 구비되되, 병렬로 배치되어 에너지를 생산 또는 저장하는 역할을 한다. 이러한 배터리 셀(102)은 통상적으로 공지된 양극, 음극 및 전해질 등을 포함할 수 있다. 상기 복수의 배터리 셀(102) 각 사이에는 충격을 방지할 수 있는 완충 패드(104)가 구비되어 있을 수 있다. 또한 복수의 배터리 셀(102) 각 사이에는 배터리 셀(102)의 구동 시 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각핀(105)이 구비되어 있을 수 있다.
상기 열전도 아크릴 시트(103)는 배터리 모듈(100)에서 발생하는 열을 외부로 방출시키는 역할을 한다. 이러한 열전도 아크릴 시트(103)는 상술한 아크릴 수지, 점착부여 수지, 무기 필러 및 광 개시제를 포함하는 열전도 아크릴 조성물로부터 제조된 것이기 때문에 배터리 모듈(100)에서 발생하는 열을 외부로 원활히 방출시키면서 배터리 모듈(100)에 강하게 결합되어 있을 수 있다.
특히, 열전도 아크릴 시트(103)는 도 3에 도시된 바와 같이 배터리 모듈 내부의 하단부(예컨대, 배터리 셀(102)의 하단부)에 위치되어 배터리 모듈(100)의 방열 특성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로 열전도 아크릴 시트(103)는 1 kgf/㎝ 이상의 고점착력을 나타냄에 따라 배터리 셀(102)의 하단부에 안정적으로 부착된 상태로 고정되어 방열 기능을 수행할 수 있다. 이외에 열전도 아크릴 시트(103)는 추가의 방열 소재(예컨대, 방열판)를 배터리 모듈(100)에 결합시키기 위한 점착재 역할도 수행할 수 있음에 따라 배터리 모듈(100)의 방열 효율을 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 배터리 모듈(100)는 다양한 분야에 사용될 수 있으며, 특히, 배터리 시스템의 신뢰성과 안정성이 큰 비중을 차지하는 전기 자동차에 사용될 수 있다.
상기 내용을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 실시예의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
호스필드 페킹 이론에 입각하여 무기 필러를 준비하였다. 구체적으로 45 ㎛ 및 5 ㎛의 입자 크기를 각각 갖는 구상알루미나(Denkaum)를 핸셀믹서에서 혼합하고 실란 커플링제(KM403)를 스프레이 코팅한 후 건조시켰다. 다음 실란 커플링제의 코팅 및 건조 과정에서 뭉쳐진 입자들을 입자선별기를 통해 선별한 후 제트밀을 통해 분쇄하는 과정을 거쳐 구형의 입자들로 이루어진 무기 필러를 준비하였다.
한편, 아크릴 수지(3-A, 삼화)와 점착부여 수지로서 수첨계 로진에스터를 혼합하고 하루 동안 교반하여 수지 혼합물을 제조하였다.
다음, 상기 무기 필러와 상기 수지 혼합물을 혼합하여 분산액을 제조하였다. 이때, 무기 필러, 아크릴 수지 및 점착부여 수지의 함량(사용량)은 하기 표 1(단위: 중량%)과 같이 조절하였다.
그 다음, 상기 분산액에 침강 방지제(Clayton HY, BYK)를 투입하고, 플레너터리 믹서로 30 분 동안 500 rpm으로 교반하여 분산 조액을 제조하였다. 이때, 침강 방지제의 함량(사용량)은 무기 필러, 아크릴 수지 및 점착부여 수지(수첨계 로진에스터)가 혼합된 상기 분산액 100 중량부에 대하여 0.3 중량부로 하였다.
다음, 상기 분산 조액에 광 개시제를 투입하고 혼합한 후 진공탈포하는 과정을 거쳐 열전도 아크릴 조성물을 제조하였다. 이때, 광 개시제의 함량(사용량)은 무기 필러, 아크릴 수지 및 점착부여 수지(수첨계 로진에스터)가 혼합된 상기 분산액 100 중량부에 대하여 0.275 중량부로 하였다.
이후, 제조한 열전도 아크릴 조성물을 양면 실리콘계 이형필름 사이에 딥코팅 방식으로 코팅하고, 40 W 저압 UV를 조사하면서 10 분 동안 광경화하는 과정을 거쳐 열전도 아크릴 시트(두께: 0.25 ㎜)를 제조하였다.
[실시예 2 내지 6]
무기 필러, 아크릴 수지 및 점착부여 수지(수첨계 로진에스터)가 혼합된 분산액의 조성을 하기 표 1과 같이 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 열전도 아크릴 시트를 제조하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
무기 필러
(구상알루미나 입자)		 84 84 84 84 84 84
아크릴 수지
(3-A, 삼화)		 14.4 14.4 13.44 12.8 13.28 13.28
점착부여 수지
(이스트만社/산가 14 mgKOH/g, 연화점 101℃)		 1.6 - 1.12 1.6 1.12 1.6
점착부여 수지
(아라카와社/산가 2-10 mgKOH/g, 연화점 90-100℃)		 - 1.6 1.44 1.6 1.6 1.12
합계(중량%) 100 100 100 100 100 100
[비교예 1 및 2]
무기 필러 및 아크릴 수지가 혼합된 분산액(점착부여 수지 미포함)의 조성을 하기 표 2와 같이 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 열전도 아크릴 시트를 제조하였다.
구분 비교예 1 비교예 2
실란 커플링제로 코팅되지 않은
무기 필러(구상알루미나 입자)		 - 84
실란 커플링제로 코팅된
무기 필러(구상알루미나 입자)		 84 -
아크릴 수지(3-A, 삼화) 16 16
합계(중량%) 100 100
[시험예 1]
실시예 및 비교예에서 각각 제조된 열전도 아크릴 시트(폭: 10 mm, 길이: 약 180 mm)를 스트렙인 강접 테이프(덕성 하이텍의 cloth tape)로 고정한 후, ASTM D903에 의거하여 하기 평가 조건으로 점착력을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
* 평가조건: 2kg 고무롤 왕복 5회, 상온 3 시간 방치 후 후기 점착력(박리속도 300mm/min) 측정
[시험예 2]
실시예 및 비교예에서 각각 제조된 열전도 아크릴 시트에 대한 열전도도를 ASTM D5470에 의거하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
[시험예 3]
실시예 및 비교예에서 각각 제조된 열전도 아크릴 시트에 대한 압축력(탄성복원력)을 ASTM D395에 의거하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 점착력(kgf/cm) 열전도도(W/mK) 압축력(%)
실시예 1 1.01 1.6 22
실시예 2 1.1 1.6 22
실시예 3 1.1 1.6 22
실시예 4 1.1 1.6 22
실시예 5 1.7 1.6 22
실시예 6 1.3 1.6 22
비교예 1 0.4 1.6 22
비교예 2 0.3 1.6 22
상기 표 3을 참조하면, 열전도 아크릴 시트를 제조하기 위한 열전도 아크릴 조성물에 점착부여 수지(수첨계 로진에스터 포함)가 도입된 실시예 1 내지 6은 점착부여 수지가 도입되지 않은 비교예 1 및 2에 비해 열전도도 및 압축력이 요구되는 수준으로 나타내면서 점착력이 현저히 높은 것을 확인할 수 있었다.
[시험예 4]
실시예 5에서 제조된 열전도 아크릴 시트를 20 ℃/분의 승온 속도로 승온시키면서 시차 주사 열량 측정(DSC)을 실시하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4를 참조하면, 약 100 ℃ 부근에서 1개의 흡열 피크가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 점착부여 수지가 도입된 열전도 아크릴 조성물을 이용하여 열전도 아크릴 시트를 제조함에 따라 상전이 열계면 재료 특성을 나타내는 열전도 아크릴 시트가 제조됨을 뒷받침하는 것으로 볼 수 있다.
100: 배터리 모듈
101: 하우징
102: 배터리 셀
103: 열전도 아크릴 시트
104: 완충 패드
105: 냉각핀

Claims (12)

  1. 아크릴 수지, 점착부여 수지, 실란 커플링제로 코팅된 무기 필러 및 광 개시제를 포함하는 열전도 아크릴 조성물로부터 제조되고,
    상기 점착부여 수지는 서로 다른 산가를 가지는 2종의 수첨계 로진에스터를 포함하며,
    점착력이 1 kgf/㎝ 이상인, 열전도 아크릴 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수첨계 로진에스터가 불포화 결합이 없고, 결합된 6원 고리 구조를 둘 이상 포함하며, 하나 이상의 작용기를 갖는 화합물을 포함하는, 열전도 아크릴 시트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수첨계 로진에스터는 산가가 2 내지 20 mgKOH/g이고 연화점이 80 내지 110 ℃인, 열전도 아크릴 시트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수첨계 로진에스터는 산가가 2 내지 10 mgKOH/g인 제1 수첨계 로진에스터와 산가가 11 내지 20 mgKOH/g인 제2 수첨계 로진에스터를 포함하는, 열전도 아크릴 시트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 수첨계 로진에스터와 상기 제2 수첨계 로진에스터의 혼합 비율이 1:0.5 내지 1:4의 중량비인, 열전도 아크릴 시트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크릴 수지 및 상기 점착부여 수지의 총 중량을 기준으로 상기 점착부여 수지의 함량이 3 내지 30 중량%인, 열전도 아크릴 시트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크릴 수지, 상기 점착부여 수지 및 상기 무기 필러의 총 중량을 기준으로 상기 무기 필러의 함량이 83 중량% 이상인, 열전도 아크릴 시트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전도 아크릴 조성물이 침강 방지제를 더 포함하는, 열전도 아크릴 시트.
  9. 제 1 항에 있어서,
    시차 주사 열량 측정에 의해 20 ℃/분의 승온 속도로 -100 ℃에서 300 ℃까지 승온시켰을 때에 얻어지는 1 회째 DSC 곡선에서 1개의 흡열 피크를 나타내며,
    상기 흡열 피크를 나타내는 온도가 95 내지 105 ℃인, 열전도 아크릴 시트.
  10. 무기 필러 원료를 실란 커플링제로 코팅하고 분쇄하여 실란 커플링제로 코팅된 무기 필러를 준비하는 단계;
    아크릴 수지와 점착부여 수지가 혼합된 수지 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 무기 필러와 상기 수지 혼합물을 혼합하여 분산액을 제조하는 단계;
    상기 분산액에 침강 방지제를 혼합하여 분산 조액을 제조하는 단계;
    상기 분산 조액에 광 개시제를 혼합하여 열전도 아크릴 조성물을 제조하는 단계; 및
    상기 열전도 아크릴 조성물을 이형필름에 코팅하고 광경화시키는 단계를 포함하고,
    상기 점착부여 수지는 서로 다른 산가를 가지는 2종의 수첨계 로진에스터를 포함하는, 열전도 아크릴 시트의 제조방법.
  11. 하우징; 배터리 셀; 및 열전도 아크릴 시트를 포함하고,
    상기 열전도 아크릴 시트는 아크릴 수지, 점착부여 수지, 실란 커플링제로 코팅된 무기 필러 및 광 개시제를 포함하는 열전도 아크릴 조성물로부터 제조되고,
    상기 점착부여 수지는 서로 다른 산가를 가지는 2종의 수첨계 로진에스터를 포함하며,
    상기 열전도 아크릴 시트는 점착력이 1 kgf/㎝ 이상인, 배터리 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 열전도 아크릴 시트가 상기 배터리 모듈 내부의 하단부에 위치하는, 배터리 모듈.
KR1020220007079A 2022-01-18 2022-01-18 열전도 아크릴 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 배터리 모듈 KR102455478B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220007079A KR102455478B1 (ko) 2022-01-18 2022-01-18 열전도 아크릴 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 배터리 모듈
US17/979,549 US20230268580A1 (en) 2022-01-18 2022-11-02 Thermal conductive acrylic sheet, method for manufacturing the same, and battery module comprising the same
EP23152310.1A EP4212600A1 (en) 2022-01-18 2023-01-18 Thermal conductive acrylic sheet, method for manufacturing the same, and battery module comprising the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220007079A KR102455478B1 (ko) 2022-01-18 2022-01-18 열전도 아크릴 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 배터리 모듈

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102455478B1 true KR102455478B1 (ko) 2022-10-17

Family

ID=83810083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220007079A KR102455478B1 (ko) 2022-01-18 2022-01-18 열전도 아크릴 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 배터리 모듈

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230268580A1 (ko)
EP (1) EP4212600A1 (ko)
KR (1) KR102455478B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011162586A (ja) * 2010-02-04 2011-08-25 Sekisui Chem Co Ltd 両面粘着シート
KR20110122144A (ko) * 2009-01-30 2011-11-09 닛토덴코 가부시키가이샤 열전도성 점착제 조성물 및 열전도성 점착 시트
KR20120129531A (ko) * 2011-05-20 2012-11-28 동우 화인켐 주식회사 열전도성 점착제 조성물
KR20170140693A (ko) 2016-06-13 2017-12-21 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차
KR20210039121A (ko) * 2019-10-01 2021-04-09 주식회사 엘지화학 열전도성 시트 조성물 및 열전도성 시트

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5812754B2 (ja) * 2011-02-11 2015-11-17 日東電工株式会社 難燃性熱伝導性粘着シート
JP6378533B2 (ja) * 2013-06-01 2018-08-22 日東電工株式会社 熱伝導性粘着シート
WO2017150588A1 (ja) * 2016-03-02 2017-09-08 Jnc株式会社 放熱部材用組成物、放熱部材、電子機器、放熱部材用組成物の製造方法、放熱部材の製造方法
JP6807234B2 (ja) * 2017-01-10 2021-01-06 日東電工株式会社 粘着シート

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110122144A (ko) * 2009-01-30 2011-11-09 닛토덴코 가부시키가이샤 열전도성 점착제 조성물 및 열전도성 점착 시트
JP2011162586A (ja) * 2010-02-04 2011-08-25 Sekisui Chem Co Ltd 両面粘着シート
KR20120129531A (ko) * 2011-05-20 2012-11-28 동우 화인켐 주식회사 열전도성 점착제 조성물
KR20170140693A (ko) 2016-06-13 2017-12-21 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩, 자동차
KR20210039121A (ko) * 2019-10-01 2021-04-09 주식회사 엘지화학 열전도성 시트 조성물 및 열전도성 시트

Also Published As

Publication number Publication date
EP4212600A1 (en) 2023-07-19
US20230268580A1 (en) 2023-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100541175B1 (ko) 열전도성 감압 접착제 및 이를 함유하는 접착 시트류
KR102225710B1 (ko) 보호막 형성용 조성물, 보호막 형성용 시트, 및 보호막 부착 칩
JP2013006893A (ja) 高熱伝導樹脂組成物、高熱伝導性硬化物、接着フィルム、封止用フィルム、及びこれらを用いた半導体装置
KR20190026049A (ko) 다이 어태치 페이스트 및 반도체 장치
JP2013194103A (ja) 接着剤組成物、接着シートおよび半導体装置の製造方法
JP5180507B2 (ja) チップ用保護膜形成用シートおよび保護膜付半導体チップ
JP6659308B2 (ja) 第１保護膜形成用シート
WO2021172431A1 (ja) 樹脂フィルム、複合シート、及び半導体装置の製造方法
CN111670231B (zh) 膜状粘合剂及半导体加工用片
JP3915940B2 (ja) 絶縁層用接着フィルム
CN109563330B (zh) 热耗散树脂组合物、其固化产物及其使用方法
JPH11181368A (ja) 熱伝導性感圧接着シ―ト類およびこれを用いた電子部品と放熱部材との固定方法
KR102455478B1 (ko) 열전도 아크릴 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 배터리 모듈
JP5344802B2 (ja) チップ用保護膜形成用シートおよび保護膜付半導体チップ
CN110622302B (zh) 半导体装置及其制造方法
US20220259464A1 (en) Pressure-sensitive adhesive compound with high filler content
JP6774301B2 (ja) 熱硬化性樹脂フィルム及び第１保護膜形成用シート
CN113632219A (zh) 导热性组合物和半导体装置
JP6381828B2 (ja) 熱硬化性樹脂フィルム、第１保護膜形成用シート及び第１保護膜の形成方法
JP6821580B2 (ja) 熱硬化性樹脂フィルム及び第１保護膜形成用シート
CN111051455B (zh) 膜状透明粘合剂及红外线传感器模块
JPWO2017078042A1 (ja) 保護膜形成用シート
JP2016032018A (ja) 仮固定用樹脂組成物、仮固定用樹脂フィルム及び仮固定用樹脂フィルムシート
KR101653369B1 (ko) 열전도성 점착제 조성물 및 이로부터 제조된 열전도성 박막 점착시트
TW201934653A (zh) 散熱構件用組成物、散熱構件、電子機器、散熱構件用組成物的製造方法

Legal Events

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