KR20130117044A - Composition for thermal conducting coating layer and method for fabricating the thermal conducting coating layer - Google Patents

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KR20130117044A
KR20130117044A KR1020120039697A KR20120039697A KR20130117044A KR 20130117044 A KR20130117044 A KR 20130117044A KR 1020120039697 A KR1020120039697 A KR 1020120039697A KR 20120039697 A KR20120039697 A KR 20120039697A KR 20130117044 A KR20130117044 A KR 20130117044A
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Abstract

PURPOSE: A composition for formation of heat conductive coating layer is provided to have excellent mechanical property, corrosion resistance, and heat conductivity, and to improve the heat transfer characteristic of a heat exchanger. CONSTITUTION: A composition for formation of heat conductive coating layer comprises: the ceramic sol in which ceramic nanoparticles combined with organic functional silane compound are dispersed in water; a cross-linking agent; and the carbon group heat conductive filler. A manufacturing method of the composition for formation of heat conductive coating layer comprises: a step of hydrolyzing the organic functional silane compound under water (S1); and a step of forming an organic-inorganic mixed dispersion through a condensation reaction by adding the aqueous ceramic sol, the cross-linking agent, and the carbon group heat conductive filler to the product of hydrolysis (S2). [Reference numerals] (S1) Hydrolysis step; (S2) Condensation reaction step

Description

열전도성 코팅층 형성용 조성물 및 이의 제조방법{Composition for thermal conducting coating layer and method for fabricating the thermal conducting coating layer} Composition for thermal conducting coating layer and method for fabricating the thermal conducting coating layer}

본 발명은 열전도성 코팅층 형성용 조성물 및 이의 제조방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 기계적 물성, 내부식성 및 열전도도가 우수한 열전도성 코팅층 형성용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for forming a thermally conductive coating layer and a method for manufacturing the same, and more particularly to a composition for forming a thermally conductive coating layer excellent in mechanical properties, corrosion resistance and thermal conductivity and a method for producing the same.

졸-겔법(sol-gel)에 의할 시 금속 알콕사이드를 전구체로 사용하여 몇 단계의 화학반응을 통해 높은 화학적 균일성을 가지는 조성물을 얻을 수 있다. 이러한 졸-겔법에 의해 제조된 조성물은 스핀 코팅법, 담금 코팅법 등에 의해 소재의 표면에 코팅되어 소재가 갖지 못하던 새로운 기능을 상기 소재의 표면에 부여할 수 있다. 예를 들어 이러한 코팅층을 형성함으로써 소재 표면의 기계적 특성 또는 화학적 특성의 개선을 구현할 수 있으며, 따라서 이러한 코팅층을 적절하게 구현하는 기술은 소재의 고부가가치화에 매우 중요한 기술이다(B.D fabes et al., Journal of Non-Crystalline Solids, Volume 121, Issues 1-3, 1 May 1990, Pages 348-356).In the sol-gel method, a metal alkoxide may be used as a precursor to obtain a composition having high chemical uniformity through several chemical reactions. The composition prepared by the sol-gel method may be coated on the surface of the material by spin coating, dip coating, or the like to impart new functions to the surface of the material that the material did not have. For example, by forming such a coating layer, improvements in the mechanical or chemical properties of the surface of the material can be realized, and therefore, a technique for properly implementing such a coating layer is a very important technique for high value-adding of materials (BD fabes et al., Journal of Non-Crystalline Solids, Volume 121, Issues 1-3, 1 May 1990, Pages 348-356).

본 발명은 소재의 표면에 높은 열전도도를 가지는 열전도용 코팅층을 제조할 수 있는 열전도성 코팅층 형성용 조성물의 제공을 목적으로 한다. 또 한 본 발명은 이러한 조성물을 이용하여 소재의 표면에 열전도성 코팅층을 형성하는 방법 및 이러한 열전도성 코팅층이 형성된 열전도체 구조물의 제공을 또 다른 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.An object of the present invention is to provide a composition for forming a thermally conductive coating layer capable of producing a thermally conductive coating layer having a high thermal conductivity on the surface of a material. In another aspect, the present invention is to provide a method for forming a thermally conductive coating layer on the surface of the material using such a composition and to provide a thermal conductor structure in which the thermally conductive coating layer is formed. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.

본 발명의 일 관점에 따르면, 유기관능성 실란 화합물이 결합된 세라믹 나노입자가 수중에 분산된 세라믹 졸; 가교제; 및 탄소계 열전도성 필러;를 포함하는 열전도성 코팅층 형성용 조성물이 제공된다.According to an aspect of the present invention, a ceramic sol in which ceramic nanoparticles to which an organofunctional silane compound is bonded is dispersed in water; A crosslinking agent; And a carbon-based thermally conductive filler. A composition for forming a thermally conductive coating layer is provided.

이때 상기 조성물에는 전체 조성물 총 중량 중 상기 세라믹 나노입자가 1 내지 50중량%, 상기 유기관능성 실란 화합물이 1 내지 50 중량%, 상기 가교제가 0.5 내지 10중량%, 물이 40 내지 95중량%, 상기 탄소계 열전도성 필러가 0.2 내지 5중량% 포함될 수 있다.In this composition, 1 to 50% by weight of the ceramic nanoparticles, 1 to 50% by weight of the organofunctional silane compound, 0.5 to 10% by weight of the crosslinking agent, 40 to 95% by weight of water, 0.2 to 5% by weight of the carbon-based thermally conductive filler may be included.

이때 상기 유기관능성 실란 화합물은 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란(3-glycidoxypropyltrimethoxy silane), 3-글리시독시프로필트리에톡시 실란(3-glycidoxypropyltriethoxy silane), 3-글리시독시프로필메틸디메톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldimethoxy silane), 3-글리시독시프로필메틸디에톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldiethoxy silane), 메틸트리메톡시 실란(methyltrimethoxy silane), 메틸트리에톡시 실란(methyltriethoxysilane), 에틸트리메톡시 실란(ethyltrimethoxy silane), 에틸트리에톡시 실란(ethyltriethoxy silane), 디메틸디메톡시실란(dimethyldimethoxy silane), 디메틸 디에톡시실란(dimethyldiethoxy silane), 비닐트리메톡시 실란(vinyltrimethoxy silane), 비닐트리에톡시 실란(vinyltriethoxy silane) 및 테트라에톡시 오소실리케이트(tetraethoxy orthosilcate)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. At this time, the organofunctional silane compound is 3-glycidoxypropyltrimethoxy silane, 3-glycidoxypropyltriethoxy silane, 3-glycidoxypropyltriethoxy silane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxy 3-glycidoxypropylmethyldimethoxy silane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxy silane, methyltrimethoxy silane, methyltriethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxy silane (ethyltrimethoxy silane), ethyltriethoxy silane (ethyltriethoxy silane), dimethyldimethoxy silane, dimethyldiethoxy silane, vinyltrimethoxy silane, vinyltriethoxy silane (vinyltriethoxy silane) and tetraethoxy orthosilcate may include one or more selected from the group consisting of.

한편 상기 가교제는 인산염(phosphates), 알콕사이드(alkoxides), 아미노 실란(amino silanes), 산(acids) 및 아마이드(amides)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며, 구체적으로 헥사메타인산나트륨(sodium hexametaphosphate), 시트라콘산(citraconic acid), 디시안아마이드(dicyanamide), 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. Meanwhile, the crosslinking agent may include one or more selected from the group consisting of phosphates, alkoxides, amino silanes, acids and amides, and specifically, hexamethic acid. It may include one or more selected from the group consisting of sodium hexametaphosphate, citraconic acid, dicyamide, and cyclic siloxane.

이때 상기 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)은 POSS(polyhedral Oligomeric Silsesquioxane)을 포함할 수 있다. In this case, the cyclic siloxane may include polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS).

한편 상기 수성 세라믹 졸에 분산된 세라믹 입자는 실리콘 산화물 입자, 알루미늄 산화물 입자 및 티타늄 산화물 입자로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.Meanwhile, the ceramic particles dispersed in the aqueous ceramic sol may include one or more selected from the group consisting of silicon oxide particles, aluminum oxide particles, and titanium oxide particles.

여기서 상기 탄소계 열전도성 필러는 흑연, 카본 블랙, 나노탄소분말 및 탄소나노튜브로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. The carbon-based thermally conductive filler may include one or more selected from the group consisting of graphite, carbon black, nano carbon powder, and carbon nanotubes.

또한 상기 조성물의 pH는 7 내지 8의 범위를 가질 수 있다. In addition, the pH of the composition may have a range of 7 to 8.

본 발명의 다른 관점에 의하면, 수중에서 유기관능성 실란 화합물을 가수분해하는 단계; 및 상기 가수분해의 결과물에 수성 세라믹 졸, 탄소계 열전도성 필러 및 가교제를 첨가하여 축합반응을 일으킴으로써 유무기 혼성 소재 분산액을 형성하는 단계;를 포함하는 열전도성 코팅층 형성용 조성물의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the invention, the step of hydrolyzing the organofunctional silane compound in water; Providing a method for preparing a composition for forming a thermally conductive coating layer comprising a step of forming an organic-inorganic hybrid material dispersion by adding a water-based ceramic sol, a carbon-based thermal conductive filler and a crosslinking agent to a condensation reaction to the result of the hydrolysis. do.

상기 유기관능성 실란 화합물은 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란(3-glycidoxypropyltrimethoxy silane), 3-글리시독시프로필트리에톡시 실란(3-glycidoxypropyltriethoxy silane), 3-글리시독시프로필메틸디메톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldimethoxy silane), 3-글리시독시프로필메틸디에톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldiethoxy silane), 메틸트리메톡시 실란(methyltrimethoxy silane), 메틸트리에톡시 실란(methyltriethoxysilane), 에틸트리메톡시 실란(ethyltrimethoxy silane), 에틸트리에톡시 실란(ethyltriethoxy silane), 디메틸디메톡시실란(dimethyldimethoxy silane), 디메틸 디에톡시실란(dimethyldiethoxy silane), 비닐트리메톡시 실란(vinyltrimethoxy silane), 비닐트리에톡시 실란(vinyltriethoxy silane) 및 테트라에톡시 오소실리케이트(tetraethoxy orthosilcate)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. The organofunctional silane compounds include 3-glycidoxypropyltrimethoxy silane, 3-glycidoxypropyltriethoxy silane, 3-glycidoxypropyltriethoxy silane and 3-glycidoxypropylmethyldimethoxy 3-glycidoxypropylmethyldimethoxy silane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxy silane, methyltrimethoxy silane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxy silane ethyltrimethoxy silane, ethyltriethoxy silane, dimethyldimethoxy silane, dimethyldiethoxy silane, vinyltrimethoxy silane, vinyltriethoxy silane ) And tetraethoxy orthosilcate may include one or more selected from the group consisting of.

상기 가교제는 인산염(phosphates), 알콕사이드(alkoxides), 아미노 실란(amino silanes), 산(acids) 및 아마이드(amides)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. The crosslinking agent may include one or more selected from the group consisting of phosphates, alkoxides, amino silanes, acids and amides.

상기 가교제는 헥사메타인산나트륨(sodium hexametaphosphate), 시트라콘산(citraconic acid), 디시안아마이드(dicyanamide), 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며, 상기 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)은 POSS(polyhedral Oligomeric Silsesquioxane)을 포함할 수 있다. The crosslinking agent may include at least one selected from the group consisting of sodium hexametaphosphate, citraconic acid, dicyamide, and cyclic siloxane. Cyclic siloxane may include polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS).

상기 수성 세라믹 졸의 세라믹 나노입자는 실리콘 산화물 입자, 알루미늄 산화물 입자 및 티타늄 산화물 입자로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. The ceramic nanoparticles of the aqueous ceramic sol may include one or more selected from the group consisting of silicon oxide particles, aluminum oxide particles, and titanium oxide particles.

상기 탄소계 열전도성 필러는 흑연, 카본 블랙, 나노탄소분말 및 탄소나노튜브로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. The carbon-based thermally conductive filler may include one or more selected from the group consisting of graphite, carbon black, nano carbon powder, and carbon nanotubes.

본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 기판; 및 상기 기판의 적어도 일면 상에 상술한 열전도성 코팅층 형성용 조성물이 도포 및 가교되어 형성된 열전도성 코팅층;을 포함하는 열전도체 구조물이 제공된다.According to another aspect of the invention, the substrate; And a thermally conductive coating layer formed by applying and crosslinking the above-mentioned composition for forming a thermally conductive coating layer on at least one surface of the substrate.

이때 상기 기판은 상기 열전도성 코팅층 형성용 조성물이 코팅되는 일면에 양극산화막이 형성된 소재를 포함할 수 있으며, 이러한 소재로는 알루미늄 또는 마그네슘을 포함할 수 있다.In this case, the substrate may include a material in which an anodization film is formed on one surface of the composition for forming the thermal conductive coating layer, and the material may include aluminum or magnesium.

본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 적어도 일면 상에 양극산화막이 형성된 기판; 및 상기 양극산화막 상부에 형성된 열전도성 코팅층을 포함하되, 상기 열전도성 코팅층은 유기관능성 실란 화합물과 세라믹 졸 사이의 축합 및 가교에 의해 생성된 유무기 혼성 소재; 및 상기 유무기 혼성 소재 내에 분산된 탄소계 열전도성 필러;를 포함하는 열전도체 구조물이 제공된다. According to another aspect of the invention, the substrate is formed with an anodization film on at least one surface; And a thermally conductive coating layer formed on the anodization layer, wherein the thermally conductive coating layer comprises: an organic-inorganic hybrid material produced by condensation and crosslinking between an organic functional silane compound and a ceramic sol; And a carbon-based thermal conductive filler dispersed in the organic-inorganic hybrid material.

상기 세라믹 졸의 세라믹 나노입자의 크기는 상기 양극산화막의 기공크기에 비해 더 작은 값을 가질 수 있다.The size of the ceramic nanoparticles of the ceramic sol may have a smaller value than the pore size of the anodization film.

본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 상기 열전도체 구조물을 포함하는 열교환기가 제공된다.According to still another aspect of the present invention, a heat exchanger including the heat conductor structure is provided.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예에 따르면, 우수한 열전도 코팅층을 제조할 수 있는 졸-겔 조성물을 얻을 수 있으며, 이러한 조성물을 이용하여 높은 열전도도를 가지는 코팅층을 소재표면에 형성할 수 있다. 이러한 코팅층은 열교환기에 적용되어 열교환기의 열전달 특성 향상에 기여할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to the embodiment of the present invention made as described above, it is possible to obtain a sol-gel composition capable of producing an excellent thermal conductive coating layer, it is possible to form a coating layer having a high thermal conductivity on the material surface using such a composition. Such a coating layer may be applied to a heat exchanger to contribute to improving heat transfer characteristics of the heat exchanger. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 따르는 조성물의 제조방법을 단계별로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 따르는 조성물을 이용하여 양극산화막의 상부에 코팅층이 형성된 경우의 단면도이다.
도 3a는 알루미늄-스테인레스강의 갈바닉 부식에 대한 개념도이며, 도 3b 는 알루미늄 상에 양극산화막이 형성된 경우, 도 3c는 알루미늄 상에 양극산화막 및 열전도성 코팅층이 형성된 경우에 갈바닉 부식이 일어나지 않는 것을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 알루미늄 소재의 표면에 양극산화막 및 열전도성 코팅층이 형성된 경우를 관찰한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 열전도서 코팅층의 유무에 따른 부식특성을 시험한 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 열전도서 코팅층의 유무에 따른 부식특성을 시험한 후의 시편의 표면상태를 관찰한 결과이다.
Figure 1 shows step by step for the preparation of a composition according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view when a coating layer is formed on the anodization film by using the composition according to an embodiment of the present invention.
3A is a conceptual diagram of galvanic corrosion of aluminum-stainless steel, and FIG. 3B illustrates that galvanic corrosion does not occur when anodization film and a heat conductive coating layer are formed on aluminum. .
4 is a cross-sectional view illustrating a case where an anodization film and a thermal conductive coating layer are formed on a surface of an aluminum material according to an embodiment of the present invention.
5 is a result of testing the corrosion characteristics according to the presence or absence of the thermal conductive coating layer formed according to an embodiment of the present invention.
6 is a result of observing the surface state of the specimen after testing the corrosion characteristics according to the presence or absence of the thermal conductive coating layer formed according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user. Also, for convenience of explanation, the components may be exaggerated or reduced in size.

본 발명의 일 실시예를 따르는 열전도성 코팅층 형성용 조성물(이하 조성물이라고도 할 수 있다)은 유기관능성 실란 화합물이 결합된 세라믹 나노입자가 수중에 분산된 세라믹 졸, 가교제 및 탄소계 열전도성 필러(filler)를 포함한다.The composition for forming a thermally conductive coating layer (hereinafter also referred to as a composition) according to an embodiment of the present invention is a ceramic sol, a crosslinking agent, and a carbon-based thermally conductive filler in which ceramic nanoparticles in which an organofunctional silane compound is bonded are dispersed in water ( filler).

상기 열전도성 코팅층 형성용 조성물은 유기관능성 실란 화합물, 유기산 및 물의 혼합체를 가열하여 제조한 가수분해 결과물에 가교제, 수성 세라믹 졸 및 탄소계 열전도성 필러를 첨가하여 축합반응을 일으켜 제조한 것일 수 있다. The thermally conductive coating layer-forming composition may be prepared by adding a crosslinking agent, an aqueous ceramic sol and a carbon-based thermal conductive filler to a hydrolysis product prepared by heating a mixture of an organic functional silane compound, an organic acid, and water to cause a condensation reaction. .

도 1에는 본 발명의 일 실시예를 따르는 조성물의 제조방법이 단계별로 나타나 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예를 따르는 조성물은 유기관능성 실란 화합물, 산촉매 및 물이 혼합된 혼합체를 가열하여 가수분해를 일으키는 단계(S1)와 상기 가수분해의 결과물에 가교제, 수성 세라믹 졸 및 탄소계 열전도성 필러를 첨가하여 상기 혼합체의 축합반응을 일으키는 단계(S2)를 포함한다. 1 shows a step by step method for preparing a composition according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 1, the composition according to an embodiment of the present invention is to heat the mixture of the organofunctional silane compound, acid catalyst and water to cause hydrolysis (S1) and the cross-linking agent, the aqueous And adding a ceramic sol and a carbon-based thermally conductive filler to cause a condensation reaction of the mixture (S2).

한편 반응 용매로서 경우에 따라 물 이외에 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 부탄올과 같은 알코올이 더 첨가된 혼합 용매가 사용될 수 있다.On the other hand, as the reaction solvent, a mixed solvent in which alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol are further added in addition to water may be used in some cases.

이때 상기 조성물의 pH는 7 내지 8의 범위의 중성 분위기를 가지도록 함으로써 그 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다. pH의 조절은 예를 들어 암모니아를 첨가하여 수행될 수 있다.At this time, the pH of the composition may further improve its stability by having a neutral atmosphere in the range of 7 to 8. The adjustment of the pH can be carried out, for example, by adding ammonia.

상기 유기관능성 실란 화합물은 무기소재와 결합하기 위해 가수분해 가능한 관능기를 구비하며, 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란(3-glycidoxypropyltrimethoxy silane), 3-글리시독시프로필트리에톡시 실란(3-glycidoxypropyltriethoxy silane), 3-글리시독시프로필메틸디메톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldimethoxy silane), 3-글리시독시프로필메틸디에톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldiethoxy silane), 메틸트리메톡시 실란(methyltrimethoxy silane), 메틸트리에톡시 실란(methyltriethoxysilane), 에틸트리메톡시 실란(ethyltrimethoxy silane), 에틸트리에톡시 실란(ethyltriethoxy silane), 디메틸디메톡시실란(dimethyldimethoxy silane), 디메틸 디에톡시실란(dimethyldiethoxy silane), 비닐트리메톡시 실란(vinyltrimethoxy silane), 비닐트리에톡시 실란(vinyltriethoxy silane) 및 테트라에톡시 오소실리케이트(tetraethoxy orthosilcate)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 유기관능성 실란 화합물은 조성물 내에서 1 내지 50 중량%, 바람직하게는 20 내지 40 중량%의 조성범위를 가질 수 있다. 상기 범위 미만에서 표면의 균일성을 잃을 수 있고, 상기 범위 초과에서 경도나 내마모성 등의 기계적 성질이 낮아질 수 있다The organofunctional silane compound is provided with a hydrolyzable functional group to bind with an inorganic material, 3-glycidoxypropyltrimethoxy silane (3-glycidoxypropyltrimethoxy silane), 3-glycidoxypropyltriethoxy silane (3 3-glycidoxypropyltriethoxy silane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxy silane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxy silane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxy silane, methyltrimethoxy silane, methyl Triethoxysilane, ethyltrimethoxy silane, ethyltriethoxy silane, dimethyldimethoxy silane, dimethyldiethoxy silane, vinyltrimethoxy Composed of vinyltrimethoxy silane, vinyltriethoxy silane and tetraethoxy orthosilcate Which may comprise at least one member selected from the group. The organofunctional silane compound may have a composition range of 1 to 50% by weight, preferably 20 to 40% by weight in the composition. The surface uniformity may be lost below the above range, and mechanical properties such as hardness and wear resistance may be lowered above the above range.

상기 산촉매는 가수분해를 촉진하기 위한 촉매로서, 염산, 질산, 황산 등의 무기산 또는 개미산, 구연산, 글리실산, 글리콜산, 니코틴산, 레몬산, 말산, 벤조산, 부티르산, 사과산, 살리실산, 숙신산, 술폰산, 술핀산, 시트르산, 아세트산, 아세트살리실산, 아스코르브산, 아스코르빈산, 알파케토글루타르산, 옥살산, 옥살아세트산, 요산, 유리산, 이소시트르산, 젖산, 주석산, 카르본산, 카페인산, 쿠웬산, 타르타르산, 팔미트산, 페놀, 포름산, 포도주산, 푸마르산, 호박산, 이타콘산, p-톨루엔술폰산 및 시트라콘산 등의 유기산을 포함할 수 있다. 이때 상기 산촉매는 상기 조성물 내에서 0.1 내지 2중량%의 조성범위를 가지며, 바람직하게는 1 내지 2중량% 범위를 가질 수 있다. The acid catalyst is a catalyst for promoting hydrolysis, and inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, formic acid, citric acid, glycylic acid, glycolic acid, nicotinic acid, lemon acid, malic acid, benzoic acid, butyric acid, malic acid, salicylic acid, succinic acid, sulfonic acid, Sulfinic acid, citric acid, acetic acid, acetic salicylic acid, ascorbic acid, ascorbic acid, alpha ketoglutaric acid, oxalic acid, oxal acetic acid, uric acid, free acid, isocitric acid, lactic acid, tartaric acid, carboxylic acid, caffeic acid, kuwen acid, tartaric acid And organic acids such as palmitic acid, phenol, formic acid, grape acid, fumaric acid, succinic acid, itaconic acid, p-toluenesulfonic acid and citraconic acid. At this time, the acid catalyst has a composition range of 0.1 to 2% by weight in the composition, preferably may have a range of 1 to 2% by weight.

가교제는 선상 고분자 화합물의 분자를 서로 화학결합시켜 그물구조를 만드는 물질로서, 인산염(phosphates), 알콕사이드(alkoxides), 아미노 실란(amino silanes), 산(acids) 및 아마이드(amides)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. A crosslinking agent is a substance that forms a net structure by chemically bonding molecules of linear polymer compounds to each other and is selected from the group consisting of phosphates, alkoxides, amino silanes, acids and amides. It may include one or more kinds.

구체적으로 상기 가교제로는 헥사메타인산나트륨(sodium hexametaphosphate), 시트라콘산(citraconic acid), 디시안아마이드(dicyanamide) 및 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 이때 사이클릭 실록산은 POSS(polyhedral oligmeric silsequioxane)일 수 있다. 상기 POSS는 가교를 위한 다관능성기를 포함할 수 있다.Specifically, the crosslinking agent may include one or more selected from the group consisting of sodium hexametaphosphate, citraconic acid, dicyanamide, and cyclic siloxane. have. In this case, the cyclic siloxane may be a polyhedral oligmeric silsequioxane (POSS). The POSS may comprise a multifunctional group for crosslinking.

상기 가교제는 조성물 내에서 0.5 내지 10중량%의 조성범위를 가질 수 있다. 상기 조성범위 미만에서는 가교도가 저하되어 코팅층의 기계적 물성이 저하될 수 있고, 상기 조성범위 초과에서는 가교도의 증가 효과가 미미할 수 있다.The crosslinking agent may have a composition range of 0.5 to 10% by weight in the composition. Below the composition range, the degree of crosslinking may be lowered, and thus the mechanical properties of the coating layer may be lowered.

상기 세라믹 졸은 세라믹 나노입자가 콜로이드 상태로 용매인 물에 분산된 것으로서, 산 또는 염기에 의해 안정화된 것일 수 있다. 이때 상기 세라믹 나노입자는 예를 들어, 실리콘 산화물(silica, SiO2) 입자, 알루미늄 산화물(alumina, Al2O3) 입자 및 티타늄 산화물(titania, TiO2) 입자로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. The ceramic sol is dispersed in water as a solvent in the ceramic nanoparticles colloidal state, it may be stabilized by an acid or a base. In this case, the ceramic nanoparticles are, for example, at least one selected from the group consisting of silicon oxide (silica, SiO 2 ) particles, aluminum oxide (alumina, Al 2 O 3 ) particles, and titanium oxide (titania, TiO 2 ) particles. It may include.

이때 상기 세라믹 나노입자는 그 직경이 100nm 이하일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 30nm, 더욱 바람직하게는 10 내지 20nm의 범위를 가질 수 있다. 상기 범위에서 안정된 분산액을 형성할 수 있다. 또한 상기 세라믹 나노입자의 직경은 후술하는 양극산화막 상의 기공(pore)의 크기에 비해 더 작은 값을 가질 수 있다. 상기 세라믹 나노입자의 작은 입경으로 인해 상기 세라믹 나노입자가 상기 기공에 도입됨으로써, 코팅층과 양극산화막 사이의 결합이 강화되도록 할 수 있다.In this case, the ceramic nanoparticles may have a diameter of 100 nm or less, preferably 5 to 30 nm, and more preferably 10 to 20 nm. It is possible to form a stable dispersion in the above range. In addition, the diameter of the ceramic nanoparticles may have a smaller value than the size of pores on the anodization film described later. Due to the small particle diameter of the ceramic nanoparticles, the ceramic nanoparticles may be introduced into the pores, thereby strengthening the bond between the coating layer and the anodization layer.

한편 상기 세라믹 나노입자는 전체 조성물 총 중량 중 1 내지 50중량%의 조성범위를 가질 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 30 내지 50중량%의 범위를 가질 수 있다. 상기 조성범위에서 안정된 분산액을 형성하며 코팅이 용이하다.On the other hand the ceramic nanoparticles may have a composition range of 1 to 50% by weight of the total weight of the total composition, preferably 10 to 50% by weight, more preferably 30 to 50% by weight may range. Forming a stable dispersion in the composition range is easy to coat.

상기 탄소계 열전도성 필러는 코팅층의 열전도도를 향상시키기 위하여 조성물 내로 첨가되는 물질로서, 흑연, 카본 블랙, 나노탄소분말 및 탄소나노튜브로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 이때 상기 탄소나노튜브는 단일벽 및 다중벽 구조가 모두 가능하며, 경우에 따라 다중벽 구조가 더 바람직할 수 있다. The carbon-based thermally conductive filler is a material added into the composition to improve thermal conductivity of the coating layer, and may include one or more selected from the group consisting of graphite, carbon black, nanocarbon powder, and carbon nanotubes. In this case, the carbon nanotubes may have both a single wall and a multi-wall structure, and in some cases, a multi-wall structure may be more preferable.

이러한 탄소계 열전도성 필러는 조성물 내에서 0.2 내지 5중량%의 조성범위를 가질 수 있다. 상기 조성범위에서 최종 코팅층의 기계적 물성 및 열전도성이 우수할 수 있다.Such carbon-based thermally conductive filler may have a composition range of 0.2 to 5% by weight in the composition. In the composition range it may be excellent in mechanical properties and thermal conductivity of the final coating layer.

이러한 방법에 의해 제조된 조성물은 기판의 적어도 일면 상에 열전도성 코팅층을 형성하기 위한 것일 수 있다. 이때 코팅층을 형성하기 위한 방법은 담금코팅, 스핀코팅 등과 같은 습식법이 이용될 수 있다.The composition prepared by this method may be for forming a thermally conductive coating layer on at least one side of the substrate. At this time, the method for forming the coating layer may be used a wet method such as dip coating, spin coating and the like.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판 및 상기 기판의 적어도 일면 상에 상술한 열전도성 코팅층 형성용 조성물이 도포 및 가교되어 형성된 열전도성 코팅층을 포함하는 열전도체 구조물이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a thermal conductor structure including a substrate and a thermally conductive coating layer formed by applying and crosslinking the above-mentioned composition for forming a thermally conductive coating layer on at least one surface of the substrate is provided.

상기 기판으로는 금속, 세라믹, 반도체, 유리 및 플라스틱과 같은 다양한 소재가 가능하다. 예를 들어 기판은 금속소재로서, 상기 조성물이 코팅되는 일면에 양극산화막이 형성된 것일 수 있다. 즉 상기 코팅층은 금속소재 표면에 형성된 양극산화막 상부에 적층되게 된다. 이러한 금속소재로는 알루미늄 또는 마그네슘 일 수 있다. 여기서 알루미늄은 순수 알루미늄 및 알루미늄 합금을 포함하며, 마그네슘의 경우에도 마찬가지이다. 코팅층이 양극산화막의 상부에 형성될 경우 코팅층의 수산기와 양극산화막의 수산기 사이에 화학결합이 만들어질 수 있어서 상기 코팅층과 상기 양극산화막 사이에 우수한 접착력을 나타낼 수 있다.The substrate may be various materials such as metal, ceramic, semiconductor, glass, and plastic. For example, the substrate may be a metal material, and an anodization layer may be formed on one surface of the composition. That is, the coating layer is laminated on the anodization film formed on the surface of the metal material. The metal material may be aluminum or magnesium. Aluminum here includes pure aluminum and aluminum alloys, even in the case of magnesium. When the coating layer is formed on top of the anodization layer, a chemical bond may be formed between the hydroxyl group of the coating layer and the hydroxyl group of the anodization layer, thereby exhibiting excellent adhesion between the coating layer and the anodization layer.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 일면 상에 양극산화막이 형성된 기판, 및 상기 양극산화막 상부에 형성된 열전도성 코팅층을 포함하는 열전도체 구조물이 제공된다. 여기서 상기 열전도성 코팅층은 유기관능성 실란 화합물과 세라믹 졸 사이의 축합 및 가교에 의해 생성된 유무기 혼성 소재, 및 상기 유무기 혼성 소재 내에 분산된 탄소계 열전도성 필러를 포함한다.In addition, according to an embodiment of the present invention, there is provided a thermal conductor structure including a substrate having an anodization film formed on at least one surface thereof, and a thermally conductive coating layer formed on the anodization film. Here, the thermally conductive coating layer includes an organic-inorganic hybrid material produced by condensation and crosslinking between the organofunctional silane compound and the ceramic sol, and a carbon-based thermal conductive filler dispersed in the organic-inorganic hybrid material.

상술한 열전도체 구조물은 유무기 혼성 소재 및 탄소계 열전도성 필러로 인하여 기계적 물성 및 내부식성이 뛰어나고 열전도성이 우수하다. 일예로 상술한 열전도체 구조물은 열교환기에 응용될 수 있다.The above-described thermal conductor structure is excellent in mechanical properties, corrosion resistance and excellent thermal conductivity due to the organic-inorganic hybrid material and the carbon-based thermal conductive filler. For example, the above-described thermal conductor structure may be applied to a heat exchanger.

도 2에는 기판(200)의 표면에 형성된 양극산화막(210)의 상부에 코팅층(220)이 형성된 경우의 단면도가 나타나 있다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the case in which the coating layer 220 is formed on the anodization film 210 formed on the surface of the substrate 200.

일예로서, 알루미늄 소재의 일면에 양극산화층(210)을 형성하는 경우, 양극산화하는 과정 중에 다공성 네트워크를 가지는 보헤마이트(bohemite, AlO(OH))가 형성되며 그 표면에는 수산기(hydroxyl group, -OH)가 존재한다. 이러한 수산기가 형성된 표면 위로 본 발명의 일 실시예를 따른 조성물을 이용하여 코팅층(220)을 형성하는 경우, 상기 수산기는 상기 조성물 내에 포함된 수성 세라믹 졸의 세라믹 입자와 공유결합을 하게 된다. For example, when the anodization layer 210 is formed on one surface of an aluminum material, a bohemite (AlO (OH)) having a porous network is formed during anodization, and a hydroxyl group (-OH) is formed on the surface thereof. ) Exists. When the coating layer 220 is formed using the composition according to an embodiment of the present invention on the surface on which the hydroxyl group is formed, the hydroxyl group is covalently bonded to the ceramic particles of the aqueous ceramic sol included in the composition.

예를 들어 수성 세라믹 졸 내의 세라믹이 실리콘 산화물일 경우, 상기 수산기는 실리콘 산화물과 공유결합하여 양극산화막(210) 상에 Si-O-Al 결합을 형성하게 된다. For example, when the ceramic in the aqueous ceramic sol is silicon oxide, the hydroxyl group is covalently bonded to the silicon oxide to form a Si-O-Al bond on the anodization film 210.

이때 코팅층(220)은 Si-O-Si 연결고리로 이루어진 폴리머 골격에서의 세라믹 입자의 균일한 분포로 인해 양극산화막 표면 위에 매우 치밀한 코팅층이 형성되며, 또한 상술한 Si-O-Al 결합으로 인해 양극산화막(200) 상에 형성된 코팅층(220)은 매우 우수한 접착력을 나타내게 된다.In this case, the coating layer 220 has a very dense coating layer formed on the surface of the anodization layer due to the uniform distribution of ceramic particles in the polymer skeleton composed of the Si-O-Si linkages, and also due to the Si-O-Al bond described above. The coating layer 220 formed on the oxide film 200 exhibits very good adhesion.

이때 상기 세라믹 나노입자는 양극산화막(210) 내부에 형성되는 기공에 비해 더 작은 크기를 가질 수 있다. In this case, the ceramic nanoparticles may have a smaller size than pores formed in the anodization film 210.

한편 이러한 조성물에는 상술한 세라믹 입자와 함께 높은 열전도성을 가지는 탄소계열 물질, 즉 흑연, 카본 블랙, 나노탄소분말, 탄소나노튜브 등이 같이 분산되어 있다. 따라서 이러한 조성물을 이용하여 형성된 코팅층(220)은 유무기 혼성 소재의 매트릭스(matrix) 내에 탄소계 물질 입자가 분산되어 있는 구조를 가지며, 우수한 접착력과 함께 높은 열전도성을 동시에 나타낼 수 있다. On the other hand, in the composition, a carbon-based material having high thermal conductivity, that is, graphite, carbon black, nano carbon powder, carbon nanotube, and the like are dispersed together with the ceramic particles described above. Therefore, the coating layer 220 formed using such a composition has a structure in which carbon-based material particles are dispersed in a matrix of an organic-inorganic hybrid material, and may exhibit high thermal conductivity at the same time with excellent adhesion.

따라서 이러한 조성물은 높은 열전도성과 기계적 안정성을 동시에 구현하기 위해 열전도성 코팅층을 구비한 열전도체 구조물 제조에 활용될 수 있다. 예를 들어 이러한 열전도체 구조물은 열교환기 등에 적용될 수 있다. Therefore, such a composition can be utilized to manufacture a thermal conductor structure having a thermally conductive coating layer in order to realize high thermal conductivity and mechanical stability at the same time. For example, such a heat conductor structure may be applied to a heat exchanger or the like.

열전도도가 높은 알루미늄은 열교환기용 소재로 이용될 수 있다. 예를 들어, 선박에는 알루미늄 소재로 이루어진 열교환기가 장착될 수 있다. 이와 같이 해수환경 등에 이용되는 알루미늄 소재 열교환기는 이종금속과의 접촉에 의해 갈바닉 부식이 일어날 수 있다. 도 3에는 이러한 갈바닉 부식이 일어나는 기구를 개념적으로 도시한 것이 나타나 있다. Aluminum with high thermal conductivity may be used as a material for heat exchangers. For example, a ship may be equipped with a heat exchanger made of aluminum. As described above, an aluminum heat exchanger used in a seawater environment may cause galvanic corrosion by contact with dissimilar metals. 3 conceptually illustrates the mechanism by which such galvanic corrosion occurs.

도 3a를 참조하면, 열교환기 소재인 알루미늄(300)이 이종금속이 스테인레스강(310)과 직접 접촉하는 경우, 스테인레스강(310)에 비해 전기적으로 비금속(卑金屬)인 알루미늄(300)이 아노드(anode)가 되며, 스테인레스강(310)이 캐소드(cathode)가 된다. 따라서 알루미늄(300) 및 스테인레스(310)는 해수로부터 공급되는 각종 이온을 함유한 공기(salty air) 분위기에 노출되어 있는바, 도 3a의 화살표와 같은 전류이동의 경로가 형성된다. 따라서 아노드인 알루미늄(310)에서 먼저 부식이 일어나게 된다. Referring to FIG. 3A, when the dissimilar metal is in direct contact with the stainless steel 310, the aluminum 300, which is a heat exchanger material, is not an aluminum 300 that is electrically nonmetallic than the stainless steel 310. It is a node (anode), stainless steel 310 is a cathode (cathode). Therefore, the aluminum 300 and the stainless 310 are exposed to an air (salty air) atmosphere containing various ions supplied from seawater, and a path of current movement as shown by the arrow of FIG. 3A is formed. Therefore, corrosion occurs first in the aluminum 310 which is an anode.

이러한 갈바닉 부식은 전기화학적으로 비(卑)한 금속이 귀(貴)한 금속과 직접 접촉되어 전류의 이동이 가능한 경우에 발생되므로, 비금속인 알루미늄(300)과 귀금속인 스테인레스강(310) 간의 직접 접촉을 절연체로 차단함으로써 방지할 수 있다. This galvanic corrosion occurs when the electrochemically non-metallic metal is in direct contact with the precious metal and thus the current can be moved. Therefore, the galvanic corrosion is directly between the nonmetal aluminum 300 and the precious metal stainless steel 310. This can be prevented by blocking the contact with an insulator.

이에 도 3b와 같이 알루미늄(300)의 표면에 절연체인 양극산화막(320)을 형성하여 알루미늄(300)과 스테인레스강(310) 사이에 개재시킴으로써 알루미늄(300)과 스테인레스강(310) 사이의 직접적인 접촉을 차단하여 갈바닉 부식의 발생을 방지할 수 있다. Accordingly, as shown in FIG. 3B, an anodic oxide film 320, which is an insulator, is formed on the surface of the aluminum 300 and interposed between the aluminum 300 and the stainless steel 310 to directly contact the aluminum 300 and the stainless steel 310. Can be prevented to prevent galvanic corrosion.

다만, 이러한 경우 알루미늄(300)의 표면상에 형성된 양극산화막(320)은 절연체로서 열전도도가 감소됨에 따라 알루미늄(300)과 스테인레스강(310) 사이의 열교환 특성이 감소할 수 있으며, 이러한 열교환 특성의 감소를 보상하기 위한 표면 개질이 필요할 수 있다. However, in this case, the anodization layer 320 formed on the surface of the aluminum 300 may reduce heat exchange characteristics between the aluminum 300 and the stainless steel 310 as the thermal conductivity decreases as an insulator. Surface modification may be necessary to compensate for the reduction of.

본 발명의 실시예에 따라 제조된 조성물을 이용하여 도 3c와 같이, 양극산화막(320) 상부에 열전도성 코팅층(330)을 형성함으로써 양극산화막(320)에 의한 열전도성의 감소를 보상하여 열전도 효율을 개선시킬 수 있다.Using the composition prepared according to the embodiment of the present invention as shown in Figure 3c, by forming a thermally conductive coating layer 330 on the anodization film 320 to compensate for the reduction in thermal conductivity by the anodization film 320 to improve the thermal conductivity efficiency Can be improved.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 조성물 제조방법에 대한 실험예를 제공한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예들에 의해서 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, in order to help the understanding of the present invention provides an experimental example for the composition preparation method. It should be understood, however, that the following examples are for the purpose of promoting understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

[실험예 1][Experimental Example 1]

(a) 가수분해단계(a) hydrolysis step

유기관능성 실란 화합물로서 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란(3-glycidoxypropyltrimethoxy silane) 20g, 테트라에톡시 오소실리케이트(tetraethoxy orthosilcate) 10g이 혼합된 혼합체에 가수분해 촉매로서 희석 아세트산 13g (농도 10중량% 수용액)을 첨가한 후 교반하면서 20g의 물을 빠르게 첨가하였다. 다음, 2-3시간에 걸쳐 혼합체를 강하게 교반하면서 85℃로 가열하면서 가수분해를 유도하였다. 가수분해가 완료된 후 혼합체의 온도를 50℃로 냉각시킨 후 15g의 물을 추가로 첨가하였다. A mixture of 20 g of 3-glycidoxypropyltrimethoxy silane and 10 g of tetraethoxy orthosilcate as an organofunctional silane compound was mixed with 10 g of diluted acetic acid as a hydrolysis catalyst (concentration of 10 wt%). % Aqueous solution) and then 20 g of water was added rapidly with stirring. The hydrolysis was then induced while heating to 85 ° C. with vigorous stirring over 2-3 hours. After the hydrolysis was completed, the mixture was cooled to 50 ° C. and then 15 g of water was further added.

(b) 축합단계(b) condensation stage

가수분해가 완료된 후 상기 가수분해의 결과물에 가교제로서 POSS(고형분 2중량%), 수성 세라믹 졸로서로서 실리콘 산화물이 분산된 BINDZIL 2034(고형분 30중량%)를 각각 10.0g 및 35.0g 첨가한 후 5 내지 10분 동안 균질화 처리를 수행하였다. 이러한 균질화 처리 중에 열전도를 증가하기 위한 필러로서 탄소나노튜브가 분산된 수용액 1.0g(농도 0.5중량%)을 상기 혼합체에 첨가제로 첨가하였다. 연속적으로 24시간을 교반한 후 축합반응을 완료하였다.After the hydrolysis was completed, 10.0 g and 35.0 g of BINDZIL 2034 (30 weight% of solid content) in which the silicon oxide was dispersed as a crosslinking agent and POSS (solid content 2% by weight) as an aqueous ceramic sol were added to the result of the hydrolysis. Homogenization treatment was performed for 10 minutes. As a filler to increase the thermal conductivity during the homogenization treatment, 1.0 g (concentration 0.5% by weight) of an aqueous solution in which carbon nanotubes were dispersed was added as an additive to the mixture. After 24 hours of continuous stirring, the condensation reaction was completed.

[실험예 2][Experimental Example 2]

위 실험예 1과 비교할 때, POSS 및 BINDZIL 2034의 첨가량이 각각 8.0g 및 40.0g이었으며, 탄소나노튜브가 분산된 수용액의 첨가량이 2.0g 인 점을 제외하고는 실험예 1과 동일하였다.Compared with Experimental Example 1 above, the addition amount of POSS and BINDZIL 2034 was 8.0g and 40.0g, respectively, except that the amount of the aqueous solution in which carbon nanotubes were dispersed was 2.0g.

위 실험예 1 및 2 방법을 통해 균질화된 분산상을 가지는 졸-겔 조성물을 제조할 수 있었다. Through the above Experimental Examples 1 and 2 it was possible to prepare a sol-gel composition having a homogenized dispersed phase.

(평가)(evaluation)

도 4에는 알루미늄의 표면에 형성된 약 50㎛ 두께의 양극산화막층(320) 상부에 위 실험예 1을 이용하여 제조한 조성물을 이용하여 코팅층(330)을 형성한 경우의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과가 나타나 있다. 코팅 방식은 스프레이(Spray)방식과 딥핑(dipping)이 가능하며, 130℃에서 큐어링을 통하여 완벽한 코팅막을 얻을 수 있다. 도 4를 참조하면, 약 2.6㎛ 평균두께를 가지는 코팅층(330)이 균일하게 코팅되어 있는 것을 확인할 수 있다. 도면에 도시하지 않았으나 위 실험예 2를 통해 제조된 조성물도 거의 동일한 결과를 나타내었다.4 is a cross-sectional view of the case where the coating layer 330 is formed by using the composition prepared using Experimental Example 1 on the anodization layer 320 having a thickness of about 50 μm formed on the surface of aluminum with a scanning electron microscope. One result is shown. The coating method can be sprayed and dipping, and a perfect coating can be obtained by curing at 130 ° C. Referring to FIG. 4, it can be seen that the coating layer 330 having an average thickness of about 2.6 μm is uniformly coated. Although not shown in the drawings, the composition prepared through Experimental Example 2 showed almost the same results.

열전도성 코팅층에 의한 부식특성 변화를 관찰하기 위하여 양극산화막만 형성된 알루미늄인 시편 1(specimen 1)과 양극산화막 상에 실험예 1에 의해 제조된 조성물을 이용하여 열전도성 코팅층을 형성한 알루미늄인 시편 2(specimen 2)를 제작하였다. 시편 1 및 시편 2의 부식 특성을 비교하기 위하여 포텐셔스탯/갈바닉스탯(IVIUMSTAT)을 이용하여 타펠분석(tafel analysis)을 실시하였다. 이때 각 시편을 작동전극으로 이용하였으며, 기준전극은 Ag/AgCl 전극이었고 상대전극으로는 백금선을 이용하였다. In order to observe the change in corrosion characteristics by the thermally conductive coating layer, specimen 1, which is an aluminum with only an anodized film, and specimen 2, which is an aluminum with a thermally conductive coating layer formed using the composition prepared in Experiment 1 on the anodized film (specimen 2) was produced. In order to compare the corrosion characteristics of specimens 1 and 2, a tafel analysis was performed using a potentiometer / galvanicstat (IVIUMSTAT). In this case, each specimen was used as a working electrode, the reference electrode was an Ag / AgCl electrode, and a platinum wire was used as a counter electrode.

도 5에 도시된 결과를 참조하면, 시편 1의 경우에 부식전위(corrosion potential, Ecorr)이 27mV임에 비해 시편 2의 경우에는 부식전위가 770mV로서 약 25배가 향상된 값을 나타냄을 알 수 있다. 이러한 시편 2의 부식전위 결과는 티타늄의 수준에 해당되는 것으로서, 시편 2의 전기화학적 특성이 현저하게 개선되었음을 뒷받침하는 결과이다. Referring to the results shown in FIG. 5, in the case of specimen 1, the corrosion potential (corrosion potential, Ecorr) is 27 mV, whereas in specimen 2, the corrosion potential is 770 mV, indicating an improvement of about 25 times. The corrosion potential of specimen 2 corresponds to the level of titanium, supporting the significant improvement in the electrochemical properties of specimen 2.

도 6a 및 6b에는 각각 실험이 완료된 후의 시편 1 및 시편 2의 표면 상태를 관찰한 결과가 나타나 있다. 도 6a 및 6b를 참조하면, 시편 2의 경우에는 표면이 여전히 양호한 상태를 유지함에 비해 시편 1의 경우에는 표면에 심한 부식의 흔적이 남아 있음을 확인할 수 있다. 6A and 6B show the results of observing the surface states of specimens 1 and 2 after the experiment was completed, respectively. 6a and 6b, it can be seen that in the case of specimen 2, the surface of the specimen 1 still remains in good condition, while in the specimen 1, the surface of the severe corrosion remains.

표 1에는 비교예로서 양극산화막만 형성된 알루미늄(시편 3, 5)과 양극산화막 상에 실험예 1의 조성물을 이용하여 열전도성 코팅층을 형성한 알루미늄(시편 4, 6)의 열전도도를 측정한 결과가 나타나 있다. 이때 시편 3 및 4의 양극산화막의 두께는 각각 20㎛ 이었으며, 시편 5 및 시편 5의 양극산화막의 두께는 55㎛ 이었다. Table 1 shows the results of measuring the thermal conductivity of aluminum (Samples 3, 5) formed only an anodized film and aluminum (Samples 4, 6) formed a thermally conductive coating layer using the composition of Experimental Example 1 on the anodized film. Is shown. At this time, the thickness of the anodization film of the specimen 3 and 4 was 20㎛, respectively, and the thickness of the anodization film of the specimen 5 and 5 was 55㎛.

시편Psalter 양극산화막 두께Anodization thickness 열전도성 코팅층Thermal conductive coating 25℃(W/mk)25 ℃ (W / mk) 80℃(W/mk)80 ℃ (W / mk) 3
(비교예)
3
(Comparative Example)
20㎛20 탆 No 16.0316.03 16.8116.81
44 20㎛20 탆 Yes 31.8131.81 32.4032.40 5
(비교예)
5
(Comparative Example)
55㎛55 μm No 15.5315.53 16.5116.51
66 55㎛55 μm Yes 18.6118.61 21.121.1

표 1의 시편 3, 4를 비교하면, 25℃에서의 열전도도가 시편 4의 경우 31.81W/mK로서 시편 3의 16.03 W/mK에 비해 약 2배 정도 높은 값을 나타내었으며, 80℃ 에서의 결과도 이와 유사하였다. Comparing specimens 3 and 4 in Table 1, the thermal conductivity at 25 ° C. was 31.81 W / mK for specimen 4, which was about 2 times higher than that of specimen 3 16.03 W / mK. The results were similar.

양극산화막의 두께가 더 두꺼운 경우인 시편 5, 6의 경우에도 열전도성 코팅층이 형성된 시편 6이 25℃ 및 80℃에서 더 우수한 열전도성을 나타내었다.In the case of specimens 5 and 6, in which the thickness of the anodization layer was thicker, specimen 6 having a thermally conductive coating layer showed better thermal conductivity at 25 ° C and 80 ° C.

이로부터 열전도성 코팅층이 형성된 경우가 그렇지 않은 경우에 비해 더 우수한 열전도성을 나타냄을 알 수 있었다. From this, it can be seen that the case in which the thermally conductive coating layer is formed shows better thermal conductivity than the case where it is not.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

200: 기판 210: 양극산화막
220: 코팅층 300: 알루미늄
310: 스테인레스강 320: 양극산화막
330: 열전도성 코팅층
200: substrate 210: anodization film
220: coating layer 300: aluminum
310: stainless steel 320: anodized film
330: thermal conductive coating layer

Claims (22)

유기관능성 실란 화합물이 결합된 세라믹 나노입자가 수중에 분산된 세라믹 졸;
가교제; 및
탄소계 열전도성 필러;
를 포함하는 열전도성 코팅층 형성용 조성물.
Ceramic sol in which ceramic nanoparticles in which an organofunctional silane compound is bound are dispersed in water;
A crosslinking agent; And
Carbon-based thermally conductive fillers;
Thermal conductive coating layer composition comprising a.
제1 항에 있어서,
전체 조성물 총 중량 중 상기 세라믹 나노입자가 1 내지 50중량%, 상기 유기관능성 실란 화합물이 1 내지 50 중량%, 상기 가교제가 0.5 내지 10중량%, 물이 40 내지 95중량%, 상기 탄소계 열전도성 필러가 0.2 내지 5중량% 포함된 열전도성 코팅층 형성용 조성물.
The method according to claim 1,
1 to 50% by weight of the ceramic nanoparticles, 1 to 50% by weight of the organofunctional silane compound, 0.5 to 10% by weight of the crosslinking agent, 40 to 95% by weight of water, and the carbon-based thermoelectric A composition for forming a thermally conductive coating layer containing 0.2 to 5% by weight of a conductive filler.
제1항에 있어서,
상기 유기관능성 실란 화합물은 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란(3-glycidoxypropyltrimethoxy silane), 3-글리시독시프로필트리에톡시 실란(3-glycidoxypropyltriethoxy silane), 3-글리시독시프로필메틸디메톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldimethoxy silane), 3-글리시독시프로필메틸디에톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldiethoxy silane), 메틸트리메톡시 실란(methyltrimethoxy silane), 메틸트리에톡시 실란(methyltriethoxysilane), 에틸트리메톡시 실란(ethyltrimethoxy silane), 에틸트리에톡시 실란(ethyltriethoxy silane), 디메틸디메톡시실란(dimethyldimethoxy silane), 디메틸 디에톡시실란(dimethyldiethoxy silane), 비닐트리메톡시 실란(vinyltrimethoxy silane), 비닐트리에톡시 실란(vinyltriethoxy silane) 및 테트라에톡시 오소실리케이트(tetraethoxy orthosilcate)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 열전도성 코팅층 형성용 조성물.
The method of claim 1,
The organofunctional silane compounds include 3-glycidoxypropyltrimethoxy silane, 3-glycidoxypropyltriethoxy silane, 3-glycidoxypropyltriethoxy silane and 3-glycidoxypropylmethyldimethoxy 3-glycidoxypropylmethyldimethoxy silane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxy silane, methyltrimethoxy silane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxy silane ethyltrimethoxy silane, ethyltriethoxy silane, dimethyldimethoxy silane, dimethyldiethoxy silane, vinyltrimethoxy silane, vinyltriethoxy silane ) And tetraethoxy orthosilcate (tetraethoxy orthosilcate) comprising a thermally conductive coating layer containing one or more selected from the group consisting of For the composition.
제1항에 있어서,
상기 가교제는 인산염(phosphates), 알콕사이드(alkoxides), 아미노 실란(amino silanes), 산(acids) 및 아마이드(amides)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 열전도성 코팅층 형성용 조성물.
The method of claim 1,
The crosslinking agent is a composition for forming a thermally conductive coating layer comprising at least one selected from the group consisting of phosphates, alkoxides, amino silanes, acids and amides.
제1항에 있어서,
상기 가교제는 헥사메타인산나트륨(sodium hexametaphosphate), 시트라콘산(citraconic acid), 디시안아마이드(dicyanamide), 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 열전도성 코팅층 형성용 조성물.
The method of claim 1,
The crosslinking agent forms a thermally conductive coating layer comprising at least one member selected from the group consisting of sodium hexametaphosphate, citraconic acid, dicyamide, and cyclic siloxane. Composition.
제5항에 있어서,
상기 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)은 POSS(polyhedral Oligomeric Silsesquioxane)을 포함하는 열전도성 코팅층 형성용 조성물.
The method of claim 5,
The cyclic siloxane (cyclic siloxane) is a composition for forming a thermally conductive coating layer comprising polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS).
제1항에 있어서,
상기 세라믹 나노입자는 실리콘 산화물 입자, 알루미늄 산화물 입자 및 티타늄 산화물 입자로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 열전도성 코팅층 형성용 조성물.
The method of claim 1,
The ceramic nanoparticle is a composition for forming a thermally conductive coating layer comprising at least one selected from the group consisting of silicon oxide particles, aluminum oxide particles and titanium oxide particles.
제1항에 있어서,
상기 탄소계 열전도성 필러는 흑연, 카본 블랙, 나노탄소분말 및 탄소나노튜브로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 열전도성 코팅층 형성용 조성물.
The method of claim 1,
The carbon-based thermally conductive filler is a composition for forming a thermally conductive coating layer comprising at least one selected from the group consisting of graphite, carbon black, nano carbon powder and carbon nanotubes.
제1항에 있어서,
상기 조성물의 pH는 7 내지 8의 범위를 갖는 열전도성 코팅층 형성용 조성물.
The method of claim 1,
PH of the composition is a composition for forming a thermally conductive coating layer having a range of 7 to 8.
수중에서 유기관능성 실란 화합물을 가수분해하는 단계; 및
상기 가수분해의 결과물에 수성 세라믹 졸, 탄소계 열전도성 필러 및 가교제를 첨가하여 축합반응을 일으킴으로써 유무기 혼성 소재 분산액을 형성하는 단계;
를 포함하는 열전도성 코팅층 형성용 조성물의 제조방법.
Hydrolyzing the organofunctional silane compound in water; And
Forming an organic-inorganic hybrid material dispersion by adding an aqueous ceramic sol, a carbon-based thermally conductive filler, and a crosslinking agent to the condensation product to cause a condensation reaction;
Method for producing a composition for forming a thermally conductive coating layer comprising a.
제10항에 있어서,
상기 유기관능성 실란 화합물은 3-글리시독시프로필트리메톡시 실란(3-glycidoxypropyltrimethoxy silane), 3-글리시독시프로필트리에톡시 실란(3-glycidoxypropyltriethoxy silane), 3-글리시독시프로필메틸디메톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldimethoxy silane), 3-글리시독시프로필메틸디에톡시 실란(3-glycidoxypropylmethyldiethoxy silane), 메틸트리메톡시 실란(methyltrimethoxy silane), 메틸트리에톡시 실란(methyltriethoxysilane), 에틸트리메톡시 실란(ethyltrimethoxy silane), 에틸트리에톡시 실란(ethyltriethoxy silane), 디메틸디메톡시실란(dimethyldimethoxy silane), 디메틸 디에톡시실란(dimethyldiethoxy silane), 비닐트리메톡시 실란(vinyltrimethoxy silane), 비닐트리에톡시 실란(vinyltriethoxy silane) 및 테트라에톡시 오소실리케이트(tetraethoxy orthosilcate)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 열전도성 코팅층 형성용 조성물의 제조방법.
The method of claim 10,
The organofunctional silane compounds include 3-glycidoxypropyltrimethoxy silane, 3-glycidoxypropyltriethoxy silane, 3-glycidoxypropyltriethoxy silane and 3-glycidoxypropylmethyldimethoxy 3-glycidoxypropylmethyldimethoxy silane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxy silane, methyltrimethoxy silane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxy silane ethyltrimethoxy silane, ethyltriethoxy silane, dimethyldimethoxy silane, dimethyldiethoxy silane, vinyltrimethoxy silane, vinyltriethoxy silane ) And tetraethoxy orthosilcate (tetraethoxy orthosilcate) comprising a thermally conductive coating layer containing one or more selected from the group consisting of The method for the composition.
제10항에 있어서,
상기 가교제는 인산염(phosphates), 알콕사이드(alkoxides), 아미노 실란(amino silanes), 산(acids) 및 아마이드(amides)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 열전도성 코팅층 형성용 조성물의 제조방법.
The method of claim 10,
The crosslinking agent is a method for preparing a composition for forming a thermally conductive coating layer comprising at least one selected from the group consisting of phosphates, alkoxides, amino silanes, acids and amides. .
제10항에 있어서,
상기 가교제는 헥사메타인산나트륨(sodium hexametaphosphate), 시트라콘산(citraconic acid), 디시안아마이드(dicyanamide), 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 열전도성 코팅층 형성용 조성물의 제조방법.
The method of claim 10,
The crosslinking agent forms a thermally conductive coating layer comprising at least one member selected from the group consisting of sodium hexametaphosphate, citraconic acid, dicyamide, and cyclic siloxane. Method for producing a composition for.
제13항에 있어서,
상기 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)은 POSS(polyhedral Oligomeric Silsesquioxane)을 포함하는 열전도성 코팅층 형성용 조성물의 제조방법.
The method of claim 13,
The cyclic siloxane (cyclic siloxane) is a method for producing a composition for forming a thermally conductive coating comprising a polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS).
제10항에 있어서,
상기 수성 세라믹 졸의 세라믹 나노입자는 실리콘 산화물 입자, 알루미늄 산화물 입자 및 티타늄 산화물 입자로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 열전도성 코팅층 형성용 조성물의 제조방법.
The method of claim 10,
The ceramic nanoparticles of the aqueous ceramic sol is a method for producing a composition for forming a thermally conductive coating layer comprising at least one selected from the group consisting of silicon oxide particles, aluminum oxide particles and titanium oxide particles.
제10항에 있어서,
상기 탄소계 열전도성 필러는 흑연, 카본 블랙, 나노탄소분말 및 탄소나노튜브로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 열전도성 코팅층 형성용 조성물의 제조방법.
The method of claim 10,
The carbon-based thermally conductive filler is a method for producing a composition for forming a thermally conductive coating layer comprising at least one selected from the group consisting of graphite, carbon black, nano carbon powder and carbon nanotubes.
기판; 및
상기 기판의 적어도 일면 상에 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 열전도성 코팅층 형성용 조성물이 도포 및 가교되어 형성된 열전도성 코팅층;
을 포함하는 열전도체 구조물.
Board; And
A thermally conductive coating layer formed by applying and crosslinking the composition for forming a thermally conductive coating layer of any one of claims 1 to 8 on at least one surface of the substrate;
Thermal conductor structure comprising a.
제17항에 있어서,
상기 기판은 상기 열전도성 코팅층이 형성된 일면에 양극산화막이 형성된 소재를 포함하는 열전도체 구조물.
18. The method of claim 17,
The substrate is a thermal conductor structure comprising a material having an anodized film formed on one surface of the thermal conductive coating layer.
제17항에 있어서,
상기 소재는 알루미늄 또는 마그네슘을 포함하는 열전도체 구조물.
18. The method of claim 17,
The material is a thermal conductor structure comprising aluminum or magnesium.
적어도 일면 상에 양극산화막이 형성된 기판; 및
상기 양극산화막 상부에 형성된 열전도성 코팅층을 포함하되,
상기 열전도성 코팅층은 유기관능성 실란 화합물과 세라믹 졸 사이의 축합 및 가교에 의해 생성된 유무기 혼성 소재; 및 상기 유무기 혼성 소재 내에 분산된 탄소계 열전도성 필러;
를 포함하는 열전도체 구조물.
A substrate having an anodization film formed on at least one surface; And
Including a thermally conductive coating layer formed on the anodization film,
The thermally conductive coating layer is an organic-inorganic hybrid material produced by condensation and crosslinking between the organofunctional silane compound and the ceramic sol; And a carbon-based thermal conductive filler dispersed in the organic-inorganic hybrid material.
Thermal conductor structure comprising a.
제20항에 있어서,
상기 세라믹 졸의 세라믹 나노입자의 크기는 상기 양극산화막의 기공크기에 비해 더 작은 값을 가지는 열전도체 구조물.
21. The method of claim 20,
The size of the ceramic nanoparticles of the ceramic sol has a smaller value than the pore size of the anodic oxide film.
제17항 내지 제21항 중 어느 하나의 항에 따른 열전도체 구조물을 포함하는 열교환기.A heat exchanger comprising a thermal conductor structure according to any one of claims 17 to 21.
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