KR20050024686A - 열전도성 감압 점착시트 및 그 제조방법 - Google Patents

열전도성 감압 점착시트 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열전도성 감압 점착시트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 기존의 유기용매 타입 방식, 열경화 방식, UV 경화 방식의 단점을 극복하여 최적의 물성을 나타낼 수 있는 새로운 열전도성 감압 점착시트의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 종래의 열경화 방식에 UV 경화방식을 도입하여 최적의 공정을 설계하였다. 즉, 열경화 방식의 침강(sedimentation) 문제를 해결하기 위해 UV 경화과정을 공정 중간에 배치하는 예비경화(Pre-UV 경화) 방식을 도입함으로써, 시트 시스템 내부에 겔 네트워크(Gel network)를 형성시켜 장시간 경화에도 침강이 발생하지 않도록 하였다. 또한, 촉매에 의한 점도의 급상승은 광경화와 광개시제를 도입한 모노머를 사용하여 해결하면서 바인더 수지의 포트라이프(Pot-life) 향상은 물론 도포 및 생산공정 발전에 획기적인 기틀을 마련하였다.

Description

열전도성 감압 점착시트 및 그 제조방법{Themal-conductive pressure-sensitive adhesive sheet and method of making the same}
본 발명은 열전도성 감압 점착시트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 기존의 유기용매 타입 방식, 열경화 방식, UV 경화 방식의 단점을 극복하여 최적의 물성을 나타낼 수 있는 새로운 열전도성 감압 점착시트의 제조방법에 관한 것이다.
점착제는 사용의 용이성 때문에 시트, 필름, 라벨, 테이프 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 특히, 전자장치(Device)나 장비의 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 각종 전기, 전자장치의 방열 대책이 점점 중요해지고 있다. 이러한 전자장치의 모듈기판과 방열판의 고정에는 지금까지 열전도성 점착제나 열전도성 실리콘 고무 등으로 접합한 것이 주로 사용되었다.
특히, 작업성이나 작업환경 향상의 요인들 때문에 액상 점착제에서 시트상의 감압성(pressure-sensitive) 점착제의 개발이 두드러지고 있다. 또한, 부품이나 장치의 소형화와 피착제와의 밀착성을 높이기 위해 지지체를 사용하지 않는 방향으로 개발이 진행되어 왔으며, 다양한 제조공정 중에서 UV를 이용한 공정과 열을 이용한 공정이 널리 연구되고 있다.
유기용매 타입 공정은 환경오염 문제의 대두로 퇴보하는 추세이다. 열경화 방식은 촉매 사용시 급격한 점도 상승으로 도포작업이 떨어지고, 장시간 열경화시 열전도 충전재(Filler)들의 침강(Sedimentation)이 발생하여 물성에 영향을 주는 문제점이 있다. UV 경화 방식은 UV 파장이 투과되어야 하기 때문에 시트 제작시 두께에 한계가 있으며, Ti 계열 충전재들은 그 우수한 열전도성 및 물성에도 불구하고 UV를 흡수하는 문제점 때문에 제한적으로 사용되고 있다. 그리고 입자 표면에서의 UV선의 충돌 및 회절 때문에 높은 열전도율을 얻기 위해 과량의 충전재를 사용할 수는 없는 실정이다.
기존의 열전도성 점착시트의 대부분은 실리콘 고무에 열전도성 충전재를 배합하여 사용하고 있으며, 상기 열전도성 충전재로서 알루미나, 실리카, 질화붕소, 산화 마그네슘 등이 사용되고 있다. 그러나, 실리콘 고무 자체가 고가이고, 느린 경화속도로 가공시간이 길며. 열전도성의 향상을 위해 충전재를 다량 첨가하기 때문에 얇은 시트를 정밀하게 만들 수 없고, 시트의 제조공정이 복잡하다. 또한, 시트 자체가 딱딱하여 방열성 부품의 요철이나 곡면 등의 특수한 형상에 추종하기 어렵다. 또한, 높은 밀착성을 얻기 위해 축합 경합형의 액상 실리콘 겔을 사용하는 경우에는 실리콘의 휘발로 전자부품에 악영향을 끼칠 수가 있고, 충분한 점착강도를 내지 못한다.
따라서, 이러한 단점들을 극복하기 위한 대안으로 아크릴계 점착제를 바인더로 사용하고, 열전도성과 점착특성을 갖는 열전도성 시트들의 개발이 진행되어 왔다. 몇가지 대표적인 예로 일본공개특허 제2002-30212호(3M), 일본공개특허 제2001-279196호(3M), 한국공개특허 제1998-87135호 등이 있다.
위에서 제시된 특허에서는 모두 실리콘 계열의 단점을 극복하기 위해 아크릴계 올리고머와 공중합 가능한 극성 모노머를 이용하여 중부가 반응으로 폴리우레탄 수지를 제조한 후 각종 첨가제(점착부여제, 가소제, 개질제, 열안정제, 착색제)와 촉매(유민금속계, 아민계), 경화제, 개시제를 첨가하여 열전도 점착시트를 제조하고 있다.
일본공개특허 제2002-30212호에서는 열전도성 감압 점착제를 개발하기 위한 공정으로 열경화 공정을 소개하고 있다. 그러나 이러한 열경화 공정에서는 촉매첨가시 점도의 급격한 상승으로 인해 도포작업에 어려움이 있으며, 시트 제조 후 열경화 과정을 거치는 동안 입자들이 가라앉는 침강(Sedimentation) 현상이 발생하여 점착제의 중요 물성에 영향을 미치는 문제점이 있다.
한국공개특허 제1998-87135호(NITTO-DENKO)에서는 조제 및 조제후에 급격한 점도 상승이 없는 점착제를 개발하였다고 소개하였다. 그러나 산성 모노머를 사용할 경우에, Al2O3와 같은 염기성을 띠는 입자가 산염기 작용으로 점도 상승을 유발한다. 이는 곧, 수지 시스템 자체의 안정성을 결여시켜 균일한 점착시트의 제조가 불가능하게 된다. 또한, 사용된 Ti 계열의 입자들은 자외선을 흡수하여 UV 경화 방식에 제한적인 역할을 한다.
또한, 일본특허 제2001-279196호에서는 감압점착제 공정으로 UV-경화 방식을 소개하고 있다. 그러나 이 공정 역시 몇가지 문제점을 가지고 있다. 광경화시 자외선의 투과를 위해 열전도성 입자의 첨가량은 20 내지 30 체적%를 넘기 어려워 충전재 함량을 높여 열전도성을 향상시키는데 한계가 있고, 산화 알루미늄 같은 백색의 열전도성 입자를 이용하는 경우 시트의 두께가 증가하면 시트 중앙부가 충분히 경화되지 않을 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 경화 광원(Source)으로서 UV를 사용하기 때문에 UV 파장을 흡수하는 입자들의 기타 유리한 조건에도 불구하고 사용할 수 없는 것이다.
본 발명은 기존의 감압 점착시트 제조공정인 열경화 방식과 UV 경화 방식의 단점을 극복한 새로운 공정을 개발하여 다양한 용도에 맞는 열전도성 감압 점착시트를 제조하기 위한 것으로, 열전도 충전재의 침강 극복, 점도 조절이 가능한 포트라이프의 향상을 구현한 열전도성 감압 점착시트 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 a) 아크릴 올리고머, 열경화제, 촉매, 모노머, 광첨가제 및 열전도성 충전재를 포함하는 원료를 배합하여 중합하는 단계; b) 중합된 화합물을 탈포하는 단계; c) 탈포된 화합물을 이형처리한 필름상에 도포하여 시트화하는 단계; d) 제조된 시트를 UV로 예비경화시키는 단계; 및 e) 예비경화된 시트를 열경화시키는 단계를 포함하는 열전도성 감압 점착시트의 제조방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 점착시트의 제조방법은 도 1에 도시되어 있다. 먼저 감압 점착시트의 바인더 수지를 제조하는 원료 중합공정이다. 이 과정에서 점착성분과 응집성분을 가지는 아크릴 올리고머와 다관능성 이소시아네이트가 중합된다. 그리고 Pot-Life 향상과 Pre-UV 경화를 도모하기 위해 광첨가제들이 혼합된 모노머(Monomer)가 투입되고, 반응성 증가를 위해 촉매가 투입되며, 열전도성을 부여하기 위해 열전도성 충전재(Filler)가 투입된다.
여기서, 포트라이프(Pot-Life)란 상온 25℃를 기준으로 작업이 가능한 시간으로, 원료를 믹싱하기 전후 그리고 믹싱된 상태에서 점도가 너무 높아버리면 코팅성이 떨어지거나 아예 불능으로 되어 버리는 경우가 있는데, 이러한 경우가 되기 전까지의 시간을 뜻한다. 즉, 원료가 혼합된 직후부터 성분간에 반응이 일어나 점도가 상승되기 시작하며 시간경과에 따라 사용할 수 없는 상태까지 이르게 되는데, 이때 포트라이프는 혼합후 사용할 수 있을 때까지의 시간으로 가사시간(可使時間)이라고 한다.
다음 공정은 열전도 및 기타 물성의 극대화를 위해 가스를 제거하는 탈포공정이고, 그 다음 공정은 원하는 두께로 시트를 제조하는 도포공정이다. 그 다음, 투입한 열전도성 충전재의 침강을 억제하기 위해 Pre-UV 경화가 진행되고, 최종적으로 열경화를 통해 시트를 제조하는 공정이다. 각 공정별로 상세히 살펴보면 다음과 같다.
1) 원료중합
본 발명에서 열전도성 감압 점착시트의 제조를 위해 사용된 원료는 아크릴 올리고머, 다관능성 이소시아네이트, 촉매, 광첨가제, 모노머 및 열전도성 충전재로 구성된다.
아크릴 올리고머
본 발명에서는 아크릴계 폴리우레탄 수지가 바인더 수지로서 사용되는데, 이것은 1분자 중에 1 내지 2개의 수산기를 갖는 아크릴 올리고머에 다관능성의 이소시아네이트를 적당한 촉매 하에서 중부가 반응시켜 얻는다. 사용된 아크릴 올리고머는 높은 점착성능을 부여하는 기능을 갖고 있으며, 경화후에 노화방지제를 첨가하지 않아도 충분히 높은 내열성 및 내후성을 나타내는 것이 가능하다.
아크릴 올리고머는 점착성분과 응집성분이 우수한 것으로 각각 나눌 수 있는데, 예를 들어, 이소옥틸 아크릴레이트(IOA), 2-에틸헥실 아크릴레이트(2EHA), N-부틸 아크릴레이트(n-BA), 메톡시에틸 아크릴레이트, 에콕시에틸 아크릴레이트, 에폭시폴리부틸렌글리콜 아크릴레이트 등은 점착성분이 우수하고, 메틸메타크릴레이트(MMA), 에틸메타크릴레이트(EMA), 메틸아크릴레이트(MA), 에틸아크릴레이트(EA), 초산비닐(VAc), 아크릴아미드(AAM) 등은 응집성분이 우수한 것으로 알려져 있다.
본 발명에서는 위에서 언급한 모노머들을 임의로 조합해서 사용한다. 이러한 올리고머는 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋으나, 혼합 시 점도 등을 고려하여 적당한 것을 선택한다. 이러한 아크릴 올리고머로서 예를 들면 IOA-AA, 2EHA-AA, n-BA-AA 등의 직접 랜덤한 블록 공중합체가 있으며, 이때 올리고머 중 AA의 함량은 0.1 내지 15 중량% 정도이다. 아크릴 올리고머는 여러가지 점도가 가능하지만 보통 3,000 내지 15,000 cps 정도의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 올리고머의 점도가 너무 낮으면 분자량이 너무 작아 경화 후 점착성능이 충분하지 않고, 너무 높으면 유동성이 저하되고 점착시트 제작시 도포작업이 어렵다.
일반적으로 올리고머는 분자량이 작고 상온에서 액상 저점도이기 때문에 용제를 사용하지 않고도 보통 도공방식으로 기재에 쉽게 도포할 수 있다. 올리고머에 가교제, 사슬연장제 등을 배합하여 기재에 도포하고, 적당한 가교수단(열, 빛, 전자선)으로 올리고머 사이를 결합시키면 감압 점착테이프를 제조할 수 있다. 그래서, 올리고머형 감압 점착제는 무공해, 무용제형 테이프의 생산을 가능하게 한다.
올리고머형 감압 점착제의 경우, 올리고머 자체의 분자량이 최대 1 내지 2만으로 작기 때문에 가교를 충분히 하지 않으면 유동성은 만족하여도 응집성이 부족하게 된다. 한편 가교를 충분히 하면 올리고머의 분자량이 작기 때문에 가교간 분자량이 작게 되어 열경화성 수지의 성질과 닮아서 신장이 취약한 것이 되고 만다. 그래서 올리고머의 가교간 분자량을 크게 하기 위한 방법으로 소위 올리고머의 양말단에 관능기를 도입한다.
다관능성 이소시아네이트(열경화제)
아크릴 올리고머를 바인더 수지로 제조하기 위해 다관능성 이소시아네이트가 사용된다. 본 발명에서 적당한 것으로는 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 디페닐렌메탄 디이소시아네이트(MDI), 이소필렌 디이소시아네이트(IPDI), 나프탈렌 디이소시아네이트 등이 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상을 혼합 사용해도 무방하지만 경화속도를 고려하여 최적의 것을 선택한다. 사용량은 아크릴 올리고머 수지량 대비 1 내지 15 중량%가 바람직하다. 열경화제를 다량 투입할 경우 점착제의 경화속도가 증가하나 점착력이 감소하고 딱딱해진다.
촉매
아크릴 올리고머와 이소시아네이트의 반응은 촉매 하에서 실시한다. 적당한 촉매로는 유기금속계로서 부틸틴 디아세테이트, 아민계로서 트리에틸렌 디아민이 있는데, 단독 또는 2종 이상을 혼합 사용해도 무방하다. 그러나, 촉매 첨가시 점도의 급격한 증가가 발생하므로 바인더수지 시스템의 Pot-Life에 영향을 미친다. 사용량은 아크릴 올리고머 수지량 대비 1 내지 5 중량%가 바람직하다. 촉매가 다량 투입되면 경화속도가 증가하지만, 점도가 급격히 상승하여 코팅 및 도포작업이 불가능해진다.
모노머
본 발명에서는 상기 촉매 첨가시 점도가 급격히 증가하는 문제를 해결하기 위해, 바인더 수지와 상용성, 내구력 및 안정성이 우수한 모노머의 일정 비율 혼합을 통해 Pot-Life를 증가시킨다. 모노머는 전체 시스템의 상용성을 고려하여 2-에틸헥실아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 이소옥틸아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 초산비닐, 아크릴산 아미드 등의 아크릴계 모노머를 사용한다. 2종류 이상을 혼용해도 무방하고 광첨가제와 혼용이 가능하지만, 시스템의 안정성과 연관성을 고려하여 적당한 것을 선택한다. 사용량은 아크릴 올리고머 수지량을 기준으로 0 내지 80 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 50 중량%이다. Pot-life를 단지 증가시킬 목적으로 모노머를 다량 투입할 경우 너무 점도가 떨어져서 도포후 경화공정시 흘러내리는 경우가 발생하므로 적절한 모노머의 사용이 필요하며, 상기 제시한 수치범위는 실험을 통하여 최적조건을 잡은 것이다.
광첨가제
본 발명에서 광첨가제는 Pre-UV 경화시키는 역할을 하는 광경화제로서 HDDA(Hexandiol diacrylate)와 광개시제로서 벤조인 에테르(Benzoin Ethers), 벤질디알킬케탈(Benzyl Dialkyl Ketals), 벤조페논(Benzophenone), 아세토페논(Aceto phenone), TPO(2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide) 및 이들의 유도체 중에서 단독 및 혼용으로 사용가능하며, 둘 중 하나만 사용하여도 우수한 점착시트를 제조할 수 있다. 사용량은 아크릴 올리고머 수지량 대비 0 내지 5 중량%까지 사용가능하다. 적은 양이 사용되면 충분히 반응을 완료시키는 것이 어렵고, 많이 사용될 경우에 제조되는 점착제의 분자량이 작고 고온에서의 지지력이 나빠진다.
열전도성 충전재
열전도성 충전재는 입자 상태의 무기물들이 주로 사용되는데, 보통 열전도성이 우수하고 그 중합 조성물에 균일하게 분산 가능한 것이 사용되며, 열전도 효과가 우수한 모든 옥사이드 계열의 금속 입자들을 포함한다. 무기물 충전재 입자로는 산화 알루미늄, 수산화 알루미늄, 이산화 규소, 이산화티탄, 질화붕소, 질화규소, 질화 알루미늄, 알루미늄 등이 적합한 무기물 입자이다. 충전재의 입자의 형상은 구상, 비늘 조각 등 모두가 가능하며, 평균 입경은 보통 10 내지 300 ㎛ 범위가 적당하다. 배합량은 열전도성 충전재의 첨가 후 점도의 상승효과를 고려하여 적당하게 선택한다. 사용량은 아크릴 올리고머 수지량 대비 약 5 내지 100 중량%가 바람직하다. 열전도성 향상만을 고려하여 과량 첨가하면 화합물의 유동성이 저화되어 시트화가 곤란해지고, UV 경화시 빛이 시트 내부까지 골고루 스며들지 못해 경화가 어려워진다.
2) 탈포공정
시트의 열전도성 및 물성을 향상시키기 위해 탈포공정을 실시한다. 로터리 펌프를 이용하여 교반(Stirring)하면서 탈포하는 것이 바람직하다. 정체된 상태에서 탈포할 경우 입자 침강이 발생할 우려가 있다. 보통 5 내지 20분 정도 실시하며, 지나친 탈포는 잔류 모노머를 휘발시킬 수 있으므로 주의가 요구된다.
3) 도포 및 시트화
탈포된 화합물을 2장의 이형처리한 필름에 끼우고 소정의 두께로 시트화한다. 시트화할 때 다양한 두께로 제조 가능하지만, 보통 0.01 내지 5 ㎜ 두께로 제조한다. 기존의 단독 UV 경화공정에서는 도포된 두께가 너무 두꺼우면 빛이 투과하지 않아 경화의 어려움이 있으며, 열경화방식의 경우에는 경화는 가능하나 경화도중 입자의 침강이 발생하여 물성에 악영향을 미친다. 그러나, 본 발명의 공정으로 제조할 경우 아무런 제약도 없이 탁월한 물성을 가진 시트의 제조가 가능하다.
4) UV 경화
본 발명에서는 경화도중 입자의 침강현상을 해결하기 위하여 제조된 시트를 열경화시키기 전에 UV로 예비경화시킨다. 이것은 완전 경화가 아닌 불완전 경화인데, 열경화시 입자의 중력에 의한 침강을 억제하기 위해 불완전 경화를 통해 전체 시스템을 일정 점도 수준으로 유지시키는 것이다. 구체적으로 열전도성 충전재 입자의 비중을 견딜 수 있을 정도, 즉 상기 입자의 침강이 일어나지 않을 정도로 경화시키는 것이다.
UV 경화시간은 완성품처럼 오래 경화시킬 경우 완전경화가 일어날 수 있어 경화강도가 증가하며, 너무 짧은 시간 동안 경화시킬 경우 경화가 전혀 일어나지 않아 경화강도가 낮아 입자들이 가라앉아 버린다. 따라서, UV 경화 Pre조건이 중요하며, 바람직한 경화시간은 15초 내지 2분30초이며, 실험을 통하여 35초 정도가 가장 적합함을 확인하였다. 이러한 UV를 이용한 예비경화 처리하면 오랜 시간 동안의 열경화에도 입자의 침강을 효과적으로 억제시킬 수 있다.
UV 예비경화에 사용되는 UV램프는 보통 50 내지 400 W의 수은, 메탈할라이드, 블랙라이트(Black Light) 등이 사용가능하며 혼용도 가능하다. 시트가 이송되는 콘베이어(Conveyer)의 속도는 보통 0.1 내지 10 m/분이 적당하며, 이때 가시광선이 투과되어 콘베이어 내부의 온도가 올라가지 않도록 주의해야 한다.
5) 열경화
UV 경화기를 통과한 시트를 열경화시켜 완성한다. 경화온도는 60 내지 120℃가 적당하며, 경화시간은 보통 30 내지 90분이 적당하다. 이전 공정에서 예비경화가 되어 시스템 전체에 일정 점도의 겔 네트워크가 형성되어 있으므로, 장시간 열경화에도 입자의 침강현상이 발생하지 않는다.
실시예
먼저 아크릴 올리고머 수지 EHA-AA(분자량 약 15,000) 200 g, 2EHA 성분의 모노머 50 g, 열경화제 HDI, MDI를 각각 10 g, 20 g을 첨가하고 상온에서 20분 정도 교반하였다. 광경화제 HDDA 1.3 g과 광개시제 TPO 2 g을 첨가하여 다시 광개시제가 완전히 용해될 때까지 충분히 교반한 후, 열전도 충전재 Al2O3 100 g, Al(OH) 3 100 g을 첨가하고 촉매로 디부틸틴 디아세테이트 1 g을 첨가한 후, 탈포공정을 거친 다음 이형처리한 필름에 1 내지 1.5 ㎜의 두께로 도포하여 시트화하였다. 코팅바를 이용하여 1 내지 1.5 ㎜ 두께의 시트를 제조한 후, UV경화기에서 Intensity 200 W인 중압 수은램프를 사용하여 약 35초(콘베이어 속도: 4 m/분) 정도 경화시키고, 이렇게 경화된 시트를 70℃ 오븐에서 80분간 열경화시켜 본 발명에 따른 열전도성 감압 점착시트를 제조하였다.
시험예 1
도 2는 상기 실시예에서 제조한 점착시트 및 기존 열경화 공정으로 제조한 시트의 입자 침강현상을 비교한 SEM 사진으로, 도 2a는 기존 열경화 공정으로 제조한 점착시트로서, 화살표로 표시된 것처럼 열전도성 충전재 입자의 침강현상이 발생함을 알 수 있다. 도 2b 내지 도 2d는 Pre-UV 경화를 도입한 개선된 공정으로 제조한 점착시트를 나타낸 것으로, 본 발명에 따라 개선된 공정을 통해서 침강현상이 해결되었음을 알 수 있다.
또한, 본 발명에서 Pot-Life 조절을 통해 점도를 급격히 낮추었음에도 불구하고 침강현상이 해결된 것으로 보아 Pre-UV 경화공정이 크게 영향을 미친 것으로 판단할 수 있다. 모노머 첨가로 인한 낮은 점도 하에서도 입자의 고른 분포는 UV를 이용한 예비경화공정 도입이 점도에 상관없이 입자 침강 방지에 확실히 효과가 있음을 보여준다.
시험예 2
도 3은 본 발명의 공정으로 제조한 점착시트의 도포 및 코팅성을 알아보기 위해 반응시간에 따른 점도 변화를 나타낸 그래프이다. 도포 및 코팅성을 알아보기 위해 모노머를 이용해 임의로 Pot-Life를 조절한 다음 상온에서 브룩필드(Brook Field) 점도계를 이용하여 시간별로 점도 변화를 측정하였다. 그 결과 모노머를 첨가하지 않은 경우 시간의 경과함에 따라 점도가 급격히 증가한 반면에, 모노머를 첨가한 경우 점도 변화가 거의 없었다.
첨가물 중에 촉매는 반응속도를 증가시키며, 또한 점도를 급상승시켜 도포 작업을 불가능하게 한다. 이때 높아진 점도를 다시 낮추기 위해 모노머를 첨가하여 점도를 떨어뜨리는 것이다. 그러나 무조건 많이 넣는 경우 점도가 너무 낮아져 도포가 불가능하며, 따라서 적당한 점도를 가질 수 있도록 모노머를 사용하는 것이 바람직하다.
시험예 3
표 1은 Pot-Life의 조절에 의해 물성이 변화된 점착시트 각각의 열전도도 측정치 및 Pot-Life에 따른 점착시트의 Tack 변화치를 나타낸 것으로, 전체 혼합물 중에 모노머의 양이 증가하여 점도가 내려가고 Pot-Life가 길어짐을 알 수 있다. 즉, 기존의 모노머가 없는 공정의 경우는 점도의 급상승으로 인해 Pot-life가 감소하여 도포작업이 어려웠으나, 상용성이 우수한 모노머 투입공정을 도입함으로써 기존 공정의 문제점들을 해결하였다.
점착제의 중요 3대물성에는 tack, peel, creep이 있는데, tack은 초기 점착력을 의미하고, peel은 접착력을, peel은 유지력을 의미한다. 이중, tack은 분자량이 낮은 경우에 유리한데, 분자량이 낮으면 분자간 체인이 짧아서 분자운동이 용이하며, 이는 곧 제조된 점착시트가 유연해짐을 의미하고, 곧 초기 점착력을 증가시키는 원인이 된다. 모노머를 사용하여 pot-life를 조절한다는 것은 도포가 가능하게 점도를 조절한다는 것을 의미한다. 따라서, 일정 단계까지 모노머를 첨가하면 점도가 낮아지고, 제조된 시트 또한 그만큼 유연성을 갖으며, tack 값이 증가하게 되는 것이다.
모노머 첨가량(올리고머 대비 중량%) Tack Force(g) 열전도(W/mK) 시트특성
0 133 0.3621 ×
25 219 0.3290 ◎
50 248 0.3238 ◎
1) Tack Test 조건;-기계: Texture Analyzer TA-XT Plus-Probe Type: 1 inch sphere-Debonding Rate: 0.1 ㎜/sec-Loading Force: 800 g2) 열전도 Test 조건;-기계: QTM-500-조건: 상온-시편사이즈: 10 ㎝ ×6 ㎝(Thin film mode)
본 발명에서는 종래의 열경화 방식에 UV 경화방식을 도입한 최적의 공정을 설계하였다. 즉, 열경화 방식의 침강 문제를 해결하기 위해 UV 경화과정을 공정 중간에 배치하는 예비경화 방식을 도입함으로써, 시트 시스템 내부에 겔 네트워크를 형성시켜 장시간 경화에도 침강이 발생하지 않도록 하였다. 또한, 촉매에 의한 점도의 급상승은 광경화와 광개시제를 도입한 모노머를 사용하여 해결하면서 바인더 수지의 Pot-life 향상은 물론 도포 및 생산공정 발전에 획기적인 기틀을 마련하였다.
즉, 본 발명을 통해서 기존 공정의 문제점을 극복하고 우수한 물성의 감압 점착시트를 제조할 수 있으며, 또한 발명된 공정을 응용하여 필름, 라벨, 테이프 등 비슷한 공정의 개선에 적용하여 물성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열전도성 감압 점착시트를 제조하기 위한 전체 공정을 나타낸 개략도이다.
도 2a는 종래의 열경화 방식으로 제조한 점착시트의 SEM 사진이다. 여기서 화살표는 열전도 입자를 나타낸다.
도 2b 내지 2d는 본 발명의 공정으로 제조한 점착시트의 SEM 사진이다. 여기서 올리고머 대비 모노머의 첨가량은 각각 도 2b: 0 중량%, 도 2c: 25 중량%, 도 2d: 50 중량%이다.
도 3은 본 발명의 공정으로 제조한 점착시트의 도포 및 코팅성을 알아보기 위해 반응시간에 따른 점도 변화를 나타낸 그래프이다.

Claims (11)

  1. a) 아크릴 올리고머, 열경화제, 촉매, 모노머, 광첨가제 및 열전도성 충전재를 포함하는 원료를 배합하여 중합하는 단계;
    b) 중합된 화합물을 탈포하는 단계;
    c) 탈포된 화합물을 이형처리한 필름상에 도포하여 시트화하는 단계;
    d) 제조된 시트를 UV로 예비경화시키는 단계; 및
    e) 예비경화된 시트를 열경화시키는 단계를 포함하는 열전도성 감압 점착시트의 제조방법.
  2. 제 1항에서 있어서, 상기 아크릴 올리고머가 이소옥틸 아크릴레이트(IOA), 2-에틸헥실 아크릴레이트(2EHA), N-부틸 아크릴레이트(n-BA), 메톡시에틸 아크릴레이트, 에콕시에틸 아크릴레이트, 에폭시폴리부틸렌글리콜 아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트(MMA), 에틸메타크릴레이트(EMA), 메틸아크릴레이트(MA), 에틸아크릴레이트(EA), 초산비닐(VAc), 아크릴아미드(AAM) 중에서 선택되는 2종의 아크릴 모노머를 조합한 것임을 특징으로 하는 열전도성 감압 점착시트의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 열경화제가 다관능성 이소시아네이트로서, 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), 디페닐렌메탄 디이소시아네이트(MDI), 이소필렌 디이소시아네이트(IPDI), 나프탈렌 디이소시아네이트 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 열전도성 감압 점착시트의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 촉매가 유기금속계로서 부틸틴 디아세테이트, 또는 아민계로서 트리에틸렌 디아민인 것을 특징으로 하는 열전도성 감압 점착시트의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 모노머가 2-에틸헥실아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 이소옥틸아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 초산비닐, 아크릴산 아미드 중에서 선택되는 1종 이상의 아크릴계 모노머인 것을 특징으로 하는 열전도성 감압 점착시트의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 광첨가제가 벤조인 에테르(Benzoin Ethers), 벤질디알킬케탈(Benzyl Dialkyl Ketals), 벤조페논(Benzophenone), 아세토페논 (Acetophenone), HDDA(Hexandiol diacrylate), TPO(2,4,6-Trimethylbenzoyl diphenylphosphineoxide) 및 이들의 유도체 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 열전도성 감압 점착시트의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 열전도성 충전재가 산화 알루미늄, 수산화 알루미늄, 이산화 규소, 이산화티탄, 질화붕소, 질화규소, 질화 알루미늄, 알루미늄 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 열전도성 감압 점착시트의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 모노머를 사용하여 화합물의 점도가 촉매에 의해 급격히 상승되는 것을 억제함으로써 도포작업이 가능한 시간인 포트라이프(pot life: 가사시간)를 증가시킴을 특징으로 하는 열전도성 감압 점착시트의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 d) 단계에서 메탈할라이드, 수은, 블랙라이트 중에서 선택되는 UV램프를 이용하여 15초 내지 2분 30초 동안 경화시켜 열전도성 충전재 입자의 비중을 견딜 수 있을 정도로 불완전 경화시키는 것을 특징으로 하는 열전도성 감압 점착시트의 제조방법.
  10. 아크릴 올리고머, 열경화제, 촉매, 모노머, 광첨가제 및 열전도성 충전재를 포함하는 원료를 중합하여 만든 시트를 UV로 예비경화시켜 열전도성 충전재 입자의 침강을 방지한 열전도성 감압 점착시트.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 모노머로 화합물의 점도를 조절하여 도포작업 가능시간(pot life: 가사시간)을 증가시킨 열전도성 감압 점착시트.
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KR20200055189A (ko) * 2018-11-12 2020-05-21 주식회사 대현에스티 방열 점착제의 제조방법 및 이를 포함하는 방열 테이프

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