KR20200092109A - 방열 코팅 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의해 제조된 방열 시트 - Google Patents

방열 코팅 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의해 제조된 방열 시트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방열 코팅 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의해 제조된 방열 시트를 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물 은 화학적으로 개질된 그래핀(chemically modified graphene), 광 경화성 유기 바인더, 전도성 고분자, 광개시제 및 유기 용매를 포함하고, 상기 화학적으로 개질된 그래핀은 그래핀의 표면이 친수성 작용기로 표면 개질된 것을 특징으로 한다.

Description

방열 코팅 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의해 제조된 방열 시트{HEAT SPREAD COATING COMPOSITION, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND HEAT SPREAD SHEET MANUFACTURED THEREBY}
본 발명은 방열 코팅 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의해 제조된 방열 시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 화학적으로 개질된 그래핀 및 전도성 고분자를 포함하여 열 전도도 및 분산성이 향상된 방열 코팅 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의해 제조된 방열 시트에 관한 것이다.
나노 기술 및 나노 소재는 기존의 기술분야를 횡적으로 연결하고, 분야간 경계를 허물 수 있는 융복합 기술 발전의 토대가 되었으며, 재료, 전자, 에너지, 항공우주 및 의학 등의 거의 모든 산업 분야에 응용이 가능하다.
높은 수준의 기술이 요구되는 나노 소재 개발은 상당한 자원이 투입되어야 하는 개발 분야이며, 실제로 수 조원 단위의 연구개발 자원이 투입되고 있고 각 국가 별로 핵심 미래 기술로 분류되어 경쟁이 치열하게 전개되고 있다.
탄소계 나노 소재는 전기적 성질, 열전달 특성 및 강성 등 특유의 고성능을 바탕으로 많은 응용이 이루어지고 있고, 탄소계 나노 소재를 이용한 응용 제품은 상용화가 많이 진전되었으나, 코팅 소재로서의 응용은 상대적으로 발전 속도가 더디다. 이는 탄소계 나노 소재의 구조적 특성에 기인하는 바도 있으나, 재료의 혼합(분산) 과정에서 수반되는 현상들을 해결해나가는 노력이 다소 부족하다고 볼 수 있다.
탄소계 나노 소재의 혼합 비율의 한계 극복, 응용분야의 발굴 또는 복합소재의 설계 등 탄소계 나노 소재의 가능성을 실현하기 위한 복합적인 개발이 이루어져야 하고, 그 일 예로, 방열 소재로서 탄소계 나노 소재의 응용이 많은 시도가 이루어지고 있다.
최근 전자기기 및 전자부품의 소형화, 슬림화 및 다기능화의 경향에 따라 전자소자에 대한 집적도가 높아지고, 전기에너지에 의하여 작동하는 전자소자의 발열량도 크게 증가하고 있다. 전자소자에서 발생하는 열이 외부로 확산되지 못하고 전자소자에 축적되는 경우, 전자기기의 작동수명을 감소시키고 시스템 안정성에 심각한 우려를 내재하므로, 전자기기 내부에서 발생하는 열을 효과적으로 분산하고 발산시키는 방열특성에 대한 요구가 증가되고 있다.
특히, 최근 그 수요가 증가되고 있는 핸드폰과 같은 모바일 기기와, 플라즈마 디스플레이 패널 (PDP), LCD 모니터 등에게는 선명도, 색상도 등을 떨어뜨려 제품에 대한 신뢰성과 안정성을 저하시키고 있다. 이에, 시스템 내부에서 발생한 열에너지는 외부로 방출되거나 자체 냉각되어야 한다.
따라서, 방열 소재로서 탄소계 나노 소재의 응용은 상업화도 진전되었으나, 탄소계 나노 소재의 높은 잠재력을 충분히 활용하고 있다고 보기에는 아쉬움이 있다. 탄소계 나노 소재가 코팅재로 응용되기 위해서는 지지체 역할을 하는 바인더 선정, 코팅 공법에 맞춘 배합 기술 개발 및 탄소계 나노 소재의 충진량 극대화 등 복합적인 변수를 제어할 수 있는 기술이 개발되어야 하나, 아직 충분히 연구되고 있지 않다.
그 중, 탄소계 나노 소재를 이용한 열 방출에 초점을 맞춘 연구들이 공개되고 있는데, 예를 들어, 문헌[K. Kordas, et. al., Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 123105.]은 칩 상으로 이동된 수직으로 배열된 다중-벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube; MWCNT) 구조의 칩-냉각 성능을 보고한 바 있다. 문헌[C. N. Suryawanshi, et. al., ACS Appl. Mater. Interfaces 2009, 1, 1334.]은 MWCNT 또는 카본 블랙으로 코팅된 표면의 열 방출 성능을 측정하였다. 문헌[Lin, et al., Solid State Sci. 2015, 43, 22.]은 고분자 바인더와 혼합된 흑연지(graphite paper)로부터 박리된 그래핀 나노시트로 열원의 표면을 칠한 후의 열 방출 효율을 측정하였다.
그러나, 이와 같은 탄소계 나노 소재를 이용한 종래의 연구들은 복잡한 고분자 구조나 나노-탄소 물질의 비-균질한 코팅 공정과 같은 문제들이 있었으며, 무엇보다 열 방출 성능이 미흡하다는 점에서 개선의 여지가 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2018-0103301호, "방열 시트" 대한민국 등록특허 제10-1889194호, "방열 시트 및 이의 제조방법" 대한민국 공개특허 제10-2018-0127063호, "방열 시트"
본 발명의 실시예는 방열 소재로써 화학적으로 개질된 그래핀 및 전도성 고분자를 사용함으로써 충진량을 향상시키는 동시에 방열 성능이 향상된 방열 코팅 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 화학적으로 개질된 그래핀을 포함함으로써, 광 경화성 유기 바인더와의 분산성이 향상된 방열 코팅 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 전도성 고분자를 포함함으로써, 열 전도도가 향상된 방열 코팅 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 고전단믹서(high shear mixer) 및 볼 밀(ball milling) 공정을 진행하여 전도성 고분자 및 탄소 나노 소재(그래핀)을 교반/분쇄하여 전도성 고분자 및 탄소 나노 소재(그래핀)의 치밀도를 향상시키기 위한 방열 코팅 조성물의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 방열층에 화학적으로 개질된 그래핀 및 전도성 고분자를 포함함으로써 전기 전도도(electrical conduction)를 갖는 동시에 열 전도도(thermal conduction)를 갖는 방열 시트를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 전자 기기, 전자 부품, 모바일 기기 또는 디스플레이에 다양하게 적용 가능한 방열 시트를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 화학적으로 개질된 그래핀(chemically modified graphene), 광 경화성 유기 바인더, 전도성 고분자, 광개시제 및 유기 용매를 포함하고, 상기 화학적으로 개질된 그래핀은 그래핀의 표면이 친수성 작용기로 표면 개질된다.
상기 친수성 작용기는 하이드록시기(-OH), 카르복시기(-COOH), 에스테르기(-COO-), 에폭시기(-O-) 및 카보닐기(-CO-) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 화학적으로 개질된 그래핀은 상기 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 3중량% 내지 6중량%를 포함할 수 있다.
상기 광 경화성 유기 바인더는 아크릴레이트 올리고머(acylate oligomer)를 포함할 수 있다.
상기 아크릴레이트 올리고머는 6개 내지 12개의 아크릴레이트 표면 작용기 및 1개 내지 6의 방향족 고리(Aromatic ring)를 포함할 수 있다.
상기 광 경화성 유기 바인더는 상기 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 20중량% 내지 27중량%를 포함할 수 있다.
상기 전도성 고분자는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-폴리스티렌술폰산(PEDOT:PSS)를 포함할 수 있다.
상기 전도성 고분자는 상기 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 10중량% 내지 15중량%를 포함할 수 있다.
상기 광개시제는 상기 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 1중량% 내지 5중량%를 포함할 수 있다.
상기 방열 코팅 조성물은 폴리올(polyol)를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리올은 상기 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 0.02중량% 내지 0.08중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물의 제조 방법은 분산 용매에 전도성 고분자를 분산하여 전도성 고분자 분산액을 제조하는 단계; 유기 용매에 광 경화성 유기 바인더를 첨가하여 광 경화성 유기 바인더 용액을 제조하는 단계; 상기 전도성 고분자 분산액 및 상기 광 경화성 유기 바인더 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 상기 혼합 용액에 화학적으로 개질된 그래핀을 첨가하여 분쇄 및 교반하는 단계; 및 상기 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액에 광개시제를 첨가하는 단계를 포함한다.
상기 혼합 용액에 화학적으로 개질된 그래핀을 첨가하여 분쇄 및 교반하는 단계는, 고전단믹서를 이용하여 상기 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액을 분쇄 및 교반하는 단계; 및 비드밀을 이용하여 상기 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액을 교반하는 단계를 포함될 수 있다.
상기 유기 용매에 상기 광 경화성 유기 바인더를 첨가하여 광 경화성 유기 바인더 용액을 제조하는 단계는, 상기 바인더 용액에 폴리올을 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 시트는 베이스 기재; 및 상기 베이스 기재 상에 방열 코팅 조성물을 사용하여 코팅된 방열층을 포함하고, 상기 방열 코팅 조성물은 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물이다.
상기 방열층의 두께는 1㎛ 내지 10㎛일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 방열 소재로써 화학적으로 개질된 그래핀 및 전도성 고분자를 사용함으로써 충진량을 향상시키는 동시에 방열 성능이 향상된 방열 코팅 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 화학적으로 개질된 그래핀을 포함함으로써, 광 경화성 유기 바인더와의 분산성을 향상된 방열 코팅 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전도성 고분자를 포함함으로써, 열 전도도가 향상된 방열 코팅 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고전단믹서(high shear mixer) 및 볼 밀(ball milling) 공정을 진행하여 전도성 고분자 및 탄소 나노 소재(그래핀)을 교반/분쇄하여 전도성 고분자 및 탄소 나노 소재(그래핀)의 치밀도를 향상시키기 위한 방열 코팅 조성물의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 방열층에 화학적으로 개질된 그래핀 및 전도성 고분자를 포함함으로써 전기 전도도(electrical conduction)를 갖는 동시에 열 전도도(thermal conduction)를 갖는 방열 시트를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방열 조성물의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열 시트를 도시한 단면도이다.
이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐리는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 당업계의 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 화학적으로 개질된 그래핀(chemically modified graphene), 광 경화성 유기 바인더, 전도성 고분자, 광개시제 및 유기 용매를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 방열 소재로써 화학적으로 개질된 그래핀 및 전도성 고분자를 사용함으로써 충진량을 향상시키는 동시에 방열 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하고, 화학적으로 개질된 그래핀은 그래핀의 표면이 친수성 작용기로 표면 개질되었다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 금속보다 열전도가 높아 방열 시트의 방열 성능을 향상시킬 수 있는 그래핀의 표면이 친수성 작용기로 개질되어 있어, 방열 성능을 향상시키는 동시에 광 경화성 유기 바인더와의 분산성을 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 그래핀은 전기적, 열적 및 기계적 성질이 우수하기는 하나, 강력한 반데르발스 힘(유도쌍극자간의 힘) 때문에 고분자 내에서 그래핀을 안정적으로 분산시켜 유지하는데 어려움이 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 화학적으로 개질된 그래핀을 사용함으로써, 고분자를 사용하는 광 경화성 유기 바인더에 그래핀을 고르게 분산시킬 수 있다.
또한, 그래핀은 구리에 비하여 45배 이상 더 큰 방사율(0.9 초과)을 가지기 때문에 뛰어난 방사 열 방출 효과를 나타내므로, 구리를 대신하여 그래핀을 사용함으로써, 넓은 표면적과 높은 방사율로 인하여 대류와 방사 열 방출을 월등히 향상시킬 수 있다.
따라서, 화학적으로 개질된 그래핀은 열전도 필러(filler)로 사용될 수 있다.
친수성 작용기는 그래핀의 표면에 부착되어 존재하고 있음으로써, 그래핀의 분산성을 향상시킬 수 있고, 친수성 작용기는 알콜기(-OH), 카르복시기(-COOH), 에스테르기(-COO-), 에폭시기(-O-) 및 카보닐기(-CO-) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 친수성 작용기는 그래핀의 중앙에 위치하여 개질 및 결합될 수 있고, 이는 친수성 작용기를 중심으로 분산성을 향상시키기 위한 최적의 위치일 수 있으며, 입체장해(Steric hindrance) 효과를 가장 크게 볼 수 있는 위치일 수 있다.
또한, 친수성 작용기 1개 내에 포함된 탄소 원자의 개수는 4 내지 7일 수 있고, 친수성 작용기 1개 내에 포함된 탄소원자의 개수가 4 미만인 경우 친수성 작용기의 길이가 짧아져 분산효과가 미미할 수 있고, 7을 초과하는 경우 친수성 작용기의 길이가 길어져 곧은(직선) 형태를 유지하지 않고 구부려지므로 분산 효율성이 감소되는 문제가 있다.
화학적으로 개질된 그래핀은 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 3중량% 내지 6중량%를 포함할 수 있고, 화학적으로 개질된 그래핀의 함량이 3중량% 미만이면, 전도성이 저하되는 문제가 있고, 6중량%를 초과하면 분산성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 광 경화성 유기 바인더를 포함한다.
광 경화성 유기 바인더는 아크릴레이트 올리고머(acylate oligomer)를 포함할 수 있고, 아크릴레이트 올리고머는 6개 내지 12개의 아크릴레이트 표면 작용기 및 1개 내지 6의 방향족 고리(Aromatic ring)를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 아크릴레이트 올리고머를 포함함으로써, 광 경화성 유기 바인더가 광개시제의 개시 반응에 의한 라디칼 중합반응이 빠르게 일어나고, 우수한 부착력 및 표면경도를 제공할 수 있다.
광 경화성 유기 바인더는 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 20중량% 내지 27중량%를 포함할 수 있고, 광 경화성 유기 바인더를 전술한 범위로 포함하는 경우, 다관능 아크릴레이트 화합물이 포함되는 경우, 표면경화, 표면전사 또는 표면경도가 우수해질 수 있다.
광 경화성 유기 바인더는 방열 코팅 조성물 내에서 매트릭스 물질로 사용될 수 있고, 방열 시트를 제조하기 위한 베이스 개재 표면의 부착성이 향상되는 동시에 화학적으로 개질된 그래핀을 단단하게 감쌀 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 광 경화성 유기 바인더를 포함함으로써, 광 경화 공정이 가능하므로, 열 경화 공정 대비 빠른 속도로 경화시킬 수 있고, 베이스 기재의 표면에 전체적으로 코팅할 수 있어, 방열 처리 대상체에 따라 자유롭게 재단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 전도성 고분자를 포함하고, 본 조성물 내에 전도성 고분자를 포함함으로써 전기 전도도(electrical conduction)를 갖는 동시에 열 전도도(thermal conduction)를 가질 수 있다.
따라서, 전도성 고분자는 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물에 전도성을 부여할 수 있고, 더욱이 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 전도성 고분자를 포함함으로써, 자유전자 매커니즘에 의해 열 전도도 특성 향상을 유도할 수 있다.
전도성 고분자는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-폴리스티렌술폰산(PEDOT:PSS)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 전도성 고분자의 함량에 따라 열 전도도가 조절될 수 있고, 바람직하게는, 전도성 고분자는 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 10중량% 내지 15중량%를 포함할 수 있으며, 전도성 고분자를 전술한 범위로 포함하는 경우, 목적하는 열 전도도를 얻을 수 있다.
예를 들어, 전도성 고분자는 5g 내지 20g을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 광개시제를 포함한다.
광개시제는 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 1중량% 내지 5중량%를 포함할 수 있고, 광개시제를 전술한 범위로 포함하는 경우, 광 경화성 유기 바인더가 고감도화되어 노출 시간이 단축되므로 생산성이 향상될 수 있다.
광개시제는 이 분야에서 통상적으로 사용되는 광개시제를 사용할 수 있으나, 예를 들어, 광개시제는 1-하이드록시-시클로헥실-페닐-케톤(Irgacure 907), 2-메틸-1[4-(메틸티오)페닐]-2-모포리노프로판-1-온(Irgacure 184C), 1-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온(Darocur 1173), Irgacure 184C와 벤조페논 (benzophenone)의 혼합 개시제(Irgacure 500), 이라가큐어 184C와 이라가큐어 1173의 혼합된 개시제(Irgacure 1000), 2-하이드록시-1-[4-(2-하이드록시에톡시)페닐]-2-메틸-1-프로파논(Irgacure 2959), 메틸벤조일포메이트 (Darocur MBF), α,α-다이메톡시-알파-페닐아세토페논 (Irgacure 651), 2-벤질-2-(디메틸아미노)-1-[4-(4-모포리닐)페닐]-1-부타논(Irgacure 369), 이라가큐어 369와 이라가큐어 651의 혼합 개시제(Irgacure 1300), 다이페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀 옥사이드(Darocur TPO), 다로큐어 TPO와 다로큐어 1173의 혼합 개시제(Darocur 4265), 포스핀 옥사이드(phosphine oxide), 페닐 비스(2,4,6,-트리메틸 벤조일)(Irgacure 819), 이라가큐어 819와 다로큐어 1173의 혼합 개시제(Irgacure 2005), 이라가큐어 819와 다로큐어 1173의 혼합 개시제(Irgacure 2010), 이라가큐어 819와 다로큐어 1173의 혼합 개시제(Irgacure 2020), 비스(에타 5-2,4,-시클로펜타디엔-1-일)비스[2,6-다이플루오르-3-(1H-피롤-1-일)페닐]티타늄(Irgacure 784), 및 벤조페논이 함유된 혼합 개시제(HSP 188) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 사용되는 자외선 램프(UV 램프)의 파장대에 맞추어 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 유기 용매를 포함한다.
유기용매는 방열 코팅 조성물의 다른 성분들을 분산 또는 용해시키는데 효과적인 것이면 그 종류를 특별히 제한하지 않고 사용할 수 있으나, 바람직하게는, 유기 용매로 케톤류 용매, 알코올류 용매, 아세테이트류 용매, 방향족 용매, 글리콜에테르류 용매, 아크릴레이트 단분자류 용매, 아미드류 용매, 아크릴레이트올리고머(Acrylate oligomer) 및 우레탄아크릴레이트폴리머(Urethane acrylate polymer) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 유기 용매는 2-프로판올(2-propanol), 프로필렌 글리콜 메틸에테르(propylene Glycol Methyl Ether, PGME), 디메틸 아세트아미드(dimethyl acetamide), 에탄올(ethanol), 메틸에틸케톤(Methyl ethyl ketone, MEK), 이소프로필 알코올(Isopropyl alcohol), 에틸 알코올(Ethyl alcohol), n-부틸 아세테이트(n-Butyl acetate), 톨루엔(Toluene), PGMEA(Propylene glycol methyl ether acetate), HEMA(Hydroxyethyl methacrylate), HEA(Hydroxyethy acrylate) 및 N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylform amide, DMF) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
유기 용매는 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 40중량% 내지 65중량%를 포함할 수 있고, 유기 용매를 전술한 범위로 포함하는 경우, 롤 코터, 스핀 코터, 슬릿 앤드 스핀 코터, 슬릿 코터(또는 "다이 코터"라고도 함), 잉크젯 등의 도포 장치로 도포했을 때 도포성이 향상될 수 있다.
실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 폴리올(polyol)를 더 포함할 수 있고, 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 폴리올을 포함함으로써, 그래핀의 분산성을 보다 향상시킬 수 있다.
폴리올은 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 0.02중량% 내지 0.08중량%를 포함할 수 있고, 폴리올을 전술한 범위로 한정함으로써, 그래핀의 분산성을 향상시킬 수 있다.
폴리올은 글리세롤, 에틸렌 글리콜, 1,2- 프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 이성체적 펜탄디올들, 헥산디올, 옥탄디올, 2-에틸-1,3-헥산디올, 트리메틸올프로판, 네오펜틸 글리콜, 비스하이드록시메틸싸이클로헥산, 에리쓰리톨, 메조에리쓰리톨, 아라아비톨, 아도니톨, 자일리톨, 만니톨, 소르비톨, 덜씨톨, 헥산트리올 및 (폴리-)펜타에리쓰리톨 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 바람직하게는, 폴리올은 글리세롤(Glycerol) 또는 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)을 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있고, 첨가제는 방열 코팅 조성물 총 중량에 대해 1중량% 내지 2중량%로 포함될 수 있다.
예를 들어, 첨가제는 탈포제를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것을 아니다.
이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 방열 조성물의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방열 조성물의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물의 제조 방법은 분산 용매에 전도성 고분자를 분산하여 전도성 고분자 분산액을 제조하는 단계(S110), 유기 용매에 광 경화성 유기 바인더를 첨가하여 광 경화성 유기 바인더 용액을 제조하는 단계(S120), 전도성 고분자 분산액 및 광 경화성 유기 바인더 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계(S130), 혼합 용액에 화학적으로 개질된 그래핀을 첨가하여 분쇄 및 교반하는 단계(S140) 및 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액에 광개시제를 첨가하는 단계(S150)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물의 제조 방법은 분산 용매에 전도성 고분자를 분산하여 전도성 고분자 분산액을 제조하는 단계(S110)를 진행한다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 전도성 고분자를 분산액 형태로 방열 코팅 조성물에 추가하는 방식으로 최종적인 방열 코팅 조성물을 제조함으로써, 소량의 전도성 고분자 만으로도 충분히 열 전도도를 향상시킬 수 있다.
전도성 고분자로 사용되는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-폴리스티렌술폰산(PEDOT:PSS)은 티오펜(thiophene)의 구조에 에틸렌디옥시(ethylenedioxy) 그룹을 고리의 형태로 갖고 있으며, 공기나 열에 대한 우수한 안정성을 가지고 있다.
또한, 3, 4번 위치에 치환되어 있는 에틸렌디옥시기에 의한 전자공여 효과에 의하여 티오펜보다 낮은 광학(optical) 밴드 갭(760nm 내지 780nm 또는 1.6eV 내지 1.7eV)을 갖고 있고, 산화/환원의 전위차에 따라 변색이 가능하며 산화상태에서 흡수 밴드가 적외선 영역에 존재하여 투명성의 확보가 가능하다.
바람직하게는, PEDOT:PSS 고형분은 고체분말 형태인 것으로, 벨기에의 AGFA사에서 제공하는 팰릿(pallet, 상품명 Orgacon Dry)을 이용할 수 있다
전도성 고분자는 분산 용매에 분산시킬 수 있으며, 바람직하게는, 분산 보조제를 더 첨가하여 분산시킬 수 있다.
실시예에 따라, 분산 용매에 전도성 고분자를 분산하여 전도성 고분자 분산액을 제조하는 단계(S110)는 분산 용매 및 분산 보조제를 혼합하여 혼합 용매를 제조하는 제1 혼합 단계 및 혼합 용매에 고체 분말 형태의 전도성 고분자를 혼합하는 제2 혼합 단계를 포함할 수 있다.
분산 용매로는 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물에서 명시하고 있는 유기 용매 중 선택되는 용매가 사용될 수 있다.
전도성 고분자 분산액은 방열 코팅 조성물 총 중량에 대해 10중량% 내지 15중량%로 포함될 수 있고, 전도성 고분자 분산액을 전술한 범위로 포함하는 경우, 목적하는 열 전도도를 얻을 수 있다.
예를 들어, 전도성 고분자 분산액은 전도성 고분자 분산액 총 중량에 대하여 0.1중량% 내지 3중량% 중량의 전도성 고분자, 전도성 고분자 분산액 총 중량에 대하여 0.05중량% 내지 4 중량%의 분산을 보조하기 위한 제1 분산 보조제, 전도성 고분자 분산액 총 중량에 대하여 0.1중량% 내지 10 중량%의 전도도를 개선하기 위한 제2 분산 보조제 및 85중량% 내지 95 중량%의 분산 용매를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 분산 용매에 전도성 고분자를 분산하여 전도성 고분자 분산액을 제조하는 단계(S110)는, 제2 혼합 단계 이후에, 고전단믹서에 의한 전단력에 의한 분산 및 혼합을 수행하여 전도성 고분자 분산액을 제조하는 고전단믹서 단계를 더 포함할 수 있다.
고전단믹서의 일예로서 높은 회전력 등을 이용하여 높은 전단력을 발생시켜 2 이상의 회전자 및 고정자로 구성되는 장치가 될 수 있다. 이와 같은 고전단믹서는 공동화 현상을 이용하여 혼합 용액을 보다 보다 균질하게 하여 전도성 고분자 분산액으로 제조할 수 있다. 바람직하게는, 전도성 고분자 분산액에 대하여 고전단믹서는 약 6,000rpm 이상의 회전속도로 1시간 이상 분산 및 혼합을 수행한다. 이때 전도성 고분자 분산액의 온도가 10℃를 유지하도록 냉각을 추가적으로 수행한다.
더욱 바람직하게는, 고전단믹서 단계 이후에, 전도성 고분자 분산액을 비드밀에 추가적인 분산을 수행하는 비드밀 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 비드밀은 나노 분산이 가능한 비드밀의 형태이다. 이와 같은 비드밀 단계에 의하여 전도성 고분자 분산액은 비드에 의하여 보다 균질해지고 분산성이 개선될 수 있다.
비드밀의 일예로서 습식 분산 및 습식 분쇄에 있어서 효율적인 비드, 예를 들어, 지르코니아 함유 비드를 이용하여 대상 분체에 대해 충격력을 가함으로써 분쇄 및 분산을 가하고, 따라서 이와 같은 비드밀 단계에 의하여 전도성 고분자 분산액은 비드에 의하여 보다 균질해지고 분산성이 개선될 수 있다.
또한, 비드는 그 입경이 50㎛ 내지 200㎛임이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 80㎛~120㎛ 범위의 입경을 가지는 비드를 사용하는 것이 바람직하다.
비드밀의 회전체 회전 속도는 주파수 30Hz 내지 60Hz정도의 범위에서 사용되는 것이 바람직하다. 이렇게 제조된 전도성 고분자 분산액은 10℃ 이하의 냉장 보관 장치에서 보관되어야 한다. 실온 20℃ 이상의 온도에서 장기간 보관 될 경우 전도성 고분자(예; PEDOT:PSS)의 분산체가 응집현상을 보여, 열 전도도 및 전기 전도도가 급격히 저하될 수 있다.
분산 보조제는 고체분말 형태의 전도성 고분자의 분산을 보조하기 위한 제1 분산 보조제 및 전도성 고분자 분산액이 코팅되는 경우, 전도도를 향상시키기 위한 제2 분산 보조제를 포함할 수 있다.
제1 분산 보조제는 아민류(Amine류), 아크릴레이트류(Acrylate류), 및 폴리올류(Polyol류) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 제2 분산 보조제는 디에틸렌글리콜(Diethylene glycol), 프로필렌글리콜(propylene glycol), 테트라메틸렌글리콜(tetramethylene glycol), 소르비톨(sorbitol), N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), N,N-디메틸아세트아미드(N,N-dimethylacetamide), 아세톤니트릴(acetonitrile), 디메틸술폭시드(dimethylsulfoxide), 글리세롤(glycerol), 에틸렌시안화물(ethylene cyanide), 포름산(formic acid), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate), 2,6-디플루오르피리딘(2,6-difluoropyridine), 포름아미드(formamide) 및 N-메틸포름아미드(N-methylformamide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 분산 보조제는 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 0.05 중량% 내지 4.0중량%로 포함될 수 있으며, 제2 분산 보조제는 1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
바람직하게는, 전도성 고분자 분산액의 분산 용매는 N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylform amide, DMF)일 수 있고, 방열 코팅 조성물에서의 유기 용매는 프로필렌 글리콜 메틸에테르(propylene Glycol Methyl Ether, PGME)일 수 있다. 이와 같은 용매의 조합에서는 보다 방열 코팅 조성물의 열 전도도 및 전기 전도도를 높일 수 있는 동시에, 입자들이 고르게 분산되어 침전되지 않으며 보다 높은 방열 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물의 제조 방법은 유기 용매에 광 경화성 유기 바인더를 첨가하여 광 경화성 유기 바인더 용액을 제조하는 단계(S120)를 진행한다.
광 경화성 유기 바인더는 아크릴레이트 올리고머(acylate oligomer)를 포함할 수 있고, 아크릴레이트 올리고머는 6개 내지 12개의 아크릴레이트 표면 작용기 및 1개 내지 6의 방향족 고리(Aromatic ring)를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 전술한 아크릴레이트 올리고머를 포함함으로써, 최종 경화물(방열층)이 단단해지고, 경화 후에 쉽게 부스러지지 않으며, 반응성이 빠르고, 내화학성이 향상될 수 있다.
아크릴레이트 올리고머는 CN975(6관능기, 점도 500cps@60℃, Satomer사) 또는 미라머 PU640(6관능기, 점도 30,000cps@25℃, 미원상사)일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
유기 용매는 2-프로판올(2-propanol), 프로필렌 글리콜 메틸에테르(propylene Glycol Methyl Ether, PGME), 디메틸 아세트아미드(dimethyl acetamide), 에탄올(ethanol), 메틸에틸케톤(Methyl ethyl ketone, MEK), 이소프로필 알코올(Isopropyl alcohol), 에틸 알코올(Ethyl alcohol), n-부틸 아세테이트(n-Butyl acetate), 톨루엔(Toluene), PGMEA(Propylene glycol methyl ether acetate), HEMA(Hydroxyethyl methacrylate), HEA(Hydroxyethy acrylate) 및 N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylform amide, DMF) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 유기 용매에 광 경화성 유기 바인더를 첨가하여 광 경화성 유기 바인더 용액을 제조하는 단계(S120)는, 유기 바인더 용액에 폴리올을 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물의 제조 방법은 폴리올을 첨가함으로써, 입자들의 분산성을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물의 제조 방법은 전도성 고분자 분산액 및 광 경화성 유기 바인더 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계(S130)를 진행한다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물의 제조 방법은 광 경화성 유기 바인더 용액에 전도성 고분자를 전도성 고분자 분산액 형태로 첨가함으로써, 소량의 전도성 고분자 만으로도 충분한 표면 저항 효과를 발휘하는 동시에 열 전도도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물의 제조 방법은 혼합 용액에 화학적으로 개질된 그래핀을 첨가하여 분쇄 및 교반하는 단계(S140)를 진행한다.
혼합 용액에 화학적으로 개질된 그래핀을 첨가하여 분쇄 및 교반하는 단계는, 고전단믹서를 이용하여 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액을 분쇄 및 교반하는 단계 및 비드밀을 이용하여 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액을 교반하는 단계를 포함할 수 있다.
고전단믹서를 이용하여 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액을 분쇄 및 교반하는 단계는 호모나이저(homogenizer)를 사용하여 진행될 수 있고, 비드밀을 이용하여 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액을 교반하는 단계는 볼 밀(ball milling) 공정을 이용하여 진행될 수 있다.
고전단믹서의 일 예로서 높은 회전력 등을 이용하여 높은 전단력을 발생시켜 2 이상의 회전자 및 고정자로 구성되는 장치가 될 수 있다. 이와 같은 고전단믹서는 공동화 현상을 이용하여 혼합 용액을 보다 보다 균질하게 할 수 있다. 바람직하게는, 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액에 대하여 고전단믹서는 약 6,000rpm 이상의 회전속도로 1시간 이상 분산 및 혼합을 수행할 수 있고, 이때, 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액의 온도가 10℃를 유지하도록 냉각을 추가적으로 수행할 수 있다.
고전단믹서를 이용하여 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액을 분쇄 및 교반하는 단계를 진행한 이후에, 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액을 비드밀에 추가적인 분산을 수행하는 비드밀을 이용하여 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액을 교반하는 단계를 진행할 수 있다.
바람직하게는, 비드밀은 나노 분산이 가능한 비드밀의 형태이다. 이와 같은 비드밀 단계에 의하여 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액은 비드에 의하여 보다 균질해지고 분산성이 개선될 수 있다.
비드밀의 일예로서 습식 분산 및 습식 분쇄에 있어서 효율적인 비드, 예를들어 지르코니아 함유 비드를 이용하여 대상 분체에 대해 충격력을 가함으로써 분쇄 및 분산을 가하고, 따라서 이와 같은 비드밀을 이용하여 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액을 교반하는 단계에 의하여 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액은 비드에 의하여 보다 균질해지고 분산성이 개선될 수 있다.
또한, 비드는 그 입경이 50㎛ 내지 200㎛임이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 80㎛~120㎛ 범위의 입경을 가지는 비드를 사용하는 것이 바람직하다.
비드밀의 회전체 회전 속도는 주파수 30Hz 내지 60Hz정도의 범위에서 사용되는 것이 바람직하다. 이렇게 제조된 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액은 10℃ 이하의 냉장 보관 장치에서 보관되어야 한다. 실온 20℃ 이상의 온도에서 장기간 보관 될 경우 방열 코팅 조성물이 응집 현상을 보여, 열 전도도 및 전기 전도도가 급격히 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물의 제조 방법은 호모나이저(homogenizer) 공정 또는 볼 밀(ball milling) 공정을 사용함으로써, 방열 코팅 조성물 내에 포함되는 화학적으로 개질된 그래핀의 치밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물의 제조 방법은 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액에 광개시제를 첨가하는 단계(S150)를 진행한다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물의 제조 방법은 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액에 광개시제를 첨가함으로써, 광개시제의 개시 반응에 의해 광 경화성 유기 바인더가 라디칼 중합 반응이 일어날 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열 시트를 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 시트는 베이스 기재(110) 및 베이스 기재(110) 상에 방열 코팅 조성물을 코팅하여 형성된 방열층(120)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 시트에 사용되는 방열 코팅 조성물은 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물이기에, 중복되는 구성 요소에 대해서는 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 시트는 베이스 기재(110)를 포함한다.
베이스 기재(110)는 방열 시트가 일정한 형상을 갖도록 지지력을 갖고 있는 것으로, 방열 성능도 갖고 있는 것이 바람직하다.
방열 성능과 지지력을 갖기 위해 베이스 기재(110)는 금속 재질의 시트(sheet)가 사용될 수 있고, 예를 들어, 베이스 기재(110)는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 및 철(Fe) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 구리(Cu)가 사용될 수 있다.
베이스 기재(110)의 두께는 5㎛m 내지 100㎛일 수 있고, 베이스 기재(110)의 두께가 5㎛ 미만이면 방열성능과 지지력이 미미할 수 있고, 100㎛를 초과하면 방열 시트의 유연성이 떨어지고 제품의 두께가 두꺼워지는 문제가 있다.
실시예에 따라, 베이스 기재(110)의 한 면은 매트(matte)처리된 압연 방식으로 생산된 것일 수 있고, 방열 코팅 조성물은 매트 처리된 면에 코팅되어 방열층(120)이 형성될 수 있다.
방열층(120)은 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물을 베이스 기재(110) 상에 코팅하여 형성될 수 있고, 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물은 방열 기능을 수행할 수 있다.
방열층(120)은 베이스 기재(110)의 표면과 평행한 방향으로 열을 전달할 수 있다. 즉, 방열층(120)은 평면 내 열 전도도(in-plane thermal conduction) 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 시트의 평면 내 열 전도도 값은 최대 390W/mK일 수 있다.
평면 내 열 전도도 값은 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물을 베이스 기재의 일면에 코팅한 후, 레이저 플래시 분석(LFA, Laser flash analysis)법에 의해 측정될 수 있다.
방열층(120)의 두께는 1㎛ 내지 10㎛일 수 있고, 방열층(120)의 두께가 1㎛ 미만이면 방열 특성이 저하되는 문제가 있고, 10㎛를 초과하면 두께가 너무 두꺼워지는 문제가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방열 시트는 열전 소자 또는 전자파 차폐 소자와 같은 차세대 제품에 적용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물의 특성에 대해 살펴보기로 한다.
비교예 1
사토머(Sartomer)사의 CN975(방향족 헥사기능 아크릴레이트 올리고머, Aromatic hexafunctional acrylate oligomer) 10g에 2-프로판올(2-propanol) 14g, 프로필렌 글리콜 메틸에테르(Propylene glycol methyl ether) 5g, 글리콜(glycerol) 0.1g 및 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide) 18.5g을 혼합하고, 교반하여 광 경화성 유기 바인더 용액(acrylate solution)을 제조하였다.
광 경화성 유기 바인더 용액(acrylate solution)에 카르복시 기능화된 그래핀(carboxy modified graphene, 비표면적(specific surface area): 725m2/g, 두께(typical thickness) <10nm, 평면 크기(typical planar size) 0.3~2㎛) 1.5g을 혼합/교반한 다음, 고전단믹서(high shear mixer, 호모나이저)를 이용하여 1시간 동안 분쇄한 후, 혼합 분쇄액을 비드 밀(Bead mill)을 이용하여 1시간 동안 밀링(milling)을 진행하였다.
밀링(milling) 후, 혼합 용액에 광개시제(Irgacure 500 0.3g, TPO 0.2g)를 혼합 한 후, 교반하여 방열 코팅 조성물을 제조하였다.
제조된 방열 코팅 조성물을 마이어 바(Meyer bar #12)를 이용하여 두께 35 압연 동판 필름의 매트(matte) 처리 면에 코팅하여 방열 시트를 제조하였다.
코팅은 마이어 바(Meyer bar) 코팅 후, 100℃에서 2분간 열처리를 진행한 다음, 400mJ/cm2의 광량을 가진 자외선 램프(UV lamp)에 4m/min의 속도로 통과시켜 광 경화(UV 경화)를 진행하였다.
비교예 2
두께 100㎛인 압연 동판 필름을 사용한 것을 제외하면, 비교예 1과 동일한 방법으로 제조되었다.
실시예 1
사토머(Sartomer)사의 CN975(방향족 헥사기능 아크릴레이트 올리고머, Aromatic hexafunctional acrylate oligomer) 10g에 2-프로판올(2-propanol) 14g, 프로필렌 글리콜 메틸에테르(Propylene glycol methyl ether) 5g, 글리콜(glycerol) 0.1g 및 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide) 3.5g을 혼합하고, 교반하여 광 경화성 유기 바인더 용액(acrylate solution)을 제조하였다.
광 경화성 유기 바인더 용액(acrylate solution)에 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide) 및 에탄올(EtOH)을 주용매로 하여 PEDOT:PSS가 분산된 전도성 고분자 분산액 15g을 혼합한 후, 교반하여 혼합 용액을 제조하였다.
혼합 용액에 카르복시 기능화된 그래핀(carboxy modified graphene, 비표면적(specific surface area): 725m2/g, 두께(typical thickness) <10nm, 평면 크기(typical planar size) 0.3~2㎛) 1.5g을 혼합/교반한 다음, 고전단믹서(high shear mixer, 호모나이저)를 이용하여 1시간 동안 분쇄한 후, 혼합 분쇄액을 비드 밀(Bead mill)을 이용하여 1시간 동안 밀링(milling)을 진행하였다.
밀링(milling) 후, 혼합 용액에 광개시제(Irgacure 500 0.3g, TPO 0.2g)를 혼합 한 후, 교반하여 방열 코팅 조성물을 제조하였다.
제조된 방열 코팅 조성물을 마이어 바(Meyer bar #12)를 이용하여 두께 100㎛인 압연 동판 필름의 매트(matte) 처리 면에 코팅하여 방열 시트를 제조하였다.
코팅은 마이어 바(Meyer bar) 코팅 후, 100℃에서 2분간 열처리를 진행한 다음, 400mJ/cm2의 광량을 가진 자외선 램프(UV lamp)에 4m/min의 속도로 통과시켜 광 경화(UV 경화)를 진행하였다.
실시예 2
사토머(Sartomer)사의 CN975(방향족 헥사기능 아크릴레이트 올리고머, Aromatic hexafunctional acrylate oligomer) 10g에 2-프로판올(2-propanol) 14g, 프로필렌 글리콜 메틸에테르(Propylene glycol methyl ether) 5g, 글리콜(glycerol) 0.1g 및 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide) 13.5g을 혼합하고, 교반하여 광 경화성 유기 바인더 용액(acrylate solution)을 제조하였다.
광 경화성 유기 바인더 용액(acrylate solution)에 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide) 및 에탄올(EtOH)을 주용매로 주용매로 하여 PEDOT:PSS가 분산된 전도성 고분자 분산액 5g을 혼합한 후, 교반하여 혼합 용액을 제조하였다.
혼합 용액에 카르복시 기능화된 그래핀(carboxy modified graphene, 비표면적(specific surface area): 725m2/g, 두께(typical thickness) <10nm, 평면 크기(typical planar size) 0.3~2㎛) 1.5g을 혼합/교반한 다음, 고전단믹서(high shear mixer, 호모나이저)를 이용하여 1시간 동안 분쇄한 후, 혼합 분쇄액을 비드 밀(Bead mill)을 이용하여 1시간 동안 밀링(milling)을 진행하였다.
밀링(milling) 후, 혼합 용액에 광개시제(Irgacure 500 0.3g, TPO 0.2g)를 혼합 한 후, 교반하여 방열 코팅 조성물을 제조하였다.
제조된 방열 코팅 조성물을 마이어 바(Meyer bar #12)를 이용하여 두께 35㎛인 압연 동판 필름의 매트(matte) 처리 면에 코팅하여 방열 시트를 제조하였다.
코팅은 마이어 바(Meyer bar) 코팅 후, 100℃에서 2분간 열처리를 진행한 다음, 400mJ/cm2의 광량을 가진 자외선 램프(UV lamp)에 4m/min의 속도로 통과시켜 광 경화(UV 경화)를 진행하였다.
실시예 3
두께 100㎛인 압연 동판 필름을 사용한 것을 제외하면, 실시예 2와 동일한 방법으로 제조되었다.
[표 1]은 레이저 플래시 분석(LFA, Laser flash analysis)법에 의해 측정된 평면 내 열 전도도, 부착 특성 및 방열층 두께를 도시한 표이다.
[표 1]
Figure pat00001
[표 1]을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물을 사용하여 제조된 방열 시트(실시예 1 내지 3)는 베이스 기재의 두께와 무관하게 전도성 고분자가의 함량이 감소될수록 열 전도도가 증가하는 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 1 및 2는 실시예 1 내지 3보다 열 전도도가 감소되는 것으로 보아, 방열 시트는 전도성 고분자를 포함함으로써 열 전도도가 증가되는 것을 알 수 있다.
다만, 전도성 고분자가 열 전도도 향상에 기여하고 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 방열 코팅 조성물 내에 전도성 고분자가 과도하게 포함되는 경우 오히려 열 전도도 감소시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 베이스 기재 120: 방열층

Claims (16)

  1. 화학적으로 개질된 그래핀(chemically modified graphene), 광 경화성 유기 바인더, 전도성 고분자, 광개시제 및 유기 용매를 포함하고,
    상기 화학적으로 개질된 그래핀은 그래핀의 표면이 친수성 작용기로 표면 개질된 것을 특징으로 하는 방열 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 친수성 작용기는 알콜기(-OH), 카르복시기(-COOH), 에스테르기(-COO-), 에폭시기(-O-) 및 카보닐기(-CO-) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학적으로 개질된 그래핀은 상기 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 3중량% 내지 6중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 코팅 조성물.

  4. 제1항에 있어서,
    상기 광 경화성 유기 바인더는 아크릴레이트 올리고머(acylate oligomer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 코팅 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 아크릴레이트 올리고머는 6개 내지 12개의 아크릴레이트 표면 작용기 및 1개 내지 6의 방향족 고리(Aromatic ring)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 코팅 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 경화성 유기 바인더는 상기 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 20중량% 내지 27중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 코팅 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 고분자는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-폴리스티렌술폰산(PEDOT:PSS)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 코팅 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전도성 고분자는 상기 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 10중량% 내지 15중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 코팅 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광개시제는 상기 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 1중량% 내지 5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 코팅 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 방열 코팅 조성물은 폴리올(polyol)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 코팅 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 폴리올은 상기 방열 코팅 조성물 총 중량에 대하여 0.02중량% 내지 0.08중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 코팅 조성물.
  12. 분산 용매에 전도성 고분자를 분산하여 전도성 고분자 분산액을 제조하는 단계;
    유기 용매에 광 경화성 유기 바인더를 첨가하여 광 경화성 유기 바인더 용액을 제조하는 단계;
    상기 전도성 고분자 분산액 및 상기 광 경화성 유기 바인더 용액을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계;
    상기 혼합 용액에 화학적으로 개질된 그래핀을 첨가하여 분쇄 및 교반하는 단계; 및
    상기 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액에 광개시제를 첨가하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 코팅 조성물의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 혼합 용액에 화학적으로 개질된 그래핀을 첨가하여 분쇄 및 교반하는 단계는,
    고전단믹서를 이용하여 상기 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액을 분쇄 및 교반하는 단계; 및
    비드밀을 이용하여 상기 화학적으로 개질된 그래핀을 포함하는 혼합 용액을 교반하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 코팅 조성물의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 유기 용매에 상기 광 경화성 유기 바인더를 첨가하여 광 경화성 유기 바인더 용액을 제조하는 단계는,
    상기 바인더 용액에 폴리올을 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방열 코팅 조성물의 제조 방법.
  15. 베이스 기재; 및
    상기 베이스 기재 상에 방열 코팅 조성물을 사용하여 코팅된 방열층
    을 포함하고,
    상기 방열 코팅 조성물은 제1항 내지 제11항에 중 어느 한 항에 따른 방열 코팅 조성물인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 방열층의 두께는 1㎛ 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 방열 시트.
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