KR20190110745A - 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재 - Google Patents

스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재 Download PDF

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이승우
황인성
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영남대학교 산학협력단
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Abstract

본원 발명은 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 접착용 수지, 고방열 입자, 열전도성 필러 및 착색제를 포함하는 것을 특징으로 함으로써 스마트웨어에 다양한 색상을 구현하는 효과가 뛰어난 장점이 있는 열전도성 착색 복합소재에 관한 것이다.

Description

스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재{THERMAL CONDUCTIVE COLORED COMPOSITE MATERIAL APPLICABLE TO SMART WEAR}
본원 발명은 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 접착용 수지, 고방열 입자, 열전도성 필러 및 착색제를 포함하는 것을 특징으로 함으로써 스마트웨어에 다양한 색상을 구현하는 효과가 뛰어난 장점이 있는 열전도성 착색 복합소재에 관한 것이다.
유비쿼터스(Ubiquitous) 시대의 산물인 스마트웨어(Smart Ware)는 일생생활에 필요한 각종 디지털 장치들을 의복 속에 통합시킨 차세대 의류로서, 신 섬유 기술과 디지털 기술이 융합된 의류 제품이다.
현재 새로운 기술을 시도한 기능성 의류에 대한 수요가 점차적으로 증가함에 따라 다양한 종류의 기능성 의복이 존재하고 있는바, 특히 의복의 내측에 공기층 또는 에어백(에어튜브)을 형성하는 방식이 알려져 있는데 이러한 공기층은 보온성 강화 및 충격 완화 기능을 제공함은 물론, 수중 부상할 수 있도록 하여 구명조끼로써 활용되도록 하는 등의 다양한 목적과 용도로서 이용될 수가 있다.
스마트웨어에 대한 요구가 증가함에 따라 이에 대한 다양한 연구가 진행되고 있으며, 특히, 스마트웨어의 소재로 사용되기 위하여 열전도성 및 방열성이 뛰어나면서도 기존 섬유 특유의 우수한 물성을 유지시키기 위한 기술에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1071617호는 고분자 복합재 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 탄소나노튜브를 포함하되 탄소나노튜브는 종횡비에 대한 중량비의 분포 그래프가 적어도 두 개의 산 모양을 가지는 것을 특징으로 함에 따라 기계적 물성 및 전기적 특성이 모두 우수한 고분자 복합재와 관련된 기술에 대해 개시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허 제10-1648193호는 섬유 코팅용 발열 소재 조성물 및 발열 섬유에 관한 것으로서, 고전도성 물질인 팽창그라파이트를 사용하면서도 침전이 일어나지 않고 코팅 효율이 좋은 섬유 코팅용 발열 조성물 및 고전도성 물질인 팽창그라파이트를 이용하여 발열 및 열전도 효율이 높은 섬유 코팅용 발열 소재와 관련된 기술에 대해 개시되어 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 스마트웨어에 적용이 가능하며 열전도성 및 방열성이 뛰어난 소재 및 조성물에 대한 개발을 활발히 진행된 반면, 의류로써의 가치를 증진시키기 위하여 스마트웨어에 다양한 색상을 발현시키기 위한 기술에 대한 개발은 미비한 실정이다.
전기 전도성 안료들은 오늘날 다양한 응용 분야에서 사용되고 있다. 예를 들어, 매우 다양한 종류의 정전기 방지 코팅, 정전기 방지 바닥재, 방폭형 룸들의 정전기 방지 마감재에 대해, 전기 기술의 스크리닝 코팅 및 패키징에서, 필드 제어 절연 재료들에서 또는 플라스틱 코팅용 전기 전도성 프라이머들에서 사용되고 있다. 각각의 적용 매체에서 전도성 충전제로서 카본 블랙 또는 그래파이트를 채용하는 것이 통상 일반적이다. 그러나, 카본 블랙 또는 그래파이트의 사용은 그것이 첨가된 재료들의 어두운 착색을 초래하며, 이는 종종 단점들로 인식된다.
즉, 열전도성 착색 복합소재의 경우 전기 및 전자 산업에 있어서는 다방면에서 활용되고 있는 반면에, 아직까지 고성능 방열 섬유에 대한 개발도 미진한 실정이며, 고성능 방열 섬유를 스마트웨어에 적용하는 기술 또한 구체적으로 개발되지 않았다.
특히, 스마트웨어에 대한 요구가 증가함에 따라 이에 대한 다양한 연구 및 특허 출원이 진행되고 있으나, 스마트웨어에 다양한 색상을 구현하기 위하여 열전도성 복합소재를 착색소재 조성물로 이용하거나, 스마트웨어에 적용이 가능한 열전도성 착색 컴포지트에 대한 개발은 미흡한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1071617호 대한민국 등록특허 제10-1648193호
본원 발명은 상술한 것과 같은 문제점을 해결하고 필요한 기술을 제공하기 위하여 안출된 것으로서,
본원 발명은 접착용 수지, 고방열 입자, 열전도성 필러 및 착색제를 포함하는 열전도성 착색 복합소재를 개발함으로써 스마트웨어에 다양한 색상을 구현하는 효과가 뛰어난 장점이 있어 스마트웨어에 적용이 가능한 열전도성 착색 복합소재를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본원 발명의 일 실시형태로서,
본원 발명은 접착용 수지, 고방열 입자, 열전도성 필러 및 착색제를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재에 있어서, 상기 접착용 수지는 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지 및 실리콘-우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하고, 상기 고방열 입자는 팽창그라파이트(Expanded graphite), 탄소나노튜브(Carbon nano tube) 및 그래핀(Graphene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하며, 상기 열전도성 필러는 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO), 산화규소(SiO2), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 탄화규소(SiC), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN) 및 질화규소(Si3N4)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재를 제공한다.
본원 발명에 있어서, 상기 고방열 입자는 초음파를 이용하여 개질된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고방열 입자는 표면에 산소함유 기능기가 도입된 것을 특징으로 한다.
본원 발명에 있어서, 상기 열전도성 착색 복합소재는 접착용 수지 100중량부에 대해 고방열 입자 0.1 내지 100중량부, 열전도성 필러 0.1 내지 100중량부 및 착색제 0.1 내지 100중량부의 비율로 포함되어 조성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전도성 착색 복합소재는 25℃의 온도에서 30 내지 45분 동안 경화시켜서 컴포지트 형태로 제품화 시키는 것을 특징으로 한다.
본원 발명에 의한 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재는 접착용 수지, 고방열 입자, 열전도성 필러 및 착색제를 포함하는 것을 특징으로 함으로써 스마트웨어에 다양한 색상을 구현하는 효과가 뛰어난 장점이 있다.
도 1은 본원 발명의 일 실시형태에 따른 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재를 제조하는 과정에서 고방열 입자의 종류에 따른 열전도성 복합소재의 Zeta 전위를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 고방열 입자 중 팽창그라파이트를 초음파를 이용하여 개질시킨 분쇄물을 나타내는 사진이다.
도 3은 고방열 입자 중 팽창그라파이트를 초음파를 이용하여 개질시키기 전과 후의 평균입도를 측정한 그래프이다.
도 4는 본원 발명의 일 실시형태에 따른 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재를 제조하는 과정에서 고방열 입자 중 팽창그라파이트를 이용한 열전도성 복합소재의 복합화 테스트를 실시하는 과정을 나타내는 사진이다.
도 5는 본원 발명의 일 실시형태에 따른 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재를 제조하는 과정에서 접착용 수지, 고방열 입자 및 열전도성 필러를 혼합하여 제조한 에멀션 형태의 열전도성 복합소재를 나타내는 사진이다.
도 6은 본원 발명의 일 실시형태에 따른 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재 제조 시 착색제를 배합한 사진이다.
도 7은 본원 발명의 일 실시형태에 따른 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재 제조 시 착색제 배합에 따른 색상구현 샘플을 나타내는 사진이다.
도 8은 본원 발명의 일 실시형태에 따른 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재의 시제품을 나타내는 사진이다.
이하, 본원의 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원 발명의 실시형태를 들어 상세히 설명한다. 본원 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본원 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 본원 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본원 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
본원 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본원 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본원 발명에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본원 발명을 보다 상세히 설명한다.
본원 발명은 접착용 수지, 고방열 입자, 열전도성 필러 및 착색제를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재에 관한 것이다.
본원 발명에서 사용되는 접착용 수지는 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지 및 실리콘-우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 접착용 수지는 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지 및 실리콘-우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있고, 바람직하게는 에폭시계 수지를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 접착용 수지의 종류는 특별히 제한되지 않고, 접착성이 우수한 것이라면 이 분야에서 일반적으로 통용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 고방열 입자는 팽창그라파이트(Expanded graphite), 탄소나노튜브(Carbon nano tube) 및 그래핀(Graphene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본원 발명에서 열전도성이란, 열을 내보내거나 내뿜는 일 또는 그 열을 전달하는 효율이 뛰어난 것을 의미하는 것으로 특히 기계 따위에서 발생한 열을 방산(放散)하는 일에 대한 효율성을 뜻한다. 전자제품의 방열체(Heat Sink)의 소재로 사용되기 위해서는 대략 1~30W/mK 값을 가져야 하고 열전도성(방열) 소재로는 금속, 세라믹, 카본 등의 열전도성 필러와 고분자로 이루어진 복합재료를 채택하여 사용하는 경우가 증가하고 있다.
본원 발명의 열전도성 착색 복합소재는 본원 발명에 따른 고방열 입자를 포함하고, 상기 고방열 입자는 본원 발명의 복합소재 내에서 열전도성 필러 사이를 연결하는 열전도성 경로를 형성함으로써, 방열 효과를 더욱 향상시키는 역할을 수행함에 따라 최종적으로 열전도성에 관련된 효율을 증진시킬 수 있는 장점이 있다.
본원 발명에서 상기 고방열 입자는 팽창그라파이트, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다. 팽창그라파이트, 탄소나노튜브 및 그래핀은 우수한 열전도도, 저렴한 가격, 양호한 매트릭스 내에서의 분산성 때문에 최고의 필러로 인식되고 있다.
그 중에서도 특히 팽창그라파이트는 두께가 20~100㎚의 층으로 그라파이트가 박리된 상태를 말하며 고분자의 복합재료로 많이 사용되어 왔고, 복합재료의 열전도도는 팽창그라파이트가 박리된 정도, 분산상태, 종횡비에 따라 달라진다고 보고되고 있다.
본원 발명에서 사용되는 고방열 입자인 팽창그라파이트, 탄소나노튜브 및 그래핀은 초음파를 이용하여 개질된 것일 수 있다. 고방열 입자를 초음파분쇄 및 화학적 처리를 통해 개질하여 고분자 물질에 혼합함으로써 열전도도 특성이 우수한 복합소재를 제조할 수 있다.
상기 고방열 입자를 개질하기 위해, 먼저 수용액상태에서 초음파 분쇄하고 강산을 첨가한 고온의 상태에서 소결 후 세정하는 1차 분쇄과정을 거친다. 고방열 입자를 초음파 분쇄함으로써 미립자를 균질화시켜 용매에 균일하게 분산시킬 수 있다. 상기 고방열 입자 분산 시 초음파의 세기는 20 내지 40kHz 일 수 있으며, 바람직하게는 30kHz로 분쇄하는 것이다. 이는, 20kHz 미만으로 분쇄하는 경우에는 미분쇄 물질이 발생할 수 있기 때문이며, 40kHz초과로 분쇄하는 경우에는 불필요한 미분화가 진행될 수 있다는 점에서 바람직하지 않기 때문이다.
고방열 입자를 초음파 분쇄 한 뒤 강산으로는 질산 및 황산 등의 혼합산에 의해 가공 처리 될 수 있다. 산처리 시 질산 및 황산의 농도는 98% 이상인 것을 이용할 수 있다. 또한, 1시간 내지 3시간 동안 산처리가 이루어질 수 있는데, 이는, 1시간 미만 혹은 3시간 초과로 산처리 할 경우에 물성의 균제도 달성면에서 바람직하지 않기 때문이다. 소결과정을 거친 후 1차 분쇄된 고방열 입자를 수용액 상태에서 초음파 및 물리적 분쇄를 거쳐 더욱 미립화시키는 2차 분쇄과정을 거친다.
본원 발명에서 고방열 입자를 물리적으로 분쇄하기 위해서 3볼밀을 이용해서 분쇄할 수 있다. 상기 3볼밀을 이용하여 1 내지 3시간 동안 반복 교반할 수 있다. 바람직하게는 2시간 동안 반복 교반하는 것이며, 1시간 이하로 교반하는 것과 3시간 이상으로 교반하는 것은 불균일한 분쇄가 발생할 수 있다는 점에서 바람직하지 않다.
본원 발명에서 고방열 입자는 표면에 화학적 기능화기가 도입된 것일 수 있다. 본원 발명에서 상기 기능화기를 도입하기 위해 질산이나 황산 등의 혼합산(Acid)에 의해 가공처리 될 수 있으며, 화학적 산화를 통하여 오픈 팁(OPEN TIP)이 형성될 수 있다.
본원 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 화학적 기능화기는 산소함유 기능기인 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 산소함유 기능기는 카르복실기(-COOH), 하이드록실기(-OH), 에스테르기(-C=O) 중 어느 하나 이상일 수 있다. 카르복실기(-COOH), 하이드록실기(-OH), 에스테르기(-C=O)와 같은 기능화기들로 인해서 고방열 입자가가 더욱 미립화될 수 있으며, 구조적 안정성을 나타낼 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 열전도성 필러는 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO), 산화규소(SiO2), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 탄화규소(SiC), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN) 및 질화규소(Si3N4)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 즉, 본원 발명에서 열전도성 필러의 종류는 특별히 제한되지 않고, 열전도성이 우수하면서도 절연성을 가지는 물질이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
본원 발명에서 사용되는 착색제는 일반적으로 공업용으로 사용되는 안료 형태의 물질이라면 종류에 관계없이 모두 사용이 가능하며, 이 분야에서 일반적으로 통용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다. 특히, 본원 발명에서는 적색 또는 청색을 나타내는 안료 형태의 착색제를 주로 사용하는 것을 특징으로 한다.
본원 발명의 열전도성 착색 복합소재는 접착용 수지 100중량부에 대해 고방열 입자 0.1 내지 100중량부, 열전도성 필러 0.1 내지 100중량부 및 착색제 0.1 내지 100중량부의 비율로 포함되어 조성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
특히, 접착용 수지 100중량부에 대해 고방열 입자는 0.1 내지 100중량부의 비율로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 이는, 상기 고방열 입자의 함량이 0.1중량부 미만일 경우에는 열전도성 경로 역할을 충분히 수행하지 못하게 되어 방열 효과 향상이 미미할 수 있기 때문이며, 100중량부를 초과하는 경우에는 열전도성 착색 복합소재 내에서의 고방열 입자의 분산이 용이하지 않을 수 있고 균열 현상 등이 발생할 수 있기 때문이다.
또한, 본원 발명의 열전도성 착색 복합소재는 25℃의 온도에서 30 내지 45분 동안 경화시켜서 컴포지트 형태로 제품화 시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
이하, 본원 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원 발명의 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재(이하, ‘열전도성 착색 복합소재’이라고도 함)를 실시예를 들어 상세히 설명한다. 본원 발명의 일 실시형태에 따른 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재의 열전도도 및 착색 효과는 후술하는 시험 결과에 의해 보다 명확하게 이해될 수 있다. 그러나 본원 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
고방열 입자의 제조
본원 발명의 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재를 제조하기 위하여 고방열 입자로는 팽창그라파이트(Expanded graphite), 탄소나노튜브(Carbon nano tube) 및 그래핀(Graphene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 초음파를 이용하여 개질시킨 것을 사용한다.
고방열 입자의 종류는 본원 발명의 일 실시형태에 따른 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재를 제조하는 과정에서 사용되는 고방열 입자는 고방열 입자의 종류에 따른 열전도성 복합소재의 Zeta 전위를 측정한 시험 결과에 따라 선정하였으며, Zeta 전위 측정 시험 결과는 하기 도 1과 같다.
특히, 본원 발명에서 상기 고방열 입자로 팽창그라파이트(Expanded Graphite)를 사용하는 것이 바람직하다.
① 1차 초음파 분쇄 : 팽창그라파이트 0.5g을 증류수 100g에 넣어, 초음파 분쇄를 한다. 그 뒤, 황산과 질산의 혼합용액(황산:질산=3:1,부피비) 240g에 넣고, 60℃로 가열하면서 24시간 동안 교반하였다. 이어서 상기 강산 용액이 혼합된 팽창그라파이트를 2차 증류수 500g에 넣어 희석시키고, 수 회에 걸쳐 3차 증류수를 이용하여 세척을 하였다.
② 2차 초음파 분쇄 : 3볼밀을 이용하여, 24시간 동안 반복 교반한 후 초음파 분쇄기를 이용해 분쇄했다. 팽창그라파이트를 수분상태에서 초음파 분쇄기를 통해 분쇄한 후, 수분을 제거하였다. 수분이 제거된 나노 크기의 팽창그라파이트 분말에 대해서는 파우더 분산 공정을 통해 균일하게 분산화시켜 파우더로 제조하였다.
상기와 같이 1차 및 2차 초음파 분쇄를 거쳐 팽창그라파이트를 파우더 형태의 고방열 입자로 제조하였으며, 1차 및 2차 초음파 분쇄 시 팽창그라파이트의 형태(초음파를 이용하여 개질시킨 분쇄물)는 하기 도 2의 사진에 나타난 바와 같다.
또한, 본원 발명에서는 고방열 입자 중 팽창그라파이트를 초음파를 이용하여 1차 및 2차에 걸쳐 개질시킴으로써(1차 및 2차 초음파 분쇄) 나노 크기의 팽창그라파이트 분말에 대해서는 파우더 분산 공정을 통해 균일하게 분산화시켜 파우더로 제조할 수 있음을 확인하기 위하여 초음파 분쇄 전과 후의 평균입도를 측정하여 확인하였으며, 그 결과는 하기 도 3과 같다.
③ 화학적 기능화기 도입 : 나노 크기로 분쇄된 팽창그라파이트의 표면을 개질하기 위해, 황산과 질산의 혼합용액(황산:질산=3:1,부피비) 240g에 넣고, 60℃로 가열하면서 24시간 동안 교반하였다. 이어서 상기 강산 용액이 혼합된 팽창그라파이트를 2차 증류수 500g에 넣어 희석시키고, 수 회에 걸쳐 3차 증류수를 이용하여 세척을 하였다.
열전도성 복합소재의 복합화 테스트
본원 발명의 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재를 제조하되 착색제를 제외한 접착용수지, 고방열 입자 및 열전도성 필러를 혼합하여 열전도성이 우수한 복합소재를 제조하고, 열전도성 복합소재의 복합화 테스트를 실시하였다.
에폭시 수지(접착용 수지) 100중량부에 대하여 상기 실시예 1에서 제조된 고방열 입자(팽창그라파이트로 제조함) 2중량부 및 산화알루미늄(Aldrich사(제), 열전도성 필러) 50중량부의 비율로 배합하여 열전도성 복합소재를 제조하였다.
본원 발명의 일 실시형태에 따른 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재를 제조하는 과정에서 고방열 입자 중 팽창그라파이트를 이용한 열전도성 복합소재의 복합화 테스트를 실시하는 과정은 하기 도 4와 같으며, 접착용 수지, 고방열 입자 및 열전도성 필러를 혼합하여 제조한 에멀션 형태의 열전도성 복합소재는 하기 도 5의 사진에 나타난 바와 같다.
본원 발명의 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재를 제조하기 위하여 고방열 입자로는 팽창그라파이트, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 초음파를 이용하여 개질시킨 것을 사용할 수 있으며, 고방열 입자의 종류에 따른 경화 조건 및 개질 특성을 분석하는 시험을 실시하였다.
상기 실시예 1의 방법으로 고방열 입자를 제조하되, 팽창그라파이트를 이용하여 고방열 입자를 제조하는 경우와 동일한 조건에서 팽창그라파이트 대신 탄소나노튜브 또는 그래핀을 사용하여 각각의 고방열 입자를 제조하였다.
에폭시 수지(접착용 수지) 100중량부에 대하여 산화알루미늄(Aldrich사(제), 열전도성 필러) 50중량부를 배합하고 고방열 입자(팽창그라파이트, 탄소나노튜브, 그래핀)를 각각 2중량부의 비율로 배합하여 3종의 열전도성 복합소재를 제조하였다. 3종의 열전도성 복합소재의 경화조건 및 개질 특성 분석 시험을 실시한 결과는 하기 표 1과 같다.
Figure pat00001
열전도성 착색 복합소재의 제조 및 열전도도 측정 시험
본원 발명의 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재를 제조하였다.
에폭시 수지(접착용 수지) 100중량부에 대하여 상기 실시예 1에서 제조된 고방열 입자(팽창그라파이트로 제조함) 2중량부 및 산화알루미늄(Aldrich사(제), 열전도성 필러) 50중량부를 배합하고, 착색제로 적색 및 청색의 안료를 각각 2중량부의 비율로 배합하여 열전도성 착색 복합소재를 제조하였다.
본원 발명의 일 실시형태에 따른 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재 제조 시 착색제를 배합한 상태는 하기 도 6에 나타난 바와 같으며, 착색제 배합에 따른 색상구현 샘플은 하기 도 7에 나타난 바와 같다.
이후, 열전도성 착색 복합소재를 25℃의 온도에서 30 내지 45분 동안 경화시켜서 컴포지트 형태로 제품화 시킬 수 있으며, 열전도성 착색 복합소재를 경화시킨 후의 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재의 시제품은 하기 도 8과 같다.
열전도도 측정 시험
상기에서 제조된 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재의 시제품(적색 및 청색)에 대한 열전도도 측정 시험을 실시하였다. 열전도도 측정 시험은 한국고분자시험연구소(주)에 의뢰하여 진행하였으며, ASTM E1461 시험법을 이용하여 측정하였다.
그 결과, 적색의 열전도성 착색 복합소재 시제품의 열전도도는 1.58W/mK으로 측정되었으며, 청색의 열전도성 착색 복합소재 시제품의 열전도도는 1.62W/mK으로 측정됨에 따라, 본원 발명의 일 실시형태에 따른 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재의 열전도도는 매우 우수한 것으로 확인되었다.
결론적으로, 상기 실시예 1 내지 실시예 3을 통해, 본원 발명에 의한 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재는 접착용 수지, 고방열 입자, 열전도성 필러 및 착색제를 포함하는 것을 특징으로 함으로써 스마트웨어에 다양한 색상을 구현하는 효과가 뛰어난 장점이 있음을 확인하였다.
이상, 실시예를 들어 본원 발명을 상세하게 설명하였으나, 본원 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있고, 본원 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함이 명백하다. 또한, 청구범위에 기재된 본원 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본원 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

Claims (5)

  1. 접착용 수지, 고방열 입자, 열전도성 필러 및 착색제를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재에 있어서,
    상기 접착용 수지는 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지 및 실리콘-우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하고,
    상기 고방열 입자는 팽창그라파이트(Expanded graphite), 탄소나노튜브(Carbon nano tube) 및 그래핀(Graphene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하며,
    상기 열전도성 필러는 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO), 산화규소(SiO2), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 탄화규소(SiC), 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN) 및 질화규소(Si3N4)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고방열 입자는 초음파를 이용하여 개질된 것을 특징으로 하는 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고방열 입자는 표면에 산소함유 기능기가 도입된 것을 특징으로 하는 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도성 착색 복합소재는,
    접착용 수지 100중량부에 대해 고방열 입자 0.1 내지 100중량부, 열전도성 필러 0.1 내지 100중량부 및 착색제 0.1 내지 100중량부의 비율로 포함되어 조성되는 것을 특징으로 하는 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전도성 착색 복합소재는,
    25℃의 온도에서 30 내지 45분 동안 경화시켜서 컴포지트 형태로 제품화 시키는 것을 특징으로 하는 스마트웨어에 적용 가능한 열전도성 착색 복합소재.
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