KR20130069221A - 우수한 방열특성을 가진, 친환경적인 방열수지 조성물 및 이를 이용한 강판 - Google Patents

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Abstract

우수한 방열성, 전기전도성 및 내식성을 가지며, 휘발성 유기화합물을 함유하지 않는 방열수지 조성물, 상기 방열수지 조성물을 이용한 아연도금강판의 표면처리 방법, 및 상기 방열수지 조성물을 이용한 아연도금강판이 개시된다.

Description

우수한 방열특성을 가진, 친환경적인 방열수지 조성물 및 이를 이용한 강판{ENVIRONMENT FRIENDLY HEAT-DISSIPATING RESIN COMPOSITION HAVING EXCELLENT HEAT-DISSIPATING PROPERTY AND STEEL SHEET USING THE SAME}
우수한 방열특성을 가진, 친환경적인 방열수지 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 우수한 방열성, 전기전도성 및 내식성을 가지며, 휘발성 유기화합물을 함유하지 않는 방열수지 조성물, 상기 방열수지 조성물을 이용한 아연도금강판의 표면처리 방법, 및 상기 방법에 의해 제조된 방열 아연도금강판에 관한 것이다.
탄소 가스에 의한 지구 온난화 방지의 관점에서, 산업용, 생활 관리용을 막론하고 모든 기기류의 에너지 절약화가 진행되고 있다. 일 예로서, 열 교환 효율을 향상시키는 것에 의해 소비전력을 저감하여 전기 부품의 수명 연장을 위한 시도가 이루어지고 있다. 특히, 냉장고의 대형화나 퍼스널 컴퓨터의 연산 속도의 향상에 의해, 압축기나 CPU(중앙 처리 장치)로부터의 발열량이 증대하는 경향이 있어, 내부에서 발생하는 열을 조속히 외부로 방산시키는 것이 요구되고 있다.
기기 내부 온도가 상승하게 되면, 반도체 소자의 오작동, 저항체 부품의 특성 변화 및 부품의 수명이 저하되는 문제가 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 강판에 방열특성을 부여하려는 시도가 이루어지고 있다.
예를 들면, 카본블랙 또는 티타니아와 같은 적외선 파장영역에서 열방사율이 우수한 안료를 고분자수지에 혼합하여 강판에 도막을 형성함으로써 강판에 흡열 또는 방열특성을 부여하는 기술이 제안되어 왔으나, 상기 기술은 우수한 흡열 또는 방열특성을 얻기 위해 안료가 다량 포함되어야 하며, 이로 인해 도막 두께를 두껍게 해야하므로 제조비가 상승하며, 전기 저항이 증가하는 문제가 있다. 전자기기로부터 발생하는 전자기파를 방지하기 위해서는 전자파 실드성, 즉 저항치가 낮은 정전기 어스(earth)성이 필요하므로 강판 표면의 우수한 전기전도성이 요구된다.
또한, 표면 전기전도성과 전자기파 차폐성을 갖는 강판을 제조하기 위하여, 금속을 함유하는 수지조성물로 코팅하여 방열성 강판을 제조하는 기술이 제안되어 왔으나, 상기 기술은 수지 조성물로서 유기 용제를 사용하므로 공정시 다량의 휘발성 유기화합물을 방출하게 되며, 도막의 두께가 20~30㎛로 두꺼워지는 문제가 있다.
환경의 중요성에 대한 인식의 증가로 인하 환경의 규제가 심화되고 있고, 휘발성 유기화합물 배출량에 따른 별도의 휘발성 유기화합물 저감 설비가 필요하게 되어 에너지 소비 증가를 유발하게 되는 문제점 및 한계점은 여전히 존재하고 있다.
한편, 최근 LED의 보급으로 LCD TV 등의 CCFL backlight를 LED backlight로 대체하고 있는 추세이므로, 강판에 대한 방열특성의 요구는 점점 확대되고 있다. LED의 경우, 전류가 흐를 때 빛을 방출하지만 빛 에너지로 바뀌지 못하는 부분은 열 에너지로 함께 방출하게 된다. 이 대 특정 온도 이상의 열이 발생하게 되면, LED의 수명이 급격히 저하되는 문제가 있다. 이러한 이유로 강판에 대한 우수한 방열특성이 요구되고 있으며, 기존의 방열수지 조성물로는 LED 모율에 대한 방열 효과에는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 우수한 방열성, 전기전도성 및 내식성을 가지며, 휘발성 유기화합물을 함유하지 않는 방열수지 조성물, 상기 방열수지 조성물을 이용한 아연도금강판의 표면처리 방법, 및 상기 방법에 의해 제조된 방열 아연도금강판을 제공하고자 한다.
일 측면에 따르면,
방열수지 조성물 100 중량부에 대하여, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 에스테르계 수지 및 올레핀계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수용성 수지 30 내지 90 중량부;
그래파이트, 카본나노튜브, 카본블랙, 산화알루미늄, 산화아연, 인듐주석산화물, 알루미늄아연산화물, 티타늄산화물, 붕화물 및 질화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 안료 3 내지 20 중량부;
유기인산화합물, 인산화합물, 유기티타늄화합물, 바나듐화합물, 유기실란화합물, 실리카화합물, 왁스 및 아민화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제 0.1 내지 20 중량부; 및
잔량의 용매를 포함하는 방열수지 조성물이 개시된다.
다른 측면에 따르면,
상기 방열수지 조성물을 아연도금강판에 도포하는 단계; 및
아연도금강판에 도포된 방열수지 조성물을 건조하는 것에 의해 방열수지 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 아연도금강판의 표면처리 방법이 개시된다.
다른 측면에 따르면,
상기 방법에 의해 제조된 방열 아연도금강판이 개시된다.
상기 방법에 따라 제조된 방열 아연도금강판은 휘발성 유기화합물을 함유하고 있지 않아 친환경적이며, 방열성, 전기전도성 및 내식성이 현저히 우수하다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예에서 사용된 방열특성 평가 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예에서 사용된 전기아연도금강판의 방열특성을 측정한 그래프를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 15에 따른 방열 전기아연도금강판의 방열특성을 측정한 그래프를 나타낸다.
도 4는 비교예 3에 따른 강판의 방열특성을 측정한 그래프를 나타낸다.
본 명세서에 달리 정의되어 않는 한, 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 당업계에 통상의 기술자가 통상적으로 이해하는 바와 같은 의미를 가진다. 본 명세서에 포함되는 용어를 포함하는 다양한 과학적 사전이 잘 알려져 있고, 당업계에서 이용가능하다. 비록 본 명세서에 설명된 것과 유사 또는 등가인 임의의 방법 및 물질이 본원의 실행 또는 시험에 사용되는 것으로 발견되나, 몇몇 방법 및 물질이 설명되어 있다. 당업자가 사용하는 맥락에 따라, 다양하게 사용될 수 있기 때문에, 특정 방법학, 프로토콜 및 시약으로 본 발명을 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단수형은 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않으면 복수의 대상을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 달리 언급되지 않는 한, "또는"은 "및/또는"을 의미한다. 더욱이, 용어 "포함하는" 뿐만 아니라, 다른 형태, 예를 들어, "가지는", "이루어지는" 및 "구성되는"는 제한적이지 않다.
수치 범위는 상기 범위에 정의된 수치를 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최대의 수치 제한은 낮은 수치 제한이 명확히 씌여져 있는 것처럼 모든 더 낮은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최소의 수치 제한은 더 높은 수치 제한이 명확히 씌여져 있는 것처럼 모든 더 높은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 수치 제한은 더 좁은 수치 제한이 명확히 씌여져 있는 것처럼, 더 넓은 수치 범위 내의 더 좋은 모든 수치 범위를 포함할 것이다.
본 명세서에 제공된 제목은 다양한 면 또는 전체적으로 명세서의 참조로서, 하기의 구현예를 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다.
일 구현예에 따르면, 우수한 방열특성을 가진, 친환경적인 수성 방열수지 조성물(이하, "방열수지 조성물"이라 한다)이 제공된다. 상기 방열수지 조성물은 수용성 수지, 안료, 첨가제 및 잔부의 용매를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된, 용어 "방열특성"은 도금 강판이나 도장 강판 전체로서, 또는 도장 강판을 재료로서 가전제품 등의 본체에 조립하였을 때 고온으로부터 저온으로의 방열 효과의 정도를 의미한다.
상기 구현예에서, 수용성 수지는 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로 선택될 수 있다.
상기 우레탄계 수지는 자기가교결합성 폴리우레탄 디스퍼젼 수지, 예를 들면, 디에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리메티롤프로판트리아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트 및 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 우레탄계 수지의 분자량은 5,000 내지 2,000,000일 수 있다. 상기 우레탄계 수지의 분자량이 5,000 미만인 경우 가공성이 저하될 수 있으며, 2,000,000을 초과하는 경우 용액의 안정성이 감소하고, 방열수지 조성물의 점도가 상승하여 작업성을 저하시킬 수 있다.
상기 아크릴계 수지는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 이소프로필(메타)아크릴릴레이트, 노르말부틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 스테아릴(메타)아크릴레이트, 및 히드록시부틸(메타)아크릴레이트 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아크릴계 수지의 분자량은 50,000 내지 2,000,000일 수 있다. 상기 아크릴계 수지의 분자량이 50,000 미만인 경우 가공성이 저하될 수 있으며, 2,000,000을 추과하는 경우 용액의 안정성이 감소하고, 방열수지 조성물의 점도가 상승하여 작업성을 저하시킬 수 있다.
상기 에폭시계 수지는 비스페놀 A형 수지, 비스페놀 F형 수지, 및 노볼락 수지 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 에폭시계 수지의 분자량은 500 내지 25,000일 수 있다. 상기 에폭시계 수지의 분자량이 500 미만인 경우 가교 밀도가 높아져 가공성이 저하될 수 있으며, 25,000을 초과하는 경우 수용화가 어렵고, 가교 밀도가 감소되어 내식성이 저하될 수 있다.
상기 에스테르계 수지는 무수말레인산, 이소프탈산, 테레프탈산, 테트라하이드로무수프탈산, 메칠테트라히드로무수프탈산, 아디핀산, 피밀산으로부터 제조되는 폴리에스테르 수지 및 에틸렌글리콜 변성 에스테르 수지, 프로필렌렌글리콜 변성 에스테르 수지, 및 네오펜틸글리콜 변성 에스테르 수지 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 에스테르계 수지의 분자량은 5,000 내지 15,000일 수 있다. 상기 에스테르계 수지의 분자량이 5,000 미만인 경우 가고 밀도가 높아져 가공성이 저하될 수 있으며, 15,000을 초과하는 경우 가격이 상승하고, 내식성이 저하될 수 있다.
상기 올레핀계 수지는 폴리에틸렌, 비닐 변성 폴리에틸렌 수지, 폴리비닐부틸렌 수지, 염화비닐 공중합체 수지, 초산비닐공중합체 수지, 및 폴리비닐알코올 수지 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 올레핀 수지의 분자량은 500,000 내지 2,000,000일 수 있다. 상기 올레핀계 수지의 분자량이 500,000 미만인 경우 가교 밀도가 높아져 가공성이 저하될 수 있으며 2,000,000를 초과하는 경우 수용화가 어렵고, 수지의 침강이 발생하며, 내석성이 저하될 수 있다.
상기 수용성 수지는 방열수지 조성물 100 중량부에 대하여 30 내지 90 중량부, 또는 50 내지 80 중량부의 양으로 배합될 수 있다.
일 실시예에서, 자기가교결합성 폴리우레탄디스퍼전 수지와, 그 외의 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 에스테르계 수지 및 올레핀계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수지를 혼합하여 사용하였다.
일반적으로 사용되는 수분산폴리우레탄 수지의 경우, 가열에 의해 약간의 자기가교가 이루어질 수 있으나, 가교가 불충분하기 때문에 수지피막의 내식성과 내용제성이 저하되는 문제가 있다. 상기 문제점을 보완하기 위하여, 에폭시화합물, 아민류, 다가알코올, 다염기산, 이소시아네이트 등과 같은 경화제가 사용되고 있으나, 이러한 경화제를 사용하는 경우, 저장안정성이 저하되며, 또한 상기 경화제의 충분한 가교를 위해 오랜 시간 동안 높은 반응온도에서 반응을 수행하여야 하므로, 베이킹 시간이 30초 이하에서 수행되는 표면처리강판용 수지에서는 적합하지 않다.
따라서, 본 발명자들은 종래의 무기물 대신에 다관능성아크릴모노머를 사용하여 합성되는 자기가교결합성 폴리우레탄디스퍼전 수지를 사용하는 것에 의해, 수분산폴리우레탄 수지의 화학적 가교밀도를 증가시키고 건조시 신속한 가교결합이 이루어질 수 있도록 하였다.
상기 구현예에서, 안료는 방열특성을 갖는 한, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 안료는 그래파이트, 카본나노튜브, 카본블랙, 산화알루미늄, 산화아연, 인듐주석산화물, 알루미늄아연산화물, 알루미늄산화물, 나노티타늄산화물, 붕화물, 및 질화물 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 안료는 방열수지 조성물 100 중량부에 대하여 3 내지 20 중량부, 또는 5 내지 12 중량부의 양으로 배합될 수 있다. 상기 안료의 양이 1 중량부 미만인 경우 방열특성을 얻기 어려우며, 20 중량부를 초과하는 경우 용액의 안정성이 감소되고, 내식성이 저하될 수 있다.
상기 안료는 평균 입자 직경이 10㎛ 이하, 또는 나노(nm) 크기일 수 있다. 상기 안료의 평균 입자 직경이 10㎛를 초과하는 경우 수지 도막의 제반 물성이 저하될 수 있다.
상기 구현예에서, 첨가제는 유기인산화합물, 인산화합물, 유기인산화합물, 유기티타늄화합물, 바나듐화합물, 유기실란화합물, 실리카화합물, 왁스, 아민화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
예를 들면, 상기 유기인산화합물 및 인산화합물은 1-히드록시에틸렌-1,1-디포스포닉산, 인산암모늄, 일인산나트륨, 2인산나트륨, 3인산나트륨 및 인산아연으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유기티타늄화합물은 테트라에틸 티타네이트, 테트라이소프로필 티타네이트, 티타늄 아세틸아세토네이트 및 폴리부틸 티타네이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 바나듐화합물은 암모늄바나데이트 및 바나듐 아세틸아세토네이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유기실란화합물 및 실리카화합물은 감마-글리시독시프로필트리메톡시 실란, 베타-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시 실란, 3-메타글리옥시프로필트리메톡시 실란, 3-아미노프로필트리에폭시실란, 콜로이달 실리카 및 리튬폴리실리케이트로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 왁스는 폴리에틸렌 왁스, 테프론 왁스 및 폴리올레핀 왁스로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아민화합물은 트리에틸아민 및 트리에탄올아민으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 첨가제는 방열수지 조성물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부, 또는 3 내지 12 중량부의 양으로 배합될 수 있다. 상기의 범위 내에서, 상기 첨가제는 방열수지 조성물의 내식성, 용액 안정성, 가공성 및 점도 조절 등의 기능을 향상시킬 수 있다.
선택적으로, 상기 방열수지 조성물은 방열수지 조성물 내의 기포를 제거하기 위하여 소포제를 더욱 포함할 수도 있다. 상기 소포제는 실리콘계 물질이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 소포제는 디메틸실리콘, 실리콘, 폴리디메틸실록산, 폴리메틸실록산, 플루오로실리콘 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 소포제는 방열수지 조성물 100 중량부에 대하여 0.2 중량부 이하, 또는 0.1 중량부 이하의 양으로 배합될 수 있다.
상기 구현예에서, 용매는 순수 또는 자일렌, 에틸렌 아세테이트, 메틸아세테이트, 셀루솔브아세테이트, 에 틸아세테이트, 부틸아세테이트, 톨루엔, 테트라하이드로퓨란, 이황화탄소, 클로로포름, 트리클로로에틸렌, 노말헥산, 디클로로메탄, 메탄올, 에탄올, 메틸시클로헥사논, 메틸시클로헥사놀, 메틸부틸케톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 1-부탄올, 2-부탄올, 시클로헥사논, 시클로헥사놀, 아세톤, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 미네랄 스피리트, 크레졸, 벤젠, 클로로벤젠, 크실렌, 테트라클로로에틸렌, 테트라하이드로퓨란, 에틸에테르, 메틸알콜, 에틸알콜, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, N.N-디메틸포름아미드, 오르토-디클로로벤젠, 이소펜틸알콜, 이소프로필알콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 용매의 함량에 따라 방열수지 조성물의 점도가 조절되고, 용매의 함량은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자가 원하는 점도에 따라 적절히 조절될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 포드 컵(Ford Cup) #4에서 배출되는데 10 내지 30초가 소요되는 정도의 점도가 되는 양으로 사용될 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 방열수지 조성물을 이용한 아연도금강판의 표면처리 방법이 제공된다. 상기 방법은 방열수지 조성물을 아연도금강판에 도포하는 단계 및 아연도금강판에 도포된 방열수지 조성물을 건조하는 것에 의해 방열수지 코팅층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 아연도금강판은 전기아연 도금강판(electrogalvanized steel, EG), 용융아연 도금강판(galvanizing steel, GI), 합금화 용융아연 도금강판(galvannealed steel, GA)로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 방열수지 조성물은 500 내지 3,000 mg/m2, 또는 800 내지 2,500 mg/m2의 양으로 아연도금강판의 일면 또는 양면에 도포될 수 있다. 상기 도포 방법은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자가 수행하기에 용이하게 적절히 선택될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 방열수지 조성물은 바-코더 방법 또는 롤코우터 방법에 의해 상기 아연도금강판에 도포될 수 있다.
상기 아연도금강판에 도포된 방열수지 조성물은 저온경화가 가능한 것으로, PMT(Peak Metal Temperature) 온도에서 건조될 수 있다. 예를 들면, 150 내지 190℃, 또는 170 내지 180℃의 온도에서 건조될 수 있다.
상기 건조 방법은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자가 수행하기에 용이하게 적절히 선택될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 방열수지 조성물은 연풍가열방법 또는 유도가열방법에 의해 건조될 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 방열수지 조성물을 이용하여 제조된 방열 아연도금강판이 제공된다.
일 예로서, 방열 전기아연도금강판은 상기 방열수지 조성물 1,200 mg/m2을 전기아연도금강판에 바-코팅한 후, PMT 170℃에서 건조시키는 것에 의해 제조될 수 있다.
상기 구현예에 따라 제조된 방열 아연도금강판은 휘발성 유기화합물을 함유하고 있지 않아 친환경적이며, 방열성, 전기전도성 및 내식성이 현저히 우수하다.
따라서, 전자기기, 예를 들면, 에어컨디셔너, 조명기구, 냉장고 등의 가전제품, 퍼스널 컴퓨터 및 복사기 등의 OA 기기, 텔레비젼 및 비디오 등의 AV 기기, 자동차 전장 품, 기타 산업용 및 생활 관련용 전자 기기류에 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 다양한 실시예를 제시한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명의 보호범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
1. 아연도금강판
강판으로는 두께가 0.6mm이고 편면 도금량 20g/m2로 양면에 아연도금된 전기아연도금강판 (electrogalvanized steel, EG)을 사용하였다.
2. 방열수지 조성물 및 시편의 제조
방열수지 조성물 100 중량부에 대하여 수지 조성물, 안료 및 첨가제를 하기의 표 1에 나타낸 함량으로 배합하였다. 여기서, 하기의 표 1에 나타낸 각 성분들의 함량은 특별한 기재가 없는 한 중량부를 나타낸다. 그 다음, 약 800 rpm 속도의 고속교반기로 10분 동안 교반하였다. 순수를 이용하여 포드 컵(Ford Cup #4, DIN 53211)에서 배출되는데 약 11초의 시간이 소요되도록 점도를 조절하였다.
상기 제조된 방열수지 조성물을 상기 전기아연도금강판에 약 1,200mg/m2의 양으로 바-코팅하고, PMT 170℃에서 건조시키는 것에 의해 방열 전기아연도금강판을 제조하였다.
비교예 1로는 A사의 전기아연도금강판(두께 0.6mm, 코팅층은 에스테르계 수지층), 비교예 2로는 B사의 전기아연도금강판(두께 0.6mm, 코팅층은 에스테르계 및 멜라민계 수지층), 비교예 3로는 C사의 전기아연도금강판(두께 0.6mm, 코팅층은 올레핀계 수지층)이 사용되었다.
구분 수용성 수지 안료 첨가제
자기가교결합성 폴리우레탄디스퍼전 / 아크릴-폴리우레탄디스퍼전 변성 아크릴수지 / 아크릴에멀전수지 카본나노튜브 / 그래파이트 알루미늄아연산화물 / 티타늄산화물 유기인산화합물 / 유기티타늄화합물 바나듐화합물 / 실리카화합물
실시예 1 10 / 0 10 / 0 5 / 1 1 / 0 3 / 2 1 / 2
실시예 2 20 / 0 10 / 0 5 / 1 1 / 0 3 / 2 1 / 2
실시예 3 40 / 10 40 / 2 3 / 1 1 / 0 1 / 1 0 / 0
실시예 4 30 / 20 30 / 10 3 / 1 1 / 1 1 / 1 1 / 0
실시예 5 40 / 0 5 / 0 5 / 1 1 / 0 3 / 2 1 / 2
실시예 6 40 / 0 10 / 0 5 / 1 1 / 0 3 / 2 1 / 2
실시예 7 50 / 10 15 / 5 3 / 1 1 / 1 1 / 1 1 / 0
실시예 8 50 / 10 20 / 5 3 / 1 1 / 1 1 / 1 1 / 0
실시예 9 50 / 0 10 / 0 5 / 1 1 / 1 3 / 2 1 / 2
실시예 10 50 / 10 10 / 0 5 / 1 1 / 1 2 / 1 0 / 2
실시예 11 60 / 0 20 / 0 1 / 0 0 / 0 3 / 2 2 / 2
실시예 12 50 / 10 20 / 0 1 / 0 1 / 0.5 3 / 2 2 / 2
실시예 13 40 / 10 20 / 0 8 / 4 6 / 4 2 / 1 1 / 1
실시예 14 40 / 10 20 / 0 7 / 4 7 / 4 2 / 1 1 / 1
실시예 15 50 / 0 20 / 5 5 / 1 3 / 2 1 / 0 0 / 1
실시예 16 50 / 0 20 / 5 5 / 1 3 / 2 5 / 2 1 / 3
실시예 17 55 / 0 20 / 0 3 / 2 5 / 1 8 / 5 3 / 5
실시예 18 70 / 0 5 / 0 5 / 1 3 / 1 3 / 2 1 / 2
실시예 19 60 / 5 15 / 0 5 / 1 3 / 1 3 / 2 1 / 2
3. 물성평가
1) 방열특성
방열특성 평가는 도 1의 시험장치를 제작하여 측정하였다. 도 1의 시험장치의 외부는 10mm 투명아크릴(100)로 제작하였으며, 윗부분은 열고 닫을 수 있도록 하고, 내부에 테스트용 코팅 강판을 놓을 수 있는 지지대(500)를 설치하였다. 또한 하부 바닥면은 작은 홀을 여러 개 뚫어서 팽창된 공기가 빠져나갈 수 있도록 하였으며, 바닥면에는 장치를 지지하는 다리(600)를 설치하였다. 히터로 작용하는 발열체는 TV용 바형 LED 모듈(200)을 사용하였으며, LED 모듈의 측면 즉 알루미늄 합금으로 이루어진 metal PCB 측면에 thermo couple(300)을 고정하여 LED 모듈의 온도 변화를 측정할 수 있도록 하였다. 코팅된 방열강판 시편(400)은 시편 끝부분에 LED 모듈과 스크류 체결하여 열이 전달되도록 고정한 후 시험장치에 넣고 LED 모듈의 온도 변화를 측정하였다. 시험장치의 크기는 160 x 200 x 60mm로 하였다.
상기 제조된 방열 전기아연도금강판 시편을 145 x 175mm 크기로 만든 후 LED 모듈과 스크류 체결하여 장치에 넣고 LED 모듈에 195mA의 일정한 전류를 통하여 40분간의 온도를 측정하였다. 방열특성은 코팅처리하지 않은 상기 EG 강판에 대한 코팅강판의 40분 후의 LED 부분의 온도 차이 (ΔT)를 계산하여 평가하였다. 무처리 EG 강판의 40분 후의 LED 온도는 84℃였다.
한편, 무처리 EG 강판의 방열특성을 측정한 시간에 따른 온도 그래프를 도 2에 나타내었으며, 실시예 15에서 제조된 방열 EG 강판의 시간에 따른 온도 그래프를 도 3에 나타내었으며, 그리고 비교예 3에서 제조된 강판의 시간에 따른 온도 그래프를 도 4에 나타내었다. 상기 도 2 내지 4에서, 가장 윗부분의 붉은색 그래프가 LED 모듈의 온도를 나타낸다.
2) 내식성
평판내식성은 ASTM B117에 규정한 방법에 의해 염수분무 시험을 행한 후 방열코팅강판의 내식성을 측정하고, 평점은 5% 백청 발생까지의 시간으로 하기의 기준에 따라 평가하였다.
[평가기준]
우수 : 120 시간 후 백청 발생 면적 5% 미만,
양호 : 72 내지 120 시간 후 백청 발생 면적 5% 미만,
미흡 : 48 내지 72 시간 후 백청 발생 면적 5% 미만,
불량 : 48 시간 후 백청 발생 면적 5% 이상
그 결과를 하기의 도 2에 나타내었다.
3)전기전도성
표면전기전도도는 LORESTA GP (미쯔비씨㈜) 4침법으로 측정하였고, 145x175mm 시편을 10회 반복 측정하여 평균값으로 평가하였다.
[평가기준]
우수 : 0.1Ω 미만, 양호 : 1Ω 미만, 불량 : 1Ω 이상
그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.
4)내용제성
방열 전기아연도금강판 시편을 75x150mm 크기로 만든 후 메틸에틸케톤을 적신 가제를 입혀 설치한 rubbing 기기로 1Kgf의 힘으로 문지를 때 도막이 박리될 때까지의 횟수로 판정했다.
[평가기준]
우수 : 20회 이상, 양호 : 10~20회, 미흡 : 5~10회, 불량 : 5회 이하
그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.
5)용액안정성
상기에서 제조된 방열수지 조성물을 50℃의 항온 장치 내에 2주간 저장 한 후 조성물의 점도상승, 겔화 및 침전 등의 상태를 관찰하고 하기의 기준에 따라 평가하였다.
[평가기준]
우수 : 조성물을 점도상승, 겔화 및 침전 등의 변화가 없음,
양호 : 조성물의 5% 이내의 점도 상승의 변화만 관찰됨,
불량 : 조성물의 5% 이상의 점도 상승, 겔화 및 침전 등의 변화가 일어남.
그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.
6)작업성
수지피복강판 제조 공정 중 제조 라인에서 롤코팅에 의한 균일한 표면 외관을 갖도록 각 롤들의 회전방향과 속도, 압력 등을 변화시켜 코팅층의 두께를 제어하는 과정에서 균일한 표면 외관을 나타내는 정도에 따라 평가하였다.
[평가기준]
우수 : 롤마크 없음, 양호 : 미세한 롤마크 있음, 불량 : 롤마크 많음
그 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.
구분 방열온도
(ΔT, ℃)		 내식성 전기전도성 내용제성 용액안정성 작업성
실시예 1 5.2 불량 우수 불량 양호 양호
실시예 2 5.1 불량 우수 불량 양호 양호
실시예 3 4.5 우수 불량 우수 우수 우수
실시예 4 4.8 우수 불량 우수 우수 우수
실시예 5 5.6 미흡 우수 미흡 양호 양호
실시예 6 5.5 양호 우수 미흡 양호 양호
실시예 7 5.4 우수 우수 우수 우수 양호
실시예 8 5.5 우수 양호 우수 우수 우수
실시예 9 5.9 양호 우수 양호 양호 양호
실시예 10 5.8 우수 우수 양호 우수 양호
실시예 11 3.2 우수 불량 우수 양호 우수
실시예 12 3.5 우수 양호 우수 양호 우수
실시예 13 6.8 미흡 우수 불량 양호 불량
실시예 14 6.7 미흡 우수 불량 양호 불량
실시예 15 6.2 양호 우수 양호 우수 양호
실시예 16 6.7 우수 우수 양호 양호 양호
실시예 17 6.5 우수 우수 우수 불량 양호
실시예 18 6.6 우수 우수 우수 우수 우수
실시예 19 6.6 우수 우수 우수 우수 우수
비교예 1 3.8 미흡 우수 양호 - -
비교예 2 4.5 양호 우수 미흡 - -
비교예 3 2.0 양호 우수 우수 - -
표 2 및 도 2 내지 4로부터, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 19는 박막 코팅층을 형성함에도 불구하고 비교예 1 내지 3에 비하여 현저히 우수한 방열특성을 나타낸다. ΔT 4℃ 이상이면 방열특성이 양호한 것으로 볼 수 있다.
구체적으로, 실시예 1 및 2는 수용성 수지의 함량을 30 중량부 이하로 포함하는 방열수지 조성물로 표면처리된 아연도금강판으로 방열특성은 양호하나 내식성, 내용제성 등이 저조하였다. 실시예 3 및 4는 수용성 수지의 함량을 90 중량부 이상으로 포함하는 방열수지 조성물로 표면처리된 아연도금강판으로 방열특성 및 내식성은 우수하나 전기전도성은 저조하였다. 실시예 11 및 12는 안료의 함량을 2.5 중량부 이하로 포함하는 방열수지 조성물로 표면처리된 아연도금강판으로 방열특성 및 전기전도성이 저조하였다. 실시예 13 및 14는 안료의 함량을 20 중량부 이상으로 포함하는 방열수지 조성물로 표면처리된 아연도금강판으로 방열특성은 우수하나 내식성, 내용제성 및 작업성 등이 저조하였다. 실시예 17는 첨가제의 함량을 20 중량부 이상으로 포함하는 방열수지 조성물로 표면처리된 아연도금강판으로 방열특성, 평판내식성, 전기전도성, 내용제성 등이 우수하나 저장 안정성이 저조한 특성을 나타내었다.
실시예 7 내지 10, 15, 16, 18 및 19는 우수한 내식성, 전기전도성, 내용제성, 용액안정성, 작업성과 ΔT 5℃ 이상의 우수한 방열특성을 나타내었다.
한편, 비교예 1 내지 3의 강판은 본 발명에 비해 방열특성 뿐만 아니라, 내식성, 전기전도성 및 내용제성도 미흡한 결과를 나타내었다.
이상 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.
100 : 투명아크릴
200 : LED 모듈
300 : thermo couple
400 : 코팅된 발열 전기아연도금강판 시편
500 : 지지대
600 : 다리

Claims (13)

  1. 방열수지 조성물 100 중량부에 대하여, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 에스테르계 수지 및 올레핀계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수용성 수지 30 내지 90 중량부;
    그래파이트, 카본나노튜브, 카본블랙, 산화알루미늄, 산화아연, 인듐주석산화물, 알루미늄아연산화물, 티타늄산화물, 붕화물 및 질화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 안료 3 내지 20 중량부;
    유기인산화합물, 인산화합물, 유기티타늄화합물, 바나듐화합물, 유기실란화합물, 실리카화합물, 왁스 및 아민화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제 0.1 내지 20 중량부; 및
    잔량의 용매를 포함하는, 방열수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수지 조성물은 자기가교결합성 폴리우레탄 디스퍼젼 수지인 것인, 방열수지 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자기가교결합성 폴리우레탄 디스퍼젼 수지는 디에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리메티롤프로판트리아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타아크릴레이트 및 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 것인, 방열수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 안료의 평균 입자 직경은 10㎛ 이하인 것인, 방열수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 1-히드록시에틸렌-1,1-디포스포닉산, 인산암모늄, 일인산나트륨, 2인산나트륨, 3인산나트륨, 테트라에틸 티타네이트, 테트라이소프로필 티타네이트, 티타늄 아세틸아세토네이트, 폴리부틸 티타네이트, 암모늄바나데이트, 바나듐 아세틸아세토네이트, 감마-글리시독시프로필트리메톡시 실란, 베타-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시 실란, 3-메타글리옥시프로필트리메톡시 실란, 3-아미노프로필트리에폭시실란, 콜로이달 실리카, 리튬폴리실리케이트, 폴리에틸렌 왁스, 테프론 왁스, 폴리올레핀 왁스, 트리에틸아민, 트리에탄올아민으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것인, 방열수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방열수지 조성물은 실리콘계 소포제를 더욱 포함하는 것인, 방열수지 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소포제는 디메틸실리콘, 실리콘, 폴리디메틸실록산, 폴리메틸실록산 및 플루오로실리콘으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것인, 방열수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 잔량의 용매는 순수, 자일렌, 에틸렌 아세테이트, 메틸아세테이트, 셀루솔브아세테이트, 에 틸아세테이트, 부틸아세테이트, 톨루엔, 테트라하이드로퓨란, 이황화탄소, 클로로포름, 트리클로로에틸렌, 노말헥산, 디클로로메탄, 메탄올, 에탄올, 메틸시클로헥사논, 메틸시클로헥사놀, 메틸부틸케톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 1-부탄올, 2-부탄올, 시클로헥사논, 시클로헥사놀, 아세톤, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 미네랄 스피리트, 크레졸, 벤젠, 클로로벤젠, 크실렌, 테트라클로로에틸렌, 테트라하이드로퓨란, 에틸에테르, 메틸알콜, 에틸알콜, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, N.N-디메틸포름아미드, 오르토-디클로로벤젠, 이소펜틸알콜 및 이소프로필알콜로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것인, 방열수지 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방열수지 조성물을 아연도금강판에 도포하는 단계; 및
    아연도금강판에 도포된 방열수지 조성물을 건조하는 것에 의해 방열수지 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 방열수지 조성물을 이용한 아연도금강판의 표면처리 방법으로,
    상기 방열수지 조성물은 방열수지 조성물 100 중량부에 대하여, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 에스테르계 수지 및 올레핀계 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수용성 수지 20 내지 90 중량부;
    그래파이트, 카본나노튜브, 카본블랙, 산화알루미늄, 산화아연, 인듐주석산화물, 알루미늄아연산화물, 티타늄산화물, 붕화물 및 질화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 안료 1 내지 20 중량부;
    유기인산화합물, 인산화합물, 유기티타늄화합물, 바나듐화합물, 유기실란화합물, 실리카화합물, 왁스 및 아민화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제 0.1 내지 20 중량부; 및
    잔량의 용매를 포함하는 것인, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 아연도금강판은 전기아연 도금강판(electrogalvanized steel, EG), 용융아연 도금강판(galvanizing steel, GI) 및 합금화 용융아연 도금강판(galvannealed steel, GA)으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것인, 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 방열수지 조성물은 500 내지 3,000 mg/m2의 양으로 아연도금강판의 일면 또는 양면에 도포되는 것인, 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 아연도금강판에 도포된 방열수지 조성물은 150 내지 190℃의 PMT(Peak Metal Temperature) 온도에서 건조되는 것인, 방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제조된, 방열 아연도금강판.



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