KR102650712B1 - 방열폼 시트의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방열폼 시트의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 방열 특성, 특히 두께 방향에 대한 열전도도가 높을 뿐만 아니라, 내충격성, 압축강도 및 광학밀도가 우수한 방열폼 시트의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 방열폼 시트의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 방열 특성, 특히 두께 방향에 대한 열전도도가 높을 뿐만 아니라, 내충격성, 압축강도 및 광학밀도가 우수한 방열폼 시트의 제조방법에 관한 것이다.
전자부품, 전등, 변환기 하우징 및 기타 원하지 않는 열을 발생시키는 장치에 축적된 열은 작동 수명을 단축하고, 작동 효율을 감소시킬 수 있다. 이를 방지하기 위하여 히트싱크(heat sink), 열 교환기와 같은 방열부재나 방열장치가 발열이 있는 장치에 함께 사용이 되고 있다.
최근에는 고분자 수지를 이용하여 제조되는 방열부재가 제안되고 있으며, 고분자 수지 자체의 재질적 특성으로 인한 경량성, 저렴한 단가 등의 이점으로 인하여 많은 연구가 계속되고 있다.
그러나 고분자수지를 이용하여 제조된 방열부재는 열전도성 필러를 통해 방열성을 발현하는데, 통상적으로 방열성능이 우수한 열전도성 필러는 전기전도성도 함께 갖기에 이로 구현된 방열부재가 전기전도성을 발현함에 따라서 전기전도성 외에도 내구성이 요구되는 전자장치에 사용이 매우 부적절한 문제가 있다.
이에, 방열 특성이 우수한 동시에, 내충격성, 압축강도 및 광학밀도가 우수한 효과를 발현할 수 있는 소재의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 방열 특성, 특히 두께 방향에 대한 열전도도가 높을 뿐만 아니라, 내충격성, 압축강도 및 광학밀도가 우수한 방열폼 시트의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 및 용매를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 방열폼 혼합물을 방열필러, 발포제 및 바인더를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 발포제는 발포되지 않은 열팽창성 마이크로 캡슐(thermally expanding microcapsule)을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 방열폼 혼합물은 전체 중량%에 대하여, 방열필러 29 ~ 51 중량%, 발포제 1 ~ 5 중량% 및 바인더 46 ~ 66 중량%로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 열팽창성 마이크로 캡슐은 열가소성 플라스틱 소재일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 발포되지 않은 열팽창성 마이크로 캡슐은 평균입경이 10 ~ 16㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 열가소성 플라스틱 소재는 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 아크릴로나이트릴(Acrylonitrile, AN), 메타아크릴로나이트릴(Methacrylonitrile, MAN), 메틸메타아크릴레이트(Methylmethacrylate, MMA), 메타아크릴릭산(Methacrylicacid, MAA) 및 아크릴릭산(Acrylic acid, AA) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 방열필러는 그라파이트(graphite), 그라핀(Graphene), 알루미나(Al2O3), 알루미나나이트라이드(ALN) 및 질화붕소(Boron Nitride) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 방열필러는 길이가 2 ~ 15㎛이고, 평균두께가 100 ~ 900nm인 판상형 그라파이트일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 바인더는 우레탄계 바인더, 아크릴계 바인더 및 실리콘계 바인더 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 용매는 톨루엔, 메틸에틸케톤, 에탄올, 자일렌, 아세톤, 에틸아세테이트 및 부틸아세테이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 용매 5 ~ 85 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 기능성 첨가제 0.1 ~ 2.5 중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 기능성 첨가제는 소포제, 커플링제, 레벨링제 및 분산제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 방열폼 시트는 방열필러, 발포제 및 바인더를 포함하는 방열폼 시트에 관한 것으로서, 발포제는 발포된 열팽창성 마이크로 캡슐(thermally expanding microcapsule)일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 발포된 열팽창성 마이크로 캡슐은 평균입경이 30 ~ 58㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 방열폼 시트는 75 ~ 103㎛의 평균두께를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 방열필러는 길이가 2 ~ 15㎛이고, 평균두께가 100 ~ 900nm인 판상형 그라파이트일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 방열폼 시트는 기포를 포함하지 않고, 두께 방향에 대한 열전도도가 0.8 ~ 5.0 W/m·K일 수 있다.
나아가, 본 발명의 방열폼 시트의 제조방법은 방열필러, 발포제 및 바인더를 혼합하여, 방열폼 혼합물을 제조하는 제1단계, 상기 방열폼 혼합물에 용매를 혼합하여 방열폼 조성물을 제조하는 제2단계, 상기 방열폼 조성물에 탈포 공정을 수행하여 방열폼 조성물에 포함된 기포를 제거하는 제3단계, 기포를 제거한 방열폼 조성물을 건조하여 방열폼 그린시트를 제조하는 제4단계 및 상기 방열폼 그린시트를 발포하여, 방열폼 시트를 제조하는 제5단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 제조된 방열폼 시트는 발포된 열팽창성 마이크로 캡슐(thermally expanding microcapsule)을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 발포된 열팽창성 마이크로 캡슐은 평균입경이 30 ~ 58㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 제조된 방열폼 시트는 75 ~ 103㎛의 평균두께를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 제조된 방열폼 시트는 두께 방향에 대한 열전도도가 0.8 ~ 5.0 W/m·K일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 방열폼 혼합물은 전체 중량%에 대하여, 방열필러 29 ~ 51 중량%, 발포제 1 ~ 5 중량% 및 바인더 46 ~ 66 중량%가 혼합된 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 제1단계의 발포제는 발포되지 않은 열팽창성 마이크로 캡슐(thermally expanding microcapsule)을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 열팽창성 마이크로 캡슐은 열가소성 플라스틱 소재일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 열가소성 플라스틱 소재는 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 아크릴로나이트릴(Acrylonitrile, AN), 메타아크릴로나이트릴(Methacrylonitrile, MAN), 메틸메타아크릴레이트(Methylmethacrylate, MMA), 메타아크릴릭산(Methacrylicacid, MAA) 및 아크릴릭산(Acrylic acid, AA) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 발포되지 않은 열팽창성 마이크로 캡슐은 평균입경이 3 ~ 11㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 제1단계의 방열필러는 그라파이트(graphite), 그라핀(Graphene), 알루미나(Al2O3), 알루미나나이트라이드(ALN) 및 질화붕소(Boron Nitride) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 제1단계의 방열필러는 길이가 2 ~ 15㎛이고, 평균두께가 100 ~ 900nm인 판상형 그라파이트일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 제1단계의 바인더는 우레탄계 바인더, 아크릴계 바인더 및 실리콘계 바인더 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 제2단계의 용매는 톨루엔, 메틸에틸케톤, 에탄올, 자일렌, 아세톤, 에틸아세테이트 및 부틸아세테이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 용매 5 ~ 85 중량부를 혼합할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 기능성 첨가제 0.1 ~ 2.5 중량부를 더 혼합할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 기능성 첨가제는 소포제, 커플링제, 레벨링제 및 분산제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 제4단계의 건조는 40 ~ 80℃의 온도로 5 ~ 20분 동안 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 제5단계의 발포는 130 ~ 200℃의 온도로 30 ~ 180초 동안 수행할 수 있다.
본 발명의 방열폼 시트의 제조방법은 방열 특성, 특히 두께 방향에 대한 열전도도가 높을 뿐만 아니라, 내충격성, 압축강도 및 광학밀도가 우수하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 방열폼 시트의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 및 용매를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 용매 5 ~ 85 중량부, 바람직하게는 30 ~ 70 중량부, 더욱 바람직하게는 40 ~ 60 중량부를 포함할 수 있으며, 만일 용매를 5 중량부 미만으로 포함하면 방열폼 조성물의 점도가 높아 후술할 방열폼 시트의 형성이 어려운 문제가 있을 수 있고, 85 중량부를 초과하면 휘발되지 않는 용매로 인해 후술할 방열폼 시트에 기포가 발생하는 문제가 있을 수 있다.
또한, 용매는 톨루엔, 메틸에틸케톤, 에탄올, 자일렌, 아세톤, 에틸아세테이트 및 부틸아세테이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 용매는 톨루엔 및 메틸에틸케톤 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 방열폼 조성물은 기능성 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이 때, 기능성 첨가제는 소포제, 커플링제, 레벨링제 및 분산제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 기포 제거용 소포제 및 실란 커플링제를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 기능성 첨가제 0.1 ~ 2.5 중량부, 바람직하게는 0.5 ~ 2.0 중량부, 더욱 바람직하게는 1.0 ~ 1.8 중량부를 포함할 수 있으며, 만일 기능성 첨가제를 0.5 중량부 미만으로 포함하면 요구되는 기능성이 부여되지 않는 문제가 있을 수 있고, 2.5 중량부를 초과하면 열전도도, 내충격성, 압축강도 특성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
나아가, 본 발명의 방열폼 혼합물은 방열필러, 발포제 및 바인더 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 방열필러, 발포제 및 바인더를 포함할 수 있다.
구체적으로, 방열폼 혼합물은 전체 중량%에 대하여, 방열필러 29 ~ 51 중량%, 발포제 1 ~ 5 중량% 및 바인더 46 ~ 66 중량%로 포함할 수 있고, 바람직하게는 전체 중량%에 대하여, 방열필러 33 ~ 47 중량%, 발포제 2 ~ 4 중량% 및 바인더 49 ~ 65 중량%로 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 전체 중량%에 대하여, 방열필러 37 ~ 43 중량%, 발포제 2.5 ~ 3.5 중량% 및 바인더 54 ~ 60 중량%로 포함할 수 있다. 만일, 방열필러를 29 중량% 미만으로 포함하면 열전도도 특성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 51 중량%를 초과하면 내충격성이 현저히 저하되는 문제가 있을 수 있다. 또한, 발포제를 1 중량% 미만으로 포함하면 후술할 방열폼 시트를 제조시 포함되는 방열필러가 두께방향으로 충분히 배향되지 않아 두께방향 열전도도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 5 중량%를 초과하여 포함하면 발포가 과하게 일어나 내충격성 및 광학밀도가 저하되는 문제가 있을 수 있다.
방열폼 혼합물의 방열필러는 그라파이트(graphite), 그라핀(Graphene), 알루미나(Al2O3), 알루미나나이트라이드(ALN) 및 질화붕소(Boron Nitride) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 그라파이트를 포함할 수 있다.
구체적으로, 방열필러는 길이가 2 ~ 15㎛, 바람직하게는 4 ~ 13㎛, 더욱 바람직하게는 6 ~ 10㎛이고, 평균두께가 100 ~ 900nm, 바람직하게는 300 ~ 700nm인 판상형 그라파이트일 수 있다. 만일 판상형 그라파이트의 길이가 2㎛ 미만이면 함량이 증가하여도 열전도도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 15㎛를 초과하면 후술할 방열폼 시트를 제조시 시트 표면이 불량해지는 문제가 있을 수 있다.
방열폼 혼합물의 발포제는 발포되지 않은 열팽창성 마이크로 캡슐(thermally expanding microcapsule)을 포함할 수 있다. 이 때, 열팽창성 마이크로 캡슐은 열가소성 플라스틱 소재일 수 있다. 열가소성 플라스틱 소재의 일 예로서, 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 아크릴로나이트릴(Acrylonitrile, AN), 메타아크릴로나이트릴(Methacrylonitrile, MAN), 메틸메타아크릴레이트(Methylmethacrylate, MMA), 메타아크릴릭산(Methacrylicacid, MAA) 및 아크릴릭산(Acrylic acid, AA) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 발포되지 않은 열팽창성 마이크로 캡슐은 평균입경이 10 ~ 16㎛일 수 있으며, 만일 평균입경이 10㎛ 미만이면 발포되어도 충분한 입경을 갖지 못해 발포제의 역할이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 16㎛를 초과하면 발포된 후에 입경이 과도하게 커져서 내충격성 및 광학밀도가 저하되는 문제가 있을 수 있다.
방열폼 혼합물의 바인더는 우레탄계 바인더, 아크릴계 바인더 및 실리콘계 바인더 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 우레탄계 바인더를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 방열폼 시트는 본 발명의 방열폼 조성물을 발포하여 제조된 것일 수 있다.
구체적으로, 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 방열폼 시트(100)는 방열필러(20), 발포제(10) 및 바인더 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 방열필러(20), 발포제(10) 및 바인더를 포함할 수 있다. 이 때, 발포제(10)는 발포된 열팽창성 마이크로 캡슐(thermally expanding microcapsule)일 수 있다. 달리 말하면, 본 발명의 방열폼 조성물에 포함된 발포제인 발포되지 않은 열팽창성 마이크로 캡슐은 발포되어, 발포된 열팽창성 마이크로 캡슐로 형상이 변경될 수 있다.
더욱 구체적으로, 발포된 열팽창성 마이크로 캡슐은 평균입경이 30 ~ 58㎛, 바람직하게는 32 ~ 50㎛, 더욱 바람직하게는 35 ~ 45㎛일 수 있으며, 만일 평균입경이 30㎛ 미만이면 내충격성 및 압축강도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 58㎛를 초과하면 광학밀도가 저하될 뿐만 아니라, 시트 표면이 불량한 문제가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 방열폼 시트(100)의 방열필러(20)는 그라파이트(graphite), 그라핀(Graphene), 알루미나(Al2O3), 알루미나나이트라이드(ALN) 및 질화붕소(Boron Nitride) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 그라파이트를 포함할 수 있다.
구체적으로, 방열필러(20)는 길이가 2 ~ 15㎛, 바람직하게는 4 ~ 13㎛, 더욱 바람직하게는 6 ~ 10㎛이고, 평균두께가 100 ~ 900nm, 바람직하게는 300 ~ 700nm인 판상형 그라파이트일 수 있다.
또한, 본 발명의 방열폼 시트(100)의 바인더는 우레탄계 바인더, 아크릴계 바인더 및 실리콘계 바인더 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 우레탄계 바인더를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 방열폼 시트(100)는 75 ~ 103㎛의 평균두께, 바람직하게는 80 ~ 98㎛의 평균두께, 더욱 바람직하게는 85 ~ 95㎛의 평균두께를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 방열폼 시트(100)는 기포를 포함하지 않을 수 있다.
또한, 본 발명의 방열폼 시트(100)는 두께 방향에 대한 열전도도가 0.8 ~ 5.0 W/m·K, 바람직하게는 0.9 ~ 3.0 W/m·K, 더욱 바람직하게는 0.9 ~ 2.0 W/m·K일 수 있다.
나아가, 본 발명의 방열폼 시트의 제조방법은 제1단계 내지 제5단계를 포함한다.
먼저, 본 발명의 방열폼 시트의 제조방법의 제1단계는 방열필러, 발포제 및 바인더를 혼합하여, 방열폼 혼합물을 제조할 수 있다.
방열폼 혼합물은 전체 중량%에 대하여, 방열필러 29 ~ 51 중량%, 발포제 1 ~ 5 중량% 및 바인더 46 ~ 66 중량%가 혼합된 것일 수 있고, 바람직하게는 전체 중량%에 대하여, 방열필러 33 ~ 47 중량%, 발포제 2 ~ 4 중량% 및 바인더 49 ~ 65 중량%가 혼합된 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 전체 중량%에 대하여, 방열필러 37 ~ 43 중량%, 발포제 2.5 ~ 3.5 중량% 및 바인더 54 ~ 60 중량%가 혼합된 것일 수 있다. 만일, 방열필러를 29 중량% 미만으로 혼합하면 열전도도 특성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 51 중량%를 초과하여 혼합하면 내충격성이 현저히 저하되는 문제가 있을 수 있다. 또한, 발포제를 1 중량% 미만으로 혼합하면 방열폼 시트에 포함되는 방열필러가 두께방향으로 충분히 배향되지 않아 두께방향 열전도도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 5 중량%를 초과하여 혼합하면 발포가 과하게 일어나 내충격성 및 광학밀도가 저하되는 문제가 있을 수 있다.
방열폼 혼합물의 방열필러는 그라파이트(graphite), 그라핀(Graphene), 알루미나(Al2O3), 알루미나나이트라이드(ALN) 및 질화붕소(Boron Nitride) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 그라파이트를 포함할 수 있다.
구체적으로, 방열필러는 길이가 2 ~ 15㎛, 바람직하게는 4 ~ 13㎛, 더욱 바람직하게는 6 ~ 10㎛이고, 평균두께가 100 ~ 900nm, 바람직하게는 300 ~ 700nm인 판상형 그라파이트일 수 있다. 만일 판상형 그라파이트의 길이가 2㎛ 미만이면 함량이 증가하여도 열전도도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 15㎛를 초과하면 방열폼 시트 표면이 불량해지는 문제가 있을 수 있다.
방열폼 혼합물의 발포제는 발포되지 않은 열팽창성 마이크로 캡슐(thermally expanding microcapsule)을 포함할 수 있다. 이 때, 열팽창성 마이크로 캡슐은 열가소성 플라스틱 소재일 수 있다. 열가소성 플라스틱 소재의 일 예로서, 폴리스티렌(Polystyrene, PS), 아크릴로나이트릴(Acrylonitrile, AN), 메타아크릴로나이트릴(Methacrylonitrile, MAN), 메틸메타아크릴레이트(Methylmethacrylate, MMA), 메타아크릴릭산(Methacrylicacid, MAA) 및 아크릴릭산(Acrylic acid, AA) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 발포되지 않은 열팽창성 마이크로 캡슐은 평균입경이 10 ~ 16㎛일 수 있으며, 만일 평균입경이 10㎛ 미만이면 발포되어도 충분한 입경을 갖지 못해 발포제의 역할이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 16㎛를 초과하면 발포된 후에 입경이 과도하게 커져서 내충격성 및 광학밀도가 저하되는 문제가 있을 수 있다.
방열폼 혼합물의 바인더는 우레탄계 바인더, 아크릴계 바인더 및 실리콘계 바인더 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 우레탄계 바인더를 포함할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 방열폼 시트의 제조방법의 제2단계는 제1단계에서 제조한 방열폼 혼합물에 용매를 혼합하여 방열폼 조성물을 제조할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 용매 5 ~ 85 중량부, 바람직하게는 30 ~ 70 중량부, 더욱 바람직하게는 40 ~ 60 중량부를 혼합할 수 있으며, 만일 용매를 5 중량부 미만으로 혼합하면 방열폼 조성물의 점도가 높아 방열폼 시트의 형성이 어려운 문제가 있을 수 있고, 85 중량부를 초과하면 휘발되지 않는 용매로 인해 방열폼 시트에 기포가 발생하는 문제가 있을 수 있다.
또한, 용매는 톨루엔, 메틸에틸케톤, 에탄올, 자일렌, 아세톤, 에틸아세테이트 및 부틸아세테이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 용매는 톨루엔 및 메틸에틸케톤 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 방열폼 조성물은 기능성 첨가제를 더 혼합할 수 있다. 달리 말하면, 본 발명의 방열폼 시트의 제조방법의 제2단계는 제1단계에서 제조한 방열폼 혼합물에 용매 및 기능성 첨가제를 혼합하여 방열폼 조성물을 제조할 수 있다. 이 때, 기능성 첨가제는 소포제, 커플링제, 레벨링제 및 분산제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 기포 제거용 소포제 및 실란 커플링제를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 기능성 첨가제 0.1 ~ 2.5 중량부, 바람직하게는 0.5 ~ 2.0 중량부, 더욱 바람직하게는 1.0 ~ 1.8 중량부를 혼합할 수 있으며, 만일 기능성 첨가제를 0.5 중량부 미만으로 혼합하면 요구되는 기능성이 부여되지 않는 문제가 있을 수 있고, 2.5 중량부를 초과하면 열전도도, 내충격성, 압축강도 특성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 방열폼 시트의 제조방법의 제3단계는 제2단계에서 제조한 방열폼 조성물에 탈포 공정을 수행하여 방열폼 조성물에 포함된 기포를 제거할 수 있다. 이 때, 탈포 공정은 당업계에서 일반적으로 수행하는 공정을 통해 수행할 수 있으며, 일 예로서, 탈포기를 이용하여, 교반, 원심력, 초음파, 또는 진공 등에 의한 방법으로 수행할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 방열폼 시트의 제조방법의 제4단계는 제3단계에서 기포를 제거한 방열폼 조성물을 건조하여 방열폼 그린시트를 제조할 수 있다. 구체적으로, 기포를 제거한 방열폼 조성물을 이형필름에 일면에 도포하고, 건조하여 방열폼 그린시트를 제조할 수 있다. 이 때, 이형필름은 당업계에서 일반적으로 사용하는 이형필름을 사용할 수 있으며, 일 예로서, PET 필름을 사용할 수 있다. 또한, 이형필름은 50 ~ 100 ㎛의 두께를 가질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
또한, 제4단계의 건조는 40 ~ 80℃의 온도, 바람직하게는 50 ~ 70℃의 온도, 더욱 바람직하게는 55 ~ 65℃의 온도로 5 ~ 20분, 바람직하게는 6 ~ 15분 동안 수행할 수 있으며, 만일 건조 온도가 40℃ 미만이면 용매가 충분히 건조되지 않아 발포 시 기포가 발생하는 문제가 있을 수 있고, 80℃를 초과하면 용매가 급격하게 휘발되면서 표면에 기포가 발생하는 문제가 있을 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 방열폼 시트의 제조방법의 제5단계는 제4단계에서 제조한 방열폼 그린시트를 발포하여, 방열폼 시트를 제조할 수 있다.
구체적으로, 도 1에 도시된 방열폼 시트(100)를 제조할 수 있으며, 제조한 방열폼 시트(100)는 발포제(20)을 포함할 수 있고, 발포제(20)로서 발포된 열팽창성 마이크로 캡슐(thermally expanding microcapsule)을 포함할 수 있다. 달리 말하면, 제2단계에서 제조한 방열폼 조성물에 포함된 발포제(20)인 발포되지 않은 열팽창성 마이크로 캡슐은 발포되어, 발포된 열팽창성 마이크로 캡슐로 형상이 변경될 수 있다.
더욱 구체적으로, 발포된 열팽창성 마이크로 캡슐은 평균입경이 30 ~ 58㎛, 바람직하게는 32 ~ 50㎛, 더욱 바람직하게는 35 ~ 45㎛일 수 있으며, 만일 평균입경이 30㎛ 미만이면 내충격성 및 압축강도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 58㎛를 초과하면 광학밀도가 저하될 뿐만 아니라, 시트 표면이 불량한 문제가 있을 수 있다.
또한, 제조한 방열폼 시트(100)는 75 ~ 103㎛의 평균두께, 바람직하게는 80 ~ 98㎛의 평균두께, 더욱 바람직하게는 85 ~ 95㎛의 평균두께를 가질 수 있다.
또한, 제조한 방열폼 시트(100)는 두께 방향에 대한 열전도도가 0.8 ~ 5.0 W/m·K, 바람직하게는 0.9 ~ 3.0 W/m·K, 더욱 바람직하게는 0.9 ~ 2.0 W/m·K일 수있다.
또한, 제5단계의 발포는 130 ~ 200℃의 온도, 바람직하게는 150 ~ 190℃의 온도, 더욱 바람직하게는 160 ~ 180℃의 온도로 30 ~ 180초, 바람직하게는 40 ~ 120초, 더욱 바람직하게는 50 ~ 70초 동안 수행할 수 있으며, 만일 발포 온도가 130℃ 미만이면 발포제가 발포되지 않는 문제가 있을 수 있고, 200℃를 초과하면 발포제가 오히려 수축하는 문제가 있을 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예 1 : 방열폼 시트의 제조
(1) 방열필러, 발포제 및 바인더를 혼합하여, 방열폼 혼합물을 제조하였다. 이 때, 방열폼 혼합물은 전체 중량%에 대하여, 방열필러 40 중량%, 발포제 3 중량% 및 바인더 57 중량%로 혼합하였다. 또한, 방열필러로서 길이가 8㎛이고, 평균두께가 500nm인 판상형 그라파이트를 사용하였고, 발포제로서 열가소성 플라스틱 소재이고, 평균입경이 13㎛인 발포되지 않은 열팽창성 마이크로 캡슐을 사용하였으며, 바인더로서 무용제 타입의 우레탄계 바인더를 사용하였다.
(2) 제조한 방열폼 혼합물에 기능성 첨가제 및 용매를 혼합하여 방열폼 조성물을 제조하였다. 이 때, 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 기능성 첨가제 1.5 중량부 및 용매 50 중량부를 혼합하였다. 또한, 기능성 첨가제로서 기포 제거용 소포제 및 실란 커플링제를 사용하였으며, 용매로서 톨루엔을 사용하였다.
(3) 제조한 방열폼 조성물에 탈포 공정을 수행하여 방열폼 조성물에 포함된 기포를 완전히 제거하였다.
(4) 기포를 제거한 방열폼 조성물을 PET 필름(두께 : 75㎛)의 일면에 도포하고, 60℃의 온도로 10분 동안 건조하여 방열폼 그린시트를 제조하였다.
(5) 제조한 방열폼 그린시트를 170℃의 온도로 1분동안 발포하여, 평균두께가 90㎛인 방열폼 시트를 제조하였다. 이와 같은 발포에 의해서, 발포제인 평균입경이 13㎛인 발포되지 않은 열팽창성 마이크로 캡슐은 평균입경이 40㎛인 발포된 열팽창성 마이크로 캡슐로 형상이 변경되었다. 또한, 방열폼 시트 제조 후 PET 필름은 제거하였다.
실시예 2 : 방열폼 시트의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 방열폼 시트를 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 방열폼 혼합물은 전체 중량%에 대하여, 방열필러 30 중량%, 발포제 3 중량% 및 바인더 67 중량%로 혼합하여 제조하였고, 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 기능성 첨가제 1.5 중량부 및 용매 25 중량부를 혼합하여 제조하였다.
실시예 3 : 방열폼 시트의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 방열폼 시트를 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 방열폼 혼합물은 전체 중량%에 대하여, 방열필러 35 중량%, 발포제 3 중량% 및 바인더 62 중량%로 혼합하여 제조하였고, 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 기능성 첨가제 1.5 중량부 및 용매 35 중량부를 혼합하여 제조하였다.
실시예 4 : 방열폼 시트의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 방열폼 시트를 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 방열폼 혼합물은 전체 중량%에 대하여, 방열필러 45 중량%, 발포제 3 중량% 및 바인더 52 중량%로 혼합하여 제조하였고, 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 기능성 첨가제 1.5 중량부 및 용매 60 중량부를 혼합하여 제조하였다.
실시예 5 : 방열폼 시트의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 방열폼 시트를 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 방열폼 혼합물은 전체 중량%에 대하여, 방열필러 50 중량%, 발포제 3 중량% 및 바인더 47 중량%로 혼합하여 제조하였고, 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 기능성 첨가제 1.5 중량부 및 용매 75 중량부를 혼합하여 제조하였다.
실시예 6 : 방열폼 시트의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 방열폼 시트를 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 방열폼 혼합물은 전체 중량%에 대하여, 방열필러 55 중량%, 발포제 3 중량% 및 바인더 42 중량%로 혼합하여 제조하였고, 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 기능성 첨가제 1.5 중량부 및 용매 75 중량부를 혼합하여 제조하였다.
실시예 7 : 방열폼 시트의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 방열폼 시트를 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 방열필러로서 길이가 2.5㎛이고, 평균두께가 500nm인 판상형 그라파이트를 사용하였다.
실시예 8 : 방열폼 시트의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 방열폼 시트를 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 방열필러로서 길이가 15㎛이고, 평균두께가 500nm인 판상형 그라파이트를 사용하였다.
실시예 9 : 방열폼 시트의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 방열폼 시트를 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 발포는 170℃의 온도로 1분동안 수행하지 않고, 120℃의 온도로 1분동안 수행하여 방열폼 시트를 제조하였다.
실시예 10 : 방열폼 시트의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 방열폼 시트를 제조하였다. 다만 실시예 1과 달리, 발포는 170℃의 온도로 1분동안 수행하지 않고, 210℃의 온도로 1분동안 수행하여 방열폼 시트를 제조하였다.
비교예 1 : 방열폼 시트의 제조
(1) 방열필러, 발포제 및 바인더를 혼합하여, 방열폼 혼합물을 제조하였다. 이 때, 방열폼 혼합물은 전체 중량%에 대하여, 방열필러 40 중량%, 발포제 3 중량% 및 바인더 57 중량%로 혼합하였다. 또한, 방열필러로서 길이가 8㎛이고, 평균두께가 500nm인 판상형 그라파이트를 사용하였고, 발포제로서 열가소성 플라스틱 소재이고, 평균입경이 40㎛인 발포된 열팽창성 마이크로 캡슐을 사용하였으며, 바인더로서 무용제 타입의 우레탄계 바인더를 사용하였다.
(2) 제조한 방열폼 혼합물에 기능성 첨가제 및 용매를 혼합하여 방열폼 조성물을 제조하였다. 이 때, 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 기능성 첨가제 1.5 중량부 및 용매 50 중량부를 혼합하였다. 또한, 기능성 첨가제로서 기포 제거용 소포제 및 실란 커플링제를 사용하였으며, 용매로서 톨루엔을 사용하였다.
(3) 제조한 방열폼 조성물에 탈포 공정을 수행하여 방열폼 조성물에 포함된 기포를 완전히 제거하였다.
(4) 기포를 제거한 방열폼 조성물을 PET 필름(두께 : 75㎛)의 일면에 도포하고, 60℃의 온도로 10분 동안 건조하여 평균두께가 90㎛인 방열폼 시트를 제조하였다. 제조한 방열폼 시트에 포함된 발포제는 방열폼 시트의 면 방향으로 배향되어 있다. 또한, 방열폼 시트 제조 후 PET 필름은 제거하였다.
비교예 2 : 방열폼 시트의 제조
(1) 방열필러, 발포제 및 바인더를 혼합하여, 방열폼 혼합물을 제조하였다. 이 때, 방열폼 혼합물은 전체 중량%에 대하여, 방열필러 40 중량%, 발포제 3 중량% 및 바인더 57 중량%로 혼합하였다. 또한, 방열필러로서 길이가 8㎛이고, 평균두께가 500nm인 판상형 그라파이트를 사용하였고, 발포제로서 열가소성 플라스틱 소재이고, 평균입경이 13㎛인 발포되지 않은 열팽창성 마이크로 캡슐을 사용하였으며, 바인더로서 무용제 타입의 우레탄계 바인더를 사용하였다.
(2) 제조한 방열폼 혼합물에 기능성 첨가제 및 용매를 혼합하여 방열폼 조성물을 제조하였다. 이 때, 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 기능성 첨가제 1.5 중량부 및 용매 50 중량부를 혼합하였다. 또한, 기능성 첨가제로서 기포 제거용 소포제 및 실란 커플링제를 사용하였으며, 용매로서 톨루엔을 사용하였다.
(3) 제조한 방열폼 조성물을 PET 필름(두께 : 75㎛)의 일면에 도포하고, 60℃의 온도로 10분 동안 건조하여 방열폼 그린시트를 제조하였다.
(4) 제조한 방열폼 그린시트를 170℃의 온도로 1분동안 발포하여, 평균두께가 90㎛인 방열폼 시트를 제조하였다. 이와 같은 발포에 의해서, 발포제인 평균입경이 13㎛인 발포되지 않은 열팽창성 마이크로 캡슐은 평균입경이 40㎛인 발포된 열팽창성 마이크로 캡슐로 형상이 변경되었다. 또한, 방열폼 시트 제조 후 PET 필름은 제거하였다.
실험예 1 : 열전도도 측정
레이져법 열전도율 시험기(LFA 467, NETZSH 사)를 이용하여, 실시예 1 ~ 10 및 비교예 1 ~ 2에서 제조한 방열폼 시트 각각의 두께 방향에 대한 열전도도를 측정하여 하기 표 1 ~ 표 3에 나타내었다.
실험예 2 : 내충격성 측정
가속도 센서를 이용하여, 실시예 1 ~ 10 및 비교예 1 ~ 2에서 제조한 방열폼 시트 각각의 표면에서 수직방향으로 100mm에서 내충격 측정용 볼(= 2g의 무게를 가지는 스테인레스스틸 볼 사용)을 떨어뜨려, 각각의 실시예 1 ~ 10 및 비교예 1 ~ 2에서 제조한 방열폼 시트에 가해지는 힘을 측정하고, 단위 변환 내충격 측정 설비를 사용하여 측정된 힘의 단위를 N으로 변경하여 하기 표 1 ~ 표 3에 나타내었다(=측정값이 낮을 수록 내충격성이 우수한 것으로 판단).
실험예 3 : 압축강도(Compressive strength) 측정
힘 센서를 이용하여, 실시예 1 ~ 10 및 비교예 1 ~ 2에서 제조한 방열폼 시트 각각을 두께의 50%까지 압축했을 때, 힘 센서에 가해지는 힘을 측정하여 하기 표 1 ~ 표 3에 나타내었다.
실험예 4 : 광학 밀도(optical density) 측정
광학밀도측정기(LS117, LINSHANG 사)를 이용하여, 실시예 1 ~ 10 및 비교예 1 ~ 2에서 제조한 방열폼 시트 각각의 광학 밀도를 측정하여 하기 표 1 ~ 표 3에 나타내었다.
표 1에서 확인할 수 있듯이, 방열필러 함량이 증가할수록 열전도도는 향상되지만, 내충격성을 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 방열필러 함량이 감소할 수록 열전도도는 저하되지만, 내충격성은 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 열전도도가 높을 뿐만 아니라, 내충격성, 압축강도 및 광학밀도 또한 우수한 방열폼 시트를 제조하기 위해서는 실시예 1에서 제조한 방열폼 시트와 같은 방열필러의 함량을 가지는 것이 가장 적합한 것을 확인할 수 있었다.
표 2에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1에서 제조한 방열폼 시트와 비교하여, 실시예 7에서 제조한 방열폼 시트는 열전도도가 저하될 뿐만 아니라, 내충격성이 저하되고, 실시예 8에서 제조한 방열폼 시트는 내충격성이 현저히 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
표 3에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1에서 제조한 방열폼 시트와 비교하여, 실시예 9에서 제조한 방열폼 시트는 열전도도가 현저히 저하될 뿐만 아니라, 내충격성이 현저히 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조한 방열폼 시트와 비교하여, 실시예 10에서 제조한 방열폼 시트는 열전도도가 저하되고, 내충격성도 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 비교예 1에서 제조한 방열폼 시트는 방열폼 혼합물 제조시 발포된 열팽창성 마이크로 캡슐을 사용하기 때문에, 비중이 매우 낮아 공기중으로 잘 날아가 방열폼 조성물을 제조하는 것도 어려운 문제가 발생하였다. 또한, 방열폼 조성물을 제조할 때, 분산이 잘 되지 않아 뭉치는 부분이 발생하고 이로 인해 특성이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 수직 열전도도가 현저히 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조한 방열폼 시트와 비교하여, 비교예 2에서 제조한 방열폼 시트는 시트에 존재하는 기포로 인해 표면 상태가 불량하고, 내충격성이 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형이나 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (15)
- 방열필러, 발포제 및 바인더를 혼합하여, 방열폼 혼합물을 제조하는 제1단계;
상기 방열폼 혼합물에 용매를 혼합하여 방열폼 조성물을 제조하는 제2단계;
상기 방열폼 조성물에 탈포 공정을 수행하여 방열폼 조성물에 포함된 기포를 제거하는 제3단계;
기포를 제거한 방열폼 조성물을 건조하여 방열폼 그린시트를 제조하는 제4단계; 및
상기 방열폼 그린시트를 발포하여, 75 ~ 103㎛의 평균두께를 가지는 방열폼 시트를 제조하는 제5단계; 를 포함하고,
상기 방열폼 혼합물은 전체 중량%에 대하여, 방열필러 33 ~ 47 중량%, 발포제 2 ~ 4 중량% 및 바인더 49 ~ 65 중량%로 혼합하여 제조하고,
상기 발포제는 평균입경이 10 ~ 16㎛인 발포되지 않은 열팽창성 마이크로 캡슐(thermally expanding microcapsule)이고,
상기 방열필러는 길이가 4 ~ 13㎛이고, 평균두께가 100 ~ 900nm인 판상형 그라파이트이며,
상기 방열폼 시트의 판상형 그라파이트는 발포되지 않은 열팽창성 마이크로 캡슐의 발포에 의해 방열폼 시트의 두께 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 방열폼 시트의 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 방열폼 시트는 두께 방향에 대한 열전도도가 0.8 ~ 5.0 W/m·K인 것을 특징으로 하는 방열폼 시트의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 열팽창성 마이크로 캡슐은 열가소성 플라스틱 소재인 것을 특징으로 하는 방열폼 시트의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 바인더는 우레탄계 바인더, 아크릴계 바인더 및 실리콘계 바인더 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 용매는 톨루엔, 메틸에틸케톤, 에탄올, 자일렌, 아세톤, 에틸아세테이트 및 부틸아세테이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열폼 시트의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 용매 5 ~ 85 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 방열폼 시트의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 방열폼 조성물은 방열폼 혼합물 100 중량부에 대하여, 기능성 첨가제 0.1 ~ 2.5 중량부를 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 방열폼 시트의 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 기능성 첨가제는 소포제, 커플링제 및 분산제 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방열폼 시트의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제4단계의 건조는 40 ~ 80℃의 온도로 5 ~ 20분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 방열폼 시트의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제5단계의 발포는 130 ~ 200℃의 온도로 30 ~ 180초 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 방열폼 시트의 제조방법.
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2023
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