KR20120113758A

KR20120113758A - 열-활성화되는 접착가능한 표면 부재

Info

Publication number: KR20120113758A
Application number: KR1020127018740A
Authority: KR
Inventors: 한스 칼 엥엘딩거; 유디트 그뤼나우어; 클라우스 카이테-텔겐뷔셔
Original assignee: 테사 소시에타스 유로파에아
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2012-10-15
Also published as: ES2683912T3; WO2011085874A1; MX2012007100A; US20130000811A1; EP2516572A1; JP2016000813A; US20170145260A1; JP2013515113A; CN102762681A; JP6434577B2; CN102762681B; EP2516572B1; JP2017222870A; KR101967330B1; KR20180004855A; DE102009055099A1; US10633559B2

Abstract

본 발명은 하나 이상의 열-활성화가능한 접착 화합물, 하나 이상의 유도적으로 가열가능한 재료 및 하나 이상의 열 전도성 충전제를 포함하고, 충전제의 재료가 0.5W/(m^*K)의 열 전도도를 지님을 특징으로 하는 표면 부재에 관한 것이다.

Description

열-활성화되는 접착가능한 표면 부재{HEAT-ACTIVATED, GLUEABLE SURFACE ELEMENTS}

본 발명은 더욱 특히 플라스틱/플라스틱 접착을 위한 높은 접착력을 지니는 열-활성화되어 접착가능한 시트 형상 부재, 및 또한 그러한 접착을 위한 방법에 관한 것이다.

열-활성화되어 접착가능한 시트 형상 부재(열-활성화가능한 시트 형상 부재)는 피착물 사이에서 고강도의 연결을 얻기 위해 사용되고 있다. 비교적 얇은 접착선(bondline)의 경우에 오로지 감압 접착 시스템을 함유하는 시트 형상 부재를 사용하여 가능한 것에 필적하거나 이보다 높은 강도를 얻기 위해서는 이러한 종류의 시트 형상 부재가 특히 적합하다. 그러한 고강도 접착은, 특히 전자 장치에서 진행 중인 소형화의 측면에서, 소비재 가전, 오락용 가전 또는 통신용 가전 분야, 예를 들어 휴대폰, PDA, 랩탑 및 기타 컴퓨터, 디지털 카메라 및 디스플레이 장치, 예컨대 디스플레이 및 디지털 리더기에서 중요하다.

가공성 및 접착제 접착의 안정성 측면에서의 요건은 휴대용 소비재 가전 물품에서 상당히 증가하고 있다. 이에 대한 이유 중 하나는, 그러한 물품들의 치수가 점점 더 작아지고 있어서, 접착제 접착에 사용될 수 있는 면적이 또한 감소된다는 것이다. 또 다른 이유는, 휴대용 물품들이 충격 또는 낙하와 같은 극심한 기계적 하중을 견뎌야 하고, 예를 들어 또한 넓은 온도 범위에 걸쳐 사용되어야 하기 때문에, 그러한 장치에서의 접착제 접착은 특히 안정해야 한다는 것이다.

따라서, 이러한 종류의 제품에서, 열-활성화되어 접착되는 접착제, 즉 실온에서 고유한 접착성을 지니지 않거나 기껏해야 약간의 고유한 점착성을 갖지만, 열에 노출되는 경우 각각의 접착 기판(피착물, 접착 베이스)에 대한 접착에서 요구되는 접착 강도를 나타내는 접착제를 갖는 열-활성화되어 접착가능한 시트 형상 부재를 사용하는 것이 바람직하다. 실온에서 이러한 종류의 열 활성화되어 접착되는 접착제는 흔히 고체 형태이지만, 이는 접착 과정 동안 온도 노출로 인해 고 접착 강도 상태로 가역적으로 또는 비가역적으로 전환된다. 가역적으로 열 활성화되어 접착되는 접착제는, 예를 들어 열가소성 폴리머 기반의 접착제인 반면, 비가역적으로 열 활성화되어 접착되는 접착제는, 예를 들어 열 활성화에 의해 화학 반응, 예컨대 가교 반응이 개시되어, 이러한 접착제들이 영구적인 고강도 접착에 특히 적합하게 되는 반응성 접착제이다.

이러한 맥락에서, 요망되는 강도를 감소시키지 않으면서 더욱 특히 얇은 접착 테이프에 대한 요구가 증가하고 있다. 열-활성화가능한 필름은 매우 다양한 두께 범위로 현재 구입가능하다 - 따라서, 30 내지 250μm의 두께가 특이한 것이 아니다.

모든 열-활성화되어 접착되는 접착 시스템에 대한 공통된 특징은 접착을 위해 이들이 가열되어야 한다는 것이다. 특히 접착 시스템이 이의 전 면적에 걸쳐 접착 기판에 의해 외측으로부터 감춰지는 접착의 경우에, 접착제를 용융시키거나 활성화시키는데 필요한 열은 접착 면적 쪽으로 신속하게 전달되는 것이 특히 중요하다. 여기서 접착 기판 중 하나가 우수한 열 전도체이면, 이후 외부 열원에 의해, 예를 들어 직접적인 열전달 매체 또는 적외선 가열기 등을 통해 이 접착 기판을 가열시킬 수 있다.

그러나, 그러한 직접 가열 또는 접촉식 가열의 경우에, 공지된 접착제를 신속하고 균일하게 가열시키는데 필요한 짧은 가열 시간은 단지 열원과 접착 기판 사이에서의 큰 온도 구배에 대해서만 실현가능하다. 따라서, 가열되어야 하는 접착 기판 자체는, 몇몇의 경우에 접착제의 용융 또는 활성화를 위해 실제적으로 필요한 것보다 상당히 더 높을 수 있는 온도에 대해서 민감하지 않아야 한다. 따라서, 열 활성화가능한 접착 필름의 사용은 플라스틱/플라스틱 접착의 경우에 문제가 된다. 특히 소비재 가전에서 사용되는 플라스틱에는 예를 들어, 폴리비닐 클로라이드(PVC), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 코폴리머(ABS), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP) 또는 이러한 플라스틱 기반의 블렌드(blend)가 포함된다.

그러나, 예를 들어 다수의 플라스틱 및 또한 반도체 부품 또는 액정 모듈과 같은 전자 부품의 경우에서와 같이 접착 기판 중 어느 것도 충분히 우수한 열 전도체가 아니거나 접착 기판이 더 높은 온도에 대해 민감하다면 상황은 다르다. 따라서 낮은 열 전도 물질 또는 감열 재료로 제조된 접착 기판을 접착시키기 위해서는, 열-활성화되어 접착가능한 시트 형상 부재 자체에 가열을 위한 고유 메카니즘이 구비되어서, 접착에 필요한 열이 외부로부터 도입될 필요가 없는 대신, 시트 형상 부재 자체의 내부에서 직접 생성되게 하는 것이 적절하다. 종래 기술에는, 그러한 내부 가열이, 예를 들어 전기 저항 가열기에 의해, 자기 유도를 통해, 또는 마이크로웨이브 복사선과의 상호작용에 의한 가열 형태로 실현될 수 있는 다양한 메카니즘이 공지되어 있다.

교류 자기장에서의 가열은 한편으로는, 전기 전도성 수용체에서 유도된 에디 전류(eddy current)를 통해, 다른 한편으로는 - 모델-기반 설명을 제공하기 위해 - 교류장에서 주위의 소자석에 의한 히스테리시스 손실(hysteresis loss)을 통해 달성된다. 그러나, 에디 전류가 생성되는 경우, 전도성 도메인은 특정의 최소 크기를 지녀야 한다. 교류장의 주파수가 더 낮아질수록, 이러한 특정의 최소 크기는 더 커진다. 수용체 재료에 따라, 두 가지 효과가 함께 일어나거나(예를 들어, 자성 금속), 각 경우에 단 하나의 효과만 일어난다(예를 들어, 알루미늄의 경우에는 단지 에디 전류만; 산화철 입자의 경우에는 히스테리시스만).

원칙적으로, 유도 가열을 위한 다양한 가열 장치가 공지되어 있는데; 이러한 가열 장치를 구분하는데 사용될 수 있는 파라미터들 중 하나는, 고려되는 가열 장치를 사용하여 발생된 교류 자기장에 의해 지니게 되는 주파수이다. 예를 들어, 유도 가열은 주파수가 약 100 Hz 내지 약 200 kHz 범위의 주파수(소위 중간 주파수; MF), 또는 약 300 kHz 내지 약 100 MHz 범위의 주파수(소위 고 주파수; HF)에 있는 자기장을 사용하여 달성될 수 있다. 또한, 특별한 경우로, 자기장이 마이크로웨이브 범위로부터의 주파수, 예컨대 2.45 GHz의 표준 마이크로웨이브 주파수를 지니는 가열 장치가 또한 공지되어 있다.

사용된 교류장의 주파수에 따라, 교류장을 발생시키는 데 수반되는 기술적 비용 및 복잡성, 및 그에 따라 가열 장치의 비용이 증가하고 있다. 중간 주파수 시스템이 현재 약 5000 유로의 판매 가격으로 이미 구입가능한 반면, 고주파수 시스템에 대한 비용은 25,000 유로 이상이다. 더욱이, 주파수에 따라 가열 시스템에 대한 안전의 필요성도 증가하고 있어서, 고주파수 시스템의 경우 더 많은 입수 비용, 및 그러한 기술의 설치를 위한 더 많은 비용을 또한 정기적으로 추가해야 한다.

더욱이, 고주파수가 전자 장치에서 부품의 접착제 접착을 위해 사용될 경우, 교류 전자기장에 노출되는 과정에서 이러한 장치에 원치 않는 손상이 일어날 수 있다.

유도 가열을 위해 주어질 수 있는 적용의 예에는 면적의 접착, 시임 실링(seam sealing), 경화 및 템퍼링(tempering) 등에 의한 제조 작업이 포함된다. 본원에서 일반적인 기술은 예를 들어, EP 1 056 312 A2 또는 DE 20 2007 003 450 U1에 따라, 유도자(inductor)가 부품을 전체적으로 또는 부분적으로 둘러싸고, 완전히 균일하게 또는 필요한 경우, 의도적으로 불균일하게 가열시키는 방법을 이용하는 것이다.

DE 20 2007 003 450 U1에는 예를 들어, 그 중에서도 실링 필름으로 용기 개구부를 용해시키는 방법이 기재되어 있는데, 여기서 실링 필름의 금속성 인레이(inlay)가 유도에 의해 가열되고, 실링 접착제가 열의 전도에 의해 용융된다. 용기는 금속 호일 및 인접의 고분자 실링 필름을 포함하는 스크류-온(screw-on) 또는 스냅-인(snap-in) 리드(lid)로 밀폐되어 있다. 유도 코일을 사용하여, 에디 전류는 금속 호일에서 발생되고, 금속 호일을 가열시킨다. 금속 호일과 실링 필름간의 접촉으로 인해, 실링 필름이 또한 가열되고, 이에 따라 용기 개구부로 용해된다. 터널 형태의 유도 코일은 플랫형 코일에 비해, 코일이 금속 호일 상에서 측면으로부터 작용하기 때문에 금속 호일과 리드의 상부 가장자리 사이의 거리가 넓은 용기를 밀봉하는데에도 사용될 수 있다는 이점을 지닌다.

이러한 방법의 단점은 순수한 접착 부피보다 상당히 더 큰 부피인 부품 부분과 금속 호일이 전자기장을 통과하여, 전자 부품의 경우에 예를 들어, 원치 않는 위치에서 가열이 일어날 수 있기 때문에 파손을 피해갈 수 없다는 점이다. 추가의 단점은 접착은 용기와 접촉되는 가장 자리 영역만으로 충분한데 리드 필름 전체가 가열된다는 점이다. 이로 인해, 25mm 개구부 직경 및 2mm 접착 폭을 지니는 전형적인 음료 병의 경우 접착 부위에 대한 가열되는 부위의 비율이 대략 6.5로 비율이 높게 존재하게 된다. 용기의 직경이 더 큰 경우, 일반적인 일정한 접착 폭일 경우 이 비율은 증가하게 된다.

최근에는, 특히, 플라스틱에 대한 플라스틱 접착에서 유도 가열의 경우, 유도 가열가능한 열-활성화가능 접착 필름(HAF)은 주목받지 않게 되었다. 그 이유는 기계적 안정성에 저해되는 어떠한 상당한 손상을 일으키지 않으면서, 가열될 바디의 재료 내에 혼입될 수 있어서 바디의 부피 전체에 걸쳐 바디의 가열을 가능하게 한, 현재 구입가능한 나노미립자 시스템, 예컨대, MagSilica™(Evonik AG)에서 확인된다.

그러나, 이러한 나노범위(nanoscopic) 시스템의 작은 크기 때문에, 중간 주파수 범위로부터의 주파수를 지니는 교류 자기장에서 그러한 제품들을 효율적으로 가열시키는 것은 불가능하다. 대신에 개선된 시스템의 경우, 고주파수 범위로부터의 주파수가 요구된다. 그러나, 이러한 주파수에서는 특히 교류 자기장 내 전자 부품에 대한 손상 문제가 특히 심각한 정도로 두드러진다. 또한, 높은 주파수 범위의 주파수를 갖는 교류 자기장의 발생은 증가된 비용 및 장치의 복잡성을 요하며 그에 따라 경제적으로 바람직하지 못하다. 더욱이, 나노미립자 충전제의 사용은, 이들 충전제가 후속적인 재사용 시에 충전제를 둘러싸는 물질로부터 쉽게 분리되지 않기 때문에 환경의 견지에서 또한 문제가 된다. 더욱이, 나노미립자 시스템이 응집체를 형성하려는 경향이 강한 것은 이와 함께 생성되는 필름이 일반적으로 매우 균질하지 않음을 의미하기 때문에, 매우 얇은 필름에서 이러한 입자를 사용하는 것은 곤란하다.

더욱이, 상기와 같은 문제점을 방지하기 위해서, 유도 가열가능하도록 의도된 열-활성화된 필름(HAF)을 시트 형상 금속성 또는 금속화된 구조물로 충전시키는 것이 가능하다. 이것은 중간 주파수 범위에서도 금속 호일의 전면을 사용하고; 높은 가열 속도가 달성될 수 있어서 0.05 내지 10초의 유도 시간이 실현될 수 있다는 면에서 매우 효율적이다. 또한, 이러한 면에서 0.25μm 내지 75μm의 매우 얇은 전도성 필름의 사용이 가능하다.

또한, 천공된 금속 호일, 와이어 메쉬(wire mesh), 팽창된 금속, 금속 웹(web) 또는 섬유의 사용이 알려져 있고, 이를 통해 HAF의 매트릭스 재료가 통과할 수 있어서 어셈블리(assembly)의 응집력이 개선된다. 그러나, 그 결과 가열 효율이 저하된다.

휴대용 전자 장치 내에서의 접착제 접착의 경우, Lohmann으로부터의 제품 Duolplocoll RCM이 알려져 있고, 이 제품에는 유도적으로 가열가능한 나노입자가 함유되어 있다. 이 제품은 고주파 범위에서만 오로지 기술적으로 사용가능한 방법으로 가열될 수 있다. 마찬가지로 이 제품에는 고주파수 교류장 및 입자의 사용에 따른 상기 기재된 단점이 적용된다.

본 발명의 목적은 접착, 더욱 특히 플라스틱/플라스틱 접착이 매우 우수한 접착 강도로 실현될 수 있는 열-활성화가능한 시트 형상 부재를 제공하는 것이다. 시트 형상 부재는 유리하게는 더욱 특히 종래 기술의 단점을 극복하면서, 높은 순환 속도로 유도 가열에 의해 접착가능하게 된다.

특히 전자 장치에서 사용하기 위해서, 시트 형상 부재는 접착 면에 대해 수직 방향으로, 다시 말해서, 시트 형상 부재의 (평균) 2차원 길이에 대해 수직으로 높은 파괴 저항을 지녀야 한다.

본 발명의 목적의 달성으로서, 더욱 특히 플라스틱에 대한 플라스틱의 고강도 접착을 위해, 하나 이상의 유도적으로 가열가능한 재료 및 또한 하나 이상의 열-활성화가능한 접착제를 포함하는 열-활성화가능한 접착 테이프가 제공되고, 열-활성화가능한 접착제는 시트 형상 부재의 (평균) 2차원 길이에 대해 수직 방향(또한, 하기에서 "z-방향"으로 나타냄)으로 높은 열 전도도를 지닌다. 파괴 저항을 유지하기 위해서 z-방향의 전도도가 0(제로) 또는 최대한 매우 적은 경우가 매우 유리하다.

본 발명의 목적은 본 발명에 따라 하나 이상의 열-활성화가능한 접착제, 하나 이상의 유도적으로 가열가능한 재료, 및 하나 이상의 열 전도성 충전제(또한 "열 전도성 첨가제"로 나타냄)를 포함하는 열-활성화되어 접착가능한 시트 형상 부재에 의해 달성되고, 상기 충전제의 재료는 0.5W/(m^*K) 이상의 열 전도도를 지닌다.

열 전도성 충전제는 더욱 특히 z-방향으로 열-활성화가능한 감압 접착제의 층 내에 열 전도성을 유도하는 첨가제이다. 유리하게는, 열 전도성 충전제는 우수한 열 전도도를 지니는 재료로 적어도 일부 또는 전부 구성된다.

열-활성화되어 접착가능한 시트 형상 부재는 유리하게는 0.4W/(m^*K) 이상, 더욱 특히 0.8W(m^*K) 초과의 z-방향의 열 전도도를 지닌다. 한 가지 유리한 절차에서, 열 전도성 충전제는 열-활성화가능한 접착제가 0.4W/(m^*K) 이상, 더욱 특히 0.8W(m^*K) 초과의 z-방향의 열 전도도를 지니게 하는 양으로 첨가되도록 선택된다.

열 전도성 충전제의 재료는 유리하게는 0.5W/(m^*K) 초과, 바람직하게는 5W/(m^*K) 초과, 더욱 바람직하게는 10W/(m^*K) 초과의 열 전도도를 지닌다. 첨가제에 의해 열 전도도를 증가시키는 경우, 특정 열을 얻기 위해 첨가되는 양을 저하시켜 접착제의 접착성에 해로운 효과를 덜 지닐 수 있다.

매우 바람직하게는, 열 전도성 접착제는 전기 비전도성이거나 단지 매우 약하게 전기 전도성이도록 선택된다. 이러한 방식에서, 시트 형상 부재는 파괴 저항이 유지되는 동시에 높은 열 전도도를 얻게 된다.

특히 바람직하게는, 시트 형상 부재는 양면이 열-활성화되어 접착가능한 시트 형상 부재이다.

놀랍게도, 본 발명의 시트 형상 부재의 접착 강도가 첨가제를 지니지 않는 비슷한 시트 형상 부재보다 더 높은 것으로 밝혀졌다. 유도적으로 가열가능한 재료, 더욱 특히 전기 전도 층의 전도성에 대한 우수한 열 소실율로 인해, 국부적 과열 발생의 위험이 더 적어지고, 더 높은 가열 속도가 이용될 수 있다.

0.4 내지 0.8W/(m^*K) 범위의 열 전도도를 지니는 접착제의 경우, 접착 강도와 요망되는 충전제 함량이 우수하게 절충되는 것으로 밝혀졌다. 0.8W/(m^*K) 또는 그 초과의 열 전도도를 지니는 접착제의 경우, 높은 열 전도도가 특히 우수한 열 분배를 유발하여 더욱 특히 국부 가열로 인한 상기 기재된 단점이 본원에서 특히 우수한 효과로 극복된다.

열-활성화가능한 접착제

원칙적으로, 하나 이상의 열-활성화되어 접착가능한 접착제로서 모든 통상적인 열-활성화되어 접착가능한 접착 시스템이 사용될 수 있다. 원칙적으로, 열-활성화되어 접착가능한 접착제는 열가소성 열-활성화되어 접착가능한 접착제(핫멜트 접착제), 및 반응성 열-활성화되어 접착가능한 접착제(반응성 접착제)의 두 부류로 나눠질 수 있다. 이러한 세분은 또한 두 부류 모두로 지정될 수 있는 접착제, 즉 반응성 열가소성 열-활성화되어 접착가능한 접착제(반응성 할멜트 접착제)를 포함할 수 있다.

열가소성 접착제는 가열 시 가역적으로 연화되고, 냉각 과정에서 다시 고형화되는 폴리머를 기반으로 한다. 이와 대조적으로, 반응성 열-활성화되어 접착가능한 접착제는 반응성 성분을 포함한다. 후자의 성분은 또한 "반응성 수지"로 일컬어지고, 반응성 수지에서 가열은 가교 공정을 개시하고, 최종 가교 반응 후에는 압력 하에서도 영구적인 안정한 접착이 가능하게 된다. 이러한 종류의 열가소성 접착제는 바람직하게는 또한 예를 들어, 합성 니트릴 고무인 탄성 성분을 포함한다. 그러한 탄성 성분은 높은 유동 점도 때문에 열-활성화되어 접착가능한 접착제에 압력 하에서도 특히 높은 3차원 안정성을 부여한다.

본 발명과 연관되어 특히 유리한 것으로 밝혀진 열-활성화되어 접착가능한 접착제의 다수의 전형적인 시스템이 단지 예로서 후술된다.

이어서, 열가소성 열-활성화되어 접착가능한 접착제는 열가소성 기본 폴리머를 포함한다. 이러한 폴리머는 낮게 가해진 압력하에서도 우수한 유동 거동을 가져서 영구적인 접착의 지속력과 관련된 최종 접착 강도가 짧게 가해진 압력 시간 내에서 형성되고, 이에 따라 경성 또는 좋지 않은 기판에 대해서도 빠른 접착이 가능하다. 열가소성 열-활성화되어 접착가능한 접착제로서 종래 기술로부터 알려진 모든 열가소성 접착제가 사용가능하다.

예를 들어, DE 10 2006 042 816 A1에 기재된 종류의 열-활성화가능한 접착제가 적합할 수 있고, 이러한 상세한 설명은 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

예시적인 조성물은 예를 들어, EP 1 475 424 A1에 기재되어 있다. 이로부터, 열가소성 접착제는 예를 들어, 폴리올레핀, 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머, 에틸렌-에틸 아크릴레이트 코폴리머, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄 또는 부타디엔-스티렌 블록 코폴리머 성분 중 하나 이상을 포함하거나 이로 구성될 수도 있다. 예를 들어, EP 1 475 424 A1의 문단 [0027]에 기재된 열가소성 접착제가 바람직하게 사용된다. 유리 접착 기판의 접착과 같은 특정 분야의 사용을 위해 특히 적합한 추가의 열가소성 접착제는 예를 들어, EP 1 95 60 63 A2에 기재되어 있다. 열가소성 접착제의 용융 점도는 예를 들어, 블렌드(blend) 성분으로서 건식 실리카, 카본 블랙, 카본 나노튜브 및/또는 추가 폴리머의 첨가를 통해 유동학적 접착제에 의해 증가하는 것이 바람직하다.

대조적으로, 반응성 열-활성화되어 접착가능한 접착제는 유리하게는 엘라스토머성 기본 폴리머 및 개질제 수지를 포함하고, 개질제 수지는 점착제 수지 및/또는 반응성 수지를 포함한다. 엘라스토머성 기본 폴리머의 사용을 통해 탁월한 차원의 안정성을 지니는 접착 층을 수득하는 것이 가능하다. 반응성 열-활성화되어 접착가능한 접착제로서 각 경우에서 특정 필요 요건에 따라 종래 기술로부터 알려진 모든 열-활성화되어 접착가능한 접착제를 사용하는 것이 가능하다.

또한 예를 들어, 추가로 페놀 수지와 같은 반응성 수지를 포함하여, 니트릴 고무 또는 이의 유도체, 예를 들어, 니트릴-부타디엔 고무 또는 이러한 기본 폴리머의 혼합물(블렌드)을 기반으로 하는 반응성 열-활성화되어 접착가능한 필름이 본원에 포함되고; 그러한 제품 중 하나는 예를 들어, tesa 8401의 상품명으로 시중에서 구입가능하다. 높은 용융 점도 때문에, 니트릴 고무는 열-활성화되어 접착가능한 필름에 탁월한 차원의 안정성을 부여해서 가교 반응이 수행된 후에 높은 접착 강도가 플라스틱 표면 상에 실현되게 한다.

물론, 예를 들어, 50중량% 내지 95중량%의 몰분율의 접착가능한 폴리머 및 5중량% 매니 50중량%의 몰분율의 에폭시 수지 또는 둘 이상의 에폭시 수지의 혼합물을 포함하는 접착제와 같은 다른 반응성 열-활성화되어 접착가능한 접착제가 또한 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 접착가능한 폴리머는 유리하게는 일반식 CH₂=C(R¹)(COOR²)(여기서, R¹은 H 및 CH₃를 포함하는 기로부터 선택된 라디칼을 나타내고, R²는 H 및 1 내지 3개의 탄소 원자를 지니는 선형 또는 분지형 알킬 사슬을 포함하는 기로부터 선택된 라디칼을 나타냄)의 40중량% 내지 94중량%의 아크릴산 화합물 및/또는 메타크릴산 화합물, 하나 이상의 산 기, 더욱 특히, 카복실산 기 및/또는 설폰 산 기 및/또는 포스폰산 기를 지니는 5중량% 내지 20중량%의 제 1 공중합가능한 비닐 단량체, 하나 이상의 에폭사이드 기 또는 산 무수물 작용성 기를 지니는 1중량% 내지 10중량%의 제 2 공중합가능한 비닐 단량체, 및 제 1 공중합가능한 비닐 단량체의 작용기 및 제 2 공중합가능한 비닐 단량체의 작용기와 상이한 하나 이상의 작용기를 지니는 0중량% 내지 20중량%의 제 3 공중합가능한 비닐 단량체를 포함한다. 이러한 종류의 접착제는 빠른 활성화로 접착하게 하고, 최종 접착 강도는 단지 매우 짧은 시간 내로 달성되고, 그 결과 전반적으로 비극성 기판에 대한 효과적인 피착 연결이 보장된다.

사용될 수 있고, 특정 이점을 부여하는 추가의 반응성 열-활성화되어 접착가능한 접착제는 40중량% 내지 98중량%의 아크릴레이트-함유 블록 코폴리머, 2중량% 내지 50중량%의 수지 성분, 및 0중량% 내지 10중량%의 경화제 성분을 포함한다. 수지 성분은 접착 강도가 향상된 (점착성) 에폭시 수지, 노볼락 수지, 및 페놀 수지를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 수지를 포함한다. 경화제 성분은 수지 성분으로부터 수지를 가교시키는데 사용된다. 폴리머 내의 강한 물리적 가교 때문에, 이러한 종류의 포뮬레이션은 전반적으로 접착의 경성을 저해하지 않으면서 전체 두께가 더 큰 접착 층이 수득될 수 있다는 특정 이점을 부여한다. 그 결과, 이러한 접착 층은 기판의 비평탄함을 상쇄시키기에 특히 적합하다. 더구나, 이러한 종류의 접착제는 우수한 에이징 내성이 특징이고, 낮은 수준의 아웃게싱(outgassing)을 나타내며, 전자 부품에서 다수의 접착에 특히 바람직한 것이 특징이다.

그러나, 앞서 언급된 바와 같이, 이러한 특히 유리한 접착제 외에, 또한 원칙적으로 접착제 접착을 위한 특정 프로파일의 필요 요건에 따라 다른 모든 열-활성화되어 접착가능한 접착제를 선택하고, 이를 사용하는 것이 가능하다.유사유사

열 전도성 충전제

열 전도성 충전제는 바람직하게는 접착제 내에 효과적인 분배가 가능하도록, 즉 더욱 특히 (특별하게 미분된) 입자 ("충전제 입자") 또는 바디(body)의 형태로 변형되어 첨가된다.

따라서, 예를 들어, 더욱 특히 EP 456 428 A2에 기재된 종류인 탄소 섬유를 열 전도성 충전제로서 사용하는 것이 가능하다. 이러한 종류의 탄소 섬유는 유리하게는 섬유를 지니는 접착제를 기준으로 하여 20중량% 내지 60중량%의 양으로 사용될 수 있다.

1.3m²/g 또는 그 미만의, 단위 질량 당 비표면적을 지니는 일차 입자로 이루어진 입자를 포함하거나 이러한 입자로 구성되는 충전제를 열 전도성 충전제로서 사용하는 것이 바람직하다. 특히 1.3m²/g 미만의 특정 표면적을 지니는 그러한 미립자 첨가제의 경우에, 동일한 재료로부터 제조되지만 더 큰 표면적을 지니는 미립자 첨가제보다 열-활성화가능한 접착제에서 상당히 더 높은 열 전도도를 유발하는 것으로 관찰되었다.

대조적으로, 더 큰 표면적은 열 전사를 위해 더 큰 면적을 제공할 것이므로, 접착제의 열 전도도는 열 전도성 첨가제의 비표면적에 따라 증가하는 것으로 일반적으로 예상되고, 그 결과 매트릭스 폴리머에서 열 전도 첨가제로의 열 전사가 향상될 것으로 예측된다.

그러나, 시험은 이러한 종류의 높은 열 전도성 열 전도 조성물이 개별 첨가제 입자가 개별 일차 입자의 축적에 따라 추가적으로 형성되는 경우에만 충분히 높은 내부 응집력을 지니므로 매끄럽지 않은 불규칙한 모양의 표면을 지니는 것을 나타냈다. 입자에 의한 그러한 3차원 구조물의 경우에만, 생성되는 열 전도 조성물이 전체적으로 높은 수준의 응집력을 지니고, 기계 부하 하의 비교적 고온에서도 이러한 응집력을 손실하지 않은 충분히 확실한 방식에서 이러한 입자는 폴리머 매트릭스에 구조적으로 부착된다.

이러한 맥락에서, 일차 입자가 1μm 이상 또는 심지어 2μm 초과의 평균 직경을 지니는 경우 특히 이로운 것으로 입증되었는데, 왜냐하면 이러한 방식에서, 전반적으로 안정한 응집력을 보장하기 위해서 폴리머 매트릭스의 점도가 감소되는 고온에서도 응집력이 계속 충분히 높은, 열 전도도가 높은 접착제가 얻어지기 때문이다.

이러한 맥락에서, 열 전도성 접착제의 입자의 단위 질량 당 비표면적이 1.0m²/g 이하로 더 낮아질 경우, 접착제에 의해 특히 높은 열 전도도가 달성될 수 있다.

한 가지 유리한 구체예에서, 열 전도성 접착제는 적어도 실질적으로 알루미늄 옥사이드 입자 및/또는 보론 니트라이드 입자를 포함하거나 이로 구성된다. 일차 입자로 이루어지고, 1.3m²/g 또는 그 미만의, 단위 질량 당 비표면적을 지니는 이러한 알루미늄 옥사이드 입자 및/또는 보론 니트라이드 입자를 사용하는 것이 특히 바람직하다.

그러한 불활성 첨가제, 예컨대, 알루미늄 옥사이드 입자 및/또는 보론 니트라이드 입자를 사용하는 장점으로 인해, 이러한 재료는 용이하게 구입가능하고, 동시에 독성이 아니며 다른 가능한 접착제에 비해 저렴한 비용과 높은 열 전도도에 대해 우수한 절충을 제공하기 때문에, 높은 화학물질 내성을 지니고, 또한 경제적 및 환경적 관점 둘 모두로부터 유리한 접착제가 얻어진다.

첨가제가 알루미늄 옥사이드이거나 알루미늄 옥사이드를 포함하는 경우, 알루미늄 옥사이드 입자는 95중량% 초과의 비율의 알파-알루미늄 옥사이드, 더욱 특히 97중량% 또는 그 초과의 비율의 알파-알루미늄 옥사이드로 구성되는 것이 특히 바람직한 것으로 입증되었다. 이러한 방식에서, 아크릴 산 또는 메타크릴 산, 또는 이들의 에스테르를 기반으로 한 폴리머 성분에 의해 접착제 내의 조기 가교 또는 겔화를 방지할 수 있고; 그러한 가교 또는 겔화는 혼합 어셈블리 자체에서 일어나고, 점도의 급격한 증가를 초래할 수 있다. 높은 비율의 알파-알루미늄 옥사이드를 고려해 볼 때, 생성되는 혼합물은 뛰어난 가공성을 지속적으로 유지하게 된다. 이와는 대조적으로, 아크릴 산 또는 메타크릴 산의 에스테르를 기반으로 한 폴리머의 경우, 감마-알루미늄 옥사이드 또는 베타-알루미늄 옥사이드의 비율이 5중량% 이상 증가할 때, 첨가제가 용융물 내로 혼입되는 단계에서 바로 폴리머의 겔화 또는 가교가 진행되고, 이것은 생성되는 접착제가 더 이상 균일한 층으로 형성되거나 적용될 수 없음을 의미한다.

실험 분석의 결과를 기초로 하여, 폴리머 상과, 베타-알루미늄 옥사이드 및 감마-알루미늄 옥사이드에 비해 낮은 수준의 알파-알루미늄 옥사이드의 상호작용으로부터 발생된 본 발명에 따른 효과는 다수의 폴리머 분자로 구성되는 상위 네트워크를 형성하지 않음을 의미하는 것으로 사료된다. 알루미늄 옥사이드 입자(95중량% 초과의 알파-알루미늄 옥사이드 함량에 상응함)의 총 질량을 기준으로 5중량% 미만의 질량 분율의 감마-알루미늄 옥사이드(및/또는 가능하게는 베타-알루미늄 옥사이드)의 경우, 접착제 부피 전체에 걸쳐 침출하는 네트워크를 형성하는 것이 가능하지 않아서, 완전한 겔화가 방지된다.

이러한 방식에서, 아크릴 산 또는 메타크릴 산, 또는 이들의 에스테르를 기반으로 한 폴리머 성분의 열 전도성 감압 접착제 내에서 조기 가교 또는 겔화를 방지하는 것이 가능하고; 그러한 조기 가교 또는 겔화는 혼합 어셈블리 자체에서 발생되고, 점도의 급격한 증가를 초래할 수 있다. 높은 비율의 알파-알루미늄 옥사이드를 고려해 볼 때, 생성되는 혼합물은 뛰어난 가공성을 지속적으로 유지하게 된다.

이러한 맥락에서, 특정 접착 시스템에서 점도 증가의 문제는 특히 중요한데, 왜냐하면 이러한 시스템에서 폴리머 매트릭스의 겔화가 특히 쉽게 발생하기 때문이다. 이러한 이유로, 쉽게 겔화되는 이러한 종류의 접착제의 경우, 본 발명의 개념을 적용하는 것이 특히 유리한 것으로 나타났다.

예를 들어, 후속 겔화는 산 기를 함유하지 않거나 하이드록실 기를 함유하지 않는 폴리머에서 특히 문제가 되는데, 왜냐하면 그러한 폴리머에서는 알루미늄과의 상호작용이 특히 강하기 때문이다. 이에 따라, 본 발명의 유리한 효과가 또한 이러한 시스템의 경우에 특히 크다.

폴리머 조성물이 하나 이상의 약한 산성인 단량체 단위로 구성될 경우, 예를 들어 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 이들의 에스테르, 및 이들의 유도체인 경우, 특히 이러한 단량체 단위가 접착제의 폴리머 분율의 질량을 기준으로 50중량% 이상의 높은 비율로 폴리머 조성물 중에 존재할 때, 겔화가 종종 발생한다. 이러한 종류의 폴리머 조성물은 특히 높은 점도를 지니는 접착제를 생성하는 것이 목적인 경우 주로 사용된다. 따라서, 본 발명의 개념은 또한 이러한 조성물을 지니는 높은 응집력의 접착제에 대해서 특히 유리하다.

폴리머 조성물의 기본 폴리머가 500 000g/mol 이상, 더욱 특히 1 000 000g/mol 초과의 높은 평균 분자량 Mw를 지니는 경우에 또한 빠른 겔화가 발생하여, 본 발명은 이러한 종류의 접착제의 경우에 마찬가지로 특히 유의미하다.

더욱이, 열 전도 조성물은 열 전도성 접착제의 재료가 1W/(m^*K) 초과, 더욱 특히 10W/(m^*K) 초과, 유리하게는 25W/(m^*K) 초과, 또는 심지어 100W/(m^*K) 초과의 열 전도도를 지니는 경우 특히 적합하다. 이것은 열 전도 조성물이 낮은 수준의 첨가제가 포함될 경우에도 높은 수준의 열 전사가 되도록 보장한다. 이에 따라, 첨가제 중에서 열 전도성 첨가제의 비율은 낮게 유지될 수 있어서 높은 응집력의 접착제를 실현할 수 있게 한다.

이러한 맥락에서, 열 전도성 접착제는 각 경우에 접착제 중에서 열 전도성 첨가제의 부피를 기준으로 5부피% 이상 70부피% 이하, 더욱 특히 15부피% 이상 50부피% 이하의 비율로 접착제 중에 존재하는 경우 특히 유용하다. 알루미늄 옥사이드 입자의 경우, 감압 접착제 중의 알루미늄 옥사이드 입자의 질량을 기준으로 20중량% 이상 90중량% 미만의 비율로 높은 응집력의 열 전도성 접착제에 존재하는 것이 매우 유리하다. 알루미늄 옥사이드 입자의 경우, 40중량% 내지 80중량%의 양이 특히 우수한 절충으로 나타난다.

상기 언급된 접착제의 양으로, 확실히 열 전도 조성물이 전반적으로 열원에서 히트 싱크(heat sink)로의 빠른 열 전사를 가능하게 한다. 이것은 한 편으로는 그러한 접착제의 높은 열 전도도, 뿐만 아니라 다른 한 편으로는 이러한 조건 하에서 충분히 높은 폴리머 매트릭스의 내부 응집력 수준에 기인하고, 심지어 기계 부하 하에서도 열원 및 히트 싱크의 표면에 확실한 열 접촉을 제공한다.

또한, 그러나 특별히 특히 높은 접착 성능을 지니는 접착제가 실현되어야 하는 경우, 20중량% 이상 40중량% 미만의 비율의 알루미늄 옥사이드 입자를 포함하는 열 전도성 접착제에서, 또는 특별히 특히 높은 열 전도도가 요구되는 경우, 80중량% 이상 90중량% 이하의 비율의 알루미늄 옥사이드 입자를 포함하는 열 전도성 접착제에서 또한 유리할 수 있다.

더욱이, 입자가 2μm 내지 500μm의 범위, 더욱 특히 2μm 내지 200μm의 범위 또는 심지어 40μm 내지 150μm 범위의 평균 직경을 지닐 경우 유리하다. 접착제의 이러한 구성에 의해 열원 및 히트 싱크와의 열 접촉이 실제로 추가로 향상되는데, 왜냐하면 한 편으로는 입자가 열원 및 히트 싱크의 표면의 모양에 정확하게 일치하도록 충분히 작고, 다른 한편으로는 입자가 열 전도 조성물의 내부 응집력에 전반적으로 불리하게 영향을 주지 않으면서 높은 열 전도도를 달성하도록 충분히 크기 때문이다.

유도적으로 가열가능한 재료

종래 기술로부터 이러한 목적을 위해 그 자체로 알려진 종류의 시트 형상 구조물(더욱 특히 전기 전도성 층) 뿐만 아니라 미립자 재료(입자)를 유도적으로 가열가능한 재료로서 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 전도성 입자의 경우, 가열을 위한 장이 생성될 경우 이행(migration)이 다시 야기되고, 그 결과 증가된 파괴 저항의 문제가 다시 발생하게 된다.

전기 전도 층은 23℃의 온도에서 1mS/m 이상의 전도도(전자 및/또는 홀)를 지녀서 재료에서 전류가 흐르게 하는 하나 이상의 재료의 어떠한 층인 것으로 여겨진다. 그러한 재료는 특히 전기 저항이 낮은 금속, 반금속, 및 또한 다른 금속성 재료, 및 가능하게는 또한 반도체이다. 이에 따라, 전기 전도층의 전기 저항은 한 편으로는 전류가 층을 통과할 때 층의 가열이 가능하도록 충분히 높지만, 다른 한편으로는 또한 전류가 실제로 층을 통해 발생되도록 충분히 낮다. 또한 전기 전도 층은 특정 경우에 예를 들어, 페라이트와 같이 낮은 자기 저항을 지니는(이에 따라, 높은 자기 전도성 또는 자기 투과율) 재료의 층이 인 것으로 여겨지지만, 이들은 종종 낮은 주파수의 교류가 제공된 비교적 높은 전기 저항을 지녀서, 본원에서 가열은 종종 비교적 높아지려는 경향이 있는 교류 자기장 주파수로만으로 달성된다.

예를 들어, 전기 전도성 시트 형상 재료(시트 형상 구조물)를 사용하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 그러한 재료가 낮은 주파수에서 가열되어 자기장을 더 깊이침투하게 하고, 설비 비용도 더 저렴하게 하기 때문이다. 이러한 전기 전도성 시트 형상 구조물은 100μm 미만, 더욱 특히 50μm 미만, 특히 20μm 미만, 매우 바람직하게는 10μm 미만의 두께를 지니는 것이 바람직한데, 왜냐하면 접착 테이프는 전기 전도 시트 형상 구조물의 두께가 감소될수록 더 가요성으로 되고, 더욱 특히 매우 낮은 두께에서 충분한 파괴 저항이 얻어지기 때문이다.

따라서, 특히 바람직하게는 열-활성화되어 가열가능한 재료는 전기 전도성 시트 형상 구조물, 더욱 특히 전기 전도성 층이다. 그러한 구조물은 본 발명에 따라 변형된 열-활성화가능한 접착제로 하나 이상의 면, 더욱 특히 양면 상에 코팅된다. 이것은 뛰어난 파괴 저항을 발생시킨다.

한 가지 유리한 구체예에서, 열-활성화되어 접착가능한 시트 형상 부재의 전기 전도 층은 가열 속도가 특히 간단한 방식으로 제한되도록 20μm 미만, 더욱 특히 10μm 미만의 층 두께를 지닌다. 더욱이, 시트 형상 부재는 추가의 열-활성화되어 접착가능한 접착 층을 지닐 수 있다. 이러한 종류의 시트 형상 부재는 서로에 대해 두 개의 접착 기판을 접합시키기 위해 양면으로 접착가능한 시트 형상 부재로서 특히 적합하다.

이와 동시에, 추가적으로 전기 전도 층은 바람직하게는 또한 자성, 더욱 특히 강자성 또는 상자성이다. 그러한 재료에서는, 에디 전류의 유도 외에, 또한 히스테리시스 손실에 의해 재료 내에서 가열이 있을 것이고, 전체적으로 가열 상승 속도가 커질 것으로 예상되긴 하지만, 대조적으로 전류의 우수한 전도체인 평탄한 자성 재료, 예컨대, 니켈 또는 자성 강철은 사실 전류의 매우 우수한 전도체이면서 그 자신은 자성이 아닌 재료, 예를 들어 구리 또는 알루미늄보다 지속적으로 더 낮은 가열 상승 속도를 지니는 것으로 관찰되었다. 따라서 전류를 전도하는 자성 재료를 사용함으로써 가열 상승은 더욱 용이하게 조절될 수 있고, 접착선 밖에서 가열 상승 효과의 발생 정도가 저하될 수 있다.

더욱이, 전기 전도 층이 각각 300K에 대해 측정된 경우에, 20MS/n 초과(예를 들어, 알루미늄을 사용함으로써 달성가능함), 더욱 특히 40MS/n 초과(예를 들어, 구리 또는 은을 사용함으로써 달성가능함)의 전기 전도도를 지니는 것이 바람직하다. 이러한 방식에서, 접착제 접착의 높은 강도를 생성시키기 위해 요구되는 충분히 높은 온도를 실현할 수 있고, 또한 매우 얇은 시트 형상 부재에서도 균일하게 가열을 실현할 수 있다. 놀랍게도, 유도된 에디 전류의 결과로 가열은 전도도를 증가시키고, 예상되는 바와 같이 전기 저항을 증가시키지 않으면서 증가하는 것으로 관찰되었다.

시트 형상 부재 구조물

본 발명의 목적을 위해서 시트 형상 부재는 더욱 특히 실질적으로 시트 형상 정도를 지니는 모든 통상적이고 적합한 구조물을 포함한다. 그러한 구조물은 실질적으로 2차원 접착을 가능하게 하고, 접착 필름, 접착 테이프, 접착 라벨 또는 다이컷 모양의 형태로 더욱 특히 가용성인 상이한 형태로 취해질 수 있다. 시트 형상 부재는 사이즈로 절단된(cut-to-size) 시트 형상 부재로서 지정될 수 있고, 모양은 유도 가열의 과정에서 열로 손상되는 접착 기판의 위험을 감소시키기 위해서, 접착 면적의 모양에 맞춰진다.

본 발명의 관점에서 시트 형상 부재들은 각각 두 개의 사이드 접면인, 전면(front face) 및 후면(back face)을 지닌다. 본원에서 용어 "전면" 및 "후면"은 주요 길이(principal extent)(2차원 길이, 그 길이의 주요 평면)에 대해 평행한 시트 형상 부재의 두 개의 표면을 지칭하며, 이는 단지 두 개의 접면의 절대적인 3차원 배열을 결정하는 용어를 선택하지 않고, 시트 형상 부재의 반대면 상에 배치된 이러한 두 개의 접면을 구별하기 위해 제공된 것이다; 따라서, 전면은 또한 3차원적으로 뒤에 놓여 있는 시트 형상 부재의 사이드 접면으로 구성될 수 있는데, 즉 그에 따라서 후면이 3차원적으로 앞에 놓여 있는 시트 형상 부재의 사이드 접면을 형성한다.

이러한 열-활성화되어 접착가능한 시트 형상 부재는 서로에 대해 두 개의 접착 기판을 접착시키기 위해 의도되었다. 이러한 목적을 위해서, 시트 형상 부재는 양 사이드 접면 상에 열-활성화되어 접착가능한 접착제를 지닌다. 열-활성화되어 접착가능한 접착제는 고온에서 뜨거운 상태로 접착되고, 냉각 후에 기계적으로 강건한 연결을 제공하는 모든 접착제이다. 이 접착제는 전형적으로 접착 층의 형태로 존재한다.

한 층은, 더욱 특히 하나의 공간 방향(두께 또는 높이)에서의 치수가 주요 길이를 규정하는 다른 두 개의 공간 방향(길이 및 폭)에서보다 훨씬 더 작은 단일 기능성(unitary functionality)의 시스템의 시트 형상 배열이다. 이러한 종류의 층은 압축되거나 천공된 형태일 수 있고, 특히 이러한 재료가 상기 층의 단일 기능성에 기여하는 경우에 단일 물질 또는 상이한 물질로 구성될 수 있다. 하나의 층은 전체 2차원 길이에 걸쳐 일정한 두께 또는 상이한 두께를 가질 수 있다. 또한, 물론 하나의 층이 또한 하나 초과의 단일 기능성을 가질 수 있다.

이러한 맥락에서 접착되어야 하는 시트 형상 부재는 유리하게는 접착제의 하나 이상의 전기 전도 층 및 하나 이상의 열-활성화되어 접착되는 층인 둘 이상의 상이한 층을 포함한다.

원칙적으로, 하나 이상의 전기 전도성 시트 형상 구조물은 예를 들어, 천공되거나(예를 들어, 격자 형태) 전면에 걸쳐 압축된 얇은 층과 같이 어떠한 요망되는 적합한 모양일 수 있다. 전기 전도 층의 층 두께는 바람직하게는 50μm 미만, 더욱 특히 20μm 미만 또는 실제로 10μm 미만이다. 후자는 비교적 간단한 방식으로 상한 쪽으로 가열 속도를 제한될 수 있게 한다.

전기 전도성 층은 모든 통상적고 적합한 물질, 예컨대, 알루미늄, 구리, 금, 니켈, Mu-금속, 알니코(alnico), 펌알로이(permalloy), 페라이트, 탄소 나노튜브, 및 그라핀 등으로 구성될 수 있다. 이러한 경우에, 전기 전도 층은 바람직하게는 또한 마찬가지로 자성이고, 더욱 특히 강자성 또는 상자성이다. 이러한 경우에 전기 전도 층은 유리하게는 각각 300K에 대해 측정된 경우에, 20MS/m 초과(50mΩㆍmm²/m 미만의 특정 저항에 상응함), 더욱 특히 40MS/m 초과(25mΩㆍmm²/m 미만의 특정 저항에 상응함)의 전기 전도도를 지닌다.

하나 이상의 전기 전도 층 외에, 시트 형상 부재는 물로 또한 추가의 전기 전도 층을 지닐 수 있고; 이러한 층은 하나 이상의 전기 전도 층과 동일하거나 상이할 수 있다.

전반적으로, 열-활성화되어 접착가능한 시트 형상 부재는 어떠한 적합한 모양일 수 있다. 따라서, 상기 기재된 두 개의 층 외에, 시트 형상 부재는 예를 들어, 영구적인 캐리어(carrier) 또는 일시적인 캐리어인 추가의 층을 포함할 수 있다. 더욱이, 시트 형상 부재는 예를 들어, 단면으로 접착가능하거나 양면으로 접착 가능한 접착 테이프의 형태로, 두 개의 사이드 접면 중 하나의 접면에 접착 가능하거나 양 사이드 접면에 접착 가능하게 형성될 수 있다. 후자의 경우, 시트 형상 부재는 접착제의 하나 이상의 추가의 층을 지니고, 이것은 하나 이상의 열-활성화되어 접착되는 접착제와 동일하거나 상이할 수 있다. 따라서, 접착제의 추가의 층은 예를 들어 열-활성화되어 접착되는 접착제 또는 심지어 감압 접착제를 포함할 수 있다.

충분한 파괴 저항을 달성하기 위해서, 열-활성화가능한 접착제의 층은 유리하게는 10μm 이상의 두께여야 하고, 충분한 접착 강도와 함께 충분한 파괴 저항을 보장하기 위해서 바람직하게는 20 내지 50μm의 두께로 주어진다. 대조적으로, 특히 강한 접착제 접착을 위해서는 50 내지 200μm의 두께가 유리하다.

본 발명의 시트 형상 부재의 한 가지 유리한 구체예에서, 하기와 같은 특징이 있다:

ㆍ 시트 형상 부재는 70μm 미만, 더욱 특히 50μm 미만, 특히 30μm 미만의 두께를 지니고/거나,

ㆍ 전기 전도 시트 형상 재료는 30μm 미만, 더욱 특히 20μm 미만, 특히 15μm 미만의 두께를 지니고,

ㆍ 바람직하게는, 접착제 접착의 생성 후에, 자성 유도에 의해 접착 테이프를 가열시킴으로써 폴리카보네이트에 대한 정적 전단 시험에서 접착 강도는 400N/cm² 초과이다.

더욱이, 충분한 파괴 저항을 보장하기 위해서, 양면으로부터 열-활성화가능한 접착제로 전기 전도성 시트 형상 재료를 코팅시키는 것이 유리하다.

방법

본 발명은 추가로 특정 종류의 접착 기판에 열-활성화되어 접착가능한 시트 형상 부재를 접착시키기 위한 방법을 제공한다.

이러한 접착 기판은 원칙적으로 열-활성화가능한 접착제에 의해 접착될 수 있는(이로 인해, 특히 그러한 방법에서 사용되는 온도에 견디는) 어떠한 재료로 제조될 수 있다. 접착될 재료는 동일하거나 상이할 수 있다.

특히 유리하게는, 본 발명의 방법은 두 개의 동일하거나 두 개의 상이한 플라스틱을 서로에 대해 접착시키는데 사용된다.

첫 번째 버전에서, 방법은 본 발명의 시트 형상 부재가 사용되는 것이 특징이다.

이러한 시트 형상 부재가 50℃ 초과, 더욱 특히 100℃ 초과의 가열 속도에서 가열되는 방법에서 본 발명의 열-활성화가능한 시트 형상 부재를 사용하는 것이 유리하다. 본 발명의 접착 테이프는 높은 가열 속도에 특히 적합한데, 왜냐하면 본 발명의 접착 테이프의 열 전도도를 고려해 볼 때 본 발명의 접착 테이프는 초과의 열을 다른 곳으로 전도할 수 있어서, 국부 과열의 위험이 낮기 때문이다(상기 참조).

따라서, 보다 용이한 분배에 의해 더 높은 가열 속도가 실현될 수 있다.

용도

본 발명의 시트 형상 부재는 예를 들어, 소비재 가전, 오락용 가전 또는 통신용 가전 분야(예를 들어, 휴대폰, PDA, 랩탑 및 기타 컴퓨터, 디지털 카메라 및 디스플레이 장치, 예컨대, 디스플레이, 디지털 리더기 또는 유기 발광 다이오스 디스플레이(OLED), 또한 태양 전지 모듈, 예컨대, 전기화학적 염료 태양 전지, 유기 태양 전지 또는 박막 전지)와 같은 전자 제품의 서브어셈블리를 접착시키는데 바람직하게 사용된다. 이러한 맥락에서 서브어셈블리는 전자 장치에 사용되는 모든 구성성분 및 집합체, 예를 들어 전자 부품(개별 및 통합 부품), 하우징 부분, 전자 모듈, 안테나, 디스플레이 어레이, 보호용 스크린, 및 파퓰레이티드 및/또는 언파퓰레이티드(unpopulated) 회로 기판 등이다.

본 발명의 시트 형상 부재는 유도성 가열에 통상적인 유도 가열 수단(유도자)을 이용하여 가열될 수 있다. 고찰된 유도 가열 수단(유도자)에는 모든 통상적이며 적합한 장치, 다시 말해서, 예를 들어 코일, 전도체 루프, 또는 교류 전류가 통과하고 전도체를 통해 유동하는 전류에 의해 적절한 강도의 교류 자기장을 발생시키는 전도체가 포함된다. 따라서, 가열에 필요한 자기장 강도는 적절한 회전(turn) 수 및 길이의 코어를 갖는 코일 배열에 의해 제공될 수 있고, 상기 코일을 통해 상응하는 전류가 예를 들어, 포인트 유도자(point inductor)의 형태로 유동한다. 이 포인트 유도자는 강자성 코어 없이 설계될 수 있거나, 예를 들어 철 또는 압축시킨 페라이트 분말로 만들어진 코어를 가질 수 있다. 상기 예비 조립체는 이에 따라 발생된 자기장에 직접 노출될 수 있다. 다르게는, 물론 상기 코일 배열을 1차 와인딩으로 자기장 변압기의 1차 면 상에 배열할 수 있는데, 2차면 위의 2차 와인딩에 의해 상응하는 더 높은 전류가 제공된다. 그 결과, 예비 조립체의 바로 근방에 배열된 실제적인 여자 코일(excitation coil)은 더 높은 전류의 결과로 교류 자기장의 장 강도를 그에 따라 감소시키지 않으면서 더 적은 회전 수를 지닐 수 있다.

예비 어셈블리에 유도 가열 동안 프레싱 압력이 가해질 경우, 이를 위해서 추가적으로 프레싱 장치가 필요하다. 사용되는 프레싱 장치는 프레싱 압력을 가하는데 적합한 모든 장치, 예를 들어 불연속적으로 작동되는 프레싱 기계, 예컨대 공압 또는 수압 프레스, 편심 프레스, 크랭크 프레스, 토글 프레스, 또는 스핀들 프레스 등이거나, 연속적으로 작동되는 프레싱 기계, 예컨대 프레싱 롤일 수 있다. 상기 프레싱 장치들은 개별 유닛으로 제공될 수 있거나, 그렇지 않으면 유도자와 함께 제공될 수 있다. 예를 들어, 제 1 프레싱 기구로 유도 가열 수단을 또한 구비하는 하나 이상의 프레스-램 부재(press-ram element)를 포함하는 프레싱 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 그 결과, 유도 장은 형성되는 접착 위치에 매우 가까워질 수 있고, 이에 따라 이 접착 위치의 면적으로 3차원적으로 제한될 수 있다.

결론

본 발명의 시트 형상 부재로, 종래 기술의 단점을 극복하면서 높은 순환 속도로 유도 가열에 의해 두 개의 기판의 서로에 대한 접착, 더욱 특히 플라스틱/플라스틱 접착을 매우 우수하게 실현할 수 있다. 놀랍게도, 본 발명의 시트 형상 부재의 접착 강도는 공지된 종래 기술에 따른 접착 테이프를 사용한 접착에 비해 높은 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 시트 형상 부재로, 전기 전도 시트 형상 구조물(유도적으로 가열가능한 재료) 및/또는 열 전도성 첨가제로부터 열(유도 가열 동안 형성됨)을 더욱 효과적으로 다른 곳으로 전도시켜 국부 과열의 위험을 저하시키고, 더 높은 가열 속도를 실현시킬 수 있다.

실험 분석

열 전도성 보조물질을 지니는 접착제의 열 전도도를 측정하기 위해서, ISO 안 22007-2에 따른 방법을 수행하였다(시험 시료의 두께: 시트 형상 가열 부재의 양면 상에서 10mm).

접착 강도를 23℃에서 DIN 53283을 기초로 한 동적 인장 전단력 시험에서 1mm/분의 시험 속도로 측정하였다.

열 전도 조성물로 얻어진 감압 접착 시트 형상 부재의 절연 파괴 저항을 VDE 0100에 따라 측정하였다.

사용된 열-활성화가능한 접착제는 하기와 같았다:

열 전도도를 증가시키기 위해 하기 충전제를 선택하였다:

MagSilica 50-85: 나노 입자, Evonik(Matrix)로부터 구입, 매트릭스: SiO₂, 자성 도메인 산화철, 도메인 함량 80-92중량%, 표면 크기 40-50m²/g, 직경 82 ± 11nm, 밀도 3.72g/cm³, 입자 중 자철석의 부피 분율: 40부피%

하기 열 전도성 접착제 및 상응하는 비교예를 생성하였다:

열 전도성 접착제를 생성하기 위해서, 접착제 유형 1 및 2의 경우에, 접착 테이프를 실온에서 부타논 중에 용해시키고, 30중량%의 고형물 함량으로 설정하였다. Ultraturrax 타입의 고속 교반 장치를 이용하여 충전제를 분산시켰다. 이어서, 접착제의 필름을 닥터 블레이드(doctor blade)를 이용하여 코팅하고, 건조시켜 대략 100μm의 필름 두께를 제공하였다.

실시예 12의 경우, 열 전도성 충전제 외에, 10중량%의 유도적으로 가열가능한 충전제를 추가로 혼입시켰다.

접착 테이프 3 및 4의 경우, Haake로부터의 실험실 니딩 장치에서 180℃의 온도에서 용융물 내에 충전제를 혼입시켰다. 이어서, 진공 프레스에서 150℃의 온도에서 약 100μm의 두께를 지니는 시트 형상 몰딩을 생성하였다.

유도 가열을 위해 사용된 전기 전도성 시트 형상 구조물을 36μm의 두께를 지니는 알루미늄 호일이었다. 실시예 1 내지 11 및 C1 내지 C4의 경우, 접착 시스템에 따라 약 90 내지 115℃의 온도에서 접착제 층으로 각 경우에 양면 상에 금속 호일을 함께 라미네이팅(laminating)시켰다. 접착제 1 및 2의 경우, 화학적 가교 반응을 여기서 개시하지 않았고; 대신에, 단지 접착만 유도시켰다.

본 발명의 접착 테이프(1)에 사용된 접착 기판은 20mm의 폭, 100mm의 길이 및 3mm의 두께를 지니는 두 개의 폴리카보네이트 시트(2)였고, 이것을 접착선(3)에서 10mm까지 오버랩핑(overlapping)시켰다(도 1 참조). 따라서, 이 경우, 접착 면적은 가장 자리가 10 × 20mm 길이인 사각형으로 이루어지게 되었다. 접착 테이프의 차별적인 분리를 분석하기 위해서, 피착물을 동일한 재료로부터 선택하였다. 도 1은 또한 하단의 프레스-램 부재(4), 상단의 프레스-램 부재(5), 및 힘(F)을 개략적으로 도시한 것이다.

IFF GmbH(Ismaning, DE)으로부터의 타입 EW5F의 변형된 유도 시스템을 사용하여 접착 방법을 수행하였다. 여기서 교류 자기장을 국부적으로 제공하기 위한 유도자로서 단 하나의 수 냉각되는 전류 베어링 전도체로 구성된 유도 장 변압기가 제공되는데, 상기 전도체는 변압기-장 변압기 내에서 2차 코일 회로로 사용되며 동축 변압기에서 1차 코일 면 상에서 발생된 변압기 장과 상호작용한다. 상기 유도 장 변압기는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)의 매트릭스 내로 매립되고, 이에 의해 만들어진 배열은 프레싱 장치의 하부 프레스-램 부재(4)로 사용되고, 프레싱 장치에는 또한 상부 프레스-램 부재(5)도 구비되어 있다. 열 활성화되어 접착가능한 시트 형상 부재의 사이드 접면에 대해 수직으로 하부 프레스-램 부재(4)와 상부 프레스-램 부재(5) 사이에서 예비 조립체에 적용된 힘(F)을 기반으로 하여 가해진 압력은 각 경우에 2 MPa이었다.

변형된 유도 시스템의 도움으로, 실험을 위해 30kHz의 주파수 및 70%의 펄스 폭을 지니는 교류 자기장을 발생시켰다. 펄스 폭은, 교류 자기장의 전체 지속시간(두 개의 연속적인 펄스 사이에서 펄스 지속시간과 중단의 지속시간의 합)의 비율로서 교류 자기장의 펄스 지속시간(펄스 길이)의 퍼센트 분율을 나타낸다. 열 활성화되어 접착가능한 시트 형상 부재가 펄스된 교류 자기장에 노출되는 시간(즉, 유도 가열 지속시간)은 3 내지 9초의 범위 내였다.

더욱이, 모든 실험(실시예 12 제외)에 8초의 후속하는 프레싱 시간이 실시되었고, 여기서, 유도성 후속가열이 20%의 펄스 폭(1:4의 펄스 지속시간 대 중단 지속시간의 비에 상응함)으로 접착제의 열 활성화의 경우와 동일한 주파수의 교류 자기장에서 수행되었다.

실시예 12의 경우, Cele로부터의 고-주파수 유도 시스템을 사용하였고, 이것을 586kHz의 주파수에서 3.5-회전 플레이트 인덕터로 작동시키고, 20kW의 소비 전력으로 실시하였다. 샘플을 0.25mm 유리 섬유-강화 플라스틱의 플레이트에 따라 플레이트 인덕터 상에 위치시키고, 대략 20N의 중량 힘의 하중을 적용시키고, 플라스틱 막대를 통해 접합 부위 쪽으로 유도하였다.

결과:

하기 결과는 각 경우에서의 5개의 시험 접착으로부터의 평균 값을 나타낸다.

결과는 증가된 열 전도도에 의해 접착 강도가 달성된 것을 나타낸다. 이것은 열 전도도를 증가시키기 위해서 높은 부피 분율의 충전제를 첨가해야 해서 당업자는 접착 강도가 저하될 것이라고 예측하기 때문에 예상치 못했던 결과였다.

VDE 0100에 따른 절연 파괴 저항은 실험 11을 제외하고 모든 본 발명의 샘플에 의해 마찬가지로 통과되었다. 이로부터, 본 발명의 열 전도 조성물은 전기 비전도성으로 되어 있어서 예를 들어, 전자 장치에서와 같이 열 전도 방식으로 연결된 부품으로부터 전기 절연이 요구되는 적용에서도 사용될 수 있음을 알 수 있다. 더욱이, 절연 파괴 저항은 내부 금속 호일에 의해 부정적인 영향을 받지 않는다.

Claims

하나 이상의 열-활성화가능한 접착제, 하나 이상의 유도적으로 가열가능한 재료, 및 하나 이상의 열 전도성 충전제를 포함하는 시트 형상 부재로서, 충전제의 재료가 0.5W/(m^*K) 이상의 열 전도도를 지님을 특징으로 하는, 시트 형상 부재.
제 1항에 있어서, 열 전도성 충전제의 재료가 전기 비전도성임을 특징으로 하는, 시트 형상 부재.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 열 전도성 충전제가 충전제 입자의 형태로 사용되고/거나 충전제 입자를 포함함을 특징으로 하는, 시트 형상 부재.
제 3항에 있어서, 충전제 입자가 95중량% 초과의 비율의 알파-알루미늄 옥사이드로 구성되는 알루미늄 옥사이드 입자임을 특징으로 하는, 시트 형상 부재.
제 4항에 있어서, 알루미늄 옥사이드 입자의 비율이 충전제를 지니는 열-활성화가능한 접착제를 기준으로 20중량% 내지 90중량%의 범위, 더욱 특히 40중량% 내지 80중량%의 범위임을 특징으로 하는, 시트 형상 부재.
제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 충전제 입자가 1.3m² 또는 그 미만, 더욱 특히 1.0m² 또는 그 미만의, 단위 질량 당 비표면적을 지니는 일차 입자임을 특징으로 하는, 시트 형상 부재.
제 3항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 일차 입자의 비율이 충전제를 지니는 열-활성화가능한 접착제를 기준으로 5부피% 내지 70부피%의 범위, 바람직하게는 15부피% 내지 50부피%의 범위임을 특징으로 하는, 시트 형상 부재.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 충전제 입자가 1μm 이상, 바람직하게는 2μm 내지 500μm, 매우 바람직하게는 2μm 내지 200μm, 극히 바람직하게는 40μm 내지 150μm의 평균 직경을 지님을 특징으로 하는, 시트 형상 부재.