KR20160100888A - 무기산화물계 냉각재, 그를 함유한 냉각용 코팅 조성물 및 그를 이용한 제품 - Google Patents

무기산화물계 냉각재, 그를 함유한 냉각용 코팅 조성물 및 그를 이용한 제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무기산화물계 냉각재, 그를 함유한 냉각용 코팅 조성물 및 그를 이용한 제품에 관한 것이다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이 열에너지를 받으면 흡열에 의한 냉각 특성을 보이므로, 냉각재로 유용하고, 이를 함유한 코팅 조성물은 원하는 대상표면에 도포 또는 분사법의 간단한 방법으로 용이하게 냉각을 실현시킬 수 있으며, 도료, 시트 및 금형제품 제조시 원료물질에 무기산화물계 냉각재를 함유하여 제품화함으로써, 각종 전기, 전자 반도체 등의 부품 및 제품의 과열문제를 낮춰 제품 수명효율을 개선할 수 있다.
화학식 1
MOㆍZAxO(x+1): R
(상기 식에서, M, A, R, X 및 Z는 명세서에서 정의한 바와 같다.)

Description

무기산화물계 냉각재, 그를 함유한 냉각용 코팅 조성물 및 그를 이용한 제품{INORGANIC OXIDES-BASED COOLING MATERIAL, COATING COMPOSITION FOR COOLING INCLUDING THE SAME AND ARTICLE USING THE SAME}
본 발명은 무기산화물계 냉각재, 그를 함유한 냉각용 코팅 조성물 및 그를 이용한 제품에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화학식 1로 표시되는 무기산화물계 화합물이 열에너지를 받으면 흡열에 의한 냉각 특성을 보이므로, 냉각재로 유용하고, 이를 함유한 코팅 조성물 또는 도료, 시트 및 금형제품 제조시 원료물질에 무기산화물계 냉각재를 함유하여 제품화함으로써, 각종 전기, 전자 반도체 등의 부품 및 제품의 과열문제를 낮춰 제품 수명효율을 개선할 수 있는, 무기산화물계 냉각재, 그를 함유한 냉각용 코팅 조성물 및 그를 이용한 제품에 관한 것이다.
화학식 1
MOㆍZAxO(x+1): R
(상기 식에서, M, A, R, X 및 Z는 명세서에서 정의한 바와 같다.)
일반적으로 컴퓨터, 휴대용 개인단말기, 통신기 등 전자제품은 그 시스템 내부에서 발생한 과도한 열을 외부로 확산시키지 못해 잔상 문제 및 시스템 안정성에 심각한 우려를 내재하고 있다.
이러한 열은 제품의 수명을 단축시키거나 고장, 오동작을 유발할 수 있으며, 심한 경우에는 폭발 및 화재의 원인을 제공하기도 한다.
구체적인 예를 들어, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), LCD(또는 LED) 모니터 등의 경우, 상기 내부의 열로 인해 제품의 선명도, 색상도 등에 문제가 발생될 수 있으며, 이로부터 제품에 대한 신뢰성과 안정성이 떨어질 수 있다.
따라서 시스템 내부에서 발생한 열은 외부로 방출되거나 자체 냉각되어야 한다.
종래, 이러한 열을 효율적으로 제어하기 위한 방법들이 많이 시도되었으며, 히트 싱크(heat sink)나 방열팬을 설치하는 방법이 일반적이었다.
그러나 히트 싱크의 경우에는 전자제품의 발열체에서 나오는 열량보다 히트 싱크가 방출할 수 있는 열량이 작아 효율이 매우 낮다.
이에 따라 히트 싱크와 함께 방열팬을 동시에 설치하여 히트 싱크의 열을 강제로 배출시키는 방법이 제안되었다. 그러나 방열팬은 소음과 진동이 발생하며 무엇보다 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 노트북 컴퓨터, 휴대용 개인단말기 등과 같이 경량화와 슬림(slim)화가 요구되고 있는 제품에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.
이에 따라 효과적으로 열을 방출시킬 수 있는 방열시트의 필요성이 제기되어 이에 대한 개발이 진행되고 있다.
종래의 방열시트에 관한 기술로서 대한민국 공개특허 제2001-0078953호에 금속재 박판을 이용한 방열시트가 제시되어 있고, 이는 세라믹층, 금속재 박판 및 단열재에 의한 열전달 및 열분산 효과를 얻고자 하는 것으로서, 열전도에 효과적인 금속재 박판이 이용되어 발열체와 높은 접촉면적만 갖는다면 방열에 효과적일 수 있다.
그러나 이는 다수의 적층구조를 가짐에 따라 제조방법이 까다롭고, 발열체에 단순 적층 사용되어 발열체와의 접촉면적이 작아 효과적인 열전도 및 분산 기능을 수행하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 제품이나 부품의 열을 낮추기 위하여 방열판이나 도료를 사용하나, 상기 방열판이나 도료는 열을 발산시키기 위해 열전도, 복사, 대류 등 현상을 이용하여 열을 방출하는 것으로서 이러한 효과를 극대화하기 위하여 일반적으로 열전도율이 우수한 금속재질이나 탄소 그래핀, 질화 알루미나, 보론나이트라이드 등의 무기재료를 병용하고 있다.
그러나 열 전달에 의한 방법은 열을 전달하는 매체의 장열과(열축적 포함) 열 전달 속도에 영향을 받으므로 효율향상에 한계가 있다.
이에, 본 발명자들은 각종 전기, 전자 반도체 등의 부품 및 제품의 과열문제를 해소하고자 노력한 결과, 무기산화물계 화합물이 열에너지 인가시 보이는 냉각특성을 발견하고, 이를 냉각재로 함유한 코팅 조성물을 제공하여, 원하는 대상표면에 도포 또는 분사법의 간단한 방법으로 용이하게 냉각시키고, 상기 무기산화물계 화합물의 냉각재를 도료, 시트 및 금형 제조시 원료물질에 함유하여 제품화함에 따라, 전기, 전자 반도체 등의 부품 및 제품에 효율적으로 냉각효율을 구현함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 화학식 1로 표시되는 화합물로 이루어진 무기산화물계 냉각재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 무기산화물계 냉각재를 함유한 냉각용 코팅 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 무기산화물계 냉각재가 도료, 시트 및 금형 제조시 원료물질에 함유되어 성형된 냉각 도료; 냉각 시트; 또는 냉각 금형제품을 제공하는 것이다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로 이루어진 무기산화물계 냉각재를
제공한다.
화학식 1
MOㆍZAxO(x+1): R
상기 식에서, M은 Ca, Mg 또는 Sr에서 선택된 어느 하나이고, A는 Al 또는 Si이고, R는 희토류 원소를 나타내고, X는 1∼2이고, Z는 0.5∼2이다.
상기에서 바람직한 무기산화물계 냉각재는 MOㆍZAl2O3: Eu (M=Ca, Mg 또는 Sr에서 선택된 어느 하나이고, Z=0.5∼2.0) 또는 MOㆍZSiO2: Eu(M=Ca, Mg 또는 Sr에서 선택된 어느 하나이고, Z=0.5∼1.5)이다.
또한, 본 발명은 세라믹 졸 100 중량부에 대하여, 무기산화물계 냉각재 5 내지 50 중량부, 소강제 0.2 내지 3.5 중량부 및 소포제 0.2 내지 1.5 중량부가 함유된 액상의 냉각용 코팅 조성물을 제공한다.
이때, 상기 무기산화물계 냉각재의 입자크기는 0.1 내지 70㎛로 분포되어 함유되는 것이 바람직하며, 상기 코팅 조성물은 적어도 100㎛ 이하의 코팅두께로 코팅되는 것이 바람직하다.
본 발명은 화학식 1로 표시되는 무기산화물계 냉각재가 수성 또는 유성의 무기도료; 또는 수성 또는 유성의 유기도료; 또는 수성 유-무기 하이브리드 도료;에 함유된 냉각 도료를 제공한다.
화학식 1
MOㆍZAxO(x+1): R
상기 식에서, M, A, R, X, Z는 상기에서 정의한 바와 같다.
또한, 본 발명은 상기 무기산화물계 냉각재가 시트 제조 시 원료 조성물에 함유되어 성형된 냉각 시트를 제공한다.
나아가, 본 발명은 상기 무기산화물계 냉각재가 플라스틱 사출공정 또는 압출공정에 적용되어 성형된 냉각 금형제품을 제공한다.
본 발명의 무기산화물계 냉각재는 열에너지를 받으면 흡열에 의한 냉각 특성을 가지는 화합물로서 냉각재로 유용하고, 이를 함유한 액상의 냉각용 코팅 조성물을 제공함으로써, 원하는 대상표면에 도포 또는 분사법의 간단한 방법으로 용이하게 냉각시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 무기산화물계 냉각재를 도료분야, 시트분야 및 금형분야에서 제조시 원료물질에 함유하여 제품으로 성형함으로써, 각종 전기, 전자 반도체 등의 부품 및 제품의 과열문제를 낮춰 제품 수명효율을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 무기산화물계 냉각재가 함유된 코팅 조성물의 냉각효율 인증평가 실험을 위한 온도 측정방법과 결과를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 무기산화물계 냉각재가 함유된 코팅 조성물이 크로스 타입의 방열판에 코팅시 온도측정부위별냉각온도 측정방법과 결과를 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 무기산화물계 냉각재가 함유되어 성형된 냉각 시트 사진이고,
도 4는 본 발명의 무기산화물계 냉각재가 함유되어 성형된 사출제품 사진이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로 이루어진 무기산화물계 냉각재를 제공한다.
화학식 1
MOㆍZAxO(x+1): R
상기 식에서, M은 Ca, Mg 또는 Sr에서 선택된 어느 하나이고, A는 Al 또는 Si이고, R은 희토류 원소를 나타내고, X는 1∼2이고, Z는 0.5∼2이다.
이에, 상기 무기산화물계 냉각재로서 바람직한 제1실시형태는 MOㆍZAl2O3: Eu (M=Ca, Mg 또는 Sr에서 선택된 어느 하나이고, Z=0.5∼2.0)로서, 본 발명의 실시예에서는 SrOㆍAl2O3: Eu를 사용하여 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않을 것이다.
상기 제1실시형태의 화합물은 빛의 에너지를 흡수하여 축적하고 있다가 어두운 곳에서 빛의 방출하는 축광안료로서, 발광파장별 황녹색(휘도 ∼540(mcd/㎡))에서부터 청녹색(휘도 ∼460 (mcd/㎡))까지 가시영역에서 관찰되는 고휘도 장잔광성 축광안료이다.
또한, 본 발명의 바람직한 제2실시형태의 화합물은 MOㆍZSiO2: Eu(M=Ca, Mg 또는 Sr에서 선택된 어느 하나이고, Z=0.5∼1.5)로서, 본 발명의 실시예에서는 SrOㆍSiO2: Eu를 예시로 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않을 것이다.
제2실시형태의 무기산화물계 화합물은 청색발광(휘도 ∼100 (mcd/㎡))를 발현하는 장잔광성 축광안료이다.
이에, 본 발명은 종래 상기 무기산화물계 화합물이 장잔광성 축광안료로서 색을 발현하는 특성 이외, 열에너지 인가시 신속히 냉각되는 특성을 확인하고, 상기 무기산화물계 화합물의 잔광량 크기에 따라 냉각 차이가 큰 결과 즉, 잔광량이 많을수록 냉각효과가 크다는 결과로부터 무기산화물계 냉각재를 제공한다.
상기 제1, 2실시형태의 화합물은 무기재료로서 내열성, 내화학성, 내마모성, 절연성, 방오성이 우수하고 물질간의 친화력이 우수하여 적용분야를 폭넓게 적용할 수 있다.
이에, 본 발명은 세라믹 졸 100 중량부에 대하여, 무기산화물계 냉각재 5 내지 50 중량부, 소강제 0.2 내지 3 중량부 및 소포제 0.2 내지 1 중량부가 함유된 액상의 냉각용 코팅 조성물을 제공한다.
상기 세라믹 졸은 통상의 졸겔법에 의해 제조된 세라믹 물질로서, 알루미나, 실리콘 나이트라이드, 지르코니아 및 실리콘 카바이드로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.
본 발명의 코팅 조성물에서 무기산화물계 냉각재는 5 내지 50 중량부 함유가 바람직하고 더욱 바람직하게는 5 내지 35 중량부가 함유되는 것이다. 이때, 상기 함량 5 중량부 미만이면, 냉각효율이 미흡하고 50 중량부를 초과하면, 조성물간의 혼화성이 불량해지고, 무기산화물계 화합물의 가격대비 냉각효율의 개선 정도가 낮다.
또한, 본 발명의 코팅 조성물에서 소강제는 비중이 1 이상의 재료를 혼합하기 위한 것으로서 공지물질에서 제한 없이 사용되며 소강제는 0.2 내지 3.5 중량부를 함유한다. 이때, 소강제 함량은 소강제 첨가목적에 최적화된 범위로 설정된 것이다.
또한, 본 발명의 코팅 조성물에서 소포제는 코팅 조성물이 도포되는 대상표면상에 기포발생을 방지하기 위하여 첨가된 것으로서, 공지물질에서 제한 없이 사용된다. 이때, 세라믹 졸 100 중량부에 대하여, 소포제 0.2 내지 1.5 중량부가 함유되는 것이 바람직하며, 상기 소포제 함량은 기포발생을 방지하는 목적에 최적화된 범위로 설정된 것이다.
이상의 코팅 조성물은 액상으로 제공됨으로써, 원하는 대상표면에 도포 또는 분사법의 간단한 방법으로 적용하여 대상표면을 용이하게 냉각시킬 수 있다.
이때, 코팅두께는 적어도 100㎛ 이하가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 80㎛ 이하, 가장 바람직하게는 30㎛ 이하로 코팅되는 것이다. 상기 코팅두께가 100㎛를 초과하면, 냉각효과보다 단열효과가 증가되어 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 무기산화물계 냉각재를 함유한 냉각용 코팅 조성물에서, 상기 무기산화물계 냉각재의 입자크기는 0.1 내지 70㎛ 범위로 분포되는 것이 바람직하나, 더욱 바람직하게는 작은 입자크기로 함유될수록 미세하고 균일한 분산이 이루어져 냉각효율이 향상된다. 이에, 본 발명의 실시예를 근거하여, 0.1 내지 70㎛ 범위에서 0.1∼10㎛일 때, 11∼40㎛ 분포 또는 41∼70㎛ 분포대비. 우수한 냉각효율을 보인다.
도 1은 본 발명의 무기산화물계 냉각재가 함유된 코팅 조성물의 냉각효율 인증평가 실험방법 및 결과를 나타낸 것으로서, 코팅미처리된 경우보다 코팅처리시 현저한 냉각효과를 확인할 수 있다.
또한, 도 2는 본 발명의 무기산화물계 냉각재가 함유된 코팅 조성물이 크로스 타입의 방열판의 다수개의 온도 측정부위별 냉각효과를 측정한 결과, 방열판 전면에 고른 냉각효과를 확인함으로써, 액상의 코팅조성물의 도포 또는 분사법의 간단한 방법으로 원하는 대상면의 냉각을 용이하게 구현할 수 있다.
나아가, 본 발명은 무기산화물계 냉각재를 제품 제조단계에서 원료물질에 함유하여 냉각용도의 제품을 제공할 수 있다.
이에, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로 이루어진 무기산화물계 냉각재가 수성 또는 유성의 무기도료; 또는 수성 또는 유성의 유기도료; 또는 수성 유-무기 하이브리드 도료;에 함유된 냉각 도료를 제공한다.
화학식 1
MOㆍZAxO(x+1): R
상기 식에서, M, A, R, X, Z는 상기에서 정의한 바와 같으며, 본 발명의 실시예에서는 SrOㆍAl2O3:Eu 또는 SrOㆍSiO2:Eu를 바람직한 일례로 사용하나, 이에 한정되지 아니할 것이다.
또한, 도료는 통상의 수성 또는 유성의 무기도료; 또는 수성 또는 유성의 유기도료; 또는 수성 유-무기 하이브리드 도료;에 적용할 수 있다.
이때, 무기산화물계 냉각재는 주요 도료성분 100 중량부에 대하여, 5 내지 50 중량부를 함유하는 것이다. 상기 함량에서 5 중량부 미만이면, 기대하는 냉각효율이 저하되고 35 중량부를 초과하면, 조성물간의 혼화성이 불량해지고, 무기산화물계 화합물의 가격대비 냉각효율의 개선 정도가 낮아 바람직하지 않다.
본 발명의 실시예에서는 유성 또는 수성의 무기도료를 바람직한 일례로 설명하고 있고, 무기산화물계 냉각재를 함유한 결과, 미처리시보다 20% 이상의 냉각효율을 보임으로써, 무기도료에 한정되지 아니할 것이다.
또한, 본 발명은 화학식 1로 표시되는 화합물로 이루어진 무기산화물계 냉각재가 시트 제조 시 원료조성물에 함유되어 성형된 냉각 시트를 제공한다.
도 3은 본 발명의 무기산화물계 냉각재가 함유되어 성형된 냉각 시트 사진으로서, 각 시트색상은 선택된 무기산화물계 화합물 고유 색상에 의해 결정되며 필요에 따라 안료를 별도 첨가하여 제작할 수 있다.
상기 냉각 시트는 시트형태로 적용될 수 있는 부분이라면 적용가능하고, 특히 핸드폰의 리튬 배터리면에 적용하여, 냉각 효율을 제공하여 핸드폰 과열문제를 개선할 수 있다.
나아가, 본 발명은 화학식 1로 표시되는 화합물로 이루어진 무기산화물계 냉각재가 사출공정 또는 압출공정에 적용되어 성형된 냉각 금형제품을 제공한다.
이때, 무기산화물계 냉각재는 각 제품의 주성분 100 중량부에 대하여 5 내지 50 중량부를 함유하고, 그 입자크기는 0.1 내지 70㎛ 이내로 함유하되, 입자크기가 작을수록 미세하고 혼용성분과의 균일화에 유리하므로, 바람직하게는 40㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.1∼10㎛ 입자크기로 함유되도록 한다.
상기의 무기산화물계 냉각재가 각 제품의 원료조성물에 함유되어 제품화됨으로써, 냉각 효과를 실현한 제품의 신뢰성을 극대화 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 무기산화물계 냉각재가 함유되어 성형된 사출제품 사진으로서, 냉각재료에 무기안료를 혼합하여 사용할 수 있으며, 이때, 냉각재 100 중량부에 대하여, 무기안료 100∼500 중량부로 혼합시킬 수 있다.
상기의 냉각 금형제품은 본 발명의 무기산화물계 냉각재가 액상으로 적용하기 어려운 표면에 적용가능하며, 제조 공정시 무기산화물계 냉각재를 함유하여 제품으로 제공하므로, 냉각 효과를 실현한 제품의 신뢰성을 극대화할 수 있다.
또한, 상기의 무기산화물계 냉각재를 액상의 코팅조성물은 메탈 PCB(Printed Curcuit Board), 금속박막 또는 플라스틱의 대상면에 적용할 수 있고, 무기산화물계 냉각재가 도료, 시트 또는 금형제품에 포함되어 제공됨으로써, 각종 전기, 전자 반도체 등의 부품 및 제품의 과열문제를 낮춰 제품 수명효율을 개선할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
유성 세라믹 졸 100g에 냉각재(SrOAl2O3:Eu, PLO-8C) 10g을 첨가하고 교반하면서 볼밀을 이용한 분쇄 공정에, 소강제(SYLOID
Figure pat00001
C 803) 1g, 소포제(다우코닝 200F) 0.5g을 첨가하여 2시간 이상 분산시켜 냉각 코팅 조성물을 제조하였다.
상기 냉각재(SrOAl2O3:Eu)를 함유한 코팅 조성물을 50×50×25㎜ 크기의 크로스 타입의 방열판 2개를 준비하고, 그 중 하나의 방열판 일면에 스프레이 코팅 후 180℃ 온도의 전기오븐에서 30분간 소결하였다.
상기 소결 이후, 코팅 처리된 방열판면과 미코팅 처리된 방열판 일면에 동일 조건으로 LED 전구(COB 타입) 조사에 의해 17W의 열을 제공하고, 2시간 전압인가 후 두 개의 방열판 온도를 측정하여 하기 표 1에 기재하였다. 이때, 주변온도는 25℃이고, 코팅 조성물의 도포두께는 30㎛이었다.
Figure pat00002
상기 표 1에서 확인되는 바와 같이, 냉각재(SrOAl2O3:Eu)를 함유한 냉각 코팅 조성물의 코팅처리 유무에 따라, 24.2℃의 온도차를 보임으로써, 코팅 처리시, 26.88%의 냉각효율을 확인하였다.
< 실시예 2>
수성 세라믹 졸 100g에 냉각재(SrOAl2O3:Eu, PLO-8C) 35g, 실리콘카바이드 35g을 첨가하여 30분 이상 교반하면서 볼밀을 이용한 분쇄 공정에, 접착력을 부여하기 위하여 아크릴에멀전(SYNTHOMER 29Y40) 35g과 소강제(SYLOID
Figure pat00003
C 803) 3.5g 및 소포제(다우코닝 DB110A) 1.5g을 첨가한 후 2시간 이상 교반 및 볼밀하여 수성 무기 도료용 코팅 조성물을 제조하였다.
이상의 냉각 코팅 조성물을 상기 실시예 1에서 실시한 동일한 방법으로 실시하여, 두 개의 방열판 온도를 측정하여 하기 표 2에 기재하였다. 이때, 주변온도는 25℃이고, 코팅 조성물의 도포두께는 30㎛이었다. 이때, 주변온도는 24.5℃이고, 코팅 조성물의 도포두께는 30㎛이었다.
Figure pat00004
상기 표 2에서 확인되는 바와 같이, 냉각재(SrOAl2O3:Eu)를 함유한 냉각 코팅 조성물의 코팅처리 유무에 따라, 20.2℃의 온도차를 보임으로써, 코팅 처리시, 22.39%의 냉각효율을 확인하였다.
< 실시예 3>
실리콘 레진(다우코닝Z-2462) 50g에 실란(다우코닝Z-6070) 100g을 첨가하여 30분 교반한 후 실리콘카바이드 35g과 흡열 냉각물질(SrOAl2O3:Eu, PLB-8C) 35g을 첨가하여 교반하면서 볼밀을 이용한 분쇄 공정에, 소강제(SYLOID
Figure pat00005
C 803) 1g, 소포제(다우코닝 200F) 0.5g을 첨가하여 2시간 이상 분산시켜 코팅 조성물을 제조하였다.
이상의 냉각 코팅 조성물을 상기 실시예 1에서 실시한 동일한 방법으로 실시하여, 두 개의 방열판 온도를 측정하여 하기 표 3에 기재하였다. 이때, 주변온도는 25℃이고, 코팅 조성물의 도포두께는 30㎛이었다.
Figure pat00006
상기 표 3의 결과, 냉각재(SrOAl2O3: Eu)를 함유한 냉각 코팅 조성물의 코팅처리 유무에 따라, 23.5℃의 온도차를 보이고, 코팅 처리시, 26.11%의 냉각효율을 확인하였다.
< 실시예 4>
실리콘 레진(다우코닝Z-2462) 50g에 실란(다우코닝Z-6070) 100g을 첨가하여 30분 교반한 후 냉각재(SrOSiO2:Eu, PLB-8C) 35g 및 산화티탄늄 35g을 첨가하여 교반하면서 볼밀을 이용한 분쇄 공정에, 소강제(SYLOID
Figure pat00007
C 803) 1g, 소포제(다우코닝 200F) 0.5g을 첨가하여 2시간 이상 분산시켜 코팅 조성물을 제조하였다.
이상의 코팅 조성물을 상기 실시예 1에서 실시한 동일한 방법으로 실시하여, 두 개의 방열판 온도를 측정하여 하기 표 4에 기재하였다. 이때, 주변온도는 25℃이고, 코팅 조성물의 도포두께는 30㎛이었다.
Figure pat00008
상기 표 4의 결과, 냉각재(SrOAl2O3:Eu)를 함유한 냉각 코팅 조성물의 코팅처리 유무에 따라, 22.5℃의 온도차를 보이고, 코팅 처리시, 25.33%의 냉각효율을 확인하였다.
< 실시예 5>
수성용 실리콘레진 100g에 실란(다우코닝Z-6070) 30g을 30 분 이상 교반한 후 냉각재(SrOSiO2:Eu, SB-8C) 15g, 실리콘카바이드 5g을 첨가하여 교반하면서 볼밀을 이용한 분쇄 공정에, 소강제(SYLOID
Figure pat00009
C 803) 3.5g 및 소포제(다우코닝 DB110A) 0.5g을 첨가하여 2시간 이상 분산시켜 코팅 조성물을 제조하였다.
이상의 코팅 조성물을 상기 실시예 1에서 실시한 동일한 방법으로 실시하여, 두 개의 방열판 온도를 측정하여 하기 표 5에 기재하였다. 이때, 주변온도는 24.7℃이고, 코팅 조성물의 도포두께는 30㎛이었다.
Figure pat00010
상기 표 4의 결과, 냉각재(SrOAl2O3:Eu)를 함유한 코팅조성물의 코팅처리 유무에 따라, 20.4℃의 온도차를 보이고, 코팅 처리시, 21.67%의 냉각효율을 확인하였다.
< 실시예 6>
폴리에틸렌 재질의 시트용 원료 1㎏에 냉각재(SrOSiO2:Eu, PLB-8C) 300g을 혼입 교반한 후 시트전용기에 넣고 두께를 조정하여 압출 성형 후 열을 가하면서 건조시켜 냉각 시트를 제조하였다.
< 실시예 7>
폴리카보네이트 레진의 투명 펠렛 1㎏에 냉각재(SrOSiO2:Eu, PLB-8C)과 무기안료가 10:10 중량비율의 혼합 펠렛 300g을 혼입하여 전용 교반기에서 레진의 융점온도에서 30분 동안 교반하면서 혼합하고, 원료 압출하여 다시 냉각과 동시에 펠렛을 제조하였다. 상기 펠렛을 사출기에 넣고 금형 사출하면 요구한 형태의 모양과 냉각 특성을 가지는 제품을 완성하였다.
< 실험예 1> 냉각효율 인증평가 실험
상기 실시예 3에서 제조된 코팅 조성물을 50×50×25㎜ 크기와 크로스 타입의 방열판의 일면에 코팅하고 열원으로서 23W LED 모듈을 이용하고 전류(A) 0.55 및 전압(V) 37로 설정된 정적 전류를 인가하고 온도 24±3℃ 및 습도 45±10% R.H. 조건하에서 점등한 후, LED 모듈의 온도가 안정화되었을 때 측정점의 온도를 측정하였다[한국조명연구원, 시험성적서 번호 KILT1412-E04428, 시험기간 2014.12.24∼2014.01.07].
이때, 온도 측정부위는 방열판 내 히트싱크(heat sink) 및 방열판 주변부(Ts)로 설정하였고, 상기 코팅 조성물이 크로스 타입의 방열판에 코팅유무에 따른 온도 측정하였다. 그 결과를 도 1에 도시하였다.
도 1의 결과로부터, 본 발명의 무기산화물계 냉각재가 함유된 코팅조성물을 코팅처리한 경우(n1), 미처리한 결과(n2)대비 16% 이상의 냉각효율을 확인하였다.
< 실험예 2> 측정부위별 냉각효율 평가 실험
상기 실험예 1과 동일하게 수행하되, 방열판의 온도 측정부위별로 냉각효과를 측정하기 위하여 실험하였다.
도 2는 본 발명의 코팅 조성물이 크로스 타입의 방열판에 코팅시 온도측정부위별냉각온도 측정방법 및 결과를 나타내었다.
그 결과, 방열판 내 히트싱크(heat sink) 지점(CH1, CH2, CH3, CH4) 및 방열핀(CH5) 지정된 지점에서 코팅처리되지 않은 경우보다, 코팅처리시 방열판 전면에 고른 냉각효과를 확인하였다.
또한, 동일한 방법으로 열원을 50W LED 전구를 이용하여 실험한 결과에서도 방열판 전면에 고른 냉각효과와, 열원의 강도가 증가할수록 냉각효율이 향상되는 결과를 확인하였다[미도시].
< 실험예 3> 냉각재의 입자크기별 냉각효율 평가 실험
무기산화물계 냉각재가 함유된 코팅조성물에 있어서, 상기 냉각재의 입자크기별 냉각효율을 평가하기 위하여, 상기 실시예 3에서 제조된 코팅 조성물을 70×70×25㎜ 크기이면서 크로스 타입의 방열판의 일면에 코팅하고 열원으로서 LCD 전구(COB타입) 30.6와트(W)를 제공하고, 정적 전류를 인가하고 온도 24±3℃ 및 습도 45±10% R.H. 조건하에서 점등한 후, LED 모듈의 온도가 안정화되었을 때 히트싱크(heat sink)의 온도를 측정하였다. 이때, 코팅되지 않은 경우의 히트싱크(heat sink)의 온도는 105℃이었다.
Figure pat00011
상기 표 6의 결과로부터, 무기산화물계 냉각재의 입자크기에 따라 냉각효율에 영향을 미치는 결과를 확인하였고, 바람직하게는 냉각재의 입자크기가 0.1∼10㎛일 때, 조성물 내 미세하고 균일한 분산으로 인하여 우수한 냉각효율을 확인하였다.
< 실험예 4> 냉각재의 코팅두께에 따른 냉각효율 평가 실험
무기산화물계 냉각재가 함유된 코팅 조성물에 있어서, 상기 냉각재의 코팅두께에 따른 냉각효율을 평가하기 위하여, 상기 실시예 3에서 제조된 코팅 조성물을 상기 실험예 2와 동일 조건으로 실시하여 그 결과를 하기 표 7에 기재하였다. 이때, 코팅되지 않은 경우의 히트싱크(heat sink)의 온도는 105℃이었다.
Figure pat00012
상기 표 7의 결과로부터, 무기산화물계 냉각재의 코팅두께에 따라 냉각효율에 영향을 미치는데, 코팅두께가 커질수록 단열 효과가 증가하여 냉각효율이 저하된 결과를 확인하였다.
< 실험예 5> 빛 차단 조건에서의 냉각효율 실험
일반적으로 방열(放熱) 도료는 열 에너지를 흡수하여 빛 에너지로 바꾸어 열을 떨어뜨리는 것으로서, 본 발명의 무기산화물계 냉각재의 냉각과정에서 빛의 발생유무를 평가하기 위하여, 하기와 같이 실험하였다.
상기 실시예 3에서 제조된 코팅 조성물을 이용하되, LED 전구 발광부위와 방열판 냉각 코팅부위를 완전히 차단하여 냉각효과를 실험하였다.
30와트 LED 전구를 사용하여 방열판 온도를 측정하였고, 무기산화물계 냉각재를 함유한 조성물을 코팅한 방열판과 코팅하지 않은 방열판간의 냉각효율을 측정하였다. 이때, 상기 실험예 3과 동일하게 수행하되 코팅두께는 30㎛로 제작하였다.
Figure pat00013
상기 표 8의 실험결과, 실시예 3의 무기산화물계 냉각재를 함유한 조성물을 코팅한 방열판은 미처리된 경우보다 29.84%의 냉각효율을 확인하였으나 냉각과정에서 빛 샘 현상이 관찰되지 않았다.
본 발명은 열에너지를 받으면 흡열에 의한 냉각 특성을 보이므로 무기산화물계 화합물로 이루어진 냉각재를 제공하였으며, 이를 함유한 액상의 냉각용 코팅 조성물을 제공함으로써, 원하는 대상표면에 도포 또는 분사법의 간단한 방법으로 용이하게 냉각시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 무기산화물계 냉각재를 제품 제조단계에서 원료물질에 함유하여 제품으로 제공함으로써, 냉각 효과를 실현한 제품의 신뢰성을 극대화할 수 있다.
이에, 상기의 무기산화물계 냉각재를 이용하여 냉각 도료, 냉각 시트 및 냉각 금형제품을 제공함으로써, 각종 전기, 전자 반도체 등의 부품 및 제품의 과열문제를 낮춰 제품 수명효율을 개선할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물로 이루어진 무기산화물계 냉각재:
    화학식 1
    MOㆍZSixO(x+1): R
    상기 식에서, M은 Ca, Mg 또는 Sr에서 선택된 어느 하나이고, R는 희토류 원소를 나타내고, X는 1∼2이고, Z는 0.5∼2이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화합물이 0.1 내지 70㎛ 입자크기 분포로 함유된 것을 특징으로 하는 무기산화물계 냉각재.
  3. 세라믹 졸 100 중량부에 대하여, 제1항의 무기산화물계 냉각재 5 내지 50 중량부, 소강제 0.2 내지 3.5 중량부 및 소포제 0.2 내지 1.5 중량부가 함유된 냉각용 코팅 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 코팅 조성물이 적어도 100㎛ 이하의 코팅두께로 코팅되는 것을 특징으로 하는 냉각용 코팅 조성물.
  5. 제1항의 무기산화물계 냉각재가 수성 또는 유성의 무기도료; 또는 수성 또는 유성의 유기도료; 또는 수성 유-무기 하이브리드 도료;에 함유된 냉각 도료.
  6. 제1항의 무기산화물계 냉각재가 시트 제조 시 원료 조성물에 함유되어 성형된 냉각 시트.
  7. 제1항의 무기산화물계 냉각재가 플라스틱 사출공정 또는 압출공정에 함유되어 성형된 냉각 금형제품.
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