KR20130067337A

KR20130067337A - 방열 부품에 사용되는 방열 코팅제

Info

Publication number: KR20130067337A
Application number: KR1020110133063A
Authority: KR
Inventors: 김육중; 이지은
Original assignee: 주식회사 에이치와이티씨
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-06-24

Abstract

본 발명은 방열코팅제에 관한 것으로서 상세하게는 LED에서 발생하게 되는 열을 효율적으로 제거해주는 방열코팅제틀 제공하는데 폴리에테르 오일( OH??(Si-O-Si-O-)n-OH )과 변성실리콘 오일(NH₂??(Si-O-Si-O-)n-NH₂ 100중량부에 대하여 MWCNT(다중벽탄소나노튜브)와 그래핀중에서 선택되는을 교반하여 제조하며 종래의 방열구조에 사용하였을 때 높은 방열효과를 갖는다.

Description

방열 부품에 사용되는 방열 코팅제{COATING AGENT}

본 발명은 방열부품에 사용되는 방열코팅제에 관한 것이다.

본 발명은 방열코팅제에 관한 것으로서 상세하게는 LED에서 발생하게 되는 열을 효율적으로 제거해주는 방열코팅제틀 제공한다. 전기를 사용하는 제품은 열이 발생하는 경우가 많으며 열의 발생에 의하여 부품의 성능을 저하시키고 수명을 감소시키게 된다. 이것을 방지하기 위하여 용매를 이용하여 표면의 열을 강제로 떨어뜨리거나 공기의 대류현상을 이용하여 자연냉각을 시키는데 용매를 사용하는 수냉식의 경우에는 물을 순환시키는 장비와 물을 저장하는 설비등 많은 장치가 필요하고 비용이 많이 소요되며 대류현상을 이용하는 공랭식의 경우에는 냉각효과가 상대적으로 낮아서 급속한 냉각이 어렵게 된다.

LED는 고효율의 새로운 광원으로 각광을 받고 있으나 고출력의 조명기기에 사용되는 경우 발광효율이 높다고 하여도 LED의 발열량은 꽤 높은 수준이기 때문에 방열을 위한 장치가 없는 경우에 LED의 온도가 너무 올라가게 되기 때문에 열화에 의하여 손상이 오게 되어 수명이 떨어지게 되며 발광효율이 떨어지게 된다. 따라서, LED의 경우에 있어서 열을 외부로 확산시키는 것은 필수적이다.

현재 LED에서 발생된 열은 배면의 방열판을 통하여 방출되는 구조로 되어 있는데 이와 관련하여 대한민국 특허 등록 제10-091917호'조명기구용 엘이디모듈의 방열장치', 또한, 대한민국특허등록 제10-0910054호 ' LED 방열장치'등에 방열을 위한 방열판의 구성이 도시되어 있다. 이러한 방열판은 LED배면의 방열판이나 LED와 인접하게 방열구조물을 형성하고 방열구조물의 배치, 결합형태, 재질에 의하여 방열효과를 높이도록 하고 있어 방열효율이 그다지 높지 못한 것이 사실이다.

특허 제 10-2009-0036750호 ' 기능성 작용기가 도입된 탄소나노튜브-그라프트-실록산중합체를 이용한 열 방사용 코팅 조성물 및 코팅된 방열 구조체'로 구성된 코팅제가 명시되어있다. 이러한 탄소나노튜브-그라프트의 기능성 작용기가 도입이 되면 탄소나노튜브-그라프트의 고유의 기능성이 떨어지게 되어 실제로 나타나는 효과보다 떨어지지 못한 것은 사실이다. 방열소재는 많으나 실제로 분산시키는 기술이 어려워 방열 효과를 주는 소재의 첨가가 아주 소량일 수 밖에 없어 방열 효과의 기대가 생각보다 크지 않는 것이 사실이다.

그런데 계면활성제와 같은 분산제를 넣어줌으로 인해 METAL OXIDE, 탄소나노튜브- 그라파이를 소량 분산시켜 방열소재로 사용할 수 있으나 계면활성제와 같은 분산제가 들어가므로 인해 방열효과가 떨어지며 물성, 안정성에 나쁜 영향을 미치게 될 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 방열판의 표면에 고방사율 코팅제를 코팅하여 방열 판 표면에서의 방열이 효율적으로 이루어지며, 방열판의 부식과 오염을 방지하기 위한 방열 코팅제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 우히ㅏ여 전기, 전자부품의 방열 장치에 코팅하는 코팅제를 제공하는데 상기 코팅제는 복사열을 내는 방열성능이 우수한 산화금속분말과 ( MgO₂, AgO₂, SnO₂) 그라파이. 탄소나노튜브, 카본블랙 파우더 중에서 선택된 둘 이상의 물질을 혼합한 파우더; 변성실리콘오일(NH₂??(Si-O-Si-O-)n-NH₂), 폴리에테르실리콘 오일(OH??(Si-O-Si-O-)n-OH), PDMS(Polydimethylsilane(PDMS), (Si-O-Si-O)_n ), Silicone polyether (SFE), (C-C-)_n을 기본으로 하고 탄소원자의 4개 결합부위 중 1개 이상 ?? OH 가 말단에 결합되어있으며 분자량 1000~3000 인 Polyol, 글리콜로부터 선택되는 한 개 이상의 물질;을 포함할 수 있다.

또한, 전도성 고분자 (HBS, LBS, PEDOT: PSS, Polyacetylenen, Polyaniline, Polypyrrole, Polythiophene Polysulfurnitrid) 한 개 또는 그 이상을 더 포함할 수 있다.

또한, 부식방지, 오염방지기능을 가지면서 우수한 방열기능을 가지도록 하기 위하여 발수, 방오, 방수, 오염방지 기능이 있는 화합물 불소화 화합물, 과불소 화합물, 불소에테르 화합물 불소, Hybrid silicone powdwe, silicone Rubber powder, silicone resin powder 로부터 선택되어 지는 한 개 이상의 화합물을 더 포함하도록 할 수 있다.

상기 유-무기 바인더 및 분산제는 폴리올(하나이상의 OH를 가지고 있고 탄소 화합물),glycol 100중량부 TDI, MDI, HDI, PolyMDI, (Isocyanate) 탄소화합물 40~50 중량부을 혼합하여 ~OH 함량을 10%이하로 남겨 이소시아네이트 실란으로 반응 시키는 것일 수 있다.

상기한 바와 같은 구성에 의하여 높은 방사열/복사열을 내도록 하여 방열 성능이 뛰어나면서 오염방지 및 발수 기능을 첨가하여 수분의 접촉을 최소한으로 줄여 부식방지 성능을 첨가한 코팅제를 제공하는 효과를 갖는다

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명은 방열코팅제의 제조 방법을 제공하는데 변성실리콘오일(NH₂??(Si-O-Si-O-)n-NH₂), 폴리에테르실리콘 오일(OH??(Si-O-Si-O-)n-OH), PDMS(Polydimethylsilane(PDMS), (Si-O-Si-O)_n ), 양 말단 혹은 한쪽에 끝에 또는 side 이 중 한 개 이상의 ~OH, ~NH₂ 를 가지고 있는 고분자 탄화물 중 어느 한 개를 선택하고

선택된 물질 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브(MWCNT), 그라파이, 카본 블랙, 표면 처리된 카본 블랙 METAL OXIDE ( MgO₂, AgO₂) 를10~50 중량부 혼합시켜 용해시킨다. 산화금속으로 (AlO₂, ZnO₂,SnO)등이 사용될 수도 있다. 여기서 제조된 파우더를 방열소재 파우더라고 한다. (S-1단계)

또한, 우레탄, 아크릴, 실리콘, 에폭시를 둘 이상 합성 시켜 공중합체 수지를 이용하여 방열소재 파우더를 분산하는 것을 포함하는데.

우레탄 실리콘 수지라 함은, Polyol 중량부 100에 MDI, TDI (40~50g)를 이용하여 Bloking 시킨 후 NCO 실란 또는 알콕시 실란을 결합시켜 우레탄의 성질과 실리콘의 성질을 갖는 수지이며

위와 동일한 방법을 이용하여 아크릴 실리콘과 아크릴 우레탄 실리콘, 에폭시 실리콘의 수지에 방열 소재 파우더를 한 개 이상 혼합하여 합성할 수 있다(S-2단계)

이때 수지의 함량 100중량부에 대해 방열 소재 파우더 10~50중량부를 혼합 한다.

S-2단계의 물질에 Hybrid silicone powder, silicone Rubber powder, silicone resin powder 중 한 개 이상을 첨가하여 방오, 방수, 발수 기능 추가하여 줄 수 있다.

또한, S-1단계의 물질 100중량부에 대하여 NCO반응기가 있는 실란, 또는 탄소화합물(TDI(toluene d-iso cyanate), MDI(메틸렌 디페닐 디이소시아네이트,Methylene diphenyl diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate ) 50중량부를 반응을 시키는데 반응성에 따라 tin, pt, amine 촉매 첨가할 수 있다.(s-3단계)

또한.S-3단계의 물질에 Hybrid silicone powder, silicone Rubber powder, silicone resin powder 중 한 개 이상을 첨가하여 오염방지 기능을 추가할 수 있다. (s-4단계)

또한, S-1내지 S-4단계의 물질에 알콕시 실란을 H₂O와 합성하여 첨가제를 넣어 SOL-GEL반응을 시키는데 알콕시 실란 과 H₂O 1:1 넣어 합성을 하며 첨가제는 실란 대비 0.001% 첨가하여 줄수 있다. 이때 사용하는 첨가제 ACID라 함은 Acetic acid, Hydrochloric acid, formic acid, acryl acid, sulfuric acid, oleic acid Methacrylic acid, dodecylbenzenesulfonic acid 중 하나이상을 사용하여 합성하여 줄 수 있다. (S-5단계)

전도성 고분자 HBS, LBS, PEDOT: PSS, Polyacetylenen, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, Polysulfurnitride 중 한 개 또는 한 개 이상의 물질 100g에 S-5단계의 물질 중량부 1~50g를 넣어 혼합하여 준다.

실시예1

- OH기를 갖고 있는 실리콘 오일과 Poylol 100g 중량부에 ~NCO기를 갖는 화합물 50g 중량부를 첨가하여 300rpm조건 70℃에서 4~6 시간을 반응 시켜-NCO기를 가즌 물질이 5~10% 남을 때 반응을 종료한다.

이때 남은 물질에 ~NH₂, ~OH 반응기가 있는 Silane을 전체중량대비 1~10g 중량부 넣어서 반응 시켜바인더를 만든다.

이렇게 합성시킨 바인더100g중량부에 카본블랙(방열소재) 10~50g 중량부를 첨가 시켜 충분히 믹싱 하여 준주는데여기에 코팅방법에 따라 희석용제 toluene, xylene, annon과 같은 유기용매로 희석시켜 주고 섭씨 250도에서 20분 이상 경화시켜준다 (결과물 A)

위와 동일한 방법으로 바인더를 합성한 후 바인더 100g 중량부에 대해 카본블랙8g, CN 2g 중량부를 첨가하여 충분히 믹싱한다. (결과물B)

또한, CNT 대신에 같은 양의 그래핀을 첨가할 수 있다 (결과물 C)

또한 같은 방법으로 바인더를 합성한후 바인더 100g중량부에 대해 카본블랙 8g CNT1g, 그래핀 1g중량부를 믹싱할 수 있다(결과물D)

아래의 표는 합성된 A,B,C,D물질및 코팅제를 바르지 않은 경우의 온도증가를 도시한다.

실시예2

~OH기를 갖고 있는 실리콘 오일과 Poylol 100g 중량부에 ~NCO붙어있는 화합물 10g 중량부을 첨가하여 300rpm, 70℃ 조건에서 4~6 시간 반응 시켜~OH농도를 10%이하가 될 때 ~ NCO기를 갖고 있는 실란 또는 아크릴수지, 에폭시 수지를 첨가시켜 바인더를 합성한다.

이와 같이 합성시킨 바인더100g에 Metal oxide (방열소재) 10~50g 중량 첨가 시켜 충분히 Mixing 하여 준다.

여기에 코팅 방법에 따라 희석용제 toluene, xylene, annon과 같은 유기용매로 희석시켜 주고 섭씨 250도에서 20분 이상 경화 시켜준다.

이와 같은 방법으로 합성된 수지100g 중량부에 대하여 각각의 방열소재 Metal oxide를 테스트하는데 여기에 사용되는 Metal oxide는 AlO₂,(A) AgO₂(B)_, ZnO₂(C), MgO₂(D), SnO₂(E)을 이용한다.

이를위해 각각 10~50g 중량부를 바인더100g 중량부에 첨가하여 충분히 MIXING 하여 주고 유기용매를 첨가하여 200℃ 에서 경화시킨다.

방열 소재 함량을 갖는 샘플 2 개씩을 선택하여 5g씩 MIXING하여 테스트 진행하고 다시 3 개씩 선택하여 1/3씩 첨가하여 MIXING하여 테스트를 진행한다.

아래표는 위의 결과를 보여주며 기존의 제품에서는 많이 사용하지 않는MgO₂, SnO₂가 좋은 결과를 낸 것을 볼 수 있다.

실시예 3

. PDMS, 실리콘 오일, 실리콘 변성오일 과 같은 수지100g 에 카복블랙, Metaloxid, CNT, 그래핀 방열소재를 1~50g 첨가하고 (7-1)

알콕시 실란50g + 물 50g 합성하고 (7-2)

7.3. 7.1과 ,7.2단계의 물질을 질량비 1:1 비율로 넣고 합성하면서 산촉매 또는 염기 촉매를 0.01g~0.001g 첨가하여준다.

7.4. 희석용매로는 toluene, xylene, 아농과 같은유기 용매를 사용한다.

7.5. 경화온도는 200℃에서 경화 시킨다.

실시예4

8.1. PDMS, 실리콘 오일, 실리콘 변성오일 과 같은 수지100g 에 카복블랙, Metaloxid, CNT, 그래핀, 방열소재를 1~50g 첨가한다.

8.2. 수지와 방열소재를 혼합시킨 액상 100g에 전도성고분자 계열의 화학물을 10~50g 첨가하여 충분히 합성한다.

8.3. 희석용매로는 toluene, xylene, 아농과 같은유기 용매를 사용한다.

이러한 방법으로 합성한 방열코팅액100g에 방수,발수,방오 기능이 있는 파우더 및 불소관련 화합물을 0.1~1g첨가하여 방오,방수,발수 기능을 부여할 수 있다.

Claims

전기, 전자부품의 방열 장치에 코팅하는 코팅제로서,
복사열을 내는 방열성능이 우수한 산화금속분말과 ( MgO₂, AgO₂, SnO₂) 그라파이. 탄소나노튜브, 카본블랙 파우더 중에서 선택된 둘 이상의 물질을 혼합한 파우더;
변성실리콘오일(NH₂??(Si-O-Si-O-)n-NH₂), 폴리에테르실리콘 오일(OH??(Si-O-Si-O-)n-OH), PDMS(Polydimethylsilane(PDMS), (Si-O-Si-O)_n ), Silicone polyether (SFE), (C-C-)_n을 기본으로 하고 탄소원자의 4개 결합부위 중 1개 이상 ?? OH 가 말단에 결합되어있으며 분자량 1000~3000 인 Polyol, 글리콜로부터 선택되는 한 개 이상의 물질;
을 포함하는, 전기, 전자부품의 방열 장치에 코팅하는 코팅제
제1항에 있어서, 전도성 고분자 (HBS, LBS, PEDOT: PSS, Polyacetylenen, Polyaniline, Polypyrrole, Polythiophene Polysulfurnitrid) 한 개 또는 그 이상을 더 포함할 수 있다.
제2항에 있어서, 부식방지, 오염방지기능을 가지면서 우수한 방열기능을 가지도록 하기 위하여 발수, 방오, 방수, 오염방지 기능이 있는 화합물 불소화 화합물, 과불소 화합물, 불소에테르 화합물 불소, Hybrid silicone powdwe, silicone Rubber powder, silicone resin powder 로부터 선택되어 지는 한 개 이상의 화합물을 더 포함하도록 할 수 있다.
제1항내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 유-무기 바인더 및 분산제는 폴리올(하나이상의 OH를 가지고 있고 탄소 화합물),glycol 100중량부 TDI, MDI, HDI, PolyMDI, (Isocyanate) 탄소화합물 40~50 중량부을 혼합하여 ~OH 함량을 10%이하로 남겨 이소시아네이트 실란으로 반응 시키는 것을 특징으로 하는, 전기, 전자부품의 방열 장치에 코팅하는 코팅제