KR20160124516A

KR20160124516A - 질화붕소 분산액

Info

Publication number: KR20160124516A
Application number: KR1020150055238A
Authority: KR
Inventors: 강성균; 최현
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-04-20
Filing date: 2015-04-20
Publication date: 2016-10-28
Also published as: KR101924197B1

Abstract

본 발명은 질화붕소 분산액, 이로부터 제조되는 분체 및 이들 중 적어도 어느 하나를 이용하여 제조된 열전도성 수지 복합체에 관한 것이다. 상기 질화붕소 분산액 및 분체는 소정 구조를 가지는 분산제를 채용하여 저점도 및 우수한 분산성과 저장 안정성을 나타낼 수 있다. 이러한 분산액 내지 분체를 이용하면, 질화붕소가 균일하게 분포되어 열전도 효율이 현저히 개선된 고방열 소재 등을 제공할 수 있다. 또한, 상기 분산액 또는 분체에 포함된 분산제는 고방열 소재를 형성하는 매트릭스 수지에 대한 질화붕소의 결착력을 증가시켜 소재의 강도 등의 물성도 개선할 것으로 기대된다.

Description

질화붕소 분산액{BORON NITRIDE DISPERSION}

본 발명은 질화붕소 분산액, 이로부터 제조되는 분체 그리고 상기 중 적어도 어느 하나를 이용한 열전도성 수지 복합체에 관한 것이다.

화학식 BN으로 표시되는 질화붕소는 그 결정 구조에 따라 입방정계 질화붕소와 육방정계 질화붕소로 나뉜다. 이중, 육방정계 질화붕소는 흑연(graphite)과 유사한 구조를 가져 백색의 흑연이라고도 불린다.

이러한 육방정계 질화붕소는 흑연과 여러 면에서 유사한 물리 또는 화학적 성질을 나타내나, 도체인 흑연과 달리 뛰어난 전기 절연성을 나타낸다. 그리고, 육방정계 질화붕소는 공기 중에서는 약 1000℃까지, 진공 중에서는 약 1400℃까지, 불활성 기체 중에서는 약 3000℃까지 열분해가 일어나지 않는 특성을 갖는다. 게다가 육방정계 질화붕소는 비교적 저가이므로 전기절연체 제조에 매우 유용하게 사용되고 있다

또한, 육방정계 질화붕소는 결정 구조의 수평 방향으로 약 600 W/mㆍK, 수직 방향으로 약 30 W/mㆍK의 뛰어난 열전도성을 나타낸다. 따라서, 이처럼 우수한 전기 절연성과 열전도성을 나타내는 육방정계 질화붕소는 열전도성 소재의 충전제로도 활용되고 있다(특허문헌 1 참조).

이 밖에도, 육방정계 질화붕소는 내부식성, 이형성, 윤활성이 뛰어나 각종 수지 조성물 또는 도료 등에 첨가제로도 유용하게 사용되고 있다.

하지만, 육방정계 질화붕소는 높은 표면 에너지와 양성 소수성의 (amphiphobic) 성질로 인해 용제 내에 균일하게 분산되기 어렵다. 또한, 질화붕소 입자를 고분자 수지와 혼합 시 계면에서 열전달을 행하는 포논(phonon)의 전파(propagation)를 저지시키는 열전도 저항 경계가 발생하게 된다. 이에 따라, 육방정계 질화붕소를 충전제로 사용한 소재의 열전도성을 향상시키기 위해서는 육방정계 질화붕소와 고분자 수지 사이의 젖음성과 접착력을 향상시키는 것이 매우 중요하다.

일반적으로 무기 산화물 입자의 경우 고분자 수지 등에 대한 분산성을 향상시키기 위하여 실란 커플링제 또는 이온성 작용기 함유 화합물로 상기 입자 표면을 처리하는 방법이 주로 이용되고 있다. 이와 같은 방법을 이용하기 위하여는 무기 산화물과 같이 입자 표면에 상술한 실란 커플링제 또는 이온성 작용기 함유 화합물과 반응할 수 있는 수산화기(-OH)와 같은 산성 관능기가 존재하여야 한다.

하지만, 순수한 육방정계 질화붕소의 경우 입자 표면에 산성 관능기가 거의 존재하지 않기 때문에, 가혹한 조건에서의 전처리, 예를 들면, 초산, 과산화수소, 질산, 황산 등의 강산을 이용한 산처리, 고온 고압 하에서의 초산, 아민 등을 이용한 가스 처리, 플라즈마 혹은 오존 처리 등과 같은 전처리를 통하여 육방정계 질화붕소의 입자 표면에 산성 관능기 등을 강제로 생성시키고 있다(특허문헌 2 및 3 그리고 비특허문헌 1 참조). 그렇지만, 이러한 가혹 조건에서의 전처리는 작업 안정성, 환경 등을 해칠 뿐 아니라, 고가의 처리 장비를 필요로 하고, 가혹한 조건에서 육방정계 질화붕소의 결정 구조를 붕괴시켜 이의 고유 물성을 해칠 수 있는 잠재적 위험을 갖는다.

이 밖에도, 육방정계 질화붕소의 분산성을 향상시키는 방법으로는 계면활성제나 안료분산수지 등을 이용하는 방법이 있다. 이중, 계면활성제를 이용하는 방법(특허문헌 4 참조)은 수계 분산액의 제조에는 유용하나, 유기용제를 사용하는 분산액의 제조에는 적합하지 않다. 또한, 질화붕소에 대한 계면활성제의 흡착력이 약해 질화붕소의 충분한 분산 안정성을 확보하기 위해서는 많은 양의 계면활성제를 첨가하여야 하는 문제가 있다. 그리고, 안료분산수지를 이용하는 방법도 질화붕소에 대한 기존에 알려진 안료분산수지의 상용성이 좋지 않아 안료분산수지가 쉽게 탈착됨으로써 질화붕소가 쉽게 응집되는 문제가 있다. 특히, 질화붕소의 응집은 분산액 내의 고형분의 함량이 증가될수록 분산액의 점도를 급격히 상승시키는 원인으로 고농도 분산액의 제공을 매우 어렵게 한다. 또한, 질화붕소가 적용되는 소재의 매트릭스 수지와 안료분산수지의 상용성이 좋지 않은 경우 질화붕소의 응집이나 저장 안정성이 저하되는 문제가 발생하게 된다. 이에 따라, 안료분산수지를 이용하는 방법은 질화붕소의 사용 범위를 매우 제한하는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0127810호 (공개일: 2014.11.04) 대한민국 공개특허 제10-2013-0115910호 (공개일: 2013.10.22) 대한민국 공개특허 제10-2012-0044935호 (공개일: 2012.05.08) 일본 공개특허 제1994-219714호 (공개일: 1994.08.09)

RSC Adv., 2014, 4, 44282-44290

이에 본 발명은 열화학적 전처리 과정을 전혀 거치지 않은 육방정계 질화붕소가 유기 용매 내에 고농도로 분산되어도 낮은 점도를 나타낼 수 있는 질화붕소의 분산액을 제공한다.

그리고, 본 발명은 상기 질화붕소의 분산액으로부터 제조되는 분체를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 질화붕소 분산액 및 상기 분체 중 적어도 어느 하나를 이용한 열전도성 수지 복합체를 제공한다.

발명의 일 구현예에 따르면, 육방정계 질화붕소 20 내지 40 중량%; 수지 내 수산기의 함량이 10 내지 25 중량%인 폴리비닐아세탈 수지 0.05 내지 5 중량%; 및 유전상수가 15 이상인 잔량의 유기 용매를 포함하는 질화붕소 분산액이 제공된다.

상기 육방정계 질화붕소는 열화학적 처리 과정을 거치지 않은 것으로 이에 화학적으로 결합된 수산기를 2 중량% 이하로 포함하는 것일 수 있다.

상기 분산액 내에서 육방정계 질화붕소는 안정적인 분산성을 나타내 이의 응집 현상이 거의 발생되지 않는다. 이에 따라, 상기 분산액 내의 육방정계 질화붕소는 체적 평균 입도(D50)가 0.01 내지 500㎛일 수 있다. 보다 구체적으로, 평균 길이가 약 10㎛인 육방정계 질화붕소를 첨가한다면, 상기 분산액 내의 육방정계 질화붕소는 체적 평균 입도(D50)가 0.01 내지 6.0㎛일 수 있다.

상기 폴리비닐아세탈 수지는 유기 용매에 대한 우수한 용해도를 위해 수지 내 아세틸기의 함량이 0 내지 4 중량%인 것을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 폴리비닐아세탈 수지는 중량평균분자량이 5,000g/mol 내지 100,000g/mol일 수 있다.

상기 유기 용매는 케톤계 유기 용매, 아마이드계 유기 용매 혹은 이들의 혼합물일 수 있다.

상기 분산액은 20℃ 온도 및 10rpm의 전단력 하에서 0.1 내지 300cps의 점도를 가질 수 있다.

한편, 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 육방정계 질화붕소와, 상기 육방정계 질화붕소에 흡착된 수지 내 수산기의 함량이 10 내지 25 중량%인 폴리비닐아세탈 수지를 80:20 내지 99.9:0.1의 중량비율로 포함하는 분체가 제공된다.

한편, 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 육방정계 질화붕소 20 내지 40 중량%, 수지 내 수산기의 함량이 10 내지 25 중량%인 폴리비닐아세탈 수지 0.05 내지 5 중량% 및 잔량의 유전상수가 15 이상인 유기 용매를 포함하는 질화붕소 분산액; 그리고 육방정계 질화붕소와, 상기 육방정계 질화붕소에 흡착된 수지 내 수산기의 함량이 10 내지 25 중량%인 폴리비닐아세탈 수지를 80:20 내지 99.9:0.1의 중량비율로 포함하는 분체; 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열전도성 수지 복합체가 제공된다.

발명의 구현예에 따른 질화붕소 분산액 및 분체는 소정 구조를 가지는 분산제를 채용하여 저점도 및 우수한 분산성과 저장 안정성을 나타낼 수 있다. 이러한 분산액 내지 분체를 이용하면, 질화붕소가 균일하게 분포되어 열전도 효율이 현저히 개선된 고방열 소재 등을 제공할 수 있다. 또한, 상기 분산액 또는 분체에 포함된 분산제는 고방열 소재를 형성하는 매트릭스 수지에 대한 질화붕소의 결착력을 증가시켜 소재의 강도 등의 물성도 개선할 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 6의 rpm 별 점도를 보여주는 그래프이다.
도 2는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 6에서 제조한 분산액 내의 육방정계 질화붕소의 입도 분포를 보여주는 그래프이다.

이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 질화붕소 분산액, 이로부터 얻어지는 분체와 상기 중 어느 하나를 이용한 열전도성 수지 복합체 등에 대해 설명하기로 한다.

발명의 일 구현예에 따르면 육방정계 질화붕소 20 내지 40 중량%; 수지 내 수산기의 함량이 10 내지 25 중량%인 폴리비닐아세탈 수지 0.05 내지 5 중량%; 및 유전상수가 15 이상인 잔량의 유기 용매를 포함하는 질화붕소 분산액이 제공된다.

육방정계 질화붕소는 흑연과 유사하게 판 형상을 가지며, 이러한 다수의 판이 다층으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이러한 육방정계 질화붕소는 우수한 전기 절연성, 열전도성, 내열성, 내부식성, 이형성 및 윤활성 등을 가지나, 높은 표면 에너지와 양성 소수성(amphiphobic)의 성질로 인해, 용제 내에 균일하게 분산되기 어렵다.

그러나, 상기 일 구현예에 따르면, 후술하는 특정 구조의 분산제로 인해 이러한 육방정계 질화붕소가 고농도로 분산된 분산액이 제공될 수 있다. 특히, 상기 분산액에 분산된 육방정계 질화붕소의 우수한 분산 안정성으로 인해 상기 분산액은 매우 낮은 점도와 뛰어난 저장 안정성을 나타낼 수 있다.

종래, 본 발명이 속한 기술분야에서는 육방정계 질화붕소의 분산성을 향상시키기 위해 무기 산화물의 분산성 향상 방법을 응용하여 육방정계 질화붕소의 표면을 개질하였다. 그러나, 이러한 방법은 육방정계 질화붕소를 가혹한 조건 하에서 열화학적으로 처리하여 육방정계 질화붕소가 가지는 고유의 특성에 악영향을 미쳤다.

그러나, 상기 일 구현예에 따른 분산액은 열화학적 처리 과정을 거치지 않은 순수한 육방정계 질화붕소를 고농도로 포함하면서도 우수한 분산 안정성을 나타내 저점도를 나타낼 수 있다. 이때, 순수한 육방정계 질화붕소는 이에 화학적으로 결합된 수산기의 함량이 육방정계 질화붕소 전체 중량에 대하여 약 2 중량% 이하 또는 약 1 중량% 이하인 질화붕소를 의미할 수 있다. 순수한 육방정계 질화붕소는 수산기 등의 표면 관능기를 전혀 포함하지 않을 수 있으므로, 수산기 함량의 하한은 0 중량%일 수 있다.

이와 같이 상기 일 구현예에 따른 분산액은 순수한 육방정계 질화붕소를 포함함으로써, 육방정계 질화붕소의 우수한 고유 특성이 그대로 발현되어 보다 우수한 열전도성, 전기 절연성 및 내열성 등을 나타내는 신소재를 제공할 수 있다.

상기 순수한 육방정계 질화붕소로는 본 발명이 속하는 기술분야에 알려진 방법에 따라 합성된 것을 사용하거나 혹은 시중에 유통되는 상품을 이용할 수 있다. 구체적으로, 순수한 육방정계 질화붕소로는 모멘티브, 머터리얼즈, 덴카 또는 쇼와덴코 사에서 제조된 각종 육방정계 질화붕소가 사용될 수 있다.

상기 분산액에 첨가될 육방정계 질화붕소로는 통상 열전도성 재료로 사용되는 충전제와 비슷한 크기의 것이 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 육방정계 질화붕소로는 평균 길이(평균 입경)가 약 0.01 내지 20㎛ 혹은 약 0.1 내지 15㎛인 것이 사용될 수 있다.

이때, 육방정계 질화붕소의 평균 길이란 판의 두께 방향의 직교하는 방향에서의 최대 길이들의 평균값을 의미하며, 전자 현미경 등으로 측정된 1차 입자들의 평균 입경일 수 있다.

위와 같은 크기의 육방정계 질화붕소로 분산액을 제조하더라도 제조된 분산액 내에서 육방정계 질화붕소가 응집되어 분산액에 분산된 육방정계 질화붕소의 크기는 통상 분산액에 첨가되기 전의 육방정계 질화붕소의 크기보다 크다. 그러나, 상기 일 구현예에 따른 분산액에서는 이러한 응집 현상이 거의 관찰되지 않으며 우수한 분산 안정성을 나타내, 분산액 내의 육방정계 질화붕소의 크기는 분산액에 첨가되기 전의 육방정계 질화붕소의 크기와 거의 비슷하게 유지될 수 있다.

일 예로, 상술한 크기 범위의 육방정계 질화붕소로 분산액을 제조하면, 레이저 회절산란법을 이용한 입도분포 측정장치(Malvern社의 MASTERSIZER 3000)에 의해 측정되는 상기 분산액 내의 육방정계 질화붕소의 체적 평균 입도(D50)는 약 0.01 내지 500㎛, 혹은 약 0.01 내지 20㎛로 나타날 수 있다. 보다 구체적으로, 평균 길이가 약 10㎛인 육방정계 질화붕소로 분산액을 제조한다면, 동일 방법에 의해 측정되는 상기 분산액 내의 육방정계 질화붕소의 체적 평균 입도(D50)는 약 0.01 내지 6.0㎛, 혹은 약 0.01 내지 5.5㎛로 나타날 수 있다.

특히, 본 발명자들은 분산액 내의 육방정계 질화붕소의 체적 평균 입도가 상기 범위를 만족하는 경우 우수한 분산성을 나타낼 뿐 아니라 동일 농도의 분산액 대비 보다 우수한 열전도성을 나타냄을 확인하였다.

상기 일 구현예에 따르면, 육방정계 질화붕소의 우수한 고유 물성의 효과적인 발현을 위하여 지속적으로 요구되었던 고농도의 질화붕소 분산액이 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 분산액은 분산액 전체 중량에 대하여 40 중량%까지 순수한 육방정계 질화붕소를 포함하더라도 유동성을 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 일 구현예에 따르면, 상기 함량 범위 내에서 목적하는 용도에 따른 다양한 농도의 질화붕소 분산액이 제공될 수 있다. 상기 육방정계 질화붕소 함량의 하한은 특별히 한정되지 않으며, 고농도의 분산액을 제공한다는 측면에서 약 20 중량% 이상, 약 25 중량% 이상 또는 약 30 중량% 이상으로 조절될 수 있다.

상기 일 구현예에 따른 분산액의 이러한 분산성은 특정 구조의 분산제에 의하여 발현될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 분산제로는 폴리비닐아세탈 수지가 사용된다.

폴리비닐아세탈 수지는 폴리비닐아세테이트 수지를 가수분해하여 얻은 폴리비닐알코올 수지를 알데하이드와 반응시켜 얻을 수 있으며, 이에 따라 아세탈기, 수산기 및/또는 아세틸기를 포함할 수 있다. 또한, 폴리비닐아세탈 수지는 상기 관능기를 다양한 화합물과 반응시켜 각종 관능기를 더 포함할 수 있다. 비제한적인 예로, 폴리비닐아세탈 수지의 수산기를 아실화 혹은 우레탄화하여 아실기 혹은 우레탄기 등을 더 포함할 수 있다. 본 발명이 속한 기술분야에서는 이러한 폴리비닐아세탈 수지의 다양한 합성 방법 및 각종 시판품이 알려져 있다.

상기 육방정계 질화붕소의 분산 안정성을 확보하기 위하여는 우선 분산제인 폴리비닐아세탈 수지의 우수한 용해성이 전제되어야 한다. 이에 본 출원인은 상기 분산제로 수지 내의 수산기의 함량이 10 내지 25 중량%인 폴리비닐아세탈 수지를 사용하면, 극성 유기 용매에 대하여 우수한 용해성을 확보할 수 있으며, 육방정계 질화붕소의 우수한 분산 안정성도 확보할 수 있음을 확인하였다.

그리고, 보다 향상된 용해성 및 향상된 분산 안정성을 위해 상기 분산제로는 수지 내 아세틸기의 함량이 0 내지 4 중량%인 폴리비닐아세탈 수지가 사용될 수 있다.

상기 폴리비닐아세탈 수지에서 아세탈기의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 아세탈기가 부티랄기인 경우, 입수가 용이하고 각종 유기 용매에 대한 용해성도 양호하다. 따라서, 폴리비닐아세탈 수지로 폴리비닐부티랄 수지가 사용될 수 있다.

한편, 폴리비닐아세탈 수지로는 극성 유기 용매에 대한 적절한 용해성 및 육방정계 질화붕소의 우수한 분산 안정성 확보를 위해, 약 100,000g/mol 이하의 중량평균분자량을 갖는 것이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 폴리비닐아세탈 수지로는 약 50,000g/mol 이하의 중량평균분자량을 갖는 것이 사용되어 보다 우수한 용해도 및 용해 속도를 나타낼 수 있다. 그리고, 상기 폴리비닐아세탈 수지로는 약 5,000g/mol 이상의 중량평균분자량을 가지는 것을 사용하여 육방정계 질화붕소에 대한 우수한 분산력을 나타낼 수 있다.

상기 폴리비닐아세탈 수지는 분산액 전체 중량에 대하여 약 0.05 내지 5 중량%, 약 0.05 내지 3 중량% 혹은 0.05 내지 1 중량% 정도로 사용되어 극성 유기 용매에 순수한 육방정계 질화붕소를 안정적으로 분산시킬 수 있다.

상기 일 구현예에 따른 분산액은 극성 유기 용매를 포함한다. 여기서, 극성 유기 용매는 극성 정도를 나타내는 수치인 유전상수가 약 15 이상인 유기 용매를 의미할 수 있고, 상기 유전상수는 상온(약 25℃) 및 상압(약 1atm) 하에서의 유전상수를 의미할 수 있다.

이러한 극성 유기 용매로는 메틸에틸케톤 등의 케톤계 유기 용매 혹은 디메틸포름아마이드 등의 아마이드계 용매와 같이 비양성자성의 극성 유기 용매가 사용될 수 있다. 그리고, 상기 극성 유기 용매로는 1종의 유기 용매가 사용될 수도 있고, 또는 2종의 유기 용매가 혼합된 혼합 용매가 사용될 수도 있다.

상기 극성 유기 용매는 전술한 함량의 육방정계 질화붕소 및 분산제를 포함하는 분산액이 제공되도록 적절한 함량으로 사용될 수 있다.

상기 일 구현예에 따른 질화붕소의 분산액은 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 통상의 방법에 의하여 제조될 수 있다. 일 예로, 육방정계 질화붕소의 보다 안정적인 분산을 위해, 먼저 극성 유기 용매에 분산제인 폴리비닐아세탈 수지를 용해시키고, 얻어지는 용액에 육방정계 질화붕소 분말을 첨가하여 질화붕소의 분산액을 제조할 수 있다. 이때, 상기 육방정계 질화붕소의 분산도 및 분산 속도 등을 보다 향상시키기 위해, 안료 분산 등에 널리 사용되는 쉐이커(shaker), 볼밀(ballmill), 플래너테리 믹서(planetary mixer), 균질기(homogenizer), 롤밀(rollmill) 등의 분산 장비가 사용될 수 있다.

상기 일 구현예에 따른 질화붕소 분산액은 후술하는 시험예와 같이 육방정계 질화붕소를 고농도로 분산시켰음에도 불구하고 매우 낮은 점도를 나타낼 수 있다. 일 예로, 상기 분산액은 약 20℃ 온도 및 10rpm의 전단력 하에서 0.1 내지 300cps의 저점도를 가질 수 있다.

특히, 육방정계 질화붕소가 분산액 전체 중량에 대하여 약 35 내지 36 중량%로 매우 고농도인 경우에도 상기 분산액은 약 20℃ 온도 및 10rpm의 전단력 하에서 0.1 내지 100cps의 저점도를 가질 수 있다.

이에 따라, 상기 일 구현예에 따른 질화붕소 분산액은 보다 우수한 전기 절연성, 내열성, 열전도성 등이 발현되는 열전도성 소재 등을 제공할 수 있다. 그리고, 상기 일 구현예에 따른 질화붕소 분산액은 사용 목적에 따라 상술한 구성 외에도 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 다양한 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.

한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 질화붕소 분산액으로부터 얻어지는 분체가 제공된다. 상기 분체는 상기 질화붕소 분산액에서 용매를 증발시키고 남은 고형분을 분쇄하여 얻을 수 있다. 이에 따라, 상기 분체는 육방정계 질화붕소와, 상기 육방정계 질화붕소에 흡착된 분산제를 상기 질화붕소 분산액에 포함되었던 중량비율로 포함하게 된다. 즉, 상기 분체는 육방정계 질화붕소와, 상기 육방정계 질화붕소에 흡착된 수지 내 수산기의 함량이 10 내지 25 중량%인 폴리비닐아세탈 수지를 80:20 내지 99.9:0.1의 중량비율로 포함한다.

상기 다른 일 구현예에 따라, 육방정계 질화붕소를 상기와 같은 형태의 분체로 사용하여도 상술한 질화붕소 분산액과 동등한 효과를 나타낼 수 있다. 즉, 상기 분체를 통하여도 용매 또는 수지에 안정적으로 육방정계 질화붕소가 분산되어 보다 향상된 제반 물성을 나타내는 열전도성 소재 등을 제공할 수 있다.

이에 따라, 육방정계 질화붕소의 사용 목적을 고려하여 이를 분산액 또는 분체로 제조하여 사용할 수 있으며, 분체를 다시 상술한 유기 용매에 분산시켜 분산액으로 사용할 수도 있다. 상기 육방정계 질화붕소 및 분산제의 구조, 종류 및 함량 등에 대하여는 상술하였으므로, 여기서는 자세한 설명을 생략한다.

한편, 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상술한 질화붕소 분산액 및 이로부터 얻을 수 있는 분체는 각각 혹은 조합되어 우수한 열전도성 등을 발현하는 열전도성 수지 복합체를 제공할 수 있다. 일 예로, 상기 질화붕소 분산액 및 이로부터 얻을 수 있는 분체 중 적어도 어느 하나는 열전도성 소재에 사용되는 것으로 알려진 다양한 수지와 혼합되어 열전도성 수지 복합체를 제공할 수 있다. 이때, 상기 수지의 비제한적인 예로는 열가소성 수지, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지 등을 들 수 있다.

상기 열전도성 수지 복합체는 육방정계 질화붕소의 분산성 향상을 위하여 육방정계 질화붕소를 열화학적으로 처리하거나 혹은 다량의 계면활성제와 배합하지 않아 육방정계 질화붕소 고유의 우수한 물성을 그대로 나타낼 수 있으며, 상기 복합체 내의 육방정계 질화붕소의 우수한 분산 안정성 및 저장 안정성 등으로 인하여 향상된 기계적 강도 및 우수한 열전도성 등을 나타낼 수 있다.

이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 질화붕소 분산액의 제조

50mL 유리 용기에 디메틸폼아마이드(DMF) 18.0g을 투입한 후, 수지 내의 수산기의 함량이 20 중량%인 폴리비닐아세탈 수지(Kuraray社의 B2OH) 0.2g을 첨가하였다.

상기 폴리비닐아세탈 수지의 용해 속도를 보다 향상시키기 위해 Branson B5510 Ultrasonic Cleaner를 1분간 이용하여 DMF에 폴리비닐아세탈 수지가 용해된 용액을 얻었다. 그런 다음, 상기 유리 용기에 육방정계 질화붕소(Momentive社제, 평균입경 10㎛) 10.0g을 투입하였다. 그리고, VORTEX MIXER를 이용해 1분간 vortexing하여 질화붕소 분산액을 제조하였다.

실시예 2: 질화붕소 분산액의 제조

50mL 유리 용기에 디메틸폼아마이드(DMF) 18.0g을 투입한 후, 수지 내의 수산기의 함량이 13 중량%인 폴리비닐아세탈 수지(Kuraray社의 B30HH) 0.2g을 첨가하였다.

실시예 3: 질화붕소 분산액 및 분체를 포함하는 분산액의 제조

50mL 유리 용기에 메틸에틸케톤(MEK) 18.0g을 투입한 후, 수지 내의 수산기의 함량이 20 중량%인 폴리비닐아세탈 수지(Kuraray社의 B2OH) 0.2g을 첨가하였다. 상기 폴리비닐아세탈 수지의 용해 속도를 보다 향상시키기 위해 Branson B5510 Ultrasonic Cleaner를 1분간 이용하여 MEK에 폴리비닐아세탈 수지가 용해된 용액을 얻었다. 그런 다음, 상기 유리 용기에 육방정계 질화붕소(Momentive社제, 평균입경 10㎛) 10.0g을 투입하였다. 그리고, VORTEX MIXER를 이용해 1분간 vortexing하여 질화붕소 분산액을 제조하였다.

이어서, 상기 얻은 분산액에서 용매를 휘발시키고 남은 고형분을 MIXER를 통해 분쇄하여 분체를 얻었다. 그리고, 50mL 유리 용기에 디메틸폼아마이드(DMF) 13.5g을 투입한 후, 앞서 제조한 분체 7.5g을 첨가하였다. 다음으로 VORTEX MIXER를 이용해 1분간 vortexing하여 분체를 포함하는 분산액을 제조하였다.

비교예 1: 질화붕소 분산액의 제조

50mL 유리 용기에 디메틸폼아마이드(DMF) 18.0g을 투입한 후, 육방정계 질화붕소(Momentive社제, 평균입경 10㎛) 10.0g을 투입하였다. 그리고, VORTEX MIXER를 이용해 1분간 vortexing하여 질화붕소 분산액을 제조하였다.

비교예 2: 질화붕소 분산액의 제조

50mL 유리 용기에 디메틸폼아마이드(DMF) 18.0g을 투입한 후, 상용 분산제의 일종인 Hypermer KD-2 (CRODA社) 0.2g을 첨가하였다.

상기 상용 분산제의 용해 속도를 보다 향상시키기 위해 Branson B5510 Ultrasonic Cleaner를 1분간 이용하여 DMF에 상용 분산제가 용해된 용액을 얻었다. 그런 다음, 상기 유리 용기에 육방정계 질화붕소(Momentive社제, 평균입경 10㎛) 10.0g을 투입하였다. 그리고, VORTEX MIXER를 이용해 1분간 vortexing하여 질화붕소 분산액을 제조하였다.

비교예 3: 질화붕소 분산액의 제조

50mL 유리 용기에 디메틸폼아마이드(DMF) 18.0g을 투입한 후, 상용 분산제의 일종인 DISPERBYK-2008 (BYK社) 0.2g을 첨가하였다.

비교예 4: 질화붕소 분산액의 제조

50mL 유리 용기에 디메틸폼아마이드(DMF) 18.0g을 투입한 후, 상용 계면활성제의 일종인 Pluronic PE6400 (BASF社) 0.2g을 첨가하였다.

상기 상용 계면활성제의 용해 속도를 보다 향상시키기 위해 Branson B5510 Ultrasonic Cleaner를 1분간 이용하여 DMF에 상용 계면활성제가 용해된 용액을 얻었다. 그런 다음, 상기 유리 용기에 육방정계 질화붕소(Momentive社제, 평균입경 10㎛) 10.0g을 투입하였다. 그리고, VORTEX MIXER를 이용해 1분간 vortexing하여 질화붕소 분산액을 제조하였다.

비교예 5: 질화붕소 분산액의 제조

50mL 유리 용기에 톨루엔 18.0g을 투입한 후, 수지 내의 수산기의 함량이 20 중량%인 폴리비닐아세탈 수지(Kuraray社의 B2OH) 0.2g을 첨가하였다.

극성 유기 용매와 달리 폴리비닐아세탈 수지의 용해도가 매우 낮아 용해 속도를 보다 향상시키기 위해 Branson B5510 Ultrasonic Cleaner를 30분간 이용하여 DMF에 폴리비닐아세탈 수지가 용해된 용액을 얻었다. 그런 다음, 상기 유리 용기에 육방정계 질화붕소(Momentive社제, 평균입경 10㎛) 10.0g을 투입하였다. 그리고, VORTEX MIXER를 이용해 1분간 vortexing하였다. 하지만, 제조된 분산액은 점도가 매우 높아 유리 용기를 뒤집어도 거의 유동성이 나타나지 않았다.

비교예 6: 질화붕소 분산액의 제조

50mL 유리 용기에 디메틸폼아마이드(DMF) 18.0g을 투입한 후, 수지 내의 수산기의 함량이 27 중량%인 폴리비닐아세탈 수지(SEKISUI社의 BX-L) 0.2g을 첨가하였다.

시험예 : 질화붕소 분산액의 물성 평가

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 6에서 제조한 분산액의 점도를 TOKI SANGYO社의 VISCOMETER TV-22 기기를 이용하여 20℃에서 rpm 별로 측정하였다. 그리고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.

또한, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 6에서 제조한 분산액 내의 육방정계 질화붕소의 체적 평균 입도를 레이저 회절산란법을 이용한 입도분포 측정장치(Malvern社의 MASTERSIZER 3000)에 의해 측정하였다. 그리고, 그 결과를 하기 표 1 및 도 2에 나타내었다.

	D10 (㎛)	D50 (㎛)	D90 (㎛)
비교예 1	3.12	7.21	14.90
비교예 2	3.06	7.10	15.10
비교예 3	2.97	7.14	16.60
비교예 4	3.00	6.94	14.80
비교예 5	2.88	6.89	15.10
비교예 6	2.99	7.07	15.20
실시예 1	2.27	5.09	11.40
실시예 2	2.20	4.67	11.30
실시예 3	2.24	4.80	13.70

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 분산액은 전 rpm 구간에서 동일 농도의 비교예 1 내지 6 분산액 대비 낮은 점도를 나타냈다.

또한, 표 1 및 도 2를 참조하면, 동일 크기의 육방정계 질화붕소를 사용하였음에도 본 발명의 일 구현예에 따른 분산액에 분산된 육방정계 질화붕소의 체적 평균 입도는 비교예 1 내지 6 분산액 대비 작게 나타났다.

이로써, 본 발명의 일 구현예에 따른 분산액은 우수한 분산성 및 저장 안정성을 가져 우수한 효율의 고방열 소재를 제공할 수 있음이 확인된다.

Claims

육방정계 질화붕소 20 내지 40 중량%;
수지 내 수산기의 함량이 10 내지 25 중량%인 폴리비닐아세탈 수지 0.05 내지 5 중량%; 및
유전상수가 15 이상인 잔량의 유기 용매를 포함하는 질화붕소 분산액.
제 1 항에 있어서, 상기 육방정계 질화붕소는 화학적으로 결합된 수산기를 2 중량% 이하로 포함하는 질화붕소 분산액.
제 1 항에 있어서, 상기 분산액 내의 육방정계 질화붕소는 체적 평균 입도(D50)가 0.01 내지 500㎛인 질화붕소 분산액.
제 1 항에 있어서, 평균 길이가 10㎛인 육방정계 질화붕소를 첨가한 분산액으로, 상기 분산액 내의 육방정계 질화붕소는 체적 평균 입도(D50)가 0.01 내지 6.0㎛인 질화붕소 분산액.
제 1 항에 있어서, 상기 폴리비닐아세탈 수지는 수지 내 아세틸기의 함량이 0 내지 4 중량%인 질화붕소 분산액.
제 1 항에 있어서, 상기 폴리비닐아세탈 수지는 중량평균분자량이 5,000g/mol 내지 100,000g/mol인 질화붕소 분산액.
제 1 항에 있어서, 상기 유기 용매는 케톤계 유기 용매, 아마이드계 유기 용매 혹은 이들의 혼합물인 질화붕소 분산액.
제 1 항에 있어서, 20℃ 온도 및 10rpm의 전단력 하에서 0.1 내지 300cps의 점도를 갖는 질화붕소 분산액.
육방정계 질화붕소와, 상기 육방정계 질화붕소에 흡착된 수지 내 수산기의 함량이 10 내지 25 중량%인 폴리비닐아세탈 수지를 80:20 내지 99.9:0.1의 중량비율로 포함하는 분체.
육방정계 질화붕소 20 내지 40 중량%, 수지 내 수산기의 함량이 10 내지 25 중량%인 폴리비닐아세탈 수지 0.05 내지 5 중량% 및 잔량의 유전상수가 15 이상인 유기 용매를 포함하는 질화붕소 분산액; 및 육방정계 질화붕소와, 상기 육방정계 질화붕소에 흡착된 수지 내 수산기의 함량이 10 내지 25 중량%인 폴리비닐아세탈 수지를 80:20 내지 99.9:0.1의 중량비율로 포함하는 분체; 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열전도성 수지 복합체.