KR20050070926A - 열전도성 불소고무 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전도성 불소고무 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불소함량이 60 ∼ 70 중량%인 3원 고분자로 구성된 불소고무 공중합체와 열전도 특성이 우수한 금속산화물의 혼합으로 열전도도를 향상시켜 열안정성 및 탄력성을 개선한 신규한 열전도성 불소고무와, 상기 열전도성 불소고무를 150 ∼ 200 ℃에서 프레스 성형으로 제조하여 전자제품의 방열재료 등의 열안정성이 요구되는 여러 분야에 광범위하게 이용되는 열전도성 불소고무 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

열전도성 불소고무 및 이의 제조방법{Thermally conductive materials and methods of using the same}

본 발명은 열전도성 불소고무 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불소함량이 60 ∼ 70 중량%인 3원 고분자로 구성된 불소고무 공중합체와 열전도 특성이 우수한 금속산화물의 혼합으로 열전도도를 향상시켜 열안정성 및 탄력성을 개선한 신규한 열전도성 불소고무와, 상기 열전도성 불소고무를 150 ∼ 200 ℃에서 프레스 성형으로 제조하여 전자제품의 방열재료 등의 열안정성이 요구되는 여러 분야에 광범위하게 이용되는 열전도성 불소고무 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

최근 전기부품이나 전자부품은 소형화 추세에 있으며, 이러한 부품들은 동작중에 발생하는 열을 효과적으로 발산시킴으로서 동작 분위기 온도를 저하시켜 부품의 열노화를 방지해야 하는 필요성이 점차 증대되고 있다. 즉, 다이리스터(thyristor), 정류기, 변압기, 마이크로프로세서 장치, 드라이브-IC, 메모리, 파워 트랜지스터나 다이오우드, 플라즈마 디스플래이 패널(PDP) 등의 발열이 많은 장치의 냉각을 도모하고 있다. 이들을 조립할 때 양자간의 열전달을 좋게 하기 위하여 도전성이 없고 열전도성이 양호한 고무시트 등의 방열시트를 개재시켜 이를 해결하고 있으며, 방열시트에 적당한 압력을 가하거나 점착성이 좋은 접착제를 도포하여 점착 또는 접착시키면 고체와 고체 사이에 공기가 함입되지 않아 열전달이 확실하게 된다.

이러한, 방열시트 등의 재료로 사용되는 열전도성 고무에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 대표적인 방법은 실리콘 수지에 금속산화물을 반응시키는 실리콘 수지법과 아크릴 수지에 금속산화물을 반응시키는 아크릴 수지법 등이 있다.

그러나, 언급한 실리콘 수지법은 열안정성, 탄력성은 우수하나 접착력이 없는 문제가 있으며, 아크릴 수지법은 냄새가 나고, 열안정성, 탄력성 및 계면 접착력이 불충분한 문제가 있다.

이에 본 발명자들은 상기와 같은 아크릴 수지법의 열안정성, 탄력성 등의 문제를 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 불소함량이 60 ∼ 70 중량%인 3원 고분자로 구성된 불소고무 공중합체와 열전도 특성이 우수한 금속산화물의 혼합으로 불소고무사이의 빈공간을 열전도성이 우수한 금속산화물로 채워줌으로써, 열전도가 잘 일어나게 할 뿐만 아니라 불소고무의 특징인 열안정성, 난연성 및 탄성력이 개선된다는 것을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 열전도도가 향상된 불소고무와 이를 특정의 고온 조건에서 프레스 성형하여 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 다음 화학식 1로 표시되는 불소고무 공중합체와 다음 화학식 2로 표시되는 금속산화물이 1 : 1 ∼ 5 중량비로 혼합된 열전도성 불소고무에 그 특징이 있다.

상기 화학식 1에서, 불소고분자는 불소함량이 60 ∼ 70 중량%인 3원 고분자이다.

M _x O _y

상기 화학식 2에서, x는 1 ∼ 2의 정수이며, y는 1 ∼ 3의 정수를 나타내고, M은 알루미늄, 실리콘, 구리, 아연, 니켈, 은 및 인듐 중에서 선택된 열전도도가 90 W/m-K 이상인 것을 나타낸다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 종래의 아크릴 수지법으로 제조되던 열전도성 고무의 열안정, 탄력성 및 계면 접착력의 저하 문제를 개선하기 위하여 상기 화학식 1로 표시되는 불소고무 공중합체와, 상기 화학식 2로 표시되는 금속산화물을 혼합시킨 신규한 열전도성 불소고무 및 고온의 프레스를 이용하는 열전도성 불소고무의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 화학식 1의 불소고무 공중합체와 금속산화물의 아크릴 수지 반응에 기술구성상의 특징이 있다. 상기 불소고무 공중합체는 불소가 치환된 부분과 불소가 치환되지 않은 부분이 공존하므로써 불소화합물이 가지는 열안정성, 난연성 등의 특성을 가질 뿐만 아니라 불소고무의 탄성력도 가지게 되고, 또한, 상기 불소고무공중합체와 함께 혼합 사용되는 특정의 금속산화물은 불소고분자의 빈공간을 채워주어서 공기 등에 의한 단열효과를 없애고 열이 잘 전달될 수 있도록 하여줌으로써 열전도성 불소고무는 열전도성, 열안정성, 난연성, 탄력성 및 계면접착성이 개선된다.

본 발명의 불소고무 공중합체는 상기 화학식 1에서 보여지는 바와 같이, 불소함량이 60 ∼ 70 중량%인 3원 고분자로 중합되며, 상기 불소 함량이 범위를 벗어나는 경우에는 상기의 불소고분자의 특성이 발현되지 않는 문제를 가지게 된다.

또한, 금속산화물은 열전도성을 부여하여야 하므로 일반적인 금속 중에 특히 열전도도가 90 W/m-K 이상인 것으로, 예를 들면 알루미늄, 실리콘, 구리, 아연, 니켈, 은 및 인듐 중에서 선택된 금속의 산화물을 사용할 수 있다. 상기 범위 미만의 열전도도를 가지는 금속은 열전달 효율이 저하되어 본 발명에서 목적으로 하는 효과를 얻을 수 없게 된다.

한편, 본 발명에 따른 열전도성 불소고무의 제조방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

불소고무 공중합체와 금속산화물을 1 : 1 ∼ 5 중량비로 사용하여 30 ∼ 50 rpm 교반속도, 150 ∼ 200 ℃ 온도의 롤밀 또는 브라벤더(Brabender) 믹서 등의 혼합기에서 혼합한다. 상기 금속산화물이 1 중량비 미만이면 열전도성이 저하되고, 5 중량비를 초과하는 경우에는 성형이 부서지는 문제가 발생하게 되며, 또한 상기 혼합기의 온도가 150 ℃ 미만이면 불소고무의 유동성이 저하되어 금속산화물이 뭉치고 200 ℃를 초과하면 불소고분자가 분해되는 문제가 발생한다.

다음으로 온도의 혼합물을 2,000 ∼ 4,000 psig 압력에서 수분 ∼ 수십분 동안 고열 프레스하여 성형한다. 상기한 공정은 회분식으로 반응을 수행하여 불소고무를 제조한다.

본 발명에 불소함량이 60 ∼ 70 중량%인 3원 고분자로 구성된 불소고무 공중합체와 열전도 특성이 우수한 금속산화물의 혼합으로 제조된 불소고무의 열전도도를 향상시켜 전기, 전자 분야에 광범위하게 이용될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

불소고무 공중합체(VTR 8500)와 알루미나(AO-509)는 1 : 1의 중량비로 각각 공급되어 롤밀 또는 브라벤더(Brabender) 믹서 등의 혼합기에서 혼합한 후, 150 ℃의 예열과정을 거쳐 180 ℃, 50 rpm으로 30분 동안 혼합하였다. 상기 혼합된 조성물을 180 ℃의 고열프레스로 공급되어 3000 psig에서 5분 동안 압축하여 열전도성 불소고무 재료를 얻었다.

상기에서 얻어진 불소고무를 열전도도 측정기(KEM社 QTM-500)를 이용하여 열전도도를 측정하여 다음 표 1에 나타내었다.

실시예 2 ∼ 5

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 불소고무 공중합체(VTR 8500)와 알루미나(AO-509)의 혼합비를 달리하여 반응을 수행하여 불소고무를 얻었다. 상기에서 얻어진 불소고무의 열전도도를 측정하여 다음 표 1에 나타내었다.

구 분	불소고무 공중합체/ 금속산화물(중량비)	혼 합			압 축			열전도성불소고무의열전도도(W/m-K)
		혼합온도(℃)	혼합시간(분)	교반속도(rpm)	압축온도(℃)	압축시간(분)	압축압력(psig)
실시예 1	1 : 1	180	30	50	180	5	3000	0.376
실시예 2	1 : 2	180	30	50	180	5	3000	0.561
실시예 3	1 : 3	180	30	50	180	5	3000	0.750
실시예 4	1 : 4	170	30	50	180	5	3000	0.703
실시예 5	1 : 5	180	30	50	180	5	3000	0.926

상기 표 1에 보여진 바와 같이, 본 발명에 따라 불소고무 공중합체와 금속산화물을 일정비로 반응한 실시예 1 ∼ 5로써, 상기 금속산화물의 함량이 증가할수록 열전도도가 증가함을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 불소고무 공중합체와 금속산화물의 반응으로 열안정성이 우수한 불소고무를 형성할 수 있어, 전자제품의 방열재료 등의 열전도성이 요구되는 여러 산업 분야에 광범위하게 사용되어 질 수 있다.

Claims (3)

1. 다음 화학식 1로 표시되는 불소고무 공중합체와 다음 화학식 2로 표시되는 금속산화물이 1 : 1 ∼ 5 중량비로 혼합된 것임을 특징으로 하는 열전도성 불소고무;

   [화학식 1]

   상기 화학식 1에서, 불소고분자는 불소함량이 60 ∼ 70 중량%인 3원고분자이다.

   [화학식 2]

   M _x O _y

   상기 화학식 2에서, x는 1 ∼ 2의 정수이며, y는 1 ∼ 3의 정수를 나타내고, M은 알루미늄, 실리콘, 구리, 아연, 니켈, 은 및 인듐 중에서 선택된 열전도도가 90 W/m-K 이상인 것을 나타낸다.
2. 다음 화학식 1로 표시되는 불소고무 공중합체와 다음 화학식 2로 표시되는 금속산화물을 30 ∼ 50 rpm 교반속도, 150 ∼ 200 ℃ 온도의 혼합기에서 혼합물을 제조하는 공정과;

   상기 혼합물을 150 ∼ 200 ℃ 온도 조건에서 고열프레스하여 성형하는 공정이 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전도성 불소고무의 제조방법;

   [화학식 1]

   상기 화학식 1에서, 불소고분자는 불소함량이 60 ∼ 70 중량%인 3원고분자이다.

   [화학식 2]

   M _x O _y

   상기 화학식 2에서, x는 1 ∼ 2의 정수이며, y는 1 ∼ 3의 정수를 나타내고, M은 알루미늄, 실리콘, 구리, 아연, 니켈, 은 및 인듐 중에서 선택된 열전도도가 90 W/m-K 이상인 것을 나타낸다.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 불소고무 공중합체와 금속산화물은 1 : 1 ∼ 5 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 열전도성 불소고무의 제조방법.